小型菠萝削皮机设计说明书

目 录摘要1关键词11 前言12 菠萝削皮机的研究现状13 菠萝削皮机的性能要求24 菠萝削皮机的方案的设计24.1 主要结构介绍24.2 工作原理25 菠萝削皮机的总体及部件结构设计与校核35.1 菠萝削皮机的总体结构设计35.1.1 运动的合成35.1.2 总体结构设计45.2 执行结构设计55.2.1 刀具的选择55.2.2 刀具的结构设计55.2.3 刀具大弹簧的设计65.2.4 刀具小弹簧的选择85.3 传动机构的设计95.3.1 螺杆的设计计算95.3.2 传动装置设计115.3.3 螺杆端轴承的选择与校核125.4 电机的选择136 菠萝夹具的设计146.1 夹具的设计146.2 轴承选择与校核计算146.3 链条的设计156.3.1 螺杆间的链传动计算156.3.2 键的校核187 菠萝削皮机的电气控制187.1 电气控制设计187.2 电气控制原理图18结论19致谢20参考文献20英文摘要. . . . 21小型菠萝削皮机设计作者：康 指导老师：姚摘要：菠萝削皮是菠萝制品加工工艺过程的重要的部分，目前存在的各种去皮方法都各自有其一定的局限性。设计一种既安全卫生又方便的菠萝削皮工具,已经越来越成为人们的迫切需要。本文主要介绍了以切削原理为基础的,适合食品加工工厂等场所使用的菠萝去皮机的设计要点、工作原理和设备组成情况。这种机器代替了目前的人工削皮，操作方便，使用简单，大大的提高了生活效率。关键词：削皮机；传动；设计；菠萝1 前言菠萝又叫凤梨、黄梨。16世纪中期由葡萄牙的传教士带到澳门，然后引到广东各地，后在广西、福建、台湾等省市种植，经过长期的选育，陆续产生了许多的品种。菠萝果实品质优良，营养很丰富。科学研究表明癌症与人体缺少维生素有很大关系，如果能多食水果补充大量的维生素，我们完全可以抵御很多的疾病。菠萝作为大家非常喜爱的水果之一，它完全可以胜任补充维生素的重任。它不仅富含大量的维生素，而且口感非常的好。但唯一的缺点就是削皮工作非常困难，一般的家庭在购买菠萝的时候都是让卖水果的人削好后拿回家再吃，现今社会空气污染比较严重，大量有害颗粒会附着在菠萝上，食用后对人体造成伤害。所以设计一种快速、安全、方便、卫生的菠萝去皮机，应用前景十分广阔。2 菠萝削皮机的研究现状 原本我国初级农产品质量比较差，加工增值程度比较低，缺乏一定的国际竞争力。最近几年我国的水果加工业取得了质的飞跃，冷冻水果方面更是占据了我国农产品贸易的重要位置。就现在情况来看，我国的水果加工工业已经具备了相当不错的技术水平和生产规模。随着工业的进步，产品加工质量明显大幅度提高。加工增值程度比以前高了许多，对我国农产品出口起到了拖波助澜的作用。所以加大农产品加工机械的研发是提高出口水平的先决条件。3 菠萝削皮机的性能要求为了安全应尽量应用自动化技术，并保证一定的削皮去钉成功率。整个系统结构稳定，不仅节省时间更要有非常高的安全性。考虑到家用的问题，应尽量考虑它的制造成本。综上所述，这个设计应该满足并具备的性能有以下几点：（1）设计中要注意系统的稳定性和运动的平衡性。（2）保证它的制造成本能让大部分家庭接受，并在这个基础上保证它的使用寿命。（3）保证削皮去钉的成功率，并尽可能的减少材料的浪费。（4）考虑家用的问题，应尽量减小系统运行中的噪音。（5）设计时考虑它的体积大小，不能太过庞大占用家庭空间。（6）整机设计出来后要有一定的改进空间，以防出现问题后整机报废。4 菠萝削皮机的方案的设计本方案提供一种菠萝削皮去钉机器，该机器可以在一个工作程序中同时完成削皮和去钉两种工作，提高了工作效率，最大限度的减少了削皮去钉时对菠萝果肉的浪费，而且可以适用于不同大小的菠萝，经济适用性强.简图如下：4.1 主要结构介绍本方案设计的菠萝去皮机，包括环形固定体、管形活动轴、活动体、削皮丝、去钉刀、小弹簧和大弹簧等多个活动体组成漏斗形开口装置，用于放置菠萝，环形固定体位于各活动体外网，各活动体通过管形活动轴与环形固定体链接，活动轴为空心腔体，空心腔体有小弹簧，小弹簧一段位于活动轴台阶上，另一端设有一圆环，围绕各活动体内侧组成的圆周并进入各管形活动轴空心腔的削皮丝穿过圆环，各活动轴前端设有三角形去钉刀，可以从活动体圆周内侧深入圆周中心。4.2 工作原理本方案菠萝削皮去钉器各活动体在菠萝向下移动过程汇总推动管形活动轴向外张开，又在大弹簧反作用力的对抗下，使菠萝削皮去钉器的活动体内侧紧靠菠萝表皮，同事，削皮丝的长度和张紧度也会随活动体组成的入口大小在小弹簧的作用1 电动机 2 联轴器 3 传动螺杆 4 支承螺杆5 上夹具 6 传动链条 7 切削刀具体 8 下夹具1 motor 2. coupling 3. Drive screw 4. Support screw 5. Fixture on 6. Transmission chain 7 Cutting tool 8 Next fixture 图10 菠萝去皮机示意图Fig.10 Pineapple skin-peeling-off machine schemes下自动调节，利于菠萝削皮和去钉，并确保削皮的厚度保持一致，削皮去钉非常干净，且保证最大限度地减少去钉时对菠萝果肉的浪费。本设备中的多根管形活动轴，是根据大多菠萝表面花器组成的螺旋纹数决定的，选用13根，也可以具体选择，使用的时候，可以适当减少以及不装去钉刀，就能实现不同水果的削皮去钉工作。5 菠萝削皮机的总体及部件结构设计与校核5.1 菠萝削皮机的总体结构设计5.1.1 运动的合成根据菠萝的结构，菠萝表面的花苞片及“果眼”的分布形状如图1所示。菠萝通常呈现未对称性的左右螺旋线排列，左右螺旋线的螺旋线的螺旋升角均约为40，每条螺旋线绕菠萝均为7/12圈，每个菠萝的螺旋线数为13条左右，而菠萝的高度与其直径之比为1.5左右，其高度一般在160mm280mm范围之内。 故水平方向转动7/12圈则竖直方向上升1.5D 设定每个菠萝去皮时间为20s，则：5.1.2 总体结构设计使用本菠萝去皮机时，先用水果刀却去菠萝头尾部，固定在抓盘上，再放入活动体组组成的漏斗形入口，使菠萝表皮的花器对准三角形去钉刀，机械力旋转菠萝的同时菠萝刀具沿着菠萝钉的螺旋纹旋转向上移动，菠萝削皮去钉器各活动体在菠萝转动，刀具上升的作用下，活动体向外扩张，挤压大弹簧4，同时又在大弹簧的作用下自然调整，以利于菠萝削皮去钉，并确保削皮的厚度保持一致，然后出来的将是削皮去钉后非常感激的菠萝果肉，且保证最大限度地减少削皮去钉时对菠萝果肉的浪费。如果用于某些只削皮不去钉的场合，不用装去钉装置，使用时只要将菠萝放入菠萝削皮去钉器入口。5.2 执行结构设计5.2.1 刀具的选择根据设计要求，菠萝削皮机要对菠萝进行削皮和去钉，削皮考虑用削皮丝完成指定削去2-3mm表皮的效果，去钉采用三角形去钉刀进行去钉。5.2.2 刀具的结构设计下图中5为去钉刀，对菠萝进行去钉动作，3为削皮丝，用于切削菠萝表皮。根据菠萝的特点：每个菠萝螺旋线数位13左右，而菠萝的高度与直径比值在1.5左右，菠萝直径在85-134之间。我设计菠萝去钉刀为13个平均分拨在菠萝的周围，故只需对其中的一把刀进行具体分析。由于菠萝大小不一致所以刀具设计为可自由调节距离，位于活动体5的外围环 1 去钉刀2 削皮丝 1 To nail the sword 2 Peeling silk图12 刀具前端结构图Fig.12 The front end structure of cutter形固定体与活动体之间通过关系活动轴连接，环形固定体与活动体之间设有大弹簧，活动轴空心腔体内设有小弹簧，一端位于活动轴台阶上，另一端设有一圆环，为要各活动体内侧组成的圆周并进入各管形活动轴空心腔体的削皮丝穿过所述圆环，各活动轴前端设有三角形去钉刀，如上图所示。刀具图如下图所示：5.2.3 刀具大弹簧的设计1.根据工作条件选择材料并确定起许用应力：根据要求选用普通圆柱螺旋弹簧根据刀具活动轴2，根据活动螺旋轴2的外径，设定弹簧中径D=20mm，外径.当弹簧压缩变形量时，压力;当弹簧压缩变形量时，压力.因为弹簧在一般载荷条件下工作，可以按照第III类弹簧来考虑。现选用碳素弹簧钢丝C级。并根据，估取弹簧钢丝2.0mm。由机械设计第八版表16-3暂选20。则根据表16-2可知 （1）2根据强度条件计算弹簧钢丝直径现选用螺旋比C=10，则由式(16-4)得 （2）根据式（16-10）得 （3）因此估算值符合要求，取弹簧钢丝标准直径。此时，为标准值，则有 1.销 2.小弹簧3.大弹簧 4.削皮丝 5.去钉刀 1 pin 2.small spring 3.big spring 4.peeling silk 5.nail-off knife图13 刀具整体结构图Fig.13 The overall structure drawing of cutter （4）所得尺寸与题中条件相符，合适。 3.根据刚度条件计算弹簧圈数由式（16-9）得弹力刚度为 （5）由表16-2取G=82000Mpa，则弹簧圈数n为 （6）则取n=11圈。此时弹簧刚度为 （7）4.验算弹簧初始压力为0；初应力即为0极限工作应力 （8）则极限工作载荷为 （9）5弹簧长度的计算根据菠萝的之境范围因此弹簧的压缩量为：所以弹簧的总长度：取弹簧长度为50mm。5.2.4 刀具小弹簧的选择1.根据工作条件选择材料并确定起许应力根据要求选用普通圆柱螺旋弹簧根据刀具活动轴2和空腔大小设定小弹簧中径，外径。当弹簧压缩变形量时，压力；当弹簧压缩变形量时，压力，因为弹簧在一般在和条件下工作，可以按照第类弹簧来考虑。现选用碳素弹簧钢丝C级。并根据。估取弹簧钢丝1.0mm。由机械设计第八版表16-3暂选19，根据公式（1）可知。2.根据强度条件继续按弹簧钢丝直径现选用旋绕比C=10，则由式公式（2）得 (10)根据式（3）得 (11)因此估算值符合要求，去掉弹簧钢丝标准直径。此时，为标准值，则由式（4）得 (12)所的尺寸与题中条件相符，合适。3.根据刚度条件计算弹簧圈数n由式（5）得弹力刚度为 (13)由表16-2取G=82000Mpa，则弹簧圈数n由公式（6）得 (14)则取n=5圈。此时弹簧刚度为 (15)4.验算弹簧初始压力为0；初应力即为0由公式（7）得极限工作应力由公式（8）得极限工作载荷为 (16)5.弹簧长度的计算弹簧的长度：取小弹簧长度为20mm5.3 传动机构的设计5.3.1 螺杆的设计计算削皮机进行工作是道具沿螺杆向上以一定的速度做上升运动，1 选作材料，螺栓材料等选用45号钢。螺母材料选用ZCuA19Mn2,查表确定需用压强.2 确定螺纹牙型。梯形螺纹的工艺性好，牙根强度高，对中性好，本题采用梯形螺纹。3 按耐磨性计算初选螺纹的中径。因选用梯形螺纹切螺母兼作支撑，根据教材式（5-43）得 (17) 按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。根据第四强度理论，其强度条件为 (18)但对中小尺寸的螺杆，可认为，所以上式可简化为 (19)式中，A为螺杆螺纹段的危险截面面积，；S为螺杆稳定性安全系数，对于传力螺旋，S=3.5-5.0;对于传到螺旋，S=2.5-4.0;对于精密螺杆或水平螺杆，S4.本题取为5.故有螺杆螺纹小径 (20)5.综合考虑，确定螺杆直径。比较耐磨性计算和抗压强度计算结果，可知本题螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准，按照国家标准GB/T5796-1986选定螺杆尺寸参数，螺纹外径d=30mm，螺纹内经，螺纹中径，螺纹线数n=1，螺距P=6mm.6.校核螺旋自锁能力。对传力螺旋传动来说，一般应确保自锁性要求，以避免事故。本题螺杆的材料为钢，螺母材料为青铜，钢对青铜的摩擦系数f=0.09（查机械设计手册）19。因梯形螺纹牙型教，所以 (21) (22)所以可以满足自锁要求。若自锁性不足，可增大螺杆直径或减沾上螺距进行调整。7.计算螺母高度H.因，因选，H=24mm，螺纹圈数计算：螺纹圈数最好不要超过10圈，因此可以满足要求。当条件不满足的时候，一般手段是在不影响自锁性要求的前提下，可适当增大螺距，而本题螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准，耐磨性已相当富裕，所以可适当减低螺母高度。现取螺母高度H=24mm，螺纹圈数z=4，满足要求。8.螺纹牙的强度计算。由于螺杆材料强度一般远远大于螺母材料强度，因此只需校核螺母螺纹的牙根强度。根据教材表5-13，对于青铜螺母，这里取，由教材式（5-50）得螺纹牙危险截面的剪切应力为 (23)满足要求螺母螺纹根部一般不会弯曲折断，通常可以不进行弯曲强度校核。9.螺杆的稳定性计算。当轴向压力大于某一临界值时，螺杆会发生侧向弯曲，丧失稳定性。根据菠萝高度暂选螺杆的工作长度为l=220mm螺杆危险面的惯性半径螺杆的长度：按一端自由，一端固定考虑，取v=2.0螺杆的柔度：其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得 (24) (25)所以满足稳定性要求。 10.螺杆上两段的部件连接选择用键联接，根据州的直径，则选择键宽键高=bh=6mm6mm。长度l=10mm。5.3.2 传动装置设计 根据菠萝呈现为对称性的左右螺旋线的排列，左右旋线升角为40，每条螺旋线绕菠萝越为7/12圈，每个菠萝旋线输为13条左右，而菠萝转动的角速度为 线速度为 （26）根据条件切削完一个菠萝螺杆螺母上升了1.5d，则螺母的上升速度为 所以螺杆的转速设定为定值。 所以选螺杆转速为100r/min传动比为 （27）取i=57减速器的选择根据传动比i查表18-1选择两级圆柱齿轮减速器，考虑成本问题要是加入此传动比的减速器则会大大提高成本，因此决定采用双电机分控运动部件。5.3.3 螺杆端轴承的选择与校核1轴承的选用根据螺杆传动一次在螺杆两段设有轴承使其转动顺畅，轴承的转速n=101.25r/min，轴承径向载荷可忽略不计。主要受轴向力，装轴承处轴颈直径为，所以在轴的两端用的两个角接触球轴承，如图所示13.2（b）正装，工作中有中等冲击，最大转速n=101r/min,根据菠萝切削用力设定两轴承的径向载荷分别为,外加轴承向载荷，作用方向指向轴承1.查滚动轴承样本可知要接触球轴承7002AC的基本额定动载荷C=5950N，基本额定静载荷。1. 初步计算派生轴向力根据教材表13-7得 (28) (29)2. 计算各轴承轴向力 (30) (31)3. 确定X,Y的值。根据教材表13-5因为，所以,4. 计算当量动载荷取载荷系数,则 (32)5. 计算轴承寿命. (33)轴承寿命满足使用期限。故所选轴承满足要求。5.4 电机的选择电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要选出具体型号以便购置，断则电动机包括类型，结构，容量（功率）和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。1. 电动机的功率为 (34)式中：-工作机所需工作功率，是指工作机主动端运输带所需功率，kw：-由电动机至工作机主动端运输带的总效率。2. 确定电动机转速:容量相同的同类型电动机，有几种不同的转速系列供使用者选择，如三相异步电动机常用的有四种同步转速，即3000，1500,1000,750r/min (相应的电动机定子绕组的极对数为2,4,6,8)，同步转速为由电源频率与极对数而定的磁场转速，电动机空载时才可能达到同步转速，负载时的转速都低于同步转速。在设计中所需要的最大转速；最小转速因此选用三相异步电动机需要配备大减速比减速器，三相异步电机产生的功率远大于削皮机所需功率，因此也会造成很大的浪费，分析比较电动机及传动装置的性能，尺寸，重量和价格等因素，最终选用微型电动机。 所以综合以上我们查表选电动机型号为60KTYZ系列齿轮减速可控永磁同步电机来提供动力。其主要性能如表119表1 电动机主要性能参数 Table 1 The Main performance parameters motors型号额定频率（Hz）转速（r/min）工作电流（mA）输入功率（W）噪音（dB）绝缘等级输出力矩旋转方向60KTYZ-A50/601.75451435E31双向可调60KTYZ-III50/60100451435E306 菠萝夹具的设计6.1 夹具的设计菠萝削皮过程中，果体主要做圆周运动，根据计算转速恒定为V=7/4（r/m）根据要求，水果特点，菠萝高度不一致等特点因此设计由上下两个抓盘固定菠萝，下抓盘固定位置，上抓可上下移动，有利于菠萝的放入与固定。结果如图所示：夹具下端连接键的选择：根据轴直径d=18mm,根据机械设计表6-1选择键宽键高h=6mm6mm。6.2 轴承选择与校核计算根据菠萝转动为恒定转速特点，轴承的转速n=1.75(r/min),轴承径向力主要由图14.菠萝夹具图Fig.14 Pineapple fixture drawing刀具切削时产生。主要受轴向力，装轴乘处得轴颈直径为 所以在轴两端选用的两个角接触球轴承，如图所示13.2（b）正装。工作中有中等冲击，转速n=1.75(r/min)，根据菠萝切削用力设定两轴承的径向载荷分别为，外加轴向载荷作用方向指向轴承1. 查滚动轴承样本可知要接触球轴承7003AC的基本额定载荷C=6300N，基本额定静载荷。1初步计算派生轴向力，由公式（19）(20)可见 (35) (36)2计算各轴承轴向力 (37) 3.确定X,Y的值。根据教材表13-5因为，所以，。4.计算当量动载荷取载荷系数,则 (38)5.计算轴承寿命. (39)轴承寿命满足使用期限。故所选轴承满足要求。6.3 链条的设计在设计过程中有1个地方要用链传动，两个螺杆直接的动力传动。6.3.1 螺杆间的链传动计算有上述可知，电动机额定功率P=14W，螺杆转速为100r/min。两螺杆的传动用链传动。主动轮转速与从动轮转速相同。中心距水平传动，链速，静强度安全系数S=6,电机驱动，取工况系数。1.选择链节距p。链的工作拉力 (40)初步选定用10A型滚子链，其链节距p=15.875mm，每米质量q=1kg/m，极限拉伸载荷（单排） (41)由于是水平传动，所以倾斜角初选链条垂直度f与中心距a的壁纸f/a=2%，由教材图9-9得，则得悬垂拉力 (42)紧边总拉力 (43)所以得到所需的极限载荷 (44) 所以选10A型链是合适的。2.求链轮的齿数。根据教材表9-8取验算链速 (45)符合题目要求3.校核安全系数，由公式（40）（41）（43）可得计算安全系数 (46)所以选用的10A型滚子链是合理的。4.求大小链轮的分度圆直径 (47)5.计算链节数 取=80 (48)取=80 6.齿顶圆直径da (49) (50)取=927.齿根圆直径 (51)8.齿高 (52) 取=59.最大轴凸缘直径 (53)取=706.3.2 键的校核由于要求等速传递一次两螺杆上的带轮尺寸相同，大带轮参数参照小带轮参数键的校核。假设压力在键长度内均匀分布，则根据挤压强度或耐磨性的条件计算，求得联接所能传递的转矩： (54) 能完全满足需要。7 菠萝去皮机的电气控制7.1 电气控制设计考虑到制造成本与使用环境工况较好，本设计决定采用继电器控制方式，控制思路如下：电源开关Q，断路开关SB1，电机控制开关SB2，SB3.切削菠萝时电机正转，首先合上电源开关Q，之后按下起动按钮SB2，接触器KM1的吸引线圈通电，其主接触点KM1闭合，两个电动机起动同时启动，由于接触点的辅助接触点KM1并联于起动按钮，因此当松开手断开起动按钮后，接触器线圈KM通过其辅助常开接触点可以继续保持通电，维持其吸合状态，故电动机不会停止。和起动按钮并联的辅助常开触点成为自锁触点。按停止按钮SB1，接触器KM1的吸引线圈失电释放，所有KM1常开触点断开，KM主触点断开，电动机失电停转：KM辅助触点断开，消除自锁。同样当退回刀具时按下启动按钮SB3接触器KM2的吸引线圈通电，其主接触点KM2闭合，只有M1电动机起动，反转运行。由于接触点的辅助接触点KM2并联于起动按钮，因此当松开手断开起动按钮后，接触器线圈KM通过其辅助常开接触点可以继续保持通电，维持其吸合状态，故电动机不会停止。当需要停机时同样按下按钮SB1即可。7.2 电气控制原理图图15.菠萝电气控制原理图Fig.15 The electrical control principle diagram结 论紧张忙碌而又充满意义的毕业设计这样就结束了，在设计初期想用振动式的方式来进行削皮，做好后发现很大的问题，忘记考虑菠萝钉的问题。菠萝不同一般的水果，它的结构比较复杂，单纯的振动式不能去掉菠萝表面的菠萝钉。我没有气馁，调整思路从新开始新的设计。在这次设计中我有一些想法，并最终落实在了这篇毕业论文上。时间非常紧但我觉得过得非常的充实。通过此次毕业设计，我不仅掌握知识，而且也丰富了大脑，而在信息搜索过程中，也学到了很的知识，开拓了事业和对未来的发展方向的认识，使我专业知识和实践能力有很大的进步。总之，在我设计过程中我发现了自己的不足，并且进行了弥补。使我明白在实际中能够熟练应用所学到的知识，才算是掌握。千里之行始于足下，我将不断完善永远不完善的自己。致 谢本论文是在老师的帮助下完成的，我由衷的感谢老师对于我的支持与帮助。马上就要进入社会了，未来的生活可能会感受到好多大学生活里没有的东西，但我永远不会忘记各位老师的谆谆教诲。感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，没有他们的大学生活将是不完美的，我们虽然来自不同的地方，但我们的心走到了一起，在学习中互相帮助，在生活中相互帮忙。每次学习中遇到困难，我的同学和朋友总是无私的帮助我，在生活中遇到困难时，他们也总是第一个出来帮助我。在这里向所有同学和朋友说一声谢谢。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！参考文献1 Schoorl D.ttolt J EBn se resistance meaSlllOlll：llts in applesJommal of lexture StudiesJ，19801 .3893942 ttolt J EDPackage protectioi dI energy dissilation inapple packsJSeientia Horticultttiw 1984243 Tem1es B R.Appie handling illP c daca a sitiol1 and.dIa1 v is ch an inscnu1lenced sphereJ1990，47：2692764 冯能莲苹果在静载作用下的变形规律安徽农业大学学报,1995，(2)：l681715冯能莲苹果在静载作用下的损伤规律.安徽农业大学学报，1996，(1)：55586 冯能莲苹果静重损伤规律的研究.安徽农业大学学报1996(3)：7l一757杨晓清.王春光河套蜜瓜静载蠕变特性的实验研究J农工业工程学报 2007,(03)8孙骊.仇农学，吴竞走运输中动力参数对果实的影响： 西北工业大学学报，I996(3)：85899李小昱等.苹果流夏特性约研究西北农业大学学报J 1998，(4)：202310马国华等苹果流夏特性约研究(I 杜驰特性的试验与研究)J 西北工业大学学报，1991，(3)：707411王为等. 苹果流夏特性约研究(1I杜驰特性的试验与研究)J 西北农业学报，1991，(4)：10310612 D Sehoor1Holt