《蒜瓣加工机的结构设计》14000字【论文】

PAGEII蒜瓣加工机的结构设计目录TOC\o"1-2"\h\u32087蒜瓣加工机的结构设计 120049摘要 221887第一章前言 2107711.1项目背景 293911.2国内外研究现状 4265671.3本课题的研究意义 5291591.4本课题设计内容及拟解决的问题 521695第二章总体方案设计 7302712.1工作原理分析 727102.2总体结构设计 777452.3各结构详细设计 8326702.4本章小结 96942第三章去皮机构选型设计 1030143.1驱动功率确定 10108833.2驱动电机选型 1034833.3传动皮带设计 11128243.4主轴结构设计 13307943.5转轴强度校核设计 13296743.6轴承强度校核 1468703.7本章小结 152907第四章壳仁分离结构选型设计 15127674.1确定风量 1577514.2确定转速 1683584.3确定风压 16195724.4确定功率 16213034.5本章小结 1730618第五章切碎机构方案设计 1768795.1设计要求 1742185.2现有方案对比及分析 1780235.3整机结构设计 18148175.4工作原理分析 1846885.5驱动电机选型设计 18226655.6传动系统确定 19625.7传动皮带设计 197986能够计算皮带的初压力 20124325.8切刀设计 20246905.9本章小结 2522727第6章基于SolidWorks建模 26317526.1软件简介 26166356.2整体系统结构设计 26111856.3绘制各零件的三维模型 2711728结论和展望 29摘要随着人们对大蒜的需求日益增长，为了满足人们增长的需求，创新大蒜的加工方式变得刻不容缓，现有的人工加工方式造成加工成本增加。采用人工手工生产不能满足高效、绿色的新时代生产要求。本项目研制蒜瓣加工机，能够实现对蒜瓣的高效生产需求。本文结合蒜瓣加工机的使用工况和工作原理，设计了其总体结构，采用三维设计软件，对蒜瓣加工机的结构进行了详细设计，包括进料槽、分瓣刀、去皮刀、风机、铰刀等结构组成，采用双辊旋转刀具首先完成大蒜的分瓣，之后，采用刀片的高速旋转，完成大蒜的去皮，最后，利用螺旋铰刀旋转的方式进行蒜瓣的切碎，具有大蒜分瓣、去皮、切碎等多种功能，能够满足小餐馆式流水线的小批量的生产需求，实现大蒜的快速、自动化加工，并利用材料力学、机械设计所学知识，对蒜瓣加工机的传动系统进行了选型设计，完成蒜瓣加工机的驱动电机的选型，传动V形带的结构设计，并对蒜瓣加工机构的风机、风量等完成参数计算，确定风机的电机的选型设计，采用理论力学相关知识，完成转轴的强度校核和结构设计。本项目研制的蒜瓣加工机，具备一体化的大蒜分瓣、去皮、切碎等多个工序，实现大蒜的分瓣去皮切碎的自动化加工，提高了食用大蒜的加工效率，对蒜瓣加工机的设计具有重要的借鉴意义。关键词：蒜瓣加工；机架；传动带；去皮前言1.1项目背景大蒜的来源比较早，中国的大蒜是秦汉时期由西域引进，通过不断的人工研究，栽培培育才得到了现在大家所看见的这些大蒜品种。大蒜属于繁殖能力较强的草本植物，属于香薰类蔬菜，大蒜浑身上下都是宝，不仅可以用来炒菜，还可以作为配菜凉拌食用。而且大蒜鳞茎味辛、甘，属于温性食材，合理的食用可以起到消食理气，强身健体的效果。根据《随息居饮食谱》中的相关记载可知，大蒜拥有“生吃可以除热气，煮熟吃可以温和养胃，增加阳气，能去除湿寒,调理身上的气血，有助于消化食用的谷类和肉类，消除淤血，通便的效果[1-3]。治暴泻腹痛，通关格便秘，辟秽解毒，消痞杀虫。外灸痈疽，行水止衄”等功效。大蒜不仅风味独特，而且拥有丰富的营养价值，如今已成为人们生活饮食中必不可少的食材，大蒜内部拥有的蛋白质，糖类、氨基酸以及无机盐和硫化合物等成分，可以起到杀菌消毒，抗毒等医疗保健作用，可以帮助糖尿病，高血糖，肠胃病以及心脏病等患者减轻病症，辅助治疗。从大蒜中提取的大蒜油是一种可以起到防腐杀菌作用的重要物质，大蒜油之中透明液体状，近几年对大蒜的研究重点逐渐趋向防腐杀菌。将大蒜捣碎后，蒜氨酸经过酸酶的作用形成一类拥有生物活性的有机硫化物，这些物质不仅可以起到杀菌消毒的作用，还可以对血压、血脂起到抑制作用，同时多吃大蒜还可以预防癌症，适用于多种疾病的缓解和治疗，临床试验中，发现利用大蒜提取物制造出来的药物与保健品效果比较明显，拥有广阔的发展市场，大蒜的药用价值和食用价值可以带来良好的经济效益，不仅受到消费者的喜爱，更是深受农民伯伯的喜爱,是农民增加经济收入的来源之一。由此而来，成为了国内主要经济作物之一，人们对大蒜的关注度逐渐增加[4]。大蒜的出口量比较大，出口国家高达一百多个，出口量在2018年就已经达到了两百多吨，价值26亿美元。我国大蒜产量占世界总产量的70%，占的比例很高,是一个不错发展经济的项目,种植地区主要有山东、江西、广西、安徽等地，我国大蒜出口贸易是世界第一，第二名是印度，但它只占世界贸易的4%[5]。中国的大蒜品质好，种植历史比较丰富，无论是国外还是国内的消费者都喜欢中国大蒜。由于大蒜种植技术大力发展，单一的人工的种植方法已经不能当前人们的食用需求，因此开始大量投入机械操作,以此增加大蒜的产量，提高大蒜品质,不断升级品质与产量。随着现阶段科技水平的提高，技术人员也开始对大蒜播种、收获机械等农用机械进行全面的分析与研究，争取创新开制造出一款可以提高大蒜产量的机具[6-8]。如今针对大蒜后期处理的加工机械一般只出现在大型的加工厂，适用于家庭的大蒜脱皮成泥一体化处理并不多，市场空间比较大,非常有研究设计的价值。查阅而来的大部分大蒜处理机工作原理:利用干式或者湿式大蒜脱皮处理以后再经过蒜瓣切碎机，实现大蒜蜕皮切碎加工操作，机械大且单一,具体结构如下图1-1,1-2所示,但是从图片可以看出，大蒜分开处理方式比较麻烦，不仅浪费时间，而且工作强度也比较大，成本也高,无法在小型餐厅与家庭中广泛的应用[9-12]。图1-1大蒜湿式脱皮机图1-2大蒜干式脱皮机对大蒜最传统的加工方式就是用手加工，具体操作如图1-3所示，这主要针对大蒜需求量并不高的时候，利用人工剥离的方式就可以满足需求，但是随着人们对大蒜的需求量增加，手工操作已经无法满足人们日益增长的需求，需求量增加之后人工处理已经无法达到人们的要求，而且还会导致成本增加[13-15]。曾经对人工操作进行过数据统计，一个手法熟练的工人持续工作八个小时才能处理50斤左右的大蒜，根本无法实现当前人们的需求，小作坊商家需要招聘多个熟练工人才能实现大蒜的正常供应，但是这样一来，人工成本和工作强度增加，并且人工处理大蒜的方式会对工人的身体健康造成影响，因为大蒜表面拥有大量的灰尘和皮屑，容易被吸入肺腔内部[16]。随着社会的快速发展，人类对产品加工方式的要求不断提高，各个行业领域对绿色高效加工方式需求比较急切的变迁[17]。随着经济水平的提高不断推动科技的发展，人们逐渐开始利用机械进行生产加工，传统的人工加工逐渐被机械替代，因此开发研究适用于大蒜去皮、分瓣、切碎的机械，实现大蒜加工自动化、智能化成为了当前企业发展所需解决的重要问题[18]。图1-3手工剥蒜1.2国内外研究现状大蒜打捆收获机在河北农业大学的陈翠娟研究分析中被开发出来，该机械工作原理将大蒜用挖掘分离输送机构挖出，然后利用横向输送机构进行运输，最终用自动打捆机构将大蒜整齐收获对方在田边上，以便于将其工作强度，节约捡拾大蒜的时间[19]。山东华宇工学院的郑强详细的对大蒜脱皮机器的结构与工作原理进行了描述，首先大蒜脱皮机主要的动力来源依靠小型电机实现，有高速电机、去皮机构、切碎机构与吹皮机构构成。经过大量的实验可以得出:该机械有90%的去皮率，消耗只有10%，工作效率稳定在5个/min。该结构的大蒜脱皮机不仅绿色环保，而且大蒜消耗比较小，去皮率高，完全适用于当前的市场需求，填补了这类机械的空白[20]。山东理工大学的付晓松通过对大蒜的物理特征和外形发展分析与研究，开发出了一款变径胶辊式大蒜破瓣机。该机械所使用的是立式变径胶辊，使各个胶辊之间呈现连续变化的倒梯形，这样可以让蒜头和蒜瓣持续受到胶辊所带来的压力。为了确保大蒜的完整性，胶辊需要使用比较柔性的材质，并且由硬到软[21]。当前小型餐馆大蒜脱皮成泥机比较匮乏，目前市场上的大蒜脱皮效率比较低，而且成泥性比较差，无法满足家用与小型餐厅对大蒜的日常需求。家庭对大蒜的需求量并不大，所以人工脱皮完全可以支撑平时食用需求，但是小型餐厅对大蒜的需求量比较大，倘若使用人工的方式处理大蒜，费时费力，餐厅经营成本也提高，因此研究开发一款操作简单、质量轻、绿色环保的大蒜脱皮、切碎自动化机器成为了当前急需解决的问题之一。1.3本课题的研究意义大蒜的生长期比较长，通过实验研究可以发现大蒜富含的营养组织比较丰富，可以作为配菜食用，且拥有比较高的药用价值。中国的大蒜种植已经成为了世界上著名的大蒜产量大国，占世界大蒜产量的70%[22]，中国的大蒜拥有悠久的种植历史，我国种植、加工出来的大蒜品质好、食用价值高，无论在国外还是国内都是人们日常生活必备的调味品或者配料之一。随着对大蒜需求量的增加，传统的种植方式已经满足不了当前人们的需求，因此逐渐开始研究开发大蒜种植机械，这样不仅可以提高大蒜产量，同时种收一体化还可以确保大蒜品质的优良性。为了提高大蒜的质量，国内研究人员通过不断的研究和分析尽可能的设计出一款完善的大蒜播种、收获机器[23]。目前为止只有大型工厂会对大蒜进行批量的脱皮与破碎处理，而一些小型餐厅与家用大蒜一体化处理机器种类比较少，市场上出现的干式与湿式大蒜脱皮处理以后再进行成泥加工，这类方式成本比较大，需要持续的进行间断性操作，工作效率也比较低，在小型餐厅与家庭范围内无法广泛使用起来，所以此次主要针对大蒜分瓣与脱皮切碎机进行研究分析，有利于提升大蒜加工效率。1.4本课题设计内容及拟解决的问题1.4.1课题的设计内容（1）进行系统化的运行设计，完善机械整体结构设计方案。（2）明确大蒜分瓣、切碎与脱皮主传动结构与具体的工作原理。（3）通过计算选择合适的传动系统，并且计算得出相应的电机扭矩、功率；利用减速器的额度负载与传动比计算得出齿轮传动与带传动，并且选用合适的齿轮传动与带传动。（4）机械整体结构设计方案的实施。（5）采用SolidWorks创建三维零件图，实现仿真设计与机械整体装配工作。（6）不断的完善系统设计，并且进行调试之后，撰写设计说明书。1.4.2拟解决的主要问题（1）本项目主要包括大蒜去皮、切瓣、切蒜三个机构运动，通过分析这三个机构运动的运动方式，设计机构的传动运动系统。（2）针对不同尺寸的大蒜，能够完成高效去皮和切瓣。（3）可以大蒜分瓣、去皮、切瓣的三个运动的连续运动，无人化操作，实现大蒜的高效加工。

第二章总体方案设计2.1工作原理分析此次进行的项目设计采用的原理为旋转分瓣以及切碎，使得某些传动结构例如传动皮带、传动齿轮等在电机的驱动下进行旋转，继而，两个切瓣刀也被带动开始转动，这个过程充分实现了对大蒜的分瓣处理，在大蒜分瓣以后，会被送到去皮机构内，在这个时候，机构的去皮叶片会开始进行高速度的旋转，大蒜在这个旋转过程中会受到叶片的冲击力，并且可以明显的观测到大蒜与壳体中间也会受到一定的冲击力，这种冲击力使得最外层的大蒜外皮能够迅速剥落。下一步就是将已经完成去皮的大蒜和外皮放入出料仓里面，在出料仓的一侧连接风机，此时风机要注意掌握适宜的风动力，这样做的目的是可以使得质量较轻的外皮顺利地从出料口被吹出，同时垃圾袋被安装在出料口处的目的是为了能够收集被吹出的外皮。相反，如果大蒜的质量较重的话，那么它不会被风吹分离，因此能够从下侧的出料口中流出，这一流程体现了大蒜的潜在功能，即内仁和外皮的分离功能。在切碎机构的内部，当大蒜进入后，能够通过螺旋输送机构进而成功实现大蒜的挤压和输送，合理使用前侧的切刀和漏网，能够高效地完成大蒜的切碎流程。2.2总体结构设计大蒜切瓣、去皮及切碎机由人工把大蒜倒入机器内部，然后在切瓣和去皮工位上放入大蒜，通过冲击力可以实现大蒜的剥皮，这一部分主要是去皮叶片与大蒜的冲击以及大蒜和壳体的冲击，此时出料口处可以看到有大蒜和破碎的外皮掉落，那么只要人为调节并控制好出料口处的风机的风力大小就能够有效避免重量较轻的大蒜被吹进垃圾收集装置，成功完成大蒜外皮剥离操作，最后将蒜瓣与外皮分离开后传送到外部进行储存或者包装即可。在切割工作中，螺旋供料器在进行旋转的同时大蒜完成输送运动，由于这种特殊的结构，因此会对大蒜作用一定的挤压力，进而从样板上的孔眼处会排出已切碎的大蒜。绞刀需要锐利的刀口，因为它是由工具钢制成的，因此接近使用寿命时，会造成刀具磨损，破碎效果变坏，而不是原来的切碎后排出，这种情况会使得成品的质量不精[24]。本次项目设计过程中所使用的箱体结构是中分式，使用的是法兰扣的方式将上下两个箱体进行连接和安装，轴承安装孔也被保留在了箱体结构的内部，我们在安装轴承的时候，可以应用旋转的方式，更加方便快捷。在连接上下箱体后，开始操作轴承，为了保证轴承安装孔的位置和加工足够准确精细，加工时要使用镗床，使机械在运转速度较高的工作条件下维持自身的稳定性。总体结构设计简图如图2-1所示:图2-1整机结构原理图1-切瓣刀；2-进料槽；3-去皮滚筒；4-大蒜；5-风机；6-传动带；7-大齿轮；8-电机；9-小齿轮；10-收料槽；11-切碎刀；12-绞笼收料槽；13-大带轮；14-小带轮；15-电机；16-进料槽；17-出渣口；18-筛板；19-盖板；20-连杆2.3各结构详细设计2.3.1箱体该箱体结构可以分为上下两个箱体，使用箱体是为了确保大蒜被运输到加工地点，并且还可以避免处理过后的大蒜皮屑乱飞，确保工作环境的整洁性。箱体结构的上下箱体通过螺丝钉进行连接。上箱体会在进料口的地方设计一个漏斗形状的进料机构，有利于大蒜快速进去箱体，而在下箱体的出料口设计了一个长方形装置，有利于大蒜与废弃物的排出。2.3.2壳仁分离装置大蒜脱皮以后经过分离装置可以把脱完皮的大蒜与皮屑分离开，这也是这次设计过程中所需解决的重要问题。将二者分开的方式有许多种，可以使用风力分离、振动分离与离心力分离方式，[25]等，根据此次设计对机械的要求，使用风力方式更加契合。运用风力分离方式需要确保不同的物质受到风力影响不一样，最后完成大蒜仁与皮屑的分离，通常情况下大蒜的质量比较大，受风力的影响比较小，反之皮屑受到风力影响比较大，因此采用风力分离可以轻松的量二者分开。最后皮屑被风力吹入指定的收集装置中，而大蒜则从出料口被运输出去，壳仁分离的整体结构如下图所示。图2-2壳仁分离结构图2.3.3机架强度高的机架可以承受电机、风机、分离器等装置，这些设备之间一般只需要经过螺丝钉连接起来就可，考虑到成本消耗和性能，本次项目设计所使用的机架使用的是阶梯式结构，利用焊接的方式将机架之间固定，并且将机架焊接安装板还可以增加机械整体的稳定性、可靠性。2.4本章小结本章节完成蒜瓣加工机的总体结构设计，包括大蒜分瓣、去皮、切碎等多个工序，并完成机架、壳仁分离装置、箱体等详细结构设计。

第三章去皮机构选型设计3.1驱动功率确定一般可以通过下式，确定转动参数（3-1）根据估算，设计旋转重量为50kg，距离为R=0.23m，确定1.32kg·m2，参考相似较为成熟的设备[26]，确定速度为300r/min，因此能够确定：ω=31.4rad/s，考虑到加速时间1s，能够计算扭矩根据参考文献[29]得，确定旋转机构的功率本项目的工况较为严苛，考虑到实际的工况情况，取1.3，确定工作功率计算效率（3-2）根据参考文献[29]，根据各部件的传动能力带的效率为1=0.96轴承的效率2=0.99因此，得,3.2驱动电机选型本项目选择的传动方案是采用V形带与电机搭配运动的传动方案，驱动的动力源是采用电能的供电方式，机械设备的动力源可以选取气动、液压及电能三种动力方式，而电能是最常用的供电方式，这种供电方式不需要像气动和液压外接动力源，就可以实现整机的高效工作，因此，本项目采用电机作为动力源[27]。对驱动电机的合理化选择是保证整机稳定运行，电机不会出现超载损坏的基础保证，而选择合理化的电机需要计算清楚电机的传动功率和驱动负载，通过这些电机的性能参数完成电机的选型，负载功率为0.41kW。由于电机是目前机械设备最常用的驱动单元，同时，机械设备的使用场景变化较多，因此，随着电机的发展，电机的种类选择也较多，驱动电机按照供电的电源方式可以分为直流电机、交流电机，按照是否能够准确停止，可以分为同步电机、异步电机、伺服电机、步进电机等多种型号。根据本项目研发的设备的使用工况，其对停止位置并没有要求，电机为持续运行，同时，电机的驱动功率较大，为户外运行，采用交流电供电较为方便，因此，选用较为常用的三相异步电动机，这种电机的成本较低，运行较为可靠，在中大型设备中得到了广泛的应用[28]。通过上面所描述的内容，此次设计中所选择的Y系列三相异步电动机中型号为Y132S-8型号安全性比较高，该电机的运转速度为：750r/min，额定功率：2.2kW。根据参考文献[29]计算得减速比通过上述计算可知，使用的V型减速器的减速比可以达到2.5，符合此次设计需求。3.3传动皮带设计V形带作为远距离传动的常用传动手段，其特性是一种柔性传动方式，可以实现对电动机的保护作用，在实际使用过程中，V形带传动可以做增速传动，也可以做减速传动，但是，由于尺寸的限制，V形带传动一般不能够实现大传动比的传动，最大传动比一般控制在4以内。V形带传动可以由带轮和V形带组成，带轮的旋转，V形带可以具备一定的柔性量，不会导致主动电机卡死等问题，但是，摩擦传动的传动效率较低，一般可以达到96%，对于传动效率要求不高的场合可以采用带传动方式，能够起到保护电机的作用，同时，带传动对于电机端和负载端的安装精度要求较低，具有一定调节量，满足一些安装较为困难的场合的要求。根据上述设计，传动比为2.5。考虑到驱动功率P1=2.2kW，根据参考文献[29]，能够确定计算功率（3-3）查表确定，KA等于1.1，计算得出采用A型皮带。查参考文献[29]，确定皮带轮dd1=75mm根据参考文献[29]，能够计算皮带轮速度根据传动比，计算大皮带轮尺寸能够计算中心距根据参考文献[29]，符合：根据参考文献[29]，计算带长:得出Ld=1200mm。确定实际中心距计算皮带包角根据参考文献[29]，P0=0.45kW,P0=0.1kW,k=0.95,kL=0.96kW,计算V带的根数z。取5根。能够计算皮带的初压力计算压轴力3.4主轴结构设计确定主轴的旋转功率确定主轴的转速确定主轴的转矩2、计算轴径选取A0=115，则有：取d=26mm。3.5转轴强度校核设计转轴受力分析，其受力图如下图所示。图3-1载荷分布图根据受力分析图，能够确定各支撑力的数值式中，FN1为左侧支点的支反力；FN2为右侧支点的支反力；F1为中心压力，为-500N;F2为压轴力，为396.5N;能够确定为294.5N，为-191N。绘制轴的弯矩图，如下图所示。图3-2各截面弯矩图根据上述图纸分析，能够确定两个支反点的中心点为最大弯矩处，计算最大点弯矩。由于该转轴需要传动扭矩，取a=0.6，T=85.4N.m,则有：该转轴危险截面直径为80mm，确定计算参数能够计算应力由于轴采用的材料为45#钢，许用应力为60Mpa，满足性能要求。3.6轴承强度校核机械设备的正常运行离不开旋转零件，而为了保证这些旋转部件的稳定运行，就需要在这些旋转的转轴上布置轴承，轴承是由内圈、外圈和旋转体三部分组成，一般来说，轴承内圈和外圈和安装轴及孔之间均采用过盈配合，这种配合方式能够防止旋转过程中出现转轴晃动的问题，提高了转轴实际运行的稳定性。轴承其作为转动和静止之间的过渡元件，其工况较为严苛，也是机械设备最常损坏的零件，因此，对轴承的合理化选型是保证整机设备可靠性的关键一环。根据条件，本项目选用深沟球轴承，轴承预计寿命：计算驱动载荷计算得出选择6010轴承，Cr=16.2kN，因此，得出：可以稳定使用。3.7本章小结本章节完成去皮机构的传动系统设计，完成驱动源电机的选型和传动V形带的结构设计，并对转轴完成结构设计和强度校核，能够满足正常使用要求。第四章壳仁分离结构选型设计这次在壳仁分离结构的设计过程中使用的是风机分离，这种方式只需要考虑不同物质的重量差异，质量不同的物料在风力的作用下运行的方向不同，从此次研究的物料上看，大蒜仁要比大蒜皮屑重的多，因此在相同风力的影响下，可以很快的将大蒜仁与大蒜外壳分离开。重量较小的一方会被风力吹响上端口的出料口流出，而重量较大的一方会直接通过下端的出料口被运输出去，所以想要选择适用于此次研究设计需求的设备，就必须计算出确定分离结构所使用的风机风力的大小。4.1确定风量本次研究设计过程中，针对分离结构来说控制风力大小是完成分离操作的关键，在固定的时间内经过该处的体积可以大致计算出风力的大小，一般会利用风速感应器或者流量感应器等方式计算出风力的大小。根据本次实验项目实际情况出发，出风口直径选择一百毫米，查阅大量的资料可以得知，此时大蒜外皮剥离平均风速可以达到2m/s，因此利用下方的公式可以计算出此时风机的风力大小为:4.2确定转速旋转速度会直接影响风机的使用寿命，同时还会对风速、功率以及风压造成消极影响，因此选择性能好的风扇，不仅可以增加风速、风压以及风量，还可以确保风机持续进行高速运转，缺点就是寿命消耗比较快，需要不断检查和更换内部轴承。考虑到项目设计的实际需求，结合其他类型的剥离机转速，本次所使用的大蒜脱壳机转速可达到910r/min。4.3确定风压风扇旋转途中会出现风压，合理的风压有利于增加运输距离，经过以下计算公式可以得到当前合理的系统风压:上述公式：表示气体密度，通常会保持在1.2kg/m3，V表示气体流动速度，一般选择2m/s，Pd表示风压，将所得数据代入计算公式得到此时的风压为2.4Pa。4.4确定功率风机的输入功率也较多电机传送入风机中的功率，又被叫做轴功率，单位为kW，一般可以使用Px表示，通过以下公式可以计算得出。（4-1）上述公式中:Q表示风机的风力大小，单位为m3/s；Pd表示当前的风压，单位为Pa。将已有数据代入公式计算可得输出功率为0.04kW，轴效率为0.6，通过计算可以得到电机功率:此次选用0.75kW功率的电机比较符合当前设计需求，而且还可以降低机械损耗，提高安全性。经过查找相关的资料此次设计项目可以使用Y系列三相交流异步电动机，并且结合实际情况可以使用Y90L-6型号电机比较好。4.5本章小结本章节完成风力分离机构的参数设计，主要对风量、转速、风压、功率等参数完成设计，并完成电动机选型。第五章切碎机构方案设计5.1设计要求切蒜机作为一台食品加工设备，具有严格的要求和设计规范，目前，我国已经形成一系列行业标准，规范切蒜机的发展和设计。其设计规范的名称为《中华人民共和国商业部部标准——切蒜机技术条件》，这个技术要求对切蒜机的设计和卫生健康条件具有严格的规范和要求，具体如下：（1）切蒜机的电机驱动单元、传动单元与大蒜需要分开，避免传动设备对材料的污染。（2）切蒜完成之后的材料应该形状较为统一、均匀，不应出现大小不一等情况。（3）在进料、切割和出料的过程，需要保证材料顺利通畅，不能够具有卡顿现象，保证切蒜过程的连续性。（4）与大蒜直接接触的部位，需要能够满足相关食品行业设备要求。5.2现有方案对比及分析按照动作分解，切蒜机的执行动作能够分成两组：（1）送蒜机构的动作；（2）切削刀具的动作。目前，我国的切蒜机动作结构形式各不统一，一般能够根据切蒜机的主要动作形式分为以下几类：（1）切削刀具回转，大蒜直线运动形式；（2）切削刀具直线运动，大蒜直线运动形式；（3）切削刀具回转，大蒜回转进给或者静止的形式。我们分析以上动作方式能够看出，大蒜如果做直线运动，一般都需要布置一条传送带将大蒜输送到位，而传送带的尺寸较大，所以，这种结构形式一般是应用于大型化、批量化加工的食品加工企业，这种送菜方式并不适用于家用的小型化设备。而最后一种方式，大蒜能够通过螺旋回转进给方式，或者大蒜静止方式，这种结构可使得切削刀具和大蒜进给结构同轴旋转，整体结构紧凑。对刀具的运行形式进行比较，我们可以得出，刀具直线运行的形式，其驱动结构一般是采取曲柄滑块或者凸轮的结构，这种结构形式对设备的磨损较为剧烈，切削过程中冲击较大，对菜品的切削质量破坏较大。回转结构的刀具切削形式，其切削过程为连续性的，同时，其可以通过常用的带轮、齿轮驱动方式完成动力的传递，整体驱动效果更好、切削质量更高，同时，生产效率更高。因此，综上所述，本项目选用方案3作为本项目的设计方案，大蒜通过螺旋传送的方式，完成大蒜的输送，同时，螺旋轴和刀盘采用同轴动作的结构形式，能够实现整体结构更为紧凑，避免增加二套动力源，而且，刀具的回转切削形式其切削效果更好，通过调节前端端板的出料孔尺寸，能够改变切削的大蒜的尺寸，更加适用于家用。5.3整机结构设计本文所设计的家用切蒜机主要组成部分包含送料机构、驱动机构以及切割机构等。送料机构主要组成部分包含料斗、螺杆和外筒。送料机构主要作用是完成材料的输送，将材料转移到切割机构。切割机构包含切削刀具,出料盖等部分。切割机构的主要中作用是对送料机构输送的材料进行切割，出料盖板孔眼规格可按照实际要求进行选择，可通过替换出料盖，实现对不同尺寸的材料的切削，能够完成大颗粒、小颗粒、条状物料的切削。切蒜机驱动机构组成部分包含电机、皮带轮、减速器、机架等。5.4工作原理分析家用切蒜机的具体工作原理如下，将切蒜机接通电源之后在料斗处放入需要切割的大蒜，由于放置的物料受重力和供料器旋转机构推理影响会将其连续输入切削刀具处，物料在切削刀具会被切碎，随着物料逐渐的真多，完成切削的大蒜会从出料孔中流出，进而，完成了菜品的切削工作。同时，由于切削刀具的转速可控，因此，在切削容易切削的菜品的时候，且切削颗粒要求较细的时候，可以将电机的转速加快，通常而言在200-400r/min范围之内为宜，能够提高切割效率切削刀具由工具钢所制造，且安装方向为沿着切口方向，在切削机中，由于土豆、地瓜等菜品的质地较硬，加工品质和质量对于刀口的锋利程度有较高要求，在切削刀具使用一段时间后切削刀具会发生一定程度的磨损,及时更换有磨损的切削刀具，或对磨损切削刀具进行重新打磨，否则将会对蔬菜切削机的工作效率和最终产品质量造成影响。滚筒中螺旋供料器在旋转时，要防止其余内壁发生碰撞，当出现碰撞时可能会对机器造成损坏。但供料器与内壁之间的间距也不能过大，否则将会降低送料效率，因此在加工和装配时对于精度要求较高。5.5驱动电机选型设计根据设计要求，能够确定驱动电机的功率计算公式如下：式中，G参考现有设备的加工效率，取30kg/h。W切割单位质量的大蒜消耗的能量，取w=0.0030kW/kg。传动效率，取0.75因此，将上述数据代入，能够得出，驱动电机功率N为0.12kW。选取驱动电动机型号为Y80M-4，其驱动功率为0.55kW，额定转速为1500r/min，能够满足本项目的设计要求。5.6传动系统确定输送螺杆和切削刀具的转速并不应转速过快，如果转速过快，会造成切削刀具负载过大，切刀卡死等问题，同时，过快的切削转速会使得切削的物料过细，进而，造成物料质量差等问题，因此，本项目初定切削转速为400r/min，并可根据切削物料的尺寸，适当调整切削转速。根据驱动电机转速为1500r/min，能够确定减速比本项目选择带轮减速传动，带轮的减速比选择为3.75，能够满足传动要求。5.7传动皮带设计根据设计要求，确定驱动系统的传动比为3.75，负载最大功率P1=0.55kW，根据参考文献[29]，得出:（5-1）求得：选用A型皮带。选小带轮尺寸63mm。计算速度计算大带轮直径2.确定中心距初步选取中心距为：350mm得出：（5-2）确定带长:得出Ld=1180mm得出实际中心距a：得出皮带包角根据参考文献[29]，计算V带的根数z。取3根。能够计算皮带的初压力计算压轴力5.8切刀设计切蒜机关键的所在就是切刀，它与菜品直接接触，完成切割操作。切蒜机的电动机会带动切刀上的轴转动从而实现切刀的转动，并实现物料的切割，为了提高切刀工作效率，在安装时应该将切刀刀刃方向与螺杆旋转方向保持一致，并且还可以根据加工菜品的挑选不同的切刀规格[30]。切刀就是用来切割菜品，所以在材料只需要选择W18Cr4V就可以实现，在操作的过程中需要确保切刀和样板维持平整状态，如图5-1所示。5.8.1切刀的设计菜品最终的颗粒大小与切刀规格相关，当切刀越大，所切割成型的菜品颗粒就越大，而且样板与切刀之间的配合度与产品质量造成影响。明确加工目标，将十字刀片运用在切蒜机中，下面将设计各个部位的参数。如下图所示为切刀整体结构，刃部的线速度处于相同分布状态下，切刀刃部的法向速度为。切刀刃部法向速度计算公式为：（5-3）上述公式中：vp线速度m/s；n旋转速度rpm；切刀上一点至旋转中心的距离mm；r起始点半径mm；R终止点半径mm；通过刀片的横截面可以发现，刃部的后角比较大大，但是前角与刃倾角都处理零的状态。通过具体的实验研究分析可以发现，当前切刀参数需要做出一定的调整，确保参数设计合理化，切刀参数后期的设计与优化离不开刀刃参数对实际的切割状态的影响分析。5.8.2刀刃的参数确定刀片转速不变的情况下，刀刃与旋转中心的距离和切割线速度之间保持正比，由此可以得出，推进速度不变，当刀片上的损耗能量转化为热量时，可以通过具体的公式计算出单位时间内所产生的热量:(5-4)式中：Q单位时间产生的热量（J/s）F切割力（N）v切削刀具的线速度（m/s）通过上述的计算公式可以发现，操作过程中形成的热量和切割速度之间保持正比，如此看来，为了机械可以更好的运行需要将切蒜的线速度维持在适当水平，经过不断的实验研究可以将切蒜过程中的切割线速度调整在440-1760m/min之间。刀刃后角的作用是为了避免切割过程中出现较大的摩擦力，当前角不变的情况下，刀具锋利程度与后角大小维持正比关系。长时间工作的刀片会因为不断的磨损变得越来越钝，会影响到切刀的性能，切刀后角会因为磨损逐渐变小直至为零，摩擦阻力增加，随之产生的热量增多。当刀刃被磨损之后切刀后角变大随之体积也增加。因此，提高刀片的后角可以增加切刀耐用性，随着耐用度的提高同时会增加NB磨损值，影响刀刃极度，所以切刀的后角维持=3°-5°之间才能确保刀刃极度稳定性。5.8.3刀刃的前角利用十字刀片切割大蒜过程中，与大蒜接触的网眼板受到如下图5-2所示的力，并且对该力进行分析研究。图5-2刃角的受力状态通过观察图5-2可以得知：则：网眼板和刀刃之间产生的摩擦力为：前刀面和大蒜之间产生的摩擦力为：将上述的公式进行整理可以得到:因为F=A上述公式中：表示蒜的抗剪应力，与蒜的质地有关.A表示蒜被剪切的面积，与网眼板的网眼直径有关因此F与蒜的质地及网眼的直径有关，所以在固定的网眼板情况下，可以将F作为常量，这样一来F=C1。因为Fn为刀刃所受到网眼板的压力，可作为刀片预紧压力，一般为常量，这样一来Fn=C2。F表示在使用刀片切割大蒜的过程中，前刀面与蒜之间的压力与运营速度v有联系，这样一来Fn=F。通过上述分析可以得到：由此可知，刀刃前角的具体大小，这将对切蒜时所产生的切割力造成影响，并且在切割大蒜的过程中，由于摩擦会产生一定的热量，所以，增大前角可以保证刀片旋转速度和螺杆进料速度不变的情况下，用最小的力实现大蒜的切割，并且此时产生的热量也最小；反之，则大。增大前角会让刀具所产生的热量不能快速冷却，所以在固定条件下，需要将前角维持在=25°-40°最佳。5.8.4刀刃的后角刀具后角主要是为了降低网眼板表面和后刀面之间的摩擦力，并且前角固定时，后角越大可以让刀刃更加锋利。刀片使用过程中会产生磨损导致刀刃逐渐变钝，增加大蒜在切割过程中变形的可能性，而且被磨损之后的后刀片的后角处于零状态，刀片和网眼板之间的摩擦力增加，使得机械在操作过程中产生更多的热量。当磨钝标准相同状态下，后角越大的刀片后期磨损的金属体积增大，如图5-3所示。由此可知，刀片可以通过增加后角度数提高耐用性，但此时刀片所形成的径向磨损值越大，刀刃的极度减小，因此需要将后角维持在=3°-5°之间可以使刀具更好的切割大蒜，如下图5-3所示，后角和平均磨损宽度、径向磨损量之间的关系图。图5-3切削角度图5.8.5刀刃的刃倾角对其中的一叶刀片进行截面分析，半径为r的圆可以由从截面刀刃可知，这样就可以得到刀刃的刃倾角，此时刀刃在线速度方向剖面内形成一个椭圆弧。该椭圆的的曲率半径由长半径位置形成可以看作刀刃的纯圆半径r0e。具体关系去下式所示：刀刃处于固定的起讫半径r及R状态下，形成的最大初始刃倾角0max就便可以通过计算得出，如下图5-4所示：图5-4初始刃倾角度图=5.8.6刀片的结构通过分析研究上述过得到的刀片几何参数，绘制出相应的结构图（图5-5），经过不断的实验可以得知绞刀的特点为以下几种：1、切刀的后角为4°时，刀片的使用寿命就会比较长；2、切刀的前角为30°时，有利于降低工具与切削力；3、刃倾角越大，刀刃就会变得更加锋利；4、可以通过完善全圆弧形的前刀面结构，提高刀刃强度；5、为减少切刀材料,增加不同的几何参数刀片,可用可换式刀片结构设计。图5-5绞刀的结构图大蒜切割力中所使用的绞刀主要用于物料的切割。内孔呈现包方形，位于推进螺杆前端并跟着方轴共同旋转，此时二者的方向保持一致，绞刀可以分为2刃、3刃、4刃、6刃、8刃。因为绞刀切割物料的品种比较多，容易被腐蚀，必须使用更加耐腐蚀,对人体和环境危害少的材料制造的绞刀才能满足。一般制造商使用W18Cr4V材料，该材料经过淬火以后硬度就可为HRC55。5.9本章小结本章节完成切碎机构的结构设计，完成驱动电机选型，传动V形带的结构设计，并完成切刀结构设计，能够满足正常使用要求。

第6章基于SolidWorks建模6.1软件简介本文采用的三维建模软件为SolidWorks，这种软件经常被应用于机械设备的立体模型绘制，通过SolidWorks软件的建模功能，能够较为直观地展示零件及设备的内部组成结构和装配，为设计师的合理化设计提供参考，同时，这款软件作为较为常用的机械设计软件，包括齿轮、螺钉、链轮、螺母等机械常用零件的调用模型库，能够节约设计师对这些标准零件的建模时间，丰富设计手段，SolidWorks软件还包括有限元分析模块