【《水果榨汁机的结构设计案例概述》3900字】

PAGE\*Arabic2PAGE水果榨汁机的结构设计案例概述目录TOC\o"1-3"\h\u21108水果榨汁机的结构设计案例概述 2251961.1榨汁方案论证 239271.2总体方案设计 321901.3机械结构设计 565791.3.1整体结构 5148061.3.2输送装置 6166131.3.3对中切半装置 737771.3.4挤压装置 8286091.3.5排渣装置 91.1榨汁方案论证榨汁机应具备下列条件：1.本实用新型具有效率高，可靠性高，可持续工作且结构体积小的特点；2.水果能够充分的被挤压榨汁；1.进料机构实现单个自动进料，能适应不同大小的水果；4.准确的对中切半。工程上，对外形机构为类圆形的工件，为能确定其外圆面中心线位置，常选择两平面支撑构成V形块进行定位或通过该结构进行改变，见图3-1。本实用新型通过V型块的两个支撑斜面分别与工件外圆的两侧母线相接触，并在工件上起对中作用，使得工件横截面外圆中心位于V形块的两个支撑中心之间。图3-1V形块定位水果形状也是类圆结构，所以水果对中还可利用V型块原理进行。然而使用V形块仅能限制水果在两个方向上的运动自由度，榨汁机在中切水果时需要限制水果三个运动自由度，因此有必要对该定位结构加以改进。改V形块为球形凹槽，其位置如图3-2。图3-2球形定位尽管以上改进方案较好地解决了水果定位的问题，但改进球形定位方式因水果和定位块有一定摩擦而出现不对中现象。对不同直径的水果来说，它们之间存在着不同的未配对偏差。水果的中心误差的计算方法见下图。如图3-2所示，其中心误差计算公式h如下式所示。由图可知式中，h——被定位水果的对中误差；R——定位球槽半径；d——水果直径；G——水果重量；F——水果与定位槽的摩擦力；ρ——水果平均密度；Fn——水果与定位槽的正压力；α——正压力方位角。由于不同大小水果的果皮材质相同，所以切入时力的大小可近似为相等，所以Fn相等。经研究发现不同尺寸的果实的用途是不一样的，通常榨汁用的果实直径尺寸在50mm~80mm之间，定位槽球的直径可以设计在80mm左右。按公式可以得到水果直径由50mm~80mm不等，对中误差逐步降低，水果切半比均不大于2:1，满足设计要求。1.2总体方案设计自动水果汁榨汁机需要达到自动分离进料，自动对中切半，榨汁排渣的目的，主要包括输送装置，对中切半装置，榨汁装置，排渣装置及有关传动装置。工作流程图见下图3-3。图3-3榨汁机工作流程图图3-4自动榨汁工作原理图果实从售货机内的落果机构掉入榨汁机内，通常都是分开下落，偶尔也有2个果实同时下落或因上次作业结束时榨汁机内仍有未取汁果实，因此，榨汁机进料管道中存在着多种果实。水果榨汁机的原理如图3-4中所描述的那样，其具体各个设备的原理是这样的：1.输送装置工作原理：水果落入榨汁机进料管道后，由于重力的原因将沿进料管道壁向下滚动，直到遇到凹轮1后被挡住。榨汁机启动时，凹轮1旋转，凹轮1外圆周上开设半球形沟槽，沟槽与进料管道对正时，凹轮一与进料管道形成装载区，使具有且只有一种水果能够进入半球形沟槽中，凹轮1不断旋转，使果实随凹轮1旋转脱离进料管道，下层果实将因重力作用而不断填充上层果实空缺位，从而可以达到反复循环进料的目的。2.对中切半装置工作原理：当水果被凹轮1带离进料管道后，继续转动，凹轮1的半球凹槽会与凹轮2的半球凹槽对齐组成一个球形凹槽，水果在凹轮1与凹轮2构成的球形凹槽中会因重力自动配对而不从球形凹槽中脱落，两凹轮持续同步旋转，当果实与切刀相遇后，2个凹轮对果实产生一个向下的力，使得果实由切刀在中心线上切割，从而完成对中切半过程。1.榨汁装置工作原理：当水果被切半后会继续留在凹轮的半球凹槽内，被切半的水果离开切刀时，凸轮的半球与凹槽的半球槽配合，使水果汁与水果果肉逐步挤压，水果汁受重力影响，往下流，这时榨汁面板下的集汁料斗对挤压出来的水果汁进行收集。通过管道可以把水果汁导入杯中，到现在为止，榨汁的工序就结束了。4.排渣装置工作原理：榨汁完成后的水果皮，会留在凸轮的半球上面，凸轮半球上开有沟槽，继续转动后排渣挡板会进去沟槽，水果皮与凸轮脱离，使得水果皮落入榨汁机内，从而完成榨汁的循环。1.3机械结构设计1.3.1整体结构按照总体设计方案，果汁机的整体结构如图3-5、3-6所示，机械结构包括以下几部分：传动系统：采用齿轮传动，把传动比分到凹轮，凸轮上，使凹轮与凸轮能精确配合，达到进料，对中切半，榨汁等功能，且齿轮定传动比能够使每次清洗完毕后，榨汁部件再进行安装时，定位精确，能够快速便捷地进行安装。外壳：不锈钢钣金设计对整个内部结构进行防护，防止榨汁时中将酸性水果汁溅入传动系统，腐蚀传动件并能避免旋转件损伤人和出现人机安全事故。机架：用作安装零部件的整体机器的底座。输送装置：由进料管道，凹轮和驱动轴组成，本装置通过进料管道把售货机落果机构下落的果实每一次都有秩序地单送至榨汁机内，从而达到果实自动进料与分离。对中切半装置：由定位凹轮组，切刀及有关传动件组成，可适应各种尺寸水果的对中切半；榨汁装置：由凹轮，凸轮，集汁料斗及有关传动件组成，以确保被切去一半果实在落下前，由凹凸轮相配合，对果实进行压榨，通过集汁料斗可对压榨后的水果汁进行收集以存储；排渣装置：由凸轮和排渣挡板组成，使粘附于凸轮表面的水果皮脱落，从而达到榨汁机自动排渣的效果。图3-5榨汁机整机图图3-6榨汁机去掉机架与外壳结构图1.3.2输送装置输送装置主要包括驱动轴，凹轮和进料管道，以实现每一次将掉入进料管道内的果实有序个别输送至榨汁机内。为实现该机的紧凑和功能完善，挤压凹轮可直接用作进料盘。驱动轴驱动凹轮转动，果实会持续进入凹轮半球形凹槽中，从而实现持续个别进料。因榨汁后果实最大直径80mm，在兼顾榨汁机外形尺寸约束及效率前提下，凹轮半球形凹槽的直径设计成80mm，把半球形凹槽的个数设计成四个，并尽可能地对机构进行了简化，其简化原理见图3-7。图3-7进料机构原理图对上述原理图进行了分析，认为输送装置应确保需频繁清理的凹轮可拆卸性和所需安装方便快捷且不容易发生错误。本实用新型在使得整体结构尽可能缩小的同时，确保果实可以顺畅地进入进料管道内，当最大果实进入进料管道内时，果实无法卡入进料管道与凹轮内，凹轮转动时果实可以从进料管道内脱出；当最小果实进入进料管道时，确保凹轮处于静止状态下任意位置处，果实均不脱落，凹轮转动过程中有时且只有1个果实进入半球凹槽内，并能平稳分离，实现进料与分离功能。果实位于进料管道上时，进料管道的底部需具有一定倾斜角以确保果实在重力作用下能进入凹轮半球凹槽。从市场分析来看，榨汁用果实直径分布范围为50mm~80mm，因此设计时采用极限尺寸为50mm与80mm进行设计。因此取dd=80mm时，为了确保最大直径的果实可从进料管道中穿过L=90mm；在凹轮不转动的情况下，防止水果脱落或卡在h<50mm、Dh>0和p=5mm内；d=125mm时，为限制榨汁的外形尺寸取为m=130mm、n=110mm；通过计算可得D≈193mm,β≈71°,α≈16°,DΔh≈5mm,K≈109.8mm。经计算得出上述参数是最优解，可供设计时参考，优化结构的榨汁机输送装置如图3-8所示。图3-8输送装置1.3.3对中切半装置对中切半装置多采用由两个凹轮半球形凹槽构成的球形凹槽来自动对中不同尺寸的果实，再由两个凹轮转动使果实受到向下压力而由中部切半片，其原理如图3-9。图3-9对中切半装置由前一节所得凹轮结构参数可知：外圆直径125mm，半球形凹槽80mm，可进行凹轮结构设计；因两凹轮需要同步转动，故两凹轮速度大小相等、方向相反，可采用齿数相等的一对外圆柱齿轮传动；因凹轮需频繁清理，凹轮和传动轴应可拆卸，其具体构造见图3-10。图3-10凹轮结构图切刀是水果切半环节中的一个重要部件，其刀片随使用时间延长而变钝，切半力也随之增大，应经常对水果切刀进行跟换，由于刀片属于易损件，其应当设计分成两部分，主要由刀架和刀片组成，当刀片变钝时，可以直接将刀片拆卸，更换新的刀片，节约成本；考虑到其切刀是以直接和果肉接触为零部件的，故需频繁清洗且需便于拆装，经方案优化后最终切刀结构如图3-11。图3-11切刀结构中切半装置零部件结构确定之后，通过优化参数并结合输送装置确定的外形尺寸和综合整体方案，中切半装置最终如图3-12和3-13所示。图3-12对中切半正面图图3-13对中切半剖面图1.3.4挤压装置挤压榨汁装置由凹轮和凸轮配合，在半球形凹槽中挤压处及果实，从而挤压出水果汁实现榨汁，如图3-14。图3-14挤压装置原理图前一小节中凹轮结构已定型，凹轮圆周上开有4个半球形槽，该小节要求凸轮上半球个数一定。由于凹轮和凸轮均需定期清洗，凹轮半球形凹槽球心需与凸轮半球球心重叠，即具有固定位置，凸轮半球个数不超过4个，也因结构所限，切刀所占位置空间一定，凸轮半球数要在4个以下，取为3个。凸轮结构确定之后，就必须对凸轮安装位置进行设计，而凸轮位置需考虑以下几个方面：凹轮半球形凹槽球心应和凸轮球形结构球心相吻合；需留一定空隙以便于贮存榨干水果皮，经测定凸轮结构见图3-15。图3-15凸轮结构图1.3.5排渣装置排渣装置主要是将榨干的水果皮排出榨汁机。由于榨汁是通过凹轮与凸轮的挤压榨汁，所以榨汁完成后，凹轮与凸轮继续旋转，被榨干的水果皮由于水分丢失，与凸轮半球形成负压，水果皮会附着在凸轮的半球上面，不能靠重力自动下落，需要排渣装置将水果皮剥落。由于排渣挡板与水果汁也有直接接触，需要经常清洗，要求更换方便，采用直插的安装方式可达到要求。排渣挡板是通过插入凸轮半球的沟槽内将水果皮剥落，由于在制造和装配过程中存在一定的误差，排渣挡板的挡片会与凸