基于Solidworks土豆去皮机的三维设计【含SW三维图】
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基于
solidworks
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三维设计
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三维
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专 业 机械设计制造及其自动化 学 院 工程学院姓 名 季伶俐 指导教师 刘天祥设计题目 基于 Solidworks 土豆去皮机的三维设计毕业设计前期工作小结前期我主要完成了与课题相关的分析工作，通过对相关的文献资料进行细统的搜集、分析，选出了与设计有关的资料备用，分析了一些去皮机的结构与构造的情况，以及与传统工艺的区别。拟定了设计对象，对整体进行了系统分析，寻找最佳设计方案，按时完成了前期的工作计划，并开始为下一阶段的设计做准备。毕业设计中期工作小结 经过前期大量的资料收集后选择了去皮机为本次设计的对象，结合以前所学的知识，对其进行了结构分析及工序安排，并制定了其加工工艺，编写了加工的程序清单，完成了加工用量的选择和相应计算，制定了相应加工的工艺卡片。在此过程中所遇到的问题通过与老师沟通，大部分已经得到解决，并开始着手最后阶段的设计工作。指导教师意见 指导教师签名：2009 届本科生毕业论文（设计）中期汇表填表日期：2009-4-23黑龙江八一农垦大学本科生毕 业 论 文 （ 设 计 ） 任 务 书论文题目 基于 Solidworks 土豆去皮机的三维设计学院名称 工程学院 姓名 季伶俐 专业班级 设计 05（1）班指导教师 刘天祥 课题类型 设计毕业论文（设计）的内容摘要去皮机整体机构的设计，圆盘的设计、齿轮的设计和转轴的结构设计毕业论文（设计）基本要求及工作量要求土豆去皮机结构设计；去皮机系统结构装配图：1 张；圆盘零件图：1 张；齿轮零件图：1张；转轴零件图：1 张。要求结构设计简单合理，并且有广泛的使用性。毕业论文（设计）的主要阶段计划（分前期、中期、后期）前期：进行方案的论证，确定方案，完成开题报告和摘要等。中期：进行土豆去皮机的结构设计，主要部件的设计，按规定的统一规范化要求撰写设计说明书。后期：审查设计，准备答辩；毕业答辩；修改说明书和图纸。任务下发日期 2009-3-7 完成日期 2009-5-30系主任 主管教学院长审批（签字）：1黑龙江八一农垦大学毕业设计 (论文 )开题报告学生姓名： 季伶俐 学 号： 20054024158专 业： 机械设计制造及其自动化设计(论文)题目：基于 solidworks 土豆去皮机的三维设计 指导教师： 刘天祥 2009 年 3 月 19 日2毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告文 献 综 述1、土豆去皮机的工作原理：以电机为动力，通过齿轮带动圆筒底部的磨盘旋转。磨盘上表面中间低、边缘高，呈波浪形。块茎加入圆筒内，因离心力和相互碰撞作用，在圆筒内上、下、左、右翻动，并不断地滚动；而圆筒上的弹板，将块茎弹回，在磨盘和弹板共同作用下土豆块茎被均匀地磨去外皮，实现土豆去皮的目的。去皮结束时加入清水，再打开侧门，块茎从侧门排出，皮屑随水流从磨盘的周围间隙排出。该机为间歇生产。去皮机工作时，磨盘以一定的速度旋转，工作室内的土豆在离心力、重力和摩擦力共同作用下，利用土豆相对于工作磨盘间的相对速度差，将土豆的皮去掉。2、应用 SolidWorks 进行三维设计的优势:设计过程直观简便 SolidWorks 三维设计直接从三维模型入手，省去了三维与二维之间的转化。设计者可以方便地通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列、钻孔等操作不断改变其结构，最终完成全部零部件的设计。建立模型时，SolidWorks对每个特征尺寸自动赋值，这些数值可随时更改。由于 SolidWorks 的参数设计功能，实体模型将随特征尺寸数值的变化重新生成，因此修改非常方便。非圆曲线或不规则曲面的设计表达精确 SolidWorks 软件通过带控制线的扫描、放样、填充以及拖动可控制的相切操作产生复杂的曲面；可以直观地对曲面进行修剪、延伸、倒角和缝合等操作，使非圆曲线或不规则曲面的设计表达得更精确、直观。设计效率高 SolidWorks 软件采用参数驱动的设计模式，可以通过修改相关的参数来完善设计方案，支持设计方案的动态修改。软件包含标准图库，用户也可任意扩充自定义的图库，因而减少了不必要的重复性设计工作；应用 SolidWorks 软件的质量特征功能，只需输入零件的材质属性（密度） ，即可直接输出零件的质量特性，如质量、体积、重心、惯性矩、惯性张量等，从而减少了很多复杂的计算利用 SolidWorks 软件可开展力学仿真、装配仿真、外观效果评价等。SolidWorks 可以通过任意旋转或剖切，对运动的零部件进行动态仿真的干涉检查和间隙检测，发现问题立即修正。把“试制过程”放在设计阶段,可避免做成实物后才发现问题，进而有效地提高设计的成功率。Solidworks 主要包括数字化建模、数字化装配、数字化评价、数字化制造以及数字化信息交换等方面。数字化建模是由编程者预先设置一些几何图形模块，然后设计3者在造型建模时可以直接使用，通过改变一个几何图形的相关尺寸参数可以产生其它几何图形，任设计者发挥创造力。数字化装配是在所有零件建模完成后，可以在设计平台上实现预装配，可以获得有关可靠性、可维护性、技术指标、工艺性等方面的反馈信息，便于及时修改。数字化评价是该系统中集中体现设计特征的部分，它将各种美学原则、风格特征、人机关系等语义性的东西通过数学建模进行量化，使工业设计的知识体系对设计过程的指导真正具有可操作性。比如生成的渲染效果图或实体模型，可以进行机构仿真、外型、色彩、材质、工艺等方面的评价，更直观且实用。数字化制造是在数字化工厂中完成，它能自动生成自动识别加工特征、工艺计划、自动生成NC 刀具轨迹，并能定义、预测、测量、分析制造公差等。数字化信息交换是基于，使该设计平台能够实现与其它平台的信息资源共享。Solidworks 系统是按照系统工程的思想，以工业设计和为指导的智能型创新性的产品开发设计系统。首先是利用各种信息，在 Solidworks 系统平台里利用真实感造型设计系统进行形态设计、色彩设计、材质设计和人机设计等方面的语义设计，然后在数字装配系统中实现数字化装配，在综合评价系统中进行美学、语义学等方面的分析评价，提出产品造型方案。最后将最终方案输出到加工设备，加工出产品，投放到市场，之后再收集有关信息，反馈到 Solidworks 平台，实现再设计。这种方法利用网络和其它平台相连接，使设计人员从一开始就考虑到产品生命周期的所有环节，把设计、制作、使用等方面合理组织起来，及时解决不同环节之间的冲突，充分调动了所有人的积极性和创造性。Solidworks，即在计算机技术和工业设计相结合形成的系统支持下，进行工业设计领域内的各种创造性活动。与传统的工业设计相比，Solidworks 在设计方法、设计过程、设计质量和设计效率等各方面都发生了质的变化，它涉及了 CAD 技术、人工智能技术、多媒体技术、虚拟现实技术、敏捷制造、优化技术、模糊技术、人机工程等许多信息技术领域，是一门综合的交叉性学科。参考资料：1杨 炳 南 张 黎 明 .马 铃 薯 薯 条 加 工 及 对 策 J.农 机 与 食 品 机 械 ,:2杨 永 才 倪 忠 仁 .机 械 设 计 新 标 准 应 用 手 册 K.北 京 :科 学 技 术 出 版 社 ,1993.520-522.3王 健 .土 豆 加 工 利 用 前 景 广 阔 J.农 村 经 济 与 技 术 ,1998(9):42-44.4王 景 彬 方 家 骥 .试 论 国 内 外 果 蔬 脱 皮 方 法 及 设 备 J.农 牧 与 食 品 机 械 ,:.45吴 庆 章 .土 豆 食 品 加 工 技 术 J.农 牧 与 食 品 机 械 ,1986,(Z1):11-22.6胡 仁 喜 .SolidWorks2005 机 械 设 计 及 实 例 解 析 M.北 京 :机 械 工 业 出 版 社 ,2005.7生 信 实 维 有 限 公 司 .SolidWorks.软 件 工 业 设 计 师 的 利 器 J.现 代 制 造 ,2003,(1):44-45.8江 洪 杨 勇 乔 兰 东 等 .Solidworks 实 例 解 析 -曲 线 、 曲 面 、 信 真 、 渲 染 M.北 京 :机 械 工 业 出 版 社 ,20059曾建超，俞志和，虚拟现实的技术及其应用，清华大学出版社，1996。10生信实维有限公司.SolidWorks.软件工业设计师的利器J.现代制造,2003(1):44-45.5毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）1. 去皮机的设计：在我国，仅有百分之几的土豆用于深加工，不仅营养价值低，而且经济效益也差。其原因主要是缺少加工设备，特别是去皮机械。因此，设计土豆去皮机械具有实际意义。根据功能要求，综合比较各种方式，确定设计方案；进行设计计算以及零部件的结构、尺寸设计。本设计采用立置筒式机械摩擦去皮方式。2. 装配体的仿真运动、检测及全相关的动态修改：在零部件的装配设计中，已建立了各零部件之间的约束关系，应用 SolidWorks提供的动态仿真功能，使零件或部件按约束条件进行仿真运动；同时，可以动态地查看装配体的所有运动，并且对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。观察零部件之间有无干涉等现象，发现问题及时进行纠正。SolidWorks 支持对设计方案的动态修改，设计者可以通过修改参数来改变零件尺寸及装配体中的各个零部件间的特征形状和尺寸关系，其余部分会由系统进行自动调节和更新，使修改工作方便易行。零件的三维造型设计应用 SolidWorks 的拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、放样和扫描、阵列特征和钻孔等建模功能完成去皮机的各个零件的三维设计，并在此过程中不断完善、修改其形状和尺寸，进一步优化设计。SolidWorks 的模拟装配功能是将三维造型设计中构建的零件模型依据零部件之间的连接方式、装配关系，添加相应装配约束（如同轴、平行、重合等）进行模拟装配。在此过程中随时检查零部件之间是否有干扰和碰撞，并及时地修改相关零件的结构、尺寸。3. 二维工程图的生成：SolidWorks 可以利用已建立的装配体模型生成二维工程图。系统可根据三维模型的尺寸自动生成二维尺寸并可以灵活调整尺寸的种类和位置，设计者只需对其稍加修改即可。6毕 业 设 计（论 文）开 题 报 告指导教师意见：1对“文献综述”的评语：2对本课题的深度、广度及工作量的意见和对设计（论文）结果的预测：指导教师： 年 月 日所在专业审查意见：负责人： 年 月 日学士学位毕业设计基于 Solidworks土豆去皮机的三维设计学生姓名：季伶俐指导教师：刘天祥所在学院：工程学院专 业：机械设计制造及其自动化中 国 大 庆2009 年 6 月黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）I摘要本设计结合我国餐饮行业的发展趋势，力求经济实用，为此设计的一款适用于中小型饭店和宾馆等餐饮场所的土豆去皮机。其设计的重点主要在于圆盘尺寸的设计，去皮机整体功率的计算。通过功率和转速的计算，选择电动机型号，设计传动齿轮结构及尺寸，设计轴结构及尺寸，以及校核各传动部件的传动比。最后进行整体装配，并绘制出相应的装配图。关键词：三维设计；摩擦；去皮机械黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）IIAbstractThis design combines the status food industry of china .It sought to economic and practical , designs a potato skinning machine which apply to small and medium-sized hotels or canteens and other places. Its main focus is the design of disks size, the power calculation of overall peeler, through its power and speed, the choice of motor model, the design of transmission gears structure and size. The last one is the design of appearance assembly unit and drawing corresponding assembly .Key words: Three-dimensional design; Friction; Skins the machinery 黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）III目 录摘要 .IAbstract.II1 前言 .11.1 土豆去皮机的机理 .21.2 SolidWorks 软件的特点、应用与展望 .21.2.1 Solidworks 软件的主要发展历程 .21.2.2 SolidWorks 软件的特点 .21.2.3 Solidworks 软件的应用 .31.2.4 发展前景 .31.3 使用 Solidworks 设计的优势 .41.3.1 易用和友好的界面 .41.3.2 配置管理 .41.3.3 装配体设计建模 .41.3.4 工程图 .51.3.5 零件建模 .52 土豆去皮机机械设计 .62.1 去皮机整体机构的设计 .62.1.1 去皮机材料的选择 .62.1.2 去皮机料筒的设计 .62.1.3 去皮机支架的设计 .72.2 圆盘的设计 .72.2.1 圆盘上物料的受力分析 .82.2.2 去皮机正常工作转速的条件 .92.2.3 去皮机功率的计算 .102.2.4 电动机的选型 .122.3 齿轮的设计和校核 .132.3.1 选择齿轮的材料和齿数及齿面接触强度设计 .132.3.2 按齿根弯曲强度设计 .152.5 转轴的结构设计 .182.5.1 初步估计轴径 .182.5.2 轴的结构尺寸设计 .192.5.3 轴的强度校核 .202.5.4 轴上轴承的选择 .232.5.5 轴上轴承的校核 .24结 论 .28参考文献 .29致 谢 .30黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-1-1 前言马铃薯是高产稳产作物，世界上共有140多个国家和地区栽培，主要分布在欧洲和亚洲，国外马铃薯主要用于精加工，我国丰富的马铃薯资源至今没有很好的开发和利用，绝大部分只用作杂粮和饲料。每年的霉烂损失甚大，用于加工的尚不到5%，严重影响了广大农民种植马铃薯的积极性。近年来，马铃薯在日常生活中所占的地位越来越明显，因此得到了广泛的种植和开发，对淀粉，以及薯类等深加工产品的需求量也越来越大，因此土豆去皮机的设计研发也变得越来越重要。在我国，尤其在国内的中小型饭店和宾馆等餐饮单位，在对马铃薯进行烹制前的处理过程中，并没有采用高效的土豆去皮设备，而是仍然采用老套的人工去皮方法，甚至有些则不去皮而直接用于烹制，对顾客的饮食卫生产生潜在隐患。为此，设计一款实用性较强且价格低廉的土豆去皮设备不仅可以提高土豆的去皮效率，而且还可以符合其相应的卫生条件。SolidWorks95是SolidWorks公司在1995年推出的第一个基于Windows操作系统及特征建模的实体造型系统。SolidWorks软件的最初目标是运行于Windows平台上的主流只维设计产品，把功能强大的三维设计软件放在每一位工程师的桌上。前一个目标可以说基本实现，现在SolidWorks软件已经成为PC级CAD软件中最成功最具有代表性的一套中档三维CAD软件。Solidworks 是从技术、等多种角度,对批量生产的工业产品的功能、材料、构造、形态、色彩、表面处理、装饰等要素进行综合性的设计,创造出能够满足人们不断增长的物质需求的新产品。工业设计在技术创新、产品成型以及商品的销售、服务和企业形象的树立过程中,都扮演着重要的角色,它是工业文明的灵魂,是现代科学技术与艺术的统一,也是与经济、文化的高度融合。随着科学技术的高速发展，特别是信息时代的到来，市场对产品的性能、价格和交货期的要求更加苛刻，要求产品的研发周期短、品种多样化、趣味化、个性化、小批量。这些都要求制造企业能够快速开发出高质量的产品，以影响市场、响应市场的需求、提高自身的竞争力。传统的产品设计方法已经不能满足瞬息万变的市场需求，而且此软件易学易懂，便于学习。从发展上讲，从来没有一种技术像计算机技术那样对人类历史产生如此深远的影响，人类正步入数字化时代。进入 21 世纪,就意味着进入了经济全球化和知识经济时代。21 世纪的竞争焦点是科学技术的竞争,作为从科学技术转化为产品的一个桥梁,工业设计在经济发展过程中越来越体现出其重要性。设计意味着一个产品市场占有率的大小，意味着一个组织竞争能力的强弱，一个国家生产力水平的高低。在经济发达国家，由于政府的关注与支持,其起到了增强产品销售感染力和促进贸易发展的重要作用。黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-2-1.1土豆去皮机的机理以电机为动力，通过齿轮带动圆筒底部的磨盘旋转。磨盘表面中间低、边缘高，呈波浪形。块茎加入圆筒内，因离心力和相互碰撞作用，在圆筒内上、下、左、右翻动，并不断地滚动；在磨盘和筒壁共同作用下土豆块茎被均匀地磨去外皮，实现土豆去皮的目的。去皮结束时加入清水，再打开侧门，块茎从侧门排出，皮屑随水流从磨盘的周围间隙排出。该机为间歇生产。1.2 SolidWorks软件的特点、应用与展望1.2.1 Solidworks软件的主要发展历程SolidWorks95 是 SolidWorks 公司在 1995 年推出的第一个基于 Windows 操作系统及特征建模的实体造型系统。1997 年推出的 SolidWorks97 支持 lnternet 技术，实现数据共享，提供了 VB, VC+和其他支持 OLE 的开发语言接口;并且以 Windows 为平台，集成了 Motion Works(动态仿真软件).CosmosWorks(工程分析软件).SurfCAM(数控加工软件)以及SmarTeam(工程数据管理软件)等。2000 年 SolidWorks2000 问世，在文件管理、大图和工程绘图的性能、大装配处理的速度、使用方便性、复杂曲而造型以及绘图效率等方而进行了较大的提高和改进。2003 年推出的 SolidWorks2003 为广大用户提供了史具实用性的平台软件及增值产品。短短几年，己经连续发行了几个版本，在功能和技术上都有创新和提高，特别是刚刚推出的 SolidWorks 2006，更是向人们展示了 Windows 原创 CAD软件在复杂模型设计和大规模产品装配设计上的力量。1.2.2 SolidWorks软件的特点(1)基于特征及参数化的造型SolidWorks 装配体由零件组成，而零件由特征(例如凸台、螺纹孔、筋板等)组成。这种特征造型方法，直观地展示人们所熟悉的二维物体，体现设计者的设计意图。(2)巧妙地解决了多重关联性SolidWorks 创作过程包含三维与二维交替的过程，因此完整的设计文件包括零件文件、装配文件和二者的工程图文件。SolidWorks 软件成功的处理了创作过程中存在多重关联性，使得设计过程顺畅、简单及准确。黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-3-(3)易学易用SolidWorks 软件易于使用者学习，便于使用者进行设计、制造和交流。熟悉Windows 系统的人基本上都可以运用 Solidworks 软件进行设计，而且软件图标的设计简明了，帮助文件详细，自带教程丰富，又采用核心汉化，易学易懂。其他三维 CAD 软件学习通常需要三个月，而 Solidworks 只需要 2-3 周。1.2.3 Solidworks软件的应用(1)在工业设计领域Solidworks 丰富的功能和特点使其在引领新时尚的工业设计中日益重要。常用的工业设计(lndustrial Design)中的步骤总要分为机械造型设计和机械工程设计两步:造型设计采用 Photoshop 3Dmax ,maya 等软件完成，然后用机械设计软件如 AutoCAD ,Pro/E ,UG 等出零件图或装配图，由于两类软件存在中间转换的问题，设计思路过程被割裂为二，对于产品设计理念的体现存在极大地缺陷。而应用Solidworks 软件后，艺术造型设计和机械工程设计都可以在一个软件中完成，有效地将设计思路合为一体。(2)在机械设计领域Solidworks 软件广泛用于汽车、重工业、模具、离散制造、纺织机械等设计中。(3)在教育领域三维 CAD 教育己经成为主流，Solidworks 以其 Windows 界面、完全汉化、易学易用、开放性的功能特点将要成为教育领域中的首选 CAD 教学软件。1.2.4发展前景当今世界科技产品趋向于功能强大、结构紧凑且新颖独特;市场竞争要求产品研发设计周期短、上市快、成本低且性能优良;生产制造全球化要求多方合作、协同管理且共享资源。因此，Solidworks 软件也必然适应世界发展的需要， “不断增强三维造型功能，不断提高软件的易用性，不断扩展数据的交流” ，向着智能化、协同化和虚拟现实化软件方向发展。(1)智能化为了使设计者以最快的速度、参阅资料完成卓越的设计，Solidworks 必须不断的完善智能化的功能如智能装配、改错方案、智能提示、设计思路智能提示等。(2)协同化为了使设计者能够多方合作、易地交流、协同一致地完成各种各样的设计，黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-4-Solidworks 必须不断地增强信急交流和协作平台、丰富资源库、完善产品数据库管理、提供更强大的输入输出接口等。(3)虚拟现实化2004 年推出的 SolidWorks2004，基于这个目标，增加了约 250 项新特性。这些新特性包括:革命性的焊件环境，模拟设计师工作的真实环境;新的内存储管理技术，能够处理包含数千个零件的装配件;新的凹模和凸模命令使得两个主要模具零件设计自动化;过切分析在生产模具前自动检测潜在的问题;新的表面合模命令能够自动定位和封闭凹模和凸模;新的表而功能提供一系列预先设置的装饰选项，使得拔模角度和倒角自动化;新的 SolidWorks RealView 特性，用户现在能够利用真实的材料和质地在设计的不同阶段创建类似真实效果的视图等等。展望未来，Solidworks 软件必将在设计师和工程师的思想中不断进步。1.3使用 Solidworks设计的优势1.3.1易用和友好的界面在整个产品设计的工作中，Solidworks 能够完全自动捕捉设计意图，并引导设计修改，它用人们熟悉的 Windows 方式，工作中十分简便，下拉菜单、鼠标点击、剪切复制和拖动放置等是常用的操作。特征模板是一个可以随时打开的设计信息库，从而使标准零件和标准特征的引用变得异常轻松。尺寸、相互关系和几何轮廓形状可以随时修改,设计数据也是完全编辑的。特征的换序利用拖动放置即可完成。特征树中的回放指示条能逐步反推模型的生成过程。零部件与零部件之间和零部件与图纸之间的相关性可以进行有选择的更新。1.3.2 配置管理配置管理是 Solidworks 软件体系中非常独特的一部分，能够在一个 CAD 文档中通过对不同参数变换和组合，派生出不同的零件和装配体，要生成一个配置，先指定名称与属性，然后再根据需要来修改模型以生成不同的设计变化，可以于动建立配置，或者使用系例零件设计表同时建立多个配置。1.3.3 装配体设计建模在 Solidworks 的装配设计中可以直接参照已有的零件生成新的零件。不论设计用自顶而下”的方法，还是“自底而上”的方法进行设计，Solidworks 都将黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-5-以其易用的操作，大幅度地提高设计的效率。您可以自下而上设计一个装配体，或自上而下进行设计，或两种方法结合使用。自下而上设计法是比较传统的方法。在自下而上设计中，先生成零件并将之插入装配体，然后根据设计要求配合零件。自下而上设计法的另一个优点是因为零部件是独立设计的，与自上而下设计法相比，它们的相互关系及重建行为更为简单。使用自下而上设计法可以专注于中个零件的设计工作。当不需要建立控制零件大小和尺寸的参考关系时（相对于其它零件)，则此方法较为适用。自上而下设计法从装配体中开始设计工作，这是两种设计方法的不同之处。可以使用一个零件的几何体来帮助定义另一个零件，或生成组装零件后才添加的加工特征。可以将布局草图作为设计的开端，定义固定的零件位置、基准面等，然后参考这些定义来设计零件。例如，可以将一个零件插入到装配体中，然后根据此零件生成一个夹具。使用自上而下设计法在关联中生成夹具，这样可参考模型的几何体，通过与原零件建立几何关系来控制夹具的尺寸。1.3.4工程图Solidworks 软件可以为 3D 实体零件和装配体创建 2D 工程图。零件、装配体和工程图是互相链接的文件;对零件或装配体所作的任何更改会导致工程图文件的相应变更;在安装软件时，可设定工程图及模型间的中向链接关系，这可防止对模型尺寸的改变，从而防止在工程图中对模型本身的更改。一般来说，工程图包含几个由模型建立的视图，也可以由现有的视图建立视图。例如，剖面视图是由现有的工程视图所生成的。1.3.5零件建模3D 零件是 Solidworks 机械设计软件的基本组成部件。传统的机械设计要求设计人员必须具有较强的三维空间想象能力和表达能力，他们必须在脑海里构造零件的三位形状，然后按照三视图的投影规律，用二维工程图将零件的三维形状表达出来，这种设计方式工作量大，且缺乏直观性。Solidworks 采用三维模型进行产品设计，设计过程更加符合设计师的设计习惯和思维方法。由于 Solidworks 系统具有设计直观效率高等特点，相信在不久的将来会完全取代二维 CAD 软件。2 土豆去皮机机械设计土豆皮机是一种小型间歇式去皮设备，依靠旋转的工作构件驱动物料旋转，黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-6-使得物料在离心力的作用下，在机器内上下翻转并与机器构件产生摩擦，从而使物料的皮层被擦离。下面介绍土豆去皮机整体机构和各个零部件的设计。2.1 去皮机整体机构的设计土豆去皮机的整体设计要求简单，安全，实用，移动方便，尽量节省原材料。该土豆去皮机使用机械摩擦去皮原理进行去皮，该机由机筒、机座、机架、电动机、圆盘、机盖等部分组成。它以电机为动力，通过减速齿轮带动机盘底部的圆盘旋转。块茎加入机筒内，因其离心力和相互碰撞作用的作用下，在机筒内上、下、左、右翻动，表面被圆盘均匀的磨擦。去皮过程中加入清水，磨擦掉的皮屑和水一起经筒底的排水口排出，块茎从侧门自动卸出，该机为间歇生产。2.1.1 去皮机材料的选择此去皮机的筒壁和机体是 厚的钢板，去皮机机架由热扎等边角钢焊接组m3成，圆盘采用的45钢，其中筒壁的内侧和圆盘的表面均镀有金刚砂，以增大圆筒内壁和圆盘的摩擦系数，增大摩擦力，有利于提高去皮机的摩擦效率。2.1.2 去皮机料筒的设计根据圆筒的工作原理，圆筒的设计重点主要是保证物料在圆筒内运动的高度，不能发生物料在运动过程中跳出圆筒的情况，同时此高度也要保证物料在圆筒内有充分的摩擦机会，增加筒内土豆的摩擦效率，所以设计此圆筒的高度为 ，m360圆筒的内径为 。圆筒的上面设计一开口，并有一向内收的倒角，方便马铃m40薯的倒入。在圆筒的侧壁上设计了一个抽动门，当去皮结束后，在电动机逐渐停止运转的情况下打开门，去皮后的土豆由于离心力的作用下滚出。另外，圆筒的下端要设计成圆环凹陷的形状，由上方冲下的水夹杂马铃薯皮屑从圆盘边缘留下，进入圆筒凹陷的底端，通过计算分析，设计凹陷处出水管的直径为 ，保证冲刷下来的脏水可以有效地从排水口处排出，防止脏水溅入28传动轴，避免机器运转时出现不必要故障。2.1.3 去皮机支架的设计土豆去皮机支架的设计主要是采用角铁焊接成来支撑轴、圆盘、电动机的重力及运转时土豆的重力，因此根据实际情况，固定支架的情况如总装配图所示。2.2 圆盘的设计黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-7-圆盘的直径大小取决于此去皮机的工作效率，由于此去皮机是专为宾馆或中小型饭店设计，所以其生产能力设计为每次处理12kg马铃薯，每次耗时3min，其中装料时间为30秒，擦皮时间为 120s，卸料时间为 30s，即每小时可以处理240kg的马铃薯 10 。（1）土豆密度的测定选取大小均匀适中的土豆样品，甲和乙145Mg甲 165Mg乙0VmL甲 VmL乙由于 /1450.36g甲 165.04gmL乙所以 .mL（2）圆盘的尺寸由于此剥皮机的生产效率为每次处理 马铃薯，12kg所以 301.5923.8VMmL土豆平均高度 9hcm292.8.Shc由于 所以R184S设圆筒的填充度为0.6，设计圆筒高度为 ，筒内物料高度设为 。340m70m（3） 综上所述：取圆盘半径 ；18c取物料与剥皮机的摩擦系数 ；1.4f 圆筒内物料的最大厚度为 ；0c（4）由于考虑到土豆去皮机在圆盘转动的过程中，能够把土豆抛起，所以在去皮机圆盘设计上采用了圆盘表面为波纹形的突起，六个条形波纹突起呈均匀，发散分布。这样可以在转动时，使土豆有一个向上的分速度，从而把土豆抛向侧壁，使土豆与侧壁之间进行摩擦，从而达到去皮的目的。圆盘结构图见图2-1所示。黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-8-图 2-1 圆盘结构图2.2.1 圆盘上物料的受力分析物料在圆盘的旋转式的受力情况见图2-2所示。图 2-2 物料受力分析图（1） 设波纹角为 ，当圆盘转动时，推动物料A运动，方向为垂直于波纹切线，设其速度为 V，V 可分解为 V水平 和 V垂直 两个分速度。BC与圆盘平面平行，可以看作使圆盘的圆周速度，而 ，所以 （m/s） 10BCsinR角速度（1/s） 圆盘半径（cm）R因为 ，所以ABCDsicos垂 直又因为 cosin2si所以 （m/s）2i垂 直V黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-9-（2） 综上：1. sinRV垂 直2. 2i水 平3. sn垂 直2.2.2 去皮机正常工作转速的条件（1）物料在圆盘转动时由于离心力和波纹角被圆盘抛起，该物料所具有垂直方向的动能为 ： 82sin)2sin(1V22RmRE垂 直垂 直此动能应该等于势能：， mgh垂 直 gh82sin2（2） 为了正常运转，抛高 h 一定要超过物料在圆桶内的厚度 ，否则，最底层的物料就不能抛起与圆筒壁摩擦，所以 gR82sin2又因为 301所以代入得 2sin61R（3）为了正常运转，仅把物料抛起还不行，还要保证物料能抛向侧壁，抛向侧壁的力靠离心力 C（N）90)3(222GRngRmv=此离心力应能克服物料对波纹的摩擦力，才能使物料离开波纹抛向侧壁，摩擦力为：（N） 摩擦系数GfTf使C t，即黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-10-GfRn9022Rfn32综上： （2.1）si601（2.2）fn32代入计算得： 1 20.186063.5minsin7rR2.43.if在计算中，取其中较大的值为设计所选用的n值。所以，圆盘的转速要达到以上才能使土豆去皮机正常工作。230.5mir2.2.3 去皮机功率的计算（1）去皮机的功率消耗包括： 克服物料对圆盘的摩擦力所需的功率 N1； 克服物料对圆筒的摩擦力所需的功率 N2； 圆盘抛起物料所做的功率 N3； 传动机构因摩擦而消耗的功率 N4；（2）下面对以上公式分别计算：（W）cpmM1处于圆筒内物料的摩擦力矩（Nm）cpM物料重力（N）G摩擦系数（1.11.3）f摩擦壁矩（m）2R物料圆盘的平均相对速度（1/s） ，采用最大角速度的 。cp 21黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-11-60)3(21ncp所以 121GfRfN代入数据得： （W）.43.57.0(W)cpyM2My在离心力的作用下物料与侧壁的瞬时摩擦力矩（ Nm）（Nm）Rfmvy2V物料圆周速度（m/s）摩擦力矩（ ） （m）RR8（Nm）gfGvRfMy822所以 nN402代入数据得： (W)221.1.3420.53.88(W)603GsnK圆盘表面波纹高度（m）S波纹的数量K代入数据得： （W）3120.6230.5.NN4 为传动损失，可用传动效率 表示。 （ 0.8） 。则消耗的总功率为：(W) 1237.8697.10总2.2.4 电动机的选型根据土豆去皮机设计的额定功率 697.1W，转数 230.5 ，及电动机电压、min/r尺寸的综合考虑，所以选择电动机的型号为 -8/6，如表 1 所示 11。LYD10黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-12-表 1 电动机配置表型号 满载时 质量/额定功率 kWPed/转 速 1min)(r电流/A（380）效率/%功率因数 最大转矩/额定转矩kg-8/6LYD100.75 750 2.92 70 0.65 1.8 35中心高 H外形尺寸HDACL2/1 底脚安装尺 寸 B底脚螺栓直径 K轴伸尺寸 ED键连接部分尺寸 GDF100 45)80.7(380106260878图2-3 电动机2.3 齿轮的设计和校核齿轮传动是机械传动中最重要的传动之一，型式很多，应用广泛。齿轮传动的主要特点有：（1）效率高 在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率最高。（2）结构紧凑 在同样的使用条件下，齿轮传动所需的空间尺寸一般较小。（3）工作可靠、寿命长 设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命长达一、二十年，这也是其他机械传动所不能比拟的。黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-13-（4）传动比稳定 传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。2.3.1 选择齿轮的材料和齿数及齿面接触强度设计（1）选择齿轮的类型精度等级材料及齿数 该传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。 该土豆去皮机，速度不高，故选用 8 级精度。 材料选择。由机械设计手册选择小齿轮的材料为 45 钢（调质） ，硬度为250HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 220HBS。 选择小齿轮的齿数为 23,大齿轮的齿数 u 3.223741z2z1（2）由设计计算公式进行试算，即 32112. HEdtt ZuTKd 试选载荷系数 =1.3t 计算小齿轮传递的转矩 mNmNnPT 35151 105.970/.9/0.9 查机械设计手册选取齿宽系数 6d 查机械设计手册得材料的弹性影响系数 2/8.1MPaZE 查机械设计手册，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；大齿轮的接触疲劳强度极限 ；MaH510lim H4602lim查机械设计手册计算应力循环次数91 12.)5381(75060 hjLnN992.23/. 查机械设计手册得接触疲劳寿命系数 ；.1HNK.02HN 计算接触疲劳许用应力取失效概率为 1%，安全系数 S=1，由机械设计手册得 MPaSKHNH 4376095.591.2lim21li1 （3）计算 试算小齿轮分度圆直径 ，代入 中较小的值：td1H=32112. HEdtt ZuTKd m9.3478.12.36.0593. 2黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-14- 计算圆周速度 v smsndt /57.1/10679.3106 计算齿宽 bdt 9.23.91 计算齿宽与齿高之比 h/模数 mzmtt .10/.31齿高 ht 5.49.25.3.4/.3/b 计算载荷系数根据 ，8 级精度，查机械设计手册得动载荷系数 ；smv/57.1 12.VK直齿轮，假设 。查机械设计手册得 ；mNbFKtA/10/ .FH由机械设计手册查得使用系数 ；25.A由机械设计手册查得 8 级精度、小齿轮相对支承非对称布置时bKdH 3210.6.018. 将数据代入后得 2.9.32.6018.2. 2 H由 ， ，查机械设计手册得 ；故载荷系数3.5/hb.K16.FK0.21.25.1HVA 按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径，查机械设计手册得 3319.645.89ttKdm 计算模数 m黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-15-145.89231.9mdzm2.3.2 按齿根弯曲强度设计查机械设计手册得弯曲强度的设计公式为：321FSadYzKTm（1）确定公式内的各计算数值 查机械设计手册得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮的弯MPaFE501曲疲劳强度极限 ；MPaFE402 查机械设计手册得弯曲疲劳强度寿命系数 ， ；85.01FNK8.02FN 计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数 ，查机械设计手册得4.1S MPaaSKFENF 43.2514.1087.522 计算载荷系数94.16.2.5FVA 查取齿形系数查机械设计手册得 ；80.21FaY60.2Fa 查取应力校正系数查机械设计手册得 ；5.1Sa59.12Sa 计算大小齿轮的 并加以比较FaY黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-16-01649.3.2562.7.0821FSaFY大齿轮的数值大 14。（2）设计计算 mm37.10649.26.01594133对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径有关，可取由弯曲强度算得的模数 1.37 确定 =2 ，按接触强度算得的分度圆直径 ，145.89d算出小齿轮齿数145.8923dzm大齿轮齿数 21.7u这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到了结构紧凑，避免浪费 15。（3）计算分度圆直径： 123246.0718dzmm（4）计算中心距： 1246.0.297ad（5）计算齿轮宽度： 1.8dbm取 。28,Bm135BmNmNbFKdTtAt /10/5.17/29.375.19.3480. 所以此齿轮传动的设计合适。黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-17-2.4 键的选择（1）电动机轴键的选择选择键联接的类型和尺寸一般 8 级以上的精度齿轮有定心精度要求，应选用平键联接。本设计选用圆头普通平键。根据 从机械设计手册中查得，键的截面尺寸为：宽度md28，高度 。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长 。6bmh7 20Lm校核键联接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢，查机械设计手册得许用挤压应力，取其平均值， 。键的工作长度MPap120MPap10，键与轮毂键槽的接触高度 。bLl8 hk5.37.05.由式 PakldT pp 174.92805.393可见该键联接可以满足需要。（2）大齿轮上键的选择根据 从机械设计手册中查得，键的截面尺寸为：宽度 ，2m 9bm高度 。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长 。h7 24L校核键联接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢，查机械设计手册得许用挤压应力，取其平均值， 。键的工作长度MPap120MPap10，键与轮毂键槽的接触高度 。mbLl583 mhk5.37.05.由式 MPaPakldT pp 181.33015.921023 同理可知轴上的两处键选择也满足要求，能安全使用。（3）圆盘和轴间键的选择根据 从机械设计手册中查得，键的截面尺寸为：宽度 ，m18 mb6高度 。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长 。h7 L21校核键联接的强度键、轴、轮毂的材料都是钢，查机械设计手册得许用挤压应力，取其平均值， 。键的工作长度MPap120MPap10，键与轮毂键槽的接触高度 。bLl56 hk5.37.05.黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-18-由式 MPaPaMkldT pp 1068.4185.30921023 可见该键联接可以满足需要。2.5 转轴的结构设计该土豆去皮机的轴为转轴，轴的结构设计包括轴的合理外形和全部结构的尺寸。轴的结构尺寸和形状主要取决于下列因素，轴上零件的类型，布置和固定方式，载荷的性质、大小、方向及分布情况，轴承的类型和尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺要求等。轴上结构应便于轴上零件的定位、固定和装拆，尽量减小应力集中，应使轴受力合理分布，有良好的工艺性。对于刚度要求大的轴，还应从结构上考虑减少轴的变形。2.5.1 初步估计轴径该土豆去皮机中使用的轴为中等大小功率，转速不高，且属一般用途的轴，无特殊要求，轴材料选择应用广泛且较经济的45钢。抗拉强度 ， 屈服点 ，MPab60MPas30弯曲疲劳极限 ， 扭转疲劳极限： ，241 14许用静应力 ， 许用疲劳应力 ， 8查机械设计手册的45钢的 及A值： 3040pp/A 118107由于此土豆去皮机的传动轴承受的转矩大于弯矩，所以取 ， 。4018A另外，此轴为实心轴，所以，传动轴的轴径计算公式为：npAd3轴传动的额定功率（kW）P轴的转速（ ）nmin/r按 定的因数Ap代入计算得： 30.751816.42dm由于此轴上设置一个键槽，所以轴径应增大4%5%，故 ，所以.75d考虑轴的安全性，下面所设计轴的最小直径为20 。黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-19-2.5.2 轴的结构尺寸设计（1）拟订轴上零件的装配方案轴上零件的装配方案对周的结构形式起着至关重要的作用。此轴作为电动机的传动轴，由于该土豆去皮机上的轴是垂直布置，设计的轴上的零件从上往下依次是轴端挡圈、圆盘、轴承端盖、一对角接触球轴承、轴承之间的套筒、轴承端盖、弹性挡圈、齿轮、轴端挡圈。根据实际情况进行对比，得出轴的结构如图3所示，相比之下，此种结构的轴比较简单合理。（2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度为了满足圆盘的定位要求，轴右端第一轴段的直径小于第二的轴的直径，右侧第一轴段设其为最小轴径 ，由于右端用轴端定位挡圈点定位，按轴端120dm直径取挡圈直径 ，轴端挡圈由螺栓固定在轴端上可以固定圆盘，使圆盘6D可以平稳转动从而达到土豆去皮加工的效果。圆盘与轴配合的长度为 。m27（3）初步选择滚动轴承考虑到圆盘的轴向定位及滚动轴承的装卸，轴径（与轴承相配的轴段）直径应比轴径端直径大 左右，故确定轴右侧第二轴段直径为 ，再根据该土6 6豆去皮机的轴是垂直布置，由受力情况选取角接触球轴承 型滚动轴承，C7205其内径为 ，外径为 ，宽度为 。左端轴承和右端轴承采用套筒进2m54m12行轴向定位，两轴承的定位靠两端的轴承盖和支架进行定位。故根据实际需要，取右二段轴段长度为 。1（4）取安装齿轮处的轴段直径为 ，已知齿轮的宽度为 ，根据实际需328m要，取左面第一段轴段的长度为 。56黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-20-图 2-4 轴结构图2.5.3 轴的强度校核1）计算齿轮受力齿轮的分度圆直径： 27418dzm轴传递的转矩： 660.759.509.5312PTNmn齿轮的圆周力： 123741.8tFd齿轮的径向力： tan9.tan205.8r齿轮的轴向力： 0tga2）绘制轴的受力简图首先画轴的受力简图（a ） 。圆周力F t轴向力 与轴的转向和螺旋方向有关，aF应根据实际工作情况决定，否则会得到错误结果，这里，假定轴的转向享有细看为顺时针，齿轮齿合点的位置在上方，则根据直齿圆柱齿轮传动受力分析方法可知，各分力方向如图所示。然后将轴上作用力分解为垂直面受力图（b）和水平面黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-21-受力图（d） 。分别求出垂直面上的支反力和水平面上的支反力。对于零件作用于轴上的分布力或转矩可当作集中载荷作用于轴上零件的宽度中点。支反力的作用点随轴承类型和布局方式的不同而异，近似计算时，一般选取轴宽度的中点。由于轴上的齿轮为直齿轮受力图2-5所示，其中 ， 。mH571=402受力图如下：黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-22-图 2-5 齿轮受力图（3）计算轴的支反力：垂直面内支反力：黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-23-1215.87403.5rNHFLN1.3.21.rNH水平面内支反力： 12149.5708.3tNHFLN22.18.3.4tNH轴是否满足强度要求只需对危险剖面进行校核即可，轴的危险截面多发生在当量弯矩最大或当量弯矩较大，且轴的直径较小处，下面计算A 点的当量弯矩。根据此轴的受力分析可知，此轴在A点处的截面当量弯矩最大，所以只需校核 A点处截面的抗弯强度即可。（4）画弯矩图A点垂直弯矩计算： 152.8709.6VArMFLNmA点水平弯矩计算： 49.34.Ht A点合成弯矩计算： 222870.69.569.7AV（5）计算当量弯矩A点的当量弯矩计算： 2 2225469.70.317564.8caAMTNm（6）按弯曲合成强度校核计算由弯矩图可知在轴直径24mm处弯矩最大，此处的抗弯截面系数 33330.1.2418.2dWmA点弯曲应力： 156.608.caAcMMPaPa由此可知轴的抗弯强度符合要求，该轴的设计合理，可以使用。2.5.4 轴上轴承的选择黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-24-该土豆去皮机上有传动轴（轴的具体尺寸形状以上已有说明） ，为了保证轴的平稳运行，并考虑到轴是垂直布置并配有齿轮传动，需要抵抗轴向载荷和一些径向载荷，故选用滚动轴承中的角接触球轴承 型滚动轴承。该轴承与滑动C7205轴承相比具有摩擦阻力小，功率消耗少，起动容易等特点。2.5.5 轴上轴承的校核查机械设计手册可知 7205C 轴承的 。NCorr 8950,120（1） 求两轴承受到的径向载荷 和1rF2由于该一对轴承是垂直布置，为了方便看图，把图形设成水平放置，受力图形如下：黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-25-图 2-6 轴受力图由受力分析可知： 21211 21 22157409.574018.2.18.293.40405.7.1748508.trHtrHrrHrHrFNNF N22 63.7（2）求两轴承的计算轴向力 和a黑龙江八一农垦大学毕业论文（设计）-26-对于 70000C 型轴承，按机械手册，轴承派生轴向力 ，其中， 为判断rdeF
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