馬鈴薯、土豆切片機(jī)的設(shè)計(jì)含9張CAD圖
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土豆切片機(jī)設(shè)計(jì)
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容 3
第二章 土豆切片機(jī)總體方案的確定 4
2.1 土豆切片機(jī)結(jié)構(gòu)原理分析 4
2.1.1 結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)參數(shù) 4
2.1.2 工作原理及工作條件 4
2.2 傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 5
2.3 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 6
第三章 電動(dòng)機(jī)和軸的選擇 7
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 7
3.2電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的選擇 7
3.3電動(dòng)機(jī)型號(hào)確定 7
3.4主軸的設(shè)計(jì)確定 7
第四章 V帶部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算 9
4.1 V帶的設(shè)計(jì) 9
4.1.1 帶輪結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì) 9
4.1.2 帶輪尺寸的設(shè)計(jì) 9
4.2 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 11
4.3 V帶輪材料的選擇 13
第五章 部分零件的校核 14
5.1 軸的校核 14
5.2軸承的壽命計(jì)算 16
5.3鍵的校核 19
第六章 機(jī)架的設(shè)計(jì) 21
6.1 機(jī)架設(shè)計(jì)要求 21
6.2 機(jī)架材料的選擇及壁厚設(shè)計(jì) 21
6.3 機(jī)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 21
第七章 結(jié)論與展望 23
7.1結(jié)論 23
7.2展望 23
參考文獻(xiàn) 24
致謝 25
土豆切片機(jī)設(shè)計(jì)
摘 要
像土豆這種塊莖類蔬菜是我國的一種高產(chǎn)、高營養(yǎng)的農(nóng)作物，是人們生活中的常用蔬菜，也是食品加工中的一種常用原料。土豆呈橢球狀，將土豆加工成片狀是生產(chǎn)生活中最常見的工序。因此，如何將土豆快速高效的加工成片狀具有重要的研究意義。
本文以在分析土豆的形狀特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一款將土豆切削成片的設(shè)備。分析土豆切片機(jī)的結(jié)構(gòu)，并對(duì)土豆切片機(jī)的關(guān)鍵零部件進(jìn)行設(shè)計(jì)與計(jì)算。設(shè)計(jì)的主要部分為對(duì)總體方案的設(shè)計(jì)，還有對(duì)V帶、軸、刀片、刀盤等進(jìn)行設(shè)計(jì)，以及對(duì)主要零部件進(jìn)行了選擇校核，最終實(shí)現(xiàn)土豆切片機(jī)的預(yù)期工作目標(biāo)。其中主要工作過程為：電機(jī)經(jīng)過帶傳動(dòng)帶動(dòng)帶輪，帶輪帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上通過4個(gè)螺栓固定2個(gè)刀片，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的刀片通過漏斗與刀片的間隙切削出土豆片。
關(guān)鍵詞：土豆；切片機(jī)；設(shè)計(jì)；計(jì)算
Design of Potato slicer
Abstract
Tuber vegetables like potatoes are a kind of high-yield crops in China. They are not only essential vegetables for people's daily lives, but also common raw materials for processed foods. Potatoes are ellipsoidal, and processing potatoes into flakes is the most common process in production and life. Therefore, how to quickly and efficiently process potatoes into flakes has important research significance.
Based on the analysis of the shape characteristics of potatoes, this paper designs a device for cutting potatoes into slices. Analyze the structure of potato slicer, and design and calculate the key parts of potato slicer. It mainly includes the determination of the overall plan, the design calculation of the V-belt, shaft, blade, cutter head, etc., as well as the selection and verification of the main parts, and finally achieves the expected work goals of the potato slicer. The main working process is as follows: the motor drives the pulley through the belt drive, the pulley drives the main shaft to rotate, the main shaft drives the rotor to rotate, the rotor is driven to fix the two blades by 4 bolts, the rotor drives the blade to rotate, and the rotating blade passes through the gap between the funnel and the blade Cut out potato chips.
Key words: Potato; Slicer; Design; Calculation
II
XXXX
第一章 緒論
1.1 研究背景及意義
我國是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國，蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡臇|西。而像土豆這種塊莖類蔬菜是生活中常用的食品。此外，土豆也是加工食品類的常見原料。土豆呈橢球狀，將土豆加工成片狀是生產(chǎn)生活中最常見的工序。土豆等塊莖類蔬菜這一類作物在目前為止我國國內(nèi)種植分布很廣，尤其是東北三省和陜甘寧地帶土豆種植率都比較高，也是目前為止我國主要農(nóng)作物之一。馬鈴薯這種蔬菜作物還是一種很好的蔬菜食用菌和蔬菜水果綜合作物。我國國內(nèi)現(xiàn)有15個(gè)薯類野生農(nóng)業(yè)作物園和農(nóng)業(yè)綜合種植區(qū)耕地總面積1.4億畝左右，總產(chǎn)量每年可高達(dá)2-3千萬噸，是目前為止世界上國內(nèi)種植薯類產(chǎn)薯最多的野生農(nóng)業(yè)種植國家[1]。
根莖莖葉類食品蔬菜在生產(chǎn)加工時(shí)，它們的切片、切絲是一道重要的農(nóng)藝工序，切菜機(jī)械也是一種重要的加工食品蔬菜專用機(jī)械。目前的手工切菜機(jī)產(chǎn)品有很多種，多為一些大型切割設(shè)備，體積較大，價(jià)格昂貴，但是目前應(yīng)用于各種根莖型各類大葉蔬菜手工切削的切割機(jī)構(gòu)產(chǎn)品類型區(qū)很少，主要都是應(yīng)用在一些小型的加工食品蔬菜加工廠里因體積小生產(chǎn)效率低不是很適用于在大型的加工廠里直接進(jìn)行蔬菜成批生產(chǎn)，因?yàn)槟壳拔覈母鞣N根莖型各類大葉蔬菜切削種植多由本地農(nóng)民或者個(gè)體手工種植而且還要定期進(jìn)行蔬菜清洗以及去蒂等復(fù)雜工序很難直接進(jìn)行到大批量生產(chǎn)。
因此，隨著科技與生活的快速發(fā)展，人們不僅對(duì)食品的本身價(jià)值要求提高了，同時(shí)對(duì)土豆切片的美觀性也有了更高要求。當(dāng)今科技切菜機(jī)的功能日益增多，自動(dòng)化、智能化程度越來越高，研究土豆自動(dòng)切片機(jī)，讓土豆切片更均勻，以及對(duì)提高工作效率。最為重要的是土豆切片可以把人們從繁瑣的手工切片中解脫出來。對(duì)降低生產(chǎn)成本，提高工作效率具有重要作用。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
我國的離心式切片機(jī)生產(chǎn)技術(shù)最早始于上世紀(jì)七十年代初期，我國的離心式切片收割機(jī)廣泛應(yīng)用于新鮮蔬菜、中藥、凍肉等食品領(lǐng)域，其中采用離心式的收割機(jī)應(yīng)用尤為顯著。目前應(yīng)用我國離心式切片機(jī)的主要生產(chǎn)方式可以分為：
（1）建議選用一種直線式或往復(fù)式自動(dòng)切片機(jī)。由于采用直線式和往復(fù)式自動(dòng)切片機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)之一是設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是使用效益低。因此它被廣泛應(yīng)用于對(duì)機(jī)械工作效率要求不高、效益低的各種工業(yè)應(yīng)用技術(shù)場(chǎng)合。
（2）切片采用一種圓盤式的旋轉(zhuǎn)式進(jìn)行切片。圓盤式和旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)切片機(jī)的優(yōu)點(diǎn)操作方便機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單也就具有較高的傳動(dòng)性能和產(chǎn)品生產(chǎn)的一定經(jīng)濟(jì)效益，因此它廣泛應(yīng)用于各種的應(yīng)用場(chǎng)合。
（3）切片收割機(jī)采用水槍式收割切片。對(duì)于水槍式收割切片這種方法最大的缺點(diǎn)便是需要消耗大量的電能和水，十分不環(huán)保節(jié)能。而且切出的土豆片只能是平直的，所以應(yīng)用不廣泛。
（4）選擇用于內(nèi)外圓形。其中包括用于內(nèi)圓和內(nèi)外正方形類型切片的外圓和內(nèi)圓形切片)的圓形切片。該種切片方式雖然可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)土豆的切片，而且生產(chǎn)效率也比較高。但是該種切片機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)較困難，因此它被廣泛應(yīng)用于對(duì)切片工作效率的設(shè)計(jì)要求相當(dāng)高的一些大型專業(yè)生產(chǎn)技術(shù)研究領(lǐng)域。
綜合國內(nèi)外的土豆切片機(jī)的研究現(xiàn)狀。由于我國是農(nóng)業(yè)大國，有人很早便對(duì)土豆切片機(jī)進(jìn)行了研究與設(shè)計(jì)，已經(jīng)有30多年的發(fā)展歷史。近幾年來我國切片機(jī)的技術(shù)研制和發(fā)展也非常迅速，可是與技術(shù)較為成熟的發(fā)達(dá)國家來比，我國的土豆切片機(jī)起步比較晚，技術(shù)還不太成熟。雖然在我過現(xiàn)代中國已有了切片機(jī)的生產(chǎn)廠家，比如山東省諸城市大洋食品機(jī)械廠的生產(chǎn)大洋食品品牌中藥材土豆的切片機(jī)有400型、600型、江陰鑫達(dá)藥化機(jī)械的生產(chǎn)中藥材土豆切片機(jī)等。但是我國的企業(yè)在切片機(jī)生產(chǎn)方面仍然還是沒有能夠取得根本性的突破。通過查閱資料和以上分析可得，土豆切片機(jī)大都是一些土豆加工廠對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行的設(shè)計(jì)，很少把設(shè)計(jì)對(duì)象面向小型的或者家用的土豆切片機(jī)。
國外一些切菜技術(shù)先進(jìn)的發(fā)達(dá)國家，多功能的切菜機(jī)已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了切菜機(jī)械化。多功能切菜機(jī)主要是由專業(yè)的加工設(shè)備制造公司研發(fā)出來生產(chǎn)完成，切菜設(shè)備配套比較齊全，包括輸送機(jī)、清選機(jī)、入料機(jī)、切片機(jī)等。切菜效率較高，比如著名的瑞士meyer-burgerag公司的mits系列機(jī)，日本的tokyosemitsu株式會(huì)社公司生產(chǎn)的mitskmits系列機(jī)等已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了采用計(jì)算機(jī)全自動(dòng)化控制的數(shù)控切菜一體化。德國特萊富（TREIF）公司設(shè)計(jì)了一臺(tái)可廣泛適用于各種蔬菜的derby100-sce型萬能自動(dòng)切菜機(jī)。由于這種食品分切處理對(duì)衛(wèi)生質(zhì)量要求十分嚴(yán)格，這種食品分切機(jī)構(gòu)是采用了經(jīng)過清洗和殺菌處理后均可容易方便進(jìn)行的整體結(jié)構(gòu)。只要將切割原料一次性地放入切割機(jī)器的整個(gè)料腔(包括操作室)內(nèi)，就能即可在完全自動(dòng)密閉進(jìn)料系統(tǒng)內(nèi)同時(shí)進(jìn)行二次切割污染處理，完全徹底解除了原料二次污染。意大利一家廚具公司推出了一種多功能新型電子底座切菜機(jī)，其主要部分包括：電子底座、切座和切菜刀片三個(gè)大部分結(jié)合組成。切菜時(shí)，如用玉米刀片，可將蔥和菜粉粒打碎成玉米糊狀；同時(shí)如用菜刀切盤，可分別將蔥和菜葉片切成細(xì)長(zhǎng)條狀、丁狀、片狀、絲狀等各種不同形狀。這種單機(jī)容量大約為3升的多功能小型電子自動(dòng)切菜機(jī)，尺寸面積大小大約為42x42x50厘米，重量大約為10公斤。
1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容
隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)也得到了大規(guī)模的應(yīng)用。本文所設(shè)計(jì)的土豆切片機(jī)是一種體積比較小、結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。適用于家庭、餐廳、小作坊的小型農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械。土豆切片機(jī)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，其中主要包括總體方案的確定，各部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算，總裝與部裝圖紙以及各零件的圖紙。完成了全部設(shè)計(jì)后，對(duì)切片機(jī)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，指出它的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)之處，以及存在的一些不足，并提出了一些改進(jìn)的措施。
第二章 土豆切片機(jī)總體方案的確定
2.1 土豆切片機(jī)結(jié)構(gòu)原理分析
2.1.1 結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)參數(shù)
通過分析，主要設(shè)計(jì)一種兩機(jī)采用轉(zhuǎn)盤式的新型土豆斗與料斗和各種切片機(jī)，它主要產(chǎn)品包括了土豆料斗、轉(zhuǎn)盤和各種各類刀片，所述的只有土豆斗與料斗和各種切片在兩機(jī)轉(zhuǎn)盤底端的電子轉(zhuǎn)盤分別通過一個(gè)帶有螺紋狀的連接件與電子轉(zhuǎn)盤連接固定后，儀器安裝在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤上的中心處安裝有轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)盤的周邊設(shè)計(jì)有多了均勻分布的呈散狀的刀片，其中刀片均勻分布在轉(zhuǎn)盤的周圍；其中土豆斗和料斗與各種切片機(jī)和電子轉(zhuǎn)盤之間相鄰的側(cè)面分別設(shè)有多個(gè)開口并與土豆料斗和切片轉(zhuǎn)盤之間的每個(gè)開口處還設(shè)有容易使刀片直接轉(zhuǎn)動(dòng)通過的一個(gè)三角形開口縫隙。不用擔(dān)心手持手工刀片可切割各種土豆，從而有效率地避免了切割土豆用戶的手被手工刀片直接切到的危險(xiǎn)，提高了使用轉(zhuǎn)盤式切割土豆機(jī)切料斗和手工切片的設(shè)備工作效率和均勻度，使用方便。
土豆切片機(jī)的設(shè)計(jì)參數(shù)是設(shè)計(jì)該設(shè)備的重要參數(shù)，此次設(shè)計(jì)的土豆切片機(jī)主要面向于小型作坊或者家用的土豆切片機(jī)。土豆切片機(jī)的設(shè)計(jì)要符合設(shè)計(jì)參數(shù)，此次設(shè)計(jì)的土豆切片機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)如表2-1所示。
表2-1 土豆切片機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)
主要技術(shù)參數(shù)
數(shù)值
配套動(dòng)力
1～1.5kW
切片厚度
2～5mm
葉輪轉(zhuǎn)速
200～550轉(zhuǎn)/分
生產(chǎn)率
500～1000kg/h
2.1.2 工作原理及工作條件
土豆切片機(jī)的工作原理主要是以動(dòng)力傳動(dòng)為主，其主要采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，電機(jī)動(dòng)力通過帶輪傳遞給主軸。轉(zhuǎn)盤通過轉(zhuǎn)軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤中心處的轉(zhuǎn)軸，一段是設(shè)計(jì)的手柄，另外一端設(shè)計(jì)有均勻排列的幾個(gè)刀片。在料斗和殼體內(nèi)側(cè)預(yù)留有一定的間隙，起作用是防止刀片在旋轉(zhuǎn)切削時(shí)對(duì)殼體造成破壞。此外，料斗的作用是放置土豆的裝置，料斗使用螺紋安裝在了裝盤上。圖2-1所示為土豆切片機(jī)的工作原理圖。可以分成三步，電動(dòng)機(jī)傳動(dòng)部分，切削刀片機(jī)構(gòu)，以及土豆排料機(jī)構(gòu)。
圖2-1土豆切片機(jī)工作原理圖
2.2 傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
切削土豆時(shí)，設(shè)備的轉(zhuǎn)速至關(guān)重要。在確定轉(zhuǎn)速v時(shí)要盡量滿足兩個(gè)條件，一是：當(dāng)土豆突然進(jìn)入切片機(jī)箱體內(nèi)后，切片機(jī)的動(dòng)力能滿足切削土豆的力，即切片機(jī)能正常工作；二是：轉(zhuǎn)速應(yīng)盡可能的滿足效率這一點(diǎn)，提高工作效率。根據(jù)切片機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)的相關(guān)理論，在土豆旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)和料斗之間存在摩擦，在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中，忽略摩擦力，傳動(dòng)比的計(jì)算公式如下所示：
(2-1)
其中： Rd-------切削刀片的半徑
r---------切削盤半徑
D--------切削設(shè)備直徑
H--------機(jī)器高度
v--------切削速度
g---------重力加速度
2.3 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
土豆的形狀呈橢球形，一半體積較小，平均直徑在60mm左右。此外，土豆的材質(zhì)較軟。因此，在切削土豆的過程中只不需要過大的動(dòng)力。即確定兩側(cè)的切削力大小相等為：F1 = F2 = 125 N。在動(dòng)力帶動(dòng)料盤進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的過程中，設(shè)想料盤上的力為土豆給予的全部力，則轉(zhuǎn)動(dòng)功率的計(jì)算如下所示：
P輪 = F v =250×1.39 = 348 W (2-2)
轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速：n = 640r/min，
初選8級(jí)精度直齒錐齒輪：，
主動(dòng)軸承（球軸承）：，
從動(dòng)軸承（球軸承） ：，
傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率：
0.950.990.99=0.922主動(dòng)軸上的所傳遞的功率大小為：
= 3480.99 =345 W (2-3)
第三章 電動(dòng)機(jī)和軸的選擇
3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
土豆切片機(jī)的主要?jiǎng)恿碓礊殡妱?dòng)機(jī)，是提供整個(gè)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的主要?jiǎng)恿Αｋ妱?dòng)機(jī)的選擇通常包括電動(dòng)機(jī)的速度、功率、型號(hào)等的選擇。一般來說在各種機(jī)械驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，原動(dòng)機(jī)多半會(huì)選用高壓電動(dòng)機(jī)。由于高壓電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力輸出連續(xù)高速螺旋轉(zhuǎn)動(dòng)，工作時(shí)經(jīng)過對(duì)傳動(dòng)裝置的高速調(diào)整和轉(zhuǎn)矩，可充分完全滿足對(duì)電動(dòng)工作機(jī)的各種高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和連續(xù)工作時(shí)的流體動(dòng)力學(xué)和控制性能要求。
3.2電動(dòng)機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的選擇
在切削土豆工作過程之中，動(dòng)力主要來源為電動(dòng)機(jī)。在一般的工作環(huán)境中，電動(dòng)機(jī)將會(huì)保持一直旋轉(zhuǎn)工作狀態(tài)，且較為穩(wěn)定。因此，根據(jù)Pm＞Pr10%，所以，在普通的工作過程中，電動(dòng)機(jī)功率一般選取為：Pm＝1.5kw。
對(duì)于電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，根據(jù)生產(chǎn)效率Q在500~1000 kg/h的范圍之間。本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)效率Q選擇為600 kg/h，其中的配套動(dòng)力：， 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：。土豆一般為橢球狀，測(cè)定其長(zhǎng)為，寬為。由生產(chǎn)效率的公式：
Q=60×B×r×n/1000×a×b×t×z (3-1)
Q=60×80×250×n/1000×70×3×4 (3-2)
得出n≈396 r/min
3.3電動(dòng)機(jī)型號(hào)確定
電動(dòng)機(jī)型號(hào)的確定是根據(jù)動(dòng)力參數(shù)來確定的，根據(jù)V帶動(dòng)傳的傳動(dòng)比3.53，那么電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速在：396×3.53=1320.57 r/min之間。此外，結(jié)合配套功率為1~1.5 kw。因此在滿足動(dòng)力的前提下，結(jié)合土豆切片機(jī)的整體尺寸、結(jié)構(gòu)傳動(dòng)比以及價(jià)格方面的考慮，此次設(shè)計(jì)選用Y90L-4型號(hào)的電動(dòng)機(jī)，該電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1500 r/min，額定功率為1.5 kw。
3.4主軸的設(shè)計(jì)確定
軸是土豆切片機(jī)傳遞動(dòng)力和扭矩的關(guān)鍵零部件，根據(jù)土豆切片機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù)，土豆切片機(jī)的主軸設(shè)計(jì)如下圖3-1所示。
圖3-1 土豆切片機(jī)的主軸設(shè)計(jì)
軸的樣式按照《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》p360頁圖15—7 c圖的樣式設(shè)計(jì)。
從左到右階梯軸的直徑分別為d1，d2，d3，d4，d5，d6。
（1）估算軸的最小直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中表15-3查取可知=120，根據(jù)公式得
d ≥= 120×=35（mm） （3-3）
考慮軸端有一鍵槽，將上述軸徑增大5%，即35×1.05=36.75（mm）近似為36mm，即選取d4為36mm.
（2）確定軸的各段直徑
與電機(jī)減速器配合的軸的直徑d1=60mm；考慮軸承的內(nèi)孔標(biāo)準(zhǔn)，取d3=d6=55mm；軸肩直徑d2為68mm。取伸出端蓋部分的軸的直徑即d3為63mm。
第四章 V帶部分的設(shè)計(jì)與計(jì)算
4.1 V帶的設(shè)計(jì)
V帶是帶傳動(dòng)中一種，應(yīng)用比較廣泛，是一種用于傳遞動(dòng)力的機(jī)械設(shè)備。V帶具有安裝容易、占地面積小、傳動(dòng)效率高和噪音小等優(yōu)點(diǎn)。因此，此次設(shè)計(jì)的土豆切片機(jī)傳動(dòng)裝置選用V帶傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。
4.1.1 帶輪結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)
V帶傳動(dòng)中，帶輪是重要的組成部分，其制造材料對(duì)帶輪的工作性能具有比較大的影響。帶輪的制造材料大都選用鑄鐵材料，而其結(jié)構(gòu)形式可以由實(shí)心式、孔板式、腹板式和橢圓輪輻式三種結(jié)構(gòu)。
一般來說，都是通過V帶輪的基準(zhǔn)直徑來選擇V帶輪的結(jié)構(gòu)的。不同的帶輪基準(zhǔn)直徑對(duì)應(yīng)不同的帶輪結(jié)構(gòu)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時(shí)可采用實(shí)心式；當(dāng)時(shí)，可采用腹板式；當(dāng)時(shí)，同時(shí)時(shí)，可采用孔板式；當(dāng)時(shí)可采用輪輻式
4.1.2 帶輪尺寸的設(shè)計(jì)
此次所設(shè)計(jì)的土豆切片機(jī)所選用的V帶輪的輪槽和V帶的型號(hào)要保持一致性，此設(shè)計(jì)選的是Z帶，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可得：
基準(zhǔn)寬度 ；
基準(zhǔn)下槽深度；
槽間距；
最小輪緣厚；
帶輪寬度；
帶輪的總長(zhǎng)。
圖4-1 土豆切片機(jī)的電機(jī)V帶輪
大V輪：d=168mm小于350，所以V帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為腹板式。由其軸徑為。
基準(zhǔn)寬度： ；
基準(zhǔn)下槽深度：；
槽間距：；
最小輪緣厚：；
帶輪寬度：，帶輪的總長(zhǎng)：。
圖4-2：土豆切片機(jī)的主軸動(dòng)輪
帶輪在工作運(yùn)轉(zhuǎn)過程中發(fā)揮著重要的作用，而帶輪輪槽的工作表面粗糙度對(duì)傳動(dòng)的平穩(wěn)性和傳動(dòng)效率具有很大的影響。一般帶輪輪槽的工作表面粗糙度選擇設(shè)計(jì)為1.6或3.2，綜合考慮設(shè)計(jì)要求，兩個(gè)帶輪輪槽工作表面的粗糙度均選用1.6。
4.2 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
V帶傳動(dòng)中，帶輪輪槽側(cè)面和V帶兩側(cè)面是V帶傳動(dòng)的工作面。V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算對(duì)于實(shí)現(xiàn)良好的傳動(dòng)比具有重要的意義。
1. 確定設(shè)計(jì)功率
根據(jù)計(jì)算公式公式 ： (4-1)
其中：KA——工作情況系數(shù)；
P ——所傳遞的功率KW；
通過計(jì)算可得：KA=1.2，
即：，
2. V帶型號(hào)的確認(rèn)
根據(jù)傳動(dòng)設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1選取普通V帶的型號(hào)：
已知：
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)應(yīng)選用B型帶。
3. 確定帶輪基準(zhǔn)直徑dd1，dd2并驗(yàn)算帶速
由資料選取dd1=140
則：
得：
驗(yàn)算帶速v ：
(4-2)
通過計(jì)算可以得出，帶速符合設(shè)計(jì)要求。
4. 驗(yàn)算傳動(dòng)比誤差
傳動(dòng)比：
(4-3)
原傳動(dòng)比：
(4-4)
通過計(jì)算可知，傳動(dòng)比的誤差在可控范圍之內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。
5. 計(jì)算V帶輪的中心距a及帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld
可設(shè)定中心距：
因此，可以計(jì)算帶長(zhǎng)Ld0
通過上述式子得出：
(4-5)
因此：
由資料選取Ld0=550mm
確定實(shí)際的中心距a：
通過上述式子得出：
(4-6)
得：
中心距調(diào)整范圍
(4-7)
(4-8)
6. 驗(yàn)算小帶輪包角a1
(4-9)
通過計(jì)算可知，滿足設(shè)計(jì)要求。
7. 確定V帶的根數(shù)Z
由公式得出：
(4-10)
根查資料可得，帶入數(shù)據(jù)得：
所以，取V帶的根數(shù)Z取3.
8. 確定帶的初拉力F0
由公式得：
(4-11)
其中查表得q=0.17kg/m帶入數(shù)據(jù)
得：
9. 計(jì)算作用在軸上的壓力Fz
根據(jù)公式可知：
(4-12)
得：
4.3 V帶輪材料的選擇
土豆切片機(jī)的V帶輪時(shí)應(yīng)該要滿足的條件和要求一般是：輪體質(zhì)量小，質(zhì)量載荷分布均勻，以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理。此外，轉(zhuǎn)速高時(shí)要保證輪槽經(jīng)過良好的運(yùn)動(dòng)平衡，輪槽的工作面積需要精細(xì)的加工(輪槽表面的粗糙度一般控制為3.2以減少帶摩擦，各槽的尺寸和加工角度應(yīng)盡量保持一定的加工精度，從而保證載荷的分布較為均勻。為了充分考慮本帶輪設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)速和功率使用情況和較高轉(zhuǎn)速，本帶輪的設(shè)計(jì)主要采用優(yōu)質(zhì)的鑄鐵，材料的牌號(hào)為HT150或HT200。
第五章 部分零件的校核
土豆切片機(jī)零件的校核是對(duì)所設(shè)計(jì)零件是否滿足設(shè)計(jì)要求的重要驗(yàn)證，土豆切片機(jī)部分關(guān)鍵零部件的校核主要包括：軸的校核、軸承的壽命計(jì)算以及鍵的校核。
5.1 軸的校核
對(duì)土豆切片機(jī)的主軸進(jìn)行校核，按軸的彎扭組合強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核
1. 軸在齒輪上的轉(zhuǎn)矩：
（5-1）
齒輪的分度圓直徑：
（5-2）
周向力： （5-3）
徑向力： （5-4）
軸向力： （5-5）
2. 主軸主要承受徑向載荷，如圖5-1所示為土豆切片機(jī)軸水平方向的受力示意圖，5-1所示為土豆切片機(jī)軸垂直方向的受力示意圖。
圖5-1 土豆切片機(jī)軸水平方向的受力示意圖
圖5-2 土豆切片機(jī)軸垂直方向的受力示意圖
3. 水平方向的反作用力的扭矩。
水平方向的反作用：
水平方向彎矩：
圖5-3 水平面上的彎矩
4.垂直的反作用力的扭矩。
垂直方向的反作用：
垂直方向彎矩：
圖5-4 垂直面上的彎矩
5. 合成彎矩的計(jì)算
（5-6）
（5-7）
圖5-5 合成彎矩
6. 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
由于土豆切片機(jī)主軸的旋轉(zhuǎn)同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知：α取值0.6，因此，根據(jù)軸的計(jì)算應(yīng)力公式可知：
（5-8）
由于土豆切片機(jī)主軸的材質(zhì)為45鋼，由于[] = 60 MPa，因此<[]，所以軸的強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求。
5.2軸承的壽命計(jì)算
軸承對(duì)于支撐軸的旋轉(zhuǎn)具有重要作用，在整個(gè)工作過程中，軸承的受力是不均衡的，但進(jìn)行切削土豆時(shí)，軸承會(huì)受到較大的力。長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行工作，軸承可能會(huì)發(fā)生失效。故要對(duì)所選軸承零件進(jìn)行壽命預(yù)算，以確保零件在使用期內(nèi)不發(fā)生損壞。
對(duì)于軸上的軸承，會(huì)承受兩個(gè)方向的力，但是主要承受徑向力，故此次設(shè)計(jì)的軸承選用圓錐滾子軸承。主要承受徑向載荷，同時(shí)也可以承受較少的軸向載荷。
確定軸承的承載能力
查得，圓錐滾子軸承30207的，，，，。
10000型調(diào)心球軸承2212的，，e=0.28，。
（2)計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
由結(jié)構(gòu)知，。
計(jì)算軸承的徑向支反力：
產(chǎn)生的壓軸力F=8000N，水平方向：
垂直方向：
水平方向支反力如圖5-6所示。
圖5-6水平方向支反力
（5-9）
（5-10）
垂直方向支反力如圖5-7所示。
圖5-7垂直方向支反力
合成支反力：
（5-11）
（5-12）
由，查表取
得當(dāng)量動(dòng)載荷：
（5-13）
（5-14）
（3）軸承壽命的校核
調(diào)心球軸承2515：
=16053（h） （5-15）
因此，滿足設(shè)計(jì)要求。
調(diào)心軸承2212：
（5-16）
所以，符合設(shè)計(jì)要求。
對(duì)于軸承，由于只受純軸向載荷，且，該軸運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)，通過查閱機(jī)械設(shè)計(jì)的得出載荷系數(shù)為fp=1.2，帶入數(shù)據(jù)可得：
（5-17）
根據(jù)選擇軸承的型號(hào)為，其基本額定動(dòng)載荷是，轉(zhuǎn)速是，因?yàn)槭褂玫膱A錐滾子軸承，所以。
帶入公式計(jì)算可知：
（5-18）
由以上計(jì)算軸承壽命符合要求。
5.3鍵的校核
此次設(shè)計(jì)的土豆切片機(jī)所使用的普通平鍵是主要連接軸和V帶輪，因此普通平鍵既要承受扭矩，還要承受一定載荷。所以對(duì)平鍵的校核十分重要。
一般來說，平鍵連接主要失效形式由：工作面被壓潰（靜連接），工作面過度磨損（動(dòng)連接），個(gè)別情況下會(huì)出現(xiàn)鍵被剪斷這幾種方式組成。對(duì)于提升電機(jī)和絲杠處的普通平鍵尺寸是14×20×70，
根據(jù)公式：
MPa （5-19）
式中：d—軸的直徑，mm；k—鍵與輪轂的接觸高度，mm；h—鍵的高度（），mm；l—鍵的工作長(zhǎng)度，； T—轉(zhuǎn)矩。
（5-20）
其中，——許用擠壓應(yīng)力MPa。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》得取許用擠壓應(yīng)力為。所以：
（5-21）
所以通過計(jì)算可知，設(shè)計(jì)強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求。
第六章 機(jī)架的設(shè)計(jì)
6.1 機(jī)架設(shè)計(jì)要求
機(jī)架是各種設(shè)備的骨架，對(duì)于設(shè)備的零部件具有重要的支撐和保護(hù)作用。在設(shè)計(jì)機(jī)架的時(shí)候要考慮到機(jī)架設(shè)計(jì)的相關(guān)原則：一是機(jī)架結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單，便于安裝零部件；二是結(jié)構(gòu)要合理，便于生產(chǎn)制造；三是機(jī)架要有足夠的剛度和硬度。四是機(jī)架要具有良好的抗振性能以及耐腐蝕的性能。
結(jié)合土豆切片機(jī)的工作性能和要求，此次設(shè)計(jì)的機(jī)架主要是以框架結(jié)構(gòu)采用焊接的方式為主，其主要設(shè)計(jì)要求如下所示：
1. 材料選擇合適，機(jī)架質(zhì)量較輕；
2. 結(jié)構(gòu)合理，便于制造以及便于安裝零部件；
3. 抗振減振性能較好，噪音較小；
4. 耐腐蝕性能強(qiáng)；
5. 機(jī)架造型美觀。
6.2 機(jī)架材料的選擇及壁厚設(shè)計(jì)
土豆切片機(jī)的機(jī)架材料，一般來說可以有三種材料，鑄鐵、鑄鋼以及鑄造鋁合金。此次設(shè)計(jì)的土豆切片機(jī)形狀較為復(fù)雜，應(yīng)該具有較好的減振吸振的作用、以及材料價(jià)格盡量低的要求。因此，通過分析上述三種機(jī)架材料，各有優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)這三種材料的性能，結(jié)合本次設(shè)計(jì)機(jī)架的使用要求，機(jī)架的材料選用灰口鑄鐵，牌號(hào)為HT200?；铱阼T鐵HT200具有很好的鑄造性能和減震性能，以及價(jià)格便宜，應(yīng)用也較為廣泛。
由于機(jī)架的壁厚主要起到保護(hù)以及美觀的作用，對(duì)于機(jī)架的壁厚，在滿足工作要求的前提下，為了減輕土豆切片機(jī)的整體質(zhì)量，機(jī)架壁厚盡可能的要薄一點(diǎn)，本設(shè)計(jì)的機(jī)架壁厚選擇5mm即可。
6.3 機(jī)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
土豆切片機(jī)的機(jī)體設(shè)計(jì)成焊接形式，主要包括：基座和箱體，材料選用HT200。為了減輕機(jī)體的質(zhì)量，將箱體焊接在基座上，箱蓋在最上方，即一個(gè)箱體結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)具有輕便、簡(jiǎn)單、牢固以及減震抗震性能好的特點(diǎn)。極佳的連接方式選用焊接，焊接具有制造周期短、工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉以及牢固性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
此外，電動(dòng)機(jī)固定在機(jī)座上面，這種設(shè)計(jì)更方便于對(duì)皮帶進(jìn)行預(yù)緊以及檢查。因此，土豆切片機(jī)的裝配圖如圖6-1所示。
圖6-1 土豆切片機(jī)的裝配圖
第七章 結(jié)論與展望
7.1結(jié)論
通過查閱土豆這類塊莖類疏菜切片機(jī)的相關(guān)資料，本文以土豆為研究對(duì)象，在詳細(xì)分了土豆的形狀與材質(zhì)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)的土豆切片機(jī)主要面向于小型作坊或者家用的土豆切片機(jī)。主要的土豆切片機(jī)的結(jié)構(gòu)和整個(gè)過程進(jìn)行了設(shè)計(jì)與計(jì)算。其中主要包括對(duì)總體方案的確定，并對(duì)V帶、軸、刀片、刀盤等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，以及對(duì)主要零部件進(jìn)行了選擇校核，最終實(shí)現(xiàn)土豆切片機(jī)的預(yù)期工作目標(biāo)。其中主要工作過程為：電機(jī)經(jīng)過帶傳動(dòng)帶動(dòng)帶輪，帶輪帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，主軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子上的2個(gè)刀片主要是通過4個(gè)螺栓進(jìn)行固定，轉(zhuǎn)子帶動(dòng)刀片旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的刀片通過漏斗與刀片的間隙切削出土豆片。從而實(shí)現(xiàn)了配套動(dòng)力1.5kW，切片厚度2～5mm的土豆切片機(jī)。
7.2展望
調(diào)查顯示，我國的切片機(jī)行業(yè)雖然規(guī)模龐大，但多以中小型企業(yè)為主，國產(chǎn)的切片機(jī)仿制現(xiàn)象較為嚴(yán)重，雖然宣傳力度很大，但實(shí)際操作的效果并不理想，嚴(yán)重影響了正常的加工生產(chǎn)工作。國產(chǎn)的切片機(jī)行業(yè)整體上還處于初級(jí)階段，缺乏自主創(chuàng)新能力，且市場(chǎng)布局小而散亂，未來還需要走很長(zhǎng)的一段路。
1.創(chuàng)新技術(shù)上，食品機(jī)械設(shè)備制造企業(yè)可尋求企業(yè)合作、校企交流的工作，積極主動(dòng)吸納高新技術(shù)人才，打造擁有技術(shù)核心的團(tuán)隊(duì)，在技術(shù)創(chuàng)新上有進(jìn)一步的飛躍。
2.除了人才隊(duì)伍培養(yǎng)，還需要不斷加大研發(fā)資金投入，時(shí)刻洞察國際技術(shù)潮流，緊跟市場(chǎng)和時(shí)代發(fā)展需求，如此，才能在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和美好的發(fā)展前景中獲得屬于自己的機(jī)遇。
3.在發(fā)展的過程中，還需要時(shí)刻關(guān)注市場(chǎng)需求的走向。
就目前來說，市面上對(duì)于切片機(jī)這一設(shè)備的需求量是巨大的，而且所涉及領(lǐng)域范圍較廣。同時(shí)整個(gè)行業(yè)也在不斷朝著高科技、人性化發(fā)展，隨著化工器械產(chǎn)業(yè)不斷向更高科技、更人性化的方向發(fā)展，該設(shè)備在未來發(fā)展中也將會(huì)加入更多高科技的因素，以提高切片的精度和質(zhì)量。同時(shí)隨著市場(chǎng)的逐步成熟和規(guī)范，未來切片機(jī)設(shè)備的自動(dòng)化水平也將會(huì)得到提升。大家應(yīng)當(dāng)知道，在同類產(chǎn)品中，自動(dòng)化設(shè)備逐步替代半自動(dòng)化設(shè)備，先進(jìn)設(shè)備逐步替代落后設(shè)備，產(chǎn)品技術(shù)水平將成為決定企業(yè)市場(chǎng)份額的關(guān)鍵因素。
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致謝
論文寫完了，大學(xué)也上完了，經(jīng)歷了專升本的我，沒有選擇考研，這將是我最后的大學(xué)時(shí)光。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，鍛煉了自己寫論文的能力，而且還鍛煉了自己的查資料的能力，并且提高了自己看圖、繪圖的能力，為自己以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在論文撰寫過程中，得到了同學(xué)和老師的大力幫助。
在這里我想感謝一下我的父母，支持我選擇專升本，能給我創(chuàng)造出這樣優(yōu)越的學(xué)習(xí)條件，讓我能夠安心地進(jìn)行學(xué)習(xí)，能夠再一次感受到大學(xué)生活的美好與快樂，你們辛苦了！
我還要感謝我的指導(dǎo)老師殷鳳蘭老師。她是一名優(yōu)秀的教師，是一個(gè)有愛的老師，這兩年的時(shí)間里，真的很高興能夠遇到你。再次感謝殷老師日常對(duì)我的引導(dǎo)與幫助，尤其在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，對(duì)我提出的問題進(jìn)行了詳細(xì)耐心的講解，真的十分敬佩老師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度。這幾個(gè)月的接觸讓我學(xué)到了很多，相信會(huì)讓我受益終生。老師，您辛苦了！
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