冬瓜去皮机的设计毕业论文.doc

审定成绩： 成都工业学院毕 业 设 计 （论 文） 设计（论文）题目： 冬瓜去皮机 系 部 名 称： 机电工程系 专 业： 数控技术专业 班 级： 学 生 姓 名： 学 号： 指 导 教 师： 答辩组负责人： 二O一二 年 五 月摘要冬瓜去皮是所有冬瓜制品加工工艺过程的重要环节。目前，存在的各种去皮方法都各自有其一定的局限性。随着冬瓜产业的发展和我国社会经济的进步，如何寻找一种优质、高效、节能几环保的冬瓜剥皮方法己成为冬瓜加工工艺过程中迫切需要解决的问题。因为去皮效率的高低和安全卫生性将直接影响冬瓜原料加工的效益。本课题的设计将涉及到机械制造、机械设计、理论力学、材料力学、工程材料基础等多种学科的知识。主要内容包括国内外一些冬瓜去皮机结构的简介、冬瓜去皮机的结构设计（包括工作原理）、主要参数的选择确定、主要零件的结构设计与计算以及主要零件的校核等，有完整的理论阐述和设计计算，并附有大量的装配图和零件图，更加直观的对整个设计加以论证。关键词：去皮机，切削，设计，冬瓜IAbstrac White gourd peel is all white gourd products processing process important link. At present, there are various methods of peeling each has its limitations. With winter melon industry the development and progress of our society and economy, how to find a high quality, efficient, energy-saving several environmental protection melon peeling method of wax gourd process has become an urgent need to address the problem. Because the peeling efficiency and safety and health will directly affect the efficiency of wax gourd raw materials processing. The design of this issue will involve machinery manufacturing, mechanical design, theoretical mechanics, mechanics of materials, engineering materials and so on the basis of the knowledge of multiple disciplines. The main contents include some domestic and foreign gourd peeling machine structure of wax gourd peeling machine, structure design ( including working principle ), main parameters selection, the main parts of the design and calculation of the structure and main parts of the check, a complete theory and design calculation, and with a large number of assembly drawing and parts drawing, a more intuitive design of the whole argument.Keywords：Peeling machine , friction, design, potato目录摘要IIAbstracI目录II第1章 绪论11.1目的意义和国内外现状概况11.2冬瓜原料加工预处理工艺流程简介21.2.1冬瓜的分级21.2.2冬瓜的清洗21.2.3冬瓜的去皮21.2.4冬瓜的护色31.3 国内外冬瓜去皮设备简介31.3.1机械装置31.3.2冬瓜的护色41.3.3 蒸煮装置51.3.4 化学去皮装置5第2 章 冬瓜去皮机的机构设计72.1 其它冬瓜去皮机的设计及特点简介72.1.1工艺流程及结构特点72.1.2其它瓜去皮机结构简介72.2自主设计的冬瓜去皮机基本结构92.2.1加紧冬瓜装置92.2.2机架102.2.3切削部分112.2.4传动系统122.3工作原理13第3章冬瓜去皮机的参数确定143.1电机的选择143.2减速器的选择和冬瓜转速的最终确定153.3刀具的宽度和丝杠轴导程的确定153.3.1刀具的宽度153.3.2丝杠轴的导程163.4气缸的选择17第4章 主要零件的结构设计与计算184.1带传动的设计任务及步骤184.1.1带传动的失效形式和设计准则184.1.2带传动的设计184.2丝杠主轴的结构设计计算204.2.1轴的材料及其选择204.2.2轴的结构设计204.3滚动轴承的初步选择234.4轴承座的选择244.5扭簧的尺寸及弹力设计24第5章 主要零件的校核265.1按扭转强度校核轴的强度265.2按弯曲强度校核轴的强度26结论27致谢28参考文献29成都工业学院毕业论文第1章 绪论1.1目的意义和国内外现状概况目前，世界79的国家种植冬瓜，总面积2000万亩左右，总产量3亿多吨，仅在小麦、玉米、水稻之后居第四位。冬瓜在我国布极为广泛，主要产区集中在四川、黑龙江、甘肃、内蒙、河北、山西、陕西、云南、贵州、等省。据1998年统计，我国冬瓜种植面积近467万亩，产量4700多万吨，居世界第一位。 冬瓜属于茄科、块茎类作物，是珍贵的食物，它既是粮又是菜，营养丰富。其淀粉含量达11% -25%，且蛋白质营养价值很高，容易消化吸收。其中含有18种氨基酸、多种维生素及丰富的矿物质元素。属于低热量、高蛋白、多种维生素和矿物质食品。冬瓜的蛋白质主要是球蛋白，其生物价为67，高于除大米以外的各种粮食。如果用35%的鸡蛋清与65%的土豆蛋白混合食用，则可以合成目前已知的最佳蛋白质。冬瓜中主要含的是半纤维素，它能增加肠道蠕动的次数。另外，冬瓜还是一种较好的化工原料。日本通产省北海道工业技术实验厂开发出一种用冬瓜作原料生产塑料的技术。这种塑料能通过土壤和水中的微生物进行自然分解，最终化成为水和二氧化碳。 国外冬瓜主要用于加工，鲜食比例较小。美国有75%的鲜薯用于加工，法国为60%，荷兰为40%，英国为40%，而我国冬瓜主要以蔬菜的形式进行鲜食，用于加工的比例不足10%。由于冬瓜作为蔬菜其口感较差，并不太受人们的欢迎，因而价格低廉，每年有15%的冬瓜烂掉，浪费较多，严重影响了广大薯农的经济利益和种薯积极性。这种现象不利于我国冬瓜产业的发展。 国外的冬瓜制品，如冬瓜条、冬瓜片是一种很受欢迎的快餐食品，现已风靡我国的麦当劳、肯德鸡等快餐店，其拳头产品就是冬瓜制品。我国的冬瓜产品加工起步较晚，工艺技术落后，还不能形成规模。冬瓜制品的质量赶不上国外水平，产量也远远满足不了市场要求，因而加快我国冬瓜产业的发展，提高冬瓜的附加值，不但能满足消费者需求，而且是加快我国贫困地区，尤其是西部冬瓜产区经济发展的一条重要途径。据了解，贵州省己经把冬瓜产业为本省经济的一大增长点。中央关于西部大开发的决议，又为冬瓜产业的发展带来了很好的机会。冬瓜产业将大有可为。 冬瓜制品的主要品种有冬瓜条、冬瓜片、脱水冬瓜泥等。不论何种制品，其加工工艺都要求必须对原料冬瓜进行去皮处理，才能保证产品的质量，保证其外观、色泽和口感。冬瓜去皮的方法主要有人工去皮、机械去皮、化学去皮、辐射去皮和蒸汽去皮等。人工去皮的去皮效果较好，但效率低、损失率高，显然不能适应冬瓜产业化发展的需要。机械去皮有离心去皮和磨擦去皮两种形式，主依赖冬瓜与冬瓜之间及冬瓜与金刚砂或橡胶之间的磨擦作用而达到去皮的目的。这种方法去皮效果差，且易造成冬瓜表面层的损伤。化学去皮有热碱法和低温去皮液法两种形式，主要依赖强碱溶液及特配化学去皮液的作用，软化和松驰冬瓜的表皮和芽眼，然后用高压冷水喷射达到去皮目的。这种方法对去皮前后的冲洗工艺要求较高，且碱液或去皮液消耗量过大，成本较高。辐射去皮是利用辐射波被冬瓜表皮的水分吸收、蒸发，使入射的辐射波刚进入受热体浅表层即引起强烈的共振，被吸收而转化为热量，从而达到剥皮效果同这种方法去皮效果较好，但果皮只能废弃，不能被利用。蒸汽去皮是将冬瓜在蒸汽中进行短时间处理，使其皮层熟化然后利用铁刷和流水冲去外皮，达到去皮目的。 1.2冬瓜原料加工预处理工艺流程简介1.2.1冬瓜的分级 冬瓜的分级可按照不同的加工品的要求，采用不同的分级方式分级，包括大小分级、成熟度分级和色泽分级等几种。在我国成熟度分级常用目视估测的方法进行，而大小分级是分级的主要内容，几乎所有的加工果蔬均需大小分级，分级的方法有手工分级和机械分级。 1.2.2冬瓜的清洗 原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附着的尘土、泥沙和大量的微生物以及部分的化学农药，保证产品的清洁卫生，从而保证产品品质。对于农药残留的果蔬，洗涤时常在水中加化学洗涤剂，常用的有盐碱地酸、醋酸，有时也用氢氧化钠等强碱及漂白粉、高锰酸钾等强氧化剂。果蔬清洗的方法须根据果蔬形状、质地、表面状态、污染程度、夹带泥土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和机械清洗。后者需配置滚筒式、喷淋式、压气式、浆叶式等设备。 1.2.3冬瓜的去皮凡是冬瓜果皮粗糙、坚硬，具有不良风味的均应去皮，以利于提高品质只有在加工某些果脯、蜜饯、果汁和果酒时，因要打浆和压榨，才不用去皮，冬瓜去皮方法如下： （1）手工去皮：用特别的刀、刨等工具人工削皮，去皮干净、损失少，但劳动效率低。 （2）机械去皮：主要用于比较常规的果蔬原料。 （3）碱液去皮：利用碱液的强腐蚀性来使蔬菜表面中胶层溶解，从而使果皮分离。碱液去皮常使用氢氧化钠，腐蚀性强且廉价。碱液去皮时碱液的浓度、处理时间和碱液温度，应视不同果蔬原料种类、成熟度、大小而定。碱液浓度提高、处理时间长和温度高都会增加皮层的松离及腐蚀程度。经碱液处理后的果蔬必须立即在冷水中浸泡、清洗、反复换水直至表面无腻感，口感无碱味为止。 （4）热力去皮：果蔬用短时间高温处理后，使表皮迅速升温，果皮膨胀破裂与内部果肉组织分离，然后迅速冷却去皮适合于成熟度高的桃、李、杏等。热去皮的热源主要有蒸汽和热水。此法原料损失少，色泽好，风味好。 （5）酶法去皮;在果胶酶的作用下，达到去皮目的。需要控制酶的最佳作用条件如温度、时间、PH值等。 （6）冷冻去皮：将果蔬在冷冻装置中冷至达到轻度表面冷冻，然后解冻，使皮松弛后去皮，此法质量好但费用高。 （7）真空去皮：将成熟的果蔬先行加热，使其升温后果皮和果肉分离，接着进入有一定真空度的真空室内，适当处理，使果皮下的液体迅速“沸腾”，皮与肉分离，然后破除真空，冲洗或搅动去皮。 1.2.4冬瓜的护色冬瓜在加工过程中将原料去皮、切分、破碎和空气接触及高温处理，都可能促进化学变化生，成有色粉质。其中包括酶褐变和非酶褐变。都要经过相应的方式来对冬瓜进行护色保护。 1.3 国内外冬瓜去皮设备简介国外冬瓜去皮方法大致有三种，即机械去皮、蒸汽去皮和化学方法去皮。三种去皮方法的工作原理为: 一 、机械去皮。在圆筒形容器中。依靠带有磨料的圆盘、滚轮或依靠特制的橡胶辊在中速或高速旋转中切削块茎的表面而达到去皮目的。 二、 蒸汽去皮。在高压容器内，通高压蒸汽使块茎表面受热，然后打开容器盏，突然释放压力，块茎的表皮和果肉即自行分离。 三、化学去皮。在耐碱容器内，加强碱溶液并加温，后加人块茎经一段时间后块茎的表皮被碱溶液腐蚀，经高压水反复冲洗干净后。再将块茎放人机械去皮机中剥去表皮。 1.3.1机械装置 目前国内主要使用机械切削去皮机。如图1.1所示,该机由机盖、机筒、机座、电机、砂盘等部分组成。以电机为动力，通过减速齿轮带动机筒底部的砂盘旋转。块茎加入机筒内，因其离心力和相互碰撞作用，在机筒内上、下、左、右翻动，表面被砂盘均匀的摩蚀，去皮结束时加入清水，再打开侧门，块茎从侧门自动排出皮屑随水流从砂盘的周围间隙排出，该机为间歇生产。原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附着的尘土、泥沙和大量的微生物以及部分的化学农药，保证产品的清洁卫生，从而保证产品品质。对于农药残留的果蔬，洗涤时常在水中加化学洗涤剂，常用的有盐碱地酸、醋酸，有时也用氢氧化钠等强碱及漂白粉、高锰酸钾等强氧化剂。果蔬清洗的方法须根据果蔬形状、质地、表面状态、污染程度、夹带泥土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和机械清洗。后者需配置滚筒式、喷淋式、压气式、浆叶式等设备。凡是冬瓜果皮粗糙、坚硬，具有不良风味的均应去皮，以利于提高品质只有在加工某些果脯、蜜饯、果汁和果酒时，因要打浆和压榨，才不用去皮，冬瓜去皮方法如下： （1）手工去皮：用特别的刀、刨等工具人工削皮，去皮干净、损失少，但劳动效率低。 （2）机械去皮：主要用于比较常规的果蔬原料。 （3）碱液去皮：利用碱液的强腐蚀性来使蔬菜表面中胶层溶解，从而使果皮分离。碱液去皮常使用氢氧化钠，腐蚀性强且廉价。碱液去皮时碱液的浓度、处理时间和碱液温度，应视不同果蔬原料种类、成熟度、大小而定。碱液浓度提高、处理时间长和温度高都会增加皮层的松离及腐蚀程度。经碱液处理后的果蔬必须立即在冷水中浸泡、清洗、反复换水直至表面无腻感，口感无碱味为止。 （4）热力去皮：果蔬用短时间高温处理后，使表皮迅速升温，果皮膨胀破裂与内部果肉组织分离，然后迅速冷却去皮适合于成熟度高的桃、李、杏等。热去皮的热源主要有蒸汽和热水。此法原料损失少，色泽好，风味好。 （5）酶法去皮;在果胶酶的作用下，达到去皮目的。需要控制酶的最佳作用条件如温度、时间、PH值等。 （6）冷冻去皮：将果蔬在冷冻装置中冷至达到轻度表面冷冻，然后解冻，使皮松弛后去皮，此法质量好但费用高。 （7）真空去皮：将成熟的果蔬先行加热，使其升温后果皮和果肉分离，接着进入有一定真空度的真空室内，适当处理，使果皮下的液体迅速“沸腾”，皮与肉分离，然后破除真空，冲洗或搅动去皮。 1.3.2冬瓜的护色冬瓜在加工过程中将原料去皮、切分、破碎和空气接触及高温处理，都可能促进化学变化生，成有色粉质。其中包括酶褐变和非酶褐变。都要经过相应的方式来对冬瓜进行护色保护。目前国内主要使用机械切削去皮机。如图1.1所示,该机由机盖、机筒、机座、电机、砂盘等部分组成。以电机为动力，通过减速齿轮带动机筒底部的砂盘旋转。块茎加入机筒内，因其离心力和相互碰撞作用，在机筒内上、下、左、右翻动，表面被砂盘均匀的摩蚀，去皮结束时加入清水，再打开侧门，块茎从侧门自动排出皮屑随水流从砂盘的周围间隙排出，该机为间歇生产。图1.1 机械式切削去皮机1.3.3 蒸煮装置 国内食品加工业使用的连续式链带蒸煮机和高压蒸煮锅，机体庞大，结构复杂，造价昂贵，小型果蔬原料食品加工厂引进使用有一定困难。在实际生产中，对冬瓜片的蒸煮要求并不高，使用自制的蒸煮装置完全可以满足要求。下面简单介绍一下一般食堂、饭店常用的蒸煮装置结构。 在一个大型蒸煮容器内铺设轨道，道轨通到容器大门外切片机附近。道轨上置放平板小车，小车上装有方形笼屉若干层。块茎切片后，依次放入笼屉。待所有的笼屉子都装满薯片后，将小车连同笼屉推入容器中，密封大门再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后，打开大门，拉出小车和笼屉，取出薯片。 蒸煮容器为长方形，下部设有进气管道和阀门，上部有排气管。容器框架由角钢制作，外壁由钢板制造，并用隔热材料涂抹保温。 1.3.4 化学去皮装置 在由防碱材料制成的容器中注入氢氧化钠溶液，溶液浓度为15%25%。加热溶液温度达到8795°C，加入块茎搅拌使温度保持在70°C左右；经过26分钟，块茎的表皮开始变松变软；捞出块茎，用高压水反复冲洗，直到表面无残留物为止。捞出的块茎也可放入机械式去皮机中剥去表皮。 本法的优点是对不同大小、不同形状的块茎适合性好，去皮快，不需要结构复杂的专门设备。缺点是冲洗块茎需要大量清水，皮屑不能利用，排出的废液污染环境。 由于去皮方法不同，国内外冬瓜、胡萝卜去皮机械的结构形式也各不相同，去皮差异较大，去皮率大致为7%25%，其中机械去皮率为最大，蒸汽去皮率为最小。 由于去皮方法不同。囱内外冬瓜去皮机的结构形式也各不相同，去皮效果差异较大，去皮率大致为 7%25%，其中机械去皮率为最大，蒸汽去皮率为最小。通过上表的比较分析以及联系本次设计的任务要求，同时结合我国在去皮机上的实际水平考虑经济性，达到能以最少的投资获得较好的经济效益，决定以机械去皮机为设计方案。 第2 章 冬瓜去皮机的机构设计本设计主要考虑去皮后的冬瓜达到表面光滑、无破坏层、去皮过程无污染及切屑可利用为目的，同时考虑经济实用。达到能以晟少的投资获得较好的经济效益。从而为推广该产品奠定基础。2.1 其它冬瓜去皮机的设计及特点简介2.1.1工艺流程及结构特点 针对研制目的，采用清洗后去皮工艺，研制出搅龙式机械清洗机和离心式机械切屑去皮机。并利用可调节式刀片，达到切屑量可控制的目的。其工艺流程为：原料准备 清洗去皮产品清洗皮屑收集产品收集。搅戈式清洗机为国内大量使用的清洗机械。其结构如下：梯型洗槽内，固定着输送搅戈，搅龙通过减速器由电机驱动，洗槽内充水，在搅龙上部有喷水装置。块茎进入洗槽浸泡在水里，由于在被搅龙提升过程中，块茎相互间以及与搅龙叶间切削而逐渐去皮，同时清水不断从搅龙面部喷淋下来，冲洗块茎，故块茎越接近顶部越干净。 离心式机械切屑去皮机结构如下：在外罩内部装有由电机带动的转动工作盘。盘上均匀分布着6个长孔。长孔上布置着切屑刀片。其中切屑刀片相对长孔间隙可适当调解；工作盘上部的外罩上均匀分布着3块弹板。工作盘下部装有同主轴一同旋转的橡腔刮板。工作时块茎通过贮料室投入到工作室内。工作盘按一定速度旋转。在离心力、重力和切削力共同作用下，利用块茎相对于工作盘上刀片问的相对速度差将冬瓜的皮屑切去；同时，在离心力的作用下块茎被甩向四周。并不断滚动，而周围外罩上分布着几块弹板。将块茎撞离外周，且不断旋转滚动。因此，在刀片和弹板共同作用下冬瓜块茎被均匀地切去外皮，实现冬瓜去皮目的。 切削式机械去皮机结构如下：以电机为动力，通过齿轮带动圆筒底部的磨盘旋转。磨盘上表面中间低、边缘高呈波浪形。块茎加入圆筒内，因离心力和相互碰撞作用，在圆筒内上、下、左、右翻动，并不断地滚动；圆筒上的弹板，将块茎弹回，在磨盘和弹板共同作用下冬瓜块茎被均匀地磨去外皮，实现冬瓜去皮的目的。去皮结束时加入清水，再打开侧门，块茎从侧门排出，皮屑随水流从磨盘的周围间隙排出。该机为间歇生产。本文以切削式机械去皮机为设计方案。 2.1.2其它瓜去皮机结构简介 图2.1其它外国冬瓜去皮机总图冬瓜削皮机，它是在底座的上侧设有中心支承架，中心支承架的上端装有上支架，在中心支承架的前后、左右两侧设有四组结构相同的导向杆、螺旋杆及齿轮箱，导向杆分别固定在中心支承架的左右两侧，导向杆的外侧装有螺旋杆，螺旋杆的底端装有冬瓜旋转轴传动轮及螺旋杆皮带轮。螺旋杆的外侧设有冬瓜支承座，支承座的上端设有冬瓜托架。在冬瓜支承座的外侧箱体上装有齿轮箱，齿轮箱上设有动力输入及输出传动轮，齿轮箱的下侧装有电机，在上支架上装有汽缸套，汽缸套内设有活塞杆，活塞杆的底端设有冬瓜固定爪，在螺旋杆及导向杆上装有刀架，刀架上装有刀杆，刀杆上装有冬瓜削皮刀。 冬瓜削皮机，由底座、中心支承架、上支架、导向杆、螺旋杆、齿轮箱、电机、刀架及汽缸套、活塞杆组成，其特征在于：底座为箱式结构，底座的上中部设有中心支承架，中心支承架的上端设有上支架，中心支承架的左右两侧设有导向杆，导向杆的外侧装有螺旋杆，螺旋杆由轴承安装在上支架及底座上，其底端位于底座的箱体内，底轴上装有冬瓜旋转轴传动轮及螺旋杆皮带轮，螺旋杆的外侧装有冬瓜支承座，支承座的上端设有冬瓜托架，座内设有旋转轴，轴的下端装有旋转轴皮带轮，在冬瓜支承座外侧的箱体上装有齿轮箱，齿轮箱的前侧设有动力输入皮带轮，上侧设有动力输出皮带轮，齿轮箱的下侧装有电机，电机上设有电机皮带轮，螺旋杆及导向杆上装有刀架。2.2自主设计的冬瓜去皮机基本结构本文主要设计切削式冬瓜去皮机，该机采用立式机型，主要包括夹紧冬瓜装置，机架，切削部分和传动部分等。其结构总图如下2. 2。 图2.2冬瓜去皮机总图2.2.1加紧冬瓜装置 加紧装置是指加紧冬瓜使其正常工作的装置，在本设计中主要包括两个工作圆盘及一个气缸组成。其中一个工作圆盘为托起冬瓜，其结构如下图2.3所示，其上部焊接四个铁片锥，用于从下至上打入冬瓜内部，使其与冬瓜固定，其下部焊接带内螺纹的装置，用于与从动轴相连。另一工作圆盘其结构与上一个工作圆盘基本相同，用于与气缸相连接，利用气缸的强大推力至上到下打入冬瓜内部，由此固定冬瓜，使冬瓜只能做旋转运动，其工作效果如图2.4。图2.3工作圆盘图2.4冬瓜旋转运动图2.2.2机架机架主要由角钢，支撑板，垫块，连接块，螺栓，垫圈及螺母相连，其结构如图2.5所示，主要用于支撑及安装冬瓜去皮机其他各类零件。用角钢连接的机架不但可以减轻重量，还容易被拆卸。图2.5机架2.2.3切削部分切削部分主要包括刀具、刀架、导向块、扭簧、扳手组成。刀具做成圆筒斜截式，这样一来，即使是凹凸不平不规则的冬瓜，也能保证切削冬瓜皮的厚度在一定固定范围之内，另外一个作用就是切削下来的冬瓜皮沿着圆筒内飞奔而出。其形状如下图2.6。刀架一端与刀具相连，另一端套于导向轴上，其两刀架间用扭簧使其接触冬瓜并夹紧冬瓜，考虑到要夹住两刀架，则需要的扭力是非常大的，所以扭簧的簧丝直径为5mm，并选用琴钢丝材料。而用螺母焊接的两个导向块一端也套于导向轴，把刀架和扭簧夹在中间，另一端与丝杠轴以螺纹的形式连接，丝杠主轴的转动，带动导向块运动，进而推动刀架连同刀具做轴向运动，而冬瓜本身做旋转运动，从而达到刀具切削冬瓜的目的。扳手用于切换左右刀具。其结构图如下图2.7。图2.6刀具图2.7切削结构图2.2.4传动系统 该传动系统采用V带一级传动。电机安装在机架上，整机结构简单、紧凑。2.3工作原理以电机为动力， 出来连接减速器减速，再与丝杠主轴相连，丝杠轴和从动轴通过V带传动，而冬瓜固定于与从动轴相连的工作圆盘上，因此冬瓜做旋转运动。与此同时，刀具通过与丝杠轴的螺纹连接，做轴向运动，而刀架靠扭簧的力度紧紧贴紧冬瓜，通过丝杠轴与从动轴的速度差，从而达到切削冬瓜的目的。第3章 冬瓜去皮机的参数确定3.1电机的选择去皮机工作时，工作圆盘以一定的速度旋转，冬瓜主要在刀具对它的摩擦力作用下，利用丝杠轴和从动轴间的相对速度差，将冬瓜皮去掉。根据实验经验得出切削冬瓜的力大约为100N左右，冬瓜做旋转运动的转速大约定在100r/min左右，日常生活中，冬瓜直径约为20-50mm，质量为12kg.所以切削冬瓜消耗的功率为p1=2nrF=2x3.14x100/60x0.25x100261.7W由于V带、轴承、联轴器、加速器、减速器、刀架等要损耗功率，通过查阅唐建兵主编的机械基础与机构设计课程设计手册表5.2，得出损耗功率约为35%。所以电机所需功率p=261.7/（1-35%）0.4KW.考虑到其他摩擦，电动机效率及意外情况，确定电机功率为1.5KW。因此选用常用异步电机Y100L-6，额定功率为1.5KW，同步转速为1000r/min。安装图如下图3.1。图3.1电机3.2减速器的选择和冬瓜转速的最终确定 由于电机的额定转速是1000r/min，并考虑到冬瓜去皮机的体积大小，所以不宜直接采用V带一级传动。初步估算冬瓜的的转速亦是传动轴的转速为100r/min，V带的传动比为2，难么丝杠主轴的转速为200r/min。所以电机通过减速器的减速后的转速为200r/min，因此所选减速器的传动比为5。根据查阅资料所得减速器的型号为BDY160,安装图如下图3.2。图3.2减速器3.3刀具的宽度和丝杠轴导程的确定3.3.1刀具的宽度由前面已经得出，丝杠主轴的转速为200r/min，而从动轴的转速为100r/min。结合实际情况考虑，刀具的宽度太宽，对于切削具有凹凸不平不规则的曲面的冬瓜来说，损耗是相当的大的，并且相当大部分是切削不到的，反之如果刀具太窄，切削冬瓜的效率就变得太低，会造成浪费太多的资源，综上，由于设计的刀具是圆筒型，由此确定刀具的外径为14mm，刀具的实际宽度亦是内径为12mm。而又把刀具设计成斜截式，所以切削冬瓜皮的理想厚度为3mm，具体如下图3.3所示。图3.3刀具的结构3.3.2丝杠轴的导程由前面已知，刀具的宽度为有效宽度为12mm，而从动轴的转速为100r/min，丝杠主轴的速度为200r/min，也就是说丝杠主轴转两圈，从动轴才转一圈。为了避免切削冬瓜出现间隙，所以切削时必须有一定的重复宽度，但是这个宽度不宜太大，以免造成冬瓜的损耗和降低效率，联系丝杠的设计标准，综合考虑，确定丝杠轴的导程为4mm。此时，冬瓜旋转一圈，刀具上升两个导程即8mm，切削的宽度是12mm，重复切削的宽度是4mm，非常合理适用。3.4气缸的选择气缸用于与其一工作圆盘相连,与另一工作圆盘一起打入冬瓜内部,固定冬瓜做旋转运动。因此气缸的理论推力要适中，不能太小，这样就不能把圆盘打入冬瓜内部，且及时打进，气缸的柱塞强度也承受不了冬瓜做旋转运动产生的离心力，如果太大，就会在推出柱塞的一瞬间，打破冬瓜。经过计算，冬瓜做旋转运动所产生的离心力为：F=mv2/r=m(dn)2/r=15x（2x0.25x3.14x100/60）2/0.25411。所以所选气缸的型号为CDJ2B32-320 A R CB，此气缸为双作用气缸，自带安装系统，柱塞的顶部带螺纹，缸径为32mm，行程为320mm，柱塞直径为16mm，理论推力为483N。经验证，柱塞的强度足够承受冬瓜旋转运动产生的拉力，并且能打入冬瓜，且不打破冬瓜，完全符合要求。其安装图如下图3.4。图3.4气缸第4章 主要零件的结构设计与计算4.1带传动的设计任务及步骤此节的设计参照唐建兵主编的机械基础与结构设计。4.1.1带传动的失效形式和设计准则带传动的主要失效形式为带在带轮上打滑和疲劳破坏（脱层、撕裂或拉断）。所以带传动的设计准则是：1. 保证带在工作环境中不打滑。2. 具有足够的疲劳强度。3. 满足一定的适用寿命。4.1.2带传动的设计设计带传动的原始数据一般为传动用途、工作条件、传递功率、带轮转速或传动比及对传动外廓尺寸的要求等。其设计的主要任务是合理选择参数，确定带的截型、长度、根数及带轮材料、结构和尺寸。设计一般步骤如下：已知点击的额定功率P=1.5KW，切削冬瓜的功率为0.26KW转速1000r/min，减速器的传动比i1=5，带传动的传动比i2=2，工作时间为10-16小时，要求中心距a600mm。那么经过减速减速之后，P=1.5x95%=1.425KW，转速n1=1000/5=200r/min。1. 选择普通V带型由表9.7查得KA=1.1，由式（9.11）Pc=KAP=1.1x1.425=1.568KW。由图9.12选用A型V带。2. 确定带轮基准直径由图9.1知，推荐的小带轮基准直径为75-100mm，则取dd1=100mm75mm。故有dd2=idd1=2x100=200mm由表9.9，取dd2=200mm。实际从动轮转速n12=ndd1/dd2=200x100/200=100r/min转速误差为（n2-n12）/n2=(200-200)/200=00.05,允许3. 确定带长和中心距由式（9.14）0.7（dd1+dd2）a02(dd1+dd2)0.7x(100+200) a02x（100+200）210mma0600mm按题意取a0=500mm。由式（9.15）L=2a+1.57（dd1+dd2）+（dd2-dd1）/4a =2x500+1.57x(100+200)+(200-100)2/4x500=1476mm由表9.6，取相近的Ld=1400mm。由式（9.16）aa0+(Ld-L0)/2=500+(1400-1476)/2=462mmamax=a+0.03Ld=462+0.03x1400=504mmamin=a-0.015Ld=462-0.015x1400=441mm4. 验算小带轮包角由式（9.17）1=1800-（dd2-dd1）x57.30/a =1800-（200-100）x57.30/500=168.5401200小带轮包角合适。5. 确定带的根数由表9.3查得P1=0.26KW，由表9.4查得P1=0.03KW，由表9.5查得Ka=0.97，由表9.6查得KL=0.96，由式（9.12）得Z=Pc/（P1+P1）KaKL=0.26/(0.26+0.03)x0.97x0.960.97故取Z=1根。6. 计算轴上压力由表9.1查得q=0.10kg/m，由式（9.18），单根V带的初拉力为F0=500Pc（2.5/Ka-1）/Zv+qv2 =500x0.26x（2.5/0.97-1）/1x1.047+0.1x1.0472=195.96N则作用在轴上的压力FQ,由式（9.19）可得FQ=2ZF0sin1/2 =2x1x195.96sin168.540/2390N7. 带轮结构设计设计V带轮时应满足的要求有：质量小，结构工艺性好，无过大的铸造内应力；质量分布均匀，轮槽工作面要精细加工（表面粗超度一般应为3.2），以减少带的摩擦损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。带轮的材料选取HT150的灰铸铁，结构为腹板式。取L=2d0=2x25=50mm，d1=1.8d0=1.8x25=45mm。V带及带轮安装图见下图4.1。图4.1带及带轮4.2丝杠主轴的结构设计计算此节的设计参照唐建兵主编的机械基础与结构设计。4.2.1轴的材料及其选择轴在工作时多承受交变载荷，故轴的失效一般为疲劳断裂，占失效总数的40%-50%。因此轴的材料应具有足够的疲劳强度、较小的应力集中敏感性，同时还必须具有足够的刚度、耐磨性、耐腐蚀性和良好的机械加工工艺性。轴的材料一般用碳素钢和合金钢。碳素钢比合金钢价廉，应力集中敏感性差，优质中碳素钢经过热处理后，可得到较高的机械性能。常用的有35，,45,50号钢，以45号钢应用最为广泛。对于受力较小和不重要的轴也可采用Q235A和Q275A等普通碳素钢。合金钢比碳素钢具有更高的机械性能和更好的淬透性，但对应力集中较敏感，且价格较贵，故常用于高速、重载及要求有耐磨性或低温等特殊条件的场合。常用的合金钢有20Cr，35SiMn，40Cr，40MnB等。在一般工作温度下，合金钢和碳素钢具有相近的弹性模量，所以采用合金钢并不能提高轴的刚度。轴的毛培通常采用圆钢或锻件，对于形状复杂的轴也可以采用铸钢或球磨铸铁，后者具有价廉、吸阵性好、对应力集中敏感性小等特点，但铸件质量不易控制。通过综合比较，此丝杠主轴选用45钢正火处理，由表10.1查得强度极限。 b=600MPa,S=300MPa,-1=275MPa，由表10.4查得其许用弯曲应力-1=55MPa。4.2.2轴的结构设计轴的结构设计包括确定轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构的因素较多，且结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时必须根据不同的情况进行具体的分析。一般情况下，轴的结构应满足：轴和轴上零件要有确定的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应具有良好的制造和安装工艺性等。下面讨论轴的结构设计中要解决的几个主要问题。1. 拟定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定这轴的基本形式。所谓装配方案，就是预定出轴上主要零件的装配方向、顺序和相互关系。本文设计的轴在装配时：联轴器、带轮、右端轴承、导向块依次从轴的右端向左端安装，左端只装轴承。这样就对各轴承段的粗细顺序做了初步安排。2. 轴上零件的定位为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件需进行轴向和周向定位定位，以保证其确定的工作位置。1） 零件的轴向定位轴上零件的轴上定位是以两个轴承及联轴器等来保证的，可以承受较大的轴向力。2） 零件的周向定位周向定位目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件由键、花键、销、紧钉螺钉以及过盈配合等，其中紧钉螺钉只用在传力不大之处。由于采用的角接触球轴承，所以本次设计的主动轴的周向定位是靠轴承、联轴器、键、紧钉螺钉来完成的。3各轴端直径和长度的确定零件在轴上的定位和装拆方案确定后，轴的形状便大体确定。按轴承受的扭矩公式初步估算轴段的最小直径dmin，然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从dmin处起逐一确定各段轴的直径。在实际设计中，轴的直径也可平设计者的经验取定，或参考同类机器，用类比的方法确定。有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径。安装标准件（如滚动轴承、联轴器、密封圈等）部位的轴径，应取为相应的标准值及所选配合的公差。确定各轴段长度时，应尽可能使结构紧凑，同时还需要保证零件所需的装配或调整空间。轴的各段长度主要根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻