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1、 编号 200901112009011138南京航空航天大学 金城学院毕业设计题目基于三维设计软件的多功能家用面条机的设计学生姓名学号系部机电工程系专业机械工程及自动化班级指导教师 二一三年六月南京航空航天大学金城学 院本科毕业设计（论文）诚信承 诺书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文）（题目：基于三维设计软件的多功能家用面条机的设计）是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果。尽本人所知，除了毕业设计（论文）中特别加以标注引用的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。作者签名：顾金兵2013 年 05月 31 日（学号）：2009011138毕业设计（
2、论文）报告纸基于三维设计软件的多功能家用面条机的设计摘要针对传统手工制作面食存在的劳动强度大、工序复杂、效率低等缺陷，设计了多功能家用面条机。运用齿轮传动、偏心轴上设置间隙调节机构及相关的机械原理，通过分析多功能家用面条机的功能需求，对其结构进行分析，重点对其传动机构中的多对面辊和多个齿轮进行设计，并基于 PROE 等三维造型软件画出面条机传动装配图及其总装图。该面条机具有结构紧凑、体积小、造型新颖、操作简单、维修方便、光洁卫生等特点，能压制形状整齐、厚薄匀称的宽窄面条、饺子皮、包子皮及馄饨等多种面食，是现代家庭的好帮手。实践证明，使用该面条机大大减轻了工人的劳动强度，生产效率提高了 46 倍
3、，产品具有很大的市场前景。关键词：面条机，三维设计，传动机构i毕业设计（论文）报告纸Designonthemulti-functionandhousehold-usenoodlesmach ineAmulti-functionandhousehold-useAbstractnoodles machinewasdesignedagainstthebiglaborstrength,complex processes and low efficiency during traditional handicraft creation food. By usingof the gear drive, t
4、he gap adgusting structure through a camshaft and some related mechanicalprinciples，analyzing its functional requirements and its structure, focusing to optimize its design ofthe drive mechanism for several opposite rollers and gears, drawing its drive assembly diagram andits general assembly diagra
5、m based on the PROE software.This noodle machine has some good characteristics, such as a compact structure, small volume,novel modeling, easy operate and maintenance, clean and health. The noodle machine can makenoodles with neat shape and uniform thickness. It also can make dumpling wrapper, dough
6、 andwonton cheek. It is a good helper for modern family. Practice has proved that using this noodlemachine can gr eatly reduce the labor intensity and improve the production efficiency by four to sixtimes.Key Words：noodles machine；design；gear driveii毕业设计（论文）报告纸目录摘要. iAbstract. ii第一章 绪 论. 11.1 面条的历史.
7、 11.2 家用面条机的市场背景研究. 21.2.1 家用面条机的选题背景. 21.2.2 家用面条机的国内外研究概况. 21.2.3 家用面条机的应用前景. 21.3 本文主要研究内容. 3第二章 家用面条机的总体结构设计. 42.1 家用面条机的结构分析. 42.2 面条机的工作原理. 42.3 家用面条机传动机构的设计. 52.3.1 面辊的设计. 52.3.2 齿轮的设计. 72.4 典型偏心原理的分析. 92.5 本章小结. 12第三章 面条机的的三维设计. 133.1 三维设计软件概述. 133.2 三维设计软件 Pro/E 的介绍.133.3 家用面条机具体三维制图设计. 143
8、.3.1 Pro/E 操作界面介绍.153.3.2 面条机关键零件的建模. 153.3.3 面条机装配图. 223.3.4 面条机总装图. 23iii3.3.5毕业设计（论文）报告纸面条机三维爆炸图. 233.4 本章小结. 24第四章 基于有限元的关键零件应力分析. 254.1 有限元概述. 254.2 ANSYS 软件介绍. 264.3 宽面条主动面辊的应力分析. 274.4 本章小结. 36第五章 总结与展望. 375.1 总结. 375.2 展望. 38参考文献. 39致 谢. 40iv毕业设计（论文）报告纸第一章绪论1.1面条的历史面条是一种用谷物或豆类的面粉加水磨成面团，之后压或擀
9、制成片再切或压，或者使用搓、拉、捏等手段，制成条状（或窄或宽，或扁或圆）或小片状，最后经 煮、炒、烩、炸而成的一种食品。面条花样繁多，品种多样。中国、阿拉伯及意大利都声称是面条的发源地，但可考的关于面条的最早文字记录是东汉时期的中国。而且在 2005 年，中国社会科学院考古研究所研究员叶茂林在青海省民和县喇家遗址（约 4000 年前被地震掩埋）中发现了距今有4000 多年历史的面条，长约 50 厘米、宽 0.3 厘米，由粟制成，有最早的文字和实物佐证，很明显面条是起源于中国。面条是一种制作简单，食用方便，营养丰富，即可主食又可快餐的健康保健食品，早已为世界人民所接受与喜爱。在古代中国，食品卫生
10、条件较差，相对于其它食品而言，经过煮沸的面条最为洁净， 可以大大减少肠胃疾病的发生，因此面条成为中国最常见的食品之一。由于制条、调味的不同，从而使中国各地出现了数以千计的面条品种，遍及各地。著名的面条有北京的炸酱面、河北的捞面、南京的小煮面、山西的刀削面、上海的阳春面、港台地区的担担面等，地方特色极其丰富，又如节日喜庆的长寿面，国外的香浓意大利面，日本的日本拉面等。面条不仅含有丰富的蛋白质、脂肪、碳水化合物等多种营养成分，而且易于消化吸收，有改善贫血、增强免疫力、平衡营养吸收等功效，所以面条备受人们的喜爱。图 1.1 素菜面图 1.2 青菜面图 1.3 牛肉面11.21.2.1家用面条机的市场
11、背景研究家用面条机的选题背景毕业设计（论文）报告纸161614随着人们生活水平的不断提高，人们对食品的口感也越来越挑剔，随之一些大型的生产食品的机械厂都纷纷对机械进行改进，生产了各种家用的食品生产机器。众所周知，面条是中华民族的传统美食，也是我们日常生活的主食之一， 面条不仅含有丰富的蛋白质、脂肪、碳水化合物等多种营养成分，而且易于消化吸收，有改善贫血、增强免疫力、平衡营养吸收等功效，所以面条备受人们的喜爱 。然而，面条好吃难做，不仅需要和面，还要压面、切面，十分麻烦，并且如果面和不好，将严重影响面条的口感。为了满足人们日常生活的需求，让人们方便快捷地制作出美味的面条，面条机以其方便快捷逐渐成
12、为了北方大部分家庭日常生活不可缺少的产品，这类产品须同时具有使用功能及相应的审美形式，即具有物质功能和文化功能的双重属性。连路边的街边小吃都有好多面条店，所以如何更快地制作面条成为一个热点，面条机就这样应运而生。市场上已经出现许多如和面机、洗面机、面条机、饺子机等形状各异、种类繁多的面食品加工机械，但是大多为大型面食品加工机械，而家用面食品节能加工机械并不多，且功能单一，而人们对面条的需求量很大，所以研发家用面条机有很大的市场需求 。1.2.2 家用面条机的国内外研究概况本次设计的家庭面条机主要面向的市场是个人家庭，目前现有市场同类型的面条机体积都比较大，操作也比较复杂，且大多适合批量生产，从
13、经济实用角度上来看大多不太适合家用。现有的大中型面条机在美观方面考虑地一直较少，且重量较大，不易携带，不适合家用。这些面条机工序复杂、价格昂贵、清洁不便，家用面条机应尽量改善这些缺点 。1.2.3 家用面条机的应用前景针对传统手工制作面食存在的劳动强度大、工序复杂、效率低、不卫生等缺陷，运用齿轮传动、偏心轴上设置间隙调节机构及相关的机械原理，设计多功能家用面条机。要求该面条机具有结构紧凑、体积小、造型新颖、操作简单、维修方便、光洁卫生、可流动作业等特点，能压制形状整齐、厚薄匀称的宽窄面条、饺子皮、包子皮及馄饨等多种面食。市场上的大中型面条机工序复杂、价格昂贵、清洁不便，小型家用面条机应尽216
14、毕业设计（论文）报告纸量改善这些缺点。应努力达到携带方便，价格便宜，所需功率小，面条成型。可根据个人喜欢制作出不同款式和不同营养的面条。面条在我国食品类很受欢迎。农副产品深加工是中国十五期间重点扶持行业, 随着经济条件的改善和人们对绿色新鲜早餐的需求，该课题市场前景广阔，具有重要的应用价值 。1.3 本文主要研究内容面条好吃难做，不仅需要和面，还要压面、切面，十分麻烦，并且如果面和不好，将严重影响面条的口感。为了满足人们日常生活的需求，让人们方便快捷 地制作出美味的面条，为此开展了家用面条机的三维设计研究。传统的通用机械产品的设计是先将产品以二维平面图的形式表达出来， 然后进行反复校核和修改，
15、最后由加工者把图样上的内容转化为成形的产品。这样不仅设计周期长、成本高，而且当产品制造出来后，零部件之间相互干涉，经常会出现无法安装或装配不到位等问题，反复修改势必会延长产品投放市场的周期，应用 Pro/E等高端三维设计软件就可以很好地解决这些问题。直接采用三维设计，使设计者能够了解产品的每一个细节，并利用其参数化设计的思想，使零件的设计、修改变得简单易行 ，并在后期使用 ANSYS 有限元分析内部轴的强度。同时，还可以完成产品的系列化设计。3毕业设计（论文）报告纸2.1第二章家用面条机的结构分析家用面条机的总体结构设计面条机有三对传动装置：轧面皮机构，轧宽面条机构、轧窄面条机构。其主要包括主
16、动面辊、从动面辊、互相啮合的主动齿轮和从动齿轮、偏心轴、宽窄面条辊、支撑板、侧封盖、面辊盖、进面板、驱动手柄和夹具等部件组成。面条机三对面辊并排平行分布，布局合理易于操作；每对辊刀靠齿啮合，三对辊刀的驱动槽同放一侧，用同一个驱动手柄来换槽操作；传动机构齿轮分布在另一侧。这样使得结构比较紧凑，操作比较方便快捷。图 2.1 面条机示意图2.2面条机的工作原理4毕业设计（论文）报告纸面条机是由手柄圆周搅动驱使主动面辊转动，通过带动主动齿轮和从动齿轮互相啮合使从动辊和主动辊同速度对滚，从而进行面皮及面条的加工。面皮厚度的调节：从动面辊套有偏心轴，偏心轴上设置有面辊间隙调节机构，在轧面皮时通过调节此机构
17、来改变主从面辊之间的间隙，从而来改变面皮的厚度。面条宽度的调节：面条的宽度是由面辊齿槽宽来控制的。2.3 家用面条机传动机构的设计2.3.1 面辊的设计面辊机构是通过两个压辊的相对回转，面团在摩擦力和压力的作用下在辊隙中挤压延伸，由于辊的间隙逐渐减小，其间的压力和剪切作用逐渐加强，已完成面料在脱离压辊后延展成厚薄均匀的面片。面团导入力学条件分析:图 2.2面条进入面辊示意图1，3 压辊 ；2 面团设 P 为压辊对物料产生的径向力，T 为面料受到的摩擦力，为导入角，即压辊在接触变形区对应压辊的中心角。f 为摩擦系数，h1 和 h2 为面团导入前后的厚度。面团导入辊隙的力学条件是 TxPx，分析后
18、得到(h1-h2)/1-f。面辊原来采用普通铸铁，由于压辊尺寸较大，铸件常出现宿孔和疏松。而且硬度不够，磨损较严重，面片很容易粘在压辊上。由于压辊在装配时，其直径大小是配合平衡52 2毕业设计（论文）报告纸齿轮中心距的，可调节的范围比较小，所以当出现以上问题时压辊就无法使用从而造成浪费。同时面团中含有盐、碱及一些添加剂，对压辊有一定的腐蚀性，也减少压辊的寿命。采用球墨铸铁作为压辊材料，其铸造加工问题得到解决，而且压辊有了足够的刚度。压辊表面经调质后能达到很高的硬度和光滑度，大大提高了压辊的质量。随着科技发展，新材料逐渐应用到压辊表面，大大调高了压辊表面的硬度和光滑度。根据面皮在生活饮食操作当中
19、的要求，一般在做饺子过程中，饺子皮的大小 为 100mm 左右，在做混沌皮其大小在 50 mm 左右。综合其它面皮的需要和整个面条机的外观大小，为了节省材料，设计轧面皮主动辊和从动辊为圆筒，两段分别配合驱动件和传动件，它们以过盈配合联接，每对轧辊表面要求达到抛光。2.2L145 mmD24mm面辊（图）工作部位的尺寸为：轧面皮的面辊，长度，直径；轧宽、细面条的面棍：长度 L175 mm，直径 D17 mm。12图2.2主、从面辊1，主动面辊；2，从动面辊根据面条的宽度和面辊的长度，设计了两种面辊，即宽面条辊（图 2.3）和窄面条辊（图 2.4），对应面辊的齿数和齿槽深度分别为：宽面轧辊齿数 Z
20、16，窄面轧辊齿数Z36；宽面轧辊齿槽宽深 H2.5 mm；窄面轧辊齿槽宽深 H2.5 mm。图2.3 宽面条辊啮合图6毕业设计（论文）报告纸图2.4 窄面条辊啮合图215在面辊上等间距分布齿槽，为了保证每对滚刀在对滚时不产生摩擦阻力，每对齿采用间隙配合，从而使滚切出的面条不受影响 。2.3.2 齿轮的设计(1) 轧面皮辊传动齿轮的设计变位齿轮传动分三种类型：高变位传动（又称零传动）、角变位正传动和角变位负传动。其中角变位正传动的优点为：机构更加紧凑，提高了抗弯强度和接触强度，提高了耐磨性能，可满足中心距要求。由于面条机的轧面皮辊要压制不同厚度的面皮，即中心距可变，所以选择角变位的正传动齿轮。
21、为了保证齿轮传动有足够的刚度和强度，延长使用寿命，所以齿轮材料选用 45 钢调质。根据轧面机主动齿轮和从动齿轮要求同速对滚，在齿轮设计时保证主动齿轮和从动齿轮一样，即所有三对啮合齿轮传动比为 1:1，所以就可只对其一进行设计计算并校核 。由面辊的直径尺寸 D24 mm，确定齿轮啮合中心距 a 24 mm，选择渐开线齿轮的模数 m2 时，齿轮齿数 z 为 12 mm，由公式计算齿轮其它参数 ：ha ha * m 2mmhf (ha * c*)m (10.25) * 2 2.5mmh ha hf 4.5mmd mz 12 * 2 24 mm7da d 2 ha 24 2 * 2 28mmdb d
22、cos 24 * cos 20 22.553mmdf ( z 2ha* 2c*)m (12 2*12*0.25) *2 19mmp m 3.14*2 6.28mms e m / 2 3.14 * 2 / 2 3.14mm毕业设计（论文）报告纸5考虑到轧面辊的从动齿轮上套有圆柱偏心轴，所以设计的齿轮内径以螺纹方式与轧面辊配合，根据设计得：齿轮内径为 d13.5 mm，螺距 p1 mm 的螺纹齿轮 。传动齿轮的实体如下图 2.5 所示。（2）轧面条辊传动齿轮设计图2.5 面皮传动齿轮齿轮啮合中心距 a16 mm，取 m1.5；齿数 z10.67，取整 z=10，齿轮其它参数如下：ha ha * m
23、 1.5mmhf (ha *c*)m (10.25) *1.5 1.875mmh ha hf 1.5 1.875 3.375mmd mz 1.5 *10 15mmda d 2 ha 15 2 *1.5 18mmdb d cos 15 cos 20 14.095mmdf d 2hf 15 2 *1.875 11.25mm8p m 3.14*1.5 4.17mms e p / 2 4.17/ 2 2.085mm毕业设计（论文）报告纸2因为面条辊轴为实心，设计面条辊时，在其传动轴端开键槽，所以齿轮与面条辊以键形式配合 。轧面条传动机构齿轮的实体如图 2.6 所示。2.4 典型偏心原理的分析图 2.6
24、 面条传动齿轮8安装偏心轴就是靠它的惯性作用而不至于机器在运转到死点位置时锁机。最常见的例子就是：家用缝纫机的脚动驱动轮的运转。而在面条机中，在从动面辊中安装偏心轴可以实现从动面辊的自转，通过从动面辊的旋转可以调节主动面辊和从动面辊间的中心距，从而调节面皮进入的厚度。所以安装偏心轴就先要考虑从动面辊的尺寸参数再进行设计。另外根据安装条件及扭转强度，可选偏心轴材料为 钢 。158mm图 2.7偏心轴的示意图160mm因为从动面辊长度为，所以偏心轴中段设计尺寸为即可。其左右就为偏心轴部分，左端因为不需要与外界作用，可以把所设计尺寸压短为 7mm 左右，而右端为了实现偏心原理，故要将其拉长，可为 2
25、5mm。因为偏心轴装入从动面辊中实现9毕业设计（论文）报告纸过度配合。所以其最大直径要小于从动面辊的内部圆孔的直径，但要相近。所以其最大直径可设为 10mm，偏心轴内部间的直径关系可用下图表示。7mm图 2.8偏心轴的左视图1.5mm偏心轴的直径设为具体分析。，所以两个圆心之间距离为。下面针对偏心原理的实现作偏心轴右端与固定机构（如下图 2.9 所示）中的中部小孔相连，而这个固定支架通过右侧支撑板的两个小孔固定，这样就达到了偏心轴位置不变的这个事实。图 2.9固定夹子10毕业设计（论文）报告纸因为偏心轴固定，即偏心的那部分轴的圆心固定，就好比下图（图 2.10 偏心原理图）中左侧小圆的圆心固定
26、不动，而偏心轴上两圆之间距离不变，所以当从动面辊圆筒旋转，即从动面辊圆心变动时只能在小圆上运动；另外如果假设下图（图 2.10）中大圆圆心即为主动面辊的圆心，所以从动面辊与主动面辊之间的距离就达到了变化。图 2.10 偏心原理图那么这样就实现了从动面辊与主动面辊间距离可调的功能。但是如何使其间的距离不变又能使用要求中的六种距离呢？可以在偏心轴右侧再加上档位调节器（如下图 2.11 所示），就可实现每次使用时两面辊之间的距离不变。图2.11档位调节器偏心轴右侧穿过档位调节器并与其间隙配合，而调节器上面的六个小孔正好可以和固定夹子的支点聚合，所以就国定住了偏心轴，使其不运动，所以从动面辊与主动面辊
27、之间的距离就达到了恒定，为此这上面的六个孔就对应着面辊的 6 个档位，实现了面辊间间隙的调节11毕业设计（论文）报告纸即压入面皮厚度的调节。通过弹簧和螺母来实现档位调节器的固定，正好可以借助弹簧的弹力来回拉放，再选择 6 个档位其中一个作为支点固定某一孔来达到档位的调节选择。2.5 本章小结本章对面条机的总体结构进行了设计计算，重点对其中的主动面辊和从动面辊、宽面条面辊、窄面条面辊、轧面皮辊传动齿轮、轧面条辊传动齿轮进行了尺寸计算，并联系实际依靠机械设计手册等参考工具对其中的参数进行优化设计。12毕业设计（论文）报告纸第三章面条机的的三维设计3.1 三维设计软件概述三维设计是新一代数字化、虚拟
28、化和智能化设计平台的基础。它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化，更形象化的一种新兴设计方法。现在国内外三维设计软件种类繁多，每种软件都有自己的优点和缺点。比较权威的绘图软件有 CATIA、Pro/E、 UG、SolidWorks、3Dmax 和 Auto CAD 。其中，CAD 主要用来二维制图，是最经典的二维制图软件，也是最基础的； UG 、PRO/E、SolidWorks 和 CAT IA 是主要用来三维建模的软件。SolidWorks 是最简单好学的，但是其建模精度比较低，一般中小企业用的比较多。Pro/E 是现在比较流行的三维建模软件，各行业应用比较广泛。UG 一般大中
29、型企业用的比较多。CAT IA适合流线型建模，比如飞机流线型翅膀，汽车的外壳等，在航空领域应用的比较多。其实现在的三维建模软件都已经很完善了，功能也比较齐全，在进行设计时需要根据设计项目来选择适合的三维设计软件。而 3Dmax 是基于 PC 系统的三维动画渲染和制作软件。广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、三维动画、多媒体制作、游戏、辅助教学以及工程可视化等领域。而作为大四的我们所学的也就是 Pro/E 、UG 和 CAD 这三种软件，所以作为即将走进社会的我们需要学习更多的软件来丰富自己，来锻炼自己的实体建模能力。3.2 三维设计软件 Pro/E 的介绍Pro/Engineer 操作软
30、件是美国参数技术公司（PTC）旗下的 CAD/CAM/CAE 一体化的三维软件。Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer 作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的 CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置，广泛应用于3C 产品、汽车电子、通信、机械、模具、工业设计、航天、家电、玩具等各行业。Pro/E 可谓是全方位的三维产品开发软件，整合了零件设计、零件装配、产品设13毕业设计（论文）报告纸计、塑料模具设计、钣金设计、冲压模具
31、设计、工程图制作、公差分析、造型设计、NC 加工、机构设计分析、动态仿真、动画制作、钣金件设计、逆向工程、自动量测、结构分析、热流分析、简易模型分析、产品数据库管理、协同设计开发等功能于一体，其模块众多，但学习只要认真就可掌握操作要领。另外 Pro/E 软件还有下面三大优点。第一点：参数化设计参数化的整体理念就是不管是有多繁杂的几何模型，我们都可以把它分解，然后用参数完全约束。就拿产品来说，我们可以把产品看成是一个几何的模型，但是不管是有多繁杂的几何模型，我们都可以把它来分解成有限数量的构成特征，而不管什么样的构成特征，我们也都可以用有限的参数完全的来约束。第二点： 基于特征建模Pro/E 是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员生成模型一般都会采用基于特征的功能，因为它具
