家用电动面条机的设计及关键零件的制造家用小型压面机设计.docx
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家用电动面条机的设计及关键零件的制造家用小型压面机设计
前言
本设计主题压面机是非常普遍的一种食品机械，尤其是在我国的北方，大部分家庭都有，该机械能快速制作面条，饺子皮等各种非常受欢迎面食。
因为它的其原理非常简单，而且便于操作，能够稳定运行而被广泛使用。
本次毕业设计主要是针对小型的家用压面机，任务的主要目的为设计并加工压面机的机械结构，包括压面机的传动部分机械结构，工作部分，和确定压面机中的各项参数。
参数包括整体框架尺寸，还有压面机的总体尺寸，生产对象，生产效率等。
然后再绘制出各个零件以及机架，工作台支架的图纸，还有最重要的装配图，并对各个零件进行加工，感受整个机械制造的过程，从购买材料一直到产品组装完毕。
简单的了解整个机械制造行业，培养学生的工程思维，总结并积累一些设计上以及加工上的经验的。
本设计机架以及工作台支架部分是采用型材通过焊接以及螺栓螺纹紧固，结合学校的技术条件以及经费情况，工作部分以及齿轮采用已于加工的尼龙材料。
关键词：
压面机，机械加工，车削，轴
工程概况
本次设计主要是通过实践来感受机械加工的魅力，同时提升自己，也能大概的了解机械行业的整个生产的过程。
培养学生的工程思维。
通过学校的小工厂和124数控实验室的多种设备，例如车床、铣床、刨床、钻床等，完成加工一个三级传动的小型压面机，该压面机一级传动是带传动，二、三级传动是齿轮传动，该压面机能同时揉面和切面条，制造压面机时候，要从设计开始，再到购买材料，然后再下料，按照图纸加工每一个零件，之后再把所有的零件组装起来。
在加工或者组装的过程当中，有很多设计问题，反馈回去重新修改之后再加工，材料买不到寻找代替物品，加工不了换其他想法，整个过程就是一个不断完善的过程。
1概述
1.1食品机械的发展状况
对于国内来说，由于我国的食品行业机械化发展的比较晚，所以说我国的食品行业机械化总体的情况还是比较落后。
欧洲，美国等发达国家食品行业机械化已经非常成熟。
反观我国，自主研发发能力还是比较弱，经费投入也不足，行业中多数企业缺少高水平的技术开发能力。
当前，我国拥有自主知识产权的食品机械设备很少，大多数高新设备还是要依赖国外进口。
但是，市场的需求每年都在增长，故近几年我国的食品机械发展的速度，非常的快。
现在已进入了提升研发和创新的能力的重要阶段，产品也也急需结构调整，与国际接轨，正是一个蓬勃的发展时期。
目前中国的食品机械行业还在稳步发展的阶段，市场尚还处在不稳定时期。
我国食品机械的发展还需要几代人的努力，现在的重担便落在我们的头上，我们要走的路还很长。
反观整个行业的提升空间非常的大，因为在我国，老百姓所吃的食品，大都直接来自农业生产，基本没有经过加工。
每年造成的损失高达数亿美元，直接原因就是因为：
缺少大量关键性的食品加工机械，多余的粮食不能够得到深加工，不能够很好的贮藏和保鲜，不能够综合利用，而我国每年还需要大量的从国外进口粮食。
由此来看，我国的食品机械行业是亟需发展壮大，摆脱对国外技术的依赖，而我国幅员辽阔，物产丰富，国外的机械设备未必就能完全适应我国的食品生产，所以我国的食品加工行业的前景非常的好，基本上处于刚刚开发的市场[1]。
大力发展我国的食品机械行业，首先，离不开国家的政策支持，扶持一些生产食品机械企业，增强企业的责任感，使命感，激发他们的创新能力，使其不断的完善并提高产品的质量和竞争力，掌握核心技术，开发适用与我国的食品加工机械，并且与国际接轨，缩短与德国和日本等一些制造大国的距离。
其次，应该不停地规范化市场，建立和完善该行业的标准，让企业能够在一个标准化的市场发展。
第三，企业不应该打价格战争，要建立良性竞争的市场环境。
第四，中国国土面积巨大且物产丰富、也是世界第一人口大国，各地经济发展和生活方式不尽相同，因此生产厂家要做多方面的调查、要针对地域差别，经济承受能力等等情况，积极的开发能够适合全国各地不同用户需求的产品，满足消费者的真正需求。
第五，要加大广告力度，提升各个企业的品牌知名度，做有良心的企业，做服务型企业，各企业要相互团结，众人划桨才能开大船，众人拾柴火焰高，只要大家心往一处想，劲儿往一处使，何愁食品机械加工行业不能够发展的如火如荼？
影响我国食品行业发展目前最关键的原因：
最重要的当推国内食品机械技术落后于国外先进的食品机械技术企业，根据统计，自从食品机械行业发展这几年来，我国的食品机械行业与其他的行业一样都是奉行拿来主义，大部分产品还是过度依赖国外的进口，毕竟这样做成本比较低，购买一个批量化生产的产品是远没有研发一个产品贵[2]。
如果企业大部分的开支都用在进口的设备上，这种情况会严重限制我国食品机械企业的良性发展。
这种情况一直是我国科技发展致命的伤痛，这样的发展并不可取，就拿汽车飞机行业来说，我国购买发达国家的汽车飞机，但并不能掌握其核心技术，所以一直发达国家牵着鼻子走，以至于我国制造业在世界范围并不被认可，是我国缺乏竞争力的主要原因，因为现在无论是市场上经济的斗争还是战场上武器装备的比拼，归根结底都是科技的比拼，商人都是趋利的，所以我国家的发展，还得靠国家多多支持，多投入。
企业家家小业薄，只想更快的获取利益，更快的满足客户的需求才是他们的想法，同时这样的成本低，因为技术研发的成本非常的高。
这样做从长远的发展来看还是弊大于利的，而且我国的食品机械行业有着悠久的历史，从古老的马拉撵，驴拉磨，水磨等等各种原始机械产品，到现在为止已经经过很长时间的发展，但是没有形成一个完善的发展模式，也没有相应的创新体系，大部分企业纷纷倒闭做不下去，剩下的一些企业也是岌岌可危，并不能够担当大任，从中不难看出我国企业难以摆脱国外企业的影响，不能够长远。
我国还是要从原始做起，结合当时新兴的技术，以及国外的先进技术的经验，自主研发才是正确的选择。
随着这几年毒奶粉，地沟油等被媒体曝光，食品的安全问题也搞得人心惶惶，国内的无良企业频频无下限，无节操，做一些伤天害理的事情。
这其中，食品机械跟不上时代也是一个大问题，设备急需要更新换代，因此往后很长一段时间，我国的食品机械行业，应该是保持一个良好的发展势头，且随着这几年自动化的发展，单片机以及PLC的盛行，该行业的自动化程度会越来越高，越来越人性化，越来越安全[3]。
在国际食品机械行业的发展方向，与食品机械相关的新的技术标准，尤其是安全和健康问题，越来越多的人关注产品的群体适应性和对加工企业的食品安全提出了更高的要求。
高科技新型的技术在食品机械中得了到非常广泛的应用，成为提升食品机械技术含量的重要内容；技术创新力度越来越加强，成为新一轮的食品机械技术跨时代的重要手段和措施；技术的门坎愈来愈高，说白了，食品机械竞争的主要方式，还是高科技的核心技术，掌握核心技术才是王道，当然包括加工制造技术，也就是工艺方面，包括高精度和尖端加工设备，我们学校的技术方面的局限性非常的大，我国的整体技术也比发达国家差很多，所以说，现在食品机械制造行业，也并不能靠五花八门的产品，数量上取胜，取而代之的是高科技技术、技术标准、技术壁垒、技术创新、安全卫生等无形资本的巨大作用。
[4]
现如今的世界的食品机械行业正朝着以下几个方向发展：
（1）高科技技术越来越实用化。
目前，国际上好多发达国家诸如德国、美国、日本等，把大量的新技术，新的思想运用到了食品机械的设计当中，生产出了好多既实惠又好用的设备，由于人家的体制完善，产品的价格还不贵，非常的高端还具有竞争力。
因此，高科技技术是食品机械产品上水平、上档次的必要组成部分，具有更广泛的发展和应用前景。
（2）技术标准趋向相同。
我们既然要发展壮大，必然不能闭门造车，与先进国家的交流合作那是少不了的，所以我们必然要在某些方面与国际方面达成一致，这样才能有效的交流合作，学习人家的长处，化为自身的优点，所以必须要有一个相同的技术标准。
（3）控制质量全程化。
国际上现在比较常用的食品加工的方式方法，在控制其质量方面，以前只是在加工完成之后直接对最终得到产品进行质量检测，而现在都是在加工过程中，对各个关键的环节都要进行检测。
其意义在于：
一来是减少加工过程的出现一系列误差，将食品加工过程中设备或人为的误差降低到最低限度；二是由于一个环节的问题导致产品最终不合格，这样不仅能够提高效率，而且还能节约成本，同样也能节约人力成本，也能节约电力资源。
所以，对于食品加工过程全程化控制，是现在食品安全的重要保证，也是我们技术的突破点，技术发展的方向之一。
（4）生产设备高度效率化。
就拿家庭使用的小型压面机来说，随着现在人们的生活节奏越来越快，吃面条本来就是图方便，所以生产面条的机械必须要快速，而且简单易于操作，智能化，多功能化，这样的产品在市场上才具有竞争力，才能获得更大的盈利，才能站的住脚，也能长久。
我们要紧紧跟随时代的脚步，不能落后[5]。
1.2课题研究的背景和意义
本课题的主要意义在于让大学生先接触并了解机械行业实践的东西，主要是加工制造这一块儿，培养大学生的工程思维。
机械设计制造，说白了，宗旨就是为了人们的方便，满足用户的需求，通过所学的知识，运用一些现有材料，按一定的尺寸规格，工艺过程，进行加工制造，做出来一个能够代替人做事情的机器。
具体就是先画三维图进行预设记，然后再画各零件的二维加工图纸，根据学校现有的条件，把所设计的加工出来，这是多学科理论和实际知识的综合运用。
此中设计部分是整个机械工程的最根基部分，也是首要组成部分。
由于本次课题的侧重点不在机械设计上面，而在于加工制造这一块儿，本课题的主要目的就是通过学校给的零星的一点点经费，加上学校的技术条件，再加上学校所在城市的资源，把这个压面机的实体尽量的做出来。
意义就在于提高大学生的实践动手能力。
理论与实践结合的过程中不免会遇到各种问题，在解决问题的过程中，我们不断的成长。
比如说，在三维预设记的过程中，在使用SolidWorks这个软件同时，跟同学们之间的交流，发现麦迪工具库这个骚东西，它几乎有我国标准的所有的标准件，并标明生产厂家，购买及其方便。
绘制二维零件图纸，通过与车间有经验的加工老师傅交流，也能得到许多的指导，他们会了解这个城市可以买到的材料，去哪里买，怎么样节省经费等，而在后期加工过程中，由于技术条件的限制，不得不在工艺、刚度、强度方面的要求，和技术条件之间抉择，在处理这儿问题的同时，也必须是非常有经验的老师傅才能给你指引。
初学者就好想当然，须知这世上的好多东西不是你想的那样，不是想怎么样就怎么样，书本上的的东西最终还得靠实践才能完善。
对于机械设计中，结构设计方面的主要特点有：
（1）他是一个综合的过程，需要我们结合实际的加工情况，技术条件，毕竟我们是要做实体出来，我们不禁要考虑它的绘图和计算，还要考虑加工的可行性，我国的专利90%都是废品，没有任何实际意义，千万不能走这条路。
（2）在机器整体的结构设计过程当中，遇到的好多问题都有好多的解决办法，我们切不可拘泥于眼前，要多跟不同的人交流，有时候会有意想不到的惊喜。
（3）结构设计方面也是一个非常灵活的环节，由于前期的经验不足，会犯很多设计上的错误，结果就导致出来的图纸拿到车间师傅面前，根本就不能加工，这是候就要返回来修改设计，好不容易加工完之后，组装的过程中，就会发现有的地方强度不够，有的地方会产生诸多误差导致根本就不能装配，这时候还得返回来重新修改设计，这个过程是最最令人头疼的一个过程。
（4）实体制作就是为了锻炼学生的实践能力，这一波主要是通过理论与实际结合来提升自己的各种能力。
1.3压面机的简介和发展现状
由于我国是一个农业大国，也是世界上人口最多的国家，民以食为天，所以历来食品加工行业在我国都占据着非常重要的地位，在我国的经济中也有着举足轻重的地位，非常的重要。
它与我们每个人的生活都息息相关。
在整个机械行业当中，食品机械也是使用率最高的行业。
所以他的质量、性能、参数、功能的多样化，都会影响人们的日常生活。
由此可见，食品加工机械行业在未来的工业中的地位会愈来愈重要[6]。
由发达国家的一些经验来看，高科技尖端的食品机械产品不仅仅可以加工出来非常受欢迎的食品产品，更能提高资源的利用率，端的是奇骚无比，我国跟人家比差就差在这里。
现如今，由于信息技术的发展，食品机械的设计和开发工具也凭借经验，手绘主要是用计算机来进行合理的分析变化。
本设计所提压面机，作为我国重要的食品机械之一，在工业中起着非常重要的作用。
要设计压面机，首先要明白它是用来干什么的。
它是用来只做面条，饺子皮等在北方乃至全国都喜闻乐见的家常面食。
还可以制作土豆粉条，甚至可以将土豆压碎，做成三药鱼，也可做莜面，主要功能就是将一些柔软且韧性好的食物通过切面辊连切带压，制成条状的食物，便于用汤煮着吃，也可以拌着吃，新疆话说：
歹得很[7]！
压面机的关键部分就是工作的部分，也就是压面切面部分。
首先通过压面棍将面压成片，再让切面辊把面压成条状，切割式的压面机基本工作原理都是这样的。
所以这个部分加工工艺的好坏，精度的高低，是直接决定着面条的质量，是不是爽滑可口，是不是很劲道，所以本设计采用更好精度的数控车床来加工这个部分，精度能达到千分位，用以保证零件的质量。
[8]。
市场上常见的压面机，从原理上分类有两种：
一种是挤压式的压面机，就是有一个封闭的环境里面有一个螺旋桨，反转便可以和面，正转便可以将面推入筛子，通过筛子上的小孔挤压出去，这样的面条机自动化程度比较高，只需要将面和水以及其他的佐料加入机器即可，操作简单。
但是这样的机器清洗特别困难，而且螺旋桨是复杂的曲面加工，一般的技术条件根本就达不到。
另一种就是切压式的压面机，这个加工就比较简单，而且也是最原始的压面机，积累了好多经验，发展到今天功能也是非常的丰富。
[7]此次课题研究的是家用压面机，也就是切压式的压面机。
2压面机的总体设计
2.1压面机的工作原理
本课题所设计的是切压式家用小型的压面机，从结构上主要由机架和工作台部分，减速传动部分，工作部分，上下料部分和动力部分组成。
选用的电机为单相异步电机。
工作原理：
首先，先将压面辊装到机器上面，然后将水和面和好，和成疙瘩状即可，然后开动机器，将疙瘩状的面放在上面壳子上面，面会自动流向压面辊，压成面片。
一次性可以先多压点面片。
每个面片都要重复压好几次，这样才会让面更加劲道。
之后将压好的面片用刀切成你想要的长度，然后将机器换成切压面辊，再次开启机器，将面片放在上面壳子里，则会自动流入切压面辊，如此就可以等待在下面的收面壳子里面收取精美的面条了！
图2-1压面机实物图
2.2压面机的机架设计
压面机的机架，考虑到工作环境，以及使用的时间，再结合市场上大量的压面机实例，压面机的机架最好使用型材，如角钢、方钢、槽钢、工字钢之类，本设计机架采用角钢和方钢两种型材。
如下图：
图2-2型材
机架整体直接可以直接用焊接连接。
2.3压面机的传动部分设计
为了更加方便，节省力气，本设计压面机使用电动机带动，所以必须通过各种的传动方法传递动力到工作部位，根据市场同类大小的压面机的调查发现，它们的功率大约在500w左右，家用的220v电压即可，由于市场上的该功率的单相电动机的转速都是非常大的，大约在1440r/min左右，这时候我们需要的多级减速传动。
一级传动选择带传动，二级传动选择齿轮传动，三级传动也选择齿轮传动，每级传动都是大轮带动小轮，是减速传动。
尽量把速度降低，使机器在工作的时候安全，而且噪音也比较小。
如下图：
图2-3压面机的传动
2.4工作部分的设计
传统做面条的方法就是揉面或者拉面使面变的劲道，然后再切或者拉成面条。
所以设计机械的时候一定要保证有揉面部分，同时又有加工面条部分，最好两个能同时工作，而现在市场上最常见的压面机按工作方式分两种，一种是挤压式的，就是通过压力把面从小孔里面挤出来，还有就是用刀子把面片切成面条。
两种各有优劣，第一种自动化程度比较高，自动和面，自动揉面，但是结构复杂，成本较高，第二种就比较常见，就是用刀切成面条，本设计就是采用的这种工作方式。
如下图：
图2-4切面辊
3压面机的详细设计
3.1传动设计，选配电机
方案设计：
家用压面机的带传动。
工作环境：
适用于各种家庭环境，载荷平稳，环境清洁。
起始数据：
出面速度0.1727m/s。
3.1.1电动机类型的选择
本次设计主要是针对压面机的制造，压面机属于食品机械，根据《简明机械设计手册》，选用YY（IP44）封闭式单相电容运转异步电动机。
此电机的结构特点为一般用途封闭自扇冷式，能防止灰尘，铁屑或其他杂物侵入电动机内部，效率高，噪音低，振动小，体积小，重量轻，运行可靠，安装方便。
适用于灰尘、土壤水分的飞溅情况，如农业机械、搅拌机、铣床等食品机械。
可以满足我们的要求。
图3-1单相异步电动机
在选择电动机时，应保证选择时
式子中：
----电动机的额定功率，单位kw。
----为机器所需的电机功率，单位kw。
需电动机功率由下式计算：
式子中：
----工作机所需有效功率，由工作机的工艺阻力及运行参数确定。
----电动机到工作机的总效率。
kw
式子中：
F----在压面疙瘩时候压面辊所承受的压力（根据网上数据以及经验估算）N。
v----工作机的线速度，m/s。
D----主动轮的直径，mm。
则：
kw
查《简明机械设计手册》表19-3，综合考虑电动机的功率转速和传动装置尺寸、重量、带传动等因素，选择型号YY7144-500W的电动机，额定功率为500kw，转速为1400r/min。
3.1.2计算总传动比以及分配各级的传动比
1、总传动比：
i总=n电机/n辊=24
2、各级传动比分配：
首级选择带传动，传动比i1=4，二、三级级选择齿轮传动，i2=3，i3=2
运动参数以及动力参数计算：
①、计算各轴的转速（r/min）
N1=n电机=1400r/min，N2=n1/i带=1400/4=350r/min
N3=n2/i2=350/3=116.7r/minN4=n3/i3=116.7/2=58.35r/min
②、计算各轴的功率
P1=Pd=500wP2=P1×η带=500×0.94=470w
③、计算各轴的扭矩（N·m）
T1=9.55×10
P1/n1=9.55×10
×0.5/1400=3.41N·m
T2=9.55×10
P2/n2=9.55×10
×0.47/350=12.82N·m
3.2带轮传动计算
1、选择普通圆带截型
查机械设计课本P218表13-8的工作情况系数表，取KA=1.0，PC=KAP=0.5kw。
2、选择圆带型号
选普通圆带带根据PC=0.5kw，N1=1400r/min，由课本P214表13-3查得，选用圆带。
R=10
3.3齿轮传动设计计算
1、首先，选择齿轮材料及确定许用应力
大齿轮采用软齿面，小齿轮选用40MnB调质，齿面硬度为240-286HBS，
σHlim1=700MPa，σFE1=600MPa,大齿轮选用45钢，调质，齿面硬度为220HBS，
σHlim2=600MPa,σFE2=480MPa，
由课本表11-1，SH=1.0,SF=1.25,ZH=2.5,ZE=189.8
[σH1]=σHlim1/SH=700/1.0MPa=700MPa
[σH2]=σHlim2/SH=600/1.0MPa=600MPa
[σFE1]=σFE1/SF=600/1.25MPa=480MPa
[σFE2]=σFE2/SF=480/1.25MPa=360MPa
考虑到实际加工难度，齿轮材料全部为尼龙。
2、按接触疲劳强度设计计算
各个齿轮按7级精度制造，取载荷系数K=1.2，齿宽系数ψd=0.8，
小齿轮上的转矩为：
T2=9.55×10×P/n2=9.55×106×0.47/116.7=2.75×104
（1）、取齿数Z1=25，则Z2=3×25=75，实际传动比i2=75/25=3,传动比误差0，可用，齿数比u=i=3。
由
d1=
=
=46.79mm
模数：
m=d1/Z1=46.79/25=1.87mm，去第一系列模数m=2
则齿轮的中心距a=2×（25+75）/2=100mm
取a=180mm，确定齿轮的分度圆直径：
d1=mZ1=50mm
d2=mZ2=150mm
确定齿轮宽度：
b=ψdd1=0.8×42=40mm取b2=10mm，b1=10mm（考虑实体加工难度）
（2）、取齿数Z3=25,则Z4=25×2=50，实际传动比：
i=50/25=0,传动误差0，可用，齿数比：
u=i=2
由：
d1=
=
=46.79mm
模数：
m=d1/Z1=46.79/2=1.87mm取第一系列模数m=2
则齿轮的传动中心距：
a2=2×（25+50）/2=75mm，取a2=75
确定齿轮分度圆半径：
d3=mZ3=2×25=50mm
d4=mZ4=2×50=100mm
确定齿轮宽度：
b=ψdd1=0.8×50=40mm,取b4=10mm，b3=10mm（考虑实际加工）
（3）、齿轮弯曲强度校核
齿轮按8级精度制造，取载荷系数K=1.2
齿形系数：
ZV1=Z1=21ZV2=Z2=67ZV3=Z3=12ZV4=Z4=39
齿形系数YFa和应力修正系数YSa
查表得：
得：
YFa1=2.83,YSa1=1.57;YFa2=2.26,YSa2=1.73;YFa3=3.65,YSa3=1.50;YFa4=2.46,YSa4=1.67.
载荷系数K取1.2，
许用弯曲应力[σF],计算两组齿轮的许用弯曲应力:
σF1=（2KT1/bd1m）YFa1YSa1
=（2×1.2×2.75×10/35×42×2）×2.83×1.57
=99.74MPa<[σF1]=480MPa
σF2=σF1YFa2YSa2/YFa1YSa1
=99.74×2.26×1.73/2.83×1.57
=87.77MPa<[σF2]=360MPa
σF3=（2KT1/bd3m2）YFa3YSa3
=（2×1.2×2.75×10/35×36×3）×3.65×1.50
=95.60MPa<[σF1]=480MPa
σF4=σF3YFa4YSa4/YFa3YSa3
=95.60×2.46×1.67/3.65×1.50
=71.73MPa<[σF2]=360MPa
故轮齿齿根弯曲强度足够。
（4）、计算齿轮的圆周速度V
V=π·d1·n1/（60×1000）=3.14×50×350/60000=0.916m/s
查表机械设计课本P260表6-2，选择7级精度最合适。
3.4压面辊的设计
3.4.1压面辊的结构和规格
首先，从结构上来看。
压面辊就是两个平行但转向相反还具有一定间隙的回转体，从原理上来看，就是让面从其间隙中流过的过程中，将面挤压成面片。
其结构和原理都十分简单，但是我们要自选材料用车床自己加工一个出来。
而且还要保证相当的精度和表面粗超度，否则会造成加工过程中面的粘连、面片不均匀等诸多问题。
如下三维图：
图3-2压面辊三维设计图
3.4.2压面辊材料的选用
有很多的材料可作为表面压辊，不同的条件和使用环境，使用合适的材料，以更好地发挥辊本身的作用，提高效率。
很多情况下，压辊一般都用铸件，但是我们学校的技术条件并不能允许铸造，此外，由于硬度不够，磨损程度更严重，当面团被挤压时，表面容易粘在滚筒上。
因为在装配中的压力辊的大小与齿轮的中心距离的平衡，可调范围是比较小的，所以当上面的问题是压力辊不能用于造成浪费。
在这里，我们结合实际，为了加工的方便，以及经费原因，我们这里还是选择尼龙作为材料。
该材料虽然强度硬度不怎么样，勉强算是合格，但是韧性贼好，而且表面粗超度非常容易处理。
3.4.
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