毕业论文-莲藕切片机的设计（含全套CAD图纸）.docVIP

全日制普通本科生毕业设计莲藕切片机的设计DESIGN OF LOTUS ROOT SLICING MACHINE 由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706 学生姓名： 学 号：年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自指导老师及职称： 学 部：理工学部提交日期：2012年5月19全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计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。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 日目 录摘要1关键词11 绪论21.1 研究的目的和意义2 1.2 国内外研究现状31.3 研究的目标与内容42 莲藕切片机的设计原理42.1 设计内容42.2 总体设计简介43 主要参数确定与关键部件设计53.1 电动机的选择计算53.2 确定传动装置的总传动比73.3 减速箱的设计73.4 V带的设计选择93.5 链轮的设计计算133.6 轴与齿轮的设计计算及校核143.7 往复切片机构和推料装置的设计243.8 进藕导向筒的设计283.9 机架设计284 结论29参考文献29致谢30莲藕切片机的设计摘 要：莲藕是优良的水生蔬菜和副食佳品，我国大多数藕食品加工出口企业生产的藕片主要以人工切片为主。人工切片劳动强度大、效率低、不安全又不卫生。通过设计莲藕切片机，以实现小规模生产的机械化生产要求。本文通过对莲藕切片机的总体结构、工作原理、关键部件结构以及工作参数设计计算，设计出小型莲藕切片机。关键词：莲藕、切片、往复切片Design Of Lotus Root Slicing Machine Abstract: Lotus root is an excellent vegetables and non-staple food. Chinas most lotus root food processing export enterprise production OuPian mainly by artificial slice primarily. Artificial slice labor intensity and low efficiency, safety and health. Through the design lotus root slicing machine, The majority exported manufactory of lotus food processing produce man-made lotus root slice which has disadvantage of intensive labor,inefficient ,unsafe and unsanitative . This article through to lotus root slicing machine the general structure. Artificial slice labor intensity and low efficiency, safety and health.Now the design of lotus root slicer will achieve machanization production in small scale.The assay will caculate the overall structure,working principle,key components and operating parameters design and finish the drawings of the main parts and installations. Keywords: Lotus root; section;To and fro slicing device 1 绪论1.1 研究的目的和意义莲藕起源与我国，种植历史已经有3000多年，无论在食用和药用都用的很多，莲花还是中国十大名花之一，深受广大人民群众的喜爱。莲藕，简称莲，别名莲菜、荷藕等。莲藕可以分为子莲、藕莲和花莲三大类型。莲藕以藕和莲子为主产品，可供生食、熟食、加工制罐、速冻保鲜、制作蜜饯和藕粉等，藕节、莲心、花、莲须、莲梗等可以入药。莲藕含有多种营养及天东碱、氨基酸、葫芦巴碱、酚类化合物、葡萄糖等。莲藕是优良的水生蔬菜和副食佳品，可供生食、熟食、加工罐藏、制作蜜饯和藕粉等。产品比较耐贮藏和运输，在国内外市场上销路很广，是出口创汇的重要商品。莲藕在我国分布十分广阔，资源丰富，从东北大地到海南岛，从东海之滨到西藏高原都有它的踪迹，栽培主产区在长江流域和黄淮流域，以湖北、江苏、安徽等省的种植面积最大，目前估计全国栽培面积在5070万hm2，湖北省栽培面积在9万hm2左右. 中国各地著名的藕品有苏州的荷藕，品质优良，在唐代时就列为贡品。其藕有“雪藕”之称，色白如雪，嫩脆甜爽，生吃堪与鸭梨媲美，诗人韩愈曾有“冷比霜雪甘比蜜，一片入口沉疴痊”之赞。湖南省汉寿县西竺乡的白臂藕白如玉，壮如臂、汁如蜜，吃起来嫩脆脆、水汪汪，落口消融，食而无渣。广西贵县大红莲藕，身茎粗大，生吃尤甜，熟食特别绵。据说，清朝乾隆皇帝游江南时，就指名要尝贵县大红莲藕。现在，当地人还喜欢设“全藕席”招待客人。湖北省洪湖藕富含淀粉、蛋白质、维生素等成分，鲜美爽口，早已驰名中外，被誉为“水中之宝”。杭州人则推崇西湖的藕，由于它白嫩如少女之臂，美其名曰“西施臂”。此外著名的莲藕还有安徽省雪湖贡藕，江苏省宝应的美人红，南京的大白花等。今后，随着广大水乡湖滩资源的开发利用，农村产业结构的调整和进一步对外开放，中国的莲藕生产和销售必将得到新的发展和提高。莲藕切片机的研究与使用能提高劳动生产率、降低农产品成本，以及对于减轻农民劳动强度和缩小工农差别，都有着重大的作用。在我们日常生活经常食用莲藕，人工切片不能满足我们生活需求。因此，建立一些小型的莲藕加工作坊有很大的必要，也有很大的潜力。我国莲藕切片技术没有完善，莲藕切片机没能得到推广，研究莲藕切片机有很大意义。1.2 国内外生产现状我国是农业大国一直以来国大多数藕食品加工出口企业生产的藕片主要以人工切片为主。人工切片劳动强度大、功效低 ，工人切片时一手直接抓取荷藕，一手使用木质推板推动荷藕至切割刀片，既不安全又不卫生。近年来，我国对荷藕切片技术也开展了一些研究，但进展不大，所研制的荷藕切片机始终没能得到推广。究其原因，是对荷藕的切削加工性能还缺乏了解。荷藕是一种中空、肉质脆嫩类蔬菜，具有淀粉含量高、水分含量大、形状不规则等特点. 因此，主要有三个问题需要解决1： 如何降低碎片率。圆盘形刀片固然有切削速度快、工作效率高的特点，但藕片易破碎。 解决粘刀问题。荷藕淀粉含量高，特别容易粘刀，如切削下来的藕薄片不能及时清理，将会影响后续加工质量。 解决藕段的装夹问题。要实现荷藕的机械化切削，必须实现藕的连续装夹与进给，而鲜藕普遍具有脆嫩的特点，若装夹方式不当，将破坏藕表面及藕片的平整度。现有的荷藕切片机械主要在以上3个方面存在缺陷，因此有必要从机型设计、料筒及装夹设计及刀片设计着手，以提高荷藕机械化切片质量。国内现有的莲藕切片技术主要有两种：盘式砍切型如湖北农学院陈义厚和邹必昌研制了一种盘式砍切型荷藕切片机，其工作原理为：荷藕放在竖直的导向管内，底部由挡板顶住；在导向筒底部和挡板之间装有旋转刀盘，刀盘旋转带动刀片横向切割荷藕，切出的藕片被刀片底面后部的藕片刷推到落料槽内。这种莲藕切片机切割莲藕碎片率高。滑切型机械工业食品装备设计研究所李树君研制了一种滑切型荷藕切片机，其工作原理为：藕在定向进给机构中沿与刀片成40。角的方向进给，圆盘刀既做上下垂直运动，又做水平面内的旋转运动，由于刀片沿一定斜角逐渐切削荷藕，因此有效地降低了碎片率。但此种切削方式加出的藕片是斜薄片，有一定的局限性。国内现有的莲藕切片主要设备如ZY-Q480切藕机，该机型切片规格为112 mm，外形尺寸为7205501200MM，主要用于土豆(马铃薯)、莲藕、苹果、梨、大萝卜、黄瓜、洋葱、芋艿的切片等茎杆类、根茎类水果蔬菜切片，切削的产品片形整齐，厚薄均匀，成品率达99%，满足出口产品加工需求。还有CHD-40型多功能切菜机，能实现土豆、莲藕、萝卜、黄瓜等水果蔬菜切片。该机采用旋转的刀盘切削，将各种蔬菜加工成片或丝状，具有切面质量好，制品厚薄及大小均匀、切面组织新鲜、不破坏纤维组织。该机型生产能力为400kg/h，切刀转速600r/min ，电机功率Y80-40.75KW，外形尺寸为5906601115mm。又如湖南中诚公司堆出的莲藕切片机是一款小型的切片机，它功能齐全，可切大，小圆形片，弧形片，斜片四种不同形状的饮片，其切片效果极佳，饮片表面美观整齐，无毛刺，无碎片残渣的现象产生，且切片厚度均匀，稳定性能好，切片性质可连续，效率高，体积小，占用空间少，噪音小，操作方便，省电又安全，造型美观。该机切片厚度可根据自己的需求自动调节，适用性更广。本论文所设计的莲藕切片机主要对进藕导向筒、往复切片机构、推料装置和传动机构进行设计，以达到降低碎片率、解决藕片粘刀和解决莲藕的装夹问题的目的。1.3 研究的目标与内容研究目标：本论文以配用中小动力的莲藕切片机装置为研究对象，针对人民对莲藕的需求量，在充分了解莲藕的生长状态及特点的基础上，探索新的工作方式和新的结构设计。分析工作部件的运动特点、所受阻力及对莲藕作用力等，研究出合适的莲藕切片机以达到简化结构，降低功耗，减少成本，提高作业质量为目的。研究往复切片机构及推料装置的运动机理及最佳工作参数。研究内容：（1）设计莲藕切片机的切片工作原理及结构形式。利用曲柄滑块机构实现莲藕的切片往复运动，以最大程度地减少动力功耗和收获装置的总体结构尺寸。（2）针对不同莲藕品种、莲藕的大小（直径约为3-10cm），优化传动与工作部件的结构，使其结构参数和运动参数达到最优。（3）设计莲藕切片机的推料装置。采用曲柄滑块机构的形式使得切片后的莲藕片脱离刀片。2 莲藕切片机的设计原理2.1 设计内容本设计所设计小型生产的莲藕切片机，莲藕切片厚度约为310mm，切片生产能力：110130 kgh。2.2 总体设计简介该机主要由电动机、减速器、V带、切片机构、推料装置及机架等组成。小型莲藕切片机结构如图1所示1-弹簧 2-进藕导向筒 3-机架 4-切片装置 5-推料装置 6-升降工作台 7-出料口 8-电动机 9-减速器 10-链轮 11-V带轮图1 莲藕切片机结构简图Fig 1 Lotus root slicing machine structure diagram工作原理：首先把莲藕放在进藕导向筒内，由于自重，莲藕会掉在工作台上，动力通过传动装置和减速装置由电动机传递到切片机构，从而使刀片切断藕片，同时通过推料装置使藕片脱离刀片。3 主要参数确定与关键部件设计3.1 电动机的选型此处已删除Tca=KAT=1.3544.5N.m=707.85N.m4) 轴1的结构如下图6 轴1结构简图Fig 6 Shaft structure diagram 15) 求轴上载荷支承跨距 L=L1+L2=137+60mm=197mm （25）d1=240mmMV= Ftab/L=544.513760/197=22698.88N.mm （26）MH=Frab/L=189.213760/197=7894.54N.mm （27）M=MV2+MH2=22698.88+7894.5=24032.8N.mm （28）取=0.6由前面选定轴的材料为45钢，调制处理，由215-1查得许用弯曲应力-1=60MPaca=M+(T）/W=24032.8+(0.665.3410)/(0.139)=7.75MPa-1=60MPa,故安全，弯矩图如下图7 轴1弯矩图Fig 7 shaft 1 bending moment figure6) 初选轴承初选轴承为60087) 键类型的选择选择45钢，其许用挤压应力p=150MPaV带轮、齿轮、偏心轮与轴的周向定位均采用平键连接。圆头普通平键（A）型，查2表4-1查得平键截面从左至右分别为bhL=12mm8mm25mm、bhL=16mm10mm50mm、bhL=10mm8mm22mm8) 键的校核T2=65.64N.m，p1=2T2dlk=265.6410338254=19.28p=150MPa，合格p2=2T2dlk=265.6410352504=7.04p=150MPa，合格p3=2T2dlk=265.6410336224=23.13p=150MPa，合格 强度足够，均在许用范围内。（2）轴2（推料装置轴）1) 轴2上的功率、转速和转矩以及轴上齿轮分度圆直径N3=100/1=100r/minT3=T2i3齿=65.3410.99=64.68 NmP3=P2齿=0.6850.96=0.658 KWd1=240mm2) 作用在齿轮上的力Ft=2T3/d1=264.68103/240=539NFr=Fttan=62.080.364=196.2N3) 初步确定轴的最小直径选取轴的材料为45钢，调质处理。 先按2（15-2），表15-3，取A0=112dmin=A03Pn=11230.71910mm=15.2mm计算联轴器转矩Tca=KAT，查P351表14-1，取KA=1.3Tca=KAT=1.364.68N.m=84.08N.m4) 轴2的结构如下图8 轴2结构简图Fig 8 Shaft structure diagram 25) 求轴上载荷支承跨距L=L1+L2=90+107mm=197mmd1=240mmMV= FtL1L2/L=53990107/197=26348N.mmMH=FrL1L2/L=196.290107/197=9590.9N.mmM=MV2+MH2=26348+9590.1=16633N.mm取=0.6由前面选定轴的材料为45钢，调制处理，由2表 15-1查得许用弯曲应力-1=60MPaca=M+(T）/W=16633+(0.664.6810)/(0.139) =7.10MPa-1=60MPa,故安全，弯矩图如图9图9 轴2弯矩图Fig 9 shaft 2 bending moment figure6) 键类型的选择选择45钢，其许用挤压应力p=150MPa齿轮、偏心轮与轴的周向定位均采用平键连接。圆头普通平键（A）型，查2表4-1查得平键截面分别为bhL=16mm10mm50mm、bhL=10mm8mm22mm7) 键的校核轴2T3=64.68N.m， p2=2T3dlk=264.6810352504=12.44p=150MPa，合格p3=2T3dlk=264.6810336224=40.8p=150MPa，合格 强度足够，均在许用范围内。 精确校核轴的疲劳强度1）判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面、处过盈配合引起的应力集中最严重；从受载的情况来看，截面C上应力最大。截面上的应力集中的影响和截面的相近，但截面不受扭矩力，同时轴径较大，股不必校核。截面C上虽然应力最大，但应力集中不大（过盈配合及键槽引起的应力集中均在两端），且这里轴的直径最大，故不必校核。由2第三章附录可知，键槽的应力集中系数比过盈配合的小，所以该轴芝需校核截面两侧即可。2）截面左侧抗弯截面系数 W=0.1d3=0.1483mm3=8518.4mm3抗扭截面系数 WT=0.2d3=0.2483mm3=17036.8mm3截面左侧的弯矩M M=119962.6760-3060N.mm=61771.82N.mm （29）截面上的扭矩T3 T3=653400N.mm截面上的弯曲应力 b=M/W=61771.82/8518.4MPa=7.25MPa截面上的扭转切应力T=T3/WT=653400/17036.8MPa=11.95MPa轴的材料为45钢，调质处理。由2表15-1查得B=640MPa 、-1=275MPa 、-1=155MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按2附表3-2查取。r/d=2.0/44=0.045，D/d=48/44=1.09，经插值后可查得=2.0 =1.32又由2附图3-1可得材料的敏性系数 q=0.82 q=0.85有效应力集中系数，由2附（3-4）为 k=1+ q（-1）=1+0.82（2.0-1）=1.82 （30）k=1+ q（-1）=1+0.85（1.32-1）=1.27由附图3-2尺寸系数 =0.75；由附图3-3扭转尺寸系数 =0.85轴按摩削加工，附图3-4的表面质量系数 =0.91轴未经表面强化处理，即q=1，由（3-12）及（3-14b）得综合系数 K= (k/+1/-1)1/q=1.82/0.75+1/0.91-1=2.53 （31）K= (k/+1/-1)1/q=1.27/0.85+1/0.91-1=1.59由23-13-2得=0.10.2，取=0.1=0.050.1， 取=0.05由2（15-6）（15-8）得 S=-1Ka+m=2752.537.25+.010=14.99 （32） S=-1Ka+m=1551.5911.952+.0.0511.952=15.82 Sca=SSS+S=14.9915.8214.99+15.82=10.881.5安全3）截面左侧抗弯截面系数 W=0.1d3=0.1483mm3=11059.2mm3抗扭截面系数 WT=0.2d3=0.2483mm3=22118.4mm3弯矩M及弯曲应力M=119962.6760-3060N.mm=61771.82N.mmb=M/W=61771.82/11059.2MPa=5.59MPa扭矩T3及扭转切应力T3=64680N.mmT=T3/WT=64680/22118.4MPa=9.21MPa过盈配合处的k/,由附表3-8用插值法求出，并取k/=0.8k/，得k/=2.21 k/=0.82.21=0.71轴按摩削加工，附图3-4的表面质量系数 =0.91轴未经表面强化处理，即q=1，由（3-12）及（3-14b）得综合系数为K= (k/+1/-1)1/q=2.21+1/0.91-1=2.31K= (k/+1/-1)1/q=0.71+1/0.91-1=1.87由2（15-6）（15-8）得S=-1Ka+m=2752.315.59+.010=21.30S=-1Ka+m=1551.879.212+.0.059.212=17.53Sca=SSS+S=21.3017.5321.30+17.53=13.541.5安全故该轴截面安全。3.6.3 滚动轴承的选择及寿命校核考虑轴受力较小且主要是径向力，故选用的是单列深沟球轴承轴6009一对，轴6009一对 (GB/T297-1994) 寿命计算：轴1 查2表6-1，得深沟球轴承6009Cr=17.0KN Cor=11.8KN 查2得X=1 Y=0 计算轴承反力及当量动载荷：在水平面内轴承所受得载荷 Fr1H=Fr2H=Fts2=1095N在水平面内轴承所受得载荷 Fr1v=Fr2v=Frs2=529.5N所以轴承所受得总载荷 F=Fr1=Fr2=Fr1H+Fr1V=1095+529.5=1216.3N （33）由于基本只受轴向载荷，所以当量动载荷查2表13-6得：fp=1.01.2P=fp(Xr+YFa)=1.2(11216.3+0)=1459.56N 选轴寿命为10年，两班制基本额定动载荷Cr=p360nL1032=1459.56360100480001000000 =8.81KNCr=17.0KN （34） 所以轴承6009安全，合格。1、2轴上轴承得校核，校核结果轴承6009安全，合格。3.7 往复切片装置和推料装置的设计3.7.1 往复切片装置结构简图如下图10 切片装置结构图Fig10 Slice institutions莲藕切片装置工作原理：莲藕切片装置采用了曲柄滑块机构，莲藕放入物料导筒内，一次可以叠放几段莲藕，依靠上部莲藕的自重和压块压住下部的莲藕，使其下表面抵在物料挡板上，电动机带动曲柄滑块机构，水平安装在滑块上的切片刀运动到莲藕，开始对莲藕进行切削。其工作原理示意图如图11：图11 切片装置示意图Fig11 Slice institutions 切削机构设计图12 切刀运动极限位置图Fig12 Cutting knife movement locations由于最大物料导筒的直径为 100mm，切刀起始位置距料50mm，切割行程末了刀片伸出料筒50mm，可以推算出切削行程为 H =200mm。根据莲藕切片机切削装置示意图,莲藕切片机切削装置是采用曲柄滑块机构。曲柄滑块机构会产生振动，从而降低了藕片切削的平整度。为了减少切片装置的工作不稳定,因此在本设计中给刀片部分加上导轨。 刀片的设计由于莲藕在切片过程中的特殊性:切片薄、轻;淀粉和水分多，易粘刀。因此对刀片做了特殊的设计，其结构简图如图所示。图13 刀片图Fig13 Blade figure设计空心槽部分的目的:使藕片不易粘刀，易掉落。刀片材质是45钢。 切片厚度调节机构设计设计的工作台采取悬挂式，在机架上开一条对称的长为50mm高10mm槽。当需要改变莲藕的厚度时，分别在两边加1mm的垫片使工作台上升。刀片与工作台之的最短距离为3mm，即藕片的最薄厚度为3mm，最长距离为10mm。 偏心轮设计根据刀片的运动路程为200mm，设计偏心轮如图，偏心轮以圆心转动，从而带动连杆运动，使刀具在行程中做往复运动，达到切片的目的。连杆支点离圆心的距离为125mm，在支点在最右端时刀片在起始位置，支点在左端时刀片在终了位置。偏心轮主要负责刀片的往复运动，属于重要部位40Cr，调质处理HRC2832。曲柄滑块机构的尺寸为: 曲柄长100mm;连接杆长300mm（利用画图法计算出连杆长度），滑块长100mm。3.7.2 推料装置推料装置主要作用是使藕片与刀片分离，推料装置必须比切刀装置慢，当切刀刚切完藕片之前推料机构不接触到藕片就可以了。此设计推料装置与切片装置设计同理。图14 推料装置结构图Fig14 Slice institutions3.8 进藕导向筒设计根据荷藕的几何尺寸统计数据，直径的尺寸分布范围为 30100mm，藕节全长为 130270mm。为了适应不同尺寸荷藕的装夹需要。料筒尺寸如下： 材料为 Q235高度为 600mm；内圆直径为100mm、80mm、60mm、40mm、30mm。3.9 机架设计莲藕切片机整体尺寸：500mm800mm900mm。机架结构形式为型钢结构，框架由角钢（30mm30mm5mm）构造，然后用装上钢板（钢板厚度为6mm）。结构如下图：图15 机架结构图Fig15 Frame structure of the四 结论 在设计之初，查找了很多相关的书籍，做了一些记录，然后对莲藕切片机进行整体构思，画初步的整体结构图。然后在导师的指导下开始画装配图和零件图，修改直到符合要求为止。这其中是辛苦的，但是想到了有这么多成果并且有一定的质量，心里还是高兴的。接下来就是撰写设计说明书，计算校核主要零件的数据参数。接着是进行尺寸标注，对图进行修改，对设计说明书进行再次修改完善。 总之，整个毕业设计还是比较顺利的完成了，再多的酸甜苦辣都化作出了成果的喜悦！参考文献1 濮良贵、纪名刚机械设计高等教育出版社,2011：1-420.2 吴宗泽、罗圣国机械设计课程设计手册M高等教育出版社，2006：1-239. 3 王惟恒、胡顺强. 莲藕妙用M. 北京市：人民军医出版社, 2011 ：1-50.4 屠康、武杰. 莲藕制品加工技术M. 南京市：东南大学出版社，2007:1-30.5 李军琪 、利用定向切片机产脱水洋葱技术J食品科技，1996(1)：18.6 张仲欣 农产品加工机械有问必答C电子工业出版社，2008：10-24.7 陈义厚、邹必昌 莲藕切片机的设计与研究J2003(6):442-444.8 杨德勇、胡建平、韦恩铸 切片机的惯性力平衡仿真及优化C2010:7