机械式钢筋钢管多功能加工机总体设计.docx
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机械式钢筋钢管多功能加工机总体设计
1前言
通过大学四年对基础知识和专业知识的学习，以及各种专业实习，我较系统地学习、了解、掌握了基本理论知识和机械制造专业的专业基础知识。
在此基础上，同时在专业老师的指导下，进行了本次毕业设计，我收获颇多。
、1.1论文选题的依据和研究意义
食品加工工业是二十一世纪的主要工业之一，它的发展速度和水平是一个国家人们生活水平及改善程度的一个重要标志，它直接关系到制造业和加工业产品科技含量的多少以及食品深加工附加值的高低。
食品加工业对人类发展和社会进步出了其他工业不可替代的贡献。
中国人历来重视养生之道，随着人们饮食消费观念水平的提高，鲜榨果汁将取代碳酸饮料成为人们的主要饮品。
果汁含有多种有机酸、芳香物质和酶类，可刺激食欲，有助于消化，因此，常常作为早餐前的开胃食品。
果汁中特别富含钾、铁、硒、铬等无机盐和微量元素、维生素c、胡萝卜素以及多种抗氧化活性物质。
此外，喝果汁还有利于膳食中铁的吸收。
现代爱美人士更注重生活品质，煎炒烹炸虽然美味，但容易让一些蔬菜水果失去其营养成分，因而钢管多功能加工机风靡白领人群。
在炎炎的夏季自己可以随时榨果汁饮用，花钱不多，既经济又方便，的确是大众家庭不错的选择[2]。
1.2论文的主要内容、研究方法和钢管多功能加工机的现状
1.2.1论文的主要内容
本次设计的主要内容是离心式钢管多功能加工机的机械本体设计，主要负责水果钢管多功能加工机的壳体的设计。
该设计本着简单、方便、实用、安全为原则，在材料上采用了PC（聚碳酸酯塑料）和ABS（工程塑料），设计上弥补了以往各种钢管多功能加工机的不足，充分体现了自动化、高效化、小型化、简单化、安全化等特点：
简单实用的钢管多功能加工机可以让老人和孩子轻松操作而且维护修理特别简单。
我相信它在未来的市场上一定很畅销倍受消费者的青睐。
1.2.2论文的研究方法
在系统研究和总结了前人的成果与经验的基础之上，我采用带有锯齿的切削刀片粉碎，增强切削效果；精密的金属滤网地稳定旋转保证加工高效，出汁量大，采用单相串激式电动机提高转速、加大扭矩，保证果汁质量，采用盖锁安全保护装置，保证安全，双保证措施让消费者更安全、更省心。
1.2.3我国钢管多功能加工机的现状与发达国家的差距
据资料显示：
在发达国家家庭中与人们日常生活接触最为密切的厨房系列小家电像搅拌机、钢管多功能加工机、豆浆机、加湿机等新型小家电产品的拥有率已经达到80%以上而我国还不到10%，可以说：
我国小家电正处于成长初期，大有潜力可挖，市场容量巨大，据专业人士预测小家电行业蕴藏着3500多亿元的市场[3]。
发达国家生产水果加工机械历史长，基础工业强，技术水平先进，用高新技术装备提高了生产率降低了能源消耗，增加了得率，减少了废弃物，保持了食品营养成分和风味，提高了食品品质。
随着经济的不断发展我国市场上也出现了各式各样的钢管多功能加工机，但大部分采用的设计理论、设计手段、设计方法、制造技术和检测手段落后；无论是从内在质量还是外观设计都远远不如发达国家。
此外，国内许多原材料、基础件质量不稳定，直接影响了产品的整体质量。
而且我国生产的水果钢管多功能加工机用于工业生产果汁的比较多，家庭实用型的却很少，且从性价比方面考虑也不是很让消费者满意，更主要的是我国目前使用的水果钢管多功能加工机通用性差、出汁率低，清汁果肉含量多。
因此，要求出汁率高、果汁清家庭实用型钢管多功能加工机的研究与开发很受广大消费者的欢迎。
1.2.4我国钢管多功能加工机的市场调查
市场处于导人期同咖啡机、面包机、煮蛋器这些西式小家电一样，钢管多功能加工机相对传统的生活必需品而言，更多的价值体现在人们对精致生活的追求上。
钢管多功能加工机的价格普遍高于200元，一些知名品牌则要在500元左右，因此在中国市场一直都没有得到广泛普及。
东菱凯琴董事长助理潘卫东透露，东菱早在上世纪90年代中期就开始生产钢管多功能加工机，由于当时国内市场需求较少，几乎都是贴牌出口。
直到2000年左右，国内钢管多功能加工机市场初具雏形，东菱才开始开拓国内市场。
资料显示，目前发达国家平均每户家庭拥有小家电产品超过40种，而在中国的一级城市中，平均每户家庭拥有的小家电数量也不超过5种，且一般多为热水器、吹风机这类生活必需品，钢管多功能加工机、咖啡机等“情趣产品”的占有率则更低。
苏泊尔有关负责人透露，目前钢管多功能加工机在中国家庭中普及率大约只有5％。
潘卫东说，中国钢管多功能加工机市场目前仍处于导入期，一方面因为钢管多功能加工机进入中国市场较晚，而更主要的原因是国内消费水平还较低，消费者还没有形成饮用鲜榨果汁的消费习惯。
另一专业小家电品牌ACA2003年进入中国市场的，据了解，ACA在中国的主打产品是电烤箱，钢管多功能加工机所占份额相对较小，并且目前以出口为主。
由于电烤箱的销售旺季在秋冬季节，钢管多功能加工机则刚好弥补了企业夏季产品销售的不足。
产品性能中国化“西方消费者普遍喜好功能单一而体积较大的产品，而中国消费者则倾向于选择集多种功能于一体且小巧的产品。
”潘卫东说“为了迎合消费者的需求，大多数企业的产品都是融合了加工、搅拌、碾磨等功能为一体的综合食品处理器，生产纯钢管多功能加工机的企业并不多。
”我们在卖场里看到，只有飞利浦的钢管多功能加工机全部为单榨功能的产品，其他几个品牌的产品，如苏泊尔，九阳、龙的，都是附带几个杯体的多功能食品处理器。
销售人员透露：
“一般消费者使用较多的功能是打豆浆和搅肉馅，单纯为了榨果汁的消费者很少。
”然而多功能处理器的刀片更容易磨损，使用寿命要远低于单纯的钢管多功能加工机。
中国人的饮食习惯也是制约钢管多功能加工机市场发展的一大因素。
“中国人早餐习惯喝豆浆而不是果汁。
”家电卖场的销售人员说，“还有很大一部分消费者则习惯直接食用水果，认为将水果榨成汁饮用既麻烦还流失了营养。
”我们了解到，目前钢管多功能加工机的消费群体主要有两类：
一类是有孩子或老人的庭，孩子容易挑食而老人牙齿不好，自己榨果汁可以满足他们摄入足够的营养；另一类是追求时尚及生活品位的年轻人，钢管多功能加工机满足了他们崇尚个性口味的需求。
随着生活质量的提高，消费者的心态由最基本的生活需要开始向营养健康的品味生活渡，这为钢管多功能加工机更加普及提供了可能。
而无论是钢管多功能加工机还是食品处理器，目前都处于市场的导入期，对于大多数消费者而言还是奢侈品，企业如何引导消费者的消费观念至关重要。
外资品牌遥遥领先根据中怡康2006年2JE]全国市场监测数据显示，飞利浦以23、58％的占有率在国内钢管多功能加工机销量榜上稳居首位。
其余进入前十名的品牌皆为国内品牌，除了苏泊尔享有7，1％的市场份额之外，其他企业的占有率则都在3％～5％。
另外，钢管多功能加工机杯身材质的不同，在很大程度上影响着价格的高低。
杯身的材料一般有塑料和玻璃两种，玻璃材质的机器价格普遍在400～500元之间。
但记者在采访中了解到，玻璃材质的钢管多功能加工机目前并不多见，主要应用在商用机上，家用产品中，只有松下使用玻璃做杯身材料。
据潘卫东介绍，目前家用钢管多功能加工机的市场更好一些，由于与商用机的区别只在于功率及容积，所以除了普通家庭购买外，很多小型冷饮店、酒吧也倾向于购买小巧便宜的家用钢管多功能加工机[14]。
据业内专家预测，中国小家电市场前景广阔，今后5年中，每年将有8％～14％的增长幅度，市场需求总额将高达35OO亿元。
随着人们生活水平的提高，中国钢管多功能加工机市场会有很大的市场空间[14]。
全国
品牌
额占有率
量占有率
平均价格
飞利浦
22.09
27.96
282
龙的
8.23
8.92
242
苏泊尔
7.85
7.52
219
九阳
5.09
4.68
205
欧科
4.78
4.42
207
海菱
4.13
3.76
203
惠家
3.49
3.51
224
好妈咪
3.88
3.43
197
乐邦
3.85
3.01
175
好的
2.98
2.64
198
东北
品牌
额占有率
量占有率
平均价格
佳朗
22.42
24.07
196
飞利浦
16.29
12.61
272
乐邦
12.17
14.05
182
苏泊尔
10.31
8.79
247
龙的
9.13
9.30
207
九阳
8.58
5.81
238
天际
2.74
3.23
179
海菱
2.08
2.17
201
哥尔
1.89
2.15
168
德利佳
1.58
1.83
182
华北
品牌
额占有率
量占有率
平均价格
飞利浦
25.70
22.94
259
龙的
19.88
17.91
257
苏泊尔
11.76
12.20
223
伊莱克斯
6.11
3.26
433
好的
4.41
5.71
179
九阳
4.19
4.27
227
海菱
2.65
2.75
223
乐邦
2.14
2.83
175
康丽
1.70
3.27
120
威的
1.33
2.61
118
华南
品牌
额占有率
量占有率
平均价格
飞利浦
15.08
19.89
283
好妈咪
18.32
17.06
199
好的
9.88
9.60
208
龙的
6.94
7.48
231
肯德利
7.48
6.29
180
亿龙
4.35
4.06
200
欧科
3.88
3.91
210
海菱
3.92
3.57
195
九阳
2.88
3.07
220
乐邦
3.89
3.02
166
西南
品牌
额占有率
量占有率
平均价格
飞利浦
27.82
20.89
304
欧科
16.75
17.48
219
苏泊尔
11.12
9.49
267
亿龙
7.88
9.19
196
西贝乐
7.19
10.23
160
唐锋
4.10
5.08
184
龙的
4.04
3.81
242
好妈咪
2.99
3.76
182
天际
2.80
2.74
233
乐邦
2.09
2.66
179
华东
品牌
额占有率
量占有率
平均价格
飞利浦
32.40
25.22
292
惠家
7.85
7.83
223
苏泊尔
7.08
8.25
195
龙的
7.08
6.69
241
九阳
8.09
7.11
195
海菱
4.09
4.64
201
欧科
3.69
4.12
204
唐锋
3.63
5.95
139
万利达
3.09
4.03
174
西贝乐
2.39
3.50
158
西北
品牌
额占有率
量占有率
平均价格
飞利浦
42.28
38.79
244
海菱
17.13
19.37
198
欧科
8.13
7.23
252
乐邦
5.48
7.03
174
苏泊尔
4.52
4.77
212
舜辉
4.08
5.16
178
伊莱克斯
3.75
1.77
475
龙的
3.61
3.00
268
益琛
1.24
1.38
202
康福尔
0.97
1.38
158
中南
品牌
额占有率
量占有率
平均价格
飞利浦
37.97
27.21
300
苏泊尔
8.25
8.13
218
九阳
7.17
8.57
180
欧科
8.88
8.52
173
好夫人
5.31
5.28
216
威的
5.18
8.74
165
美菱
3.50
3.95
191
高特
1.90
2.40
170
肯德利
1.65
2.33
153
西贝乐
1.41
2.17
140
2概述
我国是一个农业大国，农业的根本出入在于机械化，实现农业机械化不但是为了有效的解决“三农”问题，减轻农民的负担，加速建设我国社会主义现代化农业，而且对于推进生产力的发展，加快世界工业化进程，都有着十分重要的意义。
我国是果蔬生产大国，今年来随着农业产业结构的不断调整，果蔬不仅已成为我国农业中新兴的支柱产业，果（蔬）汁的精深加工业也发展迅猛。
果蔬钢管多功能加工机是水果和蔬菜加工中的关键设备，合理使用果蔬钢管多功能加工机可以有效提高果蔬的加工率及品质。
这样不但提高了人们的生活质量，还推动了食品加工业的发展。
2.1钢管多功能加工机的类型
目前市场上各种品牌的钢管多功能加工机琳琅满目，但绝大多数钢管多功能加工机的主要结构、加工方式等都相似，通常大都采用外形、容积（搅拌容积或汁液杯的容积）和电机功率进行分类。
按外形分，主要有座式、台式和手提式三种，目前以座式和台式钢管多功能加工机为主流机种，其实这两类钢管多功能加工机的外形比较相似，习惯称为台式钢管多功能加工机。
按容积分，常见有0．5、0.6、0．7、0．8升等，容积大，一次可榨取的汁液多，但所需的电机功率也大，价格自然就较高。
按电机功率分，主要有200W、230W、250W、300W、350W等多种规格，普通座式和台式钢管多功能加工机常用200—300W的串激电机。
2.2钢管多功能加工机的现状分析
果汁工业化加工在国外已有百年的发展历史，已形成较完备的生产工艺，并开发有多种生产规模大、加工手段先进、产品质量优良的成套加工设备。
果汁生产的核心工序是加工工序，而钢管多功能加工机是加工工序的关键设备，钢管多功能加工机性能的优劣直接影响和决定着产品的质量、成本和加工企业的经济效益，其作用至关重要。
因此，应客观、准确了解各种钢管多功能加工机的工作特点，以便做到正确、合理地选用，满足生产要求，以便尽快提高我国钢管多功能加工机的应用水平和制造水平,带动果汁加工业的发展,彻底解决种植业的原料加工问题。
以下是常用的几款钢管多功能加工机：
1）双锥盘钢管多功能加工机
双锥盘钢管多功能加工机的钢管多功能加工机理是利用两个母线重合的伞状锥体的啮合滚动，使进入啮合区域的果糊受压，果汁通过伞状锥体表面的滤孔排出。
但双锥盘钢管多功能加工机压榨时作用时间短，对浆状物料的夹持性能差，排汁面积相对较小，排汁孔大，因此不适用于家庭水果加工。
2）带式钢管多功能加工机
带式钢管多功能加工机的工作原理是利用两条张紧的环状网带夹持果糊后绕过多级直径不等的榨辊，使得绕于榨辊上的外层网带对夹于两带间的果糊产生压榨力，从而使果汁穿过网带排出。
带式钢管多功能加工机具有结构简单、工作连续、生产率高、通用性好、造价适中等特点，但带式钢管多功能加工机的主要缺点是加工作业开放进行，果汁易氧化褐变，卫生条件差；排汁不畅；网带孔隙易堵。
3）压板式钢管多功能加工机
压板式钢管多功能加工机配置一个工作时旋转的圆柱形机筒，机筒的柱面上开有长缝用于汁液透过，机筒轴心装有一双向丝杠，丝杠上的转动带动机筒两端的圆形压板相向移动。
压榨时物料用泵充入机筒内，压板由两端向中间移动挤压机筒内的物料，汁液通过机筒壁上的长缝排出，压榨结束渣从机筒中部的开口排出。
但压板式钢管多功能加工机的压榨力较小，汁液的透过面积较低[5]。
2.3对新型钢管多功能加工机设计的一般要求
目前我国的钢管多功能加工机普遍存在着出汁率低、出汁不清等问题，迫切需要进行结构改进和技术提高。
因此，新型钢管多功能加工机设计必须建立在提高工作效率，增加出汁率，提高果汁质量的基础上对原钢管多功能加工机在先前技术上的改进。
同时还要尽可能使操作简单满足不同年龄段的消费者，并保证操作的安全性。
在经济合理的前提下考虑能够实现综合利用，一机多用。
与其他钢管多功能加工机产品相比，要求做到坚固耐用，安全可靠，使用维修方便。
在满足设计技术要求的前提下，尽可能提高产品和零部件的标准化、系列化和通用化程度。
2.4钢管多功能加工机的发展前景
同咖啡机、面包机、煮蛋器这些西式小家电一样，钢管多功能加工机相对传统的生活必需品而言，更多的价值体现在人们对精致生活的追求上。
据了解到，目前钢管多功能加工机的消费群体主要有两类：
一类是有孩子或老人的家庭，孩子容易挑食而老人牙齿不好，自己榨果汁可以满足他们摄入足够的营养；另一类是追求时尚及生活品位的年轻人，钢管多功能加工机满足了他们崇尚个性口味的需求。
随着生活质量的提高，消费者的心态由最基本的生活需要开始向营养健康的品味生活过渡，这为钢管多功能加工机更加普及提供了可能。
据国家统计局资料，全国食品工业总产值1995年已上升为全国各行业之首。
食品工业的可持续发展必然带动食品机械行业的发展，据统计1999年，全国专业食品加工机械约有2300多种已成机械工业的十大产业之一[4]。
据业内专家预测，中国小家电市场前景广阔，随着人们生活水平的提高，中国钢管多功能加工机市场会有很大的市场空间。
3离心式钢管多功能加工机的总体设计方案
本次设计的是一种集智能化，自动化、高效化、小型化、简单化、环保化为一体的较先进的离心式钢管多功能加工机。
整个装置的动力源采用一个250W的单相串激式电动机，空载转速是19000r/min。
3.1钢管多功能加工机的基本结构
整机由钢管多功能加工机壳体、加工部件和电动部件三大部分组成。
3.1.1钢管多功能加工机壳体
钢管多功能加工机壳体由端盖、离心外壳、电机外壳、底座、果汁杯、果渣盒等组成。
端盖、果汁杯、果渣盒均由透明聚碳酸酯塑料制成具有强度高、耐冲击、不易碎等特点。
离心外壳、电机外壳、底座则由工程塑料ABS制成，其特点是无毒、无臭、坚韧、质硬、刚性好。
叶片加工刀安装在加工杯中央，用高铬不锈钢制成，刀轴下端装有斜齿轮轴伸，与电动机输出轴连接。
3.1.2加工部件
加工部件由粉碎刀片、金属过滤网等组成。
刀片内有锋利的刀孔，经实验证明这种刀片能够更好地削碎水果。
刀片由高铬不锈钢制成，采用斜齿轮轴伸与输出轴连接。
3.1.3电动部件
电动部件主要是为钢管多功能加工机提供动力，有250W单相交流串激式电机、输出轴、电机外壳、底座和电源开关等组成。
串激式电机的结构如图1所示。
整机由转轴、定子、定子绕组、转子、转子绕组、换向器和炭刷等组成。
串激式电机的典型的特点是功率大、效率高、转速随负载力矩变化而变化，当负载减小时，串激式电机转速增加，最高可达19000r/min左右。
为避免转速过高造成电机烧坏，一般不允许空载起动，同时也不宜加入太多水果，以免使电机超载而温升过高[8]。
3.2离心式钢管多功能加工机的工作原理
离心式汁机可对果糊产生很高的离心力，可更好地完成水果和蔬菜的加工作业。
离心钢管多功能加工机的主要工作原理是先利用刀片将水果片粉碎，然后利用高速旋转产生强大的离心力来分离果汁和果渣，果汁透过回转篮的金属网而流入果汁杯，果渣则被离心力甩出回转篮而进入果渣盒，它的工作流程是原料→选果→清洗→加工→破碎→离心→过滤→果汁和果渣。
3.3总体设计要点
1）电动机的选择
2）加工部件的设计
3） 钢管多功能加工机壳体的设计
4电机的选择
4.1电动机的选择要求
合理的选择电动机是正确使用的先决条件。
选择恰当，电动机就能安全、经济、可靠地运行；选择得不合适，轻者造成浪费，重者烧毁电动机。
选择电动机的内容包括很多，例如电压、频率、功率、转速、启动转矩、防护形式、结构形式等，但是结合钢管多功能加工机的具体情况，需要选择的通常只是功率、转速、等几项比较重要的内容，因此在这里介绍一下电动机的选择要求。
电动机类型的选择要从负载的要求出发，考虑工作条件，负载性质、生产工艺、供电情况等，尽量满足下述各方面的要求：
1）机械特性
由电动机类型决定的电动机的机械特性与工作机械特性配合要适当，机组稳定工作；电动机的起动转矩、最大转矩、牵入转矩等性能均能满足工作机械的要求。
2）功率
电动机的功率，应根据生产机械所需要的功率来选择，尽量使电动机在额定负载下运行。
避免出现“小马拉大车”现象或“大马拉小车”现象造成不必要的损失和浪费。
3）转速
电动机的转速满足工作机械要求，其最高转速、转速变化率、稳速、调速、变速等性能均能适应工作机械运行要求。
4）运行经济性
从降低整个电动机驱动系统的能耗及电动机的综合成本来考虑选择电动机类型，针对使用情况选择不同效率水平的电动机类型；对一些使用时间很短、年使用时数也不高的机械，电动机效率低些也不会使总能耗产生较大的变化，所以并不注重电动机的效率：
但另一类年利用小时较高的机械，如空调设备、循环泵、冰箱压缩机等，就需要选用效率高的电动机以降低总能耗[7]。
5）价格低廉
在满足工作机械运行要求的前提下，尽可能选用结构简单、运行可靠、造价低廉的电动机。
4.2电动机类型的选择
家用食物加工用器具，如食物拌碎器、碎肉机、水果钢管多功能加工机、打蛋机、切片机等要求高起动转矩、高转速、体积小、结构简单，最适宜选用单相串激式电动机驱动。
这类电动机的特点为额定转速一般超过10000r/min，短时定额或周期工作定额；结构特点为无外壳，而利用器具的外壳防护，电动机的防护型式为IP00，端盖简化成支架形式，通常用铸铝做成，依靠支架上的螺孔安装。
电动机的功率一般在30～250W之间。
输出功率为90W以下，一般为自冷，90W以上采用轴流式风扇冷却。
为了降低成本和减小噪音，常采用含油轴承。
电动机的轴伸需与主机的驱动部件相配，一般采用斜齿轮轴伸。
下表1为家用钢管多功能加工机常用单相串激式电动机的技术数据。
表1家用食物拌碎器用单相串励电动机技术数据
型号
电压
（V）
频率
（H2）
空载
负载
测试
电压
（V）
电流
（A）
转速
（r/min）
转速
（r/min）
电流
（A）
输出
功率
（W）
效率
（﹪）
HCB54／20
HCB5／20A
HC76-40
220
120
220
50
60
50
220
120
220
0.33
0.65
0.72
23000
23000
19000
15000
15000
10000
0.60
1.1
2.5
55
55
250
45
45
48
HL-2A
HL-3A
HL-3B
HL-4
240
220
220
220
50
50
50
50
110
110
110
110
0.15
0.3
0.18
0.25
10000
19000
14000
21000
10500
12000
10500
12800
0.35
0.95
0.45
0.85
单相串激式电动机主要使用在要求转速高（4000～25000r/vmin）、起动转矩大、且体积小的场合。
典型的用途是作为电动工具、拌碎器、吸尘器风机、家用缝纫机、医用离心机等工业机械及日用电器的动力。
在结构上，单相串激式电动机一般由端盖、机壳、定子铁心、钉子绕组、换向器、电刷装置、电枢、风扇、转轴等主要零部件组成。
通常定子铁心做成凸极形式，多为两极。
定子绕组为集中绕组。
单相串激式电动机的结构与直流电动机的十分相似，主要的差别在于单相串激式电动机的定子铁心必须由硅钢片叠压而成，而直流电动机的磁场既可以叠压而成
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