小型菠萝削皮机设计说明书Word文档下载推荐.docx
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方法都各自有其一定的局限性。
设计一种既安全卫生又方便的菠萝削皮工具,已经
越来越成为人们的迫切需要。
本文主要介绍了以切削原理为基础的,适合食品加工
工厂等场所使用的菠萝去皮机的设计要点、工作原理和设备组成情况。
这种机器代
替了目前的人工削皮,操作方便,使用简单,大大的提高了生活效率。
关键词:
削皮机;
传动;
设计;
菠萝
1前言
菠萝又叫凤梨、黄梨。
16世纪中期由葡萄牙的传教士带到澳门,然后引到广
东各地,后在广西、福建、台湾等省市种植,经过长期的选育,陆续产生了许多的
品种。
菠萝果实品质优良,营养很丰富。
科学研究表明癌症与人体缺少维生素有很大关系,如果能多食水果补充大量的
维生素,我们完全可以抵御很多的疾病。
菠萝作为大家非常喜爱的水果之一,它完
全可以胜任补充维生素的重任。
它不仅富含大量的维生素,而且口感非常的好。
但
唯一的缺点就是削皮工作非常困难,一般的家庭在购买菠萝的时候都是让卖水果的
人削好后拿回家再吃,现今社会空气污染比较严重,大量有害颗粒会附着在菠萝上,
食用后对人体造成伤害。
所以设计一种快速、安全、方便、卫生的菠萝去皮机,应
用前景十分广阔。
2菠萝削皮机的研究现状
原本我国初级农产品质量比较差,加工增值程度比较低,缺乏一定的国际
竞争力。
最近几年我国的水果加工业取得了质的飞跃,冷冻水果方面更是占据了我
国农产品贸易的重要位置。
就现在情况来看,我国的水果加工工业已经具备了相当
不错的技术水平和生产规模。
随着工业的进步,产品加工质量明显大幅度提高。
加
工增值程度比以前高了许多,对我国农产品出口起到了拖波助澜的作用。
所以加大
农产品加工机械的研发是提高出口水平的先决条件。
3菠萝削皮机的性能要求
为了安全应尽量应用自动化技术,并保证一定的削皮去钉成功率。
整个系统结
第1页共20页
构稳定,不仅节省时间更要有非常高的安全性。
考虑到家用的问题,应尽量考虑它
的制造成本。
综上所述,这个设计应该满足并具备的性能有以下几点:
(1)设计中要注意系统的稳定性和运动的平衡性。
(2)保证它的制造成本能让大部分家庭接受,并在这个基础上保证它的使用寿
命。
(3)保证削皮去钉的成功率,并尽可能的减少材料的浪费。
(4)考虑家用的问题,应尽量减小系统运行中的噪音。
(5)设计时考虑它的体积大小,不能太过庞大占用家庭空间。
(6)整机设计出来后要有一定的改进空间,以防出现问题后整机报废。
4菠萝削皮机的方案的设计
本方案提供一种菠萝削皮去钉机器,该机器可以在一个工作程序中同时完成
削皮和去钉两种工作,提高了工作效率,最大限度的减少了削皮去钉时对菠萝果
肉的浪费,而且可以适用于不同大小的菠萝,经济适用性强.简图如下:
4.4主要结构介绍
本方案设计的菠萝去皮机,包括环形固定体、管形活动轴、活动体、削皮
丝、去钉刀、小弹簧和大弹簧等多个活动体组成漏斗形开口装置,用于放置菠
萝,环形固定体位于各活动体外网,各活动体通过管形活动轴与环形固定体链
接,活动轴为空心腔体,空心腔体有小弹簧,小弹簧一段位于活动轴台阶上,另
一端设有一圆环,围绕各活动体内侧组成的圆周并进入各管形活动轴空心腔的削
皮丝穿过圆环,各活动轴前端设有三角形去钉刀,可以从活动体圆周内侧深入圆
周中心。
4.5工作原理
本方案菠萝削皮去钉器各活动体在菠萝向下移动过程汇总推动管形活动轴向
外张开,又在大弹簧反作用力的对抗下,使菠萝削皮去钉器的活动体内侧紧靠菠
萝表皮,同事,削皮丝的长度和张紧度也会随活动体组成的入口大小在小弹簧的
作用
第2页共20页
1电动机2联轴器3传动螺杆4支承螺杆5上夹具6传动链条7切削刀具体8下夹具
1motor2.coupling3.Drivescrew4.Supportscrew5.Fixtureon6.Transmissionchain7Cuttingtool
8Nextfixture
图10菠萝去皮机示意图
Fig.10Pineappleskin-peeling-offmachineschemes
下自动调节,利于菠萝削皮和去钉,并确保削皮的厚度保持一致,削皮去钉
非常干净,且保证最大限度地减少去钉时对菠萝果肉的浪费。
本设备中的多根管
形活动轴,是根据大多菠萝表面花器组成的螺旋纹数决定的,选用13根,也可以
具体选择,使用的时候,可以适当减少以及不装去钉刀,就能实现不同水果的削
皮去钉工作。
5菠萝削皮机的总体及部件结构设计与校核
4.6菠萝削皮机的总体结构设计
5.7运动的合成
根据菠萝的结构,菠萝表面的花苞片及“果眼”的分布形状如图1所示。
通常呈现未对称性的左右螺旋线排列,左右螺旋线的螺旋线的螺旋升角均约为40,
每条螺旋线绕菠萝均为7/12圈,每个菠萝的螺旋线数为13条左右,而菠萝的高度
与其直径之比为1.5左右,其高度一般在160mm——280mm范围之内。
故水平方向转动7/12圈则竖直方向上升1.5D
第3页共20页
设定每个菠萝去皮时间为20s,则:
r
7
/12r
20s
4
r/min
e
4.75D
9r
/min
5.8总体结构设计
使用本菠萝去皮机时,先用水果刀却去菠萝头尾部,固定在抓盘上,再放入
活动体组组成的漏斗形入口,使菠萝表皮的花器对准三角形去钉刀,机械力旋转
菠萝的同时菠萝刀具沿着菠萝钉的螺旋纹旋转向上移动,菠萝削皮去钉器各活动
体在菠萝转动,刀具上升的作用下,活动体向外扩张,挤压大弹簧4,同时又在
大弹簧的作用下自然调整,以利于菠萝削皮去钉,并确保削皮的厚度保持一致,
然后出来的将是削皮去钉后非常感激的菠萝果肉,且保证最大限度地减少削皮去
钉时对菠萝果肉的浪费。
如果用于某些只削皮不去钉的场合,不用装去钉装置,
使用时只要将菠萝放入菠萝削皮去钉器入口。
5.1.3执行结构设计
5.2.5刀具的选择
根据设计要求,菠萝削皮机要对菠萝进行削皮和去钉,削皮考虑用削皮丝完成
指定削去2-3mm表皮的效果,去钉采用三角形去钉刀进行去钉。
5.2.6刀具的结构设计
下图中5为去钉刀,对菠萝进行去钉动作,3为削皮丝,用于切削菠萝表皮。
根据菠萝的特点:
每个菠萝螺旋线数位13左右,而菠萝的高度与直径比值在1.5
左右,菠萝直径在Φ85-Φ134之间。
我设计菠萝去钉刀为13个平均分拨在菠萝的
周围,故只需对其中的一把刀进行具体分析。
由于菠萝大小不一致所以刀具设计为可自由调节距离,位于活动体5的外围环
1去钉刀2削皮丝
第4页共20页
1Tonailthesword2Peelingsilk
图12刀具前端结构图
Fig.12Thefrontendstructureofcutter
形固定体与活动体之间通过关系活动轴连接,环形固定体与活动体之间设有大弹
簧,活动轴空心腔体内设有小弹簧,一端位于活动轴台阶上,另一端设有一圆环,
为要各活动体内侧组成的圆周并进入各管形活动轴空心腔体的削皮丝穿过所述圆
环,各活动轴前端设有三角形去钉刀,如上图所示。
刀具图如下图所示:
4.8刀具大弹簧的设计
5.9根据工作条件选择材料并确定起许用应力:
根据要求选用普通圆柱螺旋弹簧
根据刀具活动轴2,根据活动螺旋轴2的外径d115mm,设定弹簧中径D=20m,m
外径D222mm.当弹簧压缩变形量12.5mm时,压力F15N;
当弹簧压缩变形
量230mm时,压力F160N.因为弹簧在一般载荷条件下工作,可以按照第III
类弹簧来考虑。
现选用碳素弹簧钢丝C级。
并根据DD22mm20mm2mm
2,
估取弹簧钢丝2.0mm。
由《机械设计》第八版表16-3暂选B1710MPa
[20]。
则根
据表16-2可知
5.1.4
(1)
5.2.7B684MPa
2.根据强度条件计算弹簧钢丝直径
现选用螺旋比C=10,则由式(16-4)得
4C10.61541010.615
1.14
K
(2)
4C4C410410
根据式(16-10)得
FKC301.1410
2(3)d'
1.61.6mm1.13mm
684
因此估算值符合要求,取弹簧钢丝标准直径d2mm。
此时D20mm,为标
准值,则有
第5页共20页
4.9销2.小弹簧3.大弹簧4.削皮丝5.去钉刀
1pin2.smallspring3.bigspring4.peelingsilk5.nail-offknife
图13刀具整体结构图
Fig.13Theoverallstructuredrawingofcutter
D2Dd20mm2mm22mm(4)
所得尺寸与题中条件相符,合适。
5.10根据刚度条件计算弹簧圈数
由式(16-9)得弹力刚度为
FF5020
21(5)Kf/2/
NmmNmm15
21
由表16-2取G=82000Mp,a则弹簧圈数n为
44
Gd820002
n10.25(6)
33
8Dk8202
f
第6页共20页
则取n=11圈。
此时弹簧刚度为
K
210.25
fN/mm1.864N/
11
mm
(7)
4.10验算
弹簧初始压力为0;
初应力即为0
极限工作应力
lim0.561710Mpa957.6Mpa(8)
则极限工作载荷为
3
d
lim(9)
lim
NNF131.88
8DK
5.弹簧长度的计算
根据菠萝的之境范围85134因此弹簧的压缩量为:
d/224.5mm
所以弹簧的总长度:
Lh24.511244.5mm
取弹簧长度为50mm。
5.11刀具小弹簧的选择
5.1.5根据工作条件选择材料并确定起许应力
根据要求选用普通圆柱螺旋弹簧根据刀具活动轴2和空腔大小设定小弹簧中径
D8,外径D29mm。
当弹簧压缩变形量12.5mm时,压力F110N;
当弹簧压缩变形量28mm时,压力F232N,因为弹簧在一般在和条件下工
作,可以按照第Ⅲ类弹簧来考虑。
现选用碳素弹簧钢丝C级。
并根据
D2D9mm8mm1mm。
估取弹簧钢丝1.0mm。
由《机械设计》第八版表16-3
暂选B1710MPa
[19],根据公式
(1)可知MPa
5.2.80.5B684。
5.1.6根据强度条件继续按弹簧钢丝直径
现选用旋绕比C=10,则由式公式
(2)得
4C10.6154810.615
1.184
K(10)
4C4C48410
根据式(3)得
FKC321.1848
2(11)d'
1.61.6mm1.06mm
因此估算值符合要求,去掉弹簧钢丝标准直径d1mm。
此时D8mm,为标
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准值,则由式(4)得
D2Dd8mm1mm9mm(12)
所的尺寸与题中条件相符,合适。
4.11根据刚度条件计算弹簧圈数n
由式(5)得弹力刚度为
FF32
21(13)KfN/mm4N/mm
821
由表16-2取G=82000Mp,a则弹簧圈数n由公式(6)得
Gd820001
n5.0(14)
8Dk884
则取n=5圈。
f4/(15)
Nmm
4.12验算
由公式(7)得极限工作应力lim0.561710Mpa957.6Mpa
由公式(8)得极限工作载荷为
limNN(16)F39.69
4.13弹簧长度的计算
弹簧的长度:
Lh1105115mm
取小弹簧长度为20mm
5.12传动机构的设计
5.1.7螺杆的设计计算
削皮机进行工作是道具沿螺杆向上以一定的速度做上升运动,
1.选作材料,螺栓材料等选用45号钢s300Mpa。
螺母材料选用ZCuA19Mn2,
查表确定需用压强P15Mpa.
2.确定螺纹牙型。
梯形螺纹的工艺性好,牙根强度高,对中性好,本题采用
梯形螺纹。
3.按耐磨性计算初选螺纹的中径。
因选用梯形螺纹切螺母兼作支撑,根据教
材式(5-43)得
第8页共20页
F200
d0.80.81.85
2mm(17)
p2.515
按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。
根据第四强度理论,其强度条件为
2
FT
233
caW
A
T
(18)
但对中小尺寸的螺杆,可认为0.5,所以上式可简化为
ca
F
4T1.3Q
2(19)
S
31.3
dAS
1
1;
S为螺杆稳定性安全系式中,A为螺杆螺纹段的危险截面面积,mm
数,对于传力螺旋,S=3.5-5.0;
对于传到螺旋,S=2.5-4.0;
对于精密螺杆或水平螺
杆,S>
4.本题取为5.故有螺杆螺纹小径
41.3SQ41.35200
d2.35mm
s3.14300
1(20)
4.14综合考虑,确定螺杆直径。
比较耐磨性计算和抗压强度计算结果,可知本
题螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准,按照国家标准GB/T5796-1986
选定螺杆尺寸参数,螺纹外径d=30mm,螺纹内经d125mm,螺纹中径d228mm,
螺纹线数n=1,螺距P=6mm.
4.15校核螺旋自锁能力。
对传力螺旋传动来说,一般应确保自锁性要求,以避
免事故。
本题螺杆的材料为钢,螺母材料为青铜,钢对青铜的摩擦系数f=0.09(查
[19]
《机械设计手册》)
。
因梯形螺纹牙型教30,/215,,所以
arctan
nP
6
3.14
18
4.06
(21)
f0.09
v(22)
arctanfvarctanarctan5.3
coscos15
所以可以满足自锁要求。
若自锁性不足,可增大螺杆直径或减沾上螺距进行调整。
4.16计算螺母高度H.因
Hd,因选2.5,H=24m,m螺纹圈数计算:
H/P4
螺纹圈数最好不要超过10圈,因此可以满足要求。
当条件不满足的时候,一般手段是在不影响自锁性要求的前提下,可适当增大
螺距,而本题螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准,耐磨性已相当富裕,所
第9页共20页
以可适当减低螺母高度。
现取螺母高度H=24m,m螺纹圈数z=4,满足要求。
4.17螺纹牙的强度计算。
由于螺杆材料强度一般远远大于螺母材料强度,因此只
需校核螺母螺纹的牙根强度。
根据教材表5-13,对于青铜螺母,这里取30Mpa,
由教材式(5-50)得螺纹牙危险截面的剪切应力为
Q
Dbu
5.13
200
20
9
5.1.8(23)
满足要求
螺母螺纹根部一般不会弯曲折断,通常可以不进行弯曲强度校核。
4.18螺杆的稳定性计算。
当轴向压力大于某一临界值时,螺杆会发生侧向弯曲,
丧失稳定性。
根据菠萝高度暂选螺杆的工作长度为l=220mm
螺杆危险面的惯性半径id/43.5mm
螺杆的长度:
按一端自由,一端固定考虑,取v=2.0
l
螺杆的柔度:
125.7
s其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得
i
2254
EI3.142.06103.1436/64
QC864.53KN
22
l2220
(24)
SCQC/Q864/5017.3S3.55.0(25)
所以满足稳定性要求。
4.19螺杆上两段的部件连接选择用键联接,根据州的直径d20mm,则选择键
宽×
键高=b×
h=6mm×
6mm。
长度l=10mm。
5.2.9传动装置设计
根据菠萝呈现为对称性的左右螺旋线的排列,左右旋
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