谷物磨粉機的設(shè)計與研究
谷物磨粉機的設(shè)計與研究,谷物,磨粉機,設(shè)計,研究
摘要
隨著食品工業(yè)的發(fā)展，以及市場需求的變化，近年來我國的磨粉機層出不窮。專用的食品加工磨粉機從無到有、從少到多有了長足的發(fā)展?，F(xiàn)今市場上有專用加工一種農(nóng)作物的磨粉機，也有可加工多種農(nóng)作物的磨粉機。各種各樣的磨粉機，從大型的到小型的，名目繁多。磨粉機的工作原理也不一樣，有的是用刀片切削的方式進(jìn)行粉碎，也有的用磨盤進(jìn)行磨碎，也有的先用一機構(gòu)進(jìn)行切碎再進(jìn)行磨粉。經(jīng)過我的現(xiàn)場的了解和對市場上各種磨粉機的探究，市場上的磨粉機主要是大型商用磨粉機和超小型磨粉機，沒有一種是中型磨粉機。這對需要中型磨粉機的用戶來說，沒有合適的產(chǎn)品供其選擇。在這里我針對這種情況，設(shè)計了一款中型磨粉機，非常適合小型加工廠的使用?？赡ザ喾N谷物，如大米、麥子等。
我所設(shè)計的磨粉機的工作原理是利用一對平置等徑不等速相向旋轉(zhuǎn)的齒輥（或光輥），以剪切、擠壓、研磨（或擠壓和研磨）的方法將物料粉碎。本機的工作效率高，既適合小型面粉廠又適合家庭。
本設(shè)計利用Auto CAD軟件繪制相關(guān)的圖紙。本設(shè)計的主要特點在于所設(shè)計的機構(gòu)簡單，實用性強，便于加工。其所用的材料便宜，所以本機的制造成本很低。本設(shè)計所設(shè)計的磨粉機具有成本低，效率高的特點。
關(guān)鍵詞：谷物、磨粉機、輥式、設(shè)計
Abstract
Along with the development of food industry, and the change of market demand, in recent years China's grinding machine are endless. Special food processing with a mill from scratch, from a limited amount has developed rapidly. On the market today to have special processing a crop of grinding machine, also have a variety of crops can be processed the grinding machine. All kinds of grinding machine, from large to small, various kinds. The working principle of grinding machine is different also, have a plenty of with a blade cutting way pieces, and also some micropipette grinding with on, also some use first a mechanism to cut up grinding. After my site to the understanding of the market and the mill of the inquiry, in the market grinding machine Lord if large commercial grinding machine and mini mill, no one is medium mill. The need to small and medium mill of users, not suitable products for their choice. Here I in this kind of situation, designed a medium-sized grinding machine, very suitable for the use of small processing plant. Can whet a variety of grains, such as rice, wheat, etc.
I designed by grinding machine working principle is to use a pair of flat buy such as track not constant speed at the rotation teeth roll (or light roller) to shear, extrusion, grinding (or extrusion and grinding) methods will material crushing. This machine is of high working efficiency, and is suitable for both small flour factories and suitable for home.
This design using Auto CAD software rendering the relevant drawings.
This design is the main characteristics of the design of simple structure, practical strong, facilitate processing. It used materials cheap, so the machine manufacturing cost is very low. The design of the milling machine has the design cost is low, the efficiency high characteristic.
Keywords: grain, milling machine, roller type,design
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目錄
1 緒論 1
1.1 引言 1
1.2 適用范圍及特點 1
2 設(shè)計方案的確定和關(guān)鍵技術(shù)的解決方法 2
2.1 總體結(jié)構(gòu)與主要工作部分 2
2.1.1 機架 2
2.1.2 外形 2
2.1.3 與機架有關(guān)的部分 2
2.1.4 磨輥及其支承、清理與調(diào)平 2
2.1.5 喂料輥及其有關(guān)尺寸參數(shù)的確定 4
2.2 傳動系統(tǒng) 6
2.2.1 快輥拖動 6
2.2.2 輥間傳動 6
2.2.3 喂料輥傳動 7
2.2.4 傳動示意圖 8
2.3 控制系統(tǒng) 8
2.3.1 傳感機構(gòu) 8
2.3.2 喂料調(diào)節(jié)機構(gòu) 9
2.3.3 離合軋——軋調(diào)機構(gòu) 10
2.3.4 過載沖擊問題 11
2.4 卸料方式 11
2.5 棘輪微調(diào)問題 12
2.6 磨輥的生產(chǎn)率 12
3 本機工作原理與操作方法 13
3.1 工作原理 13
3.2 操作方法 13
4 本機的結(jié)構(gòu)特點與先進(jìn)性及其特征 14
5 計算部分 15
5.1 動力計算、選配電機 15
5.2 傳動設(shè)計 15
5.2.1 三角帶傳動設(shè)計 15
5.2.2 齒輪減速箱的設(shè)計 16
5.2.3 同步帶傳動設(shè)計 19
5.3 磨輥受力分析 20
5.3.1 磨輥軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 20
5.3.2 磨輥受力分析 20
5.4 磨輥軸的校核 22
5.5 軸承的選用與校核 24
5.6 關(guān)于傳感機構(gòu)的計算 25
5.7 喂料調(diào)節(jié)機構(gòu)的計算 26
5.8 離合軋——軋調(diào)機構(gòu)的計算 29
參考文獻(xiàn) 32
致謝 33
1 緒論
1.1 引言
我國糧食加工機具的發(fā)明和使用很早，片式石磨和石碾已有兩千年的歷史，在晉代以后水磨，水碾就有了發(fā)展。在我國西北地區(qū)，還發(fā)現(xiàn)錐式石磨，和現(xiàn)代的錐式磨粉機很相似。這說明了我國古代勞動人民的勤勞和智慧。
目前，隨著農(nóng)業(yè)機械化的飛速發(fā)展，我國農(nóng)村糧食加工作業(yè)也有了一個新的發(fā)展，基本上都是用上了磨粉機。當(dāng)前，我國農(nóng)村所使用的磨粉機有：小型對輥磨、錐磨、片磨和粉碎機。從使用情況來看，對輥磨由于具有產(chǎn)量高、電耗低、調(diào)節(jié)靈敏方便、穩(wěn)定可靠等優(yōu)點而得到了廣泛的使用。
但是有時候小型磨粉機滿足不了在短時間內(nèi)完成比較大的工作量，這時使用大型磨粉機又沒必要，我們針對這一情況設(shè)計出了一款中小型磨粉機來滿足這個需求。本機的生產(chǎn)成本比小型磨粉機略高，但是其效率卻更高，能更好的滿足用戶的需求。
1.2 適用范圍及特點
本產(chǎn)品適用于小型面粉廠及家庭的糧食加工，可從前道皮磨用到心磨。其工作效率高，生產(chǎn)成本低廉，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作。用戶可以自行更換部分簡單的零部件。
2 設(shè)計方案的確定和關(guān)鍵技術(shù)的解決方法
2.1 總體結(jié)構(gòu)與主要工作部分
2.1.1 機架
目前國內(nèi)外磨粉機的機架制造方式有三種：即整體鑄造、墻板拼裝和焊接墻板機架。
整體鑄造機架：其整體性和剛性好，節(jié)省切削加工工時，而且產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，可以說百年不壞。但是，機架鑄造困難，而且鑄造技術(shù)要求高，成本高，不利于磨粉機的系列化。
墻板拼裝式機架：鑄件體積小，尺寸小，便于制造，成本低，便于安排其他零部件， 便于實現(xiàn)全封閉， 而且有利于磨粉機的系列化。但是， 機架剛度差，容易變形， 切削加工的工作量大。
焊接式機架：其生產(chǎn)周期短，重量輕，成品率高。但是，焊接技術(shù)要求高， 焊接后產(chǎn)生變形及應(yīng)力及中，必須進(jìn)行熱處理以消除應(yīng)力及中。
綜合考慮以上各種機架的優(yōu)缺點，本機采用墻板拼裝式機架。
2.1.2 外形
目前，磨粉機的外形有：敞開式，半封閉式,全封閉式三種。本機采用全封閉式外形，所謂全封閉是指整個磨粉機除快輥皮帶輪外，均布置在密封罩內(nèi)，它的優(yōu)越性在于避免敞開式和半封閉式的缺點，使零、部件得到良好的保護(hù)，而且操作安全可靠，機器美觀，車間衛(wèi)生清潔，改善了工人的工作環(huán)境。
2.1.3 與機架有關(guān)的部分
料筒：本機料筒采用有機玻璃，可以觀察進(jìn)料情況，而且質(zhì)輕美觀。
上磨門：本機采用有機玻璃，這樣可以觀察到喂料輥轉(zhuǎn)動及料流等情況。
下磨門：本機采用Q235鋼板制造，下磨門和下?lián)螕跤勉q支軸連接，與上撐擋用磁鐵吸住。此結(jié)構(gòu)簡單，實用性強，而且便于開啟、關(guān)閉。
罩殼：本機罩殼采用Q235鋼板沖壓、焊接制成。側(cè)面罩殼分為上、下、左、右四塊，此結(jié)構(gòu)簡單，拆裝方便。當(dāng)僅需觀察傳動情況時，只要向上打開上罩殼即可，不必把它卸掉。
2.1.4 磨輥及其支承、清理與調(diào)平
磨輥：由于磨輥的轉(zhuǎn)速高，承受的壓力大，所以制造磨輥輥體的材料，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)挠捕?、強度、韌性和耐磨性、并且能在其表面上進(jìn)行拉絲。此外，還應(yīng)具有足夠的導(dǎo)熱性能，在工作過程中可以將產(chǎn)生的熱量傳遞給周圍介質(zhì)，使輥體本身的溫度不致過高。輥體表面質(zhì)量對研磨工藝效果有直接影響，因此要求輥體工作表面硬度均勻，不得有夾砂、氣孔、為了滿足上述要求，輥體采用雙層金屬以離心澆鑄的方法制成。外層為硬度很高的白口合金鑄鐵，純白口合金鑄鐵的深度為輥體直徑的8——13%，硬度為肖氏66——78個硬度單位，其化學(xué)成分含有：碳、硅、錳、磷、硫、鉻、鎳、鉬、銅等元素。近幾年來，又研究試制成功了釩鈦合金輥，經(jīng)過試用，其主要性能優(yōu)于鉻鎳鉬合金輥。上述兩種合金輥的內(nèi)層，均為灰口鑄鐵，以提高輥體強度并便于機械加工。所以：輥體是空心的，外層為激冷低合金白口耐磨鑄鐵，內(nèi)層為普通灰口鑄鐵，采用離心兩次澆筑成型。輥軸采用碳鋼——45鋼。輥體和輥軸二者過盈配合，加工配合面后用壓力機將輥軸壓入輥體，然后再進(jìn)行機加工。
1 2
1—輥軸 2—輥體
圖1 磨輥
對于負(fù)荷較小的小型磨粉機，一般采用剖分式軸承（軸瓦）便于磨輥的裝拆?；瑒虞S承
承受磨輥振動和沖擊載荷的能力強，壽命長，徑向尺寸小，易于在機架上安裝，裝拆方便；但磨損嚴(yán)重，機械效率低，在潤滑狀況較差的情況下，配合精度低，難以保證輥間軋距的穩(wěn)定性，潤滑油易污染物料性，潤滑油易污染物料?，F(xiàn)代磨粉機幾乎全部采用滾動軸承，其摩擦損失小，發(fā)熱小，對減少磨粉機的功率消耗有很大的作用。滾動軸承的回轉(zhuǎn)精度高，可保持快、慢輥間有穩(wěn)定的軋距。滾動軸承供應(yīng)充足，可節(jié)約稀有金屬。滾動軸承采用黃油脂潤滑，基本上不存在污染問題。但是滾動軸承也有缺點，其承受磨輥振動和沖擊載荷的能力較差，壽命短。滾動軸承的徑向尺寸大，在磨粉機上安排較困難，而且對拆裝磨輥較為困難。綜合考慮上述兩種軸承，本機選用深溝球軸承。此軸承有自位性能，而且承受載荷較大。為了便于裝拆磨輥，在軸承內(nèi)圈和磨輥之間加了緊釘錐套。軸承座為整體式，慢輥軸承座固定在軸承臂上，快輥軸承座固定在墻板上。
清理方法：本機采用刷帚清理粘在磨輥上的物料。
調(diào)平問題：本機采用軸承臂鉸支軸加來調(diào)水平面不平。
2.1.5 喂料輥及其有關(guān)尺寸參數(shù)的確定
2.1.5.1 輥體材料及其制造方法
本機喂料輥采用20號無縫鋼管制成。
2.1.5.2 輥徑的確定：
根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，定量輥直徑為89mm，分流輥直徑為70～90mm，初定一輥徑，再通過相關(guān)資料顯示，最終得出兩個輥徑都為89mm，壁厚為6mm，它的線重量為12.2kg/m。
2.1.5.3 齒形的確定
根據(jù)小型制粉廠在生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)粉時，每厘米齒數(shù)多少的選擇應(yīng)為：前路皮磨5——6牙/厘米，后路皮磨9——10牙／厘米，心磨系統(tǒng)10——12牙／厘米，所以齒形根據(jù)廠家的不同工藝要求，具體確定不同的皮磨機心磨的齒形。磨齒角度: 磨齒角度是指磨齒兩個斜面的夾角,如下圖所示：
圖2 磨齒的鈍角與鋒角
AB與AC是磨齒的兩個斜邊，夾角ㄥBAC就是磨齒的角，由于制粉工藝的需要，磨齒兩個斜面的形狀是不對稱的，見上圖（磨輥斷面示意圖）。窄面AC稱為鋒面，它與磨輥中心到齒頂連線的夾角，即ㄥCAO叫鋒角；寬面AB稱為鈍面，它與磨輥中心到齒頂連線的夾角，即ㄥBAO叫鈍角。在生產(chǎn)實踐中，對于齒角和接觸角的選擇原則，可大概歸納如下：
(1) 要求多出粉，麩片大，應(yīng)選擇較大的齒角，尤其是較大的接觸角。在加工硬麥、陳麥和干麥時，更應(yīng)選擇較大的接觸角。
(2) 要求既出面粉，又提麥心，應(yīng)選擇較小的磨齒角度，并應(yīng)配合較大的流量。在加工軟麥和水分大的小麥時，更應(yīng)選擇較小的接觸角。
(3) 要求刮凈后路麩皮，保持較大麩片，應(yīng)選擇較大的磨齒接觸角。
(4) 為了提高前路流量，降低動力消耗，可選擇較小的接觸角。
根據(jù)上述原則: 磨齒角度為100°，鈍角為65°，鋒角為35°。
2.1.5.4 喂料軌跡及物料入磨速度
喂料機構(gòu)的示意圖如下圖所示，假設(shè)物料在分流輥的拋料點M切向離開，此時物料的速度V與分流輥相等，且忽略空氣阻力，即V=Vf=ωf·rf，在拋料點M處，分流輥對物料沿徑向的支反力N為[1]:
N=mgsina-mω2f rf
1—喂料門 2—定量輥 3—導(dǎo)料板 4 —分流輥 5—慢輥 6—快輥
圖3 喂料機構(gòu)示意圖
而此時物料即將拋出，即N=0則
設(shè)M點距分流輥中心水平線的垂直高度為hA,則hA為：
建立直角坐標(biāo)系XMY，將初速沿坐標(biāo)軸分解得：
物料軌跡方程 設(shè)從分流輥拋料點M到慢輥上物料的下落點之間的垂直距離為H，令，得物料的運動時間t為：， 物料的入磨速度為：
為了提高磨粉機的產(chǎn)量，希望物料的入磨速度VT應(yīng)盡可能接近慢輥的線速度，而入磨速度VT由分流輥線速度Vf和分流輥與慢輥之間的垂直距離H決定，由于Vf和H的提高都受到限制，在實際設(shè)計過程中主要考慮較佳的喂料軌跡，而不追求高的入磨速度[2]。
對于平置磨輥和傾角小于15°的斜置磨輥，喂料機構(gòu)能直接將物料準(zhǔn)確地送入兩輥軋區(qū)；對于傾角大于15°的斜置磨輥，則只能要求喂料物料落在慢輥的表面，且不能先與快輥表面接觸，以減少物料的飛濺。或者在喂料流的方向設(shè)置弧形導(dǎo)流板，將物料導(dǎo)入軋區(qū)附近，導(dǎo)流板需能根據(jù)軋區(qū)位置的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.2 傳動系統(tǒng)
2.2.1 快輥拖動
快輥是由電機通過帶傳動的，快輥的轉(zhuǎn)速要求在450～600r/min，確定快輥的轉(zhuǎn)速要綜合考慮動耗、產(chǎn)量和大帶輪直徑。如果轉(zhuǎn)速過大，大帶輪直徑相對減小，產(chǎn)量增大，但動耗也增大；如轉(zhuǎn)速過小，雖然動耗減小，但產(chǎn)量也減小，而且大帶輪直徑增大，影響整機的尺寸。若轉(zhuǎn)速變化范圍不太大，對產(chǎn)量的影響很小[6]。所以綜合考慮上述情況，把轉(zhuǎn)速定在550r/min?？炻伒霓D(zhuǎn)速比為2.5，快輥與喂料輥剪得轉(zhuǎn)速比為2.75。
2.2.2 輥間傳動
功能要求：
磨粉機快、慢輥間傳動裝置必須保證快、慢輥有較為準(zhǔn)確的傳動比，能適應(yīng)磨輥輥徑的變化及軋距調(diào)節(jié)所引起的快、慢輥中心的變化，有一定的使用壽命，而且噪音要小，傳動件在磨輥軸上應(yīng)便于安裝拆卸，為了適應(yīng)研磨不同的物料，快慢輥間應(yīng)有不同的速比。
磨粉機的輥間傳動機構(gòu)在空載時起傳動作用；在負(fù)載時，由于封閉功率的存在，其定速作用。負(fù)載時，存在封閉功率，使輥間傳動帶（或鏈）的松緊邊對調(diào)轉(zhuǎn)化，帶輪齒的非嚙合面磨損，磨粉機傳動件的壽命降低，所以封閉循環(huán)功率是傳動零件的設(shè)計依據(jù)。
傳動方式的比較確定：
目前，國內(nèi)外磨粉機輥間傳動方式有：皮帶傳動，齒輪傳動，鏈傳動，扭矩臂差動傳動及雙面同步齒形帶傳動。
皮帶傳動：
皮帶傳動的動力大，磨粉機的粉碎能力大，產(chǎn)量大，不需要潤滑，減小了污染性，對主、從動輪中心距變化的適應(yīng)能力強，松和閘對皮帶的傳動性能影響較小，工作中的噪音小。但是，皮帶傳動的速比不準(zhǔn)確，傳動效率低，而且結(jié)構(gòu)齒寸大，還不安全。所以使得它在磨粉機上的使用越來越少，已逐漸被淘汰。
齒輪傳動：
和其他機械傳動相比，齒輪傳動的主要優(yōu)點是：工作可靠，使用壽命長；瞬間傳動比為常數(shù)；傳動效率高，傳動精度高，結(jié)構(gòu)緊湊，功率和速度適用范圍很廣。但是高精度的齒輪的成本很高；當(dāng)精度低時，振動和噪聲較大；不適用于軸間距較大的傳動。
鏈傳動：
鏈傳動對于松合閘引起的磨輥中心的變化對鏈傳動性能的影響不大，能適應(yīng)不同直徑磨輥的使用（緊需調(diào)節(jié)張緊輪的位置），其傳動比準(zhǔn)確，缺點為：傳動鏈的承載能力不大，鏈傳動對于主、從鏈輪的不同面度較為敏感，因此， 兩磨輥的軸向竄動將影響傳動性能，所以傳動鏈的壽命較低，傳動機構(gòu)的尺寸較大， 鏈傳動需用稀油潤滑，，鏈輪箱必須有可靠的密封，以防止污染，鏈輪的裝拆也不方便。
扭矩臂差動傳動：
優(yōu)點：磨輥的松合閘不影響機構(gòu)中齒輪副的中心距，并能保證齒形帶輪中心距基本不變，傳動性能好，噪音小，齒輪箱的密封性能好，齒形帶不需有潤滑，門有潤滑油的污染問題，機構(gòu)的尺寸小，便于封閉。但是，它也存在缺點：軸承臂的位置調(diào)節(jié)需繞其慢輥軸轉(zhuǎn)動。 因此，當(dāng)磨輥直徑減小后，軸承臂上移所引起的齒形帶輪中心的變化，不能完全由從動輪軸心和軸承臂鉸支抵消， 所以松合閘對齒形帶輪中心距仍有一定影響，機構(gòu)中的齒輪減速箱重量較大（56kg左右）， 沒有把手， 裝拆不方便。
雙面同步齒形帶傳動：
雙面同步齒形帶傳動集齒輪傳動合帶傳動的優(yōu)點于一身。其傳動效率高，節(jié)能效果高，經(jīng)濟(jì)效益好，帶與齒形輪之間往返間隙小，嚴(yán)格同步，不打滑，傳動比準(zhǔn)確，角速度恒定，不需潤滑油，既節(jié)省油又不會產(chǎn)生污染，使用壽命長而且不需維修保養(yǎng)，使用速度范圍大，因其輕而離心力小，所以可高速傳動，也可低速高扭矩傳動。但是，它存在很多缺陷，壽命短，不耐磨，齒剝離現(xiàn)象嚴(yán)重，嚙合不良等等。由于齒剝離現(xiàn)象嚴(yán)重，會導(dǎo)致整個機器的傳動產(chǎn)生重大影響，很可能會釀成生產(chǎn)事故，安全隱患較大。
綜上所述， 本機輥間傳動采用齒輪減速箱傳動。
2.2.3 喂料輥傳動
（1）動力來源
傳統(tǒng)的磨粉機的動力來源都從快輥傳遞，由于快輥轉(zhuǎn)速較高，而分流輥的轉(zhuǎn)速較低，所以必須配置減速箱，它不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且安裝也復(fù)雜，增加了成本。本機的動力來源于慢輥，由于慢輥由磨輥傳動機構(gòu)減速了一級，傳到分流輥再減速一級，就不用減速箱了，所以其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。
（2）同步帶的張緊
目前，國內(nèi)外的磨粉機喂料輥傳動皆有張緊輪張緊，而本機利用巧妙的結(jié)構(gòu)安排解決了張緊問題，并不需要用專門的張緊裝置，所以結(jié)構(gòu)得到了簡化。
（3）前后輥傳動方式
本機喂料輥前后輥傳動采用單面同步齒形帶傳動，單面同步齒形帶傳動集齒輪傳動合帶傳動的優(yōu)點于一身。其傳動效率高，節(jié)能效果高，經(jīng)濟(jì)效益好，帶與齒形輪之間往返間隙小，嚴(yán)格同步，不打滑，傳動比準(zhǔn)確，角速度恒定，不需潤滑油，既節(jié)省油又不會產(chǎn)生污染，使用壽命長而且不需維修保養(yǎng)，使用速度范圍大，因其輕而離心力小，所以可高速傳動，也可低速高扭矩傳動。
2.2.4 傳動示意圖
圖4 傳動示意圖
2.3 控制系統(tǒng)
2.3.1 傳感機構(gòu)
目前，國內(nèi)外傳感機構(gòu)基本上有以下幾種：
電極板傳感機構(gòu)，該機構(gòu)的優(yōu)點在于：結(jié)構(gòu)簡單，動作靈敏。缺點：后道磨粉機的極板易被面粉粘上，以至失效，效果不好。
杠桿組及“噴射式”射流元件組成的傳感機構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的優(yōu)點在于：結(jié)構(gòu)較簡單， 動作靈敏。缺點：使用壽命短。
光電傳感機構(gòu)，該機構(gòu)的優(yōu)點在于：動作靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單。缺點：光電管易被面粉粘上，以至失效，所以使用效果不好。
杠桿組傳感機構(gòu)，優(yōu)點：使用壽命長。缺點：結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，靈敏度不高。
杠桿組及電傳感機構(gòu)，優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，使用壽命長。 缺點：易造成離合閘動作頻繁。
綜合考慮上述各種傳感機構(gòu)，本機所用的傳感機構(gòu)自我設(shè)計。其目的是為了達(dá)到結(jié)構(gòu)簡單，性價比高。
圖5 傳感機構(gòu)示意圖
該機構(gòu)的工作原理為：感應(yīng)鐵片與與之相連的軸焊接在一起，物料壓在鐵片上面，彈簧的拉力略大于鐵片所受到的重力，當(dāng)由物料進(jìn)入時，感應(yīng)鐵片就會受到物料重力的影響轉(zhuǎn)動，這時傳動桿就會轉(zhuǎn)動，當(dāng)傳動螺桿沒有轉(zhuǎn)動時與螺套連接的部分就不會左右移動，這時慢輥與快輥是分開的，防止產(chǎn)生空轉(zhuǎn)，使得快輥與慢輥直接摩擦從而降低其壽命。當(dāng)感應(yīng)鐵片帶動傳動螺桿轉(zhuǎn)動時，螺套就會向右移動，這時快慢輥合在一起，開始研磨的工作。
2.3.2 喂料調(diào)節(jié)機構(gòu)
料門調(diào)節(jié)機構(gòu)有以下幾種：
1．手動喂料調(diào)節(jié)機構(gòu)：
結(jié)構(gòu)簡單，易于隨時根據(jù)實際情況改進(jìn)，價格低廉。但不能根據(jù)進(jìn)機物料量的變化自動調(diào)節(jié)料門的開啟度，以至喂料量不均勻，如果突然斷料就會造成磨輥相碰。所以在能夠?qū)崿F(xiàn)其功能的情況下，使用這種結(jié)構(gòu)。
2．氣、液壓連動喂料調(diào)節(jié)機構(gòu)：
其靈敏度高，能隨進(jìn)機物料量的大小而改變料門的開啟度，但是，對氣、液壓元件的質(zhì)量要求高。
3．電控制喂料調(diào)節(jié)機構(gòu)：
其靈敏度高，結(jié)構(gòu)簡單，能實現(xiàn)隨動。但是增加了動耗。
綜合考慮以上幾種機構(gòu)，本機選用手動喂料調(diào)節(jié)機構(gòu)。
圖6 喂料調(diào)節(jié)機構(gòu)示意圖
該機構(gòu)的工作原理為：通過轉(zhuǎn)動螺套使與之配合的螺桿上下移動，螺桿與桿1之間焊接，桿1與輥A焊接，桿1帶著輥A繞著鉸鏈轉(zhuǎn)動，這時AB兩輥之間的距離就會改變，從而達(dá)到改變調(diào)節(jié)喂料的速度的目的。
2.3.3 離合軋——軋調(diào)機構(gòu)
功能要求：
對離合軋——軋調(diào)機構(gòu)的功能要求是：使磨輥在工作時實現(xiàn)定軋距； 完成松和閘動作；能滿足新輥及舊輥的使用；機構(gòu)能簡便、準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)兩磨輥的平行度， 使兩磨輥不平行度不大于0.01mm ；能簡便、準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)軋距大小，且在調(diào)節(jié)后仍保持兩輥的平行度；機構(gòu)設(shè)有磨粉機的過載安全保護(hù)裝置；對于自動控制松合閘的磨粉機，必須另設(shè)手控松合閘機構(gòu)，以免在自動控制系統(tǒng)失靈時能維持生產(chǎn)；機構(gòu)應(yīng)便于拆換磨輥，且在拆換的過程中盡可能少的拆換其他零件；機構(gòu)的各項操作簡單可靠；機構(gòu)的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡單可靠。
設(shè)計原則：
本機構(gòu)的設(shè)計原則是能夠?qū)崿F(xiàn)上述功能要求；而且要結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、換輥方便。
離合軋——軋調(diào)機構(gòu)的比較確定：
手動離合軋——軋調(diào)機構(gòu)：離合軋靠偏心縱軸的旋轉(zhuǎn)來實現(xiàn)。軋調(diào)靠手輪或手柄帶動牛腿動作來實現(xiàn)，而且還安有保安彈簧。此種機構(gòu)龐大，笨重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 換輥也不太方便。
自動離合軋——軋調(diào)機構(gòu)：離合閘靠氣、液缸推動牛腿運動來實現(xiàn)。軋調(diào)機構(gòu)與手動離合軋——軋調(diào)機構(gòu)的軋調(diào)機構(gòu)相似，而且還裝有保安彈簧。此種機構(gòu)也比較復(fù)雜，換輥不方便，但其操作比手動離合軋——軋調(diào)機構(gòu)方便。但是這種離合扎價格太高不適用于本機。
綜合考慮以上幾種機構(gòu)，本機采用手動離合扎，該離合扎結(jié)構(gòu)簡單，操作方面，換輥也方便。價格低廉，性價比比較高。
該機構(gòu)的機構(gòu)圖如下：
圖7 扎調(diào)機構(gòu)示意圖
該機構(gòu)的工作原理為：螺桿1與螺套配合，通過轉(zhuǎn)動螺桿使得螺套左右移動，與螺套相連接的下面的部分就可以實現(xiàn)左右移動，從而實現(xiàn)磨輥的水平方向上的移動；上螺桿與下螺桿的螺距一樣的，這樣就可以實現(xiàn)軸承臂的上下移動，從而使磨輥實現(xiàn)豎直方向上的移動,棘輪爪手柄轉(zhuǎn)動一圈，扎距變化量為0.058mm，這樣可以達(dá)到微調(diào)的目的。綜上，該機構(gòu)可以很好的實現(xiàn)兩磨輥之間的距離的改變。
2.3.4 過載沖擊問題
本機的過載保護(hù)依靠彈簧盒。當(dāng)物料過載時軸承向下通過軸承臂向下壓，這時彈簧通過墊片向下壓彈簧盒，彈簧盒中的彈簧收縮致使軸承臂可以向下運動，這樣的話就可以避免過載問題的出現(xiàn)。
2.4 卸料方式
目前磨粉機的卸料方式就兩種：自流卸料和磨膛吸料。采用自流卸料時， 磨粉機就必須安裝的要高一些，這樣的話機體的總體積就會很大。而磨膛吸料可以把磨粉機的外殼做的小一些，但是相應(yīng)的會增加機器的成本。本機的卸料方式為：自流卸料。這樣的話可以大大減小本機的生產(chǎn)成本，有利于本機的市場開發(fā)等方面的進(jìn)行。
2.5 棘輪微調(diào)問題
當(dāng)棘輪控制桿通過杠桿調(diào)節(jié)棘輪套筒時，棘輪套筒就會轉(zhuǎn)動。而棘輪套筒中的兩根螺桿的螺距是不一樣的。棘輪套筒轉(zhuǎn)動一圈，下面的螺桿就會向上或向下移動0.058mm。這樣的話就可以達(dá)到微調(diào)的目的了。
2.6 磨輥的生產(chǎn)率
根據(jù)物料在粉碎區(qū)的運動分析知，物料相對于慢輥靜止，而被快輥剪切刮開。在保證粉碎效果的前提下，最理想的狀態(tài)是：小麥被剪切刮開后，其縱向截面完全布滿慢輥表面，此時的小麥通過量即為磨輥的理論生產(chǎn)率。若小麥的平均粒重為0.03g，小麥的縱向面積為5×6cm2，慢滾的轉(zhuǎn)速為220，則每厘米輥長的生產(chǎn)率為0.5kg/(cm.min)可以以這個值來計算接料筒容積[2]。
3 本機工作原理與操作方法
3.1 工作原理
本機的工作原理時利用一對平置等徑不等速相向旋轉(zhuǎn)的齒輥（或光輥），以剪切、擠壓、研磨（或擠壓和研磨）的方法將物料粉碎。物料由喂料輥均勻地喂入磨輥的粉碎區(qū)內(nèi)，物料在被粉碎前與慢輥相對靜止，與快輥相對滑動。物料進(jìn)入粉碎區(qū)時，慢輥相當(dāng)于托板，快輥相當(dāng)于刮刀，把物料刮開，接觸到快輥齒的部分物料胚乳被快輥刮走，快輥齒夠不到的物料其余部分仍與慢輥保持靜止，直到除了粉碎區(qū)而落入料斗， 粘在磨輥上的物料通過清理機構(gòu)的清理作用也落入料斗，落入料斗的物料， 通過自流卸料方式被排出機外。
3.2 操作方法
設(shè)備安裝好后， 先讓機器空載運轉(zhuǎn)，如發(fā)現(xiàn)有不正常的現(xiàn)象應(yīng)立即停車， 調(diào)整好后再試車。這樣反復(fù)進(jìn)行調(diào)試，直到?jīng)]有異?，F(xiàn)象為止。當(dāng)磨粉機需要進(jìn)行工作時，首先按照該機所粉碎的物料，除調(diào)軋距，軋距調(diào)節(jié)好后，然后按啟動按鈕，使磨粉機處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)。當(dāng)進(jìn)機物料達(dá)到一定值時，料門打開，喂料輥轉(zhuǎn)動，磨輥自動合閘，磨粉機就進(jìn)入了工作狀態(tài)。打開下磨門，檢驗被粉碎過的物料是否符合面粉廠生產(chǎn)的工藝要求。如不符合要求，就應(yīng)該轉(zhuǎn)動兩邊的軋距調(diào)節(jié)手輪調(diào)節(jié)軋距，直至被粉碎過的物料符合工藝要求為止，關(guān)上下磨門。磨粉機就開始正常工作。需要停車時，按停車按鈕便可停車。
4 本機的結(jié)構(gòu)特點與先進(jìn)性及其特征
本機的設(shè)計綜合了國內(nèi)外先進(jìn)磨粉機的優(yōu)點，并對某些結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，使其更加完善，可以說使一臺先進(jìn)的磨粉機。本機的結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，實用性強，裝、拆、檢修方便，而且各個結(jié)構(gòu)的尺寸都比較小。本機磨輥內(nèi)平置，其喂料性能好；喂料流可直接進(jìn)入粉碎區(qū)， 并便于操作人員觀察和調(diào)整喂料情況；粉碎后的物料對下磨門無噴粉情況，拆換磨輥方便。磨輥傳動采用直齒齒輪和帶輪傳動，這樣的話，其結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。喂料輥離合器采用了自動傳感裝置。這樣的話，可以很方便的實現(xiàn)空滾不會產(chǎn)生磨輥現(xiàn)象，更好的保護(hù)磨輥。本機的第一級傳動——電機到大皮帶輪，采用B型三角帶，兩個喂料輥間采用直齒齒輪，軋距調(diào)節(jié)機構(gòu)采用水平豎直兩個方向上的調(diào)整，尤其是豎直方向上可以實現(xiàn)微調(diào)。所以說本機是一臺先進(jìn)的磨粉機。
綜上所述，本機具有以下特征：
1、磨輥水平排列便于物料進(jìn)入磨輥縫隙；
2、電動機的功率較大，生產(chǎn)效率高；
3、喂料輥傳動采用同步帶輪傳動；
4、磨輥傳動采用齒輪傳動；
5、采用深溝球軸承，消耗潤滑劑少，易于維護(hù)，噪聲?。?
6、采用玻璃鋼整體外殼結(jié)構(gòu)，密閉性好，噪音小。
5 計算部分
5.1 動力計算、選配電機
由公式[9] Nd= （6——1）
:機械傳動軸承損失總效率
n1為快輥轉(zhuǎn)速，550r/min;q為單位輥長上的壓力 [10] ，以實驗取值為15kg/cm；b為輥長度，350mm；D為磨輥直徑，250mm;為物料與快輥的摩擦系數(shù)，0.43；
為物料與慢輥間的摩擦系數(shù)，0.49；i為快輥與慢輥的速比，2.5；為軸承效率，0.98；為齒輪效率，0.98；為三角帶效率，0.96；Nd 為電機功率。
代入數(shù)值，Nd =9.41kW。
根據(jù)Nd，選Y系列電機Y160M-4(11kW)
其同步轉(zhuǎn)速為1500r/min,滿載轉(zhuǎn)速為1460r/min。
5.2 傳動設(shè)計
5.2.1 三角帶傳動設(shè)計
由于電機的功率9.4kW，快輥的轉(zhuǎn)速為550r/min;計劃采用額定轉(zhuǎn)速為1460r/min異步電動機帶動并采用三角膠帶傳動。根據(jù)以9.4kW功率從表4—5，查出可采用B或C型三角帶，并采用輪槽角φ=38°的帶輪。由表4—6查出電機帶輪直徑=225mm。所以帶輪直徑
，取580mm。
因工作載荷平穩(wěn)，取,
計算功率： （6——2）
選帶型號：選B型三角膠帶
驗算帶速，v=在15--25m/s的范圍內(nèi)。
初定中心距：
2（D1+D2）
2 (225+580)
取 800mm (452.75——1610)
初算帶長：L+2/ （6——3）
由圖11.4
取 基準(zhǔn)長度
實際中心距： （6——4）
452.75mm < ;
小輪包角：° ° （6——5）
求帶根數(shù)
帶速： （6——6）
傳動比：
帶根數(shù)：由表11.9
表11.7
表11.12
（6——7）
取
求軸上載荷：
張緊力： （6——8）軸上載荷： （6——9）
5.2.2 齒輪減速箱的設(shè)計
表1 磨輥電機參數(shù)表
項目
電機
快輥
慢輥
功率（kW）
11
9.94
9.74
轉(zhuǎn)速（r/min）
1460
550
220
轉(zhuǎn)矩（Nm）
71.95
172.59
422.8
效率
0.95
0.96
注：選擇齒輪材料：小齒輪-40Cr, 大齒輪-45，
齒面接觸疲勞強度計算：
（1）初步計算：
轉(zhuǎn)矩： （6——10）
齒寬系數(shù)： 表12.13，取
接觸疲勞極限：由圖取，；
初步計算的許用接觸應(yīng)力：
；
值 取 ， （表12.16）
初步計算的小齒輪直徑： （6——11）其中為速比，
??；
初步齒寬：
（2）校核計算：
圓周速度v: ; （6——12）
精度等級：由表12.6，取為8級精度。
齒數(shù)z和模數(shù)m：初取
??；
；
由表12.3，取
則
使用系數(shù)： 由表12.9 取；
動載系數(shù)： 由圖12.9 取；
齒間載荷分配系數(shù)：由表12.10，先求：
（6——13）
（6——14）
（6——15）
（6——16）
由此得
齒向載荷分布系數(shù)：由表12.11，
（6——17）
載荷系數(shù)： （6——18）
彈性系數(shù)： 由表12.12
節(jié)點區(qū)域系數(shù)： 由圖12.16
接觸最小安全系數(shù)：由 表12.14
總工作時間：
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由表12.15，估計 ，則指數(shù)m=8.78
（6——19）
接觸壽命系數(shù) 由圖12.18
許用接觸應(yīng)力
（6——20）
驗算 （6——21）
計算結(jié)果表明，接觸疲勞強度足夠
3.確定傳動主要尺寸實際分度圓直徑d 因模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)值時，齒數(shù)已重新確定，但并未圓整，故分度圓直徑不會改變，即
中心距 a （6——22）
齒寬b
齒根彎曲疲勞強度計算
重合度系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù) 由表12.10，
齒向載荷分布系數(shù)
由圖12.14
載荷系數(shù)K
齒形系數(shù) 由圖12.21 =2.53 2.23
應(yīng)力修正系數(shù) 由圖12.22 =1.62 =1.74
彎曲疲勞極限 由圖12.23c =600MPa =450MPa
彎曲最小安全系數(shù) 由表12.14 =1.25
應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 由表12.15，估計 ，則指數(shù)m=49.91
彎曲壽命系數(shù) 由圖12.24 =0.95 =0.96
尺寸系數(shù) 由圖12.25 =1.0
許用彎曲應(yīng)力
驗算
傳動無嚴(yán)重過載，故不作靜強度校核。
5.2.3 同步帶傳動設(shè)計
計算功率 =1.20(表11.17) 所以
選擇帶型和節(jié)距 查圖11.20和表11.18可知 帶型為XH，節(jié)距為22.225mm
齒數(shù) 取
帶輪節(jié)圓直徑
帶速
初定中心距 取
求
求
帶長及其齒數(shù) 由表11.19知
實際中心距
小帶輪嚙合齒數(shù) 取
基本額定功率
帶寬
軸上載荷
5.3 磨輥受力分析
5.3.1 磨輥軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
初步計算磨輥軸的結(jié)構(gòu)尺寸：
磨輥軸為實心軸，按許用切應(yīng)力計算：
（6——23） 取;
;
因軸上有一鍵槽，將求得值放大5%，得，取d=31mm
同樣的方法，對另一軸可得： 。
故取 。
5.3.2 磨輥受力分析
磨輥受力分析時：
1.略去磨輥齒形及斜度的影響；
2.略去磨輥支承處的摩擦阻力；
3.略去三角帶傳動的損失；
4.略去喂料傳動中三角帶輪的作用力。
以快輥受力分析為例：
圖8 快輥受力分析圖
1）輥壓力
2）三角帶張力產(chǎn)生的力矩
3）通過物料對快輥的摩擦力（均布輥長上）
4）張緊力產(chǎn)生的扭矩
5）電機輸入扭矩
6）三角帶輪作用在輥軸上的力
7）磨輥重量
8）快輥齒形帶輪的重量
9）三角帶輪重量
10）快輥齒輪帶上的扭矩
11) 慢輥作用在快輥上的轉(zhuǎn)矩=422.8Nm
12) 齒輪的重量
快輥受力計算：
z-x平面：
F圖9 快輥z—x平面受力分析圖
即
即
AB=80mm BC=200mm BD=380mm BE=430mm BF=490mm
(方向向下)
x-y平面：
圖10 快輥x—y平面受力分析圖
5.4 磨輥軸的校核
軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，，
a).軸的結(jié)構(gòu)圖
圖11 輥軸結(jié)構(gòu)圖
b)軸受力圖
圖12 輥軸受力分析圖
c)彎矩圖
圖13——彎矩圖
d)轉(zhuǎn)矩圖
圖14——轉(zhuǎn)矩圖
由彎矩圖、扭矩圖可知D,E點為危險截面。對D,E點進(jìn)行校核計算
許用應(yīng)力
許用應(yīng)力值 用插入法由表16.3查得： ，
應(yīng)力校正系數(shù) （6——24）
當(dāng)量彎矩 （6——25）
滿足強度要求。
5.5 軸承的選用與校核
軸承選用滾動軸承代號為6208，
計算軸承的當(dāng)量動載荷:
取兩式中大值；
查表18.12得，,,,
, ,,
安全系數(shù) 正常使用球軸承
由于 所以只計算軸承1
<
所以合格
5.6 關(guān)于傳感機構(gòu)的計算
首先，按照小麥計算，1千克小麥的體積大概為6000立方厘米。即：
設(shè)BD=1m，則AB=155mm,所以感應(yīng)鐵板長為1000mm，寬為155mm。
AB為可活動的板，BC為固定板，這樣對AB進(jìn)行受力分析：
圖15 AB板受力分析簡圖
當(dāng)感應(yīng)板出于AB位置時，這時機器沒有工作，當(dāng)感應(yīng)板出于AB1位置時，開始工作。，所以鐵板轉(zhuǎn)動了60°。螺套的傳動距離的，這里選擇的螺紋為方形螺紋，所以,,，n=2。設(shè)L=5mm,則d=60mm, d1=48mm,h=6mm，P=15mm。這里螺桿選用45號鋼調(diào)質(zhì)，螺套選用45號鋼，螺紋副材料選用鋼對鋼,設(shè)F=10000N，，，，，，，
1）螺紋副耐磨性計算 根據(jù)公式 （6——26） 帶入公式，所以螺紋耐磨性合格
2）螺紋牙強度計算
螺紋牙的剪切和彎曲破壞多發(fā)生在螺母。參看圖6.25，牙的剪切和彎曲強度條件分別為 （6——27）
（6——28）
（6——29） 根據(jù)表6.6，， 將數(shù)據(jù)帶入公式中
所以牙紋強度合格
3)螺桿強度計算
螺桿受有壓力（或拉力）和扭矩T，根據(jù)第四強度理論，其強度條件為
（6——30）
代入數(shù)據(jù)
螺桿強度合格
5.7 喂料調(diào)節(jié)機構(gòu)的計算 圖6 喂料調(diào)節(jié)機構(gòu)示意圖
對桿1進(jìn)行受力分析：
圖16 1桿受力分析圖
為鉸鏈對桿1的作用力，為螺旋桿對桿1的拉力，為喂料輥和與之配合的軸承的重力。軸承的型號為GE80-DO-2RS,其內(nèi)徑為80m
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