离心式切片机设计

1、离心式切片机的设计学 生：指导老师：教授摘 要:随着人们的生活水平越来越高，对一些茎块作物的食用要求也越来越高。例如在食用土豆或一些薯类的时候要将其切成丝或片，因而离心式切片机应运而生。本文设计的切片机主要针对中小型场合，例如加工作坊、食堂、家庭等。本设计针对一些茎块的形状而设计的。本文分别 对带、轴、刀片、刀盘等进行设计计算，对轴承、键等元件进行了选择。本设计的切片机有较高的 效率，能分别对土豆、红薯、洋葱等进行工作。关键词：切片；离心式；切片机；刀片The Desig n of Leave Heart Type Slice Mach ineStude nt:Luo ZhengTutor:

2、Tang ChuzhouCollege of Oriental Scienee, Hunan Agricultural UniversityAbstract: As the development of the economy, the tuber crops standard for the peple is getting better and better. For example ， people wan ted to cut the potatoes and batata into pieces, so the slici ng machine born. The slicing m

3、achine designed in this tesis maily aim at some small and medium-sized places, such as the workshop、can tee n and household. The slici ng mach ine desig ned for some tuber crops in this tesis. In this desig n ， the author desig ns and calculates the tape axis、disk and razor,the n selects the comp on

4、ents of axle beari ng and key. The slice mach ine desig ned in this thesis have more efficie nt , and it can be uesed to slice the soil bean, batata and onions.Keyword： Slice? Leave heart type? Cut machine? Razor blade/、八1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

5、3千万吨，是世界上产薯最多的国家。随着现在的快餐业迅速崛起，对茎块的食物的需求越来越多。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。按刀片安装形式的不同切片机 可以分为盘刀式、滚刀式和离心式三种。本设计主要针对加工效率较高、应用较为普 遍的离心式切片机进行设计。2 国内外现状2.1 国外发展情况国外的切片机技术始于六十年代，到七十年代已经发展成熟，八十年代中期，大部分切片机都可以加工125mm （5英寸）以上大直径单晶，象瑞士的迈尔-布格耶斯公 司的卧式内圆切片机，切割棒料直径最大可以达到304.

6、8 mm（ 12英寸）。八十年代中期后的一、两年，切片技术发展到了鼎盛时期，相当多的多功能全自动切片机相继商 品化。从而诞生了世界上续道著名的切片机厂家，如瑞士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。就切片机的结构而言，主轴以空 气轴承活滚动轴承为支撑方式的卧式和立式两种。发展到现在，就切片机的功能而言， 已经相当齐全，而且复合化，切片的方式也多种多样。2.2 国内切片机技术的发展概况我国的切片机技术始于七十年代初期，我国的切片机

7、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。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。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

8、达国家相比目前仍然有一定的距离，研制的切片机没有得到大面 积推广应用。虽然在我过已有切片机的生产厂家如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。但我国的切片机方面仍然没有根本性突破。3离心式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：本设计中我采用离心式，因为离心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，而且离心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。本人 设计的里离心式切片机，主要是由电动机经 V带降速并传递给平带动力，从

9、而使平带 进行旋转运动并带动切片机内壁旋转运动，物料受到离心力作用紧贴切片机内壁，刀 片对物料进行旋切而达到切片作用。本机构主要有以下优点：一、 降低了人们的劳动强度，提高了工作效率，能达到5001000kg/h。二、切片的厚度一致性高，损耗低。三、切削种类多，能对土豆、红薯、洋葱等进行切削。四、结构简单紧凑。按动力种类分，离心式切片机可分为机动和人力两类。机动的包括内燃机驱动和电机驱动。本设计选择效率较高的电机驱动为动力来源。离心切片机由电动机、旋转叶轮、皮带传动装置和输入、输出物料装置等组成。其结构如图1：图1离心式切片机结构简图Fig.1 Leave heart type slice o

10、f structure1-电动机2-皮带机皮带轮3-传动轴4-叶轮及其刀片3.1.2 工作原理及工作条件:离心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 末端接一旋转盘，固定的刀片随着转盘的转动把物料离心甩到边上通过固定刀片切成 片，切片的厚度出刀片与转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。配套动力：1 1.5 kw 切 片厚度：2 5 mm叶轮转速：200 550 r/min 生产率 5001000kg/h3. 2机构的组成部分及特点3.2.1 电动机本设计选择电机为丫90L-4,其额定功率为1.5 KW,同步转速为1500 r/min

11、 (具 体选择计算见第4部分)。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3.53。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电机的选择生产效率Q为500 1000 kg/h所以Q取600 kg/h ,配套动力：11.5 kw,叶轮转速： 200-550 r/min。茎块一般为椭圆形，测定其长为 65-80 mm,宽为45-60 mm 由生产 效率的公式Q=6(X BX r x n/1000 x ax bx t x z(1)Q=6(X 80x 250x n/1000 x 70x 3x 4得出 n 396 r/minB是刀片长度；r为刀盘半径；

12、n为传动轴的转速；a b分别是一般茎块的椭圆的长和宽；T为切片厚度；这里切片厚度为 3 mm.z为刀片片数，刀片片数为4.由V带动传的传动比为3.53，则电机的转速范围是 396x 3.53=1320.57 r/min。由 配套功率为1 1.5 kw ,综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量、价格和带传动、减 速器的传动比，选择电机为 丫90L-4，其额定功率为1.5 kw,同步转速为1500 r/min电动机结构如图二所示:图2电动机Fig.2 Electric voltage5V带传动的设计计算5.1 求计算功率PC因为Pd =1.5kW, n= 1500 r/min , i 1=3.53则

13、由机械设计手册表13-15可知选KA=1.1则由公式：Pc= Ka P(2)则得出 Pc =1.5 X 1.1=1.65 kw5.2 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=1.65 kw, nd= 1500 r/min，由机械设计手册查出为 V带为Z型带5.3 求大小带轮d2 d 1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=71 mm由公式：d2=n 1d1(1- )/n 2(3)可得出 d2=md1(1- )/n 2=3.53 X 71 X 0.98=245.617 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=

14、236虽然n2略有增大，但其误差小于5%在允 许的范围内，所以d2=236可以。5.4 验算带速V由公式V=pd1 n/601000(4)则可以算出 V带的速度 V=pd,n/60 1000 = 3.14 7T 1500601000=5.57 m/sV带的带速度525 m/s的范围内，合适。5.5 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：a0=1.5(d 1+d2)(5)初步计算选取V带的中心距a0则可以得出 a 0=1.5(d 1+c2)=1.5 x (71+236)=460.5，现在取 a 0=470,由公式0.7(d 1+d2)a0120470所以得出包角合适

15、。5.7 求V带的根数查机械设计基础由公式:(10)Z=7pdbKX已知n仁1500 r/min ,d 1=71 查表可以得出Po=O.3O KW由传动比i=3.53 查表13-5得？Po=0.03 KW由 a 1=159.88 查表 13-7 得 K a =0.95,查表 13-2 得 Kl=1.16,由此可得1.65Z=心 2.357(0.30 + 0.34) 0.951.16所以V带取3根5.8 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=0.06 kg/m由公式:F0=500FC ( 2.5 zv K a1) + qv2(11)其中Pc为功率，Z为V带的根

16、数，V为V带的带速，K a为包角修正系数可以查表得出其值为0.95可以得出 F0= 500 1.65 （空-1） + 0.06 （5.57 ）2 82.4 N3 5.570.95现在计算作用在带轮上的压力Fq，由公式：a 1Fq= 2zFs in （ 12）2可以得出Fq=402.5 N6 V带轮的设计6.1 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。带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为HT150

17、或HT20Q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HT20Q6.2带轮的结构尺寸的设计6.2.1带轮结构形式的设计9铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式：1实心式；2、腹板式；3、孔板式；4、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dd d (d为安装带轮的轴的直径，mrm时可采用实心式；当dd300mm寸，可采用腹板式；当dd 100mm寸，可采用孔板式；当dd300时可采用轮辐式由5.3中的计算已知di,d2：小带轮基准直径di=71 mm安装轴带轮轴的直径d=25 mmT d d d小带轮选用实心式小带轮基准

18、直径d2=236 mmI d d0.07d d 2-3=d6-7=30 mm考虑此处轴径，出轴承产 品目录中初步选定7207c角接触球轴承，其尺寸为d X DX B=35X 72X 17,所以 d3-4= d 5-6= 35mm查手册7207c角接触球轴承的轴肩高为 4 mm所以d4-5= 43 mm由刀盘的尺寸和从动轮的尺寸确定I 1-2=26 mm ,l 7-8=35 mm由轴承的尺寸，可以 确定l 3-4 =l 5-6=17 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=l 6-7=60 mm根据轴的总体 尺寸，取

19、 14-5=100 mm7.3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。e，由机械设计基础表 16-11查得X=0.44，丫=1.4。由公式(19)(20)P=X Fr +Y FaP=0.44 r 288 + 1.4 166.2 = 359 .4 ? 359 N计算所需径向基本额定动载荷值，由公式:1f p P ? 60n , ?eT ?不宁f t e10?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12000h所以:空?習f t e1061? eLh 亠 N

20、=?159 ?咋1 e 10612000亠? 2910NCr=29102900 N Cr=1920 N故7207C的角接触球轴承轴承的Fa/Cr=288/1920=0.15与原估算接近，适用9键的选择和校核9.1 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=25 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.9.2 键的校核键、轴的材料都是钢，键采用静联接，冲击轻微。

21、查机械设计基础表 14-1得 许用挤压应力(T p=120 150 Mpa,取b 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：(21)2T2 103kld得出t p为116 Mpa小于t 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=3mm18#(22)2T2 103kld得出t p为136 Mpa小于t 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10刀片的设计10.1刀片类型的选择切削刀片有直

22、刃刀片和圆刃刀片两种，现对直刃刀片和圆刃刀片在切削中的受力 作用下分析，从而选择切削刀片。本设计将针对常用型号的刀片进行受力分析从而选择出适合本型号离心式切片机 的最优方案。直刃刀片在切削中的受力数据如下表:表4直刃刀片分析Table4 The analyzing of straight bit编号项目切削面积cm2切削阻力kg平均切削阻力kg/cm2切削长度mm平均切削阻力kg/mm1顺行2.4*1.32.20.705240.092逆行1.4*0.655.952140.3752顺行1.6*0.820.694160.125逆行1.4*0.621.786150.1333顺行0.7*1.322.1

23、98130.667逆行1.0*0.51.53100.154顺行1.9*1.231.31690.158逆行0.7*0.63.58.33370.55顺行1.9*0.81.50.987190.79逆行0.9*0.834.16790.3336顺行1.2*0.721.681120.167逆行1.2*0.622.778120.167平均2.7990.258圆刃刀片在切削中的受力数据如下表：表5圆刃刀片分析Table5 The an alyz ing of arc bit编号项目切削面积cm2切削阻力kg平均切削阻力kg/cm2mm切削长度平均切削阻力kg/mm1顺行 2.4*0.51.51.25240.0

24、63逆行 1.4*0.62.52.98140.1792顺行 1.5*0.721.905160.133逆行 1.4*0.81.51.339150.1073顺行 1.7*0.31.50.629130.088逆行 1.0*0.512100.14顺行 1.8*0.72.51.98490.139逆行 0.7*0.628.47770.2865顺行 1.8*0.210.455190.056逆行 0.9*0.8 22.77890.2226顺行 1.9*0.120.887120.05逆行 1.2*0.61.52.083120.125平均1.920.133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

25、设计采用圆刃刀片，材料选用45#。10.2刀片形位及尺寸的设计因为根据设计要求，刀片是在机壳内壁上固定，通过叶轮的旋转使物料相对刀片 运动从而达到切削的目的。所以刀片应适当弯曲，刀片弯曲半径r 0应接近机壳内壁的半径。r=（0.40.55）D （D为机壳内壁上刀座的直径）/ D=282mm因为考虑到刀片将会需要调节以保证切削厚度，所以r可稍大于刀座直径取 r0=142mm20根据要求，切削厚度为3mm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4mm考虑到本设计的离心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。考

26、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4把刀片，即在平带运动一周的时间内，刀片切削 4次。刀片的尺寸为长取65mm宽取50mm，用铆 钉将刀片铆上去。铆钉的大小选取：采用沉头的型式，L = 10mm, d = 4mm。同时，为防止刀片的强度由于有沟槽而降低，在刀座装有刀片的地方也铆上薄铁皮，能有效的 减少因开有沟槽而造成的强度降低。11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

27、，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。 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a 3,斜坡角度的确定过程如下：Fr= Fn+F1(21)要想让茎块能顺利下滑的话， 那么必须Gsin( a - 3 )0，也就是说a 3时茎块就 能顺利下滑，f=tg 3 =0.4，得到3 =21.8 ，而a 3，所以取a =45，也就是说料斗 的倾斜角度a =4叶轮的设计图如下：Fig

28、.7 Vane wheel叶轮是顺时钟旋转，是通过键槽连接固定在轴上。为了防止叶轮沿轴方向串动， 叶轮顶部端盖通过螺母连接固定在轴上。叶片是通过焊接在连接叶轮上面。叶片设计 成圆弧形是为了更好的将茎块作物顶在到刀片口使物料能够更好的切削。12机架的设计12.1 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。在离心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

29、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，本设计的离心式切片机在功能上应该完成 以下几点要求：1. 在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本低。2. 抗振性好。3 .噪声小。4. 温度场分布合理，热变形对精度的影响小。5. 结构设计

30、合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。6. 结构便于安装、调整及修理。7. 导轨面受力合理、耐磨性良好。8. 造型好。、12.2 机架材料的选用及壁厚选择铸造机架常用材料：1. 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。2. 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。3. 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、

31、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 HT2O0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。12.3 机架整体设计机架整体应起到固定及连接各零件的作用。机架结构如下图。图&机架Fig.8 Mach ine frame机架由以下几部分组成：支腿、底板、电机护罩、输出滑

32、板、机壳、刀片座、连接板、 支板、连接板、固定箱、固定箱盖。13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，比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。14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离心式切片机研究的目的、意义、国内外研究 的动态；2离心式切片机总体方案的拟定和梳脱装置主要参数的设计计算；3离心式切片机传动方

33、案的确定及设计计算，主要工作部件的设计；4离心式切片机抓哟受力零件 的强度或寿命校核计算；5离心式切片机装置总图、部件图、零件工作图的绘制。通过这次毕业设计，我从中受益良多；在设计过程中，是我在大学所穴的理论知识系统的联系在一起，了解了机械设计的方法和流程，特别是思考问题和解决问题的 能力，也使得我所学的知识得到一次比较全面的巩固，同时通过这次设计有学到了很 多以前没有接触过的新知识，提高了自己的自学能力，从而为我以后更好地从事这项 工作奠定了良好的基础。14.1本设计的优点本切片机有多种功能，能将多种径类作物切成片，也能将其切成丝；同时该切片 机结构简单，体积小，重量轻，生产效率处于大型接卸

34、与手工劳动之间。适合工作与 作坊、食堂、家庭等中小场合；另外该机构的明显要求就是切片无的尺寸要求低，使 用广泛。14.2存在的问题及改进的措施由于本设计因为个人知识有限，本切片机采用卧式刀盘，因此在切片的过程中难 免会出现切片厚度不均匀的情况，还有就是本切片机占空间大。设计的切片机结构比 较简单。主要改进措施是为了解决不均匀的问题，解决方案是：在切片过程中始终保持切片的物体压紧，使其不跳动、不滑移。还有就是轴承的润滑比较的困难。还有能够通过人为去调节速度参考文献1 濮良贵、纪明刚机械设计M.北京：高等教育出版社第八版.143-2722 王与、王顺喜饲料粉碎机发展现状分析J.北京：粮食与饲料工业2007，103 王昆、何小柏，汪信远.机械设计课程设计M.北京：高等教育出版社1996年版1