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含三维SolidWorks及12张CAD图 Y092 红薯 切片机 设计 三维 SolidWorks 12 CAD

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16 届毕业设计红薯切片机的设计 学生姓名 张海涛 学 号 8011212239 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械设计2班 指导老师 孟炜 日 期 2016 .05 塔里木大学机械电气化工程学院制前 言随着科学技术的不断发展，食品机械技术也得到了大规模的应用。红薯具有很高的营养价值和很好的味道，很多人们喜欢吃。随着人们的生活水平越来越高，对红薯的食用要求也越来越高。例如在食用红薯的时候要将其切成片，因而切片机应运而生。本文所设计的红薯切片机是一种体积比较小、结构比较简单。适用于家庭、餐厅、小作坊的小型农产品加工机械。红薯切片机设计的整个过程，其中主要包括总体方案的确定，各部件的设计与计算，总装与部装图纸以及各零件的图纸。完成了全部设计后，对切片机进行了评价，指出它的特点、优势之处，以及存在的一些不足，并提出了一些改进的措施。关健词：切片机；结构；设计过程目 录 1工程概况11.1 研究的目的和意义11.2 国外切片概况11.3 国内切片概况12 红薯切片机总体方案的确定22.1 结构特点与工作原理22.2 机构的组成部分及特点23 传动设计计算、零部件的强度、刚度计算33.1 动力计算33.2 带的设计及计算63.3 轴的选择103.4 轴承的选择和校核133.5 键的选择和校核144. 刀盘总成的结构设计155 入料斗的设计及叶轮的设计166 机架的设计176.1 机架设计要求176.2 机架材料的选用及壁厚选择176.3 机架整体设计177 机体结构的设计18结 论19致 谢20参考文献21塔里木大学毕业设计1工程概况1.1 研究的目的和意义 随着现在的快餐业迅速崛起，对红薯茎块的需求越来越多。像土豆薯条、薯片等 休闲食品的消费急剧增长。这给茎块食物的加工带来了勃勃生机与活力。在茎块作物的加工过程中需将其切成片。因此切片机应运而生。 现在市场上，切片机械己经比较常见了，但是这些机械只适合产业化的生产，而没有适合农民作坊生产的切片机器；另外市场上的这些机械对切片物体的尺寸有着严格要求，不太适合块茎类蔬菜。因此根据市场需求，对块茎类疏菜红薯、土豆等，进行切片，而且要求切片、大小厚度一致、均匀，效率要比较高，这些要求超出了手工的要求，加之一些营养成分较高的新鲜蔬菜不易保存，需进行加工保存，所以更需一种能切片的小型机器。该机器能满足切片大小厚度一致、均匀，效率较高，提高了劳动效率，改善了劳动质量，让人从切片劳动中解放出来，这样既减轻了农民在加工中的劳动强度，也增加了农民的收入，有利于机械化在农村的发展。1.2 国外切片概况目前，国内外已有一些产家研制和生产了此种机器。在国外的公司，如:美国的哈克逊公司生产了BIZERBA SE12、FAC F300半自动切片机，BIZERBA SE12D自动切片机:意大利碧佳 ES25、ES30斜刀式切片机:韩国的地质公司的肉类切片机。瑞士Meyer-Burger AG公司的TS系列机，日本Tokyo Semitsu 株式会社的TSK（若干）系列机， 日本Okamoto Machine 株式会社的ASM系列机， 美国STC公司的STC系列机等。我国的切片的研究开发方面虽然已有30年的历史，近几年来切片机的研制发展也非常迅速，但是与发达国家相比目前仍然有一定的距离。但我国的切片机方面仍然没有根本性突破。1.3 国内切片概况在国内的公司有:马鞍山华宝机械设备有限公司生产的落地式切片、北京雅宝食品机械厂生产QR-300型自动切片机、沈阳清宝食品机械有限公司生产的CWS-350A。山东省诸城市大洋食品机械厂的大洋牌土豆切片机有400型、600型、江阴鑫达药化机械的中药切片机等。这些机器的特点是生产率大，速度快，适合于大型的场合。价格比较贵，对于农民的作坊生产来说不适合。2 红薯切片机总体方案的确定2.1 结构特点与工作原理2.1.1 结构特点根据本设计的要求及适用面来确定切片机的形式：本设计中我采用卧式切片机， 因为卧式切片机的装料和卸料都比较容易，结构简单，操作和维修便易，而且卧式相对立式工作时产生的震动小，有益于机械的正常工作，是非常适合作坊的机械。卧式切片机有电机、旋转刀盘、皮带传动装置以及输入输出物料装置等组成。本机构主要有以下优点：降低了人们的劳动强度，提高了工作效率。切片的厚度一致性高，损耗低。切削种类多，能对土豆、红薯、洋葱等进行切削。结构简单紧凑。2.1.2 工作原理及工作条件 卧式切片机采用电动机作为动力，皮带轮传动减速装置带动输出轴转动，轴的末端接一旋转刀盘，刀盘上的刀片随着刀盘转动，把红薯切成片。切片的厚度由刀与刀盘间的垫片厚度在控制。如图所示： 1-刀盘 2-传动轴 3-皮带以及皮带轮 4-电动机图2-1 红薯切片机原理图2.2 机构的组成部分及特点2.2.1 电动机由于卧式切片机的生产效率为500kg/h,所以选择的电动机为YB132S1-2,其额定功率为5.22KW，同步转速 n=2000/min(选定计算过程见后面 ).2.2.2 皮带传动装置 切片机选择V带轮作为传动装置，传动比为4。 轴采用45号钢，轴的固定选用深沟球轴承3 传动设计计算、零部件的强度、刚度计算3.1 动力计算3.1.1 主要参数 刀盘直径:根据红薯的外型尺寸，切片时所需的速度、生产率等条件，确定刀盘直径为300mm切削力:由资料查得到刀片单位长度承受的切削力至少为0.3 kg/mm.下面是直刃刀片和圆弧刃刀片在切削中受力的对比，从而选择刀片。直刃刀片和圆弧刃刀片在切削中受力数据资料如下:对直刃刀片而言直刃刀片在切削中的受力数据如下表：编号项目 切削面积 切削阻力平均切削阻力 切削长度 平均切削阻力cm2 kgkg/cm2 mm kg/mm1顺行 2.41.32.20.705 240.092逆行1.40.655.952140.3752顺行 1.60.820.694160.125逆行1.40.621.786150.1333顺行 0.71.322.198130.667逆行1.00.51.53100.154顺行 1.91.231.31690.158逆行0.70.63.58.33370.55顺行 1.90.81.50.987190.79逆行0.90.834.16790.3336顺行 1.20.721.681120.167逆行1.20.622.778120.167平均 2.799 0.258表3-1 直刃刀片分析表3-2 圆刃刀片分析编号项目 切削面积 切削阻力cm2 kg平均切削阻力 切削长度 平均切削阻力kg/cm2 mm kg/mm1顺行 2.40.5 1.5逆行 1.40.6 2.5 2顺行 1.50.7 2逆行 1.40.8 1.5 1.905 16 0.1331.339 15 0.1073顺行 1.70.3 1.5 0.629 13 0.088逆行 1.00.5 1 2 10 0.14顺行 1.80.7 2.5 1.984 9 0.139逆行 0.70.6 2 8.477 7 0.2865顺行 1.80.2 1 0.455 19 0.056逆行 0.90.8 2 2.778 9 0.2226顺行 1.90.1 2 0.887 12 0.05逆行 1.20.6 1.5 2.083 12 0.125平均 1.92 0.133以上两表可以看出圆刃刀片要比直刃刀片省力50%左右，所以本设计采用圆刃刀片，材料选用45钢。3.1.2 红薯在料斗、刀片间被切削的受力分析红薯在切削时的受力情况示意图1-刀盘 2-红薯 3-料斗壁图3-1 红薯受力分析图 红薯在切削时，刀片给红薯一切削力P，同时入料斗也给红薯一反力N,N分解为水平分力N1.和垂直分力N2，形成一对力矩M1=N2L2,M2 =N1L1，要使红薯不跳动,不转动，保持平衡则需PL2=MI+M2。方向相反。由小时生产效率500kg/h 来确定转速n (1) 取L=0.5，P=1.033100.001来确定n，则Z是料斗中出现的刀片数量；L是切片厚度；Q是该设备的生产率；sK1是刀片利用率；K2是刀盘的不旋空概率； 因此我们将转速定为n=500rpm。 3.1.4 切削功耗P切由前面得知，切削平均阻力P=0.3Kg/mm，则刀片在切削长度内承受的阻力矩积分得：图3-2 扭矩图 (2) (3) 3.1.5 传动、摩擦等的功率损失由机械设计上表可得 可知 总功率=0.960.970.970.96=0.9033 (4) =2.8080.9033=3.13Kw 因为经电动机的传输功率,其利用率通常在60%70%之间，故选用电动机的额定功率0.60.7 P额，由此得到的额定功率是5.22Kw，我们选择电动机的功率为5.22Kw。3.1.6 选择电机根据计算机算出来的额定功率，刀盘转速以及该机使用的减速机构的传动比，选择额定功率为5.22Kw。转速在自身减速后为2000rpm、工作电压为380V的电动机。3.1.7 切片可靠性的计算为了使在切片过程中，物料的进给都可靠，显然要保证物料下落到挡板的时间t1要小于刀片间隙的时间t2。现分析如下：假设物料道与物料的摩擦系数为0.4,送料道的倾斜角为45则对物料进行受力分析： (5) 所以 (6)又 所以 计算作用在轴上的压力Q (7) （包角：127计算见后）3.1.8求计算功率PC因为5.22kW则由机械设计手册表13-15可知选KA=1.2则由公式 ： （8） 3.2 带的设计及计算可用普通V带或窄V带，现选普通V带。根据，由机械设计手册查出为V带为SPZ型带。3.2.1 求大小带轮d2、d1基准直径 由机械设计手册中表13-9可知d1=5071 mm，现在取小轮d1=63 mm由公式： (9)可得出。其中在机械设计手册查出为0.02由机械设计手册表13-9取d2=252虽然n2略有增大，但其误差小于5%，在允许的范围内，所以d2=250可以。3.2.2 验算带速V由公式 （10）则可以算出V带的速度V=632000/(601000)=8.12 m/sV带的带速度525 m/s的范围内，合适。3.2.3 计算V带的基准长度和中心距a查机械设计手册由其中计算V带公式： （11）初步计算选取V带的中心距a0则可以得出a0=1.5(d1+d2)=1.5(63+250)=248，现在取a0=248,由公式 （12）可以得出中心距在其范围内，所以取a0=250可以。查机械设计手册由式： (13)可以得出带长为L=2250+=1026.3 mm由机械设计基础查表13-2选用V带的型号，对Z型带选用=1000 mm。再由其公式： (14)可以确定V带的中心距a=250（1000-1026.6）/2=237 mm3.2.4 验算小带轮包角1 查机械设计基础由公式 180-60 （15） 可以得出 所以得出包角合适。3.2.5 求V带的根数 查机械设计基础由公式： Z= （16） 已知n1=2000 r/min ，d1=63 查表可以得出 P0=1.45 KW由传动比i=4 查表13-5得 P0=0.45 KW由1=132.7 查表13-7得 =0.87,查表13-2得KL=2.1,由此可得 Z=1.81所以V带取2根3.2.6 求作用在带轮轴上的压力FQ 查机械设计手册表13-1得出V带每米长的质量q=0.07 kg/m由公式：F0= （17）其中为功率，Z为v带的根数，V为v带的带速，可以得出F0=82.4 N现在计算作用在带轮上的压力FQ ,由公式：FQ= （18）可以得出FQ=402.5 N3.2.7 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（表面粗糙度一般为3.2以减少带摩擦，各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较均匀。带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为HT150或HT200，转速较高时采用铸钢，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HT200。 带轮结构形式的设计铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式：实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式。V带轮的结构形式与基准直径有关。当带轮基准直径为ddd（d为安装带轮的轴的直径，mm）时可采用实心式；当dd300mm时，可采用腹板式；当dd300mm时，同时D1-d1100mm时，可采用孔板式；当dd300时可采用轮辐式由5.3中的计算已知d1，d2：主动轮基准直径d1=63 mm安装轴带轮轴的直径d=25 mm ddd 小带轮选用实心式从动轮基准直径d2=232 mm dd300mm 大带轮选用腹板式带轮尺寸的设计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SPZ带，根据书上表格可直接得出基准宽度 基准下槽深度槽间距最小轮缘厚带轮宽度 带轮的总长 图3-3 主动轮大V轮d=200mm小于350，所以采用腹板式。由其轴径为35 mm.基准宽度基准下槽深度槽间距最小轮缘厚带轮宽度 带轮的总长图3-4 从动轮轮槽工作表面的粗糙度为1.6或3.2，由于这两个带轮在切片机运行过程中起着非常重要的传动作用，所以两个带轮轮槽工作表面的粗糙度均取1.6。3.3 轴的选择选取轴的材料为45号钢，调质处理。根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺，确定轴的结构如图3-5：图3-5 轴3.3.1计算轴的最小直径轴的强度计算，由公式计算轴的最小直径，由公式： （19）得出计算轴的输出力矩T，由公式： （20）可以得出 T =9550 轴的输出直径显然不大，且与轮盘和从动轮的尺寸比列不协调，考虑到与键槽和电动机的输出直径为35mm。已经远大于, 所以取最小轴径取35 mm。3.3.2 轴的结构尺寸确定轴的两端分别与刀盘的从动轮相连接，所以取d1-2=2d7-8=35 mm。带轮及刀盘采用轴肩定位，且定位高度h0.07d d2-3=d6-7=42 mm。考虑此处轴径，从轴承产品目录中初步选定6209深沟球轴承轴承，其尺寸为dDB=458519, 所以d3-4= d5-6=45mm。查手册6209深沟球轴承轴承的轴肩高为4 mm，所以d4-5=53 mm由刀盘的尺寸和从动轮的尺寸确定L1-2=25 mm ,L2-8=35 mm。由轴承的尺寸，可以确定L3-4=L5-6=50 mm。有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，取L2-3=30,L6-7=50 mm。根据轴的总体尺寸，取L4-5=130 mm。3.3.3 轴的校核求轴上的载荷，首先根据轴的结构，作出轴的计算简图。根据轴的计算图，做出轴的弯矩图和扭矩图。图3-6 轴的载荷分析图从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出靠近大带轮轴承上的截面为危险截面。现将计算的危险截面处的M、MH、MV。选取轴的材料为45号钢，调质处理。根据机械设计表14-2,已经算出轴的最小直径为35 mm，扭矩为36 N.m所以，可以计算出作用在轴上的力圆周力Ft： （21）作用在刀片上的力径向力Fr： （22）可以得出Fr=166.2 N 根据上面的数据和轴的机构以及弯矩和扭矩图中可以看出，受载荷最大的面是靠近大带轮的轴承端面，因此求得此截面的弯矩扭矩如下表： 表3-3 截面的弯矩扭矩载荷平行于轴垂直于轴支反力F1125 NN弯矩MMH=34245N/mm总弯矩=63999 N/mm=35413 N/mm扭矩TT2=131759.8 N.mm3.3.4 按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据机械设计式（15-5），以及上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取=0.6，计算轴的应力,由公式： （23） 得出轴的应力前面已经选定轴的材料为45号钢，调质处理，由机械设计表15-1可查得-1=60 ，所以计算出轴安全。故该轴在此截面的右侧的强度也是足够的。本机无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此,轴的校验结束,轴的校验合。3.4 轴承的选择和校核3.4.1 轴承的选择由于轴承主要承受的只有机体中的轴，刀盘，从动轮的径向力。故选用6209深沟球轴承轴承的主要参数：n=396r/min，预计寿命为8年，工作小时数L预计为24000小时。3.4.2 轴承的校核深沟球轴承一般是由内圈、外圈、滚动体和保持架组成。内圈装在轴上，外圈装在机座和轴承座上。滚动体与内外圈的材料应具有高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击性。一般用含铬合金钢制造。工作表面要磨削和抛光。与滑动轴承相比，角接触球轴承具有摩擦阻力小、起动灵敏、效率高、能够同时承受径向和轴向的作用力等优点。所以选择深沟球轴承。因该轴承受 和的作用，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Y要根据Fa/C0r值查取，而C0r是轴承的径向额定静载荷，在轴承型号未选出前暂时不知道，故用试算法。根据机械设计基础表16-11，暂取Fa/C0r=0.17，则e=0.5。因Fr=288N，Fa =166.2N，则Fa/Fr=0.57e，由机械设计基础表16-11查得X=0.44，Y=1.4。由公式 （24） P=计算所需径向基本额定动载荷值，由公式： （25）=1.2（查机械设计基础表16-9得）；=1（查机械设计基础表16-8得，因工作温度不高）；是使用寿命，为24000h所以： Cr=29102900 N C0r=1920 N故6209深沟球轴承轴承轴承的Fa/C0r=288/1920=0.15与原估算接近，适用。3.5 键的选择和校核4.6.1 键的选择均为一般联接，可选用普通平键中的圆头普通平键。安装刀盘处键的选择：此处轴的直径d1=35 mm，查机械设计课程设计手册表4-1得键的截面尺寸为：宽度b=8 mm,高度h=7 mm,取键长L=14 mm.与皮带轮联接的键的选择：此处轴径为d2=25 mm，同理选用键的宽度b=8 mm,高度h=7 mm,取键长L=18 mm.4.6.2键的校核键、轴的材料都是钢，键采用静联接，冲击轻微。查机械设计基础表14-1得许用挤压应 键1的工作长度l=L-b=14 -7 =7 mm,键与刀盘的接触高度k=0.5h=3.5 mm查机械设计手册由公式：= （26）得出为116 小于所以键1的强度合适。键2的工作长度l=L-b=25 -6 =19 mm，键与皮带轮的接触高度k=0.5h=3mm= （27）得出为136 小于所以键1的强度合适T传动的转矩Nm 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4. 刀盘总成的结构设计刀盘总成是完成切削过程并且保证切削质量的最重要部件；刀盘总成有刀盘、刀片、和调整垫片以及螺钉组成，通过调整垫片即可调整切片厚度。调整垫片有多块，厚度均为1mm，不用调整垫片时，可以切5mm厚的片，用一块垫片则可切6mm。根据要求，切削厚度为5mm，且刀片需要通过调节以保证切削厚度，所以刀片厚度应稍大于切削厚度以嵌入刀座并可进行调节，刀片厚度取5mm。考虑到本设计的卧式切片机的切削物料以红薯等作物为主，刀片的长、宽应接近作物的尺寸了。考虑到平带是圆周运动，因此我设计在每隔一定的距离安装一把刀片，有效的利用圆周运动，大大的提高工作效率。在整个刀座上装有2把刀片，即在平带运动一周的时间内，刀片切削2次。刀片的尺寸为长取105mm，宽取53mm。，用铆钉将刀片铆上去。铆钉的大小选取：采用沉头的型式，。图4-1 刀片刀盘是铸造而成，要求其质量分布均匀，保证转动的平稳性。5 入料斗的设计及叶轮的设计入料斗是保证进料顺利，同时起定力刃的作用，根据本机构的整体特点，入料斗设计成倾斜的矩形状，这样物料可以出重力自动下滑，入料斗和叶轮之间的距离不能太大或太小，必须保证切片的厚度， 所以设计入料斗与刀盘之间的距离为100m m左右。现考虑如何让茎块进入料斗后能顺利下滑，来完成切割工序，首先查表得到物料与物料之间的摩擦系数为0.4， 在分析茎块在料斗中的受力情况。要让茎块能顺利下滑，必须要求向向x轴的投影在x轴的正方向上， 那样茎块才能顺利下滑，那么就必须要求，斜坡角度的确定过程如下： 要想让茎块能顺利下滑的话， 那么必须，也就是说时茎块就能顺利下滑， 得到，而， 所以取，也就是说料斗的倾斜角度图5-1 入料口6 机架的设计6.1 机架设计要求机架起到在机器中支承或容纳零、部件的作用，机架的设计主要应保证以下三点：足够的强度和刚度； 形状简单，便于制造； 便于在机架上安装附件等。绝定机架工作能力的主要准则是刚度。在卧式切片机的中刚度决定着切片机的生产效率和切削精度。强度是评定重载机架工作性能的基本准则。机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强度。此外还要校核其疲劳强度。机架的强度和刚度都需要从静态和动态两方面来考虑。动刚度是衡量机架抗震能力的指标，而提高机架抗振能力应从提高机架构件的静刚度，控制固有频率，加大阻尼等方面着手。机架受压结构及受压弯结构都存在失稳问题。有些构件制成薄壁腹式也存在局部失稳。稳定性是保证机架正常工作的基本条件。必须加以校核。为了满足稳定切片和切削效率的要求，本设计的卧式切片机采用机座机箱铸成一体使得整体的结构更加简单、合理、稳定，减少震动。6.2 机架材料的选用及壁厚选择铸造机架常用材料：铸铁：铸铁流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得形状复杂的铸件。铸铁的内摩擦大、阻尼作用强，故动态刚性好。另外还有切削性能好、价格便宜和易于大量生产等优点。铸铁主要 有灰铸铁、球墨铸铁。铸造碳钢：铸钢的弹性模量大，强度也比铸铁高，故用于受力较大的机架。由于钢水流动性差，在铸型中凝固冷却时体收缩和线收缩都较大，故不宜设计复杂形状的铸件。铸造铝合金：铝合金密度小、重量轻，通过热处理强化，具有足够高的强度、较好的塑性，良好的韧性。材料的选用，主要是根据机架的使用要求。本设计中的离心式切片机的形状较复杂。铸铁的铸造性能好、价廉和吸振能力强，应用也最广。焊接机架具有制造周期短、重量轻和成本低等优点。由于本设计的机架结构较为复杂，为了满足支撑其它各零件的要求，本离心式切片机机架各零件零件采用HT200，整体选择焊接的方式。壁厚选择当机架零件的外廓尺寸一定时，因而在满足强度、刚度、振动稳定性等条件下，应尽量选用最小的壁厚。6.3 机架整体设计机架整体应起到固定及连接各零件的作用。机架由以下几部分组成：支腿、底板、电机护罩、输出滑板、机壳、刀片座、连接板、支板、连接板、固定箱、固定箱盖。7 机体结构的设计机体就是由机座和箱体焊接而成，材料为HT200,箱体的安装传动轴的， 为了减少整个机体的重量，采用机座把箱体支撑起来， 再把箱体和箱盖相连接，使得整体结构更简单、合理、稳定，减少震动。机座的下面安装电机，将带轮设置在机体外面，这样方便调节比带轮的松紧，检查皮带的安装是否正确到位。本设计的优点本机构主要是针对中小型场合而设计的， 它可以对多种茎块类作物进行工作，且有较高的生产效率。同时该设备结构简单，体积比较小，重量比较轻，生产率处于大型机械与手工劳动之间，适合劳动作坊等小场合。图7-1 焊接图结 论本机构主要是针对中小型场合而设计的,它可以对多种茎块类作物进行工作,且有较高的生产效率。 本机构主要内容： 1切片机研究的目的、意义、国内外研究的动态； 2切片机总体方案的拟定和主要参数的设计计算； 3 切片机传动方案的确定及设计计算，