生姜清洗机设计说明书

生姜清洗机设计摘要：通过对生姜清洗的相关资料的查阅与正确分析，设计了清洗装置。其目的是解决生姜体型匀称，不易清洗，靠人工清洗费力的技术问题，主要是对茎累物质的清洗。对生姜清洗机的组成：电动机，减速器，轴，滚筒，轴承等的选用及设计，校核齿轮、轴以及轴承的使用强度：分析重要零部件的受力及载荷分布情况。用AutoCAD画出了生姜清洗机装置的零件图和装配图。关键词：生姜清洗机；机械设计；减速器；滚筒DesignoftheGingercleanerAbstract:Designofcleaningdevicebasedontherelateddatacleaninggingeraccessandcorrectanalysis.Itspurposeistosolvethegingershapewell-balanced,noteasyclean,cleaneasilybyartificial,thetechnicalproblemismainlytothestemofmaterialtiredcleaning.Thecompositionofgingercleaningmachine,electricmotorandreducer,pulleys,roller,bearingchooseanddesign,checkgears,axisandtheuseofbearingstrength:analysisofthestressandloadtheimportantpartsdistribution.UseAutoCADdrawthegingercleanerdevicethepartsdrawingandassemblydrawing.Keywords：gingercleaningmachine;Mechanicaldesign;Reducer;roller1前言近些年来，中国经济快速增长，人民的生活水平也大大提高了，而在食品生产方面的质量也要求更高。而生姜，是我们日常生活中一种很普通的调料菜，几乎在餐桌上随意可见。现在，生姜的价值已深入到医疗功效，药材，食品加工等等。味辛，性温。能开胃止呕，化痰止咳，发汗解表。口嚼生姜，可引起血压升高。姜辣素对口腔和胃粘膜有刺激作用，能促进消化液分泌，增进食欲。可使肠张力、节律和蠕动增加。有末梢性镇吐作用，有效成分为姜酮和姜烯酮的混合物。对呼吸和血管运动中枢有兴奋作用，能促进血液循环。体外实验，对伤寒杆菌、霍乱弧菌有明显的抑制作用。用于脾胃虚寒，食欲减退，恶心呕吐，或痰饮呕吐，胃气不和的呕吐；风寒或寒痰咳嗽；感冒风寒，恶风发热，鼻塞头痛。生姜中所含的姜辣素和二苯基庚烷类化合物的结构均具有很强的抗氧化和清除自由基作用；抑制肿瘤作用；吃姜能抗衰老，老年人常吃生姜可除“老人斑”[1]。生姜能开胃健脾，促进食欲，在炎热的夏天，因为人体唾液、胃液分泌会减少，因而影响食欲，如果饭前吃几片生姜，可刺激唾液、胃液和消化液的分泌，增加胃肠蠕动，增进食欲。这就是人们常说的“冬吃萝卜，夏吃姜”，“饭不香，吃生姜”的道理[2]。在炎热的气温下吃一些生姜能起到兴奋、排汗、降温，提神的作用。对于有一般暑热表现，如头昏、心悸、胸闷、恶心等情况的病人，适当喝点姜汤是大有裨益的。中国传统的防暑中成药——人丹就含有生姜成分，其作用就是健胃、提神、醒脑。姜的营养成分和葱蒜相似，同样含有蛋白质、糖类、维生素等物质，并含有植物抗菌素，其杀菌作用不亚于葱和蒜。生姜还含有较多的挥发油，可以抑制人体对胆固醇的吸收，防止肝脏和血清胆固醇的蓄积[3]。用生姜、红糖熬制的姜汤可活血驱寒，防治感冒，自古就是风寒感冒的食疗良药。生姜的用途是越来越广泛，以至于很多的农户都种植生姜，在这快速的社会发展中，生姜的需求量会越来越大。在这样的背景下，我们研究生姜清洗机就有了现实的意义。因为在生姜在做成这些产品之前，有一道必须的工序，就是清洗干净。所以我们的研究对象是为了解决生产，生活的实际问题，具有很大的可行性。在接下来的篇章中，将具体来对生姜清洗机进行设计计算。2清洗机的概况及现状分析2.1概况清洗是一种与人们生活实践关系十分密切的劳动，人类从远古时期就开始从事这种劳动。由于传统清洗操作简单，或只是作为一道工序依附于生产过程中，没有引起广泛关注。进入21世纪，人们生活已经从温饱阶段进入到舒适时代，对于清洗产品越来越多的需求，加速了新产品研发步伐；同时，制造业的高速发展，也促进了清洗设备、清洗剂等企业的快速进步。民用、工业两大清洗领域巨大的市场需求，造就了中国清洗行业崭新的未来。清洗可以从不同的角度进行分类，根据清洗范围的不同，目前通常将清洗分为民用清洗和工业清洗两类。在日常生活中，与个人和家庭生活密切相关的洗涤，包括衣物清洗，人体皮肤，头发清洗，家庭用品，房屋的清洗等，通常称为民用清洗。在工业生产劳动过程中涉及到的清洗都属于工业清洗的范畴[4]，食品工业、纺织工业、造纸工业、印刷工业、石油加工业、交通运输业、电力工业、金属加工业、机械工业、汽车制造、仪器仪表、电子工业、邮电通讯、家用电器、医疗仪器。光学产品、军事装备，航空航天，原子能工业等都大量应用到清洗技术。清洗机的发展与清洗机电源的发展息息相关，而开关型电源发展又与电力电子开关器件的发展紧密相连。发展可以分为三个大的阶段；第一个阶段是采用电子管放大器；第二个阶段是采用晶体管模拟放大器；第三个阶段是采用晶体管数字(开关)放大器。今后，清洗技术的发展将更加迅速普及，大批的大专院校、科研院所、专业公司的科技人员将加入清洗技术研究开发队伍，一些现在存在的行业技术问题得到解决，行业总体技术水平大幅度提高。新技术、新产品大量涌现，各种新颖的清洗设备进入市场和人们的日常生活。人们将不再只是依靠经验来清洗．各种实用化的计算机软件将问世；行业分工更加专业、细致，行业标准和技术规范得到推广普及，行业管理规范有序，清洗行业的前景无限美好。2.2现状分析按照清洗精度的要求不同，主要分为一般工业清洗，精密工业清洗和超精密工业清洗三大类。一般工业清洗包括车辆，轮船、飞机表面的清洗，一般只能去掉比较粗大的污垢；精密工业清洗包括各种产品加工生产过程中的清洗，各种材料及设备表面的清洗等，以能够去除微小的污垢粒子为特点；超精密清洗包括精密工业生产过程中对机械零件、电子元件，光学部件等的超精密清洗，以清除极微小污垢颗粒为目的[5]。近年来，干式清洗发展迅速．如激光清洗、紫外线清洗、等离子清洗、干冰清洗、真空清洗等。在高,精，尖工业技术领域得到快速发展．尤其是碳氢真空清洗技术的引入已在形成现在精密五金零件的主要清洗趋势，是目前替代ODS最好工艺路线。中国清洗行业的现状我国到处都在建设新的工厂和生产线．正在逐步成为“世界加工厂”，巨大的市场需求，为工业清洗设备制造商和专业清洗剂生产供应商提供了快速发展的良机。目前，各种清洗设备生产制造经营企业已达1000多家，其中，超声波清洗机生产企业已从20世纪90年代初的几家发展到现在的200多家，从而形成了一个巨大的产业．清洗行业概念的首次出现，是在1992年由原国家环保局{现国家环保总局}[7]组织北京大学等单位编制，并得到国务院批准的<中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案>[7]中，一些从事清洗设备，清洗剂，清洗技术生产应用和研究的企事业单位和个人，开始发起筹备成立一个全国性的清洗行业组织[8]。1994年5月17日，中国洗净工程技术合作协会正式得到国家批准，并在民政部登记注册。3清洗机的结构及工作原理3.1结构设计的生姜清洗机主要由滚筒、传动装置、喷淋、水箱池、电机、进出料斗、出泥斗等组成[9](如下图1）,通常称为滚筒式生姜清洗机或鼠笼式生姜清洗机[10]。电机固定在机架上，电动机与减速器直接联式，减速器采用的是摆线针轮减速器。滚筒被两个支座支撑，滚筒的主轴通过金属滑块联轴器和减速器的输出轴相联。滚筒的主轴与焊接在滚筒内口上的连接件相互固定在一起。电机带动减速机,清洗滚筒由很多根直径8mm的圆钢绕滚筒直径方向焊接而成，滚筒式生姜清洗机的动力来自电动机，通过滚筒在水池中旋转，以达到清洗的目的。在水池的底部设有淤泥清除口，此出泥口也具有聚集淤泥的作用，为清除淤泥带来很大方便。图1滚筒清洗机结构图Fig1Thestructurerollerwashingmachine3.2工作原理滚筒式生姜清洗机的工作原理是生姜在清洗沟槽中被水浸泡后，附着在表面的相当一部分大块泥土脱落，经传送带送入滚筒式生姜清洗机进料口,生姜经进料斗进入到旋转的滚筒内，滚筒在水池中旋转，利用生姜自身的重力的分力作为推进力，实现生姜的自动推进[11]。生姜沿滚筒壁向前运动，在运动过程中生姜不断被水刷洗，生姜之间的摩擦、翻转间的刷洗，生姜与滚筒壁之间的磨擦，在共同作用下完成生姜表面的清洗过程。4设计方案的确定4.1原始资料及数据⑴容重1.5吨/米3；⑵工作方式:连续；⑶物料名称:生姜；⑷生产率2t/h。4.2整体方案的确定4.2.1确定传动方案机器通常由原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置位于原动机和工作机之间，用来传递运动和动力，并可以改变转速、转矩的太小或运动形式，以适应工作机功能的要求[12]。传动装置的设计对整台机器的性能、尺寸、重量和成本都有很大影响，因此，应当合理地拟定传动方案。生姜清洗机的结构装置，主要是针对生姜等茎类植物的清洗，但该装置也要适用于农业生产操作，价格要适中，使用方便，可以有效的代替手工操作。根据工作机的功能要求和工作条件，初步给出以下传动装置的运动简图。1-电动机2-带传动3-减速器4-联轴器5-工作机(A)1电动机2摩擦轮3工作机(B)1电动机2减速器3联轴器4工作机(C)图2装置的运动简图Fig2Sportstetchofthedevice5.8.1类型选择轴承的选择要考虑一下几个因素：（1）载荷的方向、大小和性质。向心轴承主要承受径向载荷，推力轴承主要承受轴向载荷。当滚动轴承同时承受径向和轴向载荷时，可选用角接触球轴承、圆锥滚子轴承；当轴向载荷较小时可选用深沟球轴承。角接触球轴承和圆锥滚子轴承需成对安装使用，一般滚子轴承比球轴承的承载能力大，且承受冲击载荷的能力强。本设计中，主轴放置有一个5°的倾角中，载荷的方向同时来自轴向和径向两个方向，而且轴向载荷与径向载荷相比轴向载荷要远远大于径向载荷。（2）转速。一般轴承的工作转速应低于极限转速。深沟球轴承、角接触轴承和圆柱滚子轴承的极限转速较高，适用于高速运转场合。推力轴承的极限转速较低。本设计工作转速只有16转/分钟，小于一般轴承的的极限转速。可用任一种轴承。（3）支撑限位要求。固定支承限制两个方向的轴向位移，可选用能承受双向轴向载荷的轴承；单向限位支承可选用能承受单方向轴向载荷的轴承；游动支承轴向不限位，可选用内、外圈不可分离的向心支承。本设计需要限制单向轴向位移，防止轴向窜动。（4）调心性能。当两个轴承座孔同轴度不能保证或轴的挠度较大时，应选用调心性能好的调心球轴承和调心滚子轴承[24]。本设计，因为应用的金属滑块联轴器，轴承座的同轴度可以保证。（5）刚度要求。一般滚子轴承的刚度大，球轴承的的刚度小。角接触球轴承、圆锥滚子轴承采用预紧方法可以提高支承的刚度。（6）其他要求。径向空间受限制的场合可选用滚针轴承或滚针和保持架组件；对轴承振动、噪声有要求的场合，可选用低噪音轴承；此外，还应考虑经济性和市场供应情况等。根据上述各种因素综合考虑于是选择圆锥滚子轴承（30000型）。5.8.2型号选择根据计算出的轴的尺寸为55mm，我们可从《机械设计手册》[25]的圆锥滚子轴承尺寸与性能参数表中选择；选择30311型号的圆锥滚子轴承。轮廓见下图9：对于选用的轴承需要进行可靠度和疲劳寿命的校核。根据《机械设计》[26]可知，先计算当量动载荷，载荷分为轴向和径向，但此轴的倾斜角为5°，轴向力可以忽略不计，所以只受径向力，由前面设计可知径向力为1271.3N。当量动载荷的公式[10]：（65）式中：—当量动载荷，N—径向载荷，N；—轴向载荷，N；X、Y—径向动载荷系数和轴向动载荷系数。图9圆锥滚子轴承Fig9Taperedrollerbearings所以根据《机械设计》[26]中表18.7可得本设计的当量动载荷的X和Y分别为1和0。将数据代入得，所以圆锥滚子轴承的基本额定寿命计算根据公式：（66）式中：—当量动载荷，N；—基本额定寿命，常以106r为单位；ε—寿命指数，球轴承，滚子轴承。若轴承的工作转速为r/min，可求出以小时为单位的基本额定寿命公式：（67）代入数据得，=应取。为轴承的预期使用寿命。根据本设计滚筒筛为24小时连续使用的，不是满载荷使用，中断会引起比较严重的后果的机械，在表18.9中查得预期寿命的推荐值为。故本设计选用轴承满足要求。由于在查圆锥滚子轴承的安装参数中有一个参数是阶梯轴的最小直径是65mm，而设计中阶梯轴只有60mm，所以为使安装的合理性和安全性，此处增加一个轴肩挡圈。查《机械设计课程设计手册》[27]表5—1,可查到GB/T886—1986—55×65的轴肩挡圈。其轮廓图如下图10所示：图10轴肩挡圈Fig10Shaftshoulderblockcircle5.8.3轴承的结构和定位方法圆锥滚子轴承是由圆锥滚子，轴承外圈和轴承内圈组成。其固定方式是装在与机架相联接的轴承座内。5.8.4滚动轴承润滑和密封由于本设备使用于生姜与水混合时的清洗过程，而且滚筒要连续工作不可能手工润滑虽然转速很低但长时间工作也会使内部温度升高，所以要选择耐水和耐热的油脂润滑。查《机械设计课程设计手册》[27]表7—2知，可选用的性能比较好的通用锂基润滑脂（GB/T7324—1994）。由于工作机的转速低，所以温度在100°以下，所以根据《机械传动装置设计手册》[27]表30—2得，轴承座的密封可采用垫密封的材料为天然橡胶的橡胶垫片。5.8.5滚动轴承座的选择及其配置由于选择的滚动轴承为圆锥滚子轴承，根据本设计的要求未找到适合的轴承座，于是在参照已有轴承座的基础上，稍作改动设计了一个轴承座。其轮廓见下图11、12。图11轴承座Fig11Thehousing图12轴承压盖Fig12Bearinggland6滚筒结构的设计设计的生姜清洗机主要由滚筒、传动装置、机架、水箱池、电机、进出料斗、出泥斗等组成。电机固定在机架上，电动机与减速器相连。滚筒被两个支座支撑，滚筒的主轴通过金属滑块联轴器和减速器的输出轴相联。滚筒的主轴与焊接在滚筒内口上的连接件相互固定在一起[17]。电机带动减速机,清洗滚筒由很多根直径8mm的圆钢绕滚筒直径方向焊接而成，滚筒式生姜清洗机的动力来自电动机，通过滚筒在水池中旋转，以达到清洗的目的。在水池的底部设有淤泥清除口，此出泥口也具有聚集淤泥的作用，为清除淤泥带来很大方便。从生产能力计算中我们得知所设计的滚筒的直径为1米、长度为2米，滚筒固定在滚筒支架上，滚筒支架为矩形钢焊接而成，刚性好[15]。由于滚筒是中心轴驱动，那么滚筒和中心轴必须通过支撑杆连接起来，如支撑杆设置在两头，那么就会和出料口和进料口发生碰撞。而且由于滚筒的长度是2米，设置在两头会使中间部分负荷太重。滚筒的肋条主要起到支撑的径向力的作用。滚筒是圆柱型，在滚筒的前后30cm处采用纵向肋条支撑。各处的联结方式主要采用焊接的方式。熔焊接头是由焊逢、熔合区、热影响区及邻近的母材组成。焊接接头是组成焊接结构的关键元件，它起着联结金属和传力的双重作用。焊逢可分为对焊焊逢和角接焊逢两种。接头的基本型式可分对接接头、搭接接头、丁字（十字）接头、角接接头和塞焊接头。在纵向肋条和轴的联结处采用丁字接头，它是将相互垂直的联接件用角焊缝连接起来，它能承受各方向的力和力矩。由于丁字接头过渡处有很大的应力集中，所以在丁字接头必须开坡口或采用保熔焊法进行焊接。横向肋条和纵向肋条都焊在一个圆形的支架上，圆形肋条的截面直径为8mm，它主要起到连接过渡支承的作用，两端的铁皮也都是焊在其上的，纵横向肋条和圆形支架也采用丁字接头连接。铁皮和圆形支架采用角接头，它不需承载很大的力，焊接比较容易且经济省时。在箱体、进出料斗、出泥口的联结中也采用焊接的方式，其焊接方式主要采用角接头的形式，它们不需要承受很大的力。滚筒结构图如下图13所示：1-进料斗2、4、21-螺拴3-支撑架5、22-螺母6、23-弹簧垫圈7、8-滚筒9-圆钢筋10-肋条11-中心轴12-轴承座13-圆锥滚子轴承14-密封圈15-金属滑块联轴器16-套筒17-平键18-摆线针轮减速器19-电动机20-支撑座24-机架25-出料斗26-出泥口图13滚筒结构图Fig13Rollerstructure7总结毕业设计是考验我们大学生的最后一道大关，能检验我们到底学到了些什么，能不能把我们所学的专业知识很好的用到具体的机械设计上面去，毕业设计可谓是意义非凡。我的毕业课题是关于生姜的清洗，为了提高生产过程中的生产效率而设计的清洗装备，其结构的有点是操作简单，适用性强，能耗低；并且能实现高的生产率。这次设计从最初选题、开题到计算、绘图直到完成设计，都很好的综合了我这四年来我们所学到的专业知识，分析并解决在设计中所遇到的问题，试一次理论联系实际的训练，同时也是进一步巩固、加深和拓宽了我们所学的专业知识，对于我们大学四年的学习起到了总结作用。通过这次设计实践，让我逐步树立了正确的设计思想，增强了创新意识，熟悉并掌握了机械设计中的一般规律和方法，培养了我的分析问题和解决问题的能力。通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，我进行了较全面的设计基本技能训练。另外通过本次设计是我领悟了机械设计的一般进程：设计准备、传动装置总体设计、传动零件设计计算、装配图设计、零件工作图设计、编写设计说明书，如果随意打乱这个进程，则那面会在设计过程中走弯路。因此，在设计中我严格跟着这进程走，每个环节完成后都从中认真检查，对于任何一个错误都不能放过，认真修改，精益求精，同时在每个零件设计时我们要注意它的结构性、工艺性、经济性，尽量采用标准件，在整体结构设计出来时要对结构进行优化，要对前阶段设计中的不合理结构尺寸进行必要修改，做到既经济又方便装配。但是在整个设计中，还是暴露了我很多的问题，专业知识方面的运用不够灵活，学得也不够扎实；设计中的整体方案还是清晰明了，理论也实际可行，但是对一些细致的东西却没有进行分析合理优化，并达到方案最佳。所以避免不了我的设计可能只是存在理论上的可能，并不能真正的用于社会生产应用。但我还是很高兴，我相信经过我的三个月努力，我的毕业设计一定能为我的大学生活划上一个圆满的句号。参考文献[1]OrlowP.FundamentalsofMakchineDesign.Moscow:MirPub.,1987：23-25.[2]KuehnleMR.ToroidalDriveCombinesConcepts.ProductEngineering.Aug.1979：35-40.[3]李建华.农业机械学[M].北京：中国农业出版社，2002:34-40.[4]卜炎.实用轴承技术手册[M]，机械工业出版社，2004:21-33.[5]许学勤.食品工厂机械与设备[M].北京：中国轻工业出版社，2007:45-50.[6]ASMEY14.5M-1994GeometricDimensioningandtolerancing.，2007:24-19.[7]PaulSinghR.Heldman.Intruductiontofoodengineeringthirdedition.SanDiego,Academicpress.2001:90-97.[8]征涣文.机械制造工艺[M].北京：高等教育出版社，2001:77-79.[9]赵影.电机与电力拖动[M]，国防工业出版社，2006：12-14.[10]郭庆文.农业动力学[M].上海：上海交通大出版社，1992:12-17.[11]石刚.四杆机构设计[M].湖北：武汉科技出版社，1995:78-80.[12]金续曾.电机电气控制线路图册[M]，水利电力出版社，2007：77-78.[13]孙恒.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2001:180-190.[14]黄鹤汀.机械制造技术[M].北京：机械工业出版社，1997:23-56.[15]史迪芬.实用构思图册[M].石则昌译，高等教育出版社，1998:17-18.[16]陈旭俊.工业清洗机及清洗技术[M].北京：化学工业出版社2006:26-65.[17]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2006：62-373.[18]联合编写组.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1983:45-57.[19]周兆祥.农业机械执行标准手册[M].黑龙江：黑龙江人民出版社,2003:2-7.[20]徐学林.互换性与测量技术基础[M].长沙.湖南大学出版社，2007:90-92.[21]吕林森.新编公差原则与几何精度设计[M].北京：国防工业出版社，2007:21-22.[22]刘鸿文.材料力学（第三版上册）.北京：高等教育出版社，1992:88-168.[23]李文双.机械制造工程学[M].北京：黑龙江科学技术出版社2003:45-47.[24]张淑娟,全蜡珍.画法几何与机械制图[M].北京：中国农业出版社，2007：1-55.[25]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社，2004：23-42.[26]纪名刚.机械设计[M].第七版.北京：高等教育出版社，2001:76-98.[27]吴宗泽.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，2005:68-80.致谢本人的毕业设计即将完成时，我回顾了这段日子。本设计是在张老师的指导下完成的，在设计的每一阶段，老师和同学们都给了我非常大的帮助。虽然，在设计的过程中，遇到了一点点小挫折，但是最后还是完成了设计。在这次设计中我学到了很多以前没太关注的知识，我觉得收获还是很大的。最后，再一次对老师的细心指导表示感谢。毕业设计的过程中，让我对我四年所学有了一个整体的了解和回顾。一个设计的完成还真是一件不容易的事情，尤其要把设计做好更是要考验我们对所学知识的掌握程度。在设计过程中，把以前学过的书都翻了出来。对于很多的设计参数都需要查表得来。而且，对于很多的参数我更是改了又改，反复的校核更正。在这过程中难免会有些灰心和烦躁，心里也比较很急。在整个设计过程中，有自己的努力，也离不开同学和老师的帮助和关心。所以，在此，我向帮助过我的老师和亲爱的同学们表示衷心的感谢！！！生姜清洗机设计摘要：通过对生姜清洗的相关资料的查阅与正确分析，设计了清洗装置。其目的是解决生姜体型匀称，不易清洗，靠人工清洗费力的技术问题，主要是对茎累物质的清洗。对生姜清洗机的组成：电动机，减速器，轴，滚筒，轴承等的选用及设计，校核齿轮、轴以及轴承的使用强度：分析重要零部件的受力及载荷分布情况。用AutoCAD画出了生姜清洗机装置的零件图和装配图。关键词：生姜清洗机；机械设计；减速器；滚筒DesignoftheGingercleanerAuthor:xTutor:(OrientalScience＆TechnologyCollegeofHunanAgriculturalUniversity,Changsha410128)Abstract:Designofcleaningdevicebasedontherelateddatacleaninggingeraccessandcorrectanalysis.Itspurposeistosolvethegingershapewell-balanced,noteasyclean,cleaneasilybyartificial,thetechnicalproblemismainlytothestemofmaterialtiredcleaning.Thecompositionofgingercleaningmachine,electricmotorandreducer,pulleys,roller,bearingchooseanddesign,checkgears,axisandtheuseofbearingstrength:analysisofthestressandloadtheimportantpartsdistribution.UseAutoCADdrawthegingercleanerdevicethepartsdrawingandassemblydrawing.Keywords：gingercleaningmachine;Mechanicaldesign;Reducer;roller1前言近些年来，中国经济快速增长，人民的生活水平也大大提高了，而在食品生产方面的质量也要求更高。而生姜，是我们日常生活中一种很普通的调料菜，几乎在餐桌上随意可见。现在，生姜的价值已深入到医疗功效，药材，食品加工等等。味辛，性温。能开胃止呕，化痰止咳，发汗解表。口嚼生姜，可引起血压升高。姜辣素对口腔和胃粘膜有刺激作用，能促进消化液分泌，增进食欲。可使肠张力、节律和蠕动增加。有末梢性镇吐作用，有效成分为姜酮和姜烯酮的混合物。对呼吸和血管运动中枢有兴奋作用，能促进血液循环。体外实验，对伤寒杆菌、霍乱弧菌有明显的抑制作用。用于脾胃虚寒，食欲减退，恶心呕吐，或痰饮呕吐，胃气不和的呕吐；风寒或寒痰咳嗽；感冒风寒，恶风发热，鼻塞头痛。生姜中所含的姜辣素和二苯基庚烷类化合物的结构均具有很强的抗氧化和清除自由基作用；抑制肿瘤作用；吃姜能抗衰老，老年人常吃生姜可除“老人斑”[1]。生姜能开胃健脾，促进食欲，在炎热的夏天，因为人体唾液、胃液分泌会减少，因而影响食欲，如果饭前吃几片生姜，可刺激唾液、胃液和消化液的分泌，增加胃肠蠕动，增进食欲。这就是人们常说的“冬吃萝卜，夏吃姜”，“饭不香，吃生姜”的道理[2]。在炎热的气温下吃一些生姜能起到兴奋、排汗、降温，提神的作用。对于有一般暑热表现，如头昏、心悸、胸闷、恶心等情况的病人，适当喝点姜汤是大有裨益的。中国传统的防暑中成药——人丹就含有生姜成分，其作用就是健胃、提神、醒脑。姜的营养成分和葱蒜相似，同样含有蛋白质、糖类、维生素等物质，并含有植物抗菌素，其杀菌作用不亚于葱和蒜。生姜还含有较多的挥发油，可以抑制人体对胆固醇的吸收，防止肝脏和血清胆固醇的蓄积[3]。用生姜、红糖熬制的姜汤可活血驱寒，防治感冒，自古就是风寒感冒的食疗良药。生姜的用途是越来越广泛，以至于很多的农户都种植生姜，在这快速的社会发展中，生姜的需求量会越来越大。在这样的背景下，我们研究生姜清洗机就有了现实的意义。因为在生姜在做成这些产品之前，有一道必须的工序，就是清洗干净。所以我们的研究对象是为了解决生产，生活的实际问题，具有很大的可行性。在接下来的篇章中，将具体来对生姜清洗机进行设计计算。2清洗机的概况及现状分析2.1概况清洗是一种与人们生活实践关系十分密切的劳动，人类从远古时期就开始从事这种劳动。由于传统清洗操作简单，或只是作为一道工序依附于生产过程中，没有引起广泛关注。进入21世纪，人们生活已经从温饱阶段进入到舒适时代，对于清洗产品越来越多的需求，加速了新产品研发步伐；同时，制造业的高速发展，也促进了清洗设备、清洗剂等企业的快速进步。民用、工业两大清洗领域巨大的市场需求，造就了中国清洗行业崭新的未来。清洗可以从不同的角度进行分类，根据清洗范围的不同，目前通常将清洗分为民用清洗和工业清洗两类。在日常生活中，与个人和家庭生活密切相关的洗涤，包括衣物清洗，人体皮肤，头发清洗，家庭用品，房屋的清洗等，通常称为民用清洗。在工业生产劳动过程中涉及到的清洗都属于工业清洗的范畴[4]，食品工业、纺织工业、造纸工业、印刷工业、石油加工业、交通运输业、电力工业、金属加工业、机械工业、汽车制造、仪器仪表、电子工业、邮电通讯、家用电器、医疗仪器。光学产品、军事装备，航空航天，原子能工业等都大量应用到清洗技术。清洗机的发展与清洗机电源的发展息息相关，而开关型电源发展又与电力电子开关器件的发展紧密相连。发展可以分为三个大的阶段；第一个阶段是采用电子管放大器；第二个阶段是采用晶体管模拟放大器；第三个阶段是采用晶体管数字(开关)放大器。今后，清洗技术的发展将更加迅速普及，大批的大专院校、科研院所、专业公司的科技人员将加入清洗技术研究开发队伍，一些现在存在的行业技术问题得到解决，行业总体技术水平大幅度提高。新技术、新产品大量涌现，各种新颖的清洗设备进入市场和人们的日常生活。人们将不再只是依靠经验来清洗．各种实用化的计算机软件将问世；行业分工更加专业、细致，行业标准和技术规范得到推广普及，行业管理规范有序，清洗行业的前景无限美好。2.2现状分析按照清洗精度的要求不同，主要分为一般工业清洗，精密工业清洗和超精密工业清洗三大类。一般工业清洗包括车辆，轮船、飞机表面的清洗，一般只能去掉比较粗大的污垢；精密工业清洗包括各种产品加工生产过程中的清洗，各种材料及设备表面的清洗等，以能够去除微小的污垢粒子为特点；超精密清洗包括精密工业生产过程中对机械零件、电子元件，光学部件等的超精密清洗，以清除极微小污垢颗粒为目的[5]。近年来，干式清洗发展迅速．如激光清洗、紫外线清洗、等离子清洗、干冰清洗、真空清洗等。在高,精，尖工业技术领域得到快速发展．尤其是碳氢真空清洗技术的引入已在形成现在精密五金零件的主要清洗趋势，是目前替代ODS最好工艺路线。中国清洗行业的现状我国到处都在建设新的工厂和生产线．正在逐步成为“世界加工厂”，巨大的市场需求，为工业清洗设备制造商和专业清洗剂生产供应商提供了快速发展的良机。目前，各种清洗设备生产制造经营企业已达1000多家，其中，超声波清洗机生产企业已从20世纪90年代初的几家发展到现在的200多家，从而形成了一个巨大的产业．清洗行业概念的首次出现，是在1992年由原国家环保局{现国家环保总局}[7]组织北京大学等单位编制，并得到国务院批准的<中国消耗臭氧层物质逐步淘汰国家方案>[7]中，一些从事清洗设备，清洗剂，清洗技术生产应用和研究的企事业单位和个人，开始发起筹备成立一个全国性的清洗行业组织[8]。1994年5月17日，中国洗净工程技术合作协会正式得到国家批准，并在民政部登记注册。3清洗机的结构及工作原理3.1结构设计的生姜清洗机主要由滚筒、传动装置、喷淋、水箱池、电机、进出料斗、出泥斗等组成[9](如下图1）,通常称为滚筒式生姜清洗机或鼠笼式生姜清洗机[10]。电机固定在机架上，电动机与减速器直接联式，减速器采用的是摆线针轮减速器。滚筒被两个支座支撑，滚筒的主轴通过金属滑块联轴器和减速器的输出轴相联。滚筒的主轴与焊接在滚筒内口上的连接件相互固定在一起。电机带动减速机,清洗滚筒由很多根直径8mm的圆钢绕滚筒直径方向焊接而成，滚筒式生姜清洗机的动力来自电动机，通过滚筒在水池中旋转，以达到清洗的目的。在水池的底部设有淤泥清除口，此出泥口也具有聚集淤泥的作用，为清除淤泥带来很大方便。图1滚筒清洗机结构图Fig1Thestructurerollerwashingmachine3.2工作原理滚筒式生姜清洗机的工作原理是生姜在清洗沟槽中被水浸泡后，附着在表面的相当一部分大块泥土脱落，经传送带送入滚筒式生姜清洗机进料口,生姜经进料斗进入到旋转的滚筒内，滚筒在水池中旋转，利用生姜自身的重力的分力作为推进力，实现生姜的自动推进[11]。生姜沿滚筒壁向前运动，在运动过程中生姜不断被水刷洗，生姜之间的摩擦、翻转间的刷洗，生姜与滚筒壁之间的磨擦，在共同作用下完成生姜表面的清洗过程。4设计方案的确定4.1原始资料及数据⑴容重1.5吨/米3；⑵工作方式:连续；⑶物料名称:生姜；⑷生产率2t/h。4.2整体方案的确定4.2.1确定传动方案机器通常由原动机、传动装置和工作机三部分组成。传动装置位于原动机和工作机之间，用来传递运动和动力，并可以改变转速、转矩的太小或运动形式，以适应工作机功能的要求[12]。传动装置的设计对整台机器的性能、尺寸、重量和成本都有很大影响，因此，应当合理地拟定传动方案。生姜清洗机的结构装置，主要是针对生姜等茎类植物的清洗，但该装置也要适用于农业生产操作，价格要适中，使用方便，可以有效的代替手工操作。根据工作机的功能要求和工作条件，初步给出以下传动装置的运动简图。1-电动机2-带传动3-减速器4-联轴器5-工作机(A)1电动机2摩擦轮3工作机(B)1电动机2减速器3联轴器4工作机(C)图2装置的运动简图Fig2Sportstetchofthedevice5.8.1类型选择轴承的选择要考虑一下几个因素：（1）载荷的方向、大小和性质。向心轴承主要承受径向载荷，推力轴承主要承受轴向载荷。当滚动轴承同时承受径向和轴向载荷时，可选用角接触球轴承、圆锥滚子轴承；当轴向载荷较小时可选用深沟球轴承。角接触球轴承和圆锥滚子轴承需成对安装使用，一般滚子轴承比球轴承的承载能力大，且承受冲击载荷的能力强。本设计中，主轴放置有一个5°的倾角中，载荷的方向同时来自轴向和径向两个方向，而且轴向载荷与径向载荷相比轴向载荷要远远大于径向载荷。（2）转速。一般轴承的工作转速应低于极限转速。深沟球轴承、角接触轴承和圆柱滚子轴承的极限转速较高，适用于高速运转场合。推力轴承的极限转速较低。本设计工作转速只有16转/分钟，小于一般轴承的的极限转速。可用任一种轴承。（3）支撑限位要求。固定支承限制两个方向的轴向位移，可选用能承受双向轴向载荷的轴承；单向限位支承可选用能承受单方向轴向载荷的轴承；游动支承轴向不限位，可选用内、外圈不可分离的向心支承。本设计需要限制单向轴向位移，防止轴向窜动。（4）调心性能。当两个轴承座孔同轴度不能保证或轴的挠度较大时，应选用调心性能好的调心球轴承和调心滚子轴承[24]。本设计，因为应用的金属滑块联轴器，轴承座的同轴度可以保证。（5）刚度要求。一般滚子轴承的刚度大，球轴承的的刚度小。角接触球轴承、圆锥滚子轴承采用预紧方法可以提高支承的刚度。（6）其他要求。径向空间受限制的场合可选用滚针轴承或滚针和保持架组件；对轴承振动、噪声有要求的场合，可选用低噪音轴承；此外，还应考虑经济性和市场供应情况等。根据上述各种因素综合考虑于是选择圆锥滚子轴承（30000型）。5.8.2型号选择根据计算出的轴的尺寸为55mm，我们可从《机械设计手册》[25]的圆锥滚子轴承尺寸与性能参数表中选择；选择30311型号的圆锥滚子轴承。轮廓见下图9：对于选用的轴承需要进行可靠度和疲劳寿命的校核。根据《机械设计》[26]可知，先计算当量动载荷，载荷分为轴向和径向，但此轴的倾斜角为5°，轴向力可以忽略不计，所以只受径向力，由前面设计可知径向力为1271.3N。当量动载荷的公式[10]：（65）式中：—当量动载荷，N—径向载荷，N；—轴向载荷，N；X、Y—径向动载荷系数和轴向动载荷系数。图9圆锥滚子轴承Fig9Taperedrollerbearings所以根据《机械设计》[26]中表18.7可得本设计的当量动载荷的X和Y分别为1和0。将数据代入得，所以圆锥滚子轴承的基本额定寿命计算根据公式：（66）式中：—当量动载荷，N；—基本额定寿命，常以106r为单位；ε—寿命指数，球轴承，滚子轴承。若轴承的工作转速为r/min，可求出以小时为单位的基本额定寿命公式：（67）代入数据得，=应取。为轴承的预期使用寿命。根据本设计滚筒筛为24小时连续使用的，不是满载荷使用，中断会引起比较严重的后果的机械，在表18.9中查得预期寿命的推荐值为。故本设计选用轴承满足要求。由于在查圆锥滚子轴承的安装参数中有一个参数是阶梯轴的最小直径是65mm，而设计中阶梯轴只有60mm，所以为使安装的合理性和安全性，此处增加一个轴肩挡圈。查《机械设计课程设计手册》[27]表5—1,可查到GB/T886—1986—55×65的轴肩挡圈。其轮廓图如下图10所示：图10轴肩挡圈Fig10Shaftshoulderblockcircle5.8.3轴承的结构和定位方法圆锥滚子轴承是由圆锥滚子，轴承外圈和轴承内圈组成。其固定方式是装在与机架相联接的轴承座内。5.8.4滚动轴承润滑和密封由于本设备使用于生姜与水混合时的清洗过程，而且滚筒要连续工作不可能手工润滑虽然转速很低但长时间工作也会使内部温度升高，所以要选择耐水和耐热的油脂润滑。查《机械设计课程设计手册》[27]表7—2知，可选用的性能比较好的通用锂基润滑脂（GB/T7324—1994）。由于工作机的转速低，所以温度在100°以下，所以根据《机械传动装置设计手册》[27]表30—2得，轴承座的密封可采用垫密封的材料为天然橡胶的橡胶垫片。5.8.5滚动轴承座的选择及其配置由于选择的滚动轴承为圆锥滚子轴承，根据本设计的要求未找到适合的轴承座，于是在参照已有轴承座的基础上，稍作改动设计了一个轴承座。其轮廓见下图11、12。图11轴承座Fig11Thehousing图12轴承压盖Fig12Bearinggland6滚筒结构的设计设计的生姜清洗机主要由滚筒、传动装置、机架、水箱池、电机、进出料斗、出泥斗等组成。电机固定在机架上，电动机与减速器相连。滚筒被两个支座支撑，滚筒的主轴通过金属滑块联轴器和减速器的输出轴相联。滚筒的主轴与焊接在滚筒内口上的连接件相互固定在一起[17]。电机带动减速机,清洗滚筒由很多根直径8mm的圆钢绕滚筒直径方向焊接而成，滚筒式生姜清洗机的动力来自电动机，通过滚筒在水池中旋转，以达到清洗的目的。在水池的底部设有淤泥清除口，此出泥口也具有聚集淤泥的作用，为清除淤泥带来很大方便。从生产能力计算中我们得知所设计的滚筒的直径为1米、长度为2米，滚筒固定在滚筒支架上，滚筒支架为矩形钢焊接而成，刚性好[15]。由于滚筒是中心轴驱动，那么滚筒和中心轴必须通过支撑杆连接起来，如支撑杆设置在两头，那么就会和出料口和进料口发生碰撞。而且由于滚筒的长度是2米，设置在两头会使中间部分负荷太重。滚筒的肋条主要起到支撑的径向力的作用。滚筒是圆柱型，在滚筒的前后30cm处采用纵向肋条支撑。各处的联结方式主要采用焊接的方式。熔焊接头是由焊逢、熔合区、热影响区及邻近的母材组成。焊接接头是组成焊接结构的关键元件，它起着联结金属和传力的双重作用。焊逢可分为对焊焊逢和角接焊逢两种。接头的基本型式可分对接接头、搭接接头、丁字（十字）接头、角接接头和塞焊接头。在纵向肋条和轴的联结处采用丁字接头，它是将相互垂直的联接件用角焊缝连接起来，它能承受各方向的力和力矩。由于丁字接头过渡处有很大的应力集中，所以在丁字接头必须开坡口或采用保熔焊法进行焊接。横向肋条和纵向肋条都焊在一个圆形的支架上，圆形肋条的截面直径为8mm，它主要起到连接过渡支承的作用，两端的铁皮也都是焊在其上的，纵横向肋条和圆形支架也采用丁字接头连接。铁皮和圆形支架采用角接头，它不需承载很大的力，焊接比较容易且经济省时。在箱体、进出料斗、出泥口的联结中也采用焊接的方式，其焊接方式主要采用角接头的形式，它们不需要承受很大的力。滚筒结构图如下图13所示：1-进料斗2、4、21-螺拴3-支撑架5、22-螺母6、23-弹簧垫圈7、8-滚筒9-圆钢筋10-肋条11-中心轴12-轴承座13-圆锥滚子轴承14-密封圈15-金属滑块联轴器16-套筒17-平键18-摆线针轮减速器19-电动机20-支撑座24-机架25-出料斗26-出泥口图13滚筒结构图Fig13Rollerstructure7总结毕业设计是考验我们大学生的最后一道大关，能检验我们到底学到了些什么，能不能把我们所学的专业知识很好的用到具体的机械设计上面去，毕业设计可谓是意义非凡。我的毕业课题是关于生姜的清洗，为了提高生产过程中的生产效率而设计的清洗装备，其结构的有点是操作简单，适用性强，能耗低；并且能实现高的生产率。这次设计从最初选题、开题到计算、绘图直到完成设计，都很好的综合了我这四年来我们所学到的专业知识，分析并解决在设计中所遇到的问题，试一次理论联系实际的训练，同时也是进一步巩固、加深和拓宽了我们所学的专业知识，对于我们大学四年的学习起到了总结作用。通过这次设计实践，让我逐步树立了正确的设计思想，增强了创新意识，熟悉并掌握了机械设计中的一般规律和方法，培养了我的分析问题和解决问题的能力。通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，我进行了较全面的设计基本技能训练。另外通过本次设计是我领悟了机械设计的一般进程：设计准备、传动装置总体设计、传动零件设计计算、装配图设计、零件工作图设计、编写设计说明书，如果随意打乱这个进程，则那面会在设计过程中走弯路。因此，在设计中我严格跟着这进程走，每个环节完成后都从中认真检查，对于任何一个错误都不能放过，认真修改，精益求精，同时在每个零件设计时我们要注意它的结构性、工艺性、经济性，尽量采用标准件，在整体结构设计出来时要对结构进行优化，要对前阶段设计中的不合理结构尺寸进行必要修改，做到既经济又方便