土豆切片機的結(jié)構(gòu)設(shè)計

1、畢 業(yè) 設(shè) 計土豆切片機的結(jié)構(gòu)設(shè)計學生姓名：王鑫專業(yè)班級：機械設(shè)計制造及其自動化指導教師：學 院：機電工程學院2015年6月土豆切片機的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要土豆是人們食用的主要雜糧之一，在食用時，需要把土豆切片和切絲，市場上切片機種類很多，但是大多數(shù)都適用于大工廠和大作坊，對于小作坊或普通家庭的使用并不合適。本文所設(shè)計的土豆切片機是一種體積比較小、結(jié)構(gòu)比較簡單，適用于家庭、餐廳、小作坊的小型農(nóng)產(chǎn)品切片機。本切片機具有很高的效率，不僅可以對土豆切片或者切絲，還可以用來對紅薯進行切片。本設(shè)計的設(shè)計原理簡單，利用用電動機提供動力，帶輪傳動，經(jīng)過變速裝置后，輸出軸的末端連接旋轉(zhuǎn)刀盤，旋轉(zhuǎn)刀盤上固定有對稱安裝的

2、兩把刀具，放在盛料箱里面的土豆在推進裝置的推進作用下，向旋轉(zhuǎn)刀盤運動，土豆被切成片后從卸料箱流出。該方案結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，減輕了很多人力。關(guān)鍵詞切片機；切片；設(shè)計；土豆The Structural Design of Potato Slice MachineAbstractPotatoes are one of the main crops. You need to slice the potatoes and shred when eating. There are many different types on the marke.t. However this slicer is mo

3、re applicable to enterprises and workshops. It is not appropriate to household. Paper presents a family by automatic slicing machine, the machine is propelled by the cutter parts, potatoes and clamping part and adjust the thickness of potato chip device that consists of three parts.The design of my

4、potato slicing machine is a smaller size and the structure is more simple than others. Potato slicing machine is fit for the family restaurant, small workshops. It can be respectively on potato, sweet potato to work. The design principle of the design is very simple, is to use the motor, belt pulley

5、, after a transmission device, the end of the output shaft of the connecting rotating cutter, knife rotating disc is fixed symmetrically installed two knives, put in full box of potatoes in the propulsion system of promotion by, to the rotating knife disc movement, potatoes cut into slices, the outf

6、low discharge box from the material. This scheme has the advantages of simple structure, convenient use, reduce a lot of manpower.Keywordsslicing machine;slice; design; potato目錄摘要Abstract1 前言11.1 研究背景11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.2.1 國外研究現(xiàn)狀11.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀21.3 研究內(nèi)容32 切片機總體方案的設(shè)計42.1 整體方案的確定42.2 機構(gòu)特點及工作原理43 重要部件的設(shè)計計算及校

7、核73.1 電機的選擇73.2 V帶及帶輪的設(shè)計計算73.2.1 V帶的設(shè)計73.2.2 帶輪的設(shè)計93.3 齒輪的設(shè)計103.3.1 齒輪齒數(shù)的確定103.3.2 齒輪模數(shù)的確定103.3.3 滑移齒輪的設(shè)計103.3.4 齒輪的校核113.4 傳動軸的設(shè)計123.4.1 最小軸徑的計算123.4.2 軸的校核123.5 軸承的選擇和壽命計算153.5.1 軸承的選擇153.5.2 軸承壽命的計算153.6 鍵的選擇和校核154 其他部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計174.1 刀盤及刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計174.1.1 刀盤的設(shè)計174.1.2 刀具的設(shè)計174.2 入料斗及卸料斗的設(shè)計184.3 機架的設(shè)計194.

8、3.1 機架的設(shè)計要求194.3.2 機架材料的選用及壁厚的選擇194.3.3 機架結(jié)構(gòu)的設(shè)計194.4 操縱機構(gòu)的設(shè)計204.5 螺釘及螺栓的選擇21結(jié)論22參考文獻23致謝241 前言1.1 研究背景中國是世界上產(chǎn)薯最多的國家，馬鈴薯是一種常見的蔬菜，主要存在于家庭餐桌和飯店或者是在工廠被加工成其他產(chǎn)品，在工廠里，馬鈴薯被加工成為淀粉，粉絲或者淀粉，還有一部分被加工成了常見的熟食，比如薯片等食品。隨著生活質(zhì)量的提高和最近幾年餐飲業(yè)的快速發(fā)展，人們對薯片和薯條的需求量大增，這促進了馬鈴薯行業(yè)的發(fā)展，而馬鈴薯的加工過程中需將其切成片，因此切片機應運而生?，F(xiàn)在市場上，切片機械己經(jīng)比較常見了，但是

9、這些機械只適合產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)，而沒有適合農(nóng)民小作坊生產(chǎn)的切片機器。根據(jù)市場需求，對土豆和洋蔥等進行切片，且要求切片、大小厚度一致、均勻，效率高，這些要求超出了手工的要求，所以需一種能切片的小型機器，這種機器能夠滿足切片大小厚均勻一致、效率較高，提高了生產(chǎn)效率，讓人從切片勞動中解放出來1。這樣既減輕了農(nóng)民在加工中的勞動強度，也增加了農(nóng)民的收入，有利于機械化的發(fā)展普及2。另外，本文所設(shè)計的切片機，不僅僅可以切土豆，還可以對紅薯和洋蔥進行切片，此外，通過切換刀片類型，還可以對土豆進行切絲。本次研究設(shè)計通過改進原有的不合理方案，從而改善結(jié)構(gòu)的工藝性。一方面作為食品加工行業(yè)的機械產(chǎn)品，土豆切片機的研發(fā)有著

10、廣闊的發(fā)展前景。另一方面，研究上使用簡單可靠的切片機，有著十分重要的現(xiàn)實意義和經(jīng)濟價值。通過改進傳統(tǒng)的設(shè)計，在其基礎(chǔ)上加以創(chuàng)新，同時將現(xiàn)在較為成熟的技術(shù)加以應用，使得本次研究有著較為深刻的意義。對于我們機械設(shè)計應屆本科生來說，完成本次的設(shè)計，對自身有較大的幫助。在電機的選型，切片機結(jié)構(gòu)的設(shè)計，傳動部分的設(shè)計，重要零部件的校核方面都能有所鍛煉，從而有所進步。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1 國外研究現(xiàn)狀目前，國內(nèi)外已經(jīng)有很多商家研制和生產(chǎn)了各種各樣的土豆切片機，圖1-1所示的切片機是國外某商家生產(chǎn)的產(chǎn)品。在國外的公司，切片機技術(shù)發(fā)展要比我國早很多。切片機技術(shù)的出現(xiàn)最早可以追溯到60年代，70年代

11、切片機的技術(shù)已經(jīng)成熟。到80年代，國外出現(xiàn)很多切片機制造公司，如:美國的哈克遜公司生產(chǎn)了BIZERBA SE12、FAC F300半自動切片機，BIZERBA SE12D自動切片機；意大利碧佳 ES25、ES30斜刀式切片機；韓國的地質(zhì)公司的肉類切片機；瑞士Meyer-Burger AG公司的TS系列機；日本Tokyo Semitsu 株式會社的TSK（若干）系列機等。我國在切片機的設(shè)計方面盡管已有30年的發(fā)展歷史，但與發(fā)達國家的產(chǎn)品相比依然有很大的差距。我國在高端切片機方面的研發(fā)仍然沒有根本性突破。圖1-1國外某種高端土豆切片機1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀我國的切片機技術(shù)發(fā)展緩慢，較國外發(fā)展稍晚

12、一些，到了70年代初期才開始發(fā)展。那時候的切片機主要在醫(yī)藥，凍肉和土豆等領(lǐng)域得到應用，其中土豆的應用尤為顯著3。雖然我國在切片機的開發(fā)研究方面已經(jīng)有了30年的歷史了，并且近些年來切片機行業(yè)發(fā)展迅速，但是與發(fā)達國家相比仍然有一定的距離，我國研制的切片機得不到大面積推廣應用，圖1-2所示的切片機是國內(nèi)比較常見的切片機，應用也很廣泛5。雖然在我國已有切片機的生產(chǎn)廠家如山東省諸城市大洋食品機械廠的大洋牌土豆切片機有400型、600型、江陰鑫達藥化機械的中藥切片機等，但我國的切片機方面仍然沒有根本性突破6。國內(nèi)外切片機技術(shù)發(fā)展的比較可以看出，我國的切片機技術(shù)發(fā)展晚，并且發(fā)展緩慢。馬鈴薯經(jīng)常出現(xiàn)在人們的餐

13、桌上，是大多數(shù)人喜歡的食物，無論是在餐館還是在家庭中，人們也更注重效率8。在國內(nèi)，切片機并沒有作為常用設(shè)備進入人們的生活，并且在餐館中也沒有出現(xiàn)，而主要是出現(xiàn)在了工廠里，這也是因為目前市場上的切片機體積大，價格昂貴，難以操作、維護和修理9。本設(shè)計意在讓小型切片機進入家庭和餐館，尤其是餐館，可以大大節(jié)省人力，提高工作效率，減少工作。下圖是我國現(xiàn)有的切片機類型，也是比較常用的切片機。圖1-2我國切片機類型1.3 研究內(nèi)容近些年來餐快餐業(yè)發(fā)展迅速，隨之出現(xiàn)的馬鈴薯薯片、薯條等休閑食品消費量急劇增長，展現(xiàn)出強勁的勢頭。這也就促進了馬鈴薯的生產(chǎn)業(yè)和加工業(yè)的發(fā)展。而在馬鈴薯的許多工業(yè)加工過程中，往往需要將

14、馬鈴薯進行快速的切片處理，要在短時間內(nèi)完成大量的馬鈴薯切片任務，人工是難以完成的，這就使得我們不得不尋找其他高效率的路徑來完成這些任務。本文將針對上面提出的問題涉及一種主要用于食堂、餐館、小作坊和家庭的馬鈴薯切片機，其中對餐館的意義更為重大，它的產(chǎn)生對餐館和酒店來說是一種福利。值得一提的是，本設(shè)計不僅可以將馬鈴薯、洋蔥和紅薯進行快速切片工作，還可以切絲。本設(shè)計的優(yōu)點主要有以下幾個方面：一、能對多種作物進行切削如：馬鈴薯、紅薯、洋蔥進行切片；并且厚度均一；二、降低了勞動強度，提高工作效益；三、本設(shè)計易操作，結(jié)構(gòu)簡單，緊湊。整個設(shè)計過程包括電機的選擇，V帶輪的設(shè)計，大帶輪小帶輪的設(shè)計，變速裝置的設(shè)

15、計刀盤刀具的設(shè)計，卸料箱的設(shè)計，盛料箱的設(shè)計以及以及的設(shè)計，其中變速裝置的設(shè)計又包含軸的選擇和校核，齒輪的設(shè)計，軸承的選擇和壽命計算和箱體的設(shè)計。整個設(shè)計內(nèi)容很豐富，充分利用了大學所學到的知識。2 切片機總體方案的設(shè)計2.1 整體方案的確定土豆切片機應滿足的要求，如表2-1所示。表2-1 土豆切片機應滿足的要求要求內(nèi)容經(jīng)濟性要求機器的經(jīng)濟性是一個綜合指標，在切片機的設(shè)計、制造、使用、銷售、維修、管理等各個環(huán)節(jié)均有所體現(xiàn)?？傊?jīng)濟性要求指的就是在滿足功能要求的前提下能夠?qū)⒖傎M用降到最低。安全性要求在土豆切片機的設(shè)計階段就必須對機器的使用安全予以足夠的重視。簡單講，安全性就是指切片機本身的工作安

16、全及使用者的安全，特別是使用者手的安全。因此，要采用各種各樣的防護措施，使運行時刀具不會與人體直接接觸?？煽啃砸罂煽啃允侵竿炼骨衅瑱C在使用中的穩(wěn)定性?？煽啃运皆礁?，說明機器在使用過程中發(fā)生故障的概率越小，能正常工作的時間就越長。操作使用方便性要求土豆切片機是一種給生活帶來方便的機械產(chǎn)品。在設(shè)計切片機時必須注意操作時要輕便省力；操作機構(gòu)要適應人的生理條件；噪聲要??；防止污染等。此外，對有些機器還有一些特殊要求，如建筑機械要便于拆裝和搬運、交通機械要重量輕等。本設(shè)計中我采用立式切片機，因為立式切片機的裝料和卸料都比較容易，結(jié)構(gòu)簡單，操作和維修便易，而且立式產(chǎn)生的震動小，有益于機械的正常工作，是

17、非常適合小作坊的機械10。該切片機有電機、機架，旋轉(zhuǎn)刀盤、皮帶傳動裝置，變速裝置以及裝料卸料裝置等組成11。在設(shè)計過程中，首先要確定電動機的型號，這個可以根據(jù)切片機的生產(chǎn)效率來確定所選電機的功率和轉(zhuǎn)速；然后根據(jù)傳動比來設(shè)計大帶輪和小帶輪以及V帶的選擇；其次，就是變速裝置的設(shè)計，本切片機由于切片的厚度最小有1mm，最厚能達到10mm，因此必須要刀盤的轉(zhuǎn)速可以調(diào)節(jié)，這樣方便切不同厚度的切片時有選擇的余地，該切片機的變速裝置有三級變速，最高轉(zhuǎn)速可達500r/min，最低可達160r/min，變速裝置的主要結(jié)構(gòu)由兩根軸和齒輪組成，在設(shè)計變速裝置的過程中，首先是根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速確定最小軸徑，然后是齒輪的設(shè)

18、計，最后是校核；接著是切片部位的設(shè)計，主要是刀盤和刀片的設(shè)計，根據(jù)生產(chǎn)效率來設(shè)計刀盤和刀具的尺寸；其次，需要設(shè)計土豆的盛料裝置和卸料裝置；最后是設(shè)計機架的結(jié)構(gòu)。按照步驟依次完成各個部件的設(shè)計。2.2 機構(gòu)特點及工作原理小型土豆切片機要求實現(xiàn)兩個執(zhí)行動作：土豆的直線間歇移動和切刀的往復運動。通過兩者的動作配合從而完成整個切片動作。在完成切片的同時，還要有一個可調(diào)整土豆切片的厚度的裝置來調(diào)節(jié)土豆片的厚度，此厚度調(diào)節(jié)裝置就是通過增加或者減少墊片來實現(xiàn)的，每個墊片的厚度是1mm，可以切的最厚切片厚度是10mm，例如要切3mm厚的切片，則需要7片墊片，同理，需要1mm到10mm切片時，通過增加或者減少墊

19、片來實現(xiàn)。切片機在工作過程中，動作分析：切刀旋轉(zhuǎn)往復式運動土豆向前推進土豆被切成片，如圖2-1所示。圖2-1土豆切片機的動作圖本切片機動力為電動機。電機驅(qū)動具有很多優(yōu)點，如工作穩(wěn)定，污染小，效率高，操作方便，所以本設(shè)計采用電機驅(qū)動。本設(shè)計主要由電動機、皮帶傳動裝置、變速裝置，旋轉(zhuǎn)葉輪、進料和出料裝置組成。如圖2-2所示。圖2-2 切片機結(jié)構(gòu)圖工作原理：切片機的動力源是電動機，通過V帶傳動把動力傳遞到變速裝置，變速裝置的輸出端鏈接旋轉(zhuǎn)刀盤，旋轉(zhuǎn)刀盤上有兩把對稱安裝的刀片，土豆在盛料箱內(nèi)被推進裝置推向旋轉(zhuǎn)刀盤，把馬鈴薯切成片，被切下的物料從刀盤底落下，然后經(jīng)出料口送出。切片的厚度出刀片與刀盤間的墊

20、片厚度來控制。本文設(shè)計的切片機結(jié)構(gòu)和裝置組成：(1)電動機該切片機選用的是Y系列電動機，型號是Y100L1-4，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，額定功率為2.2KW/h。（選定計算過程見后面）(2) 皮帶傳動裝置切片機的傳動裝置選擇為V帶，傳動比選為3。按界面的形狀不同又可把摩擦型傳送帶分為平帶、V帶和特殊截面帶（如多楔帶、圓帶等）三大類。V帶傳動性能的最主要的優(yōu)點是由于輪槽的楔形效應，張力相同的情況下，V帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的正壓力摩擦力。V帶傳動能夠允許較大的傳動比，結(jié)構(gòu)緊湊，故本設(shè)計選擇V帶傳動。(3)變速裝置該變速機構(gòu)有三級變速，可以控制刀盤以不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，滿足了加工不同厚度的切

21、片時所需要的轉(zhuǎn)速，操縱起來也很方便，其中軸的材料為45號鋼，選用深溝球軸承固定軸，采用軸肩定位。(4)切片裝置切片裝置由旋轉(zhuǎn)刀盤和切刀組成，切刀固定在旋轉(zhuǎn)刀盤上，切刀是圓刃切刀，其構(gòu)如下圖2-3所示。圖2-3 切刀示意圖(5)盛料箱和卸料箱盛料箱和卸料箱都是用薄鋼板做成的，固定在機架上?？偨Y(jié)本機構(gòu)主要有以下優(yōu)點：(1)降低了人們的勞動強度，提高了工作效率。(2)切片的厚度一致性高，損耗低。(3)切削種類多，能對土豆、紅薯、洋蔥等進行切削。(4)結(jié)構(gòu)簡單緊湊。3 重要部件的設(shè)計計算及校核3.1 電機的選擇所設(shè)計切片機的生產(chǎn)效率Q不小于400kg/h，取Q=500 kg/h。切片機的加工對象一般為

22、橢圓形莖塊，測定其長一般為65-80 mm,寬度一般為45-60 mm。由生產(chǎn)效率的公式： (3-1)得出n417r/min。式中：B-是刀片長度； R-為刀盤半徑； N-為傳動軸的轉(zhuǎn)速； a b-分別是一般莖塊的橢圓的長和寬； T-為切片厚度；這里切片厚度為2mm； Z-為刀片片數(shù)，刀片片數(shù)為2；所選V帶的傳動比定為3，由此得出電機的轉(zhuǎn)速范圍是417×3=1250r/min。并且考慮到電動機和傳動裝置的重量、尺寸、價格和帶傳動、減速器的傳動比，電機選Y100L1-4型號，額定功率為2.2kw/h，同步轉(zhuǎn)速為1500r/min。3.2 V帶及帶輪的設(shè)計計算3.2.1 V帶的設(shè)計(1)

23、功率的確定與帶型的選擇 (3-2)代入數(shù)據(jù)得kw。式中：PCV帶的設(shè)計功率根據(jù)已知：,選擇V帶類型為A型，小帶輪基準直徑不應小于75mm10，取，。 (3-3)代入數(shù)據(jù)得,取。實際傳動比： (3-4)代入數(shù)據(jù)得。理論傳動比： (3-5)代入數(shù)據(jù)得。傳動比相對誤差：故允許驗算帶速V： (3-6)代入數(shù)據(jù)得，帶速在，故帶速合適。(2)確定帶長和中心距并驗算小帶輪包角 (3-7)代入數(shù)據(jù)得，初步選取中心距 (3-8)代入數(shù)據(jù)得帶長,選用基準長度10，則實際中心距 (3-9)代入數(shù)據(jù)得。小帶輪包角 (3-10)代入數(shù)據(jù)得，所以包角合適。(3)確定V帶根數(shù)已知， (3-11)代入數(shù)據(jù)得Z=1.7,因此，

24、取Z=2(4)帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計帶輪寬度B=(z-1)e+2f=(2-1)×15+2×12=39mm(5)V帶每米長的質(zhì)量q=0.07 kg/m由公式： (3-12)式中：Pc功率， Zv帶的根數(shù)， Vv帶的帶速， 包角修正系數(shù)。代入數(shù)據(jù)得?，F(xiàn)在計算作用在帶輪上的壓力FQ ,由公式：FQ= (3-13)代入數(shù)據(jù)得出FQ=509.4 N。3.2.2 帶輪的設(shè)計本設(shè)計采用鑄鐵，材料牌號HT200。V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準直徑有關(guān)。當帶輪基準直徑（為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時可采用實心式；當300mm時，同時100mm時，可采用孔板式；當>300時可采用輪輻式。已知：主動輪基準直

25、徑mm，安裝軸的直徑=40mm，由于因此小帶輪選用實心式。從動輪基準直徑=300mm，由于300mm，大帶輪選用孔板式。(1)主動輪各參數(shù)如下，如圖3-1所示?；鶞蕦挾?11mm，基準下槽深度=11mm，槽間距e=15±0.3mm，最小輪緣厚=6mm，帶輪寬度B=39mm。圖3-1 主動輪(2)從動輪各參數(shù)如下，圖3-2所示。大V輪d=300mm小于350，所以采用孔板式。由其軸徑為20mm，基準寬度=11mm，基準下槽深度=11mm，槽間距e=15±0.3mm，最小輪緣厚=6mm，帶輪寬度B=39mm。圖3-2 從動輪示意圖3.3 齒輪的設(shè)計3.3.1 齒輪齒數(shù)的確定根據(jù)

26、轉(zhuǎn)速分布進行確定各傳動副齒輪的齒數(shù)如下表3-1所示。表3-1 組傳動副齒輪齒數(shù)的選擇10傳動比SZ小齒數(shù)大齒數(shù)18040401.580324838020603.3.2 齒輪模數(shù)的確定根據(jù)下面公式確定模數(shù)： (3-14) (3-15)已知：，K=1.1，齒輪45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度250HBS，綜上計算，取。3.3.3 滑移齒輪的設(shè)計切片機變速裝置滑移齒輪總長 (3-16)其中：齒輪寬度 插齒刀退刀槽寬度 換位用撥叉槽的寬度 取 撥叉槽邊到齒輪端面的距離 撥叉槽深度 代入數(shù)據(jù)得 3.3.4 齒輪的校核校核齒數(shù)為40的一對齒輪，另外兩對齒輪的校核方法類似。(1) 齒面接觸疲勞強度的校核：齒輪材料

27、為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度250HBS (3-17)對于標準直齒圓柱齒輪傳動，已知：， (3-18)代入數(shù)據(jù)得。 (3-19)代入數(shù)據(jù)得。由于工作平穩(wěn)，取。齒輪精度7,v=3.14m/s,齒輪非對稱布置，取， (3-20)代入數(shù)據(jù)得T=40301N mm。 (3-21)代入數(shù)據(jù)得。M (3-22)代入數(shù)據(jù)得K=1.008又代入公式 (3-23)得。故齒面接觸疲勞強度足夠。(2) 齒根彎曲疲勞強度的校核 (3-24)由上述已知，確定驗算公式中各參數(shù)因，由 (3-25)得故齒根彎曲疲勞強度足夠。3.4 傳動軸的設(shè)計3.4.1 最小軸徑的計算軸的材料均采用45鋼，通過采用調(diào)質(zhì)處理增強其性能。已知各

28、部件傳動效率：直齒，軸承，V帶，則電動機 軸I 軸II 根據(jù)公式： (3-26)、軸均選45號鋼調(diào)制處理，已知查得，取。裝帶輪處的軸徑該有一個鍵槽，故軸徑應該增大5%=,mm取 ,取花鍵軸的選用是根據(jù)計算的最小的直徑選用規(guī)格為6×32mm×28mm×6mm。3.4.2 軸的校核對軸1進行校核，另外一根軸的校核方法類似。軸1通過大帶輪傳遞扭矩為： (3-27)已知d1=300mm，r/min，得圓周力: (3-28)代入數(shù)據(jù)得徑向力: (3-29)代入數(shù)據(jù)得軸2對軸1的傳遞扭矩為 39155N·m圓周力N則軸1的受力分析如圖3-3所示。圖3-3 軸的受力圖

29、計算軸上的支反力：在水平面內(nèi)以A點做為基點，由于整體所受力矩和力平衡，即： 即 (3-30)代入數(shù)據(jù)解得： 即 (3-31)代入數(shù)據(jù)解得：N在垂直的平面內(nèi)，同樣以點為參考點，由于整體所受力矩和力平衡，即： 即： (3-32)代入數(shù)據(jù)并計算得：N 即： (3-33)代入數(shù)據(jù)計算得：N水平面內(nèi)的剪力、扭矩圖如圖3-4所示。圖3-4 水平面的剪力扭矩圖垂直平面內(nèi)的剪力、扭矩圖如圖3-5所示。圖3-5 垂直面的剪力扭矩圖合成彎矩圖如圖3-6所示。圖3-6 合成彎矩圖由于該軸的傳遞的轉(zhuǎn)矩為N·m，則該軸的扭矩分布圖如圖3-7所示。圖3-7 扭矩分布圖由公式得 (3-34)帶入計算得867N&#

30、183;m。彎曲應力 (3-35)代入數(shù)據(jù)得。已知45鋼MPa，故該軸的強度足夠。3.5 軸承的選擇和壽命計算3.5.1 軸承的選擇由于軸承主要承受的力有機體中的軸，刀盤，從動輪的徑向力等。故選用深溝球軸承，一般用含鉻合金鋼制造。工作表面要磨削和拋光。軸承的主要參數(shù)如下：1軸：滾動軸承 6005 GB/T 276-1994；2軸：滾動軸承 6207 GB/T276-1994。3.5.2 軸承壽命的計算軸1上軸承壽命的計算:A點受力： C點受力： A點徑向載荷： C點徑向載荷： C點徑向載荷 > A點徑向載荷,故按C點處軸承計算軸承壽命。 (3-36)由于工作溫度低于120°，已

31、知,由此可求得 (3-37)帶入數(shù)據(jù)得L10h=84219。3.6 鍵的選擇和校核(1)均選普通平鍵A型鍵，如下表3-6所示。表3-6 鍵的選擇鍵的位置型號尺寸大帶輪小帶輪刀盤齒數(shù)40齒輪齒數(shù)48齒輪齒數(shù)60齒輪(2)鍵、軸的材料都是鋼。已知許用擠壓應力=120150Mpa,取=135Mpa。刀盤鍵工作長度l=L-b=18-8=10mm,鍵與刀盤的接觸高度k=0.5h=3.5m。由公式：= (3-38)式中：T轉(zhuǎn)矩， K是鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h； D軸頸的高度，； H鍵的高度，； 鍵的工作長度，；圓頭平鍵，為鍵的公稱長度，；b為鍵的寬度，；鍵、輪轂、軸三者中較弱材料的許用擠壓應力

32、，；帶入公式得出小于，所以鍵1的強度合適。4 其他部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1 刀盤及刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.1.1 刀盤的設(shè)計刀盤總成是完成切削過程并且保證切削質(zhì)量的最重要部件；刀盤總成有刀盤、刀片、和調(diào)整墊片以及螺釘組成，通過調(diào)整墊片即可調(diào)整切片厚度。調(diào)整墊片有多塊，厚度均為1mm，不用調(diào)整墊片時，可以切2mm厚的片，用一塊墊片則可切3mm。根據(jù)要求，切削厚度為5mm，且刀片需要通過調(diào)節(jié)以保證切削厚度，所以刀片厚度應稍大于切削厚度以嵌入刀座并可進行調(diào)節(jié)，刀片厚度取5mm?？紤]到本設(shè)計的切片機的切削物料以土豆等作物為主，刀片的長、寬應接近作物的尺寸?？紤]到平帶是圓周運動，為了合理利用切刀，因此設(shè)計在刀盤上

33、對稱安裝兩把刀片，有效的利用圓周運動，大大的提高工作效率。在平帶運動一周的時間內(nèi)，刀片切削2次。刀片的尺寸為長取196mm，寬取100mm。用鉚釘將刀片鉚上去。鉚釘?shù)拇笮∵x取沉頭的型式。另外，刀盤的質(zhì)量直接影響切片的質(zhì)量，所以刀盤的設(shè)計是最重要的部分，刀盤是鑄造而成，要求其質(zhì)量分布均勻，保證轉(zhuǎn)動平穩(wěn)；其次，刀盤的的表面要求光滑平整，質(zhì)量不能太輕，刀盤不能太厚。刀盤在不用的時候要清洗，保持表面的光潔度。4.1.2 刀具的設(shè)計在切削過程中，切刀的形狀影響土豆片的質(zhì)量和刀具的壽命，刀盤直徑:根據(jù)紅薯的外型尺寸，切片時所需的速度、生產(chǎn)率等條件，確定刀盤直徑為490mm切削力:由資料查得到刀片單位長度承

34、受的切削力至少為0.3 kg/mm。下面是直刃刀片和圓弧刃刀片在切削中受力的對比。直刃刀片在切削中的受力數(shù)據(jù)如下表4-1所示。表4-1 直刃刀片分析編號項目 切削面積 切削阻力平均切削阻力切削長度平均切削阻力cm2kgkg/cm2mmkg/mm1順行2.4×1.32.20.705 240.092逆行1.4×0.655.952140.3752順行1.6×0.820.694160.125逆行1.4×0.621.786150.1333順行0.7×1.322.198130.667逆行1.0×0.51.53100.154順行1.9×1

35、.231.31690.158逆行0.7×0.63.58.33370.55順行1.9×0.81.50.987190.79逆行0.9×0.834.16790.3336順行1.2×0.721.681120.167逆行1.2×0.622.778120.167平均 2.799 0.258圓刃刀片在切削中的受力數(shù)據(jù)如下表4-2所示。表4-2 圓刃刀片分析編號項目 切削面積 切削阻力平均切削阻力切削長度平均切削阻力cm2kgkg/cm2mmkg/mm1順行2.4×0.51.5逆行1.4×0.62.52順行1.5×0.721.90

36、5160.133逆行1.4×0.81.51.339150.1073順行 1.7×0.31.50.629130.088逆行1.0×0.512100.14順行1.8×0.72.51.98490.139逆行0.7×0.628.47770.2865順行 1.8×0.210.455190.056逆行0.9×0.822.77890.2226順行1.9×0.120.887120.05逆行1.2×0.61.52.083120.125平均 1.92 0.133從上面兩表比較可以看出，圓刃刀片要比直刃刀片節(jié)省45%的力左右，

37、因此本切片機的刀片優(yōu)先選用用圓刃刀片，材料選用45鋼。4.2 入料斗及卸料斗的設(shè)計根據(jù)整體的結(jié)構(gòu)要求，土豆在盛料箱內(nèi)需要在推進裝置的作用下推向旋轉(zhuǎn)刀盤，由于切刀是做圓周運動，為了最大程度利用切刀的長度，因此盛料箱的截面形狀也要成弧形，與刀盤合理配合。為此，入料斗設(shè)計成水平放置的筒狀，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖4-1所示，土豆從上面的入口放入盛料箱，左端有推板，通過推板把土豆推向旋轉(zhuǎn)刀盤，把土豆切成片。另外，由于要調(diào)節(jié)土豆片厚度，需要增加或者減少刀盤上的墊片厚度，為了拆卸方便，入料斗是通過螺釘固定到機架上的，方便清洗和安裝厚度調(diào)節(jié)墊片。入料斗是薄鋼板做成的，材料是45號鋼，另外，由于工作環(huán)境比較濕潤，入料

38、斗容易生銹，因此，入料斗的內(nèi)部要在加工之前要拋光處理，每次用完之后要清洗干燥。圖4-1 入料斗結(jié)構(gòu)示意圖卸料斗的設(shè)計相對簡單，方案很多，在滿足整體結(jié)構(gòu)勻稱的前提下，設(shè)計成如下圖4-2所示的形狀，材料用的也是薄鋼板，通過螺釘固定在機架上。卸料斗具體結(jié)構(gòu)形狀是根據(jù)切片機整體結(jié)構(gòu)設(shè)計而成的。圖4-2 卸料斗結(jié)構(gòu)示意圖4.3 機架的設(shè)計4.3.1 機架的設(shè)計要求機架在機器中起支承作用，設(shè)計機架時應保證以下幾點：（1）在強度滿足的前提下，機架的重量應要求輕，成本要低。（2）抗振性好。（3）噪聲小。（4）溫度場分布合理，熱變形對精度的影響小。（5）便于鑄造、焊接和機械加工。（6）結(jié)構(gòu)便于安裝、調(diào)整及修理。

39、（7）導軌面受力合理、耐磨性良好。（8）造型好。決定機架工作能力的主要是機架的剛度。在切片機中剛度決定著切片機的生產(chǎn)效率和切削精度以及切片機的壽命。動剛度是衡量機架抗震能力的指標，而提高機架抗振能力應從提高機架構(gòu)件的靜剛度，控制固有頻率，加大阻尼等方面著手13。有些構(gòu)件制成薄壁腹式也存在局部失穩(wěn)。穩(wěn)定性是保證機架正常工作的基本條件。4.3.2 機架材料的選用及壁厚的選擇材料的選用主要是根據(jù)機架的使用要求選用，一般都選用鑄鐵，因為鑄鐵的性能好、價廉，容易獲得形狀復雜的鑄件。鑄鐵的內(nèi)摩擦大、阻尼作用強14。另外還有切削性能好、價格便宜和易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點15。焊接機架具有制造周期短、重量輕和成本低

40、等優(yōu)點。本切片機的機架結(jié)構(gòu)較為簡單，切片機機架材料采用HT200，整體選擇焊接的方式。此外，在選擇壁厚時，當機架零件的整體輪廓尺寸一定時，在滿足使用條件下，應盡量選用最小的壁厚。4.3.3 機架結(jié)構(gòu)的設(shè)計在設(shè)計機架的結(jié)構(gòu)時，在滿足使用條件的前提下，盡量設(shè)計的簡單，質(zhì)量輕，成本少，這樣有助于生產(chǎn)加工，此外，由于該切片機在工作時，要求盡量平穩(wěn)工作，支架起支撐固定作用，因此，對其穩(wěn)定性有較高的要求，此外，機座的下面安裝電機，帶輪在機體外面，這樣方便調(diào)節(jié)比帶輪的松緊，檢查皮帶的安裝是否正確到位，綜上所述機架設(shè)計成如下圖4-3所示的形狀。圖4-3 機架結(jié)構(gòu)示意圖4.4 操縱機構(gòu)的設(shè)計擺動式操縱機構(gòu)原理圖

41、如圖4-4所示。圖4-4 擺動式操縱原理圖三聯(lián)滑移齒輪操縱機構(gòu)設(shè)計：已知S=50考慮結(jié)構(gòu)形狀，取,滑塊高L=20mm (4-1)代入數(shù)據(jù)得<0.3L (4-2)代入數(shù)據(jù)得R=53.12mm (4-3)代入數(shù)據(jù)得所以滿足條件。4.5 螺釘及螺栓的選擇螺釘和螺栓的選擇是根據(jù)安裝部位的尺寸大小合理選用的，具體各個位置選用的螺釘或者螺栓規(guī)格如下表4-1所示。表4-1 螺栓的選擇螺釘位置型號尺寸數(shù)量（個）帶輪螺釘GB/T 6170-2000 M83軸承端蓋螺釘GB/T 6170-2000 M1024箱蓋鏈接螺栓GB/T 6170-2000 M84機架螺釘GB/T 6170-2000 M105地腳螺

42、栓GB/T 6170-2000 M164結(jié)論鑒于目前餐飲行業(yè)和小作坊對切片機的特殊要求，在設(shè)計這款實用型馬鈴薯切片機的過程中。首先要根據(jù)切片機的生產(chǎn)效率來確定所選電機的功率和轉(zhuǎn)速，接著選定電動機的型號；然后根據(jù)傳動比來設(shè)計大帶輪和小帶輪以及V帶的選擇；其次，就是變速裝置的設(shè)計，本切片機由于切片的厚度最小有1mm，最厚能達到10mm，因此必須要控制刀盤的轉(zhuǎn)速是可變的，這樣方便切不同厚度的切片時有選擇的余地，該切片機的變速裝置有三級變速，最高轉(zhuǎn)速可達500r/min，最低可達160r/min，變速裝置的主要結(jié)構(gòu)由兩根軸和齒輪組成，在設(shè)計變速裝置的過程中，首先是根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速確定最小軸徑，然后是齒輪的設(shè)計和箱體的設(shè)計，最后是校核；接著是切片部位的設(shè)計，主要是刀盤和刀片的設(shè)計，根據(jù)生產(chǎn)效率來設(shè)計刀盤和刀具的尺寸；其次，需要設(shè)計土豆的盛料裝置和卸料裝置；最后是設(shè)計機架的結(jié)構(gòu)。按照步驟依次完成各個部件的設(shè)計。參考文獻1 王昆, 何小柏, 汪信遠.機械設(shè)計課程設(shè)計M. 北京:高等教育出版社, 1996:130-152.2 張淑娟, 全臘珍. 畫法幾何與機械制圖M. 中國農(nóng)業(yè)出版社, 2007:43-44.3 張勛. 馬鈴薯生產(chǎn)機械化與產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略M. 農(nóng)機化研究, 2