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湖南農(nóng)業(yè)大學東方科技學院畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查表 學 部： 理工學部 學生姓名 彭文強 學 號 200841914325 年級專業(yè)及班級 2008 級 機械設(shè)計制造及其自動化 專業(yè) （三）班 指導(dǎo)教師姓名 高英武 指導(dǎo)教師職稱 教授 畢業(yè)論文題目 紅薯切片機 畢業(yè)論文工作進度 已完成的主要內(nèi)容 尚需解決的主要問題 1.認閱讀參考資料后，初步確定了設(shè)計方案， 2.確定紅薯切片機總體結(jié)構(gòu)方案，進行結(jié)構(gòu)分析，根據(jù)設(shè)計要求，選定了電機型號 3.進行紅薯切片機設(shè)計的有關(guān)計算 4.繪制了紅薯切片機原理圖及部分零件圖 5.擬定傳動控制系統(tǒng) 1.近一步裝配圖和零件圖的完善 2.優(yōu)化傳動設(shè)計及傳動控制系統(tǒng) 3.總體設(shè)計方案有待完善 4.整理修改及提交畢業(yè)設(shè)計說明書和設(shè)計圖紙。 指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 檢查（考核）小組意見 檢查小組組長簽名： 年 月 日 湖南農(nóng)業(yè)大學東方科技學院畢業(yè)論文（設(shè)計）開題論證審批表 學生姓名 彭文強 學號 200841914325 年級專業(yè)及班級 2008級機械設(shè)計制造及其自動化(3)班 指導(dǎo)教師及職稱 高英武 教授 開題時間 年 月 日 畢業(yè)論文（設(shè)計）題目 土豆切片機的設(shè)計 文獻綜述（選題研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻等）（宋體五號，行間距單倍行距。） 一、國內(nèi)外馬鈴薯生產(chǎn)及利用現(xiàn)狀 馬鈴薯具有良好的營養(yǎng)價值和經(jīng)濟價值,廣泛用于食品工業(yè)、淀粉工業(yè)、飼料工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)等。按其市場需求可分為鮮食型、加工型、飼用型；其中,鮮食型又分為超早熟型、超高產(chǎn)型、超新型（如彩色薯肉品種）、超微型。國內(nèi)外對馬鈴薯的利用主要包括鮮薯食用、加工鮮薯、冷凍（藏）薯、脫水薯、制罐、快餐食品、方便食品、馬鈴薯全粉、變性淀粉、種薯、飼用等。 根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計,2001年中國馬鈴薯總產(chǎn)量為6405萬噸,居世界第一位,是世界總產(chǎn)量的21%。但在我國馬鈴薯總產(chǎn)量中僅有14%用于粗淀粉和粉條加工,其余都只作為鮮食和飼用,直到最近幾年才有少數(shù)小型食品加工廠生產(chǎn)馬鈴薯炸片。而歐美發(fā)達國家生產(chǎn)的馬鈴薯約有80%用于加工。 二、國內(nèi)外馬鈴薯加工業(yè)概況 馬鈴薯加工產(chǎn)品主要為四大類：馬鈴薯食品（馬鈴薯片、條、泥、丁、膨化食品）,馬鈴薯粉條、粉絲和馬鈴薯淀粉（包括變性淀粉和馬鈴薯全粉）。 我國馬鈴薯加工業(yè)總體水平比較落后,在馬鈴薯生產(chǎn)總量中約有50%用作鮮食、飼用和留種,而加工淀粉、粉絲粉條、全粉、薯條、薯片等約占總產(chǎn)量的14%,出口約占5%,還有30%鮮薯有待利用。 三、土豆的食品深加工及其產(chǎn)品 發(fā)酵類食品主要有： 醬油 、食醋 、果啤飲料乳酸發(fā)酵土豆飲料 、土豆格瓦斯。 非發(fā)酵類食品主要有 ：粉條、 粉絲類、 蜜餞類 （連城紅心薯干）、 土豆果脯、 土豆果醬 、小食品類 （如： 香酥薯片 、油炸土豆片 、蝦味脆片）、 糕點類（土豆點心、薯蓉）、糖果類（軟糖 、飴糖）、 飲料類 （土豆乳）、 雪糕等。 土豆可以廣泛應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、化工、造紙等10多個行業(yè)，利用土豆可以制成數(shù)百種工業(yè)產(chǎn)品和數(shù)百種食品。在鮮土豆加工中，用于淀粉加工的比例最大，淀粉可以進一步加工成粉條、粉絲、粉皮等粉制品。另外用土豆淀粉還可以制成變性淀粉、檸檬酸、酒精等，在醫(yī)藥上可以用來生產(chǎn)醫(yī)藥用的包裝塑料、藥片填劑和青霉素及核苷類物質(zhì)。 土豆每加工一次就可以增值一次。加工成普通淀粉可以增值0.75倍，精制淀粉可以增值1倍，加工成粉條可以增值1.5－2倍，加工薯脯可增值3倍（但量有限）。另外加工后的薯渣可以造糖、酒精，綜合利用后可以增值5-6倍，如果加工成方便粉絲、或精制粉絲、保健淀粉出售，可以增值10-15倍不等。還有土豆的莖尖、葉柄等制成蔬菜進行綜合加工效益更高。 總之，土豆是不耐存放的作物，只有深加工才可以增值。 四、土豆深加工處理流程 果蔬的切片 凡是果蔬原料果皮粗糙、堅硬，具有不良風味的均應(yīng)切片，以利于提高品質(zhì)，只有在加工某些果脯、蜜餞、果汁和果酒時，因要打漿和壓榨，才不用切片，果蔬切片方法如下： （1）手工切片 用特別的刀、刨等工具人工削皮，切片干凈、損失少，但勞動效率低。 （2）機械切片 主要用于比較常規(guī)的土豆。 三、國內(nèi)外典型的切片設(shè)備 我國的切片機技術(shù)始于七十年代初期，我國的切片機廣泛應(yīng)用于蔬菜、中藥、凍肉等領(lǐng)域， 其中土豆的應(yīng)用尤為顯著。目前我國切片機的主要方式有以下幾種： (1)直線往復(fù)式切片機。直線往復(fù)式切片機的結(jié)構(gòu)簡單，但效益低。 因此它應(yīng)用于工作要求不高、效益低的場合。 (2)圓盤旋轉(zhuǎn)式切片。圓盤旋轉(zhuǎn)式切片機的機構(gòu)簡單也有較高的生產(chǎn)效益，因此它廣泛應(yīng)用于各種場合。 (3)水槍式切片。水槍式切片機耗水量打， 只能切出平直的片， 因此它的應(yīng)用不是十分廣泛。 (4)圓形（內(nèi)圓切片的外圓切片）切片。圓形式切片機有很高的工作效率，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計較困難，因此它應(yīng)用于工作效率要求相當高的專業(yè)領(lǐng)域。 1.3.2 蒸煮裝置 國內(nèi)食品加工業(yè)使用的連續(xù)式鏈帶蒸煮機和高壓蒸煮鍋，機體龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，小型土豆食品加工廠引進使用有一定困難。在實際生產(chǎn)中，對土豆的蒸煮要求并不高，使用自制的蒸煮裝置完全可以滿足要求。 在一個大型蒸煮容器內(nèi)鋪設(shè)軌道，道軌通到容器大門外切片機附近。道軌上置放平板小車，小車上裝有方形籠屜若干層。塊莖切片后，依次放入籠屜。待所有的籠屜子都裝滿薯片后，將小車連同籠屜推入容器中，密封大門，再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后，打開大門，拉出小車和籠屜，取出薯片。 蒸煮容器為長方形，下部設(shè)有進氣管道和閥們，上部有排氣管。容器框架由角鋼制作，外壁由鋼板制造，并用隔熱材料涂抹保溫。 1.3.3 化學切片裝置 在由防堿材料制成的容器中注入氫氧化鈉溶液，溶液濃度為15%—25%。加熱溶液，溫度達到87—95C，加入塊莖攪拌使溫度保持在70C左右；經(jīng)過2—6分鐘，塊莖的表皮開始變松變軟；撈出塊莖，用高壓水反復(fù)沖洗，知道表面無殘留物為止。撈出的塊莖也可放入機械式切片機中剝?nèi)ケ砥ぁ? 本法的優(yōu)點是對不同大小、不同形狀的塊莖適合性好，切片快，不需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的專門設(shè)備。缺點是沖洗塊莖需要大量清水，皮屑不能利用，排出的廢液污染環(huán)境。 由于切片方法不同，國內(nèi)外土豆切片機械的結(jié)構(gòu)形式也各不相同，切片差異較大，切片率大致為7%-25%，其中機械切片率為最大，蒸汽切片率為最小。 研究方案（研究目的、內(nèi)容、方法、預(yù)期成果、條件保障等） 研究目的：根據(jù)土豆切片機的結(jié)構(gòu)特點，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計。 研究內(nèi)容：1.研究切片機的工作原理 2.進行切片機的可行性分析 3.書寫設(shè)計說明書、繪制圖紙。 研究方法：1.查找資料，并整理資料。 2.對切片機進行尺寸及結(jié)構(gòu)分析，設(shè)計出基本結(jié)構(gòu)，并繪出總裝圖及零件圖。 預(yù)期成果：設(shè)計出結(jié)構(gòu)合理、操作簡單、動作可靠，使用壽命長的切片機。 條件保障：1.有高教授對一些疑難的悉心指導(dǎo) 2.有圖書館的設(shè)計手冊進行資料查找 3.利用網(wǎng)絡(luò)軟件資源進行設(shè)計 時間進程安排（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等）（宋體五號，行間距單倍行距） 1、知識準備 1-2周 2、主題方案設(shè)計 3-5周 3、設(shè)計計算、結(jié)構(gòu)設(shè)計、制圖 6-10周 4、整理設(shè)計說明書 11-12周 5、準備答辯 13周 開題論證小組意見 組長簽名： 年 月 日 專業(yè)委員會意見 專業(yè)教研室主任簽名： 年 月 日 注：此表意見欄必須由相應(yīng)責任人親筆填寫。專業(yè)名稱必須是全稱，例如“會計學專業(yè)”，班序號用阿拉伯數(shù)字“1”、“2”標注。此表如不夠填寫，可另加頁。 湖南農(nóng)業(yè)大學東方科技學院 全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計 土豆切片機的設(shè)計 THE DESIGN OF POTATO SLICING MACHINE 學生姓名：彭文強 學 號：200841914325 年級專業(yè)及班級：2008級機械設(shè)計制造及其自動化3 班 指導(dǎo)老師及職稱：高英武 教授 學 部：理工學部 湖南·長沙 提交日期：2012年05月 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。 畢業(yè)論文（設(shè)計）作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要…………………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………1 1 前言………………………………………………………………………………………2 2 國內(nèi)外概況………………………………………………………………………………2 2.1 國外切片概況 …………………………………………………………………2 2.2 國內(nèi)切片概況 …………………………………………………………………2 3 土豆切片機總體方案的確定……………………………………………………………2 3.1 結(jié)構(gòu)特點與工作原理……………………………………………………………3 3.1.1 結(jié)構(gòu)特點…………………………………………………………………3 3.1.2 工作原理及工作條件……………………………………………………2 3.2 機構(gòu)的組成部分及特點…………………………………………………………2 3.2.1 電動機……………………………………………………………………2 3.2.2 皮帶傳動裝置……………………………………………………………3 3.2.3 軸…………………………………………………………………………3 4 傳動設(shè)計計算、零部件的強度、剛度計算……………………………………………3 4.1 動力計算…………………………………………………………………………3 4.1.1 主要參數(shù)…………………………………………………………………4 4.1.2 土豆在料斗、刀片間被切削的受力分析………………………………5 4.1.3 輸出軸的轉(zhuǎn)速計算………………………………………………………5 4.1.4 切削功耗P切……………………………………………………………6 4.1.5 傳動、摩擦等的功率損失………………………………………………6 4.1.6 選擇電機…………………………………………………………………6 4.1.7 切片可靠性的計算………………………………………………………6 4.1.8求計算功率PC……………………………………………………………7 4.2 選V帶的型號………………………………………………………………………7 4.3 求大小帶輪d2、d1基準直徑 4.4 驗算帶速V ………………………………7 4.5 計算V帶的基準長度Ld和中心距a………………………………………………8 4.6 驗算小帶輪包角α1………………………………………………………………8 4.7 求V帶的根數(shù)………………………………………………………………………8 4.8 求作用在帶輪軸上的壓力FQ………………………………………………………8 4.9 V帶輪的設(shè)計………………………………………………………………………8 4.9.1 V帶輪材料的選擇……………………………………………………………9 4.9.2 帶輪結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計…………………………………………………………9 4.9.3帶輪尺寸的設(shè)計………………………………………………………………10 4.10 軸的選擇…………………………………………………………………………11 4.10.1計算軸的最小直徑……………………………………………………………11 4.10.2 軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定……………………………………………………12 4.10.3 軸的校核……………………………………………………………………13 4.10.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度……………………………………………13 4.11 軸承的選擇和校核………………………………………………………………13 4.11.1 軸承的選擇…………………………………………………………………13 4.11.2 軸承的校核…………………………………………………………………14 4.12 鍵的選擇和校核…………………………………………………………………14 4.12.1 鍵的選擇……………………………………………………………………15 4.12.2鍵的校核……………………………………………………………………15 5 結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………………………15 5.1 刀盤總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………15 6 入料斗的設(shè)計及葉輪的設(shè)計…………………………………………………………16 7 機架的設(shè)計……………………………………………………………………………16 7.1 機架設(shè)計要求……………………………………………………………………16 7.2 機架材料的選用及壁厚選擇……………………………………………………17 7.3 機架整體設(shè)計……………………………………………………………………17 8 機體結(jié)構(gòu)的設(shè)計………………………………………………………………………17 9結(jié)論………………………………………………………………………………………18 參考文獻 …………………………………………………………………………………19 致謝…………………………………………………………………………………………20 土豆切片機的設(shè)計 學 生：彭文強 指導(dǎo)老師：高英武 教授 （湖南農(nóng)業(yè)大學東方科技學院，長沙 410128） 摘 要：隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械技術(shù)也得到了大規(guī)模的應(yīng)用。本文所設(shè)計的土豆切片機是一種體積比較小、結(jié)構(gòu)比較簡單。適用于家庭、餐廳、小作坊的小型農(nóng)產(chǎn)品加工機械。土豆切片機設(shè)計的整個過程，其中主要包括總體方案的確定，各部件的設(shè)計與計算，總裝與部裝圖紙以及各零件的圖紙。完成了全部設(shè)計后，對切片機進行了評價，指出它的特點、優(yōu)勢之處，以及存在的一些不足，并提出了一些改進的措施。 關(guān)健詞：切片機；設(shè)計；計算 The Design of Potato slicing Machine Student:Peng Wenqianng Tutor: Gao Yingwu (Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128) 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 薯類作物在我國分布很廣，有二十多個省、自治區(qū)種植，是我國主要糧食作物之一，馬鈴薯還是一種很好的蔬菜作物。我國薯類作物種植面積1.4億畝左右，總產(chǎn)量達2 ~ 3千萬噸，是世界上產(chǎn)薯最多的國家[1]。在莖塊作物的加工過程中需將其切成片。因此切片機應(yīng)運而生。現(xiàn)在市場上，切片機械己經(jīng)比較常見了，但是這些機械只適合產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)，而沒有適合農(nóng)民作坊生產(chǎn)的切片機器；另外市場上的這些機械對切片物體的尺寸有著嚴格要求，不太適合塊莖類蔬菜。因此根據(jù)市場需求，對塊莖類疏菜，如:紅薯、土豆等，進行切片，而且要求切片、大小厚度一致、均勻，效率要比較高，這些要求超出了手工的要求，加之一些營養(yǎng)成分較高的新鮮蔬菜不易保存，需進行加工保存，如:土豆，所以更需一種能切片的小型機器。該機器能滿足切片大小厚度一致、均勻，效率較高，提高了勞動效率，改善了勞動質(zhì)量，讓人從切片勞動中解放出來，這樣既減輕了農(nóng)民在加工中的勞動強度，也增加了農(nóng)民的收入，有利于機械化在農(nóng)村的發(fā)展。 2 國內(nèi)外概況 2.1 國外切片概況 目前，國內(nèi)外已有一些產(chǎn)家研制和生產(chǎn)了此種機器。在國外的公司，如:美國的哈克遜公司生產(chǎn)了BIZERBA SE12、FAC F300半自動切片機，BIZERBA SE12D自動切片機:意大利碧佳 ES25、ES30斜刀式切片機:韓國的地質(zhì)公司的肉類切片機等[2]。瑞士Meyer-Burger AG公司的TS系列機，日本Tokyo Semitsu 株式會社的TSK（若干）系列機， 日本Okamoto Machine 株式會社的ASM系列機， 美國STC公司的STC系列機等。我國的切片的研究開發(fā)方面雖然已有30年的歷史，近幾年來切片機的研制發(fā)展也非常迅速，但是與發(fā)達國家相比目前仍然有一定的距離。但我國的切片機方面仍然沒有根本性突破。 2.2 國內(nèi)切片概況 在國內(nèi)的公司有:馬鞍山華寶機械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的落地式切片、北京雅寶食品機械廠生產(chǎn)QR-300型自動切片機、沈陽清寶食品機械有限公司生產(chǎn)的CWS-350A。山東省諸城市大洋食品機械廠的大洋牌土豆切片機有400型、600型、江陰鑫達藥化機械的中藥切片機等。這些機器的特點是生產(chǎn)率大，速度快，適合于大型的場合[3]。價格比較貴，對于農(nóng)民的作坊生產(chǎn)來說不適合。 3 土豆切片機總體方案的確定 3.1 結(jié)構(gòu)特點與工作原理 3.1.1 結(jié)構(gòu)特點 根據(jù)本設(shè)計的要求及適用面來確定切片機的形式：本設(shè)計中我采用臥式切片機， 因為臥式切片機的裝料和卸料都比較容易， 結(jié)構(gòu)簡單，操作和維修便易，而且臥式相對立式工作時產(chǎn)生的震動小，有益于機械的正常工作，是非常適合作坊的機械。臥式切片機有電機、旋轉(zhuǎn)刀盤、皮帶傳動裝置以及輸入輸出物料裝置等組成。 本機構(gòu)主要有以下優(yōu)點： (1)、降低了人們的勞動強度，提高了工作效率。 (2)、切片的厚度一致性高，損耗低。 (3)、切削種類多，能對土豆、紅薯、洋蔥等進行切削。 (4)、結(jié)構(gòu)簡單緊湊。 3.1.2 工作原理及工作條件 臥式切片機采用電動機作為動力，皮帶輪傳動減速裝置帶動輸出軸轉(zhuǎn)動，軸的末端接一旋轉(zhuǎn)刀盤，刀盤上的刀片隨著刀盤轉(zhuǎn)動，把馬鈴薯切成片[4]。切片的厚度出刀片與刀盤間的墊片厚度在控制。此外，切片與起絲的轉(zhuǎn)換可以通過更換切片來實現(xiàn)。 如圖所示： 1-刀盤 2-傳動軸 3-皮帶以及皮帶輪 4-電動機 圖1 土豆切片機原理圖 Fig.1 Electric voltage of potato slicing machine 3.2 機構(gòu)的組成部分及特點 3.2.1 電動機 由于臥式切片機的生產(chǎn)效率為500kg/h,所以選擇的電動機為YB132S1-2, 其額定功率為5.22KW，同步轉(zhuǎn)速 n=2000/min(選定計算過程見后面 ). 3.2.2 皮帶傳動裝置 切片機選擇V帶輪作為傳動裝置，傳動比為4。 3.2.3 軸 軸的材料為45號鋼，軸的固定選用深溝球軸承：采用軸肩定位 4 傳動設(shè)計計算、零部件的強度、剛度計算 4.1 動力計算 4.1.1 主要參數(shù) 刀盤直徑:根據(jù)紅薯的外型尺寸，切片時所需的速度、生產(chǎn)率等條件，確定 刀盤直徑為300mm 切削力:由資料查得到刀片單位長度承受的切削力至少為0.3 kg/mm.下面 是直刃刀片和圓弧刃刀片在切削中受力的對比，從而選擇刀片[5]。 直刃刀片和圓弧刃刀片在切削中受力數(shù)據(jù)資料如下: 對直刃刀片而言直刃刀片在切削中的受力數(shù)據(jù)如下表： 表1直刃刀片分析 Table 1 The analyzing of straight bit 編號 項目 切削面積 切削阻力 平均切削阻力 切削長度 平均切削阻力 cm2 kg kg/cm2 mm kg/mm 1 順行 2.4×1.3 2.2 0.705 24 0.092 逆行 1.4×0.6 5 5.952 14 0.375 2 順行 1.6×0.8 2 0.694 16 0.125 逆行 1.4×0.6 2 1.786 15 0.133 3 順行 0.7×1.3 2 2.198 13 0.667 逆行 1.0×0.5 1.5 3 10 0.15 4 順行 1.9×1.2 3 1.316 9 0.158 逆行 0.7×0.6 3.5 8.333 7 0.5 5 順行 1.9×0.8 1.5 0.987 19 0.79 逆行 0.9×0.8 3 4.167 9 0.333 6 順行 1.2×0.7 2 1.681 12 0.167 逆行 1.2×0.6 2 2.778 12 0.167 平均 2.799 0.258 圓刃刀片在切削中的受力數(shù)據(jù)如下表： 表2圓刃刀片分析 Table 2 The analyzing of arc bit 編號 項目 切削面積 切削阻力 cm2 kg 平均切削阻力 切削長度 平均切削阻力 kg/cm2 mm kg/mm 1 順行 2.4×0.5 1.5 逆行 1.4×0.6 2.5 2 順行 1.5×0.7 2 逆行 1.4×0.8 1.5 1.905 16 0.133 1.339 15 0.107 3 順行 1.7×0.3 1.5 0.629 13 0.088 逆行 1.0×0.5 1 2 10 0.1 4 順行 1.8×0.7 2.5 1.984 9 0.139 逆行 0.7×0.6 2 8.477 7 0.286 5 順行 1.8×0.2 1 0.455 19 0.056 逆行 0.9×0.8 2 2.778 9 0.222 6 順行 1.9×0.1 2 0.887 12 0.05 逆行 1.2×0.6 1.5 2.083 12 0.125 平均 1.92 0.133 以上兩表可以看出圓刃刀片要比直刃刀片省力50%左右，所以本設(shè)計采用圓刃刀片，材料選用45#。 4.12 土豆在料斗、刀片間被切削的受力分析 土豆在切削時的受力情況示意圖 1-刀盤 2-土豆 3-料斗壁 圖2 土豆受力分析圖 Fig.2 Bean stress analysis 紅薯在切削時，刀片給紅薯一切削力P，同時入料斗也給紅薯一反力N,N分解為水平分力R1.和垂直分力N1，形成一對力矩M1=R1L2,M2 =N1L1，要使紅薯不跳動,不轉(zhuǎn)動，保持平衡則需PL2=MI+M2。方向相反。 4.13 輸出軸的轉(zhuǎn)速計算 由小時生產(chǎn)效率500kg/h 來確定轉(zhuǎn)速n Q=60×nZ×V×P×K1×K2 (1) Z=1 V=S×L Q=500kg/h K1=0.7 K2=0.2 取L=0.5，P=1.033×10×0.001來確定n，則 Z是料斗中出現(xiàn)的刀片數(shù)量； L是切片厚度； Q是該設(shè)備的生產(chǎn)率；s K1是刀片利用率； K2是刀盤的不旋空概率； 因此我們將轉(zhuǎn)速定為n=500rpm。 4.14 切削功耗P切 由前面得知，切削平均阻力P=0.3Kg/mm，則刀片在切削長度內(nèi)承受的阻力矩積分得： 圖3 扭矩圖 Fig.3 Torque P (2) =0.3×0.5X2| =2756.3Kg·㎜ (3) 4.1.5 傳動、摩擦等的功率損失 由機械設(shè)計上表可得[6] 可知 總功率=0.96×0.97×0.97×0.96=0.9033 (4) =2.808÷0.9033=3.13Kw 因為經(jīng)電動機的傳輸功率,其利用率通常在60%—70%之間，故選用電動機的額定功率0.6—0.7 P額，由此得到的額定功率是5.22Kw，我們選擇電動機的功率為5.22Kw。 4.1.6 選擇電機 根據(jù)計算機算出來的額定功率，刀盤轉(zhuǎn)速以及該機使用的減速機構(gòu)的傳動比，選擇額定功率為5.22Kw。轉(zhuǎn)速在自身減速后為2000rpm、工作電壓為380V的電動機。 4.1.7 切片可靠性的計算 為了使在切片過程中，物料的進給都可靠，顯然要保證物料下落到擋板的時間t1要小于刀片間隙的時間t2[7]?，F(xiàn)分析如下：假設(shè)物料道與物料的摩擦系數(shù)為0.4,送料道的傾斜角為45°則對物料進行受力分析： F=mgsina - Nμ； (5) N=mgcosa 所以F=mgsina-mgcosaμ (6) 又F=ma 所以 a=101.6N 計算作用在軸上的壓力Q Q=2zFf0sin(α／2) (7) =2×5×101.6×sin（132.7/2）=930.67（包角：127°計算見后） 4.1.8求計算功率PC 因為＝5.22kW則由機械設(shè)計手冊表13-15可知選KA=1.2 則由公式 ： PC=KAP （8） 則得出PC =5.22×1.2=6.27 kw 4.2 選V帶的型號 可用普通V帶或窄V帶，現(xiàn)選普通V帶。 根據(jù)PC=6.27 kw, nd＝2000 r/min，由機械設(shè)計手冊查出為V帶為SPZ型帶。 4.3 求大小帶輪d2、d1基準直徑 由機械設(shè)計手冊中表13-9可知d1=50～71 mm，現(xiàn)在取小輪d1=63 mm 由公式： d2=n1d1(1-ε)/n2 （9） 可得出d2=n1d1(1-ε)/n2=3.53×71×0.98=252 mm。其中ε在機械設(shè)計手冊查出為0.02 由機械設(shè)計手冊表13-9取d2=2526雖然n2略有增大，但其誤差小于5%，在允許的范圍內(nèi)，所以d2=250可以。 4.4 驗算帶速V 由公式 V= （10） 則可以算出V帶的速度V==π63×2000/(60×1000)=8.12 m/s V帶的帶速度5～25 m/s的范圍內(nèi)，合適。 4.5 計算V帶的基準長度Ld和中心距a 查機械設(shè)計手冊由其中計算V帶公式[8]： a0=1.5(d1+d2) （11） 初步計算選取V帶的中心距a0 則可以得出a0=1.5(d1+d2)=1.5×(63+250)=248，現(xiàn)在取a0=248,由公式0.7(d1+d2)120° 所以得出包角合適。 4.7 求V帶的根數(shù) 查機械設(shè)計基礎(chǔ)由公式： Z= （16） 已知n1=2000 r/min ，d1=63 查表可以得出 P0=1.45 KW 由傳動比i=4 查表13-5得 ?P0=0.45 KW 由α1=132.7° 查表13-7得 Kα=0.87,查表13-2得KL=0.90,由此可得 Z=≈1.81 所以V帶取2根 4.8 求作用在帶輪軸上的壓力FQ 查機械設(shè)計手冊表13-1得出V帶每米長的質(zhì)量q=0.07 kg/m由公式： F0= （17） 其中Pc為功率，Z為v帶的根數(shù)，V為v帶的帶速，Kа為包角修正系數(shù)可以查表得出其值為0.95 可以得出F0=≈82.4 N 現(xiàn)在計算作用在帶輪上的壓力FQ ,由公式： FQ= （18） 可以得出FQ=402.5 N 4.9 V帶輪的設(shè)計 4.9.1 V帶輪材料的選擇 設(shè)計V帶輪時應(yīng)滿足的要求是：質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝好，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡，輪槽工作面要精細加工（表面粗糙度一般為3.2以減少帶摩擦，各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較均勻。[9]帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用的材料牌號為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時采用鑄鋼，小功率采用鑄鋁或塑料?？紤]本設(shè)計的功率情況和轉(zhuǎn)速，本設(shè)計采用鑄鐵，材料牌號為HT200。 4.9.2 帶輪結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計 鑄鐵制V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：實心式、腹板式、孔板式、橢圓輪輻式。[10] V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準直徑有關(guān)。當帶輪基準直徑為dd≤d（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時可采用實心式；當dd≤300mm時，可采用腹板式；當dd≤300mm時，同時D1-d1≥100mm時，可采用孔板式；當dd＞300時可采用輪輻式 由5.3中的計算已知d1，d2： 主動輪基準直徑d1=63 mm 安裝軸帶輪軸的直徑d=25 mm ∵ dd≤d ∴小帶輪選用實心式 從動輪基準直徑d2=232 mm ∵ dd≤300mm ∴大帶輪選用腹板式 4.9.3帶輪尺寸的設(shè)計 V帶輪的輪槽與所選用的V帶的型號相對應(yīng)，此設(shè)計選的是SPZ帶，根據(jù)書上表格可直接得出 基準寬度b0=10 mm 基準下槽深度hfmin=10 mm 槽間距e=14±0.3 mm 最小輪緣厚δmin=5.5 mm 帶輪寬度 B=28 帶輪的總長L=（1.5~2.5）d=40 圖4 主動輪 Fig. 4 Drive sprocket 大V輪d=200mm小于350，所以采用腹板式。由其軸徑為35 mm. 基準寬度b0=10 mm 基準下槽深度hfmin=10 mm 槽間距e=14±0.3 mm 最小輪緣厚δmin=5.5 mm 帶輪寬度 B=26 帶輪的總長L=（1.5~2.5）d=45 圖5 從動輪 Fig. 5 Follower sprocket 輪槽工作表面的粗糙度為1.6或3.2，由于這兩個帶輪在切片機運行過程中起著非常重要的傳動作用，所以兩個帶輪輪槽工作表面的粗糙度均取1.6。[11] 4.10 軸的選擇 選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)軸上零件的安裝、定位及軸的制造工藝，確定軸的結(jié)構(gòu)如圖五： 圖6 軸 Fig.6 Axle 4.10.1計算軸的最小直徑 軸的強度計算 ，由公式計算軸的最小直徑，由公式： dmin= （19） 得出dmin=≈28 mm 計算軸的輸出力矩T，由公式： T=9550× （20） 可以得出T =9550× ≈36 N.m 軸的輸出直徑顯然不大，且與輪盤和從動輪的尺寸比列不協(xié)調(diào)，考慮到與鍵槽和電動機的輸出直徑為35mm。已經(jīng)遠大于dmin, 所以取最小軸徑dmin取35 mm。 4.10.2 軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定 軸的兩端分別與刀盤的從動輪相連接，所以取d1-2=2d7-8=35 mm。帶輪及刀盤采用軸肩定位，且定位高度h>0.07d d2-3=d6-7=42 mm?？紤]此處軸徑，出軸承產(chǎn)品目錄中初步選定6209深溝球軸承軸承，其尺寸為d×D×B=45×85×19, 所以d3-4= d5-6=45mm。查手冊6209深溝球軸承軸承的軸肩高為4 mm，所以d4-5=53 mm 由刀盤的尺寸和從動輪的尺寸確定l1-2=25 mm ,l7-8=35 mm。由軸承的尺寸，可以確定l3-4=l5-6=50 mm。有軸承端蓋的結(jié)構(gòu)和傳動軸，確定軸承端蓋的總寬度為20，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑劑的要求，去l2-3=30,l6-7=50 mm。根據(jù)軸的總體尺寸，取l4-5=130 mm。 4.10.3 軸的校核 求軸上的載荷，首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)，作出軸的計算簡圖。根據(jù)軸的計算圖，做出軸的彎矩圖和扭矩圖。 圖7 軸的載荷分析圖 Fig.6 The analyzing of axis’s load 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出靠近大帶輪軸承上的截面為危險截面?，F(xiàn)將計算的危險截面處的M、MH、MV。 選取軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機械設(shè)計》表14-2,已經(jīng)算出軸的最小直徑為35 mm，扭矩為36 N.m 所以，可以計算出作用在軸上的力圓周力Ft： Ft= （21） Ft==200N 作用在刀片上的力徑向力Fr： （22） 可以得出Fr=166.2 N 根據(jù)上面的數(shù)據(jù)和軸的機構(gòu)以及彎矩和扭矩圖中可以看出，受載荷最大的面是靠近大帶輪的軸承端面，因此求得此截面的彎矩扭矩如下表： 表3 截面的彎矩扭矩 Table.3 Cross-section of bending moment torque 載荷 平行于軸 垂直于軸 支反力F 1125 N N 彎矩M MH=34245N/mm 總彎矩 =63999 N/mm =35413 N/mm 扭矩T T2=131759.8 N.mm 4.10.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面C）的強度。根據(jù)《機械設(shè)計》式（15-5），以及上表的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取=0.6，計算軸的應(yīng)力,由公式： （23） 得出軸的應(yīng)力： =37.6 Mpa 前面已經(jīng)選定軸的材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機械設(shè)計》表15-1可查得 [σ-1]=60 Mpa，所以計算出軸安全。 故該軸在此截面的右側(cè)的強度也是足夠的。本機無大的瞬時過載及嚴重的應(yīng)力循環(huán)不對稱性，故可略去靜強度校核。至此,軸的校驗結(jié)束,軸的校驗合格。[12] 4.11 軸承的選擇和校核 4.11.1 軸承的選擇 由于軸承主要承受的只有機體中的軸，刀盤，從動輪的徑向力。故選用6209深溝球軸承軸承的主要參數(shù)：n=396r/min，預(yù)計壽命為8年，工作小時數(shù)Lh預(yù)計為24000小時。 4.11.2 軸承的校核 深溝球軸承一般是由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架組成。內(nèi)圈裝在軸上，外圈裝在機座和軸承座上。滾動體與內(nèi)外圈的材料應(yīng)具有高的硬度和接觸疲勞強度、良好的耐磨性和沖擊性。一般用含鉻合金鋼制造。[13]工作表面要磨削和拋光。與滑動軸承相比，角接觸球軸承具有摩擦阻力小、起動靈敏、效率高、能夠同時承受徑向和軸向的作用力等優(yōu)點。所以選擇深溝球軸承。[14] 因該軸承受 和的作用，必須求出當量動載荷P。計算時用到的徑向系數(shù)X、軸向系數(shù)Y要根據(jù)Fa/C0r值查取，而C0r是軸承的徑向額定靜載荷，在軸承型號未選出前暫時不知道，故用試算法。根據(jù)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表16-11，暫取Fa/C0r=0.17，則e=0.5。 因Fr=288N，F(xiàn)a =166.2N，則Fa/Fr=0.57>e，由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表16-11查得X=0.44，Y=1.4。 由公式 P=X Fr +Y Fa （24） P= 計算所需徑向基本額定動載荷值，由公式： （25） fp=1.2（查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表16-9得）； ft=1（查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表16-8得，因工作溫度不高）； Lh是使用壽命，為24000h 所以： Cr=2910>2900 N C0r=1920 N 故6209深溝球軸承軸承軸承的Fa/C0r=288/1920=0.15與原估算接近，適用。 4.12 鍵的選擇和校核 4.12.1 鍵的選擇 均為一般聯(lián)接，可選用普通平鍵中的圓頭普通平鍵。 安裝刀盤處鍵的選擇： 此處軸的直徑d1=35 mm，查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》表4-1得鍵的截面尺寸為：寬度b=8 mm,高度h=7 mm,取鍵長L=14 mm. 與皮帶輪聯(lián)接的鍵的選擇： 此處軸徑為d2=25 mm，同理選用鍵的寬度b=8 mm,高度h=7 mm,取鍵長L=18 mm. 4.12.2鍵的校核 鍵、軸的材料都是鋼，鍵采用靜聯(lián)接，沖擊輕微。查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》表14-1得許用擠壓應(yīng)力[σp]=120～150 Mpa,取[σp]=135 Mpa。 鍵1的工作長度l=L-b=14 -7 =7 mm,鍵與刀盤的接觸高度k=0.5h=3.5 mm查機械設(shè)計手冊由公式： = （26） 得出σp為116 Mpa小于[σp]所以鍵1的強度合適。 鍵2的工作長度l=L-b=25 -6 =19 mm，鍵與皮帶輪的接觸高度k=0.5h=3mm = （27） 得出σp為136 Mpa小于[σp]所以鍵1的強度合適 T——傳動的轉(zhuǎn)矩N·m k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 l——鍵的工作長度mm d——軸的直徑 5 結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1 刀盤總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計 刀盤總成是完成切削過程并且保證切削質(zhì)量的最重要部件；刀盤總成有刀盤、刀片、和調(diào)整墊片以及螺釘組成，通過調(diào)整墊片即可調(diào)整切片厚度。調(diào)整墊片有多塊，厚度均為1mm，不用調(diào)整墊片時，可以切5mm厚的片，用一塊墊片則可切6mm。根據(jù)要求，切削厚度為5mm，且刀片需要通過調(diào)節(jié)以保證切削厚度，所以刀片厚度應(yīng)稍大于切削厚度以嵌入刀座并可進行調(diào)節(jié)，刀片厚度取5mm。 考慮到本設(shè)計的臥式切片機的切削物料以土豆等作物為主，刀片的長、寬應(yīng)接近作物的尺寸了。[15]考慮到平帶是圓周運動，因此我設(shè)計在每隔一定的距離安裝一把刀片，有效的利用圓周運動，大大的提高工作效率。在整個刀座上裝有2把刀片，即在平帶運動一周的時間內(nèi)，刀片切削2次。刀片的尺寸為長取105mm，寬取53mm。，用鉚釘將刀片鉚上去。鉚釘?shù)拇笮∵x?。翰捎贸令^的型式，。 刀盤是鑄造而成，要求其質(zhì)量分布均勻，保證轉(zhuǎn)動的平穩(wěn)性。 6 入料斗的設(shè)計及葉輪的設(shè)計 入料斗是保證進料順利，同時起定力刃的作用，根據(jù)本機構(gòu)的整體特點，入料斗設(shè)計成傾斜的矩形狀，這樣物料可以出重力自動下滑，入料斗和葉輪之間的距離不能太大或太小，必須保證切片的厚度， 所以設(shè)計入料斗與刀盤之間的距離為100 m左右。[16]現(xiàn)考慮如何讓莖塊進入料斗后能順利下滑，來完成切割工序，首先查表得到物料與物料之間的摩擦系數(shù)為0.4， 在分析莖塊在料斗中的受力情況。 要讓莖塊能順利下滑，必須要求向Fn向x軸的投影在x軸的正方向上， 那樣莖塊才能順利下滑，那么就必須要求ɑ>δ，斜坡角度的確定過程如下： FR= FN+F1 （28） 要想讓莖塊能順利下滑的話， 那么必須Gsin(ɑ-δ)>0，也就是說ɑ>δ時莖塊就能順利下滑， f=tgδ=0.4，得到δ=21.8°，而ɑ>δ， 所以取ɑ=45°，也就是說料斗的傾斜角度ɑ=450。 7 機架的設(shè)計 7.1 機架設(shè)計要求 機架起到在機器中支承或容納零、部件的作用，機架的設(shè)計主要應(yīng)保證以下三點： (1)、足夠的強度和剛度； （2）、形狀簡單，便于制造； （3）、便于在機架上安裝附件等。 絕定機架工作能力的主要準則是剛度。在臥式切片機的中剛度決定著切片機的生產(chǎn)效率和切削精度。[17] 強度是評定重載機架工作性能的基本準則。機架的強度應(yīng)根據(jù)機器在運轉(zhuǎn)過程中可能發(fā)生最大載荷或安全裝置所能傳遞的最大載荷來校核其靜強度。此外還要校核其疲勞強度。機架的強度和剛度都需要從靜態(tài)和動態(tài)兩方面來考慮。動剛度是衡量機架抗震能力的指標，而提高機架抗振能力應(yīng)從提高機架構(gòu)件的靜剛度，控制固有頻率，加大阻尼等方面著手。 機架受壓結(jié)構(gòu)及受壓彎結(jié)構(gòu)都存在失穩(wěn)問題。有些構(gòu)件制成薄壁腹式也存在局部失穩(wěn)。穩(wěn)定性是保證機架正常工作的基本條件。必須加以校核。 為了滿足穩(wěn)定切片和切削效率的要求，本設(shè)計的臥式切片機采用機座機箱鑄成一體使得整體的結(jié)構(gòu)更加簡單、合理、穩(wěn)定，減少震動。 7.2 機架材料的選用及壁厚選擇 鑄造機架常用材料： 鑄鐵：鑄鐵流動性好，體收縮和線收縮小，容易獲得形狀復(fù)雜的鑄件。鑄鐵的內(nèi)摩擦大、阻尼作用強，故動態(tài)剛性好。另外還有切削性能好、價格便宜和易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點。鑄鐵主要 有灰鑄鐵、球墨鑄鐵。[18] 鑄造碳鋼：鑄鋼的彈性模量大，強度也比鑄鐵高，故用于受力較大的機架。由于鋼水流動性差，在鑄型中凝固冷卻時體收縮和線收縮都較大，故不宜設(shè)計復(fù)雜形狀的鑄件。 鑄造鋁合金：鋁合金密度小、重量輕，通過熱處理強化，具有足夠高的強度、較好的塑性，良好的韌性。 材料的選用，主要是根據(jù)機架的使用要求。本設(shè)計中的離心式切片機的形狀較復(fù)雜。鑄鐵的鑄造性能好、價廉和吸振能力強，應(yīng)用也最廣。焊接機架具有制造周期短、重量輕和成本低等優(yōu)點。由于本設(shè)計的機架結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了滿足支撐其它各零件的要求，本離心式切片機機架各零件零件采用HT200，整體選擇焊接的方式。 壁厚選擇 當機架零件的外廓尺寸一定時，因而在滿足強度、剛度、振動穩(wěn)定性等條件下，應(yīng)盡量選用最小的壁厚。 7.3 機架整體設(shè)計 機架整體應(yīng)起到固定及連接各零件的作用。機架由以下幾部分組成：支腿、底板、電機護罩、輸出滑板、機殼、刀片座、連接板、支板、連接板、固定箱、固定箱蓋。 8 機體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 機體就是由機座和箱體焊接而成，材料為HT200,箱體的安裝傳動軸的， 為了減少整個機體的重量，采用機座把箱體支撐起來， 再把箱體和箱蓋相連接，使得整體結(jié)構(gòu)更簡單、合理、穩(wěn)定，減少震動。[19] 機座的下面安裝電機，比帶輪設(shè)置在機體外面，這樣方便調(diào)節(jié)比帶輪的松緊，檢查皮帶的安裝是否正確到位。 本設(shè)計的優(yōu)點 本機構(gòu)主要是針對中小型場合而設(shè)計的， 它可以對多種莖塊類作物進行工作，且有較高的生產(chǎn)效率。同時該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，體積比較小，重量比較輕，生產(chǎn)率處于大型機械與手工勞動之間，適合勞動作坊等小場合。 9 結(jié)論 由于本設(shè)計因為個人知識有限，本切片機采用臥式刀盤，因此在切片的過程中難免會出現(xiàn)切片厚度不均勻的情況，還有就是本切片機占空間大。設(shè)計的切片機結(jié)構(gòu)比較簡單。主要改進措施是為了解決不均勻的問題，解決方案是： 在切片過程中始終保持切片的物體壓緊，使其不跳動、不滑移。[20] 參考文獻 [1] 張勛.馬鈴薯生產(chǎn)機械化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略[J].農(nóng)機化研究,2008:1-6. 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