马铃薯去皮机的设计含Creo三维及9张CAD图
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摘 要在马铃薯深加工的工序中,去皮是其最重要的一步。当前,虽然马铃薯的去皮工艺已经实现了机械化,但仍需要人力配合机器来完成马铃薯的去皮工作,不仅生产效率低下,而且耗费劳动力、成本高。通过对马铃薯去皮的有关机械设备和技术的分析研究,在目前的工艺技术和一般消费条件允许的情况下研究和设计改造一款操作起来简单安全,使用寿命更长的马铃薯去皮机,提高其生产效率,更大程度上节省人力和加工成本。本次设计的马铃薯去皮机包含多个组成机构,其中承重机构为机架;动力机构为电动机;传动机构为传动轴;洗刷机构为钢丝刷、喷水管;送料机构为入料斗、排出绞龙、出料斗、出杂斗;另外还包含栅条、去皮箱等部件。本文首先通过调查当前市场上常见的几款马铃薯去皮机,研究它们机构构造特点,然后针对每一个去皮方案进行对比和分析,最后总结并提出本次设计方案,接着对该方案所设计的马铃薯去皮机中的各主要机构部件进行了详细的设计并仔细校核,根据设计计算得到的尺寸数据,利用计算机绘图软件AutoCAD绘制去皮机的装配图和各主要零部件的零件图,再利用Creo三维建模软件建立所设计的马铃薯去皮机的三维模型,通过三维模型将去皮机的结构外形完整的展现出来。关键词:马铃薯,去皮,传动机构,送料机构,洗刷机构,设计方案AbstractPeeling is the most important step in potato deep processing.At present, although the peeling process of potatoes has been mechanized, it still needs human resources to cooperate with machines to complete the peeling of potatoes, which is not only inefficient in production, but also labor-intensive and cost-effective.Through the analysis and Research on the relevant mechanical equipment and technology of potato peeling, a potato peeling machine with simple and safe operation and long service life is researched and designed and rebuilt under the current process technology and general consumption conditions, which can improve the production efficiency and save labor and processing costs to a greater extent.The potato peeler in this design consists of several components, including frame for load-bearing mechanism; power mechanism for electric motor; drive mechanism for drive shaft; brushing mechanism for wire brush, spray pipe; feeding mechanism for feeding hopper, draining winch, outlet hopper and miscellaneous hopper; in addition, it also includes grille, leather box and other components.Firstly, through investigating several common potato peelers in the current market, this paper studies their mechanism construction characteristics, then compares and analyses each peeling scheme, finally summarizes and proposes this design scheme, and then designs and carefully checks each main mechanism component of the potato peeler designed by this scheme, which is obtained by design calculation.Dimensional data, assembly drawing and parts drawing of each main part of the peeler are drawn by computer drawing software AutoCAD, and then three-dimensional model of the designed potato peeler is established by Creo three-dimensional modeling software. The structure and shape of the peeler are fully displayed by three-dimensional model.Key words: potato, peeling, driving mechanism, feeding mechanism, washing mechanism, design scheme目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题设计的研究背景和价值11.2 马铃薯制品的国内外现状11.3马铃薯去皮的方式方法2第2章 去皮方案的整体设计32.1 去皮方案的设计要求32.2研究去皮方案和确定工作原理32.2.1 各种去皮方案的对比分析32.2.2 去皮方式的分析与确定42.2.3 确定去皮方案的工作原理62.3去皮机各机构零件的参数选择6第3章 零部件的设计计算73.1 动力源电机的型号确定73.1.1 动力源电机的类型选择73.1.2 电动机功率的选择与确定73.1.3 异步电动机转速的确定73.2 传动机构减速器的参数设定73.2.1 传动机构的传动比的分配设定73.2.2 传动机构的动力参数设计计算83.2.3 传动机构减速器齿轮的设计83.2.4 去皮机传动机构中轴、轴承、键的设计123.3 洗刷传动V带设计173.3.1 洗刷传动V带的有关参数设计计算173.3.2 电机动力传动装置带轮的设计193.4 去皮机传动主轴的设计203.4.1 去皮机传动轴的参数选择203.4.2 去皮机轴的最小直径203.4.3 去皮机轴的设计203.4.4 去皮机械设备传动带轮轴上的载荷213.4.5 计算传动带轮轴的疲劳强度233.5 传动机构主轴承设计计算253.5.1 轴承载荷的计算253.5.2 轴承轴向力的计算253.5.3 轴承当量动载荷的计算253.5.4 传动轴承的寿命期限计算263.6 去皮机的框架的研究设计263.6.1 进、出料斗的设计263.6.2 栅条的研究设计273.6.3 滚筒的设计273.6.4 去皮机箱的设计273.6.5 去皮机机架的设计28总 结29参考文献30致 谢3131马铃薯去皮机的设计第1章 绪论1.1 课题设计的研究背景和价值土豆,其名也叫马铃薯,是常见的农作物之一,它经常出现在每一个家庭的饭桌上,它不仅可以作为主粮食用,也可以制作成美味的菜肴。土豆中的淀粉含量高,其含量值的范围在11%-25%左右,而且土豆中的蛋白量高,易于被人体吸收消化。土豆中包含多种营养物质,如氨基酸、各种维生素及矿物质元素等,这些都是人们必须的营养物质和微量元素,是一种热量低的健康绿色食品2。马铃薯中含有大量的球蛋白,其含量远高于其它的粮食,尤其是将鸡蛋清和马铃薯泥搅拌在一起食用,对人体蛋白的吸收更好,促进人的身体健康成长。马铃薯中所含有的纤维素是半纤维素,半纤维素可以提高肠道的蠕动能力,帮助人体消化。而且马铃薯也可以用来制作成上等的化工材料。日本国内的部分工业制造技术厂已经研究出一种新型生产技术,它可以将马铃薯作为工业原料来生产制造塑料。这种塑料与石油化工生产出来的塑料相比,更加的绿色健康,不会造成塑料污染或者“白色”污染,分解周期短,所分解出来的物质可以被自然生物吸收利用。现如今,人口数量的不断增加,粮食的需求也在急速增加,因此国内外的土豆产量也随之不停的增加,以满足用量需求。各种土豆的加工技术也出现了井喷式发展,土豆也被制作成了各种食品以供广大消费用户的选择。在马铃薯的各种加工工艺和制作方法中有两道工序是必不可少的,一是清洗,二是去皮,这两个步骤看是简单,但实际操作很麻烦。为了不影响土豆的加工质量,防止在加工过程中土豆表皮的泥土附着在加工的切面上,第一步必须将土豆表皮清洗干净。第二步土豆去皮是土豆加工过程中最重要的一步。在当前,关于马铃薯的去皮有各种加工方法,但是每一种方法都有其优缺点,而且不足之处甚多。面对土豆加工产业的蓬勃发展,一种新型的、高效率、高节能的去皮加工方法、加工技术需要被尽快的找到。1.2 马铃薯制品的国内外现状国外对马铃薯的处理方式多半是用于加工,其中美国的马铃薯有四分之三都用于加工生产,法国、荷兰、英国等国家的马铃薯有一半用于加工制作成快餐食品。在我们国家,人们主要将马铃薯当作蔬菜食用,被做成各种菜肴进入人们的饭桌,只有不到十分之一的马铃薯被送进工厂加工。在中国由于土豆加工产业尚未有西方国家那么成熟,土豆仍被当作蔬菜实用,因此也造成了每年有六分之一的马铃薯浪费,很大程度上破坏了薯农的经济利益,制约了马铃薯农作物的发展。在国外,马铃薯被制作成各种快餐食品,如薯条、薯片等,当前国外的各类快餐店已经在我国迅速发展流行起来,被青少年还有部分中老年人所喜爱。由于饮食文化上的差异,马铃薯制品在我国的发展较晚,工业技术不完善,市场范围小、效益低。我国生产的马铃薯制品与国外相比还有很大的差距。随着中国越来越国际化,大量的西方文化涌入中国,马铃薯制品也成为国际化的产品,其马铃薯加工市场会越来越大,最终成为经济的一大增长点,因此国家会加快并支持马铃薯产业的发展。1.3马铃薯去皮的方式方法马铃薯的表皮很薄,易破损,一般的加工方法会导致内部土豆内部果肉的浪费。诱导土豆制品需要去皮,比如制作薯片,而有的产品制作则不需要去皮,比如用来酿酒。马铃薯去皮的方式各种各样,种类繁多,比如下列的一些去皮方法:(1)人工削皮方式:工作人员通过借用一些专门的去皮刀去皮,这样的人工方式削皮干净,但有点危险性,容易伤手、效率低。(2)去皮机械设备去皮:去皮机械设备种类繁多,去皮效率高,但工作原理单一,没有什么创新性。(3)化学剂品去皮:部分化学药品也可用来去皮,比如碱液氢氧化钠,可以利用它的腐蚀功能来腐蚀溶解土豆表皮,达到去皮效果。但是碱液去皮之后,土豆内部的果肉与碱液接触,会降低土豆的口感,而且碱液毕竟是化学药品,一旦用量过大会对人的身体健康有所影响,因此需要使用大量的清水对去皮后的土豆进行反复清洗,这样就造成了水的浪费,成本增加。(4)使用热力原理去皮:对土豆进行短时间内的快速加热,土豆表皮经过高温加热会膨胀起来并破裂,接着表皮就会与马铃薯果肉分离,以此达到去皮效果。使用热力原理对土豆削皮的方法优点很多,该方法可以有效的减少果肉的浪费。(5)使用酶制剂原理去皮:通过使用酶制剂的方法,在特定条件下对土豆进行去皮,该方法可以有效的保持土豆原本的口感,不变质,不变味。(6)使用冷冻原理去皮:该方法与使用热力原理去皮相识,都是利用土豆表皮在极端的温度中会发生松弛破损,高温与低温各有其优点,冷冻成本要高于加热成本,而加热更容易导致马铃薯变质。(7)真空原理的去皮方式:先将土豆进行加热,在高温下可以分离马铃薯果肉与表皮。在将加热后的马铃薯迅速的放入真空室内,表皮和果肉就可以彻底分离,最后利用冲洗装置将马铃薯表皮冲洗掉就可以了。第2章 去皮方案的整体设计2.1 去皮方案的设计要求设计一马铃薯去皮机,专为满足马铃薯去皮,应尽可能高的机械效率,体积小。2.2研究去皮方案和确定工作原理2.2.1 各种去皮方案的对比分析(1)机械装置的去皮方式现如今,我国国内的机械化土豆去皮方式主要通过机械设备摩擦去皮,如图2.1所示就是摩擦去皮机械装置结构示意图,这种机器主要有输送机构、动力机构、摩擦机构组成。动力机构主要为电动机,通过传动机构中的减速齿轮将动力传递给砂盘,使砂盘旋转摩擦土豆片。去皮之后,导入清水清洗去皮之后的土豆,最后在通过相应的排送装置,将马铃薯果肉和表皮分开收集包装。图2.1 机械式去皮机二维简图(2)蒸煮发去皮设备的分析介绍在国内,链带蒸煮机是大多数的食品加工企业使用的是一种连续式蒸煮方式,但是该型号蒸煮机结构庞大,构造繁琐杂乱,成本极高,不适用于小型马铃薯食品加工工厂。其实在实际的生产过程中,食品加工工厂对马铃薯片的蒸煮标准要求较低,多数小型作坊都会自己制作简易的土豆蒸煮设备。如图2.2所示的就是一般小店面使用的土豆蒸煮装置二维图。将承载平板车的车轨铺设在土豆切片机和蒸煮室的中间,平板车可在车轨上行走,可便于将切片后的土豆运送到蒸熟室内。其蒸煮步骤如下:首先将土豆切片放入承载板车上的梯笼内,将其推进蒸煮室内,利用蒸汽蒸煮土豆片。整个蒸煮容器的外形近似为长方形,容器包含各种管道装置和控制管道开关的阀门。土豆蒸煮机器的外形支架采用的是角钢材料制作而成。机器的外壁由钢板包装,外壁夹层内装有保温材料。1.小型蒸房 2.进出大门 3.多层方形笼屉 4.可移动平板车 5.行车车轨图2.2 小型蒸煮装置结构二维图(3)化学药品去皮方式将碱液氢氧化钠导入可防止碱液腐蚀的去皮装置的容器中,通过加水稀释保持氢氧化钠溶液浓度维持在可有效将马铃薯去皮和保证马铃薯口感不变的的浓度值,大约为20%。利用加热装置加热容器装置内的碱液,使其达到90左右,停止加热保持温度值在一定范围内波动,随后将马铃薯放入其中浸泡5分钟,在这个时段内,土豆的表皮会变松,慢慢地脱离果肉;取出碱液中的马铃薯,通过清洗装置用清水反复多次的清洗,将马铃薯表面已经松动的表皮冲洗掉,也可以通过搅拌的机械装置将表皮磨掉。使用化学药剂的去皮方式可以将各种形状不同的马铃薯进行一次性同时去皮,效率高,机械设备等操作简单。但是,使用化学碱液将马铃薯去皮也有很多的不足之处,其一化学药剂污染环境,其二,浪费水资源。2.2.2 去皮方式的分析与确定在马铃薯去皮的工作原理上选择不同,也造成了国内外马铃薯去皮机械设备和其结构构造的巨大差别,种类繁多。2.1国际上各款去皮设备的性能对比表机型L离心式切屑去皮机机械去皮机蒸汽式去皮机化学法去皮机结构简单复杂复杂简单对块茎原料的要求卵圆形,芽眼浅,无伤痕卵 卵圆形,芽眼浅,无伤痕无要求无要求产品质量表面光滑,无污染,无蒸煮层表面光滑,无污 染,淀粉损失大表 表面光滑,有蒸煮层,无污染表 表面光滑,无蒸煮层,有污染皮屑可利用部分利用部分利用不能利用有无加热设备无无需要(150-200度)需要(85-95度)通过对国际上各种类型的马铃薯去皮机的分析研究与性能上的对比比较,再结合本次马铃薯去皮机的设计所要实现的功能要求和我国的机械制造技术水平,最终决定采用机械去皮的方式作为本次马铃薯去皮机的设计方案。本文所设计的土豆去皮机包含多个机构构造,其中主要有送料机构、动力机构、传动机构,洗刷机构还有马铃薯去皮机的核心机构:去皮机构。输送马铃薯的装置有入料斗,收集马铃薯去皮后的果肉的出料斗,传送杂物出杂斗,将马铃薯去皮的钢丝刷、去皮筒装置,去皮机的传动机构中的联轴器和减速器,清洗机构中的喷水管,还有为整个马铃薯去皮机械提供动力的电机等。图2.3 马铃薯去皮机方案简图1-动力电机 2-联轴器 3-传动减速器 4-传动带轮 5-分离栅笼 6-钢丝清洗刷7-出料斗 8-马铃薯排料绞龙 9-马铃薯清洗水管 10-废料出杂斗 11-去皮机支撑机架2.2.3 确定去皮方案的工作原理马铃薯去皮的过程步骤如下:首先将土豆倒入去皮机的送料机构入料斗内,通过入料斗进入土豆去皮机的去皮筒内。启动电动机带动筒内钢丝刷快速转动,同时打开喷水管对马铃薯喷水,在水淋和钢丝刷的同时作用下,可以有效的将土豆去皮并将土豆进行清洗。清除掉的马铃薯表皮和清洗之后的脏水经过栅条进入废料收集装置出杂斗。已经去除外皮的土豆在绞龙转动的动力下慢慢地沿着绞龙径向移动送入出料装置的出料斗内。2.3去皮机各机构零件的参数选择本文所设计的马铃薯去皮机的动力机构采用异步电动机作为整个去皮机的动力源,通过去皮机中的传动机构中的V带传动与减速器装置传递动力和动力。将机筒防护罩安装在支架上,土豆去皮机的防护罩作用是防止旋转的土豆、土豆皮还有水渍旋出,所设计的调间隙机构可以满足生产外形不同大小的马铃薯,这样可以提高马铃薯的去皮效率,参考市场上成熟机型选定本次设计的马铃薯去皮机的基本参数如下:本次设计的马铃薯去皮机的外形大小() 本次设计的马铃薯去皮机的动力功率() 1.1本次设计的马铃薯去皮机的产能() 100本次设计的马铃薯去皮机的去皮概率(%) 95本次设计的马铃薯去皮机的土豆破损率(%) 1本次设计的马铃薯去皮机的果肉浪费率(%) 2本次设计的马铃薯去皮机的果实杂质率(%) 2本次设计的马铃薯去皮机的清洗率(%) 95第3章 零部件的设计计算3.1 动力源电机的型号确定3.1.1 动力源电机的类型选择电动机是由国家制定并由国家设置其参数的部件,不需要再次设计。该设计的马铃薯去皮机是安放在室内工作,载荷量低,加上去皮机的工作平稳,因此该设计方案选择Y系列的封闭型三相异步电动机作为土豆剥皮机的动力源,为去皮机提供稳定的动力。3.1.2 电动机功率的选择与确定根据参考相关马铃薯去皮机器设备的研发,设定本次设计的马铃薯去皮机的动力功率为,再查阅机械设计有关资料确定电动机的额定功率为。3.1.3 异步电动机转速的确定通过调查研究得到马铃薯去皮机的转速值范围为,因此选取该设计的马铃薯去皮机的主轴工作时的转速:去皮机的传动机构中的单级齿轮传动比为:去皮机传动机构中的V带传动比为:去皮机的传动机构中总传动比为:因此该设计的马铃薯去皮机的动力源电机实际转速的值可设定为:满足该设计的去皮机的同步转速为1000、1500、3000r/min。综上去皮机的传动机构的参数所述,选用满足去皮机传动参数的同步转速的电动机。因此本设计的马铃薯去皮机的动力源电机型号为其参数型号可以达到满载转速,该去皮机的电机额定功率。3.2 传动机构减速器的参数设定3.2.1 传动机构的传动比的分配设定(1)去皮机的总传动比马铃薯去皮机的满载转速。马铃薯去皮机的总传动比为:(2)分配去皮机的传动比为了保证马铃薯去皮机的传动机构可以平稳有效的运行,保证传动零件的尺寸合理、不发生传动机构中各零件的干涉现象,设定V带的传动比:;马铃薯去皮机的传动减速器的传动比为:;3.2.2 传动机构的动力参数设计计算(1)传动机构中各零件轴的转速传动机构1轴转速: ;传动机构2轴转速: ;传动机构主轴转速: (2)传动机构中各零件轴的输入功率传动机构1轴功率: ;传动机构2轴功率: ;传动机构主轴功率: ;(3)传动机构中各零件轴的输入转矩传动机构1轴的转矩: ;传动机构2轴的转矩: ;传动机构主轴的转矩: ;(4)将计算得出的传动机构中各零件轴参数整理列表轴名功率转矩转速传动比1轴1.0897.43140012轴1.04619.985002.8主轴0.99447.462002.53.2.3 传动机构减速器齿轮的设计(1)减速器齿轮的精度、齿数、材料的选择马铃薯去皮机传动机构的齿轮精度选用7级,所设计选用的小齿轮材料为45钢,材料硬度约为,传动机构中的大齿的轮材料选择45钢(调质处理),硬度为。选择传动机构的小齿轮齿数,传动减速器的大齿轮的齿数为,取(2)传动机构齿轮齿面接触疲劳强度的计算由根据机械齿轮设计公式进行算,即1) 公式中各参数数值的选定与计算(1)试选传动齿轮的载荷系数(2)计算传动机构中小齿轮转矩(3)根据传动小齿轮与轴承的位置特点,选取齿宽系数(4)根据齿轮的设计手册说明,选择材料的弹性影响系数为(5)通过传动齿轮的设计手册查得小齿轮的接触疲劳强度极限的值可以设定为为,传动大齿轮的接触疲劳强度极限可以设定为。(6)传动齿轮的应力循环次数的计算(7)查阅有关的齿轮设计手册可得到本设计的传动齿轮的接触疲劳强度寿命参数 (8)根据相关公式计算传动齿轮的接触疲劳强度的许用应力根据失效概率和安全系数为,可计算得:(9)对传动齿轮的相关参数进行计算计算传动机构小齿轮的分度圆参数,代入中去皮机传动机构齿轮的圆周速度v:去皮机减速器传动机构齿轮齿宽b:去皮机减速器传动机构齿轮的齿宽与齿高之比b/h去皮机减速器传动机构齿轮模数减速器传动机构齿轮齿根高: 计算马铃薯去皮机减速器传动机构齿轮的系数K根据传动速度,可以得到减速器传动机构齿轮动载荷系数选定参数值的大小为:,可以得到:由机械设计查得使用系数由机械制造设计手册查得,因此减速器传动机构齿轮载荷系数(10)校正上文计算得到的分度圆直径:(11)计算减速器传动机构齿轮模数;(3)减速器传动机构齿轮齿根弯曲强度设计减速器传动机构齿轮弯曲强度的设计公式为(a)确定上述公式内各参数值的大小通过查找相关的机械设计和机械制造手册及相关的齿轮设计公式可以得到:减速器传动机构小齿轮的弯曲疲劳强度极限减速器传动机构大齿轮的弯曲疲劳强度极限去皮机构齿轮的弯曲疲劳寿命系数 计算去皮机构齿轮的弯曲疲劳许用应力根据资料数据可取安全系数为,因此可以计算得到:计算去皮机构齿轮的载荷系数(b)去皮机构大小两个齿轮齿形系数:可得,(c)去皮机构大小两个齿轮应力校正系数:,(d)计算去皮机构齿轮大小齿轮的。根据计算结果可得小齿轮的值大于大齿轮。(e)去皮机构齿轮的相关参数计算:根据对传动机构齿轮的参数计算分析研究可得,去皮机构齿轮齿面接触疲劳强度计算而来的模数m的值较大,所以取去皮机构传动齿轮模数1.06mm,并选取去皮机构齿轮模数标准值。再通过公式计算去皮机构小齿轮分度圆直径:去皮机构传动小齿轮的齿数,取去皮机构传动大齿轮的齿数,取(4)去皮机构中大小传动齿轮的外形尺寸计算:(a)计算去皮机构齿轮小齿轮:去皮机构传动大齿轮: (b)计算去皮机构齿轮中心距 (c)计算去皮机构传动齿轮宽度取35mm序号名称符号计算公式和参数选择1齿数Z24,672模数m1.5mm3分度圆直径4齿顶很高5齿根很高6全齿很高7顶隙8齿顶圆直径9齿根圆直径10齿宽度11中心距3.2.4 去皮机传动机构中轴、轴承、键的设计(1)动力传动机构轴1的设计1)动力传动机构轴零件设计计算(a)传动高速轴的工作功率P1,运行转速n1和工作转矩T1,(b)传动轴最小直径的初步设计计算先根据轴直径设计公式式初步计算传动轴的最小直径。确定轴的制作材料为45钢,该型号钢经调质处理。选取确定,带入计算公式得:(c)设计计算去皮机传动轴的各段直径和长度在挖取键槽的那一段轴,其轴径值需要增加,因此可以选择轴径16mm。马铃薯去皮机传动轴的结构设计及基本参数的计算:为了使带轮稳定的固定在传动轴上,用于安装带轮的-轴段的右端需要设计轴肩固定带轮的位置,因此设计该段的直径为。根据轴承的受力分析,可以选定滚动轴承作为力的承载零件,根据,选择型号为6204的深沟球轴承,其标准的尺寸数值为,则有,轴承段直径。通常使用套筒来固定隔离轴承与齿轮,设定传动轴套筒的长12mm,因此设计。设计传动齿轮轴段长:。设计轴承端盖零件的宽度大小为32mm,由于外端面与联轴器右端面的距离长度为10mm,设定。结合减速器箱体尺寸,取。(d)各零件在传动轴上的位置设计联轴器通过平键联接固定在传动轴上。根据可以确定平键截面尺寸,键槽的长度为40mm。2)马铃薯去皮机的传动轴的强度校核(a)分析计算轴上各力的大小和方向由于传动机构内部的高速级齿轮的分度圆直径为= 则根据有关设计计算公式可得:(b)计算传动减速器轴的受力大小先根据所设计的去皮机传动轴绘制出结构简图,从轴的设计手册中查取a值:,轴的支撑跨距大小可确定为。通过计算绘制去皮机传动轴的弯矩图和扭矩图。在弯矩和扭矩图上标志的数值大小可以看出截面C是危险截面。再计算截面C处的MH、MV和M的值,如下表。载荷水平面H垂直面V支反力F,C截面弯矩M总弯矩扭矩图3-1 轴1弯矩图和扭矩图(c)计算校核去皮机传动轴的强度大小根据所设计和查阅计算得到的相关数据,取,去皮机传动机构内的减速器传动轴的应力为:该设计的去皮机旋转去皮机构传动轴的材料为45Cr,调质处理。查询有关的洗刷去皮机构的轴材料的设计参数标准得,由此可知轴安全性好,可确保洗刷摩擦去皮工作的平稳性。(2)洗刷去皮的传动轴2的设计1) 马铃薯去皮机的洗刷去皮装置的传动轴2的转速和功率转矩:2)去皮洗刷装置传动齿轮上力的大小(a)计算去皮洗刷装置传动低速级齿轮上的力洗刷传动装置齿轮圆周力:洗刷传动装置齿轮径向力:洗刷传动装置齿轮轴向力:3)设计计算洗刷传动装置齿轮轴的最小直径按照洗刷去皮装置传动轴的最小直径计算式。在根据前文所述的轴材料特点,取,计算传动轴的最小直径:传动轴有两个键槽用于固定轴上零件,轴径应适当增大,传动轴安装带轮位置处的直径是整个洗刷去皮机传动轴的最小值,。4)洗刷传动装置传动轴的结构设计(a)拟定洗涮去皮传动装置的轴上零件的排列安装(b)根据洗刷传动装置轴的尺寸和轴上零件尺寸确定轴的尺寸设计洗刷传动装置传动轴力承受零件选择为滚动轴承,根据受力特点选用深沟球轴承。再根据,选择6205型号,尺寸为,得: 。安装洗刷传动装置齿轮的传动轴段取,为保证传动装置齿轮位置的准确性,安装齿轮轴段可适当缩短,因此:,根据传动轴上的定位轴环可确定其它部位的相关尺寸,根据箱体尺寸。(c)设计确定洗刷去皮传动装置齿轮轴上零件的周向定位所设计的去皮洗刷传动装置的传动带轮和传动轴用平键联接,按,可得平键截面,安装固定传动齿轮的平键长度为.5)计算设计去皮洗刷传动装置轴上的载荷查询轴承设计的机械手册,可知对于6205型深沟球轴承。计算得:,根据计算弯矩和扭矩值绘制去皮传动轴所受矩值图。如图所示载荷水平面垂直面支反力F弯矩M总弯矩扭矩T图3-2 传动轴的数值计算图6)校核洗涮装置的传动轴强度在校核的强度计算中,通常只校核矩值最大的截面,取,轴的计算应力:根据前面所述选择的轴的制作材料,取,因此,所设计的去皮洗涮传动轴安全可靠。3.3 洗刷传动V带设计3.3.1 洗刷传动V带的有关参数设计计算(1)旋转去皮带传动计算功率:已知:;查旋转去皮带传动的工况系数为:则:(2)旋转去皮带传动的V带型号:根据、确定旋转去皮带传动的V带型号为A型(3)选择旋转去皮带传动V带大、小带轮的直径1)旋转去皮带传动的V带小带轮的基准直径:2)旋转去皮带传动的V带大带轮基准直径:(4)计算校核旋转去皮带传动的V带带速:所设计的去皮机传动V带的速度满足设计要求。(5)确定旋转去皮带传动的V带的长度和中心距:1)设计旋转去皮带传动的V带中心距:初步设计中心距2)去皮动力带传动装置的基准长度计算:对于去皮动力带传动装置A型带选用3)实际去皮动力带传动装置中心距:(6)去皮动力带传动装置的主动轮上的包角:由得去皮动力带传动装置的包角合适。(7)去皮动力带传动装置V带的根数:,根据设计规定可得:;,根据设计文献得:;由,根据设计文献,包角修正系数由,按照带传动设计标准得:最终可计算得结果取,结果满足规定。(8)计算去皮动力带传动装置预紧力:根据旋转洗刷去皮动力传动装置的设计要求和带传动设计准则得:(9)计算去皮动力带传动装置的压轴力:其中去皮动力带传动装置中的参数为小带轮的包角。(10)电机动力传动装置V带的主要参数整理并列表:带型带轮基准直径(mm)传动比基准长度(mm)A2.51250中心距(mm)根数初拉力(N)压轴力(N)400.7457.1451.73.3.2 电机动力传动装置带轮的设计(1)去皮电机传动机构带轮的材料:采用铸铁材料加工带轮。(2)去皮电机传动机构带轮的结构形式:去皮电机传动机构带轮的设计与V带的基准直径存在关系。去皮电机传动机构小带轮接动力源电机,小带轮直径较小,因此小带轮设计为实心形状,而大带轮接去皮传动机构传动主轴,直径较大,采用孔板式的外形。图3-3 去皮电机传动机构大带轮结构图3.4 去皮机传动主轴的设计3.4.1 去皮机传动轴的参数选择去皮机传动主轴上的功率,转速和转矩,3.4.2 去皮机轴的最小直径根据有关计算公式计算去皮机轴的最小直径。去皮机传动轴的材料为45号钢,调制处理,取,计算去皮机轴的直径:轴的最小直径位于安装从动轮处,根据去皮机的传动设计,取,去皮机带轮的长度,去皮机工作带轮与去皮机工作轴配合的毂孔长度。3.4.3 去皮机轴的设计(1)去皮机轴上配件的设计装配去皮机轴的装配方案设计如下:图3-4 轴的结构二维示意图(2)确定去皮机轴的直径和长度1)设计去皮机带轮的轴向定位,-轴段左端位置设计轴肩,取V去皮机带轮与去皮机轴配合的毂孔长度,根据设计要求-段的长度应比L1短一点,设定。2)根据马铃薯去皮机的工况并结合,选用角接触球轴承7206AC,尺寸,设定去皮机轴的轴肩高度,取。3)设计去皮传动轴轴段-的直径,齿盘右端与右轴承之间采用套筒定位,齿盘厚度为23mm,要使套筒紧靠着齿盘,该段轴的长度要小于轮毂,因此取,左轴承也是依靠轴肩定位,轴肩高度,设计周环位置去皮传动轴直径,根据周环设计要求,其宽度,设计长度。4)去皮机传动机构带轮的零件轴承端盖的宽度为20mm。根据去皮机传动机构的设计,去皮机传动机构中的轴承端盖的外端面到从动轮右端间的距离,取,。5)设计传动机构带轮支架总的长度为500mm,已知轴承宽度,去皮装置的支架内的齿盘是对称的,则,去皮机械设备内的传动带轮轴的最左端固定带轮,带轮的,由设计标准可知-段的长度应比L略短些,所以。(3)去皮机械设备传动带轮轴的轴向定位设计去皮机械设备传动带轮轴的定位是通过平键连接。通过有关的机械设计资料,确定平键截面,带轮轴上的键槽长为36mm,设计齿盘与轴的配合为H7/m6;去皮机机械传动带轮与轴通过平键连接,尺寸。根据设计的轴承与轴的周向定位,确定该设计去皮机设备传动带轮轴的直径尺寸公差为k6。(4)确定去皮机设备的传动带轮轴倒角尺寸根据设计标准,传动带轮轴端倒角为。3.4.4 去皮机械设备传动带轮轴上的载荷由带轮支撑轴的结构简图(图3-5)计算和绘制去皮机械设备传动带轮轴的力矩简图。由去皮机械设备传动带轮轴弯矩和扭矩图中可以知道D面是轴的危险截面。将本次设计计算得到D处的和M的值列于下表(参看图3-6)。表3-1截面D处的MH、MV、M值载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩扭矩T图3-5 主轴的载荷分析图根据相关的机械设计计算公式,校核最大弯矩和扭矩的截面的强度,也就是本设计的去皮机带轮支撑轴的D截面,取去皮机械设备传动带轮轴的应力计算:根据前文所选定的轴的材料,得,因此,由计算结果可知去皮机械设备传动带轮的轴设计安全可靠。3.4.5 计算传动带轮轴的疲劳强度(1)判断传动带轮轴的危险截面由计算结果可知截面A,B,E,F,只承受扭矩作用,虽然部分截面中含有键槽,但是轴肩的存在等原因,键槽不会造成影响。而且轴的最小直径要大于按扭矩强度计算得到的直径,因此这些截面不需要再计算强度是否达到要求。从应力集中对去皮机械设备传动带轮轴的影响来看,截面和处的过盈配合所导致的应力集中比较严重;去皮机械设备传动带轮轴零件上的截面和截面所受应力的影响基本相同,但截面所在的轴段直径大于截面IV的轴段直径,所以本设计的强度校核只需要计算截面。(2)计算动力传动带轮轴截面左侧动力传动带轮轴截面左侧的弯矩动力传动带轮轴截面截面的扭矩动力传动带轮轴截面左侧的弯曲应力:动力传动带轮轴截面左侧的扭转切应力: 去皮机动力传动带轮轴的材料为45钢,采用常用的材料处理方法调质处理,得:动力传动带轮轴截面上应力集中系数和,可通过资料查询。动力传动带轮轴截面有效应力集中系数由可得到:查询动力传动带轮轴的材料的敏性系数为:按照相关公式计算效应力集中系数:查询资料得尺寸系数和扭转尺寸系数。设计动力传动带轮轴的加工方法为磨削,计算得表面质量系数为。计算去皮机动力传动带轮轴安全系数:因,因此去皮机动力传动带轮轴安全。(3)校核动力传动带轮轴截面右侧动力传动带轮轴截面右侧弯矩动力传动带轮轴截面弯矩动力传动带轮轴截面弯曲应力动力传动带轮轴截面扭转切应力查询动力传动带轮轴截面的应力集中系数:查找资料得到动力传动带轮轴截面尺寸影响系数为:关于动力传动带轮轴截面表面质量系数 关于动力传动带轮轴截面疲劳强度的综合影响系数为:计算动力传动带轮轴截面安全系数的大小:因,所以可以计算出动力传动带轮轴截面右侧的强度满足设计要求。3.5 传动机构主轴承设计计算3.5.1 轴承载荷的计算(1)通过轴承零件机械的设计手册可知所选型号的轴承的,去皮传动装置的轴承载荷分别为:,;(2)正装去皮传动装置的轴承,其轴承力的大小:3.5.2 轴承轴向力的计算由所选的轴承型号查得因 因此轴承1是压紧状态,轴承2是放松状态。所以:3.5.3 轴承当量动载荷的计算确定去皮传动装置的轴承的两个动载荷系数因此去皮传动装置的轴承1、2都可以取:去皮传动装置的两个轴承的当量动载荷的数值计算3.5.4 传动轴承的寿命期限计算由于前文计算的,所以计算去皮传动装置的轴承2寿命。计算得到去皮传动装置的轴承寿命因,所以本设计去皮传动装置的轴承满足使用寿命期限。3.6 去皮机的框架的研究设计3.6.1 进、出料斗的设计马铃薯去皮机的入料斗的设计要求是保障马铃薯平稳的进入机筒内,在此过程中要保证马铃薯的进给速度缓慢,以防止马铃薯破损。出料斗的外形是由长方形和梯形组合在一起得来的,该形状特点方便马铃薯的收集。出料斗由多个不锈钢板通过焊接的方式组装在一起,如图3-6所示的马铃薯去皮机的进出料斗二维结构示意图。图3-6.1 入料斗二维结构图图3-6.2 出料斗二维结构图3.6.2 栅条的研究设计马铃薯去皮机的栅条设计要满足过皮不过去皮后马铃薯的设计原则,栅条密度太小则会导致马铃薯表皮无法通过栅条进入出杂斗,导致土豆皮堵塞在栅条的缝隙内,最终将塞满整个的旋转机筒,造成去皮机无法正常工作,严重时会导致去皮机机械设备的毁坏,浪费财产,提高了生产成本。栅条密度过大又会导致体积较小的马铃薯掉落进出杂斗内,造成土豆原料的浪费。3.6.3 滚筒的设计所设计的马铃薯滚筒内共18支刷辊,刷辊尺寸为2812mm,滚筒两侧由轴承安装固定在机筒内,两侧刷辊轻微向内侧倾斜,在滚筒转动时刷辊可带动马铃薯向相反的方向转动,一边是逆时针转动,另一侧顺时针转动,可以保证马铃薯可以被充分的洗涮,提高去皮效率。该设计设定它的转速为。本文所设计的去皮机的工作效率为:100(kg/h)。去皮机进行去皮工作时,刷辊与马铃薯表皮间的摩擦系数值大概为0.5,根据所设计的刷辊直径,可以计算出去皮机筒内刷辊所受的扭矩T:去皮机刷辊所需功率:去皮机刷辊驱动装置的额定功率的计算:去皮机刷辊减速机的传动效率,去皮机刷辊三角带的传动效率,图3-7去皮滚筒3.6.4 去皮机箱的设计去皮机的外箱在整个的马铃薯去皮机械设备中起到保护的作用,由旋转去皮装置的特点设计成拼接板的外部形状,去皮机箱的材料为薄钢板,可以通过螺钉固定在去皮机的支撑机架上。机柜可用来为旋转去皮机构构造一个完全封闭的去皮工作环境。该设计为了便于安装和拆卸,将机柜制成多个零碎部件,零部件之间可通过螺栓进行连接,这样便于马铃薯去皮机机械设备的后期维修和保养,也便于拆装运输。3.6.5 去皮机机架的设计马铃薯去皮机机架的作用在于支撑整个机械设备,并维持机械设备在去皮工作时能够平稳,不出现大幅度振动和左右摇摆,机架的设计准则在于一个字:稳。只有稳定才能提高马铃薯去皮机的工作效率和寿命期限。机架是通过角铁焊接而成的,具有很好的稳定性。去皮机箱通过螺栓安装固定在机架上方,进料斗安装在机架的一端。出料斗安装在另一端便于送料和出料。如图3-8所示的机架二维结构左视图和俯视图。图3-8 马铃薯去皮机支架图总 结本次毕业设计的内容是马铃薯去皮机械结构。该设计体现了我大学时光的知识积累,进一步熟练地运用和掌握了相关的机械设计的知识。在设计分析马铃薯去皮机的过程中,我学到了很多机械零件设计方面的相关知识,提高了我对机械制造基础知识的理解力,从本次的设计中我了解了很多的马铃薯去皮机的制造原理和工艺流程。世界上的各式各样的机械设备虽然种类繁多,形状各异,工作领域不同,但是一旦将它们拆分成一个个零部件,就会发现零件是相似的,工作原理是相同的,因此通过对马铃薯去皮机的分析与研究,我懂得了很多机械设计、机械制造方面的知识,这对于我的未来会有很大的帮助。本文所设计的马铃薯去皮机主要针对其传动机构中轴、齿轮、带轮等零部件的结构的分析设计,对其基本参数的选择计算,对其进行力学分析、动力学分析等。文章的后面主要叙述马铃薯去皮机的几个主要组成机构的介绍研究与分析计算。本次设计的马铃薯去皮机其结构设计计算是严格按照机械设计和机械设计相关资料、文献、手册等理论基础和理论实践得到的,所设计的马铃薯去皮机是具有可行性和良好的市场效益的。参考文献1杨炳南.马铃薯薯条加工及对策。农机与食品机械,1999, 2: 1-22王健.马铃薯加工利用前景广阔。农村经济与技术,1998 9: 42-443王秀芳.荷兰的马铃薯加工业。世界农业,1998 4: 22-244王景彬.试论国内外果树脱皮方法及设备。农牧与食品机械,1991, 2:22-235孔凡真.马铃薯产品开发大有可为。农业科技通讯,1998, 12: 28-306陈绍光.马铃薯化学去皮技术研究。湖南农业科学,1998, 4: 40-417陈芳,邓春岩.基于SolidWorks的土豆去皮机的三维设计.农机化研究.2006,11:126-1308罗迎社主编材料力学武汉理工大学出版社9唐增宝,何永然,刘安俊主编机械设计课程设计(第二版)华中科技大学出版社10蔡春源主编新编机械设计实用手册北京:学苑出版社,2002.311徐灏主编机械设计手册北京:机械工业出版社,1999.112周良德,朱泗芳等编著现代工程图学湖南科学技术出版社,2000.813施平主编机械工程专业英语教程电子工业出版社14成大先主编机械设计手册(第四卷第五版)化学工业出版社15 刘守江,张艳来.JL型马铃薯切屑去皮机的研制.农机化研究.1995,2:17-20致 谢在本次的马铃薯去皮机的毕业设计中,我学到了很多机械方面的知识,但是这不是我一个人的劳动成果,在整个的设计生活中,很多人为我提供了帮助和支持。首先,我的马铃薯去皮机的设计就得到了我的指导老师的大力帮助,不仅是相关的机械设计、机械制造的知识方面的帮助,还有生活上的关心。在与老师探讨马铃薯去皮机的设计过程中,老师认真负责的态度和高尚的治学教育精神深深地感染了我,他对科研一丝不苟的态度让我学到了很多。然后,还要感谢我的室友们、同学们,已经毕业的学长、学姐们,他们在我的马铃薯去皮机的设计中提供了很多宝贵的建议和经验知识,正是有了他们的帮助,我才能顺利的完成马铃薯去皮机的设计任务。我还要感谢我的母校和我的父母亲友,感谢他们在我的生活和学习中提供了无私地帮助。
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