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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
紅薯切片機(jī)設(shè)計(jì)
THE DESIGN OF SWEET POTATO SLICING MACHINE
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
年級(jí)專業(yè)及班級(jí)：
指導(dǎo)老師及職稱：
學(xué) 部：
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………1
1 前言…………………………………………………………………………………… 1
2 切片機(jī)現(xiàn)狀…………………………………………………………………………… 2
2.1 國(guó)外發(fā)展情況………………………………………………………………… 2
2.2 國(guó)內(nèi)切片機(jī)技術(shù)的發(fā)展概況………………………………………………… 2
3 紅薯切片機(jī)總體方案的確定………………………………………………………… 3
3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理………………………………………………………… 3
3.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)……………………………………………………………… 3
3.1.2 工作原理及工作條件………………………………………………… 4
3.2 機(jī)構(gòu)的組成部分及特點(diǎn)……………………………………………………… 4
3.2.1 電動(dòng)機(jī)………………………………………………………………… 4
3.2.2 皮帶傳送裝置………………………………………………………… 4
3.2.3 軸……………………………………………………………………… 4
4 電機(jī)的選擇…………………………………………………………………………… 4
5 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………………… 5
5.1 求計(jì)算功率PC………………………………………………………………… 5
5.2 選V帶的型號(hào)……………………………………………………………………5
5.3 求大小帶輪d2、 d1基準(zhǔn)直徑…………………………………………………5
5.4 驗(yàn)算帶速V………………………………………………………………………5
5.5 計(jì)算V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和中心距a……………………………………………5
5.6 驗(yàn)算小帶輪包角α1………………………………………………………… 6
5.7 求V帶的根數(shù)………………………………………………………………… 6
5.8 求作用在帶輪軸上的壓力FQ……………………………………………………6
6 V帶輪的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………7
6.1 V帶輪的要求……………………………………………………………………7
6.2 帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)……………………………………………………… 7
6.2.1 帶輪結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)………………………………………………… 7
6.2.2 帶輪尺寸的設(shè)計(jì)…………………………………………7
7 軸的選擇……………………………………………………………………………… 9
7.1 計(jì)算軸的最小直徑…………………………………………………………… 9
7.2 軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定…………………………………………………………… 9
7.3 軸的校核……………………………………………………………………… 10
7.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度……………………………………………… 11
8 軸承的選擇及校核……………………………………………………………11 8.1 軸承的選擇…………………………………………………………………… 11
8.2 軸承的校核…………………………………………………………………… 12
9 鍵的選擇與校核……………………………………………………………………… 13
9.1 鍵的選擇……………………………………………………………………… 13
9.2 鍵的校核……………………………………………………………………… 13
10 刀片的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………13
10.1 萬片類型的選擇………………………………………………………………13
10.2 萬片形位及尺寸的設(shè)計(jì)………………………………………………………15
11 機(jī)架的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………… 15
11.1 機(jī)架設(shè)計(jì)要求…………………………………………………………………15
11.2 機(jī)架材料的選用及壁厚選擇…………………………………………………16
11.3 機(jī)架整體設(shè)計(jì)…………………………………………………………………17
12 機(jī)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………17
13 結(jié)論……………………………………………………………………………………17
參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………………18
致謝…………………………………………………………………………………………19
紅薯切片機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要：紅薯具有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和很好的味道，很多人們喜歡吃。隨著人們的生活水平越來越高，對(duì)紅薯的食用要求也越來越高。例如在食用紅薯的時(shí)候要將其切成絲或片，因而切片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。本文設(shè)計(jì)的切片機(jī)主要針對(duì)中小型場(chǎng)合，例如加工作坊、食堂、家庭等。本設(shè)計(jì)針對(duì)紅薯莖塊的形狀而設(shè)計(jì)的。本文分別對(duì)帶、軸、刀片、刀盤等進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)軸承、鍵等元件進(jìn)行了選擇。本設(shè)計(jì)的切片機(jī)有較高的效率，能對(duì)紅薯莖塊等進(jìn)行工作。
關(guān)鍵詞：紅薯；切片；切片機(jī)；刀片
The Design of The Sweet Potato Slice Machine
Abstract: The sweet potato has a high nutritional value and taste good ,a lot of people like to eat. With the development of economy, the standard of sweet potato for people is getting higher and higher. For example，people cut the sweet potatoes into pieces when they want to eat it. so the slicing machine born. the slicing machine designed in this paper uses at some small and medium-sized places, such as the workshop、canteen and household. The slicing machine is designed based on the tuber crops of sweet potatoes . In this paper，the tape、axis、blade and cutter disk are designed and calculated and the components of axle bearing and bond are selected. The design of the slice machine has a high efficiency when it works on the sweet potato tubers.
Key words: Sweet potato; Slice; Cut machine; Razor blade
1 前言
紅薯是一種高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的作物，它具有適應(yīng)性廣，抗逆性強(qiáng)，耐旱耐瘠，病蟲害較少等特點(diǎn)，在水肥條件較好的地方種植，一般春薯畝產(chǎn)可達(dá)2000—3000公斤，中國(guó)是世界上產(chǎn)薯最多的國(guó)家。紅薯含有豐富的淀粉、膳食纖維、胡蘿卜素、維生素A、B、C、E以及鉀、鐵、銅、硒、鈣等10余種微量元素和亞油酸等，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值很高，被營(yíng)養(yǎng)學(xué)家稱為營(yíng)養(yǎng)最均衡的保健食品。這些物質(zhì)能保持血管彈性，對(duì)防治老年習(xí)慣性便秘十分有效。所以現(xiàn)在人們很喜歡吃紅薯。
隨著現(xiàn)在的快餐業(yè)迅速崛起，對(duì)紅薯莖塊的需求越來越多。像土豆薯?xiàng)l、薯片等休閑食品的消費(fèi)急劇增長(zhǎng)。這給莖塊食物的加工帶來了勃勃生機(jī)與活力。在莖塊作物的加工過程中需將其切成片。因此切片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。按刀片安裝形式的不同切片機(jī)可以分為盤刀式、滾刀式和離心式三種。本設(shè)計(jì)主要針對(duì)加工效率較高、應(yīng)用較為普遍的離心式切片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2 切片機(jī)現(xiàn)狀
2.1 國(guó)外發(fā)展情況
國(guó)外的切片機(jī)技術(shù)始于六十年代， 到七十年代已經(jīng)發(fā)展成熟，八十年代中期，大部分切片機(jī)都可以加工125mm（5英寸）以上大直徑單晶，像瑞士的邁爾-布格耶斯公司的臥式內(nèi)圓切片機(jī)，切割棒料直徑最大可以達(dá)到304.8 mm（12英寸）。八十年代中期后的一、兩年，切片技術(shù)發(fā)展到了鼎盛時(shí)期，相當(dāng)多的多功能全自動(dòng)切片機(jī)相繼商品化。從而誕生了世界上續(xù)道著名的切片機(jī)廠家，如瑞士Meyer-Burger AG公司的TS系列機(jī)，日本Tokyo Semitsu 株式會(huì)社的TSK（若干）系列機(jī)， 日本Okamoto Machine 株式會(huì)社的ASM系列機(jī)， 美國(guó)STC公司的STC系列機(jī)等。就切片機(jī)的結(jié)構(gòu)而言，主軸以空氣軸承活滾動(dòng)軸承為支撐方式的臥式和立式兩種。發(fā)展到現(xiàn)在，就切片機(jī)的功能而言，已經(jīng)相當(dāng)齊全，而且復(fù)合化，切片的方式也多種多樣[1]。
2.2 國(guó)內(nèi)切片機(jī)技術(shù)的發(fā)展概況
我國(guó)的切片機(jī)技術(shù)始于七十年代初期，我國(guó)的切片機(jī)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(guó)切片機(jī)的主要方式有以下幾種：
(1)直線往復(fù)式切片機(jī)。直線往復(fù)式切片機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但效益低。 因此它應(yīng)用于工作要求不高、效益低的場(chǎng)合。
(2)圓盤旋轉(zhuǎn)式切片。圓盤旋轉(zhuǎn)式切片機(jī)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單也有較高的生產(chǎn)效益，因此它廣泛應(yīng)用于各種場(chǎng)合。
(3)水槍式切片。水槍式切片機(jī)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(jī)有很高的工作效率，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)較困難，因此它應(yīng)用于工作效率要求相當(dāng)高的專業(yè)領(lǐng)域。
我國(guó)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(jī)的研制發(fā)展也非常迅速，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比目前仍然有一定的距離，研制的切片機(jī)沒有得到大面積推廣應(yīng)用。雖然在我過已有切片機(jī)的生產(chǎn)廠家如山東省諸城市大洋食品機(jī)械廠的大洋牌土豆切片機(jī)有400型、600型、江陰鑫達(dá)藥化機(jī)械的中藥切片機(jī)等。但我國(guó)的切片機(jī)方面仍然沒有根本性突破[1]。
3 紅薯切片機(jī)總體方案的確定
3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理
3.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求及適用面來確定切片機(jī)的形式：本設(shè)計(jì)中我采用離心式， 因?yàn)殡x心式切片機(jī)的裝料和卸料都比較容易， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作和維修便易，而且離心式相對(duì)立式工作時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)小，有益于機(jī)械的正常工作，是非常適合作坊的機(jī)械。本人設(shè)計(jì)的紅薯切片機(jī)，主要是由電動(dòng)機(jī)經(jīng)V帶降速并傳遞給平帶動(dòng)力，從而使平帶進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)切片機(jī)內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，物料受到離心力作用緊貼切片機(jī)內(nèi)壁，刀片對(duì)物料進(jìn)行旋切而達(dá)到切片作用。本機(jī)器主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
一、降低了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。
二、切片的厚度一致性高，損耗低。
三、切削種類多，能對(duì)土豆、紅薯、洋蔥等進(jìn)行切削。
四、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。
按動(dòng)力種類分，離心式切片機(jī)可分為機(jī)動(dòng)和人力兩類。機(jī)動(dòng)的包括內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)。本設(shè)計(jì)選擇效率較高的電機(jī)驅(qū)動(dòng)為動(dòng)力來源。
離心切片機(jī)由電動(dòng)機(jī)、旋轉(zhuǎn)葉輪、皮帶傳動(dòng)裝置和輸入、輸出物料裝置等組成
。其結(jié)構(gòu)如圖1：
1電動(dòng)機(jī) 2皮帶機(jī)皮帶輪 3傳動(dòng)軸 4葉輪及其刀片
圖1 離心式切片機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
Fig.1 Leave heart type slice of structure
3.1.2 工作原理及工作條件：
紅薯切片機(jī)采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，皮帶輪傳動(dòng)減速裝置帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的末端接一旋轉(zhuǎn)盤，固定的刀片隨著轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)把物料切成片，切片的厚度由刀片和刀座間的墊片厚度控制，然后通過離心力將紅薯片甩出下料。此外，切片與起絲的轉(zhuǎn)換可以通過更換切片來實(shí)現(xiàn)。
3. 2 機(jī)構(gòu)的組成部分及特點(diǎn)
3.2.1 電動(dòng)機(jī)
本設(shè)計(jì)選擇電機(jī)為Y90L-4，其額定功率為1.5 KW, 同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min （具體選擇計(jì)算見第4部分）。
3.2.2 皮帶傳動(dòng)裝置
切片機(jī)選擇V帶輪作為傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)比為3.53。
3.2.3 軸
軸的材料為45號(hào)鋼，軸的固定選用深溝球軸承：采用軸肩定位。
4 電機(jī)的選擇
生產(chǎn)效率 Q取500 kg/h, 配套動(dòng)力：1~1.5 kw, 葉輪轉(zhuǎn)速：200~550 r/min。莖塊一般為橢圓形，測(cè)定其長(zhǎng)為65-80 mm, 寬為45-60 mm。由生產(chǎn)效率的公式
Q=60×B×r×n/1000×a×b×t×z (1)
Q=60×80×250×n/1000×70×3×3 得出n≈350 r/min
B 是刀片長(zhǎng)度； r 為刀盤半徑； n 為傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速；
a b 分別是一般莖塊的橢圓的長(zhǎng)和寬；
T 為切片厚度；這里切片厚度為3 mm.
z 為刀片片數(shù)，刀片片數(shù)為3.
由V帶動(dòng)傳的傳動(dòng)比為3.53，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍是350×3.53=1235.5 r/min。 由配套功率為1~1.5 kw, 綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，選擇電機(jī)為Y90L-4，其額定功率為1.5 kw, 同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖二所示：
圖2 電動(dòng)機(jī)
Fig.2 Electric voltage
5 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 求計(jì)算功率PC
因?yàn)椋?.5kW，n＝1500 r/min，i1=3.53則由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表13-15可知選KA=1.1
則由公式 ：
PC= KA P (2)
則得出PC =1.5×1.1=1.65 kw
5.2 選V帶的型號(hào)
可用普通V帶或窄V帶，現(xiàn)選普通V帶。
根據(jù)PC=1.65 kw, nd＝1500 r/min，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查出為V帶為Z型帶
5.3 求大小帶輪d2、d1基準(zhǔn)直徑
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[1]中表13-9可知d1=50～71 mm，現(xiàn)在取小輪d1=71 mm
由公式：
d2=n1d1(1-ε)/n2 (3)
可得出d2=n1d1(1-ε)/n2=3.53×71×0.98=245.617 mm。其中ε在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查出為0.02
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]表13-9取d2=236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=236可以。
5.4 驗(yàn)算帶速V
由公式
V= (4)
則可以算出V帶的速度V===5.57 m/s
V帶的帶速度5～25 m/s的范圍內(nèi)，合適。
5.5 計(jì)算V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和中心距a
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]由其中計(jì)算V帶公式：
a0=1.5(d1+d2) (5)
初步計(jì)算選取V帶的中心距a0
則可以得出a0=1.5(d1+d2)=1.5×(71+236)=460.5，現(xiàn)在取a0=470,由公式0.7(d1+d2)
120°
所以得出包角合適。
5.7 求V帶的根數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》[3]由公式：
Z= (10)
已知n1=1500 r/min ，d1=71 查表可以得出 P0=0.30 KW
由傳動(dòng)比i=3.53 查表13-5得 ?P0=0.03 KW
由α1=159.88° 查表13-7得 Kα=0.95,查表13-2得KL=1.16,由此可得
Z=≈2.357
所以V帶取3根
5.8 求作用在帶輪軸上的壓力FQ
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]表13-1得出V帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量q=0.06 kg/m由公式：
F0= (11)
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(jì)算作用在帶輪上的壓力FQ ,由公式：
FQ= (12)
可以得出FQ=402.5 N
6 V帶輪的設(shè)計(jì)
6.1 V帶輪材料的選擇
設(shè)計(jì)V帶輪時(shí)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(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡，輪槽工作面要精細(xì)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。帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用的材料牌號(hào)為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時(shí)采用鑄鋼，小功率采用鑄鋁或塑料?？紤]本設(shè)計(jì)的功率情況和轉(zhuǎn)速，本設(shè)計(jì)采用鑄鐵，材料牌號(hào)為HT200。
6.2帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)
6.2.1 帶輪結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)
鑄鐵制V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：1、實(shí)心式；2、腹板式；3、孔板式；4、橢圓輪輻式。
V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為dd≤d（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時(shí)可采用實(shí)心式；當(dāng)dd≤300mm時(shí)，可采用腹板式；當(dāng)dd≤300mm時(shí)，同時(shí)D1-d1≥100mm時(shí)，可采用孔板式；當(dāng)dd＞300時(shí)可采用輪輻式
由5.3中的計(jì)算已知d1，d2：
小帶輪基準(zhǔn)直徑d1=71 mm
安裝軸帶輪軸的直徑d=25 mm
∵ dd≤d ∴小帶輪選用實(shí)心式
小帶輪基準(zhǔn)直徑d2=236 mm
∵ dd≤300mm ∴大帶輪選用腹板式
6.2.2 帶輪尺寸的設(shè)計(jì)
V帶輪的輪槽與所選用的V帶的型號(hào)相對(duì)應(yīng)，此設(shè)計(jì)選的是Z帶，根據(jù)書上表格可直接得出
基準(zhǔn)寬度b0=8.5 mm
基準(zhǔn)下槽深度hfmin=7.0 mm
槽間距e=12±0.3 mm
最小輪緣厚δmin=5.5 mm
帶輪寬度 B=45
帶輪的總長(zhǎng)L=（1.5~2.5）d=50
圖3 主動(dòng)輪
Fig. 3 Drive sprocket
大V輪d=236mm小于350，所以采用腹板式。由其軸徑為25 mm.
基準(zhǔn)寬度b0=8.5 mm
基準(zhǔn)下槽深度hfmin=7.0 mm
槽間距e=12±0.3 mm
最小輪緣厚δmin=4.5 mm
帶輪寬度 B=37
帶輪的總長(zhǎng)L=（1.5~2.5）d=50
圖4：從動(dòng)輪
Fig. 4 Follower sprocket
輪槽工作表面的粗糙度為1.6或3.2，由于這兩個(gè)帶輪在切片機(jī)運(yùn)行過程中起著非常重要的傳動(dòng)常作用，所以兩個(gè)帶輪輪槽工作表面的粗糙度均取1.6。
7 軸的選擇
選取軸的材料為45號(hào)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5：
圖5：軸
Fig.5 Axle
7.1計(jì)算軸的最小直徑
根據(jù)表（機(jī)械設(shè)計(jì)第七版高等教育出版社。下同）取 C=107—118，則有[17]根據(jù)課本表14-2，可知45鋼可取 =35 M·pa，C=112
軸的強(qiáng)度計(jì)算 ，由公式計(jì)算軸的最小直徑，由公式：
d= (13)
得出d=≈17 mm
計(jì)算軸的輸出力矩T，由公式：
T=9550* (14)
可以得出T =9550×≈40 N·m
軸的輸出直徑顯然不大，且與輪盤和從動(dòng)輪的尺寸比例不協(xié)調(diào)，考慮到與鍵槽和電動(dòng)機(jī)的輸出直徑為24mm。已經(jīng)遠(yuǎn)大于d, 所以取最小軸徑d取25 mm。
7.2 軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定
軸的兩端分別與刀盤的從動(dòng)輪相連接，所以取d1-2=d7-8=25 mm。帶輪及刀盤采用軸肩定位，且定位高度h>0.07d d2-3=d6-7=30 mm?？紤]此處軸徑，出軸承產(chǎn)品目錄中初步選定7207c 角接觸球軸承，其尺寸為d×D×B=35×72×17, 所以d3-4= d5-6=35mm。查手冊(cè)7207c 角接觸球軸承的軸肩高為4 mm，所以d4-5=43 mm
由刀盤的尺寸和從動(dòng)輪的尺寸確定l1-2=26 mm ,l7-8=35 mm。由軸承的尺寸，可以確定l3-4=l5-6=17 mm。有軸承端蓋的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)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(duì)軸承添加潤(rùn)滑劑的要求，去l2-3=l6-7=60 mm。根據(jù)軸的總體尺寸，取l4-5=100 mm。
7.3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(jì)算簡(jiǎn)圖。根據(jù)軸的計(jì)算圖，做出軸的彎矩圖和扭矩圖。
圖6 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(xiǎn)截面?，F(xiàn)將計(jì)算的危險(xiǎn)截面處的M、MH、MV。
選取軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表14-2,已經(jīng)算出軸的最小直徑為25 mm，扭矩為40 N·m
所以，可以計(jì)算出作用在軸上的力圓周力Ft：
Ft= (15)
Ft==320 N
作用在刀片上的力徑向力Fr：
(16)
可以得出Fr=166.2 N
根據(jù)上面的數(shù)據(jù)和軸的機(jī)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
Table3 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
7.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》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(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取=0.6，計(jì)算軸的應(yīng)力,由公式：
(17)
得出軸的應(yīng)力：
=37.6 M·pa
前面已經(jīng)選定軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[4]表15-1可查得
[σ-1]=60 M·pa ，所以計(jì)算出軸安全。
故該軸在此截面的右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。本機(jī)無大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。至此,軸的校驗(yàn)結(jié)束,軸的校驗(yàn)合格。
8 軸承的選擇和校核
8.1 軸承的選擇
由于軸承主要承受的只有機(jī)體中的軸，葉輪，從動(dòng)輪的徑向力。故選用角接觸軸承7207C角接觸球軸承。
軸承的主要參數(shù)：n=396r/min
預(yù)計(jì)壽命為8年
工作小時(shí)數(shù)L預(yù)計(jì)為12000小時(shí)
8.2 軸承的校核
角接觸球軸承一般是由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成。內(nèi)圈裝在軸上，外圈裝在機(jī)座和軸承座上。內(nèi)圈上有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈相對(duì)旋轉(zhuǎn)時(shí)，滾動(dòng)體將沿著滾道滾動(dòng)。保持架的作用是把滾動(dòng)體均勻地隔開。滾動(dòng)體與內(nèi)外圈的材料應(yīng)具有高的硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性和沖擊性。一般用含鉻合金鋼制造。工作表面要磨削和拋光。與滑動(dòng)軸承相比，角接觸球軸承具有摩擦阻力小、起動(dòng)靈敏、效率高、能夠同時(shí)承受徑向和軸向的作用力等優(yōu)點(diǎn)。所以選擇角接觸球軸承。由上述可知，選擇7207C的角接觸球軸承，現(xiàn)對(duì)其進(jìn)行校核。
因該軸承受 和的作用，必須求出當(dāng)量動(dòng)載荷P。計(jì)算時(shí)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(hào)未選出前暫時(shí)不知道，故用試算法。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》[3]表16-11，暫取Fa/C0r=0.17，則e=0.5。
因Fr=288N，F(xiàn) =166.2N，則F/Fr=0.57>e，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》[3]表16-11查得X=0.44，Y=1.4。
由公式
P=X Fr +Y F (18)
P=
計(jì)算所需徑向基本額定動(dòng)載荷值，由公式：
(19)
f=1.2（查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》[3]表16-9得）；
ft=1（查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》[3]表16-8得，因工作溫度不高）；
L是使用壽命，為12000h
所以：
Cr=2910>2900 N C0r=1920 N
故7207C的角接觸球軸承軸承的Fa/C0r=288/1920=0.15與原估算接近，適用。
9 鍵的選擇和校核
9.1 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=25 mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]表4-1得鍵的截面尺寸為：寬度b=8 mm,高度h=7 mm,取鍵長(zhǎng)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(zhǎng)L=18 mm.
9.2 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(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》[3]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(zhǎng)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(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)由公式：
= (20)
得出σp為116 M·pa小于[σp]所以鍵1的強(qiáng)度合適。
鍵2的工作長(zhǎng)度l=L-b=25 -6 =19 mm，鍵與皮帶輪的接觸高度k=0.5h=3mm
= (21)
得出σp為136 M·pa小于[σp]所以鍵1的強(qiáng)度合適
T——傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩N·m
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度
l——鍵的工作長(zhǎng)度mm
d——軸的直徑
10 刀片的設(shè)計(jì)
10.1 刀片類型的選擇
切削刀片有直刃刀片和圓刃刀片兩種，現(xiàn)對(duì)直刃刀片和圓刃刀片在切削中的受力作用下分析，從而選擇切削刀片。
本設(shè)計(jì)將針對(duì)常用型號(hào)的刀片進(jìn)行受力分析從而選擇出適合本型號(hào)離心式切片機(jī)的最優(yōu)方案。
直刃刀片在切削中的受力數(shù)據(jù)如下表：
表4直刃刀片分析
Table4 The analyzing of straight bit
編號(hào)
項(xiàng)目
切削面積
切削阻力
平均切削阻力
切削長(zhǎng)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5圓刃刀片分析
Table5 The analyzing of arc bit
編號(hào)
項(xiàng)目 切削面積 切削阻力
cm2 kg
平均切削阻力 切削長(zhǎng)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
1.25 24 0.063
2.98 14 0.179
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
續(xù)表5
編號(hào)
項(xiàng)目 切削面積 切削阻力
cm2 kg
平均切削阻力 切削長(zhǎng)度 平均切削阻力
kg/cm2 mm kg/mm
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(jì)采用圓刃刀片，材料選用45#。
10.2 刀片形位及尺寸的設(shè)計(jì)
因?yàn)楦鶕?jù)設(shè)計(jì)要求，刀片是在刀片座上固定，通過刀片的旋轉(zhuǎn)使物料相對(duì)刀片運(yùn)動(dòng)從而達(dá)到切削的目的。所以刀片應(yīng)適當(dāng)彎曲，刀片彎曲半徑r0應(yīng)接近機(jī)殼內(nèi)壁的半徑。
r0=（0.4≈0.55）D （D為機(jī)殼內(nèi)壁上刀座的直徑）
∵D=282mm
因?yàn)榭紤]到刀片將會(huì)需要調(diào)節(jié)以保證切削厚度，所以r0可稍大于刀座直徑
∴取r0=142mm
根據(jù)要求，切削厚度為3mm，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(jìn)行調(diào)節(jié)，刀片厚度取4mm。
考慮到本設(shè)計(jì)的離心式切片機(jī)的切削物料以土豆等作物為主，刀片的長(zhǎng)、寬應(yīng)接近作物的尺寸了?？紤]到平帶是圓周運(yùn)動(dòng)，因此我設(shè)計(jì)在每隔一定的距離安裝一把刀片，有效的利用圓周運(yùn)動(dòng)，大大的提高工作效率。在整個(gè)刀座上裝有3把刀片，即在平帶運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)，刀片切削3次。刀片的尺寸為長(zhǎng)取65mm，寬取50mm。，用鉚釘將刀片鉚上去。鉚釘?shù)拇笮∵x?。翰捎贸令^的型式，。同時(shí)，為防止刀片的強(qiáng)度由于有溝槽而降低，在刀座裝有刀片的地方也鉚上薄鐵皮，能有效的減少因開有溝槽而造成的強(qiáng)度降低。
11 機(jī)架的設(shè)計(jì)
11.1 機(jī)架設(shè)計(jì)要求
機(jī)架起到在機(jī)器中支承或容納零、部件的作用，機(jī)架的設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證以下三點(diǎn)：
1.足夠的強(qiáng)度和剛度；
2.形狀簡(jiǎn)單，便于制造；
3.便于在機(jī)架上安裝附件等。
絕定機(jī)架工作能力的主要準(zhǔn)則是剛度。在離心式切片機(jī)的中剛度決定著切片機(jī)的生產(chǎn)效率和切削精度。
強(qiáng)度是評(píng)定重載機(jī)架工作性能的基本準(zhǔn)則。機(jī)架的強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)機(jī)器在運(yùn)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(qiáng)度。此外還要校核其疲勞強(qiáng)度。機(jī)架的強(qiáng)度和剛度都需要從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面來考慮。動(dòng)剛度是衡量機(jī)架抗震能力的指標(biāo)，而提高機(jī)架抗振能力應(yīng)從提高機(jī)架構(gòu)件的靜剛度，控制固有頻率，加大阻尼等方面著手。
機(jī)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(jī)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(jì)的離心式切片機(jī)在功能上應(yīng)該完成以下幾點(diǎn)要求：
1.在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)要求輕、成本低。
2.抗振性好。
3 .噪聲小。
4.溫度場(chǎng)分布合理，熱變形對(duì)精度的影響小。
5.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工。
6.結(jié)構(gòu)便于安裝、調(diào)整及修理。
7.導(dǎo)軌面受力合理、耐磨性良好。
8.造型好。、
11.2 機(jī)架材料的選用及壁厚選擇
鑄造機(jī)架常用材料：
1.鑄鐵：
鑄鐵流動(dòng)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(qiáng)，故動(dòng)態(tài)剛性好。另外還有切削性能好、價(jià)格便宜和易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。鑄鐵主要 有灰鑄鐵、球墨鑄鐵。
2.鑄造碳鋼
鑄鋼的彈性模量大，強(qiáng)度也比鑄鐵高，故用于受力較大的機(jī)架。由于鋼水流動(dòng)性差，在鑄型中凝固冷卻時(shí)體收縮和線收縮都較大，故不宜設(shè)計(jì)復(fù)雜形狀的鑄件。
3.鑄造鋁合金
鋁合金密度小、重量輕，通過熱處理強(qiáng)化，具有足夠高的強(qiáng)度、較好的塑性，良好的韌性。
材料的選用，主要是根據(jù)機(jī)架的使用要求。本設(shè)計(jì)中的離心式切片機(jī)的形狀較復(fù)雜。鑄鐵的鑄造性能好、價(jià)廉和吸振能力強(qiáng)，應(yīng)用也最廣。焊接機(jī)架具有制造周期短、重量輕和成本低等優(yōu)點(diǎn)。由于本設(shè)計(jì)的機(jī)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(jī)機(jī)架各零件零件采用HT200，整體選擇焊接的方式。
壁厚選擇
當(dāng)機(jī)架零件的外廓尺寸一定時(shí)，因而在滿足強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性等條件下，應(yīng)盡量選用最小的壁厚。
11.3 機(jī)架整體設(shè)計(jì)
機(jī)架整體應(yīng)起到固定及連接各零件的作用。
機(jī)架結(jié)構(gòu)如下圖。
圖8：機(jī)架
Fig.8 Machine frame
機(jī)架由以下幾部分組成：支腿、底板、電機(jī)護(hù)罩、輸出滑板、機(jī)殼、刀片座、連接板、支板、連接板、固定箱、固定箱蓋。
12 機(jī)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
機(jī)體就是由機(jī)座和箱體焊接而成，材料為HT200,箱體的安裝傳動(dòng)軸的， 為了減少整個(gè)機(jī)體的重量，采用機(jī)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(jiǎn)單、合理、穩(wěn)定，減少震動(dòng)。
機(jī)座的下面安裝電機(jī)，比帶輪設(shè)置在機(jī)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。
13 結(jié)論
本機(jī)構(gòu)主要是針對(duì)中小型場(chǎng)合而設(shè)計(jì)的， 它可以對(duì)多種莖塊類作物進(jìn)行工作，且有較高的生產(chǎn)效率。本機(jī)構(gòu)主要內(nèi)容：1離心式切片機(jī)研究的目的、意義、國(guó)內(nèi)外研究的動(dòng)態(tài)；2離心式切片機(jī)總體方案的擬定和梳脫裝置主要參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算；3離心式切片機(jī)傳動(dòng)方案的確定及設(shè)計(jì)計(jì)算，主要工作部件的設(shè)計(jì)；4離心式切片機(jī)抓喲受力零件的強(qiáng)度或壽命校核計(jì)算；5離心式切片機(jī)裝置總圖、部件圖、零件工作圖的繪制。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)， 我從中受益良多；在設(shè)計(jì)過程中，是我在大學(xué)所學(xué)的理論知識(shí)系統(tǒng)的聯(lián)系在一起，了解了機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和流程，特別是思考問題和解決問題的能力，也使得我所學(xué)的知識(shí)得到一次比較全面的鞏固，同時(shí)通過這次設(shè)計(jì)有學(xué)到了很多以前沒有接觸過的新知識(shí)，提高了自己的自學(xué)能力，從而為我以后更好地從事這項(xiàng)工作奠定了良好的基礎(chǔ)。
在此要感謝我的張嵐老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我的幫助。在設(shè)計(jì)過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。
由于本設(shè)計(jì)因?yàn)閭€(gè)人知識(shí)有限，本切片機(jī)采用臥式刀盤，因此在切片的過程中難免會(huì)出現(xiàn)切片厚度不均勻的情況，還有就是本切片機(jī)占空間大。設(shè)計(jì)的切片機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。
主要改進(jìn)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(dòng)、不滑移。還有就是軸承的潤(rùn)滑比較的困難。還有能夠通過人為去調(diào)節(jié)速度。
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致 謝
本論文是在張嵐老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。在歷時(shí)數(shù)月的努力后，終于完成了本次設(shè)計(jì)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，自己所學(xué)知識(shí)得到了鞏固、完善，并且張嵐老師治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、踏實(shí)沉穩(wěn)的學(xué)風(fēng)給人以深厚影響，在我的學(xué)習(xí)、生活中產(chǎn)生了積極作用，也使得本次設(shè)計(jì)能夠順利完成。在此表示衷心的感謝，祝教授身體健康，工作順利。同時(shí)也感謝在本次設(shè)計(jì)中給予我?guī)椭耐瑢W(xué)和老師。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，自己所學(xué)知識(shí)得到了鞏固、完善。
此外，還要感謝在大學(xué)四年中幫助我的人，同時(shí),也要感謝在論文寫作過程中，幫助過我、并且共同奮斗四年的大學(xué)同學(xué)們，能夠順利完成論文，是因?yàn)橐宦飞嫌心恪⒂心銈?，衷心地感謝所有在我論文寫作過程中給予過我?guī)椭娜耍指兄x！
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