马铃薯切片机设计

马铃薯切片机的设计 摘 要 ： 马铃薯营养价值丰富，是人们主要的杂粮之一，而在很多情况下都需要将马铃薯切片或切丝，因而马铃薯切片（切丝）机应运而生。我国的切片机技术发展开始于 70 年代，而外国的切片机技术从 60 年代就开始发展了。并且最早的切片机并不是应用在切割食品方面。目前的切片设备庞大，很难在餐厅、食堂等场合使用。本文设计的切片机主要是针对中小场合，如加工作坊、食堂、家庭等。本设计针对马铃薯的形状而设计，本文中分别对带、轴、刀盘、 刀片等进行了设计计算，对轴承、键等元件进行了选择。本设计切片机有较高的效率，能对马铃薯、红薯进行工作。 关键词： 切片；离心式；切片机；刀片 in It is of in or so s in 970s, 960s. to is it is to be in is at as on of It be on to 目 录 摘 要 . 1 . 2 目 录 . 3 1 前 言 . 1 2 选题背景 . 2 国外切片机技术的发展概况 . 2 国内切片机 技术的发展概况 . 2 3 切片机总体方案的确定 . 4 结构特点与工作原理 . 4 结构特点 . 4 工作原理 . 5 3. 2 机构的组成部分及特点 . 5 电动机 . 5 皮带传动装置 . 5 轴 . 5 4 电机的选择 . 6 5 轴的选择 . 7 算轴的最小直径 . 7 的结构尺寸确定 . 8 的校核 . 8 弯扭合成应力校核轴的强度 . 9 6 轴承的选择和校核 . 11 轴承的选择 . 11 轴承的校核 . 11 7 键的选择和校核 . 13 键的选择 . 13 键的校核 . 13 8 V 带传动的设计计算 . 15 求计算功率 . 15 选 V 带的型号 . 15 求大小带轮 准直径 . 15 验算带速 V . 15 计算 V 带的基准长度 中心距 A . 16 验算小带轮包角 1 . 16 求 V 带的根数 . 17 求作用在带轮轴上的 压力 . 17 9 V 带轮的设计 . 18 V 带轮材料的选择 . 18 轮的结构尺寸的设计 . 18 轮结构形式的设计 . 18 轮尺寸的设计 . 18 10 刀片的设计 . 21 片类型的选择 . 21 盘的总成结构设计 . 23 11 机架的设计 . 24 机架设计要求 . 24 机架材料的选用及壁厚选择 . 24 机架整体设计 . 25 12 机体结构的设计 . 27 13 结论 . 28 参考文献 . 29 致 谢 . 30 1 1 前 言 马铃薯是 常见的 一种蔬菜 ，主要存在于家庭的餐桌和在工厂里被加工成其他产品。 在日常生活中，马铃薯主要用于鲜食；而在工业加工中， 马铃薯主要是经过各种加工工艺被 加工成 淀粉、粉丝、粉皮， 还有一 部分 加工成了 我们熟悉的 方便食品 （薯片、薯条） 。 随着人们生活的提高，对生活质量提出了新的要求， 近些年来餐快餐业发展迅速 ， 随之出现的 马铃薯 薯片、 薯条等休闲食品 消费量急剧增长 ，展现出强劲的势头 。这也就促进了马铃薯的生产 业 和加工 业的发展 。而在马铃薯的 许多 工业加工过程中 ， 往往 需要将马铃薯进行快速的切片处理 ， 要 在短时间内完成大量的马铃薯切片任务，人工是难以 完成的 ， 这就使得我们不得不寻找其他 高效率的路径来完成这些任务。本文将针对上面提出的问题涉及一种主要用于 食堂、 餐馆、 小作 坊和家庭的马铃薯切片机，其中对餐馆的意义更为重大，它的产生对餐馆和酒店 来说是一种福利 12。 值得一提的是，本设计不仅可以将马铃薯、洋葱 和 红薯 进行快速切片工作，还可以切丝。本设计的优点主要有以下几个方面：一、能对多种作物进行切削如：马铃薯、红薯、洋葱进行切片；并且厚度均一。二、降低了劳动强度，提高 工 作效 益 。 三 、 本设计易操作，结构简单， 紧凑。 2 2 选题背景 国外 切片机技术的发展概况 国外的切片机技术 发展 要比我国早。 切片机技术 的出现最早 可以追溯到 60年代，70年代 切片机的技术已经成熟。到 80年代， 国外出现很多切片机制造公司，如 瑞士的迈尔 八十年代中后期， 出现了 很多全自动 多功能切片机。 随继产 生了像日本 式会社的 干）系列机，瑞士 日本 式会社的 列机， 美国 司的 片机 生产厂家 3。就切片机的结构而言， 主要是 以 滚动轴承为支撑方式的切片机，一种是卧式的，另一种便是 立式 的 。 切片机的技术发展到今天功能 已经相当齐全，而且复合化，切片的方式也多种多样。 国内切片机技术的发展概况 我国的切片机技术发展缓慢，较国外发展稍晚一些，到 70年代初期才开始发展。那时候的切片机主要在中药，蔬菜 冻肉等领域得到应用 4， 其中土豆的应用尤为显著。我国的切片机主要有以下几种形式 ： 摇动式 切片机 、轮转式切片机、滑动式切片机、推动式（雪橇式）切片机及冰冻切片机 。 虽然 我国 在切片机的开发研究方面已经有了 30年的历史了 ， 并且近些年来 切片机行业发展迅速 ，但是与发达国家相比仍然有一定的距离， 我国 研制的切片机 得不到 大面积推广应用 5。虽然在我 国 已有切片机的生产厂家如山东省诸城市大洋食品机械厂的大洋牌土豆切片机有 400 型、 600型、江阴鑫达药化机械的中药切片机等 6。但我国的切片机方面仍然没有根本性突破 7。 由 国内外切片机技术发展的比较可以看出，我国的切片机技术发展晚，并且发展缓慢。马 铃薯经常出现在人们的餐桌上，是大多数人喜欢的食物，无论是在餐馆还是在家庭中，人们也更注重效率。在国内，切片机并没有作为常用设备进入人们的生活，并且在餐馆中也没有出现，而主要是出现在了工厂里，这也是因为目前市场上的切片机体积大，价格昂贵，难以操作、维护和修理。本设计意在让小型切片机进入家庭和 3 餐馆，尤其是餐馆，可以大大节省人力，提高工作效率，减少工作量。 4 3 切片机总体方案的确定 结构特点与工作原理 结构特点 考虑到切片机的适用范围和环境 ， 初步 确定 的 切片机 有以下几个特点： 1、装料、卸 料简单； 2、结构简单，便于维修 ； 3、操作方便，工作稳定。 本机构主要有以下优点： 降低了人们的劳动强度，提高了工作效率，能达到不小与 50Kg/h 切片的厚度一致性高，损耗低。 结构简单紧凑。 离心式切片机按动力 分为机动和人力两类。机动的包括内 电机驱动和燃机驱动 。电机驱动具有操作方便，工作稳定，效率高， 污染小等优点，所以本设计采用电机驱动 。 本设计 主 要由电动机、皮带传送装置、旋转叶轮、进料和出料装置组成。其大致轮廓图如图 18： 1 2轮 3 4其刀片 图 1 马铃薯切片机结构简图 of 5 工作原理 如图所示， 离心式切片机 工作时，电动机转动，带动皮带转动，经皮带转动并减速后将动力传递给输出轴，轴的顶端连接叶轮和刀片，刀片将物料切成片， 被切下的物料从刀盘底落下 ，然后经出料口送出。 通过调节 刀片与转盘间的垫片厚度 来控制切片的厚度 。 3. 2 机构的组成部分及特点 电动机 本设计 选用 号 电机 ， 同步转速为 1500 r/额定功率为 W，效率为 79%，重量为 26y 系列电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩大等优点。 皮带传动装置 切片机 的 传动装置 选择为 传动比 选 为 带传动 根据工作原理的不同 分为摩擦传动和啮合传动。按界面的形状 不同又可把摩擦型传送带 分为平带、 多楔带、圆带等）三大类。 为等腰梯形，其 工作 面 是与轮槽相接触的两侧面， 接触 轮槽底部 。 于轮槽的楔形效应， 张力相同的情 况下 ， V 带传动较平带传动能产生更大的 正压力摩擦力。 并且 作时能够 允许较大的传动比，结构紧凑，以及已标准化等特点，因而本设计选择 轴 轴的材料为 45号钢，选用深沟球轴承 固定轴 ：采用轴肩定位。 45 号钢综合力学性能好，小型件宜采用调制处理，大型件宜采用正火处理。主要用于制造强度高的运动件 ，如齿轮、轴、齿条、蜗杆等原件的制造。 6 4 电机的选择 所设计切片机的 生产效率 0kg/h， 取 Q=500 kg/h,。 切片机的加工对象一般为椭圆形 茎块，测定其长 一般 为 65宽 度一般 为 45生产效率的公式 Q=4*3*70*1000 *250*80*60*1000 *60 （ 1） 得出 n 350 r/ 是刀片长度； r 为刀盘半径； n 为传动轴的转速； a b 分别是一般茎块的椭圆的长和宽； t 为切片厚度；这里切片厚度为 3 z 为刀片片数，刀片片数为 4. 前面提到所选 V 带 的传动比 定 为 此得出 电机的转速范围是 350235.5 r/并且 考虑 到 电动机和传动装置的 重量、 尺寸、价格和带传动、减速器的传动比，电机选 额定功率为 1.5 同步转速为 1500 r/ 7 5 轴的选择 选取 45号钢作为轴的 原 材料 ， 进行 调质处理。根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺，确定轴的结构如 下图 ： 图 2：轴 2 算轴的最小直径 根据表（机械设计 基础第二版 12取 A=107 118（ A 为轴的材料和守在情况确定的系数） ，则有 7根据课本表 14知 45 钢可 取 =35 为材料的许用切应力） ， A=112 轴的强度计算 ，由公式计算轴的最小直径，由公式： 36 （ 2） r/ 得出 12 17 算轴的输出力矩 T，由公式： T=9550*3） 可以得出 T =955036 以上计算可知轴的输出直径不是很大 ， 并 且与轮盘和从动轮的尺寸比列不协调，电动机的输出直径为 24数据 远大于 所以 把 25为最小轴径 8 的结构尺寸确定 轴的 一端连接皮带，另一端 为 刀盘 ，取 5 轮及刀盘采用轴肩定位，且定位高度 h 0 虑此处轴径， 从 轴承产品目录中初步选定 7207c 角接触球轴承，其尺寸为 d D B=35 72 17, 所以 5手册 7207c 可知 角接触球轴承的 数据如下： 轴肩高为 4 以3 刀盘的尺寸和从动轮的尺寸确定 6 5 轴承的尺寸，可以确定 7 由 轴承端盖的结构和传动轴，确定轴承端盖的总宽度为 20，根据轴承端盖的装拆及 便于 对轴承添加润滑剂的要求， 取 0 据轴的总体尺寸，取 00 的校核 求轴的 载荷，首先根据轴的结构，作出轴的计算简图。根据轴的计算图，做出轴的弯矩图和扭矩图 。 图 3 轴的载荷分析图 he of s 9 从 上 图中可以看出靠近大带轮轴承上的截面为危险截面。现将计算的危 险截面处的M、 选取轴的材料为 45 号钢，调质处理 9。 上面 已经算出轴的最小直径为 25 矩为 36 以，可以计算出作用在轴上的力圆周力 Ft=4） 53600*2=288 N 作用在刀片上的 力径向力 030 F （ 5） 可以得出 根据上面的数据和轴的机构以及弯矩和扭矩图中可以看出，受载荷最大的面是靠近大带轮的轴承端面，因此求得此截面的弯矩扭矩如表 1： 表 1 截面的弯矩扭矩 of 载荷 平行于轴 垂直于轴 支反力F 741 125 N V 弯矩 M 4245N/mm / 0 6 51 / 2 02 总弯矩 221 M =63999 N/22 9020734245 M =35413 N/矩 T 弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时， 一般 只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强度。 10 查 机械设计 基础 式（ 13231） 12， 0以及上表的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 =算轴的应力 ,由公式： ( （ 6） 得出轴的应力： ( =得 经调制处理的 45号钢 60 以计算出轴安全。 该轴在此截面的右侧的强度也是 符合要求 的。 由于 本 切片机没有 大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。至此 ,轴的校验结束 ,轴的校验合格。 11 6 轴承的选择和校核 轴承的选择 轴承在 承受 径向力 的同时，也承受着轴的重量以及轴上其他部件的重量 。故选用720710。 轴承的主要参数： 内经： 35径： 72触角： 15度 预计寿命为 8年 工作小时数 2000 小时 轴承的校核 角接触球轴承 滚动体与内外圈的材料应 对 硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击性 的要求都比较高 。 它 的特点是 既能承受径向载荷又能承受单方向轴向轴向载荷。接触角越大，承受轴向载荷越大，接触角越小，承受轴向载荷就越小。反之，接触角越小，承受径向载荷的能力越大，也越适用于高速应用的场合。 考虑多种因素我们 选择角接触球轴承。 所以选择角接触球轴承。由上述可知，选择 7207C 的角接触球轴承，现对其进行校核 。 因该轴承受 和须求出当量动载荷 P。计算时用到的径向系数 X、轴向系数 Y 要根据 0 轴承型号未选出前暂时不知道， 所以需要试算。由 机械设计基础表 1012，暂取 0r= e= 因 88N， r=e，由机械设计基础表 1012查得 X=Y= 由公式 P=X Y （ 7） P= 计算所需径向基本额定动载荷值，由公式： 12 161060 （ 8） 机械设计基础表 1012）； （机械设计基础表 1012，因工作温度不高）； 12000h 所以： fC 9101200010 396601 1661 9102900 N 920 N 故 7207a/88/1920=原估算接近，适用。 13 7 键的选择和校核 键的选择 均为一般联接，可选用普通平键中的圆头普通平键。 安装刀盘处键的选择： 由以上计算可知 此处轴的直径 5 机械设计课程设计手册表 4键的截面尺寸 如下 ：宽度 b=8 度 h=7 键长 L=14 与皮带轮联接的键的选择： 由以上计算得 此处轴径为 5 理选用键的宽度 b=8 度 h=7 键长 L=18 键的校核 键、轴的材料都 是 钢，键采用静联接，冲击轻微。查机械设计基础表 13许用挤压应力 p=125 150 p=135 键 1的工作长度 l=4 7 与刀盘的接触高度 k=.5 机械设计 基础公式 1312： p=02 （ 9） 得出 16 p所以键 1的强度 合适。 键 2的工作长度 l=5 19 与皮带轮的接触高度 k=mm p=02 （ 10） 得出 36 p所以键 1的强度合适 T 传动的转矩 N m k 键与轮毂键槽的接触高度 l 键的工作长度 14 d 轴的直径 15 8 V 带传动的设计计 算 求计算功率 为n 1500 r/由 机械设计基础表 612可知选 由公式 ： （ 11） 则得出 选 V 带的型号 可 用普通 带，现选普通 根据 1500 r/ 机械设计 基础表 612查出为 型带 求大小带轮 由 机械设计手册中 表 130 71 在取小轮 1 公式： d2=(12 （ 12） 可得出 d2= 71 中在机械设计手册查出为 机械设计手册表 13 36 虽然 但其误差小于 5%，在允许的范围内，所以 36 可以。 验算带速 V 由公式 V= 1000601 (12 （ 13） 16 则可以算出 = 1000601 = 1 0 0 0601 5 0 =m/s 25 m/适。 计算 V 带的基准长度 a 计算中心距 ： .5(d1+ （ 14） 初步计算选取 可以得出 .5(d1+(71+236)=在取 70,由公式 0.7(d1+20 所以得出包角合适。 17 求 V 带的根数 查 机械设计基础 式 612： Z=)( 00 （ 18） 已知 500 r/ 1 查表 6可以得出 传动比 i=表 6得 W 由 1= 查表 6得 表 13L=此可得 Z= 以 根 求作用在带轮轴上的压力 机械设计手册表 13带每米长的质量 q=kg/ )00 c （ 19） 其中 Z为 V为 v 带的带速， 以得出 2) 现在计算作用在带轮上的压力 由公式： 0 20） 可以得出 18 9 V 带轮的设计 V 带轮材料的选择 V 带轮是带传动的重要组成部分，首先应该满足强度要求，同时也满足一下条件： 1、重量小； 2、结构工艺性好 3、质量分布均匀 4、 轮槽侧面要精细加工，以减小带的磨损。 经常用以制造带轮的材料是 铸铁， 铸铁带轮（ ，允许的最大圆周速度为 30m/。 如果对速度有更高的要求就要考虑用 铸钢或者是冲压钢板作为材 料。 小功率采用铸铝或塑料。本 切片机 的功率情况和转速，采用铸铁，材料牌号为 轮的结构尺寸的设计 轮结构形式的设计 带轮的结构形式主要有以下几种：直径较小时（ 采用实心式； 300可采用辐射板式；当 100300时可采用轮辐式 同时，可采用孔板式 。 由 小带轮基准直径 1 装轴带轮轴的直径 d=25 mm d 得出 小带轮选用实心式 小带轮基准直径 36 mm 300 得出 大带轮选用腹板式 轮尺寸的设计 V 带轮的轮槽与所选用的 V 带的型号相对应，此设计选的是 Z 带，根据书上表格可直接得出 基准宽度 .5 19 基准下槽深度 .0 间距 e=12 0.3 小轮缘厚 .5 轮宽度 B=45 带轮的总长 L=（ d=50 图 4 主动轮 4 V轮 d=23650，所以采用腹板式。由其轴径为 25 基准宽度 .5 基准下槽深度 .0 间距 e=12 0.3 小轮缘厚 .5 轮宽度 B=37