离心式水果榨汁机的机械设计之欧阳法创编.docx
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离心式水果榨汁机的机械设计之欧阳法创编
离心式水果榨汁机的机械设计
时间：
2021.03.09
创作：
欧阳法
摘要
摘要：
随着科学技术的不断发展，农业机械化技术也发展到了一个新的水平；随着农业机械化技术的发展和人们生活水平的提高，水果榨汁机的改进成为目前消费者关心的热点问题。
本设计介绍了榨汁机的研究意义、榨汁机的研究现状，分析了榨汁机的发展前景，详细讲述了离心式榨汁机的工作原理，是利用刀片和离心力共同的作用下，将大块水果旋转打成糊状。
榨汁机的结构也相对简单，包括榨汁壳体榨汁部分电动机部分和出汁部分组成。
这次和同组人员一起设计的离心式榨汁机能够更独特地更好地满足消费者的意愿，本着简单、方便、实用为原则一切从消费者的利益出发。
而且，该榨汁机祛除了以前榨汁机出汁率底、果汁不清的弊端。
单相串激式电动机充分体现了自动化、高效化、小型化、简单化、环保化等特点。
最后，我相信我们所设计的这台集专业化、智能化、自动化、高效化、小型化、简单化、环保化、安全性为一体的水果榨汁机能够早日走进千家万户。
关键词:
离心式榨汁机、电机选配、壳体设计、榨汁部件设计
TheMechanicalDesignofCentrifugalJuiceExtractor
ABSTRACT
Abstract:
Withthecontinuousdevelopmentofscienceandtechnology,agriculturalmechanizationtechnologydevelopmenttoanewlevel;withthedevelopmentofagriculturalmechanizationtechnologyandpeoplelivingstandardrise,theimprovementoffruitjuicerbecameahotissueofconsumerconcernrightnow.Juicerthisdesignintroducedtheresearchsignificance,researchstatusquotofjuicer,analyzestheprospectofjuicer,centrifugaljuicerisdescribedindetailtheworkingprincipleofthecommonistheuseofbladesandcentrifugalforce,undertheactionofthelargefruitrotationuntilsticky.Thestructureofthejuicerisrelativelysimple,includingjuiceshellMotorpartsandthejuiceofpartofthejuice.Thisgroupdesignwithcentrifugaljuicerismoreuniquetobettermeetconsumers'willingnesstoallinlinewithsimple,convenientandpracticalfortheprinciplefromtheinterestsofconsumers.Moreover,thejuicerbeforeremovingthejuicerendofjuiceyield,fruitjuiceisnotclear.Single-phaseseriesmotorautoimmuneandhighefficiencyfullyembodiesthe,miniaturizationandsimplification,environmentalprotection,etc.
Finally,Ibelievethatwecandesignthemachinesetautoimmuneandhighefficiency,intelligent,professional,miniaturization,simplification,environmentalprotection,safetyoffruitjuicercanwalkintohomesatanearlydate.
Keywords：
centrifugaljuiceextractor,thechoiceofelectromagnet,Thedesignofrind,thedesignofsqueezeparts
目 录
前 言
通过大学三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。
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，因而榨汁机风靡白领人群。
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
论文的主要内容、研究方法和榨汁机的现状
1、论文的主要内容
本次设计的主要内容是离心式榨汁机的机械本体设计，主要负责水果榨汁机的壳体的设计。
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榨汁机的不足，充分体现了自动化、高效化、小型化、简单化、安全化等特点：
简单实用的榨汁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。
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榨汁高效，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。
3、我国榨汁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、榨汁机、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。
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榨汁机，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榨汁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榨汁机通用性差、出汁率低，清汁果肉含量多。
因此，要求出汁率高、果汁清家庭实用型榨汁机的研究与开发很受广大消费者的欢迎。
4、我国榨汁机的市场调查
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，榨汁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。
榨汁机的价格普遍高于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榨汁机，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，国内榨汁机市场初具雏形，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，榨汁机、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，目前榨汁机在中国家庭中普及率大约只有5％。
潘卫东说，中国榨汁机市场目前仍处于导入期，一方面因为榨汁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，榨汁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，榨汁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榨汁、搅拌、碾磨等功能为一体的综合食品处理器，生产纯榨汁机的企业并不多。
”我们在卖场里看到，只有飞利浦的榨汁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榨汁机。
中国人的饮食习惯也是制约榨汁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，目前榨汁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，榨汁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，这为榨汁机更加普及提供了可能。
而无论是榨汁机还是食品处理器，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％的占有率在国内榨汁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，榨汁机杯身材质的不同，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，玻璃材质的榨汁机目前并不多见，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，目前家用榨汁机的市场更好一些，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榨汁机。
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，中国榨汁机市场会有很大的市场空间。
第1章离心式榨汁机的总体设计方案
1.1榨汁机的基本结构
整机由榨汁机壳体、榨汁部件和电动部件三大部分组成。
1.1.1榨汁机壳体
榨汁机壳体由端盖、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。
叶片榨汁刀安装在榨汁杯中央，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。
1.1.2榨汁部件
榨汁部件由粉碎刀片、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。
1.1.3电动部件
电动部件主要是为榨汁机提供动力，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。
1.2离心式榨汁机的工作原理
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榨汁作业。
离心榨汁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总体设计要点
1.电动机的选择
2.榨汁部件的设计
3.榨汁机壳体的设计
第2章电动机的选择
2.1电动机的选择
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，但是结合榨汁机的具体情况，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。
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。
2.1.1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、水果榨汁机、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为家用榨汁机常用单相串激式电动机的技术数据。
表2-1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
1000019000
1400021000
10500120001050012800
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，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。
1）主要技术指标
单相串激式电动机主要技术参数包括：
额定电压Un（V）、额定功率Pn（W）、额定转速Nn（r/min）、额定频率fn（Hz）、堵转转矩Tk（倍）、堵转电流Ik（倍）、额定电流In（A）、效率（%）、功率因数Cosф等。
单相串激式电动机的主要性能数据见表2-2
表2-2单相串励电动机主要性能
功率（W）
转速（r/min）
6000
8000
12000
效
率
（﹪）
Cos∮
转矩
（倍）
堵转电流
（倍）
效率
（﹪）
Cos∮
堵转转矩（倍）
堵
转
电
流
（倍）
效
率
（﹪）
Cos∮
堵转矩（倍）
堵
转
电
流
（倍）
16
42
0.86
2
4
43
0.90
3
5
48
0.92
4.5
7
25
47
48
40
52
53
53
60
56
2.5
58
56
90
59
60
4
58
20
61
62
60
7
80
62
0.85
3
64
0.87
62
50
64
66
5
64
370
66
0.82
68
0.84
66
550
68
4
70
68
750
70
71
—
—
—
—
1100
—
—
—
—
—
—
—
—
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。
2.1.2电动机额定功率的确定
经与同类榨汁机相比较得出，当榨汁机正常工作，转速n达到8000r/min以上的时候，榨汁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[],将各种不同功率的电动机进行比较，得出结论转矩大于200
的电动机符合榨汁机的要求，根据公式
]，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：
我们可以选择单相串激电动机HC76-40型号，它的功率为250W，在正常工作时，它的转速达到10000r/min，扭矩达到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。
第3章榨汁部件的设计
榨汁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。
我们经过初步实验得出，回转篮上部金属滤网的斜度为
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榨汁机后，电机带动回转篮高速旋转，榨汁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。
图3-1回转篮
图3-2金属滤网（放大10倍）
第4章榨汁机壳体的设计
4.1榨汁机壳体材料的选择
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，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
。
热变形温度为135~143
，当用玻璃纤维增强后，热变形温度可提高到150~160
。
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60
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（-40~100
），因此应用广泛。
4.1.1端盖的设计
设计榨汁机的时候，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，这样使得榨汁机的结构更加紧凑，更加家庭化，小型化。
榨汁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。
端盖的结构如图所示：
图4-1端盖
4.1.2离心外壳的设计
离心外壳可以说是榨汁机最重要的部分了，它包含了榨汁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
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