多功能切菜机的设计.docx

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1、多功能切菜机的设计切菜机的设计摘 要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；单靠人工来完成既费时、费力而且也不好加工。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 抑制这种缺点，本设计在查阅了大量相关文献资料的根底上，进展切菜机的设计，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、刀盘及电动机组成，其工作原理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展切片或切丝，最终成品由出料口出料。实现了能够 连续进料和出料，片厚度、丝粗细可调的

2、功能，具有生产率高、功耗低、安全牢靠、 加工质量好等优点。关键词：蔬菜，切削，电动机IIDESIGN OF THE VEGETABLE CUTTING MACHINEAbstractVegetables are essential food for our body, and we uaually make them invarious ways. In the process of eating, the vegetables need to be made into a variety of shapes, such as strip, sheet and so on; It is tim

3、e-consuming, laborious and it is not easy to cut thevegetableswellwhenweonlydependonhumanthemselves.Currently, multi-functional shredders are mostly expensive and large, they do not apply to individual farmers or small factories which produce food; In order to overcome this drawback,the paper makes

4、a design of a small multi-purposeshredder on the foundation of a lot of relevant literature on the conduct shredder design, and it is also through some theoretical calculations and checking. The shredder consists of a feed hopper, hopper, cutting knife, the knife dish and motor, and its working prin

5、ciple is to use the freefall of root vegetables to realize the feed, then through the cutting knife to make the vegetables to slice or shred. Finally, the finished product come out from the discharge port. It is able to achieve a continuous feed and discharge, and it also has a function to adjust th

6、eslice thickness, wire thickness. It is a product which is with high productivity, low power consumption, safe, reliable, good processing quality and other advantages.KEY WORDS: vegetables, cutting, motorIII目录摘 要.IABSTRACT .II第 1 章 绪论.11.1 前言 .11.2 国内外的进展 .11.2.1 国外的进展.11.2.2 国内切菜机技术的进展概况11.3 本设计的目的

7、、意义及方案设计 .21.3.1 本设计的目的和意义.21.3.2 方案设计.2第 2 章 机械局部的设计与实现 .52.1 总体设计.52.2 主传动局部设计.52.2.1 电机的选择.52.2.2 主传动方式选择.72.2.3 带传动的设计计算 .82.2.4 小带轮的构造设计.112.2.5 大带轮的构造设计.122.3 主轴部件的设计.122.3.1 轴的材料选取和构造图.122.3.2 计算主轴上的功率、转速、转距 .122.3.3 初定轴的最小直径.132.3.4 轴的构造尺寸确定.142.3.5 轴承的设计.142.3.6 主轴支承方案确实定.152.3.7 主轴的校核计算.15

8、2.3.8 轴承的校核.202.4 键的选择和校核.212.4.1 键的选择.212.4.2 键的校核.212.5 刀具的设计.212.5.1 月型刀具.212.5.2 圆盘刀具.222.5.3 刀具的最终设计.232.5.4 料斗的设计.24第 3 章 机架的设计.253.1 机架设计要求.253.2 机架材料的选用及壁厚选择.25IV3.3 机架整体设计26第 4 章 总结274.1 整机构造说明274.2 使用及维护方法27参考 文 献.28致谢.30附录 1 英文文献附录 2 中文翻译V第 1 章 绪论1.1 前言蔬菜是人生活中必不行少的养分丰富的食品之一，可为人体供给必需的维生、矿物

9、质、膳食纤维等有益于人体安康的功能成分。随着人们生活水平的不断提高，生活节奏加快，对食用便利、养分丰富、经过加工的精细蔬菜的需求越来越大，对产品的品质要求越来越高。蔬菜出口在我国起步虽晚，但由于中国蔬菜富含养分、品种齐全、 质优价廉，深受各国消费者的青睐，因而近几年蔬菜出口进展格外快速，己成为创汇农业的支柱产业。随着现在的快餐业快速崛起，对茎块的食物的需求越来越多。像土豆薯条、薯片 等休闲食品的消费急剧增长。这给茎块食物的加工带来了勃勃生气与活力。在茎块作 物的加工过程中需将其切成片。因此切菜机应运而生。按刀片安装形式的不同切菜机 可以分为盘刀式、滚刀式和离心式三种。1.2 国内外的进展1.2

10、.1 国外的进展国外的切菜机技术始于六十年月，到七十年月已经进展成熟，八十年月中期，大 局部切菜机都可以加工直径 125mm 以上的蔬菜，象瑞士的迈尔-布格耶斯公司的卧式内圆切菜机，切割蔬菜直径最大可以到达 304.8mm。八十年月中期后的一、两年，切菜技术进展到了鼎盛时期，相当多的多功能全自动切片机相继商品化。从而诞生了世界上一些著名的切菜机厂家，如瑞士Meyer-Burger AG 公司的 TS系列机，日本TokyoSemitsu 株式会社的 TSK假设干系列机，日本 Okamoto Machine 株式会社的ASM 系列机，美国 STC 公司的 STC 系列机等。进展到现在，就切菜机的功

11、能而言， 已经相当齐全，而且复合化，切菜的方式也多种多样。1.2.2 国内切菜机技术的进展概况我国的切菜机技术始于七十年月初期，目前我国切菜机的主要方式有以下几种： (1)直线往复式切菜机。直线往复式切菜机的构造简洁，但效益低。因此它应用于工作要求不高、效益低的场合。(2) 圆盘旋转式切菜。圆盘旋转式切菜机的机构简洁也有较高的生产效益，因此它1广泛应用于各种场合。(3) 圆形内圆切片的外圆切片切菜。圆形式切菜机有很高的工作效率，但是 构造简单，设计较困难，因此它应用于工作效率要求相当高的专业领域。我国的切菜 的争论开发方面虽然已有 30 年的历史，近几年来切菜机的研制进展也格外快速，但是与兴旺

12、国家相比目前仍旧有肯定的距离，研制的切菜机没有得到大面积推广应用。1.3 本设计的目的、意义及方案设计1.3.1 本设计的目的和意义针对目前切菜机噪音大、电气化程度低、本钱高、刀具的磨损大、不能切叶类蔬 菜、切片或切丝的外形不规章、厚度不均等缺点，本次设计将对噪音大，本钱高，切 片切丝的外形不规章、厚度不均来进展改进。1.3.2 方案设计方案一：直线式多用切菜机1. 构造及原理图图 1 是直线式多用切菜机原理图，该装置的主要工作局部由切刀 1、压蔬菜锟 2、锟筒 3、运送带 4 和压蔬菜轮 5 组成。在工作过程中，蔬菜由进料处由传送带 3 输送， 并通过压蔬菜锟 2 和压蔬菜轮 5 进展压紧，

13、然后由旋转圆盘刀具 1 进展切削。其中压蔬菜轮 5 可以上下移动。123料斗处451-旋转圆盘切刀 2-压蔬菜辊 3-辊筒 4-运送2带 5-压蔬菜轮图 1 直线式多用切菜机原理图2. 该方案的优缺点优点：一是设计先进，节能高效居同类产品领先水平；二是对蔬菜的体型大小要 求不是很严格。缺点：一是电机调速精度低，切丝长度不易掌握；二是噪音大，电气化程度低， 本钱高。方案二：离心式切菜机1. 构造及工作原理图图 2 是离心式切菜机原理图，该装置的主要工作局部由切片厚度调整旋钮 1、拨动臂 2、切片筒 3 和刀片 4 组成。在工作过程中，蔬菜通过进料处放入，通过 拨动臂 2 使蔬菜高速旋转，利用离心

14、力使蔬菜紧切切片筒 3 由刀片 4 进展切削。其中切菜的厚度可以通过切片厚度调整旋钮 1 来进展调整。进21341-切片厚度调整旋钮 2-拨动臂 3-切片筒 4-刀片图 2 离心式切菜机原理图32. 该方案的优缺点优点：一是具有构造紧凑、合理和操作简便；二是调整修理便利。 缺点：一是对刀具的磨损大。二是不能切叶类蔬菜。方案三：旋转式切菜机1. 构造及工作原理图图 3 是旋转式切菜机原理图，该装置的主要工作局部由料斗 1、叶轮及其刀片 2、电动机 3、皮带机皮带轮 4 和传动轴 5。在工作过程中，蔬菜在向上倾斜的料斗 1 内依靠重力自动向下运动，通过利用电动机 3 带动皮带机皮带轮 4 和传动轴

15、 5 运动，然后由叶轮及其刀片 2 对蔬菜进展旋转切削。152431-料斗 2-叶轮及其刀片 3-电动机 4-皮带机皮带轮 5-传动轴 图 3 旋转式切菜机原理图2. 该方案的优缺点4优点：构造紧凑、结实耐用、易于修理和更换刀具、可提高生产率、降低劳动强度。缺点：切片或切丝的外形不规章，厚度不均。方案确实定：比照上述三种方案，可以觉察，方案三体型较小，操作便利，相比其他两种方案清洗简洁，本钱较低，适用于家庭，食堂，饭馆使用，而且固定牢靠，设计简洁。结合上述三种方案的比照，本设计将承受方案三完成切菜机相关参数的理论计算和比照。5第 2 章 机械局部的设计与实现这一章主要介绍本切菜机系统的机械局部

16、，包括主运动和进给运动方式的设计和 实现，以及各主要零部件的校核计算。2.1 总体设计图 2-1 是旋转式切菜机原理图，该装置的主要工作局部由料斗 1、叶轮及其刀片 2、电动机 3、皮带机皮带轮 4 和传动轴 5。在工作过程中，蔬菜在向上倾斜的料斗 1 内依靠重力自动向下运动，通过利用电动机 3 带动皮带机皮带轮 4 和传动轴 5 运动，然后由叶轮及其刀片 2 对蔬菜进展旋转切削。152431-料斗 2-叶轮及其刀片 3-电动机 4-皮带机皮带轮 5-传动轴图 2-1 旋转式切菜机原理图2.2 主传动局部设计2.2.1 电机的选择目前最常用的主要是沟通电动机，它可分为两种：1.三相异步电动机。

17、2.单相沟通6电动机。第一种多用在工业上，而其次种多用在民用电器上。下面以三相异步电动机为例介绍其根本工作原理起先，形成一个闭合的笼型绕组。定子三相绕组可接成星形， 也可以接成三角形。综上分析可知，三相异步电动机的根本工作原理是：（1） 三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。（2） 转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流。（3） 转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电 动机转子转动。经查阅手册及相关资料，只要刀盘轴转矩满足 T5N.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，初步拟定转速 450r/min，取转矩T=15 N.mT ” =

18、9550 p”n”2.1p”=T ”= 0.707kW = 707W95502.2由于课题要求使用三相异步电动机，所以选用三相异步电动机，额定电压 380V。查阅机械课程设计手册，可选用小功率异步电动机 Y 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。这样在进展蔬菜切削 时完全可以将蔬菜放进料斗以后在开动机器。依据功率和转速，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可知有：表 2-1电动机的类型方案 电动机 额定功 电压型号率/W/V1Y801-20.75380转速 电机质r/min量 kg 2830

19、1672 Y802-4 0.75 380 1390 18综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量以及传动比。承受 V 带传动，承受其次种方案，设计 V 带传动比为 3 即可，不必另外安装减速器。故承受其次种方案。因此选定电动机的型号是 Y802-4。该电动机的主要外型和安装尺寸如下表 2-2：表 2-2电动机主要外形尺寸中心高外形尺寸安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸装键部位尺寸8028516517012510010406其主要外形安装尺寸如图 2-2图 2-2 主电机外形图82.2.2 主传动方式选择常见的传动类型有链传动、齿轮传动和带传动。链传动的优点：能够保证准确的传动比，压轴力较小，传递功率大

20、，过载力量强； 能在低速重载高温条件下及尘土大的状况下良好工作，传动效率高。缺点是：工作中有冲击和噪声，磨损后易发生跳齿，链条的铰链磨损后，使节距变大造成脱节，安装和维护要求较高。齿轮传动的优点是：能保证瞬时传动比恒定，平稳性高，传递运动准确牢靠，传递的功率和速度范围较大，构造紧凑，工作牢靠，可实现较大的传动比，传动效率高， 使用寿命长。缺点是：造价较高，制造、安装本钱高。带传动的优点是；构造简洁，适于两轴中心距较大的场合，造价低廉，并且带富 有弹性，可缓冲吸振，传动平稳无噪声。缺点是：传动带需张紧在带轮上，需要特地 的张紧措施，且对轴和轴承的压力较大，传动效率较低(一般 0.940.96)。

21、考虑到切菜机要求传动平稳，并且构造简洁，本钱较低，所以选择带传动。在带传动中，有平带传动，V 带传动，多楔带传动和同步带传动。其中 V 带传动应用最广。V 带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应外形的轮槽，传动时， V 带只和轮槽的两个侧面接触，所以在一样的张紧力下，V 带能产生更大的摩擦力，并且 V带传动的传动比较大(i7，) 构造紧凑，现已标准化和大量生产，因此选择 V 带传动。V 带种类中选择一般 V 带，其当量摩擦因数大，工作面与轮槽粘附性好，允许包角小， 适用于小功率传动。结合电机的选择结果，最终确定传动方式为电机通过传动比 i=3 的一般 V 带驱动主轴转动。2.2.3 带传动的设

22、计计算(1) 确定计算功率计算功率是依据传递功率，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素影响而 确定的，即PKP(2.3)dAd式中，P为计算功率，传递功率 P 在此为步进电机最大功率， K为工作状况系数，查A机械设计手册13得 K=1.1。A9步进电机最大功率按下式计算：PP =w(2.4)ha式中，P指工作机所需最大工作功率，h指电动机至工作机的传动总效率waT n1.248 200P= 3maxmax = 3= 0.078kWw95509550h =h h12= 0.95 0.98 = 0.931d代入式(2.4)中得 P=0.084kW，将其代入式(2.3)中得 P =0.092kW

23、(2) 选择带型一般 V 带分为 Y、Z、A、B、C、D、E、F 七种带型，截面高度与节宽的比值为d0.7。依据 P 和小带轮的转速n确定带型，查机械设计手册14，选择 A 型带。pV 带和带轮有两种尺寸制，即有效宽度值和基准宽度值。一般 V 带是基准宽度制用带。依据机械设计手册14表V 带(基准宽度制)的截面尺寸查得 A 型带的截面尺寸为：节宽 b =11mm，b=13mm，h=8.0mm，楔角 =40。如下图：图 2-3 带截面示意图(3) 传动比i = n= 31n2式中， n1为小带轮转速， n2为大带轮转速(4) 小带轮基准直径依据机械设计手册14表一般和窄 V 带(基准宽度制)直径

24、系列选取小带轮的直径d=75mm。d1(5) 大带轮基准直径10d=idd21 - ed1(2.5)式中，dd2为大带轮的基准直径，为弹性滑动率，取 0.02，代入公式(2.3)得dd2=246.5mm，再依据机械设计手册14(6) 带速一般和窄V带(基准宽度制)直径系列选取标准值dd2=265mm。n=pdnd1 1= 5.46 n一般 V 带v60 1000= 25 30 m/min 符合条件maxmax(7) 初定轴间距0.7(dd1+ d) ad20 2(dd1+ d)d2要求构造尽量紧凑，取a= 250 mm0(8) 所需带基准长度L = 2ad00+ p (d2d1+ d ) +d

25、2(d - d )2ad2d14= 2 250 +p (75 + 265) +0(265 - 75)224 250= 1067.9mm依据机械设计手册 14表一般基准长度系列选取相近长度，选取实际长度L =1000mmd(9) 实际轴间距dd0a a+ L - L02= 250 +1067.9 - 10002= 216mm安装时所需最少轴间距amin= a - 0.015Ld= 216 - 0.015 1000 = 201mm张紧或补偿伸长所需最大轴间距amax= a + 0.03Ld= 216 + 0.03 1000 = 246 mm(10) 小带轮包角d - d265 - 75a= 180

26、o -d2d1 57.3 = 180o - 57.3 = 147o 120o1符合要求。a216(11) 单根 V 带所传递的额定功率11P 是a = 180o 、载荷平稳时，特定基准长度的单根V 带根本额定功率。依据带型和1n 查机械设计手册14表A 型 V 带额定功率得 P =0.27kW。11(12) 传动比 i1时的额定功率增量依据带型、i 和n1查表A 型 V 带额定功率得 DP1= 0.05KW 。(13) V 带根数(P + DP )K Kdz =P(2.6)11aL式中， Ka为小带轮包角修正系数，依据小带轮包角a1查机械设计手册14表小带轮包角修正系数得 Ka=0.91， K

27、L为带长修正系数，依据带长 Ld查机械设计手册14表普通 V 带带长修正系数得 KLz =0.96，代入(2.6)中得：0.85= 2.95因此需要三根带。(0.27 + 0.05) 0.91 0.96(14) 单根 V 带的预紧力F0= 500(-1) P2.5Kzvda+ mv2(2.7)式中， m 为 V带每米长的质量，查机械设计手册 14表V带每米长的质量得m=0.06kg/m-1，代入(2.5)式中得：2.50.85F= 500(0- 1)+ 0.06 5.462= 48.2N 0.893 5.46(15) 作用在轴上的力F = 2Fz sin a1= 2 48.2 3 sin147

28、o= 277.3Nr0222.2.4 小带轮的构造设计设计带轮应满足以下要求：质量小，构造工艺性好；无过大的构造内应力；质量 均匀，转速高时要进过动平衡；轮槽工作面要精细加工；以削减带的磨损；各槽的尺 寸和角度应保持肯定的精度，以使载荷分布均匀。(1) 首先选择带轮的构造形式。V 带轮典型的构造形式有实心、辐板(或孔板)和椭圆轮辐三种。由于带轮基准直径较小，选择实心式。12(2) 由于前面所选带型为 A 型，与之相配的带轮轮槽也为 A 型，图 2-4 是查机械设计手册14表V 带轮轮缘尺寸所得的小带轮构造示意图，其尺寸如下：图 2-4 小带轮构造示意图基准宽度 b=11mm；基准线上槽深 h1

29、amin=2.7mm；基准线上槽深 hfmin=11mm；槽间距 e =150.3mm；第一槽对称面至端面的最小距离 fmin=9mm，由于电机轴键槽长22mm，选择 f = 10mm ；槽间距累乐观限偏差0.6mm；带轮宽；毂长 L = (1.5 2)d ，当 B1.5d 时，取 L=B，因此 L=50mm；外径d2轮槽角j 的极限偏差0.5。2.2.5 大带轮的构造设计= d + 2h11= 80.5mm ；轮槽角j = 34o ；大带轮的设计与小带轮类似，可确定其局部尺寸如下：基准宽度b=8.5mm；基准线上槽深h1amin=2mm；基准线上槽深hfmin=7mm；槽间距e =150.3

30、mm；第一槽对称面至端面的最小距离 fmin=7mm，取 f = 11mm ；槽间距累积极限偏差0.6mm；带轮宽；毂长 L = (1.5 2)d ，当 B0.07d， d2-3=d6-7=25mm。考虑此处轴径，由轴承产品名目中初步选定整体有衬正滑动轴承，其尺寸为 dDB=303850, 所以d3-4= d5-6=30mm。查机械设计手册整体有衬正滑动轴承的轴肩高为 4mm，所以 d4-5=38 mm 由刀盘的尺寸和从动轮的尺寸确定 L1-2=45mm， L7-8=20mm 。由轴承的尺寸， 可以确定L3-4=L5-6=50mm。依据轴承的装拆及便于对轴承添加润滑剂的要求，取L2-3=L6-

31、7=45mm。 依据轴的总体尺寸，取 L4-5=105mm。2.3.5 轴承的设计由轴的构造尺寸确定，安装轴承的轴直径是 30mm。查机械设计手册14 表 2-3 选取安装简洁的整体有衬正滑动轴承。表 2-3 整体有衬正滑动轴承15型d DR BbLLH号1质h HddC量112/kgHZ030303830504015011070352018.5M1011.51.7其主要外形安装尺寸如图 2-7图 2-7 整体有衬正滑动轴承2.3.6 主轴支承方案确实定由于机床要求构造简洁且受力不大，因此承受前后两端进展轴向定位，常用的轴 承配置方式有两种：两端固定支撑和一端固定一端游动支撑。两端固定支撑指每

32、个支撑只固定轴承内、外圈相对的一个侧面，两个支撑组合起 来限制轴的双向移动，这种固定方式构造简洁，安装调整简洁，适于温度变化不大和 较短轴的固定。一端固定一端游动支撑指一端支撑的轴承内外圈两侧均固定，从而限 制了轴的双向移动，另一端内圈两侧固定，防止脱落，这种固定方式构造比较简单， 但工作稳定性好，适应于对工作温度变化较大的长轴的固定。主轴前端装有圆盘刀具，主轴的回转精度直接影响到圆盘刀具与蔬菜之间切割压力的大小，后端装有大 V 带轮。因此承受固定方式简洁，安装调整简洁的两端固定。图 2-7 是主轴部件的构造示意图，大带轮周向固定承受键，轴向固定一端承受六角螺栓16和垫圈固定，另一端承受轴肩固

33、定。主轴周向固定承受轴肩固定，轴向固定承受一对 整体有衬正滑动轴承。图 2-7 主轴部件构造示意图2.3.7 主轴的校核计算本计算是经过轴的初步设计和轴的构造确定后的校核计算。选取轴的材料为 45 号钢，调质处理。依据机械设计14,已经算出轴的最小直径为20 mm，扭矩为 14.65 N.m。最大摩擦力 F=19.2N，如图 2-8 所示，方向与蔬菜位置处圆盘刀具运动方向相反， 将圆盘刀具所受摩擦力向轴心简化，如图 2-9 所示，合力为：FX=0 233YF = - 1F 0.155F = 6N蔬菜作用于圆盘刀具上的总力矩 T=14.65Nm；17图 2-8 圆盘刀具所受摩擦力示意图图 2-9 圆盘刀具受力图据本章 2.2.3 节计算可知，带轮作用在主轴上的径向力 Q =277.3N，图 2-10 是主轴受力示意图。O 点为圆盘刀具作用于主轴上的点，A 点和 B 点为两轴承作用于主轴上的点，C 点为大带轮作用于主轴上的点，首先求出 A 点