馬鈴薯去皮機的設計含Creo三維及9張CAD圖
馬鈴薯去皮機的設計含Creo三維及9張CAD圖,馬鈴薯,土豆,去皮,設計,creo,三維,cad
摘 要
在馬鈴薯深加工的工序中，去皮是其最重要的一步。當前，雖然馬鈴薯的去皮工藝已經實現(xiàn)了機械化，但仍需要人力配合機器來完成馬鈴薯的去皮工作，不僅生產效率低下，而且耗費勞動力、成本高。通過對馬鈴薯去皮的有關機械設備和技術的分析研究,在目前的工藝技術和一般消費條件允許的情況下研究和設計改造一款操作起來簡單安全,使用壽命更長的馬鈴薯去皮機，提高其生產效率,更大程度上節(jié)省人力和加工成本。
本次設計的馬鈴薯去皮機包含多個組成機構，其中承重機構為機架；動力機構為電動機；傳動機構為傳動軸；洗刷機構為鋼絲刷、噴水管；送料機構為入料斗、排出絞龍、出料斗、出雜斗；另外還包含柵條、去皮箱等部件。
本文首先通過調查當前市場上常見的幾款馬鈴薯去皮機，研究它們機構構造特點，然后針對每一個去皮方案進行對比和分析，最后總結并提出本次設計方案，接著對該方案所設計的馬鈴薯去皮機中的各主要機構部件進行了詳細的設計并仔細校核，根據(jù)設計計算得到的尺寸數(shù)據(jù)，利用計算機繪圖軟件AutoCAD繪制去皮機的裝配圖和各主要零部件的零件圖，再利用Creo三維建模軟件建立所設計的馬鈴薯去皮機的三維模型，通過三維模型將去皮機的結構外形完整的展現(xiàn)出來。
關鍵詞：馬鈴薯，去皮，傳動機構，送料機構，洗刷機構，設計方案
Abstract
Peeling is the most important step in potato deep processing.At present, although the peeling process of potatoes has been mechanized, it still needs human resources to cooperate with machines to complete the peeling of potatoes, which is not only inefficient in production, but also labor-intensive and cost-effective.Through the analysis and Research on the relevant mechanical equipment and technology of potato peeling, a potato peeling machine with simple and safe operation and long service life is researched and designed and rebuilt under the current process technology and general consumption conditions, which can improve the production efficiency and save labor and processing costs to a greater extent.
The potato peeler in this design consists of several components, including frame for load-bearing mechanism; power mechanism for electric motor; drive mechanism for drive shaft; brushing mechanism for wire brush, spray pipe; feeding mechanism for feeding hopper, draining winch, outlet hopper and miscellaneous hopper; in addition, it also includes grille, leather box and other components.
Firstly, through investigating several common potato peelers in the current market, this paper studies their mechanism construction characteristics, then compares and analyses each peeling scheme, finally summarizes and proposes this design scheme, and then designs and carefully checks each main mechanism component of the potato peeler designed by this scheme, which is obtained by design calculation.Dimensional data, assembly drawing and parts drawing of each main part of the peeler are drawn by computer drawing software AutoCAD, and then three-dimensional model of the designed potato peeler is established by Creo three-dimensional modeling software. The structure and shape of the peeler are fully displayed by three-dimensional model.
Key words: potato, peeling, driving mechanism, feeding mechanism, washing mechanism, design scheme
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 課題設計的研究背景和價值 1
1.2 馬鈴薯制品的國內外現(xiàn)狀 1
1.3馬鈴薯去皮的方式方法 2
第2章 去皮方案的整體設計 3
2.1 去皮方案的設計要求 3
2.2研究去皮方案和確定工作原理 3
2.2.1 各種去皮方案的對比分析 3
2.2.2 去皮方式的分析與確定 4
2.2.3 確定去皮方案的工作原理 6
2.3去皮機各機構零件的參數(shù)選擇 6
第3章 零部件的設計計算 7
3.1 動力源電機的型號確定 7
3.1.1 動力源電機的類型選擇 7
3.1.2 電動機功率的選擇與確定 7
3.1.3 異步電動機轉速的確定 7
3.2 傳動機構減速器的參數(shù)設定 7
3.2.1 傳動機構的傳動比的分配設定 7
3.2.2 傳動機構的動力參數(shù)設計計算 8
3.2.3 傳動機構減速器齒輪的設計 8
3.2.4 去皮機傳動機構中軸、軸承、鍵的設計 12
3.3 洗刷傳動V帶設計 17
3.3.1 洗刷傳動V帶的有關參數(shù)設計計算 17
3.3.2 電機動力傳動裝置帶輪的設計 19
3.4 去皮機傳動主軸的設計 20
3.4.1 去皮機傳動軸的參數(shù)選擇 20
3.4.2 去皮機軸的最小直徑 20
3.4.3 去皮機軸的設計 20
3.4.4 去皮機械設備傳動帶輪軸上的載荷 21
3.4.5 計算傳動帶輪軸的疲勞強度 23
3.5 傳動機構主軸承設計計算 25
3.5.1 軸承載荷的計算 25
3.5.2 軸承軸向力的計算 25
3.5.3 軸承當量動載荷的計算 25
3.5.4 傳動軸承的壽命期限計算 26
3.6 去皮機的框架的研究設計 26
3.6.1 進、出料斗的設計 26
3.6.2 柵條的研究設計 27
3.6.3 滾筒的設計 27
3.6.4 去皮機箱的設計 27
3.6.5 去皮機機架的設計 28
總 結 29
參考文獻 30
致 謝 31
31
馬鈴薯去皮機的設計
第1章 緒論
1.1 課題設計的研究背景和價值
土豆，其名也叫馬鈴薯，是常見的農作物之一，它經常出現(xiàn)在每一個家庭的飯桌上，它不僅可以作為主糧食用，也可以制作成美味的菜肴。土豆中的淀粉含量高，其含量值的范圍在11%-25%左右，而且土豆中的蛋白量高，易于被人體吸收消化。土豆中包含多種營養(yǎng)物質，如氨基酸、各種維生素及礦物質元素等，這些都是人們必須的營養(yǎng)物質和微量元素，是一種熱量低的健康綠色食品[2]。馬鈴薯中含有大量的球蛋白，其含量遠高于其它的糧食，尤其是將雞蛋清和馬鈴薯泥攪拌在一起食用，對人體蛋白的吸收更好，促進人的身體健康成長。馬鈴薯中所含有的纖維素是半纖維素，半纖維素可以提高腸道的蠕動能力，幫助人體消化。而且馬鈴薯也可以用來制作成上等的化工材料。日本國內的部分工業(yè)制造技術廠已經研究出一種新型生產技術，它可以將馬鈴薯作為工業(yè)原料來生產制造塑料。這種塑料與石油化工生產出來的塑料相比，更加的綠色健康，不會造成塑料污染或者“白色”污染，分解周期短，所分解出來的物質可以被自然生物吸收利用。
現(xiàn)如今，人口數(shù)量的不斷增加，糧食的需求也在急速增加，因此國內外的土豆產量也隨之不停的增加，以滿足用量需求。各種土豆的加工技術也出現(xiàn)了井噴式發(fā)展，土豆也被制作成了各種食品以供廣大消費用戶的選擇。在馬鈴薯的各種加工工藝和制作方法中有兩道工序是必不可少的，一是清洗，二是去皮，這兩個步驟看是簡單，但實際操作很麻煩。為了不影響土豆的加工質量，防止在加工過程中土豆表皮的泥土附著在加工的切面上，第一步必須將土豆表皮清洗干凈。第二步土豆去皮是土豆加工過程中最重要的一步。在當前，關于馬鈴薯的去皮有各種加工方法，但是每一種方法都有其優(yōu)缺點，而且不足之處甚多。面對土豆加工產業(yè)的蓬勃發(fā)展，一種新型的、高效率、高節(jié)能的去皮加工方法、加工技術需要被盡快的找到。
1.2 馬鈴薯制品的國內外現(xiàn)狀
國外對馬鈴薯的處理方式多半是用于加工，其中美國的馬鈴薯有四分之三都用于加工生產，法國、荷蘭、英國等國家的馬鈴薯有一半用于加工制作成快餐食品。在我們國家，人們主要將馬鈴薯當作蔬菜食用，被做成各種菜肴進入人們的飯桌，只有不到十分之一的馬鈴薯被送進工廠加工。在中國由于土豆加工產業(yè)尚未有西方國家那么成熟，土豆仍被當作蔬菜實用，因此也造成了每年有六分之一的馬鈴薯浪費，很大程度上破壞了薯農的經濟利益，制約了馬鈴薯農作物的發(fā)展。
在國外，馬鈴薯被制作成各種快餐食品，如薯條、薯片等，當前國外的各類快餐店已經在我國迅速發(fā)展流行起來，被青少年還有部分中老年人所喜愛。由于飲食文化上的差異，馬鈴薯制品在我國的發(fā)展較晚，工業(yè)技術不完善，市場范圍小、效益低。我國生產的馬鈴薯制品與國外相比還有很大的差距。隨著中國越來越國際化，大量的西方文化涌入中國，馬鈴薯制品也成為國際化的產品，其馬鈴薯加工市場會越來越大，最終成為經濟的一大增長點，因此國家會加快并支持馬鈴薯產業(yè)的發(fā)展。
1.3馬鈴薯去皮的方式方法
馬鈴薯的表皮很薄，易破損，一般的加工方法會導致內部土豆內部果肉的浪費。誘導土豆制品需要去皮，比如制作薯片，而有的產品制作則不需要去皮，比如用來釀酒。馬鈴薯去皮的方式各種各樣，種類繁多，比如下列的一些去皮方法：
（1）人工削皮方式：工作人員通過借用一些專門的去皮刀去皮，這樣的人工方式削皮干凈，但有點危險性，容易傷手、效率低。
（2）去皮機械設備去皮：去皮機械設備種類繁多，去皮效率高，但工作原理單一，沒有什么創(chuàng)新性。
（3）化學劑品去皮：部分化學藥品也可用來去皮，比如堿液氫氧化鈉，可以利用它的腐蝕功能來腐蝕溶解土豆表皮，達到去皮效果。但是堿液去皮之后，土豆內部的果肉與堿液接觸，會降低土豆的口感，而且堿液畢竟是化學藥品，一旦用量過大會對人的身體健康有所影響，因此需要使用大量的清水對去皮后的土豆進行反復清洗，這樣就造成了水的浪費，成本增加。
（4）使用熱力原理去皮：對土豆進行短時間內的快速加熱，土豆表皮經過高溫加熱會膨脹起來并破裂，接著表皮就會與馬鈴薯果肉分離，以此達到去皮效果。使用熱力原理對土豆削皮的方法優(yōu)點很多，該方法可以有效的減少果肉的浪費。
（5）使用酶制劑原理去皮：通過使用酶制劑的方法，在特定條件下對土豆進行去皮，該方法可以有效的保持土豆原本的口感，不變質，不變味。
（6）使用冷凍原理去皮：該方法與使用熱力原理去皮相識，都是利用土豆表皮在極端的溫度中會發(fā)生松弛破損，高溫與低溫各有其優(yōu)點，冷凍成本要高于加熱成本，而加熱更容易導致馬鈴薯變質。
（7）真空原理的去皮方式：先將土豆進行加熱，在高溫下可以分離馬鈴薯果肉與表皮。在將加熱后的馬鈴薯迅速的放入真空室內，表皮和果肉就可以徹底分離，最后利用沖洗裝置將馬鈴薯表皮沖洗掉就可以了。
第2章 去皮方案的整體設計
2.1 去皮方案的設計要求
設計一馬鈴薯去皮機，專為滿足馬鈴薯去皮，應盡可能高的機械效率，體積小。
2.2研究去皮方案和確定工作原理
2.2.1 各種去皮方案的對比分析
（1）機械裝置的去皮方式
現(xiàn)如今，我國國內的機械化土豆去皮方式主要通過機械設備摩擦去皮，如圖2.1所示就是摩擦去皮機械裝置結構示意圖，這種機器主要有輸送機構、動力機構、摩擦機構組成。動力機構主要為電動機，通過傳動機構中的減速齒輪將動力傳遞給砂盤，使砂盤旋轉摩擦土豆片。去皮之后，導入清水清洗去皮之后的土豆，最后在通過相應的排送裝置，將馬鈴薯果肉和表皮分開收集包裝。
圖2.1 機械式去皮機二維簡圖
（2）蒸煮發(fā)去皮設備的分析介紹
在國內，鏈帶蒸煮機是大多數(shù)的食品加工企業(yè)使用的是一種連續(xù)式蒸煮方式，但是該型號蒸煮機結構龐大，構造繁瑣雜亂，成本極高，不適用于小型馬鈴薯食品加工工廠。其實在實際的生產過程中，食品加工工廠對馬鈴薯片的蒸煮標準要求較低，多數(shù)小型作坊都會自己制作簡易的土豆蒸煮設備。如圖2.2所示的就是一般小店面使用的土豆蒸煮裝置二維圖。
將承載平板車的車軌鋪設在土豆切片機和蒸煮室的中間，平板車可在車軌上行走，可便于將切片后的土豆運送到蒸熟室內。其蒸煮步驟如下:首先將土豆切片放入承載板車上的梯籠內，將其推進蒸煮室內，利用蒸汽蒸煮土豆片。
整個蒸煮容器的外形近似為長方形，容器包含各種管道裝置和控制管道開關的閥門。土豆蒸煮機器的外形支架采用的是角鋼材料制作而成。機器的外壁由鋼板包裝，外壁夾層內裝有保溫材料。
1.小型蒸房 2.進出大門 3.多層方形籠屜 4.可移動平板車 5.行車車軌
圖2.2 小型蒸煮裝置結構二維圖
（3）化學藥品去皮方式
將堿液氫氧化鈉導入可防止堿液腐蝕的去皮裝置的容器中，通過加水稀釋保持氫氧化鈉溶液濃度維持在可有效將馬鈴薯去皮和保證馬鈴薯口感不變的的濃度值，大約為20%。利用加熱裝置加熱容器裝置內的堿液，使其達到90℃左右，停止加熱保持溫度值在一定范圍內波動，隨后將馬鈴薯放入其中浸泡5分鐘，在這個時段內，土豆的表皮會變松，慢慢地脫離果肉；取出堿液中的馬鈴薯，通過清洗裝置用清水反復多次的清洗，將馬鈴薯表面已經松動的表皮沖洗掉，也可以通過攪拌的機械裝置將表皮磨掉。
使用化學藥劑的去皮方式可以將各種形狀不同的馬鈴薯進行一次性同時去皮，效率高，機械設備等操作簡單。但是，使用化學堿液將馬鈴薯去皮也有很多的不足之處，其一化學藥劑污染環(huán)境，其二，浪費水資源。
2.2.2 去皮方式的分析與確定
在馬鈴薯去皮的工作原理上選擇不同，也造成了國內外馬鈴薯去皮機械設備和其結構構造的巨大差別，種類繁多。
2.1國際上各款去皮設備的性能對比表
機型
L離心式切屑去皮機
機械去皮機
蒸汽式去皮機
化學法去皮機
結構
簡單
復雜
復雜
簡單
對塊莖原料的要求
卵圓形，芽眼淺，無傷痕
卵 卵圓形，芽眼淺，無傷痕
無要求
無要求
產品質量
表面光滑，無污染，無蒸煮層
表面光滑，無污 染，淀粉損失大
表 表面光滑，有蒸煮層，無污染
表 表面光滑，無蒸煮層，有污染
皮屑
可利用
部分利用
部分利用
不能利用
有無加熱設備
無
無
需要（150-200度）
需要（85-95度）
通過對國際上各種類型的馬鈴薯去皮機的分析研究與性能上的對比比較，再結合本次馬鈴薯去皮機的設計所要實現(xiàn)的功能要求和我國的機械制造技術水平，最終決定采用機械去皮的方式作為本次馬鈴薯去皮機的設計方案。
本文所設計的土豆去皮機包含多個機構構造，其中主要有送料機構、動力機構、傳動機構，洗刷機構還有馬鈴薯去皮機的核心機構：去皮機構。輸送馬鈴薯的裝置有入料斗，收集馬鈴薯去皮后的果肉的出料斗，傳送雜物出雜斗，將馬鈴薯去皮的鋼絲刷、去皮筒裝置，去皮機的傳動機構中的聯(lián)軸器和減速器，清洗機構中的噴水管，還有為整個馬鈴薯去皮機械提供動力的電機等。
圖2.3 馬鈴薯去皮機方案簡圖
1-動力電機 2-聯(lián)軸器 3-傳動減速器 4-傳動帶輪 5-分離柵籠 6-鋼絲清洗刷
7-出料斗 8-馬鈴薯排料絞龍 9-馬鈴薯清洗水管 10-廢料出雜斗 11-去皮機支撐機架
2.2.3 確定去皮方案的工作原理
馬鈴薯去皮的過程步驟如下：首先將土豆倒入去皮機的送料機構入料斗內，通過入料斗進入土豆去皮機的去皮筒內。啟動電動機帶動筒內鋼絲刷快速轉動，同時打開噴水管對馬鈴薯噴水，在水淋和鋼絲刷的同時作用下，可以有效的將土豆去皮并將土豆進行清洗。清除掉的馬鈴薯表皮和清洗之后的臟水經過柵條進入廢料收集裝置出雜斗。已經去除外皮的土豆在絞龍轉動的動力下慢慢地沿著絞龍徑向移動送入出料裝置的出料斗內。
2.3去皮機各機構零件的參數(shù)選擇
本文所設計的馬鈴薯去皮機的動力機構采用異步電動機作為整個去皮機的動力源，通過去皮機中的傳動機構中的V帶傳動與減速器裝置傳遞動力和動力。將機筒防護罩安裝在支架上，土豆去皮機的防護罩作用是防止旋轉的土豆、土豆皮還有水漬旋出，所設計的調間隙機構可以滿足生產外形不同大小的馬鈴薯，這樣可以提高馬鈴薯的去皮效率，參考市場上成熟機型選定本次設計的馬鈴薯去皮機的基本參數(shù)如下：
本次設計的馬鈴薯去皮機的外形大小（）
本次設計的馬鈴薯去皮機的動力功率（） 1.1
本次設計的馬鈴薯去皮機的產能（） 100
本次設計的馬鈴薯去皮機的去皮概率（%） ≥95
本次設計的馬鈴薯去皮機的土豆破損率（%） ≤1
本次設計的馬鈴薯去皮機的果肉浪費率（%） ≤2
本次設計的馬鈴薯去皮機的果實雜質率（%） ≤2
本次設計的馬鈴薯去皮機的清洗率（%） ≥95
第3章 零部件的設計計算
3.1 動力源電機的型號確定
3.1.1 動力源電機的類型選擇
電動機是由國家制定并由國家設置其參數(shù)的部件，不需要再次設計。該設計的馬鈴薯去皮機是安放在室內工作，載荷量低，加上去皮機的工作平穩(wěn)，因此該設計方案選擇Y系列的封閉型三相異步電動機作為土豆剝皮機的動力源，為去皮機提供穩(wěn)定的動力。
3.1.2 電動機功率的選擇與確定
根據(jù)參考相關馬鈴薯去皮機器設備的研發(fā)，設定本次設計的馬鈴薯去皮機的動力功率為，再查閱機械設計有關資料確定電動機的額定功率為。
3.1.3 異步電動機轉速的確定
通過調查研究得到馬鈴薯去皮機的轉速值范圍為，因此選取該設計的馬鈴薯去皮機的主軸工作時的轉速：
去皮機的傳動機構中的單級齒輪傳動比為：
去皮機傳動機構中的V帶傳動比為：
去皮機的傳動機構中總傳動比為：
因此該設計的馬鈴薯去皮機的動力源電機實際轉速的值可設定為：
滿足該設計的去皮機的同步轉速為1000、1500、3000r/min。
綜上去皮機的傳動機構的參數(shù)所述，選用滿足去皮機傳動參數(shù)的同步轉速的電動機。因此本設計的馬鈴薯去皮機的動力源電機型號為其參數(shù)型號可以達到滿載轉速，該去皮機的電機額定功率。
3.2 傳動機構減速器的參數(shù)設定
3.2.1 傳動機構的傳動比的分配設定
（1）去皮機的總傳動比
馬鈴薯去皮機的滿載轉速。馬鈴薯去皮機的總傳動比為：
（2）分配去皮機的傳動比
為了保證馬鈴薯去皮機的傳動機構可以平穩(wěn)有效的運行，保證傳動零件的尺寸合理、不發(fā)生傳動機構中各零件的干涉現(xiàn)象，設定V帶的傳動比：；
馬鈴薯去皮機的傳動減速器的傳動比為：；
3.2.2 傳動機構的動力參數(shù)設計計算
（1）傳動機構中各零件軸的轉速
傳動機構1軸轉速： ；
傳動機構2軸轉速： ；
傳動機構主軸轉速：
（2）傳動機構中各零件軸的輸入功率
傳動機構1軸功率： ；
傳動機構2軸功率： ；
傳動機構主軸功率： ；
（3）傳動機構中各零件軸的輸入轉矩
傳動機構1軸的轉矩： ；
傳動機構2軸的轉矩： ；
傳動機構主軸的轉矩： ；
（4）將計算得出的傳動機構中各零件軸參數(shù)整理列表
軸名
功率
轉矩
轉速
傳動比
1軸
1.089
7.43
1400
1
2軸
1.046
19.98
500
2.8
主軸
0.994
47.46
200
2.5
3.2.3 傳動機構減速器齒輪的設計
（1）減速器齒輪的精度、齒數(shù)、材料的選擇
馬鈴薯去皮機傳動機構的齒輪精度選用7級，所設計選用的小齒輪材料為45鋼，材料硬度約為，傳動機構中的大齒的輪材料選擇45鋼（調質處理），硬度為。
選擇傳動機構的小齒輪齒數(shù)，
傳動減速器的大齒輪的齒數(shù)為，取
（2）傳動機構齒輪齒面接觸疲勞強度的計算
由根據(jù)機械齒輪設計公式進行算，即
1） 公式中各參數(shù)數(shù)值的選定與計算
（1）試選傳動齒輪的載荷系數(shù)
（2）計算傳動機構中小齒輪轉矩
（3）根據(jù)傳動小齒輪與軸承的位置特點，選取齒寬系數(shù)
（4）根據(jù)齒輪的設計手冊說明，選擇材料的彈性影響系數(shù)為
（5）通過傳動齒輪的設計手冊查得小齒輪的接觸疲勞強度極限的值可以設定為為，傳動大齒輪的接觸疲勞強度極限可以設定為。
（6）傳動齒輪的應力循環(huán)次數(shù)的計算
（7）查閱有關的齒輪設計手冊可得到本設計的傳動齒輪的接觸疲勞強度壽命參數(shù)
（8）根據(jù)相關公式計算傳動齒輪的接觸疲勞強度的許用應力
根據(jù)失效概率和安全系數(shù)為，可計算得：
（9）對傳動齒輪的相關參數(shù)進行計算
計算傳動機構小齒輪的分度圓參數(shù)，代入中
去皮機傳動機構齒輪的圓周速度v：
去皮機減速器傳動機構齒輪齒寬b：
去皮機減速器傳動機構齒輪的齒寬與齒高之比b/h
去皮機減速器傳動機構齒輪模數(shù)
減速器傳動機構齒輪齒根高：
計算馬鈴薯去皮機減速器傳動機構齒輪的系數(shù)K
根據(jù)傳動速度，可以得到減速器傳動機構齒輪動載荷系數(shù)
選定參數(shù)值的大小為：，可以得到：
由機械設計查得使用系數(shù)
由機械制造設計手冊查得，
因此減速器傳動機構齒輪載荷系數(shù)
（10）校正上文計算得到的分度圓直徑：
（11）計算減速器傳動機構齒輪模數(shù)ｍ;
（3）減速器傳動機構齒輪齒根彎曲強度設計
減速器傳動機構齒輪彎曲強度的設計公式為
（a）確定上述公式內各參數(shù)值的大小
通過查找相關的機械設計和機械制造手冊及相關的齒輪設計公式可以得到：
減速器傳動機構小齒輪的彎曲疲勞強度極限
減速器傳動機構大齒輪的彎曲疲勞強度極限
去皮機構齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)
計算去皮機構齒輪的彎曲疲勞許用應力
根據(jù)資料數(shù)據(jù)可取安全系數(shù)為，因此可以計算得到：
計算去皮機構齒輪的載荷系數(shù)
（b）去皮機構大小兩個齒輪齒形系數(shù)：
可得，
（c）去皮機構大小兩個齒輪應力校正系數(shù)：
，
（d）計算去皮機構齒輪大小齒輪的。
根據(jù)計算結果可得小齒輪的值大于大齒輪。
（e）去皮機構齒輪的相關參數(shù)計算：
根據(jù)對傳動機構齒輪的參數(shù)計算分析研究可得，去皮機構齒輪齒面接觸疲勞強度計算而來的模數(shù)m的值較大，所以取去皮機構傳動齒輪模數(shù)1.06mm，并選取去皮機構齒輪模數(shù)標準值。再通過公式計算去皮機構小齒輪分度圓直徑：
去皮機構傳動小齒輪的齒數(shù)，取
去皮機構傳動大齒輪的齒數(shù)，取
（4）去皮機構中大小傳動齒輪的外形尺寸計算：
（a）計算去皮機構齒輪小齒輪：
去皮機構傳動大齒輪：
（b）計算去皮機構齒輪中心距
（c）計算去皮機構傳動齒輪寬度取35mm
序號
名稱
符號
計算公式和參數(shù)選擇
1
齒數(shù)
Z
24，67
2
模數(shù)
m
1.5mm
3
分度圓直徑
4
齒頂很高
5
齒根很高
6
全齒很高
7
頂隙
8
齒頂圓直徑
9
齒根圓直徑
10
齒寬度
11
中心距
3.2.4 去皮機傳動機構中軸、軸承、鍵的設計
（1）動力傳動機構軸1的設計
1）動力傳動機構軸零件設計計算
（a）傳動高速軸的工作功率P1,運行轉速n1和工作轉矩T1
，，
（b）傳動軸最小直徑的初步設計計算
先根據(jù)軸直徑設計公式式初步計算傳動軸的最小直徑。確定軸的制作材料為45鋼，該型號鋼經調質處理。選取確定，帶入計算公式得：
（c）設計計算去皮機傳動軸的各段直徑和長度
在挖取鍵槽的那一段軸，其軸徑值需要增加，因此可以選擇軸徑16mm。
馬鈴薯去皮機傳動軸的結構設計及基本參數(shù)的計算：
為了使帶輪穩(wěn)定的固定在傳動軸上，用于安裝帶輪的Ⅰ-Ⅱ軸段的右端需要設計軸肩固定帶輪的位置，因此設計該段的直徑為。
根據(jù)軸承的受力分析，可以選定滾動軸承作為力的承載零件，根據(jù)，選擇型號為6204的深溝球軸承，其標準的尺寸數(shù)值為，則有，，，軸承段直徑。
通常使用套筒來固定隔離軸承與齒輪，設定傳動軸套筒的長12mm，因此設計。
設計傳動齒輪軸段長：。
設計軸承端蓋零件的寬度大小為32mm，由于外端面與聯(lián)軸器右端面的距離長度為10mm，設定。
結合減速器箱體尺寸，取。
（d）各零件在傳動軸上的位置設計
聯(lián)軸器通過平鍵聯(lián)接固定在傳動軸上。根據(jù)可以確定平鍵截面尺寸，鍵槽的長度為40mm。
2）馬鈴薯去皮機的傳動軸的強度校核
（a）分析計算軸上各力的大小和方向
由于傳動機構內部的高速級齒輪的分度圓直徑為= 則根據(jù)有關設計計算公式可得：
（b）計算傳動減速器軸的受力大小
先根據(jù)所設計的去皮機傳動軸繪制出結構簡圖，從軸的設計手冊中查取a值：，軸的支撐跨距大小可確定為。
通過計算繪制去皮機傳動軸的彎矩圖和扭矩圖。在彎矩和扭矩圖上標志的數(shù)值大小可以看出截面C是危險截面。再計算截面C處的MH、MV和M的值，如下表。
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
，
，
C截面彎矩M
總彎矩
扭矩
圖3-1 軸1彎矩圖和扭矩圖
（c）計算校核去皮機傳動軸的強度大小
根據(jù)所設計和查閱計算得到的相關數(shù)據(jù)，取，去皮機傳動機構內的減速器傳動軸的應力為：
該設計的去皮機旋轉去皮機構傳動軸的材料為45Cr，調質處理。查詢有關的洗刷去皮機構的軸材料的設計參數(shù)標準得，，由此可知軸安全性好，可確保洗刷摩擦去皮工作的平穩(wěn)性。
（2）洗刷去皮的傳動軸2的設計
1） 馬鈴薯去皮機的洗刷去皮裝置的傳動軸2的轉速和功率轉矩：
2）去皮洗刷裝置傳動齒輪上力的大小
（a）計算去皮洗刷裝置傳動低速級齒輪上的力
洗刷傳動裝置齒輪圓周力：
洗刷傳動裝置齒輪徑向力：
洗刷傳動裝置齒輪軸向力：
3）設計計算洗刷傳動裝置齒輪軸的最小直徑
按照洗刷去皮裝置傳動軸的最小直徑計算式。在根據(jù)前文所述的軸材料特點，取，計算傳動軸的最小直徑：
傳動軸有兩個鍵槽用于固定軸上零件，軸徑應適當增大，傳動軸安裝帶輪位置處的直徑是整個洗刷去皮機傳動軸的最小值，。
4）洗刷傳動裝置傳動軸的結構設計
（a）擬定洗涮去皮傳動裝置的軸上零件的排列安裝
（b）根據(jù)洗刷傳動裝置軸的尺寸和軸上零件尺寸確定軸的尺寸設計
洗刷傳動裝置傳動軸力承受零件選擇為滾動軸承，根據(jù)受力特點選用深溝球軸承。再根據(jù)，選擇6205型號，尺寸為，得： 。
安裝洗刷傳動裝置齒輪的傳動軸段取，為保證傳動裝置齒輪位置的準確性，安裝齒輪軸段可適當縮短，因此：，
根據(jù)傳動軸上的定位軸環(huán)可確定其它部位的相關尺寸，根據(jù)箱體尺寸。
（c）設計確定洗刷去皮傳動裝置齒輪軸上零件的周向定位
所設計的去皮洗刷傳動裝置的傳動帶輪和傳動軸用平鍵聯(lián)接，按，可得平鍵截面，安裝固定傳動齒輪的平鍵長度為.
5）計算設計去皮洗刷傳動裝置軸上的載荷
查詢軸承設計的機械手冊，可知對于6205型深溝球軸承。
計算得：，，，根據(jù)計算彎矩和扭矩值繪制去皮傳動軸所受矩值圖。如圖所示
載荷
水平面
垂直面
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
圖3-2 傳動軸的數(shù)值計算圖
6）校核洗涮裝置的傳動軸強度
在校核的強度計算中，通常只校核矩值最大的截面，取，軸的計算應力：
根據(jù)前面所述選擇的軸的制作材料，取，因此，所設計的去皮洗涮傳動軸安全可靠。
3.3 洗刷傳動V帶設計
3.3.1 洗刷傳動V帶的有關參數(shù)設計計算
（1）旋轉去皮帶傳動計算功率：
已知：；
查旋轉去皮帶傳動的工況系數(shù)為：
則：
（2）旋轉去皮帶傳動的V帶型號：
根據(jù)、確定旋轉去皮帶傳動的V帶型號為A型
（3）選擇旋轉去皮帶傳動V帶大、小帶輪的直徑
1）旋轉去皮帶傳動的V帶小帶輪的基準直徑：
2）旋轉去皮帶傳動的V帶大帶輪基準直徑：
（4）計算校核旋轉去皮帶傳動的V帶帶速：
所設計的去皮機傳動V帶的速度滿足設計要求。
（5）確定旋轉去皮帶傳動的V帶的長度和中心距：
1）設計旋轉去皮帶傳動的V帶中心距：
初步設計中心距
2）去皮動力帶傳動裝置的基準長度計算：
對于去皮動力帶傳動裝置A型帶選用
3）實際去皮動力帶傳動裝置中心距：
（6）去皮動力帶傳動裝置的主動輪上的包角：
由
得
去皮動力帶傳動裝置的包角合適。
（7）去皮動力帶傳動裝置V帶的根數(shù)：
，，根據(jù)設計規(guī)定可得：；
，根據(jù)設計文獻得：；
由，根據(jù)設計文獻，包角修正系數(shù)
由，按照帶傳動設計標準得：
最終可計算得
結果取，結果滿足規(guī)定。
（8）計算去皮動力帶傳動裝置預緊力：
根據(jù)旋轉洗刷去皮動力傳動裝置的設計要求和帶傳動設計準則得：
（9）計算去皮動力帶傳動裝置的壓軸力：
其中去皮動力帶傳動裝置中的參數(shù)為小帶輪的包角。
（10）電機動力傳動裝置V帶的主要參數(shù)整理并列表：
帶型
帶輪基準直徑(mm)
傳動比
基準長度(mm)
A
2.5
1250
中心距（mm）
根數(shù)
初拉力(N)
壓軸力(N)
400.7
4
57.1
451.7
3.3.2 電機動力傳動裝置帶輪的設計
（1）去皮電機傳動機構帶輪的材料：
采用鑄鐵材料加工帶輪。
（2）去皮電機傳動機構帶輪的結構形式：
去皮電機傳動機構帶輪的設計與V帶的基準直徑存在關系。去皮電機傳動機構小帶輪接動力源電機，小帶輪直徑較小，因此小帶輪設計為實心形狀，而大帶輪接去皮傳動機構傳動主軸，直徑較大，采用孔板式的外形。
圖3-3 去皮電機傳動機構大帶輪結構圖
3.4 去皮機傳動主軸的設計
3.4.1 去皮機傳動軸的參數(shù)選擇
去皮機傳動主軸上的功率,轉速和轉矩
，，
3.4.2 去皮機軸的最小直徑
根據(jù)有關計算公式計算去皮機軸的最小直徑。去皮機傳動軸的材料為45號鋼，調制處理，取，計算去皮機軸的直徑：
軸的最小直徑位于安裝從動輪處，根據(jù)去皮機的傳動設計，取，去皮機帶輪的長度，去皮機工作帶輪與去皮機工作軸配合的轂孔長度。
3.4.3 去皮機軸的設計
（1）去皮機軸上配件的設計裝配
去皮機軸的裝配方案設計如下：
圖3-4 軸的結構二維示意圖
（2）確定去皮機軸的直徑和長度
1）設計去皮機帶輪的軸向定位，Ⅰ-Ⅱ軸段左端位置設計軸肩，取V去皮機帶輪與去皮機軸配合的轂孔長度，根據(jù)設計要求Ⅰ-Ⅱ段的長度應比L1短一點，設定。
2）根據(jù)馬鈴薯去皮機的工況并結合，選用角接觸球軸承7206AC，尺寸，設定去皮機軸的軸肩高度，取。
3）設計去皮傳動軸軸段Ⅳ-Ⅴ的直徑，齒盤右端與右軸承之間采用套筒定位，齒盤厚度為23mm，要使套筒緊靠著齒盤，該段軸的長度要小于輪轂，因此取，，左軸承也是依靠軸肩定位，軸肩高度，設計周環(huán)位置去皮傳動軸直徑，根據(jù)周環(huán)設計要求，其寬度，設計長度。
4）去皮機傳動機構帶輪的零件軸承端蓋的寬度為20mm。根據(jù)去皮機傳動機構的設計，去皮機傳動機構中的軸承端蓋的外端面到從動輪右端間的距離，取，。
5）設計傳動機構帶輪支架總的長度為500mm，已知軸承寬度，去皮裝置的支架內的齒盤是對稱的，則，，去皮機械設備內的傳動帶輪軸的最左端固定帶輪，帶輪的，由設計標準可知Ⅸ-Ⅹ段的長度應比L略短些，所以。
（3）去皮機械設備傳動帶輪軸的軸向定位設計
去皮機械設備傳動帶輪軸的定位是通過平鍵連接。通過有關的機械設計資料，確定平鍵截面，帶輪軸上的鍵槽長為36mm，設計齒盤與軸的配合為H7/m6；去皮機機械傳動帶輪與軸通過平鍵連接，尺寸。根據(jù)設計的軸承與軸的周向定位，確定該設計去皮機設備傳動帶輪軸的直徑尺寸公差為k6。
（4）確定去皮機設備的傳動帶輪軸倒角尺寸
根據(jù)設計標準，傳動帶輪軸端倒角為。
3.4.4 去皮機械設備傳動帶輪軸上的載荷
由帶輪支撐軸的結構簡圖（圖3-5）計算和繪制去皮機械設備傳動帶輪軸的力矩簡圖。
由去皮機械設備傳動帶輪軸彎矩和扭矩圖中可以知道D面是軸的危險截面。將本次設計計算得到D處的和M的值列于下表（參看圖3-6）。
表3-1截面D處的MH、MV、M值
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
圖3-5 主軸的載荷分析圖
根據(jù)相關的機械設計計算公式，校核最大彎矩和扭矩的截面的強度，也就是本設計的去皮機帶輪支撐軸的D截面，取
去皮機械設備傳動帶輪軸的應力計算：
根據(jù)前文所選定的軸的材料，得，因此，由計算結果可知去皮機械設備傳動帶輪的軸設計安全可靠。
3.4.5 計算傳動帶輪軸的疲勞強度
（1）判斷傳動帶輪軸的危險截面
由計算結果可知截面A,Ⅱ,Ⅲ,B,E,F,Ⅷ,Ⅸ只承受扭矩作用，雖然部分截面中含有鍵槽，但是軸肩的存在等原因，鍵槽不會造成影響。而且軸的最小直徑要大于按扭矩強度計算得到的直徑，因此這些截面不需要再計算強度是否達到要求。
從應力集中對去皮機械設備傳動帶輪軸的影響來看，截面Ⅳ和Ⅴ處的過盈配合所導致的應力集中比較嚴重；去皮機械設備傳動帶輪軸零件上的截面Ⅴ和截面Ⅳ所受應力的影響基本相同，但截面Ⅴ所在的軸段直徑大于截面IV的軸段直徑，所以本設計的強度校核只需要計算截面Ⅳ。
（2）計算動力傳動帶輪軸截面Ⅳ左側
動力傳動帶輪軸截面Ⅳ左側的彎矩
動力傳動帶輪軸截面Ⅳ截面的扭矩
動力傳動帶輪軸截面Ⅳ左側的彎曲應力：
動力傳動帶輪軸截面Ⅳ左側的扭轉切應力：
去皮機動力傳動帶輪軸的材料為45鋼，采用常用的材料處理方法調質處理，得：
動力傳動帶輪軸截面Ⅳ上應力集中系數(shù)ασ和ατ，可通過資料查詢。
動力傳動帶輪軸截面Ⅳ有效應力集中系數(shù)由
可得到：
查詢動力傳動帶輪軸的材料的敏性系數(shù)為：
按照相關公式計算效應力集中系數(shù)：
查詢資料得尺寸系數(shù)和扭轉尺寸系數(shù)。
設計動力傳動帶輪軸的加工方法為磨削，計算得表面質量系數(shù)為。
計算去皮機動力傳動帶輪軸安全系數(shù)：
因，因此去皮機動力傳動帶輪軸安全。
（3）校核動力傳動帶輪軸截面Ⅳ右側
動力傳動帶輪軸截面Ⅳ右側彎矩
動力傳動帶輪軸截面Ⅳ彎矩
動力傳動帶輪軸截面Ⅳ彎曲應力
動力傳動帶輪軸截面Ⅳ扭轉切應力
查詢動力傳動帶輪軸截面Ⅳ的應力集中系數(shù)：
查找資料得到動力傳動帶輪軸截面Ⅳ尺寸影響系數(shù)為：
關于動力傳動帶輪軸截面Ⅳ表面質量系數(shù)
關于動力傳動帶輪軸截面Ⅳ疲勞強度的綜合影響系數(shù)為：
計算動力傳動帶輪軸截面Ⅳ安全系數(shù)的大?。?
因，所以可以計算出動力傳動帶輪軸截面Ⅳ右側的強度滿足設計要求。
3.5 傳動機構主軸承設計計算
3.5.1 軸承載荷的計算
（1）通過軸承零件機械的設計手冊可知所選型號的軸承的，
去皮傳動裝置的軸承載荷分別為：
，，
，；
（2）正裝去皮傳動裝置的軸承，其軸承力的大?。?
3.5.2 軸承軸向力的計算
由所選的軸承型號查得
因 因此軸承1是壓緊狀態(tài)，軸承2是放松狀態(tài)。
所以：
3.5.3 軸承當量動載荷的計算
確定去皮傳動裝置的軸承的兩個動載荷系數(shù)
因此去皮傳動裝置的軸承1、2都可以取：
去皮傳動裝置的兩個軸承的當量動載荷的數(shù)值計算
3.5.4 傳動軸承的壽命期限計算
由于前文計算的，所以計算去皮傳動裝置的軸承2壽命。
計算得到去皮傳動裝置的軸承壽命
因，所以本設計去皮傳動裝置的軸承滿足使用壽命期限。
3.6 去皮機的框架的研究設計
3.6.1 進、出料斗的設計
馬鈴薯去皮機的入料斗的設計要求是保障馬鈴薯平穩(wěn)的進入機筒內，在此過程中要保證馬鈴薯的進給速度緩慢，以防止馬鈴薯破損。出料斗的外形是由長方形和梯形組合在一起得來的，該形狀特點方便馬鈴薯的收集。出料斗由多個不銹鋼板通過焊接的方式組裝在一起，如圖3-6所示的馬鈴薯去皮機的進出料斗二維結構示意圖。
圖3-6.1 入料斗二維結構圖
圖3-6.2 出料斗二維結構圖
3.6.2 柵條的研究設計
馬鈴薯去皮機的柵條設計要滿足過皮不過去皮后馬鈴薯的設計原則，柵條密度太小則會導致馬鈴薯表皮無法通過柵條進入出雜斗，導致土豆皮堵塞在柵條的縫隙內，最終將塞滿整個的旋轉機筒，造成去皮機無法正常工作，嚴重時會導致去皮機機械設備的毀壞，浪費財產，提高了生產成本。柵條密度過大又會導致體積較小的馬鈴薯掉落進出雜斗內，造成土豆原料的浪費。
3.6.3 滾筒的設計
所設計的馬鈴薯滾筒內共18支刷輥，刷輥尺寸為28×12mm，滾筒兩側由軸承安裝固定在機筒內，兩側刷輥輕微向內側傾斜，在滾筒轉動時刷輥可帶動馬鈴薯向相反的方向轉動，一邊是逆時針轉動，另一側順時針轉動，可以保證馬鈴薯可以被充分的洗涮，提高去皮效率。該設計設定它的轉速為。
本文所設計的去皮機的工作效率為：100（kg/h）。去皮機進行去皮工作時，刷輥與馬鈴薯表皮間的摩擦系數(shù)值大概為0.5，根據(jù)所設計的刷輥直徑，可以計算出去皮機筒內刷輥所受的扭矩T：
去皮機刷輥所需功率：·
去皮機刷輥驅動裝置的額定功率的計算：
—去皮機刷輥減速機的傳動效率，
—去皮機刷輥三角帶的傳動效率，
圖3-7去皮滾筒
3.6.4 去皮機箱的設計
去皮機的外箱在整個的馬鈴薯去皮機械設備中起到保護的作用，由旋轉去皮裝置的特點設計成拼接板的外部形狀，去皮機箱的材料為薄鋼板，可以通過螺釘固定在去皮機的支撐機架上。機柜可用來為旋轉去皮機構構造一個完全封閉的去皮工作環(huán)境。該設計為了便于安裝和拆卸，將機柜制成多個零碎部件，零部件之間可通過螺栓進行連接，這樣便于馬鈴薯去皮機機械設備的后期維修和保養(yǎng)，也便于拆裝運輸。
3.6.5 去皮機機架的設計
馬鈴薯去皮機機架的作用在于支撐整個機械設備，并維持機械設備在去皮工作時能夠平穩(wěn)，不出現(xiàn)大幅度振動和左右搖擺，機架的設計準則在于一個字：穩(wěn)。只有穩(wěn)定才能提高馬鈴薯去皮機的工作效率和壽命期限。機架是通過角鐵焊接而成的，具有很好的穩(wěn)定性。去皮機箱通過螺栓安裝固定在機架上方，進料斗安裝在機架的一端。出料斗安裝在另一端便于送料和出料。如圖3-8所示的機架二維結構左視圖和俯視圖。
圖3-8 馬鈴薯去皮機支架圖
總 結
本次畢業(yè)設計的內容是馬鈴薯去皮機械結構。該設計體現(xiàn)了我大學時光的知識積累，進一步熟練地運用和掌握了相關的機械設計的知識。在設計分析馬鈴薯去皮機的過程中，我學到了很多機械零件設計方面的相關知識，提高了我對機械制造基礎知識的理解力，從本次的設計中我了解了很多的馬鈴薯去皮機的制造原理和工藝流程。世界上的各式各樣的機械設備雖然種類繁多，形狀各異，工作領域不同，但是一旦將它們拆分成一個個零部件，就會發(fā)現(xiàn)零件是相似的，工作原理是相同的，因此通過對馬鈴薯去皮機的分析與研究，我懂得了很多機械設計、機械制造方面的知識，這對于我的未來會有很大的幫助。
本文所設計的馬鈴薯去皮機主要針對其傳動機構中軸、齒輪、帶輪等零部件的結構的分析設計，對其基本參數(shù)的選擇計算，對其進行力學分析、動力學分析等。文章的后面主要敘述馬鈴薯去皮機的幾個主要組成機構的介紹研究與分析計算。本次設計的馬鈴薯去皮機其結構設計計算是嚴格按照機械設計和機械設計相關資料、文獻、手冊等理論基礎和理論實踐得到的，所設計的馬鈴薯去皮機是具有可行性和良好的市場效益的。
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致 謝
在本次的馬鈴薯去皮機的畢業(yè)設計中，我學到了很多機械方面的知識，但是這不是我一個人的勞動成果，在整個的設計生活中，很多人為我提供了幫助和支持。
首先，我的馬鈴薯去皮機的設計就得到了我的指導老師的大力幫助，不僅是相關的機械設計、機械制造的知識方面的幫助，還有生活上的關心。在與老師探討馬鈴薯去皮機的設計過程中，老師認真負責的態(tài)度和高尚的治學教育精神深深地感染了我，他對科研一絲不茍的態(tài)度讓我學到了很多。
然后，還要感謝我的室友們、同學們，已經畢業(yè)的學長、學姐們，他們在我的馬鈴薯去皮機的設計中提供了很多寶貴的建議和經驗知識，正是有了他們的幫助，我才能順利的完成馬鈴薯去皮機的設計任務。我還要感謝我的母校和我的父母親友，感謝他們在我的生活和學習中提供了無私地幫助。
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