土豆清洗去皮机

马铃薯去皮机设计技术交流陈老师 150 6681 7866摘要：本次设计的项目是马铃薯去皮机的设计。在给定参数的前提下，主要完成了总体方案论证，去皮机筒设计，圆盘的设计，传动方案的论证以及电动机的选型，带传动设计等内容。对轴承，轴承座的选用情况也做了详细的介绍。最后，对电动机的控制以及擦皮机的维修保养等也作了一定程度上的叙述。关键词：马铃薯 去皮机 带传动 控制电路前言随着我国马铃薯产量的的不断发展和壮大，马铃薯的加工数量也不断的发展起来了，马铃薯的产品也越来越多。不论马铃薯最终做出什么样的成品，它的之前都会有清洗、去皮这两道工序。去皮是一道必需的工艺，因为马铃薯皮会影响后来的成品的口感，所以在加工前，必须将其皮去除。马铃薯去皮是所有马铃薯制品加工工艺过程的重要环节。1.马铃薯去皮机的概述1.1 国内、外研究情况马铃薯去皮是所有马铃薯制品加工工艺过程的重要环节，目前国内外马铃薯去皮的方法主要有：人工去皮、机械去皮、化学去皮、辐射去皮和蒸汽去皮等。目前，国内马铃薯去皮机形式主要有机械去皮，其中机械去皮的应用范围很广，种类最多，既有简易的手工去皮又有特种去皮机。有毛刷清洗去皮机江苏科威机械有限公司生产的毛刷清洗去皮机，由北京市蔬菜食品机械厂生产的QJGL一2000型清洗去皮机，山东省诸城市开泰食品机械厂TPJ系列土豆清洗去皮机，由兴化市金宇机械厂生产的JY-T500型薯类磨皮清洗机，由肇庆市天发机械有限设计制作的TP-500型薯类脱皮机，上海奉贤食品饮料成套设备总厂的砂辊式马铃薯去皮机等等1。1.2现状分析目前，国内马铃薯去皮机主要是机械去皮的，机械去皮的方法的主要优点有以下方面：1）降低了生产成本。2）减少了环境污染。由于不采用碱液，因而避免了废弃物污染3）操作简单，速度快，可一人操作，效率高4）皮屑可利用5）操作简单，被去除的果皮含有淀粉和较多的纤维素，又是很好的动物饲料；缺点：对马铃薯的外形有一定的要求，卵圆形牙眼浅，无伤痕。其它去皮方式，如蒸汽去皮的优点：1) 生产成本降低2）环境污染减轻3)产品得率提高4)产品得率提高，去皮完整、均匀 ,且能较好保持马铃薯的理化性能 ,被去除的果皮含有淀粉和较多的纤维素 ,又是很好的动物饲料。缺点：如果蒸汽温度，和加热时间把握不当，出现了因蒸煮过度使表面熟化层过厚的现象等等2。1.3 今后的发展方向1）降低了生产成本；2）减少了环境污染；3）操作简单，速度快，可一人操作，效率高；4）皮屑可利用，被去除的果皮含有淀粉和较多的纤维素，又是很好的动物饲料；5）可加工任意外形的马铃薯。如凹凸表面，表面有损伤的等。2. 马铃薯去皮机总体设计2.1 马铃薯去皮机的构造及工作原理去皮机是一种小型间歇式去皮机械。擦皮机由工作圆筒4，旋转圆盘5，加料斗1，卸料口7，排污口8，传动装置6及电动机3等部分组成。图1 马铃薯去皮机Figure 1 potato peeling machine它以电机为原动力，通过减速装置带动机筒底部的砂盘旋转，依靠旋转的工作构件驱动原料进行旋转，使得物料在离心力作用下，在机筒内上、下、左、右翻动并与机器构件产生摩擦，物料表面被砂盘均匀地磨蚀，去皮结束时加人清水 再打开侧门，块茎从侧门自动排出，皮屑随水流从砂盘的周围间晾排出。工作圆筒内表面是粗糙的，圆盘表面呈波纹状，波纹角=2030，两者大多采用金刚砂黏结表面，均为擦皮工作表面。圆盘波纹状表面除兼有擦皮功能外，主要用来抛起马铃薯，当马铃薯从加料斗落到旋转圆盘波纹状表面时，因离心力作用被抛至圆筒壁，与圆筒壁粗糙表面摩擦而达到去皮的目的3。为了保证正常的工作效果，擦皮机在工作时，不仅要求马铃薯能够被完全抛起，在擦皮室内呈翻滚状态，不断改变与工作构件间的位置关系和方向关系，便于各种物料的不同部位的表面被均匀擦皮，并且要保证马铃薯能被抛至筒壁。因此，必须保持足够高的圆盘转速，根据经验数据，摩擦圆盘线速度Vmax=5.67m/s时，对马铃薯的去皮效果最好，马铃薯果肉损失最少；同时擦皮机内马铃薯不得填充过多，一般选用物料料充填系数为0.500.65,依此进行生产能力计算4。2.2 马铃薯擦皮机的相关计算2.2.1本设计的主要内容：原始参数1）称料名称：马铃薯；2）容重0.8吨/米3；3）间歇生产 ；4）处理能力200公斤/小时；5）物料粒径200 (公斤/小时)2.2.3擦皮机的主轴转速的理论计算假设马铃薯为球形颗粒，且以单个马铃薯为研究对象，其质量为m，工作时它必须相对工作盘移动。物料在转盘旋转时受力情况如图1所示。图2 物料受力分析图Figure 2 Force diagram of materials设波纹角为，物料的速度为v。当转盘旋转时推动 物料A运动，其运动方向垂直于波纹切线。v可分解为V垂直和V水平，CB与转盘平面平行，可以看作是转盘的圆周速度R， 故 式中为角速度1/s；R为转盘半径（m）根据动力学，物料从垂直方向抛起的动能为 此动能应等于物料抛起后的势能mhg。为了正常运转，抛高h一定要超过物料在圆筒内的厚度，才能使最低层的物料抛起与筒壁进行摩擦，所以用代替h，又因为可得 化简得： (2)角一般取3为了正常运转，仅把物料抛起还不行，还要保证物料能抛向侧壁进行摩擦，抛向侧壁的力靠离心力C （N）此离心力应大于波纹对物料的摩擦力T,才能使物料抛向侧壁。 （N） f为摩擦系数使CT，则有 （） （3）取物料层厚度 (mm)摩擦系数f为1.11.3，设计中取1.1，波纹角代入（2），（3）得： （） （）擦皮机圆盘的转速应在n1及n1中取最大者，n=268（）4 验算圆盘转速n （m/s） =5.61 Vmax=5.67(m/s)根据经验数据，摩擦圆盘线速度Vmax=5.67m/s时5，对马铃薯的去皮效果最好，马铃薯果肉损失最少。2.2.4 擦皮机所消耗的功率的计算马铃薯去皮机所消耗的总功率，可用下式进行粗略估算 (W)式中M为转盘转矩(Nm),为传动效率;（4） R为摩擦臂矩，R=0.4D（D为转盘直径） =(0.750.85),设计中选0.80假设马铃薯为球形颗粒，马铃薯粒径80，设计中取80mm，马铃薯密度=1.01.2g/cm3，设计中取=1.1g/cm3 则单个马铃薯的体积V1 (cm3) 单个马铃薯的质量m1（g）=0.2498 (kg)一个圆筒内放入马铃薯的个数为N (个) 则马铃薯去皮机所消耗的总功率P为： (W) =6302.5W=6.302 (KW)3.传动方案的设计选用3.1 电动机的选用3.1.1 几种常见电动机的特点Y系列是我国统一设计的一般用途全封闭自扇笼型三相异步电动机，防护等级为IP44。Y系列电动机具有效率高、启动转矩大、噪声低，振动小，可靠性高等特点，适用于不含易燃，易爆或腐蚀性气体的一般场所和无特殊要求的机械，如：金属切削机床、泵，风机、运输机械、农业机械、食品机械等。它的额定电压380V,频率50Hz。YCJ系列齿轮减速电动机由Y系列（IP44）电动机与齿轮减速器耦合而成，齿轮箱与电动机已成为一整体，可直接输出低转速大转矩。适用于矿山、冶金、建材、化工、食品、造纸，农机等行业。它的额定电压380V,频率50Hz。YZR,YZ系列电动机具有较大的过载能力和较高的机械强度，适用于短时或断续运转，频繁启动，制动，有过载及有显著振动与冲击的设备。专用于起重和冶金机械或类似的其他设备。YZR系列为绕线型转子电动机；,YZ系列为笼型转子电动机。它的额定电压380V,频率50Hz。63.1.2 电动机容量的选择马铃薯去皮机所需要的功率P=6.302KW,因为设计传动中从电动机到圆筒有一对轴承，一个带传动所以电动机到圆筒的传动总效率为0=滚*带其中，滚=0.98,带=0.950=滚*带=0.98*0.95=0.931P1=P/0=6.302/0.931=6.77 KW3.1.3 电动机的选型根据上述对几种常用电动机的分析，综合考虑到马铃薯去皮机属于无特殊要求，配用效率高、启动转矩大、噪声低，振动小的 Y系列三相异步电动机就可以了。同一功率的异步电动机有同步转速3000、1500、1000、750 r/min 等几种可供选择，通常选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机。根据去皮机所需要的功率P=6.3025kw来选型，由于考虑到电动机功率应当比计算的值大一些，查阅标准表7-2-26，查出有俩个适用的电机型号，因此有下面俩个传动方案。表1 电动机选型表Table 1 Motor Selection Table方案电动机型号额定功率 KW空载转速r/mim满载转速r/mim效率%功率因数传动比i1Y160M-47.515001440870.855.372Y160M-67.51000970860.783.62普通V带传动比为24，链传动的传动比为26，齿轮的传动比为340，由上表可知，方案1的传动比为5.37，方案2的传动比为3.62，对比方案，为使结构紧凑,且的可以选择的传动方式多一些，综合考虑，选择方案2，所以本设计选用1000r/min的电动机，满载转速为970 r/min，查阅标准表7-2-2，选取Y160M-6型电动机。这种电动机的数据如下: 表2 电动机主要性能参数Table 2 Motor performance parameters of the main table型号额定功率kW满载时起动转矩额定转矩起动电流额定电流最大转矩额定转矩转速r/min电流A效率%功率因数Y160M-67.597017860.782.06.52.0表3 电动机外形和安装尺寸Table 3 Motor appearance and installation dimension中心高H(mm)外形尺寸L(AC/2+AD) 悬挂安装尺寸AB轴伸尺寸E装键部位尺寸FDG160605(330/2+265)254210112124237图3电动机结构简图Figure 3 Schematic diagram of motor3.2 传动方案的论证与设计3.2.1传动方案的选择去皮机转速n=268r/min,所选电动机的转速为1000r/min满载转速为970r/min,因此擦皮机的总传动比为i=970/268=3.62，因为普通V带传动比为24，链传动的传动比为26，圆柱齿轮的传动比为38可以有三种方案可以选择：a方案：电动机三角皮带轮转盘；b方案：电动机链传动转盘；c方案：电动机齿轮传动转盘。a方案采用的是带传动实现减速的目的，带传动的传动比为35左右，带传动便于将电动机和圆盘的基础分离，减轻振动的干扰，传动平稳，结构简单，成本低，安装维护方便，带损坏后容易更换。过载时，带在带轮上打滑，可防止其他零件的损坏，起到安全保护的作用。带传动对环境的要求比较低。一般情况下，在带传动中只要不接触润滑油，都不会影响到其寿命。b方案采用的是链传动实现减速的目的，与带传动相比无弹性滑动和打滑现象，平均传动比恒定，传动效率高，整体尺寸小，磨损后易发生跳齿，工作时有噪声，不宜用于载荷变化很大，高速和急速反向的场合。c方案采用的是齿轮传动实现减速的目的，它的效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命强，传动比稳定。齿轮减速传动器能够实现单位时间内的精确的传动比，作为独立的传动装置，能达到3000kw。但它的安装精度高，结构紧凑，制造成本大。齿轮传动对环境的要求比较高，当啮合齿轮在啮合的过程中，有粒状物夹杂其中，会加快齿轮的磨损，进而导致齿轮寿命的减短。以上这三种传动方案都能满足圆盘给料机的功能要求，但结构、性能、经济性和工作环境不同。根据设计数据，擦皮机的容重0.8吨/米3，处理能力200公斤/小时，求出总传动比为3.63，综合考虑选择方案a较合适。3.2.2安装形式选择带传动具体安装形式有三种方案可以选择：方案a:卧式电动机万向联轴器带传动转盘方案b:立式电动机(传动轴向上)带传动转盘方案c: 立式电动机（传动轴向下）带传动转盘a方案采用联轴器将电动机和主轴连接的，电动机是卧式的，中间需要万向联轴器实现90度的换向。这个传动方案结构简单，工作不平稳。b方案直接采用立式电动机，传动轴向上,用电动机的轴直接与小带轮连接，电动机的传动轴向上。这个方案传动平稳，结构简单，成本低，安装维护方便。图4 安装方案图Figure 4 installation program map（1.电动机2. 万向联轴器3.小带轮4.V带5.大带轮6工作机筒）c方案直接采用立式电动机,传动轴向上,用电动机的轴直接与小带轮连接，电动机的传动轴向上。这个方案传动平稳，结构简单，成本低，安装维护方便。较方案b结构紧凑。以上这三种传动方案都能满足圆盘给料机的功能要求，但结构、性能、经济性和工作环境不同。根据设计数据，擦皮机的容重0.8吨/米3,处理能力200公斤/小时，求出总传动比为3.63，综合考虑选择方案c较合适，电动机基本结构形式采用B3，安装结构形式采用V5安装。3.3 V带的设计选用带传动是由固联与主动轴上的带轮1、（主动轴）、固联与从动轴上的带轮3（从动轮）和紧套在两轮上的传动带2组成的（如下图）。当原动机驱动主动轮运转时候，由于带和带轮间的摩擦，便拖动从动轮一起转动，并传递一定的动力。带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲振动等特点。 图5 带传动示意图Diagram5 take to spread to move diagram带传动一般最常用的有几种皮带：平带，V带，同步带。多在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下,V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力要大,所以V带传动能力强,结构更紧凑, 在机械传动中应用最广泛.V带按其宽度和高度相对尺寸的不同, 又分为普通V带,窄V带,宽V带,汽车V带,齿形V带,大楔角V带等多种类型.目前,普通V带应用最广。同步带相当于平带与多根V带的组合,兼有两者的优点, 多用于结构要求紧凑的大功率传动中。由于马铃薯去皮机采用小功率电机，综合考虑，大小带轮之间采用普通V带。普通V带的截型分为Y、Z、A、B、C、D、E七种。3.3.1 V带的设计计算1） 确定计算功率 Pd=KAP查表6-1-116，按每天工作10小时，载荷变动小，取KA=1.1 Pd=1.17.5=8.25 kw2) 选带型根据Pd=8.25kw和n=970r/min,查图6-1-36选B型带。3） 确定带的基准直径D1和D2根据B型带截型参考表6-1-22和表6-1-236，选 D1=140 mm Dmin= 125 mm验算带速： （m/s）V在525 m/s范围内，所以D1直径合适。计算从动轮的直径：D2=iD1=3.62140=506.8 (mm)查简明机械设计手册表6-1-22，V带轮的基准系列圆整为D2=500 mm 传动比 i= (r/min) 带速 (m/s) 6） 确定带的根数：Z 单根V带的基本额定功率P1 由D1=140 mm和n1=970 r/min,普通V带，查6表6-1-37，得 P1=2.13 kw , kw 查表6-1-336，1=145时，Ka=0.91 查表6-1-196,Ld=2240 mm,B带，取KL=1.00 (根)7）确定单根V带的预紧力F0 查表6-1-346,B型带，m=0.17 =235.82 N8) 计算作用在轴上的力FQ(或压轴力) N N9) V带的安装要求1）普通V带和窄V带不得混用；2）各带轮轴线应相互平行，各带轮相对应的V形槽对称平面应重合，误差不得超过20; 3）带嵌入轮槽前，应先调小中心距，不得强行撬入；4）中心距调定应使带的张紧适度，应控制好初张紧力；10）V带传动的安装及张紧 图 6 V带的定期张紧装置Figure 6 V belt tensioning device on a regular basisV带的张紧方法有定期张紧和自动张紧两种方法。所设计的传动V带用于电动机和圆筒之间的传动，结合马铃薯去皮机的具体工作情况（如传递的功率比较小），采用张紧轴的定期张紧的方法，通过电动机与支撑板之间的螺栓连接，可以临时调试v带的张紧程度。如图8所示。3.4 V带轮的设计选用对于V带轮的设计应满足的要求有：质量小，结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。3.4.1带轮的材料的选择带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为HT150 或 HT200；转速较高的宜采用铸钢；小功率的可采用铸铝或塑料。对于本擦皮机我们选用V带轮的材料为：铸铁 HT150；3.4.2带轮结构的确定铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式：实心式，腹板式，孔板式，椭圆轮辐式。带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构形式；根据V带轮的槽型和带轮的基准直径，查6表6-1-27小带轮的基准直径D1=140 mm，B型槽，做成实心轮；大带轮的基准直径D1=500 mm300 mm, B型槽，做成六椭圆辐轮结构；根据带的截面类型确定轮槽的尺寸；确定了带轮的各部分尺寸后，即可以绘制出零件图，并按照工艺要求标注出相应的技术条件。带轮一般放在轴的端部，可以先求出轴的最小直径：轴的基本直径尺寸公式如下： P 驱动擦皮机所需要的功率，KW,P=6.3025KW； n 轴的转速，r/min，n=269r/min； A0 ，【T】 与轴材料有关的系数，在此处轴的材料为45号钢此次小型马铃薯擦皮机的轴一般选用45钢就能满足要求，45钢的可以查下表：表表5 轴常用几种材料的及A0值From5 material and A0 of shaft轴的材料Q235-AQ275、35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr、35SiMn38SiMo、3Cr13【T】/MPa1525203525453555A014912613511212610311297对于d100mm的轴，有一个键槽时候，轴径要增大5%7%，有两个键槽时候应该增大10%15%。因为轴上有1处键槽，所以mm又由于擦皮机的主轴承受的是冲击动载荷，故在设计时，轴的最小处直径应比理论计算的要大一些，然后，再综合考虑，暂时选取dmin=48mm。所以取d1=50mm。大小带轮示意图如下图所示：图7 小带轮结构图The diagram 9 the small structure of belt wheel图8 大带轮结构图The diagram 10 the big structure of belt wheel3.4.2 V带轮的设计要求对于V带轮的设计应满足的要求有：质量小，结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为HT150 或 HT200；转速较高的宜采用铸钢；小功率的可采用铸铝或塑料。对于本擦皮机我们选用V带轮的材料为：铸铁 HT150；带轮的技术要求：1）带轮各部位不允许有裂缝、砂眼、缩孔和气泡； 2）带轮轮槽工作面表面要光滑，轮槽棱边要倒圆或倒钝，以减少V带轮的磨损；3）轮槽对称平面与带轮轴线垂直度允差30；4）带轮轮毂孔公差为H7或H8，轮毂长度上偏差为IT14，下偏差为0；5）设计带轮时，结构要便于制造，质量分布均匀。当v5m/s时要进行静平衡试验，当v25m/s时则应进行动平衡试验。3.4.3 V带传动的键的选择在本设计当中，选择圆头普通平键联接。因为圆头普通平键（A型）宜放在轴在上指状铣刀铣出的键槽内，从而使键在键槽内轴向固定良好。这种键用途广泛。缺点是键的端部侧面与轮毂并不接触，不能参与传递转矩，因而键的圆头部分不能得到充分的利用，且轴上键槽端部的应力集中较大。平头平键（B型）是放在用盘铣刀铣出的键槽内，因而避免的上述的缺点，但对尺寸较大的键，宜采用紧定螺钉固定在轴上的键槽中，以防松动。单圆头平键（C型）则常用于轴端与毂类零件的连接。考虑到结构的简单，安装方便和与同一个轴应采用的键应统一，本设计中加工的键槽用端铣刀加工的，故可选用A型键槽。表4 键的尺寸选择Table4 key sizes68810101212171722223030383844bh223344556687108128轴的直径44505058586565757585859595110110130bh1491610181120122214251428163218键长系列6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200根据上表来选择由上述可知电动机的输出轴的伸出长度为：L=112mm；轴径为d=42mm；选用平键来进行V带传动的径向定位。(经查表得：小带轮上的为： 键 1290 GB109679；表示为：圆头普通平键（A型）；b=14mm，h=8mm；l=90mm；大带轮上的为：键1428 GB109679；表示为：圆头普通平键（A型）；b=14mm，h=9mm；l=70mm；) 键的材料采用抗拉强度不小于600Mpa 的钢，常用45号钢。键槽的表面粗糙度：轴槽，键槽宽度b两侧的表面粗糙度参数Ra 值推荐1.63.2um;由轴的长度系列L确定键的长度为90mm。平键强度的校核，选择好的键，便是校核其强度是否满足实际工作的需要，根据强度校核公式：P=P = T传递的转矩 Nm ；d轴的直径 mm ；l键的工作长度 mm ；k键与轮毂的接触高度mm，k=0.5h，此处h为键的高度；b键的宽度mm；查表5-3-178动连接，轻微连接，知，P=40 MPa，=990 MPa1） 校核键1290带轮直接放在电动机轴上N.m2） 校核键1470 N.m(5)4.轴的设计轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗轮等），都必须安装在轴上才能运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支撑回转零件及传递动力和运动。按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴、和转动轴三大类。工作中既承受弯矩有承受扭矩的轴承称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受扭矩的称为心轴，心轴又分为转动心轴和固定心轴。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。经过分析此次设计的轴是转轴。轴还可以按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转的运动改变为往复直线运动，或者做相反的运动变化。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。直轴一般都制成实心的。在那些由于机器结构的要求而需要在轴中装设其它零件或者减小轴的质量具有特别重大作用的场合，则将轴制成空心的。空心轴内径与外径的比值通常为0.50.6,以保证轴的刚度及扭转稳定性。4.1轴的材料选用轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧钢圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于碳钢比合金钢廉价，对应集中的敏感性较底，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，故采用制造轴尤为广泛，其中最为常见的是用45钢。合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴径的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。应力水平很低的轴，从经济上考虑，一般多选用强度等级较差的普通碳素钢，例如Q235-A钢等，有时也选用优质碳素钢如45号钢等，一般以其毛坯供应的热处理状态作为材料的热处理要求，图样上不再做任何要求。应力水平高的轴一般选用调质钢，大多数是含碳量在0.30%-0.60%范围内的碳素结构钢和合金结构钢，调质钢就是能进行调质处理。调质处理后得到的是索氏体组织。它比正火或退火所得到的珠光体和铁素体的混合组织具有更好的综合力学性能，例如有较高的强度，较高的冲击韧度，较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。调质钢的钢种很多，常用的有35、45、40Cr、45Mn2、40MnB、35CrMo、30CrMnSi和40CrNiMo等。碳素结构钢如45号钢等，硬度和强度在调质后均有提高，但其淬透性较差，不易获得均匀的组织，强度水平也较低，一般用在尺寸较小，应力水平相对较低的轴上。根据设计形式（转轴），综合考虑使用45号钢作为材料。42轴的结构的设计轴的设计也和其它零件的设计一样，包括结构设计和工作能力计算两个方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件的装配困难等。因此轴的结构设计是轴设计的主要内容。轴的工作能力计算是指轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时候只需要对轴进行强度计算，以防止工作产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。本次设计主要考虑以下问题：所选材料的强度、硬度以及热处理状态，在特殊情况下还应考虑耐腐蚀性和高温性等。此外，还应考虑材料的价格、加工容易程度和采购是否容易等等；轴是否满足强度、刚度要求和规定的使用寿命；轴和轴系的尺寸、结构和配置等是否与整个机器相适应；带轮等的联结方法、位置、固定、装配和拆卸等是否合理；轴的加工是否方便易行；轴及轴系在正常情况下的振动，应在允许的范围内；轴承的装配方案、安装、拆卸及其润滑是否合理；轴的密封装置的选择是否合理；轴上个零件间的相互位置及其安装和拆卸顺序；装配时的轴向位置调整方法和检测手段；运转中出现异常现象如振动、噪声、发热时的处理。轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时候，必须对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应该满足：1）轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；2）轴上的零件应便于装拆和调整；3）轴应该具有良好的制造工艺性等。因此，可以先根据轴系的不同要求，将轴的各部分分开考虑，然后再根据相互关系，和加工、安装、拆卸、维修等的要求综合考虑，并相应地调整各部分的结构和尺寸链。4.3 轴的设计计算由前面知轴的最小直径dmin=45mm，大带轮轮毂直径为d1=50mm4.3.1绘制轴的结构简图图10 轴的结构图Figure 10 chart axis4.3.2 确定各轴段尺寸1）确定各轴段直径1段：d1=50mm, 根据带轮的轴径；2段：d2=55mm, 取决于圆锥滚子轴承的大小；3段：d3=64mm, 取决于圆锥滚子轴承轴向固定轴颈直径；4段：d4=55mm, 取决于圆锥滚子轴承的大小；5段：d5=50mm, 取决于带轮直径；6段：d5=48mm, 取决于圆螺母、垫片的直径。2）确定轴上各轴段长 1段： l1=80mm,取决于大带轮的宽度；2段： l2=66mm,根据轴承压盖宽度，轴承的厚度和螺栓连接的估算；3段： l3=424.5-l1-l2-l4-l5+2=116.75 mm,它取决于擦皮机的总高度；4段： l4=23+22.75+86=131.75mm, 根据轴承压盖宽度，轴承的厚度,下机筒的的估算；5段： l5=30mm,转盘的厚度的大小；6段： l5=13.5mm, 圆螺母、垫片的厚度。3） 轴的疲劳强度校核轴的结构尺寸设计完成，是否能用，还需再校核危险截面。马铃薯去皮机机再工作时候轴向受力很小，因此轴所受的弯矩很小，相对于扭矩可以忽略不计。主轴所受的扭矩T： N.m扭矩图为： 图11 扭矩示意图 Diagram 11 diagrammatic sketch of moment of torque强度校核：MPa轴的计算应力，单位是MPa；M轴所承受的矩，N.m；T轴所承受的扭矩，已求得， N.m；W轴的抗弯截面系数，单位是，计算公式7；对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，查得是55；a当扭转切应力为脉动循环变应力时，取 a0.6; 当扭转切应力静应力时候，a0.6；当扭转切应力为对称循环变应力时 a1。 代入数据求得；,所以原设计强度足够5.轴承的选择5.1类型选择由于滚动轴承的静摩擦系数仅为滑动轴承的百分之一，并且使用维护方便，支承结构简单，因而滚动轴承使用极其广泛，并在许多领域逐步取代了滑动轴承。在此选用滚动轴承。选择滚动轴承的类型与多种因素有关，通常根据下列几个主要因素，并可参考各个滚动轴承的类型和特性综合考虑。负荷大小和方向，例如既有径向又有轴向的联合负载一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承，如径向负荷大，轴向负荷小，可选用深沟球轴承和内外圈都有挡边的圆柱滚子轴承，如同时还存在轴或壳体变形大以及安装对中性差的情况，可选用调心球轴承、调心滚子轴承；如轴向负荷大，径向负荷小，可选用推力角接触球轴承、推力圆锥滚子轴承，若同时要求调心性能，可选推力调心滚子轴承。轴承工作转速。旋转精度，一般机械均可用G级公差轴承。轴承的刚性，一般滚子轴承的刚性大于球轴承，提高轴承的刚性，可通过“预紧”，但必须适当。轴向游动，轴承配置通常是一端固定，一端游动，以适应轴的热胀冷缩，保证轴承游动方式，一是可选用内或外圈无挡边的轴承，另一种是在内圈与轴或者外圈与轴承孔之间采用间隙配合。摩擦力矩，需要低摩擦力矩的机械，（如仪器）应尽量采用球轴承，还应避免采用接触式密封轴承。安装与拆卸，装卸频繁时，可选用分离型轴承，或选用内圈为圆锥孔的、带紧定套或退卸套的调心滚子轴承、调心球轴承。由于整个旋转轴承受较大的轴向力和转速较低的特点，综合各种滚动轴承的性能和特点，根据实际需要，轴径向、轴向载荷均较大，转速较低，决定选择单列圆锥滚子轴承。计算采用的实心轴的尺寸为18mm，轴承支承端轴的尺寸为18mm。我们可从机械设计手册的单列圆锥滚子轴承尺寸与性能参数表中选择；选用GB/T297-1994 单列圆锥滚子轴承30211型。5.2轴承寿命计算 式中：L10轴承载荷为P时，所具有的基本额定寿命(106转)C基本额定动载荷 N寿命指数（对球轴承：=3，对滚子轴承：=10/3）P当量动载荷(N)对于转速恒定的轴承，实际计算时候用小时表示寿命比较方便：P=（是合成载荷，和P等效），用最小轴径代入，T已经求得是262N.M所以P=2000T/d 30000h5.3轴承端盖的设计轴承端盖在这里主要起到的作用是对滚动轴承的轴向定位以及对其进行密封。这主要是防止滚动轴承在润滑时润滑油的泄漏而会污染到混合物料。结合到驱动转轴的尺寸和深沟球轴承的外径的具体尺寸，对轴承盖的尺寸进行如下设计。其示意图见图12所示。图12 轴承端盖Figure 12 Bearing Cover5.4 套筒的设计由于轴承的外圈的配合精度要求较高，如果直接与机架进行配合，则要求的精度较高在机架上不便加工，故采用套筒比较合适。尺寸见下图：图13 套筒的尺寸图Figure 13 sleeve size chart5.5轴承的安装形式图14 轴承的安装形式Figure 14 Bearing Installation form（1 套筒 2.圆锥滚子轴承3.轴承压盖4.毡毛圈5.螺栓6.轴）5.6轴承润滑选择润滑对滚动轴承的正常运转起着非常重要的作用，滚动轴承的额定动负荷和极限转速是在假设润滑适当的条件下确定的，所谓润滑适当是指润滑剂选择合适、润滑剂的量恰当，润滑不良是造成轴承早期破坏的主要原因之一。滚动轴承工作中元件间既有相对滚动又有相对滑动，因此，为了减少摩擦和磨损，防止烧伤和锈蚀，必须进行润滑。常用的润滑剂有润滑油和润滑脂和固体润滑剂，润滑油的性能优于润滑脂，适应于高速高温的条件下，在润滑脂不能满足要求的常选用润滑油。润滑脂比润滑油稠得多，有膜强度高，能承受较高的载荷，且不易流失，密封装置简单，一次加油可使用较长时间，不必添加或更换，所以润滑脂的应用是比较广泛的。此设计中转速很低且要承受一定的载荷而且一般是连续工作，所以选择润滑脂比较适合。5.7轴承的密封轴承的密封装置是为了阻止灰尘、水、酸气和其它杂务进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。选取毡圈油封，这种密封主要用与脂润滑的场合，它的机构简单，在轴承盖上开出梯形槽，将毛毡按标准制成环行或带状，放置在梯形槽中以与轴密和接触；或者在轴承盖上开缺口放置毡圈油封，然后用另外一个零件压在毡圈油封上，以调整毛毡与轴的密和程度，从而提高密封效果。6 各部件的设计说明6.1. 机筒部分的设计说明图15 机筒的设计Figure 15 barrel design1.进料口2.进水口3机筒4.插板5.活动门6.出水口此擦皮机用于马铃薯的去皮，马铃薯会在容器壁上产生摩擦，如果容器壁过薄，使用寿命就会缩短;如果过厚，虽然寿命是保证了，但也产生了严重的浪费，所以壁厚应设计一个合理的值。工作机筒分为上下俩部分，上面部分，根据经验，取机筒的壁厚为5。上机筒即工作机筒，高400mm，内径400mm，壁厚5。在上面开一个高160mm，弦长220mm的口，作为马铃薯的出料口，机筒从上面往下385mm的高度需镀金刚砂在内壁上，厚度为2.5mm，有利于马铃薯的去皮，机筒的材料选用不锈钢1Cr13。下面部分主要用来处水的以及排水的，它的下面焊接一个排水管，材料也是1Cr13，内径30mm，外径为35mm，中间为圆弧过渡。机筒的下面是圆弧面，有一定斜度的，最底点就是排污口的位置。圆筒体底部与上轴承之间用四个螺栓连接。6.2 转盘的设计图16 转盘Figure 16 turntable转盘是物料摩擦去皮的动力源，其设计要点为必须能使物料飞向圆周并抛高一定高度，在其拨动下使物料频繁的跳动、碰撞、摩擦、为此设计的转盘形式如图所示，转盘底为平板，其上为中心向四周辐射的波纹状为增大物料与转盘的摩擦转盘上也浇涛有磨料，波纹角=2030，中间底，两边高。转盘的外径与工作圆筒内径之间留有10mm的间隙，以便马铃薯的皮和水的混合物可以排出。7控制线路的设计说明7.1控制电路图的设计马铃薯去皮机的电路控制主要是控制电动机的起动、停止，实现自动控制，并具有必要的保护。本设计采用控制器、熔断器、热继电器和按钮所组成的控制装置对控制对象进行控制。控制装置可根据生产工艺过程对控制对象所提出的基本要求实现其控制作用。其图17如下所示：7.2电路图解读1）电动机的启、停控制启动时，合上闸刀开关Qs，引入三相交流电源，按下起动按钮SB2，则接触器KM线圈得电吸合，其主KM触点闭合，电动机起动；同时与启动按钮并联的KM的辅助动合触点KM也闭和，使KM的吸引线圈经两条路径得电。这样当松开SB2是，SB2自动复位断开，KM线圈通过自身辅助动合触点KM和停止按钮SB1的串联支路继续保持得电，从而保持电机M连续运转。如果不想关闭闸刀开关Qs而使电机听转，直接按下停止按钮SB1，使接触器KM线圈断电，则其动合主触点复位断开，将三相电源断开，电动机停转。2）线路保护环节：A熔断器的短路保护短路时通过熔断器FU1或FU2的熔体熔断切断电路，使电动机立即停转；B热继电器的过载保护热继电器具有过载保护作用。由于热继电器的热惯性比较大，即使热元件流过几倍电动机额定电流，热继电器也不会立即动作。因此，在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器是经得起电动机的启动电流冲击而不动作的。只有在电动机长时间过载下，串联在主电路中的热继电器FR的热元件（双金属片）因受热而产生变形，能使串联在控制电路中的热继电器FR的动断触点断开，断开控制电路，使接触器KM失电释放，电动机失电停止运转，实现对电动机的过载保护。当电源恢复正常时，接触器线圈也不能自动得电，只有再次按下启动按钮SB2后，电动机才会启动。 图17电气控制线路图Figure 17 electric control circuit diagramC失压和欠压保护通过接触器KM的自锁触点来实现。当电源电压消失（如停电），或者电源电压严重下降，使接触器KM由于铁心吸力消失或减小而释放，这时电动机停转并失去自锁。而电源电压又重新恢复时，要求电动机及其拖动的运动机构不能自行起动，以确保操作人员和设备的安全。由于电网停电后自锁触点KM的自锁已消除，所以不重新按起动按钮就不能启动。控制电路具备失压和欠压保护后，具有3个优点：防止电源电压严重下降时，电动机欠电运行防止电源电压恢复时，电动机突然自动运行造成设备和人身事故；避免多台电动机同时启动造成电网电压的严重下降。通过上述电路的分析可以看出：电器控制的基本方法是通过按钮发布命令信号，而由接触器执行对电路的控制；继电器则用以测量和反映控制过程中各个量的变化，例如热继电器反应被控制对象的温度变化，并在适当的时候发出控制信号使接触器实现对主电路的各种必要的控制。总结此次设计的任务是完成马铃薯去皮机设计的设计。这是我们在大学期间所进行的一次非常全面的设计，为自己在大学四年所学习知识的全面总结和巩固，使我们初步了解和掌握搞设计的基本步骤、基本方法，通过本环节把我们在大学期间所学课程中所获得的理论知识在设计实践中加以综合运用，把大学四年来所学的知识贯穿起来，使理论知识和生产实践密切的结合起来,为我的将来的工作打下坚实的基础。这是一个非常全面而系统的设计题目，非常锻炼人。从方案的论证到最终的设计，涉及的领域包括：机械制图，机械原理，电工学，工程材料，材料力学，机械设计等等。通过设计实践，提高我计算、制图能力；使我们能熟练地应用有关参考资料、计算图表、手册、图集、规范，熟悉有关的国家标准。机械方面知识得到系统的巩固和提升。在进行毕业设计的同时，我还学到了许多新的知识，如PRO-E,CAD 2004的使用和WORD、POWERPOINT等软件的应用。通过此次设计我知道了团队的重要性。我深刻的认识到，要想成为一名合格的工程设计人员只是掌握本专业的知识是远远不够的，应该具有更加渊博的知识，如应该对计算机应用，农产品的特性，农业经济的发展现状等各个方面能力进行加强。在设计过程中也曾遇到很多的问题，但通过查阅相关的书籍、手册以及老师的精心指导，都得到了解决，设计过程基本顺利完成。致谢 经过三个多月的努力，在李立和老师的悉心指导下，设计任务基本结束了。从设计的选题、实施到撰写、修改和定稿，李老师均倾注了大量的心血。李老师勤奋的工作精神、渊博的知识、丰富的经验、科学的方法、严谨的治学态度使我受益匪浅。在此，首先向李老师致以最崇高的敬意和衷心的感谢！我们这次的毕业论文设计，受到了院领导的高度重视, 为我们开设了高配置的机房，可以说给我们提供了最大程度上的方便 。在这里首先要感谢我的导师李立和。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从外出实习到查阅资料，设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是李老师仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩李老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作，在今后的道路上，恩师的谆谆教导将继续催我奋进，使我终身受益。设计结束了，这不是个人的劳动成果，而是大家的心血。因此，在设计顺利完成之际，我再次向所有指导、帮助和鼓励我完成设计的老师、同学致以最诚挚的谢意！同时，也向百忙中抽时间审阅我的设计说明书的老师致以崇高的敬意！当然,由于时间的仓促,还有很多的不足之处。也希望各位老师同学给予批评指正，谢谢！ 参考文献：1张聪.机械式除皮设备的设计及其在果蔬汁加工中的应用J.包装与食品机械:19962刘守江等,JL-型马铃薯切屑去皮机的研制. J 农机化研究:1995.3沈再春,农产品加工机械与设备M.农业出版社:19974食品工厂机械与设备M.轻工业出版社:1989.5张慧玲.马铃薯去皮机的设计J.河套大学学报:20056郑重庆,洪钟德.简明机械设计手册M.上海:同济大学出版社,20027陈定国等，机械设计M. 高等教育出版社:20068成大先,机械设计手册M,化学工业出版社：20009李振清等.袖珍机械设计师手册.M机械工业出版社，2006.9英文摘要和关键词The design of peeling machine Abstract: The design of the main issues is potato peeling machine design. Given parameters, the main argument to complete the overall program, peeled barrel design, disc design, demonstration and motor drive program selection, belt drive design and so on. Bearing, bearing also made the choice of the situation in detail. Finally, motor control and maintenance of clean paper machine, also to a certain degree of narrative.Keywords: potato peeling machine belt drive control circuit- 28 -