小型土豆切丝机的设计

题 目 小型土豆切丝机的设计 学生姓名 学号 1015014050 所在学院 机 械 工 程 学 院 专业班级 机自 1002 班 指导教师 完成地点 陕西理工学院 2014年 5月 15日毕 业 论 文 设 计 任 务 书院(系) 机械工程学院 专业班级 机自 学生姓名 李益 一、毕业论文设计题目 小型土豆切丝机的设计 二、毕业论文设计工作自_2014_年_ 3 _月_1_日 起至_2014_年 6 月_5_日止三、毕业论文设计进行地点: 校内 四、毕业论文设计的内容要求：该毕业论文应完成以下内容： 1.了解小型土豆切丝机的使用范围及条件；电带动，不能结构太大，重量轻、且便于操作，适用于小型餐馆适用。 2. 进行小型土豆切丝机的工作原理设计，构思结构，并进行简单的尺寸设计。 3.进行小型土豆切丝机结构设计工作。进行小型土豆切丝机的装配体设计（1：1绘图设计） ，零件设计；确定装配体的结构组成及各零件的结构尺寸设计，并绘制装配图 A0 一张，零件图多张（手工绘图或 CAD 图） 。 4 .进行小型土豆切丝机零件三维的直观设计，进行装配体的三维建模工作。据目前 流行的三维绘图软件进行该装配体的三维建模工作，在装配体结构的基础之上，绘制 三维装配图、装配爆破图，两张 A3。 5进行小型土豆切丝机装配体的运动仿真工作，使整个结构正常工作。 6.联系实际进行现代设计方法的训练，完成设计性论文的撰写工作。 整个设计说明书内容要连贯，整体一致；说明书阐述应段落之间有连贯性，语句之间有逻辑性；说明书摘要要反映所做主要内容； 7.外文参考文献不少2篇，其中一篇附原文（PDF 格式） ，并对该外文资料进行翻译。英文翻译要与原文内容一致，通顺，符合学校的相关规定。 指 导 教 师 牟小云 系 (教 研 室 ) 机械设计系 系(教研室) 主任签名 批 准 日 期 接 受 论 文 (设 计 )任 务 开 始 执 行 日 期 学 生 签 名 小型土豆切丝的设计摘要:针对传统的手动土豆切丝存在的缺陷，进行一种小型的土豆切丝机的创新型设计。这种土豆切丝机采用电动机驱动以实现自动切丝。本论文在进行小型土豆切丝机原理设计的基础之上，进行土豆切丝机的结构及零件的设计，并利用 Pro/E 软件进行零部件三维建模与运动仿真。关键词 ：土豆切丝机，小型，结构设计，三维建模与仿真。The Design of a Small-scale Potatoes CutterAuthor：Liyi（Grade02,Class1002,Major Mechanical Design, Manufacturing and Automation，Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi ）Tutor:teacher Xiaoyun MouAbstract: For traditional manual shredded potatoes defects, carried a small potato cutters innovative designs. This potato shred machine motor drive for automatic shred. In this paper, a small potato cutters conducting basic design principles above, the design of the structure of potato cutters and parts, and using Pro / E software for three-dimensional modeling and motion simulation components.Keyword:Potato cutters, small,structural design , 3D modeling and simulation.引言 .11 概述 .21.1 选题背景 21.2 市场上已出现的切丝机 21.3 国内外的研究现状 31.4 研究本课题的意义 31.5 研究的主要内容 32 土豆切丝机方案的确定 52.1 传动装置的选择 52.2 设计方案的选择 53 土豆切丝机的设计 83.1 动力机构的设计及选择 电动机的选择 .83.2 切丝机切削部分的设计 93.3 压紧装置的设计 123.4 土豆切丝机外型的设计 133.5 总装配图 144 小型土豆切丝机的三维建模 .164.1 刀架运动的建模 164.2 弹簧的建模 184.3 压紧机构的建模 184.4 总装配图的建模 195 运动与仿真 205.1 刀架运动的运动 205.2 压紧机构的运动 205.3 土豆切丝机的仿真 21总结 23致谢 24参考文献 25陕西理工学院毕业设计 第 1 页 共 25 页引言土豆（马铃薯）是茄科茄属植物，俗名地豆子，多年生草本，但作一年生或一年两季栽培。地下块茎呈圆、卵、椭圆形等，有芽眼，皮红、黄、白或紫色。地上茎呈棱形，有毛。奇数羽状复叶。聚伞花序顶生，花白、红或紫色。浆果球形，绿或紫褐色。种子肾形，黄色。多用块茎繁殖。性喜冷凉高燥，对土壤适应性较强，但以疏松肥沃的砂质土为佳。在中国各地，马铃薯的称呼又有不同，东北称土豆、华北称山药蛋、西北称洋芋、江浙一带称洋番芋，广东及香港称之为薯仔。土豆的广泛种植使得土豆在人们餐桌上出现的频率极其高，土豆的吃法不同，需要的土豆形状也不尽，通常都是土豆块，土豆片，或者土豆丝。其中土豆丝的要求极高，则需要更高技术的人才能使得切出的土豆丝均匀，不影响口感。目前，我国的土豆加工主要采用人工切丝，或者手动切丝机，也有大型加工厂采用机器切丝，切丝的效率相当可观。随着人们生活节奏的加快，人们总在考虑如何缩短加工的时间，手动的切丝机已经不能满足人们的要求，人们更希望有一种机器，只要放入土豆，按下开关，即可静待土豆丝的成品。这也是本课题要解决的问题。对此，本论文对如何不需要人工就可以省时省力的获得土豆丝进行了创新性的设计，本设计主要是以机械设计为主，依托所学的机械原理的四杆机构为载体设计了一个小型土豆切丝机，本切丝机具有体型小、操作简单、容易清洁、价格实惠等诸多特点。本论文主要介绍的内容有小型土豆切丝机的设计思路和设计理念、尺寸的确定以及 Pro/E 的建模以及仿真。最终，完成了整个土豆切丝机的创新设计工作。由于学生水平有限，错误或不当之处在所难免，衷心希望老师批评指证。陕西理工学院毕业设计 第 2 页 共 25 页1 概述1.1 选题背景土豆丝物美价廉，人人爱吃，农贸市场上一年四季都有出售，年销量十分大，以往都得先清洗，后去皮，然后在切丝，这样做既繁琐又累人，搞不好还会弄的手破血流 。通过市场调研，我们发现，蔬菜批发市场每天都有大批量的土豆被批发出去，土豆作为一种可口的食物，不仅在普通家庭能看到它的踪影，而且在学校食堂、机关食堂、饭店、工厂食堂，薯条、薯片的加工工厂等都能看到它的踪影，土豆的需求量非常大。这么多的土豆不可能用手工进行去皮，擦丝；因此，一种新型的土豆切丝机必然会具有很大的市场前景。图 1.1 家用土豆切丝机目前，大多数家庭切土豆丝都使用一种插丝机，如图 1.1，虽然可以比较轻松的得到较好的土豆丝，由于丝太细，不适合每一种土豆的切丝过程，仍然需要依靠人力来完成各种过程。小餐厅的土豆丝主要依靠师傅的刀工来切出均匀的丝条状，而且有些小饭馆的切菜师傅不注意卫生，很容易在切菜时将细菌病毒传染，非常不卫生。因此，急需一种方便省时省力的机器来代替人工进行土豆切丝的繁琐处理。土豆切丝机便可以解决其全部问题，它切出的形状与大小与人工操作没有两样，并且操作十分方便，带电即可工作，人们只需在送料口倒入土豆即可，不仅保证了土豆丝的质量，也更加安全卫生。1.2 市场上已出现的切丝机（1）多功能旋转式切菜机，其原理是使需要的切的蔬菜高速旋转，利用离心力使蔬菜紧贴刀片进行加工，是一个蔬菜加工行业、食品行业、脱水蔬菜厂、速冻食品二次加工常用的机器。使用它可将有固定形状的如：芥菜、萝卜、土豆等块切制成所需要厚度的片和丝，一般采用防腐铝外壳及高级合金刀片，具有结构紧凑、合理、操作简便、调整维修方便、耐腐蚀的特点 1 。（2）离心式切菜机采用先进工作原理，其特点为结构紧凑、坚固耐用、易于维修，可提高生产率，降低劳动强度，对萝卜、土豆、白薯、圆白菜等根茎类可加工成菜丝、菜条、菜片、广泛适合大、中型酱菜厂和速冻食品厂使用。其缺点是体积过大，质量过重，不宜与安装和移动。（3）切丁机性能优于其它机器，可一道工序完成块条的加工，省时省力，操做方便，适合萝卜、黄瓜（包括咸制黄瓜）、土豆、洋葱、香瓜、胡萝卜、苹果等圆形蔬菜、水果的加工。该机特点是机构紧凑、设计先进，使用方便，能耗低效率高 2。陕西理工学院毕业设计 第 3 页 共 25 页（4）圆盘切菜机是酱菜加工业、食品行业及农产品二次加工的主要机械设备之一。它将芥菜、萝卜等固有形状的块茎切成片，实现翻转后呈交错 90 度切口。该机特点是一台结构新颖，技术先进，操作方便，安全可靠和具有较高效率的生产设备。其缺点是自动化程度高，成本高，小型餐馆难以支付其费用。（5）直线式多用切菜机，本机模拟手工切菜原理，采用无级调节机构和离心式切片机构等先进技术研制而成复合式多用切菜机，广泛适合用于各种根、茎、叶、丝、菱形、曲线等多种食品加工的花样。该机设计先进，节能高效具同类领先水平。其缺点是电机调速精度低，切丝长度不宜控制，噪音大，电气化程度低，成本高 3。1.3 国内外的研究现状随着我国改革开放，土豆加工出口的崛起，各种不同类型加工机械有了很大发展，开发研制的厂家也比较多。从我们文献检索情况来看，国内单一功能的土豆加工机械品种较多，功能可靠但开发多功能加工机械的厂家几乎没有，即使所谓的多功能加工机械其实也是生产同类型的产品，只不过是针对不同的原料而讲是多功能。生产上除了靠昂贵的进口机械外，主要靠手工加工和半机械或饮事机械来代替，加工成型不规则，成品率低，浪费大，不能满足日益迅速发展的蔬菜加工出口的需要。国内土豆深加工的研究尚属起步阶段，对土豆切削的品质和综合利用的研究与应用无成熟经验。对土豆成型机械的研究尚属空白，不能满足日益迅速发展的蔬菜加工出口的需要。国外主要依靠大型的全自动化设备进行切丝，成本较大，且不宜与运输和安装。 国外蔬菜生产机械化具有 6 个突出特点:1.蔬菜机械大型化一般用于大型厂商，如专业加工土豆丝的地方，每天的产量相当可观;2.机械自动化程度高，几乎不需要人力来操作:3.使用高的先进的技术，如计算机控制等;4.广泛应用多功能机械一机多用，普通切丝机不仅可以切丝，切片，和其他异性的加工操作，还可以进行长短，粗细的精确调整;5.采用先机的机械加工技术生产出来的机器，质量稳定可靠，使用寿命长;6 满足客户的需要，售后服务好 2。1.4 研究本课题的意义综上，本课题研究的意义旨在研制一种高效、可靠、实用、适合于小型加工场所的土豆切丝装置，重点解决进口机械价格昂贵的，小型土豆切丝机基本空缺的局面，解放人们的双手，使土豆丝不再是依靠大量的人工切丝，或者大型机械设备来完成。本课题所设计的小型土豆切丝机，用电动机来带动刀具的往复运动，来解决人工切丝的刀，设计一个夹持装置来进行土豆的定位，以达到降低人工劳力和安全卫生的问题，设计的小型土豆切丝机主要特点是体积和质量较小，易于安装，适应于小型场所的加工，和家庭厨房的使用，效率要比人工操作高出好几倍，而且要易于操作，带电即可工作。1.5 研究的主要内容(1) 研究合理的切削装置，满足体积小质量轻的需要，刀具具有单独控制性，调整方便，以完成制定的加工路线和功能，且规格尺寸在一定范围内可调，确保高效、耐用，更换方便，操作简便。(2) 为了保证研制适合加工各种大小不同的土豆，其送料口和压紧装置是非常重要的工作条件，因此必须设计合理的上下箱体结构。(3) 切削刀具的选择，走刀路线的定位，土豆夹持装置如何实现其功能，以及运料装置怎样实现方便的土豆的传动。(4)土豆的夹持机构的设计，机构传动，和定位，必须安装方便 6。1.6 方案的总体描述，拟实现的功能与应用场合及特点1.6.1 产品的总体描述本产品涉及一种新型的土豆切丝机，该产品旨在实现最基本的切丝功能，使得土豆使用起来更加美味可口。该新型切丝机采用电动机驱动，传动装置采用曲柄连杆装置，土豆从下料口进入切丝机，然后进入擦丝区域，利用两个方向不同的刀片将土豆切成丝；另外在该产品中刀架方向安装时，设计成无阻碍的直通形，使得切完土豆丝之后的机器，更加便于用水清洗。1.6.2 产品的功能陕西理工学院毕业设计 第 4 页 共 25 页本产品的主要功能是，实现对土豆的切丝功能；而且使用不同的刀片，还可以切出来土豆片；另外，它还可以用于土豆之外的其它硬质食物的切丝，切片，例如：地瓜，萝卜等。1.6.3 应用场合及特点本产品的应用场合主要是家用厨房，学校，食堂，工厂等小型加工场所，本产品的特点在于实现了对土豆进行切丝的处理；减轻了人们靠手来操作的乏味劳动，操作简单，使用起来非常的方便，省事，干净卫生。采用一个电机进行驱动，机构简单，紧凑，造价较低，市场前景较好。陕西理工学院毕业设计 第 5 页 共 25 页2 土豆切丝机方案的确定根据小型土豆切丝机的设计目标和要求，首先要考虑刀片的运动方式，以及采用何种机构带动刀片运动。采用何种传动装置使土豆传递到刀具下完成切片工作，最主要的是如何通过使两个机构配合运动。如何让切片顺利排出机器，如何限制被切物的大范围移动所导致的无法正确切片。使用电动机作为动力源，一般是通过轴的旋转，使其获得运动所需的力（力矩） ，进而可带动相关机构运动，实现预期目的。传递力（力矩）的常用机构有连杆机构、凸轮机构、齿轮机构、蜗杆机构、以及带传动、链传动等。图 2.1 常用直线位移机构2.1 传动装置的选择凸轮机构一般是由凸轮、从动件和机架三个构件构成，通常选取凸轮作主动件，通过设计凸轮的形状使从动件得到预期运动，从动件的运动主要是直线上的往复运动，可以实现刀具的运动。连杆机构是由若干构件用低副连接而成，构件运动形式多样，可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，可用于刚体导引、实现已知运动轨迹或运动规律。在本设计中要应用连杆机构将主动构件的转动或直线往复运动转换为实刀具在水平面内的转动，经对比分析之后，可采用双曲柄机构或者运用曲柄滑块机构，不仅可实现传递运动及动力的目的，还可使整体结构紧凑。切丝机要实现切削土豆的功能主要是模仿插丝机方式，即刀具与土豆成一定角度作往复运动，同时土豆朝着刀具的切削面作进给运动。在切削过程中刀具往复运动的频率和蔬菜进给运动的速度需要根据加工对象以及加工要求的不同有所调整。由此我们可以得出：切片切丝机必须具备动力源、力（力矩）传递机构、切削机构、压紧机构以及必要的外部支承定位机构，其中力矩传递机构还需要能够实现与动力源运动方式匹配的运动形式转换机能。刀具切削土豆的主要方式有两种：往复直线运动与转动。制动机构与动力来源相匹配。在使用人力时，机构的运转与否取决于操作者是否施力以及机械结构的设计；但使用电动机时，必须有相应的控制电路。在不考虑动力源的情况下，采用往复直线运动，位置和定位比较方便，并且机构比较紧凑。土豆通过压紧装置在竖直方向作向刀具移动；刀具做往复直线运动，通过曲柄滑块或凸轮机构等实现；切片切丝的转换通过在蔬菜传送线路上设置刀具的数目及刀具形状来决定，切片厚度由蔬菜及刀具相对运动速度决定 10。2.2 设计方案的选择设计方案 1采用高速电动机直接带动旋转刀片运动，刀具上密布间隔约 3-4mm 的刀片和一个水平刀刃，进行土豆切削，压紧装置采用压块和弹簧装置来压紧土豆。如 2.2 图：陕西理工学院毕业设计 第 6 页 共 25 页图 2.2 方案 1 的原理图方案二：1-电动机 2-连杆 3-压紧装置4-上箱体 5-刀架和刀具 6-下箱体图 2.3 切丝机的机构原理图电动机作为驱动力，使刀架做往复的移动，压紧装置同样用弹簧机构，但压紧方式变为由手柄压紧凸轮代替的方案一的压块。 由于方案一没有任何的机械传动部件，并且存在土豆直接在一个窄刀片上压紧，对刀片的压力过大，和高速电机对刀具的力过大等一些缺陷，综合考虑本次毕业设计的目的，老师建议选择方案二比较适合本次毕设的目的要求。陕西理工学院毕业设计 第 7 页 共 25 页小型土豆切丝机的结构可以分为以下四个部分：1，驱动部分采用电动机驱动，额定电压为 220V，通过电动机驱动轴连接连杆带动刀架做指定运动。2，传动部分工作原理将电动机的旋转运动变为刀架往复运动；然后，刀架上的刀具对土豆进行切削；同时，土豆压紧装置使土豆随着切削下移，以完成土豆的完整切削。3，压紧装置采用凸轮机构来压紧弹簧，用弹簧压力来压紧土豆，以保证土豆在切削时始终有向下的压紧力。当凸轮处于最低点时，弹簧下移到最低点时，恰好没有压紧力。4，切削装置由 于料筒内的原料在竖直方向的进给量固定，调整较难，切削机构作为本设计实现目标功能的执行机构，不仅要实现刀具对原料切削，还要能够改变切削形状，调整切削参数。切削机构在工作中是直接与原料接触的部分，出于安全考虑，不仅其构件需要选择无污染材料，还要注意将切削部件与机械传动部件隔离开来，减少原料污染的可能 性 。陕西理工学院毕业设计 第 8 页 共 25 页3 土豆切丝机的设计3.1 动力机构的设计及选择 电动机的选择 3.1.1 电动机的选择 经查阅机械设计手册及相关资料，只要电机轴转矩满足 ，即可满足土豆的切削。mNT5由于刀具太快了反而不好，不能保证质量，初步拟定转速 200r/min， 取转矩 T=8N ,)13( nP950T2kwP0.16728n由于功率不大，为了使用方便，选用功率为 200w 同步电机，额定电压是 220V 。 该种电动机，起动力矩大，起动电流小，适用于满载起动的机械。这样在进行土豆切削时完全可以 ，将土豆放进料斗以后，再开动机器。 该电动机的主要外型和安装尺寸如下表 3.1：表 3.1 电动机主要外形尺寸中心高 外形尺寸 安装尺寸 螺栓孔直径 轴伸尺寸 装件部位尺寸90 140866 40 2.53.1.2 电动机输出轴轴径的确定和校核电动机功率 P=200W, 根据扭矩初步估算轴的最小直径，选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据 表 153，A 0=112 mmmm (3-3)5.8402133NPd考虑到轴受到的弯曲应力，初步拟定轴的最小直径为 12mm。 根据机体和轴上零件的装配，设计出轴的结构如下， 轴的结构及尺寸 轴的材料：轴的材料主要是碳钢和合金钢。由于碳钢比合金钢价格便宜，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性 和抗疲劳强度，所以本设计采用 45 号钢作为轴的材料。 轴的校核 (1)按扭转强度计算，用于只承受转矩的传动轴的精确计算，也可用于既受 弯矩又受扭矩的轴的计算。由于此轴只受扭转力，故只需进行扭转强度校核：(3-4)m52.043.1TNKac MPadnPWT 2512.0953故满足强度校核。(2)安全强度校核：(3-6)SSS为疲劳强度计算的的许用安全系数见下表：陕西理工学院毕业设计 第 9 页 共 25 页表 3.2 疲劳强度计算的的许用安全系数S 选取条件1.3-1.5 载荷确定精确，材料性质均匀1.5-1.8 载荷确定不够精确，材料性质均匀1.8-2.5 载荷确定不精确，材料性质均度较差根据上表应该选择 1.5。（3-7）65.1KSa1- Sm安全强度校核满足条件。 123.2 切丝机切削部分的设计3.2.1 曲柄连杆机构的设计由于一般土豆的直径都低于 90mm，故安装的刀具的宽度为 90mm,初步需要两个刀具，则行程需要 180mm，则所设计的曲柄连杆机构曲柄 90mm, 连杆 180mm,即可满足要求。曲柄做圆周运动，带动连杆，带动刀架做往复运动。如图：图 3.1 曲柄连杆的尺寸设计图3.2.2 销钉的校核连杆的连接方式采用最简单的销钉连接，现以剪钢筋的例子（图 3.8a）说明剪切的概念。上、下两个刀刃以大小相等、方向相反、垂直于钢筋轴线且作用线附近的两个 F 力作用于钢筋上，迫使n-n 截面的左、右两部分发生沿 n-n 截面相对错动的变形（图 3.8b），直到最后被剪断。作为剪切的第二个例子，考察图 3.8a 中连接轴与轮的键。作用于轮和轴上的驱动力偶和阻抗力偶大小相等、方向相反，键的受力情况如图 3.8b 所示。作用于键的左、右两个侧面上的力，力图使键的上、下两部分沿 n-n 截面发生相对错动。在上述两例中的 n-n 截面可称为剪切面。剪切的特点是：作用于构件某一截面两侧的力，大小相等、方向相反、均平行于该截面且相距很近，使构件两部分沿该截面（剪切面）发生相对错动变形。工程中的联接件，如受剪螺栓、铆钉、销钉、键等，都是承受剪切的构件。陕西理工学院毕业设计 第 10 页 共 25 页（ a ） ( b )( c )图 3.2 销钉受剪切力示意图讨论剪切的内力和应力时，以剪切面 n-n 将受剪构件分成两部分，并考察其中任一部分，如图3.2a 和图 3.2b 所示。N-n 截面上的内力 Fs 与截面相切，称为剪力。由平衡方程容易得Fs=F （3-8）（a） (b)图 3.3 剪切面 n-n 受剪图实际计算中，假设剪切面上的应力时均有分布的，因此，若剪切面的面积为 A，则应力是陕西理工学院毕业设计 第 11 页 共 25 页（3-9） AFs与剪切面相切，故为切应力。在一些联接件的剪切面上，应力的实际情况比较复杂，非但切应力不是均匀分布，而且往往还有正应力。由上式算出的只是剪切面上的“平均切应力”，是一个名义切应力。为弥补这一缺陷，在用实验方法建立强度条件时，应尽可能使试样受力情况接近实际的联接件，以求得试样失效（剪断）时的极限载荷。也用上式极限载荷求出相应的名义极限应力，除以安全系数 n，得许用应力 ,从而建立强度条件 （3-10）AFs查材料力学，选用 GB/T119.1-2000 的圆柱销。公称直径 d=10，公差为 m6，l（公称）12-60mm，材料为钢、不经淬火、不经表面处理。则： 0.66 25所以，选用的销钉符合使用要求。 133.2.3 刀具的设计本设计为切丝机，在工作中需要实现切丝长度的转换，为方便快速的实现这一功能，需要两把规格相同的切丝刀，并设计刀架，在刀架上对称布置刀片安装位置，切丝时，土豆下移后留下的凸台，刚好被光滑刃口刀片切除，切成的成品均为长条形。调整切片厚度是在安装切片刀时加装相应厚度的垫块，调整切丝规格是通过跟换相应的刀片。图 3.4 刀具的零件图3.2.4 刀架的设计刀架设计需要有一个刀具安装的定位和夹紧 15。刀具的部件图如图所示：陕西理工学院毕业设计 第 12 页 共 25 页图 3.5 刀架的设计图3.3 压紧装置的设计因为即要做到省力，还要合理利用人力驱动，所以采用何种机构是一个必须解决的问题。我们从小时侯用的手摇卷笔刀上获得灵感，所以我们决定采用手摇式驱动。使用者通过摇动手柄带动轴的旋转，并使凸轮转动，凸轮的转动带动压缩弹簧来给土豆施加压力，保证土豆的夹紧，凸轮的转动由手柄驱动带动转轴的旋转。综合考虑，经过研究，设计的机器通过摇动手柄带动两个机构，最终完成压紧土豆的过程。3.3.1 凸轮的设计按照所需要求，凸轮应该保证 150mm 的位移差，故最小径选 30mm，最大径选 180mm，通过凸轮的转动，使得弹簧压缩已达到所需的压紧力。所设计的凸轮如图所示：陕西理工学院毕业设计 第 13 页 共 25 页图 3.6 凸轮的轮廓形状图3.3.2 弹簧的设计由于是用手柄来压缩弹簧，故其受力也不大，根据机械设计书中弹簧的型号和规格，选用的弹簧材料为碳素弹簧钢丝，其强度极限为 1320-1570pa 型号为 Y1 型。其优点是价格便宜，原材料来源方便。普通圆柱螺旋压缩弹簧的结构尺寸计算公式：1.根据工作条件选择材料并计算其许用应力因弹簧在一般载荷条件下工作，可以按第 3 类弹簧考虑。现选用碳素弹簧钢丝 C 级。并根据弹簧丝直径的尺寸系列表，初选弹簧丝直径 d=6mm表 3.3 常用的旋绕比参数范围d/mm 0.2-0.4 0.45-1 1.1-2.2 2.5-6 7-16 18-42C=D/d 7-14 5-12 5-10 4-9 4-8 4-6根据上图的数据故选用旋绕比 C=6则 25.16.04CK根据公式机械设计式（16-10）得mm3.4681.6d'2F这与估计值相近，查表之后 d 取 5mm,与所得尺寸与所需的要求一致，合适。其他具体尺寸为：中径 D=Cd=30mm内径 D1=D-d=27.5mm外径 D2=D+d=32.5mm压缩弹簧长细比 b=H0/D自由高度 260mm工作高度 100mm节距 p=10mm轴间距 =5mmdp根据刚度条件，计算有效圈数：陕西理工学院毕业设计 第 14 页 共 25 页由式（16-9）得弹簧刚度为 =10N/mm21Fk由表（16-2）取 G=70000Mpa,则弹簧圈数 n 为20.25FkDGd348n取 n=22 圈。此时弹簧的刚度为 k=10*20.25/22=9.2N/mm12弹簧的安装则用两个弹簧支架来支撑其上下移动，通过 6mm 的销钉来保证弹簧的连接，其压缩量为 100mm，来保证弹簧的定位和运动。这种连接的优点是便于拆卸，来达到随时更换弹簧的目的。如图所示：图 3.7 弹簧的装配及设计图3.4 土豆切丝机外型的设计土豆的直径一般不超过 80mm,则所设计的最大直径为 90mm,的进料口即可满足要求，主要尺寸厚度设计为 8mm,高度为 250mm,需要螺栓连接的地方应选择 15mm 做连接，包括其他辅助尺寸，所设计的图形如图：陕西理工学院毕业设计 第 15 页 共 25 页图 3.8 上箱体图下箱体基本尺寸与上箱体相同，但本设计的驱动力来自电动机，故需要电动机的安装部分，根据刀架的运动位置，选择合适的距离，电动机采用在竖直上安装的形式，故应该在箱体的侧面钻需要安装电动机的四个小孔。下箱体的设计如图：图 3.9 下箱体图3.5 总装配图根据以上的设计机构和零件，所设计的土豆切丝机的总装配为：陕西理工学院毕业设计 第 16 页 共 25 页图 3.10 总装配图陕西理工学院毕业设计 第 17 页 共 25 页4 小型土豆切丝机的三维建模利用 Pro/E 进行产品设计时，首先要完成了各个零件的设计，其中基本的设计包括草绘，拉伸，旋转，扫描等，Pro/E 设计的优点是可以更该尺寸，运行方便，又可以进行三维视图等等。三维零件设计完成之后，则可创建一个新的组件，在组件的模块中进行零件的装配。首先必须明白各零件装配的基本操作步骤，然后明白如何指定零件与零件之间的相互配合关系，以将数个零件装配为一个次组件或组件，并产生组件爆炸图。4.1 刀架运动的建模打开 Pro/E 软件，进入草绘平面，选取草绘平面，用拉伸命令绘制出零件一的轮廓图。图 4.1 刀架的草绘平面图在绘制好的草绘轮廓图上对实体进行拉伸，拉伸后得到实体见图图 4.2 刀架的三维建模图装配的具体步骤为：1.新建装配文件Step1.选择下拉菜单 文件 F-设置工作目录 命令。Step2.单击“新建文件”按钮，在弹出的文件“新建”对话框中，进行下列操作：（1）选中“类型”选项组下的“组件”单击按钮；选中“子类型”选项组下的“设计”单选按钮；在“名称”文本框中输入文件名 zhuangpei。（2） 通过取消“使用缺省模板”复选框中的“”号，来取消使用默认模板。（3）单击该对话框中的“确定”按钮。Step3.在系统弹出的“新文件选项”对话框中（图 4.13 所示），进行下列操作：（1） 选取适当的装配模板。在模板选项组中，选取“mmns_asm_design”模板。（2）对话框中的两个参数 DESCRIPTION 和 MODELED_BY 与 PDM 有关，一般不对此进行操作。（3）“复制相关绘图”复选框一般不用进行操作。陕西理工学院毕业设计 第 18 页 共 25 页单击该对话框中的“确定”按钮。 14完成这一步操作后，系统进入装配模式（环境），此时在图形区可看到三个正交装配基准平面。图 4.3 装配模式如图以底座作为缺省目标，图 4.4 装配过程图首先插入零件刀架，对刀架进行滑动杆连接，再对长连杆进行销钉连接，最后对曲柄进行两次销钉连接，由于驱动力为电动机，将电动机按固定的方式装在曲柄处，即可完成如图的装配图。陕西理工学院毕业设计 第 19 页 共 25 页图 4.5 刀具运动总装配图4.2 弹簧的建模弹簧和端盖需要的连接方式为销钉和滑动杆连接。图 4.6 弹簧的装配总图4.3 压紧机构的建模先进行轴类连接，采用销钉连接在上箱上，其次，对手柄进行固定在轴上的固定链接，轴的左侧的设置是采用扳手的六角型，间隙连接，方便拆卸。凸轮机构也应链接在轴上，采用过盈连接，其中心线定位在进料口的轴线上，即可定位完成。陕西理工学院毕业设计 第 20 页 共 25 页图 4.7 压紧机构的总装配图4.4 总装配图的建模弹簧的导向采用导杆安装在上箱体上来定位，上箱体与下箱体的连接采用 M12 的螺栓来进行连接。即可得总装配图如下：图 4.8 总装配图4.5 装配的爆破图装配的爆炸图是组建的分解视图，建立表达清晰的爆炸图，有助于分析产品的结构，规划零件以及给生产工艺的指导工作带来方便，常用来说明产品的组成或者装配顺序等。在装配图中德菜单栏中，选择“视图”-“分解”- “分解视图 ”命令。得到默认的爆炸图。在“视图”“分解”-“编辑位置”命令，移动到合适的位置即可。如图：图 4.9 爆破图陕西理工学院毕业设计 第 21 页 共 25 页5 运动与仿真连接装配只是限制零件若干个自由度的装配，它是创建运动的前提条件，要想实现机构的运动功能，则需进入系统集成的机构模式进行运动分析。5.1 刀架运动的运动刀架的运动是电动机来带动，即在“应用程序”的“机构”中定义电动机中定义“伺服电动机”，如图：图 5.1 刀架运动的仿真对电动机进行定义，选择“运动轴” ，定义电动机“力矩” 。即可对刀架的运动进行仿真。5.2 压紧机构的运动压紧机构的定义在机构的“凸轮”中的凸轮 1，2。定义凸轮 2 时应采用“前后和深度”定义，深度为 100。如图：图 5.2 凸轮的定义即可定义完成凸轮的定义，然后，在手柄上加上驱动力，则压紧机构的驱动力解决。陕西理工学院毕业设计 第 22 页 共 25 页5.3 土豆切丝机的仿真通过各个机构的定义，土豆切丝机的仿真问题得以解决， “分析定义” ，图 5.3 分析定义的过程图定义“帧数”和“停止时间” ，即可完成仿真。点击“回放”如图：图 5.4 动画回放过程动画即可生成，点击“捕获” ，将动画保存为 MPEG 格式，即可生成土豆切丝机的仿真动画，将其“确定”即可保存。陕西理工学院毕业设计 第 23 页 共 25 页图 5.5 仿真动画的保存陕西理工学院毕业设计 第 24 页 共 25 页总结本 次 毕 业 设 计 的 题 目 是 小 型 土 豆 切 丝 的 机 创 新 设 计 。 其 目 标 是 设 计 出 一 台 切丝均匀，安全可靠，主要突出小型，安装方便等优势的机器，适合于家庭用的小型土豆切丝机。主要用到的软件是 CAD,和 Pro/E，通过 CAD 对其进行结构设计以及 Pro/E 实 体 建 模 ， 零件装配，以及 Pro/E的机构运动分析功能，对小 型 土 豆 切丝机进行设计和仿真。这次毕业设计是一次再学习和锻炼的机会，是对所学知识的一个融会贯通的过程。通过毕业设计的撰写，我对所学的知识有了更深层次领悟和掌握，对自己所学的专业有了一个整体认识。通过这次的毕业设计，我真正懂得理论联系实际的重要性，通过查找资料和数据，我进一步完善了自己的知识结构，学习了更多的知识。通过这次毕业设计，不仅强化了我学习的素质、研究素质和创新精神，而且培养了我的创新意识，激发了我探求新知的欲望。认真写作毕业论文，不仅能进一步巩固所学的理论知识，而且还能进一步提高自己的各项基本技能，实践能力和解决问题的能力。另外，通过本次正规论文的撰写，也使我在论文写作方面的能力得到了加强；大学期间也写了不少的论文，但是现在细细想一下自己以前写的论文，真的很惭愧，那些根本不能叫做论文，只能叫做一次作业或者是别的什么东西。通过本次正规论文的撰写，使我掌握了正确的参考文献标注方法，对一篇标准论文的整体布局也有了一个更加深入的理解；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。明白书本上的知识永远学不完，只有努力不断学习，才不会落后。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。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，知道互相学习才是高效率的做法，所以经常向别人请教，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，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。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值!有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。陕西理工学院毕业设计 第 25 页 共 25 页致谢本论文在牟小云老师的悉心指导下完成的。老师渊博的专业知识、严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严于律己、宽以待人的崇高风范，朴实无法、平易近人的人格魅力对本人影响深远。不仅使本人树立了远大的学习目标、掌握了基本的研究方法，还使本人明白了许多为人处事的道理。本次论文从选题到完成，每一步都是在老师的悉心指导下完成的，倾注了导师大量的心血。在此要感谢我的指导老师，从刚开始就一直对我的设计很上心，每个礼拜都要去汇报本周的工作情况，每次去见老师，总会有比自己一个礼拜研究还多的成果，她一步一步给我点名思路，我不懂时，老师会细心的解释和画图，每次去见老师总有一种感觉很惭愧，感觉自己太没有能力了，真心感谢老师给我的帮助。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。