摘 要
随着人们生活水平的提高以及对产品小型化，精致化，安全，便捷地需要，越来越多的小型的家用绞肉机走进了人们的日常生活中。
本文就主要论述了家用绞肉机的工作原理、主要技术参数、传动系统、典型零件的结构设计等等。首先介绍了家用绞肉机的工作原理，即将肉放进托盘后，因为肉的重力和推进螺杆的作用，将肉连续地送往绞刀口进行切碎。托盘面积较大，待绞肉时，可将多余的肉放在托盘上，逐步地推进绞筒内，减缓对刀具的压力。同时采用弹性活销联轴器联结螺杆和电机，结构简单，可靠性高，工作平稳可靠，拆卸方便。推进螺杆的螺距后大前小，根径后小前大，使其推进螺杆与绞筒之间的容积逐渐减小，实现了对物料的挤压作用。采用可替换的绞刀和挤肉样板，可以满足顾客绞肥肉和瘦肉的不同需求。 这种绞肉机结构简单，拆洗方便，体积较小，适合普通家庭使用。
关键词：家用绞肉机；推进螺杆；弹性活销联轴器；托盘；绞刀；挤肉样板；
Abstract
With the improvement of living standards as well as the miniaturization of products, refined, safe, and convenient to the needs of people ，a growing number of small-scale household meat grinder is going into people's daily life.
This article focuses on the domestic meat grinder of the working principle, main technical parameters, transmission system, the structural design of typical parts and so on. First of all,it introduced the working principle of the household meat grinder,make the meat into the tray, as the meat of the gravity , the role of promoting the screw will be continuously sent to the meat cutter to shred edge. The tray is big , and the meat can be placed on the extra tray, then be gradually pushed into the cutter,so it can slow down the pressure to the tool. At the same time a flexible coupling is using to link the pin screw and motor. Its structure is simple , high reliability, stable and the disassembly is convenience. The advancing large screw pitch before the small, small front after the root diameter,and as it twist, the volume between the cage and the winch spool will be reduced gradually, then it has realized to the material suqeezing action. As the cutter knife and squeeze can be replaced, it can meet customers different needs to cut the fat and lean meat .
The structure of this meat grinder is simple. It can be taken apart easyly , washed
conveniently.Besides the volume is small, suits for the ordinary family use.
Key words: Household meat grinder;Advancing screw; Flexible coupling live sales;Tray; Reamer;Crowded meat model
目 录
1 绪 论 ................................................................ 1
1.1 引言 ................................................................ 1
2 绞肉机的结构及工作原理 ................................................ 3
2.1 绞肉机的结构 ........................................................ 3
2.1.1 送料机构 ........................................................ 3
2.1.2切割机构 ........................................................ 3
2.1.3驱动机构 ........................................................ 4
2.2 绞肉机的工作原理 .................................................... 4
3 螺旋供料器的设计 ...................................................... 5
3.1推料螺杆的设计 ...................................................... 5
3.1.1推料螺杆的材料 .................................................. 5
3.1.2螺旋直径 ........................................................ 5
3.1.3螺旋供料器的转速 ............................... 错误！未定义书签。
3.1.4螺旋节距 ....................................... 错误！未定义书签。
3.2 绞筒的设计 ......................................... 错误！未定义书签。
4 传动系统的设计 ........................................................ 5
4.1 电机的选择 .......................................................... 6
4.2 联轴器的选择 ........................................................ 6
5 绞刀设计 .............................................................. 8
5.1绞刀的设计 .......................................................... 8
5.1.1刀刃的起讫位置 .................................................. 9
5.1.2刀刃的前角 ..................................................... 10
5.1.3刀刃的后角 ..................................................... 12
5.1.4刀刃的刃倾角 ................................................... 13
5.1.5刀刃上任一点位量上绞肉速度 ..................................... 15
5.1.6刀片的结构 ..................................................... 16
6 轴的结构设计及校核 .................................................... 17
6.1拟定轴上零件的尺寸 ................................................. 17
6.2校核轴的强度 ....................................................... 19
设计总结 ................................................................ 20
参 考 文 献 ............................................................. 22
致 谢 ................................................................ 23
1 绪 论
1.1 引言
随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人民对食品工业提出了更高的要求。现代食品已朝着营养、绿色、方便、功能食品的方向发展，且功能食品将成为新世纪的主流食品。食品工业也成为国民经济的支柱产业，作为装备食品工业的食品机械工业发展尤为迅猛。
食品工业的现代化水平，在很大程度上依赖于食品机械的发展及其现代化水，离开现代仪器和设备，现代食品工业就无从谈起。食品工业的发展是设备和工艺共同发展的结果，应使设备和工艺达到最佳配合，以设备革新和创新促进工艺的改进和发展，以工艺的发展进一部促进设备的发展和完善。两者互相促进、互相完善，是使整个食品工业向现代化迈进的必要条件。
在肉类加工的过程中，切碎、斩拌搅拌工序的机械化程度最高，其中绞肉机、斩拌机、搅拌机是最基本的加工主械. 同时随着人们对产品安全，便捷的要求的提高，越来越多的小型的家用的绞肉机走进了人们的生活中。所以这种体积小，操作方便，拆洗简单，使用寿命长的家用绞肉机应运而生。
绞肉机是肉类工业、香肠生产过程中最常用的一种切割机械，它的作用是把一定尺寸的原料肉按要求切碎成不同尺寸的颗粒状肉，以便于同其他辅料充分混合和满足不同 肉制品的需要。
目前使用的绞肉机工作时主要靠旋转的输送绞龙将料斗中的原料肉推到绞刀箱中的绞刀孔板处，利用转动的切刀刃和固定的孔板孔形成的剪切作用将肉切碎并在绞龙挤压力的作用下将肉粒不断的挤出孔板外，这样来完成料斗中的肉通过绞龙进入纹刀箱而切碎的肉粒排出机外的工作循环。整个机体为灰铸铁铸造而成。该绞肉机无论从性能结构还是制造材料都存在很多不足。
近些年来我国所生产的家用绞肉机一般均采用优质的不锈钢制造，它的功率不大，挤肉样板孔径小，挤出的肉更加细腻。这些小型机器结构简单，部件精良，性能优越，选材优质，适合普通家庭使用。只是在长期的使用过程中却发现它在结构上存在着需要进一步改进的和完善的地方。如现今的绞肉机使用时都是把肉类从绞肉机的绞肉筒进肉口塞进机内，绞肉机一般附带有送料棒，供用户塞料进
机身时使用，只是进料端口位于
输送螺杆正上方，人们容易触及螺杆; 其次，绞肉机附带的送料棒可以轻易拔出，一些用户人们为贪一时操作方便，而麻痹大意，直接用手把肉类塞进机内。这就增大肢体被螺杆卷进机内的危机，使用户自身置于危险当中。
2 绞肉机的结构及工作原理
2.1 绞肉机的结构
绞肉机主要由送料机构、切割机构和驱动机构等组成，如图2—1所示。
1 旋盖 2 挤肉样板 3 绞刀 4 推料螺杆 5 绞筒 6 托盘 7 弹性活销联轴器 8 电动机 9 上外壳 10 支架 11 下外壳 12螺栓 13 螺钉 14 螺栓 15 挡板
16 毡圈 17 弹簧垫圈
图2-1 绞肉机结构简图
2.1.1 送料机构
包括托盘6、推进螺杆4和绞筒5。其作用是输送物料前移到切割机构，并在前端对物料进行挤压。
2.1.2切割机构
包括旋盖1, 挤肉样板2，绞刀3. 其作用是对挤压进人样板孔中的物料进行
切割. 样板孔眼规格有多种，可根据不同的工艺要求随时旋下旋盖进行更换。
2.1.3驱动机构
包括电机9、弹性活销联轴器7。
2.2绞肉机的工作原理
工作时，先开机后放料，由于物料本身的重力和推料螺杆的旋转，把肉连续地送往绞刀口进行切碎。因为推料螺杆的螺距后面应比前面小，但螺旋轴的直径后面比前面大，这样对物料产生了一定的挤压力，这个力迫使已切碎的肉从挤肉样板上的孔眼中排出。
在日常生活中，肥肉需要粗绞，而瘦肉需要细绞，以调换挤肉样板和绞刀的方式来达到粗绞与细绞之需。挤肉样板有几种不同规格的孔眼，通常粗绞用之直径为8－10毫米、细绞用直径3－5毫米的孔眼。粗绞与细绞的挤肉样板，其厚度都为10－12毫米普通钢板。由于粗绞孔径较大，排料较易，故推料螺杆的转速可比细绞时快些。因为挤肉样板上的孔眼总面积一定，即排料量一定，当供料螺旋转速太快时，使物料在切刀附近堵塞，造成负荷突然增加，对电动机有不良的影响。所以螺杆也不能转得过快，一般取8000—16000 r/min.
绞刀刃口是顺着切刀转向安装的。绞刀用不锈钢制造，刀口要求锋利，使用一个时期后，刀口变钝，此时应调换新刀片或重新修磨，否则将影响切割效率，甚至使有些肉不是切碎后排出，而是由挤压、磨碎后成浆状排出，直接影响成品质量，使其质量下降。绞刀必须与挤肉样板贴和，不然会影响切割效率。
推料螺杆在机壁里旋转，要防止螺旋外表与机壁相碰，若稍相碰，马上损坏机器。但它们的间隙又不能过大，过大会影响送料效率和挤压力，甚至使物料从间隙处倒流，因此这部分零部件的加工和安装的要求较高。
绞肉机的生产能力不能由推料螺杆决定，而由切刀的切割能力来决定。因为切割后物料必须从孔眼中排出，推料螺杆才能继续送料，否则，送料再多也不行，相反会产生物料堵塞现象。
在绞肉操作这中，不要用力将肉从投肉口往下压，这样不但不会使样板的流出量增加，而且使肉温上升，使肉的黏着性下降。
3 螺旋供料器的设计
3.1 推料螺杆的设计
推料螺杆的作用是向前输送物料，并在前端对肉块进行挤压。如图3－1所示，设计上采用一根变螺距、变根径的螺旋，即螺距后大前小，根径后小前大，这样使其推料螺杆与绞筒之间的容积逐渐减小实现了对物料的挤压作用。
推料螺杆前端方形轴处安装绞刀，后端面上安装一个定位键与弹性活销联轴器上的键槽配合，以传递动力。
图3-1 推料螺杆
3.1.1推料螺杆的材料
推料螺杆的材料选用不锈钢1Cr13.
3.1.2螺旋直径
此处省略 NNNNNNNNNNNN 字。如需要完整说明书和设计图纸等. 请联系 扣扣：九七一九二零八零零 另提供全套机
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4 传动系统的设计
推进螺杆的转速不易太高，因为输送能力并不是随转速增加而增加。当速度达到一定值以后，效率反而下降，且速度过高，物料磨擦生热，出口处的压力升高，易引起物料变性，影响绞肉质量，因此推进螺杆的转速一般在8000一16000r/min比较适宜。本设计电机转速选用8000r/min。
4.1 电机的选择
查资料【2】P135，得 1. 3⨯104⨯150q ∙G N=＝2=0.68(KW) 取N=750W 60⨯1000⨯0. 81000η
G －绞肉机的生产能力，kg/s
q－单位能量消耗，查【2】表8-2得q=1.3×104J/kg.
η－传动效率，一般在0.8-0.9之间，取0.8
所以根据N ＝750w ，n ＝8000r/min，查资料选用G45212，其结构如图4－1所示。
图4-1 G45212电机结构示意图
4.2 联轴器的选择
已知电机功率P=0.75KW,转速n =8000r /min ，电机伸出端直径为19mm, 推进螺杆直径为17mm, 可计算得其名义转矩
T =9550P 0. 75=9550⨯=0. 895N ⋅m n 8000
计算转矩T ca =K A ⋅T , 查资料【4】表2.5得绞肉机的工况系数K a =1. 75，则 T ca =1. 75⨯0. 895=1. 57
查资料【4】P283，选LF 1型弹性活销联轴器，它的通用性好，适用范围广，拆卸方便，适合于轴线对中安装困难、尽量减少辅助工时的工况环境。 其公称转矩T n =16N ⋅m ，许用转速为13640r /min （联轴器材料为钢）；10230r /min （联轴器材料为铁）。轴孔直径d=12-19mm.
5 绞刀设计
绞刀的作用是切割物料。它的内孔为半方形，安装在推进螺杆前端的方轴上随其一起旋转，刀刃的安装方向应与推进螺杆旋向相同。绞刀的规格有2刃、3刃、4刃、6刃、8刃。
由于是切割，绞刀材料需要耐腐蚀，安全可靠。绞刀用W18Cr4V 材料制造，淬火硬度为HRC55 ，刃口要锋利，与样板配合平面应平整、光滑。
5.1绞刀的设计
绞刀的几何参数对所绞出肉的颗粒度以及产品质量有着很大的影响，现对十字刀片的各主要几何参数进行设计。
十字刀片如图(5－1) 所示。其每一刃部的绞肉(指切割肉的) 线速度 分布亦
如该图所示。从图上可以看出其刃部任一点位置上只有法向速度v ρ。
图5-1 绞肉机绞刀片示意图及每一叶刀片上速度分布
其值为：
v p =
πn
30000
⋅ρ （r ≤ρ≤R ）
式中：v p －刀片刃部任一点的线速度m ／s ； n－刀片的旋转速度rpm ；
ρ－刀片刃部任一点至旋转中心的距离mm ； r－刀刃起始点半径mm ；
R —刀刃终止点半径mm ；
再从任一叶刀片的横截面上来看 [图(5-1)A—A 截面]，其刃部后角α较大，而前角γ及刃倾角λ都为零。
因此，该刀片的几何参数(角度) 不尽合理。故再将以一叶刀片的与网眼扳相接触的一条刀刃为对象，分析刀片上各参数的作用及其影响，设计各参数。
5.1.1刀刃的起讫位置
绞肉时，绞肉机的十字刀片作旋转运动。从式[I]可以看出，在转速一定的条件下，刀刃离旋转中心点越远，则绞肉(指切割肉的) 线速度越快。并且在螺杆进科速度也一定的条件下，假定绞肉时刀片所消耗的功全部转化为热能，则任一与网眼板相接触的刀刃，在单位时间内产生的热量为：
Q =F ⋅V
式中：Q －单位时间内任一与网眼板相接触的刀刃切割肉所产生的热量（J ／s ） F－铰肉时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力（N ）（参见第二部分刀刃的前角式[4])
υ－任一刀刃切割肉的线速度（m ／s ）
所以，绞肉(切割肉) 的线速度越快，则所产生的热量也越大，因此绞肉的线速度不能很高。 根据经验，我们知道一般绞肉时刀刃切割肉的钱速度处在440一1760m ／min 之间最为理想，因此由这些数据可估算出刀刃的起讫位置，即刃的起点半径γ和终点半径R 。
根据式[1]得：
30000
ρ=⋅υ [3]
π⋅n
我们已知十字刀片得转速n ＝10000r/min 当ρmin 时，ρ=γ，
υr ＝440m/min=7.3m/s
γ=ρ/υ=
30000
⨯7. 3=7mm
10000π
当ρmin 时，ρ=R ，
υR =1760m /min =29. 3m /s R ＝ρ/R =
30000
⨯29. 3=28mm
10000π
圆整后取:r=7mm R=28mm
5.1.2刀刃的前角γ
当十字刀片绞肉时，其任一与网限板相接触的刀刃上的受力情况如图(5-2)所示。
图5-2 与网眼板相接触的刀刃的受力分析
根据图5-2可知：
F =F n α+F f α+F τ+F n γ+F f γ 其值为：
F n α+F f γcos γ=F n γsin γ
F =F τ+F f α+F n γcos γ+F f γsin γ因为刀刃与网眼板的摩擦力为：
F f α=F n α⋅μα
肉与前刀面的摩擦力为：
F
f γ
=F
n γ
⋅μ
γ
整理得：
F =F τ+F n α(μα+μγ) +F n γ(1+μγ2) cos γ [4] 式中：F －铰肉时任一与网眼板相接触的刀刃上的切割力（N ） F τ—刀片绞肉时肉的剪切抗力（N ） μα－刀刃与网眼板的摩擦系数 μγ－肉被剪切时与前刀面的摩擦系数 γ－刀片的前角（0≤γ≤90 ） F n α－网眼板作用于刀刃上的压力（N ） F n γ－肉被切割时作用于前刀面的压力（N ） 由于 F τ=τ⋅A τ
式中：τ－肉的抗剪应力，与肉的质地有关.
A τ－肉被剪切的面积，与网眼板的网眼直径有关
所以F τ与肉的质地及网眼的直径有关，故选定网眼板之后，F τ可以看成为常量，
故令F τ=C 1 。
由于F n α是网眼板作用于刀刃上的压力，可以看为刀片的预紧压力，是常量，故令F n α=C 2。F αγ是刀片切割肉时，肉对前刀面的压力与速度v 有关，故令
F n γ=F γ[v ]。
简化式[4]得：
F =C 1+C 2(μα+μγ) +F γ[v ](1+μγ2) cos γ [5]
从式[5]和式[2]可知，刀刃前角γ的大小，直接影响着绞肉过程中的切割力，以及切割肉时所产生的温度。
在刀片旋转速度以及螺杆进料速度都一定的情况下，前角大，切割肉所需的力和切割肉所产生的热都小；反之，则大。但前角很大时，则因刀具散热体积小而使切割肉时所产生的温度不能很快冷却。因此，在一定的条件下，前角有一合理的数值范围：
一般取：λ=25 -40 (肉质软取大值，反之取小值)
5.1.3刀刃的后角
刀刃后角的目的：一是减小后刀面与网眼板(包括三眼板) 表面的摩擦；二是在前角不变的情况下，增大后角能使刀刃锋利。
刀片磨损后将使刀刃变钝，使肉在绞肉(切割) 过程中变形能增加，同时由于磨损后刀片的后角基本为零，加大了刀片与网眼扳的摩擦，两者都使绞肉过程中产生的热量增多。
另外，在同样的磨钝标准V B下，后角大的刀片由新用到钝所磨去的金属体积较大[如图5-3所示]。这说明增大后角可提高刀片的耐用度，但同时也带来的问题是刀片的N B磨损值大(反映在刀体材料的磨损过大这一方面) ，并且刀刃极度也有所削弱，故后角也有一合理的数值范围：
一般取：α=3 -5 (肉质软取大值反之取小值)
图5-3 后角与VB 、NB 的关系
5.1.4刀刃的刃倾角
从分析由前刀面和后刀面所形成的刀刃来得知刀倾角λ对刀片性能的影响情况。
在任一叶刀片的法剖面内，当把刀刃放大看时，可以把刀刃看成是一段半径为r α的圆，由于刀刃有刃倾角λ，故在线速度方向剖面内的刀刃将变成椭圆弧(斜剖刀刃圆柱所得)
椭圆的长半径处的曲率半径，即为刀刃实际纯圆半径r 0e 。
其关系为：
r 0e =r n cos λ [6]
由此可见，增大刀倾角λ的绝对值，可减小刀刃的实际钝圆半径r 0e ，这就说明增大刃倾角就可使刀刃变得较为锋利。
一旦刀刃的起讫半径r 及R 确定后，其最大初始刃倾角λ0max 就可确定了[参见图5-5]：
图5-5 最大初始刃倾角示意图
λ0max =arcsin r /R =16 [7]
初始刃倾角按下式计算： [见图
5-6]
图5-6 初始刃倾角计算用示意图
λ0=arctg r 2-b 2/(R -b ) =15 [8] 式中：r －刀刃起始点半径(mm)；
R－刀刃终止点半径(mm)；
b－叶刀片外端宽度（mm ），取b =4mm ;
λ0－初始刃倾角；
5.1.5刀刃上任一点位量上绞肉速度
由于有了刃倾角，故刀刃上任一点相对于网眼板的速度v ρ，将可以分解为垂
直于刃的法向速度分量v n 和平行于刃的切向速度 分量v r 。[参见图5-7]
即：v ρ=v n +v τ 其值为：
v ρ=
πn
30000
⋅ρ(r ≤ρ≤R )
v n =v cos γ v r =
v sin λ
图5－7 刀刃上任一点的速度示意图
又因为：sin λ=τ' /ρ
τ' =R sin λ 所以：cos λ=整理得
v n =πn ρ2-R 2sin 2λ /30000
ρ2-R 2sin 2λ
30000
v τ=π⋅n ⋅R sin λ /30000 （r ≤p ≤R ）
式中：v n －刀刃上任一点位置的法向速度分度m ／s ； v τ－刀刃上任一点位置的切向速度分量m ／s ； ρ－刀刃上任一点至刀片旋转中心距离mm ； λ －刀刃的初始刃倾角；
τ' －与刀刃相切的圆计算半径mm ； R－刀刃的终点半径mm ； r－刀刃的起点半径mm ；
5.1.6刀片的结构
根据以上对绞刀各个几何参数的分析，得出绞刀的结构图（图5-8），此绞刀的特点：
1、 后角取4 ，刀片的寿命较长；
2、 前角取30 ，以减小绞肉所需的力及功率； 3、 增加刃倾角，以提高刀刃的锋利度；
4、 采用全圆弧形的前刀面结构，以改善刀刃的强度
5、 采用可换式刀片结构，以节约刀体材料并可选用不同几何参数刀片。
图5-8 绞刀的结构图
6 轴的结构设计及校核
6.1拟定轴上零件的尺寸