土豆切片机的设计【全套10张CAD图纸和毕业论文】【农业机械】

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关键词：: 土豆马铃薯洋芋切片机设计 cad 图纸全套毕业论文农业机械

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摘要…………………………………………………………………………………………1
关键词………………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………………2
2 国内外概况………………………………………………………………………………2
2.1 国外切片概况 …………………………………………………………………2
2.2 国内切片概况 …………………………………………………………………2
3 土豆切片机总体方案的确定……………………………………………………………2
3.1 结构特点与工作原理……………………………………………………………3
3.1.1 结构特点…………………………………………………………………3
3.1.2 工作原理及工作条件……………………………………………………2
3.2 机构的组成部分及特点…………………………………………………………2
3.2.1 电动机……………………………………………………………………2
3.2.2 皮带传动装置……………………………………………………………3
3.2.3 轴…………………………………………………………………………3
4 传动设计计算、零部件的强度、刚度计算……………………………………………3
4.1 动力计算…………………………………………………………………………3
4.1.1 主要参数…………………………………………………………………4
4.1.2 土豆在料斗、刀片间被切削的受力分析………………………………5
4.1.3 输出轴的转速计算………………………………………………………5
4.1.4 切削功耗P切……………………………………………………………6
4.1.5 传动、摩擦等的功率损失………………………………………………6
4.1.6 选择电机…………………………………………………………………6
4.1.7 切片可靠性的计算………………………………………………………6

4.1.8求计算功率PC……………………………………………………………7
4.2 选V带的型号………………………………………………………………………7
4.3 求大小带轮d2、d1基准直径 4.4 验算带速V ………………………………7
4.5 计算V带的基准长度Ld和中心距a………………………………………………8
4.6 验算小带轮包角α1………………………………………………………………8
4.7 求V带的根数………………………………………………………………………8
4.8 求作用在带轮轴上的压力FQ………………………………………………………8
4.9 V带轮的设计………………………………………………………………………8
4.9.1 V带轮材料的选择……………………………………………………………9
4.9.2 带轮结构形式的设计…………………………………………………………9
4.9.3带轮尺寸的设计………………………………………………………………10
4.10 轴的选择…………………………………………………………………………11
4.10.1计算轴的最小直径……………………………………………………………11
4.10.2 轴的结构尺寸确定……………………………………………………12
4.10.3 轴的校核……………………………………………………………………13
4.10.4 按弯扭合成应力校核轴的强度……………………………………………13
4.11 轴承的选择和校核………………………………………………………………13
4.11.1 轴承的选择…………………………………………………………………13
4.11.2 轴承的校核…………………………………………………………………14
4.12 键的选择和校核…………………………………………………………………14
4.12.1 键的选择……………………………………………………………………15
4.12.2键的校核……………………………………………………………………15
5 结构设计………………………………………………………………………………15
5.1 刀盘总成的结构设计…………………………………………………………15
6 入料斗的设计及叶轮的设计…………………………………………………………16
7 机架的设计……………………………………………………………………………16
7.1 机架设计要求……………………………………………………………………16
7.2 机架材料的选用及壁厚选择……………………………………………………17 7.3 机架整体设计……………………………………………………………………17
8 机体结构的设计………………………………………………………………………17
9结论………………………………………………………………………………………18
参考文献 …………………………………………………………………………………19
致谢…………………………………………………………………………………………20

土豆切片机的设计
学生：彭文强
指导老师：高英武教授
（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）

摘要：随着科学技术的不断发展，农业机械技术也得到了大规模的应用。本文所设计的土豆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。土豆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；设计；计算

The Design of Potato slicing Machine
Student:Peng Wenqianng
Tutor: Gao Yingwu
(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract: As the development of science and technology, agricultural machinery technology has also been a large-scale application. The design of my potato slicing machine is a smaller size and the structure is more simple than others. Potato slicing machine is fit for the family restaurant, small workshops. This potato slicing machine throughout the design process, including the determination of the overall program design and calculation of the various components of the assembly with the Ministry of installation drawings and parts drawings. Completed all the design, evaluation, noted that it the Department of the characteristics, advantages, and the presence of a number of shortcomings, and proposed some improvement measures.
Keywords: slicing machine; design; calculation

1 前言
薯类作物在我国分布很广，有二十多个省、自治区种植，是我国主要粮食作物之一，马铃薯还是一种很好的蔬菜作物。我国薯类作物种植面积1.4亿亩左右，总产量达2 ~ 3千万吨，是世界上产薯最多的国家[1]。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，如: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，如:土豆，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。
2 国内外概况
2.1 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等[2]。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。
2.2 国内切片概况

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内容简介：: 湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学部：理工学部学生姓名彭文强学号200841914325年级专业及班级2008 级机械设计制造及其自动化专业（三）班指导教师姓名高英武指导教师职称教授毕业论文题目红薯切片机毕业论文工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题1.认阅读参考资料后，初步确定了设计方案，2.确定红薯切片机总体结构方案，进行结构分析，根据设计要求，选定了电机型号3.进行红薯切片机设计的有关计算4.绘制了红薯切片机原理图及部分零件图5.拟定传动控制系统1.近一步装配图和零件图的完善2.优化传动设计及传动控制系统3.总体设计方案有待完善4.整理修改及提交毕业设计说明书和设计图纸。指导教师意见指导教师签名：年月日检查（考核）小组意见检查小组组长签名：年月日湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）任务书学生姓名彭文强学号200841914325年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(3)班指导教师及职称高英武教授学部理工学部20 年月日填写说明一、毕业论文（设计）任务书是学院根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必须针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（二）主要参考文献与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（三）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目土豆切片机的设计主要内容和要求（宋体五号，行间距单倍行距）1主要内容包括: 1.1本项目研究的目的、意义、国内外研究的动态； 1.2总体方案的拟定和主要参数的设计计算； 1.3传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计； 1.4主要受力零件的强度或寿命校核计算； 1.5装配总图、部件图、零件工作图的绘制。2要求2.1主要技术参数：生产率2.2查阅资料15篇以上，翻译一定数量的外文资料；2.3机构设计可靠、布局合理、与各执行机构协调工作；2.4画图相当于3-4张A0图纸的工作量（包括2张以上CAD图纸）；2.5设计计算说明书1万字以上，条理清楚，计算有据。格式按湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）规范化要求；2.6设计说明书的内容包括：课题的目的、意义、国内外动态；研究的主要内容；总体方案的拟定和主要参数的设计计算；传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计；主要零件分析计算和校核；参考文献；鸣谢。注：此表如不够填写，可另加附页。主要参考资料（具体格式以规范化要求规定为准）1刘晓杰食品加工机械与设备高等教育出版社 20102厉建国、赵涛.食品加工机械M.成都.四川科学技术出版社出版.1984.130-1523 许学勤.食品工厂机械与设备M. 北京.中国轻工业出版社.2008.138-1424 马海乐.食品机械与设备M. 北京.中国农业出版社.2004.75-855 肖旭霖. 食品机械与设备M. 北京.科学出版社.2006.75-86 中国农业机械化科学研究院.实用机械设计手册M.北京.中国农业机械出版社.19847 谷文英.配合饲料工艺学M.北京.中国轻工业出版社.1999. 88-928 沈再春.农产品加工机械与设备M.北京.中国轻工业出版社.1993. 105-1209 庞声海、饶应昌.饲料加工机械使用与维修M.北京.中国农业出版社.2000. 工作进度安排（宋体五号，行间距固定值22磅）起止日期主要工作内容2010、10、20选题2010、10、30下达任务书2010、11、4查找资料，开题2010、12、1设计计算,画图2011、3、20中期考核2011、4、20完善，交设计初稿2011、5、10完善，交设计二稿2010、5、20修改，答辩，交终稿要求完成日期：20 年月日指导教师签名：接受任务日期：20 年月日；学生本人签名：注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名彭文强学号200841914325年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(3)班指导教师及职称高英武教授开题时间年月日毕业论文（设计）题目土豆切片机的设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等）（宋体五号，行间距单倍行距。）一、国内外马铃薯生产及利用现状马铃薯具有良好的营养价值和经济价值,广泛用于食品工业、淀粉工业、饲料工业和医药工业等。按其市场需求可分为鲜食型、加工型、饲用型；其中,鲜食型又分为超早熟型、超高产型、超新型（如彩色薯肉品种）、超微型。国内外对马铃薯的利用主要包括鲜薯食用、加工鲜薯、冷冻（藏）薯、脱水薯、制罐、快餐食品、方便食品、马铃薯全粉、变性淀粉、种薯、饲用等。根据联合国粮农组织（FAO）统计,2001年中国马铃薯总产量为6405万吨,居世界第一位,是世界总产量的21%。但在我国马铃薯总产量中仅有14%用于粗淀粉和粉条加工,其余都只作为鲜食和饲用,直到最近几年才有少数小型食品加工厂生产马铃薯炸片。而欧美发达国家生产的马铃薯约有80%用于加工。二、国内外马铃薯加工业概况马铃薯加工产品主要为四大类：马铃薯食品（马铃薯片、条、泥、丁、膨化食品）,马铃薯粉条、粉丝和马铃薯淀粉（包括变性淀粉和马铃薯全粉）。我国马铃薯加工业总体水平比较落后,在马铃薯生产总量中约有50%用作鲜食、饲用和留种,而加工淀粉、粉丝粉条、全粉、薯条、薯片等约占总产量的14%,出口约占5%,还有30%鲜薯有待利用。三、土豆的食品深加工及其产品发酵类食品主要有：酱油、食醋、果啤饮料乳酸发酵土豆饮料、土豆格瓦斯。非发酵类食品主要有：粉条、粉丝类、蜜饯类（连城红心薯干）、土豆果脯、土豆果酱、小食品类（如：香酥薯片、油炸土豆片、虾味脆片）、糕点类（土豆点心、薯蓉）、糖果类（软糖、饴糖）、饮料类（土豆乳）、雪糕等。土豆可以广泛应用于食品、医药、化工、造纸等10多个行业，利用土豆可以制成数百种工业产品和数百种食品。在鲜土豆加工中，用于淀粉加工的比例最大，淀粉可以进一步加工成粉条、粉丝、粉皮等粉制品。另外用土豆淀粉还可以制成变性淀粉、柠檬酸、酒精等，在医药上可以用来生产医药用的包装塑料、药片填剂和青霉素及核苷类物质。土豆每加工一次就可以增值一次。加工成普通淀粉可以增值0.75倍，精制淀粉可以增值1倍，加工成粉条可以增值1.52倍，加工薯脯可增值3倍（但量有限）。另外加工后的薯渣可以造糖、酒精，综合利用后可以增值5-6倍，如果加工成方便粉丝、或精制粉丝、保健淀粉出售，可以增值10-15倍不等。还有土豆的茎尖、叶柄等制成蔬菜进行综合加工效益更高。总之，土豆是不耐存放的作物，只有深加工才可以增值。四、土豆深加工处理流程果蔬的切片凡是果蔬原料果皮粗糙、坚硬，具有不良风味的均应切片，以利于提高品质，只有在加工某些果脯、蜜饯、果汁和果酒时，因要打浆和压榨，才不用切片，果蔬切片方法如下：（1）手工切片用特别的刀、刨等工具人工削皮，切片干净、损失少，但劳动效率低。（2）机械切片主要用于比较常规的土豆。三、国内外典型的切片设备我国的切片机技术始于七十年代初期，我国的切片机广泛应用于蔬菜、中药、冻肉等领域，其中土豆的应用尤为显著。目前我国切片机的主要方式有以下几种：(1)直线往复式切片机。直线往复式切片机的结构简单，但效益低。因此它应用于工作要求不高、效益低的场合。(2)圆盘旋转式切片。圆盘旋转式切片机的机构简单也有较高的生产效益，因此它广泛应用于各种场合。(3)水枪式切片。水枪式切片机耗水量打，只能切出平直的片，因此它的应用不是十分广泛。(4)圆形（内圆切片的外圆切片）切片。圆形式切片机有很高的工作效率，但是结构复杂，设计较困难，因此它应用于工作效率要求相当高的专业领域。 1.3.2 蒸煮装置国内食品加工业使用的连续式链带蒸煮机和高压蒸煮锅，机体庞大，结构复杂，造价昂贵，小型土豆食品加工厂引进使用有一定困难。在实际生产中，对土豆的蒸煮要求并不高，使用自制的蒸煮装置完全可以满足要求。在一个大型蒸煮容器内铺设轨道，道轨通到容器大门外切片机附近。道轨上置放平板小车，小车上装有方形笼屉若干层。块茎切片后，依次放入笼屉。待所有的笼屉子都装满薯片后，将小车连同笼屉推入容器中，密封大门，再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后，打开大门，拉出小车和笼屉，取出薯片。蒸煮容器为长方形，下部设有进气管道和阀们，上部有排气管。容器框架由角钢制作，外壁由钢板制造，并用隔热材料涂抹保温。1.3.3 化学切片装置在由防碱材料制成的容器中注入氢氧化钠溶液，溶液浓度为15%25%。加热溶液，温度达到8795C，加入块茎搅拌使温度保持在70C左右；经过26分钟，块茎的表皮开始变松变软；捞出块茎，用高压水反复冲洗，知道表面无残留物为止。捞出的块茎也可放入机械式切片机中剥去表皮。本法的优点是对不同大小、不同形状的块茎适合性好，切片快，不需要结构复杂的专门设备。缺点是冲洗块茎需要大量清水，皮屑不能利用，排出的废液污染环境。由于切片方法不同，国内外土豆切片机械的结构形式也各不相同，切片差异较大，切片率大致为7%-25%，其中机械切片率为最大，蒸汽切片率为最小。研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）研究目的：根据土豆切片机的结构特点，进行结构设计。研究内容：1.研究切片机的工作原理 2.进行切片机的可行性分析 3.书写设计说明书、绘制图纸。研究方法：1.查找资料，并整理资料。 2.对切片机进行尺寸及结构分析，设计出基本结构，并绘出总装图及零件图。预期成果：设计出结构合理、操作简单、动作可靠，使用寿命长的切片机。条件保障：1.有高教授对一些疑难的悉心指导 2.有图书馆的设计手册进行资料查找 3.利用网络软件资源进行设计时间进程安排（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）（宋体五号，行间距单倍行距）1、知识准备 1-2周2、主题方案设计 3-5周3、设计计算、结构设计、制图 6-10周4、整理设计说明书 11-12周5、准备答辩 13周开题论证小组意见组长签名：年月日专业委员会意见专业教研室主任签名：年月日注：此表意见栏必须由相应责任人亲笔填写。专业名称必须是全称，例如“会计学专业”，班序号用阿拉伯数字“1”、“2”标注。此表如不够填写，可另加页。湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计土豆切片机的设计THE DESIGN OF POTATO SLICING MACHINE 学生姓名：彭文强学号：200841914325 年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化3 班指导老师及职称：高英武教授学部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年05月湖南农业大学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。毕业论文（设计）作者签名：年月日目录摘要1关键词11 前言22 国内外概况22.1 国外切片概况 22.2 国内切片概况 23 土豆切片机总体方案的确定2 3.1 结构特点与工作原理3 3.1.1 结构特点3 3.1.2 工作原理及工作条件2 3.2 机构的组成部分及特点2 3.2.1 电动机2 3.2.2 皮带传动装置3 3.2.3 轴34 传动设计计算、零部件的强度、刚度计算3 4.1 动力计算3 4.1.1 主要参数4 4.1.2 土豆在料斗、刀片间被切削的受力分析5 4.1.3 输出轴的转速计算5 4.1.4 切削功耗P切6 4.1.5 传动、摩擦等的功率损失6 4.1.6 选择电机6 4.1.7 切片可靠性的计算6 4.1.8求计算功率PC7 4.2 选V带的型号7 4.3 求大小带轮d2、d1基准直径 4.4 验算带速V7 4.5 计算V带的基准长度Ld和中心距a8 4.6 验算小带轮包角18 4.7 求V带的根数8 4.8 求作用在带轮轴上的压力FQ8 4.9 V带轮的设计8 4.9.1 V带轮材料的选择9 4.9.2 带轮结构形式的设计9 4.9.3带轮尺寸的设计10 4.10 轴的选择11 4.10.1计算轴的最小直径11 4.10.2 轴的结构尺寸确定12 4.10.3 轴的校核13 4.10.4 按弯扭合成应力校核轴的强度13 4.11 轴承的选择和校核13 4.11.1 轴承的选择13 4.11.2 轴承的校核14 4.12 键的选择和校核14 4.12.1 键的选择154.12.2键的校核155 结构设计15 5.1 刀盘总成的结构设计156 入料斗的设计及叶轮的设计167 机架的设计16 7.1 机架设计要求16 7.2 机架材料的选用及壁厚选择17 7.3 机架整体设计178 机体结构的设计179结论18参考文献 19致谢20土豆切片机的设计学生：彭文强指导老师：高英武教授（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）摘要：随着科学技术的不断发展，农业机械技术也得到了大规模的应用。本文所设计的土豆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。土豆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；设计；计算The Design of Potato slicing Machine Student:Peng WenqianngTutor: Gao Yingwu(Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) Abstract: As the development of science and technology, agricultural machinery technology has also been a large-scale application. The design of my potato slicing machine is a smaller size and the structure is more simple than others. Potato slicing machine is fit for the family restaurant, small workshops. This potato slicing machine throughout the design process, including the determination of the overall program design and calculation of the various components of the assembly with the Ministry of installation drawings and parts drawings. Completed all the design, evaluation, noted that it the Department of the characteristics, advantages, and the presence of a number of shortcomings, and proposed some improvement measures. Keywords: slicing machine; design; calculation 1 前言薯类作物在我国分布很广，有二十多个省、自治区种植，是我国主要粮食作物之一，马铃薯还是一种很好的蔬菜作物。我国薯类作物种植面积1.4亿亩左右，总产量达2 3千万吨，是世界上产薯最多的国家1。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，如: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，如:土豆，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。2 国内外概况2.1 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等2。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。2.2 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3。价格比较贵，对于农民的作坊生产来说不适合。3 土豆切片机总体方案的确定3.1 结构特点与工作原理3.1.1 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： (1)、降低了人们的劳动强度，提高了工作效率。 (2)、切片的厚度一致性高，损耗低。 (3)、切削种类多，能对土豆、红薯、洋葱等进行切削。 (4)、结构简单紧凑。3.1.2 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，把马铃薯切成片4。切片的厚度出刀片与刀盘间的垫片厚度在控制。此外，切片与起丝的转换可以通过更换切片来实现。如图所示：1-刀盘 2-传动轴 3-皮带以及皮带轮 4-电动机图1 土豆切片机原理图Fig.1 Electric voltage of potato slicing machine3.2 机构的组成部分及特点3.2.1 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 ).3.2.2 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。3.2.3 轴轴的材料为45号钢，轴的固定选用深沟球轴承：采用轴肩定位4 传动设计计算、零部件的强度、刚度计算4.1 动力计算4.1.1 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5。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：表1直刃刀片分析Table 1 The analyzing of straight bit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 0.705 240.092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 1690.158逆行8.33370.55顺行 0.987190.79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 圆刃刀片在切削中的受力数据如下表：表2圆刃刀片分析Table 2 The analyzing of arc bit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#。4.12 土豆在料斗、刀片间被切削的受力分析土豆在切削时的受力情况示意图1-刀盘 2-土豆 3-料斗壁图2 土豆受力分析图Fig.2 Bean stress analysis 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R1.和垂直分力N1，形成一对力矩M1=R1L2,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。4.13 输出轴的转速计算由小时生产效率500kg/h 来确定转速n Q=60nZVPK1K2 (1)Z=1 V=SL Q=500kg/h K1=0.7 K2=0.2 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。4.14 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 扭矩图Fig.3 Torque P (2) =0.30.5X| =2756.3Kg (3) 4.1.5 传动、摩擦等的功率损失由机械设计上表可得6 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。4.1.6 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。4.1.7 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t27。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： F=mgsina - N； (5) N=mgcosa 所以F=mgsina-mgcosa (6)又F=ma 所以 a=101.6N计算作用在轴上的压力QQ=2zFf0sin(2) (7) =25101.6sin（132.7/2）=930.67（包角：127计算见后）4.1.8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： PC=KAP （8）则得出PC =5.221.2=6.27 kw4.2 选V带的型号可用普通V带或窄V带，现选普通V带。根据PC=6.27 kw, nd2000 r/min，由机械设计手册查出为V带为SPZ型带。4.3 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：d2=n1d1(1-)/n2 （9）可得出d2=n1d1(1-)/n2=3.53710.98=252 mm。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=2526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。4.4 验算带速V由公式V= （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。4.5 计算V带的基准长度Ld和中心距a查机械设计手册由其中计算V带公式8：a0=1.5(d1+d2) （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0.7(d1+d2)a0120 所以得出包角合适。4.7 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 K=0.87,查表13-2得KL=0.90,由此可得Z=1.81所以V带取2根4.8 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Pc为功率，Z为v带的根数，V为v带的带速，K为包角修正系数可以查表得出其值为0.95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 N4.9 V带轮的设计4.9.1 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。9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。4.9.2 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。10V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4.9.3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b0=10 mm 基准下槽深度hfmin=10 mm槽间距e=140.3 mm最小轮缘厚min=5.5 mm带轮宽度 B=28带轮的总长L=（1.52.5）d=40 图4 主动轮Fig. 4 Drive sprocket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b0=10 mm 基准下槽深度hfmin=10 mm槽间距e=140.3 mm最小轮缘厚min=5.5 mm带轮宽度 B=26带轮的总长L=（1.52.5）d=45图5 从动轮Fig. 5 Follower sprocket 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。114.10 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，确定轴的结构如图五：图6 轴Fig.6 Axle4.10.1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：dmin= （19）得出dmin=28 mm计算轴的输出力矩T，由公式：T=9550 （20）可以得出T =9550 36 N.m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dmin, 所以取最小轴径dmin取35 mm。4.10.2 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，出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 ,l7-8=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，去l2-3=30,l6-7=50 mm。根据轴的总体尺寸，取l4-5=130 mm。4.10.3 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7 轴的载荷分析图Fig.6 The analyzing of axiss load 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：Ft= （21）Ft=200N 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 截面的弯矩扭矩Table.3 Cross-section of bending moment torque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.mm4.10.4 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：=37.6 Mpa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 Mpa，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,轴的校验合格。124.11 轴承的选择和校核4.11.1 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Lh预计为24000小时。4.11.2 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。13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。14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P=X Fr +Y Fa （24）P=计算所需径向基本额定动载荷值，由公式：（25）fp=1.2（查机械设计基础表16-9得）；ft=1（查机械设计基础表16-8得，因工作温度不高）；Lh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。4.12 键的选择和校核4.12.1 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.4.12.2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得许用挤压应力p=120150 Mpa,取p=135 Mpa。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p为116 Mpa小于p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p为136 Mpa小于p所以键1的强度合适T传动的转矩Nmk键与轮毂键槽的接触高度l键的工作长度mmd轴的直径5 结构设计5.1 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土豆等作物为主，刀片的长、宽应接近作物的尺寸了。15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，。刀盘是铸造而成，要求其质量分布均匀，保证转动的平稳性。6 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100 m左右。16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Fn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：FR= FN+F1 （28）要想让茎块能顺利下滑的话，那么必须Gsin(-)0，也就是说时茎块就能顺利下滑， f=tg=0.4，得到=21.8，而，所以取=45，也就是说料斗的倾斜角度=450。 7 机架的设计7.1 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：(1)、足够的强度和刚度；（2）、形状简单，便于制造；（3）、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。17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。7.2 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。18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。7.3 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、

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