【JX18-100】手摇式菠萝去皮机的设计（二维+三维+论文）
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【JX18-100】手摇式菠萝去皮机的设计二维+三维+论文
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摘 要众所周知，菠萝的外皮是不能食用的，所以对菠萝进行深加工时，必须先对其进行削皮工序。目前常用的削皮工艺有很多的缺点，并不能完全的满足生产要求。设计一种安全、卫生、方便的菠萝剥皮工具已成为迫切需要。本文通过研究菠萝的削皮原理，设计一种适合批量化生产的玻璃削皮设备。这台机器代替了目前的手工剥皮。操作简单，使用简单，大大提高了生活效率。关键词：菠萝，削皮机，机构1Abstract Peeling of pineapple is an important part of the processing technology of pineapple products. The existing peeling methods have their own limitations. Designing a safe, sanitary and convenient peeling tool for pineapple has become an urgent need. This paper mainly introduces the design essentials, working principle and equipment composition of pineapple peeler, which is based on cutting principle and suitable for food processing factories and other places. This machine replaces the current manual peeling. It is easy to operate, simple to use and greatly improves the efficiency of life.Keywords: pineapple；Peeling machine；Mechanism2目 录摘 要1第一章 前言41.1菠萝削皮机机械国内外发展趋势41.2菠萝削皮机性能要求41.3菠萝削皮机方案设计5第2章 菠萝削皮机的结构设计62.1刀具设计62.2螺杆的设计以计算62.2.1螺杆螺纹类型的选择62.2.2选取螺杆材料62.2.3确定螺杆直径72.2.4自锁验算72.2.5稳定性计算82.2.6校核螺纹牙强度82.3机架的刚度校核92.4手柄轴的设计校核122.4.1 手柄轴强度计算132.4.2 手柄轴的疲劳强度校核142.4.3 手柄轴的接触应力校核172.5底座的设计17第3章 菠萝削皮机的三维建模193.1 Solidworks软件简介193.2 零件建模193.2.1底座三维建模193.2.2 机架的三维建模203.2.3其他零件的三维模型造型213.3零件装配24总 结27致 谢28参考文献294第一章 前言菠萝又称菠萝和黄梨。1650左右，葡萄牙的商人将菠萝带到了中国澳门，接着便有人讲这种水果传递到其他地区，由于该水果水分充足，味道鲜美，所以得到了很多人的喜欢，从而使得销量大增，于是便有人开始大量种植。经过长时间的繁殖，已生产出许多品种1。科学研究表明，癌症与人体内缺乏维生素密切相关。如果我们能多吃水果补充大量维生素，就能完全抵抗多种疾病。菠萝作为最受欢迎的水果之一，完全有资格补充维生素。菠萝不仅有大量的营养元素，而且水分充足。菠萝优点很多，但是只有一点让人受不了，就是削皮非常的麻烦，皮厚、小毛刺多，如果皮削的不干净，吃起来还很难受。现在的社会，工业化发展迅速，各种汽车尾气、工厂排放使得空气质量很差，大量的灰尘及脏东西附着在菠萝的外皮上。综上所述，当前市场急需一种高效便捷的菠萝削皮工具，如果能做到低成本，便于携带，操作也很方便，那么久更受欢迎了2。1.1菠萝削皮机机械国内外发展趋势起初，我国农产品质量较差，加工附加值相对较低，缺乏一定的国际竞争力。现在水果加工业越来越发达。就目前情况而言，我国水果加工业已经具备了相当好的技术水平和生产规模。随着技术的发展，水果的加工要求也越来越高，原始的削皮已经无法满足当前工业化的社会。加工业增加值程度明显高于以往，使得我国的农产品出口已经越来越庞大。因此，加大农产品加工机械的研发力度，是提高农产品出口水平的前提3。1.2菠萝削皮机性能要求设计一款设备，首先要考虑的就是安全性，必须保证工人在操作设备时，不能被设备伤到，下一步才是在满足安全的前提下，提高工作效率。整个系统结构稳定，既节省时间，又具有很高的安全性。因为本文设计的削皮工具，是用于家庭或者小作坊使用，所以价格不能太高。否则一般家庭不会考虑购买。综上所述，设计应满足并具有以下性能4：(1)在加工时，必须保证设备使用的可靠度。(2)保证其制造成本为大多数家庭所接受，并在此基础上确保其使用寿命。(3)在满足削皮要求下，尽可能的不浪费果肉。(4)考虑到家庭使用的问题，系统运行中的噪声应该最小化。(5)考虑到其设计规模，不应占用太多的家庭空间。(6)设备设计好，应该有可靠的改进空间，以免后期有修改而无法满足要求。1.3菠萝削皮机方案设计本方案设计的手摇式菠萝削皮机，通过手摇提供动力，刀具设计为柔性结构，可以适应不同外形的菠萝切削，菠萝装夹机构通过螺杆作为传动部件，其中刀具一端安装有一根扭簧，可使刀具具有柔性功能，可很好的适应各个规格的菠萝，工作时，先安装手柄，把菠萝的底部固定在桌子上，底座是真空吸盘结构，安装有手柄，转动手柄，即可抽空底座内部的空气，通过大气压即可把底座固定到任何平整的平台上，然后把菠萝放在针上，最后转动手柄，刀子从菠萝的底部开始沿着菠萝表面旋转，直到菠萝头，然后刀子离开。菠萝削皮过程结束5。结构如图1-1所示：图1-1 菠萝削皮机第2章 菠萝削皮机的结构设计2.1刀具设计首先确定菠萝削皮机所使用削皮刀具的样式：刀具通过一个压块与刀具杆连接，由于刀具是易损件，所以这样的结构可以很方便的对刀具进行更换，刀具杆底部配有一扭簧，可以随着菠萝的外形摆动，从而可以均匀的对菠萝进行削皮，以避免果肉的浪费。2.2螺杆的设计以计算菠萝削皮机使用的螺杆轴如图2.1所示：图2.1:螺旋杆零件图2.2.1螺杆螺纹类型的选择因为是小型机械，对加工精度并没太高的要求，并且考虑到成本，所以在这里，我们采用梯形螺杆，查阅文献，梯形螺杆牙型角是=30，由结构可知，梯形螺纹使用方便，可靠；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的规定6。2.2.2选取螺杆材料螺杆的材料可选择性较大，有Q235、Q235、45、40Cr等，考虑到经济性及结构的强度，综合考虑后，材料选择45钢。2.2.3确定螺杆直径按耐磨性条件确定中经；的值可查机械设计手册得。取，螺母所受的力等于刀具重量+菠萝重量+切削时所受到的轴向力。估算其值查阅资料，螺母材料是45钢，其许用压强由由于计算出的螺杆理论中径非常小，由此可见，在工作时，螺杆所受到的力并不大，当然我们不可能选择直径仅仅大于3.37的螺杆，考虑到加工性和安装便利性，查国标对标准化最终选择d=20mm 同时可查的p=3mm 2.2.4自锁验算在工作时，螺杆需要有自锁性，从而避免安全事故的产生，在此我们选择的螺杆螺母材料是45钢，查阅机械设计手册，可知两者之间的摩擦系数，自锁条件是 符合自锁条件2.2.5稳定性计算通常来说。细长比很大的零件在使用过程中，可能会因为受轴向力而发生破坏的情况，所以在设计时，首先应该对该零件的强度进行校核6。螺杆的额定负载与柔度有关由， =H+5t+1.5d=220+1.536+56=304mm应进行校核 合理2.2.6校核螺纹牙强度通常来说。螺母的强度肯定是没有螺杆高的，所以我们只对螺母的强度进行校核：由于D=20mm 剪切强度条件为：查表得：符合剪切强度条件；弯曲强度条件为：查表得符合弯曲强度条件2.3机架的刚度校核本次设计的机架如图2.2所示：图2.2:机架零件图机架的刚性好不好是关系到整个机构在工作时的可靠性。所以，在对机架进行研究时，其刚性的重要性远远超过强度，这是由于机架在工作时，极少因为强度不够而发生破坏。但是，随着工作时间的增加，机架会逐渐变形，这就要求机架具有足够的刚度，否则，随着机架的变形，变速器的位置会发生变化，机器的工作能力也会降低7。根据压杆保持平衡能力的最小临界力公式 临界力 单位N；E 材料的弹性模量 单位Gpa，对槽钢材料为205GPa；I 惯性矩 单位，对18号槽钢为1369.9；机架高度 单位m。实际上，支撑力只作用于框架上，所以只需要检查框架的支撑应力。机架在受力点的压强最大，所以也是最容易出问题的地方8。 右端连接处最大应力 左端连接处的最大应力 由于机架的设计长度是460mm，再由公式（3-4）及已知数据得13.1，对两者进行分析，机架所承担的压力极小，远没达到，换句话说，机架拥有极大的强度，可以保证正常使用。框架2和3上的力比框架1上的力小，几何尺寸基本相同。根据框架1的数据，我们知道，强度和刚度都非常令人满意，因此必须由经验来满足9。相反，框架1和2之间的连接螺栓由于带在轴上的拉力而产生弯曲力矩，因此需要检查被拉侧的螺栓。对机架进行受力分析，将模型简化为力学模型如下：图2.2.1机架的受力模型表示螺杆对机架产生的力 单位 。因为螺杆的数量是4个，所以关系式如下： 将各数据代入公式，经过计算可得。再参照相似的设备，螺栓连接机架时，通常预紧力在以上，所以螺栓的总受力，考虑到安全性，我们可以使用下面这个公式来计算： 螺栓受到的拉应力 单位；S 螺栓的截面积 单位。因为此设备选择的螺杆尺寸是M16的，螺杆最容易断裂的截面面积大概是140，计算可知43，除了计算出来的数据之外，在螺杆承受拉应力的时候，螺杆还承受着螺纹副的摩擦力，查阅参考资料11。一般来说螺杆公称直径在1064之间，该值=0.5，再根据第四强度理论：57Mpa 查阅资料，根据螺杆的材料，可知其抗拉强度是，在工作状态下，一般的安全系数范围是2.54，在这里，我们选择安全系数是4，这样计算出来的允许应力=82.5Mpa，因为计算出来的值，所以强度校核完成。2.4手柄轴的设计校核 本次设计的手柄轴如图2.3所示： 图2.3：手柄轴零件图 手柄轴长度为300mm ；许用应力 用插入法查得：许用应力值 应力校正系数 当量弯矩 设计的最小直径 手柄轴直径 ； 验算合格。2.4.1 手柄轴强度计算 式中：手柄轴的均布载荷； 力； 宽度。 式中： 均布载荷； 反力； 长度 式中： 前后均布载荷 式中： 平面上附加的均布力矩按扭转条件计算I-I截面的强度因此I-I截面安全。按弯扭合成条件计算II-II截面因此截面安全。2.4.2 手柄轴的疲劳强度校核I截面直径最小，且有应力集中；II截面是相互固定的地方，因为在此处，直径发生了改变，所以产生了应力集中的情况；因为直径最大的地方不存在应力集中的情况，所以强度校核并不需要做，我们只校核I、II的强度12。截面I右侧因为I截面受扭矩作用，所以查阅参考文献可知，该系数在表格中选取。因，经插值后可查得轴的材料的敏性系数为有效应力集中系数为尺寸系数表面质量系数为该处表面并没有进行热处理，即，所以可计算出系数值是取 计算安全系数可知其安全。截面II左侧 弯曲应力所以 ， 扭转应力所以 因为轴的直径发生改变时，会产生原则上的应力集中情况，该值是，因，查阅文献资料后，轴的材料的敏性系数为，有效应力集中系数为尺寸系数尺寸系数表面质量系数为该处表面并没有进行热处理，即，则得综合系数值为取 ，计算系数值故安全。2.4.3 手柄轴的接触应力校核最大压应力 式中：均布载荷；接触区宽度的一半。 式中：模数；半径； 半径。所以校核结果满足要求，所以安全。2.5底座的设计底座是整个设备的基础，起着重要的支撑作用，其结构的稳固性直接影响到设备的使用效率，考虑到这里所设计的菠萝削皮机是家用型，结构较小巧，所以底座不可能设计成非常庞大，结构又小巧，又要稳固，所以这是个矛盾点，通过仔细考虑，将底座设计成吸盘结构，这样就可以很方便的固定在各种平台上，底座侧面设计有一手柄，只要往下按动，即可排空底座内部的空气，设备即可稳固的吸在平台上，从而进行方便的削皮工作。第3章 菠萝削皮机的三维建模3.1 Solidworks软件简介首先，我想介绍一个先进的智能化参数化CAD设计软件Solidworks。它被称为“三维机械设计程序的领导者”。简单易学，操作简便，操作便利，功能巨多。在机械设计这个行业，熟练掌握此软件已经是必备的技能了。参数化CAD设计软件是参数化和变量化的总称。在绘制草图之后，可以添加诸如尺寸和其他几何约束之类的数值约束以使草图进入完全定义的状态，这称为参数模式。由于软件自动添加相关属性，如果标签的尺寸发生变化，几何图形的尺寸将同步更新。它还可以暂时地没有足够的限制，使得草图处于未定义的状态，这是可变的操作模式13。3.2 零件建模3.2.1底座三维建模在SolidWorks中，由于挡板的三维模型比较复杂，它利用拉伸和切割的特性来形成托盘的三维模型。如图3.2.1所示。图3.2.1 底座三维图3.2.2 机架的三维建模由于框体的三维模型比较复杂，因此利用拉切特性形成托盘的三维模型。如图3.2.2所示图3.2.2 机架三维图3.2.3其他零件的三维模型造型此外，SolidWorks中的工具箱包含各种传输部件、螺栓、螺母、螺栓、轴承和其他数据，这些数据可以直接调用以输入它们自己的参数。模拟销轴，从工具箱中选择销轴，如图3.2所示图3.2 添加销轴标准件由于手柄连杆三维模型的复杂性，利用手柄连杆的张力、圆度等特性，建立了手柄连杆的三维模型。如图1所示图1 把手连杆的三维建模刀片、手柄、支撑片、车轴夹具和盖板的三维模型比较复杂。利用拉伸、圆角和旋转切除的特点，建立了三维模型。这里不描述其他组件的三维建模。如图2，3，4，5，6所示图2 刀片 图3 手柄图4 支撑片图5 轴卡图6 盖板3.3零件装配修改了颜色匹配后，菠萝去皮器看起来更加逼真，颜色匹配的效果便于设计审核员发现更详细的缺陷，易于修改。通过中心线重合、表面重合或给定距离装配具有弧面的零件。因为菠萝削皮机有很多部件，所以我们使用单独包装的形式来对菠萝削皮机进行包装，并获得如下面的图3.3所示的组装图。图3.3 菠萝削皮机三维装配体图3.4 菠萝削皮机工程图创建此外，上述工具可以用来分析截面视图。该组件的部件和名称也可以被标记。因此，绘图也将在CAD中进行修改，所以这里没有标记零件的序列号和名称。 总 结 毕业设计是大学一项重要的内容，它直接关系到我们在这大学期间所付出的努力，可以将所学得的知识汇总融合，然后对某个产品进行综合设计。它也是教科书中的理论知识向实践生产的转化。在此之前，虽然经过四年的学习，我学到了很多知识，但是没有机会去运用和掌握这些东西。通过这种实践，我已经详细的熟悉了菠萝削皮机的结构、工作原理及使用方法等，让我的综合能力得到了一个很大的提升。这也使我对机械更加感兴趣，增强了我对机械行业的信心。设计之初，我在图书馆网站上下载了很多相关文件，并且仔细的研究分析，从而确定了总体的方案结构，然后再对各部件进行详细的设计计算，最终汇总后，完成了整个菠萝削皮机的设计。在设计期间，我得到了老师的帮助。我想我可以从与老师交流的过程中学到很多东西。老师可以从另一个角度激励我，给我很多帮助、鼓励和指导。经过这段时间的设计，我基本上已经按照设计要求完成了菠萝削皮机的机械系统设计，但由于本人知识有限，缺乏实际工作经验，本次设计肯定存在不足，敬请广大师生批评指正。致 谢在毕业设计的整个过程中，非常感谢我的导师。在我们毕业设计阶段，老师经常工作到深夜，为我们的同学进行毕业设计。我钦佩他认真负责的态度。此外，他善待学生，孜孜不倦地解决学生在设计中遇到的困难，并指导我们如何理清思路，顺利地进行设计。在整个设计过程中，给我细心的指导和帮助，为我们的毕业设计付出了很多努力，投入了大量的时间和精力。在设计细节方面，尤其是图纸方面，我尽我所能不断改进。同时，我学到了很多分析问题和解决问题的思路和方法，以便我能够在质量和数量上完成设计任务。没有老师的帮助，就没有今天的设计成果。在此，我谨向他表示衷心的敬意和衷心的感谢。感谢我过去四年来帮助我的老师和同学们。他们的教授和帮助使我学到了很多知识，并成功地完成了学业。在此，我表示深深的敬意和衷心的感谢。本设计过程参考了大量的文献资料，在此向前人学术界致敬！参考文献1 白雪宁.全自动菠萝去皮机的开发与研究D.2010，29(4):53-57.2 曾珊琪，张翠珠，张建宁.全自动菠萝去皮机的创新设计J.包装与食品机械2009，27(3)：27-31. 3 刘鸿文，2004，材料力学（第四版），北京：等教育出版社4 刘燕德，2007，无损智能检测技术与应用，武汉：华中科技大学出版社5 沈再春，1993，农产品加工机械与设备，北京：中国农业出版社6 杨子岐.柑，橙类水果去皮机的研制J.包装与食品机械.2006，24（1）：12-16.7 张建宁.全自动菠萝去皮机的设计与仿真D.陕西科技大学学报.2009，5，(3)58-61.8 张星政，1994-04-13，水果分级机，中国发明专利9 张祖来，程玉来，陶栋材，2004，机械设计基础，北京：中国农业大学出版社10 周开
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