土豆切片机的设计Word格式文档下载.docx
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4.12键的选择和校核…………………………………………………………………14
4.12.1键的选择……………………………………………………………………15
4.12.2键的校核……………………………………………………………………15
5结构设计………………………………………………………………………………15
5.1刀盘总成的结构设计…………………………………………………………15
6入料斗的设计及叶轮的设计…………………………………………………………16
7机架的设计……………………………………………………………………………16
7.1机架设计要求……………………………………………………………………16
7.2机架材料的选用及壁厚选择……………………………………………………177.3机架整体设计……………………………………………………………………17
8机体结构的设计………………………………………………………………………17
9结论………………………………………………………………………………………18
参考文献…………………………………………………………………………………19
致谢…………………………………………………………………………………………20
摘要：
随着科学技术的不断发展，农业机械技术也得到了大规模的应用。
本文所设计的土豆切片机是一种体积比较小、结构比较简单。
适用于家庭、餐厅、小作坊的小型农产品加工机械。
土豆切片机设计的整个过程，其中主要包括总体方案的确定，各部件的设计与计算，总装与部装图纸以及各零件的图纸。
完成了全部设计后，对切片机进行了评价，指出它的特点、优势之处，以及存在的一些不足，并提出了一些改进的措施。
关健词：
切片机；
设计；
计算
TheDesignofPotatoslicingMachine
Abstract:
Asthedevelopmentofscienceandtechnology,agriculturalmachinerytechnologyhasalsobeenalarge-scaleapplication.Thedesignofmypotatoslicingmachineisasmallersizeandthestructureismoresimplethanothers.Potatoslicingmachineisfitforthefamilyrestaurant,smallworkshops.Thispotatoslicingmachinethroughoutthedesignprocess,includingthedeterminationoftheoverallprogramdesignandcalculationofthevariouscomponentsoftheassemblywiththeMinistryofinstallationdrawingsandpartsdrawings.Completedallthedesign,evaluation,notedthatittheDepartmentofthecharacteristics,advantages,andthepresenceofanumberofshortcomings,andproposedsomeimprovementmeasures.
Keywords:
slicingmachine;
design;
calculation
1前言
薯类作物在我国分布很广，有二十多个省、自治区种植，是我国主要粮食作物之一，马铃薯还是一种很好的蔬菜作物。
我国薯类作物种植面积1.4亿亩左右，总产量达2~3千万吨，是世界上产薯最多的国家[1]。
在茎块作物的加工过程中需将其切成片。
因此切片机应运而生。
现在市场上，切片机械己经比较常见了，但是这些机械只适合产业化的生产，而没有适合农民作坊生产的切片机器；
另外市场上的这些机械对切片物体的尺寸有着严格要求，不太适合块茎类蔬菜。
因此根据市场需求，对块茎类疏菜，如:
红薯、土豆等，进行切片，而且要求切片、大小厚度一致、均匀，效率要比较高，这些要求超出了手工的要求，加之一些营养成分较高的新鲜蔬菜不易保存，需进行加工保存，如:
土豆，所以更需一种能切片的小型机器。
该机器能满足切片大小厚度一致、均匀，效率较高，提高了劳动效率，改善了劳动质量，让人从切片劳动中解放出来，这样既减轻了农民在加工中的劳动强度，也增加了农民的收入，有利于机械化在农村的发展。
2国内外概况
2.1国外切片概况
目前，国内外已有一些产家研制和生产了此种机器。
在国外的公司，如:
美国的哈克逊公司生产了BIZERBASE12、FACF300半自动切片机，BIZERBASE12D自动切片机:
意大利碧佳ES25、ES30斜刀式切片机:
韩国的地质公司的肉类切片机等[2]。
瑞士Meyer-BurgerAG公司的TS系列机，日本TokyoSemitsu株式会社的TSK（若干）系列机，日本OkamotoMachine株式会社的ASM系列机，美国STC公司的STC系列机等。
我国的切片的研究开发方面虽然已有30年的历史，近几年来切片机的研制发展也非常迅速，但是与发达国家相比目前仍然有一定的距离。
但我国的切片机方面仍然没有根本性突破。
2.2国内切片概况
在国内的公司有:
马鞍山华宝机械设备有限公司生产的落地式切片、北京雅宝食品机械厂生产QR-300型自动切片机、沈阳清宝食品机械有限公司生产的CWS-350A。
山东省诸城市大洋食品机械厂的大洋牌土豆切片机有400型、600型、江阴鑫达药化机械的中药切片机等。
这些机器的特点是生产率大，速度快，适合于大型的场合[3]。
价格比较贵，对于农民的作坊生产来说不适合。
3土豆切片机总体方案的确定
3.1结构特点与工作原理
3.1.1结构特点
根据本设计的要求及适用面来确定切片机的形式：
本设计中我采用卧式切片机，因为卧式切片机的装料和卸料都比较容易，结构简单，操作和维修便易，而且卧式相对立式工作时产生的震动小，有益于机械的正常工作，是非常适合作坊的机械。
卧式切片机有电机、旋转刀盘、皮带传动装置以及输入输出物料装置等组成。
本机构主要有以下优点：
（1）、降低了人们的劳动强度，提高了工作效率。
（2）、切片的厚度一致性高，损耗低。
（3）、切削种类多，能对土豆、红薯、洋葱等进行切削。
（4）、结构简单紧凑。
3.1.2工作原理及工作条件
卧式切片机采用电动机作为动力，皮带轮传动减速装置带动输出轴转动，轴的末端接一旋转刀盘，刀盘上的刀片随着刀盘转动，把马铃薯切成片[4]。
切片的厚度出刀片与刀盘间的垫片厚度在控制。
此外，切片与起丝的转换可以通过更换切片来实现。
如图所示：
1-刀盘2-传动轴3-皮带以及皮带轮4-电动机
图1土豆切片机原理图
Fig.1Electricvoltageofpotatoslicingmachine
3.2机构的组成部分及特点
3.2.1电动机
由于卧式切片机的生产效率为500kg/h,所以选择的电动机为YB132S1-2,
其额定功率为5.22KW，同步转速n=2000/min（选定计算过程见后面）.
3.2.2皮带传动装置
切片机选择V带轮作为传动装置，传动比为4。
3.2.3轴
轴的材料为45号钢，轴的固定选用深沟球轴承：
采用轴肩定位
4传动设计计算、零部件的强度、刚度计算
4.1动力计算
4.1.1主要参数
刀盘直径:
根据红薯的外型尺寸，切片时所需的速度、生产率等条件，确定
刀盘直径为300mm
切削力:
由资料查得到刀片单位长度承受的切削力至少为0.3kg/mm.下面
是直刃刀片和圆弧刃刀片在切削中受力的对比，从而选择刀片[5]。
直刃刀片和圆弧刃刀片在切削中受力数据资料如下:
对直刃刀片而言直刃刀片在切削中的受力数据如下表：
表1直刃刀片分析
Table1Theanalyzingofstraightbit
编号
项目
切削面积
切削阻力
平均切削阻力
切削长度
平均切削阻力
cm2
kg
kg/cm2
mm
kg/mm
1
顺行
2.4×
1.3
2.2
0.705
24
0.092
逆行
1.4×
0.6
5
5.952
14
0.375
2
1.6×
0.8
0.694
16
0.125
1.786
15
0.133
3
0.7×
2.198
13
0.667
1.0×
0.5
1.5
10
0.15
4
1.9×
1.2
1.316
9
0.158
3.5
8.333
7
0.987
19
0.79
0.9×
4.167
0.333
6
1.2×
0.7
1.681
12
0.167
2.778
平均
2.799
0.258
圆刃刀片在切削中的受力数据如下表：
表2圆刃刀片分析
Table2Theanalyzingofarcbit
项目切削面积切削阻力
cm2kg
平均切削阻力切削长度平均切削阻力
kg/cm2mmkg/mm
顺行2.4×
0.51.5
逆行1.4×
0.62.5
顺行1.5×
0.72
0.81.5
1.905160.133
1.339150.107
顺行1.7×
0.31.50.629130.088
逆行1.0×
0.512100.1
顺行1.8×
0.72.51.98490.139
逆行0.7×
0.628.47770.286
0.210.455190.056
逆行0.9×
0.822.77890.222
顺行1.9×
0.120.887120.05
逆行1.2×
0.61.52.083120.125
平均1.920.133
以上两表可以看出圆刃刀片要比直刃刀片省力50%左右，所以本设计采用圆刃刀片，材料选用45#。
4.12土豆在料斗、刀片间被切削的受力分析
土豆在切削时的受力情况示意图
1-刀盘2-土豆3-料斗壁
图2土豆受力分析图
Fig.2Beanstressanalysis
红薯在切削时，刀片给红薯一切削力P，同时入料斗也给红薯一反力N,N分解为水平分力R1.和垂直分力N1，形成一对力矩M1=R1L2,M2=N1L1，要使红薯不跳动,不转动，保持平衡则需PL2=MI+M2。
方向相反。
4.13输出轴的转速计算
由小时生产效率500kg/h来确定转速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来确定n，则
Z是料斗中出现的刀片数量；
L是切片厚度；
Q是该设备的生产率；
s
K1是刀片利用率；
K2是刀盘的不旋空概率；
因此我们将转速定为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，则刀片在切削长度内承受的阻力矩积分得：
图3扭矩图
Fig.3Torque
P
（2）
=0.3×
0.5X²
|
=2756.3Kg·
㎜
（3）
4.1.5传动、摩擦等的功率损失
由机械设计上表可得[6]
可知
总功率=0.96×
0.97×
0.96=0.9033（4）
=2.808÷
0.9033=3.13Kw
因为经电动机的传输功率,其利用率通常在60%—70%之间，故选用电动机的额定功率0.6—0.7P额，由此得到的额定功率是5.22Kw，我们选择电动机的功率为5.22Kw。
4.1.6选择电机
根据计算机算出来的额定功率，刀盘转速以及该机使用的减速机构的传动比，选择额定功率为5.22Kw。
转速在自身减速后为2000rpm、工作电压为380V的电动机。
4.1.7切片可靠性的计算
为了使在切片过程中，物料的进给都可靠，显然要保证物料下落到挡板的时间t1要小于刀片间隙的时间t2[7]。
现分析如下：
假设物料道与物料的摩擦系数为0.4,送料道的倾斜角为45°
则对物料进行受力分析：
F=mgsina-Nμ；
（5）
N=mgcosa所以F=mgsina-mgcosaμ（6）
又F=ma所以a=101.6N
计算作用在轴上的压力Q
Q=2zFf0sin（α／2）（7）
=2×
5×
101.6×
sin（132.7/2）=930.67（包角：
127°
计算见后）
4.1.8求计算功率PC
因为
＝5.22kW则由机械设计手册表13-15可知选KA=1.2
则由公式：
PC=KAP（8）
则得出PC=5.22×
1.2=6.27kw
4.2选V带的型号
可用普通V带或窄V带，现选普通V带。
根据PC=6.27kw,nd＝2000r/min，由机械设计手册查出为V带为SPZ型带。
4.3求大小带轮d2、d1基准直径
由机械设计手册中表13-9可知d1=50～71mm，现在取小轮d1=63mm
由公式：
d2=n1d1（1-ε）/n2（9）
可得出d2=n1d1（1-ε）/n2=3.53×
71×
0.98=252mm。
其中ε在机械设计手册查出为0.02
由机械设计手册表13-9取d2=2526虽然n2略有增大，但其误差小于5%，在允许的范围内，所以d2=250可以。
4.4验算带速V
由公式
V=
（10）
则可以算出V带的速度V=
=π63×
2000/（60×
1000）=8.12m/s
V带的带速度5～25m/s的范围内，合适。
4.5计算V带的基准长度Ld和中心距a
查机械设计手册由其中计算V带公式[8]：
a0=1.5（d1+d2）（11）
初步计算选取V带的中心距a0
则可以得出a0=1.5（d1+d2）=1.5×
（63+250）=248，现在取a0=248,由公式0.7（d1+d2）<
a0<
2（d1+d2）（12）
可以得出中心距在其范围内，所以取a0=250可以。
查机械设计手册由式：
L=2a0+
+
（13）
可以得出带长为L=2×
250+
=1026.3mm
由机械设计基础查表13-2选用V带的型号，对Z型带选用Ld=1000mm。
再由其公式：
a≈a0+
（14）
可以确定V带的中心距a=250—（1000-1026.6）/2=237mm
4.6验算小带轮包角α1
查机械设计基础由公式
α1=180°
-
×
60°
（15）
可以得出α1=180°
603°
=132.7°
>
120°
所以得出包角合适。
4.7求V带的根数
查机械设计基础由公式：
Z=
（16）
已知n1=2000r/min，d1=63查表可以得出P0=1.45KW
由传动比i=4查表13-5得∆P0=0.45KW
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带取2根
4.8求作用在带轮轴上的压力FQ
查机械设计手册表13-1得出V带每米长的质量q=0.07kg/m由公式：
F0=
（17）
其中Pc为功率，Z为v带的根数，V为v带的带速，Kа为包角修正系数可以查表得出其值为0.95
可以得出F0=
≈82.4N
现在计算作用在带轮上的压力FQ,由公式：
FQ=
（18）
可以得出FQ=402.5N
4.9V带轮的设计
4.9.1V带轮材料的选择
设计V带轮时应满足的要求是：
质量小，结构工艺好，无过大的铸造内应力，质量分布均匀，转速高时要经过动平衡，轮槽工作面要精细加工（表面粗糙度一般为3.2以减少带摩擦，各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较均匀。
[9]带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为HT150或HT200，转速较高时采用铸钢，小功率采用铸铝或塑料。
考虑本设计的功率情况和转速，本设计采用铸铁，材料牌号为HT200。
4.9.2带轮结构形式的设计
铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式：
实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式。
[10]
V带轮的结构形式与基准直径有关。
当带轮基准直径为dd≤d（d为安装带轮的轴的直径，mm）时可采用实心式；
当dd≤300mm时，可采用腹板式；
当dd≤300mm时，同时D1-d1≥100mm时，可采用孔板式；
当dd＞300时可采用轮辐式
由5.3中的计算已知d1，d2：
主动轮基准直径d1=63mm
安装轴带轮轴的直径d=25mm
∵dd≤d∴小带轮选用实心式
从动轮基准直径d2=232mm
∵dd≤300mm∴大带轮选用腹板式
4.9.3带轮尺寸的设计
V带轮的轮槽与所选用的V带的型号相对应，此设计选的是SPZ带，根据书上表格可直接得出
基准宽度b0=10mm
基准下槽深度hfmin=10mm
槽间距e=14±
0.3mm
最小轮缘厚δmin=5.5mm
带轮宽度B=28
带轮的总长L=（1.5~2.5）d=40
图4主动轮
Fig.4Drivesprocket
大V轮d=200mm小于350，所以采用腹板式。
由其轴径为35mm.
带轮宽度B=26
带轮的总长L=（1.5~2.5）d=45
图5从动轮
Fig.5Followersprocket
轮槽工作表面的粗糙度为1.6或3.2，由于这两个带轮在切片机运行过程中起着非常重要的传动作用，所以两个带轮轮槽工作表面的粗糙度均取1.6。
[11]
4.10轴的选择
选取轴的材料为45号钢，调质处理。
根据轴上零件的安装、定位及轴的制造工艺，确定轴的结构如图五：
图6轴
Fig.6Axle
4.10.1计算轴的最小直径
轴的强度计算，由公式计算轴的最小直径，由公式：
dmin=
（19）
得出dmin=
≈28mm
计算轴的输出力矩T，由公式：
T=9550×
（20）
可以得出T=9550×
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