第六届全国大学生机械创新设计大赛.docx

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第六届全国大学生机械创新设计大赛

第六届全国大学生机械创新设计大赛

一，主题设计的基本思想

大赛主题“幻·梦课堂”

内容为“教室用设备和教具的设计和制作”

1，强调和重视课堂教学

2，启发学生的想象力

3，避免过去雷同作品

二，注意之处：

1，机械类课程----含各类机械专业课程，例如：

轻工、道路、石油、印刷、动力、农业机械类课程；

不包括化学、物理、电器、电子原理类课程

2，课堂----用于学习机械类课程的教室、实验室等教学场所。

不包括化学、电子类、体育、农业、生物等课程的教室和场所。

3，大赛希望作品设计有创新，不希望重复制作各类示教板，创新拼接箱，不希望重复现有的教学模型（车模，机器人模型，生产线模型）

4，改进设计，则要求说明书中，以及答辩中，指出参考的原教具、原模型。

创新作品说明书要求

1、参加决赛作品介绍应包括以下几部分：

1）题目、设计者、指导教师

2）设计目的

3）工作原理

4）设计计算（突出现代设计与分析、传统设计过程可省略）

5）主要创新点与特点（例如“机电结合”、“结构紧凑”等属于特点）

6）作品外形照片（必须具备）

7）参考文献

2、篇幅要求

以上内容篇幅严格控制在5000字内（含图片）——不超过7页篇幅

3、格式要求

A4纸版面，作品名称3号字黑体居中；1级标题4号字黑体；正文小4号字，1.25倍行距，上下左右页边距留2.5厘米。

用Word2003版本编辑，图直接插入正文中混排。

作品介绍的电子版请在6月5日前发至王丹邮箱1432537529@。

参考文献，格式如下：

1）专著：

主要责任者.书名.版本（第一版略）.出版地：

出版社，出版年

2）连续出版物中析出的文献：

主要作者.文献题名.杂志名，年，卷（期）起止页码

4、图、表的要求

1）图的线条要清晰，图的内容、结构必须正确；若为复印图则必须修改清楚；

2）必须采用有关制图的最新国家标准，并注意工程插图的零部件的清晰度；

3）每图须有图号，图名（用5号字体）；

4）尽量采用三线表格。

5、计算公式和过程的筛选与要求

1）常规的齿轮、蜗轮、轴的强度计算可以不要，仅写出设计计算结果；

2）突出特有的受力分析与计算，但须说明公式中每个符号的意义、公式来源。

西瓜果汁机

上海理工大学

设计者：

黄中汶、李佳奕、廖富、姚尚金、袁存虎

指导教师：

钱炜

1、设计背景

1）开发背景

众所周知，在炎热的夏天，西瓜无疑是解暑的必备佳品。

西瓜因其甜脆多汁的特点，榨取西瓜汁的食用方法在市面上愈发受到各个年龄层次群体的喜爱，各类榨汁机也应运而生。

但目前西瓜打汁的方法仍然比较繁琐，需要经过去皮取瓤、切块去籽等步骤才可进行榨汁，效率较低，并且西瓜汁也不易保鲜。

基于市面仍未出现能直接在西瓜内部打汁的机器，并且在此方面的专利仍有缺陷，实用性不足，难以推广。

因而制作了一个能解决这些缺陷的机器，即“西瓜果汁机”。

2）设计要求

为使该机器易于加工装配，同时降低成本，在设计时应保证机构的简洁性，所用技术的成熟性，以及充分考虑零件的工艺性，有国家标准的零件应优先采用。

同时为契合专业优势，该作品应优先考虑以简单可行的机械结构实现功能。

3）主要功能

该“西瓜果汁机”能实现在西瓜内部直接取汁，省却了传统的切瓜，取瓤，再用榨汁机打汁的繁琐步骤。

极大地提高了效率。

为保证西瓜汁的口感，该款西瓜果汁机采用低转速弧形刀片取汁，不会绞碎西瓜籽。

从而使得西瓜汁的榨取简单高效、新鲜卫生。

2、结构设计

1）整体展示

本实用新型发明提供一种简单机械用于西瓜汁的制作，属于食品加工领域。

这款西瓜果汁机是基于压杆原理：

即向有一定柔度和刚度的长条形钢片两端施加力的作用时，钢片就会弯曲呈弧形，利用此弧形在西瓜内部旋转，把瓜瓤搅碎成汁。

西瓜越大，伸入瓜内的钢片就应越长，然后弧形的半径就会越大。

由此可以适合各种大小的西瓜。

此西瓜果汁机的西瓜适用直径设计限定在150mm-400mm之间。

整体结构图以及工作原理解释如下：

图1整体结构图

图2西瓜果汁机实施例正视图

1.下机箱7.轴套8.轴套定位杆9.电机10.端盖11.齿轮定位轴承12.固定架13.支撑杆14.轴肩压刀15.操作把手17.旋转轴21.推杆22.底座23.轴套控制件24.刀片

为了更好地介绍本项目，现结合实例和附图来进一步说明。

如西瓜果汁机实施例正视图（图4）所示，西瓜的加工主要由与旋转轴（17）和与其相连的刀片（24）完成，在机箱（图1）中电机（9）通过带动小齿轮（5），然后带动大齿轮

（2）旋转，大齿轮又带动与之配合的旋转轴和轴套（7）旋转。

轴套在轴外面，并通过大齿轮中心孔。

由于轴套和旋转轴上都开有长键槽，所以两者又可以纵向上下相对于大齿轮滑动。

在加工西瓜之前，旋转轴和轴套都在机箱上端，如图5所示。

轴套通过轴套定位杆（8）和定位螺栓（25）定位，旋转轴通过位于轴套控制件（23）下方的开合螺母（19）组件定位。

西瓜放置在西瓜固定架（12）上，控制旋转轴轴向运动时将推杆（21）推入。

给刀片施加力的部件是压刀盘组件（图3），其主要由轴肩压刀（14），压刀轴承（4），操作把手（15）和把手盖（16）组成。

轴肩压刀（4）与轴套配合，其上有与旋转轴的方形刀槽相对应的键，未施加力时，刀片贴在旋转轴的方形刀槽中。

旋转轴的下降由开合螺母组件（图2）控制。

开合螺母主要由开合螺母（19），推杆（21），和连杆组成。

因为旋转轴（17）上开有与开合螺母（19）相对应的螺纹，旋转轴在开合螺母组件作用下，旋转下降。

刀片连同旋转轴插入西瓜内部，到达预定位置后旋转轴停止下降。

松开丝杆螺母的推杆（21），将轴套控制件（23）移动到西瓜顶部，通过定位螺栓（25）固定轴套定位杆（8）。

然后通过压刀盘组件给刀片施加力，刀片在压力的作用下在西瓜内部慢慢打开，控制好力的大小，同时刀片做较低速度的旋转运动，刀片的切割范围在西瓜内部逐渐扩大，把瓜瓤切割下来。

由于成熟西瓜的西瓜皮的硬度比瓜瓤大得多。

刀片又是经过刚度，强度要求选择且适当处理过的，所以能保证把西瓜瓤较高程度地切割下来，而保留完整的瓜皮。

完成之后将压刀盘组件收回顶部，此时刀片（24）贴在旋转轴上通过开合螺母（19）返回原位。

一个流程结束。

2）零件展示

图3机箱附图

图4开合螺母组件

图5压刀盘组件

1.下机箱2.大齿轮3.轴承齿轮连接件4.压刀轴承5.小齿轮6.上机箱7.轴套8.轴套定位杆10.端盖11.齿轮定位轴承14.轴肩压刀15.操作把手16.把手盖17旋转轴19.开合螺母21.推杆23.轴套控制件

压刀盘组件（图5）为给刀片施加力的部件，其主要由轴肩压刀（14），压刀轴承（4），操作把手（15）和把手盖（16）组成。

轴肩压刀（4）与轴套配合，其上有与旋转轴的方形刀槽相对应的键，未施加力时，刀片贴在旋转轴的方形刀槽中。

开合螺母组件（图4）控制旋转轴的下降。

开合螺母主要由开合螺母（19）

推杆（21），和连杆组成。

因为旋转轴（17）上开有与开合螺母（19）相对应的螺纹，旋转轴在开合螺母组件作用下，旋转下降。

刀片连同旋转轴插入西瓜内部，到达预定位置后旋转轴停止下降。

松开丝杆螺母的推杆（21），将轴套控制件（23）移动到西瓜顶部，通过定位螺栓（25）固定轴套定位杆（8）。

然后通过压刀盘组件给刀片施加力，刀片在压力的作用下在西瓜内部慢慢打开，控制好力的大小，同时刀片做较低速度的旋转运动，刀片的切割范围在西瓜内部逐渐扩大，把瓜瓤切割下来。

具体操作方法如下：

（1）选取正常形状的西瓜，用清水洗净

（2）去掉瓜蒂，将西瓜固定在工作台上

（3）开启电源，调节调速开关

（4）推入开合螺母组件的推杆（25），旋转轴开始旋转下降，插入西瓜内到达一定距离停止

（5）松开推杆（25），将轴套控制件（23）下移到西瓜顶部，用定位螺栓（25）固定好

（6）握住压刀盘操作把手（15），向下压，刀片慢慢打开，根据西瓜大小，控制叶片打开程度

（7）切下瓜瓤之后，将刀片收回到一个较小弧度，调节调速开关，提高转速，通过反向开关转换旋转方向，将瓜瓤均匀搅碎

（8）操作完毕之后，推入开合螺母推杆（21），将压刀盘收回到顶部。

然后开启反向旋转开关，将旋转轴抽出西瓜。

然后松开定位螺栓（25），将轴套控制件（23）收回到顶部。

3）机构说明

（1）本设计应用了生活中常见的压杆原理，即向一片具有一定强度，韧性的钢片两端施加力的作用时，钢片会失稳而弯曲。

施加的力越大，弯曲的弧度越大。

（2）本设计中，将刀片贴在旋转轴的方形槽中上，轴的下端与刀片下端连接刀片上端与轴肩压刀连接，轴的下半段有丝杆螺纹。

其与开合螺母的啮合使旋转轴实现上下运动。

旋转轴同时还在刀片槽的侧面开有两道较小的方形槽，用于轴的轴向定位，以及传递扭矩。

（3）本设计中，旋转轴外面套有轴套，轴套为管状空心轴，在其截面十字方向开有与旋转轴的槽相对应的方形孔。

以实现旋转轴的轴向定位和压刀盘的轴向移动。

轴套下端加工为轴肩，与轴承内圈配合。

轴套最主要的作用是控制刀片打开的大小，通过控制刀片上端高度从而控制刀片的长度，由此决定刀片的打开的半径。

因此可以适用各种正常大小的西瓜。

（4）本设计中，轴套的控制使用轴套控制件，轴承控制件通过与轴套相连的轴承实现轴套的上下运动。

轴套控制件上开有与轴套相连的轴承外圈配合的槽。

轴套定位杆与机箱上的定位孔配合，以实现轴套的定位和上下运动。

轴套控制件下端设有开合螺母组件，两个弧形的开合螺母加工有与旋转轴丝杆相同规格的螺纹。

螺母通过两个连杆与推杆连接，推杆的推入和弹出控制着开合螺母的打开与闭合。

从而实现旋转轴的上升下降。

（5）本设计中，控制刀片开合的组件为压刀盘，压刀盘主要由轴肩压刀，操作把手，把手盖组成。

轴肩压刀是与刀片上端相连接的。

其通过轴肩向外与轴承相连。

操作把手和把手盖与轴承外圈配合，以提供刀片下压的着力点。

操作把手上安装有调速开关和反向开关，调节旋转轴旋转速度和旋转方向。

（6）本设计中，直流减速电机通过机箱里的小齿轮带动大齿轮转动，大齿轮中间开有旋转轴的槽和轴套方孔配合的键，与大齿轮相连的轴承齿轮连接件通过螺栓连接大齿轮，另一端通过轴肩与轴承连接。

轴承外圈固定在机箱上。

（7）本设计中，机身采用圆弧形状，上端与机箱相连，下端与底座连接，固定架用三个支撑杆固定在在底座上，西瓜就可以放置在固定架上。

（8）本设计中，固定架上开有三条互成120度的长槽，三个固定西瓜的卡子下端开有螺纹孔和销孔，通过两个孔和长槽的配合实现卡子在槽内滑动，三个卡子运动相对独立，因此可以通过调节这三个卡子很好地固定放上固定架上的西瓜。

4）电机功率选择：

设最大西瓜直径400mm，搅汁刀片转速取5r/s（300r/min）,刀片旋转所需扭矩0.8N*m,设因齿轮传动效率，轴承支撑处的摩擦，取传递总效率最小为80%，根据公式

计算

因此选择电机功率为30瓦。

3、机构优化

1）由于工艺难度改进的方案

轴套由方管改为圆管，采用键销方式传递扭矩，同时易于材料的购买，加工。

2）打汁过程出现的问题

考虑到刀片在搅打西瓜过程中可能出现泡沫产生溢出现象，所以采用了西瓜汁边榨边取的形式，增加了平台支撑柱，平台下方能放下盛放西瓜汁的容器。

4、应用前景

由于目前果汁饮品非常流行，特别是夏天的时候。

而西瓜汁以其清凉可口，物美价廉，又消暑解渴而备受人们的青睐。

但是，目前西瓜汁制作方法较为繁琐，而且效率很低，制作一杯西瓜汁，要经过切瓜，取瓤，再放入榨汁机榨汁等繁琐过程。

对于炎热的夏天，能轻松地享受到一杯清凉可口的西瓜汁，竟然变得那么奢侈。

对于买果汁饮料的商家，提高效率同样亟待解决。

因此一种简单，又能较快提高西瓜汁制作效率的装置很有推广价值。

5、参考文献

[1]陈晓南、杨培林主编.吴宗泽主审.机械设计基础[M].第一版.科学出版社，2007年.

[2]王多、寇尊权主编.机械设计课程设计[M].机械工业出版社，2006年.