红薯切砣机的设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 1 红薯切砣机的设计 摘 要： 红薯切砣机是一种重要的食品加工机械，红薯 切砣加工是食品加工中的一项重要工艺。随着国民经济的快速发展和人民生活水品的不断提高，红薯的衍生品的开发成为关系民生的重大课题，传统的人工切削不仅劳动强度大，而且加工效率低，采用一次送料，自动完成的三维切削加工技术是薯类加工机械的发展方向。该论文针对国内现有切砣机结构复杂 ,出料不流畅及因参数不匹配造成在切削大丁时丁断面弧形大 ,倾斜度大等问题，采用理论分析及虚拟样机技 术，开展了新型红薯切砣机的设计。 关键词： 刀具；红薯切砣机；传动系统；切削； is a of in is an of of of s,of s of a of is of of is in of of 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 2 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前 言 2 选题研究目的和意义 2 国内外研究动态和现状 2 2 切砣机总体方案的确定 3 切砣机的组成 3 整机结构的设计 3 3 传动系统参数设计 4 总体传动方案的确定 4 离心切削滚筒推进器最小工作转数分析 4 离心切 削受力分析 5 离心切削滚筒推进器最小工作转数 6 4 电动机的选择 7 5 V 带的设计计算 7 计算功率 7 选 V 带的型号 7 求大小带轮的 1d 、 2d 的直径 7 验算带速 V 7 计算 V 带的基准长度 中心距 a 7 验算小带轮包角 1a 8 求 V 带的根数 8 求作用的带轮轴上的压力 0F 8 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 3 6 V 带轮的设计 9 V 带轮材料的选 择 9 带轮的结构尺寸的设计 9 带轮结构形式的设计 9 带轮尺寸的设计 9 7 直齿圆柱齿轮设计计算 10 8 轴的结构设计计算 11 轴的结构尺寸确定 12 轴的校核 12 按弯曲扭转合成应力校核轴的强度 14 精确校核轴的疲劳强度 14 9 选择联轴器 16 10 轴承的选择及校核 16 轴承的选择 16 11 键的选择和校核 17 键的选择 17 键的校核 17 12 切刀的设计 18 切砣的规格与条刀数目关系计算 18 离心切片总成设计 18 切丝圆盘刀 的设计 19 切砣条刀总成设计 19 13 红薯切砣机的整机设计 21 14 本设计的优点 22 15 存在的不足和建议 22 16 总结 22 参考文献 23 致谢 24 附录 24 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 4 1 前言 选题研究目的和意义 红薯含有丰富的糖、纤维素和多种维生素营养，其中 生素尤其多。特别是红薯含有丰富的赖氨酸，而大米、面粉恰恰缺乏赖氨酸。红薯可谓是粮食和蔬菜中的佼佼者，吃红薯不仅能减肥，还能调理消化功能，越来越受到人们的喜爱，它在市场上的价格和需求也逐步上升。 红薯切砣机在食品加工厂、宾馆、饭店 、团体食堂、学校等有加工需求的加工场所发挥着重要作用。传统的手工加工方法工作效率低下、劳动强度大、食品的卫生安全不能保证，不能满足蔬莱食品大规模生产要求。因此，为了提高了果蔬鲜切加工效率，保证红薯切加工质量和食品的原有风味。国内外广泛开展了以三维切割加工方式为主的切砣机研制开发 1。以期实现连续供料、依次切片、切丝、切丁的三维加工模式，并可以通过调整刀具的规格和速度等参数来调整产品的规格。 本文在了解了红薯物理机械特性的基础上，从三维切砣机各工作部件的理论分析出发，对三维切砣机的结构及工作参数进行 合理的设计。为三维切砣机国产化提供技术支持，满足国内企业大规模加工薯类、水果、蔬菜的需求 2。这项工作对于降低我国果蔬加工成本、提高产品质量及我国果蔬加工业在世界果蔬加工业中的实力地位具有重要而深远的意义。 国内外研究动态和现状 红薯切砣机设计生产在我国已形成产业化，有比较成熟的产品，包括全自动的红薯切砣机，大型切砣机和小型切砣机，机器结构紧凑，运转平稳，工作可靠，省电耐用，方便快捷，切砣机高效卫生，操作方便，切砣机外壳采用铝镁合金及不锈钢材料，防腐，美观，符合卫生标准。机器主要有底座，壳体，拨 盘，立刀，丝刀体，大型切砣机横切断刀体，传动系统和电器控制系统组成。 我国对薯类切加工技术与装备研究起步晚，基础研究非常薄弱。近年来尽 管我国的薯类加工业取得显著进步，但与国外先进切砣机相比，我国鲜切设备在 切砣尺寸及其质量上仍存在不足。对果蔬鲜切加工核心技术还没有真正掌握，一 些核心的技术仍掌握在国外手中。从而造成先进的果蔬切割机械被国外产品所垄 断，使我国果蔬食品加工企业承担了高额的设备购置成本和使用成本 3。 红薯切砣 机使用时噪音大，常用零件易磨损，红薯表皮的液体有一定的粘度和腐蚀 性 ， 国内外对切削部件研究主要集中在切削部件工作时刀片刃形即正切、买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 5 滑切对切片性能和切刀寿命的影响、切削过程中切刀的受力情况以及切削机械的动力学等方面的研究 4。在果蔬加工过程中，对于三维切 砣 机的切削部件及其对物料切割质量的影响等方面的研究却进展缓慢。 国内三维切 砣 机的设计主要通过引进国外机型进行消化、吸收，而对其关键技术没有真正掌握。与国外先进切 砣 机相比，我国的鲜切设备还存在结构复杂，出料不流畅等缺点。由于三维切 砣 机参数不匹配问题造成的只能切出小 砣 ，而在切制大 砣 如马铃薯 砣 、 红薯砣 时普遍存在断面不平整 缺陷 5。 美国 用离心切削法切片，圆盘刀或栅形刀切丝，最后由条刀切砣的三维切割加工工艺 6。由于该切砣机可实现连续喂料、分步连续加工作业成型，从而大大提高了机械加工效率和加工质量。 比利时 条机 7，其工作原理为：被切割的片状产品通过压轮喂入到切割刀，圆盘切割刀将产品切割成条（产品本身的厚度） ,之后横切刀再将产品切成砣。 2. 切砣机总体方案的确定 切砣机的组成 三维切砣机主要由机架、电机、齿轮箱、离心切 片总成、圆盘刀总成、条刀总成、带传动，链传动等组成。 整机结构设计 新型三维切砣机 8工作原理如图 1所示：切砣工作时，首先将需加工的果蔬物料 1从进料斗不断加入离心切削滚筒内，电机通过同步带带动推进器 2、切丝圆盘刀 5和切砣条刀总成 6高速旋转。物料在离心力的作用下，随推进器上挡板 3紧贴外壳内侧运动至切片刀 4，即被切片刀切下一片并沿切片刀从离心滚筒外壳前方可调整的门移出，切片厚度由切片刀与门末端离心切削滚筒内壁之间的开口间距决定：切片沿切片刀移至旋转的切丝圆盘刀总成被切成长条状，通过调整切丝圆盘刀间的 间距改变切条尺寸；紧接着物料移至旋转的切砣条刀总成，被切割成砣块状，通过更换切砣条刀刀架并改变刀的数目即可得到立方块、长方块及其它预设尺寸。 具体如图 1所示 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 6 1红薯 2推进器 3挡板 4切片刀 5切丝圆盘刀 6条刀总成 7切砣条刀 图 1 切砣机工作原理图 传动系统参数设计 总体传动方案的确定 为避免果蔬加工过程中受到污染，切砣机传动装置设在切砣机的一侧，由隔板将其与果蔬加工区域隔开。选择传动方案时，要保证工作可靠，结构简单紧凑，易加工，易维护，成本低，效率高。切砣机的主要传动系统方案如图 2所示。 图 2 切砣机的主要传动系统 of 离心切削滚筒推进器最小工作转速分析 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 7 当物料由外界输送到滚筒 1内，在推进器内侧有六个挡板，在挡板带动下，物料做回转运动。当推进器转速达到一定值时，由于离心力的作用，物料会紧贴在滚筒 1的内壁。当经过固定在滚筒上的切片刀时，物料被切片刀切割，实现切片动作。其中，盖板（调整门） 4通过具有一定柔性的连接板 3与滚筒 1相连，通过偏转盖板，改变盖板与切片刀之间的距离实现切片厚度的调节 9。如图 3。 1滚筒 2推动器 3连接板 4盖板 5梳齿板 6连接螺栓 7切片刀 图 3 离心切削滚筒结构简图 of 离心切削受力分析 物料在离心切削滚筒内的受力情况 10如图 4所示，其中物料受到滚筒内壁及 挡板的摩擦力为 1f ， 2f ，滚筒内壁的作用力 1N ，挡板作用力为 2N 。 图 4 红薯在离心切削滚筒内的受力分析 of in 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 8 物料在离心切削滚筒内的动力平衡方程： ）（）（）（ c o i i n 2 (1) )s i n ()c o s ()(c o s 212 (2) 式中 : G 物料自重 F 物料所受离心力 物料与不锈钢表面静摩擦系数 物料与不锈钢表面动摩擦系数 )s i n ()c o s ( )c o s ()s i n ()c o s ()s i n ( (3) 离心切削滚筒推进器最小工怍转速 若要保证物料能紧贴离心切削滚筒内壁运动，需满足 1N 0。故离心力 )s i n ()c o s ( )c o s ()s i n ()c o s ()s i n ( (4) 离心力： )2( 121 (5) 式中： 1 推进器角速度， s 1R 滚筒内径 D 物料短径 )2/()s i n ()c o s (c o s ()s i n ()c o s ()2/()s i n (11m i （ 6） 由上可知， 物料在不同转角 受力状况不同其对应的最小转速也不同。以红 薯为对象，所选物料近似为 100基本尺寸 D= 60 =230，离心切削滚筒内径 00板数量为 6个，挡板与挡板径向径向夹角 a=30 ，试验测得物料与不锈钢表面的静摩擦系数为 可得物料随推进器挡板转过角度在 2 区间内，所需推进器最小角速度 若要保证物料运动到任意位置时都紧贴滚筒内壁，需满足推进器最小角速度的最大值 应可得推进器最小工作转速为 ： m i n/0 m (7) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 9 4 电动机的选择 考虑加工物料功率需 转速范围为 1100 1500 r/选三相异电动机： 表 1 电动机性能表 号 额定功率 / 满载转数 /(r/ 额定转矩 最大转矩 质量 / 1500 27 5 计算功率 由 n 1500 r/由机械设计手册 11表 8A=： (8) 则得出 =选 V 带的型号 要条件得出现选普通 根据 1500 r/机械设计手册 12图 8出为 型带 求大小带轮 21 基准直径 由 机械设计手册 12中 表 880 71 在取小轮 1 公式： 112 (9) 可得到 112 =71=250机械设计手册 12表 8 50 验算带速 V 由公式 V= 1000601 (10) 可以得出 V= 1000601 = 1 0 0 0601 5 0 =m/s 25 m/适。 计算 V 带的基准长度 中心距 a 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 10 查机械设计 11书上由其中计算 )(2)(1021 (11) 可以 得出中心距在其范围内，所以初步取 0a =470。 查机械设计书上由式： L=2 0a + )(2 21 + 20124 )( a (12) 可以得出带长为 L=1461 机械设计基础 11查表 8带的型号 ，对 1600 其 a： a 0a +2 0= (13) 验算小带轮包角 1 查机械设计由公式 1a =180 2 (14) 可以得出 1a =120 ，所以得出包角合适。 求 V 带的根数 查机械设计由公式： Z=)( 00 (15) 已知 1n =1500 r/ 1 查机械设计 1表 8以得出 W，由传动比 i=表 8W 由 1= 查表 8表 8L=此可得 Z= (16) 所以 根 求作 用在带轮轴上的压力 机械设计 11表 8出 q=kg/m， 由公式： 20 ) 0 0 F (17) 其中 功率， Z 为 v 带的根数， V 为 v 带的带速， =文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 11 可以得出 2) 现在计算作用在带轮上的压力 公式： 0 8) 可以得出 6 V 带轮的设计 V 带轮材料的选择 设计 V 带轮时应满足的要求是：质量小，结构工艺好，无过大的铸造内应力，质量分布均匀，转速高时要经过动平衡，轮槽工作面要精细加工。带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为 速较高时采用铸钢，小功率采用铸铝或塑料。考虑本设计的功率情况和转速，本设计 采用铸铁，材料牌号为 带轮的结构尺寸的设计 带轮结构形式的设计 铸铁制 1、实心式； 2、腹板式； 3、孔板式； 4、椭圆轮辐式。 当带轮基准直径为 d（ 可采用实心式；当 300采用腹板式；当 300，同时 100采用孔板式；当 300时可采用轮辐式 13。 由计算已知 小带轮基准直径 1 装轴带轮轴的直径 d=25 d 小带轮选用实心式 小带轮基准直径 50 300 大带轮选用腹板式 带轮尺寸的设计 小 V 带轮的轮槽与所选用的 V 带的型号相对应，此设计选的是 Z 带，根据书上表格可直接得出 基准宽度 .5 基准下槽深度 .0 间距 e=12 0.3 文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 12 最小轮缘厚 .5 轮宽度 B=45 带轮的总长 L=（ d=50 图 5 主动带轮 动轮大 d=25050以采用腹板式。 由其轴径为 25 基准宽度 0B =8.5 基准下槽深度 .0 间距 e=12 0.3 小轮缘厚 .5 轮宽度 B=37 带轮的总长 L=（ d=50图 6 从动带轮 直齿圆柱齿轮的设计计算 考虑到齿轮传动载荷一般，参考类似加速的结构，大小齿轮都选用 45号钢，买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 13 齿大小齿轮都调质处理，而且要加大传动转数。并且在机械设计 1110接触疲劳极限 ,5 8 0,7 1 0 2 P a ，取 7级精度。 推动器的最大转数的为 424r/算大齿轮传递的转矩： 161 T (19) 计算得出 7163N 宽系数 d 由机械设计 11表 10d =1 计算的许用接触应力 M P a 2 3 l i i 取 85初步计算的大齿轮直径 1d 3 21 ）（0) 得出 1d = 208 圆周速度 7 1 0 0 0/11 齿数 m 取 1Z =70 , 2Z =66 整取 3 使用系数 由表 10得出 载系数 由图 10得出 直齿轮取 1 齿向载荷分布系数 321 载荷系数 K 2 8 (21) 实际分度圆直径 d 111 70=210 211 66=198 中心距计算 a= 21 /2=204 8 轴的结构设计计算 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 14 选取轴的材料为 45号钢，调质处理。 估算轴的最小轴径： 3110 (22) 根据机械设计 11上表 15 3，取 112 由前面的设计算得 25r/s 设计计算 : 3110 =虑键槽的影响以及联轴器孔系列的标准 取 d=25=9550 (23) 轴的结构尺寸确定 轴的两端分别与刀盘的 主动轮相连接，所以取 d1=5 轮及刀盘采用轴肩定位， d2=0 虑此处轴径，出轴承产品目录中初步选定 6207 深沟球轴承其尺寸为 d D B=35 72 17, 所以 5手册 6207深沟球轴承的轴肩高为 4 以 55 由刀盘的尺寸和从动轮的尺寸确定 0 0 轴承的尺寸，可以确定 7=37 轴承端盖的结构和传动轴，确定轴承端盖的总宽度为 20，根据轴承端盖的装拆及 便于 对轴承添加润滑剂的要求 ，去 8=60据轴的总体尺寸，取 024=50 图 7 轴结构 轴的校核 由上述可知，圆周力： 285N，径向力： ，轴向力： 1)求垂直面的支承反力 2 1 (24) - 3 9 8 7 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 15 (2）求水平面的支承反力 (25) (3） (26) F 2 2 01 1 01 1 012 (4）绘垂直面的弯矩图 )2 (27) (5）绘水平弯矩图 (28) (6） (29) 力的弯矩为： (30) (7）合成弯矩图 考虑到最不利的情况，把 22M 直接相加 2(8）求轴传递的转矩 t (31) (9）求危险截面的当量弯矩 22 (32) 假设扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数 =入前式可得 2 (10）计算危险截面处轴的直径 轴的材料选用 45 钢，调质处理，查表的 50 ，查表 01 则 31(33) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 16 考虑到键槽对轴的削弱，将 %，故 d=2动轴的载荷分析如图 8: 图 8 主动轴载荷分析图 按弯曲扭转合 成应力校核轴的强度 根据公式得出 2 = 63 06 (34) 前已选轴材料为 45钢，调质处理，查表 15 =60 精确校核轴的疲劳强度 (1)截面 1左侧： 抗弯系数 W =d =2700 抗扭系数 d =5400 轴的材料为 45钢。调质处理。 由课本表查得： 551 因： 经插入后得： 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 17 轴性系数为 q = q = =1+ )1( q= = (1 所以 综合系数为： K = =钢的特性系数 取 取 算安全系数 (35) (36) S= (37) 所以它是安全的 (2)截面 1右侧 抗弯系 数 W=d =2700 抗扭系数 T =d =5400 截面 1左侧的弯矩 M 为 M=53 截面上的扭矩 2T 为 2T =面上的弯曲应力： 面上的扭转应力： T = (38) 9) 0) 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 18 所以 综合系数为： K = K =钢的特性系数 取 取 全系数 S = 1 (41) S= 所以它是安全的 9 选择联轴器 查 机械设计手册 12表 14载荷系数 联轴器的计算转矩为： c a 根据计算转矩、最小轴径、轴的转速，查标准 用弹性拄销联轴器，其型号 ： 轴器 2562 联轴器孔径 d =25取 d - =25联轴器长度 L=62半联轴器与轴配合的毂孔长度1L =440 轴承的选择及校核 轴承的选择 由于轴 承主要承受的有机体中的轴，推动器，齿轮，从动轮的径向力。故选用深沟球轴承 6207轴承。 轴承的主要参数： n=425r/计寿命为 8年，工作小时数 2000 小时。 因该轴承受 和 作用，必须求出当量动载荷 P。计算时用到的径向系数 X、轴向系数 a/ 轴承型号未选出前暂时不知道，故用试算法。根据机械设计手册 12表 13取0r= e= 因 88N， r=e，由机械设计 12表 13得X=Y= 由公式 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 19 P= 计算所需径向基本额定动载荷值，由公式： 161060 (42) 查机械设计手册 12表 13 （查机械设计手册 12表 13工作温度不高）； 使用寿命，为 12000h 所以： 9101200010 396601 1661 9102900 N 920 N 故 6207深沟球轴承轴承的 0r=288/1920=原估算接近适用。 11 键的选择和校核 键的选择 初选用普通平键中的圆头普通平键。 与安装刀盘处键的选择： 此处轴的直径 5 机械设计课程设计手册 12表 4度 b=8 度 h=7 键长 L=14 与皮带轮联接的键的选择： 此处轴径为 5 理选用键的宽度 b=8 度 h=7 键长 L=18 与齿轮联接的键选择：宽度 b=14度 h=9键长 L=32 键的校 核 键、轴的材料都是钢，键采用静联接。查机械设计手册 12表 6 p=120 150 p=135 键 1的工作长度 l=4 7 与刀盘的接触高度 k=.5 p=02 (43) 得出 16 p所以键 1的强度合适。 键 2的工作长度 l=5 19 与皮带轮的接触高度 k=文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 20 p=02 (44) 得出 36 于 p所以键 1的强度合适 T 传动的转矩 N m k 键与轮毂键槽的接触高度 L 键的工作长度 mm d 轴的直径 12 切刀的设计 切砣规格与条刀数目关系计算 切砣机工作部件的结构参数及工作参数确定后，若要改变切砣规格，需调节 离心切片机构中调整门与切片刀出口间距，切丝圆盘刀片间距及切砣条刀数目。 切砣机切砣条刀总成上共有 相邻两把刀的角度间隔为 2 /n。切砣 条刀以角速度 相邻两把条刀刀尖切至同一点时，其时间间隔 t： 2 T/时，条状物料沿切片刀向下位移 s=t14，如图 9所示。 图 9 切砣长度示意图 of 此，可得出切砣的长度规格为： 11311 L(45) 离心切片总成设计 考虑到切砣机的进料量，推进器外径选取 筒内壁与推进器相配合 ，因此滚筒内径为 筒通过螺栓与机架相连，故取滚筒外径为 进器内设有若干挡板，挡板距外壁边缘距离应不大于 1,5量为 n，挡板径向夹角 0度，挡板长度 6切物料厚度 = 足物料的要求。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 21 图 10 推进滚筒结构示意图 红薯块茎长径、中径和短径等形状尺寸特征的统计分并综合考虑切砣机生产效率及推进器加工安装方便，最后确定推进器内设挡板数量为六个， R/6=209邻两挡板末端垂直距离 00足大多数瓜果蔬菜的切削要求。 离心切片总成采用推进器送料，离心切削法实现果蔬的切片，主要由推进器、 滚筒、切片刀和切片厚度调节装置等组成，如图所示。工作时，推进器高速旋转，物料随推进器作旋转运动，在离心力作用下贴紧滚筒内壁，经过切片刀时完成 物料的切片动作 15。 切丝圆盘刀总成设计 切砣机的圆盘刀总成实现将物料切成丝状。圆盘刀片刀片直径为 过更换圆盘刀总成，改变圆盘刀片之间的间距，可以实现丝的大小变化。通过拆卸圆盘刀总成，由定刀切片和切砣条刀可以加工条状物料 16。 为满足切砣机切制不同尺寸丝的需要，要求圆盘刀总成能方便地拆装，为此设计了一种新型的圆盘刀总成与刀座的连接结构。 切砣条刀总成设计 切砣条刀与刀架之间的安装固定方案有两种，如图所示。方案一：装刀时挨个将刀片用螺钉固定在 刀架上。方案二：装刀时直接将所有刀插到刀架上的刀槽中，然后在刀架两端面用两个端盖将所有的刀子夹紧即可。对于方案一，其优点买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 22 在于刀具的结构比较简单，加工方便；但一般切砣机都有几十把的刀具，装刀时需挨个将刀片用螺钉固定，卸多把刀时又需挨个将螺钉松开。因此，采用这种方案，装刀和卸刀非常麻烦，操作费时费力。而对于方案二，刀具结构也比较简单，装刀时直接把刀插到刀槽中，用两端盖兴紧就行，卸多把刀时把一边的端盖拿掉，将刀子拔出即可，操作简便。因此本设计选择笫二种方案。 方案一 方案二 图 11 条刀安装固定方案图 了能够将刀具更好的固定在刀架上，在条刀的两侧分别