果蔬去皮機的總體設(shè)計

目錄TOC\o"1-3"\u1前言11.1課題的來源21.2課題內(nèi)容21.3課題要求21.4去皮技術(shù)的國內(nèi)概況21.5本課題要解決的主要問題和設(shè)計的總體思路32去皮機總體設(shè)計52.1總體方案論證52.1.1工藝流程及結(jié)構(gòu)特點5零部件的選擇52.2總體結(jié)構(gòu)確定63去皮機設(shè)計計算63.1生產(chǎn)能力的計算63.2去皮機主軸轉(zhuǎn)速的理論分析63.3去皮機的功率計算93.4去皮機傳動裝置設(shè)計113.4.1電機功率和型號確實定113.4.2帶傳動的設(shè)計113.4.3軸的設(shè)計與校核133.4.4軸承的選擇和校核194結(jié)論21參考文獻22致謝23附錄241.前言1.1課題的來源課題來源于：山東諸城市開泰公司。本課題：果蔬去皮機的總體設(shè)計及傳動裝置設(shè)計，該課題來源于食品生產(chǎn)行業(yè)對胡蘿卜、馬鈴薯等塊根類原料的去皮需要，在分析現(xiàn)有設(shè)備特點的根底上設(shè)計一臺能實現(xiàn)對胡蘿卜、馬鈴薯等塊根類原料去皮的高效專用設(shè)備，選題結(jié)合工程生產(chǎn)實際，難度和工作量適中。1.2課題內(nèi)容本課題的設(shè)計內(nèi)容為：要求設(shè)計出的果蔬原料去皮機功能到達規(guī)定的要求，能實現(xiàn)對塊根類原料的去皮。物料從加料斗裝入機內(nèi)，落到旋轉(zhuǎn)圓盤波紋狀外表時，因離心力作用而被拋向兩側(cè)，并在那里與筒壁粗糙外表摩擦，到達去皮的目的。完成果蔬原料去皮機的總體設(shè)計完成果蔬原料去皮機主要部件的設(shè)計3、完成果蔬原料去皮機主要零件的設(shè)計1.3課題要求1、生產(chǎn)效率高，能滿足較長工作時間的要求2、去皮均勻，能夠良好的控制去皮厚度3、外皮等雜質(zhì)能夠良好排出，不堵塞4、耗能小，體積小，重量輕，外形美觀和操作平安方便1.4去皮技術(shù)的國內(nèi)概況隨著食品工業(yè)的開展，食品深加工已經(jīng)越來越被世界重視，特別是便餐和方便食品的誕生，促使保鮮脫水蔬菜工業(yè)迅速開展起來，這便要求原料的深加工伴隨開展。其中，馬鈴薯的深加工就是受到人們高度重視且開展較快的產(chǎn)業(yè)之一。我國是馬鈴薯主要生產(chǎn)國，年種植面積和總產(chǎn)量均居世界第二位。但是我國絕大局部馬鈴薯被直接用作飼料或使用。由于每年僅有百分之幾用于深加工，致使鮮薯過剩，增加了越冬保鮮難度，也降低了它的營養(yǎng)價值。究其原因主要是缺少加工設(shè)備，特別是去皮機械。而從國外引進設(shè)備，價格昂貴，生產(chǎn)本錢高致使國內(nèi)該產(chǎn)業(yè)開展較慢。在世界上工業(yè)興旺國家，馬鈴薯深加工量一般都是總產(chǎn)量的50%~80%。1980年，美國馬鈴薯加工量占鮮薯總產(chǎn)量的76%;1984年，荷蘭馬鈴薯加工量占總產(chǎn)量的55%。目前，美國是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國和出口國，馬鈴薯食品加工企業(yè)有300多家，其中子公司普及世界十幾個國家。美國的馬鈴薯產(chǎn)品不僅暢銷國內(nèi)，而且大量出口，干制食品及方便食品占據(jù)了世界大局部市場。近20年來，繼美國之后，德國、法國、英國、荷蘭、瑞士及日本等國家，也在致力于開展馬鈴薯食品深加工業(yè)，從而使世界馬鈴薯食品加工業(yè)進入蓬勃開展階段。針對研制目的，我們采用清洗后去去皮工藝，研制出攪龍式機械清洗機和離心式機械切削去皮機，并利用可調(diào)節(jié)式刀片，到達切削量可控制的目的。其工藝流程為：原料準備—清洗—去皮—產(chǎn)品清洗—皮屑收集—產(chǎn)品收集。在我們國內(nèi)蛟龍式清洗機為大量使用的清洗機械。梯形洗槽內(nèi)，固定著輸送攪龍，攪龍通過減速器由電機驅(qū)動，洗槽內(nèi)充水，在攪龍上部有噴水裝置。塊莖進入洗槽浸泡在水里，由于在攪龍?zhí)嵘^程中，塊莖相互間以及攪龍葉片間摩擦而逐漸去皮；同時清水不斷地從攪龍頂部噴淋下來，沖洗塊莖，故塊莖越接近頂部越干凈。離心式機械切削去皮機構(gòu)，在外罩內(nèi)部裝有由電機帶動的轉(zhuǎn)到工作盤，盤上均勻分布著6個長孔，長孔上布置著切削刀片，其中切削刀片相對長孔間隙可適當調(diào)節(jié)，工作盤上部的外罩上均勻分布著3塊彈板，工作盤下部裝有同主軸一同旋轉(zhuǎn)的橡膠刮板。工作時塊莖通過貯藏室投入到工作室內(nèi)，工作盤按照一定的速度旋轉(zhuǎn)，在離心力，重力和摩擦力的共同作用下，利用塊莖相對于工作盤上刀片間的相對速度差將馬鈴薯的皮屑切去；同時，在離心力的作用下塊莖被甩向四周，并不斷滾動；而周圍外罩上分布著幾塊彈板，將塊莖撞離外周，且不斷旋轉(zhuǎn)滾動。因此，在刀片和彈板的共同作用下馬鈴薯塊莖被均勻地切去外皮，實現(xiàn)馬鈴薯去皮的目的。1.5本課題要解決的主要問題和設(shè)計的總體思路1.5.1需要解決的主要問題通過現(xiàn)代CAD技術(shù)對傳動零件的選定，設(shè)計非標準件和設(shè)備總體結(jié)構(gòu)。運用AutoCAD繪制設(shè)備的總裝配圖、各個零件的零件圖和傳動路線圖，以指導各零件的加工和設(shè)備的設(shè)計。通過專業(yè)知識核實所設(shè)計的設(shè)備總體結(jié)構(gòu)和各零部件是否合格，設(shè)計出果蔬去皮機，使之符合生產(chǎn)需要。1.5.2設(shè)計的總體思路總體思路：各級傳動比的分配--傳動裝置的參數(shù)計算—軸的校核--軸承的壽命計算。將通過制定總體方案，完成動力設(shè)計、運動設(shè)計、結(jié)構(gòu)的設(shè)計以及熱工計算，根據(jù)根本參數(shù)進行傳動系統(tǒng)設(shè)計，繪制傳動系統(tǒng)裝配圖，零件圖以及滾盤組件，利用所學知識進行有關(guān)的計算和校核等。為了完成設(shè)備的設(shè)計，首先要對零件進行工藝分析,主要是結(jié)構(gòu)、尺寸精度、材料的分析；其次要根據(jù)根本參數(shù)進行設(shè)計；最后確定各個零部件的結(jié)構(gòu)和設(shè)備總體結(jié)構(gòu)，畫出各零部件。所設(shè)計的設(shè)備能夠準確的運動,保證傳動平穩(wěn)可靠，使用平安,易于維修，設(shè)計的設(shè)備應能滿足去皮要求，保證產(chǎn)量，能源利用率應盡可能高。本設(shè)計將為企業(yè)提供生產(chǎn)指導價值。2.去皮機總體設(shè)計2.1總體方案論證工藝流程及結(jié)構(gòu)特點針對研制目的，我們采用清洗后去皮工藝，研制出離心式機械切削去皮機，并利用可調(diào)節(jié)式刀片，到達切削量可控制的目的。其工藝流程為：原料準備—清洗—去皮—產(chǎn)品清洗—皮屑收集—產(chǎn)品收集。零部件的選擇圓形底盤是去皮機的核心部件，圓形底盤設(shè)計的內(nèi)容包括圓形底盤型式的選擇、圓形底盤的強度和剛度計算，選擇適宜的材質(zhì)后，確定相應構(gòu)件的壁厚和結(jié)構(gòu)尺寸，并提出制造、加工和組裝的技術(shù)要求。目前的圓形底盤按的材料和加工方法，分為鑄造圓形底盤與焊接圓形底盤兩類。2.2總體結(jié)構(gòu)確定在考慮具體方案時，應遵守的根本原那么是在滿足使用要求的前提下，盡量降低本錢。設(shè)備在滿足去皮要求的情況下，設(shè)備應結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，工作可靠，利用率高，設(shè)備便于調(diào)試，設(shè)備應便于維修。選用上部進料的方式。頂緊力和滾盤的重力可以中和一局部，以減輕滾盤所受的外力，提高軸承的壽命。3.去皮機的設(shè)計計算3.1生產(chǎn)能力的計算φ〔kg/h〕式中，t1為裝料時間〔s〕，t2為擦皮時間〔s〕，t3為卸料時間(s)，H為圓筒的有效高度〔m〕，D為圓筒的內(nèi)徑〔m〕，σ為物料的密度〔kg/h〕,φ為圓筒內(nèi)物料充填系數(shù)。kg/h3.2去皮機主軸轉(zhuǎn)速的理論分析假設(shè)馬鈴薯為球形顆粒，且以單個馬鈴薯為研究對象，其質(zhì)量為m，工作時它必須相對工作盤移動。當工作盤以角速度w旋轉(zhuǎn)時，其受力狀態(tài)如圖2所示。假設(shè)馬鈴薯相對工作盤移動，必須滿足式中，為馬鈴薯受到的離心力，為工作盤作用于馬鈴薯摩擦力，f為馬鈴薯與工作盤摩擦系數(shù)。又因為，所以主軸軸速應為：r/min……………………〔1〕工作盤繞圓心以角速度w旋轉(zhuǎn)。馬鈴薯與切刀相遇時，它在水平面的受力狀態(tài)如圖3所示。其中:為馬鈴薯受到的離心力，,;為刀刃作用于馬鈴薯的沖力，，；為工作盤作用于馬鈴薯的沖力，由于式中，、分別為馬鈴薯與切刀相遇前后速度，通常令為馬鈴薯與切刀碰撞的時間，那么圖3是圖2中垂直刀刃的剖視圖，其中為保證馬鈴薯去皮，應使，即，也就是工作盤主軸轉(zhuǎn)速應為：即為…….…..〔2〕圖4中，速度u的方向，即切刀推動馬鈴薯的運動方向，C點為刀刃與馬鈴薯接觸點，u的方向即過馬鈴薯C點的圓形顆粒的法線方向。為u的水平分速度和垂直分速度。為保證圓筒內(nèi)上、下層馬鈴薯均被切刀去皮，必須使切皮后的馬鈴薯拋起一定高度h，顯然h必須大于或等于圓筒內(nèi)馬鈴薯層的厚度。由于式中，h為馬鈴薯層厚度，為碰撞角。此時工作盤主軸轉(zhuǎn)速為：………..〔3〕在選擇工作盤主軸轉(zhuǎn)速n時，應考慮上述公式〔1〕、〔2〕、〔3〕，取三者中最大的一個。但在實際工作中，圓筒工作盤上面馬鈴薯并非個體球形顆粒，而是群體非球體的馬鈴薯，我們在上述定性的理論分析的指導下，經(jīng)試驗認為工作盤主軸轉(zhuǎn)速應為n=350—400r/min3.3去皮機的功率計算去皮機的功率消耗包括：克服物料對工作圓盤的摩擦所消耗的功率，克服物料對切削時所消耗的功率，克服物料對圓筒壁摩擦力所消耗的功率，傳動機構(gòu)因摩擦而消耗的功率，以上功率分別用下面的公式計算：…………………….〔4〕式中，為處于圓筒內(nèi)物料的摩擦力矩〔NM〕,式中，G為物料重力〔N〕，f為物料與工作盤摩擦系數(shù)，為摩擦臂矩〔m〕，取半徑一半，為物料于與圓盤的平均相對角速度，取最大角速度的1/2所以……...............……......……........................................〔5〕………….……〔6〕式中分別為馬鈴薯與切刀相遇后、相遇前速度，通常即….…..……〔7〕….….……………….…..……….………………〔8〕式中，為在離心力的作用下物料與側(cè)壁的瞬間摩擦力矩式中，u為物料圓周速度〔m/s〕,摩擦臂矩，通常取所以，…..................................................................〔9〕是傳動損失，用傳動效率表示：那么消耗的總功率為：……….............................................................〔10〕經(jīng)過理論分析得出功率計算理論公式〔10〕，但在實際應用上，上次較為復雜，因此，根本采用粗略估算，可用下面近似公式：式中，M為工作盤轉(zhuǎn)矩，M=fGR,R為摩擦臂矩〔即工作盤半徑〕，n為工作盤轉(zhuǎn)速根據(jù)計算得轉(zhuǎn)速應該在350r/min左右。3.4傳動裝置設(shè)計3.4.1電機功率和型號確實定按工作機的工作條件河要求，選用三相異步電動機，立式，機座帶底腳，端蓋上無凸緣。總效率：〔1〕=0.95×0.98×0.98=0.91238考慮到負荷的變化和滾盤操作的特殊情況，取設(shè)備系數(shù)k=1.5電機功率:〔2〕=選取Y802-4電動機，技術(shù)性能參數(shù)：；3.4.2帶傳動的設(shè)計A.選擇V帶型號a)確定計算功率查文獻資料[18]表4-6得工作情況系數(shù)b)選擇V帶型號按，，查文獻資料[18]圖4-1得,選擇Z型V帶B.確定帶輪直徑、a)選取小帶輪直徑查文獻資料[8]圖4-11及表4-4，選取小帶輪直徑b)驗算帶速〔3〕由式〔3-22〕得在5～25m/s內(nèi)，適宜。c)確定從動帶輪直徑查文獻資料[18]表4-4選取d)確定從動輪轉(zhuǎn)速考慮到帶的滑動系數(shù)=1390/4=350r/mine〕實際傳動比=315/80=4C.確定中心距和帶長a)初選中心距〔4〕由式〔3-23〕得取b)求帶的計算基準長度〔5〕由式〔3-24〕得查文獻資料[18]表4-2選取c)計算中心距(6)由式〔3-25〕得d)確定中心距調(diào)整范圍d.驗算小帶輪包角〔7〕由式〔3-26〕得故，適宜。D.確定V帶根數(shù)Za)確定額定功率由、及根據(jù)文獻資料[8]表4-5，得單根A型V帶的額定功率分別為0.68kw和0.6kw，用線性插值法求時的額定功率值b)確定V帶根數(shù)〔8〕查文獻資料[18]表4-7得表4-8得，表4-2得由式〔3-27〕得取Z=2根，適宜E.計算單根V帶初拉力查文獻資料[8]表4-1得〔9〕由式〔3-28〕得F.計算對軸的壓力〔10〕由式〔3-29〕得G.確定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸，采用實心輪結(jié)構(gòu)，采用四孔板輪結(jié)構(gòu)3.4.3軸的設(shè)計與校核根據(jù)以上計算的筒體長度和直徑、傳動件的外形尺寸(直徑和輪殼寬度)、鋼絲網(wǎng)作用位置，可預先進行滾盤組件受力的軸向和徑向位置的布置設(shè)計。A.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是要確定軸的合理外形和結(jié)構(gòu)，以及包括各軸段長度、直徑及其它細小尺寸在內(nèi)的全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸的毛坯種類；軸上作用力的大小和分布情況；軸上零件的布置及固定方式；軸承類型及位置；軸的加工工藝以及其它一些要求。由于影響因素很多，且其結(jié)構(gòu)形式又因具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計具有較大的靈活性和多樣性。但是，不管具體情況如何，軸的結(jié)構(gòu)一般應滿足以下幾個方面的要求：a.軸和軸上零件要有準確的工作位置；b.軸上零件應便于裝拆和調(diào)整；c.軸應具有良好的制造工藝性；d.軸的受力合理，有利于提高強度和剛度；e.節(jié)省材料，減輕重量；f.形狀及尺寸有利于減小應力集中。考慮到軸是和滾盤配合在一起，為便于安裝和維修，把軸要設(shè)計成階梯軸。先初步計算軸的孔徑計算mm設(shè).計取45mm先按實心軸的最小直徑的計算公式進行計算，然后在估算，進行校核。查文獻[18]第291頁公式〔11〕由式〔3-47〕得≈64.46mm，設(shè)計取圖3-1主軸結(jié)構(gòu)根據(jù)傳動件的寬度和傳動件不能相互干預，確定個傳動件見的軸向距離為200mm左右，具體的見圖3-1B.確定軸的受力確定滾盤組件的受力參數(shù)對應按實際配置的電動機功率作為依據(jù)。a.傳動大帶輪對主動端軸的作用力按配置的電機．允許傳遞的最大功率：(12)由式〔3-48〕得=0.75×0.96×0.98=0.7056kw大帶輪傳遞的最大扭矩〔13〕由式〔3-49〕=1.114×N·mm圓周力(直徑):Ft=2T/d(14)由式〔3-50〕得=2×1.114×/65≈0.343×N作用于軸上的徑向力〔15〕由式〔3-51〕得=34300×tg20°≈12481N徑向水平分力；〔16〕由式〔3-52〕得=cos=12481×cos50°≈8022N徑向垂直分力〔17〕由式〔3-53〕得=sin=12481×sin50°≈9557Nb.果蔬去皮機帶傳動對主動端軸的作用力=/＝0.7056×/0.93=0.759×kw---帶傳動的效率，取0.93傳遞的扭矩：由式〔3-48〕得=120N·mm帶條工作拉力：〔18〕由式〔3-54〕=3.3N徑向作用力：=1.15=1.15×3.3=3.8N水平徑向分力：由式〔3-52〕得=3.8×cos60°≈1.9N垂直徑向分力：由式〔3-53〕=6.9×sin60°≈3.3Nc.對帶輪的受力計算由式〔3-48〕得圓周力：由式〔3-49〕得=1919N作用在軸上的徑向力：由式〔3-50〕得=689N向徑水平力：由式〔3-52〕得d.按實際配置電機功率計算允許寸板對筒體的作用力按配置電機的最大輸入功率，除去消耗于從動滾盤和去皮機的功率，那么均可作為鋼絲網(wǎng)對筒體摩擦阻力的消耗。鋼絲網(wǎng)對筒體允許的最大阻力矩：--大帶輪輸出的扭矩，=418N·mm，--支承軸承處的摩擦阻力矩，≈0.05=214875-418-0.05×214875-700333=1.4134×N·mm可估算寸板對筒體允許的頂緊力：〔19〕由式〔3-56〕=6454N在此種狀態(tài)下，筒體單位長度的頂緊力為：相當于設(shè)計確定的操作條件下，的2.43倍。按筒體允許的最大阻力矩狀況下計算，最大徑向力為：==6454N徑向水平分力：〔20〕由式〔3-57〕得=6454×cos30°≈5589N徑向垂直分力:〔21〕由式〔3-58〕得=6454×sin30°=3227Nf.軸承支承處支反力計算與彎矩主動端軸的支座反力和作用力力向:支座反力:〔22〕≈-440N≈1323N≈1473N≈776N由式〔3-59〕得≈1537N≈1534Na)大帶輪安裝處的軸斷面彎矩：=≈761N扭矩：：=2.14875×N·mm當量彎矩：〔23〕由式〔3-60〕得==1860872N·mmb)主動端軸承處的軸斷面：彎矩：≈401444N·mm扭矩：==2148750-418=2148332N·mm當量彎矩：由式〔3-60〕得≈2627553N·mmC.軸的校核a〕傳動帶輪安裝處的軸徑：45鋼的許用扭轉(zhuǎn)應力為，許用的彎曲應力軸的內(nèi)孔徑，強度校核：查文獻[18]第291頁公式〔24〕由式〔3-61〕得≈21.18MPa＜，滿足要求。查文獻[18]第307頁公式〔25〕由式〔3-62〕得≈36.7＜，滿足要求軸承支承處的強度校核：，由式〔3-61〕得≈9.5MPa＜=25，滿足要求由式〔3-62〕得≈18MPa＜，滿足要求。3.4.4軸承的選擇和校核選擇滾動軸承的類型，一般從載荷的大小、方向和性質(zhì)三方面進行考慮。在外廓尺寸相同的條件下，滾子軸承比球軸承承載能力大，適用于載荷較大或有沖擊的場合。球軸承適用于載荷較小、振動和沖擊力較小的場合。當承受純徑向載荷時，通常選用徑向接觸軸承或深溝球軸承；當承受純軸向載荷時，通常選用推力軸承；當承受較大徑向載荷和一定軸向載荷時，可選用角接觸球軸承，或者將向心軸承和推力軸承進行組合，分別承受徑向和軸向載荷。根據(jù)軸的應用場合可知，軸主要受到的徑向力和軸向力。查詢常用滾動軸承的性能和特點，選擇角接觸球軸承。角接觸球軸承的性能特點：可同時承受徑向負荷和軸向負荷，也可承受純軸向負荷。應用場合：適用于剛性較大跨距不大的軸及須在工作中調(diào)整游隙時。主動端受力較大，校核此軸承。參數(shù)：。軸承只承受徑力。計算壽命：查文獻得式：〔26〕由式〔3-63〕得=103472256h壽命滿足要求。4.結(jié)論畢業(yè)設(shè)計是對我們大學四年學習的成果進行綜合性的考核，在本次的畢業(yè)設(shè)計中，查閱了許多的相關(guān)資料，通過對現(xiàn)有去皮設(shè)備的結(jié)構(gòu)進行分析，對每個結(jié)構(gòu)進行了系統(tǒng)的研究，掌握了設(shè)備的工作原理和總體的結(jié)構(gòu)。得知了現(xiàn)有去皮設(shè)備的缺乏，運用現(xiàn)有的知識，對滾盤的結(jié)構(gòu)進行了改良，使?jié)L盤在去皮過程中筒體外表的去皮厚度相差不大。確定了設(shè)計方案，對果蔬去皮進行了結(jié)構(gòu)設(shè)計，對傳動裝置進行了設(shè)計和校核，保證了該設(shè)備工作的可靠性，效率高，平安。但長期以來尚存在一個缺乏就是撥料盤容易磨損，還需要對撥料盤進一步改良。參考文獻[1]岑軍健主編.新編非標準設(shè)備設(shè)計手冊[M].北京:國防工業(yè)出版社,1999.[2]胡宗武等主編.非標準機械設(shè)備設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2003.[3]徐灝主編.新編機械設(shè)計師手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995.[4]葉偉昌主編.機械工程及自動化筒明設(shè)計手冊(上冊)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001.[5]李益民主編.機械制造工藝設(shè)計手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,1995[6]<<中國軸承新舊型號對照手冊>>編寫組編.中國軸承新舊型號對照手冊[M].北京:兵器工業(yè)出版社，1995.[7]徐錦康.機械設(shè)計[M].北京：高等教育出版社，2004.[8]濮良貴主編．機械設(shè)計[M]．〔第五版〕．沈陽：西北工業(yè)大學,1994.[9]許林發(fā).建筑材料機械設(shè)計[M].第一版.武漢：武漢工業(yè)大學出版社，1997.[10]朱昆泉．建材機械工程手冊[M]．武漢：武漢理工大學出版社，2000.[11]吳宗澤.機械結(jié)構(gòu)設(shè)計[M].第一版.北京：機械工業(yè)出版社，1988.[12]章棣.別離機械選型與使用手冊[M].第一版.北京：機械工業(yè)出