根据经验数据,摩擦圆盘线速度Vmax=5.67m/s时[5],对马铃薯的去皮效果最好,马铃薯果肉损失最少。
2.2.4擦皮机所消耗的功率的计算
马铃薯去皮机所消耗的总功率,可用下式进行粗略估算
(W)
式中
M为转盘转矩(N·m),η为传动效率;
………………………………………………………………(4)
R为摩擦臂矩,R=0.4D(D为转盘直径)
η=(0.75~0.85),设计中选0.80
假设马铃薯为球形颗粒,马铃薯粒径﹤80㎜,设计中取80mm,马铃薯密度ρ=1.0~1.2g/cm3,设计中取ρ=1.1g/cm3
则单个马铃薯的体积V1
(cm3)
单个马铃薯的质量m1
(g)=0.2498(kg)
一个圆筒内放入马铃薯的个数为N
(个)
则马铃薯去皮机所消耗的总功率P为:
(W)
=6302.5W=6.302(KW)
3.传动方案的设计选用
3.1电动机的选用
3.1.1几种常见电动机的特点
Y系列是我国统一设计的一般用途全封闭自扇笼型三相异步电动机,防护等级为IP44。
Y系列电动机具有效率高、启动转矩大、噪声低,振动小,可靠性高等特点,适用于不含易燃,易爆或腐蚀性气体的一般场所和无特殊要求的机械,如:
金属切削机床、泵,风机、运输机械、农业机械、食品机械等。
它的额定电压380V,频率50Hz。
YCJ系列齿轮减速电动机由Y系列(IP44)电动机与齿轮减速器耦合而成,齿轮箱与电动机已成为一整体,可直接输出低转速大转矩。
适用于矿山、冶金、建材、化工、食品、造纸,农机等行业。
它的额定电压380V,频率50Hz。
YZR,YZ系列电动机具有较大的过载能力和较高的机械强度,适用于短时或断续运转,频繁启动,制动,有过载及有显著振动与冲击的设备。
专用于起重和冶金机械或类似的其他设备。
YZR系列为绕线型转子电动机;,YZ系列为笼型转子电动机。
它的额定电压380V,频率50Hz。
[6]
3.1.2电动机容量的选择
马铃薯去皮机所需要的功率P=6.302KW,因为设计传动中从电动机到圆筒有一对轴承,一个带传动
所以电动机到圆筒的传动总效率为
η0=η滚*η带
其中,η滚=0.98,η带=0.95
η0=η滚*η带=0.98*0.95=0.931
P1=P/η0=6.302/0.931=6.77KW
3.1.3电动机的选型
根据上述对几种常用电动机的分析,综合考虑到马铃薯去皮机属于无特殊要求,配用效率高、启动转矩大、噪声低,振动小的Y系列三相异步电动机就可以了。
同一功率的异步电动机有同步转速3000、1500、1000、750r/min等几种可供选择,通常选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机。
根据去皮机所需要的功率P=6.3025kw来选型,由于考虑到电动机功率应当比计算的值大一些,查阅标准表7-2-2[6],查出有俩个适用的电机型号,因此有下面俩个传动方案。
表1电动机选型表
Table1MotorSelectionTable
方案
电动机
型号
额定功率KW
空载转速
r/mim
满载转速
r/mim
效率%
功率
因数
传动
比i
1
Y160M-4
7.5
1500
1440
87
0.85
5.37
2
Y160M-6
7.5
1000
970
86
0.78
3.62
普通V带传动比为2~4,链传动的传动比为2~6,齿轮的传动比为3~40,由上表可知,方案1的传动比为5.37,方案2的传动比为3.62,对比方案,为使结构紧凑,且的可以选择的传动方式多一些,综合考虑,选择方案2,所以本设计选用1000r/min的电动机,满载转速为970r/min,查阅标准表7-2-2,选取Y160M-6型电动机。
这种电动机的数据如下:
表2电动机主要性能参数
Table2Motorperformanceparametersofthemaintable
型号
额定功率kW
满载时
起动转矩
额定转矩
起动电流
额定电流
最大转矩
额定转矩
转速
r/min
电流
A
效率
%
功率因数
Y160M-6
7.5
970
17
86
0.78
2.0
6.5
2.0
表3电动机外形和安装尺寸
Table3Motorappearanceandinstallationdimension
中心高
H(mm)
外形尺寸
L×(AC/2+AD)
悬挂安装尺寸
A×B
轴伸尺寸
E
装键部位尺寸
F×D×G
160
605×(330/2+265)
254×210
112
12×42×37
图3电动机结构简图
Figure3Schematicdiagramofmotor
3.2传动方案的论证与设计
3.2.1传动方案的选择
去皮机转速n=268r/min,所选电动机的转速为1000r/min满载转速为970r/min,因此擦皮机的总传动比为i=970/268=3.62,因为普通V带传动比为2~4,链传动的传动比为2~6,圆柱齿轮的传动比为3~8可以有三种方案可以选择:
a方案:
电动机——三角皮带轮——转盘;
b方案:
电动机——链传动——转盘;
c方案:
电动机——齿轮传动——转盘。
a方案采用的是带传动实现减速的目的,带传动的传动比为3~5左右,带传动便于将电动机和圆盘的基础分离,减轻振动的干扰,传动平稳,结构简单,成本低,安装维护方便,带损坏后容易更换。
过载时,带在带轮上打滑,可防止其他零件的损坏,起到安全保护的作用。
带传动对环境的要求比较低。
一般情况下,在带传动中只要不接触润滑油,都不会影响到其寿命。
b方案采用的是链传动实现减速的目的,与带传动相比无弹性滑动和打滑现象,平均传动比恒定,传动效率高,整体尺寸小,磨损后易发生跳齿,工作时有噪声,不宜用于载荷变化很大,高速和急速反向的场合。
c方案采用的是齿轮传动实现减速的目的,它的效率高,结构紧凑,工作可靠,寿命强,传动比稳定。
齿轮减速传动器能够实现单位时间内的精确的传动比,作为独立的传动装置,能达到3000kw。
但它的安装精度高,结构紧凑,制造成本大。
齿轮传动对环境的要求比较高,当啮合齿轮在啮合的过程中,有粒状物夹杂其中,会加快齿轮的磨损,进而导致齿轮寿命的减短。
以上这三种传动方案都能满足圆盘给料机的功能要求,但结构、性能、经济性和工作环境不同。
根据设计数据,擦皮机的容重0.8吨/米3,处理能力200公斤/小时,求出总传动比为3.63,综合考虑选择方案a较合适。
3.2.2安装形式选择
带传动具体安装形式有三种方案可以选择:
方案a:
卧式电动机——万向联轴器——带传动——转盘
方案b:
立式电动机(传动轴向上)——带传动——转盘
方案c:
立式电动机(传动轴向下)——带传动——转盘
a方案采用联轴器将电动机和主轴连接的,电动机是卧式的,中间需要万向联轴器实现90度的换向。
这个传动方案结构简单,工作不平稳。
b方案直接采用立式电动机,传动轴向上,用电动机的轴直接与小带轮连接,电动机的传动轴向上。
这个方案传动平稳,结构简单,成本低,安装维护方便。
图4安装方案图
Figure4installationprogrammap
(1.电动机2.万向联轴器3.小带轮4.V带
5.大带轮6工作机筒)
c方案直接采用立式电动机,传动轴向上,用电动机的轴直接与小带轮连接,电动机的传动轴向上。
这个方案传动平稳,结构简单,成本低,安装维护方便。
较方案b结构紧凑。
以上这三种传动方案都能满足圆盘给料机的功能要求,但结构、性能、经济性和工作环境不同。
根据设计数据,擦皮机的容重0.8吨/米3,处理能力200公斤/小时,求出总传动比为3.63,综合考虑选择方案c较合适,电动机基本结构形式采用B3,安装结构形式采用V5安装。
3.3V带的设计选用
带传动是由固联与主动轴上的带轮1、(主动轴)、固联与从动轴上的带轮3(从动轮)和紧套在两轮上的传动带2组成的(如下图)。
当原动机驱动主动轮运转时候,由于带和带轮间的摩擦,便拖动从动轮一起转动,并传递一定的动力。
带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲振动等特点。
图5带传动示意图
Diagram5taketospreadtomovediagram
带传动一般最常用的有几种皮带:
平带,V带,同步带。
多在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下,V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力要大,所以V带传动能力强,结构更紧凑,在机械传动中应用最广泛.V带按其宽度和高度相对尺寸的不同,又分为普通V带,窄V带,宽V带,汽车V带,齿形V带,大楔角V带等多种类型.目前,普通V带应用最广。
同步带相当于平带与多根V带的组合,兼有两者的优点,多用于结构要求紧凑的大功率传动中。
由于马铃薯去皮机采用小功率电机,综合考虑,大小带轮之间采用普通V带。
普通V带的截型分为Y、Z、A、B、C、D、E七种。
3.3.1V带的设计计算
1)确定计算功率
Pd=KA·P
查表6-1-11[6],按每天工作<10小时,载荷变动小,取KA=1.1
Pd=1.1×7.5=8.25kw
2)选带型
根据Pd=8.25kw和n=970r/min,查图6-1-3[6]
选B型带。
3)确定带的基准直径D1和D2
根据B型带截型参考表6-1-22和表6-1-23[6],选
D1=140mm
Dmin=125mm
验算带速:
(m/s)
V在5~25m/s范围内,所以D1直径合适。
计算从动轮的直径:
D2=iD1=3.62×140=506.8(mm)
查《简明机械设计手册》表6-1-22,V带轮的基准系列
圆整为D2=500mm
传动比
i=
(r/min)
带速
(m/s)与经验数据偏差较小,符合要求,可以采用。
4)确定中心距a和带的基准长度
初定中心距
取值范围
初定a0=600(mm)
计算基准长度
根据Ld0,查表6-1-19[6],取和Ld0相近的V带基准长度
Ld0=2240(mm)
实际轴间距
(mm)
5)验算包角
>
6)确定带的根数:
Z
单根V带的基本额定功率P1
由D1=140mm和n1=970r/min,普通V带,查[6]表6-1-37,得
P1=2.13kw,
kw
查表6-1-33[6],α1=145°时,Ka=0.91
查表6-1-19[6],Ld=2240mm,B带,取KL=1.00
(根)
7)确定单根V带的预紧力F0
查表6-1-34[6],B型带,m=0.17
=235.82N
8)计算作用在轴上的力FQ(或压轴力)
N
N
9)V带的安装要求
1)普通V带和窄V带不得混用;
2)各带轮轴线应相互平行,各带轮相对应的V形槽对称平面应重合,误差不得超过
20°;
3)带嵌入轮槽前,应先调小中心距,不得强行撬入;
4)中心距调定应使带的张紧适度,应控制好初张紧力;
10)V带传动的安装及张紧
图6V带的定期张紧装置
Figure6Vbelttensioningdeviceonaregularbasis
V带的张紧方法有定期张紧和自动张紧两种方法。
所设计的传动V带用于电动机和圆筒之间的传动,结合马铃薯去皮机的具体工作情况(如传递的功率比较小),采用张紧轴的定期张紧的方法,通过电动机与支撑板之间的螺栓连接,可以临时调试v带的张紧程度。
如图8所示。
3.4V带轮的设计选用
对于V带轮的设计应满足的要求有:
质量小,结构工艺性好;无过大的铸造内应力;质量分布均匀,转速高时要经过动平衡;轮槽工作面要精细加工,以减少带的磨损;各槽的尺寸和角度应保持一定的精度,以使载荷分布较为均匀等。
3.4.1带轮的材料的选择
带轮的材料主要采用铸铁,常用的材料牌号为HT150或HT200;转速较高的宜采用铸钢;小功率的可采用铸铝或塑料。
对于本擦皮机我们选用V带轮的材料为:
铸铁HT150;
3.4.2带轮结构的确定
铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式:
实心式,腹板式,孔板式,椭圆轮辐式。
带轮的结构设计,主要是根据带轮的基准直径选择结构形式;
根据V带轮的槽型和带轮的基准直径,查[6]表6-1-27
小带轮的基准直径D1=140mm,B型槽,做成实心轮;
大带轮的基准直径D1=500mm>300mm,B型槽,做成六椭圆辐轮结构;
根据带的截面类型确定轮槽的尺寸;确定了带轮的各部分尺寸后,即可以绘制出零件图,并按照工艺要求标注出相应的技术条件。
带轮一般放在轴的端部,可以先求出轴的最小直径:
轴的基本直径尺寸公式如下:
P—驱动擦皮机所需要的功率,KW,P=6.3025KW;
n—轴的转速,r/min,n=269r/min;
A0,【τT】—与轴材料有关的系数,在此处轴的材料为45号钢
此次小型马铃薯擦皮机的轴一般选用45钢就能满足要求,45钢的
可以查下表:
表表5轴常用几种材料的及A0值
From5materialandA0ofshaft
轴的材料
Q235-A
Q275、35
(1Cr18Ni9Ti)
45
40Cr、35SiMn
38SiMo、3Cr13
【τT】/MPa
15~25
20~35
25~45
35~55
A0
149~126
135~112
126~103
112~97
对于d≤100mm的轴,有一个键槽时候,轴径要增大5%—7%,有两个键槽时候应该增大10%—15%。
因为轴上有1处键槽,所以
mm……………………………………………………
又由于擦皮机的主轴承受的是冲击动载荷,故在设计时,轴的最小处直径应比理论计算的要大一些,然后,再综合考虑,暂时选取dmin=48mm。
所以取d1=50mm。
大小带轮示意图如下图所示:
图7小带轮结构图
Thediagram9thesmallstructureofbeltwheel
图8大带轮结构图
Thediagram10thebigstructureofbeltwheel
3.4.2V带轮的设计要求
对于V带轮的设计应满足的要求有:
质量小,结构工艺性好;无过大的铸造内应力;质量分布均匀,转速高时要经过动平衡;轮槽工作面要精细加工,以减少带的磨损;各槽的尺寸和角度应保持一定的精度,以使载荷分布较为均匀等。
带轮的材料主要采用铸铁,常用的材料牌号为HT150或HT200;转速较高的宜采用铸钢;小功率的可采用铸铝或塑料。
对于本擦皮机我们选用V带轮的材料为:
铸铁HT150;
带轮的技术要求:
1)带轮各部位不允许有裂缝、砂眼、缩孔和气泡;
2)带轮轮槽工作面表面要光滑,轮槽棱边要倒圆或倒钝,以减少V带轮的磨损;
3)轮槽对称平面与带轮轴线垂直度允差±30°;
4)带轮轮毂孔公差为H7或H8,轮毂长度上偏差为IT14,下偏差为0;
5)设计带轮时,结构要便于制造,质量分布均匀。
当v>5m/s时要进行静平衡试验,当v>25m/s时则应进行动平衡试验。
3.4.3V带传动的键的选择
在本设计当中,选择圆头普通平键联接。
因为圆头普通平键(A型)宜放在轴在上指状铣刀铣出的键槽内,从而使键在键槽内轴向固定良好。
这种键用途广泛。
缺点是键的端部侧面与轮毂并不接触,不能参与传递转矩,因而键的圆头部分不能得到充分的利用,且轴上键槽端部的应力集中较大。
平头平键(B型)是放在用盘铣刀铣出的键槽内,因而避免的上述的缺点,但对尺寸较大的键,宜采用紧定螺钉固定在轴上的键槽中,以防松动。
单圆头平键(C型)则常用于轴端与毂类零件的连接。
考虑到结构的简单,安装方便和与同一个轴应采用的键应统一,本设计中加工的键槽用端铣刀加工的,故可选用A型键槽。
表4键的尺寸选择
Table4keysizes
6~8
>8
~10
>10
~12
>12
~17
>17
~22
>22
~30
>30
~38
>38
~44
b×h
2×2
3×3
4×4
5×5
6×6
8×7
10×8
12×8
轴的直径
>44
~50
>50
~58
>58
~65
>65
~75
>75
~85
>85
~95
>95
~110
>1