豆腐切割机的结构设计.docx

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豆腐切割机的结构设计

学士学位论文

豆腐切割机的结构设计

姓名：

学号：

指导教师：

学院：

机电工程学院

专业：

机械设计制造与其自动化

完成日期：

学士学位论文

豆腐切割机的结构设计

姓名：

学号：

指导教师：

学院：

机电工程学院

专业：

机械设计制造与其自动化

完成日期：

摘要

豆腐是最常见的豆制品，又称水豆腐。

主要的生产过程一是制浆；二是凝固成形，即豆浆在热与凝固剂的共同作用下凝固成含有大量水分的凝胶体，即豆腐。

豆腐的存在历史悠久，相传是在公元前164年，由汉高祖刘邦之孙——淮南王刘安所发明。

刘安在安徽省寿县与淮南交界处的八公山上炼制丹药的时候，偶然以石膏点豆汁，从而发明豆腐。

袁翰青认为五代才有豆腐。

日本学者莜田统根据五代陶谷所著《清异录》“为青阳丞，洁己勤民，肉味不给，日食豆腐数个”，认为豆腐起源于唐朝末期。

随之而来的就是切割豆腐的工艺。

早先是由人工切割，到了近代特别是工业革命以后机器的出现极大的解放了人力，使人能够从以前切割豆腐的繁琐的工艺中解放出来。

当今国内外都出现了全自动豆腐切割机，这种机器节省时间，生产卫生，甚至能够现做现卖，不但制作方式新颖而且更好的保存了豆腐中的营养成分[1]。

豆腐切割机是一种中小规模加工半成型豆制品的加工设备，其结构轻便易于操作而且价格较低维修简单，是目前使用最广泛的小型切割机，在豆腐行业应用相当广泛。

然而，传统的豆腐切割机完全使用人工方式操作，不但费时费力不是很卫生，而且还有刀具与豆腐粘连导致切割断面不平整等一系列问题。

针对这些提出了豆腐切割机的设计,本机械通过改变刀具位置可以将大块豆腐切割成不同面积的小块，便于形成豆腐干、豆腐乳等的物理形状原材料，大大提高了劳动效率，减少人工劳动成本，而且可以保证豆腐的卫生状况。

对此，进行了多方面的分析研究，包括切割形成的豆腐块大小、切割机的总体结构与零部件校核等问题，最后进行了实验验证。

关键词：

切割机；人工方式；总体结构；物理形状原材料

Abstract

Beancurdoriginatedinthewesternhandynasty,itwassaidthatbyLiuBangzhidescendantsofhuainanWangLiuaninvention.After2000yearsofdevelopment,itfollowedthecuttingprocessofbeancurd.Earlierbymanualcutting,recentlyespeciallyaftertheindustrialrevolutionofthemachinemakestheincreasinglymoderncuttingtechnology.Today'stofuhaveappearedathomeandabroadautomaticcuttingmachine,themachinesavestime,productionofhealth,evencansellnownow,notonlymakingwayinthenovelandbetterpreservedbeancurdnutrients.

Tofucuttingmachineisakindoflarge-scaleprocessinghalf-formedbeanproductsprocessingequipment,thestructurelightiseasytooperation,iscurrentlythemostwidelyusedsmallcuttingmachineiswidelyappliedintheindustryoftofu.However,thetraditionalwayoffullyusingartificialtofucuttingmachineoperation,notonlytheintensityoflaborisbig,butalsothecuttingtoolandtofuadhesioncauseaseriesofproblemssuchasunevencuttingsection.Accordingtothesepresentsthedesignoftofu,cuttingmachine,thismachinebychangingthetoolpositioncanbelargepiecesoftofucutintosmallpiecesindifferentarea,isadvantageousfortheformationofbeancurdcake,fermentedbeancurd,suchasthephysicalshapeofrawmaterials,greatlyimprovetheworkefficiency,reducemanuallaborcosts.,areanalyzedinvariousstudies,includingcuttingtheoverallstructureoftheformationofthepostagestampsize,cuttingmachine,andtheproblemofpartsforcheckingtheexperimentalverification.

Keywords：

Cuttingmachine；Artificialway；Theoverallstructure；Thephysicalshapeofrawmaterials

目录

第1章前言

1.1设计背景

豆腐是我国汉民族的传统美食，是由我国炼丹家——淮南王刘安发明的绿色健康食品。

时至今日，豆腐已经在我国风靡了近两千一百多年了，深受我国人民、周边各国、与世界人民的喜爱，并随着中国人民走向了世界。

发展至今，已品种齐全，花样繁多，具有风味独特，制作工艺简单食用方便的特点[2]。

豆腐高蛋白，低脂肪，具降血压，降血脂，降胆固醇的功效。

是生熟皆可，老幼皆宜，养生摄生、益寿延年的美食佳品。

第一，吃豆腐可以防治心血管疾病。

第二，吃豆腐对更年期女性有帮助。

女性朋友到了一定年纪，因为雌性激素分泌不足，易出现更年期综合症，这时很多女性会选择药物治疗。

最近专家发现，豆腐中含有大量的雌激素——类黄酮。

而雌激素对防治骨质疏松有良好的作用。

所以，多吃豆腐还可以很好的补充雌性激素。

第三，吃豆腐对治疗老年人便秘有好处。

老年人因为年龄的关系，消化系统不好，经常出现便秘，而豆腐是软食，容易消化。

所以，专家建议老年人多吃豆腐以减少便秘。

第四，吃冻豆腐有助于减肥。

新鲜的豆腐经过冷冻之后，会产生一种酸性物质，这种酸性物质会破坏人体内堆积的脂肪，达到减肥的目的。

冻豆腐虽然经过冷冻处理，但营养成分并不会受到破坏，不会造成明显的饥饿感。

所以，多吃豆腐，尤其是冻豆腐，对许多急于减肥的朋友是很有好处的。

第五，吃发酵后的豆腐能预防大脑老化，豆腐一经发酵，最大的变化是产生出大量的维生素B12，而身体若是缺少了维生素B12，会加速大脑的老化。

所以，我们要经常吃一些经过发酵的豆腐，这样对预防大脑的老化和老年痴呆症是有好处的。

还有抑制乳腺癌、前列腺癌与血癌的功能，豆腐中的甾固醇、豆甾醇，均是抑癌的有效成分[3]。

安徽省淮南市——刘安故里，每年9月15日，有一年一度的豆腐文化节。

深究者，可详阅《淮南子》与淮南地方志。

理学家——朱熹有《素食诗》传世。

千百年来，中国优秀的传统大豆食品，以极佳的口感、丰富的营养和低廉的价格，成为中国人民生活的重要健康食品之一[4]。

现如今，随着中国经济的发展豆腐也开始走向世界，传统豆制品的生产也开始向工业化和产业化迈进，并在世界美食界展现越来越大的影响力。

因此对于豆腐的切割工艺的要求更是层出不穷，豆腐制作发展到现代已经不是单纯的靠人力去完成了，经过现代科技加工出来的豆腐拥有美观、营养高、产品种类丰富等特点。

以前的工艺全部是由人力来完成的，磨豆浆、过滤豆腐渣等等，很费劲。

早先是由人工切割，到了近代特别是工业革命以后机器的出现使得切割技术日益现代化。

现代科技已经使豆腐实现了流水线生产，各种电气化的磨浆机、甩浆机、压干机将豆腐制作从泡黄豆到出成品一条龙生产，日产量比过去提高了4倍以上[5]。

而我国在豆腐生产出来之后的成型过程中，很大程度上仍为人工切割导致效率低下并且存在豆腐与刀具的粘连情况使得切割形成的豆腐块不规则平整，这与国外先进的技术还是有差距的。

为了能够向用户提供更加优质的产品，对此类问题加以分析解决，与此同时在生产与切割协调等方面做了改进同时也是我们研究的重点。

1.2行业发展现状和趋势

豆腐切割机（英文名称：

Tofucuttingmachine）是一种豆腐的切割设备。

新中国成立后，我国豆制品行业前店后场的生产经历了较长的计划经济时期。

改革开放以来，随着人民生活水平的提高，各地政府为了满足人民群众对豆制品的需求，逐渐放开了对豆制品的限制。

可以说，中国的豆腐食品行业迎来了快速发展的春天，并呈现出高速、强劲的发展势头[6]。

现代食品工业的发展趋势是规模化，工业化，加工机械化。

然而，由于历史的局限性，我国的豆腐生产规模很小，绝大多数都是小作坊生产，加工和切割设备简单，生产方式落后，造成了原材料的极大浪费，产出率低，成产成本高。

而加工工艺和设备落后，加工工序的机械化程度在全国范围内参差不齐，极不平衡，多为手工操作，工艺参数模糊，视频添加剂使用不规范，导致产量和质量不稳定，难以适应工业化生产要求。

虽然这种小作坊，小企业生产经营灵活，价格低，在市场经济中具有较强的竞争力，但其生产仅局限于小规模作坊或前厂后店式生产，产量低质量差，阻碍了工业生产的步伐，不适应现代食品工业的发展。

1.3设计目的和意义

主要面向小型作坊中小批量生产的情况，针对目前豆腐切割存在的一系列问题，进行了豆腐切割机的设计,本机械还可以通过改变转盘的转动将大块豆腐切割成相同面积的小块，便于形成豆腐干、豆腐乳等的物理形状原材料，大大提高了劳动效率，减少人工劳动成本。

第2章设计方案分析

2.1Solidworks在豆腐切割机中的应用

Solidworks简介

Solidworks为达索系统下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。

达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。

本软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，该公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。

良好的财务状况和用户支持使得Solidworks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉[7]。

本软件功能强大，组件繁多，有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，这使其成为领先的、主流的三维CAD解决方案。

能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以与提高产品质量。

因此它不仅提供如此强大的功能，而且对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用[8]。

配置管理是SolidWorks软件体系结构中非常独特的一部分，它涉与到零件设计、装配设计和工程图[9]。

配置管理使得你能够在一个CAD文档中，通过对不同参数的变换和组合，派生出不同的零件或装配体。

它提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。

通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以与打孔等操作来实现产品的设计。

通过对特征和草图的动态修改，用拖拽的方式实现实时的设计修改。

三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径，或为管道、电缆、线和管线生成路径[10]。

在豆腐切割机的设计过程中，借助本软件绘制了所有零部件，并将其进行调整调试，最后完成装配。

2.2豆腐乳加工概述

腐乳是我国民间传统的发酵食品之一，是用豆浆的凝乳状物发酵制成的奶酪型产品。

有的豆腐乳与其卤汁还是很好的调味品。

我国各地都有豆腐乳生产，虽然它们的外观、形状、大小不一，又因配料不同而名称和风味各异，但其方法都大体相同：

首先制坯；然后将豆腐切割成32.8（mm）×23（mm）×27（mm）的小块；最后盐酸装坛。

2.3方案设计

2.3.1方案设计一

本设计通过使用刀架轴固定圆形刀片进行豆腐切割，如图2-1。

根据需要切割豆腐块的尺寸将刀具有序的布置在刀架轴之上，通过人工来回拉动的方式切割豆腐，旋转承料底板90°，进行第二次切割，使之达到豆腐乳小块的制造尺寸。

但是此机构的弊端较多：

1.来回切割需要承料底板有边缘挡板与挡块，因为切割后尺寸较小故挡块尺寸也会很小，定位安装繁琐。

2.刀具的固定问题，圆形刀具的固定一般有两种：

依靠键槽或者定位螺钉，对于本机构而言需要在一个轴上布置很多刀具故这两种方式都不能满足横向定位的要求。

3.切割效率问题，本机构为人工切割并且需要人工90°转动承料底板，仍会产生一定程度的人工劳动成本，劳动效率较低。

4.豆腐承料板的固定问题，本机构中承料底板与桌体的配合会产生误差，从而导致底板不能牢牢被固定出现滑动现象影响切割效果。

图2-1圆形滚刀切割机装配图

2.3.2方案设计二

本设计中使用方形豆腐切刀，在电机的驱动下进行切割，如图2-2。

根据需要选定不同的电机与配套作用件，仅仅需要切割前将底板卡在转盘上的四个弹簧挡板之间就可以进行整个切割运动，当电机切割一趟后，底部步进电机会带动转盘旋转90°，进行回程切割，回到起点整个切割过程完毕。

本设计的特点：

1.基本完全实现了全自动化切割，省时省力降低人力劳动成本，大大提高了切割效率。

2.没有了刀具的固定问题，直接使用销钉将方形刀具固定在刀架上，稳定牢靠，选用方便。

3.承料底板固定问题，通过四周挡料板与挡料弹簧的配合完美的将承料底板固定在转盘之上。

4.本机构设计基本满足课题要求但是选用电机与配套的联轴器等问题相对较繁琐些。

图2-2方形刀具自动切割机装配图

第3章主要零部件设计

3.1功能分析和原理设计

本机械是适用于中小规模的豆腐干、豆腐乳切割生产，可以通过调节电动机的转速与间歇快速完成不同切割要求的生产。

把最初成型的豆腐放在承料板上，用挡料版将承料底板的位置固定，通过电机驱动向前推动切割豆腐，推过豆腐的最前方之后，由底部电机驱动承料板旋转90°，反向切割至初始位置，完成预定物理性状切割，整个细化成型过程完毕。

3.2设计要求

1.裂铸件不得有气孔、夹渣、纹等缺陷。

2.未注明铸造圆角为R1～R2.5。

3.去毛刺,未注倒角0.5x45°。

4.未注形状公差应符合GB1184-80的要求。

5.未注长度尺寸允许偏差±0.5mm。

6.零件在装配前必须清理和清洗干净，不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、切屑、油污、着色剂和灰尘等。

7.规定拧紧力矩要求的紧固件，必须采用力矩扳手，并按规定的拧紧力矩紧固[11]。

3.3机械说明与加工示意图

图3-1切割前效果图

图3-2切割后效果图

3.4主要零部件示意图与功用

3.4.1整块豆腐

3.4.2承料木板

图3-3木板

3.4.3底部转盘

图3-4承重圆盘零件图

图3-5底部转盘装配图

3.4.4连接轴与轴承座

图3-6连接轴

图3-7轴承座

3.4.5底板与墙板

图3-8底板

图3-9墙板

3.4.6刀具

图3-10切刀刀片

图3-11刀具

3.4.7移动刀架

图3-12移动刀架

3.4.8导轨与滑动滚轮

图3-13导轨

图3-14滑动滚轮

3.4.9切割刀架销钉

3.4.10联轴器

图3-15联轴器

联轴器是机械传动中常用的部件。

它们主要用来连接轴与轴，以传递运动与转矩；有时也做安全装置。

只有在机器停车并将连接拆卸后，两轴才能分离。

由于机器的工况各异，因而对联轴器提出了各种不同的要求，如传递转矩的大小、转速高低、扭转刚度变化情况、体积大小、缓冲吸震能力等等，为了适应这些不同的要求，联轴器也出现了很多类型[12]。

套筒式联轴器是利用公用套筒，并通过键、花键或者锥销等刚性连接件，以实现两轴的联接。

套筒联轴器的结构简单，制造方便，成本较低，径向尺寸小，适用于低速、轻载、无冲击载荷，工作平衡和上尺寸轴的联接[13]。

本设计中对于联轴器的要求并不高，故选用此类成本低且能满足要求的联轴器。

第4章关键零部件选择与校核

4.1切割运动分析

在把放在木板上的整块豆腐摆放到机械中时须使空间较多的两面一面靠近切割刀具，一面靠近操作员，开始切割后，刀具在有可编程控制器操控的步进电机带动下逐条切割并推动到程序中预设位置，逐条切割完毕后，切割刀具提起，托起木板的底部转盘在步进电动机的带动下逆时针转动90°，切割刀具进给到离豆腐端面预定位置开始把条状豆腐切割成标准小块并推开一定间距，直到所有豆腐在预定程序控制的步进电机带动下切割完成为止。

木板上的整块豆腐切割完成后，切割刀具上升到最大高度并在水平滚珠丝杠的带动下运动到左侧（靠驱动电机一侧）的极限位置以方便操作员已走好的整块豆腐与下一块豆腐的安装。

此种走刀路线可以以最短的路径切割整块豆腐，且整个过程完毕后刀具会回到原点，这样刀具的起停均在同一位置，不仅操作方便，也提高了操作员的安全保障，更提高了切割效率，具有较高的经济适用性。

4.2切割刀架滚珠丝杠副的设计与计算

滚珠丝杠副是一种将旋转运动转化为（螺母）直线运动的产品，螺母内部有滚珠，螺杆做旋转运动时，螺杆与螺母间通过滚珠的滚动摩擦发生相对运动，大大减小了摩擦力，另外滚珠在内部是可以循环的。

它是一种精密、高效的传动元件，它以高速度、高刚性、可逆性、长寿命、高灵敏度、无间隙、维护简单等优点而广泛应用在当代数控机床进给伺服机构中，是极为重要的元件之一，而在本结构中丝杠的作用同样重要，因此在设计中必须合理地选用滚珠丝杠副并进行一系列的计算校核[14]。

4.2.1导程精度的选择

4.2.2公称型号的选择

4.2.3支撑方式的选择

4.2.4丝杠的计算校核

4.2.5滚珠丝杠的允许转速的计算

（1）滚珠丝杠最大转速

4.2.6螺母的选用校核与寿命计算

4.3丝杠副步进电机电机选择

4.3.1步进电机概述

步进电机也叫脉冲电机，它是一种将电脉冲信号转换为机械角位移的执行元件。

步进电机输出的角位移与输出的脉冲个数成正比，在时间上与输出脉冲同步。

因此，只要控制输出脉冲的数量、频率和电动机绕组的通电顺序，便可获得需要的转角、转速与转动方向。

在无脉冲输入时，在绕组电流的激励下，步进电机可以锁相。

步进电机结构简单、制造容易、价格低廉。

它的转子转动惯量小、动态响应快、易于起停、正反转和无级变速也容易实现[17]。

4.3.2确定步进电机的步距角和导程

4.3.3确定精度和校验速度

4.4轴承

图4-1滚动轴承

根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承和滚动摩擦轴承两大类。

滚动轴承由于摩擦系数小，启动阻力小，而且它已经标准化，选用、润滑和维护都很方便，因此在一般机器中应用较广。

而本机构中轴承的主要作用是依靠元件间的滚动接触来支撑转动的，与滚动轴承的作用一致，所以选用滚动轴承[18]。

对于滚动轴承可分为向心轴承、推力轴承和向心推力轴承三大类。

经查表（常用滚动轴承的类型、主要性能和特点）可得：

主要承受径向载荷，也可以同时承受小的轴向载荷的轴承最佳选择为6类深沟球轴承[19]。

并且，本轴承大量生产，价格最低。

尺寸系列代号选择最常用的：

直径系列为4，宽度系列为0

轴承内径为50mm，故内径代号为08

综上所述：

选择6410轴承。

4.5定位弹簧

图4-2定位弹簧

综上所述：

弹簧

、

、

需要可加qq：

591689083

另有零件图与装配图

第5章设计总结

随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。

经过两个多月的奋战我的毕业设计终于完成了。

在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。

毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。

通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。

自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。

通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，尤其是在我的轴承和螺钉部件设计的过程中更是吸取了其他同学的建议，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

从三月份就在学校开始着手开始毕业设计，在这期间我的设计方案不断优化，从最简单的人工切割到最终的自动切割，老师给了我无数的指导和启示，让我有了正确的设计思路和方案。

我的装配图老师为了改了不下10次，这让我由衷的佩服老师的耐心和细心，最后阶段我的论文更是一个字一个字的被老师修改完善，在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在此要感谢我的指导老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。

在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。

而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。

虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

参考文献

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