机械毕业设计(论文)-萝卜切丝机设计【全套图纸】

塔里木大学毕业设计PAGEPAGE110届毕业生毕业设计萝卜切丝机设计说明书学生姓名 学号3021206129所属学院机械电气化工程学院专业农业机械化及其自动化班级10-1指导教师日期塔里木大学教务处制前言蔬菜是人体所必需的一种食品，而且食用方法多样。所以要把蔬菜加工成各种形状（如：条状、片状等等），单单靠人工来完成既费时、费力而且也不好加工。随着人类社会的不断进步，生产力和人类生活水平的提高，现代家庭的生活节奏也不断加快。以往传统的一些厨房用具已不能满足人们的要求，厨房用具的自动化、多功能化已是大势所趋。切菜机的问世，给人们的生产、生活带来了巨大的便利，它不仅提高了人们的生活质量，而且也大大提高了生产效率。目前，多功能切菜机多为价格昂贵的大型设备，不适用于农民个体生产及小型工厂的食品加工；为克服这种缺点，我查阅了大量相关的文献资料，通过对各种小型切菜机性能的分析及比较，经过理论计算及校核，设计了一种小型多功能切菜机。该机主要由进料斗、下料斗、切削刀及刀盘、及动力源――电动机组成，工作原理主要是利用根茎类蔬菜的自由落体实现进料，通过切削刀旋转将下料斗中的蔬菜进行切片或切丝，最后成品由出料口出料。该机将原有的多功能切菜机进行了优化设计，实现了能够连续进料和出料，片厚度、丝粗细可调的功能，具有生产率高、功耗低、安全可靠、加工质量好等优点。通过使用AutoCAD软件对该机械进行装配制图及其相关零部件的制图，设计该机械的制造尺寸非常明确。当然，此项设计还存在着许多不完善的地方。相信随着科技的发展，切菜机会有更好的机型出现，使用更加方便。全套图纸，加153893706前言 11.绪论 3选题的目的和意义 3国内现状 3方案的确定 32.设计方案的选择 3整机的结构设计 3萝卜切丝机的工作 43.动力机构的设计及选择——电动机的选择 5参数选择的依据 5电动机的选择 54.主要工作部件的设计计算 7带轮传动的计算： 7带的选择 7求大小带轮基准直径 7验算带速 8求v带基准长度Ld和中心距a 8验算小带轮包角 8求作用在带轮轴上的压力 8带轮结构设计 9机体的设计 11机架及机体壁的设计 11进料斗及下料斗的设计 11切刀部分的设计 11切片刀的设计 11纵向小割刀的设计 12刀盘部分的设计 13刀盘套筒的设计 14轴的设计及校核 14轴的设计 14轴的校核 155.设计总结 18致谢 20参考文献 211.绪论选题的目的和意义本课题是有老师经考察通过毕业设计的形式下达给我的。主要源于现代人生活节奏快，讲求效率。萝卜、土豆是人们常吃的蔬菜，农贸市场上一年四季都有出售。年销量十分大。手工切土豆丝、萝卜丝耗时费工，特别是在食堂、饭店、酒店等场所蔬菜的切丝更是一个很大的难题。因此如果有这样一台切丝机无疑回给人们带来很大的方便。其次，酱制品行业改切腌制菜坯也需要一种对乳坯大头菜、萝卜等进行切片、切丝、切条加工的设备。再者，近两年脱水蔬菜在国际国内市场上极为畅销，因而许多地方的乡镇企业兴起了脱水蔬菜加工热，脱水蔬菜的生产规模不断扩大。但也遇到了一些难题，其中一个最关键的问题就是缺乏适合加工当地特种蔬菜的高效切菜机。因此，蔬菜加工机械是很有前景的。1.2国内现状土豆切丝机目前市场上也有销售[1]。它适应的范围比较小，主要适合于小块茎土豆的切丝，对块头的大小要求比较苛刻。对于有些块头较大的萝卜或块头较小洋葱就不大适合。另外就是大型的甜菜切丝机，但它是针对于加工生产的[2]。因此，一台方便普遍适用的蔬菜切丝机的问世无疑会给人们的生活带来很大的方便，也会推动食品加工工业的发展。1.3方案的确定设计就是着眼于这种现状，设计一台萝卜切丝，在满足大个头的萝卜切丝，切片的同时，也适合于各种块茎类蔬菜的切削。如胡萝卜、土豆、黄瓜、地瓜、榨菜等的切片、切丝等。要对蔬菜个头的大小无特殊要求，可方便的调整调整萝卜丝的粗细。切出的土豆丝粗细均匀，口感同手工切的一样，同时保证干净卫生。另一方面就是要使用方便。首先就是电源，选用220伏照明电为动力。另外就是操作方便，一人即可操作[3]。要满足普遍适应性，就要在进料斗那地方下功夫。在满足切削压力的同时，保持合适的间隙。切削采用锋利的切割刀，高速切削，就能使切出的萝卜丝、萝卜片表面细致光滑，赶上人工的口感。还可以比人工切的粗细更均匀。重点研究的问题就是切丝运动方案的选择，及切丝粗细可调的实现。运动方案一是考虑往复式，这一点可用曲柄连杆机构来实现［4］。方案二是考虑旋转式，使刀及刀盘绕轴旋转即可实现［5］。关于切片薄厚可调，切丝粗细可调，由于准备采用切片刀和纵向割刀相互配合。通过调整切片刀与刀盘的间隙可实现切片薄厚的调节；通过切片刀的调节和纵向割刀不同型号的更换来实现切丝不同粗细的调节。2.设计方案的选择整机的结构设计首先是切刀方案的选择，原先是考虑的两个刀片进行切削，一个刀片先将萝卜切成片，萝卜片在重力作用下滑落下一个切刀处，由下一个切刀切成丝。而它们的运动全为往复式，用曲柄连杆机构或凸轮去实现。后经老师指导，说这样的方案是不好实现的，尤其是在第二步操作进行切丝时，萝卜片的进给是一个比较难于解决的问题；还有就是这样的方案，生产率不高，效率低，机构也复杂。后来受人们生活中檫丝的檫菜板的造型和蔬菜的运动的启发，决定采用檫板往复式运动来进行切丝。又查阅资料，查到甜菜切丝的方案，决定采用切片刀和纵向割刀配合的方式切丝。如此只需将纵向割刀卸下就可切片［6］。此后又是运动方案的改变，这也是在我不断的思考和学习过程中改变的。因为往复式仍然存在效率低的问题，然后就是这样的机械制成之后震动也比较大。应该采用连续运转的方式。结合甜菜切丝机，选用圆盘式了。而后又是萝卜丝粗细的调节遇到了难题，其实调节并不难实现，关键是要操作方便。也存在切刀和下料斗壁间隙的问题，这也很是个问题，这是保证萝卜切削切削的最后部分能否完成切削的关键问题[7]。通过更换纵向割刀当然能够实现，但必要时候还是要调节切片刀的。如果在刀盘上通过螺钉进行刀片的调节，刀盘与轴位置固定，则保证间隙就需要调整下料斗壁与刀盘之间的间隙，也不是很方便，两个地方都要调节。最后决定将切片刀与轴位置固定。调整刀盘在轴上的位置来实现切片的薄厚，这也是切丝粗细改变的关键之一。整机的结构如图图２－１整机的结构1.大带轮2.圆螺母3.机体壁4.机架5.轴承端盖6.轴承7.轴承座8.主轴10.下料斗11.切片刀12.刀盘13.弹簧14.调整螺母16.角钢机架17.纵向小割刀18.电动机19.V带20.小带轮如图1，主轴即刀盘轴为横向，动力由电动机经带传动，通过电动机功率和转速的选择使获得一定的转矩和转速。切刀由主轴带动进行蔬菜切削。萝卜经进料斗滑入下料斗，由其自身重力和下料斗楔形壁的压力下，使萝卜紧贴刀盘，切片刀和刀盘同步旋转，由于切片刀与刀盘之间存在间隙，切片刀将萝卜片切下，在离心力和自身重力的作用下，从刀盘孔甩出。此间隙即萝卜片的厚度，通过调整刀盘定位处的滚花调整螺母，在弹簧力的作用下就可改变刀盘同切刀之间的间隙，从而调节切出的萝卜片的薄厚。如图2图2－2切丝系统1.主轴2.切片刀3.刀盘4.弹簧5.调整螺母6.纵向小割刀切丝时，将纵向割刀卡在刀盘的孔中，即可方便的切丝。纵向割刀采用标准设计，卡刀方便，制造出小刀片之间间隙不同的规格的型号。通过换刀，同时又可调整切片刀与刀盘间的间隙，就可方便的调整切出的萝卜丝的粗细。此即萝卜切丝机的工作原理。由于下料斗采用楔形结构，不但保证了切削时的压力。而且能适应物料大小的不同。因此此台机子的设计虽说课题是萝卜切丝机，但设计是着眼于于所有需要切片和切丝的蔬菜，例如胡萝卜、土豆、黄瓜、地瓜、榨菜、茄子等。3.动力机构的设计及选择——电动机的选择参数选择的依据根据现有蔬菜切削的工作原理，结合查阅资料确定了蔬菜切丝机的结构与传动方案，根据蔬菜的特性，对切丝机机工作时的切削力进行了分析推导，得出了削片时切削力的计算公式，为计算切丝片时所需的功率提供了理论依据，也为结构有限元分析提供了力学模型。建立结构草图[8]，运用以参数化特征思想为基础的CAD软件对蔬菜切丝机进行设计，并求解出刀及刀盘在一定转速时消耗的功率，从而求出整个蔬菜切丝机消耗的功率，根据计算功率选择电机。经查阅手册及相关资料，只要刀盘轴转矩满足T〉5N·m，即可满足一般蔬菜的切削。由于刀盘太快了反而不好，不能保证质量[9]，初步拟定转速450r/min，取转矩T=15N·m，（3－1）（3－2）由于功率不大，为了使用方便，选用单相电动机，额定电压是220V的。查阅机械课程设计手册175页，可选用小功率异步电动机YC系列。该系列的特点是单相电容起动，起动力矩大，起动电流小，适用于满载起动的机械。这样在进行蔬菜切削时完全可以将蔬菜放进料斗以后在开动机器。根据功率和转速，由机械设计课程设计手册查出的电动机型号有以下两种传动比选择方案符合，如下表据机械设计课程设计手册第177页表12-14可知有：表3-1电动机的类型方案电动机型号额定功率/W电压/V转速电动机质量传动装置传动比1YC90L475022014002332YC90S27502202800226综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量以及传动比。由于采用V带传动，采用第一种方案，设计V带传动比为3即可，不必另外安装减速器[10]。故采用第一种方案。因此选定电动机的型号是YC90L4。该电动机的主要外型和安装尺寸如下表3—2：表3-2电动机主要外形尺寸中心高外形尺寸地脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸装键部位尺寸90310×190×175100×1401050×248其主要外形安装尺寸如图3—1图3—1电动机主要外形安装尺寸根据转速初步确定传动比为i=3，电动机功率pd=750w,电动机输出转矩（3－3）其中nd——————电动机转速刀盘轴输入功率P=pd·ηv=750W×0.94=720W（3－4）η其中ηv——————V带传递效率这样刀盘轴的转矩（3－5）转矩也符合要求。刀盘轴转速（3－6）4.1带轮传动的计算：带传动根据带的截面形状的不同，可分为平带传动、v带传动、同步带传动、多楔带传动等[11]。其中最常用的是v带传动。主轴由通过V带传动。设计方案如下：4.1.1带的选择,由机械设计基础219页图13—15查知，选普通V带A型带。4.求大小带轮基准直径由于采用YC90L4电动机，传动比为3的方案。所以只需一级传动即可实现，设计V带传动比为3。由表13—7，取（4－1）由机械设计手册表12-1-11，取（虽使n略有增加，但其范围小于5％，允许）表13—7见《机械设计基础》219页表13—7。4.验算带速（4－2）V在范围内，合适。4.求v带基准长度Ld和中心距a初步选取中心距（4－3）取，由式（13—2）得带长（4－4）mm。查表13—2，对A型带选用（表13—2见《机械设计基础》213页）计算实际中心距：（4－5）4.验算小带轮包角（4－6）合适。求V带根数：需要传递功率为0.75KW，故选用两根。（由表13—7见《机械设计基础》219页）4.求作用在带轮轴上的压力查表13—1得A型V带的单位长度质量为q=0.1kg/m，故由式（13—17）得单根v带的初拉力（4－7）作用在轴上的压力（4－8）4.带轮结构设计小带轮毂孔径，带轮基准直径故小带轮采用实心式，大带轮采用孔板式[12]。a）小带轮其中：（4－9）（4－10）（4－11）（4－12）（其中，查表13—10得：e=12±0.3mm，）小带轮形状及尺寸如图4-1图4-1小带轮4.大带轮的结构尺寸取大带轮轴和小带轮轴相同。则大带轮的参数如下：B=（z—1）e+2f=（2—1）×15+2×9=33mm（4－13）（4－14）（4－15）（4－16）≥×9.9=14.85mm（4－17）≥×9.9=4.95mm（4－18）（4－19）取跟B一样的宽度33mm.其具体形状及尺寸如图4-2图4-2大带轮在转速不是特别高的情况下，带轮的材料一般采用HT150或HT200。4.2机体的设计4.2.1机架及机体壁的设计机架采用角钢焊接，牌号为3，在安轴承座的地方采用牌号为4的角钢。机架的设计应充分的烤炉到轴、电动机的安装，刀盘的尺寸等。为减轻机体重量，机体壁采用薄铁板进料斗及下料斗的设计为防止生锈，故进料斗采用不锈钢型号SUS304进行制造。进料斗的结构如图4－3图4－3进料斗下料斗采用楔形，能够是蔬菜贴紧刀盘，提供足够的切削力。下料斗也采用通用不锈钢型号SUS304进行制造，这样也能保证机体有足够的强度和硬度。切刀部分的设计切片刀的设计为防止生锈和保证机体有足够的强度和硬度，采用通用不锈钢型号SUS304进行制造切片刀的形状如图4－4图4－4切片刀刀面要进行研磨，保证刀片的锋利及合适的粗糙度，以使切出来的蔬菜丝表面细致光滑，由良好的口感。刀片要装在刀柄上，以保持与主轴的垂直度。刀柄的结构及尺寸如图4－5图4－5卡刀盘4.3.2纵向小割刀的设计要防止生锈和保证机体有足够的强度和硬度，采用通用不锈钢型号SUS304进行制造。由于切丝机的设计要能切出来不同粗细的蔬菜丝，这就要求在调整切片刀的同时，还要通过纵向割刀的更换来实现。首先，纵向割刀采用标准化设计，能方便的从到盘上取下和装上。纵向割刀制成上面小刀片间隙r从0～10mm的刀系列。其形状和基本尺寸如图4－6图4－6纵向小割刀刀盘部分的设计刀盘是蔬菜切削平面接触的面，其保持清洁和不生锈是很重要的，材料也选用不锈钢型号SUS304。刀盘是和切片刀一起确定切片厚度的关键部件，它与道是同步转动的，与到轴向对齐的地方，开洞，以是切出来的蔬菜片和蔬菜丝甩出来。它开的另一个洞石用来安纵向割刀的。其结构及尺寸如图4－7图4－7刀盘刀盘套筒的设计刀盘套筒是切片刀定位及刀盘安装的部件，套筒内外都开有键槽，分别用于和轴及刀盘进行周向定位。但盘可以在套筒上面轴向滑动，此举在与弹簧配合调整切片刀与刀盘的间隙，以达到切出任意薄厚的片，不同粗细的丝。套筒的外形及尺寸见图4－8图4－8套筒轴的设计根据转速初步确定传动比为i=3，电动机功率pd=750w,电动机输出转矩（4－20）其中——————电动机转速刀盘轴输入功率（4－21）其中——————V带传递效率这样刀盘轴的转矩（4－22）转矩也符合要求。刀盘轴转速（4－23）根据扭矩初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15—3，A0=112（4－24）考虑到轴受到的弯曲应力，初步拟定轴的最小直径为24mm根据机体和轴上零件的装配，设计出轴的结构如下图４－９轴的结构及尺寸轴的材料：轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢价格便宜，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，所以本设计采用45号钢作为轴的材料。轴的校核(1)按扭转强度计算，用于只承受转矩的传动轴的精确计算，也可用于既受弯矩又受扭矩的轴的计算。其强度条件为：（4－25）式中：为轴的扭切应力，；T为转矩，；为抗扭截面系数，；对圆截面；为传递的功率，；为轴的转速，；为轴的直径，；为许用扭切应力，。所以，把相关的数据带入公式中得：τ――――――――（4－26）由于轴的选材为45号钢，所以查表可知45号钢的许用扭切应力为，τ=25～45MPa。经校核设计的轴符合转矩要求(2)按弯扭合成强度进行校核径向力：（4－27）（4－28）垂直面的支承反力（图b）由得（4－29）由得（4－30），②求水平面的支承反力（图c）由得（4－31）由得（4－32），③绘垂直面的弯矩图（图b）（4－33）（4－34）（4－35）④绘水平面的弯矩图（图c）同理可得（4－36）（4－37）（4－38）⑤求合成弯矩图（图e）（4－39）（4－40）（4－41）图4－10轴的载荷分析图⑥求轴传递的转矩由（1）扭矩的校核可得扭矩⑦校核轴的强度校正系数α=0.6从图可见，B-B截面最危险，其弯矩为（4－42）（4－43）（4－44）（4－45）（4－46）轴材料为45号钢，调质处理，由表15—1查的许用弯曲应力=60MP，则（4－47）轴弯曲强度满足条件。完成了轴的弯扭合成强度校核。5.设计总结这次设计还是费了一番功夫的，其实功夫应该应该说是下在对实现方案的思索上，每次方案的改进也是建立在查阅资料，不断学习，认真思索的基础上的。首先是切刀方案的选择，原先是考虑的两个刀片进行切削，一个刀片先将萝卜切成片，萝卜片在重力作用下滑落下一个切刀处，由下一个切刀切成丝。而它们的运动全为往复式，用曲柄连杆机构或凸轮去实现。后经老师指导，说这样的方案是不好实现的，尤其是在第二步操作进行切丝时，萝卜片的进给是一个比较难于解决的问题；还有就是这样的方案，生产率不高，效率低，机构也复杂。后来受人们生活中檫丝的檫菜板的造型和蔬菜的运动的启发，决定采用檫板往复式运动来进行切丝。又查阅资料，查到甜菜切丝的方案，决定采用切片刀和纵向割刀配合的方式切丝。如此只需将纵向割刀卸下就可切片。此后又是运动方案的改变，这也是在我不断的思考和学习过程中改变的。因为往复式仍然存在效率低的问题，然后就是这样的机械制成之后震动也比较大。应该采用连续运转的方式。结合甜菜切丝机[6]，选用圆盘式了。而后又是萝卜丝粗细的调节遇到了难题，其实调节并不难实现，关键是要操作方便。也存在切刀和下料斗壁间隙的问题，这也很是个问题，这是保证萝卜切削切削的最后部分能否完成切削的关键问题。通过更换纵向割刀当然能够实现，但必要时候还是要调节切片刀的。如果在刀盘上通过螺钉进行刀片的调节，刀盘与轴位置固定，则保证间隙就需要调整下料斗壁与刀盘之间的间隙，也不是很方便，两个地方都要调节。最后决定将切片刀与轴位置固定。调整刀盘在轴上的位置来实现切片的薄厚，这也是切丝粗细改变的关键之一。这是方案的制定过程，其次在画图方面及设计方面自己也遇到了不少的阻力。这也是我意识到了自己的知识面还太窄，专业知识也不够扎实。今后我会不断充实自己。由于时间仓促，加上水平有限，失误之处在所难免。设计的表达方法也可能会有欠佳之处。诚恳的希望各位老师批评指正。致谢这次毕业设计能够得以顺利完成，并非我一人之功劳，是在所有指导过我的老师的教育下，同学的帮助下完成的。在这里，我要给他们表示我最真诚的谢意，是他们不仅让我完成了设计，还让我学到了许多书本上都学不到的东西，同时也给我提供了充足完备的学习条件和宝贵的交流机会，真是受益匪浅。在这里，我最想把我的感谢献给我尊敬