毕业设计（论文）-苹果切片机结构设计

苹果切片机结构设计学院名称：专业名称：机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：指导教师：二○二三年二月第1章绪论1.1课题意义及目的我国拥有丰富的林果资源，是世界上最大的水果生产国。近几年，随着我国农业结构的调整，水果、蔬菜已经成为我国第三大农业支柱产业，成为农民增收的新亮点。但是，目前我国的林业、果业机械化程度还不高，还处在初级和发展的初级阶段。中国目前在林果生产过程中，从挖坑、修剪嫁接、挖沟施肥再到收获，都是以手工为主。往往也会造成产量不高、品质低下等问题。因此，必须持续提升我国果品机械化水平，以保证我国果品产业的健康、迅速发展。中国是世界第一大的水果消费国，在全球范围内占有41%的比例。随着我国果树种植业的迅速发展，我国对于果树机械的需求量日益增大。在我国苹果种植面积超过2000万亩，主要集中在北方地区，由于产量大，近年来为了提高苹果附加值，促进苹果产业发展，深加工成为了苹果开发热点，但是由于需要对苹果进行削皮、切片、去核等多种操作，农村老龄化现象日益严重，劳动力成本提高明显。解决苹果深加工各个环节机械化问题成为了目前苹果产业发展的关键问义。本课题设计的苹果切片机主要用于苹果深加工，所以设计一款针对一些特定形状的场合切片切牌机是必要的，所以本课题具有很高的研究价值和科研价值。1.2国内外研究现状1.2.1国内切片机研究现状切片机一般包括刀片，电机等结构组成，从手动切片设备发展到今天的电动智能化切片设备已经几十年的发展历史。我国的切片机的研究开发方面虽然已有四十多年的历史，改革开放以后，随着经济发展需要，食品切片技术得到飞速发展，国内研发了包括冻肉、马铃薯、人参、核桃、等多种切片、切丝设备。总体来说包括集中切片机：（1）直线往复式切片机。直线往复式切片机的结构比较简单，但效益较低。因此它应用于对工作要求不高、效益较低的场合。（2）圆盘旋转式切片/切丝。圆盘旋转式切片机的机构简单且有较高的生产效益，因此它广泛应用于各种场合。（3）水枪式切片。水枪式切片机的耗水量大，只能切出平直的条，因此它的应用不是十分广泛。目前，根果切片机的设计已经有了一些成果，主要集中在设计与优化方面。其中，一些学者在根果切片机的结构、工作原理、工艺参数等方面进行了研究，如张洪伟等人设计的土豆切片机，该机采用连续切割的方式，能够满足不同尺寸的土豆切丝需求。此外，一些学者也对土豆切片机的切割效率、质量等方面进行了探索，如杨克荣等人提出了一种基于图像处理的土豆切丝质量检测方法。国内农林高校及科研院所均进行了相关研究，通过查阅相关文献，总结如下：2023年，商丘职业技术学院机电工程系卢娜设计了一种采用PLC控制的切片机，其针对大枣进行切片，采用的是定向切片技术，需要对大枣进行定向、一次性切片，切片原理为气动冲压切片。2021年，昆明理工大学的王学军、韩鹏剑等人设计了一种三七切片机，根据其为非规则形状，采用曲柄连杆机构的往复式切片，由于其容易产生偏心振动，所以对机架等结构进行模态分析，确定了其固有频率，为工程实际提供了理论依据。2020年四川大学的赵荣宽等人设计一种竹笋切片机，用圆盘旋转刀片结构，并采用SolidWorks进行了三维建模采用Ansys对其传动轴进行了强度分析。2020年，北京林业大学汤耀宇等人设计一种沙果的去核切片机，采用气动作为动力，采用PLC控制，果盘进料，通过设计完成沙果的自动进料、去核、切片、出料等，具备很高的实用性和市场价值。2020年，中国矿业大学徐艳丽设计了一种红枣的去核切片机，通过槽轮机构步进式进料和送料，通过曲柄滑块机构完成红枣核的去除，然后通过切片辊子完成切片，其中采用大量的传统机械结构，通过试验，基本达到了去核切片的效果。2019年，海南大学李双设计了一种往复切削式橡胶茎秆切片分离机，其采用往复式切削机构，以及定向进给机构组成，通过试验，该装置的生产效率较快，合格率达到百分之九十八以上，使用效果较好。随着技术的发展，智能控制技术和机械切片技术融合将更加完美，具备广阔的市场前景，操作和稳定性更加简单。虽然还有许多问题需要攻克解决的，但同时也是未来切片机的发展方向。相信未来随着不断的研究和应用，切片机将更加智能化，通用化。1.2.2国外切片机研究现状国外的切片机技术略早于国内，有近百年的历史，从常规的切割木材、食品到如今高端的硅材料都有切片机的身影，但是整体来说技术原理相对简单，全世界美国的切片/丝机技术是最先进的且规模也是最先进的，其次是日本、德国、意大利以及中国。所以不难看出国内的切片技术并不逊色国外同类技术。2022年，印尼学者ErnitaYun等设计了一种槟榔切片机，采用驱动电机为1马力电机，转速为1480转/分，通过连接到皮带轮减速器的v形皮带传输，并通过v形皮带传递到切片机轴。切片方式为旋转切片。2021年，印度学者BhupeshGoyal等以一个生产薯片的制造单元为例进行了分析。对马铃薯切片品质的控制受到含水分等多个因素影响。2016年，印度学者SeemaShekhawat等对现有的蔬菜切片机和切碎机进行了综述，并基于适当的技术开发了多功能蔬菜切片机兼切碎机。制造过程中使用了当地可用的材料，如不锈钢、软钢、塑料和木材。实现可以调节成不同速度的蔬菜切片或切丝。对于蔬菜的加工来说，对它们进行均匀切割是一项重要的单元操作。因此，设计并开发了一种多功能蔬菜切片机兼切碎机。利用新开发的多功能蔬菜切片机和切碎机对黄瓜进行切片，效果显著。除此以外，还有学者围绕果蔬切片的生产加工、以及其他用途切片机用于果蔬的切片加工。但是，整体而言，食材切片机朝着几个方向发展：（1）集成化。生产过程的多样化，中小加工厂日益减少，传统的小型设备难以满足生产需求，加工生产线诞生，并且多种功能的加工生产线，比如：清洗、切片、油炸、包装等的生产系统成为未来发展的发展向。（2）智能化。由于互联网技术的发展，控制技术突飞猛进，越来越多的控制技术被应用在果蔬切片等生产设备中。（3）标准化。目前，国外食品制造行业有非常明确具体的生产、制造以及使用标准。食品制造专业化较强，所以果蔬切片机的生产也日益标准化。1.3设计内容切片机作为一种常见的食品加工设备，本课题针对苹果设计小型切片机，并对其进行三维建模，完成苹果等果类切片。切片机采用电动机作为动力，通过皮带轮传动减速装置带动输出轴转动，轴的末端接旋转叶轮，随着叶轮的转动把物料进行切片。物料重力做紧靠着圆形刀盘不动，而刀片是匀速旋转运动，因此物料达到了与固定刀片做相对运动来达到切片的目的。第一章绪论，通过调研，了解国内切片机的研究现状及趋势，同时了解机械相关知识，了解本文需要掌握的基础理论知识。第二章总体方案设计，对苹果切片机总体方案等进行确定。第三章传动系统的设计，根据方案完成包括电机选型、皮带传动、联轴器等其他部件的选型。第四章其他关键零部件设计，主要包括刀盘设计、进出料斗设计等。第五章三维建模及装配。

第2章总体方案设计2.1设计参数的确定本课题设计切片机主要应用在食堂、小型食品加工厂等中小规模的应用场合，所以在功率体积都相对要求较小，在这样的情况下，通过调研，其设计参数如下：（1）工作效率：500-1000kg/h；（2）切片方式：旋转切片，（3）转速：500-1000r/min2.2驱动方式的确定目前，主流的驱动方式包括以下五种：手动、液压驱动、气动驱动、电动、内燃机驱动五种方式。液压和气压驱动力量大，需要另配气动或液压站，不符合本课题使用的要求，而手动，显然效率低下，内燃机驱动虽然在动力上和便携性都符合本课题要求，但是内燃机的尾气对食品构成污染，显然不符合需求。所以电动无疑是最佳的选择。电动驱动又可以分为：交流和直流电机驱动，直流电机常用于小型易携带设备或者受载相对小设备上，比如：手机振动器或者数码相机，而交流电机相对来说使用较多，一般来说工业设备多采用220V交流，鉴于主要应用于实际生产，故采用220V交流电动机驱动。2.3切片方案选择切片只需要旋转运动来实现。通过调研切丝主要有两种方法，其一是通过矩形孔对物料进行摩擦切割，切片通过流孔通过，但是这种切片厚薄等都是固定的，需要通过更换不同孔的切盘来实现，其二，通过横向和纵向运动完成切片和切丝动作，是模拟人工切片来实现。通过考虑，对两种方案进行整体得出如下方案：方案一：更换切片刀片+调节螺栓调节，由于刀盘做旋转运动，切片等物料固定，所以通过更换不同厚度切片滚筒就可以实现不同孔的刀盘，可以实现不同厚度切片，显然这种方案结构简单，但是工作复杂繁琐，成本高。图2.1切丝滚筒方案二：如下图左图所示，刀盘上均分布多组活动刀片，刀片组件通过铰链和刀盘连接，为了调整切削缝隙，只需要调整螺栓，其通过杠杆原理撬动刀片的倾斜角度，实现可调。其中切粗细、厚度都可调。具体情况如下图所示，图2.2切片机构综上所述，由于主要用于工厂加工，相对固定，方案一可以实现较大方位的调整，相对安装更为简单，方案二虽然可调性高，但是为了保证每个刀片切片厚度一致需要反复校核，安装难度大，采用方案一作为本课题的调整方案。2.4总体结构方案分析本课题研究的切片机以电动机为动力源，整机构成包括电机、传动组件、刀盘组件及机架等关键部分，如图2.3所示。在运作过程中，电动机启动后，通过皮带和减速机构传递动力，使刀盘达到预设的转速，进而驱动刀盘进行旋转切割。物料通过进料口送入机内，受重力影响持续与旋转的刀片产生接触，从而被有效切割成所需的薄片或丝状物，最后通过出料口排出。此外，切片机设计了便捷的螺栓调节机制，用户可以通过调整螺栓来改变切削厚度或进行其他切片功能的调整，操作简便灵活。考虑到为了防止堵塞和清洁，在设计过程中还应考虑滚筒外壁机壳壳体拆卸。图2.3总体结构方案第3章传动系统设计3.1电机选型3.1.1电动机概述原动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内燃机、水轮机、液动机、蒸汽机等。电动机构简单、工作可靠、控制简便、维护容易，一般生产机械上大多采用电动机驱动。电动机（Motor）是把电能转换成机械能的一种设备。它是利用通电线圈（也就是定子绕组）产生旋转磁场并作用于转子（如鼠笼式闭合铝框）形成磁电动力旋转扭矩。电动机按使用电源不同分为直流电动机和交流电动机，电力系统中的电动机大部分是交流电机，可以是同步电机或者是异步电机（电机定子磁场转速与转子旋转转速不保持同步速）。电动机主要由定子与转子组成，通电导线在磁场中受力运动的方向跟电流方向和磁感线（磁场方向）方向有关。电动机工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。电动机的种类非常多，按照用电种类，可以分为直流电动机和交流电动机，按照控制方式分类，可以分为，伺服电动机，步进电机和普通异步电动机。3.1.2电动机类型和结构形式电动机类型和结构型式可以根据电源种类（直流、交流）、工作条件（温度、环境、空尺寸）和载荷特点（性质、大小、启动性能和过载情况）来选择。工业上广泛应用Y系列三相交流异步电动机。它是我国20世纪80年代的更新换代产品，具有高效、节能、振动小、噪声小和运行安全可靠的特点，安装尺寸和功率等级符合国际标准，适合于无特殊要求的各种机械设备。对于频繁启动、制动和换向的机械（如起重机械），宜选用转动惯量小、过载能力强、允许有较大振动和冲击的YZ型或YZR型三相异步电动机。3.1.3电动机选择作为本次设计的重要环节，电动机的选择显得尤为关键。在选择电动机时，需要考虑多个因素，其中最根本的是电动机的功率。由于本设计所涉及的苹果切片机需要长时间连续工作，且对切割精度和效率有较高要求，因此将其归类为平稳负载连续工作制电动机。在这种工作制下，电动机需要具备一定的功率和稳定性，以确保在连续运转过程中不会出现过载或波动。在选择电动机功率时，需要根据苹果切片机的工作特点和要求进行评估。可以选择适当功率的电动机，以确保苹果切片机在长时间连续工作状态下能够保持稳定的性能表现。额定功率的计算：（3.1）式中：——电动机额定功率（kw）；——负载功率（kw）；——折算到电动机轴上的静负载转矩（n·m）；——电动机额定转速（r/min）。另根据实验（见表3.1）可得切一颗苹果的力大约在40N左右，而本人设计的物料箱的宽度为300mm，所需切片的苹果先经过初选，其直径为平均为30mm，即物料箱中可以摆放下10个苹果，其整体切一次需力约400N。表3.1通用切片实验数据执行标准试样宽度（mm）最大载荷（N）通用剪切试验标准1.57.51522.55.7737.6237.0241带轮轴所需功率为（3.2）考虑到传动装置的功率消耗，电动机的输出功率为（3.3）式中，为从电动机到小带轮轴之间的总效率，==0.903，=0.99为弹性联轴器的传动效率，=0.98为一对滚动轴承效率，=0.98为一对滚动轴承传动效率，=0.95为弹性联轴器与v带的传动效率。电动机的输出功率为=2.2kW，因此本设计中电动机的型号为Y132S-6，额定功率为3kW，转速为960r/min。3.2联轴器的选择在苹果切片机的设计中，联轴器的选择是一个重要环节。一般来说，联轴器主要分为刚性联轴器和挠性联轴器两种类型。刚性联轴器由刚性零件构成，其特点是没有缓冲减振能力。因此，它适用于那些没有冲击、被联接的两轴中心线严格对中，且在机器运转过程中不会发生相对位移的场合。在苹果切片机的某些部件中，如果需要确保精确的传动和稳定的运转，刚性联轴器会是一个合适的选择。相比之下，挠性联轴器则具有更高的灵活性和适应性。它容许两轴有一定的安装误差，这意味着在苹果切片机的设计中，可以更容易地调整和优化传动系统的布局。挠性联轴器通过元件的相对位移或弹性元件的弹性变形来补偿两轴间的偏移，从而确保传动的稳定和效率。在苹果切片机中，由于存在一些不可避免的制造和安装误差，因此挠性联轴器的使用将有助于提高整体设备的性能和寿命。在苹果切片机的设计中，应根据具体的工作条件和要求，合理选择刚性联轴器或挠性联轴器。在需要精确传动且无条件严格的场合，可以选择刚性联轴器；而在存在安装误差或需要补偿位移的场合，挠性联轴器则更加适合。这样的设计考虑将有助于实现苹果切片机的高效、稳定运行，并满足实际生产的需求。联轴器具体选择如下：（1）小V带轴和电动机轴之间联轴器的选择因切片机的载荷变化大，选用缓冲较好的，同时具有可移性的弹性套柱销联轴器。Y132S-6电动机轴的直径为38mm，查机械设计手册，根据轴径和计算转矩选用TL6联轴器：。联轴器的计算转矩：选择工作情况系数K，查表取K=1.5，计算转矩：=1.529.8=44.7Nmm其许用最大扭矩，许用最高转速，此联轴器符合要求。（2）大V带轴和小皮带轴之间联轴器的选择根据两轴的直径大小，选择弹性套柱销联轴器TL5：联轴器的计算转矩：选择工作情况系数K，查表K=1.5，计算转矩：=1.586.3=129.45Nmm其许用最大扭矩，许用最高转速，此联轴器符合要求。（3）压紧装置电动机和传动轴之间联轴器的选择压紧装置选用的变频电动机型号为YZTPWT112M-2。电动机轴的直径为28mm，选用弹性套柱销联轴器TL5：。3.3V带的设计V带有普通V带、窄V带、联组V带、齿形V带等类型。其中普通V带和窄V带已标准化，带的尺寸按GB/T11544-1989规定，因为普通V带的摩擦力大，允许包角小，传动比大，所以在这里我使用普通V带。（1）选择V带的型号首先确定V带每天的工作时间，为10-16小时内，查表《工作情况系数K》查得K=1.1，所以计算功率：KW（3.4）式中：P——传递的名义功率；——工作情况系数。根据和由图《普通V带选型图》确定选用A带。（2）确定带轮基准直径带的弯曲应力是引起带的疲劳破坏的重要原因，带轮越小，带的弯曲应力越大，因此小带轮的直径不能太小，由表《V带轮的最小直径》取主动轮基准直径为d1=100mm计算从动带轮的基准直径：（3.5）取=0.02，已知i=3.17，得=310.66按GB/T135751-1992规定，V带轮的基准直径标准系列取=315mm实际的传动比（3.6）传动比误差相对值，一般允许误差5%，所选大带轮直径可用。（3）验算带的速度V=（m/s）（3.7）带速在5~25m/s范围内，带速是合适的。（4）确定V带长及中心距根据0.55（+）〈〈2（+），初定中心距=420mm，根据下式计算带的基准长度：L=2+（）+（3.8）==1511.8mm根据表《V带的基准长度》选取带长为1600mm。mm（3.9）（5）验算主动轮上的包角=153.78°≥120°（3.10）主动轮上包角合适。（6）确定带的根数（3.11）取4根，上式=0.97kW，=0.11kW，=0.93，=0.99，系数的选取。（7）计算带的张紧力和压轴力单根带的张紧力为：=140.9N（3.12）q——单位长度质量，A带取0.1带轮轴的压轴力为：（3.13）3.4V带轮的设计3.4.1小V带轮轴的设计选择轴的材料并确定许用应力：选用45号钢正火处理，查表《轴的常用材料及其主要力学性能和应用》得强度极限=600MPa，其许用弯曲[]=55MPa。确定轴的直径：按扭转强度估算，取C=110，则d=C=110=15.92mm（3.14）考虑到轴上有键槽，将轴的直径增大5%，则d=15.92×（1+5%）=16.72在苹果切片机设计中，为了确保机器的平稳运行和精确的动力传输，轴和联轴器的选择至关重要。根据设计要求，此段轴的直径和长度应与联轴器相符。考虑到选用的联轴器类型为TL6型弹性圈柱销联轴器，其起轴孔直径为38mm，与轴配合部分长度为60mm。因此，为了满足这些要求，决定此段轴的直径为38mm。轴的简图与分析图如图3.1所示。图3.1轴的示意图轴的基本数据如下d1=38mm，L1=80mm此段轴主要考虑轴上的键槽，查表取其数值为b×h=10×8L=60mmd2=d4=40mm，L2=30，此段轴主要是用于安装轴承，主要按轴承内径尺寸系列确定，初选轴承类型为深沟球轴承，型号为6305，内径为40mm，外径为90mm，宽度为23mm。d3=45mm，L3=70mm在苹果切片机设计中，轴上的键槽是一个重要的考虑因素。为了确保轴与联轴器之间的正确配合和动力传输，需要对键槽的尺寸进行合理选择。经过查阅相关表格，确定了键槽的数值为b×h=14×9，键槽的长度L=40mm。这样的键槽尺寸能够确保轴与联轴器之间的稳固连接，并有效地传递动力和扭矩。根据水平受力图画出了水平弯矩图，如图3.1所示。通过弯矩图，可以直观地看到轴在不同位置的弯矩分布情况。其中C、D两处可能为危险截面，因为在这些位置弯矩较大，容易造成轴的弯曲变形或破坏。为了确保轴的安全运行，进一步计算了C、D两处的弯矩值。由于轴主要是承受转矩，T=28900；==1284N支点反力NC点弯矩：D点弯矩：画出垂直面受力图，计算支点反力和C、D两处的弯矩，画出垂直面弯矩图如图3.1所示。支点反力；C点弯矩：D点弯矩：求合成弯矩，画出合成弯矩图如图3.1所示。C点合成弯矩：D点合成弯矩：画出转矩T图，如图3.6所示。计算C、D点的当量弯矩，画出当量弯矩图，如图3.1所示。C点当量弯矩：D点当量弯矩：校核轴的强度根据弯矩的大小及轴的直径选定C、D两截面进行强度校核。C截面当量弯曲应力（因C截面有键槽，考虑对轴强度的削弱影响，故乘以0.95）。（3.15）C、D两截面均安全，所以，所选轴合格。3.4.2大V带轮轴的设计选择轴的材料并确定许用应力：选用45号钢正火处理，查表《轴的常用材料及其主要力学性能和应用》得强度极限=600MPa，其许用弯曲[]=55MPa。确定轴的直径：按扭转强度估算，取C=110，则d=C=110=22.9mm（3.16）考虑到轴上有键槽，将轴的直径增大5%，则d=22.9×（1+5%）=24.045mm在苹果切片机的设计中，轴的选取与设计是至关重要的环节。考虑到与联轴器的配合，此段轴的直径和长度需要与之相匹配。联轴器选用的是TL5型弹性圈柱销联轴器，其起轴孔直径为25mm，与轴配合部分长度为62mm。因此，为了满足这一要求，设定此段轴的直径为25mm。为了更直观地理解这段轴的设计，提供了轴的简图与分析图，如图3.2所示。从图中，可以清晰地看到轴的结构与尺寸。具体的基本数据如下：轴的直径d1=25mm，轴的长度L1=80mm。进一步考虑轴的设计，需要关注轴上的键槽。经过查表，确定了键槽的尺寸为b×h=8×7，键槽的长度为L=52mm。这一设计能够确保键与轴之间的稳固配合，确保动力传输的稳定性。，此外，这段轴还承担了安装轴承的任务。轴承的选择是根据轴承的内径尺寸系列来确定的。在这里，初选了深沟球轴承，型号为6305。这种轴承的内径为25mm，外径为62mm，宽度为17mm。深沟球轴承具有优秀的承载能力和旋转精度，能够满足苹果切片机的工作需求。d3=35mm，L3=70mm此段轴主要考虑轴上的键槽，查表取其数值为b×h=10×8，L=40mm画水平受力图，计算支点反力，画水平弯矩图，见图3.2，考虑到C、D处为可能的危险截面，计算出C、D处的弯矩。由于轴主要是承受转矩T=86300；==4931N水平支点反力和C、D两处弯矩的计算：支点反力；NC点弯矩：D点弯矩：画垂直面受力图，计算支点反力和C、D两处的弯矩，画出垂直面弯矩图如图3.2所示。垂直支点反力和C、D两处弯矩的计算：支点反力；C点弯矩：D点弯矩：求合成弯矩，画出合成弯矩图如图3.7所示。C点合成弯矩：D点合成弯矩：画出转矩T图，如图3.2所示。计算C、D点的当量弯矩，画出当量弯矩图如图3.2所示。C点当量弯矩：D点当量弯矩：校核轴的强度根据弯矩的大小及轴的直径选定C、D两截面进行强度校核。C截面当量弯曲应力（3.17）（因C截面有键槽，考虑对轴强度的削弱影响，故乘以0.95）。C、D两截面均安全。图3.2轴的示意图3.4.3小V带轮的设计轮类零件，如齿轮、带轮、链轮及蜗轮等，是机械系统中不可或缺的部分。它们通过在轴与轴之间传递动力和运动，为机械系统提供高效、精准的运行。其中，带轮零件如V带轮，其材料的选择主要取决于其工作环境和负载要求。铸铁HT150或HT200是常用的材料，而本机构选用了更为耐久的HT200材料。对于小V带轮，由于其直径较小，为了确保传递效率和稳定性，采用了实心式结构。实心式带轮能够更好地承受扭矩，确保动力的稳定传输。其结构示意图如3.3所示。图3.3V带小轮带宽：，查表得A带：，f=9，则可以计算出小V带轮带宽为B=63mm。轮槽的契角节宽槽间距基准线上槽深最小槽缘厚度外径=105.53.4.4大V带轮的设计V带轮的材料的选择主要用铸铁HT150或HT200，本机构选用HT200，大V带轮的直径大于300mm时，其带轮结构采用轮辐式，其结构示意图如图3.4所示。带宽：，查表得A带：，f=9，则可以计算出大V带轮带宽为：B=63mm轮槽的契角节宽槽间距基准线上槽深最小槽缘厚度外径=320.5图3.4V带大轮示意图3.4.5V带的张紧由于各种材质的V带都不是完全的弹性体，因而V带在张紧力的作用下，经过一定的时间运转后，就会由于塑性变形而松弛，是张紧力减小，传递动力的能力降低。因此，带传动必须设计张紧装置，最常见的有定期张紧和自动张紧两类。由于本次设计中选用的V带的中心距是不可调节的，因此选用张紧轮装置，张紧轮放在松边的内侧，是带只手单向弯曲。同时，放置张紧轮时，使其尽量的靠近大带轮，以免影响带在小轮上的包角。张紧轮的轮槽与带轮相同，且直径小于小带轮。张紧轮装置的结构示意图如图3.5所示：1-小V带轮2-大V带轮3-V带4-张紧轮5-张紧轮机架图3.5V带张紧装置的示意图小结：针对V带轮的设计，分为小V带轮和大V带轮的轴的设计，以及小V带轮和大V带轮的具体设计。通过合理设计V带轮的结构和尺寸，确保其能够有效传递动力和提供所需的转动力矩。同时，V带的张紧也是重要的设计考虑因素，通过合适的张紧装置，保证V带在工作过程中的稳定性和正常运行，避免带轮滑动或脱落。综合考虑这些设计要素，可以实现苹果切片机的高效、稳定和可靠的工作。

第4章关键零部件设计4.1刀盘组件设计4.1.1刀片材料一般切削分为直切和滑切，对应的便是直切相对阻力大，滑切阻力小，但是滑切刀片多为弧形刃，多用于主动切削，比如农业机械中的旋耕刀，为了降阻采用滑切曲线，直切虽然阻力大，但是尺寸简单便于安装和调整，本课题要求切片厚度可调，在这样的情况下采用直切刀片。刀片材料采用食品级材料304不锈钢。4.1.2切片刀结构设计刀片采用3mm钢板加工成型，通过与圆周同心便于安装。图4.1切片刀4.1.3刀盘结构设计在刀盘设计中，材料的选择与动态平衡是关键因素，影响着刀盘的性能和耐用性。刀片破损装置的设计考虑了刀盘的直径、质量、组件数量以及组件间接触面的数量等多个因素。这些因素与刀盘的最大极限速度存在密切关系。通过对比试验发现，刀盘重量比的降低能够减少组件数量和接触表面数，从而提升刀盘的最大极限速度。本设计刀盘直径为486mm，苹果最大直径60mm，其结构如下图所示。图4.2刀盘4.2调节弹簧设计4.2.1弹簧材料的选定在苹果切片机设计中，弹簧是一个关键部件，它需要在工作中承受变载荷或冲击载荷。其主要失效形式是疲劳破坏，因此，对弹簧材料的要求很高。为了确保弹簧的稳定性和耐用性，选择了具有高弹性极限和疲劳极限的碳素弹簧钢丝。这种材料不仅具有良好的韧性，而且经过热处理后能够展现出优秀的性能。在考虑材料的选择时，除了性能要求之外，还关注材料的成本和可获取性。碳素弹簧钢丝不仅具有优良的性能，而且价格适中，易于购买，非常符合的设计要求。在日常生活和工业生产中，常用的弹簧材料包括碳素弹簧钢丝、合金弹簧钢丝、弹簧用不锈钢丝以及铜合金等。近年来，非金属弹簧材料也得到了广泛的应用，如塑料和橡胶等。这些材料具有不同的特点和适用场合，选择时需要根据弹簧的功能、载荷性质、工作持续时间、介质情况等工作条件以及其在机械中的重要性等因素进行综合考虑。为了更好地满足本机构中弹簧的功能需求，选用碳素弹簧钢丝作为弹簧材料。根据用途的不同，碳素弹簧钢丝分为3个级别：B级适用于低应力弹簧；C级适用于中等应力弹簧；D级适用于高应力弹簧。由于本机构中的弹簧主要用做储能缓冲等用途，因此本设计选择了B级弹簧。4.2.2弹簧尺寸的计算

表4.1弹簧的尺寸名称与代号压缩螺旋弹簧弹簧丝直径d弹簧中径弹簧外径D弹簧内径弹簧指数C10工作圈数z8总圈数10自由高度节距p高径比弹簧丝展开长L4.2.3压缩弹簧的稳定性圆柱螺旋弹簧承压时，如果弹簧自由高度H0和中径D2比例不当，会丧失稳定而无法工作，为了保证压缩弹簧的稳定性，弹簧的高径比不能太大，设计时应考虑控制高径比b值。当弹簧两端固定时，则应取b＜5.3；当弹簧一端固定时，另异端自由转动时，就取b＜3.7；当两端均可自由转动时，应取b＜2.6。而本机构中的b=3.43＜5.3，满足稳定性的要求，故弹簧选取合理。4.3进料/出料斗设计进料料斗主要是用于短暂存储切片原材料，所以要求容量足够，同时能够有效调节进料速度，本课题如下图所示，采用圆锥体结构，这样便于生产，材质选用食品级不锈钢（304）。出料料斗主要用于收集切削成的蔬菜丝，由于根茎类作物切削之后存在大量淀粉，极易发生粘贴，在这样的情况下，为了避免出料斗粘贴大量蔬菜丝，减小摩擦力，所以出料斗采用斜线结构。图4.3苹果切片机整体装配图如图4.3苹果切片机整体装配图，刀盘是切削苹果的关键部件，通常由圆盘状的切削刀片组成，安装在主轴上。电机作为动力源，提供转动力驱动刀盘进行切削操作。V带和带轮构成传动系统，将电机的转动力传递给刀盘，使其旋转。调节弹簧用于调整刀片的切削力和切削深度，以适应不同尺寸和硬度的苹果，确保切削效果的稳定和可调性。进料漏斗用于引导待切削的苹果进入切片区域，而出料漏斗则用于收集切削后的苹果片，方便取出和处理。

第5章经济性分析本课题，先进设计手段，采用三维软件建模及分析，大幅度缩短了设计周期，避免重复试制，间接减小了污染。同时采用了先进的分析手段，在保证强度前提下，实现结构轻量化，缩减材料，实现材料的节约。本课题采用大量的成熟外购件，减少非标定制，所以在成本上大幅度缩减，其核算表如下，通过核算，整套系统成本只有3100元，相比其他动则数十万元的自动化设备，简单实用，且效率高，但是通用性较差，但是这样成本也才能得到控制，如果批量化生产成本将更低。表5.1成本核算表序号零件材料/规格数量成本核算1钣金件Q235定制13002驱动电机/44003开关组件（变频器）/16004刀片11005皮带轮22006皮带21007机架Q235定制16008其他材料1800合计3100

结论苹果是目前全世界第一大栽培水果，在我国苹果种植面积超过2000万亩，主要集中在北方地区，由于产量大，近年来为了提高苹果附加值，促进苹果产业发展，深加工成为了苹果开发热点，但是由于需要对苹果进行削皮、切片、去核等多种操作，农村老龄化现象日益严重，劳动力成本提高明显。解决苹果深加工各个环节机械化问题成为了目前苹果产业发展的关键问义。本课题设计的苹果切片机主要用于苹果深加工，所以设计一款针对一些特定形状的场合切片切片机是必要的，所以本课题具有很高的研究价值和科研价值。主要开展工作如下：（1）完成理论调研，了解国内切片机的现状及发展趋势，并分析相关优势及存在问题，确定整机设计方案，确定了采用离心式切片的方式作为本课题的切片原理方案，并确定了设计参数；（2）完成传动系统设计，根据设计参数确定了采用单级皮带传动即可满足传动要求，完成电机选型、皮带传动设计、驱动轴设计校核等工作；（3）完成其他关键零部件设计，并根据设计参数完成零件的三维建模及装配。（4）对本课题设计机具进行了经济性分析，得出：本课题采用大量的成熟外购件，减少非标定制，所以在成本上大幅度缩减，整套机具成本只有3900元，如果批量化生产成本将更低，符合经济预期。本课题设计苹果切片机结构简单，通用性强，结具备很高实用价值和市场价值。虽然本课题完成整机设计，但是由于能力有限时间仓促等问题。但是本课题还有很多内容需要改进，比如：刀片的滑切性能、实际生产效率分析是否符合要求等大量工作。致谢本次毕业设计涵盖了大学所学的诸多学科，专业知识涉及广泛，是一次理论与实际相协调的对我综合能力的检测，也是对学生三年学习的考核。通过对本课题的研究，我对所学专业知识有了更深的理解，这也提高了我对专业知识的应用能力，使不同机械学科知识得到综合性应用，而且还提高了我的制图、读图和计算能力，为以后我能够在机械设计行业有所建树打下了坚实的基础。在本次的毕业设计中，我更加深刻地认识到,在机械设计过程中,所设计的零件不仅要满足强度刚度和稳定性的要求，还要考虑到经济适用性和安全性，也使我深刻地了解到方案优选的重要性。我要感谢老师对我毕业设计的悉心指导。由于本课题涉及诸多知识，在设计过程中，学生面临的诸多问题，都能得到老师的耐心讲解。在方案选择上，老师能给出有建设性的意见，为学生的毕业设计方向指明了道路，使学生不那么迷茫。从设计任务书到开题报告再到中期报告的最后的毕业设计成稿，老师时刻关注着我的进程，并为我排忧解难，老师的耐心讲解使我如沐春风。他严谨治学的态度，关心学生，爱岗敬业的品格，使我深受感动。在此我要向老师表示最真诚的感谢。没有老师的细心指导，我就不能完成本次毕业设计。同时，我也要感谢我的同学，我们在写毕业设计时相互鼓励，遇到问题相互交流讨论解决办法。我也非常感谢我的父母，给予我学习和生活上的支持，他们为我能在学校静下心来学习，并提供了物质保障和精神鼓励。在此，我要表达对他们的感谢。

参考文献巩云鹏、田万禄等主编.机械设计课程设计.沈阳：东北大学出版社2000孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编.机械设计.沈阳：东北大学出版社2000刘鸿文主编.材料力学.北京：高等教育出版社1991哈尔滨工业大学理论力学教研组编.理论力学.北京：高等教育出版社1997大连理工大学工程画教研室编.机械制图.北京：高等教育出版社1993孙桓，陈作模主编.机械原理.北京：高等教育出版社2000韩鹏剑.一种三七