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.