毕业设计（论文）-苹果削皮机结构设计

四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)四川信息职业技术学院毕业设计说明书(论文)设计(论文)题目:苹果削皮机结构设计 专 业: 机械设计与制造 班 级: 机制2018级一班 学 号: XXXXXX 姓 名: XXX 指导教师: XXX 2020 年 9 月 24 日摘要本课题来源于当今社会食品加工工业水果去皮设备的创新和更新换代基础之上，通过设计出水果削皮机，从而来满足当今社会水果去皮设备不足的缺陷。 国内水果去皮设备的研发及制造要与全球号召的高效经济、去皮质量好，效率高等主题保持一致。近期对机械行业中水果去皮的使用情况进行了调查，发现在日常生活中，水果作为绿色食品，是人们的生活的需要，通过对苹果削皮机的市场的初步调研，分析了国内外苹果削皮机的发展，发现国门的苹果加工企业较国外的苹果加工企业在苹果削皮工序存在自动化、连续化程度不高、生产效率低下、工人劳动强度高、次品率高等缺点，对于国内的消费者来说，极需一套具有自主知识产权、创新性、新颖性的苹果削皮机。全自动苹果削皮机的设计应该遵循简单实用、结构紧凑，性能稳定、学习成本低、经济性高、易于拆装等特点，实现削皮的自动化，提高工作效率，使生产过程更加安全卫生。本文运用大学所学的知识，首先从水果去皮机的方案布局入手，通过查找相关资料，确定了本次设计的水果去皮机的具体方案，然后再对去皮机的传动机构以及执行机构进行设计，对其中常用的标准件例如轴承，轴，齿轮传动机构进行设计，最后进行各主要零部件的强度校核。关键词：水果削皮机；自动；传动机构全套图纸加扣 3346389411或3012250582目录绪论1第1章 设计的思路21.1 设计的目的21.2.1设计特点21.2.2设计难点21.3 方案设计2第2章 水果削皮机传动设计42.1 电动机的选型42.1.1电动机的功率42.1.2 电机的转速42.2齿轮传动设计52.3高速轴的设计与校核82.3.1高速轴的设计82.3.2高速轴轴的校核10第3章 固定架的设计133.1材料的选择133.2弹簧的设计133.2.1材料选择133.2.2弹簧选择143.2.3弹簧的校核14第4章刀架及刀片的设计164.1刀架材料的选择164.2刀片的设计164.3刀片的材料的选择16第5章 机体外壳的设计185.1 机体外壳设计要求185.2 机体外壳材料选择18总结20致谢21I参考文献22附录23III绪论我们知道水果中含有较多的维生素和矿物质，但是现代科学技术生产的化肥农药激素等在蔬菜表面都有残留。有的人可能会说，水果洗了数次，并用开水或洗涤消毒后，果皮上的农药不就去掉了吗，回答是否定的，因为这些农药经过单纯的洗涤是不能完全洗掉的，果农在管理果树时，从花落到结果，一直使用农药，时间长，些农药就会残留在果皮里，像六六六、滴滴涕、乐果、敌百虫等毒素，这些农药对人体有一定的毒性，即使是少量的对儿童也极为有害。吃水果时，若不削皮，就会连残留在水果上的农药也吃进去。轻者会呕吐腹泻，重者危及生命。本文着重研究齿轮传动工作原理、渐开线形成和特性、渐开线齿廓的啮合特性，完成自动水果去皮机的设计。在整体上做了苹果形状的外壳，不仅解决了安全问题，同时是您家居的理想装饰品。我们吃水果的时候最麻烦的要数去水果皮了。尤其是水果尾部和侧面的水果皮是非常让我们头疼的。每次用刀具削蔬皮的时候，不断容易伤到手，效率还低下，甚至一不小心会刮伤自己的手。不仅如此，在刮水果皮的时候，水果皮会飞溅到脸上，衣服上，也就是说想吃一顿美味水果，你至少要多洗一次脸，多洗一套衣服，清扫水果皮更是件麻烦的事，看着到处飞溅到地上的水果皮，让人闹心。不过现在不用愁了，因为有了去水果皮机了。它不仅在做水果的时候轻快，吃水果的时候更悠哉。水果皮机相对于传统的剥水果皮工具：如，水果刀来说，它的结构简单，操作方便，价格低廉，高效实用 该机器利用旋转效应，使水果在运动中去皮，去皮干净，对水果体无损伤。去皮后水果皮将自动流出，水果可在出水果口放出。去水果皮机广泛应用于水果类销售市场、饭店、水果类加工厂等等，对水果的加工去皮。 本论文主要研究运用SolidWorks对水果去皮机进行设计。在设计过程中，了解SolidWorks的各种功能。 第1章 设计的思路1.1 设计的目的现在我国的经济水平逐渐提高、生活质量提升，人们更注重身体健康，特别是对水果这类绿色食物的需求量增加，传统的人工手动削水果通常都是用一只手要将削皮的水果拿住另一只手持菜刀对水果进行削皮，往往这样会带来很大的安全事故，对于一个长期削水果的熟手来说都会一不小心将手切伤，更别说是新手，并且削皮的速度也不是很快，长时间削水果会使手不适，从而影响手腕关节，从而不能满足人们对水果削皮的要求。为了改变传动削皮方式低效率、高成本的方法，设计一款可以自动对水果进行削皮的机器势在必行，水果削皮机解放人的双手，快速的对水果进行快速削皮，高效节能，相比传统手工削皮省时省力，相比市场上的类似产品，提高了自动水平，使消费者使用更加方便。1.2方案构思 首先切片机要是体积小，又有实现快速削皮的功能，其次就是比较经济实惠。实现快速削皮就要选择较高转速的电机，为了防止水果旋转掉落，转速不能太大，选择上下夹持，刀具上下运动使削皮面积增大，增加刀架弹性，使道具更好的紧贴水果表面，设计好刀具削皮厚度，使水果表面切削均匀，使用电机反转使刀架回升更加方便。 1.2.1设计特点避免水果削皮时的安全事故；占的空间小，适用家庭、小型餐馆使用；功率小，耗费电力低，噪音小。1.2.2设计难点电动机的转速是多大合适，转速太高会导致水果夹持步稳，水果容易飞出造成事故，转速太低会导致效率低下，水果削皮表面精度不高；轴的强度怎么设计，轴的强度太低，水果削皮机使用寿命不高，会导致成本过高；夹持零件和削皮零件的设计，夹持零件材料的选用和设计会导致夹持水果的平稳性，削皮零件的设计会保证水果削皮表面的精度；外壳的材料的选择，选择合理经济的材料，会导致水果削皮机的使用寿命增高，成本降低，使用方便。1.3 方案设计根据设计思路，设计其水果削皮机整体布局如图1-1所示 电动机 锥齿轮 高速轴 固定架 刀架 低速轴图1-1水果削皮机整体布局第2章 水果削皮机传动设计2.1 电动机的选型已知一个水果总重量0.3-0.5KG,直径0.15m,削皮机其他重量2KG，我们取总重量为3Kg，水果转动速度为V=0.6m/s。即:G=mg2.1.1电动机的功率g取10N/Kg,将所上有数据导入公式中G=mg得到G=30N。电动机输出功率：Pw=FV/1000=0.018kW传动装置的总效率 ,式中，为从电动机至滚筒轴之间的各传动机构和轴承的效率。表2-1机械传动效率表锥齿轮传动效率,滚动轴承传动效率为2=0.98直齿轮传动效率为3=0.99,丝杠传动效率。则=12434=0.53，故：表2-2KTY交流同步电机参数表由表2-2选取电动机额定功率=0.04kw2.1.2 电机的转速为了便于选择电动机转速，先推算电动机转速的可选范围。由推荐减速装置(一级减速器)传动比范围，则电动机转速可选范围为：可见同步转速为120r/min的电动机符合。由表2-2选定电动机的型号为70KTYZ。主要性能如下表2-3：表2-3电机参数表电机型号额定功率转速堵转转矩最大转矩70KTYZ40W120r/min 0.80.8图2-1 ZYT系列永磁直流电动机产安装尺寸计算传动装置的传动比总传动比i总=nmnw=14分配传动比,取斜齿的传动比i1=3，则直齿的传动比i2=143=4.6高速轴的转速 r/min低速轴的转速 各轴输入功率为()高速轴的输入功率低速轴的输入功率2.2齿轮传动设计按图1-1所示的传动方案，选用斜齿圆柱齿轮传动。削皮机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB1009588）。由表10-1选择小齿轮材料40Cr（正火），硬度169217HBS,大齿轮材料为45（正火），硬度为169217HBS。表2-4齿轮材料表总数材料牌号热处理硬度强度极限屈服极限应用范围145正火169-217HBS580290低速轻载调制217-255HBS650360低速中载表面淬火45-55HRC750450高速中载低速重载冲击很小选小齿轮齿数，齿轮传动比为i2=4.6，则大齿轮齿，取，按齿面接触疲劳强度设计，由计算公式，即： 表2-5载荷系数K原动机工作机的载荷特性均匀、轻微冲击中等冲击大冲击电动机11.21.21.61.61.8多缸内燃机1.21.61.61.81.82.1单缸内燃机1.61.81.82.02.22.4选取载荷系数K=1.2区域系数ZH=2.5，计算小齿轮传递的转矩T=7.9N.m。 表2-6 齿宽系数齿轮相对于轴承的位置齿面硬度软齿面硬齿面（大轮或小轮硬度350HB）(大、小轮硬度350HB)对称布置0.81.40.40.9非对称布置0.61.20.30.6悬臂布置0.30.40.20.25选取齿宽系数d=1。 表2-7弹性影响系数得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa12。图2-2接触疲劳强度极限按齿面硬度差得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1=650MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限应力循环次数计算：60×40×1×4800=1.327×N2=N14.85=1.327×104.859=2.74×108图2-3接触疲劳寿命系数取接触疲劳寿命系数Zn1=0.9，Zn2=1计算接触疲劳许用应力，安全系数S=1,则：=0.9×650=605MPa=1×580=580MPa试算小齿轮分度圆直径代人中较小的值。d>=45.4mm1.计算圆周速度：v=d1tn160×1000=×45.4×4060×1000=1.1m/s2.齿宽：b=dd1t=1.1×45.4=49.94mm55 mm ，+5=60mm3.模数：mt=d1tz1=49.9422=2.27mm，取标准值m=2.5.4.分度圆直径=22×2.5=55mm=102×2.5=138mm5.中心距：=96.5mm校核弯曲疲劳强度：齿形系数由图2-3得=4.31，=4.38弯曲疲劳许用应力按齿面硬度中间值查图2-1得=240，=220弯曲疲劳安全系数=1，=1 按一般可靠性要求，取弯曲疲劳安全系数=1 =240MPa，=220MPa校核计算：=13.3MPa< MPa< 故弯曲强度足够。2.3高速轴的设计与校核 轴与其上的零件组合成一个组合体，在轴的设计中不能只考虑轴本身，必须和轴系零部件的整个结构密切联系起来。轴的结构设计是在初算轴径的基础上进行的。为满足轴上零件的定位、紧固要求和便于轴的加工和轴上零件的装拆，通常将轴设计成阶梯轴。轴的结构设计的任务是合理确定阶梯轴的形状和全部结构尺寸。轴的材料选用45号钢，用切应力为40MPa为保证其力学性能，进行调质或正火处理。2.3.1高速轴的设计按照扭转强度估算轴的最小直径，写成设计公式，轴的最小直径mm，c=118,P=0.03KW,n=40n/min,代入设计公式得=10.72mm。考虑到轴上有键槽以及其他因素的影响，应适当增加轴径以补偿键槽对轴强度的削弱。取轴的直径d为11mm，装有密封元件和滚动轴承处的直径，应与密封元件和轴承的内孔径尺寸保持一致。轴上两个支点的轴承，应尽量采用相同的型号，便于轴承座孔的加工。相临轴段的直径不同形成轴肩。当轴肩用于轴上零件定位和承受轴向力时，应具有一定的高度，轴肩处的直径差一般取2-3mm，这里轴肩出的直径差选择2mm，然后协调各段轴的长度，考虑到要装轴承座和机构的合理性，还有其他各方面的因素，初步确定轴的各段长度。又因为高速轴1有3个键槽，应增大轴径以考虑键槽对轴的强度的削弱。故轴应相应地增大10%-15%现将轴增大15%。则增大后的最小轴径，取为13mm。轴上各段直径的初步确定:A段:d1=13mm,由最小直径算出。B段：d2=17mm，与轴承（深沟球轴承6003）配合C段：d3=20D段：d5=22，设计轴肩高度h=1mmE段：d6=24F段：d7=28，轴肩高4mm。G段：d7=26H段：d7=20，与轴承（深沟球轴承6004）配合轴上各段所对应的长度:A段长度为L1=28B段长度为L2=21；C段长度为L3=32；D段长度为L4=31；E段长度为L5=18；F段长度为L6=2；G段长度为L7=4;H段长度为L8=16。轴的设计如下图2-4图2-4高速轴图2.3.2高速轴轴的校核按弯扭合成强度校核轴径 ，画出轴的受力图、水平面的弯矩、垂直面内的弯矩，并作出弯矩图 图2-5高速轴的弯矩图1.作水平面内的弯矩图。支点反力为 FHA=FHB=Ft2=30942=329N1-1截面处和2-2截面处的弯矩 MH1=329×50N.mm=16458N.mm MH2=329×26N.mm=8558N.mm2.作垂直平面内的弯矩图，支点反力1-1截面左侧弯矩为1-1截面右侧弯矩为2-2截面处的弯矩为3.作合成弯矩图1-1截面2-2截面4.作转矩图T=77.34N.mm5.求当量弯矩因减速器单向运转,修正系数为0.66.确定危险截面及校核强度截面1-1、2-2所受的转矩相同，但弯矩，并且轴上还有键槽，故1-1可能为危险截面。但由于也应该对截面2-2校核1-1截面2-2截面许用弯曲应力，满足条件，故设计的轴有足够的强度，并有一定余量。第3章 固定架的设计3.1材料的选择固定架是夹持水果的零件，所以要有稳定的化学和物理性能，具有良好的刚度，考虑经济选择塑性材料。ABS塑料具有良好的综合物理力学性能，密度1.02-10.08g/cm³，机械性能优良，有较好的冲击韧性，刚度、硬度、疲劳强度均很好；ABS塑料有良好的电性能，可用作一般要求的电绝缘材料；ABS塑料具有良好的化学稳定性，除了浓氧化性酸外，对其他酸、碱、盐类都比较稳定，用于机械零件和外壳制造。选用ABS玻纤增强系列，ABS树脂经玻纤增强后，弯曲模量可以大幅度提高，耐高、低温冲击性能好，具有优秀的耐疲劳强度，同时尺寸稳定性得以改善。表3-1 ABS材料选型等级区分 特性 用途 特殊级 HAG5210 超高冲击、10%玻纤增强 空调轴流风叶、离心风叶、贯流风叶、汽车仪表盘、照相器材、仪表骨架、汽车零件 HAG5220 超高冲击、20%玻纤增强 HAG5223 耐热级、20%玻纤增强 根据表格3-1，故选用HAG5210型材料3.2弹簧的设计3.2.1材料选择经过查表选择有两种材料适合，这两种材料的相关信息表32所示。表3-2 弹簧材料表削皮机是长期处于潮湿的工作下，因此需要防腐。不锈钢丝的弹簧（G =71000 MPa）就具有这一特点。3.2.2弹簧选择表33弹簧的尺寸根据查表33与实际情况选择小径1.4mm、中径9mm、最大工作变形量15N/mm、有效圈数8.5圈的弹簧。3.2.3弹簧的校核1.弹簧常数计算公式K=0.55kg·f/mm 将由表32和33查出的相关数据代入弹簧常数计算公式中解得弹簧常数的值 K=0.55kg·f/mm。2.弹簧的弹力公式F=K·x 将由表33查出的相关数据与弹簧常数计算公式中解得弹簧常数的值代入弹簧的弹力公式中解得弹簧的弹力为F=8.25N。3.固定架对弹簧的力固定架的可以看作是长122mm、宽8mm、高8mm的矩形，下部分是圆柱体，圆柱体的直径是7mm、高13mm。材料是abs，密度是1.02-10.08g/cm3V总=V长+V圆=8032mm3 由公式解出支撑板总体积V总=8032mm3 。其质量计算M=V 将由公式解出支撑板总体积与材料是热镀锌薄钢板，密度是1.02-10.08g/cm³数据代入解得质量M=0.008kg故固定架对弹簧的力G=mg 将解得质量的数据代入其中，g取9.8N，解得G=0.08N只要弹簧的弹力在外力之上就是可取得的，GF所以选择的弹簧可取。第4章刀架及刀片的设计4.1刀架材料的选择刀架和刀具在切削时要紧贴水果表面，所以刀架要有足够的弹性与韧性。PA66机械强度高，韧性好，有较高的抗拉、抗压强度。比拉伸强度高于金属，对冲击、应力振动的吸收能力强，冲击强度比一般塑料高了许多，它们的密度均稍大于1，密度：1.14-1.15gcm3。拉伸强度：60.0Mpa。伸长率：30%。弯曲强度：90.0Mpa。缺口冲击强度：(KJm2)5,尼龙主要用于汽车工业,机械制造工业.4.2刀片的设计削皮不易太厚也不宜太薄，削皮厚度适合大约1mm左右，该刀具切削刃的长度是20mm,整体厚度是3mm。4.3刀片的材料的选择刀片的材料一般选择金属材料，由表4-1选择刀片材料类型。表41刀片材料材料名称性能与特点碳钢 传统的中式厨刀都是碳钢做的，普通的弹簧钢能轻松做出62HRC硬度的刀刃，保持性不错，而且因为微观组织的差异，碳钢刀比不锈钢刀更容易磨得锋利，它的切割力好。不锈钢 马氏体型钢的刀是家用厨刀的主流。碳越多刀越硬，价格也相马氏体型钢的刀是家用厨刀的主流。碳越多刀越硬，价格也相裂，日常用刀超过50HRC就可以，要想劈砍等，大概指标要超过56-58HRC合适。高端合金钢 一些高端的合金钢材家庭使用有些性能浪费，中端的钢材有VG10，一种保持性很好的钢材。根据表41情况和实际需要（防锈）的情况，不锈钢的刀具具有很好的防锈特点并且硬度一般在50HRC-58HRC，同时马氏体型不锈钢刀也是是家用厨刀的主流。故选用不锈钢材料制作刀具。第5章 机体外壳的设计5.1 机体外壳设计要求根据苹果削皮机的工作环境和使用寿命，一般可根据以下几点进行设计。1.机体外壳要具有一定的强度、硬度2.能起防锈、能够起到绝缘的效果3.整体不是很笨重4.外壳材料要较轻5.2 机体外壳材料选择根据机体外壳的设计要求，故考虑塑性材料。 材 料性 能聚丙烯（PP）丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS）物理性能1、 密度：比重为0.89 0.912、 尺寸稳定较差、收缩率1.2 2.0%3、 无色无味、无毒带白色蜡状无毒，不透水，但透水蒸气，吸水率低，制品表面可以抛光，能得到高光泽的制品，收缩率0.5%比重为1.05左右。热性能有良好的耐热性，熔 点164 170°C，制品能耐100°C以上的温度煮沸消毒。低负荷下亦可在110°C连续使用。热变形温度：65 124°C，通常注塑热变形温度约为93°C，塑料制品的使用温度范围40°C 100°C。机械性能有很大的弯曲疲劳寿命，活动铰链能承受7×10次以上的折叠弯曲而没有损坏痕迹，但对缺口敏感，硬度不及PS及ABS，耐磨性比PS好。有极好的冲击强度，耐磨性好。化学性能对化学药剂的侵蚀和沾污的耐无御性能良好，与无机盐类的水溶液机酸类，碱类的稀或浓溶液不起化学作用。对水、无机盐、碱及酸类几乎完全没有影响，在酮、醛、酯、氯化烃中会溶解或形成乳浊状。不溶于部分醇类和烃类溶剂，受冰醋酸植物油等化学药品侵蚀引起应力开裂。表5-1塑性材料表根据表5-1，故选用ABS塑性材料。ABS塑料具有良好的综合物理力学性能，密度1.02-10.08g/cm³，机械性能优良，有较好的冲击韧性，刚度、硬度、疲劳强度均很好；ABS塑料有良好的电性能，可用作一般要求的电绝缘材料；ABS塑料具有良好的化学稳定性，除了浓氧化性酸外，对其他酸、碱、盐类都比较稳定，用于机械零件和外壳制造。图5-2机壳材料图由表5-2选挤出级系列ABS材料。挤出成型用ABS树脂，利用一般挤出成型机或其它设备，可容易挤出成型出侧面板、板材、片材、管材、筒状物等各种不同形状的挤出制品。 1.具有适合挤出成型的加工性 2.从大型板到小薄板，可得范围广的制品 3.具有优秀的二次加工性，可得良好光泽的成型品表5-3 ABS材料表等级区分 特 性 用 途 ABS 770 一般挤出 板材、各种不同形状的挤出品 ABS 790S 超高冲击 筒状物、船、小艇 ABS 795 超高冲击.优良流动 管材、提包 由表5-3选择ABS770塑性材料。总结通过此次毕业设计，我不仅把所学知识融会贯通，还丰富了大脑，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了机械发展方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。毕业设计是我作为一名学生即将完成学业的最后一次作业，他既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，毕业设计是我对所学知识理论的检验与总结，能够培养和提高设计者独立分析和解决问题的能力；虽然在毕业设计中问题不断的出现，但是通过查找资料与老师的帮助还是圆满解决，从中不仅让我认识到自己什么方面不，还让我知道我们学习之外的其他知识。毕业设计是我在校期间向学校所交的最后一份综合性作业，同时也标志着我们将离开学校面向未来开始新的生活。毕业的时间一天一天的临近，毕业设计也接近了尾声要进行毕业答辩了。在通过不断的努力下我的毕业设计终于完成了。虽然这毕业设计完成了，但以后的路还是要走。总而言之，通过这次的毕业设计让我知道长路漫漫无论遇到多大的浪，只要有做毕业设计时那种遇到困难要想方设法解决的心以后才会走得更远。致谢毕业设计是大学最后一次非常难得的理论结合实际的学习机会，在这次学习中不仅展现出自己的学习成功，还锻炼了自己对查找资料和软件制图的能力，开阔机械方面的视野与见识。在这里非常感谢我的指导老师和其他老师在我完成毕业设计这几个月来不辞辛劳的亲切指导和设计过程中提出的宝贵意见与建议。说实话，我从开始认真做毕业设计的时候，才领悟到知识确实是种强大的工具，我现在想来前面失去的，我想在通过在工作中补回来，想到这里自己说了句“呵呵”，但是话说回来，这次的毕业设计我花了挺大的功夫，虽然是苦，但心里挺开心的，最后在这里衷心的对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意，谢谢各位同学的助。参考文献1胡建生.机械制图（多学时）第2版.北京.机械工业出版社，2013.6（2014.9重印）2吕如良.电工手册（第5版）.上海.上海科学技术出版社.2014.013 戴少度.材料力学（第1版）. 北京.国防工业出版社.2000.084 成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社,20005周玉丰.机械设计基础M. 北京：机械工业出版社，2014.126曾艳玲. 公差配合与技术测量M. 北京：兵器工业出版社，2014.12第 22 页