果蔬擦皮機(jī)設(shè)計(jì),果蔬擦皮機(jī),設(shè)計(jì)
編號(hào) 20141051317 本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 果蔬擦皮機(jī)設(shè)計(jì) fruit and vegetable brush machine design 學(xué) 生 姓 名 常誠(chéng) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 1051317 指 導(dǎo) 教師 吳翠紅 分 院 機(jī)電工程分院 2014 年 6 月 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘 要 果蔬擦皮機(jī)在食品工業(yè)上應(yīng)用比較廣泛，比如罐頭、生產(chǎn)果汁等，因此本人對(duì)該 機(jī)械進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)。該說(shuō)明書主要介紹了以摩擦原理為基礎(chǔ)的、適合食品加工工廠等 場(chǎng)所使用的大型果蔬原料（土豆、胡蘿卜等塊莖）去皮機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、工作原理和設(shè) 備組成。通過(guò)對(duì)去皮部分與電機(jī)的選型配套，滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算，卷筒從動(dòng) 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算，滾子鏈的傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算，傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)及動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算，減 速器的選用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與布置，及其強(qiáng)度校核以及密封裝置的選擇，使脫皮機(jī)具有運(yùn) 轉(zhuǎn)平穩(wěn)、成本低、維修方便等特點(diǎn)。 關(guān)鍵詞：摩擦 去皮 傳動(dòng) 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) Abstract Rub the skin of fruits and vegetables in the food industry machines used widely,such as canned food、fruit juice production,so I designed the mechanical innovations.This paper introduced the large-scale machine for peeling vegetable and fruit(potato and carrot and so on of tobers) which is designed by the principle of friction and suited to the factory of food processing ,and it presented the key of design ,working principle and the composition of the large-scale machine.Peeling some of the motor through the selection of matching, selection and check of rolling bearings calculation, drum driven shaft design calculation, the transmission roller chain design and calculation, transmission of the motion parameters and dynamic parameters of the calculation, speed reducerselection, structural design and layout, and the strength of the choice of checking and sealing device, so that peeling machine is running stable, low cost, easy maintenance. Keywords: friction peeling transmission 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) I 目 錄 緒 論 ........................................................1 第一章 果蔬原料摩擦擦皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ..........................7 1.1 基本結(jié)構(gòu) ...............................................7 1.1.1 工作圓筒 ..........................................7 1.1.2 工作轉(zhuǎn)盤 ..........................................7 1.1.3 傳動(dòng)系統(tǒng) ..........................................7 1.1.4 清洗裝置 ..........................................7 1.2 工作原理 ...............................................7 第二章 果蔬原料摩擦擦皮機(jī)的參數(shù)確定 ..........................9 2.1 物料在工作圓筒內(nèi)的受力分析 ..............................9 2.2 工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的確定 .....................................10 2.3 果蔬原料擦皮機(jī)功率的確定 ...............................11 2.4 整機(jī)主要參數(shù)指標(biāo) .......................................12 第三章 主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 .............................13 3.1 V 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................13 3.2 傳動(dòng)主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 [16]...............................15 3.2.1 初步計(jì)算軸的直徑 ...................................15 3.2.2 擬定軸上零件的裝配方案 .............................15 3.2.3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 ...........15 3.2.4 軸上零件的周向定位 ................................16 3.2.5 確定軸上圓角和倒角尺寸 ............................17 3.3 滾動(dòng)軸承的初步選擇 .....................................17 第四章 軸的相關(guān)計(jì)算 .........................................18 4.1 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 [19] ...................................18 4.2 軸的計(jì)算和校核 .........................................18 4.2.1 做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 ..................................18 4.2.2 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 ...................................19 4.2.3 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 .........................19 4.2.4 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算 ...............................20 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) II 結(jié) 論 .....................................................21 致 謝 .....................................................22 參考文獻(xiàn) .....................................................23 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 緒 論 1.馬鈴薯、胡蘿卜果蔬的概述 隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品深加工已經(jīng)越來(lái)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)迅速發(fā)展起來(lái)，這更要求原料的深加工伴隨著發(fā)展。 其中果蔬和胡蘿卜等果蔬原料的深加工就是受到人們高度重視且發(fā)展較快的產(chǎn)業(yè)之一。 我國(guó)是果蔬的主要出產(chǎn)國(guó)，年種植面積和總產(chǎn)量均居世界第二位。但在我國(guó)絕大 部分果蔬被直接用作飼料和食用。由于每年僅有百分之幾用于深加工，致使鮮薯過(guò)剩， 增加了越冬保鮮難度，也降低了它的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。究其原因主要是缺少加工設(shè)備，特別 是去皮機(jī)械。而從國(guó)外引進(jìn)設(shè)備價(jià)格昂貴，生產(chǎn)成本高，致使國(guó)內(nèi)該產(chǎn)業(yè)發(fā)展緩慢。 在世界上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，果蔬深加工一般都占總產(chǎn)量的 50%—80%。目前，美國(guó)是 世界上最大的果蔬生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó)，果蔬食品加工企業(yè)有 300 多家，其子公司遍布世 界十幾個(gè)國(guó)家。美國(guó)的果蔬產(chǎn)品不僅暢銷國(guó)內(nèi)，且大量出口干制食品及方便食品占據(jù) 了世界大部分市場(chǎng)。近 20 年來(lái)，德、法、英、荷蘭、瑞士及日本等國(guó)家，也在致力 發(fā)展果蔬食品深加工工業(yè)，從而使世界果蔬食品加工業(yè)進(jìn)入蓬勃發(fā)展階段。 2.國(guó)內(nèi)外馬鈴薯、胡蘿卜塊莖原料擦皮設(shè)備簡(jiǎn)介 國(guó)內(nèi)外果蔬、胡蘿卜塊莖原料去皮方法大致有三種，即機(jī)械去皮、蒸汽去皮和化 學(xué)去皮，三種去皮方法的工作原理為 [1]： 機(jī)械去皮：在圓筒形容器中，依靠帶有磨料的圓盤、滾輪或依靠特制的橡膠輥在中速 或高速旋轉(zhuǎn)中摩擦塊莖的表面而達(dá)到去皮目的。 蒸汽去皮：在高壓容器內(nèi)，通入高壓蒸汽使塊莖表面受熱，然后打開(kāi)容器蓋，突然釋 放壓力，塊莖的表皮和果肉即自行分離。 化學(xué)去皮：在耐堿容器內(nèi)，加入強(qiáng)堿溶液并加溫，后加入塊莖，經(jīng)一段時(shí)間后塊莖的 表皮被堿溶液腐蝕，經(jīng)高壓水反復(fù)沖洗干凈后，在將塊莖放入機(jī)械去皮機(jī)中剝?nèi)ケ砥ぁ?(1）目前，國(guó)內(nèi)主要使用機(jī)械摩擦去皮機(jī) [2]。 如圖 1[3]所示，該機(jī)由機(jī)蓋、機(jī)筒、機(jī)座、電機(jī)、砂盤等部分組成。以電機(jī)為 動(dòng)力，通過(guò)減速齒輪帶動(dòng)機(jī)筒底部的砂盤旋轉(zhuǎn)。塊莖加入機(jī)筒內(nèi)，因其離心力和相互 碰撞作用，在機(jī)筒內(nèi)上、下、左、右翻動(dòng)，表面被砂盤均勻的摩蝕，去皮結(jié)束時(shí)加入 清水，再打開(kāi)側(cè)門，塊莖從側(cè)門自動(dòng)排出，皮屑隨水流從砂盤的周圍間隙排出，該機(jī) 為間歇生產(chǎn)。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 圖 1 機(jī)械式摩擦擦皮裝置 （2）蒸煮裝置 圖 2 間歇式蒸煮裝置 國(guó)內(nèi)食品加工業(yè)使用的連續(xù)式鏈帶蒸煮機(jī)和高壓蒸煮鍋，機(jī)體龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 造價(jià)昂貴，小型果蔬原料食品加工廠引進(jìn)使用有一定困難。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)果蔬片 的蒸煮要求并不高，使用自制的蒸煮裝置完全可以滿足要求。 圖 2[4]為食堂、飯店常用的蒸煮裝置結(jié)構(gòu)示意圖。 在一個(gè)大型蒸煮容器內(nèi)鋪設(shè)軌道，道軌通到容器大門外切片機(jī)附近。道軌上置放平板 小車，小車上裝有方形籠屜若干層。塊莖切片后，依次放入籠屜。待所有的籠屜子都 裝滿薯片后，將小車連同籠屜推入容器中，密封大門，再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 后，打開(kāi)大門，拉出小車和籠屜，取出薯片。 蒸煮容器為長(zhǎng)方形，下部設(shè)有進(jìn)氣管道和閥們，上部有排氣管。容器框架由角鋼制作， 外壁由鋼板制造，并用隔熱材料涂抹保溫。 （3）化學(xué)去皮裝置 在由防堿材料制成的容器中注入氫氧化鈉溶液，溶液濃度為 15%—25%。加熱溶液， 溫度達(dá)到 87—95 C，加入塊莖攪拌使溫度保持在 70 C 左右；經(jīng)過(guò) 2—6 分鐘，塊莖? ? 的表皮開(kāi)始變松變軟；撈出塊莖，用高壓水反復(fù)沖洗，知道表面無(wú)殘留物為止。撈出 的塊莖也可放入機(jī)械式去皮機(jī)中剝?nèi)ケ砥ぁ?本法的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)不同大小、不同形狀的塊莖適合性好，去皮快，不需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜 的專門設(shè)備。缺點(diǎn)是沖洗塊莖需要大量清水，皮屑不能利用，排出的廢液污染環(huán)境。 由于去皮方法不同，國(guó)內(nèi)外果蔬、胡蘿卜去皮機(jī)械的結(jié)構(gòu)形式也各不相同，去皮差異 較大，去皮率大致為 7%-25%，其中機(jī)械去皮率為最大，蒸汽去皮率為最小。 表 1 國(guó)內(nèi)外幾種去皮設(shè)備的去皮性能比較 機(jī)型 離心式切削去皮機(jī) 機(jī)械去皮機(jī) 蒸汽式去皮機(jī) 化學(xué)法 去皮機(jī) 結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單 復(fù)雜 復(fù)雜 簡(jiǎn)單 對(duì)塊莖要求 卵 卵圓形，芽 卵，卵圓形，芽 無(wú)要求 無(wú)要 求 眼淺，無(wú)傷痕 眼淺，無(wú)傷痕 產(chǎn)品質(zhì)量 表面光滑，無(wú)污染， 表面光滑，無(wú)污 表面光滑，有蒸 表面 光滑，無(wú)蒸 無(wú)蒸煮層 染，淀粉損失大 煮層，無(wú)污染 煮層， 有污染 皮屑 可利用 部分利用 部分利用 不可 利用 有無(wú)加熱設(shè) 無(wú) 無(wú) 需要（150-200 度） 需 要（85-95 度） 通過(guò)上表 [5]的比較分析以及聯(lián)系本次設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，同時(shí)結(jié)合我國(guó)在去皮機(jī)上的實(shí) 際水平考慮經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到能以最少的投資獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，決定以機(jī)械去皮機(jī)為 設(shè)計(jì)研究方案。在果蔬原料的加工預(yù)處理工藝中主要進(jìn)行去皮的處理加工。 3.果蔬的清洗 果蔬原料清洗的目的在于洗去果品表面附著的灰塵、泥砂和大量的微生物以及部 分殘留的化學(xué)農(nóng)藥，保證產(chǎn)品的清潔衛(wèi)生，從而保證制品的質(zhì)量。果品原料在生產(chǎn)過(guò) 程中常有許多來(lái)自土壤和植物器官的微生物。據(jù)報(bào)道，長(zhǎng)有“煙煤”的甜橙，其表面 的帶菌數(shù)達(dá)每平方厘米幾千甚至幾十萬(wàn)個(gè)，某些有傷害的果品也同樣含有大量的微生 物。洗滌對(duì)于減少物料的帶菌數(shù)，特別是耐熱性芽孢，具有十分重要的意義。另一方 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 面，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)常大量使用農(nóng)藥，洗滌對(duì)于除去果品表面的農(nóng)藥殘留也有一定的意義。 對(duì)于農(nóng)藥殘留的果品，或如枇杷等要手工剝皮的果品以及制取果汁、果酒、果醬、 果凍等制品的原料，洗滌時(shí)常應(yīng)在水中加化學(xué)洗滌劑（見(jiàn)下表） 。常見(jiàn)的有鹽酸、醋 酸，有時(shí)用氫氧化鈉等強(qiáng)堿以及漂白粉、高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑，可除去蟲卵、減少耐 熱菌芽孢。近年來(lái)，更有一些脂肪酸系的洗滌劑如單甘油酸酯、磷酸鹽、蔗糖脂肪酸 酯、檸檬酸鈉等應(yīng)用于生產(chǎn)。 表 2 幾種常用化學(xué)洗滌劑 藥品 種類 濃度 溫度處理時(shí)間 處理對(duì)象 鹽酸 0.5%～1.5% 常溫 3～5min 蘋果、梨、櫻桃、葡萄等具蠟質(zhì) 果實(shí) 氫氧 化鈉 0.1% 常溫?cái)?shù)分鐘 具果粉的果實(shí)，如蘋果 漂白 粉 600mg/kg 常溫 3～5min 柑橘、蘋果、桃、梨等 高錳 酸鉀 0.1% 常溫 10min 左右 枇杷、楊梅、草莓、樹莓等 果蔬的清洗方法多種多樣，須根據(jù)生產(chǎn)條件、果品形狀、質(zhì)地、表面狀態(tài)、污染 程度、夾帶泥土量以及加工方法而定。 1、手工清洗 手工清洗是簡(jiǎn)單的方法。所需設(shè)備只要清洗池、洗刷和攪動(dòng)工具即可。在池上安 裝水龍頭或噴淋設(shè)備，池底開(kāi)有排水孔，以便排除污水。有條件時(shí)，在池靠底部裝上 可活動(dòng)的濾水板，清洗時(shí)，泥砂等雜質(zhì)可隨時(shí)沉入底部，使上部水較清潔。大小可按 需要建造，可建成方形、長(zhǎng)形或圓形，池體可用磚砌成，再鋪磨石和混凝土或磁磚， 也可用不銹鋼板單個(gè)制成，池底裝有重錘排污閥。 手工清洗簡(jiǎn)單易行，設(shè)備投資少，適用于任何種類的果品，但勞動(dòng)強(qiáng)度大，非連 續(xù)化效率低。對(duì)于一些易損傷的果品如楊梅、草莓、櫻桃等，此法較合適。 普通手工清洗池可制成長(zhǎng)方形，大小隨意，也可以幾個(gè)連在一起，在清洗池上方 安裝冷、熱水管和噴頭，用以噴水洗滌果品。另有一根水管直通池底，用此洗滌不需 噴洗的原料。在清洗池上方有溢水管，下方為排水管。池底可安裝壓縮空氣管，通入 壓縮空氣使水翻動(dòng)，提高清洗效果。 2、機(jī)械清洗 用于果蔬清洗的機(jī)械多種多樣，典型的有如下幾種： （1） 滾筒式清洗機(jī) 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 主要部分是一個(gè)可以旋轉(zhuǎn)的滾筒，筒壁成柵欄狀，與水平面成 3°左右的傾斜， 安裝在機(jī)架上。滾筒內(nèi)有高壓水噴頭，以 300～400kPa 的壓力噴水。原料由滾筒一端 經(jīng)流水槽進(jìn)入后，即隨滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)與柵欄板條相互摩擦至出口，同時(shí)被沖洗干凈。此 種機(jī)械適合于質(zhì)地比較硬和表面不怕機(jī)械損傷的原料。李、黃桃等均可用此法。 （2）噴淋式清洗機(jī) 在清洗裝置的上方或下方均安裝噴水裝置，原料在連續(xù)的滾筒或其他輸送帶上緩 緩向前移動(dòng)，受到高壓噴水的沖洗。噴洗效果與水壓、噴頭與原料間的距離以及噴水 的水量有關(guān)，壓力大，水量多，距離近，則效果好。此法常在柑橘制汁等連續(xù)生產(chǎn)線 中應(yīng)用。 （3）壓氣式清洗機(jī) 基本原理是在清洗槽內(nèi)安裝有許多壓縮空氣噴嘴，通過(guò)壓縮空氣使水產(chǎn)生劇烈的 翻動(dòng)，物料在空氣和水的攪動(dòng)下進(jìn)行清洗。在清洗槽內(nèi)的原料可用滾筒、金屬網(wǎng)、刮 板等傳遞。此種機(jī)械用途廣，常見(jiàn)的有草莓洗果機(jī)。 （4）槳葉式清洗機(jī) 這是在清洗槽內(nèi)安裝有槳葉的裝置，每對(duì)槳葉垂直排列，末端裝有撈料的斗。清洗時(shí)， 槽內(nèi)裝滿水，開(kāi)動(dòng)攪拌機(jī)，然后可連續(xù)進(jìn)料，連續(xù)出料。新鮮水也可以從一端不斷進(jìn) 入。 4.果蔬的燙漂 果蔬的燙漂，生產(chǎn)中常稱預(yù)煮，即將已切分的或經(jīng)其他預(yù)處理的新鮮原料放入沸 水或熱蒸汽中進(jìn)行短時(shí)間的處理。主要目的在于： （1）果蔬原料經(jīng)過(guò)燙漂處理后可以鈍化其內(nèi)部的酶，排除果實(shí)內(nèi)部空氣，防止 果品多酚類物質(zhì)及色素、維生素 C 等發(fā)生氧化褐變，具有穩(wěn)定或改進(jìn)色澤的作用。 （2）原料經(jīng)燙漂后，組織細(xì)胞死去，膨壓消失，改變了細(xì)胞膜的通透性。在果 品干制、糖制過(guò)程中，使水分易蒸發(fā)，糖分易滲入，不易產(chǎn)生裂紋和皺縮。 （3）燙漂可以除去果品表面的大部分污物、蟲卵微生物及殘留農(nóng)藥。 （4）由于空氣從組織中排出，體積縮小，燙漂以后組織比較透明，色澤明亮。 但是燙漂同時(shí)要損失一部分營(yíng)養(yǎng)成分，熱水燙漂時(shí)，果品要損失相當(dāng)?shù)目扇苄怨?形物。果品燙漂常用的方法有熱水和蒸汽兩種。熱水燙漂的優(yōu)點(diǎn)是物料受熱均勻，升 溫速度快，方法簡(jiǎn)便。缺點(diǎn)是可溶性固形物損失多，其燙漂用水的可溶性固形物濃度 隨燙漂的進(jìn)行不斷加大，且濃度越高，果品中的可溶性物質(zhì)損失越多，故應(yīng)不斷更換。 果蔬燙漂的方法可用手工在夾層鍋內(nèi)進(jìn)行，現(xiàn)代化生產(chǎn)常采用專門的連續(xù)化機(jī)械。 依其輸送物料的方式，目前主要機(jī)械有鏈帶式連續(xù)預(yù)煮機(jī)和螺旋式連續(xù)預(yù)煮機(jī)。 果蔬燙漂的程序，應(yīng)根據(jù)果品的種類、塊形、大小、工藝要求等條件而定。一般 情況下，特別是罐藏時(shí)，從外表上看果實(shí)燙至半生不熟，組織較透明，失去新鮮果品 的硬度，但又不像煮熟后的那樣柔軟即被認(rèn)為適度。燙漂條件也以果品中的最耐熱的 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 過(guò)氧化物酶的鈍化作標(biāo)準(zhǔn)，特別是在干制和冷凍時(shí)更如此。 5.果蔬的抽空處理 某些果品如蘋果、梨等內(nèi)部組織較松，含空氣較多，對(duì)加工、特別是罐藏不利如 變色、改變風(fēng)味、組織形態(tài)不良、果塊上浮、腐蝕罐壁、降低罐內(nèi)真空度，使罐頭內(nèi) 容物品質(zhì)發(fā)生變質(zhì)，需進(jìn)行抽空處理，即將原料在一定的介質(zhì)里置于真空狀態(tài)下，使 內(nèi)部空氣釋放出來(lái)，代之為糖水或無(wú)機(jī)鹽水等介質(zhì)。 果品的抽空裝置主要由真空泵、氣液分離器、抽空鍋組成（見(jiàn)圖） 。真空泵采用 食品工業(yè)中常用的水環(huán)式，除能產(chǎn)生真空外，還可帶走水蒸氣。抽空鍋是帶有密封蓋 的圓形筒，內(nèi)壁用不銹鋼制造，鍋上有真空表、進(jìn)氣閥和緊固螺絲。 果品抽空的具體方法有干抽和濕抽兩種，分述如下。 （1）干抽法 將處理好的果品裝于容器中，置于 90kPa 以上的真空室或鍋內(nèi)抽 去組織內(nèi)的空氣，然后吸入規(guī)定濃度的糖水或鹽水等抽空液，使之淹沒(méi)果面 5cm 以上， 當(dāng)抽空液吸入時(shí)，應(yīng)防止真空室或鍋內(nèi)的真空度下降。 （2）濕抽法 將處理好的果實(shí)，浸沒(méi)于抽空液中，放在抽空室內(nèi)，在一定的 真空度下抽去果內(nèi)的空氣，抽至果品表面透明。 果品所用的抽空液常用糖水、鹽水、護(hù)色液三種，因種類、品種和成熟度而選用。 原則上抽空液的濃度越低，滲透越快；濃度越高，成品色澤越好。 抽空處理的條件和參數(shù)主要有： （1）真空度 真空度越高，空氣逸出越快，一般在 87~93kPa 為宜。成熟度高， 細(xì)胞壁較薄的果品真空度可低些，反之則要求高些。 （2）溫度 理論上抽空液溫度越高，滲透效果越好，但一般不宜超過(guò) 50℃。 （3）抽氣時(shí)間 果品的抽氣時(shí)間依品種而定，一般抽至抽空液滲入果塊，而呈 透明狀或半透明狀即可，生產(chǎn)時(shí)應(yīng)做小型試驗(yàn)。 （4）果蔬受抽面積 理論上受抽面積越大，抽氣效果越好。小塊比大塊好， 切開(kāi)好于整果，皮核去掉的好于帶皮核的。但這應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)和果品的具體情況而 定。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第一章 果蔬原料摩擦擦皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.1 基本結(jié)構(gòu) 該機(jī)采用立式機(jī)型，主要包括工作圓筒，工作轉(zhuǎn)盤，機(jī)架和傳動(dòng)部分，見(jiàn)裝配圖。 1.1.1 工作圓筒 工作圓筒部分包括圓柱形工作筒和倒梯形集皮槽。它由熱軋鋼板卷焊而成（采用 熱軋鋼板是因?yàn)樗哂辛己玫哪透g性能承受一定的沖擊載荷，具有較高的硬度和耐 摩性，特別是對(duì)于此類食品加工設(shè)備，食品安全衛(wèi)生狀況最佳） 。筒內(nèi)壁為粗糙表面， 以棕剛玉摻環(huán)氧樹脂澆注、烘干而成。圓筒的側(cè)壁開(kāi)有帶活門的出料口，物料塊莖在 離心力的作用下甩出來(lái)，碰在出料門的內(nèi)壁上并改變方向，以便于物料的收集。出料 口和排渣口的方位可根據(jù)接收容器的放置位置和方便操作來(lái)確定。 1.1.2 工作轉(zhuǎn)盤 工作轉(zhuǎn)盤是物料去皮過(guò)程中產(chǎn)生機(jī)械作用的主要部件。根據(jù)胡蘿卜、果蔬的生物 學(xué)特性及物理特性，吸收手工去皮的基本原理，確定轉(zhuǎn)盤的基本形狀為圓盤形，轉(zhuǎn)盤 表面為中心向四周輻射的凸起波紋狀。為增大物料和轉(zhuǎn)盤的摩擦，用棕剛玉摻環(huán)氧樹 脂通過(guò)模型澆注在盤的頂面上，大概 20mm 厚，經(jīng)烘干制成。亦具有一定的去皮作用。 轉(zhuǎn)盤下方設(shè)有隨盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的擋水環(huán)，以防止清洗水進(jìn)入軸承 [6]。 1.1.3 傳動(dòng)系統(tǒng) 該傳動(dòng)系統(tǒng)采用 V 帶一級(jí)傳動(dòng)。電機(jī)安裝在機(jī)架上水，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。 1.1.4 清洗裝置 工作圓筒下部設(shè)有排渣口，清洗水連同物料皮渣一起從這里排出。機(jī)械的出料口 后面設(shè)置一個(gè)清洗裝置，清洗裝置有機(jī)架和篩網(wǎng)組成，篩網(wǎng)由很多個(gè)半徑為 15mm 的 圓依次排列，用于物料出料斗后水沖洗的皮子和廢水一起流下，物料在篩網(wǎng)上面，實(shí) 現(xiàn)了物料和皮的分離，物料由傾斜篩網(wǎng)順勢(shì)往下排，由料斗收集。 1.2 工作原理 當(dāng)去皮機(jī)工作時(shí)，工作轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，物料由斗形進(jìn)料口加入，物料落到旋轉(zhuǎn)圓盤表 面上的波紋凸起上時(shí)，受離心力的作用由工作圓盤的中心向外運(yùn)動(dòng)，同時(shí)被拋起向筒 壁的粗糙表面并產(chǎn)生摩擦。物料不斷的沿工作圓筒壁運(yùn)動(dòng)，上升到頂蓋，又被頂蓋擋 回落入工作盤表面。物料在這樣的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，被猛烈翻滾攪動(dòng)，從而形成了與 盤、筒壁及顆粒之間的以翻轉(zhuǎn)、揉搓摩擦為主，撞擊為輔的綜合機(jī)械作用效果，從而 達(dá)到去皮的目的。在摩擦去皮的同時(shí)，從進(jìn)水孔注入清水，及時(shí)將擦下的皮通過(guò)轉(zhuǎn)盤 與筒壁的縫隙沖至排渣口排出機(jī)體。在不停機(jī)的情況下，打開(kāi)出料口的活門，物料利 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 用離心力從出料口卸出。卸料前應(yīng)停止注水，以防止活門打開(kāi)后從出料口濺出。物料 落入左邊的清洗裝置上面后，受到噴灑出來(lái)的水的清洗，通過(guò)篩網(wǎng)皮就被沖出篩網(wǎng)， 物料留在了篩網(wǎng)上面，篩網(wǎng)的傾斜，收到重力作用和出料時(shí)的離心力，會(huì)順勢(shì)往下運(yùn) 動(dòng)，端末有個(gè)漏斗式的收集器。把物料收集起來(lái)從而實(shí)現(xiàn)物料收集。如果遇到篩網(wǎng)堵 塞可以手搖機(jī)架下放的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，把篩網(wǎng)左右搖晃幾下，可以把篩網(wǎng)的皮沖走。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 第二章 果蔬原料摩擦擦皮機(jī)的參數(shù)確定 2.1 物料在工作圓筒內(nèi)的受力分析 物料在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)的受力情況如下圖所示： 1 波紋 2 圓盤 圖 2.1 轉(zhuǎn)盤受力情況 設(shè)波紋角為 ,物料的速度為 V。當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)推動(dòng)物料 A 運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)方向垂? 直于波紋切線。V 可以分解為 V 垂直 和 V 水平 ，CB 與轉(zhuǎn)盤平面平行，可以看作是轉(zhuǎn)盤 圓周速度 R，? 式中 為角速度（1/s）,R 為轉(zhuǎn)盤半徑（m） V 垂直 =Vcos = Rsin cos (2.1)??? Sin2 =2sin cos sin cos = 2sin 則 V 垂直 = R （m/s）2sin 物料從垂直方向拋起的動(dòng)能 E 垂直 = mv2 垂直 = m( )2= m 2R2sin22 (N m)1si??81?? 此動(dòng)能應(yīng)等于勢(shì)能 mgh 即： m 2R2sin22 =mgh8 2R2sin22 =gh1?? 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 為了正常運(yùn)轉(zhuǎn)，拋高 h 一定要超過(guò)物料在工作圓筒內(nèi)的厚度，才能使最低層的物 料拋起與桶壁進(jìn)行摩擦，所以用 代替 h，即? 2R2sin22 =g81??? 又因?yàn)?= ，代入上式得?30n? （ ） 2 R2sin22 = g8130n?? 化簡(jiǎn)得 n=60 (r/min) (2.2)???2sing 角一般取 20。 －30 。? 為了正常運(yùn)轉(zhuǎn)，僅把物料拋起還不行，還要保證物料能拋向側(cè)壁進(jìn)行摩擦，拋向側(cè)壁 的力靠離心力為 C C= = = = （N ）Rmv 22)(?gRnG2)30(?92 此離心力應(yīng)大于波紋對(duì)物料的摩擦力 T，才能使物料離開(kāi)波紋拋向側(cè)壁，摩擦力 T=Gf(N) f 為摩擦系數(shù) 使 C T，即? Gf n = n 30 (轉(zhuǎn)/ 分) (2.3)90 2GR?2GRf90f?Rf 在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)?。?） 、 （2）兩式中的大值作為轉(zhuǎn)速值，設(shè)計(jì)所選擇的 n 值。 2.2 工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的確定 收購(gòu)果蔬、胡蘿卜等物料時(shí)，其包裝以編織袋居多，每袋 25KG－30KG，工作時(shí) 每次倒入兩袋（以袋的整數(shù)倍為一次計(jì)量） ，下面以此確定整機(jī)的尺寸和轉(zhuǎn)速。 果蔬、胡蘿卜的容量根據(jù)資料查找，選取一般值 900kg/m ,果蔬、胡蘿卜的長(zhǎng)度一般3 取在 50mm-200mm 之間考慮，轉(zhuǎn)盤半徑應(yīng)與物料長(zhǎng)度有一定的可比性，再考慮整機(jī) 結(jié)構(gòu)以及外形尺寸。 根據(jù)設(shè)計(jì)選定工作轉(zhuǎn)盤半徑 R＝400mm，則物料的堆高，根據(jù)公式 ＝m 可2R??? 以估算出，物料的堆高值 ＝110mm? 由（1）式可知，在 小于 45。 時(shí)，轉(zhuǎn)速隨 的增大而降低，考慮轉(zhuǎn)速不宜太高?? 且能有較大的拋高，取 ＝25 。 ，則由（1）式計(jì)算轉(zhuǎn)速最小值為 n＝93r/min。 果蔬、胡蘿卜與磨料的摩擦系數(shù)為 1.1-1.3,取 f＝1.2。 由（2）式計(jì)算轉(zhuǎn)速 n=52r/min 取以上兩者中的大值。 但由于以上確定的轉(zhuǎn)速僅適用于理想物料情況，實(shí)際工作中，由于物料之間的相 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 互碰撞、摩擦和物料的彈性影響，物料在此轉(zhuǎn)速下達(dá)不到計(jì)算高度，故 n 應(yīng)適當(dāng)放大 結(jié)合考慮，故最終選定工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速 n＝150r/min。 2.3 果蔬原料擦皮機(jī)功率的確定 擦皮機(jī)的功率消耗包括： 克服物料對(duì)轉(zhuǎn)盤摩擦力所需要的功率 N ；1 克服物料對(duì)工作圓筒壁摩擦力所需要的功率 N ；2 轉(zhuǎn)盤拋起物料所作的功率 N ；3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因摩擦而消耗的功率 N 4 以上功率分別以下公式 [9]計(jì)算 （W） (2.4) cpmM??1 式中 ————處于圓筒內(nèi)物料的摩擦力矩（N m）mpM?mp = （N m）2RGf 式中 G———物料重力（N） f———摩擦系數(shù)（1.1—1.3） ———摩擦臂矩（m）2R CP———物料與圓盤的平均相對(duì)角速度（1/s）,采用最大角速度的 1/2? (2.5) 60)3(21ncp??? 故 （W） (2.6)?1NRGf160fn?cpyMN??2 式中 ——————在離心力的作用下物料與側(cè)壁的瞬時(shí)摩擦力矩 （N m）yM ? （N m） (2.7)Rfmy??2?? 式中 ————物料圓周速度（m/s）? R?————摩擦臂矩（ = ） （m）?8 = （N m） (2.8)fmMy??2 gfGfRf222???? 故 （W ）nfgfN48068 22??? 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 （W ）603GsnkN? 式中 s———————工作轉(zhuǎn)盤表面波紋高度（m） k—————— 波紋的數(shù)量 即傳動(dòng)損失，可用傳動(dòng)效率 表示（ =0.9）4N? 則消耗的總功率為： (2.9)? ??60481202321 GsnkgfnGfRN???? 化簡(jiǎn)得 480)(2snkgffn??? （W） 結(jié)合上式根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，總功率可用以下式子進(jìn)行估算 N＝ （W） (2.10)??M 式中Ｍ為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩（N M）, 為傳動(dòng)效率?fGR? R 為摩擦臂矩（m） ，R ＝ 0.4D（D 為工作轉(zhuǎn)盤直徑） 根據(jù)上式則可算出工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩 M＝192N M? 用近似值進(jìn)行估算，達(dá)到生產(chǎn)要求所需的功率Ｎ＝3.5KW，考慮到電動(dòng)機(jī)效率 及意外情況，取電動(dòng)機(jī)功率 [10]為 4KW。 2.4 整機(jī)主要參數(shù)指標(biāo) 型號(hào) QP－100 工作轉(zhuǎn)盤直徑 800mm 轉(zhuǎn)速 150r/min 電動(dòng)機(jī) Y160M1－8 4KW（同步轉(zhuǎn)速 750r/min） 生產(chǎn)能力 2500kg/h(對(duì)果蔬、胡蘿卜 ) 每次投料量 50kg 每次去皮時(shí)間 約為 70 秒 去皮得率 95％ 去皮損耗率 5％? 清洗水耗量 3t/h 重量 500kg 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 第三章 主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算 3.1 V 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 由上述可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為 750r/min，額定功率 P＝4KW，工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為 150r/min，傳動(dòng)比 =5，電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速 n=720r/min，一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間小于 10h。? 計(jì)算功率 Pca 由機(jī)械設(shè)計(jì)書表 8-6[11]查得工作情況系數(shù) K ＝1.1 故A P ＝K P＝4.4kw (3.1)caA 選取普通 V 帶帶型 根據(jù)Ｐ ,n 由圖 8-9[12]確定為 SPZ 型窄 V 帶ca1 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由表 8-3 和表 8-7 取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 d =100mm1 根據(jù)式(8-15)，從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 d = d =500mm2? 根據(jù)表 8-7,取 d ＝500mm2 按式（8-13 ）驗(yàn)算帶的速度 106??dn?? ＝ ＝3.8m/s<35m/s10672? 故帶的速度合適。 確定普通 V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距 根據(jù) 0.7(d + d )
120 (至少需要達(dá)到 90 )1???5712???ad??5748910????? ? 故可知主動(dòng)輪的包角合適。 計(jì)算普通 V 帶的根數(shù) Z 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 由式（8-22 ）知 Z＝ (3.2)LcaKP?)(??? 由 n =720r/min，d ＝100mm， ＝5，查表 8-5c 和表 8-5d 得11? P ＝1.2kw P =0.12kw? ? 查表 8-8 得 K =0.87,查表 8-2，得 K ＝1.05 則?L Z＝ ＝3.6505.187.)12.0( 4?? 取 Z＝4 根（Z<10 合適） （g）計(jì)算預(yù)緊力 F ? 由式（8-3 ）知 F ＝500 (3.3)? 2)15.(qvKZPca???? 查表 8-4 得 q=0.07kg/m,故 F ＝ N=272.18N? ?????? ??2)8.3(07.)8.2(4.350 計(jì)算作用在軸上的壓軸力 F p 為了設(shè)計(jì)安裝帶輪的軸和軸承，必須確定傳動(dòng)作用在軸上的力 F p 由式（8-24 ）得 F ＝2ZF sin =2 =1997(N)p?21?213sin8.74?? 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì) V 帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無(wú)過(guò)大的鑄造內(nèi)應(yīng)力； 質(zhì)量分布均勻，輪槽工作面要精細(xì)加工（表面粗糙度 [13]一般應(yīng)為 3.2）,以減少帶的 磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。帶輪的材料 [14]選取 HT200 的灰鑄鐵，結(jié)構(gòu)為腹板式。見(jiàn) V 帶輪附圖 [15]。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 圖 3.1 V 帶輪簡(jiǎn)圖 3.2 傳動(dòng)主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 [16] 由于軸承的型號(hào)是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸徑的 基礎(chǔ)上進(jìn)行的，故 3.2.1 初步計(jì)算軸的直徑 軸的直徑可按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行估算，即 d=C P=3.5KW n=150r/min3np 式中Ｐ為軸傳遞的功率，kw;n 為軸的轉(zhuǎn)速，r/min;C 為由軸的材料和受載情況確定的 系數(shù)。軸用 45 號(hào)鋼材料，C 取 110。 則經(jīng)過(guò)計(jì)算 d =32mmmin 輸出軸的最小直徑顯然是安裝帶輪 2 的直徑，由于此傳動(dòng)主軸開(kāi)有兩個(gè)鍵槽，考 慮到鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱，則 d ＝32+32minm8.36%15?? 考慮到車螺紋，故取最小軸徑 d=55mm 3.2.2 擬定軸上零件的裝配方案 本軸的零件的裝配方案見(jiàn)裝配圖 軸的結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)零件附圖 1 3.2.3 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 L 段的軸段21? 為了滿足工作轉(zhuǎn)盤的軸向定位要求，考慮反轉(zhuǎn)螺帽的旋入深度，工作轉(zhuǎn)盤的厚度， 此軸段所車的螺紋長(zhǎng)度為 25mm，總長(zhǎng) L 90mm,直徑 d=55mm21? L 段的軸段32? 此段安裝有軸承，考慮工作圓筒內(nèi)的集皮空間和機(jī)架的厚度，此軸段的總長(zhǎng)（由 于此處選用凸緣式軸承蓋進(jìn)行密封，則軸承蓋連接螺釘直徑選 M10,數(shù)目 6 個(gè)） L ＝ 100mm，直徑 d＝65mm32? L 段的軸段4 此段主要是處于立式軸承座中，進(jìn)行軸承的軸向固定起承載作用，故長(zhǎng)度根據(jù)估算取 L ＝60mm d=74mm43? L 段的軸段5 此段的軸長(zhǎng)主要是與大帶輪發(fā)生聯(lián)系，在其上安裝有軸承，根據(jù)大帶輪的帶輪寬 B＝（ Z－1） =52mm,綜合考慮取此處 L ＝90mm,d=65mmf2??54? Ｌ 段的軸段65? 此段用來(lái)安裝大帶輪，由以上的大帶輪寬度可取此處軸段長(zhǎng)度 L ＝ 52mm,d=55mm。65? 圖 3.2 傳動(dòng)軸簡(jiǎn)圖 3.2.4 軸上零件的周向定位 工作圓筒和大帶輪的周向定位均采用平鍵聯(lián)接 d=由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查 [17]得所選用的平鍵截面 b (mm)(GB/T1095-1979),106??h 鍵槽用鍵槽銑刀加工，與工作轉(zhuǎn)盤相連的鍵槽長(zhǎng)取 45mm，也大帶輪相連的鍵槽長(zhǎng)取 32mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見(jiàn) GB/T1096-1979）,同時(shí)為了保證大帶輪與軸配合有良好的對(duì)中性， 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 故選擇大帶輪輪轂與軸的配合為 H7/n6,滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證 的，此處選軸的直徑尺寸公差 [18]是 n6。 3.2.5 確定軸上圓角和倒角尺寸 參考機(jī)械設(shè)計(jì)書，表 15-2，取軸端倒角為 ?452? 3.3 滾動(dòng)軸承的初步選擇 因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，按照工作要求并 根據(jù) d=65mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的角接觸球軸 承 7213AC，其尺寸為 ,成對(duì)使用，安裝在立式軸承座上。23165???BDd 同時(shí)在驅(qū)動(dòng)端安裝一個(gè)膜片式彈簧圈對(duì)軸施加預(yù)載荷，所以可以保證主軸系統(tǒng)無(wú)游隙 運(yùn)動(dòng)和高剛度，這樣可以避免無(wú)載荷軸承在高速下可能出現(xiàn)的球打滑現(xiàn)象，球打滑可 能會(huì)引起表面變粗糙，提高運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲。 軸承的潤(rùn)滑：該滾動(dòng)軸承采用脂潤(rùn)滑。潤(rùn)滑脂是增稠劑和基礎(chǔ)油的混合物，可分 為以下潤(rùn)滑脂類型：（1）由金屬皂作為增稠劑與潤(rùn)滑油所構(gòu)成的金屬皂基潤(rùn)滑脂。 （2）由無(wú)機(jī)膠凝劑式有機(jī)增稠劑與潤(rùn)滑油構(gòu)成的非皂基潤(rùn)滑脂。 （3）由有機(jī)式無(wú)機(jī) 增稠劑與合成油構(gòu)成的合成潤(rùn)滑脂。該軸承選用 2 號(hào)鈣基脂為潤(rùn)滑脂。該軸承為長(zhǎng)壽 命潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑，潤(rùn)滑間隔為一年。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 第四章 軸的相關(guān)計(jì)算 4.1 滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算 [19] 在確定滾動(dòng)軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取 a 值，對(duì)于 7213AC 型角接觸球 軸承，由手冊(cè)查得 a=25mm,因此作為外伸梁的軸的支撐跨距 L＝25+60+25=110mm 求出軸承的徑向載荷 09101???prF)(2 根據(jù)計(jì)算得出 則兩者的方向相反NFr165??Nr3642 又因?yàn)?Gae70. 現(xiàn)以 為計(jì)算滾動(dòng)軸承來(lái)校核軸承壽命2r 因?yàn)?2＝0.21 0.68 P= =3649N?rF 則所選用的滾動(dòng)軸承的壽命為 (4.1) ?)(601PCnLh? 對(duì)于球軸承而言 ＝3? 查表知 7213AC 型角接觸球軸承的基本額定動(dòng)載荷 C=51200N 根據(jù)上式計(jì)算其壽命得出 ，滿足工作要求hh394? 又對(duì)所選角接觸球軸承的靜載荷進(jìn)行討論 NC4320?? aerFP76.0??? 顯然 ??PS? 綜合可知，所選的 7213AC 型角接觸球軸承符合工作要求 。 4.2 軸的計(jì)算和校核 4.2.1 做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖 結(jié)合 7213AC 型角接觸球軸承的計(jì)算數(shù)據(jù)，做出如下的軸的彎矩扭矩圖 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 4.1 軸的彎矩扭矩圖 4.2.2 軸的強(qiáng)度校核計(jì)算 根據(jù)軸的彎矩扭矩圖可知其危險(xiǎn)截面為軸承一所在支點(diǎn)處截面，根據(jù)軸的具體受 載及應(yīng)力情況，可知該軸為傳動(dòng)軸，主要承受扭矩。則按扭矩強(qiáng)度條件計(jì)算。考慮還 受有不大的彎矩，則用降低許用扭矩切應(yīng)力的方法予以考慮 軸的扭矩強(qiáng)度條件為： (4.2)??TTdn PW?????32.095 式中： ------- 扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 ；T? aM T ------- 軸所受的扭矩，單位為 ；mN? ------- 軸的抗扭截面系數(shù)，單位為 mm ；T 3 N ------- 軸的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； P ------- 軸傳遞的功率，單位為 km； D ------- 計(jì)算截面處軸的直徑，單位為 mm ------- 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為??T? aMP 此軸選用 45 號(hào)鋼， 值為 25-45 之間??T? 而通過(guò)對(duì)軸的計(jì)算， ＝5.1 =8.5minamaxT?a ,故軸的扭轉(zhuǎn)條件符合要求。T???? 4.2.3 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度， 由此軸的彎扭圖可知，其危險(xiǎn)截面為軸承一所在支點(diǎn)處截面，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書 [20]中 式（15-5 ） 及上表中的數(shù)值，并取 ，軸的計(jì)算應(yīng)力3.0?? (4.3)2)(WTMca??? ＝WTMca 22)(???32651.09087?）（ 7?aMPa60?aP 以選定的軸的材料是 45 號(hào)鋼，調(diào)制處理。由表 15-1 查得 ＝60 。故安全。??1?? 4.2.4 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角 來(lái)表示? ＝ ??? ZPILTG14073.5? 式中：T ------- 軸所受的扭矩，單位為 mN? G ------- 軸的材料的剪切彈性模量，單位為 ，對(duì)于鋼材，Ｇ＝aM410.8?aMP ------- 軸截面的極慣性矩，單位為 mm ，對(duì)于圓軸， ＝I 4PI32 4d? L ------- 階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的長(zhǎng)度，單位為 m. ------- 分別代表階梯軸第 段上所受的扭矩、長(zhǎng)度和極慣性矩，單位??PIT, ? 同前 Z ------- 階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的軸段數(shù) 綜合上式計(jì)算出 ?m/)(32.0?? 為軸每米長(zhǎng)的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用均合有關(guān)，對(duì)于一般的傳動(dòng)軸，可取 ＝??? ??? ；對(duì)于精密傳動(dòng)軸可取 ＝ 。對(duì)于精度要求不高的軸，m/)(15.0???????m/5.02?? 可大于 顯然對(duì)于本設(shè)計(jì)中所涉及的軸為一般的傳動(dòng)軸， ，符合扭轉(zhuǎn)剛度要求。???? 綜上所述，設(shè)計(jì)的軸滿足工作要求。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 結(jié) 論 隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品深加工已越來(lái)越被世界重視，特別是快餐和方便食品 的誕生，促使保鮮脫水蔬菜工業(yè)迅速發(fā)展起來(lái)。美國(guó)是世界上最大的果蔬生產(chǎn)國(guó)和出 口國(guó)。該產(chǎn)業(yè)給美國(guó)帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。近二十年來(lái)，繼美國(guó)之后，德、法、荷 蘭、英、瑞士、丹麥、加拿大、日本等國(guó)家，也在致力于發(fā)展果蔬食品加工業(yè)，從而 使世界果蔬食品加工業(yè)進(jìn)入到當(dāng)今興旺發(fā)達(dá)的階段。綜觀我國(guó)的果蔬加工產(chǎn)業(yè)，雖然 我國(guó)的果蔬種植面積居世界第一，但卻產(chǎn)生了我國(guó)有巨大果蔬產(chǎn)量卻需要巨額進(jìn)口的 強(qiáng)烈反差。一方面我國(guó)有著巨大的市場(chǎng)需求，另一方面又是嚴(yán)重不足的生產(chǎn)加工能力。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國(guó)事物消費(fèi)結(jié)構(gòu)也在發(fā)生巨大的變化，快餐和休閑食品的消費(fèi)將 快速增長(zhǎng)，同時(shí)果蔬的消費(fèi)趨勢(shì)也將呈現(xiàn)多樣化，其衍生產(chǎn)品的工業(yè)需求正在迅速增 加，而果蔬加工方面的機(jī)械卻很少，而且很少實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。從宏觀上看，一方面加入 WTO 提供了巨大的發(fā)展機(jī)遇，另一方面還有著 13 億人口的國(guó)內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)，可見(jiàn)果蔬 等果蔬原料的加工將煥發(fā)無(wú)窮的魅力也勢(shì)在必行。 本課題的提出就是基于上述的實(shí)際需要出發(fā)，尤其是考慮到任何一種形式的果蔬 原料加工，去皮都是其中一項(xiàng)必不可少且重要的操作環(huán)節(jié)。去皮效率的高低和安全衛(wèi) 生性將直接影響果蔬原料加工的效益。針對(duì)這些特點(diǎn)所采取的設(shè)計(jì)方案不僅從實(shí)際產(chǎn) 量要求出發(fā)，而且還結(jié)合經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化，以達(dá)到最低成本產(chǎn)生最大收益。本設(shè)計(jì)利用電 動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，物料在圓筒形容器中，通過(guò)傳動(dòng)軸的作用，依靠帶有磨料的工作轉(zhuǎn)盤 在中速或高速旋轉(zhuǎn)中形成與工作轉(zhuǎn)盤、筒壁及物料顆粒之間的翻轉(zhuǎn)、揉搓摩擦為主， 撞擊為輔的綜合機(jī)械作用效果從而達(dá)到去皮的目的。因此可知本課題的設(shè)計(jì)方案所依 據(jù)的理論，證明是完全可行的。 本課題的設(shè)計(jì)涉及到機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料基礎(chǔ) 等多種學(xué)科的知識(shí)。主要內(nèi)容包括果蔬原料去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物料的受力分析、主 要參數(shù)的選擇確定、主要零件的校核及分析說(shuō)明，有完整的理論闡述和設(shè)計(jì)計(jì)算，并 附有大量的裝配和零件圖，更加直觀的對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)加以論證。其中對(duì)果蔬原料去皮機(jī) 的關(guān)鍵部件——傳動(dòng)軸作了詳細(xì)的力學(xué)分析和計(jì)算，并繪制出彎矩扭矩圖，通過(guò)理論 以及大量的計(jì)算闡述了傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)的可行性和性能特點(diǎn)。同時(shí)工作圓筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也 是基于相應(yīng)的理論依據(jù)、計(jì)算，大量文獻(xiàn)資料的閱讀，對(duì)出售相應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品公司的網(wǎng) 上查閱了解所確定的。由上可知，本設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了果蔬原料去皮機(jī)的去皮要求，是 一種切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 致 謝 本論文是在吳翠紅老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成，大學(xué)四年的最后階段、也 是最重要的一個(gè)階段便是畢業(yè)設(shè)計(jì)。它是對(duì)大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)運(yùn)用和總結(jié)，它 將我們?cè)跁旧纤鶎W(xué)的理論知識(shí)和實(shí)際工作需要密切結(jié)合起來(lái)，從而使這些知識(shí)得到 進(jìn)一步的鞏固、加深和擴(kuò)展。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我在設(shè)計(jì)、計(jì)算、繪圖、查找相 關(guān)設(shè)計(jì)資料等方面的專業(yè)能力得到了充分的鍛煉。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作量是巨大的，從找資料到設(shè)計(jì)的過(guò)程中，花費(fèi)了大量的時(shí)間和精 力，從一籌莫展到漸入佳境，從中體會(huì)到了做為一個(gè)工科學(xué)生需要具備的素質(zhì)：嚴(yán)謹(jǐn)、 耐心、踏實(shí)、執(zhí)著和沉毅，更需對(duì)自己所學(xué)專業(yè)的喜愛(ài)和鉆研精神。看著經(jīng)過(guò)幾個(gè)月 的努力，這項(xiàng)充滿自己心血的設(shè)計(jì)任務(wù)得到初步的完成，心中充滿喜悅和成就感。本 設(shè)計(jì)在完成過(guò)程中，得到了吳翠紅老師的精心指導(dǎo)，從課題的確定到設(shè)計(jì)的步步進(jìn)行 的整個(gè)過(guò)程中都始終耐心仔細(xì)的指導(dǎo)我，使我從中獲益良多，充實(shí)了許多課本中沒(méi)有 掌握牢固的知識(shí)，使整個(gè)設(shè)計(jì)能夠按照預(yù)定的計(jì)劃完成。 本人主要負(fù)責(zé)果蔬原料摩擦擦皮機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)、受力分析及主要參數(shù)確定 等部分的設(shè)計(jì)，由于自己知識(shí)和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的局限，錯(cuò)誤和不足之處在所難免，請(qǐng)廣大 老師和同學(xué)批評(píng)指正，讓我在專業(yè)知識(shí)方面更上一層樓。我的設(shè)計(jì)能夠順利完成與所 有幫助和關(guān)心過(guò)我的老師、同學(xué)是分不開(kāi)的，為此我再次表示衷心的感謝！ 長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 參考文獻(xiàn) [1]施平主編．機(jī)械工程專業(yè)英語(yǔ)教程[M]．電子工業(yè)出版社:56-67. [2]溫詩(shī)鑄，黃平著．摩擦學(xué)原理[M]．清華大學(xué)出版社，2002:168-176. [3]王景彬等．試論國(guó)內(nèi)外果蔬脫皮方法與設(shè)備[M]．農(nóng)牧與食品機(jī)械，1991(2):112-114. [4]張淑娟等．立式半夏去皮機(jī)的設(shè)計(jì)與研究[M]．農(nóng)機(jī)與食品機(jī)械．1997 年第 2 期:65-68. [5]高為國(guó)主編．機(jī)械工程材料基礎(chǔ)[M]．中南大學(xué)出版社，2004.1:34-65. [6]吳慶章．果蔬食品加工技術(shù)[M]．農(nóng)牧與食品機(jī)械，1986(3):17-30. [7]馬正元.機(jī)械工藝與設(shè)計(jì).[M]機(jī)械工業(yè)出版社，2000.6..1:57-58. [8]唐增寶，何永然，劉安俊主編．機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（第二版） ．華中科技大學(xué)出版社:60-65. [9]周良德，朱泗芳等編著．現(xiàn)代工程圖學(xué)[M]．湖南科學(xué)技術(shù)出版社，2000.8:145-164. [10]西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版） ．高等教育出版社:128- 130. [11]孫桓 機(jī)械原理[M] 第 7 版. 高等 教育 出版社，2006.5.10-13 [12]陳立德.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[M].第 2 版.北京：高等 教育 出版社，2004.5.23-43 [13]徐灝主編．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.1:230-231. [14]薛彥成主編. 公差配合與技術(shù)測(cè)量.[M] 北京.機(jī)械工業(yè)出版社，1999.10:168-170. [15]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室編．理論力學(xué)（第六版）[M]．高等教育出版社 35-60. [16]王孝培主編. 實(shí)用機(jī)械技術(shù)手冊(cè).[K] 北京.機(jī)械工業(yè)出版社，2001:245-246. [17]蔡春源主編．新編機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]．北京：學(xué)苑出版社，2002.3:103-125. [18]寇世瑤主編，機(jī)械制圖.[M]航空工業(yè)出版社，2001.9:6-15. [19]FAG kugelfischer AG 著，李景賢譯，劉家文校．滾動(dòng)軸承安裝設(shè)計(jì)．北京：機(jī)械工業(yè)出版 社，2003.11:4-8. [20]M.R.Cutkosky,J.M.enenbaum,Integration.Through Concurrent Process and Product Design[M]. Longman. Eng. Ltd. 1987:11-26. [21]Patton WJ.Mechanical Power Transmission.New Jersey:printice-Hall,1980. .