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馬鈴薯去皮機設計馬鈴薯去皮機設計20XX年5月指導教師：XXX學生姓名：XX1、底座，2、電機，3、傳動裝置，4、清洗槽，5、轉盤，6、圓筒一、工作原理電動機通過傳動機構帶動圓盤轉動，圓盤上有凸起，圓筒內壁焊接金剛砂棒，當馬鈴薯落入圓盤時，與圓盤發(fā)生摩擦同時由于盤上凸起上下翻滾，在離心力作用下與圓筒內壁上的金剛砂棒摩擦，從而達到去皮的效果。去除的皮屑用清水沖洗并從清洗槽排除。二、設計思路1確定功率和轉速2軸的設計與校核3軸承和電機的選擇4齒輪的設計與校核5圓盤和圓筒的設計1.確定功率和轉速2.軸的設計與校核2.12.1軸的強度校核計算軸的強度校核計算當馬鈴薯去皮機工作時，軸向力相對于扭轉力可以忽略不計，即軸承受彎曲力矩可以忽略不計，因此，計算軸的扭轉強度。由于軸上需要開鍵槽和切制螺紋，為了軸的強度足夠大，按上式計算的軸應適當取大些。取軸的最小直徑為20mm。2.22.2軸的結構尺寸確定軸的結構尺寸確定(1)軸徑確定軸徑確定8-與從動齒輪配合，最小軸徑為20mm；7-聯接圓螺母，根據定位軸肩高度h=(0.070.1)d,d為配合軸段的軸徑，取軸徑為24mm；6-安裝角接觸球軸承，查機械設計課程設計表15-1選軸承7005AC，取軸徑25mm；5-易于軸承拆裝，軸徑小于軸承段13mm，取軸徑為24mm；4-同6段，取軸徑為25mm；3-連接軸和彈性擋圈，檢查“機械設計課程設計”表14-25，選擋圈 d=31.5，即軸徑31.5 mm；2-與圓盤聯接，按后面圓盤設計，取軸徑28mm.（2）軸長確定）軸長確定8-根據從動齒輪設計，并且軸段長度比輪轂長度短23mm，取軸長為24mm；7-聯接圓螺母，查機械設計課程設計表14-19，選圓螺母M24X1.5，圓螺母厚度m=10，取軸長24 mm；6-安裝角接觸球軸承7005AC和唇形密封圈，軸承寬度B=12mm，為便于軸承插裝，取軸長30mm；5-由裝配尺寸確定，4-安裝角接觸球軸承，3-連接軸用彈性擋圈和密封圈,擋圈厚度為2mm，密封圈厚度為7mm，考慮到安裝的空間足夠，取軸長為40mm，2-聯接圓盤，為了保證定位可靠，軸長比圓盤窄23mm，取軸長58mm.3.軸承和電機的選擇3.13.1軸承的選擇軸承的選擇本設計選擇一對對角角接接觸觸球球軸軸承承，可以同時承受軸向載荷和徑向載荷，可以再高的轉速下正常工作。因為單個角接觸軸承只能承受單向的軸向力，所以成對使用。根據工作軸功率P=394W，轉速=375r/min，型號選用Y90S-6Y90S-6型電機型電機。型號：Y90S-6；額定功率/KW：0.75；滿載轉速/（r/min）：910；堵轉轉矩/額定轉矩：2.0；最大轉矩/額定轉矩：2.2；質量/kg：233.23.2電動機的選擇電動機的選擇4.齒輪設計與校核4.14.1按齒面接觸疲勞強度校核按齒面接觸疲勞強度校核以下相關公式和圖標皆可以查機械設計相關內容（1）小齒輪由（10-11）1)試選Kht=1.31Kht=KA*KV*KH*KH 2小齒輪傳遞轉矩T1=9.55*106P/n1=9.55*106*0.55/910=7.87*103 N*mm3由表10-7，選取齒寬系數d=1；4由圖10-20查得區(qū)域系數ZH=2.0.5由表10-5查得材料的彈性影響系數ZE=189.8MPa6由式（10-9）計算接觸疲勞強度因重合系數Z得Z=0.884；7計算接觸疲勞許用應力H由圖10-25d查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別是Hlim1=750MPa Hlim2=700MPa由式（10-15）計算應力循環(huán)次數（工作壽命Lh=10年）N1=60n1JLh=60 x910 x1x(8x300 x10)=1.31x109N2=N1/u=1.31x109/(52/20)=5.04x108由 圖 10-23查 取 接 觸 疲 勞 壽 命 系 數KHN1=1.00KHN2=1.05取失效概率為0.01，安全系數S=1由式（10-14）得H1=750MPa H2=735MPa取H1和H2中小的做為齒輪副的接觸疲勞許用應力，即 H=H=H2=735MPa.H2=735MPa.2)試算小齒輪分度圓直徑由式（10-11）=20.63mm(2)調整小齒輪分度圓直徑1）計算實際載荷系數前的數據準備1圓周速度V2齒寬BB=d*d1t=1x20.63=20.63mm2)計算實際載荷系數KHK Khtht=K=KA A*K*KV V*K*KH H*K*KH H=1x1.1x1.2x1.102=1.45=1x1.1x1.2x1.102=1.453)由式（10-12）可得按實際載荷系數算得的分度圓直徑齒輪模數m=d1/z1=21.4/20=1.074.2.4.2.按齒根彎曲疲勞強度計算按齒根彎曲疲勞強度計算與前面相同，查表獲得相應參數值取試算模數調整齒輪模數1)計算實際載荷系數前的數據準備1圓周速度V0d1=m1z1=1.096x20=21.92mm綜合齒面接觸疲勞強度計算和齒根彎曲疲勞強度計算結果，取模數模數m=1.5按接觸疲勞強度計算d1=21.4mm,則Z1=d1/m=14.3取Z1=17,則Z2=Z1u=41.2,取Z2=424.34.3齒輪強度校核齒輪強度校核中心距就近圓整a=45mm1.計算變位系數和Y=(a-a)/m=(45-44.25)/1.5=0.5從圖10-21（a）可知，當前的變位系數綜合性能好，分配變位系數X1和X2由圖10-21b可知X1=0.30，X2=0.29(2)齒面接觸疲勞強度校核由前面設計計算KH=1.45，T1=7.87x103N*mm，d=1，d1=28.5mmu=2.6,ZH=2.0,ZE=189.8MPa,Z=0.884,1.代入式（10-10）得h=466.6MPaH(3)齒根彎曲疲勞強度校核按前面計算結果KF=KA*KV*KFa*KFB=1x1.1x1.2x1.4=1.848Y=0.25+0.75/a=0.712由式（10-6）4.44.4主要設計結論主要設計結論主動齒輪(小齒輪)：分度圓直徑d1=Mz1=1.5x17=25.5.齒頂圓直徑da1=(Z1+2ha)m=(17+2*1)*1.5=28.5.齒 根 圓 直 徑 df1=(Z1-2ha-2c)*m=(17-2*1-2*0.25)*1.5=21.75.從動齒輪（大齒輪）：分度圓直徑d2=Mz2=1.5x42=63.齒頂圓直徑da2=(Z2+2ha)m=(42+2*1)*1.5=66.齒 根 圓 直 徑 df2=(Z2-2ha-2c)*m=(42-2*1-2*0.25)*1.5=59.25.5圓筒和圓盤的設計謝謝！老師辛苦了！ 馬鈴薯去皮機設計 摘 要 在很多蔬菜和水果的加工中，都需要進行去皮處理，從而除去不需要的部分來改善食用和外觀。為了降低成本和避免浪費，去皮要求盡量減少可食用部分的丟失。這里，介紹摩擦去皮方法：將果蔬放在旋轉圓筒內，在圓筒內壁（焊接金剛砂）的摩擦作用下，將表皮除去，同時用水沖洗。在電動機帶動下，通過齒輪和傳動軸帶動圓盤旋轉，圓盤表面有凸起部分，當馬鈴薯落入圓盤時，產生上下翻滾同時在離心力作用下與圓筒內壁摩擦作用，圓筒內壁焊接有金剛砂棒，保證去除馬鈴薯的表皮，而圓盤結構使得馬鈴薯上下翻滾從而表面與圓筒充分接觸，大大減小了去皮的死角。啟動裝置的同時用噴著從圓筒上方噴入清水，及時將皮屑沖洗并順著清洗槽排除，保證裝置的正常運行，提高去皮的效率。同時這種方法的優(yōu)點是室溫下進行，耗能低，成本低廉，造成浪費少。 關鍵詞：馬鈴薯;去皮機;機械設計；食品機械 Abstract In many vegetable and fruit processing, skin processing is needed to remove unnecessary parts to improve food and appearance. In order to reduce costs and avoid waste, remove skin requirements to minimize the loss of edible parts. Here, introduce the friction to skin method: place the fruit and vegetable in the rotating cylinder, remove the epidermis and flush with water under the friction of the inner wall of the cylinder (solder emery). In motor driven by gear and shaft turns the disc, the disc surface is convex part, when the potatoes into the disk, the rolling up and down at the same time under the action of centrifugal force and cylinder wall friction role, cylinder wall welding have silicon carbide rods, ensure to remove the potato skins, and disk structure make potato boils to the surface and good contact with the cylinder, greatly reduced the peeling of blind Angle. The starting device is sprayed with water from the top of the cylinder at the same time, flush the dander in time and remove it along the cleaning trough to ensure the normal operation of the device and improve the efficiency of peeling. At the same time, the advantages of this method are at room temperature, low energy consumption, low cost and low waste. Key words: Potatoes;Peel cleaning;Agricultural; Mechanical design；Food machinery  目錄 前 言 1 第一章 緒論 2 1.1課題的研究背景及意義 2 1.1.1課題研究背景 2 1.1.3課題研究意義 2 2.國內外技術發(fā)展現狀 2 第二章 馬鈴薯去皮機基本方案設計 4 2.1馬鈴薯去皮機的工作原理 4 2.2去皮設備結構設計 4 第三章 傳動機構基本參數的確定 4 3.1軸的設計 6 3.1.1軸的材料選擇 6 3.1.2軸的強度校核計算 6 3.1.3軸的結構尺寸初步確定 8 3.2滾動軸承的設計 9 3.2.1滾動軸承類型的選擇 9 3.2.2滾動軸承部件的組合設計. 9 3.3電動機的選擇 10 第四章 齒輪結構設計 10 4.1.齒輪材料及熱處理 11 4.2.齒輪的設計與校核 11 4.2.1按齒面接觸疲勞強度計算 11 4.2.2按齒根彎曲疲勞強度計算 11 4.3齒輪幾何尺寸計算 11 4.4齒輪強度校核 11 第五章 軸承座的設計 11 第六章 圓筒和圓盤的設計 17 6.1圓筒的結構設計 17 6.2圓盤的結構設計 18 參考文獻 20 致 謝 21 前 言 食品加工技術的發(fā)展：第一，提高原料的利用率；其次，提高工作效率，促進規(guī)模化生產；第三，營養(yǎng)性和穩(wěn)定性高。 馬鈴薯是塊莖作物，營養(yǎng)豐富，種植方便，可以做成多種食物，同時價格便宜，市場容易暢銷。 鑒于馬鈴薯的許多特性，馬鈴薯已被廣泛使用。a, 作為主食。b，加工成淀粉及相關產品：馬鈴薯淀粉也是粉條的優(yōu)質原料。C，其他制品。因此，深加工馬鈴薯是非常有價值的。 從食品加工業(yè)的加工技術要求來看，食品加工技術的發(fā)展趨勢大致如下： 第一，提高原料的利用率。由于食品生產廠家的利潤很低，增加原材料的利用率是企業(yè)降低 生產成本的重要方法。其次，提高工作效率，促進大規(guī)模生產。第三，營養(yǎng)性和穩(wěn)定性高。中國的馬鈴薯產量占世界總產量的27% ，是世界第一位。近年來，馬鈴薯的生產和加工發(fā)展迅速，特別是在美國，英國，德國和日本開發(fā)高品質、專業(yè)化的馬鈴薯品種。先進適用的技術裝備，優(yōu)質加工產品和大規(guī)模生產經營方式，促進了當今世界 馬鈴薯加工業(yè)的發(fā)展。中國還加大了馬鈴薯種植和深加工力度，形成了產前和產后 良性循環(huán)的優(yōu)勢。特別是加工馬鈴薯食品受到眾多消費者的青睞，其在食品工業(yè)中 的比例也在不斷增加。 馬鈴薯是塊莖作物，馬鈴薯塊莖中富含淀粉、維生素和糖，其塊莖中的主要物質如下：（1）淀粉和糖，馬鈴薯淀粉由直鏈淀粉和支鏈淀粉組成，糖約占馬鈴薯塊莖總量的1.5％，主要是葡萄糖，果糖和蔗糖。（2）含氮物質。富含球蛋白，這是一種全價蛋白質，含有幾乎所有必需氨基酸，具有營養(yǎng)意義。（3）脂肪，在土豆塊莖中，脂肪含量為0.04% -0.94% 。（4）有機酸 。（5）維生素，土豆含有多種維生素。（6）酶類。 鑒于馬鈴薯的許多特性，馬鈴薯已被廣泛使用。 a， 除了將新鮮馬鈴薯作為主食外，還有咖喱飯，燉馬鈴薯和沙拉醬。馬鈴薯可制成方便食品，快餐食品和休閑食品，如薯粉和脫水薯片，速凍法式炸薯條（土豆泥），} 蒸法式炸薯條，罐裝去皮馬鈴薯，薯片，土豆膨化零食等； b，加工成淀粉及相關產品：由于馬鈴薯淀粉的優(yōu)良特性，它不僅是制作方便面和面條最理想的添加劑，而且是肉制品和魚糜制品的添加劑或原料。馬鈴薯淀粉也是粉條的優(yōu)質原料。除馬鈴薯淀粉外，還可獲得相關產品，包括各種改性淀粉，糖，葡萄糖，膳食纖維制品。C，其他制品：提取淀粉后的馬鈴薯渣可制成馬鈴薯發(fā)酵飼料，蛋白質提取等。} 因此，深加工馬鈴薯是非常有價值的 第一章 緒論 1.1課題的研究背景及意義 1.1.1課題研究背景 馬鈴薯屬于茄科和塊莖作物，是一種珍貴的食物。馬鈴薯的淀粉含量高達20%，同時富含蛋白質，馬鈴薯含有18種氨基酸以及多種維生素和豐富的礦物質，不同于其他的食物，馬鈴薯在營養(yǎng)價值高的同時還易于消化吸收，能夠做成多種事物。馬鈴薯中的球蛋白比常見的主食如大米和小麥都要高出許多，用蛋清和土豆蛋白混合合一合成最好的蛋白質。半纖維素占據了馬鈴薯的大部分，使得馬鈴薯排毒性很強，相對于其他蔬果來說更加綠色健康。馬鈴薯不僅是營養(yǎng)價值高的食物，還是一種較好的化工原料，馬鈴薯可以用來生產塑料。用馬鈴薯生產的塑料不會造成白色污染，因為他本身就是可以被自然分解成二氧化碳和水分的。隨著我國馬鈴薯生產的產量不斷提高，馬鈴薯的加工量也就相應的增加了許多，對馬鈴薯加工技術的水平要求也在不斷的提高。在被制作成產品之前，馬鈴薯都需要進行清洗和去皮的兩道工序。去皮的程度和好壞直接影響到馬鈴薯的食用口感，目前已有的去皮方法都不夠完善，去皮過程中對馬鈴薯的浪費也有待改善，在馬鈴薯產量不斷增加的社會條件下，制造一種優(yōu)良高效并且對環(huán)境友好的馬鈴薯去皮機械，提高馬鈴薯產品的生產率，滿足市場需求，同時秉承不浪費可食用部分的原則，已經是馬鈴薯加工和生產過程中迫切需要的。 1.1.2課題研究意義 馬鈴薯去皮機是食品加工機械。馬鈴薯的產量大，在生產薯類產品之前，需要進行大量的去皮處理，設計一種結構合理，價格低廉，生產效率高的馬鈴薯去皮機器，會節(jié)省很多的人力物力和財力，給人們的生活帶來便利。通過對馬鈴薯去皮機的設計和研究，可以鞏固機械原理和機械設計的相關知識，將理論聯系實際，同時通過查閱相關資料，知道機械在日常生活中的應用，通過對原有的去皮裝置的了解，明白去皮的原理和機構，同時發(fā)現現有去皮機械的特點和不足，提出自己的改進點，培養(yǎng)創(chuàng)新思維。使用CAD繪圖工具繪出裝置的二維圖，培養(yǎng)嚴謹的思維，熟練掌握制圖的標準和技巧。 2.國內外技術發(fā)展現狀 馬鈴薯生長條件不苛刻，容易實現大量的種植，因此在全世界分布廣泛。在中國，馬鈴薯尤其種植很多，像東北的黑龍江，西北的內蒙古，西部的四川，山西，以及南部的云南貴州等地都有種植。根據不完全統計，馬鈴薯在中國的種植面積已經達到將近500萬公頃，年產量超過4700噸，是世界上產量最高的國家。 在美國，新鮮的馬鈴薯四分之三用來加工，西方發(fā)達國家如英國等大多數將近半的土豆用于加工生產薯類產品。而我國的新鮮馬鈴薯主要用于家常食用，加工的比例不到十分之一，由于馬鈴薯直接食用口感不佳，國內的銷量并不好，所以通常都是價格低廉，而且每年都有近20%的土豆腐爛，造成了大量的浪費，使得馬鈴薯種植農戶因為收入低下放棄種植馬鈴薯，這種現狀不利于我國馬鈴薯產業(yè)的發(fā)展。國外的馬鈴薯產品如薯片和薯條都是廣受歡迎的快餐食品，我國的馬鈴薯加工業(yè)起步晚，沒有足夠正式馬鈴薯產業(yè)的利益和生產鏈，因此現今的馬鈴薯加工技術相對落后，對馬鈴薯的加工也沒有形成大的規(guī)模，大多數還是用于直接食用。隨著肯德基薯條等產品的風靡，國內對馬鈴薯加工的需求也不斷提高，為了滿足消費者的需要，加速我國馬鈴薯加工業(yè)的發(fā)展迫在眉睫。據了解，云南等地已經將馬鈴薯產業(yè)作為省級重點產業(yè)，政府在西部大開發(fā)中，也將馬鈴薯種植和加工作為一個重點對象。 常見的馬鈴薯產品有馬鈴薯條，薯片和脫水馬鈴薯泥。不管馬鈴薯產品的類型怎樣，馬鈴薯加工過程中，都必須經過去皮處理，才能保證產品的質量，口感以及外觀等。馬鈴薯剝皮的方法最簡單的有人工剝皮，人工薄皮雖然能夠達到很好得效果，但是效率很低，而且容易造成大量的浪費。機械剝離通常有兩種方法，即離心法和摩擦法，機械剝離的方法效果較差，容易破壞馬鈴薯的外觀的表層組織，但是加工的效率最高，同時綠色無污染，加工方便?；瘜W剝離有兩種方法，即熱堿法和低溫剝離法。通過堿液軟化松動馬鈴薯的表皮，然后用高壓的冷水噴灑從而達到去除馬鈴薯表皮的目的。這種方法要求表皮剝離前后的洗滌有較高的工藝,同時需要消耗大量的堿液，成本相對前兩種方法高出許多。輻射剝皮法是利用馬鈴薯表皮水分吸收的輻射波進行蒸發(fā)，當入射輻射波正好進入加熱的馬鈴薯淺表面時，發(fā)生強烈地共振，輻射波被吸收并且轉化成熱量，從而達到剝離效果。蒸汽去皮是將馬鈴薯放入蒸汽中進行一段時間處理，將馬鈴薯表面蒸熟，然后用刷子和流水將表皮除去的方法。這種方法雖然相對人工去皮提高了一定效率，但是無法形成大的規(guī)模，難以普及。 第二章 馬鈴薯去皮機基本方案設計 2.1馬鈴薯去皮機的工作原理 大部分的根，塊莖和果實在加工成食物之前都需要進行去皮清洗。由于食物的形狀和表皮硬度的不同，對加工產品的質量要求的不同，去皮要求也就有區(qū)別。剝皮過程中水果和蔬菜的基本要求是徹底和徹底的剝離，減少材料損失。機械去皮是水果和蔬菜加工中常用的方法。 除了簡單的手動剝皮方法以外，機械剝離也被廣泛使用，以及特殊的剝皮機器。 根 據剝皮的原理可分為機械磨削和剝皮，機械摩擦和剝皮以及機械切割和剝皮。 (1) 機械切削和剝離通過使用涂有磨料的工作表面去除表面蒙皮。在高速運轉下，可以實現幾乎全部的機械操作，同時易于用清水或空氣清洗皮層，但是表皮被剝離后，蔬果的表面相對粗糙，因此這種方法適合加工表皮較薄同時質地堅硬的蔬果。番茄，胡蘿卜等根莖類蔬菜多為機械研磨和脫皮機。 (2) 機械摩擦和剝離在接觸面積大，摩擦系數大的工作結構下，產生摩擦，表皮被撕裂破壞。所得產品通常是大的碎屑，加工的死角小，產品表面質量好，但這種方法作用強度不穩(wěn)定，通常用來加工皮下組織松散且較大的蔬果。通常需要削弱水果和蔬菜的皮下組織并進行必要的預處理。 (3) 機械切割和剝離使用鋒利的刀片去除表面蒙皮。剝皮的速度很快，但可食用部分的損失更多，所得食物不完整，通常需要加以手工修剪。很難實現所有的機械操作，并且適用于肉類較硬，皮薄，水果較大的水果和蔬菜。 目前，梨，柿子，蘋果等經常使用機械切割和剝皮。 在旋轉機械中，將要剝皮的水果插入可旋轉的軸上，并且將具有刀刃的刀安裝（或手持）在水果附近，使得刀刃附接到水果表面。當插頭旋轉時，刀會從旋轉的水果表面移動手推車。旋轉機器的旋轉軸具有踏板。 手搖和電動幾種動力形式。 在運輸和剝皮之前應該有一個水果選擇過程，以確保水果大小基本相同。 (4) 化學剝離，也稱為堿液剝離，是將水果和蔬菜在適當的溫度下處理一段適當的時間。果皮腐蝕。 這種方法適用于桔子，杏，梨，蘋果，桃子的剝離和橙皮的去除。然而，化學脫皮和去皮工藝容易造成更多的廢水，尤其是含有大量堿液的廢水[2] 2.2去皮設備結構設計 離心式摩擦去皮機。電動機通過傳動軸帶動原料旋轉，食物原料在離心力作用下在圓筒內部上下翻滾，同時與圓筒內壁摩擦，摩擦材料在去皮的同時，也會對蔬果外表造成較大的損傷，使得蔬果表面變得粗糙，所以不適用于罐頭類產品的生產，適用于切片和醬類原料的生產。常用離心摩擦去皮機處理加工表皮較薄同時質地堅硬的蔬果，例如馬鈴薯和胡蘿卜。將果蔬放在旋轉圓筒內，在圓筒內壁（焊接金剛砂）的摩擦作用下，將表皮除去，同時用水沖洗。在電動機帶動下，通過齒輪和傳動軸帶動圓盤旋轉，圓盤表面有凸起部分，當馬鈴薯落入圓盤時，產生上下翻滾同時在離心力作用下與圓筒內壁摩擦作用，圓筒內壁焊接有金剛砂棒，保證去除馬鈴薯的表皮，而圓盤結構使得馬鈴薯上下翻滾從而表面與圓筒充分接觸，大大減小了去皮的死角。啟動裝置的同時用噴著從圓筒上方噴入清水，及時將皮屑沖洗并順著清洗槽排除，保證裝置的正常運行，提高去皮的效率。同時這種方法的優(yōu)點是室溫下進行，耗能低，成本低廉，造成浪費少。 1、底座，2、電機，3、傳動機構，4、清洗槽，5、轉盤，6、圓筒. 圖1 去皮機裝配圖 去皮機（如圖1）由傳動裝置，排污口，轉盤，出料口，清洗溝槽等部分組成。 將直接10mm的金剛砂幫焊接在工作圓筒內壁，并對圓筒內壁進行研磨，使得內壁粗糙； 圓盤采用扇葉結構設計，圓盤表面與傳動軸結合，具體結構將在后面進行說明。當馬鈴薯從裝料口落入旋轉圓筒內時，由于離心力的作用，馬鈴薯與圓筒內壁發(fā)生摩擦，從而達到去除馬鈴薯表皮的功效。去皮機工作的同時噴嘴將水噴入圓筒內，通過離心力的作用，去除的皮自動從清洗槽中排出去。圓盤在去皮的同時，主要負責將原料上拋。圓盤表面的凹凸結構使得馬鈴薯不斷改變與工作部件的位置和方向，保證了對馬鈴薯表皮的充分去皮。為了確保馬鈴薯能夠接觸到圓筒內壁同時摩擦力足夠去除表皮，需要確保足夠高的轉速，同時圓筒內部不能被填滿，通常取物料系數0.5~0.75為佳。 第三章 傳動機構基本參數的確定 3.1軸的設計 本設計中的齒輪和轉盤做旋轉運動，必須通過安裝在軸上來傳遞運動和動力。軸的主要功能是傳遞運動和動力并支撐旋轉部件。軸的設計包括結構的設計和工作能力的計算。軸的結構設計是根據軸部的安裝定位和軸的制造工藝的要求，合理確定軸的結構和尺寸。軸的結構設計不合理，會增加軸的加工難度，同時零件在軸上無法完全定位，不能正常傳動。軸的計算使得軸的強度，剛度和振動穩(wěn)定性滿足要求。 3.1.1軸的材料 軸的材料主要是合金鋼和碳鋼。由于碳鋼比合金鋼便宜且對應力集中的敏感性較低，所以也可以通過熱處理或化學熱處理來提高其耐磨性和抗疲勞強度，因此，使用碳鋼制造軸特別廣泛，其中最常見的是45。對于鋼應力水平較低的軸，經濟因素通常需要使用強度較差的普通碳鋼。 合金鋼比碳鋼具有更高的機械性能和更好的淬火性能。因此，在大功率傳動中，需要減小尺寸與質量，增加軸徑的耐磨性，并在高溫或低溫軸下工作，常采用合金鋼。 查《機械設計》表11.1“軸的常用材料及其主要力學性能”，軸的材料可以選用為45鋼，熱處理方法采用正火。相關機械性能如下：毛坯直徑≤100mm，硬度170～217HBS，抗拉強度極限為590M，屈服強度極限為295M，彎曲疲勞極限為255M。 3．1.2軸的強度校核計算 根據軸所受載荷和應力，采取相應的計算方法計算軸的強度，同時確定適當的許用應力。如果軸只承受扭矩，則只需要計算扭轉強度條件，如果軸承受扭矩的同時還承受彎曲力矩，則可以通過減小許用應力來考慮效果。當馬鈴薯去皮機工作時，軸向力相對于扭轉力可以忽略不計，即軸承受彎曲力矩可以忽略不計，因此，只需要計算軸的扭轉強度就可以了。 扭轉強度條件為： （1） 式中 ----軸的扭轉切應力，MPa； T-----軸所受的扭矩，N.mm ； WT---軸的抗扭截面模量，m； n---軸的轉速，r/min ； p---軸所傳遞的功率，kw ； ---軸的許用扭轉切應力，MPa 。 對實心圓軸，=/16≈/5，以此代入式（1），可得軸的直徑， d=A0 (mm) (2) A0是取決于軸材料的許用扭轉切應力的系數，其值可以查<<機械設計〉〉表15-3“軸常用幾種材料的和A0值”，可得45鋼的為25~45，A0值為126~103。 在這里，取A0值為126代入式子（2） 得： d 功率和轉速的計算： 參考離心式馬鈴薯去皮機的參數，轉速范圍為350~400r/min,取n=375r/min. 消耗總功率為p=Mnη 工作盤轉矩M=f*G*R 其中f為摩擦系數，參考鋼與其他材料的摩擦系數，取f=0.2 R為摩擦力矩,即轉盤半徑， 設物料填充系數為0.75，取圓盤直徑為350mm，圓筒高400mm,已知馬鈴薯密度為1.0~1.2g/cm3, 有M=f*G*R =f*mg*R =0.2x1.1x2.5x104x9.8x175 =9.43x103N*mm 則總功率p=Mnη=9.43x103x3759550x0.94 =394W 得p等于394W，n等于375r/min. 所以，d=14.65 mm 由于軸上需要開鍵槽和切制螺紋，為了軸的強度足夠大，按上式計算的軸應適當取大些。取軸的最小直徑為20mm。 3.1.3軸的結構尺寸初步確定 圖2 軸 (1)軸徑確定 8-與從動齒輪配合，最小軸徑為20mm； 7-聯接圓螺母，根據定位軸肩高度h=(0.07~0.1)d,d為配合軸段的軸徑，取軸徑為24mm； 6-安裝角接觸球軸承，查《機械設計課程設計》表15-1選軸承7005AC，取軸徑25mm； 5-易于軸承拆裝，軸徑小于軸承段1~3mm，取軸徑為24mm； 4-同6段，取軸徑為25mm； 3-連接軸和彈性擋圈，檢查“機械設計課程設計”表14-25，選擋圈 d=31.5，即軸 徑31.5 mm； 2-與圓盤聯接，按后面圓盤設計，取軸徑28mm. （2）軸長確定 8-根據從動齒輪設計，并且軸段長度比輪轂長度短2~3mm，取軸長為24mm； 7-聯接圓螺母，查《機械設計課程設計》表14-19，選圓螺母M24X1.5，圓螺母厚度m=10，取軸長24 mm； 6-安裝角接觸球軸承7005AC和唇形密封圈，軸承寬度B=12mm，為便于軸承插裝，取軸長30mm； 5-由裝配尺寸確定， 4-安裝角接觸球軸承， 3-連接軸用彈性擋圈和密封圈,擋圈厚度為2mm，密封圈厚度為7mm，考慮到安裝的空間足夠，取軸長為40mm， 2-聯接圓盤，為了保證定位可靠，軸長比圓盤窄2~3mm，取軸長58mm. 3.2滾動軸承的設計 常用的滾動軸承大多數已經標準化，常用軸承基本由專業(yè)工廠制造和供應。通過使用滾動元件將軸與外部構件分離，滾動軸承用滾動摩擦來代替滑動摩擦，軸承和滾動體的內圈和外圈通常由軸承鋼制成。熱處理后，硬度一般不低于60HRC，這些部件一般都是在150攝氏度下進行回火，所以通常當軸承工作溫度不高于120攝氏度時， 元件的硬度不會下降[4]。滾動軸承類型多樣，選擇方便，結構小巧，在傳遞扭矩時摩擦作用小，損失的能量小，同時噪聲小，傳動精度也高，是常見的動力傳動部件。 3.2.1滾動軸承類型的選擇 檢查機械設計表13-1型號，主要性能和普通滾動軸承的特點，根據該設計的結構要求和受力分析，選用了一對角接觸球軸承。 特性：同時可承受徑向載荷和軸向載荷，也可單獨承受軸向載荷。 能在較高轉速下正常工作。由于軸承只能承受單向軸向力，因此通常成對使用。承受軸向載荷的能力與接觸角a有關。在大接觸角情況下，承受軸向載荷的能力也很高。 3.2.2滾動軸承部件的組合設計. 本設計使用軸承座將軸承和軸的整個傳動部分組合在一起，方便軸承的安裝和調整，同時大大的簡化了整個機器的拆卸和維修，方便傳動部分的潤滑和密封。本設計選擇一對角接觸球軸承，可以同時承受軸向載荷和徑向載荷，可以再高的轉速下正常工作。因為單個角接觸軸承只能承受單向的軸向力，所以成對使用。 3.3電動機的選擇 電動機的選擇需要考慮裝置所需傳遞的功率，電動機安裝的尺寸以及價格的適宜和維修的方便等多方面的因素。綜合考慮電機功率，轉速，結構和安裝方法等因素，進行電動機的選取。參考《機械設計》內容，本設計選取Y系列（IP44）全封閉自冷式三相異步電動機，Y系列電動機有高效率，低噪聲，小振動的優(yōu)點，在不易燃、不易爆以及沒有特殊要求的機械上運用廣泛，例如本設計的食品機械。 根據工作軸功率P = 394W，轉速= 375r / min，型號選用Y90S-6型電機。 型號：Y90S-6； 額定功率/KW：0.75； 滿載轉速/（r/min）：910； 堵轉轉矩/額定轉矩：2.0； 最大轉矩/額定轉矩：2.2； 質量/kg：23 根據電動機的型號，查表確定電機的外形尺寸和安裝尺寸，據此設計電機安裝支座，將電機合理地安裝在馬鈴薯去皮機上面 。 第四章 齒輪結構設計 齒輪傳動是在機械傳動中應用廣泛的傳動類型之一，齒輪傳動具有傳動效率高，運行可靠，傳動比精確，結構緊湊，使用壽命長，功率和速度范圍廣的優(yōu)點。齒輪傳動應滿足如下的基本要求：1.傳動平穩(wěn)，瞬時傳動比要求不變，盡可能減小沖擊，振動和噪音，確保高運動精度。2，承載能力高，在體積小重量輕，齒輪強度高，耐磨性好的前提下，能達到預定的使用壽命。齒輪設計時，合理的選擇齒輪材料和熱處理方式，選擇合適的規(guī)格同時保證制造精度達到配合要求，才能達到理想的傳動狀態(tài)。 參考《機械原理》第八版相關資料： 標準齒輪是指具有標準齒頂高度和齒根高度的標準值m，a，并且齒距齒厚等于齒 槽的齒寬。 壓力角的標準值為a =1 并分別稱為齒頂部頂部系數和頂部間隙系數，GB 1356-88中規(guī)定的標準值為： c=0.25 4.1.齒輪材料及熱處理 從齒輪傳動的失效形式可以看出，設計齒輪傳動時齒面應具有較高的耐磨性，抗點蝕和抗粘合能力。根部必須具有很高的抗斷裂能力。因此，對齒輪材料性能的基本要求為：齒面應有足夠的硬度，齒芯必須有一定的韌性。 檢查“機械設計”表10-1常用的齒輪材料和力學性能，選取45鋼，采用淬火熱處理，小齒輪表面硬度為280HBS，大齒輪硬度為240HBS。取齒輪加工精度為9級. 4.2.齒輪的設計與校核 根據相關設計要求和數據，初步確定齒輪的某些參數，然后對齒輪進行齒面接觸 疲勞強度計算和齒根彎曲疲勞強度計算。如果強度符合要求，則選用這些參數；如果強度不符合要求，則需再修改這些參數。 4.2.1按齒面接觸疲勞強度設計 （1）小齒輪由（10-11） d1t≥32khtT1*u+1*(zhZeZ∈)2?d*u*[σH]2 . 1)試選Kht=1.3 Kht=KA*KV*KH*KHβ 小齒輪傳遞轉矩T1=9.55*106P/n1=9.55*106*0.55/910=7.87*103 N*mm 由表10-7，選取齒寬系數Φd=1； 由圖10-20查得區(qū)域系數ZH=2.0. 由表10-5查得材料的彈性影響系數ZE=189.8MPa 由式（10-9）計算接觸疲勞強度因重合系數Zε得Zε=0.884； 計算接觸疲勞許用應力[σH] 由圖10-25d查得小齒輪和大齒輪的接觸疲勞極限分別是 σHlim1=750MPa σHlim2=700MPa 由式（10-15）計算應力循環(huán)次數（工作壽命Lh=10年） N1=60n1JLh=60x910x1x(8x300x10)=1.31x109 N2=N1/u=1.31x109/(52/20)=5.04x108 由圖10-23查取接觸疲勞壽命系數KHN1=1.00KHN2=1.05 取失效概率為0.01，安全系數S=1 由式（10-14）得[σH]1=750MPa [σH]2=735MPa 取[σH]1和[σH]2中小的做為齒輪副的接觸疲勞許用應力，即[σH]= [σH]2=735MPa. 2)試算小齒輪分度圓直徑 由式（10-11） d1t≥32khtT1*u+1*(zhZeZ∈)2?d*u*[σH]2 =32x1.9x7.87x(2x189.8x0.884)2x1031x52/20x7352 =20.63mm (2)調整小齒輪分度圓直徑 1）計算實際載荷系數前的數據準備 圓周速度V V=πd1tn160x1000=πx20.63x91060x1000=0.98m/s 齒寬B B=Φd*d1t=1x20.63=20.63mm 2)計算實際載荷系數KH Kht=KA*KV*KH*KHβ =1x1.1x1.2x1.102=1.45 3)由式（10-12）可得按實際載荷系數算得的分度圓直徑 d1t=d1t3KHKHT=21.4mm 齒輪模數m=d1/z1=21.4/20=1.07 4.2.2按齒根彎曲疲勞強度計算 （1） 由式（10-7）試算模數 即mt≥32KHT1YEYFaYSa?dZ2[σF] 1) 確定公式中參數值 選KFt=1.3. 由式（10-5）重合度系數 Yε=0.25+0.75/εa=0.25+0.75/1.658=0.702 計算YFaYSa[σF] 由圖10-17查得齒形系數YFa1=2.65,YFa2=2.23 由圖10-18查得應力修正系數YSa1=1.58,YSa2=1.76. 由圖10-24查得小齒輪和大齒輪的齒根彎曲疲勞極限分別為 σFlim1=480MPa σFlim2=430MPa 由圖10-22查得彎曲疲勞壽命系數KFN1=0.85，KFN2=0.88 取彎曲疲勞安全系數S=1.4 由式（10-14）得 [σF]1=KFN1σFlimS=0.85x4801.4=291.43MPa [σF]2=KFN2σFlimS=0.88x4301.4=261.07MPa 取YFaYSa[σF]=YFa2YSa2[σF]2=0.0150 2）試算模數 mt≥32KHT1YEYFaYSa?dZ2σF=32x1.3x7.87x103x0.7020.3x202=1.096 (2)調整齒輪模數 1)計算實際載荷系數前的數據準備 圓周速度V0 d1=m1z1=1.096x20=21.92mm 綜合齒面接觸疲勞強度計算和齒根彎曲疲勞強度計算結果，取模數m=1.5 按接觸疲勞強度計算d1=21.4mm,則Z1=d1/m=14.3 取Z1=17,則Z2=Z1u=41.2,取Z2=42 4.3幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 D1=Mz1=17x1.5=25.5mm, D2=Mz2=42x1.5=63mm, (2)計算中心距a=(d1+d2)/2=44.25mm, (3)計算齒輪寬度b=фd*d1=1x25.5=25.5mm, 考慮不可避免的安裝誤差，為了保證設計齒寬b和節(jié)省材料，一般將小齒輪稍加寬（5~10）mm.即b1=b+(5~10)mm 取b1=30mm. 大齒輪齒寬等于設計齒寬即b2=26mm. 4.4齒輪強度校核 中心距就近圓整a=45mm （1） 計算變位系數和 Y=(a`-a)/m=(45-44.25)/1.5=0.5 從圖10-21（a）可知，當前的變位系數綜合性能好， 分配變位系數X1和X2 由圖10-21b可知X1=0.30，X2=0.29 (2)齒面接觸疲勞強度校核 由前面設計計算 KH=1.45，T1=7.87x103N*mm，Φd=1，d1=28.5mm u=2.6,ZH=2.0,ZE=189.8MPa,Zε=0.884, 代入式（10-10） 得σh=466.6MPa<[σH] (3)齒根彎曲疲勞強度校核 按前面計算結果 KF=KA*KV*KFa*KFB =1x1.1x1.2x1.4=1.848 Yε=0.25+0.75/εa=0.712 由式（10-6） σF1=2KFT1YFa1YSa1Y??dm3Z12=2x1.848x5.77x103x2.40x1.65x0.7121x1.53x172=61.65MPa<[σF]1 σF2=2KFT1YFa2YSa2Y??dm3Z12=2x1.848x5.77x103x1.65x1.70x0.7121x1.53x172=43.67MPa<[σF]2 滿足強度要求 4.5主要設計結論 Z1=17，Z2=42，m=1.5,a=20°, X1=0.30,X2=0.29,a=45mm,b1=30mm,b2=26mm. 小齒輪材料45鋼（調質），9級精度。 齒頂高 ha1=ha*m=1x1.5=1.5 齒根高 hf1=(ha*+c*)m=(1+0.25)x1.5=1.875 齒全高 h1=(2ha*+c*)m=3.375 齒距 p=лm=лx1.5=4.71 齒厚 s=лm/2=2.36 頂隙 c=c*m=0.375 主動齒輪(小齒輪)：分度圓直徑d1=Mz1=1.5x17=25.5. 齒頂圓直徑da1=(Z1+2ha)m=(17+2*1)*1.5=28.5. 齒根圓直徑df1=(Z1-2ha-2c)*m=(17-2*1-2*0.25)*1.5=21.75. 從動齒輪（大齒輪）：分度圓直徑d2=Mz2=1.5x42=63. 齒頂圓直徑da2=(Z2+2ha)m=(42+2*1)*1.5=66. 齒根圓直徑df2=(Z2-2ha-2c)*m=(42-2*1-2*0.25)*1.5=59.25. 總結：齒輪傳動設計的主要內容包括齒輪材料和熱處理，精度等級和主要參數。設計過程首先根據設計標準確定強度條件，然后根據強度條件（部分地）確定齒輪的大小，它可以進一步計算符合強度條件的齒輪的主要幾何尺寸。齒輪設計計算時需要進行大量的查表和查圖，獲得一系列的系數和參數，每一步都需要盡量做到精準，才能保證最終結果的準確。按齒面接觸和齒根彎曲兩種強度要求進行設計，最后圓整中心距后進行變位系數的分配，再進行校核，如果強度滿足條件在說明設計合理，如果強度不滿足條件則進行調整，重新設計。同時添加自己的創(chuàng)新點或者改進點，從而提高社會生產力并且獲得市場競爭力。 第五章 軸承座的結構設計 軸承座是設計中的關鍵部分。 在這種設計中，包括軸承箱，軸承，齒輪和密封環(huán)在內的整個傳動部件可以組裝在一起作為一個部件使用。 這種設計允許整個傳動部分更加安全地集成并易于拆卸。 圖3 軸承座 軸承座的尺寸和結構保證了軸承、傳動軸和從動齒輪的裝配和密封，將軸承座總成當做一個單獨的零件安裝，軸承座的設計便于傳動部件的安裝和拆卸，同時提高了傳動的平穩(wěn)性，減小傳動的振動和噪聲，便于檢查機器故障并及時維修和潤滑傳動機構。 第六章 圓筒和圓盤的設計 6.1圓筒的結構設計 圖4 圓筒 圓筒的結構特點主要體現在內壁，這種結構特征更有利于農產品的剝皮，尤其是馬鈴薯產品的剝皮。首先，在不銹鋼棒和圓盤的同時作用下，馬鈴薯在圓筒內旋轉時會不斷滾動。其次，對馬鈴薯等農產品來說，存在一些凹凸不平的地方，剝皮作業(yè)時存在死角，經常出現脫皮的地方，而且對于高剝離效果，有必要使用手動剝皮方法來處理這些死點，并且當馬鈴薯產品被卷起和剝皮時，使用不銹鋼棒來焊接內壁。當凹陷部位碰到直徑為10mm的不銹鋼棒時，仍然可以獲得良好的剝離效果。 圓筒蓋組件和不銹鋼棒焊接在圓筒上，卸料口在圓筒壁上打開。當筒蓋組件和不銹鋼桿被焊接時，它們應該被放置在它們的焊接位置并同時被焊接。 另外，在首先焊接圓筒蓋組件和不銹鋼棒之后，卸料口在圓筒的壁上打開。這會增加筒體的變形量，不均勻的變形和不均勻的應力，從而影響圓筒零件的質量。 考慮到去皮機旋轉時馬鈴薯能夠在離心力的作用下接觸到圓筒內壁，并且能夠有效的去除表皮，圓筒的內徑需要合理設計。圓筒內徑過小無法滿足較高的生產率，同時不能保證馬鈴薯的完全去皮處理，容易產生多的死角。圓筒內徑過大的話，在一定的轉速下，馬鈴薯無法與圓筒內壁充分接觸，或者能夠接觸但是摩擦力不能夠有效的去除馬鈴薯的表皮，結合經驗和實驗數據，參考馬鈴薯去皮機的參數設計，本設計中圓筒內徑確定為400mm. 6.2圓盤的結構設計 圓盤表面凹凸不平，采用三部分焊接制作，當馬鈴薯落到旋轉的圓盤上時，馬鈴薯同時進行旋轉和翻滾的動作，同時與圓盤和圓筒發(fā)生摩擦，從而達到去皮的效果。圓盤的凹凸角度應該設計合理，保證馬鈴薯不會被卡住或者順著圓盤滑動，而是進行上下翻滾的動作，從而保證對馬鈴薯的充分去皮，盡量避免死角。圓盤下面焊接兩個通道，當馬鈴薯去皮機工作時，噴著從圓筒上面噴入清水，將馬鈴薯皮沖洗，順著圓盤下面的通道進去清洗槽而被排出。 圖5 圓盤 馬鈴薯是不規(guī)則的蔬果，通常直徑為10~150mm不等，取馬鈴薯直徑平均值為70mm，為了防止馬鈴薯落入圓盤時卡住或者順著圓盤滑動，取圓盤凸起角度為30度，并一共設計6個扇片式凸起結構，詳細的結構數據見附件的圖紙。 參考文獻 [1].張裕中主編.食品加工技術裝備[M].第二版.中國輕工業(yè)出版社，2007. [2].郭順堂,謝焱主編.食品加工業(yè)[M].化學工業(yè)出版社，2005. [3].崔建云主編.食品機械[M].化學工業(yè)出版社，2007. [4].張燕萍,謝良主編.食品加工技術[M].化學工業(yè)出版社，2006. [5].徐幸蓮,彭增起,鄧尚貴主編.食品原料學[M].中國計量出版社，2006. [6].陳意平,任仲偉，朱顏主編.機械制圖[M].東北大學出版社，2013. [7].濮良貴，陳國定，吳立言主編.機械設計[M].高等教育出版社，2013. [8].孫恒，陳作模，葛文杰主編.機械原理[M].高等教育出版社，2013. 致 謝 畢業(yè)設計是大學最后一門課程，畢業(yè)設計的過關是順利畢業(yè)的必要條件之一，同時也是對大學四年來所學習的知識的回顧和總結。 在指導老師郭越講師的細心指導以及同學們的耐心指點下，通過兩個多月的專研和學習，我基本上完成了馬鈴薯去皮機的設計，在這里表示衷心的感謝。在郭老師的指導下，我確立了設計方案和思路，后期郭老師不僅挑出我很多制圖上的錯誤和偏差，還指出了論文編輯上的一些文字處理上的不當和語言組織的錯誤之處，促進了我對設計內容的深入理解。在郭老師指導的前提下，我不斷完善對馬鈴薯去皮機結構的完善和計算的精準，以及論文撰寫的恰當合理。通過畢業(yè)設計，對機械設計和機械原理的知識有了進一步的鞏固，制圖更加嚴謹細心，同時培養(yǎng)了我的邏輯思維和創(chuàng)造思維。 同時，通過和同學們的深入交流，我對設計理解更深，按期完成了畢業(yè)設計和畢業(yè)論文，在這里也表示衷心的感謝，謝謝同學們的耐心指點和悉心交流。 27