1、 毕 业 设 计 (论 文 ) 题目 离心式土豆切片机 系部 机械工程系 专业 机械制造与自动化 姓名 管 春 森 学号 G 1221018 指导教师 孙 菁 2015 年 4 月 20 日 离心式土豆切片机 摘要： 随着科学技术的持续 发展，农业机械技术也得到了广泛的应用。本文所设计的马铃薯切片机要比其它切片机体积要小，结构也较简单，适用于家庭、餐厅、小作坊的小型加工机械。土豆切片机设计的整个过程，主要包括整机方案的确定，各部件的设计及计算，总装与部装图纸以及各零件的图纸。完成全部设计后，对切片机进行评价，并指出它的特点、优势之处，以及存在的一些不足，并提出一些改进的措施。 关键词 ： 切片
2、机；离心式；切片机；刀片 前言 2014 年 6 日由中国农业科学院、国家粮食与营养咨询委员会、中国种子协会共同举办的马铃薯主粮化发展战略研讨会上，正式提出了 马铃薯的主粮化战略。即将国人习惯吃的米粉、面包、馒头等主食由马铃薯来替代加工制作，进而实现国人马铃薯的消费习惯由目前副食消费向主食消费的转变、其消费类型由温饱型消费向营养型消费的转变、其产业类型也由原来的原料产品向制成品的转变。专家建议马铃薯主粮化将涉及科研、生产、加工、流通、消费等多个环节，需要不断加大扶持的力度，集中力量攻关。加强主粮化加工工艺改进和完善 ,加快研发适宜马铃薯主粮化的加工机械等。 另一方面，随着社会经济发展的加速，人
3、们生活节奏也相应加快，随之而来的快餐文化的迅猛发展，对薯类食物的需求越来越 多。像土豆薯条、薯片等休闲食品的消费急剧增长。这也给薯类食物的加工带来了勃勃生机与活力。在薯类作物的加工过程中需将其切成片。因此土豆切片机应运而生。目前，食品切片技术在某些产品上已经相对成熟，在国内市场上可以见到运用良好的人参切片机、洋葱切片机、黄姜切片机等，按刀片安装形式的不同切片机可以分为盘刀式、滚刀式和离心式三种。由于马铃薯形状很不规则，又要求一定的表面质量，所以不宜用夹具夹持，通常的做法是利用离心切削法进行切削，这样即可以保证其表面的完好，又可以提高切削率。本 次毕业 设计主要针对加工效率较高、应用较为 普遍的
4、离心式土豆切片机进行设计。 I 目 录 前言 . 1 1 国内外研究现状 . 1 1.1 国外发展情况 . 1 1.2 国内发展 情况 . 1 2 离心式切片机整机方案的设计 . 1 2.1 整机结构及工作原理 . 1 2.1.1 结构特点 . 1 2.1.2 工作原 理及工作条件 . 2 2.2 核心部件组成及特点 . 2 2.2.1 电动机 . 2 2.2.2 皮带传送装置 . 3 2.2.3 轴 . 3 3 电机驱动装置选型及设计 . 3 4 带传动参数计算及选型 . 4 4.1 计算功率 PC . 5 4.2 选择 V 带型号 . 5 4.3 确定带轮基准直径 . 5 4.4 验算带速
5、 v . 5 4.5 初定中心距 a0 . 6 4.6 初算带长 Ld0 . 6 4.7 计算中心距 a . 6 4.8 验算小带轮的包角 . 6 4.9 确定带的根数 z . 6 4.10 单根 V 带初拉力 F0 . 7 4.11 作用在轴的力 FQ . 7 5 V 带轮的设计 . 7 5.1 V 带轮材料的选择 . 7 5.2 带轮结构尺寸的设计 . 8 5.2.1 带轮结构形式的设计 . 8 5.2.2 带轮尺寸的设计 . 8 6 轴的设计 . 11 6.1 选择轴的材料 . 11 6.2 轴径的初步估算 . 11 6.2.1 主、从轴的输入功率 . 11 6.2.2 主、从轴的转矩
6、. 11 6.2.3 初步估算轴径 . 12 6.3 轴的结构设计 . 12 6.4 轴的强度计算 . 13 6.5 判断危险截面并验算强度 . 14 7 轴承的选用及校核 . 14 7.1 轴承类型的选择 . 14 7.2 预选型号 . 14 II 7.3 计算当量动载荷 P . 14 7.4 计算实际动载荷 C . 15 8 键联接的选择计算 . 15 8.1 键联接类型的选择 . 15 8.2 键联接尺寸的选择 . 15 8.3 键联接的强度计算 . 15 9 刀片的设计 . 16 9.1 刀片类型的选择 . 16 9.2 刀片的形状、工作位置及尺寸的设计 . 17 10 入料斗及叶轮的
7、设计 . 18 11 机架的设计 . 18 11.1 机架的设计要求 . 18 11.2 机架材料的选用及壁厚选择 . 19 11.3 机架的整体设计 . 19 12 机体结构的设计 . 19 13 结论 . 20 13.1 本次设计的优点 . 20 13.2 本设计存在的问题及改进措施 . 20 主要参考文献 . 21 致谢 . 22 1 1 国内外研究现状 1.1 国外发展情况 国外的切片机技术的出现最早可以追溯到 60 年代； 70 年代时切片机的技术已经发展成熟；到了 80 年代，国外逐渐开始出现很多像瑞士的迈克 -布格耶斯那样的切片机制造公司；等到了 80 年代中期时，市面上大部分切
8、片机可以加工125mm(5 英寸）。八十年代中期后的一、两年，切片机 技术发展到了鼎盛时期，相当多的多功能全自动切片机相继商品化。从而诞生了世界上许多著名的切片机切片机厂家，如日本 Okamoto Machine株式会社的 ASM系列机，瑞士 Meyer-Burger AG 公司的 TS 系列机，日本 Tokyo Semitsu 株式会社的 TSK（若干）系列机，美国 STC 公司的 STC 系列机 ,美国的哈克逊公司生产的 BIZERBA SE12、 FAC F300半自动切片机，意大利碧佳 ES25、 ES30 斜刀式切片机等。 1.2 国内发展情况 我国的切片机技术发展缓慢，较国外发展稍
9、晚一些。我国的切片机 技术始于七十年代初期，那时还主要应用在蔬菜、中药、冻肉等领域，其中在土豆上的应用尤为显著。 我国在切片机的研究开发方面虽然已经有了 30 几年的历史，近些年来切片机的研制发展也非常迅速，但是与发达国家相比仍然存在有一定的距离。虽然在过去我国已有切片的生产厂家如北京雅宝食品山东省机械厂生产 QR-300 型自动切片机，诸城市大洋食品机械厂的大洋牌土豆切片机有 400 型、 600 型，沈阳清宝食品机械有限公司生产的 CWS-350A，马鞍山华宝机械设备有限公司生产的落地式切片机，江阴鑫达药化机械的中药切片机等。这些机器的显著特 点是生产率大，速度快，适合于大型的场合。但是它
10、们价格相对较贵，对于农民的作坊生产来说不适合。 2 离心式切片机整机方案的设计 2.1 整机结构及工作原理 2.1.1 结构特点 根据本设计的要求及适用面，初步确定切片机将会有以下几个特点 : 装、卸料要简单； 整体结构设计要简单且便于维护； 操作要方便，不繁琐，长时间工作状态要稳定。 因此将在本设计中采用离心式的结构设计来满足上述特点，而且离心式相对立式工作时产生的震动小，并且有益于机械的正常工作，是非常适合作坊的机械。本机构将达到以下几个优点 : 一 、降低了人们的劳动强度，提高了工作效率，能达到 5001000kg/h。 二 、切片的薄厚度一致性高，破损少。 三 、切削种类多，能对土豆、
11、红薯、洋葱等进行切削。 2 四 、结构简单紧凑。 按动力种类分，离心式切片机又可分为机动和人 力两类。其中机动的包括内燃机驱动和电机驱动。由于电机驱动在操作方便，工作稳定，效率高，污染小等方面拥有突出的优点，故本设计选择效率较高的电机驱动为动力来源。概括起来，本次设计的是离心式切片机将由电动机、旋转叶轮、皮带传动装置、装料和卸料装置、控制装置等组成。其大致轮廓图如图 1: 1-电动机 2-皮带及皮带轮 3-传动轴 4-叶轮及其刀片 图 1 马铃薯切片机结构简图 Fig 1 Schematic structure of potato slicer 2.1.2 工作原理及工作条件 离 心式切片机采
12、用电动机作为动力，皮带轮传动减速装置带动输出轴转动，轴的顶端连接叶轮和刀片。土豆从高速旋转的转盘中心孔投入，以一定速度回转的叶轮带动土豆作圆周运动，土豆在离心力的作用下滑向机壳内壁并随叶轮作高速旋转（此离心力可达到其自身重量的 7 倍），由于土豆紧压在机壳内壁并与固定刀片作相对运动，当土豆经过装在切向的固定刀片时，此时相对运动所产生的相对切削力将把土豆切成厚薄均匀的薄片，被切下来的土豆片从刀盘底落下，然后经出料口送出。此外，切片的厚度由刀片与转盘间垫片厚度在控制。 配套动力： kW5.11 切片厚度： mm52 叶轮转速： min/550200 r 生产率： hkg /1000500 2.2
13、核心部件组成及特点 2.2.1 电动机 考虑 到对土豆的实际 加工环境， 并且在电动机选择上面 Y 型电机 具有结构简单、成本低、工作稳定可靠、容易维护，且交流电源易获 得等优点，故本设计将3 采用全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机 ，型号为 ： 12802 VY ,其额定功率为 kW1.1 ,同步转速为 min/1500r (具体选择计算见第 3 部分 )。 2.2.2 皮带传送装置 切片机选择 V 带作为传送装置，型号为： 1800Z 197711544 GB ，传动比选为 0.4 。 （具体选择计算见第 4 部分 ） 表 11 常见机械传动的单级传动比推荐值 类型 平带传动 带传动V 链传
14、动 推荐值 42 42 52 最大值 5 7 7 6-12计基础课程设计表完整表格参照机械设 带传动一般有以下特点： 具有良好的挠性，能吸收震动，缓和冲击，传动平 稳，噪声小； 当过载时，带在带轮上打滑，防止其他机件损坏，起保护作用； 结构简单，制造，安装和维护方便； 带传动根据不同的工作原理分为摩擦传动和啮合传动。根据横截面形状的不同分为平带、 V 带、多楔带、圆形带。目前在一般传动机械中，应用最广的是 V带传动。 V 带的截面为等腰梯形，传动时， V 带只和轮槽的两个侧面相接触。根据槽面摩擦定理，在同样的张紧力下， V 带传动较平带传动能产生更大的摩擦力，并且 V 带传动工作时能允许较大的
15、传动比，结构紧凑，以及已标准化等特点，因而本设计选择 V 带传动。 2.2.3轴 轴的材料为 45 钢，轴的固定选用角接触球轴承；采用轴肩定位。 （具体选择设计及计算见 6、 7 部分 ） 碳素钢具有足够高的强度，对应力集中敏感性较低，便于进行各种热处理及机械加工，价格低，供应充足，应用广泛等特点。 45 钢属于优质碳素结构钢，常用于制作承受负载大的小截面调制件和应力较小的大型正火零件，及对心部要求不高的表面淬火件，如曲轴、传动轴、连杆、链轮、齿轮、齿条、蜗杆等 3 电机驱动装置选型及设计 根据设计要求配套动力： kW5.11 ，初步确定采用 Y 型电机即可满足切片加工要求且符合这一范围的额定
16、功率有 kW1.1 和 kW5.1 两种。通过查阅机械设计基础课程设计表 113 Y 系列三相异步电动机的技术参数（摘自 JB/T 9616-1999)( 18P ），可查得六种 方案，见表 21 。 4 表 21 电动机参数 方案 电动机型号 kW/额定功率 ）电动机转速（1m in r 同步转速 满载转速 1 2802Y 1. 3000 2825 2 290 SY 5.1 3000 2840 3 490 SY 1. 1500 1400 4 490 LY 5.1 1500 1400 5 690 LY 1. 1000 910 6 6100 LY 5.1 1000 940 由生产率 Q 为 hk
17、g /1000500 ，所以 Q 取 hkg /1 0 5 0%511 0 0 0500 。茎块一般为椭圆形，测定其长为 mm8065 ,宽为 mm6045 。由生产效率的公式 43701 0 0 02 8 0806021 0 0 060 nzdbanrBQ 得出 m in/)6 5 73 1 3( rn 其中， B 为刀片长度； r 为刀盘半径； n 为传动轴的转速； a,b 分别为一般茎块的椭圆的长和宽； d 为切片厚度，此处切片厚度为 mm3 ; z 为刀片片数，此处刀片片数为 3 。 前面提到 ,所选 V 带的传动比定为 4 ，由此得出电机的转速范围是m in/)2 6 2 81 2
18、5 2(4)6 5 73 1 3( r 。 综合考虑电动机极数、耗材及传动系统的质量和节约资金等因素，因此选定第一方案的电动机，型号为 12802 VY 。其主要性能如表 31 。 表 31 2802Y 电动机主要性能 电动机型号 W/k额定功率 )min/( 1r同步转速 )min/( 1r满载转速 额定转矩堵转转矩 额定转矩最大转矩 2802Y 1. 3000 2825 2.2 2.2 490 SY 电动机主要外形和安装尺寸见表 41 。 表 41 12802 VY 电动机主要外形和安装尺寸 mm H中心高 HDAD 2/ACL外形尺寸BA安装尺寸ED轴伸尺寸GF平键尺寸80 1705.2
19、32285 100125 4019 5.156 4 带传动参数计算及选型 5 4.1 计算功率 PC 表 51 工况系数 AK 工况 AK 空、轻载启动 重载启动 h/每天工作小时数 10 1610 16 10 1610 16 最小载荷变动送机泵和压缩机、轻载荷输液体搅拌机、离心式水0.1 1. 2.1 1. 2.1 3.1 载荷变动小泵、机床和木工机械带式输送机、旋转式水1. 2.1 3.1 2.1 3.1 4.1 由表 51 （工况系数 AK ）查得1.1AK AK工矿系数表参照机械设计基础 4-4 )(21.11.11.1 kWPKP AC 4.2 选择 V 带型号 可选普通 V 带和窄
20、 V 带，现选普通 V 带。 根据 kWPC 21.1 ， min/30001 rn ,由图表 8-4图参照机械设计基础 确定为 Z 型 V 带。 4.3 确定带轮基准直径 由表 5-4表参照机械设计基础 可知 mmdd 71501 ,确定小带轮直径mmdd 711 则大带轮直径 2d ： )(2 8 471411212 mmdidnnd ddd 2d 取标准值 mm280 5-4表参照机械设计基础 。则实际从动轮转速 m in/7.7 6 0m in/2 8 0713 0 0 02112 rrddnn dd 转速误差为： %5%4.1%100)43000/()430007.760( ，允许。 4.4 验算带速 v 由带速的计算公式 :
