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小型 芋头 去皮 结构设计 源文件

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1 湖南农业大学东方科技学院 全日制普通本科生毕业设计 小型芋头去皮机的设计 F 学生姓名 ： 谢 峰 学 号： 200841914417 年级专业及班级： 2008 级机械设计制造及其自动化 （ 4）班 指导老师及职称： 汤兴初 副教授 学 部： 理工学部 湖南长沙 提交日期 ： 2012 年 5 月 2 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生 毕业设计 诚信声明 本人郑重声明：所呈交的本科 毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计 作者签名： 年 月 日 1 小型芋头去皮机的设计 学 生： 谢峰 指导老师：汤兴初 (湖南农业大学 东方科技学院，长沙 410128) 摘 要 ： 通过对小型芋头去皮机的正确分析，设计了去皮装置。其目的是解决芋头体积小，不易清洗去皮，靠人工清洗去皮费力的技术问题主要是对茎类物质清洗去皮。对芋头去皮机的组成：波盘、带轮、齿轮、轴等的选用及设计，校核带 轮、轴承及轴的寿命和使用强度，分析重要零部件的受力及载荷分布情况。用 关键词 ： 去皮机；机械传动 ；茎类植物 10128) of is to to by of of of of of to of 前言 在 60 年代，荷兰最大的马铃薯加工企业多数是法式薯条生产商。随着生产线能力的迅 速扩大，废水问题成了荷兰社会的焦点。荷兰政府不得不提高水污染税，事实上，荷兰是世界上第一批采取此措施的国家之一。结果，荷兰马铃薯加工设备制造商们不得不找到降低水污染的解决途径。所以，荷兰和美国有世界先 2 进的去皮系统生产商。 在马铃薯加工过程中，考虑到降低成本和产品质量，蒸汽去皮已经成为最重要的一环。这也是高达人 30 年来致力于去皮技术的原因。把目标设在降低生产成本，高达公司在不断的发展改进中取得了成功。在过去的十年中，公司的一些机器已经履行降低去皮损失的使命。 除了已有的 8 个世界专利和一些专利申请，高达最新研制的分离 刷加带式清皮机（ 皮生产线已经投放市场 多年 。 事实上，在欧洲，美国，加拿大，澳大利亚，日本，中国等国家的大型马铃薯和蔬菜加工商都在使用高达的机器，而这些机器已经达到 45 吨 /小时的生产能力。 随着科学技术的不断进步，开泰公司通过吸收国内外对根薯类加工机械的特点设计制造出了土豆去皮机，该设备采用毛刷原理 广泛适用于胡萝卜、山芋、马铃薯、 红薯等根薯类蔬菜的清洗 、除皮。 接着该公司又相继开发出了 高压清洗去皮机，气泡清洗去皮机，水流清洗去皮机，滚筒清洗去皮机，毛刷清洗去皮机等，这些设备的清洗去皮技术 功能完善，操作简单，而且破损率低 1。 2 整体方案确定 确定传动方案 机器通常由原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置位于原动机和工作机之间，用来传递运动和动力，并可用以改变转速、转矩的大小或运动形式，以适应工作机功能要求。传动装置的设计对整台机器的性能、尺寸、重量和成本都有很大的影响，因此应当合理地拟定传动方案。 传动方案一般用运动简图表示。拟定传动方案就是根据工作机的功能要求和工作条件，选择合适的传动机构类型，确定各类传动机构的布置顺序以及各组成部分的联接方式，绘出传动装置的运动简图。 该机的工作机主要是靠波盘的转动对芋头进行去皮，所以在这里我主 要的构思是利用齿轮传动来带动波盘的转动。 考虑因素如下： 1） 带传动承载能力较低，传递相同转矩时，结构尺寸较大，但传动平稳，能缓冲吸振，因此应布置在高速级。 2） 开式齿轮传动的工作环境一般较差，润滑条件不好，容易损，寿命短，应布置在低速级。 根据工作机的功能要求个工作条件，初步给出以下传动装置的运动简图。 3 图 1 运动简图 机构类型选择 选择传动机构类型时应综合考虑各有关要求和工作条件，例如工作机的功能；对尺寸、重量的限制；环境条件；制造能力；工作寿命与经济要求等。选择类型的基本原则： 1)传递大功率时，应充分考虑提高传动装置的效率，以减少能耗、降低运行费用。这时应选用传动效率高的传动机构，如齿轮传动。而对小功率传动，在满足功能条件下，可选用结构简单、制造方便的传动形式，以降低初始费用（制造费用） 2 。 2)载荷多变和可能发生过载时，应考虑缓冲吸振及过载保护问题。如带传动，采用弹性联轴器或其他过载保护装置。 3)传动比要求严格、尺寸要求紧凑的场合，可选用齿轮传动或蜗轮传动。但应注意，蜗杆传动效率低，故常用于中小功率、间歇工作的场合。 4)在多粉尘、潮湿、易燃、易爆的场合，宜选用链传动、闭式齿轮传动或蜗杆传动，而不采用带传动或摩擦传动。 综上所述可采取图 1所示方案。 3 小型芋头去皮机设计 原动机的选择 与被驱动的工作机械连接简单，且大多为室内作业，功率较小，维修方便，种类和型号较多等，即确定原动机为电动机 3。 电动机的选择 一般选用同步转速为 1000r/ 1500r/电动机，所需转速为00r/750r/此传动装置总传动比约为 2或 34。 电动机类型和结构型式 因为芋头去皮周围环境潮湿，选用一般用途的 Y（ 列三相异步电动 4 机，卧式封闭结构。 电动机的额定功率 e= 电动机的转速 为了便于选择电动机转速，先推算电动机转速的可选范围。由机械设计、机械设计基础课程设计表 2 1 查得 V 带传动常用传动比范围 =2 4,直齿轮传动比范围 =2 3，则电动机转速可选范围为： N= =1800 r/5400r/ （ 1） 可见只有同步转速为 3000r/表 1 电机技术参数 案 电机型号 额 定 功率（ 电动机转速 同步 满载 电动机质量（ 装置传动比 总比 单级圆锥齿轮减速器 1 000 2840 22 500 1400 27 000 940 33 此选定电动机的型号为 2卧式电动机 5。 电动机的技术数据和外形、安装尺寸 由机械设计基础课程设计表 12 1、 1290S 2型电动机的主要技术数据和外形、安装尺寸，并列表备用 3 3 计算传动装置总传动比和分配各级传动比 传动装置总传动比 i 总 = 4502840 = （ 2） 式中， 电动机满载转速， r/r/ 配各级传动比 取 ，则单级圆柱齿轮减速器的传动比为 （ 3） 所得 计算传动装置的运动和动力参数 各轴转速 电动机轴为 0 轴，减速器高速轴为轴，低速轴为轴，各轴转速为 0n= 2840r/ （ 4） 5 n=132840 947r/ （ 5） n= 21 450r/ （ 6）式中，转速， r/的转速， r/ 各轴功率 按电动机额定功率 e= （ 7） P = = P 2 3=中： =动轴承 2=齿圆柱齿轮传动 3= 各轴转矩 550P0 550840 = （ 8） T =9550P n=9550= （ 9） T =9550P n=9550= （ 10） V 带传动的设计计算 确 定计算功率 机械设计表 8A= （ 11） 式中： 计算功率， 工作情况系数； P 为所需传递的额定功率， 选取 V 带带型 根据计算功率和小带轮转速由机械设计图 8 型 6。 确定带轮的基准直径 v 由机械设计表 8 6 和表 8 8 取主动轮基准直径 150式（ 8 13）验算带的速度 v=100060 11 = h=5轴环处的直径 6环宽度 b 04)轴承端盖的总宽度为 20据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 l=30取 05)再选滚动轴承。因轴承右端受径向及轴向力的作用，故选用角接触球轴承。参照工作要求并根据 7轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组、标准精度级的单列角接触球轴承 7206C，其尺寸为 d D B=30 62 16，故 30 轴上零件的周向定位 齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。由机械设计表 6b h=55为 25轮与轴配的联接 bh=108联轴器与轴的配合为 H7/动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 确定轴上圆角和倒角尺寸 参考 机械设计 表 15轴端倒角为 45，各轴肩处的圆角半径见图轴 217。 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取 于 7206手册中查得 a=此，作为简支梁的轴的支承跨距 3=46501据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图 。 图 5 受力图 15 从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 将计算出的截面 H、 的值列于下表 表 4 轴的危险截面 of 荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 矩 M 弯矩 矩 T T = 按弯扭合成应力校核轴的强度 根据 机械设计 式（ 15上表中的数值，并取 =的计算应力 T2 W =28590)2 363 = （ 50） 前已选定轴的材料为 45钢，调质处理，由表 15 608。因此 = （ 62） 故可知其安全 。 3） 截面左侧 抗弯截面系数 w=363= （ 63） 抗扭截面系数 .2 363= （ 64） 截面右侧的弯矩 M=面上的扭矩为 T =面上的弯曲应力 b= （ 65） 截面上的扭转矩应力 T=T （ 66） = =盈配合处的 附表 3取 .8 是得 = =按磨削加工，由附图 3 = =得综合系数值为 1 1= （ 67） 1 1= （ 68） 又由参考文献得碳钢的特性系数 18 = = = =是，计算安全系数 a+ m= +0 = （ 69） a+ m= += 70） =S= （ 71） 故该轴在截面左侧的强度也是够的 20。 输入轴的设计 计算轴上转矩和齿轮的作用力 轴传递的转矩 T =轮的圆周力 T = （ 72） 齿轮的径向力 轮的轴向力 初算轴的最小直径 选取轴的材料为 45钢，调质处理。由表 15 12则轴的最小直径为： =1123 = （ 73） 轴的最小直径显然是安装大带轮的直径，需开键槽，故将最小轴径增加 5%，变为 机械设 计手册取 d=15V 带轮与轴配合的毂孔长度 2 轴的结构设计 拟定轴上零件的装配方案 19 根据轴上零件定位、加工要求参考轴的结构设计的基本要求，得出如图所示的装配方案 。 图 6 轴 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 (1)为了满足 V 带轮的轴向定位要求， 1取 20V 带轮与轴配合的毂孔长度 2此可取 2 (2)初步选择滚动轴承。因轴承同时受径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承。由轴承产品目录中初步选取 0基本游隙组、标准精度级的单列角接触球轴承 7206C，其尺寸为 d D B=30 62 16，故 30 (3)两滚动轴承之间采用套筒定位，为了使套筒端面可靠地压紧两滚动轴承的端面，故安装轴承处的轴段应略短于两轴承的宽度，取 7 (4)轴承端盖的总宽度为 20据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离 l=30取 05)右端轴承的右端面采用轴肩定位，轴肩高度 h h=3轴环处的直径 5环宽度 b 0 轴上零件的周向定位 b h=66槽用键槽铣刀加工，长为 45时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为 H7/动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为 确定轴上圆角和倒角尺寸 参考 机械式设计 表 15轴端倒角为 1 45，各轴肩处的圆角半径见图 6。 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手 20 册中查取 于 7206手册中查得 a=此，作为简支梁的轴的支承跨距 38据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图 图 7 受力图 轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面 险截面。先将计算出的截面 H、 的值列于下表 。 表 4 轴的危险截面 of 荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F 矩 M 弯矩 矩 T T = 按弯扭合成应力校核轴的强度 根据 机械式设计 式（ 15上表中的数值，并取 =的计算应力 T2 W =14520)2 = （ 74） 前已选定轴的材料为 45钢，调质处理，由 机械式设计 表 1560此 000h （ 77） 故角接触球轴承 7206C 符合要求 。 输入轴上滚动轴承的设计计算 求比值 据 机械式设计 表 13接触球轴承的最大 此时 e 22 初步计算当量动载荷 P 根据 机械式设计 式（ 13 P= （ 78） 按照 机械式设计 表 13 照 机械式设计 表 13X=0后才能求出。先暂选一近似中间值，取 Y= P=( 求轴承应有的基本额定载荷值 根据 机械式设计 式（ 13 C=006 =3 60 450 5000106 =2137N （ 79） 验算轴承的寿命 按照轴承样本或设计手册选择 C=17800N 的 7206轴承的基本额定静载荷 2800N，验算如下： 1） 求相对轴向载荷对应的 值。按表 13对轴向载荷 表中介于 应的 2） 用线性插值法求 Y= (15 = X= Y=） 求当量动载荷 P P=(497N 4） 验算 7206C 轴承的寿命，根据式（ 13 0660n ( = 10660 450 (17800497 )3=17014805000h （ 80） 故角接触球轴承 7206C 符合要求 。 6 键联接的选择及校核计算 齿轮键联接的选择及计算 键、轴和齿轮的材料都是钢，由 机械式设计 表 6p=100 120其平均值， p=110的工作长度 l=5523 键与轮毂键槽的接触高度 k=8=4式 机械式设计 （ 6得 p=22 285904 15 36 = p （ 81） 可见联接强度足够 。 V 带轮键联接的选择及计算 键、轴和轮毂的材料都是钢，由 机械式设计 表 6p=100 120其平均值， p=110的工作长度 l=59与轮毂键槽的接触高度 k=6=3式（ 6得 p=22 145203 39 20 = p （ 82） 可见联接强度足够 。 半联轴器键联接的选择及计算 键、轴和联轴器的材料都是钢，由表 6 p=100120其平均值， p=110的工作长度 l=26与轮毂键槽的接触高度 k=6=3式（ 6得 p= 22 285903 22 18 = p （ 83） 可见联接强度足够 。 7 啮合件及轴承的润滑 在摩擦面间加入润滑剂不仅可以降低摩擦，减轻磨损，保护零件不遭锈蚀，而且在采用循环润滑时还能起到散热降温的作用。由于液体的不可压缩性，润滑油膜还具有缓冲、吸振的能力。使用膏状的润滑脂，既可防止内部的润滑剂外泄，又可阻止外部杂质侵入，避免加剧零件的磨损，起到密封作用。 润滑剂可分为气体、液体、半固体和固体四种基本类型。在液体润滑剂中应用最广泛的是润滑油，包括矿物油、动植物油、合成油和各种乳剂。半固体润滑剂主要 是指各种润滑脂。它是润滑油和稠化剂的稳定混合物。固体润滑剂是任何可以形成固体膜以减少摩擦阻力的物质，如石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯等。任何气体都可作为气体润滑剂，其中用得最多的是空气，它主要用在气体轴承中。 在本设计中轴承采用脂润滑。润滑脂的润滑膜强度高，能承受较大的载荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以维持相当长的一段时间。润滑脂的装填量不 24 应超过轴承空间的 1/3 1/2，可通过轴承座上的注油孔及通道注入。采用滚动轴承脂（ ，它适用于各种机械设备的滚动轴承润滑。适用工作温度 90 C。 8 波盘的设计 根据设计要求波盘直径为 350用 1更好的达到去皮效果波盘转速 n=450 500转 /分，本设计中转速为 450转 /分 。 图 8 波盘形状 总结 虽然在大学里有过多次课程设计的经历，但那些跟这次比起来实在是小巫见大巫了。以前的课程设计可以说都有参照，我们可照着前人的思路走。但毕业设计就完全不同，要自己想象构思，从开始阶段的方案确定，到最后阶段的设计说明书的编写，没有哪一样不要靠自己来完成：计算要准确，画图要注意细节，说明书要与设计统一等等。在计算轴时因不小心算错一个数据，导致后面的设计数据都出错，当在绘图时才发现错误，所以只得重新将数据改正后，才最终将图画好。那还有在计算过程中因为发现小错误而改变设计数据的情况举不胜举。最主要的是现在市面上芋头去皮机 不是很多，也不够完善，能够参考的书籍有限，网络上的详细资料也不全面，那样更加加重了我的设计，给我的课题设计形成很多的阻碍。但在指导老师和同学的帮助下，我通过翻阅相关资料改正了设计和图纸上的一些错误以及不合理的地方。 毕业设计是每一位大学生的必修课，它要求学生独立的思考问题，并将在大学期间所学的知识进行归类和深化；能够多方面的提高学生的能力，为进入社会做足准备。同时，我发现了自己很多不足的地方，还有很多以前没掌握牢固的知识和未从涉及的领域。希望在以后的时间里，我能不断的学习新知识，提升自己的能力。不能说这次设 计是非常圆满的完成的，因为还有一些考虑欠妥的地方， 25 希望老师批评指教，但至少可视为一个进步，以后还能因此有更大的进步！经过三个月的努力，我相信这次毕业设计一定能为四年的大学生涯划上一个圆满的句号 。 参考文献 1 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编，孙恒，陈作模主编机械原理第 6版 北京：高等教育出版社， 2001（ 2004重印 ） . 2 孟宪源现代机构手册 M 北京：机械工业出版社， 1994. 3 藤森洋三 .机构设计 实用构思图册 M 北京：机械工业出版社， 1989. 4 郁明山 .现代机械传动手册 M 北京：机械工业出版社， 1996. 5 刘瑞新 朱世同 M 北京：机械工业出版社， 6 机械设计手册（软件版） 7 王振华 .实用轴承手册 M 上海科学技术文献出版社， 1991. 8 邹慧君 .机构系统设计 M 上海科学技术出版社 . 9 李季庆，陈作模 .机械设计基础 M 北京：高等教育出版社， 1999. 10 郑文纬，吴克坚 .机械原理 M第 7版 北京： 高等教育出版社， 1997. 11 郭应龙 .机械动力学 M 武汉：水利电力出版社， 1993. 12 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编，孙恒，傅则绍主编机械原理 M第 4版 北京：高等教育出版社， 1989. 13 唐锡宽 械动力学 M 北京：高等教育出版社， 1993. 14 齿轮手册编委会齿轮手册 M . 北京：机械工业出版社， 1990. 15 吴宗泽 .机械结构设计 M 北京：机械工业出版社， 1988. 16 吴宗泽 械设计课程设计手册 M（第二版） 北京：高等教育出版社， 1999. 17 周开勤 .机械零件手册 M第四版 北京：高等教育出版社， 1994. 18 余俊机械设计 M第二版 北京：高等教育出版社， 1986. 19 章日晋 .机械零件的结构设计 M 北京：机械工业出版社， 1987. 20 汝元功 械设计手册 M 北京：高等教育出版社， 1995. 21 濮良贵 械设计 M 北京：高等教育出版社， 2001. 26 致 谢 论文是在汤兴初老师的悉心指导和热情关怀下完成的。可以说没有汤老师的悉心指导就没有此次设计的圆满完成， 老师严谨的治学态度、渊博的学识和活跃的思维方式使我收益终生。在导师身上我不仅学到了知识，更重要的是学会了许多做人的道理，再次表示对汤老师衷心感谢，还有帮助过我的同学们。在论文的研究工作中，得到了太多人的关心、支持和帮助，再次对各位老师、学长、朋友、同事及家人表示衷心的感谢。 附录 附录 1： （装配图 1） 附录 2：（零件图 5、 7） 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前 言 1 2 整体方案确定 2 确定传动方案 2 机构类型选择 3 3 小型芋头去皮机设计 4 原动机的选择 4 电动机的选择 4 电动机类型和结构形式 4 电动机的额定功率 4 电动机的转速 4 电动机的技术数据