土豆扒皮機的設計-紅薯土豆兩用去皮機含SW三維及11張CAD圖帶開題
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XXX設計(XX)
題 目:土豆扒皮機的設計
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英文題目:The design of potato peeler
學 院:________________________
專 業(yè):________________________
姓 名:________________________
學 號:________________________
指導教師:________________________
20XX年11月15日
摘要:土豆作為人們的主要食品之一,具有豐富的營養(yǎng)價值,人們在日常生活中,人們都會圍繞土豆來做出各種不同的菜肴,例如炒菜,燉湯等等。而通過刀具切削土豆片會很麻煩,如果有能夠對土豆皮進行自動去皮的機械,那樣在一定程度上會大大提高去皮效率和質量。
該土豆扒皮機是通過人工將土豆倒入到土豆去皮機的筒體里面,底部電機通過齒輪傳動帶動傳動軸轉動,從而帶動旋轉體轉動,旋轉體現場焊接有可以通過土豆與旋轉體表面摩擦而出皮的小型金屬磨刃,土豆跟隨著旋轉體一起旋轉,而筒體的內壁焊接有刮皮刀,這樣伴隨著旋轉體的轉動,筒體里面的土豆一直不斷地和旋轉體表面的小型金屬磨刃以及筒體內壁的刮皮刀摩擦而達到出皮的效果
關鍵詞:土豆去皮機;刀具;旋轉體;去皮
I
Abstract:potatoes as one of the main food of the people, with rich nutritional value, people in daily life, people will around the potato to make a variety of dishes, such as cooking, soup, and so on. And through the cutting tool cutting potato chips will be very troublesome, if there is to be able to peel the skin of the machine, then to a certain extent, will greatly improve the efficiency and quality of the peel.
The potato peeler is through artificial potatoes into potato peeling machine barrel inside, at the bottom of the motor through the transmission gear to drive the transmission shaft to rotate, so as to drive the rotating body rotation, rotation body spot welding can be through the potatoes with a rotating body surface friction and skin small metal grinding, potatoes and with the rotary body to rotate together, and the inner wall of the cylinder body welding scraping knife, that comes with the rotation of the rotating body, the inside of the barrel body of potatoes has been constantly and the surface of a rotating body of small metal grinding blade and the inner wall of the barrel body scraping knife friction to the skin effect
Key words:Potato peeling machine,cutting tool,rotating body, peeling
II
21
青島濱海學院機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)設計
目 錄
摘要 I
Abstract II
1緒論 1
1.1 課題的來源與研究的目的和意義 1
1.2 本課題研究的內容 2
1.3 國內外發(fā)展現狀 2
2土豆去皮機總體結構的設計 4
2.1 土豆去皮機的總體方案圖 4
2.2 土豆去皮機的工作原理 4
2.3 機械傳動部分的設計計算 5
2.3.1伺服電機的選型計算 5
2.3.2齒輪傳動的設計計算 7
2.3.3軸承的設計計算 8
2.3.4軸的設計 8
2.3.5刀具的選擇 9
3各主要零部件強度的校核 10
3.1機架強度的校核與計算 11
3.2齒輪強度的校核計算 12
3.3軸承強度的校核計算 14
4土豆去皮機中主要零件的三維建模 15
4.1筒體的三維建模 17
4.2機架的三維建模 18
4.3主動齒輪的三維建模 20
4.4土豆去皮機的三維建模 22
結論 23
致謝 24
參考文獻 25
III
1 緒論
1.1 課題的來源與研究的目的和意義
在英國,土豆去皮設備等產業(yè)越來越多地將工場設在河邊,利用人工來對土豆進行去皮。在這樣的生產需要下,19世紀初出現了新型的土豆去皮機,1965年,德國人費倫斯發(fā)明了半自動的土豆去皮機,降低了人工的浪費。1981年費倫斯又創(chuàng)制出提供回轉動力的土豆去皮機,擴大了土豆去皮機的應用范圍。土豆去皮機的發(fā)明和發(fā)展,使土豆等類似食品的加工行業(yè)和工業(yè)生產都得以機械動力化。土豆去皮機幾乎是20世紀唯一的加工土豆的機械。
當今社會,無論從去皮數量、質量、經濟效益等各方面來衡量,此次設計的新型土豆去皮機,它已經遠遠超越了以往的傳統的土豆去皮機,并成為各國爭相發(fā)展的行業(yè)。1986年江蘇的永趕公司實現了土豆去皮機的創(chuàng)新設計,并通過打入亞洲以及南美市場,取得了不錯的成績。從20世紀起,新型的土豆去皮機不斷誕生,進入20世紀,出現各種實驗應力分析方法,人們已能夠通過機電的有機結合設計出智能化的土豆去皮機,相信在不久的將來,改機電一體化智能產品,將會得到越來越廣闊的應用。土豆作為人們的日常的食品,是人們的生活的需要。為了實現土豆的自動化去皮,從而來代替?zhèn)鹘y的人工削皮來提供勞工效率,適應現代化機械工業(yè)高速發(fā)展的需要,所以在機械設備中它們的去皮設備的生產也有著嚴格的要求。傳統的土豆在沒有自動去皮設備而需要人工去皮的情況下,去皮效率低下,勞動強度大,所以設計一個專用的土豆去皮勢在必行。
通過對實際的生產設備進行考察,從而提出了新型土豆去皮機的結構組成、工作原理,擬定了土豆去皮機總的指導思想,得出了該新式土豆去皮機的優(yōu)點是高效,經濟且易維修的結論。
根據結合自身所學和本次所選課題的難易度,覺得無論是在知識層面還是在軟件的運用技能上面,該課題很適合我,加之本課題來源于當今社會機械工業(yè)土豆去皮設備的創(chuàng)新和更新換代基礎之上,通過設計出土豆去皮機,從而來滿足當今社會土豆去皮設備不足的缺陷。
1.2 本課題研究的內容
土豆作為人們的日常食物的一種,經常出現在人們的餐桌上面。本次設計的土豆去皮機主要是針對日常生活中見到的土豆來進行的,由于筒體內部空間足夠,所以通常能夠對普通的常規(guī)的大小土豆能夠去皮干凈。
本次設計主要針對土豆去皮機進行設計,從土豆去皮機的整體方案出發(fā),然后具體細化出具體內部結構,其具體內部結構主要包括以下幾個方面:
1.2.1到圖書館里查閱大量相關知識的資料,搜集出各類土豆去皮機的原理及結構,挑選相關內容記錄并學習。
1.2.2分析土豆去皮機的結構與參數
1.2.3確定設計總體方案
1.2.4確定具體設計方案(包括去皮機構的設計,齒輪傳動的設計,電機,軸承等的選型設計等等)
1.2.5土豆去皮機的三維圖的繪制、CAD裝配圖、零件圖的繪制。
1.2.6說明書的整理
1.3 國內外發(fā)展現狀
我們在2002來自于王健的以前的資料,他數十年的廢寢忘食建造了一個簡單的土豆去皮機機構,開純機械時代。王健更設計出多功能復合土豆去皮機,在這之后,臺灣教授顏洪森以傳動的土豆去皮機為基礎,開發(fā)了一系列的土豆去皮機,如四連桿式,六連桿式等等土豆去皮機,查建中和其他人一起以凸輪機構為對象,共同鉆研考慮怎樣改良按壓力引發(fā)的角度以及零部件的分理??傊瑐鹘y的對象加上科學的分析和先進的理論,使得土豆去皮機在國內的研究范圍和深度得到了極大的豐富和發(fā)展。
何人最先取得此項專利已無可知曉,只了解到外國科學家在十九世紀末建造出了一部類似于土豆去皮機的機械,整體部分是用齒輪以及連接桿件機構組裝,但是卻沒有做出實物來加以佐證.20世紀初又有人運用齒輪以及連接桿件體系制造出類似的土豆去皮機,然而相關資料中并沒有找到對這個作品的介紹,所以那個時候有關土豆去皮機的研究還僅能思組成以及運動起來的規(guī)律。同期,又有兩位發(fā)明家麥吉以及弗蘭科創(chuàng)作了首部徹底用計算機操縱的土豆去皮機。接下來幾年有關此機器的設計被充分的融入了運行操縱理論。1979年席羅思在行進土豆去皮機里加入了操縱水平行走的儀器,同樣在腿上加入了保持和校對偏向的裝置。20世紀末布朗、羅布特以及莎普恩斯研究了加入了液壓部件和直流電機的相應土豆去皮機。這都意味著人類對機械體系的認識已從簡單的考慮邁入了整體操縱、計算機和高新科技的相互融匯貫通的康莊大道。
從廣闊的視野、各種各樣的活動,還有和學術報告、規(guī)范標準以及另外別的角度的的詳細內容,我們得到了包含定位、性質以及應用土豆去皮機的大環(huán)境。土豆去皮機已發(fā)展到注重提高生產效率,成品質量穩(wěn)定性。最近,超多的市場已經建立了土豆去皮機的商業(yè)用途,像土豆去皮機,它的應用已經滲透到家庭家居生活等。出色的土豆去皮機技術不僅實現創(chuàng)建一個新的市場,也為提高人們的生活水品做出了非常重要的貢獻。在一個國家或地區(qū)有土豆去皮機具有普遍偏向的方式。今后,會更加流行正在蓬勃發(fā)展的土豆去皮機。OMG國標早就認可中介范例,ISO資質也授與了能減少勞動力的土豆去皮機。即使在大規(guī)模對土豆進行去皮的活動,這是越來越多的土豆去皮機的使用。根據土豆去皮機技術應用在通訊,家電,汽車,醫(yī)療設備和其他,土豆去皮機已被廣泛認可。它是一種動力,看來像它會導致一個新的行業(yè)。土豆去皮機研發(fā)情況固然都在被上述所整理,然而這些仍然是顯示出要把土豆去皮機推向消費者。歐美等發(fā)達國家成立有相應計劃,本國也需求更好的戰(zhàn)略,方能維持積極地有力發(fā)展。新服務土豆去皮機對于市場具有應用性很強的領域,比如孜孜不倦的創(chuàng)新產品、醫(yī)療項目、相關福利以及防不勝防的自然性或人為性災難。在另一方面,雖然產自日本的工業(yè)土豆去皮機依然是行業(yè)里最好的,但其他國家都在奮起直追。在關于實際使用中,美國提出了很多觀點。在美國有建立國家計劃項目,歐洲也是,如Horizon2020,我們的國家也需要更好的政策,才能保持健康的發(fā)展前景。傳統的土豆去皮機產品圖片如下圖1,2所示:
圖1
圖2
2 土豆去皮機總體結構的設計
2.1 土豆去皮機的總體方案圖
土豆去皮機屬于食品加工設備的一種,通常市面上用到的都是立式的,因為立式的土豆去皮機復合人體工程學原理,很輕松地就將土豆放入到了土豆去皮機里面進行去皮。人工將土豆倒入到土豆去皮機的筒體里面,該土豆去皮機底部由電機通過齒輪傳動帶動傳動軸轉動,從而帶動旋轉體轉動,旋轉體現場焊接有可以通過土豆與旋轉體表面摩擦而出皮的小型金屬刀片,土豆跟隨著旋轉體一起旋轉,而筒體的內壁焊接有去皮刀,這樣伴隨著旋轉體的轉動,筒體里面的土豆一直不斷地和旋轉體表面的小型金屬磨刃以及筒體內壁的刮皮刀摩擦而達到出皮的效果。由于筒體里面的金屬刀刃呈現圓周分布,所以通過不斷地在里面旋轉,土豆的皮就會去得很干凈。其總體方案圖如下圖1-1所示:
1-1 土豆去皮機總體方案圖
2.2 土豆去皮機的工作原理
通過人工將土豆倒入到土豆去皮機的筒體里面,該土豆去皮機底部由電機通過齒輪傳動帶動傳動軸轉動,從而帶動旋轉體轉動,旋轉體現場焊接有可以通過土豆與旋轉體表面摩擦而出皮的小型金屬磨刃,土豆跟隨著旋轉體一起旋轉,而筒體的內壁焊接有刮皮刀,這樣伴隨著旋轉體的轉動,筒體里面的土豆一直不斷地和旋轉體表面的小型金屬磨刃以及筒體內壁的刮皮刀摩擦而達到出皮的效果。
2.3 機械傳動部分的設計計算
2.3.1伺服電機的選型計算
已知旋轉體,以及傳動軸,軸承以及其他零部件的總重量90KG,其他重量(假設放入的土豆的總重量為10KG),我們取總重量為100Kg,旋轉體轉動速度為1~2r/min。即:
具體的電機設計計算如下:
1、確定運行時間
本次設計加速時間
負載速度(m/min)
有速度可知每秒上升50mm,
電機轉速
3.負載轉矩
式中:
4.電機轉矩
啟動轉矩
必須轉矩
S為安全系數,這里取1.0。
根據以上得出數據,我們選用電機型號為92BL-4020L1,此電機廠家為機電產品。根據電機的特性曲線以及參數表如下:
根據計算和特性曲線以及電機基本參數表,我們選用電機型號為92BL-4020L1,電機額定功率為1.5KW,額定轉矩為13.85N.m,最大轉矩為16.01N.m,額定轉速為 3000r/min。
2.3.2齒輪傳動的設計計算
1) 選擇\齒輪材料為45(調質),硬度為280HBS.
2)精度等級選用7級精度;
3)大齒輪齒數z2=125的;
4)齒輪模數為2的直齒輪
按齒面接觸強度設計
通常情況都是根據低速級的齒輪來進行齒輪傳動的設計。
1) 確定公式內的各計算數值
(1) 試選Kt=1.6
(2)選取區(qū)域系數ZH=2.433
(3)選取尺寬系數φd=1
(4)εα1=0.9,εα2=0.85,εα=εα1+εα2=1.75
(5)根據相關資料,我們可以知道材料的彈性影響系數ZE=200Mpa
(6)根據齒輪設計相關資料,我們可以知道接觸疲勞強度極限σHlim1=600MPa,而大齒輪的疲勞強度極限σHlim2=550MPa;
(7)計算應力循環(huán)次數
N1=60n1jLh=6.64×107=710.48;
(8) 根據相關資料,我們可以知道齒輪的疲勞壽命系數KHN1=0.9; KHN2=0.95 ;
(9) 計算接觸疲勞許用應力 ;
[σH]1=0.9×600MPa=540MPa [σH]2=0.9×500MPa=450MPa
[σH]=[σH]1+[σH]2/2=554.5MPa;
2.3.3軸承的設計計算
已知軸承預計壽命20×365×8=58400小時;
(1)已知nⅡ=458.2r/min?兩軸承徑向反力:FR1=FR2=500.2N;
初先兩軸承為深溝球軸承6208型。
根據課本P265(11-12)得軸承內部軸向力FS=0.63FR則FS1=FS2=0.63FR1=315.1N;
(2)∵FS1+Fa=FS2Fa=0? 故任意取一端為壓緊端,現取1端為壓緊端
FA1=FS1=315.1N???FA2=FS2=315.1N;
(3)計算當量載荷
P1、P2根據課本P263表(11-9)取f?P=1.5;根據課本P262(11-6)式得
P1=fp(x1FR1+y1FA1)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N;?
P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5×(1×500.2+0)=750.3N;?
(4)軸承壽命計算
∵P1=P2故取P=750.3N;?
∵深溝球軸承 ε=3;
2.3.4軸的設計
軸作為機器的一個關鍵組成部分,其為各類傳動部件的安裝,傳動的扭矩和旋轉運動圍繞軸進行,而且經過軸承和機架連接。為了滿足定位軸上的緊固件和容易加工和裝配的軸類零件和拆卸,通常軸設計成階梯軸。軸系的零件是由軸和它上邊的零部件構成一個裝配體系,研究軸的過程中不僅要研究軸體自己的數據,還要將系統里的全部零部件融合在一起。
因為用于振動的傳遞的軸體不僅要傳送扭矩,還得經受住彎矩,是以本人研究的階梯性軸是轉動軸。因為確定了小帶輪的參數,相應的大帶輪隨之確定。接下來的工作就是計算軸體的直徑了。軸體的研究需要憑借扭轉強度來調整彎曲的強度,因為可用作軸的原料比較多,所以必須得明確軸的應用環(huán)境,還有規(guī)定諸如剛度,強度以及別的機構機能??梢允褂脽崽幚磉@種方法,當然也要琢磨怎樣使加工簡單并且花費較少,用研究計算所得的數據以確定軸體的用料,故采取45號鋼當成軸體的原料,它需要40MPa的切應力。然后需要做正火或者調質處理來確保它的力學性能。
2.3.5刀具的選擇
本次設計的去皮刀具,主要是采用圓周分布的形式,表面采用了淬火處理,只有這樣,才能保證刀具的耐磨性和鋒利。傳統的去皮刀結構單一,有時候對土豆的去皮去不到位,達不到去皮效果,本次采用多刀片呈現圓周分布的形式,這樣才能保證對需要去皮的土豆去皮干凈。本次設計針對土豆去皮的刀具具體結構圖如下圖1-2所示:
圖1-2 刀具結構圖紙
?
3各主要零部件強度的校核
3.1機架強度的校核與計算
機架的選擇根據整個系統的總重量來定,方管機架受力分析得出,由分析得出底架在平衡狀態(tài)下只受地面對其的支撐力和在其表面上物體所給的壓力。見下圖:
即物料和底架上面的所有零部件等等給的壓力為G=20000N(10000Kg)+(1000X20N)=30000N;
根據方管承載力計算公式:
M=Pac/L
(僅用于截面)
f=M/W≤材料的許用應力(彈性抗拉強度/安全系數)。
M=Pac/L=11960xL,本次設計初定L為1200mm
則M=13456N.M
,初定方管為40x40x5。計算W得出
折算后位270Mpa
查的普通碳素結構鋼Q235A的抗拉強度為375~500Mpa,由于270Mpa遠遠小于375Mpa,所以初定方管滿足要求。
3.2齒輪強度的校核計算
由于驅動旋轉體旋轉的主動齒輪和從動齒輪材料均選用45,調質處理。
查得:
則:
(1)驗算齒面接觸疲勞強度
載荷系數,取K=1.5
查得: 接觸應力為:
(2)驗算齒根彎曲疲勞強度
取 K=1.5
查表:許用彎曲應力:
彎曲疲勞強度的最小安全系數,取
則:
由上述計算可知,均滿足要求。
3.3軸承強度的校核計算
3.3.1滾動軸承的選擇
滾動軸承為雙列圓錐滾子軸承350324B,由文獻[2]表得KN,KN,,。
3.3.2壽命驗算
軸承所受支反力合力
N (4.1)
對于雙列圓錐滾子軸承,派生軸向力互相抵消。
,N
由文獻[2]表得, ,
N (4.2)
按軸承B的受力大小驗算
h (4.3)
h=年
由于拖拉機減速箱的運轉平穩(wěn),必須選擇較大壽命的軸承,軸承能達到所計算的壽命。
經審核后,此軸承合格。
4 土豆去皮機中主要零件的三維建模
4.1筒體的三維建模
4-1 筒體
4.2機架的三維建模
4-2 機架
4.3主動齒輪的三維建模
4-3 主動齒輪
4.4土豆去皮機的三維建模
4-4 土豆去皮機
結 論
到如今,畢業(yè)設計總算接近尾聲了,通過這次對于土豆去皮機的設計,使我們充分把握的設計方法和步驟,不僅復習所學的知識,而且還獲得新的經驗與啟示,讓我收益頗多。特別是針對機械的機構設計這部分,我感觸最深。對于次次設計的土豆去皮機,主要的傳動的機構是齒輪傳動,針對這個機構的設計,我花費了較多時間和精力,通過查找相關的齒輪傳動的設計資料以及土豆去皮機的相關問題來確定齒輪的模數和齒數,以及齒輪的內孔的設計,直到最后齒輪的強度校核部分。經過這個過程的學習和設計,讓我印象尤為深刻。
在以后的工作中,我相信我還會遇到很多類似的問題,但是有了這次的學習和設計經歷,我想我已經初步具備了設計一個機械設備的能力,我已經做好了準備,在以后的工作中,邊工作邊學習,爭取在工作中提高,在工作中學習,爭取做一個對于社會,對家庭有用的人。
通過本次設計,讓我學習到了許多知識,特別是對傳動機構的應用方面,是我收獲最大的地方。本次的設計的傳動機構包含了齒輪傳動機構這一最典型的機構,通過查找與它相關的設計資料,到計算帶動筒體轉動所需要在輸出扭矩從而對齒輪機構進行設計,包括傳動齒輪的選型,例如齒數,模數的確定以及之后的強度校核部分的設計,都花費了我好多精力。同時,也讓我學到了好多知識。
在相關的實際問題的討論中,我的導師總是孜孜不倦的引導著我,幫助著我。每周一次的進度檢查和問題討論,促使我在正確的道路上大步前進,不僅工作的按時保質保量的完成得到了保證,我本人的研究能力,工作的態(tài)度也得到了充分的鍛煉和提高。這些寶貴的品質影響著我,毫無疑問,它們對我以后的工作,學習,生活都會起到深遠而長久的良好影響。也能為人生打下一個夯實地基礎!
在具體的研究設計過程中,同學們也在平日的學習與生活中提供了無私與周到的幫助,充分用他們的工作熱情感染著我,鼓勵著我,讓我少走了很多彎路,再次一并致謝!另外也感謝我的父母,朋友和同學們的幫助。在做設計感覺受挫,枯燥與迷茫時,是他們在悉心的為我釋放壓力,鼓勵我不要氣餒,勇敢面對。每周一次和父母的通話,與朋友和同學的長談后都使我精神放松,斗志倍增,以飽滿的熱情重新投入到工作中去,感謝他們,正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設計。
最后,感謝學校各位領導與老師給了我在濱海學院學習生活四年以及參加這次畢業(yè)設計的寶貴的鍛煉機會,它使我深刻認識到在知識的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個最好的時代,也是尊重知識,充分學習知識,掌握知識的時代。只有持續(xù)的不間斷地學習,才不會在激烈的競爭中落后于別人,也才能用自己的真才實學為社會做出自己應有的貢獻。知識是無止境的,無價的,我愿在求真的道路上下而求索!
致 謝
時間過得很快,論文總算完成了,我的心里感到特別高興和激動,在這里,我打心里向我的導師和同學們表示衷心的感謝!因為有了老師的諄諄教導,才讓我學到了很多知識和做人的道理,由衷地感謝我親愛的老師,您不僅在學術上對我精心指導,在生活上面也給予我無微不至的關懷支持和理解,在我的生命中給予的靈感,所以我才能順利地完成大學階段的學業(yè),也學到了很多有用的知識,同時我的生活中的也有了一個明確的目標。知道想要什么,不再是過去的那個愛玩的我了。導師嚴謹的治學態(tài)度,創(chuàng)新的學術風格,認真負責,無私奉獻,寬容豁達的教學態(tài)度都是我們應該學習和提倡的。通過近半年的設計計算,查找各類土豆去皮機的相關資料,論文終于完成了,我感到非常興奮和高興。雖然它是不完美的,是不是最好的,但在我心中,它是我最珍惜的,因為我是怎么想的,這是我付出的汗水獲得的成果,是我在大學四年的知識和反映。四年的學習和生活,不僅豐富了我的知識,而且鍛煉了我的個人能力,更重要的是來自老師和同學的潛移默化讓我學到很多有用的知識,在這里,謝謝老師以及所有關心我和幫助我的人,謝謝大家。
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