1、多功能切菜机的设计多功能切菜机的设计切菜机的设计摘要蔬菜是人体所必需的一种食品，而且食用方法多样。所以要把蔬菜加工成各种形 状，如条状、片状等；单靠人工来完成既费时、费力而且也不好加工。目前，多功能 切菜机多为价格昂贵的大型设备，不适用于农民个体生产及小型工厂的食品加工；为 克服这种缺点，本设计在査阅了大量相关文献资料的基础上，进行切菜机的设计，经 过理论计算及校核，设计了一种小型多功能切菜机。该机主要由进料斗、下料斗、切 削刀、刀盘及电动机组成，其工作原理是利用根茎类蔬菜的自由落体实现进料，通过 切削刀旋转将下料斗中的蔬菜进行切片或切丝，最后成品由出料口出料。实现了能够 连续进料和出料，片厚
2、度、丝粗细可调的功能，具有生产率高、功耗低、安全可靠、 加工质量好等优点。关键词：蔬菜，切削，电动机DESIGN OF THE VEGETABLE CUTTING MACHINEAbstractVegetables are essential food for our body, and we uaually make them in various ways. In the process of eating, the vegetables need to be made into a variety of shapes, such as strip, sheet and so on; It
3、 is time-consuming, laborious and it is not easy to cut the vegetables well when we only depend on human themselves. Currently, multi-fiinctional shredders are mostly expensive and large, they do not apply to individual farmers or small factories which produce food; In order to overcome this drawbac
4、k, the paper makes a design of a small multi-purpose shredder on the foundation of a lot of relevant literature on the conduct shredder design, and it is also through some theoretical calculations and checking. The shredder consists of a feed hopper, hopper, cutting knife, the knife dish and motor,
5、and its working principle is to use the freefall of root vegetables to realize the feed, then through the cutting knife to make the vegetables to slice or shred- Finally, the finished product come out from the discharge port. It is able to achieve a continuous feed and discharge, and it also has a f
6、unction to adjust the slice thickness, wire thickness. It is a product which is with high productivity, low power consumption, safe, reliable, good processing quality and other advantages.KEYWORDS: vegetables, cutting, motorhi摘要 23.5轴承的设计 1423.6主轴支承方案的确定 152.3.7主轴的校核计算 1523.8轴承的校核 202.4键的选择和校核 212.4
7、.1键的选择 2124.2键的校核 212.5刀具的设计 212.5.1新月型刀具 212.5.2圆盘刀具 222.5.3刀具的最后设计 232.5.4料斗的设计 24第3章机架的设计 253.1机架设计要求 253.2机架材料的选用及壁厚选择 253.3机架整体设计 26第4章总结 274.1整机结构说明 274.2使用及维护方法 27参考文献 28致谢 30附录1英文文献附录2中文翻译第1章绪论1前言蔬菜是人生活中必不可少的营养丰富的食品之一，可为人体提供必需的维生、矿 物质、膳食纤维等有益于人体健康的功能成分。随着人们生活水平的不断提高，生活 节奏加快，对食用方便、营养丰富、经过加工的精
8、细蔬菜的需求越来越大，对产品的 品质要求越来越高。蔬菜出口在我国起步虽晚，但由于中国蔬菜富含营养、品种齐全、 质优价廉，深受各国消费者的青睐，因而近几年蔬菜出口发展十分迅速，己成为创汇 农业的支柱产业。随着现在的快餐业迅速崛起，对茎块的食物的需求越来越多。像土豆薯条、薯片 等休闲食品的消费急剧增长。这给茎块食物的加工带来了勃勃生机与活力。在茎块作 物的加工过程中需将其切成片。因此切菜机应运而生。按刀片安装形式的不同切菜机 可以分为盘刀式、滚刀式和离心式三种。12国内外的发展12.1国外的发展国外的切菜机技术始于六十年代，到七十年代已经发展成熟，八十年代中期，大 部分切菜机都可以加工直径125m
9、m以上的蔬菜，象瑞士的迈尔-布格耶斯公司的卧式 内圆切菜机，切割蔬菜直径最大可以达到304.8mm。八十年代中期后的一、两年，切 菜技术发展到了鼎盛时期，相当多的多功能全自动切片机相继商品化。从而诞生了世 界上一些著名的切菜机厂家，如瑞士 MeyeBin缪rAG公司的TS系列机，日本 TokvoSemitsu株式会社的TSK (若干)系列机，日本Okamoto Machine株式会社的 ASM系列机，美国STC公司的STC系列机等。发展到现在，就切菜机的功能而言, 已经相当齐全，而且复合化，切菜的方式也多种多样。12.2国内切菜机技术的发展概况我国的切菜机技术始于七十年代初期，目前我国切菜机的
10、主要方式有以下几种：(1)直线往复式切菜机。直线往复式切菜机的结构简单，但效益低。因此它应用于 工作要求不高、效益低的场合。(2)圆盘旋转式切菜。圆盘旋转式切菜机的机构简单也有较高的生产效益，因此它 广泛应用于各种场合。(3)圆形(内圆切片的外圆切片)切菜。圆形式切菜机有很高的工作效率，但是 结构复杂，设计较困难，因此它应用于工作效率要求相当高的专业领域。我国的切菜 的研究开发方面虽然己有30年的历史，近几年来切菜机的研制发展也非常迅速，但 是与发达国家相比目前仍然有一定的距离，研制的切菜机没有得到大面积推广应用。13本设计的目的、意义及方案设计131本设计的目的和意义针对目前切菜机噪音大、电
11、气化程度低、成本高、刀具的磨损大、不能切叶类蔬 菜、切片或切丝的形状不规则、厚度不均等缺点，本次设计将对噪音大，成本高，切 片切丝的形状不规则、厚度不均来进行改进。13 2方案设计方案一：直线式多用切菜机1.结构及原理图图1是直线式多用切菜机原理图，该装置的主要工作部分由切刀1、压蔬菜银2、 银筒3、运送带4和压蔬菜轮5组成。在工作过程中，蔬菜由进料处由传送带3输送， 并通过压蔬菜银2和压蔬菜轮5进行压紧，然后由旋转圆盘刀具1进行切削。其中压 蔬菜轮5可以上下移动。旋转圆盘切刀2-压蔬菜辍3-棍筒4-运送带5-压蔬菜轮图1直线式多用切菜机原理图2.该方案的优缺点优点：一是设计先进，节能高效居同
12、类产品领先水平；二是对蔬菜的体型大小要 求不是很严格。缺点：一是电机调速精度低，切丝长度不易控制；二是噪音大，电气化程度低， 成本高。方案二：离心式切菜机1.结构及工作原理图图2是离心式切菜机原理图，该装置的主要工作部分由切片厚度调节旋钮1、拨动 臂2、切片筒3和刀片4组成。在工作过程中，蔬菜通过进料处放入，通过 拨动臂2 使蔬菜高速旋转，利用离心力使蔬菜紧切切片筒3由刀片4进行切削。其中切菜的厚 度可以通过切片厚度调节旋钮1来进行调节。1-切片厚度调节旋钮2-拨动臂3-切片筒4-刀片图2离心式切菜机原理图2.该方案的优缺点优点：一是具有结构紧凑、合理和操作简便；二是调整维修方便。缺点：一是对
13、刀具的磨损大。二是不能切叶类蔬菜。方案三：旋转式切菜机1.结构及工作原理图图3是旋转式切菜机原理图，该装置的主要工作部分由料斗1、叶轮及其刀片2、 电动机3、皮带机皮带轮4和传动轴5。在工作过程中，蔬菜在向上倾斜的料斗1内依 靠重力自动向下运动，通过利用电动机3带动皮带机皮带轮4和传动轴5运动，然后1-料斗2-叶轮及其刀片3-电动机4-皮带机皮带轮5-传动轴I 3旋转式切菜机原理图2.该方案的优缺点优点：结构紧凑、坚固耐用、易于维修和更换刀具、可提高生产率、降低劳动强 度。缺点：切片或切丝的形状不规则，厚度不均。方案的确定：对比上述三种方案，可以发现，方案三体型较小，操作方便，相比其他两种方案
14、 清洗简单，成本较低，适用于家庭，食堂，饭馆使用，而且固定可靠，设计简单。结 合上述三种方案的对比，本设计将采用方案三完成切菜机相关参数的理论计算和对比。第2章机械部分的设计与实现这一章主要介绍本切菜机系统的机械部分，包括主运动和进给运动方式的设计和 实现，以及各主要零部件的校核计算。2.1总体设计图2-1是旋转式切菜机原理图，该装置的主要工作部分由料斗1、叶轮及其刀片2、 电动机3、皮带机皮带轮4和传动轴5。在工作过程中，蔬菜在向上倾斜的料斗1内依 靠重力自动向下运动，通过利用电动机3带动皮带机皮带轮4和传动轴5运动，然后 由叶轮及其刀片2对蔬菜进行旋转切削。1-料斗2-叶轮及其刀片3-电动
15、机4-皮带机皮带轮5-传动轴2-1旋转式切菜机原理图2.2主传动部分设计2.2.1电机的选择目前最常用的主要是交流电动机，它可分为两种：1三相异步电动机。2.单相交流 电动机。第一种多用在工业上，而第二种多用在民用电器上。下面以三相异步电动机 为例介绍其基本工作原理起先，形成一个闭合的笼型绕组。定子三相绕组可接成星形, 也可以接成三角形。综上分析可知，三相异步电动机的基本工作原理是：(1)三相对称绕组中通入三相对称电流产生圆形旋转磁场。(2)转子导体切割旋转磁场感应电动势和电流。(3)转子载流导体在磁场中受到电磁力的作用，从而形成电磁转矩，驱使电 动机转子转动。经査阅手册及相关资料，只要刀盘轴
16、转矩满足T 5N.m,即可满足一般蔬菜的切 削。由于刀盘太快了反而不好，不能保证质量，初步拟定转速450r/min,取转矩T=15 N.m厂=9550仝(2.1)/?=丄-=0.701k W = 707W9550 (2.2)由于课题要求使用三相异步电动机，所以选用三相异步电动机，额定电压380V。查阅机械课程设计手册，可选用小功率异步电动机Y系列。该系列的特点是单相 电容起动，起动力矩大，起动电流小，适用于满载起动的机械。这样在进行蔬菜切削 时完全可以将蔬菜放进料斗以后在开动机器。根据功率和转速，由机械设计课程设计手册査出的电动机型号有以下两种传动比 选择方案符合，如下表据机械设计课程设计手册
17、可知有：表2-1电动机的类型方案电动机型号额定功 率/W电压/V转速r/min电机质 量kg1Y801-20.753802830162 Y802-4 0.75 380 1390 18综合考虑电动机和传动装置的尺寸，质量以及传动比。采用V带传动，采用第二 种方案，设计V带传动比为3即可，不必另外安装减速器。故采用第二种方案。因此 选定电动机的型号是Y802-4o该电动机的主要外型和安装尺寸如下表2-2：表2-2电动机主要外形尺寸中心高 外形尺 安装尺 地脚螺 轴伸尺 装键部寸寸栓孔直 径寸位尺寸80 285x16125x10104065x1700其主要外形安装尺寸如图2-22-2主电机外形图2.
18、2.2主传动方式选择常见的传动类型有链传动、齿轮传动和带传动。链传动的优点：能够保证准确的传动比，压轴力较小，传递功率大，过载能力强; 能在低速重载髙温条件下及尘土大的情况下良好工作，传动效率高。缺点是：工作中 有冲击和噪声，磨损后易发生跳齿，链条的较链磨损后，使节距变大造成脱节，安装 和维护要求较高。齿轮传动的优点是：能保证瞬时传动比恒定，平稳性高，传递运动准确可靠，传 递的功率和速度范围较大，结构紧凑，工作可靠，可实现较大的传动比，传动效率高, 使用寿命长。缺点是：造价较高，制造、安装成本高。带传动的优点是；结构简单，适于两轴中心距较大的场合，造价低廉，并且带富 有弹性，可缓冲吸振，传动平
19、稳无噪声。缺点是：传动带需张紧在带轮上，需要专门 的张紧措施，且对轴和轴承的压力较大，传动效率较低(一般0.940.96)。考虑到切菜机要求传动平稳，并且结构简单，成本较低，所以选择带传动。在带传动中，有平带传动，V带传动，多楔带传动和同步带传动。其中V带传动 应用最广。V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应形状的轮槽，传动时，V带 只和轮槽的两个侧面接触，所以在相同的张紧力下，V带能产生更大的摩擦力，并且V 带传动的传动比较大(広7),结构紧凑，现已标准化和大量生产，因此选择V带传动。 V带种类中选择普通V带，其当量摩擦因数大，工作面与轮槽粘附性好，允许包角小, 适用于小功率传动。结合电机
20、的选择结果，最终确定传动方式为电机通过传动比匸3的普通V带驱动 主轴转动。2.2.3带传动的设计计算(1)确定计算功率计算功率是根据传递功率，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素影响而 确定的，即P严 K、P (23)式中，丹为计算功率，传递功率P在此为步进电机最大功率，K,、为工作情况系数，査 机械设计手册I得Ka=1.10步进电机最大功率按下式计算:a式中，只、指工作机所需最大工作功率，a指电动机至工作机的传动总效率7 =小 “2 =095x0.98 = 0.931代入式(2.4)中得P=0.084kW,将其代入式(2.3)中得Pd=0.092kVV(2)选择带型普通V带分为Y、Z、A
21、、B、C、D、E、F七种带型，截面高度与节宽的比值为 0.7。根据Pd和小带轮的转速确定带型，査机械设计手册1,选择A型带。V带和带轮有两种尺寸制，即有效宽度值和基准宽度值。普通V带是基准宽度制 用带。根据机械设计手册3】表V带(基准宽度制)的截面尺寸査得A型带的截面尺 寸为:节宽 Zp=llinm, Z=13mm, /?=8.0inm,楔角 a=40。如图所示：传动比式中，为小带轮转速，E为大带轮转速(4)小带轮基准直径按照机械设计手册1表普通和窄V带(基准宽度制)直径系列选取小带轮的直 径 rfdl=75mmo(5)大带轮基准直径心2= 一心 (25)I 式中，血为大带轮的基准直径,为弹性
22、滑动率，取0.02,代入公式(2.3)得dd? =246.5mm, 再根据机械设计手册Ml普通和窄V带(基准宽度制)直径系列选取标准值=265mm。(6)带速v = 皿口 60 x 1000普通V带vmax =25-30 m/min符合条件(7)初定轴间距07(ddi +)0 120a 216符合要求。(ID单根V带所传递的额定功率A是q = 180。、载荷平稳时，特定基准长度的单根V带基本额定功率。根据带型和 厲査机械设计手册冋表A型V带额定功率得/=0.27kWo(12)传动比详1时的额定功率增量根据带型、i和也査表A型V带额定功率得用=0. 05KW 0(13)V带根数z = 勺 (2.
23、6)(人+期)心心式中，心为小带轮包角修正系数，根据小带轮包角少査机械设计手册冋表小带轮包 角修正系数得a=0.91,心为带长修正系数，根据带长厶査机械设计手册表普 通V带带长修正系数得Kl=0.96,代入(26)中得：z = = 2 95(0. 27 + 0. 05) X 0. 91 X 0. 96因此需要三根带。(14)单根V带的预紧力厲=500(22-1)垃+ (2.7)K* zv式中，加为V带每米长的质量，査机械设计手册冋表V带每米长的质量得 加=0.06kg/mi,代入(25)式中得：% = 500( - 1) + 0. 06 x 5. 462 = 4& 2N 0.89 3 x 5.
24、46(15)作用在轴上的力a 147F = 2F.z sin -!- = 2 x 48. 2 x 3 x sin =277. 3Nr 2 22.2.4小带轮的结构设计设计带轮应满足以下要求：质量小，结构工艺性好；无过大的结构内应力；质量 均匀，转速高时要进过动平衡；轮槽工作面要精细加工；以减少带的磨损；各槽的尺 寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布均匀。(1)首先选择带轮的结构形式。V带轮典型的结构形式有实心、辐板(或孔板)和椭 圆轮辐三种。由于带轮基准直径较小，选择实心式。 (2)由于前面所选带型为A型，与之相配的带轮轮槽也为A型，图2d是查机械 设计手册表V带轮轮缘尺寸所得的小带轮结构示
25、意图，其尺寸如下：图2-4小带轮结构示意基准宽度bllmm；基准线上槽深心min=2.7mm；基准线上槽深/?fmin=llinin； 槽间距e=150.3mm；第一槽对称面至端面的最小距离/min=9mm,由于电机轴键槽长 22inm,选择/ = 10mm；槽间距累积极限偏差0.6mm；带轮宽；毂长厶= (1.5 2)d , 当Bvl.5时，取SB,因此L=50mm；外径乞=4 + 2h、= 80. 5mm ；轮槽角卩=34； 轮槽角卩的极限偏差05。2.2.5大带轮的结构设计大带轮的设计与小带轮类似，可确定其部分尺寸如下：基准宽度bx =8.5mm；基准线上槽深久min mm；基准线上槽深
26、=7mm；槽间距 =150.3mm；第一槽对称面至端面的最小距离/min=7mm,取/ = 槽间距累积极限偏差土0.6mm；带轮宽；毂长厶=(1.52)，当BV1.5J时,取SB,因此L=50mm； 外径+ 2/?a = 150 + 2x2 = 154mm d2 = d、+ 2hx = 270. 5mn ；轮槽角38；轮槽 角卩的极限偏差0.5.由于主轴轴径未知，还不能确定大带轮的结构形式以及其他尺寸。2.3主轴部件的设计2.3.1轴的材料选取和结构图选取轴的材料为45号钢，调质处理。根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺，确定轴的结构如图25：图2-5轴的结构图2.3.2计算主轴上的功率、转
27、速、转距功率尸=取三角带传送功率 =0.96,则尸=0. 75 x 0. 96 = 0. 72KWP 0 79扭矩7 = 9500 = 9500 x 一 = 14. 65N.m 小 4672.3.3初定轴的最小直径按照扭转强度来估算直径，公式如下：几QC总 (2.8)式中，C为由轴的材料和承载情况决定的系数，根据机械设计手册表常用材料的C 值査得45钢，C=118-106,考虑到轴还要承受一定的弯矩，取C=112；这里应取 最小值，考虑到圆盘刀具转速为0500rpm,取/i=467rpm,代入(2.8)式中得：=112 x Vo. 0015a 12 8mm考虑到大带轮加键，需要增大轴径，初定最
28、小轴径20mm。此时，可初步确定连接大带轮的轴段直径r/=20mm,据此可确定大带轮的结构形式为腹板式，辐板厚度5=10mm,其余结构尺寸如下:屮IIIII-nW图2-6大带轮结构示意图轮毂直径 =（】 82同，取込=2 x 0.07d, d2-3=d6-7=25inmo考虑此处轴径，由轴承产品目录中初步选定整体有衬正滑动轴承，其尺寸为dxDxB=30x38x50,所以d34= d5-6=30mmo 查机械设计手册整体有衬正滑动轴承的轴肩高为4mm,所以d4-s=38 mm由刀盘的尺 寸和从动轮的尺寸确定Li-2=45inm , L7-8=20mm o由轴承的尺寸，可以确定 L3-4=L5-6
29、=50m m。根据轴承的装拆及便于对轴承添加润滑剂的要求，取L2-3=L6-7=45mm 根据轴的总体尺寸，取L4-5=105mmo23.5轴承的设计由轴的结构尺寸确定，安装轴承的轴直径是30mm。査机械设计手册表2-3选 取安装简单的整体有衬正滑动轴承。表2-3整体有衬正滑动轴承质型dDRBbLLH hH d d C 量号1 = 112 /kgHZ03030 38 30 50 40 150 110 70 35 20 18.5 MIO 1.5 1.7xl其主要外形安装尺寸如图27图2-7整体有衬正滑动轴承23.6主轴支承方案的确定由于机床要求结构简单且受力不大，因此采用前后两端进行轴向定位，常用的轴 承配置方式有两种：两端固定支撑和一端固定一端游动支撑。两端固定支撑指每个支撑只固定轴承内、外圈相对的一个侧面，两个支撑组合起 来限制轴的双向移动，这种固定方式结构简单，安装调整容易，适于温度变化不大和 较短轴的固定。一端固定一端游动支撑指一端支撑的轴承内外圈两侧均固定，从而
