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1、榨汁機的設計基于 Pro/E 螺旋榨汁機的設計于俊波（河北科技師范學院 機械電子系）摘要：Pro/ENGINEER Wildfire 野火版2.0以其易學易用、功能強大和互連互通的特點， 推動了整個產(chǎn)品開發(fā)機構(gòu)中個人效率和過程 效率的提高。它既能節(jié)省時間和成本，又能提高產(chǎn)品質(zhì)量?；?Pro/E 的強大功能， 本設計利用 Pro/E 完成了螺旋式連續(xù)榨汁機的 設計，螺旋式連續(xù)榨汁機以其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、榨汁效率高等 優(yōu)點而得到廣泛應用。 就目前來講 ,螺旋式連續(xù)榨汁機主要應用在食 品方面 ,用于榨取蘋果、梨、番茄、菠蘿、桔子、胡蘿卜等果蔬的汁 液。關鍵字： Pro/E ；榨汁機；螺旋、八 、

2、前言傳統(tǒng)的通用機械產(chǎn)品的設計是首先將產(chǎn)品以平面的形式表達出 來，然后進行反復校核和修改，最后由加工者把圖樣上的內(nèi)容轉(zhuǎn)化 為成形的產(chǎn)品，這樣不僅設計周期長，成本高，而且當產(chǎn)品制造出 來后，經(jīng)常會出現(xiàn)零部件之間相互干涉，無法安裝和裝配到位等重 大設計失誤，如此反復修改也延長了產(chǎn)品投放市場的周期。鑒于通 用機械的使用范圍廣，設計行業(yè)多，這就對通用機械的可靠性、穩(wěn)榨汁機的設計 定性和通用性提出了較高的要求。 目前世界上應用最為泛的高檔三 維商業(yè)軟件 Pro/E 就可以很好地解決這些問題。 Pro/E 直接采用三 維設計，使設計者能了解產(chǎn)品的每一個細節(jié)，并利用其參數(shù)化設計 的思想，使零件的設計、修改變得

3、簡單易行，同時還可以完成產(chǎn)品 的系列化設計。 另外利用 Pro/E 的分析功能，可以完成機構(gòu)運動學、 動力學仿真和有限元分析。進入 21 世紀后，隨著我國水果產(chǎn)量的大幅度提高和鮮銷市場 的逐漸飽和，“賣果難”愈演愈烈。另外，由于我國經(jīng)濟實力的增 強與人民生活水平的提高，果汁加工業(yè)又進入一新的發(fā)展時期。榨 汁機是果品行業(yè)的重要組成部分。因此，對榨汁機設備的研究勢在 必行。要求設計研究出結(jié)構(gòu)簡單、成本低、效率高的榨汁設備?；?于 Pro/E 的強大功能， 本設計利用 Pro/E 完成了螺旋式連續(xù)榨汁機 其結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、榨汁效率高等優(yōu)點的設計。1 總體方案設計1.1 整體布局設計本設計在布局上

4、采用折疊式 ,即螺桿、減速器在一個水平面上 將電機置于另一個水平面上 （見圖 1） 。這樣布置 ,一是較大幅度減少 了整機長度 ,提高了設備剛度 ,節(jié)省了原材料 ,降低了成本 ;二是電機 與減速器之間采用三角帶傳動 ,起到了緩沖作用 ,可避免因原料帶入榨汁機的設計異物造成螺桿堵轉(zhuǎn)、引起瞬間負荷過大時，燒壞電機或損壞減速器等 故障的發(fā)生；三是由于電機位置較低、以與在電機與減速器之間采用 三角帶傳動，極大地降低了機械振動與噪聲?；窘Y(jié)構(gòu)螺旋式連續(xù)榨汁機基本結(jié)構(gòu)如圖1 0螺旋式連續(xù)榨汁機三維結(jié)構(gòu)圖如圖 2 0圖1螺旋式連續(xù)榨汁機結(jié)構(gòu)簡圖1-電機 2-三角帶3-減速器4-聯(lián)軸器5-進料斗 6-螺桿7-

5、篩筒 8-出料斗9-集液盤10-機架圖2螺旋式連續(xù)榨汁機三維結(jié)構(gòu)圖1.2工作原理由圖2可知：該機由機架、螺桿、篩筒、減速器、電機等組成。 電機1通過三角帶2帶動減速器3轉(zhuǎn)動,減速器3通過聯(lián)軸器4帶 動螺桿6轉(zhuǎn)動,物料由進料斗5喂入,在螺桿6的作用下,受到擠壓, 物料中的水分通過篩筒 7流出，經(jīng)集液盤9排出機外，物料在強大的 擠壓作用下，汁液越來越少，最后經(jīng)出料斗8排出。1.3螺桿部設計通常螺旋式連續(xù)榨汁機是靠螺桿在篩筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)，對物料產(chǎn)生壓力，從而使物料中的汁液被強制擠出。螺旋式連續(xù)榨汁機螺桿按不 同的分類方法有多種型式。如按螺桿螺紋直徑分類有等徑與變徑之榨汁機的設計分，按螺桿螺距分類有等距與變

6、距之分；按螺桿螺紋型式分有連續(xù)與斷續(xù)之分等。針對本設計加工對象綜合考慮，確定采用變徑、斷續(xù)、 變螺距螺桿。螺桿上的螺旋共分四段 （如圖3）。第一段為喂料螺旋， 主要作用是輸送物料；第二段是預壓螺旋，主要作用是對物料進行 初步擠壓，并幵始擠出水分；第三段、第四段是壓榨螺旋，主要作 用是不斷增加對物料的進一步擠壓，使水果的果汁被強制擠出。特 別是第四段具有增壓作用，進一步提高出汁率。圖3螺旋軸1.4螺桿螺旋直徑和螺距的設計螺桿螺旋結(jié)構(gòu)簡圖如圖4圖4螺桿螺旋結(jié)構(gòu)簡圖螺桿轉(zhuǎn)速的確定由于本螺桿工作性質(zhì)屬于壓榨范疇，故轉(zhuǎn)速較低。參照榨油機、油料化機、食品榨汁機，決定選用n=130r/mi n 。142螺距

7、的確定初選螺距，第一段t=50mm ，其他各段螺距依次遞減。物料移動速度（m/s）計算:Vo二叢=1.08m/s60螺旋式連續(xù)榨汁機的生產(chǎn)能力公式如下:G=3600F 0V0 pi （kg/h）式中:G 生產(chǎn)率,本設計取 G=1000kg/h;F0 螺桿螺旋送料的斷面面積（m2）;3 Pi 物料容積密度，本設計取p1 =400kg/m;一充填系數(shù)，本設計取=0.2。將參數(shù)代入得:1000=3600 XFq X1.08 X400 X0.2解得：F。F.0321（m 2）根據(jù)螺桿螺旋送料的斷面面積計算公式：F0 =式中：d 0 螺桿螺旋送料的斷面大徑（m）；d !螺桿螺旋送料的斷面小徑（m）;本設

8、計根據(jù)強度計算得d i=0.09m ;將有關數(shù)據(jù)代入得，則可求得：d 0 0.2213m取螺桿螺旋送料的斷面大徑d =0.24 m 。1.5功率計算9榨汁機的功率消耗包括兩方面：壓縮物料所消耗的功率；使物 料移動消耗的功率。在這里，把軸與軸承摩擦等所消耗的功率算入 機械效率中。設壓縮物料所消耗的功率為 Pi :Pi=(1+2+3+ +Z) (W)=0.0321130 .5 0.83 106 1060=2891.5W式中：s相鄰螺距大小之差,Z 螺距數(shù)目；0.83MPa ；Pmax 物料所受的最大壓力，取do螺旋外徑，m ;dl螺旋內(nèi)徑，m。設使物料移動所消耗的功率為P2 :2 1 P2=mv

9、- = (W)式中：m物料的質(zhì)量 kg ；t物料運動時間 s。 而m =G (生產(chǎn)能力)tnsv=-60所以：P2= = (W)=60.5w則消耗的功率為：P= (W)=3657.1w 式中： 傳動效率。由電動機至工作機之的總效率 7 (包括工作機效率 )為：1 2 3 4 5式中： 1 、 2 、 3 、 4 、 5 分別為帶傳動、齒輪傳動的軸承、齒 輪傳動、聯(lián)軸器、螺桿軸的軸承的效率。取 1 = 0.96、2 = 0.99、3 = 0.97、4 = 0.97、5 = 0.98、貝V：1234533=0.96 X0.99 X0.97 X0.97 X0.98=0.812選擇電動機按已知的工作要

10、求和條件，選用 Y 型全封閉鼠籠型三相異步電 動機7。2.1選擇電動機功率榨汁機所需的電動機輸出功率為：Pd= P= (W)=3657.1w2.2 確定電動機轉(zhuǎn)速 6榨汁機的設計旋轉(zhuǎn)軸的工作轉(zhuǎn)速為：n=130r/mi n，按推薦的合理傳動比范圍，取帶傳動的傳動i = 2 4，減速器的傳動比i = 4 12.5，貝V合 理總傳動比的范圍為i = 8 50 ,故電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為：(8-50)130=1040-6500 r/mi n符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速有 1500 r/ min，3000r / min再根 據(jù)計算出的容量，查出有這幾種適用的電動機型號見表1，其技術(shù)參數(shù)傳動比的比較情況見下表。

11、表1電動機型號和技術(shù)參數(shù)與傳動比萬案電動機型號額定功率電動機轉(zhuǎn)速傳動裝置的傳動比P/kW同步轉(zhuǎn)速、卄-H、. 滿載轉(zhuǎn)速總傳動比帶減速箱1Y112M41500144011.082.842Y112M43000292022.42.88綜臺考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以與帶傳動和減速器的傳動比，可知方案2比較適合。因此選定電動機型號為 Y112M榨汁機的設計所選電動機的額定功率 Ped = 4kw，滿載轉(zhuǎn)速nm=1440r /min，總傳動比適中，傳動裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。所選電動機的主要外形尺寸和安裝尺寸如圖5和下表2所示：圖5電動機結(jié)構(gòu)簡圖表2電動機的主要外形尺寸和安裝尺寸中心高H外形尺寸L (AC

12、/2+AD)HD底腳安裝A B地腳螺栓空直 徑K軸伸尺寸D E裝鍵部位尺寸F GD112400305 265180 1401228 608 363計算總傳動比和分配傳動比由選定電動機的滿載轉(zhuǎn)速 nm和工作機主動軸的轉(zhuǎn)速nw，可得傳動裝置的總傳動比為:i=nm計算出總傳動比后，應合理地分配各級傳功比，限制傳動件的圓周速度以減小動載荷，降低傳動精度等級。分配各級傳動比時考 慮到以下幾點：各級傳動的傳動比應在推拌的范圍內(nèi)選??；應使傳動裝置的結(jié)構(gòu)尺寸較小、重量較輕；應使各傳動件的尺寸協(xié)調(diào)，結(jié) 構(gòu)勻稱、合理，避免互相干涉碰撞。故V帶傳功比取2.8，減速器傳功比取4。4計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)7進行傳

13、動件的設計計算，先推算出各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 按內(nèi)電動機至工作機之間運動傳遞的路線推算各軸的運動和動力 參數(shù)如表3。4.1各軸轉(zhuǎn)速ni =ii凹514.32.8r min= 128.6 r min式中：nm為電動機的滿載轉(zhuǎn)速，單位為 r min ； m，壓分別為減速 器輸入軸和榨汁機螺旋軸的轉(zhuǎn)速， 單位為r min ； i1為電動機至減速 器輸入軸的傳動比；i2為減速器的傳動比。4.2 各軸的輸入功率P1= Ped 01=4 0.96=3.84kWP2 = Pedi2=3.840.95=3.65 kW式中：Ped為電動機的輸出功率，單位為 kW ； Pi、P2 分別為減速器輸入軸和榨汁機螺旋

14、軸的輸入功率，單位為kW；01、12分別為電動機軸與減速器輸入軸、減速器輸入軸與榨汁機螺旋軸間的傳動效率。4.3 各軸轉(zhuǎn)矩Ti= Tedii0i=26.5 2.8 0.96=7i.3 NmT2 = Ti i2i2=7i.3 40.95=27i.0 Nm式中：Ti、T2分別為減速器輸入軸和榨汁機螺旋軸的輸入轉(zhuǎn)距，單位為N m ; Ted為電動機鈾的輸出轉(zhuǎn)矩，單位為 N mTed的計算公式為：Ted =9550 Pedn m4=9550 -1440=26.5 N m表3傳動裝置的運動和動力參數(shù)軸名參數(shù)電動機軸減速器螺旋軸轉(zhuǎn)速n/(r/mi n)1440514.3128.6輸入功率P/kW43.84

15、3.65輸入轉(zhuǎn)矩T/( N 26.571.3271.0m)傳動比i2.84效率0.960.955設計V帶5.1確定計算功率Pca 3因為工作機是螺旋榨汁機，故屬于載荷變動較大的機械，原動機是交流電動機（普通轉(zhuǎn)矩鼠籠式），工作時間小于10小時/天， 啟動形式為軟啟動。故：Pca KAP =1.244.8kwKa 工作情況系數(shù)取Ka = 1.2 o5.2選擇V帶的型號3根據(jù)計算功率Pca和小帶輪轉(zhuǎn)速n!，得A，B型均可，選擇A型 普通V帶。5.3確定帶輪基準直徑 D!和D2初選主動輪的基準直徑 D3】根據(jù)所選V帶型- 號參考, 選取D1 Dmin，選 D1100mm。驗算帶的速度VV 皿100 1

16、0005.23m s60 1000 60 1000計算從動輪直徑D2D2 iD12.8 100 280mm5.4確定傳動的中心距a和帶長Ld初定中心距，由0.7 D1 D2 a。2 D2 D?即：0.7 280 100 a。2 280 100即：266 a0 760，取 500mm。計算基準帶長:Ld 2aoD1 D2D2 D1 24a280 100 2PK KlP0 K2.96根，取2 5001002801613.15mm24 500選取帶的基準長度，查表3得：Ld 1633mm計算實際中心距，由公式:a 500 1633 16m5510mm2 2考慮安裝調(diào)整和補償初拉力的需要，中心距的變動

17、范圍為:amin a 0.015Ld 500 0.015 1633 475mmamax a 0.03Ld 500 0.03 1633 549mm5.5驗算主動輪的包角a1根據(jù)公式與對包角的要求，應保證：a1 180 皆 60 18000 60 158 1205.6確定V帶的根數(shù)Z4.8(1.37 0.93 0.960.12) 1.0Z=3根榨汁機的設計式中：Po 在包角=180度，特定長度，工作平穩(wěn)情況下，單 根普通帶的許用功率值；K 考慮包角不同時的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)；Kl 考慮帶的長度不同的影響系數(shù)，簡稱長度系數(shù)。查得：R=1.37 K =0.93 Kl=0.96式中：K材質(zhì)系數(shù)；Po

18、 計入傳動比的影響時，單根V帶所能傳遞的功率的增量。計算公式為：P 0.0001 Tn,0.0001 1.2 1000 0.12kw ；式中：T單根普通 V帶所能傳遞的轉(zhuǎn)矩的修正值;厲主動輪的轉(zhuǎn)速。5.7確定帶的初拉力F。單根V帶的初拉力F。由下式確定:F。500忠 2.5VZ K2504 空 15.23 5 0.930.1 5.232 111N5.8求帶傳動作用在軸上的壓力Q158Q 2 5 111 sin 1090N 2式中：Z帶的根數(shù)；F。單跟帶的初拉力；主動輪上的包角5.9 V帶設計計算列表如表4表4 V帶設計計算列表如下:設計計算項目結(jié)果說明工作情況系數(shù)kA1.2計算功率Pea4.8

19、選取V帶型號A小帶輪直徑Di100mm可選比表中大的值大帶輪直徑D2280mm驗算V帶的速度V5.23m/s初定中心距a。500mm參考實際機械結(jié)構(gòu)確定初算V帶所需的基準長1613.15m度Ldm選V帶的基準長度Ld1633mm定V帶公稱長度Li1600mm定中心距a510mm包角i158120，合適包角系數(shù)ka0.93長度系數(shù)k l0.96材質(zhì)系數(shù)k1化學線繩結(jié)構(gòu)的膠帶單根V帶所能傳遞的功率P。0.995單根V帶功率增量 P。0.12kw單根V帶傳遞扭矩的修正值T1.2V帶根數(shù)Z3根每米V帶質(zhì)量0.10kg/m單根V帶的初拉力F。111N軸上的壓力Q1090N計算結(jié)果匯總：V帶規(guī)格：A型，長

20、1600mmV帶根數(shù)：3根中心距：510mm軸上壓力：1090N6帶輪的設計6.1材料帶輪常用材料是鑄鐵，因為帶速v v 25m /s，所以選用HTI506.2帶輪的形式3榨汁機的設計帶輪的結(jié)構(gòu)由帶輪直徑大小而定，因帶輪基準直徑Dv(2.5-3)d(為軸的直徑)，所以小帶輪采用實心式；對于大帶輪，因D=9.06MPa，故安全。榨汁機的設計篩筒部的篩筒 （如圖 15 和圖 16） 上有許多篩孔 ,被榨出的汁液就 是從這里流出的。篩孔的設計十分重要 ,它的主要參數(shù)包括 :篩孔大 小和分布密度。 為了確保被榨出的汁液能夠與時從篩孔中流出,篩筒篩孔的孔隙率越大越好。 又由于篩筒要求承受螺旋擠壓產(chǎn)生的強

21、大 壓力 ,所以孔隙率也不能太大。通?？紫堵蔬x擇原則有:篩筒剛度好時 ,選大些 ;篩筒剛度差時 ,選小些。篩孔大時 ,孔隙率取較大值 ;篩孔小 時,孔隙率取較小值。篩孔直徑的選擇 :一般來講 ,篩孔直徑越大 ,越有利于汁液的排出 ; 相反,篩孔直徑越小 ,越不利于汁液的排出 ,過小時 ,就不能保證汁液 的排出。選擇篩孔時 ,首先要考慮所加工物料的粒徑大小 ,加工物料 的單個粒徑大時 ,篩孔直徑選擇也要相應大些 ,以利于汁液排出。但 也不能過大 ,否則 ,可能會造成較大的料損 ;加工物料的粒徑小時 ,篩 孔直徑選擇也要相應小些 ,但也不能太小 ,因為篩孔太小時 ,容易造成 堵塞 ,不能保證汁液順

22、利流出。目前 ,篩孔直徑的選擇方法主要有定 性選擇法和經(jīng)驗選擇法 ,般要經(jīng)過兩到三次試驗確定。圓筒篩用 2mm 厚的 lGrl8Ni9Ti 不銹鋼板沖直徑為 2mm 孔制作， 孔間距離 2mm 。圓筒篩的內(nèi)徑為 240mm 。長為 570mm 。為了確保篩筒內(nèi) 物料清理方便 ,篩筒設計成上下兩半 ,中間用螺栓連接。圖15 下半篩筒圖16 上半篩筒10軸承端蓋的設計810.1材料材料選用HT150。因凸緣式軸承端蓋調(diào)整間隙比較方便，密封 性也好，故選用凸緣式結(jié)構(gòu)。為了調(diào)整軸承間隙，在端蓋與軸承座 之間放置由若干薄片組成的調(diào)整墊片，同時也起到密封的作用。軸 承端蓋簡圖見圖17,軸承端蓋三維圖見圖

23、17 o10.2凸緣式軸承端蓋各尺寸計算：Do二D+2.5d=120+2.512=150mmD1=D-(10-15)=120-(10-15)=105-110mm，取 D1=110mm oD2=D 0+2.5d=150+2.512=180mme=1.2d=12.5mmme=12.5mm ，取 m=28.5mm o圖17 軸承端蓋簡圖圖18 軸承端蓋三維圖11螺旋軸組件的制作過程5:新建裝配件，輸入組件名稱asm0002,單擊確定，如圖19 :丈唄_歸耘1口 WE12)捕AZb 対耶0 恒創(chuàng)蟲圧用白牛心 L E(Zi= T-：OC：冒口凹嗚自xtto-L* A甘 a-ai S出 MEF- XHJU

24、 BC.- mn口吉旨4二；c c Q廠，購 n H茄占程丸恵It J!日詔描一卡圖19 新建組件asm0002單擊主窗口右側(cè)增加組件的圖標選取要裝配的零件zhuzhou見圖20。g Q JX榨汁機的設計圖20選取零件zhuzhou單擊組件放置對話框在缺省位置組裝組件的圖標，單擊確定。見圖21 0圖21 固定零件zhuzhou新建四個基準面： DTM1 , DTM2 , DTM3 , DTM4。見圖22 。世汀.:祕f*. M. 曲燦網(wǎng)倫m葉噪1稱亜舟肌叩予吳:初陣壺 b- as.e Mw:ippli 口 H番總4回玉豐-$3 91 4 f；起知幡M 40w J-S1圖26 螺旋軸組件榨汁機的

25、設計重復以上步驟，分別裝配螺旋片 2，3 ，4。完成螺旋軸的裝配， 如圖 26 。12 致謝在設計過程中，指導教師肖念新對我進行了悉心指導和幫助， 并為我提供了大量的相關書籍和資料，對設計順利的完成幫助很 大。在這里衷心感謝肖老師的指導。The design of spiral juice extractor on the based Pro/EYujunbo(Dpet.of Machinery and Electron,Hebei Noemal University of Science & Technology)Abstract : Pro/ENGINEER Wildfire prairi

26、e fire edition is 2. 0 easy to learn and use , not powerful to with characteristic of interconnection and interflow , promote whole product development personal efficiency and improvement, course of efficiency in the organization with it. It can not only can save the time and cost improve product qu

27、ality but also. On the basis of the strong function of Pro/E , originally design the design utilizing Pro/E to finish the spiral type continuous juice extractor, the spiral type continuous juice extractor is of榨汁機的設計simple structure , easy to operate , presses the high advantage of juice efficiency

28、but used widely with its . As to at present, the spiral type continuous juice extractor is used in food mainly, for squeezing the juices of such fruits and vegetables as the apple 、pear 、tomato 、pineapple 、orange 、 carrot etc.Keywords : Pro/E ;juice extractor ;spiral type參考文獻 :1 劉長榮 肖念新 工程力學 M 中國農(nóng)業(yè)科技出版社 2002.22 張裕中 食品加工技術(shù)裝備 中國輕工業(yè)出版社 2000.33 劉長榮 鄭玉才 機械設計基礎（下） M 中國農(nóng)業(yè)科技出版 社 2002.24 林清安 Pro/ENGINEER Wildfire 零件設計基礎篇（上）M中 國鐵道出版社 2004.5 林清安 Pro/ENGINEER Wildfire 零件設計基礎篇（下）M中 國鐵道出版社 2004.56 朱龍根 簡明機械零件設計手冊 機械工業(yè)出版社 M 1997.117 壟溎義 機械設計課程設計指導書 高等教育出版社 M 1982.9榨汁機的設計8 楊永才 機械設新標準手冊計 M 北京科學技術(shù)出版社 M1993.8