毕业设计（论文）-家用型果蔬切丁机设计

摘要PAGE122PAGEiXX学校XX学校毕业设计说明书课题名称：家用型果蔬切丁机设计学生姓名学号所在学院专业班级指导教师起讫时间：年月日～年月日PAGE目录摘要 31绪论 11.1果蔬切丁机背景及目的 11.2国内外研究状况 11.3果蔬切丁机研究方法 22结构及工作原理 32.1果蔬切丁机的结构 32.2电机的选择 42.3刀片材料的选择 43切丁杯与转轴的设计 53.1切丁杯的设计 53.1.2旋转直径 63.1.3转轴的转速 73.1.4旋转节距 73.5切丁刀片的设计 73.6轴的设计计算 83.6.1轴轮轴的设计计算 83.6.2.轴的结构设计 83.6.3.轴的强度计算 93.7传动结构及设计 93.8传动轴的结构设计 124刀片设计 134.1刀片的设计 135果蔬切丁机使用方法 195.1冲洗 195.2安装 195.3操作 195.4清洗 19设计总结 20参考文献 21摘要本毕业设计是一个食品果蔬切丁机的设计。首先，食品果蔬切丁机作了简单的概述；接着分析和食品果蔬切丁机计算方法的选择原则；然后根据这些设计准则与计算基础的设计；然后检查刀片装置的主要部件的选择。普通型食品果蔬切丁机由六个主要部件组成：目前，食品果蔬切丁机向高速度，低摩擦的方向发展，近年来，食品果蔬切丁机就是其中的一个。在设计中，该食品果蔬切丁机的研制与应用，目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距，在过程中的国内设计和食品果蔬切丁机的制造中存在着许多问题。食品果蔬切丁机设计代表了设计的一般过程，对今后的设计工作的选择有一定的参考价值。关键词：家用食品切丁刀片abstractThisgraduationprojectisthedesignofafood,fruit,andvegetabledicer.Firstly,abriefoverviewofthefood,fruit,andvegetabledicerwasprovided;Next,analyzetheselectionprinciplesofcalculationmethodsforfood,fruitandvegetabledicers;Thendesignbasedonthesedesigncriteriaandcomputationalfoundations;Thenchecktheselectionofthemaincomponentsofthebladedevice.Theregularfoodandvegetabledicerconsistsofsixmaincomponents:currently,foodandvegetabledicersaredevelopingtowardshighspeedandlowfriction.Inrecentyears,foodandvegetabledicershavebeenoneofthem.Inthedesign,thereisstillasignificantgapbetweenChinaandforeignadvancedlevelsinthedevelopmentandapplicationofthefoodandvegetabledicer.Therearemanyproblemsinthedomesticdesignandmanufacturingofthefoodandvegetabledicerduringtheprocess.Thedesignoffood,fruitandvegetabledicersrepresentsthegeneralprocessofdesignandhascertainreferencevalueforfuturedesignwork.Keywords:householdfoodcuttingbladesPAGE21绪论1.1果蔬切丁机背景及目的通过本次毕业设计,使达到以下几个效果:1）巩固,扩大,深化学生以前所学的基础和专业知识;2）培养学生综合分析,理论联系实践的能力;3）培养学生调查研究,正确熟练运用国家标准,规范,图册等工具的能力;4）锻炼进行设计计算,数据处理,编写技术文件、绘图等独立工作能力5）动手测绘的实际操作能力6）设计创新能力总之,通过毕业设计使学生建立正确的设计思想;初步掌握解决专业工程技术问题的基本训练.1.2国内外研究状况随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人民对食品工业提出了更高的要求。现代食品已朝着营养、绿色、方便、功能食品的方向发展，且功能食品将成为新世纪的主流食品。近年来，我国食品工业实现了高速发展，已经成为国民经济的支柱产业，作为装备食品工业的食品机械工业发展尤为迅猛。而食品制品工业占我国食品工业总产值的9％～10％。食品制品消费水平的高低，反映了一个国家的生活水准和发达程度。食品制品工业的发展成为了带动农业、畜牧业、饲料工业的龙头。食品工业的现代化水平，在很大程度上依赖于食品机械的发展及其现代化水，离开现代仪器和设备，现代食品工业就无从谈起。食品工业的发展是设备和工艺共同发展的结果，应使设备和工艺达到最佳配合，以设备革新和创新促进工艺的和发展，以工艺的发展进一步促进设备的发展和完善。两者互相促进、互相完善，是使整个食品工业向现代化迈进的必要条件。而家用的方便仪器更受广大消费者欢迎在食品加工的过程中，切丁、斩拌、搅拌工序的机械化程度最高，其中果蔬切丁机、斩拌机、搅拌机是最基本的加工机械.几乎所有的食品加工厂都具备这3种设备。电动的果蔬切丁机可以说是一大市场卖点！1.3果蔬切丁机研究方法通过学习机械类相关知识，阅读各类参考书籍，上网搜寻资料等方式结合自身思考和分析，基本设计出果蔬切丁机。并且说明产品设计原理，使用原理，使用说明，以及相关计算。最终完成满意的毕业设计！2结构及工作原理2.1果蔬切丁机的结构此为果蔬切丁机结构。果蔬切丁机刀片及电机和机头放在一起，电源线放置到本机头上，电机及转动组件都放在机头上，这样在取出时刀片和电机都容易碰撞导致损坏，而且不易清洗，清洗时且容易进入电源线插头内导致果蔬切丁机损坏，且比较危险。后的果蔬切丁机刀片及转动机构都放在本体上，刀片和切丁杯都可拆卸，且发热装置不外露，即保证了安全又不用清洗，一举两得，具体结构及后的设计如下介绍。果蔬切丁机主要由切丁杯、切丁转动机构和等组成，如图所示。图1总装图2.1.1切丁杯切丁转动机构，并在前端对食品进行高速转动进行切丁。2.1.2切丁转动机构对高速转动进行切丁进入切丁杯中的食品进行切丁.切丁杯可拆下清洗和更换。2.2电机的选择机身部使用了1个电机。带动转轴运动的电机安装主轴上。1、带动转轴的电机：初选速度V=100/sP=6KW所以n=（100/6）×60=1000转/分选择Y90S-4型电机，属于笼型异步电动机。采用B级绝缘，外壳防护等级为IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却，额定电压为220V，额定功率为50HZ。2.3刀片材料的选择综合分类(1)普通钢a.碳素结构钢：(a)Q195；(b)Q215(A、B)；(c)Q235(A、B、C)；(d)Q255(A、B)；(e)Q275。b.低合金结构钢c.特定用途的普通结构钢(2)优质钢（包括高级优质钢）a.结构钢：(a)优质碳素结构钢；(b)合金结构钢；(c)弹簧钢；(d)易切钢；(e)轴承钢；(f)特定用途优质结构钢。.工具钢：(a)碳素工具钢；(b)合金工具钢；(c)高速工具钢。c.特殊性能钢：(a)不锈耐酸钢；(b)耐热钢；(c)电热合金钢；(d)电工用钢；(e)高锰耐磨钢。本次设计由于的本身安全性，采用工珍钢来设计果蔬切丁机。3切丁杯与转轴的设计3.1切丁杯的设计切丁杯的旋转轴在食品运动方向的终端有止推轴承以随食品给旋转的轴向反力，在机长较长时，应加中间吊挂轴承。双切丁杯就是有两根分别焊有旋转叶片的旋转轴的切丁杯。说白了，就是把两个切丁杯有机的结合在一起，组成一台切丁杯。切丁杯旋转轴的旋向，决定了食品的切丁方向，但一般切丁杯在设计时都是按照单项切丁来设计旋转叶片的。当反向切丁时，会大大降低果蔬切丁机的使用寿命。切丁杯的作用是向前切丁食品，并在前端对食品块进行高速转动进行切丁。如图3－1所示，设计上采用一根变螺距、变根径的旋转，即螺距后大前小，根径后小前大，这样使其切丁杯与切丁杯之间的容积逐渐减小实现了对食品的高速转动进行切丁作用。切丁杯前端方形轴处安装刀片，后端面上安装两个定位键与其主轴前端面上键槽配合，以传递动力。切丁杯的材料选为HT200图2切丁杯3.1.2旋转直径＝0.136m取D＝72mmG－生产能力,由原始条件得G＝1t/hK－食品综合特性系数,查表1-16得K＝0.071-食品得填充系数查B4表1－16得＝0.15－食品的堆积密度t/m谷食品的为1.5t/mC－与转轴倾角有关的系数，查B4表1－15得C＝13.1.3转轴的转速由原始数据n＝326r/min3.1.4旋转节距实体面型旋转的节距t＝D3.5切丁刀片的设计由于食品在切丁杯内受到搅动，且受高速转动进行切丁力的反作用力作用，食品具有向后倒流的趋势，因此在切丁杯的内壁上设计了止转槽.中心转轴如下图所示切丁杯内壁与切丁杯之间的间隙要适当，一般为0.3-0.5mm。间隙太大会使食品倒流;间隙太小刀片与切丁杯内壁易碰撞。图3旋转轴3.6轴的设计计算3.6.1轴轮轴的设计计算1.输出轴的功率、转速和转矩由上述计算可知=0.442=124.1于是2.作用在轴轮上的力已知轴轮轴的分度圆直径为而圆周力径向力3.初步确定轴的最小直径轴的材料为40Cr，调质处理。初步估算轴的最小直径。（式15-2）【5】取则轴的最小直径显然是安装从动轴轮轮处轴的直径。此轴上有一键槽，应适当增大轴径：单键增大5%。取为了使所选的轴与轴轮轮孔径相适应，同时，轴轮轮轴孔的直径是，故取；又由于轴轮轮轮毂长度为，故该轴尺寸；3.6.2.轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案选用装配方案：螺母、轴端挡圈、轴轮轮、轴承端盖、右端轴承、、右端套筒、轴轮轴、左端套筒、轴承、轴承端盖依次从轴的左端向右安装。2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度（1）为了满足从动轴轮轮的轴向定位要求，轴段右端需制出一轴肩，轴肩高度，故取段的直径；长度可参考安装尺寸取（2）初步选取滚动轴承。因轴承受到径向力较大，故选用单列向心球轴承。参照工作要求并根据，由轴承产品目录中初步选取单列向心球轴承6207，其尺寸为，故、；而。轴端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。根据轴承的安装尺寸，。其余尺寸可根据其他相关零件而确定，即，3.6.3.轴的强度计算按弯扭合成强度条件校核计算通过轴的结构设计，轴的主要结构尺寸、轴上零件的位置、以及外载荷和支反力的作用位置均已确定许用应力值用插入法由表查得，应力校正系数表1轴轮轴受载计算结果载荷垂直面V水平面H支反力弯矩总弯矩扭矩3.7传动结构及设计传动轴的设计因材料为Q235A钢，其密度，与的直径D=320mm.若取每级轴轮传动的效率（包括轴承效率在内）=0.97，则则轴的角转速（2）轴的最小直径的确定式中选取轴的材料为45钢，调质处理，选取=112。于是得(4)电动筒体强度的校核已知功率P=2.2kW,带速筒长l=600mm,直径D=320mm，筒体厚度t=15mm,材料为Q235钢板。由式\--圆周减速力；由式，代入得=2=116800N，==58400N；，--为所受转矩；设切丁带平均张力F沿长度L均匀地分布在上，则单位长度上受的力此中W--抗弯截面模数，对于内径d，外径为D的电动，其抗弯截面模数应按圆柱壳理论选取：因此式中R—壳（）的平均半径，mm;t—壳()的厚度，mm;则正应力根据第四强度理论，合成弯矩可以写成：计算强度校核通过。3.8传动轴的结构设计1）拟定轴上的零件方案2)根据定位和装配的要求确定轴的各段直径和长度，轴的尺寸见轴的零件图。3)轴上零件的周向定位联轴器与轴的定位均采用平键联结，滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。（6）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面E）的强度。根据式式中轴的计算应力，单位为MPa；M轴所受的弯矩，单位为，。T轴所受的扭矩，单位为，。W轴的抗弯截面系数，单位为，对没键槽的由式W=许用弯曲应力，对也选定的材料为45钢，调质处理，。因有，因此，此轴安全。4刀片设计刀片的作用是切丁食品。它的内孔为方形，安装在切丁杯前端的方轴上随其一起旋转，刀刃的安装方向应与切丁杯旋向相同。刀片的规格有2刃、3刃、4刃、6刃、8刃。刀片用ZG65Mn材料制造，淬火硬度为HRC55-60，刃口要锋利，与样板配合平面应平整、光滑。果蔬切丁机刀片的几何参数对果蔬切丁机出料有很大的影响，国产大部分刀片刀刃速度呈现外大内小的分布，传统刀片的几何参数（刀刃角度）有不尽合理之处，因此有很多需要的地方。刀片切丁时，刀片呈现旋转运动，在转速一定的条件下每一片刀刃离旋转中心越远，则切丁的线速度越快，同时产生的热量也就越多，因此刀片的线速度不能太高。在刀片旋转速度以及螺杆进料速度一定的情况下，刀片的前角越大，切丁食品所需要的力以及切丁食品产生的热量就越小，反之则越大，但是，前角很大时，则因刀具散热体积小而是刀具切削食品产生的热量不易扩散，以至于刀具的温度不易下降，因此刀具的前角应该取一个合理的数值。对于刀刃的后角，可以减小后刀面的摩擦，同时在前角不变的情况下增大后角可以使刀刃锋利。刀刃磨损后将使刀刃变钝，这样会使食品在切丁的过程中变形能增加，同时由于磨损后刀片的后角为零，加大了刀片和螺钉的摩擦，使得整个切丁过程产生的热量增加。另外，在同样的磨钝标准VB下，后角大的刀片由新用到钝所磨去的金属体积较大，这说明增大后角可以增加刀具的耐久度，但同时刀刃的强度也会有所削弱，因此也应该选择一个合理的范围。对于刃倾角来说，增大刃倾角的绝对值，可以减小刀刃的实际钝圆半径，这说明增大刃倾角可以使刀刃变的更锋利。根据以上的分析，可以设计出与传统刀具不同的更加合理的刀具，主要来说有以下几点：1、增加刃倾角，以提高刀具的锋利程度。2、适当减小后角，以增加刀片的寿命。3、增加前角，以减小切丁所需的力以及功率。4、采用全圆弧的前刀面结构，以改善刀刃强度。5、采用可换式刀片结构，以节约刀体材料，并可选用不同的几何参数的刀片。4.1刀片的设计刀片的几何参数对所绞出食品的颗粒度以及产品质量有着很大的影响，现对十字刀片的各主要几何参数进行设计。十字刀片如图(5－1)所示。其每一刃部的切丁(指切丁食品的)线速度分布亦如该图所示。从图上可以看出其刃部任一点位置上只有法向速度。其值为：（）式中：－刀片刃部任一点的线速度m／s；n－刀片的旋转速度rpm；－刀片刃部任一点至旋转中心的距离mm；r－刀刃起始点半径mm；R—刀刃终止点半径mm；再从任一叶刀片的横截面上来看[图(5-1)A—A截面]，其刃部后角较大，而前角及刃倾角都为零。因此，该刀片的几何参数(角度)不尽合理。故再将以一叶刀片的与螺钉扳相接触的一条刀刃为对象，分析刀片上各参数的作用及其影响，设计各参数。4.1.1刀刃的起讫位置切丁时，果蔬切丁机的十字刀片作旋转运动。从式[I]可以看出，在转速一定的条件下，刀刃离旋转中心点越远，则切丁(指切丁食品的)线速度越快。并且在螺杆进科速度也一定的条件下，假定切丁时刀片所消耗的功全部转化为热能，则任一与防护帽相接触的刀刃，在单位时间内产生的热量为：式中：Q－单位时间内任一与防护帽相接触的刀刃切丁食品所产生的热量（J／s）F－铰食品时任一与防护帽相接触的刀刃上的切丁力（N）（参见第二部分刀刃的前角式[4])－任一刀刃切丁食品的线速度（m／s）所以，切丁(切丁食品)的线速度越快，则所产生的热量也越大，因此切丁的线速度不能很高。根据经验，我们知道一般切丁时刀刃切丁食品的钱速度处在30一90m／min之间最为理想，因此由这些数据可估算出刀刃的起讫位置，即刃的起点半径和终点半径R。根据式[1]得：[3]我们已知十字刀片得转速n＝326r/min当时，，＝30m/min=0.5m/s当时，，R＝圆整后取:r=15mmR=45mm4.1.2刀刃的前角当十字刀片切丁时，其任一与网限板相接触的刀刃上的受力情况其值为：因为刀刃与防护帽的摩擦力为：食品与前刀面的摩擦力为：整理得：[4]式中：F－铰食品时任一与防护帽相接触的刀刃上的切丁力（N）—刀片切丁时食品的剪切抗力（N）－刀刃与防护帽的摩擦系数－食品被剪切时与前刀面的摩擦系数－刀片的前角（）－防护帽作用于刀刃上的压力（N）－食品被切丁时作用于前刀面的压力（N）由于式中：－食品的抗剪应力，与食品的质地有关－食品被剪切的面积，与防护帽的螺钉直径有关所以与食品的质地及螺钉的直径有关，故选定防护帽之后，可以看成为常量，故令。由于是防护帽作用于刀刃上的压力，可以看为刀片的预紧压力，是常量，故令。是刀片切丁食品时，食品对前刀面的压力与速度v有关，故令。简化式[4]得：[5]从式[5]和式[2]可知，刀刃前角的大小，直接影响着切丁过程中的切丁力，以及切丁食品时所产生的温度。在刀片旋转速度以及螺杆进料速度都一定的情况下，前角大，切丁食品所需的力和切丁食品所产生的热都小；反之，则大。但前角很大时，则因刀具散热体积小而使切丁食品时所产生的温度不能很快冷却。因此，在一定的条件下，前角有一合理的数值范围：一般取：(食品质软取大值，反之取小值)4.1.3刀刃后角的目的：一是减小后刀面与防护帽表面的摩擦；二是在前角不变的情况下，增大后角能使刀刃锋利。刀片磨损后将使刀刃变钝，使食品在切丁(切丁)过程中变形能增加，同时由于磨损后刀片的后角基本为零，加大了刀片与螺钉扳的摩擦，两者都使切丁过程中产生的热量增多。另外，在同样的磨钝标准VB下，后角大的刀片由新用到钝所磨去的金属体积较大[如图4-3所示]。这说明增大后角可提高刀片的耐用度，但同时也带来的问题是刀片的NB磨损值大(反映在刀体材料的磨损过大这一方面)，并且刀刃极度也有所削弱，故后角也有一合理的数值范围：一般取：(食品质软取大值反之取小值)4.1.4刀刃的刃倾角从分析由前刀面和后刀面所形成的刀刃来得知刀倾角对刀片性能的影响情况。在任一叶刀片的法剖面内，当把刀刃放大看时，可以把刀刃看成是一段半径为的圆弧[图5－4]，由于刀刃有刃倾角，故在线速度方向剖面内的刀刃将变成椭圆弧(斜剖刀刃圆柱所得)椭圆的长半径处的曲率半径，即为刀刃实际纯圆半径。其关系为：[6]由此可见，增大刀倾角的绝对值，可减小刀刃的实际钝圆半径，这就说明增大刃倾角就可使刀刃变得较为锋利。一旦刀刃的起讫半径r及R确定后，其最大初始刃倾角就可确定了[7]初始刃倾角按下式计算：[8]式中：r－刀刃起始点半径(mm)；R－刀刃终止点半径(mm)；b－叶刀片外端宽度（mm）;－初始刃倾角；4.1.5刀刃上任一点位量上切丁由于有了刃倾角，故刀刃上任一点相对于防护帽的速度，将可以分解为垂直于刃的法向速度分量和平行于刃的切向速度分量。即：其值为：又因为：所以：整理得（）式中：－刀刃上任一点位置的法向速度分度m／s；－刀刃上任一点位置的切向速度分量m／s；－刀刃上任一点至刀片旋转中心距离mm；－刀刃的初始刃倾角；－与刀刃相切的圆计算半径mm；R－刀刃的终点半径mm；r－刀刃的起点半径mm；4.1.6根据以上对刀片各个几何参数的分析，此刀片的特点：后角取4，刀片的寿命较长；前角取30，以减小切丁所需的力及功率；增加刃倾角，以提高刀刃的锋利度；采用全圆弧形的前刀面结构，以改善刀刃的强度；采用可换式刀片结构，以节约刀体材料并可选用不同几何参数刀片。5果蔬切丁机使用方法5.1冲洗每次使用果蔬切丁机前，得简单冲洗一下。一般而言，果蔬切丁机在上次用完后都是及时清洗过的，使用前的清洗，主要是冲掉机器内外的浮尘等。另一个好处是，使用前的冲洗会使切丁比较变得轻松流畅，也会使工作结束后的清洗变得比较省事。5.2安装不少人喜欢在每次切丁后把机器安装完整，其实这种方法并不可取。比较理想的做法是，每次用毕后，应将清洗干净的果蔬切丁机以散件形式摆放于木质箱柜中，或等其完全晾干后再行组装，不宜马上组装。安装先从组装开始。先将辊子送进机腔内，为减小磨损，可在转轴处滴一滴食用油，再将刀头安装在辊子上，注意刀口朝外。再将漏口安装至刀头，轻轻摇动使三者跟机腔紧密切合，再将坚固螺母安装到漏口外侧，注意要松紧适度，太松会使食品沫从边缝漏出，太紧会损伤丝口。最后安装绞把，注意手柄朝外，将缺口对准后套进去，然后拧上坚固螺丝。安装机器比较简单，最重要的是选好合适的固定件，如比较大的木案板，将咬合口对准案板，边缘后，旋紧紧固螺丝。因为切丁比较用力，所以固定机身时最好最好用螺丝刀等工具辅助坚固一下，以防工作过程中机器松动。5.3操作放入清洗好的食品，盖上上盖，启动电源，等到加热完成后开始切丁，切丁完成后果蔬切丁机提示切丁完成并停止工作。5.4清洗切丁完成后把切丁杯拆下泡到含有洗洁精的温水中，清洗干净，再用自来水冲洗两遍。放到阴凉通风的地方控干即可。设计总结漫长而又倍感充实的毕业设计阶段即将结束，通过这几十天的学习，我觉得自己的专业知识和独立思考问题的能力有了很大的提高，对我走向社会从事专业工作有着深远的影响。现在谈谈对本次毕业设计的认识和体会。首先，我感触最深的