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土豆切片機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
土豆是人們食用的主要雜糧之一，在食用時(shí)，需要把土豆切片和切絲，市場上切片機(jī)種類很多，但是大多數(shù)都適用于大工廠和大作坊，對(duì)于小作坊或普通家庭的使用并不合適。本文所設(shè)計(jì)的土豆切片機(jī)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(jī)。本切片機(jī)具有很高的效率，不僅可以對(duì)土豆切片或者切絲，還可以用來對(duì)紅薯進(jìn)行切片。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理簡單，利用用電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，帶輪傳動(dòng)，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(duì)稱安裝的兩把刀具，放在盛料箱里面的土豆在推進(jìn)裝置的推進(jìn)作用下，向旋轉(zhuǎn)刀盤運(yùn)動(dòng)，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(jī)；切片；設(shè)計(jì)；土豆
Abstract
Potatoes 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 more 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 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, 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 outflow discharge box from the material. This scheme has the advantages of simple structure, convenient use, reduce a lot of manpower.
Key Words: slicing machine;slice; design; potato
目 錄
摘 要 2
Abstract 3
目 錄 4
1. 緒 論 5
1.1 課題來源及意義 5
1.2 國內(nèi)切片機(jī)技術(shù)的發(fā)展概況 6
1.3論文主要內(nèi)容 8
2. 土豆切片機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 9
2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理 9
2.1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 9
2.1.2工作原理及工作條件： 10
2.2傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 10
2.3動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 10
2.4電機(jī)的選擇 11
2.6本章小結(jié) 12
3. 土豆切片機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 13
3.1 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 13
3.2 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.2 主軸設(shè)計(jì) 14
4.基于SolidWorks軟件的土豆切片機(jī)三維模型設(shè)計(jì) 18
4.1 SolidWorks軟件簡介 18
4.2土豆切片機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì) 19
4.3土豆切片機(jī)關(guān)鍵部件三維建模 22
4.4本章小結(jié) 24
總結(jié) 25
致謝 26
參考文獻(xiàn) 27
1. 緒 論
1.1 課題來源及意義
畢業(yè)設(shè)計(jì)課題來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。土豆等薯類作物在我國分布很廣，有二十多個(gè)省、自治區(qū)種植，是我國主要糧食作物之一，馬鈴薯還是一種很好的蔬菜作物。我國薯類作物種植面積1.4億畝左右，總產(chǎn)量達(dá)2 ~ 3千萬噸，是世界上產(chǎn)薯最多的國家。
馬鈴薯塊莖含有大量的淀粉。淀粉是食用馬鈴薯的主要能量來源。一般早熟種馬鈴薯含有11%～14%的淀粉，中晚熟種含有14%～20%的淀粉，高淀粉品種的塊莖可達(dá)25%以上。塊莖還含有葡萄糖、果糖和蔗糖等。此外，馬鈴薯蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值高。馬鈴薯塊莖含有2%左右的蛋白質(zhì)，薯干中蛋白質(zhì)含量為8%～9%。其品質(zhì)相當(dāng)于雞蛋的蛋白質(zhì)，容易消化、吸收，優(yōu)于其他作物的蛋白質(zhì)。而且馬鈴薯的蛋白質(zhì)含有18種氨基酸，包括人體不能合成的各種必需氨基酸。
馬鈴薯塊莖含有多種維生素和無機(jī)鹽。食用馬鈴薯有益于健康與維生素的作用是分不開的。特別是維生素C可防止壞血病，刺激造血機(jī)能等。塊莖中還含有維生素A(胡蘿卜素)、維生素B1，(硫胺素)、維生素B2(核黃素)、維生素pp(煙酸)、維生素E(生育酚)、維生素B3(泛酸)、維生素B6(吡哆醇)、維生素M(葉酸)和生物素H等，對(duì)人體健康都是有益的。此外，塊莖中的無機(jī)鹽如鈣、磷、鐵、鉀、鈉、鋅，錳等，也是對(duì)人的健康不可缺少的元素。
馬鈴薯塊莖水分多、脂肪少、單位體積的熱量相當(dāng)?shù)停木S生素C是蘋果的4倍左右，B族維生素是蘋果的4倍，各種礦物質(zhì)是蘋果的幾倍至幾十倍不等，馬鈴薯是降血壓食物，膳食中某種營養(yǎng)多了或缺了可致病。同樣道理，調(diào)整膳食，也就可以“吃”掉相應(yīng)疾病。
馬鈴薯具有抗衰老的功效。它含有豐富的維生素B1、B2、B6和泛酸等B族維生素及大量的優(yōu)質(zhì)纖維素，還含有微量元素、氨基酸、蛋白質(zhì)、脂肪和優(yōu)質(zhì)淀粉等營養(yǎng)元素。除此以外，馬鈴薯的塊莖還含有禾谷類糧食中所沒有的胡蘿卜素和抗壞血酸。從營養(yǎng)角度來看，它比大米、面粉具有更多的優(yōu)點(diǎn)，能供給人體大量的熱能，可稱為“十全十美的食物”。人如果只靠馬鈴薯和全脂牛奶就足以維持生命和健康。因?yàn)轳R鈴薯的營養(yǎng)成分非常全面，營養(yǎng)結(jié)構(gòu)也較合理，只是蛋白質(zhì)、鈣和維生素A的量稍低；而這正好用全脂牛奶來補(bǔ)充。
馬鈴薯具有抗衰老的功效。它含有豐富的維生素B1、B2、B6和泛酸等B族維生素及大量的優(yōu)質(zhì)纖維素，還含有微量元素、氨基酸、蛋白質(zhì)、脂肪和優(yōu)質(zhì)淀粉等營養(yǎng)元素。馬鈴薯是碳水化合物，但是其含量僅是同等重量大米的1/4左右。研究表明，馬鈴薯中的淀粉是一種抗性淀粉，具有縮小脂肪細(xì)胞的作用。馬鈴薯是非常好的高鉀低鈉食品，很適合水腫型肥胖者食用，加上其鉀含量豐富，幾乎是蔬菜中最高的，所以還具有瘦腿的功效。
土豆是人們食用的主要雜糧之一，在食用時(shí)，需要把土豆切片和切絲，市場上切片機(jī)種類很多，但是大多數(shù)都適用于大工廠和大作坊，對(duì)于小作坊或普通家庭的使用并不合適。本文所設(shè)計(jì)的土豆切片機(jī)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(jī)。本切片機(jī)具有很高的效率，不僅可以對(duì)土豆切片或者切絲，還可以用來對(duì)紅薯進(jìn)行切片。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)原理簡單，利用用電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，帶輪傳動(dòng)，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(duì)稱安裝的兩把刀具，放在盛料箱里面的土豆在推進(jìn)裝置的推進(jìn)作用下，向旋轉(zhuǎn)刀盤運(yùn)動(dòng)，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。
根莖類蔬菜在加工時(shí)，它切片、切絲是一道重要的工序，切菜機(jī)是重要的食品加工機(jī)械之一。目前的切菜機(jī)有很多種，多為一些大型設(shè)備，體積較大，價(jià)格昂貴，但是應(yīng)用于根莖類蔬菜切削的機(jī)構(gòu)類型區(qū)很少，主要應(yīng)用在一些小型的食品加工廠體積小效率低不適用于在大型工廠里進(jìn)行成批生產(chǎn)，因?yàn)槲覈母o類蔬菜種植多由農(nóng)民個(gè)體種植而且還要進(jìn)行清洗去蒂等工序很難進(jìn)行批量生產(chǎn)。土豆切片機(jī)作為土豆加工領(lǐng)域的一種重要食品機(jī)械設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有重要的工程意義。
1.2 國內(nèi)切片機(jī)技術(shù)的發(fā)展概況
我國的切片機(jī)技術(shù)始于七十年代初期，我國的切片機(jī)廣泛應(yīng)用于蔬菜、中藥、凍肉等領(lǐng)域，其中離心式的應(yīng)用尤為顯著。目前我國切片機(jī)的主要方式有以下幾種：
(1)直線往復(fù)式切片機(jī)。直線往復(fù)式切片機(jī)的結(jié)構(gòu)簡單，但效益低。 因此它應(yīng)用于工作要求不高、效益低的場合。
(2)圓盤旋轉(zhuǎn)式切片。圓盤旋轉(zhuǎn)式切片機(jī)的機(jī)構(gòu)簡單也有較高的生產(chǎn)效益，因此它廣泛應(yīng)用于各種場合。
(3)水槍式切片。水槍式切片機(jī)耗水量打， 只能切出平直的片， 因此它的應(yīng)用不是十分廣泛。
(4)圓形（內(nèi)圓切片的外圓切片）切片。圓形式切片機(jī)有很高的工作效率，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計(jì)較困難，因此它應(yīng)用于工作效率要求相當(dāng)高的專業(yè)領(lǐng)域。
我國的切片的研究開發(fā)方面雖然已有30年的歷史，近幾年來切片機(jī)的研制發(fā)展也非常迅速，但是與發(fā)達(dá)國家相比目前仍然有一定的距離，研制的切片機(jī)沒有得到大面積推廣應(yīng)用。雖然在我過已有切片機(jī)的生產(chǎn)廠家如山東省諸城市大洋食品機(jī)械廠的大洋牌土豆切片機(jī)有400型、600型、江陰鑫達(dá)藥化機(jī)械的中藥切片機(jī)等。但我國的切片機(jī)方面仍然沒有根本性突破。我國研制的規(guī)格型號(hào)還不多，對(duì)于一些已經(jīng)通過鑒定和推廣使用的機(jī)型如：LC-301多功能自動(dòng)切菜機(jī)，YQ--1000實(shí)用新型多功能切菜機(jī)，LG-550型多功能切菜機(jī)等這些大型機(jī)械基本都屬于刀片旋轉(zhuǎn)式的工作原理，主要用于其它一些材料的成批生產(chǎn)，很少用于家庭廚房及小量加工。
國外一些技術(shù)先進(jìn)的國家(如美國), 多功能切菜機(jī)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。切菜機(jī)是由加工公司來完成, 切菜設(shè)備配套比較齊全,包括輸送機(jī)、清選機(jī)、入料機(jī)、切片機(jī)等。切菜效率較高，比如著名的瑞士Meyer--Burger AG公司的TS系列機(jī)，日本的Tokyo Semitsu株式會(huì)社生產(chǎn)的TSK(若干)系列機(jī)等已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)控制的數(shù)控一體化。
為了解決我國農(nóng)村中的個(gè)體生產(chǎn)者和一些農(nóng)戶急需的一種造價(jià)低、操作輕便、小型的多功能切菜機(jī)，擬設(shè)計(jì)這種適合我國農(nóng)村農(nóng)戶和個(gè)體生產(chǎn)者的小型的多功能切菜機(jī)，以適應(yīng)我國現(xiàn)狀。
蔬菜切片機(jī)是食品機(jī)械設(shè)備的一種。食品機(jī)械與設(shè)備是把食品原料加工成食品或半成品的一類專業(yè)機(jī)械與設(shè)備。對(duì)于蔬菜切片機(jī)來說，即是把食品物料切割成厚度均勻一致的片狀產(chǎn)品的機(jī)械。
國外的切片及技術(shù)始于20世紀(jì)60年代，到七十年代發(fā)展成熟，八十年代中期，大部分切片機(jī)都可以加工125mm以上大直徑單晶。例如：瑞士的邁爾公司的臥式內(nèi)源切片及，切割棒料直徑可以達(dá)到304.8mm。八十年代中期后的一兩年內(nèi)，切片及技術(shù)發(fā)展到了鼎盛時(shí)期，相當(dāng)多的多功能全自動(dòng)切片機(jī)相繼商品化，從而誕生了世界上諸多注著名切片機(jī)，如瑞士的Meyer-Burger AG公司的TS系列機(jī)，日本Tokyo Semites株式會(huì)社的TSK若干系列機(jī)。發(fā)展到現(xiàn)在，就切片機(jī)的功能而言，已經(jīng)相當(dāng)?shù)凝R全，而且復(fù)合化，切片的方式也多種多樣。
我國的切片機(jī)技術(shù)始于20世紀(jì)70年代，我國的切片機(jī)廣泛應(yīng)用于蔬菜，中藥，凍肉等領(lǐng)域，其中土豆的應(yīng)用尤為顯著。我國的切片及研究開發(fā)方面也有30多年的歷史，近幾年來切片機(jī)的研制發(fā)展也非常迅速，但是與發(fā)達(dá)國家相比目前仍有一定的差距，研制的切片及也沒有得到大面積的應(yīng)用，雖然在我國已有切片機(jī)的生產(chǎn)廠家如山東省諸城市大洋食品機(jī)械廠的大洋牌土豆切片機(jī)400型，600型等，但我國的切片機(jī)方面仍然沒有根本性突破。近年來中國切片機(jī)機(jī)行業(yè)取得了很大的發(fā)展，但是行業(yè)發(fā)展中也存在一些問題，和國外相比仍有很大的差距。中國制造業(yè)由于缺乏核心技術(shù)，貼牌生產(chǎn)仍然是“中國制造”普遍的生存模式。很多高端產(chǎn)品表面上市中國生產(chǎn)，其實(shí)核心技術(shù)都來自國外。
塊根狀蔬菜在我國分布很廣，有20多個(gè)省、自治區(qū)種植，是我國主要的經(jīng)濟(jì)作物之一。例如，我國薯類作物種植面積大約1.4億畝左右，總產(chǎn)量2至3千萬噸。是世界上產(chǎn)薯最多的國家。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加速，人們生活節(jié)奏也相應(yīng)加快，隨之而來的快餐文化的迅猛發(fā)展，對(duì)莖塊類食物的需求越來越多。像土豆薯?xiàng)l，薯片等休閑食品的消費(fèi)急劇增長。這給莖塊食物的加工帶來了勃勃生機(jī)與活力。在莖塊作物的加工過程中需要將其切成切片。因此，切片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。
1.3論文主要內(nèi)容
本文主要圍繞土豆切片機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為中心，在基于土豆切片原理分析的基礎(chǔ)上，提出土豆切片機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體方案，選定方案后基于實(shí)用、夠用的原則，從滿足任務(wù)書中正常工程需求出發(fā)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、尺寸設(shè)計(jì)，整體裝配設(shè)計(jì)。最后統(tǒng)籌整個(gè)設(shè)計(jì)，完成土豆切片機(jī)的總體設(shè)計(jì)。
論文主要工作內(nèi)容主要包括：
根據(jù)土豆切片的基本原理，完成土豆切片機(jī)的方案設(shè)計(jì)；
從滿足任務(wù)書的工程需求出發(fā)，選定所需的土豆切片機(jī)實(shí)施方案，并進(jìn)行關(guān)鍵尺寸的計(jì)算；
根據(jù)方案的確定完成土豆切片機(jī)整體設(shè)計(jì)?；赟olidWorks2014軟件完成土豆切片機(jī)的三維實(shí)體實(shí)際，基CAD軟件完成所有零部件及裝配體的二維圖定制。
2. 土豆切片機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理
2.1.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)主要針對(duì)一種轉(zhuǎn)盤式土豆切片機(jī)，它包括料斗、轉(zhuǎn)盤和刀片，所述的料斗底端通過螺紋連接件固定連接在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤上中心處設(shè)有一轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸一端設(shè)有手柄，轉(zhuǎn)軸上發(fā)散狀分布有多個(gè)刀片；料斗與轉(zhuǎn)盤相鄰的側(cè)面開口并與轉(zhuǎn)盤之間有容刀片通過的縫隙。提高了土豆切片的效率和均勻度，使用方便。
圖2.1 土豆切片機(jī)原理圖
圖3-2 土豆切片機(jī)參考原理圖
2.1.2工作原理及工作條件：
土豆切片機(jī)采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，其特征是，包括料斗、轉(zhuǎn)盤和刀片，所述的料斗底端通過螺紋連接件固定連接在轉(zhuǎn)盤上，轉(zhuǎn)盤上中心處設(shè)有一轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸一端設(shè)有手柄，轉(zhuǎn)軸上發(fā)散狀分布有多個(gè)刀片；料斗與轉(zhuǎn)盤相鄰的側(cè)面開口并與轉(zhuǎn)盤之間有容刀片通過的縫隙。
2.2傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算
在確定切削速度v時(shí)，既要保證土豆在放進(jìn)箱體后，切片機(jī)能夠正常作業(yè)，又要保證機(jī)組有較高的作業(yè)生產(chǎn)率，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)基本原理，忽略土豆與料斗之間摩擦的情況下，傳動(dòng)比可按下式計(jì)算：
（2.1）
式中，
——刀具半徑
d——切削機(jī)構(gòu)直徑
r——切削盤半徑
v——切削速度
H——機(jī)器高度
g——重力加速度
2.3動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
土豆體積較小，不需要過大的動(dòng)力，所以兩個(gè)切削部分所受力的大小為：
（2.2）
轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)料盤進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，假定料盤所受的力全部來土豆。則：
（2.3）
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：
（2.4）
帶傳動(dòng)機(jī)械效率：
（2.5）
主動(dòng)軸承（球軸承）：
（2.6）
從動(dòng)軸承（球軸承）：
（2.7）
傳動(dòng)系統(tǒng)總效率：
（2.8）
由于主軸上有兩個(gè)切片轉(zhuǎn)子和一個(gè)排料轉(zhuǎn)子，假設(shè)每個(gè)轉(zhuǎn)子上傳遞的功率均相同，則所需動(dòng)力源的功率至少為：
（2.9）
2.4電機(jī)的選擇
一般機(jī)械裝置設(shè)計(jì)中，原動(dòng)機(jī)多選用電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)輸出連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，工作時(shí)經(jīng)傳動(dòng)裝置調(diào)整和轉(zhuǎn)矩，可滿足工作機(jī)的各種運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力要求。
電動(dòng)機(jī)工作環(huán)境為連續(xù)工作，變化很少，并且穩(wěn)定的場合。從實(shí)用、夠用的原則來選取功率為1.5KW的電機(jī)。
生產(chǎn)效率為：
（2.10）
?。?
（2.11）
配套動(dòng)力：
（2.12）
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速：
（2.13）
土豆一般為橢圓形，測定其長為：
（2.14）
寬為：
（2.15）
由生產(chǎn)效率計(jì)算公式：
（2.16）
得出
（2.17）
式中：
B——刀片長度；
r ——切刀半徑；
n—— 傳動(dòng)軸的轉(zhuǎn)速；
a，b ——分別是土豆的橢圓的長和寬；
T ——為切片厚度；這里切片厚度為2 mm.
z ——為刀片片數(shù)，刀片片數(shù)為2.
電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速:
（2.18）
由V帶動(dòng)傳的傳動(dòng)比為3.53，則電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍是
（2.19）
由配套功率為1~1.5 kw， 綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量、價(jià)格和帶傳動(dòng)、減速器的傳動(dòng)比，選擇電機(jī)為Y90L-4，其額定功率為1.5 kw， 同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min。
2.6本章小結(jié)
本章結(jié)合土豆切片機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，主要完成了土豆切片機(jī)的方案設(shè)計(jì)、動(dòng)力參數(shù)及動(dòng)力源的選擇，為下一步進(jìn)行傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。
3. 土豆切片機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
（1）選擇V帶的型號(hào)
普通V帶的型號(hào)根據(jù)傳動(dòng)設(shè)計(jì)功率和小帶輪的轉(zhuǎn)速選取，根據(jù)第二章的設(shè)計(jì)參數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊應(yīng)選用B型帶。
（2）確定帶輪基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速
由資料GB/T13575.1-92中選取：
（3.1）
則：
（3.2）
驗(yàn)算帶速
（3.3）
帶速在允許范圍之內(nèi)。
（3）確定中心距及帶的基準(zhǔn)長度
可設(shè)定中心距：
（3.4）
帶長：
（3.5）
實(shí)際的中心距：
（3.6）
（4）確定V帶的根數(shù)
根數(shù)：
（3.7）
取Z=3根
3.2 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)V帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求是：質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝好，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡，輪槽工作面要精細(xì)加工（表面粗糙度一般為3.2以減少帶摩擦，各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較均勻。帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用的材料牌號(hào)為HT200或HT250，轉(zhuǎn)速較高時(shí)采用鑄鋼，小功率采用鑄鋁或塑料。考慮本設(shè)計(jì)的功率情況和轉(zhuǎn)速，本設(shè)計(jì)采用鑄鐵，材料牌號(hào)為HT250。
鑄鐵制V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：實(shí)心式、腹板式、孔板式、橢圓輪輻式。
V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)，根據(jù)帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，本設(shè)計(jì)中，小帶輪采用實(shí)心式，大帶輪采用孔板式。
3.3 主軸設(shè)計(jì)
（1）選擇主軸的材料及熱處理方法
該軸無特殊要求，選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理。
（2）主軸尺寸設(shè)計(jì)
安照主軸設(shè)計(jì)的合理性原則進(jìn)行主軸的尺寸設(shè)計(jì)。
圖3.1 主軸尺寸圖
（4）主軸強(qiáng)度校核
繪制軸的受力圖，如圖3.2，3.3。
圖3.2水平面受力圖
3）求水平面內(nèi)的支反力及彎矩。
求支反力
（3.8）
（3.9）
求截面C處的彎矩
（3.10）
圖3.3水平面彎矩圖
圖3.4垂直面受力圖
求支反力
（3.11）
（3.12）
求截面C左側(cè)的彎矩
（3.13）
求截面C右側(cè)的彎矩
（3.14）
圖3.5垂直面彎矩圖
合成彎矩
求截面C左側(cè)的彎矩
（3.15）
求截面C右側(cè)的彎矩
（3.16）
圖3.6合成彎矩圖
軸的強(qiáng)度校核
校核危險(xiǎn)截面C強(qiáng)度。由于軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，軸的計(jì)算應(yīng)力：
（3.17）
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，并查得[] = 60 MPa,故軸安全。
4.基于SolidWorks軟件的土豆切片機(jī)三維模型設(shè)計(jì)
4.1 SolidWorks軟件簡介
SolidWorks軟件是美國SolidWorks公司開發(fā)的三維CAD軟件。是世界上第一個(gè)基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，Solidworks軟件功能強(qiáng)大，組件繁多。 Solidworks有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，這使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強(qiáng)大的功能，而且對(duì)每個(gè)工程師和設(shè)計(jì)者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。
對(duì)于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用SolidWorks 來搞設(shè)計(jì)了。SolidWorks獨(dú)有的拖拽功能使用戶在比較短的時(shí)間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計(jì)。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks，用戶能在比較短的時(shí)間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場。
在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，SolidWorks是設(shè)計(jì)過程比較簡便而方便的軟件之一。在強(qiáng)大的設(shè)計(jì)功能和易學(xué)易用的操作協(xié)同下，使用SolidWorks，整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)和工程圖之間的是全相關(guān)的。
它采用了大家所熟悉的Microsoft Windows圖形用戶界面，在技術(shù)內(nèi)核上基于先進(jìn)的Parasolid 圖形語言平臺(tái)。SolidWorks在國際上得到了廣泛的應(yīng)用，并以其功能強(qiáng)大，易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)而深受廣大用戶的喜愛。在眾多的三維CAD軟件中SolidWorks提供了最優(yōu)秀的中文支持，因此，SolidWorks幾乎是中國工程師步入三維CAD階段的首選。
SolidWorks系統(tǒng)主要功能如下：
(1)真正的全相關(guān)性，任何地方的修改都會(huì)自動(dòng)反映到所有相關(guān)地方；
(2)具有真正管理并發(fā)進(jìn)程、實(shí)現(xiàn)并行工程的能力；
(3)具有強(qiáng)大的裝配功能，能夠始終保持設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖；
(4)容易使用，可以極大地提高設(shè)計(jì)效率。
用SolidWorks設(shè)計(jì)零件的基本流程如圖3.1所示。
圖:4.1 Solidworks設(shè)計(jì)零件的基本流程圖
4.2土豆切片機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)
機(jī)架起到在機(jī)器中支承或容納零、部件的作用，機(jī)架的設(shè)計(jì)主要應(yīng)保證以下三點(diǎn)：
1.足夠的強(qiáng)度和剛度；
2.形狀簡單，便于制造；
3.便于在機(jī)架上安裝附件等。
絕定機(jī)架工作能力的主要準(zhǔn)則是剛度。在土豆切片機(jī)的中剛度決定著切片機(jī)的生產(chǎn)效率和切削精度。
強(qiáng)度是評(píng)定重載機(jī)架工作性能的基本準(zhǔn)則。機(jī)架的強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中可能發(fā)生最大載荷或安全裝置所能傳遞的最大載荷來校核其靜強(qiáng)度。此外還要校核其疲勞強(qiáng)度。機(jī)架的強(qiáng)度和剛度都需要從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面來考慮。動(dòng)剛度是衡量機(jī)架抗震能力的指標(biāo)，而提高機(jī)架抗振能力應(yīng)從提高機(jī)架構(gòu)件的靜剛度，控制固有頻率，加大阻尼等方面著手。
機(jī)架受壓結(jié)構(gòu)及受壓彎結(jié)構(gòu)都存在失穩(wěn)問題。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(jī)架正常工作的基本條件。必須加以校核。
為了滿足穩(wěn)定切片和切削效率的要求，本設(shè)計(jì)的土豆切片機(jī)在功能上應(yīng)該完成以下幾點(diǎn)要求：
1.在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，機(jī)架的重量應(yīng)要求輕、成本低。
2.抗振性好。
3 .噪聲小。
4.溫度場分布合理，熱變形對(duì)精度的影響小。
5.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性良好，便于鑄造、焊接和機(jī)械加工。
6.結(jié)構(gòu)便于安裝、調(diào)整及修理。
7.導(dǎo)軌面受力合理、耐磨性良好。
8.造型好。
鑄造機(jī)架常用材料：
1.鑄鐵：
鑄鐵流動(dòng)性好，體收縮和線收縮小，容易獲得形狀復(fù)雜的鑄件。鑄鐵的內(nèi)摩擦大、阻尼作用強(qiáng)，故動(dòng)態(tài)剛性好。另外還有切削性能好、價(jià)格便宜和易于大量生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。鑄鐵主要 有灰鑄鐵、球墨鑄鐵。
2.鑄造碳鋼
鑄鋼的彈性模量大，強(qiáng)度也比鑄鐵高，故用于受力較大的機(jī)架。由于鋼水流動(dòng)性差，在鑄型中凝固冷卻時(shí)體收縮和線收縮都較大，故不宜設(shè)計(jì)復(fù)雜形狀的鑄件。
3.鑄造鋁合金
鋁合金密度小、重量輕，通過熱處理強(qiáng)化，具有足夠高的強(qiáng)度、較好的塑性，良好的韌性。
材料的選用，主要是根據(jù)機(jī)架的使用要求。本設(shè)計(jì)中的土豆切片機(jī)的形狀較復(fù)雜。鑄鐵的鑄造性能好、價(jià)廉和吸振能力強(qiáng)，應(yīng)用也最廣。焊接機(jī)架具有制造周期短、重量輕和成本低等優(yōu)點(diǎn)。由于本設(shè)計(jì)的機(jī)架結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，為了滿足支撐其它各零件的要求，本土豆切片機(jī)機(jī)架各零件零件采用HT200，整體選擇焊接的方式。
壁厚選擇
當(dāng)機(jī)架零件的外廓尺寸一定時(shí)，因而在滿足強(qiáng)度、剛度、振動(dòng)穩(wěn)定性等條件下，應(yīng)盡量選用最小的壁厚。
機(jī)體就是由機(jī)座和箱體焊接而成，材料為HT250,箱體的安裝傳動(dòng)軸的， 為了減少整個(gè)機(jī)體的重量，采用機(jī)座把箱體支撐起來， 再把箱體和箱蓋相連接，使得整體結(jié)構(gòu)更簡單、合理、穩(wěn)定，減少震動(dòng)。
機(jī)座的下面安裝電機(jī)，比帶輪設(shè)置在機(jī)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，綜上所述土豆切片機(jī)總圖如下圖：
圖4.2土豆切片機(jī)總裝圖
4.3土豆切片機(jī)關(guān)鍵部件三維建模
根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所確定的幾何尺寸，利用Solidworks軟件建立土豆切片機(jī)的各個(gè)部件三維實(shí)體模型，以及裝配模型，如圖4.2~4.19所示。
圖4.3后半殼體 圖4.4前半殼體
圖4.5機(jī)帶輪 圖4.6定子襯套
圖4.7擋料環(huán) 圖4.8切削轉(zhuǎn)子
圖4.9主軸
圖4.10排料轉(zhuǎn)子 圖4.11主軸帶輪
圖4.12土豆切片機(jī)裝配體半剖視圖
4.4本章小結(jié)
本章主要工作內(nèi)容包括：土豆切片機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)、運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件SolidWorks 2014進(jìn)行土豆切片機(jī)所有零部件及裝配體的三維建模。在三維模型的基礎(chǔ)上運(yùn)用SolidWorks中由三維圖轉(zhuǎn)換為二維圖dwg文件的工具自動(dòng)生成工程圖，在二維繪圖軟件CAD中進(jìn)行修改，最終完成土豆切片機(jī)所有零件圖及裝配圖的制作。
總結(jié)
土豆等薯類作物在我國分布很廣，有二十多個(gè)省、自治區(qū)種植，是我國主要糧食作物之一，馬鈴薯還是一種很好的蔬菜作物。我國薯類作物種植面積1.4億畝左右，總產(chǎn)量達(dá)2 ~ 3千萬噸，是世界上產(chǎn)薯最多的國家。土豆切片機(jī)作為土豆加工領(lǐng)域的一種重要食品機(jī)械設(shè)備，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)有重要的工程意義。
本文主要圍繞土豆切片機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為中心，在基于土豆切片原理分析的基礎(chǔ)上，提出土豆切片機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的整體方案，選定方案后基于實(shí)用、夠用的原則，從滿足任務(wù)書中正常工程需求出發(fā)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、尺寸設(shè)計(jì)，整體裝配設(shè)計(jì)。最后統(tǒng)籌整個(gè)設(shè)計(jì)，完成土豆切片機(jī)的總體設(shè)計(jì)。
具體來說，根據(jù)土豆切片的基本原理，完成土豆切片機(jī)的方案設(shè)計(jì)。從滿足任務(wù)書的工程需求出發(fā)，選定所需的土豆切片機(jī)實(shí)施方案，并進(jìn)行關(guān)鍵尺寸的計(jì)算。根據(jù)方案的確定完成土豆切片機(jī)整體設(shè)計(jì)。基于SolidWorks2014軟件完成土豆切片機(jī)的三維實(shí)體實(shí)際，基CAD軟件完成所有零部件及裝配體的二維圖定制。
致謝
感謝母校，感謝我們學(xué)院的每一位老師。無論是從學(xué)識(shí)上，還是從人格上，他們都是最值得尊敬的的人。這些老師知識(shí)淵博，閱歷豐富，聽他們的課是一種享受，享受知識(shí)、享受智慧、享受人格魅力。這些老師不但幫助我們構(gòu)建知識(shí)，更在生活上給我們無微不至的關(guān)懷，指導(dǎo)我們處理生活中的許多問題，他們總能高屋建瓴地給我們的生活導(dǎo)航。是他們開啟了我對(duì)歷史的興趣，激發(fā)了我對(duì)知識(shí)的渴望，同時(shí)我也從他們身上學(xué)到了很多難能可貴的精神：認(rèn)真、感恩、負(fù)責(zé)、謙和，所有這些都讓我終身受益。感謝您們??！
在這里我想特別感謝一位老師，就是我的導(dǎo)師。因?yàn)闊o論從論文選題，到編寫過程，直到完成，老師無不傾注著心血和辛勞。就是再忙，老師也經(jīng)常把我們叫到跟前悉心教導(dǎo)。這點(diǎn)讓我們深受感動(dòng)。在收集資料的過程中，老師給我提供了很多寶貴的意見。他讓我多閱讀外文文獻(xiàn)，多收集前人的研究成果。與此同時(shí)，還根據(jù)我的材料幫助我確定題目和論文的結(jié)構(gòu)安排。
在設(shè)計(jì)過程中，我們會(huì)碰到好多問題，這些都是平時(shí)上理論課中不會(huì)碰到，比如夾具厚度不合格或者有應(yīng)力集中等要加以改進(jìn)，各個(gè)尺寸的確定，以及約束定義等。以前雖然做過作業(yè)，但是畢竟沒有放到非常實(shí)際的應(yīng)用環(huán)境中去，畢竟考慮的還不是很多，而且對(duì)所學(xué)的那些原理性的東西掌握的還不是很透徹。從與老師的探討中，老師認(rèn)真的求學(xué)精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的專業(yè)學(xué)識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)眼光、深邃的學(xué)術(shù)思想、勤勉塌實(shí)的治學(xué)作風(fēng)、誨人不倦的精神無不讓人感動(dòng)。我在這里說一聲，老師，辛苦了！
感謝我的同學(xué)在這幾年里對(duì)我生活上、學(xué)習(xí)上的幫助。我們在一起共同經(jīng)歷了很多歡樂和難忘的時(shí)光：大學(xué)校園里有我們的笑聲，有我們共同的足跡，有我們美麗的倩影，有我們的歡聲笑語。是你們祛除了我內(nèi)心的孤獨(dú)，教會(huì)了我做人處事的方法。
不管以后我的道路是駛向何方，但是在學(xué)習(xí)期間的點(diǎn)點(diǎn)滴滴在我腦海所留下的記憶片段是永恒難忘的。最后在此我要再一次對(duì)我親愛的老師和同學(xué)們致以我發(fā)自內(nèi)心深處的感謝。
四年大學(xué)生活轉(zhuǎn)眼即逝。在這四年學(xué)習(xí)期間，老師們無私耕耘、孜孜教誨，讓我們學(xué)到了很多書里和書外的知識(shí)。為我們即將進(jìn)入社會(huì)打下了良好的基礎(chǔ)。在這里我向所有老師們表示深深得謝意和崇高的敬意。你們辛苦了！
最后，衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位老師、教授！忠心地祝愿各位身體健康、工作順利。
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致謝