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家用的多功能切菜机设计 含开题报告 家用 多功能 切菜机 设计 开题 报告

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家用多功能切菜机设计及动画仿真学 院：专 业：姓 名：指导老师：学 号：职 称：毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计（论文）家用的多功能切菜机设计及动画仿真是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计（论文）使用的数据真实可靠。本人签名： 日期： 年 月 日家用的多功能切菜机设计及动画仿真摘 要随着人民对生活水平的不断要求，食用蔬菜成为人们重要部分，家用切菜机应用场所广泛，能够减轻人的劳动强度，切制出各种菜品，提高效率。本次设计的切菜机主要由外壳体、竖直切菜机构、离心切菜机构、电机底座、带传动、齿轮系等组成。在本次设计过程中，首先调查分析了切菜机的研究现况及工作原理，在此基础上提出总体设计方案；接着，对各机构主要零部件进行了详细的设计；最后，采用AutoCAD绘图软件绘制了本家用多功能切菜机的装配图及主要零部件图，并且采用Pro/E构件了三维模型及仿真模拟。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；也掌握了普通机械产品的设计方法，并能熟练使用AutoCAD绘图软件、Pro/E三维设计软件，对今后的工作有极大意义。关键字：切菜机、曲柄滑块、带传动、设计家用的多功能切菜机设计及动画仿真AbstractWith the peoples standard of living increasing demands, edible vegetables has become one of the most important part, household cutting machine application places widely, can reduce the labor intensity, cut a variety of dishes and improve efficiency.The design of the cutting machine is mainly composed of shell body, a vertical cutting mechanism, centrifugal cutting mechanism, motor base, belt drive, gear train. In the design process, the first survey analysis of the vegetable cutting machine research status and working principle, overall design scheme was put forward on the basis of this; and then, the detailed design of the main parts of the mechanism is discussed. Finally, using AutoCAD software rendering the capitalists with multifunctional vegetable cutter assembly and major parts of the map, and the use of Pro / E components the 3D model and simulation.Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as mechanical principle, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; also mastered the design method of general machinery products, and can skillfully use AutoCAD, Pro / e three dimensional design software, for future work are of great significance.Key words: Cutting machine, Crank slider, Belt drive, Design目 录1 绪论11.1研究背景及意义11.2国内外切菜机现状11.3课题主要内容12 总体方案设计22.1功能及参数选择22.1.1功能选定22.1.2参数选择22.2方案分析22.2.1方案一22.2.2方案二32.3 方案选定与原理分析33 动力及传动机构设计53.1 电动机的选择53.2带传动的设计53.2.1带一的设计53.2.2带二的设计63.3圆柱齿轮的设计83.3.1选择齿轮材料、热处理方式和精度等级83.3.2按齿面接触强度设计83.3.3按齿根弯曲强度设计103.3.4几何尺寸计算113.4轴的设计113.4.1轴径的初步估算113.4.2轴的结构设计123.4.3轴的受力分析123.4.4轴的强度校核133.4.5轴上键的校核133.4.6轴承的校核144 其他机构设计164.1 竖直切菜机构设计164.1.1 设计要求164.1.2 机构设计164.2 离心切菜机构设计164.2.1 设计要求164.2.2 机构设计174.3切刀设计174.4箱体结构设计194.4.1左箱体的设计194.4.2 右箱体的设计204.5安装与调试215 总 结22参考文献23致 谢24251 绪论1.1研究背景及意义20世纪以来，我国食品工业较改革开放初期有了很大的发展，人民生活有了很大的改善，日益对食品加工和食品包装提出了更高的要求。发展食品工业的基础便是食品机械。不断地研制各种类型的食品机械，以满足不断提高的人民物质和文化生活的需要，使人们从繁重的家务劳动中解放出来，而以更充裕的时间投入到工作中去。因此研制先进的食品机械，使食品加工迅速地实现机械化和自动化是社会发展必然趋势。随着人民对生活水平的不断要求，食用蔬菜成为人们重要部分，家用切菜机应用场所广泛，能够减轻人的劳动强度，切制出各种菜品，提高效率。目前市场上切菜机款式、功能、规格各异。如何把机械工程及自动化的相关专业知识运用到家用切菜机的设计上，通过了解、分析现有家用切菜机结构，分析比较，设计一款家用切菜机，以期达到在功能上、结构上、外观上、成本等方面更加合理、使用方便和价廉物美。1.2国内外切菜机现状切菜机是1963年由法国发明家韦尔登发明制造的，并申请获得专利。1971年，他为家庭主妇设计出一种“魔法”搅拌器，它集切、拌、揉诸多功能于一体。到现在，切菜机的发展已有将近五十年的历史了，其功能也越来越强大。目前，在国内外有着各种各样的切菜机，主要有：多功能旋转式切菜机、离心式切菜机、切丁机、圆盘切口机、只显示多用切菜机等。目前，国内生产切菜机的厂家不多，现在我国的食品机械行业的主要机器型号有JY-Q550型切菜机、PQT-580型切菜机、CHD40型推杆式切菜机、QD-DLC2智能型蔬菜切割机等，模拟手工切菜机为多。这些厂家生产的切菜机的主要不足是功能少和价格高昂，因此设计多功能的高效率而体积小的多用切菜机是十分必要的。本文介绍了一种具有多功能的切菜及，具有切片、切块、切丁、切丝等功能，而且生产率很高，尤其适合家庭使用。1.3课题主要内容（1）根据收集的资料，分析存在的问题，确定设计目标，每个目标分别构思方案（不少于2个创意）。（2）对所构思的草案从科学性、经济性、可操作性等方面进行初步评价，在此基础上确定最佳方案。（3）进行各环节的具体设计，并完成以下内容：1）家用切菜机的设计计算；2）家用切菜机装配图、零件图绘制；3）家用切菜机三维建模（或运动仿真）。2 总体方案设计2.1功能及参数选择2.1.1功能选定根据家庭常需切菜要求，本次设计的多功能切菜机选定如下功能：（1）可把瓜薯类蔬菜切成片，丝，丁 ，曲线，菱形；（2）还可把细长类蔬菜（韭菜，豆角等）切成段，以及把叶类蔬菜切成丝；（3）菜的长短厚薄可调。2.1.2参数选择技术参数：外形尺寸：850430600mm电机功率：0.75kw竖刀切速：300次/min；拨盘转速：440r/min2.2方案分析刀具切削蔬菜的主要方式有两种：往复直线运动与转动，因此提出以下两种设计方案：2.2.1方案一蔬菜通过竖直或向上倾斜设置的料筒内，依靠重力自动向下运动；刀具在水平或竖直平面作旋转运动，可通过连杆机构、带传动、链传动或齿轮传动等实现；切片切丝的转换通过更换不同型号的刀具来实现；利用重力或离心作用收集加工好的蔬菜，如下图所示：图2-1 方案一简图该方案工作原理为：电动转动通过传送带带动变速器工作从而带动丝杠转动，丝杠带动推菜板将蔬菜推到刀具处，使得刀具对蔬菜进行切削。通过物料和切刀之间产生的相对运动来完成。蔬菜沿固定方向作进给运动，刀具在圆筒上进行旋转运动，实现对蔬菜的切制。2.2.2方案二蔬菜通过传送带在水平方向作直线运动；刀具做往复直线运动，通过曲柄滑块或凸轮机构等实现；切片切丝的转换通过在蔬菜传送线路上设置刀具的数目及刀具形状来决定，切片厚度由蔬菜及刀具相对运动速度决定；在传送带的末端设置收集机构。如下图所示：图2-2 方案二简图2.3 方案选定与原理分析根据前述选定的本机功能要求包含：（1）可把瓜薯类蔬菜切成片，丝，丁，曲线，菱形；（2）还可把细长类蔬菜（韭菜，豆角等）切成段，以及把叶类蔬菜切成丝；（3）菜的长短厚薄可调。因此选定方案二更合适，其工作原理如下：（1）主要有机架、输送带、压菜带、切片机构、调速箱或塔轮调速机构组成（2）离心式切片机构用于果蔬类硬菜的切片，片厚可在一定范围内自由调节，竖刀部分可将叶类软菜或切好的片加工成不同规格的块、丁、菱形等各种形状。切菜长度通过 “可调偏心轮”在一定范围内任意调整。因竖刀模拟手工切菜原理，加工表面平整光滑，成型规则，被切蔬菜组织完好，保持新鲜。3 动力及传动机构设计3.1 电动机的选择电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于生产单位一般都采用三相交流电源，因此，无特殊要求时均选用三相交流电动机，其中以三相异步交流电动机应用最广泛。对于载荷比较稳定、长期连续运行的机械,只要所选电动机的额定功率等于或稍大于所需的电动机工作功率，电动机就能安全工作，不会过热，因此通常不必校验电动机的发热和启动转矩。因为切菜机属于一般机械，无特殊要求，故可以选择的电动机的额定功率小于1kW。容量相同的三相异步电动机，一般有3000、1500、1000及750r/min四种同步转速。电动机同步转速愈高，磁极对数愈少，外部尺寸愈小，价格愈低。但是电动机转速愈高，传动装置总传动比愈大，会使传动装置外部尺寸增加，提高制造成本。而电动机同步转速愈低，其优缺点则相反。本设计选择电动机型号为Y802-4；额定功率：0.75 kW 额定转速：1390 r/min最大转矩：2.3 Nm3.2带传动的设计3.2.1带一的设计（1）确定计算功率Pca载荷变动由1带传动工作情况系数表查得（2）选择带型根据计算功率Pca=0.33kW，小带轮转速r/min因此选择Z型窄V带。（3）确定带轮基准直径 11）依据1初选小带轮的基准直径mm 2）验算带的速度v在525m/s标准范围之间 33）确定中心距a和带的基准长度。 依据带传动带几何关系，计算所需带的基准长度mm依据1基准长度系列，选择带长为1700mm。（4）验算主动轮上的包角。（5）确定带的根数。 (3.1) 式中包角系数依据1查得 长度系数依据1查得 单根V带的基本额定功率查2得=0.294kW查2得=0.03kW 根故取1根Z型窄V带。（6）确定带得预紧力。N（7）计算带传动作用在轴上的力。N结论：选择Z型窄V带，两个可调带轮的基准直径为，两可调带轮之间的中心距为500mm，带长1700mm3.2.2带二的设计（1）确定计算功率Pca载荷变动由1带传动工作情况系数表查得（2）选择带型根据计算功率Pca=0.44kW，小带轮转速r/min因此选择Z型窄V带。（3）确定带轮基准直径。 11）依据1初选小带轮的基准直径mm 2）验算带的速度v在525m/s标准范围之间 33）确定中心距a和带的基准长度。 依据带传动带几何关系，计算所需带的基准长度mm依据1基准长度系列，选择带长为1800mm。（4）验算主动轮上的包角。（5）确定带的根数。 (3.1) 式中包角系数依据1查得 长度系数依据1查得 单根V带的基本额定功率查2得=0.294kW查2得=0.03kW 根故取1根Z型窄V带。（6）确定带得预紧力。N（7）计算带传动作用在轴上的力。N结论：选择Z型窄V带，两个可调带轮的基准直径为，两可调带轮之间的中心距为615mm，带长1800mm3.3圆柱齿轮的设计3.3.1选择齿轮材料、热处理方式和精度等级考虑到本设计切菜机传送件的功率，为一般机械，要求传动平稳，噪声小，故选用斜齿轮传动。大齿轮选用45号钢，小齿轮选用40Cr，调质并表面淬火，HRC4045，选用7级精度。选小齿轮齿数Z1=24, 大齿轮齿数Z2=483.3.2按齿面接触强度设计（1）确定公式内的各计算数值 1)小齿轮传递的转矩： Nmm 2)初选，则。3)查2由材料硬度选择齿宽系数=1。4)由表查得材料的弹性影响系数。5）由图按齿面硬度差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6）应力循环次数7)接触疲劳寿命系数 8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，则有：（2）计算 1）试算小齿轮直径，代入中较小的值：mm经查表，取mm2）计算圆周速度v3)计算齿宽bmm4)计算齿宽与齿高之比模数mm齿高mm5)计算载荷系数根据v=0.565m/s,7级精度，由图查得动载系数；直齿轮，；由表查得使用系数；由表用差值法查得7级精度、小齿轮相对支撑对称布置时；由=10.67，查图得；故载荷系数3.3.3按齿根弯曲强度设计弯曲强度设计公式为确定公式中的各计算数值由图查得小齿轮弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮弯曲疲劳强度极限 由图取弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,计算载荷系数K 查取齿形系数由表查得查取应力校正系数 由表查得计算大、小齿轮的,并加以比较 设计计算 根据模数系列查得m应取1；小齿轮齿数大齿轮齿数3.3.4几何尺寸计算（1）计算分度圆直径mm；mm；（2）计算中心距mm（3）计算齿轮宽mm计算结果汇总：模数m=1mm；，中心距a=45mm；齿宽mm，mm；分度圆mm,mm。同理可计算得第二级齿轮结果汇总如下：模数m=1.25mm；，中心距a=60mm；齿宽mm，mm；分度圆mm,mm。3.4轴的设计3.4.1轴径的初步估算由材料力学可知，轴受转矩的作用时，其强度条件为： mm （3.7） 式中:轴剖面中最大扭转剪应力（MPa）； P轴传递的功率（kW）； n轴的转速（r/min）；许用扭转剪应力（MPa）； C由许用扭转剪 应力确定的系数； d轴的直径（mm）。查2得C的值为106。由公式（3.7）得： mm3.4.2轴的结构设计在轴的基本直径定下以后，要进行轴的结构设计，定出轴的各部分的形状和尺寸。根据切菜机的设计要求和前面的总体分析，轴的结构如图 3.2所示。3.4.3轴的受力分析由齿轮的计算可知：切向力N径向力N轴承总的支承反力为：N图3.2 轴结构图和轴受力分析图3.4.4轴的强度校核 已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴颈可能不足的截面）做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力 通常由弯矩所对称循环变应力。产生的弯曲应力是对称循环变应力，而由扭矩所产生的扭转切应力则常常不是为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数，则计算应力为由于扭转切应力为脉动循环变应力，所以=0.6。则轴的弯扭合成强度条件为 故轴的设计满足要求。3.4.5轴上键的校核平键的两侧面是工作面，工作时两侧面受到挤压，对于按标准选择尺寸及键为常用材料的普通平键联接其主要失效形式是键、轴槽和毂槽三者中强度最弱的工作面被压溃。校核时，按工作面的平均挤压力进行计算，其公式为： MPa （3.11） 式中:T传递的转矩（Nm）； d轴的直径（mm）； l键的工作长度（mm），58mm； 、b键的公称长度和键宽（mm）； k键与毂槽的接触高度（mm）； 许用应力（MPa）。由式（3.11）得：MPa查2有冲击载荷时=120150MPa。显然满足强度条件。综上计算得设计参数：轴材料选用40Cr；轴径取16mm；轴的总支反力 N，N；键的压应力MPa3.4.6轴承的校核对于传动的滚动轴承，其滚动体和滚到发生的疲劳点蚀是主要的失效形式，因而主要是进行寿命计算，必要时再作静强度校核。本次验算为刀片传动中齿轮轴两侧的轴承的校核，其型号为7204C。（1）求两轴承的计算轴向力和。由2得7204C派生轴向力，初取e0.42 估算。NNNN 由2插值计算得、再计算NNNN确定 、 ，N、N（2）求轴承当量动载荷和。由2 分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数：轴承1 轴承2 因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13.6 取NN（3）验算轴承寿命。因为所以按轴承1得受力大小验算：h已知本机器使用5年，一班制，预期寿命为：h故本轴承能够满足设计要求。4 其他机构设计4.1 竖直切菜机构设计4.1.1 设计要求由于料筒内的原料在竖直方向的进给量固定，调整较难，切削机构作为本设计实现目标功能的执行机构，不仅要实现刀具对原料切削，还要能够改变切削形状，调整切削参数。切削机构在工作中是直接与原料接触的部分，出于安全考虑，不仅其构件需要选择无污染材料，还要注意将切削部件与机械传动部件隔离开来，减少原料污染的可能性。4.1.2 机构设计本次竖直切菜机构采用曲柄滑块机构，其结构尺寸如下图示：图4-1 竖直切菜机构4.2 离心切菜机构设计4.2.1 设计要求离心进给为市面上常见的切菜机所采用的进给方式，使菜品旋转并于一定的力与固定的刀片接触摩擦致蔬菜被切碎。使用离心原理的缺点是噪音大，机器震动大，而且体积很难压缩。4.2.2 机构设计本次离心切菜机构采用拨菜板快速拨动蔬菜绕同比旋转，从而与布置在筒臂上的离心切刀接触摩擦致蔬菜被切碎，其中最主要的结构就是结构拨菜板，其结构尺寸如下图示：图4-2 离心拨菜板4.3切刀设计刀盘部件设计主要为刀具的设计，刀具的形状决定了切片的形状。可以通过换用不同的刀具切不同的物料，切出各式的形状。此多功能切菜机主要采用的刀具有两种：新月型刀具和圆盘刀具。现分别介绍如下：（1）新月型刀具主要用于切削软的物料，如食品，叶类蔬菜等。新月形刀具又分为单刀和双刀两种。如图(5.1)在物料输送速度一定的条件下，用双刀具时的物料切片厚度为采用单刀时的切片厚度的一半。在本机上，当要求切片厚度变为1mm时，只能采用双刀进行切削。单刀用于加工茎类，叶类，长细状的物料。加工尺寸范围较大，加工长度为230mm。可以切片，也可以切丝。双刀也用于加工茎类，叶类，长细状的物料。加工长度为116mm。也可以切片，切丝。 (a) 单 刀 (b) 双 刀图4.2 新月型刀具（2）圆盘刀具主要应用于切削物料形状不规则，短而硬的物料，如土豆，洋葱等。因为刀片时按在圆盘上，所以一方面增加了刀具的刚性，另一方面刀盘可以挡住刀具不切削时的物料送进而不致使物料掉下来（当物料短时），以便保证物料的切削厚度的均匀性和可靠性。圆盘刀具同样又分为单刀圆盘刀和双刀圆盘刀。如图(5.2)它们之间的切削厚度的关系与新月形刀具的单刀和双刀的切削厚度关系相同。采用圆盘刀具的一个重要的特点是它能够调整切片厚度。它可以根据刀片厚度的要求，在圆盘刀架安装刀具的表面和刀具定位面之间加入一个可调厚度的垫片来调整刀具的高度，从而可以改变切削厚度。虽然刀片为不锈钢材质，但是要在刀具使用之后用水洗净，烘干，涂油保管起来，不要与其它硬件放在一起，以免碰坏刀片的刀刃。图4.3 圆盘刀具本次设计结合上述新月型刀具和圆盘刀具的特点设计出一种新型刀具如下图示：共有4把刀片，可切片、块、丝、丁、菱形、曲线型多种花样：图4.4 竖直刀具刀片参数如下：切丁刀片切丁宽度：19毫米菱形刀片切出厚度：16毫米离心机切片厚度2-10毫米可调传送带切片切丝厚度1-25毫米可调节4.4箱体结构设计箱体的主要功能是支承并容纳各种零件，如传动零件、轴、轴承等，使其能够保持正常的运动关系和运动精度；安全保护和密封作用，在保证箱体内的零件不受外界环境影响的同时又保护操作者的人身安全，还具有一定的隔振、隔热和隔音作用。本设计的箱体在实现以上功能的基础上，还需改善机体的造型，使整体造型美观，更受人们的青睐。为减轻整个设计的重量，箱体的材料选择热塑性塑料高密度聚乙烯（PE），其耐化学腐蚀性优良，冲击强度突出，耐磨、耐疲劳。4.4.1左箱体的设计左箱体结构如图4.6所示，主要作用是与下箱体配合，支承并限定轴、轴承等零件的位置；为了提高轴承孔附近的联结刚度，在轴承孔两侧制有凸台，以安装联结螺栓，凸台的表面需要机械加工。考虑到成品的收集，左箱体外壳需要避开出料口，故选择锥形与长方体形相结合的造型；又横轴为悬臂布置，箱体侧边需“开口”，并向外延伸一段长度，为内部零部件的装配和调整提供空间。图4.6 左箱体4.4.2 右箱体的设计下箱体是本设计的基础部件，既起支承作用，承受其他零部件的重量；又起基准作用，保证部件间的相对位置。下箱体的尺寸和位置精度对设计产生整体性的影响，因而必须合理选择下箱体的各项精度；下箱体要有足够的刚度，需增加其壁厚，但若单靠增加壁厚提高刚度，又必定会使下箱体笨重、浪费材料，故本设计中下箱体的壁厚取15mm，并用加强筋的办法增加局部刚度，从而提高连接刚度，加强筋的厚度为壁厚的0.8倍，取12mm。图4.7 右箱体4.5安装与调试（1）将机器放置在水平的工作场地，确保机器放置平稳、可靠；（2）使用前对各部件进行检查，紧固件是否在运输途中松动，开关及电源线是否因运输而破损，并及时采取相应措施；（3）检查旋转料筒内是否有异物，如有异物清理干净，以免引起刀具损坏；（4）确定电源电压与本机额定电压相符合。在外罩接地标记处可靠接地，将电源软线伸长找专业电工将机器电源线接在全极断开大开距电源上，接通电源，按下“ON”按钮，检查转向，V带轮的转向与标志一致为正确。否则，切断电源，调整接线。5 总 结毕业设计是大学学习阶段一次非常难得的理论与实际相结合的学习机会，通过这次对切菜机设计中理论知识和实际设计的相结合，锻炼了我的综合运用所学专业知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范能力以及其他专业知识水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在，提高是有限的但却是全面的，正是这一次毕业设计让我积累了许多实际经验，使我的头脑更好的被知识武装起来，也必然让我在未来的工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通力和理解力。顺利如期的完成本此毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，但同时也发现了自己的许多不足与欠缺，留下了些许遗憾，不过不足与遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新科技新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进知识，更好的为祖国的四化服务。参考文献1 龚溎义, 罗圣国，李平林，张立乃，黄少颜.机械设计课程设计指导书M.第二版. 北京：高等教育出版社，20092 吴克坚,于晓红,钱瑞明. 机械设计 M.第一版.北京：高等教育出版社，20033 殷涌光,丁庆宇，罗陈，牟光庆. 食品机械与设备 TS.北京：化学工业出版社，20074 龚溎义,潘沛霖，陈秀，严国良. 机械设计课程设计图册 M.北京:高等教育出版社,20095 孔凌嘉,毛谦德. 简明机械设计手册 M.北京：北京理工大学出版社，20086 Neil Sclater,Nicholas P.Chironis. 机械设计实用机构与装置图册 M. 邹平.北京：机械工业出版社，20077 王连明,宋宝玉.机械设计课程设计M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20058 王知行,邓宗权.机械原理M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，20029 章军,张念龙.高效通用型蔬菜加工机的研制J.食品与机械，2002，(05)10 刘小龙,刘晨,伊明买买提,梁勤安,穆晓路.6LQT-550型离心式饲用甜菜切丝(片)机J.新疆农机化，2004，(04)11 章军.多功能蔬菜加工机的研制J.粮油加工与食品机械，2002，(05) 12 M.YATA，C.YOSHIDA .Identification and Charactification of Molecular Species of Collagen in Fish Skin.J Food Sci.2001，66(2)13 Werner J Glantschnis. Green design: An introduction to issues and challenges J IEEE Transactions on Components. Packaging and Manufacturing Technology.Part-A.1994.17(4)致 谢大学生活即将结束，在这短短的几年里，让我结识了许许多多热心的朋友、工作严谨教学相帮的教师。毕业设计的顺利完成也脱离不了他们的热心帮助及指导老师的精心指导，在此向所有给予我此次毕业设计指导和帮助的老师和同学表示最诚挚的感谢。首先，向本设计的指导老师表示最诚挚的谢意。在自己紧张的工作中，仍然尽量抽出时间对我们进行指导，时刻关心我们的进展状况，督促我们抓紧学习。老师给予的帮助贯穿于设计的全过程，从借阅参考资料到现场的实际操作，他都给予了指导，不仅使我学会书本中的知识，更学会了学习操作方法。也懂得了如何把握设计重点，如何合理安排时间和论文的编写，同时在毕业设计过程中，她和我们在一起共同解决了设计中出现的各种问题。其次，要向给予此次毕业设计帮助的老师们，以及同学们以诚挚的谢意，在整个设计过程中，他们也给我很多帮助和无私的关怀，更重要的是为我们提供不少技术方面的资料，在此感谢他们，没有这些资料就不是一个完整的论文。另外，也向给予我帮助的所有同学表示感谢。总之，本次的设计是老师和同学共同完成的结果，在设计的一个月里，我们合作的非常愉快，教会了大我许多道理，是我人生的一笔财富，我再次向给予我帮助的老师和同学表示感谢！家用多功能切菜机设计及动画仿真学 院：专 业：姓 名：指导老师：学 号：职 称：毕业设计诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计（论文）家用的多功能切菜机设计及动画仿真是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计（论文）使用的数据真实可靠。本人签名： 日期： 年 月 日家用的多功能切菜机设计及动画仿真摘 要随着人民对生活水平的不断要求，食用蔬菜成为人们重要部分，家用切菜机应用场所广泛，能够减轻人的劳动强度，切制出各种菜品，提高效率。本次设计的切菜机主要由外壳体、竖直切菜机构、离心切菜机构、电机底座、带传动、齿轮系等组成。在本次设计过程中，首先调查分析了切菜机的研究现况及工作原理，在此基础上提出总体设计方案；接着，对各机构主要零部件进行了详细的设计；最后，采用AutoCAD绘图软件绘制了本家用多功能切菜机的装配图及主要零部件图，并且采用Pro/E构件了三维模型及仿真模拟。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；也掌握了普通机械产品的设计方法，并能熟练使用AutoCAD绘图软件、Pro/E三维设计软件，对今后的工作有极大意义。关键字：切菜机、曲柄滑块、带传动、设计家用的多功能切菜机设计及动画仿真AbstractWith the peoples standard of living increasing demands, edible vegetables has become one of the most important part, household cutting machine application places widely, can reduce the labor intensity, cut a variety of dishes and improve efficiency.The design of the cutting machine is mainly composed of shell body, a vertical cutting mechanism, centrifugal cutting mechanism, motor base, belt drive, gear train. In the design process, the first survey analysis of the vegetable cutting machine research status and working principle, overall design scheme was put forward on the basis of this; and then, the detailed design of the main parts of the mechanism is discussed. Finally, using AutoCAD software rendering the capitalists with multifunctional vegetable cutter assembly and major parts of the map, and the use of Pro / E components the 3D model and simulation.Through the design, the consolidation of the University of the professional knowledge, such as mechanical principle, mechanical design, mechanics of materials, tolerance and interchangeability theories, mechanical drawing; also mastered the design method of general machinery products, and can skillfully use AutoCAD, Pro / e three dimensional design software, for future work are of great significance.Key words: Cutting machine, Crank slider, Belt drive, Design目 录1 绪论11.1研究背景及意义11.2国内外切菜机现状11.3课题主要内容12 总体方案设计22.1功能及参数选择22.1.1功能选定22.1.2参数选择22.2方案分析22.2.1方案一22.2.2方案二32.3 方案选定与原理分析33 动力及传动机构设计53.1 电动机的选择53.2带传动的设计53.2.1带一的设计53.2.2带二的设计63.3圆柱齿轮的设计83.3.1选择齿轮材料、热处理方式和精度等级83.3.2按齿面接触强度设计83.3.3按齿根弯曲强度设计103.3.4几何尺寸计算113.4轴的设计113.4.1轴径的初步估算113.4.2轴的结构设计123.4.3轴的受力分析123.4.4轴的强度校核133.4.5轴上键的校核133.4.6轴承的校核144 其他机构设计164.1 竖直切菜机构设计164.1.1 设计要求164.1.2 机构设计164.2 离心切菜机构设计164.2.1 设计要求164.2.2 机构设计174.3切刀设计174.4箱体结构设计194.4.1左箱体的设计194.4.2 右箱体的设计204.5安装与调试215 总 结22参考文献23致 谢24241 绪论1.1研究背景及意义20世纪以来，我国食品工业较改革开放初期有了很大的发展，人民生活水平的提高，越来越多的食品和食品包装提出了更高的要求。发展的基础，食品工业是食品机械不同类型的食品，以改善人民的物质文化需要，人们从沉重的家务劳动中解脱出来，更多的时间在工作中去。发展先进的食品机械、食品和快速的机械化和自动化程度是社会发展的必然。随着人们生活的重要组成部分，作为蔬菜食用的蔬菜，应用广，强度，减轻人民法院的，切割效率不同，目前市场上的蔬菜和不同风格、功能、规格等。机械制造及自动化专业为国内蔬菜的设计，通过了解和分析现有国内蔬菜机结构的对比分析，规划预算，以蔬菜，在功能、结构、外形美观、造价合理等，方便和便宜。1.2国内外切菜机现状切菜机是1963年由法国发明家韦尔登发明制造的，并申请获得专利。1971年，他设计了一个“神奇”的家庭主妇，她集切割，搅拌，混合和捏合许多功能。到目前，已发展蔬菜近50年的历史，其功能更多。目前，有各种各样的蔬菜，主要有：多功能旋转离心的蔬菜，蔬菜，骰子光盘切割只显示多，蔬菜等。蔬菜的国内生产厂家不多，现在的食品机械行业在中国的主要机型有JY Q550 PQT 580蔬菜，蔬菜，蔬菜chd40推，QD dlc2模拟人工智能切菜机，蔬菜很多。这些制造商的主要缺点是昂贵的菜机较少的功能和设计功能，高效率和紧凑的多用蔬菜是非常重要的。本文提出了一种多功能蔬菜和骰子，片，丝等功能，生产效率高，特别适合家庭使用。1.3课题主要内容（1）根据收集的资料，分析存在的问题，确定设计目标，每个目标分别构思方案（不少于2个创意）。（2）对所构思的草案从科学性、经济性、可操作性等方面进行初步评价，在此基础上确定最佳方案。（3）进行各环节的具体设计，并完成以下内容：1）家用切菜机的设计计算；2）家用切菜机装配图、零件图绘制；3）家用切菜机三维建模（或运动仿真）。2 总体方案设计2.1功能及参数选择2.1.1功能选定根据家庭常需切菜要求，本次设计的多功能切菜机选定如下功能：（1）可把瓜薯类蔬菜切成片，丝，丁 ，曲线，菱形；（2）还可把细长类蔬菜（韭菜，豆角等）切成段，以及把叶类蔬菜切成丝；（3）菜的长短厚薄可调。2.1.2参数选择技术参数：外形尺寸：850430600mm电机功率：0.75kw竖刀切速：300次/min；拨盘转速：440r/min2.2方案分析刀具切削蔬菜的主要方式有两种：往复直线运动与转动，因此提出以下两种设计方案：2.2.1方案一蔬菜通过竖直或向上倾斜设置的料筒内，依靠重力自动向下运动；刀具在水平或竖直平面作旋转运动，可通过连杆机构、带传动、链传动或齿轮传动等实现；切片切丝的转换通过更换不同型号的刀具来实现；利用重力或离心作用收集加工好的蔬菜，如下图所示：图2-1 方案一简图该方案工作原理为：电动转动通过传送带带动变速器工作从而带动丝杠转动，丝杠带动推菜板将蔬菜推到刀具处，使得刀具对蔬菜进行切削。通过物料和切刀之间产生的相对运动来完成。蔬菜沿固定方向作进给运动，刀具在圆筒上进行旋转运动，实现对蔬菜的切制。2.2.2方案二蔬菜通过传送带在水平方向作直线运动；刀具做往复直线运动，通过曲柄滑块或凸轮机构等实现；切片切丝的转换通过在蔬菜传送线路上设置刀具的数目及刀具形状来决定，切片厚度由蔬菜及刀具相对运动速度决定；在传送带的末端设置收集机构。如下图所示：图2-2 方案二简图2.3 方案选定与原理分析根据前述选定的本机功能要求包含：（1）可把瓜薯类蔬菜切成片，丝，丁，曲线，菱形；（2）还可把细长类蔬菜（韭菜，豆角等）切成段，以及把叶类蔬菜切成丝；（3）菜的长短厚薄可调。因此选定方案二更合适，其工作原理如下：（1）主要有机架、输送带、压菜带、切片机构、调速箱或塔轮调速机构组成（2）离心式切片机构用于果蔬类硬菜的切片，片厚可在一定范围内自由调节，竖刀部分可将叶类软菜或切好的片加工成不同规格的块、丁、菱形等各种形状。切菜长度通过 “可调偏心轮”在一定范围内任意调整。因竖刀模拟手工切菜原理，加工表面平整光滑，成型规则，被切蔬菜组织完好，保持新鲜。3 动力及传动机构设计3.1 电动机的选择电动机分交流电动机和直流电动机两种。这些单位通常是三相交流电源没有特殊要求，所以采用三相交流电机的三相异步电动机最负荷相对稳定，长期以来存在的机器，只要等于或大于选定的发动机的发动机功率的发动机安全工作，不会过热，因此通常不考虑电机的发热和转矩。因为蔬菜属于机械，并没有特殊的要求，所以你可以小于电机额定功率千瓦。在同容量三相异步电动机3000 1500 1000，程度，和四个电机的同步转速min。同步转速越高，越少的极对数的外部尺寸越小，价格就越低。但总的驱动装置的电机转速越高，更多的外部尺寸的传输成本的增加。同步转速低，发动机的优缺点正好相反。本设计选择电动机型号为Y802-4；额定功率：0.75 kW 额定转速：1390 r/min最大转矩：2.3 Nm3.2带传动的设计3.2.1带一的设计（1）确定计算功率Pca载荷变动由1带传动工作情况系数表查得（2）选择带型根据计算功率Pca=0.33kW，小带轮转速r/min因此选择Z型窄V带。（3）确定带轮基准直径 11）依据1初选小带轮的基准直径mm 2）验算带的速度v在525m/s标准范围之间 33）确定中心距a和带的基准长度。 依据带传动带几何关系，计算所需带的基准长度mm依据1基准长度系列，选择带长为1700mm。（4）验算主动轮上的包角。（5）确定带的根数。 (3.1) 式中包角系数依据1查得 长度系数依据1查得 单根V带的基本额定功率查2得=0.294kW查2得=0.03kW 根故取1根Z型窄V带。（6）确定带得预紧力。N（7）计算带传动作用在轴上的力。N结论：选择Z型窄V带，两个可调带轮的基准直径为，两可调带轮之间的中心距为500mm，带长1700mm3.2.2带二的设计（1）确定计算功率Pca载荷变动由1带传动工作情况系数表查得（2）选择带型根据计算功率Pca=0.44kW，小带轮转速r/min因此选择Z型窄V带。（3）确定带轮基准直径。 11）依据1初选小带轮的基准直径mm 2）验算带的速度v在525m/s标准范围之间 33）确定中心距a和带的基准长度。 依据带传动带几何关系，计算所需带的基准长度mm依据1基准长度系列，选择带长为1800mm。（4）验算主动轮上的包角。（5）确定带的根数。 (3.1) 式中包角系数依据1查得 长度系数依据1查得 单根V带的基本额定功率查2得=0.294kW查2得=0.03kW 根故取1根Z型窄V带。（6）确定带得预紧力。N（7）计算带传动作用在轴上的力。N结论：选择Z型窄V带，两个可调带轮的基准直径为，两可调带轮之间的中心距为615mm，带长1800mm3.3圆柱齿轮的设计3.3.1选择齿轮材料、热处理方式和精度等级考虑到本设计切菜机传送件的功率，为一般机械，要求传动平稳，噪声小，故选用斜齿轮传动。大齿轮选用45号钢，小齿轮选用40Cr，调质并表面淬火，HRC4045，选用7级精度。选小齿轮齿数Z1=24, 大齿轮齿数Z2=483.3.2按齿面接触强度设计（1）确定公式内的各计算数值 1)小齿轮传递的转矩： Nmm 2)初选，则。3)查2由材料硬度选择齿宽系数=1。4)由表查得材料的弹性影响系数。5）由图按齿面硬度差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6）应力循环次数7)接触疲劳寿命系数 8)计算接触疲劳许用应力取失效概率为1%，安全系数S=1，则有：（2）计算 1）试算小齿轮直径，代入中较小的值：mm经查表，取mm2）计算圆周速度v3)计算齿宽bmm4)计算齿宽与齿高之比模数mm齿高mm5)计算载荷系数根据v=0.565m/s,7级精度，由图查得动载系数；直齿轮，；由表查得使用系数；由表用差值法查得7级精度、小齿轮相对支撑对称布置时；由=10.67，查图得；故载荷系数3.3.3按齿根弯曲强度设计弯曲强度设计公式为确定公式中的各计算数值由图查得小齿轮弯曲疲劳强度极限 ；大齿轮弯曲疲劳强度极限 由图取弯曲疲劳寿命系数计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4,计算载荷系数K 查取齿形系数由表查得查取应力校正系数 由表查得计算大、小齿轮的,并加以比较 设计计算 根据模数系列查得m应取1；小齿轮齿数大齿轮齿数3.3.4几何尺寸计算（1）计算分度圆直径mm；mm；（2）计算中心距mm（3）计算齿轮宽mm计算结果汇总：模数m=1mm；，中心距a=45mm；齿宽mm，mm；分度圆mm,mm。同理可计算得第二级齿轮结果汇总如下：模数m=1.25mm；，中心距a=60mm；齿宽mm，mm；分度圆mm,mm。3.4轴的设计3.4.1轴径的初步估算由材料力学可知，轴受转矩的作用时，其强度条件为： mm （3.7） 式中:轴剖面中最大扭转剪应力（MPa）； P轴传递的功率（kW）； n轴的转速（r/min）；许用扭转剪应力（MPa）； C由许用扭转剪 应力确定的系数； d轴的直径（mm）。查2得C的值为106。由公式（3.7）得： mm3.4.2轴的结构设计在轴的基本直径定下以后，要进行轴的结构设计，定出轴的各部分的形状和尺寸。根据切菜机的设计要求和前面的总体分析，轴的结构如图 3.2所示。3.4.3轴的受力分析由齿轮的计算可知：切向力N径向力N轴承总的支承反力为：N图3.2 轴结构图和轴受力分析图3.4.4轴的强度校核 已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而轴颈可能不足的截面）做弯扭合成强度校核计算。按第三强度理论，计算应力 通常由弯矩所对称循环变应力。产生的弯曲应力是对称循环变应力，而由扭矩所产生的扭转切应力则常常不是为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数，则计算应力为由于扭转切应力为脉动循环变应力，所以=0.6。则轴的弯扭合成强度条件为 故轴的设计满足要求。3.4.5轴上键的校核平键的两侧面是工作面，工作时两侧面受到挤压，对于按标准选择尺寸及键为常用材料的普通平键联接其主要失效形式是键、轴槽和毂槽三者中强度最弱的工作面被压溃。校核时，按工作面的平均挤压力进行计算，其公式为： MPa （3.11） 式中:T传递的转矩（Nm）； d轴的直径（mm）； l键的工作长度（mm），58mm； 、b键的公称长度和键宽（mm）； k键与毂槽的接触高度（mm）； 许用应力（MPa）。由式（3.11）得：MPa查2有冲击载荷时=120150MPa。显然满足强度条件。综上计算得设计参数：轴材料选用40Cr；轴径取16mm；轴的总支反力 N，N；键的压应力MPa3.4.6轴承的校核滚动轴承的滚动体和滚传动的疲劳，可能是最大的错误，特别是计算的预期寿命，如果需要进一步的静态强度。本次计算后的叶片轴承的齿轮箱中的齿轮轴两侧。其型号为7204C。（1）求两轴承的计算轴向力和。由2得7204C派生轴向力，初取e0.42 估算。NNNN 由2插值计算得、再计算NNNN确定 、 ，N、N（2）求轴承当量动载荷和。由2 分别进行查表或插值计算得径向载荷系数和轴向载荷系数：轴承1 轴承2 因轴承运转中有中等冲击载荷，按表13.6 取NN（3）验算轴承寿命。因为所以按轴承1得受力大小验算：h已知本机器使用5年，一班制，预期寿命为：h故本轴承能够满足设计要求。4 其他机构设计4.1 竖直切菜机构设计4.1.1 设计要求因为在桶衬固定在垂直方向的调整机制，如难以切割的设计执行的目标函数不仅是原料切割工具，包括调整的形式，参数改变。在工作的机构直接接触物料部分，出于安全原因，不仅需要无污染的部件材料的选择，我们还必须注意的是分离的部分和机械传动，减少了污染的危险。4.1.2 机构设计本次竖直切菜机构采用曲柄滑块机构，其结构尺寸如下图示：图4-1 竖直切菜机构4.2 离心切菜机构设计4.2.1 设计要求离心进给为市面上常见的切菜机所采用的进给方式，使菜品旋转并于一定的力与固定的刀片接触摩擦致蔬菜被切碎。使用离心原理的缺点是噪音大，机器震动大，而且体积很难压缩。4.2.2 机构设计本次离心切菜机构采用拨菜板快速拨动蔬菜绕同比旋转，从而与布置在筒臂上的离心切刀接触摩擦致蔬菜被切碎，其中最主要的结构就是结构拨菜板，其结构尺寸如下图示：图4-2 离心拨菜板4.3切刀设计刀头的设计，特别是作为切削工具的工具，确定的形式。通过一个不同的工具，可以与不同的材料不同的切口，切口的形式。多功能蔬菜主要有两种类型的刀和刀工具：新月。现综述如下：（1）新月型刀具特别是对较软的材料，如食品，蔬菜等。新月工具分为单、双刀两种。如图（5.1）在一定条件下材料的运输速度与刀具材料的切片厚度切片厚度在单一的本机时，1毫米厚片，用刀切。用于加工（茎，叶，长细-尺寸，加工长度为2至30毫米。也可以切片，切丝。包括两个刀用于加工长茎，叶，细晶粒的材料，长度从1到16 mm也切片，切丝。 (a) 单 刀 (b) 双 刀图4.2 新月型刀具（2）圆盘刀具特别是对材料的形状不规则，短，硬材料，如土豆，洋葱等）.denn，当刀片在切片后，所以，一方面增加了刀具的刚性，另一方面，刀头的切削工具可以不去掉料（材料为材料，以确保短期）的材料，厚度，均匀性和可靠性。刀具包括刀杆和刀盘，两个盘。如图（5.2），它们之间的关系与月牙形刀厚度之间的单和双刀盘刀具具有相同的厚度。的一个重要特性是它可以调整切片厚度。它可以根据需要在圆盘刀片的厚度，一个工具，一个工具定位之间的表面和表面厚度可调垫片工具的高度调整，以改变的厚度。虽然不锈钢刀片的工具，但在随后的水洗、干燥和油的保管，不能和其他硬件来摔东西的声音。图4.3 圆盘刀具本次设计结合上述新月型刀具和圆盘刀具的特点设计出一种新型刀具如下图示：共有4把刀片，可切片、块、丝、丁、菱形、曲线型多种花样：图4.4 竖直刀具刀片参数如下：切丁刀片切丁宽度：19毫米菱形刀片切出厚度：16毫米离心机切片厚度2-10毫米可调传送带切片切丝厚度1-25毫米可调节4.4箱体结构设计其主要功能是支持和对身体的不同部分，如传动零件、轴、轴承等，在他们的正常位置，运动和运动精度，安全和密封盒内的零件，而且不受外界环境影响，保护操作者的人身安全，但也有一定的隔离振动和热schalldmmung.das设计在实现上述功能箱，必要性的基础上，改进的形状，外观也是由人。以整体重量的设计，材料的选择热塑性塑料的高密度聚乙烯（PE），优良的耐化学腐蚀性、耐磨性、疲劳强度的名