小型家用料理机设计.docx

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小型家用料理机设计

摘要3

Abstract4

1绪论5

1.1研究目的及意义5

1.2国内外技术发展状况5

1.3主要研究内容6

2料理机的总体设计方案6

2.1产品设计依据及设计要求6

2.2料理机的基本结构7

2.2.1电动部件7

2.2.2搅拌部件7

2.2.3料理机壳体7

2.3料理机的工作原理7

2.4技术经济分析7

3电机的选择8

3.1电动机的选择要求8

3.2电动机类型的选择8

3.3电动机额定功率的确定10

4搅拌部件的设计10

4.1回转蓝的设计11

4.2回转蓝中切削刀片的设计13

5料理机壳体的设计13

5.1料理机壳体材料的选择13

5.2料理机壳体的设计14

5.2.1端盖的设计14

5.2.2离心外壳的设计16

5.2.3电机外壳的设计17

5.2.4底座的设计19

5.2.5推料杆的设计19

5.2.6盖锁的设计20

5.2.7果汁杯、果渣盒的设计21

5.2.8斜齿轮轴伸的设计22

6小型家用料理机的三维图23

总结26

致谢27

参考文献28

小型家用料理机设计

摘要：

本课题主要是在市场现有料理机的基础上进行改进，旨在提高料理机工作效率，增加出汁率，提高果汁质量，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。

超细金属过滤网，渣汁分离，出汁率高，并能有效防止果汁迅速氧化，营养流失；可分离部件设计，拆解方便，外观的清洁比较简单，用抹布擦拭即可，刀网可用小刷子或牙刷进行清洗，清洗简单方便；大口径进料口，放入果蔬省时省力，方便快捷；一体成型出汁出渣口，无缝隙，不藏污垢，清洗更容易。

关键词：

离心式料理机回转蓝金属滤网切削刀片

TheDesignOfSmallHouseholdFoodMachine

Abstract：

Thistopicaboutfoodmachineismainlyimprovedonthebasisoftheexistingmarket,aimingtoimprovefoodmachineworkefficiency,increasingtherateofjuiceproducingandimprovingthequalityoffruitjuice.Atthesametime,makingtheoperationsimple,whichmaymeettheconsumersofdifferentagesasfaraspossibleandensurethesafetyoftheoperation.Ultrafinemetalscreenisusedtoseparateslagjuice,whichcanmakeahighjuicerate,effectivelypreventtheoxidationofthejuicequicklyandretainmorenutrients;Separablepartsdisassembledupveryconvenient,atthesametime,theappearanceofcleancanusedishcloth.Inaddition,theknifecanusebrushorbrushcleaning,veryeasyandconvenient;Largediameterinletmakeusconvenienttoputfruitsandvegetablesintoafoodmachine;Finally,theseamlessmachinemodelinghasmadefacultyeasiertocleanup.

Keywords:

CentrifugalfoodmachineTurningblueMetalscreencuttingblade

绪论

1.1　研究目的及意义

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有着其他工业不可替代的贡献。

随着经济的不断发展我国食品加工业的市场上也出现了各式各样的料理机，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。

而且我国生产的料理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料理机通用性差、出汁率低，清汁果肉含量多。

因此，出汁率高、果汁清家庭实用型以及更能体现差异化的料理机在未来市场应该是很受广大消费者欢迎的。

1.2　国内外技术发展状况

目前国内外市场上各种品牌的料理机琳琅满目，但绝大多数料理机的主要结构、工作方式等都相似，通常大都采用外形、汁液杯容积、工作原理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，目前以座式和台式料理机为主流机种，其实这两类料理机的外形比较相似，习惯称为台式料理机。

从工作原理来看，双锥盘式料理机、带式料理机、压板式料理机是目前比较常用的几款料理机。

双锥盘式料理机的工作原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，但其压榨时作用时间短，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榨汁；带式料理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。

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，但其主要缺点是榨汁作业开放进行，果汁易氧化褐变、卫生条件差、排汁不畅、网带孔隙易堵；压板式料理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，但压板式料理机的压榨力较小，汁液的透过面积较低。

因此，新型料理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料理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。

与其他料理机产品相比，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。

设计离心式小型家庭料理机恰好符合这一要求。

离心式料理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榨汁作业。

离心式家庭料理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→榨汁→破碎→离心→过滤→果汁和果渣。

1.3　主要研究内容

设计主要体现在小型家用料理机设计的总体方案的确定以及机械部分的设计。

明确料理机的电动机的选择，料理机搅拌部件的设计及料理机壳体的设计，机械结构装配图绘制。

该设计以操作简单、安全方便、清洁容易为原则，体现自动化、高效化、小型化等特点。

另外，尽可能的在机械设计中融入工业设计的思想，产品简单实用的电路不仅可以让老人和孩子轻松操作而且维护修理特别简单。

同时，要更多的体现差异化，主要表现在色彩趋势、体验趋势、亲和趋势、方式创新趋势等方面。

我相信这款料理在未来的市场上一定很畅销倍受消费者的青睐。

2　料理机的总体设计方案

2.1　产品设计依据及设计要求

根据调研资料，初步得到设备的以下几项设计要求:

1）根据市场需求，设计小型家用料理机（离心式）；

2）一个250W的单相串激式电动机，空载转速是19000r/min。

；

3）要求结构简单，便于拆装、清洗、维修；

4）要求有安全保护装置；

5）设备制造容易，成本低廉；

6）体现自动化、高效化、小型化等特点；

2.2　料理机的基本结构

料理机主要由电动部件、搅拌部件及料理机壳体组成。

2.2.1电动部件：

电动部件主要是为料理机提供动力，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。

2.2.2搅拌部件：

不同的种类的料理机，搅拌部件不同。

搅拌部件由粉碎刀片、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（高铬钢是用于制作承受负荷，形状复杂，要求变形小，耐磨性高，红硬性好的模具材料）制成，采用斜齿轮轴伸与输出轴连接。

2.2.3料理机壳体：

料理机壳体是用来支撑料理机部件及为电机提供安装外壳，保证料理机的正常运作。

2.3　料理机的工作原理

2.4　技术经济分析

设备的目标用户群为家庭单位，要求设备的制造成本比较低。

电动机上选择单相串激电动机，满足设计要求，性能良好且价格低廉。

壳体材料上选择非金属材料，既安全环保又节省成本。

3电机的选择

3.1电动机的选择要求

电动机是标准件，设计时主要是根据工作机的特性、环境和载荷等条件，选择电动机的类型、结构、功率和转速，并通过查找产品目录，确定其具体型号和尺寸。

结合家用料理机的具体情况，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，尽量满足下述要求：

（1）机械特性方面---电动机的机械特性与工作机械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）功率方面---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；（3）转速方面---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）运行经济性方面---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。

3.2电动机类型的选择

据相关资料，小型家用料理机具有高起动转矩、高转速、体积小、结构简单的特点，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，根据表1，电动机的防护型式为IP44，端盖简化成支架形式，通常用铸铝（具有耐久性、可塑性、安全性、重量轻）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。

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。

表2为家用食物拌碎器常用单相串激式电动机的技术数据。

表1电动机防护型式的选择

防护等级第一位数字

含义

（防止固体进入内部的等级）

防护等级

第二位数字

无防护

防护直径≥50mm的固体进入内部

防滴

防护直径≥12.5mm的固体进入内部

15°防滴

防护直径≥2.5mm的固体进入内部

防淋水

防护直径≥1mm的固体进入内部

防溅

防尘进入内部

防喷水

尘密进入内部

防强力喷水

临时浸水

潜水

表2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

120

220

0.33

0.65

0.72

23000

19000

15000

10000

0.60

1.1

2.5

250

HL-2A

HL-3A

HL-3B

HL-4

240

220

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。

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，也可以做成整体结构。

由于交流绕组存在电抗，在功率、电压及定、转子铁心相同条件下，单相串激式电动机的定、转子绕组匝数比直流电动机的要少。

单相串激式电动机无论是从机械特性还是经济方面都适合本次设计的要求，因此可选择用HC76-40型号的电动机（HC：

产品代号，单相串励式电动机；76为定子直径）。

3.3电动机额定功率的确定

经实验测定，当料理机正常工作，负载转速n达到8000r/min以上的时候，料理机的离心效果明显改善，又查资料知道植物细胞壁的纤维丝抗拉强度为8~10MPa。

我们选用各种不同功率的电动机进行料理实验，并进行市场调研，得出结论转矩大于200

的电动机符合料理机的要求，根据公式

（负载转矩的折算公式），其中P为功率，单位为W；

为转矩，单位为

；n为转速，单位为

；将以上数据带入得：

由表2知单相串激电动机HC76-40型号，它的输出功率为250W，在正常工作时，它的负载转速可以达到达到10000r/min，转矩达到240

>200

满足使用要求。

所以我们选择的电动机的额定功率P为250W。

4搅拌部件的设计

4.1回转蓝的设计

搅拌部件的主要组成部分是回转篮。

回转篮主要是由金属滤网、切削刀片以及与斜齿轮轴伸相配合的底部的斜齿。

设计回转篮滤网的时候，主要考虑滤网的倾斜度，我们建立力学模型如图所示：

图1：

回转篮力学模型

当水果片进入回转篮中，经过切削粉碎后进行高速离心运动，物料在回转篮中受一对平衡力－离心力和向心力，物料自身受到重力和指向轴心的离心力，当物料贴在回转篮的滤网上的时候，又受到了垂直于滤网支持力和平行于滤网的摩擦力，它们的合力的方向必然为沿滤网斜度方向。

这样物料就可以被甩出回转篮，从而达到分离果汁和果渣的目的。

我们经过初步实验得出，回转篮上部金属滤网的斜度为55°的时候，可以很好的将果汁和果渣分离。

设计回转篮底部斜齿的时候，根据以往经验以及查照相关资料，我们取斜齿的比例为1：

4。

回转篮的主要作用是在开启料理机后，电机带动回转篮高速旋转，料理机就是利用回转篮底部的切削刀片将水果片切成小碎片，然后在高速旋转的离心过成中将果渣和果汁分离开来，离心过程中果汁透过金属网进入回转圆腔流入果汁杯，果渣则被甩出回转篮而落入果渣盒中，我们还考虑了金属滤网的强度是否满足要求，以及切削刀片的选择，它与离心外壳的配合和它与电机驱动元件斜齿轮轴伸之间的配合，以及切削刀片的安装问题。

超细微金属过滤网，渣汁分离，出汁率高，能有效防止果汁迅速氧化，营养流失。

大网径提高出汁率。

超多网孔，不浪费一滴果汁。

可分离部件设计，拆解方便，外观的清洁比较简单，用抹布擦拭即可，刀网可用小刷子或牙刷进行清洗，清洗简单方便。

图2：

回转篮

图3：

回转蓝（俯视图）

4.2回转蓝中切削刀片的设计

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。

其中，根据设计需要及零件尺寸，紧定螺钉选择如下：

GB/T73—1985M4×7。

刀片材料选用不锈钢，可外购，形状如下所示，具体尺寸见图LLJ00--05.

5料理机壳体的设计

5.1料理机壳体材料的选择

我们设计端盖、果汁杯、果渣盒的时候，采用的材料是聚碳酸酯塑料PC，这种材料具有优良的工程性能，密度为

本色微黄，呈透明或半透明状，着色性好，不易老化。

聚碳酸酯的重要机械性能是刚而韧，无缺口冲击强度在热塑性塑料中名列前矛。

聚碳酸酯的成型零件可以达到很精密的公差，并在很宽的温度保护范围内保持其尺寸稳定性，成型收缩率为0.5%~0.7%，膨胀系数低。

最高使用温度可达135°。

热变形温度为135~143C°，当用玻璃纤维增强后，热变形温度可提高到150~160C°。

聚碳酸酯的缺点是有一定的吸湿性，正常使用下吸湿率为0.15%，在室水中吸湿率为0.35%，在沸水中吸湿率为0.85%，在60C°以上的水中会导致开裂而失去韧性。

在水蒸气中反复蒸煮100次后，它的物理性能会显著下降。

由于以上特性，聚碳酸酯在食品机械中常用来制造需要承受冲击载荷的食品模具和托盘，具有良好的使用性能。

例如，饼干机上的冲压模和辊印模，巧克力浇注成型托盘等。

还可以用来制造其他各种饮料器具、容器、离心分离管、泵叶轮等。

而设计离心外壳、电机外壳的时候，我们采用了工程塑料ABS，其优点是无毒、无臭、坚韧、质硬、刚性好，在低温条件下抗冲击和机械性能较好，使用温度范围大（-40~100C°），因此应用广泛。

5.2料理机机壳体的设计

料理机的壳体主要包括端盖，回转篮，离心外壳，电机壳体，底座，盖锁，果汁杯，果渣盒。

设计这些壳体的时候遵守了模具设计准则，同时考虑了模具的设计制造及加工问题。

这样更有利于料理机的生产，并减少了制造成本。

5.2.1端盖的设计

设计料理机的时候，我们主要考虑了进料口与回转篮之间尺寸的关系，这样可以使得水果片更彻底的切削破碎，使得物料的离心更加充分；然后我们考虑了端盖与离心外壳的配合问题，这样使得料理机的结构更加紧凑，更加家庭化，小型化。

料理机的端盖和离心外壳构成离心室，分离果汁的离心运动便在离心室中进行，端盖上设有进料口，榨汁前，先将水果切成小片以便可以从进料口进入离心室中做离心运动，将水果片从进料口投入，然后用推料杆将水果片紧压在圆形切削刀片上，刀片将水果片切成碎片，我们称其为物料，这时物料在离心室中做离心运动，由于质量大的离心力也大，故随着离心运动的进行，质量大的随着回转篮想高处运动，然后慢慢的甩出回转篮，落到果渣盒中，而果汁透过回转篮进入到回转圆腔，然后随着离心运动的进行留入果汁杯。

至于壁厚我们设计为2mm,这样就可以满足我们的基本要求了。

图4：

端盖

5.2.2离心外壳的设计

离心外壳可以说是料理机最重要的部分了，它包含了料理机果汁和果渣的出口，上面提到了果渣随着离心运动的进行被甩出了回转篮，甩出回转篮后，它并不是甩的到处都是，而是被甩到了果渣盒中，因而怎么被甩进果渣盒中就是设计的重要部分了，所以设计端盖的时候我们设计了一个圆梯形挡板，同时在离心外壳上设有开口，果渣盒就放在开口的下面。

这样就可以限制果渣的运动，而让它落到果渣盒中。

还有就是果汁的出口怎么设计的问题，当物料进入回转室后，做离心运动，在离心过程中，果汁脱离物料而透过回转篮进入回转圆腔，在回转圆腔的底部我们将其设计成螺旋状，并在一端开有圆形小口，这样果汁可以随着离心运动的进行而顺利流入果汁杯中。

设计离心外壳的时候，我们考虑了其与端盖和电机底座和回转篮之间的配合以及模具的制造简易，我们将端盖与离心外壳的壁厚都设计为2mm，所以设计出来的离心外壳只是个壁厚为2mm的外壳而已，它的正反两面的凹凸结构正好相反。

一体成型出汁出渣口，无缝隙，不藏污垢，清洗更容易。

图5：

离心外壳

5.2.3电机外壳的设计

电机外壳的作用主要是用来固定电动机，所以设计的时候我们主要考虑电动机部分，在电机外壳的内部我们为电动机设计了一个圆柱形壳体，电动机的固定方式我们才用螺母固定，在电机外壳的内壁顶部我们设有3个螺孔，这样可以更好的保证电机的平稳性。

其次我们要考虑的是电机与驱动部件的配合，在电机外壳的顶部开有圆形口，电机轴端由此伸出，在电机轴端安有斜齿轮轴伸，这样就可以与回转篮相配合，达到驱动效果。

再者，我们要考虑电机外壳与离心外壳和底座的配合以及盖锁在其上的安装位置，考虑果汁杯和果渣盒的位置，我们将盖锁设计在电机外壳两侧面，与果汁杯和果渣盒位置分开。

壁厚仍为2mm,某些局部可能有些变化，但起伏很小，不会影响模具的制造。

图6：

电机外壳

5.2.4底座的设计

设计底座主要考虑的就是电机的散热问题，我们将底座的底部网状，直接和外部连通，这样就很好的解决了电机的散热问题。

其次是与电机外壳的配合。

底座内壁上我们设有螺孔，采用螺母将电机外壳与底座固定在一起，采用了2个螺母进行固定。

图7：

底座

5.2.5推料杆的设计

设计推料杆我们主要考虑了与端盖进料口的配合以及当它与进料口配合完全后它与回转篮上切削刀片的距离，他直接决定了切削进行的是否彻底。

图8推料杆

5.2.6盖锁的设计

盖锁是料理机的重要保护措施，当所有料理机组件都按好后，需要用盖锁来将这些组件紧压在一起，以防止当料理机开启后，电机的高速离心运动将端盖等甩出去，造成伤人事件。

设计盖锁的时候我们利用了塑料的弹性，这种盖锁结构简单，操作方便，适合安装在家用料理机上。

图9盖锁组件

自锁性分析（安全性分析）：

对于盖锁组件连接点，若机器在运行时，仅受垂直连接点向上的力F1，另盖锁组件2的顶端恰好与壳体接触，使得盖锁组件2受到垂直向下的力F2，F1=F2，此时盖锁处于锁紧状态，能确保安全；若机器停转，需打开端盖，则只需在盖锁组件1的下端施加向外的力，对应的盖锁组件2的上端会沿预先设计好的壳体槽向下滑动，继而是机器打开，取下端盖。

5.2.7果汁杯、果渣盒的设计

果汁杯和果渣盒的设计则主要考虑生活中的习惯问题，人在拿果汁杯和果渣盒的时候是否很方便。

图10果汁杯、果渣盒

5.2.8斜齿轮轴伸的设计

电动机的轴伸需要与料理机主机的驱动部件相配合，一般我们采用斜齿轮轴伸。

斜齿轮轴伸呈圆柱形，外表面均匀分

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