毕业设计（论文）土豆切片机的设计（含全套CAD图纸）

全日制普通本科生毕业设计土豆切片机的设计THE DESIGN OF POTATO SLICING MACHINE 由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706 学生姓名： 学 号： 年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化 指导老师及职称： 学 部：理工学部提交日期：2012年05月 目 录 摘要1关键词11 前言22 国内外概况22.1 国外切片概况 22.2 国内切片概况 23 土豆切片机总体方案的确定2 3.1 结构特点与工作原理3 3.1.1 结构特点3 3.1.2 工作原理及工作条件2 3.2 机构的组成部分及特点2 3.2.1 电动机2 3.2.2 皮带传动装置3 3.2.3 轴34 传动设计计算、零部件的强度、刚度计算3 4.1 动力计算3 4.1.1 主要参数4 4.1.2 土豆在料斗、刀片间被切削的受力分析5 4.1.3 输出轴的转速计算5 4.1.4 切削功耗P切6 4.1.5 传动、摩擦等的功率损失6 4.1.6 选择电机6 4.1.7 切片可靠性的计算6 4.1.8求计算功率PC7 4.2 选V带的型号7 4.3 求大小带轮d2、d1基准直径 4.4 验算带速V7 4.5 计算V带的基准长度Ld和中心距a8 4.6 验算小带轮包角18 4.7 求V带的根数8 4.8 求作用在带轮轴上的压力FQ8 4.9 V带轮的设计8 4.9.1 V带轮材料的选择9 4.9.2 带轮结构形式的设计9 4.9.3带轮尺寸的设计10 4.10 轴的选择11 4.10.1计算轴的最小直径11 4.10.2 轴的结构尺寸确定12 4.10.3 轴的校核13 4.10.4 按弯扭合成应力校核轴的强度13 4.11 轴承的选择和校核13 4.11.1 轴承的选择13 4.11.2 轴承的校核14 4.12 键的选择和校核14 4.12.1 键的选择154.12.2键的校核155 结构设计15 5.1 刀盘总成的结构设计156 入料斗的设计及叶轮的设计167 机架的设计16 7.1 机架设计要求16 7.2 机架材料的选用及壁厚选择17 7.3 机架整体设计178 机体结构的设计179结论18参考文献 19致谢20 土豆切片机的设计摘 要：随着科学技术的不断发展，农业机械技术也得到了大规模的应用。本文所设计的土豆切片机是一种体积比较小、结构比较简单。适用于家庭、餐厅、小作坊的小型农产品加工机械。土豆切片机设计的整个过程，其中主要包括总体方案的确定，各部件的设计与计算，总装与部装图纸以及各零件的图纸。完成了全部设计后，对切片机进行了评价，指出它的特点、优势之处，以及存在的一些不足，并提出了一些改进的措施。关健词：切片机；设计；计算The Design of Potato slicing Machine Abstract: As the development of science and technology, agricultural machinery technology has also been a large-scale application. The design of my potato slicing machine is a smaller size and the structure is more simple than others. Potato slicing machine is fit for the family restaurant, small workshops. This potato slicing machine throughout the design process, including the determination of the overall program design and calculation of the various components of the assembly with the Ministry of installation drawings and parts drawings. Completed all the design, evaluation, noted that it the Department of the characteristics, advantages, and the presence of a number of shortcomings, and proposed some improvement measures. Keywords: slicing machine; design; calculation 1 前言 薯类作物在我国分布很广，有二十多个省、自治区种植，是我国主要粮食作物之一，马铃薯还是一种很好的蔬菜作物。我国薯类作物种植面积1.4亿亩左右，总产量达2 3千万吨，是世界上产薯最多的国家1。在茎块作物的加工过程中需将其切成片。因此切片机应运而生。现在市场上，切片机械己经比较常见了，但是这些机械只适合产业化的生产，而没有适合农民作坊生产的切片机器；另外市场上的这些机械对切片物体的尺寸有着严格要求，不太适合块茎类蔬菜。因此根据市场需求，对块茎类疏菜，如:红薯、土豆等，进行切片，而且要求切片、大小厚度一致、均匀，效率要比较高，这些要求超出了手工的要求，加之一些营养成分较高的新鲜蔬菜不易保存，需进行加工保存，如:土豆，所以更需一种能切片的小型机器。该机器能满足切片大小厚度一致、均匀，效率较高，提高了劳动效率，改善了劳动质量，让人从切片劳动中解放出来，这样既减轻了农民在加工中的劳动强度，也增加了农民的收入，有利于机械化在农村的发展。2 国内外概况2.1 国外切片概况 目前，国内外已有一些产家研制和生产了此种机器。在国外的公司，如:美国的哈克逊公司生产了BIZERBA SE12、FAC F300半自动切片机，BIZERBA SE12D自动切片机:意大利碧佳 ES25、ES30斜刀式切片机:韩国的地质公司的肉类切片机等2。瑞士Meyer-Burger AG公司的TS系列机，日本Tokyo Semitsu 株式会社的TSK（若干）系列机， 日本Okamoto Machine 株式会社的ASM系列机， 美国STC公司的STC系列机等。我国的切片的研究开发方面虽然已有30年的历史，近几年来切片机的研制发展也非常迅速，但是与发达国家相比目前仍然有一定的距离。但我国的切片机方面仍然没有根本性突破。2.2 国内切片概况 在国内的公司有:马鞍山华宝机械设备有限公司生产的落地式切片、北京雅宝食品机械厂生产QR-300型自动切片机、沈阳清宝食品机械有限公司生产的CWS-350A。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。这些机器的特点是生产率大，速度快，适合于大型的场合3。价格比较贵，对于农民的作坊生产来说不适合。3 土豆切片机总体方案的确定3.1 结构特点与工作原理3.1.1 结构特点 根据本设计的要求及适用面来确定切片机的形式：本设计中我采用卧式切片机， 因为卧式切片机的装料和卸料都比较容易， 结构简单，操作和维修便易，而且卧式相对立式工作时产生的震动小，有益于机械的正常工作，是非常适合作坊的机械。卧式切片机有电机、旋转刀盘、皮带传动装置以及输入输出物料装置等组成。 本机构主要有以下优点： (1)、降低了人们的劳动强度，提高了工作效率。 (2)、切片的厚度一致性高，损耗低。 (3)、切削种类多，能对土豆、红薯、洋葱等进行切削。 (4)、结构简单紧凑。3.1.2 工作原理及工作条件 卧式切片机采用电动机作为动力，皮带轮传动减速装置带动输出轴转动，轴的末端接一旋转刀盘，刀盘上的刀片随着刀盘转动，把马铃薯切成片4。切片的厚度出刀片与刀盘间的垫片厚度在控制。此外，切片与起丝的转换可以通过更换切片来实现。如图所示：1-刀盘 2-传动轴 3-皮带以及皮带轮 4-电动机 图1 土豆切片机原理图Fig.1 Electric voltage of potato slicing machine3.2 机构的组成部分及特点3.2.1 电动机 由于卧式切片机的生产效率为500kg/h,所以选择的电动机为YB132S1-2,其额定功率为5.22KW，同步转速 n=2000/min(选定计算过程见后面 ).3.2.2 皮带传动装置 切片机选择V带轮作为传动装置，传动比为4。3.2.3 轴轴的材料为45号钢，轴的固定选用深沟球轴承：采用轴肩定位4 传动设计计算、零部件的强度、刚度计算4.1 动力计算4.1.1 主要参数 刀盘直径:根据红薯的外型尺寸，切片时所需的速度、生产率等条件，确定刀盘直径为300mm 切削力:由资料查得到刀片单位长度承受的切削力至少为0.3 kg/mm.下面是直刃刀片和圆弧刃刀片在切削中受力的对比，从而选择刀片5。直刃刀片和圆弧刃刀片在切削中受力数据资料如下:对直刃刀片而言直刃刀片在切削中的受力数据如下表：表1直刃刀片分析Table 1 The analyzing of straight bit编号项目 切削面积 切削阻力平均切削阻力 切削长度 平均切削阻力cm2 kgkg/cm2 mm kg/mm1顺行 2.41.32.20.705 240.092逆行1.40.655.952140.3752顺行 1.60.820.694160.125逆行1.40.621.786150.1333顺行 0.71.322.198130.667逆行1.00.51.53100.154顺行 1.91.231.31690.158逆行0.70.63.58.33370.55顺行 1.90.81.50.987190.79逆行0.90.834.16790.3336顺行 1.20.721.681120.167逆行1.20.622.778120.167平均 2.799 0.258 圆刃刀片在切削中的受力数据如下表：表2圆刃刀片分析Table 2 The analyzing of arc bit编号项目 切削面积 切削阻力cm2 kg平均切削阻力 切削长度 平均切削阻力kg/cm2 mm kg/mm1顺行 2.40.5 1.5逆行 1.40.6 2.5 2顺行 1.50.7 2逆行 1.40.8 1.5 1.905 16 0.1331.339 15 0.1073顺行 1.70.3 1.5 0.629 13 0.088逆行 1.00.5 1 2 10 0.14顺行 1.80.7 2.5 1.984 9 0.139逆行 0.70.6 2 8.477 7 0.2865顺行 1.80.2 1 0.455 19 0.056逆行 0.90.8 2 2.778 9 0.2226顺行 1.90.1 2 0.887 12 0.05逆行 1.20.6 1.5 2.083 12 0.125平均 1.92 0.133以上两表可以看出圆刃刀片要比直刃刀片省力50%左右，所以本设计采用圆刃刀片，材料选用45#。4.12 土豆在料斗、刀片间被切削的受力分析土豆在切削时的受力情况示意图1-刀盘 2-土豆 3-料斗壁图2 土豆受力分析图Fig.2 Bean stress analysis 红薯在切削时，刀片给红薯一切削力P，同时入料斗也给红薯一反力N,N分解为水平分力R1.和垂直分力N1，形成一对力矩M1=R1L2,M2 =N1L1，要使红薯不跳动,不转动，保持平衡则需PL2=MI+M2。方向相反。4.13 输出轴的转速计算此处已删除因该轴承受 和的作用，必须求出当量动载荷P。计算时用到的径向系数X、轴向系数Y要根据Fa/C0r值查取，而C0r是轴承的径向额定静载荷，在轴承型号未选出前暂时不知道，故用试算法。根据机械设计基础表16-11，暂取Fa/C0r=0.17，则e=0.5。因Fr=288N，Fa =166.2N，则Fa/Fr=0.57e，由机械设计基础表16-11查得X=0.44，Y=1.4。由公式P=X Fr +Y Fa （24）P=计算所需径向基本额定动载荷值，由公式： （25）fp=1.2（查机械设计基础表16-9得）；ft=1（查机械设计基础表16-8得，因工作温度不高）；Lh是使用寿命，为24000h所以：Cr=29102900 N C0r=1920 N故6209深沟球轴承轴承轴承的Fa/C0r=288/1920=0.15与原估算接近，适用。4.12 键的选择和校核4.12.1 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：此处轴的直径d1=35 mm，查机械设计课程设计手册表4-1得键的截面尺寸为：宽度b=8 mm,高度h=7 mm,取键长L=14 mm.与皮带轮联接的键的选择：此处轴径为d2=25 mm，同理选用键的宽度b=8 mm,高度h=7 mm,取键长L=18 mm.4.12.2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14-1得许用挤压应力p=120150 Mpa,取p=135 Mpa。键1的工作长度l=L-b=14 -7 =7 mm,键与刀盘的接触高度k=0.5h=3.5 mm查机械设计手册由公式：= （26）得出p为116 Mpa小于p所以键1的强度合适。键2的工作长度l=L-b=25 -6 =19 mm，键与皮带轮的接触高度k=0.5h=3mm= （27）得出p为136 Mpa小于p所以键1的强度合适T传动的转矩Nmk键与轮毂键槽的接触高度l键的工作长度mmd轴的直径5 结构设计5.1 刀盘总成的结构设计刀盘总成是完成切削过程并且保证切削质量的最重要部件；刀盘总成有刀盘、刀片、和调整垫片以及螺钉组成，通过调整垫片即可调整切片厚度。调整垫片有多块，厚度均为1mm，不用调整垫片时，可以切5mm厚的片，用一块垫片则可切6mm。根据要求，切削厚度为5mm，且刀片需要通过调节以保证切削厚度，所以刀片厚度应稍大于切削厚度以嵌入刀座并可进行调节，刀片厚度取5mm。考虑到本设计的卧式切片机的切削物料以土豆等作物为主，刀片的长、宽应接近作物的尺寸了。15考虑到平带是圆周运动，因此我设计在每隔一定的距离安装一把刀片，有效的利用圆周运动，大大的提高工作效率。在整个刀座上装有2把刀片，即在平带运动一周的时间内，刀片切削2次。刀片的尺寸为长取105mm，宽取53mm。，用铆钉将刀片铆上去。铆钉的大小选取：采用沉头的型式，。刀盘是铸造而成，要求其质量分布均匀，保证转动的平稳性。6 入料斗的设计及叶轮的设计入料斗是保证进料顺利，同时起定力刃的作用，根据本机构的整体特点，入料斗设计成倾斜的矩形状，这样物料可以出重力自动下滑，入料斗和叶轮之间的距离不能太大或太小，必须保证切片的厚度， 所以设计入料斗与刀盘之间的距离为100 m左右。16现考虑如何让茎块进入料斗后能顺利下滑，来完成切割工序，首先查表得到物料与物料之间的摩擦系数为0.4， 在分析茎块在料斗中的受力情况。 要让茎块能顺利下滑，必须要求向Fn向x轴的投影在x轴的正方向上， 那样茎块才能顺利下滑，那么就必须要求，斜坡角度的确定过程如下：FR= FN+F1 （28）要想让茎块能顺利下滑的话， 那么必须Gsin(-)0，也就是说时茎块就能顺利下滑， f=tg=0.4，得到=21.8，而， 所以取=45，也就是说料斗的倾斜角度=450。 7 机架的设计7.1 机架设计要求机架起到在机器中支承或容纳零、部件的作用，机架的设计主要应保证以下三点：(1)、足够的强度和刚度；（2）、形状简单，便于制造；（3）、便于在机架上安装附件等。绝定机架工作能力的主要准则是刚度。在卧式切片机的中刚度决定着切片机的生产效率和切削精度。17强度是评定重载机架工作性能的基本准则。机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强度。此外还要校核其疲劳强度。机架的强度和刚度都需要从静态和动态两方面来考虑。动刚度是衡量机架抗震能力的指标，而提高机架抗振能力应从提高机架构件的静刚度，控制固有频率，加大阻尼等方面着手。机架受压结构及受压弯结构都存在失稳问题。有些构件制成薄壁腹式也存在局部失稳。稳定性是保证机架正常工作的基本条件。必须加以校核。为了满足稳定切片和切削效率的要求，本设计的卧式切片机采用机座机箱铸成一体使得整体的结构更加简单、合理、稳定，减少震动。7.2 机架材料的选用及壁厚选择铸造机架常用材料：铸铁：铸铁流动性好，体收缩和线收缩小，容易获得形状复杂的铸件。铸铁的内摩擦大、阻尼作用强，故动态刚性好。另外还有切削性能好、价格便宜和易于大量生产等优点。铸铁主要 有灰铸铁、球墨铸铁。18铸造碳钢：铸钢的弹性模量大，强度也比铸铁高，故用于受力较大的机架。由于钢水流动性差，在铸型中凝固冷却时体收缩和线收缩都较大，故不宜设计复杂形状的铸件。铸造铝合金：铝合金密度小、重量轻，通过热处理强化，具有足够高的强度、较好的塑性，良好的韧性。材料的选用，主要是根据机架的使用要求。本设计中的离心式切片机的形状较复杂。铸铁的铸造性能好、价廉和吸振能力强，应用也最广。焊接机架具有制造周期短、重量轻和成本低等优点。由于本设计的机架结构较为复杂，为了满足支撑其它各零件的要求，本离心式切片机机架各零件零件采用HT200，整体选择焊接的方式。壁厚选择当机架零件的外廓尺寸一定时，因而在满足强度、刚度、振动稳定性等条件下，应尽量选用最小的壁厚。7.3 机架整体设计机架整体应起到固定及连接各零件的作用。机架由以下几部分组成：支腿、底板、电机护罩、输出滑板、机壳、刀片座、连接板、支板、连接板、固定箱、固定箱盖。8 机体结构的设计机体就是由机座和箱体焊接而成，材料为HT200,箱体的安装传动轴的， 为了减少整个机体的重量，采用机座把箱体支撑起来， 再把箱体和箱盖相连接，使得整体结构更简单、合理、稳定，减少震动。19机座的下面安装电机，比带轮设置在机体外面，这样方便调节比带轮的松紧，检查皮带的安装是否正确到位。本设计的优点本机构主要是针对中小型场合而设计的， 它可以对多种茎块类作物进行工作，且有较高的生产效率。同时该设备结构简单，体积比较小，重量比较轻，生产率处于大型机械与手工劳动之间，适合劳动作坊等小场合。9 结论由于本设计因为个人知识有限，本切片机采用卧式刀盘，因此在切片的过程中难免会出现切片厚度不均匀的情况，还有就是本切片机占空间大。设计的切片机结构比较简单。主要改进措施是为了解决不均匀的问题，解决方案是： 在切片过程中始终保持切片的物体压紧，使其不跳动、不滑移。20参考文献1 张勋.马铃薯生产机械化与产业发展战略J.农机化研究,2008:1-6.2 陈伊里，屈冬玉.马铃薯种植与加工进展.哈尔滨工程大学出版社,2008：123-134.3 孙桓.机械原理M第七版.高等教育出版社，2007：73-74.4 濮良贵，纪名刚.机械设计M第八版.高等教育出版社，2006：23-24.5 李明喜.旋耕机刀轴的优化设计J.湖北汽车学院学报,2001:24-28.6 吴忠泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M第三版.高等教育出版社,2006：123-124.7 陈伊里，屈冬玉.马铃薯种植与加工进展.哈尔滨工程大学出版社,2008：69-72. 8 中国农业机械化科学研究院.实用机械设计手册M.北京.中国农业机械出版社，1984：112-114.9 周良德,朱泗芳主编,现代工程图学(M).长沙: 湖南科学技术出版社,2000:117-142.10 王爱珍.工程材料及成型技术（M）.北京：机械工业出版社,2005:89-120.11 刑忠文，张学仁.金属工艺学（M）.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999:26-45.12 曹正明.机械工程材料手册（M）.6版.北京：机械工业出版社，2003:96-117.13 朱张校.工程材料（M）.北京：清华大学出版社，2001:78-95. 14 罗迎社.材料力学(M).武汉：武汉理工大学出版社，2001:142-185.15 SHENG Kui-chuan,ahemd EL-Behery,Magdy Baiomy.Evaluation of different crop residue choppers for cotton stalksA.Proceedings of the international conference on rationalization of energy in agricultureC.Egypt,1998：45-50.16 Michael Hoerle.Potato leaf shredder machine with system for applying a surface treatment materialD,2006:3-5.17 庞声海、饶应昌.饲料加工机械使用与维修M.北京.中国农业出版社，2000：90-92.18 厉建国、赵涛.食品加工机械M.成都.四川科学技术出版社出版，1984.130-15219 张淑娟，全腊珍.画法几何与机械制图M.中国农业出版社，2007：43-44. 20 王昆、何小柏,汪信远.机械设计课程设计M. 北京：高等教育出版社，1996：130-152致 谢 毕业设计是一项艰辛的任务，但在老师的精心指导和同学们的热心帮助下圆满完成。在此向各位指导老师、特别是向高英武老师表示感谢。还要感谢在大学四年中帮助我的人，同时,也要感谢在论文写作过程中，帮助过我、并且共同奋斗四年的大学同学们，能够顺利完成论文。在整个设计过程中，自己所学知识得到了巩固、完善，并且高教授治学严谨、踏实沉稳的学风，在我的学习、生活中产生了积极作用，也使得本次设计能够顺利完成。 通过这次毕业设计，我从中收益良多。在设计过程中，使我将在大学所学到的理论知识系统地联系在一起，了解了机械设计的方法和流程，特别是怎样思考问题和解决问题，使得我所学的知识，得到一次比较全面地巩固。同时通过这次设计提高了自己的自学能力，从而学到了很多以前没有接触过的新知识，为以后能更好地从事这项工作奠定了良好的基础。11