家用电动马奶酒搅拌机的设计学士学位论文.doc

前 言本文简述了小型家用马奶酒电动搅拌机的工作原理、安装方法以及维修和保养的方法，小型家用马奶酒电动搅拌机的大致原理是曲柄滑块机构，电动机作为动力源带动转动轮转动，转动轮带动连杆，使滑块做往复运动，滑块带动木柞上下垂直来回移动。小型家用马奶酒电动搅拌机由小型电动机、曲柄滑块机构、灵活固定架、搅拌棒（木柞）固定装置、滑块固定装置、机壳等各组零件组成。设计对材料、精度的要求不高，材料方面只要求轻巧，支架需要硬质的材料，而传动皮带可以用普通的皮带来带动，同时要求滑块上下移动时受更小的力，这样不仅材料轻巧，安装、携带也极其方便，耗电少，一般家用太阳能电源也能带动使其运转，适合游牧民族在生活中大规模使用。小型家用马奶酒电动搅拌机一般不限于马奶酒的搅拌，他还可以搅拌与水的密度相差不大的任何溶液，在生活中也可以用作溶液搅拌机，所以它的设计也可以说是一种有发展空间的设计。关键词：马奶酒；搅拌机；曲柄滑块机构；固定装置；目 录1.引言11.1马奶酒在游牧民族生活中的作用11.2家用马奶酒电动搅拌机发展的必要性12.家用马奶酒电动搅拌机的设计22.1工作原理22.2总体设计22.3主要部件42.4运动机构的设计62.5电动机的选择93. 家用电动马奶酒搅拌机的组装及安装方法103.1家用电动马奶酒搅拌机的组装方法103.2家用电动马奶酒搅拌机的安装方法114.家用电动马奶酒搅拌机的维修和保养方法124.1设备极易出现的故障124.2设备的维护保养12总 结14致 谢15参考文献16塔里木大学毕业设计1.引言1.1马奶酒在游牧民族生活中的作用马奶酒自古以来是哈萨克族的放牧生活不可或缺的饮料。哈萨克族人民世居草原，以畜牧为生计。假若你初到夏季牧场上，突然看到了哈萨克毡房，就似乎已经闻到了马奶酒的喷香。哈萨克族用马奶酒(克牧孜)来招待远方客人。马奶酒（克牧孜），是哈萨克族人最上等的饮料。每到夏季，牧场上的顶顶毡房里，都飘着马奶酒的清香，热情好客的哈萨克族妇女，不仅每天给劳动归来的亲人准备了马奶酒，而且还经常用上好的马奶酒来招待远方客人。哈萨克族人，不论男女老幼都对马奶酒有着浓厚的兴趣。因为，夏天喝马奶酒，不仅能解渴，而且还可以充饥。如果有条件，定时定量地喝上一个夏季，又能医治轻微的肠胃病和其它一些慢性病。马奶酒（克牧孜），是由马奶经过加工发酵制成的。从表面上看，虽然同牛奶、羊奶毫无差别，但它却有一种浓烈、醇厚的香味。因此，内行人只需一闻，就能分辨出来。每年从六月底到九月末这段时间，被哈萨克族人称为“金色的季节”。这时候正是制做马奶酒的盛月，妇女们把刚挤的新鲜马奶放到木桶或皮桶里，用一种特制的工具在桶内上下搅动，使马奶提高温度，迅速发酵。这样，马奶酒就被制做出来了。这种酒，没有喝过的人，不知其酒性，很容易喝醉。尤其初次接触，更不能喝得过猛。即使哈萨克族老牧人，也是边喝边谈，慢慢品尝。这样，哈萨克族牧民不仅从你吃手抓羊肉，也从你喝马奶酒中，可以判断出你的力量。哈萨克族人，不光在传统的节日里喝马奶酒，现在随着生活的提高，几乎顿顿都喝马奶酒。马奶酒已在哈萨克族的饮料当中占有很重要的地位。1.2家用马奶酒电动搅拌机发展的必要性居住在新疆的哈萨克族而用事先制作的“陈奶酒曲”作马奶酒。收集大量的马奶,就把奶倒入一只大皮囊里,然后用一根特制的棒子开始搅拌。这种棒的下端像人头那样粗大,并且是挖空了的。当中匀速搅拌时,马奶开始发出气泡,象新酿的葡萄酒一样,并且变酸和发酵。他们继续搅拌,直至能提取奶油。这时尝一下马奶的味道,当相当辣时,就可以喝它了。可以看出,搅拌并不是一个简单的动作,而是结合当时马奶的具体发酵状况和温度热度等培养环境而确定。搅拌所用的特制的棒子被称为“木柞”,底端粗大中空,是为了提高搅拌效率和发酵程度，搅拌时间越长马奶酒越烈。随着社会的发展，以往几世同堂的格局现在越来越少了，除了务农务牧的老人和学前小孩，几乎没多少人愿意在山上呆很久时间，反而会在乡镇打工挣钱养活一家。现在开设各种补习班，暑假回家的孩子们都进了各种补习班，更是没有时间，留在爷爷奶奶身边，帮助父母拌马奶酒。在加上，现在每家每户都有太阳能供电装置，而且太阳能的供电率也提升了，除了供电之外还用于电动牛奶的分离机和电视机等家用电器上了。2.家用马奶酒电动搅拌机的设计2.1工作原理家用电动马奶搅拌机的简单工作原理如下图所示，由小型电动机通过皮带传动的形式带动圆盘旋转，圆盘通过连杆作用于滑块，使得滑块沿着卡槽上下移动，搅拌棒（木柞）是固定在滑块上的，在这过程中滑块会带动搅拌棒（木柞）上下运动，使木柞上下匀速拍击马奶，滑块带动搅拌棒进行上下匀速搅拌。图2-1 家用电动马奶搅拌机的简单工作原理图2.2总体设计2.2.1马奶发酵过程及传统搅动方法马奶酒的酿造过程是，初夏将新鲜马奶灌进马皮缝制的囊中，一般是用手不停地摇动一段时间，然后放入酒酵母，置于保温处让其发酵，每隔一小时搅动一次，如此反复变换六次，待到喷散酒香并呈半透明状液体时，马奶完全发酵成熟，这时可饮用了。一般发酵袋是挂在哈萨克毡房墙壁上的，高度与平常人的胸部对齐便于搅动。2.2.2家用电动马奶酒搅拌机制作方案据上述将木柞与地面垂直上下移动；还需要一个固定装置，将机器很好的悬挂在墙上，使机器更加平衡的工作。动力元件由电动机提供动力，而且电动机转速太快，为了使机器在电的作用下搅动时需要保持每分钟180下的速度上下搅动，所以电动机的速度不需要太快，需要进行减速处理，在加上电动机较小，转速比设为4:1，故选择电动机的转盘是大转盘的四分之一。在转盘上靠边缘的地方选择一点，联接连杆，这时转盘相当与曲柄。连杆带动滑块上下做往复运动，这时滑块也将带动木柞做上下往复运动。这样就形成了一个完整的工作流程。为达到马奶酒的原汁原味的效果，一般不便于使用其他材料做木柞，首先，使用金属时容易出现金属的味道，严重影响口味，其次，如果使用塑料制成的木柞，一般发酵时温度偏高，同时木柞长时间浸泡在马奶中，致癌的可能性较高，所以木柞一般使用松树杆作为材料，松树杆不但不容易使马奶酒变味，反而它会使马奶的味道更加的丰富，并且无公害。同时为了避免使机器运转时有杂物掉进发酵袋中，或者出现安全隐患，所以设计了外壳加以保护了起来。一般毡房多为木质骨架，墙壁处多为网状结构，便于折叠和运输，为了使机器能在各种毡房内壁上悬挂，固定装置我们可以选用凹槽掐口式固定装置，如下图所示，将毡房壁架和机器上凹槽杆对好之后，用U型掐将两者如下图所示的方法固定在一起。1. 固定架 2.转盘 3.卡槽 4.滑块 5.转盘凸轴 6.电动机 7.电机转盘 8.支架凸轴盖 9.皮带 10.木柞 11.发酵袋 12.U型卡13.U型卡卡片 14.主机盖 图2-2 家用电动马奶酒搅拌机2.2.3家用电动马奶酒搅拌机的结构综上所述，家用电动马奶酒搅拌机的主要结构由支架、曲柄滑块机构、电动机和固定组件、发酵袋等组成。设计对材料方面的要求是要轻巧，铝合金材料便可，支架需要硬质的材料，而传动皮带可以用普通的皮带来带动。2.3主要部件2.3.1支架支架是起支撑作用的构架。在这里它起到固定转盘、电动机和卡槽的作用，其材料选用质地较硬的铝合金材料，铝合金虽然密度较低，质量轻，但是强度高。支架与机壳是一体的，这样是因为可以减轻质量，增加强度，也避免了出现了安全隐患。2.3.2滑块滑块是由四个活动轮和木柞安装件组成，滑块在本次设计中起到转换运动和固定木柞的作用，滑块所需要的材料也需要铝合金材料，在固定木柞时需要的强度较高，同时质量也要轻巧，滑块在卡槽中移动时选用轮式移动法，因为整个设计要求机器要轻巧省力，所以卡槽接触滑块小轮子的地方要光滑，即便是在光滑程度不够时，或者力度较大时，小轮子也会起到更大限度的减小摩擦力的作用。而在固定木柞时，想到木柞的粗细不一定是完全标准的，我们可以选用灵活性的固定方法，如下图所示，将木柞放在滑块上，然后用U型掐卡住木柞，最后在U型掐两边上螺丝便可固定住了。图2-3 滑块三维模型图2.3.3卡槽卡槽一般呈U字形，可以完全的将滑块沿着卡槽移动，而且还能保证滑块不能从他本身划出去，卡槽在选择材料方面也很重，因为整个设计要求机器要轻巧省力，所以卡槽接触滑块小轮子的地方要光滑，即便是在光滑程度不够时，或者力度较大时，小轮子也会起到更大限度的减小摩擦力的作用。2.3.4转盘转盘在本设计中起到减速作用，同时也起到了曲柄的作用，因为木柞上下移动的速度不会很快，但是一般电动机的速度较快，为了使机器在电的作用下搅动时需要保持每分钟180下的速度上下搅动，所以电动机的速度不需要太快，需要进行减速处理，在加上电动机转盘较小，转速比设为4:1，故选择电动机的转盘是大转盘的四分之一。在转盘上靠边缘的地方选择一点，联接连杆，这时转盘相当与曲柄。连杆带动滑块上下做往复运动，这时滑块也将带动木柞做上下往复运动。这样就形成了一个完整的工作流程。转盘所需的材料也是要求它的质量要轻，强度较高，所以我认为铝合金材料是首选的，在转盘边缘设计的连杆固定柱的小销子使用的是U型销，这样有利于安装和拆卸。2.3.5木柞木柞也可以称之为搅拌棒，是搅拌马奶子的主要部件，他是由木扎头和木柞杆儿组成的，所以木柞一头是长杆子，另一头则是无盖长方体形状，长方体四面有穿孔，既能减小力度，又能有效的拍击马奶子。在选择材料上，为达到马奶酒的原汁原味的效果，一般不便于使用其他材料做木柞，首先，使用金属时容易出现金属的味道，严重影响口味，其次，如果使用塑料制成的木柞，一般发酵时温度偏高，同时木柞长时间浸泡在马奶中，致癌的可能性较高，所以木柞一般使用松树杆作为材料，松树杆不但不容易使马奶酒变味，反而它会使马奶的味道更加的丰富，并且无公害。图2-4 木柞三维模型图2.3.6发酵袋马奶发酵袋有两部分组成，发酵袋和底座，底座只是为了调整发酵袋的高度，是发酵袋与地面保持一定的距离。这样即解决了底座的高矮，又使避免了发酵袋接地而无法达到发酵的基本条件定制的，起着双重作用。马奶发酵袋的制作材料很多，有牛皮制成的、马皮制成的、还有帆布制成的，但是在实际生活中，帆布制成的发酵袋占多数，所以机壳下端必须有一段是和发酵袋的口是对应的。发酵袋一般呈三角形状，上端细，下端粗，有利于放置，同时也增加了容量。2.4运动机构的设计2.4.1曲柄滑块机构的动力学模型 图2-5 曲柄滑块机构家用电动马奶酒搅拌机运动机构的设计原理，就是在基于曲柄滑块机构的设计原理上进行的，曲柄滑块机构可以认为是由曲柄摇杆机构演化而来的，如图 3-1 所示。当四杆机构中有一连杆为曲柄，另一连杆相对机架作往复移动而成为滑块时，四杆机构就变成曲柄滑块机构。若滑块上的移动副中心轨迹线通过曲柄转动中心，称为对心曲柄滑块机构在本设计中的转盘。若滑块上的移动副中心轨迹线偏离曲柄转动中心，则称为偏置曲柄滑块机构。可见图 3-1 所示是对心曲柄滑块机构，由三个部件组成：由调速电机驱动刚性转盘，连杆和滑块。曲柄OA是原动件，滑块是从动件，通过连杆 AB ，曲柄的连续转动转变为滑块的往复移动。其中O 是转盘的质量中心，以O 为原点，建立平面坐标系 OXY ； r 是曲柄长度， l 是连杆 AB 的长度； 是曲柄与 X 轴的夹角即曲柄转角， 是连杆与 X 轴的夹角；1m ，2m ，3m 分别是转盘、连杆和滑块的质量； 是施加在转盘上的力矩，BF 是滑块所受的摩擦力，EF是滑块所受外力。 2.4.2几何方程图 2-5 是曲柄滑块机构的物理模型。在平面OXY 中，转盘，连杆和滑块的质心的几何位置分别如下： （2-1） （2-2） （2-3）机构有以下约束条件： （2-4）所以角度可表示为： （2-5）2.4.3运动学分析对连杆质心坐标取时间的一次导数和对滑块质心坐标分别取时间的一次导数和二次导数，就可得到它们的速度和滑块的加速度。 （2-6） （2-7） （2-8）因为滑块只沿 X 轴运动，所以Y 方向的速度和加速度均为0。 同理可以从式（2-4）得到： （2-9） （2-10）根据调速电机的参数可以得到作用在转盘上的力矩： （2-11）其中U为输入电压，I为输入电流，n为电机转速。2.4.4系统方程 由式（2-4）定义约束方程： （2-12）其中是广义坐标向量。 转盘，连杆和滑块的动能分别为： （2-13） （2-14） （2-15）这样，曲柄滑块机构的总动能为： （2-16）转盘，连杆和滑块的重力势能分别为： （2-17） （2-18） （2-19）其中g为重力加速度。整个曲柄滑块机构的重力势能为： （2-20）故2.5电动机的选择按工作要求和工作条件选择Y系列笼型三相异步电动机，其结构为全封闭式自扇冷式结构，电压为380V。 工作机的有效功率为：；从电动机到转盘之间的总效率为：；所以 。综合考虑电动机和传动装置的尺寸、质量及价格等因素，为使传动装置结构紧凑，决定选用同步转速为1400r/min的电动机。根据电动机的类型、容量和转速，由机械设计手册选定电动机的型号为Y80M2-4，其主要性能如表2-1所示，电动机的主要外形尺寸和安装尺寸如表2-2所示。表2-1 Y90L-4型电动机的主要性能型号额定功率/kW满载转速/ r/min效率/%质量/kgY80M2-40.75140074.518表2-2 Y90L-4型电动机的主要外形和安装尺寸（单位mm）中心高H外形尺寸L（AC/2+AD）HD底脚安装尺寸AB底脚螺栓直径K轴伸尺寸DE键连接部分尺寸FGD90335（175/2+155）265140125102450873. 家用电动马奶酒搅拌机的组装及安装方法3.1家用电动马奶酒搅拌机的组装方法根据家用电动马奶搅拌机的简单工作原理，如图所示，首先将转盘固定在三角形支架的突出轴上，然后将防拖盖拧进去，防止转盘脱落。下一步安装小型电动机，小型电动机是通过皮带传动的形式带动圆盘旋转的，所以在皮带适合范围内，调整电动机的位置，并使转盘的凹槽部分与电动机凹槽轮在同一个平面内，上两根紧固螺丝，将电动机固定在支架上。其次，我们将卡槽安装在支架上，位置位于转盘正下方，即三角形支架的长边上，卡槽短边上有两个螺孔，将螺孔与支架上的螺孔对齐后拧紧螺丝即可。卡槽与转盘保持一定的距离。第三步，安装滑块。滑块由卡槽底部穿进去，在穿的过程中，带联接孔的那一端朝转盘方向，带有螺孔的方向朝上（正面），转盘是通过连杆作用于滑块，使得滑块沿着卡槽上下移动的，所以用连杆连接转盘和滑块，连杆两端在连接过程中要注意连杆要放平，然后再上紧转盘那段的销子和滑块这边的螺丝组。图3-1 家用电动马奶酒搅拌机部结构图3.2家用电动马奶酒搅拌机的安装方法一般毡房多为木质骨架，墙壁处多为网状结构，便于折叠和运输，为了使机器能在各种毡房内壁上悬挂，固定装置我们可以选用凹槽掐口式固定装置，如图3-2所示，将毡房壁架和机器上凹槽杆对好之后，用U型掐将两者如图2-3所示的方法固定在一起。根据家用电动马奶酒搅拌机的工作原理，机动组应该安装在最上面，他的安装原理是活动凹槽掐口式固定原理，将交叉的网格状毡房支架与平行的机械组凹槽，用U型卡死死地捆在一起，在安装时要注意，不能使机器安装太低，这样会使木柞容易着地，损坏发酵袋的底部，主要安装形式如图3-2所示。图3-2 活动凹槽掐口式固定原理图然后开始安装发酵袋，发酵袋袋口安装在卡槽正下方垂直于卡槽，同时将发酵袋的挂钩钩在毡房壁架上，同时将发酵袋口的另一边挂在机壳上面。最后木柞是固定在滑块上的，在这过程中滑块会带动搅拌棒（木柞）上下运动，使木柞上下匀速拍击马奶，滑块带动搅拌棒进行上下匀速搅拌。木柞在安装时垂直于地面，并且粗的那头朝下，装进发酵袋中，然后将木柞长杆的顶端固定在滑块上，上紧螺丝便可。4.家用电动马奶酒搅拌机的维修和保养方法4.1设备极易出现的故障4.1.1机壳在运行过程中，注意将机器防护盖盖好，以免发生安全隐患，定期检查连接装置是否吻合。4.1.2电动机由于电动机工作时会产生震动，所以需要定时检查所有的固定装置（设备的总固定装置、设备内部各零件的固定装置以及电动机与支架之间张紧调节点是否松动），以避免零件脱落产生不必要的伤害。4.1.3木柞木柞在工作过程中容易出现脱落，产生打底或者松动后偏向的情况，需要定时检查，同时需要定时清洗木柞，保持木柞的干净和卫生。4.1.4发酵袋发酵袋容易出现老化或者在打底时被打穿的情况，所以需要定期检查底部是否有漏洞。同时要定期清洗干净。4.2设备的维护保养 通过擦拭、清扫、润滑、调整等一般方法对设备进行护理，以维持和保护设备的性能和技术状况，称为设备维护保养。设备维护保养的要求如下：清洁：设备内外整洁，各滑动面处无油污，各部位要保持每日擦洗一次，设备周围的杂物、脏物要清扫干净。整齐：工具、附件、工件(产品)要放置整齐。安全：遵守安全操作规程，不超负荷使用设备，设备的安全防护装置齐全可靠，及时消除不安全因素。机器在运行时，不宜让小孩触碰机器。 设备的维护保养内容一般包括日常维护、定期维护、定期检查和精度检查。 设备的日常维护保养是设备维护的基础工作，必须做到制度化和规范化。设备定期检查是一种有计划的预防性检查，检查的手段除人的感官以外，还要有一定的检查工具和仪器，按定期检查卡执行，定期检查有人又称为定期点检。对机械设备还应进行精度检查，以确定设备实际精度的优劣程度。 设备维护应按维护规程进行。设备维护规程是对设备日常维护方面的要求和规定，坚持执行设备维护规程，可以延长设备使用寿命，保证安全、舒适的工作环境。其主要内容应包括：设备要达到整齐、清洁、坚固、润滑、防腐、安全等的作业内容、作业方法、使用的工器具及材料、达到的标准及注意事项。日常检查维护及定期检查的部位、方法和标准。 总 结此次设计的任务是完成家用电动马奶酒搅拌机的设计。家用电动马奶酒搅拌机的主要结构由支架、曲柄滑块机构、电动机和固定组件、发酵袋等组成。设计对材料方面的要求是要轻巧，铝合金材料便可，支架需要硬质的材料，而传动皮带可以用普通的皮带来带动。这是我们在大学期间所进行的一次非常全面的设计，为自己在大学四年所学习知识的全面总结和巩固，使我们初步了解和掌握做设计的基本步骤、基本方法，通过本环节把我们在大学期间所学课程中所获得的理论知识在设计实践中加以综合运用，把大学四年来所学的知识贯穿起来，使理论知识和生产实践密切的结合起来，为我将来的实际工作打下了坚实的基础。这是一个非常全面而系统的设计题目，非常锻炼人。从方案的论证到最终的设计，涉及的领域包括：机械制图，机械原理，工程材料，机械设计等等。通过设计实践，提高我计算、制图能力；使我们能熟练地应用有关参考资料、计算图表、手册、图集、规范，熟悉有关的国家标准。机械方面知识得到系统的巩固和提升。在进行毕业设计的同时，我还学到了许多新的知识，如Solidworks，CAD2007的使用和WORD、POWERPOINT等软件的应用。我深刻的认识到，要想成为一名合格的工程设计人员只是掌握本专业的知识是远远不够的，应该具有更加渊博的知识，如应该对计算机应用，农产品的特性，农业经济的发展现状等各个方面能力进行加强。在设计过程中也曾遇到很多的问题，但通过查阅相关的书籍、手册以及老师的精心指导，都得到了解决，设计过程基本顺利完成。致 谢毕业在即，四年的大学生活已接近尾声，经过三个多月的努力，在安静老师的悉心指导下，设计任务基本完成了。在撰写论文期间，我要衷心的感谢我的指导老师安静老师，从设计的选题、实施到撰写、修改和定稿，安静老师均倾注了大量的心血。导师的悉心指导、热忱鼓励不仅使我树立了深远的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处事的道理。还有，导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力将使我终生受益。同时我还要感谢大学期间各位任课老师在学习上给予我的指导和帮助，感谢他们四年来的辛勤栽培，他们的关怀和熏陶让我在这四年里收获颇丰。最后，也感谢和我一起学习的同窗朋友，他们给了我无数的关心和鼓励，也让我的大学生活充满了温暖和欢乐，感谢他们的陪伴与帮助，愿我们以后的人生都可以充实、多彩与快乐！参考文献1 张和平,那日苏.蒙古族的马奶酒J.中国乳品工业，1993(04)P34-372 敖道夫,布日额.酸马奶酒的研究进展J.中国民族医药杂志，2008(04)P26-273 李星科,李开雄,邹圣东.酸马奶酒J.中国乳业，P2006(07)P21-234 唐黎标.元代的马奶酒J.华夏文化，2002(04)P12-135 秦立虎.我国少数民族的马奶酒初探J.中国酿造，1998(03)P7-86 秦立虎,张和平.我国少数民族的马奶酒初探J.酿酒科技，1996(06)P11-157 杨印民.蒙元时期的葡萄酒和马奶酒J.历史教学问题，2007（6）P14-168 边宇虹，分析力学与多刚体动力学基础 北京：机械工业出版社，1985.（5）P36-419 赵守明.智能化高效优质混凝土搅拌机的参数优化研究D.江苏大学，2010 P17-1910 向再励.搅拌机设计和使用中主要参数的选取D.长安大学，2008 11 沙斐编著.机电一体化系统的电磁兼容技术M.中国电力出版社，1999 P18-2112 ,侯文通.德国对马奶的利用J. 草食家畜，1993(02)13 徐祖文.说马奶酒J. 中国民族，1987(01) P13-1816