臥式馬鈴薯去皮機的設計（含CAD圖紙+文檔）,臥式,馬鈴薯,土豆,去皮,設計,cad,圖紙,文檔 本 科 畢 業(yè) 論 文（設 計） 題目： 臥式馬鈴薯去皮機設計 學 院： 姓 名： 學 號： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 年 級： 指導教師： 職 稱： 講師 年 五 月  摘 要 目前，常見馬鈴薯去皮機多采用立式轉筒型，立式結構多通過下端輸入動力，上端懸置，這就使轉筒存在運動不平穩(wěn)的問題，同時，馬鈴薯主要依靠轉筒底部的圓盤來達到去皮效果，而馬鈴薯依靠自身重力大多堆積在圓盤上，各馬鈴薯與圓盤接觸的不均致使馬鈴薯去皮不均勻，去皮效果不佳。本文論述了解決以上兩大問題的方法，即將轉筒制成臥式，采用兩端軸承固定的方法提高轉筒運動平穩(wěn)性，同時通過轉筒筒壁上的凸起棱部分與馬鈴薯的摩擦來達到去皮效果，這使得馬鈴薯的去皮效果達到均勻且較佳。通過對兩種去皮機各方面性能的綜合對比，采用傳統(tǒng)設計方法，獲取整機各零件的參數(shù)，并且通過計算，論證了該設計方案的可行性，最終結論是臥式去皮機綜合性能較立式去皮機更佳。 關鍵詞：去皮機；馬鈴薯去皮機理；臥式馬鈴薯去皮機 Abstract At present, the common potato peeling machine adopts the vertical drum type, vertical structure in the lower end of the input power, the upper suspension, which makes the rotary movement exists unstable problem, at the same time, potato mainly rely on the drum at the bottom of the disk to achieve the peeling effect, and potato on its own gravity mostly accumulates on the disc, the potato contact with the disk does not have led to peel the potatoes peeled uneven, poor effect. This paper discusses the method ,to solve two problems the drum made of horizontal, with both ends of bearing fixing method for improving the rotary motion stability, at the same time through the rotating barrel wall convex edge part and potato friction to achieve the peeling effect, which makes the potato peeling effect to achieve uniform and better. Through to two kind of peeling machine all aspects of the comprehensive comparison, using the traditional design method, acquiring the various parameters of parts, and through calculation, it proves the feasibility of the design, the final conclusion is that the horizontal peeling machine comprehensive performance than vertical peeling machine. Key words : peeling machine for peeling potatoes; mechanism; horizontal potato peeling machine 目錄 1 緒論……………………………………………………………………………1 1.1 馬鈴薯的主要特點及功用………………………………………………1 1.2 常用薯類去皮方法………………………………………………………1 2 整機的結構設計和工作原理…………………………………………………2 3 馬鈴薯去皮機零部件的設計…………………………………………………3 3.1 機械傳動系統(tǒng)總體設計…………………………………………………3 3.1.1 傳動方案的擬定…………………………………………………3 3.1.2 電動機的選擇……………………………………………………3 3.2 傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算………………………………………4 3.2.1 傳動比分配………………………………………………………4 3.2.2 各軸的轉速計算…………………………………………………5 3.2.3 各軸輸入功率計算………………………………………………5 3.2.4 各軸輸入扭矩計算………………………………………………5 3.3 V 帶傳動的設計計算……………………………………………………5 3.4 齒輪傳動的設計計算……………………………………………………11 3.5 軸系零件的設計計算……………………………………………………11 3.5.1 初算d……………………………………………………………12 3.5.2 計算軸上載荷……………………………………………………12 3.5.3 繪制軸的彎扭矩圖，對危險截面進行校核……………………14 3.5.4 軸承的校核………………………………………………………15 3.5.5 軸上鍵連接的選擇及校核………………………………………15 3.5.6 軸上螺母的選擇…………………………………………………15 3.6 滾筒及其軸系零件的設計、選擇與校核………………………………15 3.6.1 滾筒的結構設計…………………………………………………16 3.6.2 軸承的選擇、校核………………………………………………18 3.6.3 齒輪連接鍵的選擇及校核………………………………………18 3.6.4 軸上螺母選擇……………………………………………………18 3.7 軸承座、端蓋的結構設計………………………………………………18 3.7.1 軸承座的選材……………………………………………………18 3.7.2 軸承座的固定方式………………………………………………18 3.7.3 軸承座的結構設計………………………………………………19 3.7.4 軸承座端蓋選材、結構設計……………………………………19 3.8 軸承座聯(lián)接用螺栓的設計計算…………………………………………19 3.9 機架的結構設計…………………………………………………………21 設計小結…………………………………………………………………………22 參考文獻…………………………………………………………………………23 4 1 緒論 1.1 馬鈴薯的主要特點及功用 馬鈴薯為植物的塊莖形狀為圓形或橢圓形，其結構由表皮層、形成層、外果肉和內(nèi)果肉四部分。馬鈴薯品種可分兩大類，一類是淀粉含量較高的，適宜于作為生產(chǎn)淀粉的原料，另一類是蛋白質含量較高，適宜作為蔬果或制成多種食品。 馬鈴薯營養(yǎng)豐富，除直接食用外，還可以加工成食品、全粉、淀粉等經(jīng)濟價值較高的食品，通過加工可以大幅度提高鮮薯的商品價值。 鑒于馬鈴薯的很多特點，馬鈴薯得到了廣泛的利用： a.馬鈴薯可鮮食，鮮食用馬鈴薯主要用作家庭餐館烹調(diào)，我國主要用來制作菜肴、面點小吃等大眾食品。果外除蒸烤鮮馬鈴薯作主食外，還有咖哩飯、燉薯快以及色拉涼拌菜。馬鈴薯可制成方便食品、快餐食品、休閑食品，如馬鈴薯粉、馬鈴薯全粉、脫水馬鈴薯片（條）、速凍薯條（薯泥）、蒸薯條、罐裝和去皮馬鈴薯、馬鈴薯脆片、馬鈴薯膨化小食品等； b，加工成淀粉及相關產(chǎn)品：由于馬鈴薯淀粉的優(yōu)良特性，不僅是制作高級方便面、面類最為理想的添加淀粉，而且還是肉制品、魚糜制品等的添加劑或原料。馬鈴薯淀粉也是粉條的優(yōu)質原料。出馬鈴薯淀粉外，也可得到相關產(chǎn)品，包括各種變性淀粉、飴糖、葡萄糖、膳食纖維制品等； c，其他制品：馬鈴薯提取淀粉后的殘渣可制成馬鈴薯發(fā)酵飼料、提取蛋白等； 1.2 常用薯類去皮方法 去皮用于多種水果和蔬菜的加工中以除去不需要或不可食的物質，并改善成品的外觀。主要的考慮因素包括通過盡可能減少去掉的部分以及可能降低能源、勞力和物質成本來降低總成本。這里，主要介紹以下四種去皮方法： a.機械切削去皮 是采用鋒利的刀片表面皮層。去皮速度較快，但不完全，且果肉損失較多，一般需用手工加以修整，難以實現(xiàn)完全機械作業(yè)，適用于果大、皮薄、肉質較硬的果蔬。目前，蘋果、梨、柿等常使用機械切削去皮，常用的形式為旋皮機。旋皮機是將待去皮的水果插在能旋轉的插軸上，靠近水果一側安裝（或手持）一把刀口彎曲的刀，使刀口貼在果面上。插軸旋轉時，刀就從旋轉的水果表面將皮車去。旋皮機插軸的轉動有手搖、腳踏和電動幾種動力形式。在旋車去皮之前應有選果工序，以保證水果大小基本一致。 b.機械磨削去皮 是利用覆有磨料的工作面除去表面皮層?？筛咚僮鳂I(yè)，易于實現(xiàn)完全機械操作，所得碎皮細小，便于用水或氣流清除，但去皮后表面較粗糙，適用于質地堅硬、皮薄、外形整齊的果蔬。胡蘿卜、番茄等塊根類蔬菜原料去皮大多采用機械磨削去皮機。 c.機械摩擦去皮 是利用摩擦因數(shù)大、接觸面積大的工作構件而產(chǎn)生的摩擦作用使表皮發(fā)生撕裂破壞而被去除。所得產(chǎn)品表面質量好，碎皮尺寸大，去皮死角少，但作用強度差，適用于果大、皮薄、皮下組織松散的果蔬，一般需要首先對果蔬進行必要的預處理來弱化皮下組織。常見到的機械摩擦去皮機如采用橡膠板作為工作構件的干法去皮機。 d.化學去皮 又稱堿液去皮，即將果蔬在一定溫度的堿液中處理適當?shù)臅r間，果皮即被腐蝕，取出后，立即用清水沖洗或搓擦，外皮即脫落，并洗去堿液。此法適用于桃、李、杏、梨、蘋果等的去皮及橘瓣脫囊衣。桃、李、蘋果等的果皮由角質、半纖維素等組成，果肉由薄壁細胞組成，果皮與果肉之間為中膠層，富含原果膠及果膠，將果皮與果肉連接。當果蔬與堿液接觸時，果皮的角質、半纖維素被堿腐蝕而變薄乃至溶解，果膠被堿水溶解而失去膠凝性，果肉薄壁細胞膜較能抗堿。因此，用堿液處理后的果實，不僅果皮容易去除，而且果肉的損傷較少，可以提高原料的利用率。但是，化學去皮用水量較大，去皮過程產(chǎn)生的廢水多，尤其是產(chǎn)生大量含有堿液的廢水。 2 整機的結構設計和工作原理 圖1 整機結構設計圖 整機的機構設計如上圖所示：1——電動機； 2——帶輪傳動； 3——齒輪傳動；4——滾筒 馬鈴薯去皮機工作原理： 如上圖所示，電動機通過皮帶傳動和齒輪傳動兩級降速，將動力傳至滾筒，滾筒以一定轉速旋轉，馬鈴薯由進料漏斗通過滾筒右側的空心軸進入滾筒，滾筒轉度限制在一定范圍內(nèi)，以使馬鈴薯在隨滾筒旋轉時在滾筒的最高點以前與筒壁分離，從而達到去皮效果，同時，滾筒的半徑左大右小，具有一定錐度，馬鈴薯受到向左的軸向分力，在軸向分力的作用下，馬鈴薯在滾筒內(nèi)作翻轉運動的同時沿軸向運動至滾筒左側，從滾筒左側筒壁上開的小口落下，完成去皮運動。馬鈴薯在滾筒內(nèi)作翻轉運動，為了達到去皮效果，滾筒轉速不得大于臨轉速否則，馬鈴薯在滾筒內(nèi)隨滾筒一起轉動，馬鈴薯與滾筒沒有相對運動速度，起不到去皮效果。 。 圖2 馬鈴薯在滾筒內(nèi)的運動圖 3 馬鈴薯去皮機零部件的設計 3.1 機械傳動系統(tǒng)總體設計 3.1.1 傳動方案的擬定：常用傳動機構的一般布置原則如下： （1）帶傳動承載能力較低，但傳動平穩(wěn)，緩沖吸振能力強，宜布置在高速級。 （2）對于開式齒輪的傳動，由于其工作環(huán)境較差，潤滑不良，為減少磨損，宜布置在低速級。 3.1.2 電動機的選擇 給定去皮機的工作條件：滾筒工作功率=3.2kw，直徑D=300mm，稍有震動，在室溫下連續(xù)運轉，工作環(huán)境多塵，電源為三相交流，電壓為380V。 （1）選擇電動機類型和結構形式 系統(tǒng)無特殊需求，一般選用Y系列三相交流異步電動機。選用全封閉自扇冷式籠型，電壓380V。 （2）選擇電動機容量 為電動機的功率； 為工作及功率； 為傳動裝置的總效率； 為滑動軸承的效率，查表取0.97（一對） 為帶傳動的效率，查表取0.96 為齒輪傳動的效率，查表取0.9 求解得： =×0.96×0.9 =0.813 kw ，差電動機參數(shù)表選取電動機額定功率=4kw。 （3）選擇電動機轉速、確定滾筒轉速、總傳動比 （a）根據(jù)動力源和工作條件，電機的轉速選擇常用的兩種同步轉速：1500r/min和1000r/min。選用1000r/min。 查表選用Y132M1-6型號的電機，其參數(shù)如表1： 表1 所選電動機的相關參數(shù) 電機型號 額定功率 （kw） 同步轉速 (r/min) 滿載轉速（r/min） 電機重量 （kw） 參考價格（元） Y132M1-6 4 1000 960 73 823 （b）先求取滾筒臨界轉速 由臨界狀態(tài)得： m為馬鈴薯質量，R為滾筒半徑R= 令總傳動比為i，則滾筒轉速為n=，因此： V= 化解得i≥12.39，取i=14。 3.2 傳動裝置運動和動力參數(shù)的計算 3.2.1 傳動比分配 根據(jù)常用傳動機構的主要特征及適用范圍： 取V帶傳動的傳動比為3.5，則圓柱齒輪傳動比 3.2.2 各軸的轉速計算： =960r/min r/min r/min 3.2.3 各軸輸入功率計算： 3.2.4 各軸輸入扭矩計算 將上述結果列入表2，以供查用。 表2 各軸的的運動參數(shù) 軸號 轉速n/(r/min) 功率P∕kw 扭矩T∕（N·m） I 960 4 39.8 II 274.3 3.7248 129.68 III 68.57 3.25 452.64 3.3 V帶傳動的設計計算 選用普通V帶傳動，動力機位Y系列三相異步電動機，功率P=4kw，轉n=960r/min，每天工作16h，中心距小于600mm。 計算項目 計算內(nèi)容 計算結果 定V帶型號和帶輪直徑 工作情況系數(shù) 由表 =1.2 計算功率 選帶型號 由圖 A型 小帶輪直徑 由表 取 大帶輪直徑 選 (ε為滑動率，取ε=2%) 大帶輪轉速 ≤ 以上所選參數(shù)合理 計算帶長 求 求 = =109mm 初取中心距 a=500mm 帶長 L=+2a+=199+2×500+ L=1648.6mm 基準長度 由圖 =1800mm 求中心距和包角 中心距 = a=577.28mm 600mm 小輪包角 = = 求帶根數(shù) 帶速 v=4.52m/s 傳動比 i= i=3.5 帶根數(shù) 由表 =0.78kw；0.94 ；1.01； ； Z= = =3.68 取z=4根 求軸上載荷 張緊力 =500+q 500× +0.10× =148.9N （由表 q=0.10kg/m） 軸上載荷 =2z =2×6×148.9× =1752N 帶輪結構設計 由于帶速v30m/s，帶輪用HT200制造。小帶輪采用整體式結構，大帶輪采用輪輻式結構，且D500mm，輪輻數(shù)目取為4.具體結構參數(shù)見零件圖。 綜上整理帶傳動參數(shù)如表3： 表3 帶傳動的相關參數(shù) 小帶輪直徑 大帶輪直徑 傳動比i 帶基準長度 根數(shù)Z 中心距a 90mm 308mm 3.5 1800mm 4 577.28mm 3.4 齒輪傳動的設計計算 使用要求：預期使用壽命10年，每年300個工作日，在使用期限內(nèi)，工作時間占20%。工作有中等振動，傳動不逆轉，齒輪對稱布置。傳動尺寸無嚴格限制，無嚴重過載。傳動比i=4,。 因傳動尺寸無嚴格限制，且為開式傳動，故小齒輪用45鋼，調(diào)質處理，硬度241HB～286HB，平均取為260HB，大齒輪用球墨鑄鐵QT500-7，硬度170HB～230HB，平均取為200HB。開式傳動的齒輪，主要失效形式是彎曲疲勞折斷和磨粒磨損，磨損尚無完善的計算方法，故只進行彎曲疲勞強度計算。 計算項目 計算內(nèi)容 計算結果 1.初步計算 轉矩 由前表查得 =129.68 齒寬系數(shù) 由表，取=1.0 =1.0 彎曲疲勞極限 由圖 =500Mpa =350Mpa 初步計算的許用 彎曲應力 =0.7 =0.7500 =350Mpa =0.7 =0.7×350 =245Mpa 值 由表，取=1.45 =1.45 初取齒輪齒數(shù) 取小齒輪齒數(shù)=25 =25 齒形系數(shù) 由圖 =2.63 =2.18 應力修正系數(shù) 由圖 =1.58 =1.81 初步計算的齒輪模數(shù)m m =1.96 m=3 初步寬度b b= =75mm =65mm 2.校核計算 圓周速度v v== v=1.08m/s 精度等級 由表 選9級等級 齒數(shù)z和模數(shù)m 由前計算，m=3； =25，=i=100 =25 =100 使用系數(shù) 由表 =1.25 動載系數(shù) 由表 =1.1 重合度 = =1.88-3.2×（）=1.72 =1.72 重合度系數(shù) =0.25+=0.25+ =0.69 齒間載荷分配系數(shù) 由表，== =1.4 齒向載荷分配系數(shù) =9.63 由圖 =1.25 載荷系數(shù)K =1.25×1.1×1.4×1.25 K=2.4 彎曲最小安全系數(shù) 由表 =1.2 應力循環(huán)次數(shù) =60=60×1×274.3 ×14400 = =60=60×1×68.57 ×14400 =0.6× 彎曲壽命系數(shù) 由圖 =0.92 =0.98 尺寸系數(shù) 由圖 =1.0 許用彎曲應力 == =368Mpa == =274.4Mpa 驗算 = =158.6Mpa < =158.6 150.60Mpa < 因傳動無嚴重過載，故不作靜強度校核齒輪的結構的設計：小齒輪制成實心式，大齒輪制成圓盤式，具體結構參數(shù)見零件圖。 綜上整理齒輪傳動的參數(shù)如表4： 表4 齒輪傳動的相關參數(shù) 模數(shù)m 小齒輪齒數(shù) 壓力角 大齒輪齒數(shù) 傳動比 3 25 100 4 3.5 軸系零件的設計計算 軸材料選用45鋼調(diào)質，=650Mpa，=360Mpa。軸的設計計算步驟如下： 計算項目 計算內(nèi)容 計算結果 3.5.1 初算軸徑d 由表，C=112 =112× =26.72mm 取d=40mm 3.5.2 初步計算軸上各段長度 軸承選6208，寬度B=18mm； 小齒輪齒寬b=75mm； 由表： 大帶輪寬度B=（Z-1）e+2f =（6-1）×15+ 2×10=95mm 軸的結構設計如圖3： 圖3 軸II的結構設計圖 計算軸上載荷： 由前計算： 帶輪作用軸上載荷=1752N，T=129.68N·m 齒輪作用在軸上載荷： =3458N，=129.68N·m 3.5.3 繪制軸的彎扭矩圖，對危險截面進行校核 簡化軸上載荷如圖4： 圖4 軸II所受的載荷圖 其中， =1752N，T==129.68N·m， ==3458×cos=3249.5N ==3458×=1182.7N 畫軸的彎矩圖，扭矩圖 圖5 軸II的彎矩圖、扭矩圖 由彎矩圖、扭矩圖可知B點為危險截面。對B點進行校核計算： M===276.64Nm 查表得：=215Mpa，=102.5Mpa，=60Mpa 對于不變的轉矩，取 =278N.m 所以： =43.43Mpa=60Mpa 滿足強度要求。 軸承選用6208，帶輪和齒輪結構見零件圖。 3.5.4 軸承的校核 （1）計算軸承的當量動載荷P： 由式：P=X+Y知， 對不承受軸向載荷的深溝球軸承，X=1，Y=0 由力學相關知識解得：=2599.6N；； ；=728.46N ==3409.6N ==5894.3N 得：=3409.6N；=5894.3N （2）校核計算 軸承的計算額定動載荷，它與所選用軸承型號的基本額定載荷C值必須滿足下式要求： C； 為軸承的預期使用壽命， 查表，取=6000h 解得=3409.6=15.76Kw=452.64N·m。 所以，以上選擇的參數(shù)滿足強度要求。合理。 3.6.4 軸上螺母選擇 因螺母只需一般的固定作用，并無特殊要求，所以選用普通六角螺母M42。 3.7 軸承座、端蓋的結構設計 3.7.1 軸承座的選材 由于機構運轉過程中并無較大沖擊載荷，且軸承外徑較大，考慮到節(jié)約成本， 故選用灰鑄鐵HT300，=290Mpa，硬度190240HB。 3.7.2 軸承座的固定方式 軸承座與機架用螺栓聯(lián)接。 3.7.3 軸承座的結構設計 具體結構參數(shù)見零件圖。 3.7.4 軸承座端蓋選材、結構設計 端蓋選用灰鑄鐵HT300，=290Mpa，硬度190240HB。用螺栓與軸承座聯(lián)接。 端蓋用于限制軸承在軸承座內(nèi)的軸向位移，且在端蓋與軸承座之間加用墊圈，通過換用不同厚度的墊圈即可調(diào)整軸承在軸承座內(nèi)的軸向位置，如圖9所示： 圖9 軸承與內(nèi)孔及端蓋的轉配關系圖 具體結構參數(shù)見零件圖。 3.8 軸承座聯(lián)接用螺栓的設計計算 螺栓材料選用45鋼，材料的許用拉應力=350Mpa。 螺栓直徑d的設計計算： （1） 軸Ⅱ左右兩軸承座受力如圖10所示； 圖10 軸II上的兩軸承座的受力分析圖 ①對于固定左軸承座的螺栓，預緊力只須滿足： ； z——螺栓個數(shù)，z=2； ——螺栓預緊力； ——接觸面間的摩擦系數(shù)，查表取=0.135 ； m——接合面數(shù)目 ，m=1； ——考慮摩擦傳力的可靠系數(shù)，取=1.3 =8023.4N 螺栓直徑d==6.16mm ②對于固定右軸承座得螺栓，預緊力必須滿足： ; ——殘余預緊力；其余符號含意同上； =3507.4N 同時螺栓所受總拉力F=+=3507.4+5849.1=9356.5N 螺栓直徑d=6.65mm 綜上，軸Ⅱ上軸承座選用螺栓M8. （2）滾筒左右兩軸承座受力如圖11所示： 圖11 滾筒軸上兩軸承座的受力分析圖 ①對于固定左軸承座的螺栓，預緊力只須滿足： ； z——螺栓個數(shù)，z=2； ——螺栓預緊力； ——接觸面間的摩擦系數(shù)，查表取=0.135 m——接合面數(shù)目 ，m=1； ——考慮摩擦傳力的可靠系數(shù)，取=1.3 ==2355.6N 螺栓直徑d==3.34mm ②對于固定右軸承座得螺栓，預緊力必須滿足： ； ——殘余預緊力；其余符號含意同上； ==503.6N 同時螺栓所受總拉力F==503.6+5849.1=6352.7N 螺栓直徑d=6.5mm 綜上，滾筒軸上軸承座選用螺栓M8. 3.9 機架的結構設計 機架材料選用型鋼，由型鋼焊接成機架。在機架的結構設計中，主要考慮便于軸承座的安裝，以及方便機架上零件間相對距離的調(diào)整，具體結構參數(shù)見零件圖。 參考文獻 [1]邱宣懷、郭可謙、吳宗澤等.機械設計[M].4版.北京：高等教育出版社.2010. 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