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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
土豆切片機(jī)的設(shè)計(jì)
THE DESIGN OF POTATO SLICING MACHINE
學(xué)生姓名：彭文強(qiáng)
學(xué) 號(hào)：200841914325
年級(jí)專業(yè)及班級(jí)：2008級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化3 班
指導(dǎo)老師及職稱：高英武 教授
學(xué) 部：理工學(xué)部
湖南·長(zhǎng)沙
提交日期：2012年05月
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
誠(chéng) 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………………2
2 國(guó)內(nèi)外概況………………………………………………………………………………2
2.1 國(guó)外切片概況 …………………………………………………………………2
2.2 國(guó)內(nèi)切片概況 …………………………………………………………………2
3 土豆切片機(jī)總體方案的確定……………………………………………………………2
3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理……………………………………………………………3
3.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)…………………………………………………………………3
3.1.2 工作原理及工作條件……………………………………………………2
3.2 機(jī)構(gòu)的組成部分及特點(diǎn)…………………………………………………………2
3.2.1 電動(dòng)機(jī)……………………………………………………………………2
3.2.2 皮帶傳動(dòng)裝置……………………………………………………………3
3.2.3 軸…………………………………………………………………………3
4 傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算、零部件的強(qiáng)度、剛度計(jì)算……………………………………………3
4.1 動(dòng)力計(jì)算…………………………………………………………………………3
4.1.1 主要參數(shù)…………………………………………………………………4
4.1.2 土豆在料斗、刀片間被切削的受力分析………………………………5
4.1.3 輸出軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算………………………………………………………5
4.1.4 切削功耗P切……………………………………………………………6
4.1.5 傳動(dòng)、摩擦等的功率損失………………………………………………6
4.1.6 選擇電機(jī)…………………………………………………………………6
4.1.7 切片可靠性的計(jì)算………………………………………………………6
4.1.8求計(jì)算功率PC……………………………………………………………7
4.2 選V帶的型號(hào)………………………………………………………………………7
4.3 求大小帶輪d2、d1基準(zhǔn)直徑 4.4 驗(yàn)算帶速V ………………………………7
4.5 計(jì)算V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和中心距a………………………………………………8
4.6 驗(yàn)算小帶輪包角α1………………………………………………………………8
4.7 求V帶的根數(shù)………………………………………………………………………8
4.8 求作用在帶輪軸上的壓力FQ………………………………………………………8
4.9 V帶輪的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………8
4.9.1 V帶輪材料的選擇……………………………………………………………9
4.9.2 帶輪結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)…………………………………………………………9
4.9.3帶輪尺寸的設(shè)計(jì)………………………………………………………………10
4.10 軸的選擇…………………………………………………………………………11
4.10.1計(jì)算軸的最小直徑……………………………………………………………11
4.10.2 軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定……………………………………………………12
4.10.3 軸的校核……………………………………………………………………13
4.10.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度……………………………………………13
4.11 軸承的選擇和校核………………………………………………………………13
4.11.1 軸承的選擇…………………………………………………………………13
4.11.2 軸承的校核…………………………………………………………………14
4.12 鍵的選擇和校核…………………………………………………………………14
4.12.1 鍵的選擇……………………………………………………………………15
4.12.2鍵的校核……………………………………………………………………15
5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………15
5.1 刀盤總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………15
6 入料斗的設(shè)計(jì)及葉輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………………16
7 機(jī)架的設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………16
7.1 機(jī)架設(shè)計(jì)要求……………………………………………………………………16
7.2 機(jī)架材料的選用及壁厚選擇……………………………………………………17 7.3 機(jī)架整體設(shè)計(jì)……………………………………………………………………17
8 機(jī)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)………………………………………………………………………17
9結(jié)論………………………………………………………………………………………18
參考文獻(xiàn) …………………………………………………………………………………19
致謝…………………………………………………………………………………………20
土豆切片機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué) 生：彭文強(qiáng)
指導(dǎo)老師：高英武 教授
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128）
摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)也得到了大規(guī)模的應(yīng)用。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(jiǎn)單。適用于家庭、餐廳、小作坊的小型農(nóng)產(chǎn)品加工機(jī)械。土豆切片機(jī)設(shè)計(jì)的整個(gè)過程，其中主要包括總體方案的確定，各部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算，總裝與部裝圖紙以及各零件的圖紙。完成了全部設(shè)計(jì)后，對(duì)切片機(jī)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，指出它的特點(diǎn)、優(yōu)勢(shì)之處，以及存在的一些不足，并提出了一些改進(jìn)的措施。
關(guān)健詞：切片機(jī)；設(shè)計(jì)；計(jì)算
The Design of Potato slicing Machine
Student:Peng Wenqianng
Tutor: Gao Yingwu
(Oriental Science ＆Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract: As the development of science and technology, agricultural machinery technology has also been a large-scale application. 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. This potato slicing machine throughout the design process, including the determination of the overall program design and calculation of the various components of the assembly with the Ministry of installation drawings and parts drawings. Completed all the design, evaluation, noted that it the Department of the characteristics, advantages, and the presence of a number of shortcomings, and proposed some improvement measures.
Keywords: slicing machine; design; calculation
1 前言
薯類作物在我國(guó)分布很廣，有二十多個(gè)省、自治區(qū)種植，是我國(guó)主要糧食作物之一，馬鈴薯還是一種很好的蔬菜作物。我國(guó)薯類作物種植面積1.4億畝左右，總產(chǎn)量達(dá)2 ~ 3千萬(wàn)噸，是世界上產(chǎn)薯最多的國(guó)家[1]。在莖塊作物的加工過程中需將其切成片。因此切片機(jī)應(yīng)運(yùn)而生?，F(xiàn)在市場(chǎng)上，切片機(jī)械己經(jīng)比較常見了，但是這些機(jī)械只適合產(chǎn)業(yè)化的生產(chǎn)，而沒有適合農(nóng)民作坊生產(chǎn)的切片機(jī)器；另外市場(chǎng)上的這些機(jī)械對(duì)切片物體的尺寸有著嚴(yán)格要求，不太適合塊莖類蔬菜。因此根據(jù)市場(chǎng)需求，對(duì)塊莖類疏菜，如:紅薯、土豆等，進(jìn)行切片，而且要求切片、大小厚度一致、均勻，效率要比較高，這些要求超出了手工的要求，加之一些營(yíng)養(yǎng)成分較高的新鮮蔬菜不易保存，需進(jìn)行加工保存，如:土豆，所以更需一種能切片的小型機(jī)器。該機(jī)器能滿足切片大小厚度一致、均勻，效率較高，提高了勞動(dòng)效率，改善了勞動(dòng)質(zhì)量，讓人從切片勞動(dòng)中解放出來(lái)，這樣既減輕了農(nóng)民在加工中的勞動(dòng)強(qiáng)度，也增加了農(nóng)民的收入，有利于機(jī)械化在農(nóng)村的發(fā)展。
2 國(guó)內(nèi)外概況
2.1 國(guó)外切片概況
目前，國(guó)內(nèi)外已有一些產(chǎn)家研制和生產(chǎn)了此種機(jī)器。在國(guó)外的公司，如:美國(guó)的哈克遜公司生產(chǎn)了BIZERBA SE12、FAC F300半自動(dòng)切片機(jī)，BIZERBA SE12D自動(dòng)切片機(jī):意大利碧佳 ES25、ES30斜刀式切片機(jī):韓國(guó)的地質(zhì)公司的肉類切片機(jī)等[2]。瑞士Meyer-Burger AG公司的TS系列機(jī)，日本Tokyo Semitsu 株式會(huì)社的TSK（若干）系列機(jī)， 日本Okamoto Machine 株式會(huì)社的ASM系列機(jī)， 美國(guó)STC公司的STC系列機(jī)等。我國(guó)的切片的研究開發(fā)方面雖然已有30年的歷史，近幾年來(lái)切片機(jī)的研制發(fā)展也非常迅速，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比目前仍然有一定的距離。但我國(guó)的切片機(jī)方面仍然沒有根本性突破。
2.2 國(guó)內(nèi)切片概況
在國(guó)內(nèi)的公司有:馬鞍山華寶機(jī)械設(shè)備有限公司生產(chǎn)的落地式切片、北京雅寶食品機(jī)械廠生產(chǎn)QR-300型自動(dòng)切片機(jī)、沈陽(yáng)清寶食品機(jī)械有限公司生產(chǎn)的CWS-350A。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。這些機(jī)器的特點(diǎn)是生產(chǎn)率大，速度快，適合于大型的場(chǎng)合[3]。價(jià)格比較貴，對(duì)于農(nóng)民的作坊生產(chǎn)來(lái)說不適合。
3 土豆切片機(jī)總體方案的確定
3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理
3.1.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求及適用面來(lái)確定切片機(jī)的形式：本設(shè)計(jì)中我采用臥式切片機(jī)， 因?yàn)榕P式切片機(jī)的裝料和卸料都比較容易， 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作和維修便易，而且臥式相對(duì)立式工作時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)小，有益于機(jī)械的正常工作，是非常適合作坊的機(jī)械。臥式切片機(jī)有電機(jī)、旋轉(zhuǎn)刀盤、皮帶傳動(dòng)裝置以及輸入輸出物料裝置等組成。
本機(jī)構(gòu)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：
(1)、降低了人們的勞動(dòng)強(qiáng)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(duì)土豆、紅薯、洋蔥等進(jìn)行切削。
(4)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊。
3.1.2 工作原理及工作條件
臥式切片機(jī)采用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力，皮帶輪傳動(dòng)減速裝置帶動(dòng)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)，軸的末端接一旋轉(zhuǎn)刀盤，刀盤上的刀片隨著刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，把馬鈴薯切成片[4]。切片的厚度出刀片與刀盤間的墊片厚度在控制。此外，切片與起絲的轉(zhuǎn)換可以通過更換切片來(lái)實(shí)現(xiàn)。
如圖所示：
1-刀盤 2-傳動(dòng)軸 3-皮帶以及皮帶輪 4-電動(dòng)機(jī)
圖1 土豆切片機(jī)原理圖
Fig.1 Electric voltage of potato slicing machine
3.2 機(jī)構(gòu)的組成部分及特點(diǎn)
3.2.1 電動(dòng)機(jī)
由于臥式切片機(jī)的生產(chǎn)效率為500kg/h,所以選擇的電動(dòng)機(jī)為YB132S1-2,
其額定功率為5.22KW，同步轉(zhuǎn)速 n=2000/min(選定計(jì)算過程見后面 ).
3.2.2 皮帶傳動(dòng)裝置
切片機(jī)選擇V帶輪作為傳動(dòng)裝置，傳動(dòng)比為4。
3.2.3 軸
軸的材料為45號(hào)鋼，軸的固定選用深溝球軸承：采用軸肩定位
4 傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算、零部件的強(qiáng)度、剛度計(jì)算
4.1 動(dòng)力計(jì)算
4.1.1 主要參數(shù)
刀盤直徑:根據(jù)紅薯的外型尺寸，切片時(shí)所需的速度、生產(chǎn)率等條件，確定
刀盤直徑為300mm
切削力:由資料查得到刀片單位長(zhǎng)度承受的切削力至少為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(duì)比，從而選擇刀片[5]。
直刃刀片和圓弧刃刀片在切削中受力數(shù)據(jù)資料如下:
對(duì)直刃刀片而言直刃刀片在切削中的受力數(shù)據(jù)如下表：
表1直刃刀片分析
Table 1 The analyzing of straight bit
編號(hào)
項(xiàng)目
切削面積
切削阻力
平均切削阻力
切削長(zhǎng)度
平均切削阻力
cm2
kg
kg/cm2
mm
kg/mm
1
順行
2.4×1.3
2.2
0.705
24
0.092
逆行
1.4×0.6
5
5.952
14
0.375
2
順行
1.6×0.8
2
0.694
16
0.125
逆行
1.4×0.6
2
1.786
15
0.133
3
順行
0.7×1.3
2
2.198
13
0.667
逆行
1.0×0.5
1.5
3
10
0.15
4
順行
1.9×1.2
3
1.316
9
0.158
逆行
0.7×0.6
3.5
8.333
7
0.5
5
順行
1.9×0.8
1.5
0.987
19
0.79
逆行
0.9×0.8
3
4.167
9
0.333
6
順行
1.2×0.7
2
1.681
12
0.167
逆行
1.2×0.6
2
2.778
12
0.167
平均
2.799
0.258
圓刃刀片在切削中的受力數(shù)據(jù)如下表：
表2圓刃刀片分析
Table 2 The analyzing of arc bit
編號(hào)
項(xiàng)目 切削面積 切削阻力
cm2 kg
平均切削阻力 切削長(zhǎng)度 平均切削阻力
kg/cm2 mm kg/mm
1
順行 2.4×0.5 1.5
逆行 1.4×0.6 2.5
2
順行 1.5×0.7 2
逆行 1.4×0.8 1.5
1.905 16 0.133
1.339 15 0.107
3
順行 1.7×0.3 1.5 0.629 13 0.088
逆行 1.0×0.5 1 2 10 0.1
4
順行 1.8×0.7 2.5 1.984 9 0.139
逆行 0.7×0.6 2 8.477 7 0.286
5
順行 1.8×0.2 1 0.455 19 0.056
逆行 0.9×0.8 2 2.778 9 0.222
6
順行 1.9×0.1 2 0.887 12 0.05
逆行 1.2×0.6 1.5 2.083 12 0.125
平均 1.92 0.133
以上兩表可以看出圓刃刀片要比直刃刀片省力50%左右，所以本設(shè)計(jì)采用圓刃刀片，材料選用45#。
4.12 土豆在料斗、刀片間被切削的受力分析
土豆在切削時(shí)的受力情況示意圖
1-刀盤 2-土豆 3-料斗壁
圖2 土豆受力分析圖
Fig.2 Bean stress analysis
紅薯在切削時(shí)，刀片給紅薯一切削力P，同時(shí)入料斗也給紅薯一反力N,N分解為水平分力R1.和垂直分力N1，形成一對(duì)力矩M1=R1L2,M2 =N1L1，要使紅薯不跳動(dòng),不轉(zhuǎn)動(dòng)，保持平衡則需PL2=MI+M2。方向相反。
4.13 輸出軸的轉(zhuǎn)速計(jì)算
由小時(shí)生產(chǎn)效率500kg/h 來(lái)確定轉(zhuǎn)速n
Q=60×nZ×V×P×K1×K2 (1)
Z=1
V=S×L
Q=500kg/h
K1=0.7
K2=0.2
取L=0.5，P=1.033×10×0.001來(lái)確定n，則
Z是料斗中出現(xiàn)的刀片數(shù)量；
L是切片厚度；
Q是該設(shè)備的生產(chǎn)率；s
K1是刀片利用率；
K2是刀盤的不旋空概率；
因此我們將轉(zhuǎn)速定為n=500rpm。
4.14 切削功耗P切
由前面得知，切削平均阻力P=0.3Kg/mm，則刀片在切削長(zhǎng)度內(nèi)承受的阻力矩積分得：
圖3 扭矩圖
Fig.3 Torque
P (2)
=0.3×0.5X2|
=2756.3Kg·㎜
(3)
4.1.5 傳動(dòng)、摩擦等的功率損失
由機(jī)械設(shè)計(jì)上表可得[6]
可知
總功率=0.96×0.97×0.97×0.96=0.9033 (4)
=2.808÷0.9033=3.13Kw
因?yàn)榻?jīng)電動(dòng)機(jī)的傳輸功率,其利用率通常在60%—70%之間，故選用電動(dòng)機(jī)的額定功率0.6—0.7 P額，由此得到的額定功率是5.22Kw，我們選擇電動(dòng)機(jī)的功率為5.22Kw。
4.1.6 選擇電機(jī)
根據(jù)計(jì)算機(jī)算出來(lái)的額定功率，刀盤轉(zhuǎn)速以及該機(jī)使用的減速機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，選擇額定功率為5.22Kw。轉(zhuǎn)速在自身減速后為2000rpm、工作電壓為380V的電動(dòng)機(jī)。
4.1.7 切片可靠性的計(jì)算
為了使在切片過程中，物料的進(jìn)給都可靠，顯然要保證物料下落到擋板的時(shí)間t1要小于刀片間隙的時(shí)間t2[7]?，F(xiàn)分析如下：假設(shè)物料道與物料的摩擦系數(shù)為0.4,送料道的傾斜角為45°則對(duì)物料進(jìn)行受力分析：
F=mgsina - Nμ； (5)
N=mgcosa 所以F=mgsina-mgcosaμ (6)
又F=ma 所以 a=101.6N
計(jì)算作用在軸上的壓力Q
Q=2zFf0sin(α／2) (7)
=2×5×101.6×sin（132.7/2）=930.67（包角：127°計(jì)算見后）
4.1.8求計(jì)算功率PC
因?yàn)椋?.22kW則由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表13-15可知選KA=1.2
則由公式 ：
PC=KAP （8）
則得出PC =5.22×1.2=6.27 kw
4.2 選V帶的型號(hào)
可用普通V帶或窄V帶，現(xiàn)選普通V帶。
根據(jù)PC=6.27 kw, nd＝2000 r/min，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查出為V帶為SPZ型帶。
4.3 求大小帶輪d2、d1基準(zhǔn)直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中表13-9可知d1=50～71 mm，現(xiàn)在取小輪d1=63 mm
由公式：
d2=n1d1(1-ε)/n2 （9）
可得出d2=n1d1(1-ε)/n2=3.53×71×0.98=252 mm。其中ε在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查出為0.02
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表13-9取d2=2526雖然n2略有增大，但其誤差小于5%，在允許的范圍內(nèi)，所以d2=250可以。
4.4 驗(yàn)算帶速V
由公式
V= （10）
則可以算出V帶的速度V==π63×2000/(60×1000)=8.12 m/s
V帶的帶速度5～25 m/s的范圍內(nèi)，合適。
4.5 計(jì)算V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld和中心距a
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)由其中計(jì)算V帶公式[8]：
a0=1.5(d1+d2) （11）
初步計(jì)算選取V帶的中心距a0
則可以得出a0=1.5(d1+d2)=1.5×(63+250)=248，現(xiàn)在取a0=248,由公式0.7(d1+d2)
120°
所以得出包角合適。
4.7 求V帶的根數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)由公式：
Z= （16）
已知n1=2000 r/min ，d1=63 查表可以得出 P0=1.45 KW
由傳動(dòng)比i=4 查表13-5得 ?P0=0.45 KW
由α1=132.7° 查表13-7得 Kα=0.87,查表13-2得KL=0.90,由此可得
Z=≈1.81
所以V帶取2根
4.8 求作用在帶輪軸上的壓力FQ
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表13-1得出V帶每米長(zhǎng)的質(zhì)量q=0.07 kg/m由公式：
F0= （17）
其中Pc為功率，Z為v帶的根數(shù)，V為v帶的帶速，Kа為包角修正系數(shù)可以查表得出其值為0.95
可以得出F0=≈82.4 N
現(xiàn)在計(jì)算作用在帶輪上的壓力FQ ,由公式：
FQ= （18）
可以得出FQ=402.5 N
4.9 V帶輪的設(shè)計(jì)
4.9.1 V帶輪材料的選擇
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(wú)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。[9]帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用的材料牌號(hào)為HT150或HT200，轉(zhuǎn)速較高時(shí)采用鑄鋼，小功率采用鑄鋁或塑料?？紤]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HT200。
4.9.2 帶輪結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)
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。[10]
V帶輪的結(jié)構(gòu)形式與基準(zhǔn)直徑有關(guān)。當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑為dd≤d（d為安裝帶輪的軸的直徑，mm）時(shí)可采用實(shí)心式；當(dāng)dd≤300mm時(shí)，可采用腹板式；當(dāng)dd≤300mm時(shí)，同時(shí)D1-d1≥100mm時(shí)，可采用孔板式；當(dāng)dd＞300時(shí)可采用輪輻式
由5.3中的計(jì)算已知d1，d2：
主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑d1=63 mm
安裝軸帶輪軸的直徑d=25 mm
∵ dd≤d ∴小帶輪選用實(shí)心式
從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑d2=232 mm
∵ dd≤300mm ∴大帶輪選用腹板式
4.9.3帶輪尺寸的設(shè)計(jì)
V帶輪的輪槽與所選用的V帶的型號(hào)相對(duì)應(yīng)，此設(shè)計(jì)選的是SPZ帶，根據(jù)書上表格可直接得出
基準(zhǔn)寬度b0=10 mm
基準(zhǔn)下槽深度hfmin=10 mm
槽間距e=14±0.3 mm
最小輪緣厚δmin=5.5 mm
帶輪寬度 B=28
帶輪的總長(zhǎng)L=（1.5~2.5）d=40
圖4 主動(dòng)輪
Fig. 4 Drive sprocket
大V輪d=200mm小于350，所以采用腹板式。由其軸徑為35 mm.
基準(zhǔn)寬度b0=10 mm
基準(zhǔn)下槽深度hfmin=10 mm
槽間距e=14±0.3 mm
最小輪緣厚δmin=5.5 mm
帶輪寬度 B=26
帶輪的總長(zhǎng)L=（1.5~2.5）d=45
圖5 從動(dòng)輪
Fig. 5 Follower sprocket
輪槽工作表面的粗糙度為1.6或3.2，由于這兩個(gè)帶輪在切片機(jī)運(yùn)行過程中起著非常重要的傳動(dòng)作用，所以兩個(gè)帶輪輪槽工作表面的粗糙度均取1.6。[11]
4.10 軸的選擇
選取軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)軸上零件的安裝、定位及軸的制造工藝，確定軸的結(jié)構(gòu)如圖五：
圖6 軸
Fig.6 Axle
4.10.1計(jì)算軸的最小直徑
軸的強(qiáng)度計(jì)算 ，由公式計(jì)算軸的最小直徑，由公式：
dmin= （19）
得出dmin=≈28 mm
計(jì)算軸的輸出力矩T，由公式：
T=9550× （20）
可以得出T =9550×
≈36 N.m
軸的輸出直徑顯然不大，且與輪盤和從動(dòng)輪的尺寸比列不協(xié)調(diào)，考慮到與鍵槽和電動(dòng)機(jī)的輸出直徑為35mm。已經(jīng)遠(yuǎn)大于dmin, 所以取最小軸徑dmin取35 mm。
4.10.2 軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定
軸的兩端分別與刀盤的從動(dòng)輪相連接，所以取d1-2=2d7-8=35 mm。帶輪及刀盤采用軸肩定位，且定位高度h>0.07d d2-3=d6-7=42 mm。考慮此處軸徑，出軸承產(chǎn)品目錄中初步選定6209深溝球軸承軸承，其尺寸為d×D×B=45×85×19, 所以d3-4= d5-6=45mm。查手冊(cè)6209深溝球軸承軸承的軸肩高為4 mm，所以d4-5=53 mm
由刀盤的尺寸和從動(dòng)輪的尺寸確定l1-2=25 mm ,l7-8=35 mm。由軸承的尺寸，可以確定l3-4=l5-6=50 mm。有軸承端蓋的結(jié)構(gòu)和傳動(dòng)軸，確定軸承端蓋的總寬度為20，根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑劑的要求，去l2-3=30,l6-7=50 mm。根據(jù)軸的總體尺寸，取l4-5=130 mm。
4.10.3 軸的校核
求軸上的載荷，首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)，作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。根據(jù)軸的計(jì)算圖，做出軸的彎矩圖和扭矩圖。
圖7 軸的載荷分析圖
Fig.6 The analyzing of axis’s load
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出靠近大帶輪軸承上的截面為危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將計(jì)算的危險(xiǎn)截面處的M、MH、MV。
選取軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表14-2,已經(jīng)算出軸的最小直徑為35 mm，扭矩為36 N.m
所以，可以計(jì)算出作用在軸上的力圓周力Ft：
Ft= （21）
Ft==200N
作用在刀片上的力徑向力Fr：
（22）
可以得出Fr=166.2 N
根據(jù)上面的數(shù)據(jù)和軸的機(jī)構(gòu)以及彎矩和扭矩圖中可以看出，受載荷最大的面是靠近大帶輪的軸承端面，因此求得此截面的彎矩扭矩如下表：
表3 截面的彎矩扭矩
Table.3 Cross-section of bending moment torque
載荷
平行于軸
垂直于軸
支反力F
1125 N
N
彎矩M
MH=34245N/mm
總彎矩
=63999 N/mm
=35413 N/mm
扭矩T
T2=131759.8 N.mm
4.10.4 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》式（15-5），以及上表的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，取=0.6，計(jì)算軸的應(yīng)力,由公式：
（23）
得出軸的應(yīng)力：
=37.6 Mpa
前面已經(jīng)選定軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1可查得
[σ-1]=60 Mpa，所以計(jì)算出軸安全。
故該軸在此截面的右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。本機(jī)無(wú)大的瞬時(shí)過載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。至此,軸的校驗(yàn)結(jié)束,軸的校驗(yàn)合格。[12]
4.11 軸承的選擇和校核
4.11.1 軸承的選擇
由于軸承主要承受的只有機(jī)體中的軸，刀盤，從動(dòng)輪的徑向力。故選用6209深溝球軸承軸承的主要參數(shù)：n=396r/min，預(yù)計(jì)壽命為8年，工作小時(shí)數(shù)Lh預(yù)計(jì)為24000小時(shí)。
4.11.2 軸承的校核
深溝球軸承一般是由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成。內(nèi)圈裝在軸上，外圈裝在機(jī)座和軸承座上。滾動(dòng)體與內(nèi)外圈的材料應(yīng)具有高的硬度和接觸疲勞強(qiáng)度、良好的耐磨性和沖擊性。一般用含鉻合金鋼制造。[13]工作表面要磨削和拋光。與滑動(dòng)軸承相比，角接觸球軸承具有摩擦阻力小、起動(dòng)靈敏、效率高、能夠同時(shí)承受徑向和軸向的作用力等優(yōu)點(diǎn)。所以選擇深溝球軸承。[14]
因該軸承受 和的作用，必須求出當(dāng)量動(dòng)載荷P。計(jì)算時(shí)用到的徑向系數(shù)X、軸向系數(shù)Y要根據(jù)Fa/C0r值查取，而C0r是軸承的徑向額定靜載荷，在軸承型號(hào)未選出前暫時(shí)不知道，故用試算法。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表16-11，暫取Fa/C0r=0.17，則e=0.5。
因Fr=288N，F(xiàn)a =166.2N，則Fa/Fr=0.57>e，由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表16-11查得X=0.44，Y=1.4。
由公式
P=X Fr +Y Fa （24）
P=
計(jì)算所需徑向基本額定動(dòng)載荷值，由公式：
（25）
fp=1.2（查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表16-9得）；
ft=1（查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表16-8得，因工作溫度不高）；
Lh是使用壽命，為24000h
所以：
Cr=2910>2900 N C0r=1920 N
故6209深溝球軸承軸承軸承的Fa/C0r=288/1920=0.15與原估算接近，適用。
4.12 鍵的選擇和校核
4.12.1 鍵的選擇
均為一般聯(lián)接，可選用普通平鍵中的圓頭普通平鍵。
安裝刀盤處鍵的選擇：
此處軸的直徑d1=35 mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表4-1得鍵的截面尺寸為：寬度b=8 mm,高度h=7 mm,取鍵長(zhǎng)L=14 mm.
與皮帶輪聯(lián)接的鍵的選擇：
此處軸徑為d2=25 mm，同理選用鍵的寬度b=8 mm,高度h=7 mm,取鍵長(zhǎng)L=18 mm.
4.12.2鍵的校核
鍵、軸的材料都是鋼，鍵采用靜聯(lián)接，沖擊輕微。查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表14-1得許用擠壓應(yīng)力[σp]=120～150 Mpa,取[σp]=135 Mpa。
鍵1的工作長(zhǎng)度l=L-b=14 -7 =7 mm,鍵與刀盤的接觸高度k=0.5h=3.5 mm查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)由公式：
= （26）
得出σp為116 Mpa小于[σp]所以鍵1的強(qiáng)度合適。
鍵2的工作長(zhǎng)度l=L-b=25 -6 =19 mm，鍵與皮帶輪的接觸高度k=0.5h=3mm
= （27）
得出σp為136 Mpa小于[σp]所以鍵1的強(qiáng)度合適
T——傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩N·m
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度
l——鍵的工作長(zhǎng)度mm
d——軸的直徑
5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1 刀盤總成的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
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(shí)，可以切5mm厚的片，用一塊墊片則可切6mm。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(yīng)稍大于切削厚度以嵌入刀座并可進(jìn)行調(diào)節(jié)，刀片厚度取5mm。
考慮到本設(shè)計(jì)的臥式切片機(jī)的切削物料以土豆等作物為主，刀片的長(zhǎng)、寬應(yīng)接近作物的尺寸了。[15]考慮到平帶是圓周運(yùn)動(dòng)，因此我設(shè)計(jì)在每隔一定的距離安裝一把刀片，有效的利用圓周運(yùn)動(dòng)，大大的提高工作效率。在整個(gè)刀座上裝有2把刀片，即在平帶運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間內(nèi)，刀片切削2次。刀片的尺寸為長(zhǎng)取105mm，寬取53mm。，用鉚釘將刀片鉚上去。鉚釘?shù)拇笮∵x取：采用沉頭的型式，。
刀盤是鑄造而成，要求其質(zhì)量分布均勻，保證轉(zhuǎn)動(dòng)的平穩(wěn)性。
6 入料斗的設(shè)計(jì)及葉輪的設(shè)計(jì)
入料斗是保證進(jìn)料順利，同時(shí)起定力刃的作用，根據(jù)本機(jī)構(gòu)的整體特點(diǎn)，入料斗設(shè)計(jì)成傾斜的矩形狀，這樣物料可以出重力自動(dòng)下滑，入料斗和葉輪之間的距離不能太大或太小，必須保證切片的厚度， 所以設(shè)計(jì)入料斗與刀盤之間的距離為100 m左右。[16]現(xiàn)考慮如何讓莖塊進(jìn)入料斗后能順利下滑，來(lái)完成切割工序，首先查表得到物料與物料之間的摩擦系數(shù)為0.4， 在分析莖塊在料斗中的受力情況。
要讓莖塊能順利下滑，必須要求向Fn向x軸的投影在x軸的正方向上， 那樣莖塊才能順利下滑，那么就必須要求ɑ>δ，斜坡角度的確定過程如下：
FR= FN+F1 （28）
要想讓莖塊能順利下滑的話， 那么必須Gsin(ɑ-δ)>0，也就是說ɑ>δ時(shí)莖塊就能順利下滑， f=tgδ=0.4，得到δ=21.8°，而ɑ>δ， 所以取ɑ=45°，也就是說料斗的傾斜角度ɑ=450。
7 機(jī)架的設(shè)計(jì)
7.1 機(jī)架設(shè)計(jì)要求
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(jiǎn)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。在臥式切片機(jī)的中剛度決定著切片機(jī)的生產(chǎn)效率和切削精度。[17]
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(lái)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(lái)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)的臥式切片機(jī)采用機(jī)座機(jī)箱鑄成一體使得整體的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單、合理、穩(wěn)定，減少震動(dòng)。
7.2 機(jī)架材料的選用及壁厚選擇
鑄造機(jī)架常用材料：
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。[18]
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。
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)中的離心式切片機(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，本離心式切片機(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。
7.3 機(jī)架整體設(shè)計(jì)
機(jī)架整體應(yīng)起到固定及連接各零件的作用。機(jī)架由以下幾部分組成：支腿、底板、電機(jī)護(hù)罩、輸出滑板、機(jī)殼、刀片座、連接板、支板、連接板、固定箱、固定箱蓋。
8 機(jī)體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
機(jī)體就是由機(jī)座和箱體焊接而成，材料為HT200,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(lái)， 再把箱體和箱蓋相連接，使得整體結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單、合理、穩(wěn)定，減少震動(dòng)。[19]
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。
本設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)
本機(jī)構(gòu)主要是針對(duì)中小型場(chǎng)合而設(shè)計(jì)的， 它可以對(duì)多種莖塊類作物進(jìn)行工作，且有較高的生產(chǎn)效率。同時(shí)該設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積比較小，重量比較輕，生產(chǎn)率處于大型機(jī)械與手工勞動(dòng)之間，適合勞動(dòng)作坊等小場(chǎng)合。
9 結(jié)論
由于本設(shè)計(jì)因?yàn)閭€(gè)人知識(shí)有限，本切片機(jī)采用臥式刀盤，因此在切片的過程中難免會(huì)出現(xiàn)切片厚度不均勻的情況，還有就是本切片機(jī)占空間大。設(shè)計(jì)的切片機(jī)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。主要改進(jìn)措施是為了解決不均勻的問題，解決方案是： 在切片過程中始終保持切片的物體壓緊，使其不跳動(dòng)、不滑移。[20]
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致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是一項(xiàng)艱辛的任務(wù)，但在老師的精心指導(dǎo)和同學(xué)們的熱心幫助下圓滿完成。在此向各位指導(dǎo)老師、特別是向高英武老師表示感謝。還要感謝在大學(xué)四年中幫助我的人，同時(shí),也要感謝在論文寫作過程中，幫助過我、并且共同奮斗四年的大學(xué)同學(xué)們，能夠順利完成論文。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，自己所學(xué)知識(shí)得到了鞏固、完善，并且高教授治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、踏實(shí)沉穩(wěn)的學(xué)風(fēng)，在我的學(xué)習(xí)、生活中產(chǎn)生了積極作用，也使得本次設(shè)計(jì)能夠順利完成。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我從中收益良多。在設(shè)計(jì)過程中，使我將在大學(xué)所學(xué)到的理論知識(shí)系統(tǒng)地聯(lián)系在一起，了解了機(jī)械設(shè)計(jì)的方法和流程，特別是怎樣思考問題和解決問題，使得我所學(xué)的知識(shí)，得到一次比較全面地鞏固。同時(shí)通過這次設(shè)計(jì)提高了自己的自學(xué)能力，從而學(xué)到了很多以前沒有接觸過的新知識(shí)，為以后能更好地從事這項(xiàng)工作奠定了良好的基礎(chǔ)。
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