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中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
中國地質(zhì)大學(xué)長城學(xué)院
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目 馬鈴薯去皮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別 工程技術(shù)系
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
學(xué)生姓名 王東升
學(xué) 號 05211618
指導(dǎo)教師 牛博英
職 稱 講師
2015 年 04 月 20 日
摘 要
馬鈴薯去皮是馬鈴薯進(jìn)行深加工的主要工序之一。目前，馬鈴薯去皮雖然已經(jīng)開始依靠機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)，但勞動的強(qiáng)度也比較大、生產(chǎn)效率低下。結(jié)合當(dāng)前對馬鈴薯去皮技術(shù)的調(diào)研和分析,在目前技術(shù)和消費(fèi)條件允許的情況下研究和設(shè)計(jì)改造一款操作更加簡單安全,使用壽命更長的馬鈴薯去皮機(jī)，使之生產(chǎn)效率更高,以便于節(jié)省人力資源。本文設(shè)計(jì)了一種基于摩擦原理的小型機(jī)械式馬鈴薯去皮結(jié)構(gòu)設(shè)備。該設(shè)備主要由電動部分、傳動部分和存儲部分組成，該系統(tǒng)通過電動機(jī)連接一級減速器帶動滾刷和傳動結(jié)構(gòu)摩擦旋轉(zhuǎn)，由進(jìn)料口把物料放入滾筒進(jìn)行工作，通過卸料口卸出物料，從而達(dá)到對馬鈴薯去皮的目的，該設(shè)計(jì)通過對現(xiàn)有設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、方案的研究和數(shù)據(jù)的計(jì)算,完成了該馬鈴薯去皮機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)，通過馬鈴薯去皮機(jī)的設(shè)計(jì)主要工作系統(tǒng),這樣馬鈴薯去皮機(jī)可以更安全,穩(wěn)定和正常運(yùn)行,提高馬鈴薯去皮過程的機(jī)械化程度。
關(guān)鍵詞： 馬鈴薯去皮機(jī)； 摩擦；傳動； 去皮
ABSTRACT
The potato skin is one of the main processes, deep processing of potato at present, peel the potatoes have begun to rely on mechanical production, but the production efficiency is low, and the labor intensity is relatively large. Combined with the mechanical knowledge of our university and the potato peeler to master technology, research and design a more simple and safe operation in the current technology and consumption conditions allow, potato peeling machine is longer, the higher production efficiency, in order to save human resources. This paper describes the design of a small friction principle of mechanical equipment based on the potato skin structure. The device is mainly composed of a power part, transmission part and the storage part, when the motor is energized, through a speed reducer drives the rolling brush and transmission structure of friction spinning, and feeding the materials into the cylinder to work, after work is completed, through the discharge port of discharge, so as to achieve the purpose of potato peel the design, calculation and analysis, research and data solutions through the existing equipment data, complete the overall design of the potato peeling mechanism, through the design of the main system of potato peeling machine, such as potato to skin machine can be more secure, stable and normal operation, improve the degree of mechanization of potato peeling process. The design of a reasonable structure, carried out at room temperature, the safe and reliable operation, low energy consumption, low cost, no damage, can protect the good food appearance, high rate of production material.
Key words：The potato peeling machine； Friction； Peel； drive
目 錄
1 緒論 1
1.1 馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢 1
1.2 馬鈴薯原料加工預(yù)處理工藝流程簡介 1
1.2.1 馬鈴薯的分級 1
1.2.2 馬鈴薯的清洗 1
1.2.3 馬鈴薯的去皮 2
2 馬鈴薯清洗去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2
2.1 工作原理 2
2.2 基本結(jié)構(gòu) 3
2.2.1 去皮機(jī)構(gòu) 3
2.2.2 清洗機(jī)構(gòu) 3
3 撥料盤和刷輥的設(shè)計(jì) 4
3.1 撥料盤部件的設(shè)計(jì) 4
3.1.1 螺旋機(jī)輸送量的確定 5
3.1.2 螺旋機(jī)功率的確定 5
3.1.3 螺旋直徑的確定 5
3.1.4 螺旋軸轉(zhuǎn)速的確定 6
3.1.5 螺距的確定 7
3.1.6 物料輸送速度的確定 7
3.2 刷輥部件的設(shè)計(jì) 8
4 電動機(jī)的計(jì)算選型 9
4.1 電動機(jī)的選擇 9
4.1.1 選擇電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式 9
4.1.2 選擇電動機(jī)的容量 9
4.2 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算 9
4.2.1 各軸轉(zhuǎn)速 10
4.2.2 各軸輸入功率 10
4.2.3 各軸輸出功率 11
4.2.4 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 11
4.2.5 各軸輸出轉(zhuǎn)矩 11
5 減速器設(shè)計(jì)計(jì)算 12
5.1 齒輪設(shè)計(jì) 12
5.2 減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
5.2.1機(jī)體結(jié)構(gòu) 16
5.2.2鑄鐵減速器機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸 16
5.3 軸設(shè)計(jì) 18
5.3.1 計(jì)算齒輪受力 18
5.3.2 計(jì)算支承反力 19
5.3.3 畫軸轉(zhuǎn)矩圖 19
5.3.4 許用應(yīng)力 20
5.3.5 校核軸徑 20
5.4 軸承的選型 20
5.5 鍵的選型 21
5.5.1 輸入軸軸與帶輪的聯(lián)接 21
5.5.2 輸出軸與大齒輪的聯(lián)接 22
參考文獻(xiàn) 24
致 謝 25
1 緒論
1.1馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢
目前, 世界上有超過79%的國家種植馬鈴薯,種植面積達(dá)到2000萬公頃,產(chǎn)量3億噸,居小麥、玉米、水稻產(chǎn)量之后位于世界第四名,馬鈴薯種植在我國分布很廣,主要集中在山西、甘肅、四川、云南、黑龍江、內(nèi)蒙古、河北、陜西、貴州等地,根據(jù)2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),中國的馬鈴薯種植近7900萬畝,產(chǎn)量8200萬噸,居世界第一。
國外馬鈴薯主要加工用于，小比例用于新鮮食品,美國80%的用于加工,在法國有62%,在荷蘭有41%,在英國有42%，而中國的馬鈴薯用于蔬菜形式,用于加工處理所占的比例還不到12%。馬鈴薯蔬菜味道很差,不是很受歡迎,所以價格很低,每年會有15%的馬鈴薯腐爛,浪費(fèi),嚴(yán)重影響農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)利益和發(fā)展的熱情,這種現(xiàn)象是不利于中國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
馬鈴薯產(chǎn)品主要在國外,比如薯?xiàng)l、薯片是一種流行的快餐,麥當(dāng)勞,肯德基快餐店風(fēng)靡全球,其旗艦產(chǎn)品全是馬鈴薯產(chǎn)品。我國馬鈴薯制品加工起步較晚,技術(shù)相對落后,還不能形成一個大規(guī)模,馬鈴薯制品質(zhì)量比外國產(chǎn)出水平較落后,照目前的發(fā)展來看，馬鈴薯遠(yuǎn)不能滿足市場的需求,從而加速我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,提高馬鈴薯的附加值,不僅要滿足消費(fèi)者的需求,而且在中國貧困地區(qū)加快發(fā)展,特別是重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展西部地區(qū)的馬鈴薯帶來一個很好的機(jī)會來解決西部地區(qū)的發(fā)展馬鈴薯產(chǎn)業(yè),馬鈴薯產(chǎn)業(yè)將有一個輝煌的未來。
馬鈴薯產(chǎn)品有薯片、薯?xiàng)l、脫水馬鈴薯泥。不管什么樣的產(chǎn)品,原材料的處理是需要去皮加工,保證產(chǎn)品質(zhì)量,外觀,顏色和味道?，F(xiàn)有的馬鈴薯去皮方法有人工去皮、機(jī)械去皮、化學(xué)去皮等。人工去皮效果好,但效率低,損失率高,顯然不能滿足馬鈴薯產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求,化學(xué)處理主要依賴于堿性液和特殊化學(xué)脫皮液,然后使用高壓水流沖洗實(shí)現(xiàn)去皮。這種去皮的方法脫皮液體消耗太大,成本高,嚴(yán)重影響產(chǎn)品的味道。機(jī)械去皮主要依賴馬鈴薯的摩擦達(dá)到目的,這種方法具有良好的效果,并降低生產(chǎn)成本,減少環(huán)境污染,操作簡單,速度快,可以最大限度地操作,效率高,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的好處。
1.2 馬鈴薯原料加工預(yù)處理工藝流程簡介
1.2.1 馬鈴薯的分級
馬鈴薯根據(jù)不同的分級分類,包括成熟度分級,大小分級和顏色分級。常見的馬鈴薯分級方法有手工分類和機(jī)械的分類。
1.2.2 馬鈴薯的清洗
馬鈴薯清洗的主要是清洗附加表面灰塵和沉積物中微生物和化學(xué)產(chǎn)品,確保清潔對農(nóng)藥的殘留,主要有手工清洗和機(jī)械清洗兩種。
1.2.3 馬鈴薯的去皮
基本上所有的馬鈴薯皮膚粗糙、不規(guī)范應(yīng)該削皮,提高馬鈴薯去皮的質(zhì)量方法目前,如下:
手工剝皮: 通過刀和工具達(dá)到人工去皮,去皮清潔、低損耗、低效率。
機(jī)械去皮: 主要用于常規(guī)的生水果和蔬菜的形狀。
化學(xué)去皮: 利用堿腐蝕表層溶解在蔬菜。化學(xué)處理后的水果和蔬菜應(yīng)浸泡在水里,清洗,反復(fù)修改直到表面是干凈的,沒有味道咸。
2 馬鈴薯清洗去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在馬鈴薯去皮過程中主要考慮摩擦表面光滑,沒有傷害,剝落的過程中沒有污染。同時,考慮到經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，用較少的投入獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
2.1工作原理
馬鈴薯去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：
圖2-1馬鈴薯去皮機(jī)結(jié)構(gòu)圖
馬鈴薯去皮機(jī)工作時，轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn),馬鈴薯由進(jìn)料口進(jìn)入,馬鈴薯在旋轉(zhuǎn)毛刷輥表面,從離心力的作用毛刷輥切方向,材料常沿滾筒壁運(yùn)動,上升到頂部,轉(zhuǎn)到最高職位。粗糙表面和摩擦輥。材料的過程中輥的往復(fù)運(yùn)動,實(shí)現(xiàn)摩擦去皮的目的。摩擦皮膚的同時,從進(jìn)水口洞水同時,擦拭表面去除的污漬。最后材料從出料口卸出。
2.2基本結(jié)構(gòu)
2.2.1 去皮機(jī)構(gòu)
本次設(shè)計(jì)馬鈴薯去皮機(jī)采用臥式機(jī)型，主要包括工作圓筒，工作轉(zhuǎn)盤，機(jī)架和傳動部分。（見原理圖）
一、機(jī)架
機(jī)架作為輔助材料 ,要有足夠的強(qiáng)度和剛度,可以整個鑄鐵鑄造,加工復(fù)雜。電機(jī)安裝在框架的下部,這樣整個結(jié)構(gòu)緊湊合理。
二、撥料輸送裝置
材料從進(jìn)料口加入,轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時,材料受到螺旋葉片沿軸向方向的作用力軸向移動。
三、傳動系統(tǒng)
常用的機(jī)械傳動方法又可供選擇：
① 帶傳動
通過皮帶傳動,它具有過載保護(hù)功能,緩沖吸收效果,穩(wěn)定操作,沒有噪音,適合長距離傳動,制造和安裝精度不高、低成本、傳動范圍通常是2～5。
② 齒輪傳動
傳動效率高,恒定傳動比,結(jié)構(gòu)緊湊,使用壽命長,但制造、安裝精度高,中心距較大,可以實(shí)現(xiàn)大傳動比(i = 60)。
③ 鏈傳動
實(shí)現(xiàn)平行軸傳動,不能保持恒定傳動比操作,傳動不平穩(wěn),用于低速傳輸(i = 8)。
④ 蝸桿傳動
結(jié)構(gòu)緊湊，傳動平穩(wěn)，效率低，制造要求精度高，成本較高（i≤120）。
因?yàn)檠b料裝置的設(shè)計(jì)和毛刷輥需要不同的速度,從整體和經(jīng)濟(jì)因素考慮采用混合傳動皮帶傳動和齒輪傳動組合。因?yàn)椴灰蟾咿D(zhuǎn)速,預(yù)選8級電動機(jī)。
2.2.2 清洗機(jī)構(gòu)
箱體采用不銹鋼材質(zhì)、不腐蝕,干凈衛(wèi)生,下部有排渣口,經(jīng)水洗系統(tǒng)不斷沖洗,皮屑脫落可以流到儲存器中，見圖2-2。
圖2-2馬鈴薯去皮機(jī)清洗機(jī)構(gòu)
3 撥料盤和刷輥的設(shè)計(jì)
3.1 撥料盤部件的設(shè)計(jì)
撥料盤如圖3 - 1所示,其結(jié)構(gòu)由一個毛刷輥、半圓槽和其安裝軸承、螺旋旋轉(zhuǎn)驅(qū)動，材料通過入口進(jìn)入,從另一端的卸料口取出。
圖3 - 1撥料盤
3.1.1 螺旋機(jī)輸送量的確定
螺旋機(jī)的輸送量是指在特定的時間內(nèi)輸送完所需的物料量，由于去皮機(jī)構(gòu)在摩擦去皮過程中，馬鈴薯要不停翻滾碰撞摩擦，需要較大空間，以達(dá)到徹底清理。本設(shè)計(jì)選取的輸送量為：Q=100(kg/h)。
3.1.2 螺旋機(jī)功率的確定
螺旋機(jī)的功率由螺旋機(jī)制的運(yùn)行阻力決定。其阻力包括以下幾類:
1）物料與刷輥的磨擦力
2）物料與螺旋葉片的磨擦力
3）物料被攪拌產(chǎn)生的阻力
4）軸承的磨擦力
因?yàn)檫@些阻力計(jì)比較抽象,一般根據(jù)以下公式計(jì)算:
N0=kQ/367(ω0L+H)
N0—螺旋軸上所需功率(kW)
k—功率貯備系數(shù)(1.2～1.4)
Q—輸送量(t/h)
ω0—物料阻力系數(shù) （選6.2）
L —螺旋機(jī)進(jìn)出口水平投影長度(m)
H —螺旋機(jī)進(jìn)出口垂直投影長度(m)
N0=kQ/367·(ω0L+H)=1.4×2/367×（6.2×10.2）=45.8W
那么螺旋機(jī)驅(qū)動裝置的額定功率為
N1=N0/（η1η2）
η1—減速機(jī)的傳動效率，η1=0.9
η2—三角帶的傳動效率，η2=0.95
N1=N0/（η1η2）=45.8/0.9/0.95=53.6W
3.1.3 螺旋直徑的確定
因?yàn)椋篞=47 k1AψcρD2.5 （t/h）
所以：
令： (m)
式中，K值見表3-1。
表3-1 ψ、K、A值
物料塊度
物料的磨磋性
物料種類
填充系數(shù)ψ
推薦的螺旋葉片形狀
K
A
粉 狀
無磨性、半磨磋性
石灰粉、石墨
0.35~0.40
全葉式
0.0415
75
粉 狀
磨磋性
干爐灰、水泥
0.25~0.30
全葉式
0.0565
35
粒 狀
無磨性、半磨磋性
谷物、泥煤
0.25~0.35
全葉式
0.0490
50
粒 狀
磨磋性
砂、型砂、爐渣
0.25~0.30
全葉式
0.0600
30
小塊狀
α＜60mm
無磨性、半磨磋性
煤、石灰石
0.25~0.30
全葉式
0.0537
40
小塊狀
α＜60mm
磨磋性
卵石、砂巖
0.20~0.25
全葉式或帶式
0.0645
25
中等及大塊
α＞60mm
無磨性、半磨磋性
塊煤、塊石灰
0.20~0.25
全葉式或帶式
0.0600
30
大塊度
α＞60mm
磨磋性
干粘土、硫礦石
0.125~0.20
全葉式或帶式
0.0795
15
表3-2 撥料盤傾斜修正系數(shù)c
傾斜角β
0°
≤5°
≤10°
≤15°
≤20°
c
1.00
0.90
0.80
0.70
0.65
3.1.4 螺旋軸轉(zhuǎn)速的確定
輸送物料時,應(yīng)控制在一定螺旋轉(zhuǎn)數(shù),物料運(yùn)動不影響其特性,如果速度太低運(yùn)輸量達(dá)不到。因此,螺桿的旋轉(zhuǎn)速度是決定根據(jù)運(yùn)輸能力和材料的特點(diǎn),應(yīng)該保證一定的輸送量,不使物料受力太大而被拋起,以致降低傳動效率,因此有一定的實(shí)際速度和最大速度之間的關(guān)系,即：
即：
式中： ----常數(shù) （見表3-2）。
D----螺旋外徑 （m）
求得的螺旋軸轉(zhuǎn)速，應(yīng)圓整為表3-3所列的螺旋軸標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。
表3-3 撥料盤螺旋軸轉(zhuǎn)速系列(r/min)
20
30
35
45
60
75
90
120
150
190
3.1.5 螺距的確定
螺距h通常為： h=k1D (m)
式中：k1——螺距和螺桿直徑的比值,和材料的性質(zhì)有關(guān),通常k1 = 0.7 ~ 1。
h=k1D=0.7×0.5=0.35 (m)
3.1.6 物料輸送速度的確定
物料的軸向輸送速度ν的計(jì)算:
(m/s)
式中：h---螺旋節(jié)距(m)；
ns---螺旋轉(zhuǎn)速(r/min)。
(m/s)
（1）螺旋直徑
(m)
根據(jù)上表選擇各參數(shù)
(m)
因?yàn)閾芰媳P的螺旋直徑應(yīng)進(jìn)行圓整，取D=500mm。
（2）螺距
h=0.7D h=k1D=0.7×0.5=0.35 [m] 所以螺距為350mm。
（3）軸徑
d=(0.2~0.35)D
取 d=0.2D=0.2×500=100mm 所以軸徑為100mm。
（4）進(jìn)料口、出料口
進(jìn)料口連接螺旋機(jī)和進(jìn)料漏斗,進(jìn)料口應(yīng)該安裝在機(jī)蓋根據(jù)材料入口的大小。
出料口由鋼板焊接而成，直接開在輸入軸的對側(cè)。
3.2 刷輥部件的設(shè)計(jì)
刷輥材料通過特殊處理,耐用,耐磨性好,表面粗糙度旋轉(zhuǎn)清洗毛刷輥材料表面粗糙。
箱體內(nèi)共18支刷輥，刷輥直徑為20mm，刷輥兩端由軸承支撐，兩側(cè)刷輥轉(zhuǎn)向相反，左側(cè)刷輥逆時針轉(zhuǎn)動，右側(cè)刷輥順時針轉(zhuǎn)動，保證物料受摩擦力切線方向向上。刷輥轉(zhuǎn)速初選650r/min。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求：工作效率：100（kg/h）。工作時，物料分布在各刷輥上,刷輥與物料之間的摩擦系數(shù)為0.5，刷輥直徑100mm，刷輥所受最大扭矩T計(jì)算如下：
T=FL=1000×0.5×0.05=25N·m
其所需功率：
N=Tn/9550=25×650/9550=1.7KW
那么刷輥驅(qū)動裝置的額定功率為
N2=N/（η1·η2）
η1—減速機(jī)的傳動效率，η1=0.9
η2—三角帶的傳動效率，η2=0.95
N2=N/（η1·η2）=1.7/0.9/0.95=1.99KW
4 電動機(jī)的計(jì)算選型
4.1 電動機(jī)的選擇
4.1.1 選擇電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)型式
電動機(jī)有交流電機(jī)和直流電機(jī)。由于直流電機(jī)需要直流電源,,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價格高,維護(hù)不方便,所以沒有特殊要求不應(yīng)使用。
電動機(jī)類型根據(jù)電源類型、工作條件、負(fù)荷特性、起動、制動和起動性能,逆轉(zhuǎn)的頻繁程度、速度和速度性能要求確定。
4.1.2 選擇電動機(jī)的容量
電動機(jī)的容量是根據(jù)電動機(jī)運(yùn)行時發(fā)熱條件下決定的。其發(fā)熱與電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。有三種運(yùn)行態(tài),長期連續(xù)操作,短期操作和重復(fù)短期操作。根據(jù)等效功率法計(jì)算并檢查過載能力和起動轉(zhuǎn)矩,短期運(yùn)行的長期運(yùn)行加載和重復(fù)短時操作能力。
由上面計(jì)算可得：
=N1+N2=0.536+1.99=2.436KW
該馬鈴薯去皮機(jī)在常溫下工作,采用三相交流電,電壓380V。根據(jù)以上兩點(diǎn)選用Y2-132M-8型3KW電動機(jī)。
Y2-132M-8電動機(jī)的主要性能如下表格所示：
表4－1 Y2-132M-8電動機(jī)的主要性能
額定功率（kw）
轉(zhuǎn)速（r/min）
電流（A）
效率（%）
功率應(yīng)數(shù)（cosφ）
額定轉(zhuǎn)矩
3
705
7.9
79
0.73
2
4.2 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算
螺旋軸轉(zhuǎn)速，查設(shè)計(jì)手冊知Y2-132M-8型3KW電動機(jī)轉(zhuǎn)速
，則總傳動比i=705/45=15.6。分配傳動比：傳動帶傳動比i1=3.3，齒輪傳動比i1=4.7。
因?yàn)樵O(shè)計(jì)減速器的傳動比為4.7,所以直齒圓柱齒輪傳動減速機(jī)可以滿足條件。
連接順序
1.電動機(jī)-2.平鍵-3.帶輪減速器-4.平鍵-5.齒輪減速器-6.花鍵-7.螺旋軸輸送機(jī)
軸承、齒輪等的效率查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得
表4-2 各零件間的傳動效率
項(xiàng)目
效率
滾動軸承（每對）
0.98~0.995
滑動齒輪（每對）
0.97~0.99
彈性聯(lián)軸器
0.99~0.995
齒輪聯(lián)軸器
0.99
萬向聯(lián)軸器
0.97~0.98
具有中間可動元件的聯(lián)軸器
0.97~0.99
一對齒輪（開式）
0.94~0.96
一對齒輪（閉式）
0.96~0.99
一對三角帶
0.95
4.2.1 各軸轉(zhuǎn)速
Ⅰ 軸 n1=nm/i1
=705/3.3
=213.6r/min
Ⅱ軸 n2=n1/i2
=213.6/4.7
=45.4r/min
螺旋軸 n3=n2=45.4r/min
4.2.2 各軸輸入功率
Ⅰ 軸 P1 =P額·η帶輪
=3×0.95
=2.85KW
Ⅱ 軸 P2 =P1·η軸承1·η軸承2·η齒輪
=2.85×0.98×0.99×0.96
=2.65KW
螺旋軸 P3=P2·η聯(lián)
=2.65×0.99
=2.62KW
4.2.3 各軸輸出功率
Ⅰ 軸 P1＇=P1·η軸承
=2.85×0.98
=2.793KW
Ⅱ軸 P2＇= P2·η軸承
=2.65×0.98
=2.597KW
螺旋軸 P3＇= P3·η軸承
=2.62×0.98
=2.57KW
4.2.4 各軸輸入轉(zhuǎn)矩
電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 Td=9550×Pd/nm
=9550×3/705
=40.6N·m
Ⅰ軸 T1= Td·η帶輪
=40.6×0.99
=40.2N·m
Ⅱ軸 T2= T1·i·η軸承1·η軸承2·η齒輪
=40.2×4.7×0.98×0.99×0.96 =175.98N·m
主軸 T3= T2·η聯(lián)
=175.98×0.99
=174.22N·m
4.2.5 各軸輸出轉(zhuǎn)矩
Ⅰ 軸 T1＇= T1·η軸承
=40.2×0.98
=39.4N·m
Ⅱ 軸 T2＇= T2·η軸承
=175.98×0.98
=172.46N·m
主軸 T3＇= T3·η軸承
=174.22×0.98
=170.74N·m
運(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理于下表：
表4-3 運(yùn)動和動力參數(shù)計(jì)算
軸 名
功 率 P (KW)
轉(zhuǎn) 矩 T（N·m）
轉(zhuǎn)速 n (r/min)
傳動比i
效 率
輸 入
輸 出
輸 入
輸 出
電動機(jī)軸
3
40.6
1440
1
0.99
Ⅰ 軸
2.85
2.793
40.2
39.4
1440
4.7
0.93
Ⅱ 軸
2.65
2.597
175.98
172.46
308.35
1
0.99
螺旋軸
2.62
2.57
174.22
170.74
308.35
5 減速器設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 齒輪設(shè)計(jì)
齒輪材料應(yīng)滿足以下條件：
1) 齒面有足夠的硬度,為了獲得較高的點(diǎn)狀腐蝕和耐磨料磨損和塑性流動的阻力;
2) 有足夠的可變負(fù)荷和沖擊載荷下的彎曲疲勞強(qiáng)度;
3）具有良好的加工及熱處理工藝；
4）較低的價格。
根據(jù)以上條件使用合金鋼，硬齒面齒輪是目前的發(fā)展趨勢，以保證其齒根彎曲強(qiáng)度。
本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是預(yù)期壽命10年，每年達(dá)到工作300個工作日，在投入使用期限內(nèi)，工作時間占其20%。
根據(jù)以上要求，該設(shè)計(jì)選用的齒輪材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理，硬度60HRC。齒數(shù)比u=i=4.7計(jì)算步驟如下：
表5-1 齒輪的校核計(jì)算
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算內(nèi)容
計(jì)算結(jié)果
齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
1.初步計(jì)算
轉(zhuǎn)矩T1
T1=40.2N·m
T1=402000N·mm
齒寬系數(shù)Φd
取Φd=0.5
Φd=0.5
解除疲勞極限σHlim
σHlim1=1650Mpa
σHlim2=1400Mpa
許用接觸應(yīng)力[σH]
[σH1]≈0.9σHlim1=0.9×1650
[σH2]≈0.9σHlim2=0.9×1400
[σH1]=1485Mpa
[σH2]=1260Mpa
Ad值
取Ad=85
Ad=85
小齒輪直徑d1
d1≥Ad
=85×=33.5
取d1=40mm
初步齒寬b
b=ψd d1=0.5×40=20
b=20mm
2. 校核計(jì)算
圓周速度ν
ν=πd1n1/(60×1000)
=π×40×213.6/（60×1000）
=0.5
ν=0.5m/s
精度等級
選8級精度
齒數(shù)z和模數(shù)m
初取齒數(shù)z1=10,
z2= iz1=4.7×10=47
m= d1/z1=40/10=4
取m=4
則z1= d1/m=40/4=10
z2= iz1=4.7×10=47
m=4
z1=10
z2=47
使用系數(shù)KA
KA=1.75
動載系數(shù)KV
KV=1.18
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)K
=1.75×1.18×1.21×1.23
=3.07
K=3.07
彈性系數(shù)ZE
ZE=189.8MPa
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH
ZH=2.5
續(xù) 表
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算內(nèi)容
計(jì)算結(jié)果
接觸最小安全系數(shù)SHmin
SHmin=1.05
總工作時間th
th=10×300×8×0.2
th=4800h
應(yīng)力循環(huán)系數(shù)NL
估計(jì)107
1.2δ
10
齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離
Δ2
>δ
10
軸承端蓋凸緣厚度
t
(1～1.2)d3
7
凸臺高度
h
根據(jù)低速軸承外徑確定
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
s
盡量靠近
D2
軸承端蓋外徑
D2
軸承孔直徑（5～5.5）d3
D+40
窺視孔蓋螺釘直徑
d4
(0.3～0.4) df
6
定位銷直徑
d
(0.7～0.8) d2
6
軸承旁凸臺半徑
R1
c2
11
外機(jī)壁至軸承座端面距離
l1
c1+c2+（8～12）
50
大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離
Δ1
>1.2δ
10
齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離
Δ2
>δ
10
軸承端蓋凸緣厚度
t
(1～1.2)d3
7
凸臺高度
h
根據(jù)低速軸承外徑確定
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
s
盡量靠近
D2
軸承端蓋外徑
D2
軸承孔直徑（5～5.5）d3
D+40
表5-4 c值
螺栓直徑
M8
M10
M12
M16
M20
M24
M30
C1min
13
16
18
22
26
34
40
C2min
11
14
16
20
24
28
34
沉頭座直徑
20
24
26
32
40
48
60
5.3 軸設(shè)計(jì)
輸入軸采用齒輪軸，材料是20CrMnTi。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表15-3 取A= 102
于是得：
輸入軸草圖如下：
圖5－1 小齒輪軸
輸出軸的材料為40Cr。抗拉強(qiáng)度σb= 980MPa抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度σs= 785MPa，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表15-3 取A= 102
于是得
輸出軸草圖如下
圖5－2 輸出軸
5.3.1 計(jì)算齒輪受力
大齒輪直徑： d2=188mm
轉(zhuǎn)矩： T2=175980N·mm
圓周力：
徑向力： Fr= Ft·tanα=1872.1×tan20°=681.4N
軸向力： 因?yàn)橹饼X輪傳動，所以Fa=0
畫小齒輪軸受力圖（見圖a）
5.3.2 計(jì)算支承反力
水平面受力（見圖b） ×75+Fr×33=0 =－300N
Fr×42－×75=0 =381.6N
垂直面受力（見圖d） ×75－Ft×33=0 =823.7N
Ft×42－×75=0 =1048.4N
5.3.3 畫軸轉(zhuǎn)矩圖
水平彎矩圖(見圖c) Mxy
垂直彎矩圖(見圖e) Mxz
合成彎矩圖(見圖f) M合
軸受轉(zhuǎn)矩 T=T2=175980 N·mm
圖5-3 各軸的受力圖
5.3.4 許用應(yīng)力
許用應(yīng)力值
用插入法查表得： [σ0b]=140MPa
[σ-1b]=82.5MPa
應(yīng)力校正系數(shù)
當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 αT=0.59×175980=103828.2N·mm
當(dāng)量彎矩 在小齒輪中間截面處
5.3.5 校核軸徑
齒根圓直徑
df2=d2－2(ha+c)mn
=188－2(1+0.25)×4
=178mm
軸徑
所以軸徑檢驗(yàn)合格。
5.4 軸承的選型
輸入軸的軸承選用一對GB/T276－6009的深溝球軸承。
輸出軸的軸承選用一對GB301－8208的推力球軸承和兩對GB/T276－6308的深溝球軸承。
輸出軸上深溝球軸承的選擇計(jì)算：
由于軸承型號未確定，C0r、e、X、Y值都沒有辦法確定，先采用試行計(jì)算。下面采用預(yù)選軸承的方法。(軸承預(yù)期使用壽命=24000h)
首先選取6208與6308兩種深溝球軸承進(jìn)行計(jì)算，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得軸承數(shù)據(jù)如下表。
表5-4 軸承數(shù)據(jù)
方案
軸承型號
Cr/N
C0r/N
D/mm
B/mm
N0/(r/min)
1
6208
29500
18000
80
18
8000
2
6308
40800
24000
90
23
7000
計(jì)算步驟與結(jié)果列于下表
表5-5 計(jì)算步驟
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算內(nèi)容
計(jì)算結(jié)果
6208軸承
6308軸承
Fa/C0r
Fa/C0r=0/ C0r
0
0
e
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表18-7
--
--
Fa/Fr
Fa/Fr=0
Fa/Fr≤e
Fa/Fr≤e
X、Y
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表18-7
X=1,Y=0
X=1,Y=0
沖擊載荷系數(shù)fd
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊表18-8
1.2
1.2
當(dāng)量動載荷P
P=fd(XFr+YFa)=1.2(1×828.88+0)
994.66N
994.66N
計(jì)算額定動載荷
4002N
4002N
基本額定動載荷Cr
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊手冊
29500>
40800>
結(jié)論:選用6208和6308深溝球軸承都可以滿足軸承壽命的要求。
5.5 鍵的選型
5.5.1 輸入軸與帶輪的聯(lián)接
鍵的校核：
已知軸直徑d=42mm，鍵的尺寸為b×h×l=12×8×30mm,傳遞的扭轉(zhuǎn)力偶矩Me=40.2N·m,鍵的許用應(yīng)力[τ]=100Mpa,許用壓強(qiáng)[σbs]=35Mpa.
首先校核一下該平鍵的剪切強(qiáng)度。將該平鍵沿n-n截面分成兩個部分，并把n-n下面和軸作為一個整體考慮。假設(shè)n-n截面上的切應(yīng)力分布均勻，所以n-n截面上的剪力Fs為：
Fs=Aτ=blτ 式(5.1)
對軸心取矩，由平衡方程,得
故有
圖5-5 鍵受力圖
因此平鍵滿足剪切強(qiáng)度條件。
再次校核該平鍵的擠壓強(qiáng)度?？紤]該平鍵在n-n截面以上的部分的力分布均勻平衡，在n-n截面上的剪力應(yīng)為Fs= blτ，右側(cè)面上的擠壓力為
投影于水平方向，由平衡方程得
Fs=F
由此求得
所以該平鍵也滿足擠壓強(qiáng)度要求。
5.5.2 輸出軸與大齒輪的聯(lián)接
鍵的校核：
已知軸直徑d=40mm，鍵的尺寸為b×h×l=12×8×28mm,扭轉(zhuǎn)力偶矩Me=175.98N·m,平鍵的許用應(yīng)力為[τ]=100Mpa,許用壓強(qiáng)為[σbs]=100Mpa。
首先校核一下該鍵的剪切強(qiáng)度。將該平鍵沿n-n截面分成兩個部分，并把n-n下面和軸作為一個整體考慮。假設(shè)n-n截面上的切應(yīng)力分布均勻，所以n-n截面上的剪力Fs為：
Fs=Aτ=blτ
對軸心取矩，由平衡方程, 得
所以
所以平鍵滿足剪切強(qiáng)度條件。
再次校核該平鍵的擠壓強(qiáng)度。考慮該平鍵在n-n截面以上的部分的力分布均勻平衡，在n-n截面上的剪力應(yīng)為Fs= blτ，右側(cè)面上的擠壓力為
投影于水平方向，由平衡方程得
Fs=F
因此
所以平鍵也滿足擠壓強(qiáng)度要求。
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致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)是完成馬鈴薯去皮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這次的設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容非常全面，并鞏固在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)知識的全面總結(jié)，幫助我了解和掌握從事設(shè)計(jì)的基本方法，通過這次設(shè)計(jì)把理論和實(shí)踐連接起來。貫穿大學(xué)四年的綜合知識，使理論與實(shí)踐緊密結(jié)合在一起，為我今后的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這是一個非常全面的、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，很鍛煉人。從開始的搜集資料到最終的設(shè)計(jì)，涉及到的領(lǐng)域包括：機(jī)械制圖，機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，工程材料，材料力學(xué)等等。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，提高自己的計(jì)算，繪圖能力；使我能夠熟練使用參考資料，計(jì)算圖表，設(shè)計(jì)手冊，熟悉相關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)。主要內(nèi)容包括馬鈴薯去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料的應(yīng)力分析，主要參數(shù)的選擇，對主要零件進(jìn)行了計(jì)算和分析，一個完整的理論和設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)合組件和整個設(shè)計(jì)的零件圖，更加直觀的證明。一個馬鈴薯去皮機(jī)的關(guān)鍵部件——驅(qū)動軸進(jìn)行了詳細(xì)的力學(xué)分析和計(jì)算，得出彎曲扭矩圖，通過理論和大量的計(jì)算表明，該傳動軸結(jié)構(gòu)的可行性和性能特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是基于的理論基礎(chǔ)，相應(yīng)的計(jì)算，文獻(xiàn)閱讀，在出售其機(jī)械產(chǎn)品公司在線訪問，了解其相關(guān)知識。從以上搜集、論證和查閱馬鈴薯去皮機(jī)的基本設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)方案是可行的。
我深深地意識到，要成為一個合格的工程技術(shù)人員只是僅僅掌握專業(yè)知識是不夠的，應(yīng)該有一個更深刻的認(rèn)識，如在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，各種產(chǎn)品性能的認(rèn)識，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀和其他各種方面的能力。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量巨大，從一開始的什么都不知道不了解到找到信息完成設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)了我大量的時間和精力，從經(jīng)驗(yàn)中了解到作為一個工程的學(xué)生必須要有耐心、踏實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，持久穩(wěn)定，更對自己的職業(yè)情感和精神。通過幾個月的努力，這是我創(chuàng)作的設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)，充滿了喜悅和成就感。在設(shè)計(jì)過程中，在老師的精心指導(dǎo)，從整個過程一步一步的話題總是細(xì)心指導(dǎo)我確定設(shè)計(jì)步驟，讓我從中受益很多，充實(shí)了許多教科書不扎實(shí)的知識，這樣的設(shè)計(jì)能夠按計(jì)劃完成在設(shè)計(jì)過程中也曾遇到很多的問題，但通過查閱相關(guān)的書籍、手冊以及老師的精心指導(dǎo)，都得到了解決，設(shè)計(jì)過程基本順利完成。
這最后的設(shè)計(jì)結(jié)果，不是我一個人的勞動，而是所有幫助過我的人和我的杰作。因此，在這種場合的成功完成的設(shè)計(jì)，我再次向所有給予指導(dǎo)，幫助和鼓勵我完成設(shè)計(jì)的人，致以最誠摯的感謝！同時也感謝百忙之中抽出時間來審閱我的老師致以親切的問候！當(dāng)然，由于時間較短，我的設(shè)計(jì)還存在者許多不足，也希望老師給與指正！
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