【文章內(nèi)容簡介】 照美的豆?jié){機(jī)公司《打漿刀技術(shù)要求》，選擇β=0，—β=10176。（5）弧度曲率半徑R：一般R=，則R==70=35mm，取R=35mm。（6）刀片厚度δ：根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析，刀片厚度對豆?jié){品質(zhì)沒有相關(guān)性，考慮刀片強(qiáng)度要求，選擇刀片厚度δ=。（7）刀片前角θ：對刀片結(jié)構(gòu)分析，刀片前角的作用是使液體的流向向下形成向下向外再向上吸入中間的作用。由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)論可知，刀片前角與豆料打擊力相關(guān)，與豆?jié){固形物和蛋白質(zhì)含量成顯著正相關(guān)，即刀片前角θ越大，豆料所受的打擊力越大， 豆?jié){的固形物和蛋白質(zhì)含量也越高， 但θ角過大會(huì)影響對物料的切向力，一般前角角度θ=16176。~20176。時(shí)效果最佳。取前角角度θ=18176。，則刃面長度a=δ/sinθ=176。=，取a=。此外，刃口鈍化直接影響打漿刀的使用壽命，刀口鋒利是造成卷刃、缺口的直接原因。因此，在刀片的刃口處進(jìn)行鈍化以滿足刀具剛度、強(qiáng)度要求。 刀片前角結(jié)構(gòu)與尺寸（8）刀片旋轉(zhuǎn)角α：為增加旋轉(zhuǎn)渦流效應(yīng)，在刀片結(jié)構(gòu)上設(shè)置的旋轉(zhuǎn)角度，旋轉(zhuǎn)角一般取值為2176。~16176。，且規(guī)定旋轉(zhuǎn)前進(jìn)方向向下為正值，向上為負(fù)值。此處取α=2176。 刀片旋轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)（9）刀片鋸齒結(jié)構(gòu)：為提高豆料粉碎效率，在刀刃上增加鋸齒結(jié)構(gòu)來加強(qiáng)刀片與豆料的撞擊、剪切作用。因此，在刀片的刃口處設(shè)置均勻分布的五齒結(jié)構(gòu)。（10）刀齒面長度L：考慮刀片整體結(jié)構(gòu)要求，選擇刀齒面長度L=6mm。（11）刀齒切向傾角γ：選擇刀齒切向傾角γ=18176。 刀片鋸齒結(jié)構(gòu)整理刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)如下： 刀片結(jié)構(gòu)參數(shù)表名稱代號單位數(shù)值葉片數(shù)z2輪轂直徑dmm18刀片外徑Dmm70刀片安裝角β(176。)10弧度曲率半徑Rmm35刀片厚度δmm刀片前角θ(176。)18刀片旋轉(zhuǎn)角α(176。)2刀片齒數(shù)n5刀齒面長度Lmm6刀齒面寬度amm刀齒切向傾角γ(176。)18為配合攪打渦流，在上表面與旋轉(zhuǎn)力相互作用使豆料隨流體形成向中心匯聚的作用，在豆?jié){機(jī)的內(nèi)壁上設(shè)置擾流擋板。傳統(tǒng)擾流擋板采用單筋結(jié)構(gòu)，為加強(qiáng)擾流效果，通常筋的尺寸比較大，使得加工不易且外形不美觀。同時(shí)，由于是單個(gè)筋體，擾流系統(tǒng)工作時(shí)受力不均勻，易產(chǎn)生震動(dòng)，機(jī)體平衡性較差。本豆?jié){機(jī)對傳統(tǒng)單筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，采用四筋結(jié)構(gòu)方案，四個(gè)筋體沿壺身90度對稱分布，結(jié)構(gòu)對稱，受力均勻，整機(jī)提高穩(wěn)定性，同時(shí)由于四筋的效率相當(dāng)于單筋的四倍，因此在保證擾流效率的前提下，四筋單個(gè)筋體的尺寸形狀都可減小。參照公司經(jīng)驗(yàn)其位置及尺寸設(shè)計(jì)要求為：①離杯底部不大于13mm ；② 筋的兩端長度在85~120mm ；③筋的高度不低于6mm；④兩端的角度必須大于45176。；⑤四條筋的筋條形狀尺寸兩斜面的夾角度在90176。177。10176。；⑥夾角頂端倒圓角R1 。選定擋板的尺寸和位置。 擾流筋的位置及尺寸 粉碎功率計(jì)算確定豆?jié){機(jī)粉碎系統(tǒng)具體結(jié)構(gòu)后，對豆?jié){機(jī)粉碎功率進(jìn)行計(jì)算：Pw=?ρ?（N60）3?D5 gc KW式中：NP——粉碎功率準(zhǔn)數(shù)； ρ——物料密度，Kg/m3； N——粉碎刀片轉(zhuǎn)速，r/min； D——粉碎刀片直徑，m； gc——重力換算系數(shù)，m/s2。 NP是粉碎時(shí)的功率準(zhǔn)數(shù)，是一無因次數(shù)，受刀片形狀和環(huán)境影響，是雷諾數(shù)Re的函數(shù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值，取NP=。由刀片旋轉(zhuǎn)速度對豆料粉碎程度和豆?jié){品質(zhì)影響的研究可知，刀片轉(zhuǎn)速在7500—9500rpm時(shí)效果最佳，則預(yù)選刀片轉(zhuǎn)速N=9500r/min。刀片直徑D=70mm，物料密度ρ取ρ=103Kg/m3,將N、D、ρ值代入上式，有 Pw=?ρ?（N60）3?D5 gc =1039500603=102KW =則豆?jié){機(jī)的粉碎功率為PW=。 電機(jī)的選擇 電機(jī)類型的選擇根據(jù)豆?jié){機(jī)的工作環(huán)境和電源條件，選用立式封閉型直流電動(dòng)機(jī)，工作制為S3，壽命大于100小時(shí)。 電機(jī)額定電壓的選擇目前豆?jié){機(jī)電機(jī)一般采用直流電源，電機(jī)的額定電壓與供電電壓一致，選擇其額定電壓為220V。 電機(jī)容量的選擇電機(jī)所需的工作功率為Pd=PWηa式中：ηa——工作效率。電動(dòng)機(jī)的容量應(yīng)包括粉碎所需功率、粉碎機(jī)構(gòu)的損失功率和油封的損失功率。除此之外, 還應(yīng)考慮計(jì)算誤差及可能因?yàn)椴僮鳁l件變動(dòng)引起的功率變化。通常, 粉碎所需功率只占全部驅(qū)動(dòng)功率的60%～ 70%。因此，取工作效率ηa=。則Pd=PWηa ==116W電機(jī)的額定功率Ped≥Pd，則參照公司現(xiàn)用規(guī)格電機(jī)，選取電機(jī)額定功率Ped=120W。 電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇豆?jié){機(jī)對粉碎刀片的轉(zhuǎn)速要求為n=7500—9500r/min，由粉碎系統(tǒng)的傳動(dòng)方案可知，刀片由電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)，其傳動(dòng)比 i=1，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速要求為n39。=i?n=17500~9500=7500~9500 r/min 電機(jī)軸伸的選擇根據(jù)產(chǎn)品整機(jī)裝配要求，參照豆?jié){機(jī)電動(dòng)機(jī)軸伸規(guī)格，初步確定電機(jī)軸伸為L=81mm。 電機(jī)型號的確定綜合考慮多方面因素，選擇深圳市龍威實(shí)業(yè)有限公司生產(chǎn)的永磁直流電機(jī)，型號為LW120—220。 電動(dòng)機(jī)主要技術(shù)參數(shù)型號額定電壓V額定功率W空載轉(zhuǎn)速RPM負(fù)載參數(shù)軸伸mm壽命H質(zhì)量Kg轉(zhuǎn)速RPM力矩mNmLW1202202201201050088007081100 LW120—220型電動(dòng)機(jī)主要外形及尺寸 刀片材料選擇與強(qiáng)度校核 刀片材料選擇豆?jié){機(jī)刀片為與食物直接接觸部件，其材料選擇應(yīng)符合GB968488《不銹鋼食具容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求，外觀平整光滑，材料選用奧氏體型不銹鋼（1Cr18Ni9Ti，0Cr19Ni9，1Cr18Ni9），理化指標(biāo)為 豆?jié){機(jī)刀片理化指標(biāo)根據(jù)以上標(biāo)準(zhǔn)，選擇刀片材料為0Cr19Ni9，即常說的SUS304鋼。其材料成分為 SUS304材料成分成分材料CSiMnPSNiCrSUS304≤≤≤≤≤材料性能要求為 SUS304材料性能材料牌號屈服強(qiáng)度/MPa抗拉強(qiáng)度/MPa伸長率%斷面收縮率%SUS304≥205≥502≥40≥60刀片表面硬度及熱處理要求：刀具的刃口需鈍化及表面震動(dòng)拋光，刀具硬度應(yīng)滿足HRC38~44，在正常工作狀態(tài)下，連續(xù)完成800次干豆豆?jié){制作程序循環(huán)，試驗(yàn)完成后刀片不能有卷刃、裂紋、斷裂、缺口等缺陷。 刀片強(qiáng)度校核根據(jù)以上設(shè)計(jì)確定的刀片結(jié)構(gòu)及參數(shù)，對刀片進(jìn)行強(qiáng)度校核。A． 刀片離心力Pc：Pc=m?rc?ω2式中：m——葉片質(zhì)量，Kg； rc——葉片重心距軸心距離，m； ω——刀片角速度，rad/s。取m=3103Kg，由刀片外徑D=70mm，有rc= D4 = 704 =，根據(jù)所選電機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)速為8800rpm，有ω=88002π60=942rad/s則有 Pc=m?rc?ω2 =23103103942=B． 刀片根部拉伸應(yīng)力σc：σc=PcF式中：F——刀片根部橫截面積，m2。由d=18mm，δ=，θ=18176。，可算得F=δ?δ2tanθ+δ?(d2δtanθ) =tan18176。+182176。 ==105m2則 σc=PcF =105 =502MPa故刀片滿足抗拉強(qiáng)度要求。C． 液體流動(dòng)切向力PU：Pu=1000N軸zUm式中：N軸——軸功率，KW； z——刀片葉數(shù)； Um——刀片平均半徑處的圓周速度，m/s。取軸功率為豆?jié){機(jī)粉碎功率，則N軸=PW==，刀片平均半徑出圓周速度Um=r平2ω=1032942=，則 Pu=1000N軸zUm =1000=D． 軸向力PzPz=Pst?L?t式中：Pst——刀片產(chǎn)生的靜壓值，Pa； L——刀片全長，m； t——刀片平均直徑圓周上的節(jié)距，m。取Pst==105Pa=4000Pa，L=D2=702=，r=122πd4=122704==則 Pz=Pst?L?t =4000=E． 載荷Ph： Ph=PU2+PZ2則 Ph=PU2+PZ2 =+=F． 彎矩Mh： Mh=Ph?L2?cos?(θh+θp)式中：θh——刀片根部截面法向與圓周切線之間的夾角，θh=90176。β； θp——載荷力Ph與圓周切線之間的夾角。取θh=90176。β=90176。10176。=80176。，θp=arctanPZPU==176。則 Mh=Ph?L2?cos?(θh+θp)Mh=cos（80176。+176。）=mG. 最大彎曲應(yīng)力σh： σh=MhW式中：W——葉片根部截面系數(shù)，W=b?h26。則W=b?h26==109m2則 σh=MhW =109=H． 刀片根部總應(yīng)力σy：σy=σc+σh則σy=σc+σh = 103MPa+=I． 刀片總應(yīng)力σ總：σ總=kσy式中：k——安全系數(shù)，通常k=—。取k=，則σ總=kσy ==因?yàn)棣铱?＜[σs]=205MPa，故刀片滿足強(qiáng)度要求。 刀軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 刀軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)刀片安裝方式和裝配要求，設(shè)計(jì)出刀軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示。 刀軸結(jié)構(gòu)刀軸軸徑可按下式進(jìn)行確定：d≥83TNTA式中：TN——電機(jī)轉(zhuǎn)矩，N?mm。TA——軸材料經(jīng)驗(yàn)常數(shù).根據(jù)GB968488《不銹鋼食具容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》的要求，選擇電機(jī)軸的材料為SUS304，即0Cr19Ni9。參照TA的選取參照表，選擇該材料的經(jīng)驗(yàn)常數(shù)TA=400。將TN=70N?mm，TA=400代入上式，則軸徑 d≥3TNTA=8370400=考慮到軸端的扁平結(jié)構(gòu)，將軸徑放大12%以確保軸的強(qiáng)度，則軸的最小直徑可取d=（1+12%）=5mm，d1取d1=。 刀軸強(qiáng)度校核根據(jù)以上設(shè)計(jì)，對刀軸進(jìn)行強(qiáng)度校核。由于該軸僅受較小的彎矩，所以只按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行校核。軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為τT=TWT≤τT式中：τT——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；T——軸所受的扭矩，N?mm； WT——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3； [τT]——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；軸端危險(xiǎn)截面處軸的截面如下圖所示， 危險(xiǎn)截面處截面則該截面的抗扭截面系數(shù)由下式計(jì)算WT=πd316bt（bt）22d根據(jù)上圖可知d=5，b=4，t=1，則WT=πd316bt（bt）22d =π531641（41）225=則 τT=TWT ==≤τT=20~35MPa故刀軸滿足強(qiáng)度要求。 刀軸剛度校核由于刀軸的彎曲變形很小，此處僅按扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行軸的剛度校核。軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為?=104TGIP≤[?]式中：T——軸所受的扭矩，Nmm；G——軸材料剪切彈性模量，MPa，對于鋼材，G=104MPa；Ip——軸截面極慣性矩，mm4，IP=πd4/32。取d=，則IP=πd432=π=則 ?=104TGIP =104104=(176。)/m＜[φ]=(176。)/m故刀軸滿足剛度要求。 粉碎系統(tǒng)臨界轉(zhuǎn)數(shù)校核豆?jié){機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)中軸會(huì)由于偏心荷重引起振動(dòng), 振動(dòng)頻率如與攪拌機(jī)的回轉(zhuǎn)數(shù)一致, 則會(huì)引起共振, 導(dǎo)致整機(jī)震動(dòng)過大甚至設(shè)備破損。因此, 在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免這一現(xiàn)象的發(fā)生。固有振動(dòng)頻率通常與刀軸的軸徑、長度、刀片重量和安裝位置有關(guān)，刀軸的臨界轉(zhuǎn)數(shù)可按下式進(jìn)行計(jì)算：Nc=(1No4)L12(L1+a)Ws式中： E——軸的彈性系數(shù)，MPa； No——空心軸內(nèi)徑外徑比； L1——粉碎器懸臂長，mm dL1——粉碎刀片直徑，mm；