機械畢業(yè)設計(論文)-蘿卜切絲機設計【全套圖紙】

塔里木大學畢業(yè)設計PAGEPAGE110屆畢業(yè)生畢業(yè)設計蘿卜切絲機設計說明書學生姓名 學號3021206129所屬學院機械電氣化工程學院專業(yè)農(nóng)業(yè)機械化及其自動化班級10-1指導教師日期塔里木大學教務處制前言蔬菜是人體所必需的一種食品，而且食用方法多樣。所以要把蔬菜加工成各種形狀（如：條狀、片狀等等），單單靠人工來完成既費時、費力而且也不好加工。隨著人類社會的不斷進步，生產(chǎn)力和人類生活水平的提高，現(xiàn)代家庭的生活節(jié)奏也不斷加快。以往傳統(tǒng)的一些廚房用具已不能滿足人們的要求，廚房用具的自動化、多功能化已是大勢所趨。切菜機的問世，給人們的生產(chǎn)、生活帶來了巨大的便利，它不僅提高了人們的生活質量，而且也大大提高了生產(chǎn)效率。目前，多功能切菜機多為價格昂貴的大型設備，不適用于農(nóng)民個體生產(chǎn)及小型工廠的食品加工；為克服這種缺點，我查閱了大量相關的文獻資料，通過對各種小型切菜機性能的分析及比較，經(jīng)過理論計算及校核，設計了一種小型多功能切菜機。該機主要由進料斗、下料斗、切削刀及刀盤、及動力源――電動機組成，工作原理主要是利用根莖類蔬菜的自由落體實現(xiàn)進料，通過切削刀旋轉將下料斗中的蔬菜進行切片或切絲，最后成品由出料口出料。該機將原有的多功能切菜機進行了優(yōu)化設計，實現(xiàn)了能夠連續(xù)進料和出料，片厚度、絲粗細可調的功能，具有生產(chǎn)率高、功耗低、安全可靠、加工質量好等優(yōu)點。通過使用AutoCAD軟件對該機械進行裝配制圖及其相關零部件的制圖，設計該機械的制造尺寸非常明確。當然，此項設計還存在著許多不完善的地方。相信隨著科技的發(fā)展，切菜機會有更好的機型出現(xiàn)，使用更加方便。全套圖紙，加153893706前言 11.緒論 3選題的目的和意義 3國內(nèi)現(xiàn)狀 3方案的確定 32.設計方案的選擇 3整機的結構設計 3蘿卜切絲機的工作 43.動力機構的設計及選擇——電動機的選擇 5參數(shù)選擇的依據(jù) 5電動機的選擇 54.主要工作部件的設計計算 7帶輪傳動的計算： 7帶的選擇 7求大小帶輪基準直徑 7驗算帶速 8求v帶基準長度Ld和中心距a 8驗算小帶輪包角 8求作用在帶輪軸上的壓力 8帶輪結構設計 9機體的設計 11機架及機體壁的設計 11進料斗及下料斗的設計 11切刀部分的設計 11切片刀的設計 11縱向小割刀的設計 12刀盤部分的設計 13刀盤套筒的設計 14軸的設計及校核 14軸的設計 14軸的校核 155.設計總結 18致謝 20參考文獻 211.緒論選題的目的和意義本課題是有老師經(jīng)考察通過畢業(yè)設計的形式下達給我的。主要源于現(xiàn)代人生活節(jié)奏快，講求效率。蘿卜、土豆是人們常吃的蔬菜，農(nóng)貿(mào)市場上一年四季都有出售。年銷量十分大。手工切土豆絲、蘿卜絲耗時費工，特別是在食堂、飯店、酒店等場所蔬菜的切絲更是一個很大的難題。因此如果有這樣一臺切絲機無疑回給人們帶來很大的方便。其次，醬制品行業(yè)改切腌制菜坯也需要一種對乳坯大頭菜、蘿卜等進行切片、切絲、切條加工的設備。再者，近兩年脫水蔬菜在國際國內(nèi)市場上極為暢銷，因而許多地方的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)興起了脫水蔬菜加工熱，脫水蔬菜的生產(chǎn)規(guī)模不斷擴大。但也遇到了一些難題，其中一個最關鍵的問題就是缺乏適合加工當?shù)靥胤N蔬菜的高效切菜機。因此，蔬菜加工機械是很有前景的。1.2國內(nèi)現(xiàn)狀土豆切絲機目前市場上也有銷售[1]。它適應的范圍比較小，主要適合于小塊莖土豆的切絲，對塊頭的大小要求比較苛刻。對于有些塊頭較大的蘿卜或塊頭較小洋蔥就不大適合。另外就是大型的甜菜切絲機，但它是針對于加工生產(chǎn)的[2]。因此，一臺方便普遍適用的蔬菜切絲機的問世無疑會給人們的生活帶來很大的方便，也會推動食品加工工業(yè)的發(fā)展。1.3方案的確定設計就是著眼于這種現(xiàn)狀，設計一臺蘿卜切絲，在滿足大個頭的蘿卜切絲，切片的同時，也適合于各種塊莖類蔬菜的切削。如胡蘿卜、土豆、黃瓜、地瓜、榨菜等的切片、切絲等。要對蔬菜個頭的大小無特殊要求，可方便的調整調整蘿卜絲的粗細。切出的土豆絲粗細均勻，口感同手工切的一樣，同時保證干凈衛(wèi)生。另一方面就是要使用方便。首先就是電源，選用220伏照明電為動力。另外就是操作方便，一人即可操作[3]。要滿足普遍適應性，就要在進料斗那地方下功夫。在滿足切削壓力的同時，保持合適的間隙。切削采用鋒利的切割刀，高速切削，就能使切出的蘿卜絲、蘿卜片表面細致光滑，趕上人工的口感。還可以比人工切的粗細更均勻。重點研究的問題就是切絲運動方案的選擇，及切絲粗細可調的實現(xiàn)。運動方案一是考慮往復式，這一點可用曲柄連桿機構來實現(xiàn)［4］。方案二是考慮旋轉式，使刀及刀盤繞軸旋轉即可實現(xiàn)［5］。關于切片薄厚可調，切絲粗細可調，由于準備采用切片刀和縱向割刀相互配合。通過調整切片刀與刀盤的間隙可實現(xiàn)切片薄厚的調節(jié)；通過切片刀的調節(jié)和縱向割刀不同型號的更換來實現(xiàn)切絲不同粗細的調節(jié)。2.設計方案的選擇整機的結構設計首先是切刀方案的選擇，原先是考慮的兩個刀片進行切削，一個刀片先將蘿卜切成片，蘿卜片在重力作用下滑落下一個切刀處，由下一個切刀切成絲。而它們的運動全為往復式，用曲柄連桿機構或凸輪去實現(xiàn)。后經(jīng)老師指導，說這樣的方案是不好實現(xiàn)的，尤其是在第二步操作進行切絲時，蘿卜片的進給是一個比較難于解決的問題；還有就是這樣的方案，生產(chǎn)率不高，效率低，機構也復雜。后來受人們生活中檫絲的檫菜板的造型和蔬菜的運動的啟發(fā)，決定采用檫板往復式運動來進行切絲。又查閱資料，查到甜菜切絲的方案，決定采用切片刀和縱向割刀配合的方式切絲。如此只需將縱向割刀卸下就可切片［6］。此后又是運動方案的改變，這也是在我不斷的思考和學習過程中改變的。因為往復式仍然存在效率低的問題，然后就是這樣的機械制成之后震動也比較大。應該采用連續(xù)運轉的方式。結合甜菜切絲機，選用圓盤式了。而后又是蘿卜絲粗細的調節(jié)遇到了難題，其實調節(jié)并不難實現(xiàn)，關鍵是要操作方便。也存在切刀和下料斗壁間隙的問題，這也很是個問題，這是保證蘿卜切削切削的最后部分能否完成切削的關鍵問題[7]。通過更換縱向割刀當然能夠實現(xiàn)，但必要時候還是要調節(jié)切片刀的。如果在刀盤上通過螺釘進行刀片的調節(jié)，刀盤與軸位置固定，則保證間隙就需要調整下料斗壁與刀盤之間的間隙，也不是很方便，兩個地方都要調節(jié)。最后決定將切片刀與軸位置固定。調整刀盤在軸上的位置來實現(xiàn)切片的薄厚，這也是切絲粗細改變的關鍵之一。整機的結構如圖圖２－１整機的結構1.大帶輪2.圓螺母3.機體壁4.機架5.軸承端蓋6.軸承7.軸承座8.主軸10.下料斗11.切片刀12.刀盤13.彈簧14.調整螺母16.角鋼機架17.縱向小割刀18.電動機19.V帶20.小帶輪如圖1，主軸即刀盤軸為橫向，動力由電動機經(jīng)帶傳動，通過電動機功率和轉速的選擇使獲得一定的轉矩和轉速。切刀由主軸帶動進行蔬菜切削。蘿卜經(jīng)進料斗滑入下料斗，由其自身重力和下料斗楔形壁的壓力下，使蘿卜緊貼刀盤，切片刀和刀盤同步旋轉，由于切片刀與刀盤之間存在間隙，切片刀將蘿卜片切下，在離心力和自身重力的作用下，從刀盤孔甩出。此間隙即蘿卜片的厚度，通過調整刀盤定位處的滾花調整螺母，在彈簧力的作用下就可改變刀盤同切刀之間的間隙，從而調節(jié)切出的蘿卜片的薄厚。如圖2圖2－2切絲系統(tǒng)1.主軸2.切片刀3.刀盤4.彈簧5.調整螺母6.縱向小割刀切絲時，將縱向割刀卡在刀盤的孔中，即可方便的切絲?？v向割刀采用標準設計，卡刀方便，制造出小刀片之間間隙不同的規(guī)格的型號。通過換刀，同時又可調整切片刀與刀盤間的間隙，就可方便的調整切出的蘿卜絲的粗細。此即蘿卜切絲機的工作原理。由于下料斗采用楔形結構，不但保證了切削時的壓力。而且能適應物料大小的不同。因此此臺機子的設計雖說課題是蘿卜切絲機，但設計是著眼于于所有需要切片和切絲的蔬菜，例如胡蘿卜、土豆、黃瓜、地瓜、榨菜、茄子等。3.動力機構的設計及選擇——電動機的選擇參數(shù)選擇的依據(jù)根據(jù)現(xiàn)有蔬菜切削的工作原理，結合查閱資料確定了蔬菜切絲機的結構與傳動方案，根據(jù)蔬菜的特性，對切絲機機工作時的切削力進行了分析推導，得出了削片時切削力的計算公式，為計算切絲片時所需的功率提供了理論依據(jù)，也為結構有限元分析提供了力學模型。建立結構草圖[8]，運用以參數(shù)化特征思想為基礎的CAD軟件對蔬菜切絲機進行設計，并求解出刀及刀盤在一定轉速時消耗的功率，從而求出整個蔬菜切絲機消耗的功率，根據(jù)計算功率選擇電機。經(jīng)查閱手冊及相關資料，只要刀盤軸轉矩滿足T〉5N·m，即可滿足一般蔬菜的切削。由于刀盤太快了反而不好，不能保證質量[9]，初步擬定轉速450r/min，取轉矩T=15N·m，（3－1）（3－2）由于功率不大，為了使用方便，選用單相電動機，額定電壓是220V的。查閱機械課程設計手冊175頁，可選用小功率異步電動機YC系列。該系列的特點是單相電容起動，起動力矩大，起動電流小，適用于滿載起動的機械。這樣在進行蔬菜切削時完全可以將蔬菜放進料斗以后在開動機器。根據(jù)功率和轉速，由機械設計課程設計手冊查出的電動機型號有以下兩種傳動比選擇方案符合，如下表據(jù)機械設計課程設計手冊第177頁表12-14可知有：表3-1電動機的類型方案電動機型號額定功率/W電壓/V轉速電動機質量傳動裝置傳動比1YC90L475022014002332YC90S27502202800226綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸，質量以及傳動比。由于采用V帶傳動，采用第一種方案，設計V帶傳動比為3即可，不必另外安裝減速器[10]。故采用第一種方案。因此選定電動機的型號是YC90L4。該電動機的主要外型和安裝尺寸如下表3—2：表3-2電動機主要外形尺寸中心高外形尺寸地腳安裝尺寸地腳螺栓孔直徑軸伸尺寸裝鍵部位尺寸90310×190×175100×1401050×248其主要外形安裝尺寸如圖3—1圖3—1電動機主要外形安裝尺寸根據(jù)轉速初步確定傳動比為i=3，電動機功率pd=750w,電動機輸出轉矩（3－3）其中nd——————電動機轉速刀盤軸輸入功率P=pd·ηv=750W×0.94=720W（3－4）η其中ηv——————V帶傳遞效率這樣刀盤軸的轉矩（3－5）轉矩也符合要求。刀盤軸轉速（3－6）4.1帶輪傳動的計算：帶傳動根據(jù)帶的截面形狀的不同，可分為平帶傳動、v帶傳動、同步帶傳動、多楔帶傳動等[11]。其中最常用的是v帶傳動。主軸由通過V帶傳動。設計方案如下：4.1.1帶的選擇,由機械設計基礎219頁圖13—15查知，選普通V帶A型帶。4.求大小帶輪基準直徑由于采用YC90L4電動機，傳動比為3的方案。所以只需一級傳動即可實現(xiàn)，設計V帶傳動比為3。由表13—7，?。?－1）由機械設計手冊表12-1-11，取（雖使n略有增加，但其范圍小于5％，允許）表13—7見《機械設計基礎》219頁表13—7。4.驗算帶速（4－2）V在范圍內(nèi)，合適。4.求v帶基準長度Ld和中心距a初步選取中心距（4－3）取，由式（13—2）得帶長（4－4）mm。查表13—2，對A型帶選用（表13—2見《機械設計基礎》213頁）計算實際中心距：（4－5）4.驗算小帶輪包角（4－6）合適。求V帶根數(shù)：需要傳遞功率為0.75KW，故選用兩根。（由表13—7見《機械設計基礎》219頁）4.求作用在帶輪軸上的壓力查表13—1得A型V帶的單位長度質量為q=0.1kg/m，故由式（13—17）得單根v帶的初拉力（4－7）作用在軸上的壓力（4－8）4.帶輪結構設計小帶輪轂孔徑，帶輪基準直徑故小帶輪采用實心式，大帶輪采用孔板式[12]。a）小帶輪其中：（4－9）（4－10）（4－11）（4－12）（其中，查表13—10得：e=12±0.3mm，）小帶輪形狀及尺寸如圖4-1圖4-1小帶輪4.大帶輪的結構尺寸取大帶輪軸和小帶輪軸相同。則大帶輪的參數(shù)如下：B=（z—1）e+2f=（2—1）×15+2×9=33mm（4－13）（4－14）（4－15）（4－16）≥×9.9=14.85mm（4－17）≥×9.9=4.95mm（4－18）（4－19）取跟B一樣的寬度33mm.其具體形狀及尺寸如圖4-2圖4-2大帶輪在轉速不是特別高的情況下，帶輪的材料一般采用HT150或HT200。4.2機體的設計4.2.1機架及機體壁的設計機架采用角鋼焊接，牌號為3，在安軸承座的地方采用牌號為4的角鋼。機架的設計應充分的烤爐到軸、電動機的安裝，刀盤的尺寸等。為減輕機體重量，機體壁采用薄鐵板進料斗及下料斗的設計為防止生銹，故進料斗采用不銹鋼型號SUS304進行制造。進料斗的結構如圖4－3圖4－3進料斗下料斗采用楔形，能夠是蔬菜貼緊刀盤，提供足夠的切削力。下料斗也采用通用不銹鋼型號SUS304進行制造，這樣也能保證機體有足夠的強度和硬度。切刀部分的設計切片刀的設計為防止生銹和保證機體有足夠的強度和硬度，采用通用不銹鋼型號SUS304進行制造切片刀的形狀如圖4－4圖4－4切片刀刀面要進行研磨，保證刀片的鋒利及合適的粗糙度，以使切出來的蔬菜絲表面細致光滑，由良好的口感。刀片要裝在刀柄上，以保持與主軸的垂直度。刀柄的結構及尺寸如圖4－5圖4－5卡刀盤4.3.2縱向小割刀的設計要防止生銹和保證機體有足夠的強度和硬度，采用通用不銹鋼型號SUS304進行制造。由于切絲機的設計要能切出來不同粗細的蔬菜絲，這就要求在調整切片刀的同時，還要通過縱向割刀的更換來實現(xiàn)。首先，縱向割刀采用標準化設計，能方便的從到盤上取下和裝上?？v向割刀制成上面小刀片間隙r從0～10mm的刀系列。其形狀和基本尺寸如圖4－6圖4－6縱向小割刀刀盤部分的設計刀盤是蔬菜切削平面接觸的面，其保持清潔和不生銹是很重要的，材料也選用不銹鋼型號SUS304。刀盤是和切片刀一起確定切片厚度的關鍵部件，它與道是同步轉動的，與到軸向對齊的地方，開洞，以是切出來的蔬菜片和蔬菜絲甩出來。它開的另一個洞石用來安縱向割刀的。其結構及尺寸如圖4－7圖4－7刀盤刀盤套筒的設計刀盤套筒是切片刀定位及刀盤安裝的部件，套筒內(nèi)外都開有鍵槽，分別用于和軸及刀盤進行周向定位。但盤可以在套筒上面軸向滑動，此舉在與彈簧配合調整切片刀與刀盤的間隙，以達到切出任意薄厚的片，不同粗細的絲。套筒的外形及尺寸見圖4－8圖4－8套筒軸的設計根據(jù)轉速初步確定傳動比為i=3，電動機功率pd=750w,電動機輸出轉矩（4－20）其中——————電動機轉速刀盤軸輸入功率（4－21）其中——————V帶傳遞效率這樣刀盤軸的轉矩（4－22）轉矩也符合要求。刀盤軸轉速（4－23）根據(jù)扭矩初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調質處理。根據(jù)表15—3，A0=112（4－24）考慮到軸受到的彎曲應力，初步擬定軸的最小直徑為24mm根據(jù)機體和軸上零件的裝配，設計出軸的結構如下圖４－９軸的結構及尺寸軸的材料：軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。由于碳鋼比合金鋼價格便宜，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，所以本設計采用45號鋼作為軸的材料。軸的校核(1)按扭轉強度計算，用于只承受轉矩的傳動軸的精確計算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的計算。其強度條件為：（4－25）式中：為軸的扭切應力，；T為轉矩，；為抗扭截面系數(shù)，；對圓截面；為傳遞的功率，；為軸的轉速，；為軸的直徑，；為許用扭切應力，。所以，把相關的數(shù)據(jù)帶入公式中得：τ――――――――（4－26）由于軸的選材為45號鋼，所以查表可知45號鋼的許用扭切應力為，τ=25～45MPa。經(jīng)校核設計的軸符合轉矩要求(2)按彎扭合成強度進行校核徑向力：（4－27）（4－28）垂直面的支承反力（圖b）由得（4－29）由得（4－30），②求水平面的支承反力（圖c）由得（4－31）由得（4－32），③繪垂直面的彎矩圖（圖b）（4－33）（4－34）（4－35）④繪水平面的彎矩圖（圖c）同理可得（4－36）（4－37）（4－38）⑤求合成彎矩圖（圖e）（4－39）（4－40）（4－41）圖4－10軸的載荷分析圖⑥求軸傳遞的轉矩由（1）扭矩的校核可得扭矩⑦校核軸的強度校正系數(shù)α=0.6從圖可見，B-B截面最危險，其彎矩為（4－42）（4－43）（4－44）（4－45）（4－46）軸材料為45號鋼，調質處理，由表15—1查的許用彎曲應力=60MP，則（4－47）軸彎曲強度滿足條件。完成了軸的彎扭合成強度校核。5.設計總結這次設計還是費了一番功夫的，其實功夫應該應該說是下在對實現(xiàn)方案的思索上，每次方案的改進也是建立在查閱資料，不斷學習，認真思索的基礎上的。首先是切刀方案的選擇，原先是考慮的兩個刀片進行切削，一個刀片先將蘿卜切成片，蘿卜片在重力作用下滑落下一個切刀處，由下一個切刀切成絲。而它們的運動全為往復式，用曲柄連桿機構或凸輪去實現(xiàn)。后經(jīng)老師指導，說這樣的方案是不好實現(xiàn)的，尤其是在第二步操作進行切絲時，蘿卜片的進給是一個比較難于解決的問題；還有就是這樣的方案，生產(chǎn)率不高，效率低，機構也復雜。后來受人們生活中檫絲的檫菜板的造型和蔬菜的運動的啟發(fā)，決定采用檫板往復式運動來進行切絲。又查閱資料，查到甜菜切絲的方案，決定采用切片刀和縱向割刀配合的方式切絲。如此只需將縱向割刀卸下就可切片。此后又是運動方案的改變，這也是在我不斷的思考和學習過程中改變的。因為往復式仍然存在效率低的問題，然后就是這樣的機械制成之后震動也比較大。應該采用連續(xù)運轉的方式。結合甜菜切絲機[6]，選用圓盤式了。而后又是蘿卜絲粗細的調節(jié)遇到了難題，其實調節(jié)并不難實現(xiàn)，關鍵是要操作方便。也存在切刀和下料斗壁間隙的問題，這也很是個問題，這是保證蘿卜切削切削的最后部分能否完成切削的關鍵問題。通過更換縱向割刀當然能夠實現(xiàn)，但必要時候還是要調節(jié)切片刀的。如果在刀盤上通過螺釘進行刀片的調節(jié)，刀盤與軸位置固定，則保證間隙就需要調整下料斗壁與刀盤之間的間隙，也不是很方便，兩個地方都要調節(jié)。最后決定將切片刀與軸位置固定。調整刀盤在軸上的位置來實現(xiàn)切片的薄厚，這也是切絲粗細改變的關鍵之一。這是方案的制定過程，其次在畫圖方面及設計方面自己也遇到了不少的阻力。這也是我意識到了自己的知識面還太窄，專業(yè)知識也不夠扎實。今后我會不斷充實自己。由于時間倉促，加上水平有限，失誤之處在所難免。設計的表達方法也可能會有欠佳之處。誠懇的希望各位老師批評指正。致謝這次畢業(yè)設計能夠得以順利完成，并非我一人之功勞，是在所有指導過我的老師的教育下，同學的幫助下完成的。在這里，我要給他們表示我最真誠的謝意，是他們不僅讓我完成了設計，還讓我學到了許多書本上都學不到的東西，同時也給我提供了充足完備的學習條件和寶貴的交流機會，真是受益匪淺。在這里，我最想把我的感謝獻給我尊敬