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平板包揉机设计(2)

时间：2022-08-07 22:36:51 作者：来源：阅读：86 评论：0

2 总体设计方案

目前我国市场上的包揉机主要是6CWB-80型

与现有设备进行比较，最终决定设计的包揉机结构简图如图2-1所示：

平板包揉机设计图1

图中：1,5—电动机 2—加压架 3—上揉盘 4—下揉盘 6—减速器 7—加压轴 8—带轮

图2-1 包揉机结构简图

2.1 结构和工作原理：

平板包揉机由上下揉盘、加压机构、传动机构、机架等部分组成。

（1）上下揉盘为该机的主要工作部件，铝合金铸造，两揉盘各有粗棱骨8根。下揉盘定轴转动，揉盘外周装有8根立柱，起阻挡茶包的作用：上揉盘作上下移动。

（2）加压机构采用机动机构加压。4根加压弹簧安装在上揉盘的上方，通过加压簧的变形产生向下反弹力施压于茶包。

（3）传动机构传动路线为：1千瓦的电动机——三角皮带——减速器——下揉盘轴转动。上揉盘传动路线为：电动机——带轮——螺旋机构——揉盘上下移动。

（4）机架用型钢焊制

作业时将茶包1—3个置于上、下揉盘之间，下揉盘定轴转动，上揉盘向下加压使揉包在揉盘、棱骨、立柱的作用下依次作圆周滚转运动，茶包内的茶叶受到搓揉挤压，使茶条卷紧，完成揉茶作业。

2.2 使用操作

1-3个经过速包机包揉裹紧后的茶包置于下揉盘上。开启机动加压系统，使上揉盘下移，当上揉盘接触茶包后再继续下压40-50毫米，进行包揉操作。

包揉时间的长短、加压的轻重视茶包的结实度和制品含水率而定，在制品含水率较高时，不宜重压，包揉时间一般为7-15分钟。

包揉结束后，松开上揉盘，取出茶包解团。

3 传动机构设计

3.1 电动机的选择

电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要选出具体的型号以便购置。选择电动机包括确定类型、结构、容量(功率)和转速，并在产品目录中查出其类型和尺寸。

电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构比较复杂，价格比较昂贵，维护比较不方便，因此无特殊要求时不宜采用，故本设计不采用直流电动机。

生产单位一般采用三相交流电源，因此。如无图书要求都应选用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类。异步电动机有笼型和绕线型两种，其中一普通笼型异步电动机应用最多。我国新设计的Y系列三相笼型异步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，起结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上，如金属切削机床、运输机、风机、搅拌机等，由于启动性能比较好，也适用于某些特殊要求启动转矩比较高的机械，如压缩机等。在经常启动、制动和反转的场合（如起重机），要求电动机转动惯量小和过载能力大，应选用起重及冶金用三相异步电动机YZ型（笼型）或YZR（绕线型）。电动机除了按功率、转速排成系列之外，为适应不同的输出要求和安装需要，电动机机体又有安装结构式。根据不同的防护要求，电动机结构还有开启和防护式、封闭式和防爆式等区别。电动机的额定电压一般是380V。

电动机类型要根据电源类型（交流或直流），工作条件（温度、环境、空间位置尺寸等），载荷特点（变化性质、大小和过载情况），启动性能和启动、制动、反转的频繁程度。转速高低和调速性能要求等条件来确定。

3.1.1 选择电机类型

按工作需要，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380/220伏，Y型。

3.1.2 选择电动机的容量

由于包揉机在工作时所需要的功率比较小，只要能够带动下揉盘转动，由于下揉盘是铝合金铸造，质量比较轻，查阅文献[9]得包揉机的所需要的功率为1kw.考虑到传动效率，所以所需电动机的功率为1/(0.99×0.98)=1.03kw

3.1.3 确定电动机的转速

工作需要包揉机的回转速度为：55—60转/分

查文献所得，取V带传动比为：=2～4,蜗杆减速器传动比为：=8～80

则总传动比合理范围为：=16～320，所以电动机转速可以选择的范围为：

=×n=（16～320）×（55～60）=880～19600 r/min

符合这一范围的同步转速有：1000、1500 、3000r/min,因需要连续单向运转，再综合考虑电动机的工作效率、质量、价格和带传动、减速器的传动比，选定电动机的型号为：

，其主要性能如下表：

表3-1 电动机安装性能

型号

电流

380V(A)

转速

(r/min)

效率

(%)

功率因数

(cos)

功率

（kw）

堵转转矩

堵转电流

最大转矩

额定转矩

额定电流

额定转矩

3.2

910

73.5

0.72

1.1

2.0

6.0

2.0

平板包揉机设计图11

图3-1 电动机结构简图

电动机的尺寸为：H=90 B=125 C=56 D=24 E=50 F=8 GD=7 G=20 b=180 b1=155 b3=90 h=190 BB=155 L1=335

3.2 确定总传动比和分配各级传动比

电动机满载转速为：=910 r/min

3.2.1 总的传动比

=/n=910/(55～60)≈(16.55～15.17)

3.2.2 分配传动装置传动比

=×i

公式中、i分别为带传动和减速器的传动比，

为了使V带传动外廓尺寸不致过大，初步取=2，则减速器传动比为：

i=/=(15.17～16.55)/2≈(7.58～8.27)

所以初步选定减速器的传动比为8，带传动的传动比为2，则包揉机的下揉盘的转速为：910/（2×8）=56.875 r/min.符合设计要求的转速（55～60）。所以确定减速器的传动比为8，带传动的传动比为2。

3.2.3 计算传动装置的运动和动力参数

将传动装置各轴由高速到低速依次定为Ⅰ轴，Ⅱ轴

、分别为相邻两轴间的传动效率

、分别为各轴的输入功率（kw）

、分别为各轴的输入转矩（N•m）

、分别为各轴的转速（r/min）

(1)各轴的转速

Ⅰ轴 =/=910/2=455 r/min

Ⅱ轴 =/I=455/8=56.875 r/min

下揉盘 ==56.875 r/min

(2)各轴的输入功率

Ⅰ轴 ==1.10.99=1.089kw

Ⅱ轴 ==1.0890.990.8=0.862km

下揉盘 ==0.8620.990.99=0.845km

(3)各轴的输出功率

Ⅰ轴 ==1.0980.99=1.087kw

Ⅱ轴 ==0.8620.99=0.853kw

下揉盘 ==0.8450.99=0.837kw

(4)各轴的输入转矩

电动机的输入转矩：

=9550 （3-1）

=9550=11.54 N•m

各轴的输入转矩：

Ⅰ轴 ==11.5420.99=22.849 N•m

Ⅱ轴 =i=22.84980.990.8=144.773 N•m

下揉盘 ==144.7730.990.97=139.025 N•m

(5). 各轴的输出转矩

Ⅰ轴 ==22.8490.99=22.620 N•m

Ⅱ轴 ==144.7730.99=143.325 N•m

下揉盘 ==139.0250.99=137.635 N•m

3.3 带传动设计

3.3.1 确定计算功率

查文献[7]表3-2得工作情况系数=1.1

表3-2 系数表

工况

软启动

负载启动

每天工作小时数/h

<10

10-16

>16

<10

10-16

>16

载荷变动微小

液体搅拌机，通风机和鼓风机(<7.5kw)，离心式水泵和压缩机，轻型输送机

1.0

1.1

1.2

1.1

1.2

1.3

载荷变动小

带式输送机（不均匀载荷），通风机（>7.5kw）,旋转式水泵和压缩机，发电机，金属切削机床，印刷机，旋转筛，锯木机和木工机械

1.1

1.2

1.3

1.2

1.3

1.4

载荷变动较大

制砖机，斗式提升机，往复式水泵和压缩机，起重机，冲剪机床，橡胶机床，振动筛，纺织机械，重载输送机

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

载荷变动很大

破碎机（旋转式、颚式），磨碎机（球磨、棒磨、管磨）

1.3

1.4

1.5

1.6

1.8

=×P （3-2）

=1.1×1.1

=1.21 K

3.3.2 选取普通V带带型

根据功率和转速，查文献[7]表3-3应选用A型

表3-3单根普通V带的基本功率

带型

小带轮节圆直径

/mm

小带轮转速/（r/min）

400

730

800

980

1200

1460

2800

A型

75

90

100

112

125

0.27

0.39

0.47

0.56

0.67

0.42

0.63

0.77

0.93

1.11

0.45

0.68

0.83

1.00

1.19

0.52

0.79

0.97

1.18

1.40

0.60

0.93

1.14

1.39

1.66

0.68

1.07

1.32

1.62

1.93

1.00

1.64

2.05

2.51

2.98

3.3.3 确定带轮基准直径

由文献[7]表8-3和表8-7查得=112 mm, =i×=2×112=224 mm.由文献[7]表8-7得：=229.5 mm

验算带的速度 V= （3-3）

=

≈6.667 m/s<25 m/s

带的速度合适。

3.3.4 确定普通V带的基准长度和传动中心距

取：0.7（+）<< 2 (+) 即 238.7< < 683

初步确定中心距=400mm

计算带所需要的基准长度

=2+（+）+ 平板包揉机设计图135 （3-4）

=2×400+（112+229.5）+≈1344mm

查文献[7]表8-2得基准长度=1400mm

计算实际中心距a ，由于V带传动的中心距是可以调整的，故可采用下式作近视计

即 a≈+ （3-5）

=428mm

3.3.5 验算主动轮包角

=—× （3-6）

=—×

=>

所以主动轮上的包角合适。

3.3.6 计算普通V带的根数z

由=910r/min =112 mm i=2

查表文献[7]表8-5a和149页表8-5b

=1.18kw =0.11kw

查文献[7]表8-8得=0.96 ，表8-2得=0.96则

z= （3-7）

=≈1.02

所以取z=2根

3.3.7 计算预紧力

查文献[7]表8-4得：q=0.10kg/m

=500( - 1)+q （3-8）

=500×(-1)+0.1×

≈77.23 N

3.3.8 计算作用在轴上的压轴力

=2zcos （3-9）

=2zcos()

=2zsin

≈2×2×77.23×sin

≈305.988N

3.3.9 带轮结构的设计

(1)轴的直径D=24mm，带轮基准直径=112 mm，

采用实心式

查文献[7]表8－10

带轮基准宽度（节宽） =11.0mm

基准线上槽深 =2.75mm

基准线下槽深 =8.7mm

槽间距 e=15±0.3mm

第一槽对称面至端面的距离 mm

最小轮缘厚 =6mm

带轮宽（—轮槽数）

B =(2-1)×15+2×10

=35mm

外径 =+2

=112+2×2.75=117.5mm

轮槽角度

极限偏差为

结构如图3-1所示：

平板包揉机设计图189

图3-1 带轮结构简图

(2)轴的直径D=24，带轮基准直径=229.5 mm

采用腹板式

查文献[7]表8－10

带轮基准宽度（节宽） =11.0mm

基准线上槽深 =2.75mm

基准线下槽深 =8.7mm

槽间距 e=15±0.3mm

第一槽对称面至端面的距离 mm

最小轮缘厚 =6mm

带轮宽（—轮槽数）

外径 =+2

=229.5+2×2.75=235mm

轮槽角度

极限偏差为

所以结构如图3-2所示

平板包揉机设计图205

图3-2 带轮结构图

3.3.10 带轮键的选择和校核

键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以及传递转距，有的还能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。键联接的主要类型有：平键联接、半圆键联接、契键联接和切向键联接。

键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。键的类型应根据键联接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定。

为了方便，直径直接取电动机输出轴直径

（1）选择键的联接的类型和尺寸

根据精度要求，应选用平键联接。由于带轮在端面故选用D型，单圆头平键。

根据，从文献[7]表6－1中查得键的截面尺寸为：

宽度，高度。

根据输出轴的长度选择键的长度

参考键的长度系列，取键长

表3-4 普通平键的主要尺寸

轴的直径d

6～8

>8～10

>10～12

>12～17

>17～22

>22～30

>30～38

>38～44

键宽b×键高h

2×2

3×3

4×4

5×5

6×6

8×7

10×8

12×8

（2）校核键联接的强度

键、轴和轮毂的材料都是钢，由表6－2查得许用压应力，取其平均值，。键的工作长度，键与轮毂的接触高度。

由式可得

可见满足强度要求。

3.4 减速器设计

减速器的种类很多，通常有齿轮传动、蜗杆传动以及它们种类的减速器。

根据设计要求采用蜗轮蜗杆减速器，根据蜗杆形状的不同，蜗杆传动可以分为圆柱蜗杆传动，环面蜗杆传动和锥蜗杆传动。其中，圆柱蜗杆传动最为常用。圆柱蜗杆传动又分为普通圆柱蜗杆传动和圆弧圆柱蜗杆传动两类。

蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动机构，，两轴线交错的夹角可为任意值，常为。这种传动具有以下特点，故应用颇为广泛。

（1）当使用单头蜗杆（相当于单线螺纹）时，蜗杆旋转一周，蜗轮只转过一个齿距，因而能实现大的传动比。在动力传动中，一般传动比；在分度机构或手动机构的传动中，传动比可达300；若只传递运动，传动比可达1000。由于传动比大，零件数目又小，因而结构很紧凑。

（2）在蜗杆传动中，由于蜗杆齿是连续不断的螺旋齿，它和蜗轮齿是逐渐进入啮合及逐渐退出啮合的，同时啮合的齿数又较多，故冲击载荷小，传动平稳，噪音低。

（3）当蜗杆的螺旋线升角小于啮合面的当量摩擦角时，蜗杆传动便具有自锁性。

（4）蜗杆传动于螺旋齿轮传动相似，在啮合处有相对滑动。当滑动速度很大，工作条件不够良好时，会产生较严重的摩擦与磨损，从而引起过分发热，使润滑情况恶化。因此摩擦损失较大，效率低，当传动具有自锁性时，效率仅为0.4左右。同时由于摩擦与磨损严重，常需耗用有色金属制造蜗轮（或轮圈），以便与钢制蜗杆配对组成减摩性良好的滑动摩擦副。

3.4.1 根据GB/T 10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI）

3.4.2 选择材料

根据情况，并考虑到蜗杆传动传递的功率不是很大，速度只是中等，故蜗杆用45钢；应希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重金属，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁HT100制造。

表3-5 齿轮材料及力学特性

材料牌号	热处理	硬度	齿面粗糙	应用
45	表面淬火			中速、中载、一般传动

3.4.3 按齿面接触疲劳强度进行设计

蜗杆传动中，由于材料和结构上原因，蜗杆螺旋部分的强度总高于蜗轮轮齿的强度，故失效通常发生在蜗轮轮齿上。因此，一般只对蜗轮轮齿作承载能力的计算。对闭式蜗杆传动，通常按蜗轮齿面接触强度进行设计计算，并条件性的饿考虑胶合和磨粒磨损失效的影响，再校核轮齿的抗弯强度。对蜗杆需按轴的计算方法校核轴的强度和刚度。

根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由文献[7]式（11－12），传动中心距

平板包揉机设计图222 （3-10）

（1）定作用在蜗轮上的转距

，估取效率，带传动效率

通过带传动得=910÷(229.5÷112)≈444r/min

（3-11）

平板包揉机设计图229

（2）确定载荷系数

因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数；由文献[7]表11－5选取使用系数，由于转速不高，可选动载系数；则

表3-6 工作机工作特性

动力机	工作机工作特性
动力机	平稳	中等冲击	严重冲击
电动机，气轮机	0.8-1.25	0.9-1.5	1-1.75
多缸内燃机	0.9-1.05	1-1.75	1.25-2
单缸内燃机	1-1.75	1.25-2	1.5-2.25