家用小型榨汁机总体方案设计

青岛工学院毕业论文（设计）题目本科毕业论文(设计)家用小型榨汁机总体方案设计学生姓名学号学院年级专业指导教师答辩日期年月日绪论1.1题目背景及目的市面上售卖的所谓果汁饮料，都有标注部分小字浓缩还原一水果浓缩液+水+糖+其他的物质(防腐剂、色素、增稠剂等)的添加剂。这类的饮料，原果汁的含量在10%到30%左右，不仅仅是有大量的糖分和添加剂，并且在其加工过程中具有伴随高温杀菌的工艺过程，营养成分难以保留下俩。如果通过自己，用榨汁机调制的蔬菜汁或是水果汁，具有一定的好处如:安全，自由，均衡。无添加剂，随时的制作和食用，可以随意的进行营养搭配，可以用来做饮料或者煲汤做菜，没有工业流程的介入，最大程度上保留其中的营养成分。最近几年来，我国的科学技术不断发展进步，人们的生活质量不断提高，对于榨汁机这种家庭厨具需求量逐渐增长，通过了解榨汁机目前的现状及其现在市面上的榨汁机总结其优缺点，并且研究离心式榨汁机的发展前景、原理、基本结构等，能够解决目前市面榨汁机存在的一些问题，提高榨汁机的品质，出汁率高，品质更好，能满足消费者的消费需求和使用需求。1.2榨汁机国内外的发展趋势1.2.1榨汁机国外发展趋势随着经济的不断发展我国市场上也出现了各式各样的榨汁机，但大部分采用的设计理论、设计手段、设计方法、制造技术和检测手段落后；无论是从内在质量还是外观设计都远远不如发达国家。此外，国内许多原材料、基础件质量不稳定，直接影响了产品的整体质量。而且我国生产的水果榨汁机用于工业生产果汁的比较多，家庭实用型的却很少，且从性价比方面考虑也不是很让消费者满意，更主要的是我国目前使用的水果榨汁机通用性差、出汁率低，清汁果肉含量多。因此，要求出汁率高、果汁清家庭实用型榨汁机的研究与开发很受广大消费者的欢迎。市场处于导人期同咖啡机、面包机、煮蛋器这些西式小家电一样，榨汁机相对传统的生活必需品而言，更多的价值体现在人们对精致生活的追求上。榨汁机的价格普遍高于200元，一些知名品牌则要在500元左右，因此在中国市场一直都没有得到广泛普及。东菱凯琴董事长助理潘卫东透露，东菱早在上世纪90年代中期就开始生产榨汁机，由于当时国内市场需求较少，几乎都是贴牌出口。1.2.2榨汁机国内发展趋势直到2000年左右，国内榨汁机市场初具雏形，东菱才开始开拓国内市场。资料显示，目前发达国家平均每户家庭拥有小家电产品超过40种，而在中国的一级城市中，平均每户家庭拥有的小家电数量也不超过5种，且一般多为热水器、吹风机这类生活必需品，榨汁机、咖啡机等“情趣产品”的占有率则更低。苏泊尔有关负责人透露，目前榨汁机在中国家庭中普及率大约只有5％。潘卫东说，中国榨汁机市场目前仍处于导入期，一方面因为榨汁机进入中国市场较晚，而更主要的原因是国内消费水平还较低，消费者还没有形成饮用鲜榨果汁的消费习惯。另一专业小家电品牌ACA2003年进入中国市场的，据了解，ACA在中国的主打产品是电烤箱，榨汁机所占份额相对较小，并且目前以出口为主。由于电烤箱的销售旺季在秋冬季节，榨汁机则刚好弥补了企业夏季产品销售的不足。产品性能中国化“西方消费者普遍喜好功能单一而体积较大的产品，而中国消费者则倾向于选择集多种功能于一体且小巧的产品。”潘卫东说“为了迎合消费者的需求，大多数企业的产品都是融合了榨汁、搅拌、碾磨等功能为一体的综合食品处理器，生产纯榨汁机的企业并不多。”我们在卖场里看到，只有飞利浦的榨汁机全部为单榨功能的产品，其他几个品牌的产品，如苏泊尔，九阳、龙的，都是附带几个杯体的多功能食品处理器。销售人员透露：“一般消费者使用较多的功能是打豆浆和搅肉馅，单纯为了榨果汁的消费者很少。”然而多功能处理器的刀片更容易磨损，使用寿命要远低于单纯的榨汁机。果汁工业化加工起步于80年代，由于大规模果汁加工设备制造水平低，关键工序核心设备的制造水平与世界水平相差甚远。当时国产榨汁机的主要机型为螺旋榨汁机，其出汁率只有60%左右，比国际先进水平低20%多，当时建设的果汁加工厂所用榨汁设备几乎全部进口，机型主要是BUCHER公司的液力通用榨汁机，除价格昂贵、配件费用高外，使用效果比较理想。由于原料生产规模、国内消费水平及企业经济实力等因素的共同影响，加上购买这些昂贵的进口设备，使我国刚刚起步的果汁加工业负重挣扎、步履艰难地维持了15年。在此期间，无论从果汁行业整体规模到设备的制造水平基本处于半停滞状态。进入90年代后，随着我国水果产量的大幅度提高和鱼鲜销市场的逐渐饱和，“卖果难”愈演愈烈。另外，由于我国经济实力的增强及人民生活水平的提高，果汁加工业又进入—新的发展时期。目前，果汁加工业正向产业化发展，一些规模大、起点高、集团化、面向国际市场的企业正在发展壮大，带动了我国果汁加工业向大规模工业化生产转变。而作为成套生产设备主机的榨汁机的制造水平仍旧很低，国内投资上千万的果汁加工厂的关键设备仍全部依赖进口。由于具有处理量大、通用性广、出汁率高、产品质量好等优点，BUCHER的液力通用榨汁机及FLOTTwAG和AMOS的带式榨汁机是我国果汁加工厂选用最多的几种机型。这些设备的造价—般为同等水平国内设备的3至10倍，高额的设备投资影响和制约了果汁加工业的发展。国内有些企业为了降低设备的投资费用，以牺牲效益为代价，将卧式螺旋沉降离心分离机用于果汁加工。由于出汁率低，造成了大量的原料浪费。【1】1.3技术背景在人们的日常生沽中，由于榨汁机使用方便、榨出的水果、蔬菜汁营养便于吸收，因此作为一种常用小家电，受到广大消费者的欢迎。目前，市场上的家用榨汁机的品种有很多，其中，离心式榨汁机是较为常见的一种。专门用于水果、蔬菜的榨汁。离心式榨汁机包括榨汁机本体、果渣杯和果汁杯，榨汁机投料机构上端开有进料口，进料口的一侧还配置一个压料棒，榨汁机本体内部设有镀钛涂层的不锈钢刀片及不锈钢过滤网，榨汁机本体一侧开有出汁口和出渣口，并与集汁杯内部连通;果汁杯位于榨汁机一侧，并置于出汁口下方。使用时，只需将该榨汁机通电并启动，然后将果蔬放入进料口内，采用压料棒下压果蔬，并通过不锈钢刀旋转以及不锈钢滤网过滤后，榨成果汁和蔬菜汁，通过出汁口流出，并流入下方的盛汁罐内。2榨汁机的结构设计2.1投料结构的设计投料结构设计包括进料口和送料桶，送料筒的上端设有入料口，投料结构上设有分别与入料口连通的第一投料口和第二投料口，第一进料口位于送料桶的上方且第一投进料口的开口面积小于送料桶的开口面积；第二进料口位于送料桶的中间部位，第二投料口的开口面积等于第一投料口的开口面积，第二投料口设置于进料桶的中间部位且需要通过推料棒进行推料如此，可防止使用者，特别是孩童的手通过进料筒伸入榨汁筒内，以避免发生安全事故。图2-1投料结构2.2盖的设计设计榨汁机的时候，榨汁机的端盖和进料结构形成一个封闭的离心室，分离果汁果渣通过高速运动便在离心室中进行，端盖上设有进料口与推料棒，榨汁前，将水果片从进料口投入，然后用推料杆将水果紧压在圆形切料杆上，通过高速的旋转将水果捻成碎片，这时水果在离心室中做离心运动，由于质量大的离心力也大，故随着离心运动的进行，质量大的随着切料杆做高速运动，然后将水果渣通过滤网甩出，落到果渣盒中，而果汁通过出汁口随着离心运动的进行留入果汁杯。对于壁厚我们设计为2mm,这样就可以满足我们的基本要求了。图2-2盖的设计2.3滤网的设计传统的榨汁机，水果经过刀盘切削后，果汁和果渣是经过同角度同速度的网面进行过滤分离的。但是电机的转速很高，在离心力的作用下，果汁和果渣在同角同速度的网面上停留的时间很短，很大一部分的果汁会连同果渣一起被快速的一起甩出，与现有技术相比较，本次设计的榨汁机的过滤网由一层滤网与一层滤网固定套左右相接而成，果汁和果渣通过高速的旋转挤压甩出，大大提高了过滤分离的效率和水果的出汁率。本次设计滤网的材料选择为304不锈钢材质，选其材料的好处是，经过测试，磁铁不能够吸附在上面，耐腐蚀性强，并且容易清洁，塑料及其可被磁铁吸附的不锈钢材质容易氧化，腐蚀果汁，伴随着生锈和细菌的掺入，滤网的网孔直径选择大些，以防转速过快，有物质没有得到充分分解不易甩出，选择直径较小的滤网，容易被果渣堵塞，阻碍果渣和果汁的排出。图2-3滤网的设计2.4切料杆的设计本次的设计是以切料杆作为榨汁机中的刀具，其上连凸出的部件连接进料桶中，其下切料杆底部凹槽连接其电动机做固定安装，其底部刀片的材质选择为具有镀钛涂层的不锈钢刀片，因其滤网属于易损部件，选其这种涂层材料的好处是提高了硬度和寿命。图2-4切料杆的设计2.5集汁盘的设计本次设计榨汁机的集汁盘，包括内环壁、高度高于内环壁高度的中环壁、分别与内环壁的下端和中环壁的下端固定连接的下底板；所述的下底板设有出汁孔；其特征是，所述的榨汁机集汁盘还包括外围壁和分别与外围壁的下端和中环壁的外侧围固定连接的上底板；所述的外围壁的上端高于中环壁的上端；所述的上底板设有残渣出孔；所述的外围壁的内侧围设有若干个尺寸小于1mm的防吸附凸点，相邻两个防吸附凸点的间隔距离小于1mm。该汁机集汁盘装在榨汁机上使用，出汁孔与汁收集器连接，残渣出孔与残渣收集器连接；榨汁机榨出的汁从出汁孔流入汁收集器，残渣被离心力甩出从残渣出孔落入残渣收集器或被外围壁挡住从残渣出孔落入残渣收集器；残渣被外围壁挡住时，防吸附凸点使残渣与挡渣侧壁不易真空产生吸附使清洗方便。该榨汁机集汁盘使残渣与集汁盘的侧围易真空吸附不堵渣及清洗方便。2.6压料棒的设计榨汁机上一般设置有用来引导食物朝向旋转榨汁盘运动的导槽，为帮助食物通过导槽顺利进入旋转榨汁盘内，榨汁机上均配置一推料棒。现有使用的推料棒中，其结构包括一棒体，棒体呈实心或中空状。该结构的棒体存在以下不足之处:由于推料棒是用于帮助食物通过导槽顺利进入旋转榨汁盘内的，故此，棒体外表面与食物接触，其外表面不宜贴上防伪标识。本次设计一种结构简单、合理、使用方便点的一种榨汁机的压料棒装置，使榨汁效率高，出汁均匀。在端盖一侧上设有匹配的压料棒，压料棒内设有配重块，防止在高速旋转中未搅碎的水果甩飞出来，通过压料棒起到一个阻碍作用，使水果能够完全搅碎。这次使推料棒的棒体是中空的透明状柱体，让人们可以直接看到柱体空腔内的物件，其外观多样而且富有美感。2.7底座的设计设计本次设计低噪音的底座,该固定座的底部设有橡胶垫,底座的顶部连接主体,榨汁桶的底部设有固定板,固定板的底部开设有卡槽,底座的顶部设有减震垫,减震垫的顶部粘接有橡胶凸块,橡胶凸块处于卡槽的内部。橡胶凸块会插入卡槽的内部,使底座与榨汁桶之间固定,无法相互转动,同时减震垫会对底座与榨汁桶之间进行隔离,从而表面震动的传导,使其发出噪音,最后将外壳罩住主体,隔音棉会对底座和主体发出的噪音进行屏蔽﹐从而进一步减少噪音的传出,榨汁机的工作时,可以通过橡胶垫对固定座与桌面之间进行分隔,从而减少震动,避免噪音的产生。2.8榨汁机材料的选择这次设计采用的材料是聚碳酸酯塑料，这种材料呈透明或半透明状，着色性好，不易老化。聚碳酸酯的重要机械性能是刚而韧，无缺口冲击强度在热塑性塑料中名列前矛。聚碳酸酯的成型零件可以达到很精密的公差，并在很宽的温度保护范围内保持其尺寸稳定性，成型收缩率为0.5%~0.7%，膨胀系数低。最高使用温度可达135C。热变形温度135~143C，当用玻璃纤维增强后，热变形温度可提高到150~160C。聚碳酸酯的缺点是有一定的吸湿性，正常使用下吸湿率为0.15%，在室水中吸湿率为0.35%，在沸水中吸湿率为0.85%，在60度以上的水中会导致开裂而失去韧性。在水蒸气中反复蒸煮100次后，它的物理性能会显著下降。由于以上特性，聚碳酸酯在食品机械中常用来制造需要承受冲击载荷的食品模具和托盘，具有良好的使用性能。例如，饼干机上的冲压模和辊印模，巧克力浇注成型托盘等。还可以用来制造其他各种饮料器具、容器、离心分离管、泵叶轮等。而设计榨汁机外壳、电机外壳的时候，我们采用了工程塑料ABS，其优点是无毒、无臭、坚韧、质硬、刚性好，在低温条件下抗冲击和机械性能较好，使用温度范围大（-40~100度），因此应用广泛。2.9果汁杯与果渣盒的设计本次设计的果汁杯应该符合4-5人使用的大小量杯，方便一家人的使用，另外对于果渣盒的设计会选择与榨汁机出渣口高度稍低的杯子，放止于出渣口下，设置为较大的杯口，以防果汁与果渣的漏出杯外，引起浪费。3电动机的设计3.1电动机的条件合理的选择电动机是正确使用的先决条件。选择恰当，电动机就能安全、经济、可靠地运行；选择得不合适，轻者造成浪费，重者烧毁电动机。选择电动机的内容包括很多，例如电压、频率、功率、转速、启动转矩、防护形式、结构形式等，但是结合榨汁机的具体情况，需要选择的通常只是功率、转速、等几项比较重要的内容，因此在这里介绍一下电动机的选择要求。电动机类型的选择要从负载的要求出发，考虑工作条件，负载性质、生产工艺、供电情况等，尽量满足下述各方面的要求：由电动机类型决定的电动机的机械特性与工作机械特性配合要适当，机组稳定工作；电动机的起动转矩、最大转矩、牵入转矩等性能均能满足工作机械的要求。3.1.1电动机的功率应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。避免出现“小马拉大车”现象或“大马拉小车”现象造成不必要的损失和浪费。电动机的转速满足工作机械要求，其最高转速、转速变化率、稳速、调速、变速等性能均能适应工作机械运行要求。3.1.2运行经济性从降低整个电动机驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机类型，针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型；对一些使用时间很短、年使用时数也不高的机械，电动机效率低些也不会使总能耗产生较大的变化，所以并不注重电动机的效率：但另一类年利用小时较高的机械，如空调设备、循环泵、冰箱压缩机等，就需要选用效率高的电动机以降低总能耗。3.1.3价格低廉在满足工作机械运行要求的前提下，尽可能选用结构简单、运行可靠、造价低廉的电动机。3.2电动机的选择表3-2家庭常用单相串励电动机技术数据型号电压（V）频率（HZ）负载转速(r/min)负载电流(A)负载输出功率(W)效率(%)HCB54/2022050150000.605545HCB5/20A12060150001.15545HC76-4022050100002.525048单相串激电机一般用于对速度有高（4000~25000r/min）、起动力矩大、尺寸小的领域。主要应用于电力工具，搅拌机，真空鼓风机，家庭缝纫机，医疗离心机，以及其他日常用品。从构造上看，单相串激马达通常由端盖，机壳，定子铁芯，钉子绕组，换向器，电刷装置，电枢，风扇，转轴等构成。一般情况下，定子磁芯采用的是凸极型，且大多是正极型。定子线圈采用了中心式线圈。单相串激电机的构造和直流电机的构造非常类似，其最大的区别是，单相串激电机的定子铁芯需要用硅钢薄板堆砌而成，而直流电机的磁场可以堆砌而成，也可以做一个整体。因为有了交流绕组中的电抗，所以在功率、电压及定、转子铁芯都是一样的情况下，单相串激电动机的定、转子绕组的匝数要少于DC电动机的。所以单相串激式电机无论是从机械特性还是经济方面都适合本次设计的要求，因此可选择用HC76-40型号的电机。4榨汁机的运行设计4.1工作原理工作过程中，水果进入入料口，在推料棒的助力下将水果推入到封闭的离心室中，电动机开启后，切料棒迅速转动通过离心力将水果挤压到刀片上，在工作过程中的未被搅碎的水果通过推料棒重新推入，被榨空的水果残渣通过快速的旋转在滤网中甩出，实现一边出汁一边出渣的工作过程。5轴的校核5.1传动轴的校核轴垂直面内所受支反作用力：作弯矩图轴上BCD三点的弯矩:作扭矩:将参数代入上式得：当量弯矩图: 只检查传动轴上最大等效强度： 从中可以看出，接受对称的循环拉伸应力需要的拉伸应力[]9.06≥55，是安全的。6结论与展望鉴于当前市面上生产的榨汁机的各种不足，我在市面榨汁机的基础上做出相应的设计而成的以离心式为主的榨汁机，相比较其他种类的榨汁机，该榨汁机具有良好榨汁效果，出汁高，果汁和果渣的分离效果好，榨汁部件和壳体设计简单，便于拆装清洗维修，并且与市面上的榨汁机进行改进，榨汁主要部件切削部分的设计相比较其它种类的榨汁机而言，有了很大的改进；对于切削改为了挤压式刀片，加强了切削效果；不锈钢滤网更为精密，则使得果汁更加精纯。榨汁机的壳体等部件主要包含了端盖、榨汁机外壳、电机外壳、底座等，设计这些零件的时候，我们主要考虑了制造问题、材质问题和结构问题，使得制造上更加简便，结构上更加简单紧凑，材料上我们选用了聚碳酸酯塑料，不仅节省成本而且环保，这样相比较其他种类榨汁机而言就做到了小型化，自动化、环保化，安全化，更好地满足了广大消费者的消费需求。参考文献张绍英.水果榨汁机在我国的应用现状及发展趋势[J].食品与机械,1998(03):8-10.DOI:10.13652/j.ISS.1003-5788.1998.03.002.屈林贞.一种便于清理杂物残留的家用榨汁机:,CN114515097A[P].2022.徐梦媛,鲁玉军,唐曹丹,等.基于TRIZ理论的便捷式榨汁机优化设计[J].轻工机械,2020,38(2):7.刘军.水果榨汁机[J].明日风尚,2019(20):1.徐梦媛,鲁玉军,唐曹丹,胡小勇.基于TRIZ理论的便捷式榨汁机优化设计[J].轻工机械,2020,38(02):77-83.施张灵东.基于交互特征的产品识别设计方法研究[D].南京航空航天大学,2019.郭瑞轩,赵新军.基于TRIZ理论的家用果蔬榨汁机发展分析[J].科技创新与品牌,2017(07):70-72.胡斌.工业设计在食品机械中的应用探讨[J].食品安全导刊,2016,211:22-28.孙姗,王国扣,丁少辉.食品机械卫生设计基本要求[J].食品安全导刊,2016,19:45-49.卢鹏军.探讨新技术在食品机械中的应用[J].科技与企业,2015,23:26-28.刘明月.新型榨汁挤压装置的创新设计[J].机械工程师,2016,7:11-16.鲁亚云.榨汁机的机构设计和分析[J].食品工业,2020,4:184-188.

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