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本科畢業(yè)論文
題 目
小型白花菜切碎機(jī)總體設(shè)計(jì)
姓 名
胡堂
學(xué) 號
2007307200740
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
指導(dǎo)教師
趙純清
職 稱
副教授
分類號 密級
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文
小型白花菜切碎機(jī)設(shè)計(jì)
The design of small cauliflower chopper
學(xué)生姓名：胡堂
學(xué)生學(xué)號：2007307200740
學(xué)生專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
指導(dǎo)教師：趙純清 副教授
華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院
二○一一年六月
小型白花菜切碎機(jī)總體設(shè)計(jì)
目錄
1.緒論 1
1.1研究的目的和意義 1
1.2切碎機(jī)在國內(nèi)外的發(fā)展概況 1
2.白花菜切碎機(jī)的總體方案確定 2
2.1基本結(jié)構(gòu) 2
2.2設(shè)計(jì)原則 3
2.3方案分析 3
2.3.1第一方案 3
2.3.2第二方案 4
2.3.3第三種方案 4
3.技術(shù)規(guī)格參數(shù) 5
3.1 白花菜產(chǎn)量及性能 5
3.2 切碎機(jī)的切碎長度 5
3.3 切碎機(jī)的功率消耗 5
3.3.1刀切功率計(jì)算 6
3.3.2刀盤空轉(zhuǎn)消耗功率 6
3.4技術(shù)路線 7
4.切碎裝置設(shè)計(jì) 7
4.1切碎軸的設(shè)計(jì) 7
a. 輸出軸上的功率P1、轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1 7
b. 初步確定軸的最小直徑 7
c. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 8
d. 軸承的正反裝形式的選取 8
e. 校核軸的強(qiáng)度 9
4.2切碎刀及刀盤的設(shè)計(jì) 9
5.傳動裝置設(shè)計(jì) 11
5.1傳動鏈設(shè)計(jì) 11
5.2鏈輪的基本參數(shù)及主要尺寸 12
5.2.1小鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 12
5.2.2大鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 14
6.箱體設(shè)計(jì) 15
6.1 裝置支撐體設(shè)計(jì) 15
6.2 機(jī)殼及進(jìn)料斗設(shè)計(jì)： 16
7.安裝和潤滑維護(hù) 17
7.1 安裝事項(xiàng) 17
7.2 機(jī)器的使用與維護(hù) 18
8.結(jié)述語 18
參考文獻(xiàn) 19
致謝 20
摘要
本文介紹了一種適用于白花菜切碎加工的小型切碎機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn), 對其切削原理及工作過程進(jìn)行了分析, 闡明了盤刀式小型白花菜切碎機(jī)的工作機(jī)理。通過對主要工作部件結(jié)構(gòu)的分析, 確定了最佳工作參數(shù), 使機(jī)器性能達(dá)到最佳工作狀態(tài)。
本切碎機(jī)屬農(nóng)業(yè)機(jī)械，它由電動機(jī)、機(jī)架、支承體、機(jī)桶、喂料斗和轉(zhuǎn)子等組成。機(jī)器啟動以后，物料經(jīng)喂料斗進(jìn)入機(jī)桶，轉(zhuǎn)子上裝有切鍘平面與主軸垂直的平板直刃式刀片，能對物料進(jìn)行切碎，對各種柔性青鮮飼草、薯類藤莖和各種瓜，果、萊的切碎加工都能適用。機(jī)桶內(nèi)設(shè)有與刀片相對應(yīng)，能阻止物料隨刀片運(yùn)動而又不妨礙刀片旋轉(zhuǎn)的擋板，即刀片可從相鄰兩擋板的間隙間切過。該機(jī)能有效地減輕對物料的摩擦、撞碰和物料對刀片的阻力，使所切物料無擦傷。不腐爛、不喪水、保持鮮嫩、不流失營養(yǎng)，且運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、高效、節(jié)能、省力。
關(guān)鍵字: 白花菜；切碎機(jī)；工作機(jī)理；喂入裝置；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；參數(shù)分析
ABSTRACT
In this paper, the structure and function features of a kind of small chopper suitable for processing Cauliflower vegetables is introduced. On the basis of theoretical studies and working process, working mechanism of this type of machine is explicated. Besides, based on the analysis of the main work component structure, the best work parameters are determined, making the machine performance to achieve the best working state.
The chopper is a agricultural machinery, which consists of motor, frame, supporting body, machine barrels, rotors, feeding hopper and other components. When the machine starts, material is fed into the machine barrels hopper at the same time. The rotor is equipped with flat straight blades with its cut plane vertical with the axis. This machine can cut various materials, such as fresh green forage, potato vine stems, and various melons, fruit, vegetable. Machine barrels are equipped with rotating baffles that can prevent materials correspond with the blade movement and not cloggy blades rotating baffle, namely blades can cut through the gap between two adjacent baffles. The machine can effectively reduce the friction of the material, The hit and the resistance of the material on the blade, so that the cutting material is of no abrasion .No rot, no water loss to keep fresh, no the loss of nutrition, and stable operation, high efficiency, energy -saving, labor-saving are the advantages of this machine different of other shredding machines.
KEY WORDS: Cauliflower; Shredding machine; Working mechanism; Feeding device; Structure design; Parameters analysis
19
1.緒論
目前，我國東北和中部地區(qū)有大量的白花菜種植基地，白花菜市場供應(yīng)量也逐年增加，但白花菜的加工技術(shù)落后，大部分地方的農(nóng)民采用手工或半自動加工，效率低下。而且現(xiàn)有的加工白花菜的機(jī)械加工技術(shù)工藝落后，因此迫切需要一種新型白花菜加工機(jī)械。
為落實(shí)國家興機(jī)富農(nóng)計(jì)劃,充分發(fā)揮農(nóng)業(yè)機(jī)械在提高勞動生產(chǎn)率,降低農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本,增加農(nóng)產(chǎn)品附加值等方面的優(yōu)勢,現(xiàn)對小型白花菜切碎機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本機(jī)主要對剛收獲的小白花菜進(jìn)行切碎，以便于后續(xù)加工包裝。
1.1研究的目的和意義
白花菜屬十字花科甘藍(lán)屬，生物學(xué)名稱為花柳菜，也稱花菜或菜花。白花菜營養(yǎng)十分豐富，富含蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物、食物纖維、多種維生素和鈣、磷、鐵等礦物質(zhì)。科研部門的測定顯示它富含對人體有益的十七種微量元素。，明顯高于雪里紅和其它闊葉蔬菜?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，白花菜具有較高的藥用價(jià)值，是防癌、抗癌的保健佳品，所含的多種維生素、纖維素、胡蘿b素、微量元素硒都對抗癌、防癌有益，其中所含維生素C較多，加之所含蛋白質(zhì)及胡蘿b素，可提高細(xì)胞免疫功能。并且白花菜提取物蘿b子素可激活分解致癌物的酶，從而減少惡性腫瘤的發(fā)生。國外研究還發(fā)現(xiàn)白花菜中含有多種吲哚衍生物，能降低雌激素水平，可以預(yù)防乳腺癌的發(fā)生。脾虛胃弱的胃腸癌患者、乳腺癌患者應(yīng)多吃白花菜。其莖、葉和根都是較好的中藥材，具有清熱解毒、祛風(fēng)降濕、開胃健脾、增強(qiáng)食欲、防病治病等多重功效。
長期以來，大部分地區(qū)白花菜切碎還沿用傳統(tǒng)的手工勞作方式，勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低。隨著市場經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，白花菜開始以一種新型包裝綠色食品登入市場，白花菜以一種味美價(jià)廉的腌菜環(huán)保產(chǎn)品供不應(yīng)求，傳統(tǒng)加工方式已經(jīng)不能滿足市場的需求，所以白花菜切碎機(jī)的設(shè)計(jì)，以加快白花菜的生產(chǎn)效率，對剛收獲的白花菜進(jìn)行快速切碎和加工，以便于包裝,是供應(yīng)白花菜市場的有效方法。
本文就白花菜切碎這一環(huán)節(jié)進(jìn)行研究，目的在于研制出一種新型的白花菜切碎機(jī)，加快白花菜的切碎加工過程，縮短白花菜的產(chǎn)品形成周期，提高效率，降低成本。
1.2切碎機(jī)在國內(nèi)外的發(fā)展概況
隨著我國農(nóng)產(chǎn)品加工食品行業(yè)的發(fā)展，對果蔬加工機(jī)械的需求量亦逐年增加。目前，自走式果蔬收割機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較少，而簡易的牽引式收割機(jī)和粉碎機(jī)卻較多。切碎機(jī)的切碎性能主要取決于切碎器。切碎器不外乎滾筒式、盤刀式和銷釘式三種類型。盤刀式切碎器傳動復(fù)雜，結(jié)構(gòu)不緊湊，圓盤剛度較差，且擠推角變化不理想，造成切割不均，刀刃磨損不勻，切割質(zhì)量變壞等一系列后果。銷釘式切碎器性能受秸稈濕度影響很大，濕度提高時(shí)，能量比耗直線增加，生產(chǎn)率也急劇下降，也不太理想。滾筒式切碎器又有螺旋滾筒式和直刃斜裝滾筒式兩種區(qū)別。它們的普遍缺點(diǎn)是刀片的制造、磨刃和間隙調(diào)整較麻煩，切割質(zhì)量不宜保證，故其使用也受到一定程度限制。為此，研制出一種新型盤刀式切碎勢在必行。
2.白花菜切碎機(jī)的總體方案確定
2.1基本結(jié)構(gòu)
切碎機(jī)其功能部件(1)由支承體(9)、安裝在支承體(9)上的切碎機(jī)轉(zhuǎn)子部件和包圍著轉(zhuǎn)子部件的機(jī)殼或機(jī)筒(13)等組成。由功能部件(1)，電動機(jī)(8)和機(jī)架（6)等構(gòu)成的切碎機(jī)，其特征是轉(zhuǎn)子上裝有使刀刃切鍘平面垂直于主軸(10)的平板直刃式刀片（15)，功能部件(1)下部內(nèi)有能使物料自動卸出的斜面（A），機(jī)筒或機(jī)殼(13)內(nèi)設(shè)有與刀片(15)相對應(yīng)，能阻止物料隨刀片運(yùn)動而又不防礙刀片旋轉(zhuǎn)的擋板(16)。
圖2.1.1 立式切碎機(jī)示意圖
Fig.2.1.1 schematic diagram of vertical shredding machine
圖2.1.2 立式切碎機(jī)剖面圖
Fig.2.1.2 cross-section drawn of vertical shredding machine
2.2 設(shè)計(jì)原則
切碎機(jī)的功能部件由支承體、安裝在支承體上的切碎機(jī)轉(zhuǎn)子部件（包括切碎軸與刀片）和包圍著轉(zhuǎn)子部件的機(jī)筒(或機(jī)殼)等組成。由功能部件，電動機(jī)和機(jī)架(或機(jī)腳)等構(gòu)成切碎機(jī)。在功能部件中的切碎機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有使刀刃切鍘平面垂直于主軸的平板直刃式刀片，功能部件上部有能使物料喂入機(jī)筒的進(jìn)料斗，功能部件下部內(nèi)有能使物料自動卸出的斜面，機(jī)筒(或機(jī)殼)內(nèi)設(shè)有與刀片相對應(yīng)．能阻止物料隨刀片運(yùn)動而又不妨礙刀片旋轉(zhuǎn)的擋板，即刀片可從相鄰兩擋板的間隙間切過。
2.3方案分析
2.3.1第一方案
采用平鋪帶式傳送裝置，將白花菜手工放落在傳送帶上，由電動機(jī)帶動傳送帶將白花菜送到刀盤處切碎。圓盤處安裝二把刀片，刀片采用直刃刀切割，將送入刀片處的白花菜進(jìn)行切碎。
此輸送裝置由于需要電機(jī)通過軸帶動輸送帶滾筒轉(zhuǎn)動，故而功率消耗大，成本高，且輸送不連續(xù)，切碎不均勻，需要人力較大。
切碎機(jī)示意圖如下圖所示：
圖2.3.1 臥式切碎機(jī)示意圖
Fig.2.3.1 schematic diagram of horizontal shredding machine
據(jù)上圖2.3.1臥式切碎機(jī)示意圖，不難看出此切碎機(jī)包括2個(gè)電機(jī)，3根軸，滾筒，輸送帶，鏈輪，帶輪等等。切碎機(jī)零件眾多，這無疑增加了切碎機(jī)的制造成本與維護(hù)運(yùn)行成本。對于廣大的白花菜菜農(nóng)來說，這種臥式切碎機(jī)很顯然不是他們理想的選擇。因此，設(shè)計(jì)出一款小型且制造成本低廉，適用與廣大白花菜菜農(nóng)的的白花菜切碎機(jī)非常必要。
2.3.2第二方案
輸送裝置仍然采用圓管帶式輸送，把小白花菜平鋪在帶上后，隨帶前進(jìn)，但在輸送帶和切碎口之間安裝兩個(gè)喂入輪，喂入輪做相對回轉(zhuǎn)時(shí)，把輸送帶傳送的小白花擠壓夾持后，送入到切碎口，但是白花菜受到喂入輪的擠壓與摩擦，損失了蔬菜水分，使得白花菜等蔬菜不新鮮，不適合家庭使用。且相比于第一套方案而言，又增加了軸和喂入輪的轉(zhuǎn)動，消耗功率更大，制造成本更高。第一放方案中用直刃刀切割，這里換用凸曲線型刃口的轉(zhuǎn)刀。凸曲線型刃口的轉(zhuǎn)刀制造、磨刃均較方便，切割阻力矩變化平緩，但小白花菜有向外推移的現(xiàn)象，刃口磨損也不均勻。而直線型動刀制造、磨刃均比較簡單、強(qiáng)度好，缺點(diǎn)是切割開始時(shí)，往往將小白花菜向外推移，此時(shí)切割點(diǎn)離軸心的距離較大，因而切割阻力矩大大增加，致使切割阻力矩在切割過程中變化劇烈，刃口磨損也不均勻。
根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合制造、清洗、磨刀、成本等方面因素的考慮，切割刀片采用直刃型刀切碎更有利，因此，切碎方式定為直刃型動刀切割。
2.3.3第三種方案
經(jīng)過以上兩種方案的分析、研究及比較，最終方案確定如下：
設(shè)計(jì)一種小型的立式切碎機(jī)取代一般的臥式切碎機(jī)既避免了功率消耗大，成本高等缺點(diǎn)；又可讓白花菜少擠壓與擦傷，保持蔬菜的新鮮與口感。
參照圖2.1.1、圖2.1.2，立式切碎機(jī)由功能部件(1) 、電機(jī)支架(2)、電磁調(diào)速電機(jī)(3)、螺栓(4)、鏈輪(5)、機(jī)架(6)等組成。
功能部件(1)是本實(shí)用新型白花菜切碎機(jī)的核心，它由鏈輪(7)、軸承(8)、支承體(9)、主軸(10)、防污密封軸承端蓋(11)、墊套(12)、機(jī)殼(13)、螺母、刀片（15）、擋板(16)、出料門(17)等構(gòu)成。其中，支承體(9)是功能部件(1)的基礎(chǔ)件與支撐件，其上端聯(lián)接帶有進(jìn)料口的機(jī)殼(13)，桶內(nèi)設(shè)有與各層刀片相應(yīng)的擋板(16)， 用以阻止物料隨刀片旋轉(zhuǎn)，而刀片(15)則可從相鄰兩擋板(16)的間隙間切過。下端有凸耳與機(jī)架(6)聯(lián)接，內(nèi)部有一斜面A，它與水平面夾角大于物料對它的摩擦角，經(jīng)切割的白花菜經(jīng)此斜面自動卸下。下端(即支承體下側(cè)面)設(shè)有出料口，與出料門焊接相連。中央是軸承座，用兩套軸承(8)將主軸(10)支承其上。主軸(10)的兩端懸伸，下端懸伸用于安裝鏈輪(7)，輸入動力。上端懸伸于機(jī)桶內(nèi)，用以安裝刀片(15)、軸套(12)、軸端擋圈、螺母等零件，構(gòu)成了本切碎機(jī)的轉(zhuǎn)子。當(dāng)轉(zhuǎn)子上安裝直刃刀片時(shí)，采用單刃型直刃刀片時(shí)，每層為1至數(shù)片(一般為1至3片)，可采用下列安裝形式，即利用輪轂與刀片(15)構(gòu)成刀盤安裝在主軸(10)上。刀片層數(shù)及每層刀片數(shù)可根據(jù)需要而定，在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，層數(shù)及刀片數(shù)越多，切得越細(xì)，所耗功率也越大。安裝刀片時(shí)，刀刃斜面朝物料行進(jìn)方向，以便對物料有順向推進(jìn)作用。注意各刀片彼此交錯(cuò)成一定的角度，對軸心呈放射狀均布，以便對物料進(jìn)行充分切割。密封軸承端蓋(11)安裝在軸上最下層刀片與上軸承(8)之間，形成密宮式密封，防止水分與污物進(jìn)入軸承。軸端有軸端擋圈與蓋形螺母，它既能對軸承(8)、刀片(15)等軸上零件實(shí)現(xiàn)軸向壓緊定位，又可保護(hù)軸端螺紋和防止水分進(jìn)入其中。上下兩軸承(8)在支承體(9)中的軸向定位由緊固在中央軸承座兩端的軸承蓋來實(shí)現(xiàn)。電機(jī)支架(2)可連同電機(jī)(3)一起繞螺栓(4)沿逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動90度后固定在機(jī)架(6)上，使電機(jī)(3)平臥，以便用來驅(qū)動其它臥式機(jī)械，提高電機(jī)的利用率。機(jī)架(6)是功能部件(1)和電動機(jī)(3)的聯(lián)系和支承件。
電動機(jī)分交流電動機(jī)和直流電動機(jī)兩種。由于生產(chǎn)一般采用三相交流電源，因此無特殊要求是均應(yīng)選用三相交流電動機(jī)。Y系列三相異步電動機(jī)是一般用途的全封閉自扇冷式電動機(jī)，由于其結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，價(jià)格低廉，維護(hù)方便，小型白花菜切碎機(jī)需要電動機(jī)作為動力輸出裝置，根據(jù)驅(qū)動負(fù)荷所需要的功率、負(fù)荷的工作類型、負(fù)荷要求的工作轉(zhuǎn)速以及是否需要調(diào)速、啟動方式、制動方式、使用環(huán)境和條件等因素，參照切碎機(jī)的一些參數(shù)（P4-P5），所以我優(yōu)先選用了價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡單維護(hù)方便的三相異步電動機(jī)電磁調(diào)速電動機(jī)YCT 112-4A。
這是因?yàn)樵诠β氏嗤臈l件下，三相電動機(jī)比單相電動機(jī)的體積小、質(zhì)量輕、振動小、價(jià)格低，從經(jīng)濟(jì)角度考慮，應(yīng)盡量選用Y系列節(jié)能型電動機(jī)。經(jīng)過參閱資料最終選用YCT 112-4A三相異步電動機(jī)，其額定功率為0.55KW符合該設(shè)計(jì)的要求，由于切碎所需的轉(zhuǎn)速并不是很高，所以選擇了同步轉(zhuǎn)速為125-1500（r/min）的電動機(jī)，可以比較方便的通過鏈輪減速達(dá)到轉(zhuǎn)動軸的工作轉(zhuǎn)速，另外作為異步電動機(jī)，它本身具有結(jié)構(gòu)簡單，運(yùn)行可靠，使用維護(hù)方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)過參考多方資料，此款電動機(jī)比較適宜作為該小型白花菜切碎機(jī)的動力輸出裝置。
最終，切割動力電機(jī)采用電磁調(diào)速電機(jī)，型號為 YCT 112-4A。
3.技術(shù)規(guī)格參數(shù)
3.1 白花菜產(chǎn)量及性能
白花菜密度為kg/;生產(chǎn)率為6000公斤/天;每天工作8個(gè)小時(shí)。
3.2 切碎機(jī)的切碎長度
切碎長度是切碎機(jī)的主要性能指標(biāo)之一，機(jī)器工作時(shí)，白花菜被喂入輥卷入切碎機(jī)構(gòu)，該機(jī)切碎長度為3-4mm，結(jié)合實(shí)際計(jì)算，本機(jī)定切碎長度為3.5mm。
3.3 切碎機(jī)的功率消耗
由 V=m/ （ 3-1）
式中： V—— 切碎總體積， 單位
M—— 切割總質(zhì)量，單位kg
—— 小白花菜密度，kg/
由已知條件 M=6000kg, =kg/，帶入3-1中，
則切碎總體積V =7.5。
取喂入切割截面半徑 r = 7cm ，截面面積為s = = 0.015m。
則切碎總長度L=V/S=500m。
由每天工作8小時(shí)，則切割速度v=500/(83600)=0.017m/s。
由已知條件，切碎長度為3.5mm，則圓盤刀切割頻率為v/l=4.8 r/s。
3.3.1刀切功率計(jì)算
由公式 P=Fv （3-2）
其中： F—— 刀切割力，取800N
V—— 刀轉(zhuǎn)速，單位m/s
而 v=, （3-3）
其中：——刀轉(zhuǎn)角速度，單位rad/s
r—— 刀的半徑, 單位m
又由 =2f （3-4）
其中： f——刀切割頻率r/s
由于刀的半徑每一點(diǎn)速度不一樣，所以用積分公式
P=3Fr dr=3 F1/2r （3-5）
=380010 1010
=0.38kw
3.3.2刀盤空轉(zhuǎn)消耗功率
由公式 N= （3-6）
其中： J——刀的轉(zhuǎn)動慣量，單位kg.m
——刀轉(zhuǎn)速，單位rad/s; =10
而 J= （3-7）
其中:M——刀片質(zhì)量，單位kg
r——刀片半徑，單位m
動刀采用直刃型，半徑100mm,刀厚2.5mm，刀寬20mm,材料為65Mn,調(diào)質(zhì)處理，刃口淬火，硬度為HRC62-65。
由此可求刀片質(zhì)量 M=0.39kg
所以J=0.39 (0.2)=0.0013 kg.m
把數(shù)據(jù)帶入公式3-6
則 N==0.0013(10)=0.00064kw
所以有用功率P=0.38+0.00064×3=0.382kw
因?yàn)閭魉脱b置采用鏈條傳動，查表可知傳遞效率為=0.95
則總功率P= P/=0.40kw
查表選電磁調(diào)速電機(jī) YCT 112-4A,輸出功率0.55kw,額定轉(zhuǎn)矩T=3.6,調(diào)速范圍1230-125（r.min）, 質(zhì)量m=54kg。
3.4技術(shù)路線
圓盤轉(zhuǎn)刀
切碎軸
鏈傳送
電動機(jī)啟動
4.切碎裝置設(shè)計(jì)
4.1切碎軸的設(shè)計(jì)
a. 輸出軸上的功率P1、轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1
由鏈輪的傳遞效率=0.95，則
P=P
其中： P——電機(jī)輸出功率，單位kw
代入可得：
P=0.550.95=0.523kw
已知轉(zhuǎn)速=300r/min,
可求出 T=9550000 P/
=16650N.mm
b. 初步確定軸的最小直徑
先按式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取A0=112,于是得
d= A0
其中： P——輸出軸上的功率，單位kw
n——軸的轉(zhuǎn)速，單位r/min
把已知數(shù)據(jù)帶入得 = 112=13.47mm
因?yàn)檩S上有4個(gè)鍵槽，所以軸徑至少增大20%，所以取最小直徑為20mm.
圖4.1 切割軸結(jié)構(gòu)簡圖
Fig.4.1 structure diagram of Cutting shaft
c. 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核
擬定軸上零件的裝配方案：
根據(jù)各種方案分析比較，選用如下圖4-8所示方案：用兩套軸承將主軸支承其上。主軸的兩端懸伸，下端懸伸用于安裝鏈輪輸入動力。上端懸伸于機(jī)桶內(nèi)，用以安裝刀片、刀盤、墊套、蓋形螺母等零件，對物料進(jìn)行切割。
根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度：
軸Ⅰ-Ⅱ的端軸上顯然要安裝鏈輪，由計(jì)算得出的鏈輪直徑可取25mm，故Ⅰ-Ⅱ的端軸的直徑可取dI-II = 25mm， 左端用軸端擋圈定位，為了保證軸端擋圈只壓在鏈輪上而不壓在軸的端面上 ，按軸端直徑取擋圈直徑D = 30mm。軸端擋圈用螺釘與六角螺母與切削軸固定。鏈輪與軸配合的轂孔長度為16mm，軸段長度至少要大于鍵槽的長度，這里取lI-II = 25mm。
為了滿足鏈輪的軸向定位要求Ⅰ-Ⅱ軸段右端制出一軸肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直徑dII-III = 28mm，長度取為lII-III =17mm。
由于Ⅲ-Ⅳ段上安裝軸承，故初步選擇滾動軸承。因軸承主要受軸向力，徑向固定。故選角接觸球軸承，參照工作要求并根據(jù)dIII-IV =30mm，選用70000B系列（α=40o）角接觸球軸承，軸向承受能力較大。其尺寸dDB=30mm55mm13mm。取lIII-IV=13mm。
取過渡軸。
軸Ⅴ-Ⅵ處裝有軸承，和Ⅲ-Ⅳ面上尺寸一樣，
同樣，VI-VII段與II-III段一樣，則
VII-VIII軸上裝有圓盤，圓盤上裝有切刀，圓盤輪轂與軸用鍵連接，由于該段直徑為整段軸的最小直徑20mm ，查手冊的平鍵截面bh=6mm6mm(GB1096-79)，平鍵長12mm，而計(jì)劃裝三片刀盤，故此段軸長度取lVII-VIII=80mm，dVII-VIII=20mm。
軸上零件的周向定位：
鏈輪與軸采用平鍵聯(lián)結(jié)。按，，查手冊的平鍵截面bh=8mm7mm(GB1096-79)，平鍵長12mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長14mm，為了保證鏈輪與軸配合良好，鏈輪與軸的配合選定為為H7/n6,。滾動軸承的定位有過渡配合來保證，此處選軸的直徑公差為m6。
確定軸上的圓角和倒角尺寸：
取軸端倒角為145，III-IV與V-VI與過渡軸相接的圓角為1.2，其他圓角為1.0。
d. 軸承的正反裝形式的選取
角接觸球軸承和圓錐滾子軸承一般成對使用，根據(jù)調(diào)整、安裝以及使用場合的不同，有如下兩種排列方式。
1．正裝（外圈窄端面相對）
兩角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的壓力中心距離小于兩個(gè)軸承中點(diǎn)跨距時(shí)，稱為正裝。該方式的軸系，結(jié)構(gòu)簡單，裝拆、調(diào)整方便，但是，軸的受熱伸長會減小軸承的軸向游隙，甚至?xí)ㄋ馈?
2．反裝（外圈寬端面相對）
兩角接觸球軸承或圓錐滾子軸承的壓力中心距離大于兩個(gè)軸承中點(diǎn)的跨距時(shí)，稱為反裝，顯然，軸的熱膨脹會增大軸承的軸向游隙。另外，反裝的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，裝拆、調(diào)整不便。
3．正、反裝的剛度分析
當(dāng)傳動零件懸臂安裝時(shí)，反裝的軸系剛度比正裝的軸系高，這是因?yàn)榉囱b的軸承壓力中心距離較大，使軸承的反力、變形及軸的最大彎矩和變形均小于正裝。
當(dāng)傳動零件介于兩軸承中間時(shí)，正裝使軸承壓力中心距離減小而有助于提高軸的剛度，反裝則相反。
4. 本設(shè)計(jì)正反裝的選取
由于本設(shè)計(jì)的小型白花菜切碎機(jī)主軸兩端懸伸，分別用來裝配刀盤（刀盤上裝有切削刀片）與鏈輪，根據(jù)以上對于角接觸球軸承正反裝的受力特性與適用場合分析，本切碎機(jī)選用的一對角接觸球軸承采用反裝的形式，此時(shí)軸承的反力、變形及軸的最大彎矩和變形均小于正裝。
e. 校核軸的強(qiáng)度
經(jīng)對裝置進(jìn)行分析，因軸主要受扭矩，按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度校核計(jì)算，取A0=112
d= A
其中： P——輸出軸上的功率，單位kw
n——軸的轉(zhuǎn)速，單位r/min
把已知數(shù)據(jù)帶入得 = 112=13.47mm
而軸的最小直徑為20mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于13.47mm，故軸的設(shè)計(jì)強(qiáng)度足夠，無危險(xiǎn)性。
4.2切碎刀及刀盤的設(shè)計(jì)
由切割寬度200mm,高度約50mm, 設(shè)計(jì)刀的參數(shù)如下：
刀采用直刃型，半徑100mm，刀厚2.5mm，刀寬20mm，材料為65Mn,調(diào)質(zhì)處理，刃口淬火，硬度為HRC62-65。
65Mn 鋼板強(qiáng)度、硬度、彈性和淬透性均比65號鋼高，具有過熱敏感性和回火脆性傾向，水淬有形成裂紋傾向。退火態(tài)可切削性尚可，冷變形塑性低，焊接性差。故此處刀片左端均勻布置了三個(gè)螺紋孔，由于與刀盤的螺栓連接，而不選擇直接將刀片焊接在刀盤上。
具體如圖4.2.1所示：
圖4.2.1 切碎刀結(jié)構(gòu)簡圖
Fig.4.2.1 structure diagram of cutter blade
由于切碎軸裝定刀盤采用鍵連接的方式，根據(jù)切碎軸此段直徑20mm，查手冊的平鍵截面bh=6mm6mm(GB1096-79)，平鍵長12mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長14mm，為了保證鏈輪與軸配合良好，鏈輪與軸的配合選定為為H7/n6，那么，由此選定的圓環(huán)盤外徑徑40mm，內(nèi)徑10mm，輪轂的厚度為6mm，轂孔長16mm，通過平鍵與套筒裝定在軸上，切削軸末端用軸端擋圈定位，保證軸端擋圈只壓在圓盤上而不壓在軸的端面上，軸端擋圈用螺釘與六角螺母與切削軸固定，軸端有蓋形螺母，它既能對軸承、刀片等軸上零件實(shí)現(xiàn)軸向壓緊定位，又可保護(hù)軸端螺紋和防止水分進(jìn)入其中。
具體如圖4.2.2所示：帶轂孔的刀盤，刀盤與刀片用六角頭螺栓連接，螺紋規(guī)格6×M8。
圖4.2.2 刀盤結(jié)構(gòu)簡圖
Fig.4.2.2 structure diagram of cutter
5.傳動裝置設(shè)計(jì)
5.1傳動鏈設(shè)計(jì)
a. 選擇鏈輪齒數(shù)z1、z2或傳動比i
小齒輪齒數(shù)z1對鏈傳動的平穩(wěn)性和使用壽命有較大的影響。由于鏈接數(shù)常是偶數(shù)，為考慮磨損均勻，鏈輪齒數(shù)一般應(yīng)取與鏈節(jié)數(shù)互為質(zhì)數(shù)的奇數(shù)，并優(yōu)先選用一下數(shù)列:17、19、21、23、25、38、57、76
這里取小齒輪數(shù)為=19
由調(diào)速電機(jī)的調(diào)速為600r/min,由刀切頻率5r/s,可求出傳動比i
i=600/300 =2
從動鏈輪齒數(shù) =i=219=38
b. 確定計(jì)算功率
計(jì)算功率
式中：——計(jì)算功率，單位為kw；
P——傳遞的功率，單位kw；
K——工作情況系數(shù)，見表9-7. 根據(jù)情況取=1.0
K——齒數(shù)系數(shù)，見圖9-13. 根據(jù)情況取=1.0，單排鏈。
把數(shù)據(jù)代入到4-17中求出
=0.55kw
c. 選擇鏈條型號和節(jié)距
根據(jù) =0.55kw及=600r/min 查圖9-11，可選鏈號為08A-1單排鏈。再由表9-1查得鏈節(jié)距p=12.70mm。
d. 計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距
初選中心距=（30~50）p =（30~50）×12.70 =381~635mm。取=508mm。則相應(yīng)的鏈節(jié)數(shù)為：
取鏈長節(jié)數(shù)Lp=108 節(jié)
查表9-8 得到中心距計(jì)算系數(shù)f1=0.24925， 則鏈傳動的最大中心距為
e. 計(jì)算鏈速v，確定潤滑方式
由v =2.4m/s 和鏈號08A-1，查圖9-14 可知應(yīng)采用油盤飛濺潤滑。
f．計(jì)算壓軸力Fp
有效圓周力為：
按鏈輪豎直布置時(shí)，取壓軸力系數(shù)，故
g. 驗(yàn)算小鏈輪轂孔
由表查得小鏈輪觳孔許用最大直徑，大于電動機(jī)軸徑D=19mm,故合適。
5.2鏈輪的基本參數(shù)及主要尺寸
5.2.1小鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
分度圓直徑 d= sin() = sin()=77.43mm
齒頂圓直徑 =d+1.25p-d1
=77.43+1.2512.7-7.9
=85.35mm
=d + (1-)p-d1
=77.43+(1-)12.7-7.92
= 81.03mm
取齒頂圓直徑 =82mm
分度圓齒弦高 =(0.625+)p-0.5
=(0.625+)12.7-0.57.92
= 4.495mm
=0.5(p-)=0.5(12.7-7.92)
=2.38mm
取分度圓齒弦高為=3mm
齒根圓直徑 =d-d1=77.43-7.95=69.48mm
取=70mm.
側(cè)齒凸緣直徑 pcot-1.04h2-0.76mm
=12.7cot9.47-1.0412.07-0.76
=60mm
齒寬 =0.93b1=0.937.85=7.4mm
導(dǎo)角寬 =(0.1~0.15)p=1.27~1.91mm
取 =1.6mm
導(dǎo)角半徑 p,取=14mm
導(dǎo)角深 h=0.5p=6.35mm
齒側(cè)凸緣圓角半徑=0.04p=0.5mm
設(shè)計(jì)具體如圖5.2.1所示
圖5.2.1小鏈輪結(jié)構(gòu)簡圖
Fig.5.2.1 structure diagram of Small sprocket
5.2.2大鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
分度圓直徑 d= sin() = sin()
=154mm
齒頂圓直徑 =d+1.25p-d1
=154+1.2512.7-7.92
=161.95mm
=d+(1-)p-d1
=77.43+(1-)12.7-7.92
=158.25mm
取齒頂圓直徑 =160mm
分度圓齒弦高 =(0.625+)p-0.5
=(0.625+)12.7-0.57.95
=4.495mm
=0.5(p-) = 0.5(12.7-7.95) = 2.38mm
取分度圓齒弦高為=3mm
齒根圓直徑 =d-d1=160-7.92=146.08mm
取=146mm.
側(cè)齒凸緣直徑 pcot-1.04h2-0.76mm
=153.32-1.0412.07-0.76=140mm
齒寬 =0.93b1=0.937.85=7.4mm
導(dǎo)角寬 =(0.10.15)p=1.271.91mm,取ba=1.6mm
導(dǎo)角半徑 p，取=14mm
導(dǎo)角深 h=0.5p=6.35mm
齒側(cè)凸緣圓角半徑=0.04p=0.5mm
大鏈輪的設(shè)計(jì)如圖5.2.2所示:
8
圖5.2.2 大鏈輪結(jié)構(gòu)簡圖
Fig.5.2.2structure diagram of Small sprocket
6.箱體設(shè)計(jì)
6.1 裝置支撐體設(shè)計(jì)
切碎機(jī)其功能部件由支承體、安裝在支承體上的切碎機(jī)轉(zhuǎn)子部件和包圍著轉(zhuǎn)子部件的機(jī)桶或機(jī)殼等組成，在功能部件中的切碎機(jī)轉(zhuǎn)子上裝有使刀刃切鍘平面垂直于主軸的平板直刃式刀片，功能部件下部內(nèi)有能使物料自動卸出的斜面，功能部件下端有凸耳，凸耳的用途是將切碎機(jī)機(jī)械裝置固定在機(jī)架上，用的是M10螺紋規(guī)格螺栓3組。由此可見，支撐體是此小型花菜切碎機(jī)的骨架構(gòu)件。
支撐體外圓柱筒厚度為5mm，內(nèi)圈直徑為286mm，外圈圓筒直徑為296mm，高度為215mm；中間用于安裝切碎軸的圓柱筒中間段厚度為5mm，兩端由于固定軸承端蓋部分厚度為15mm，高度為20mm，中間圓柱筒直徑為55mm，大于切碎軸的最大直徑35mm，以便切碎軸的安裝與拆卸。此用于安裝切碎軸的內(nèi)圓筒高度為185mm。支撐體斜面傾斜39o，以便物料隨斜面自由落下，高度及長度見圖中所示。支撐體內(nèi)外圓柱筒以及斜面連接各處圓角處理為R3.0。支撐體由于固定進(jìn)料斗的部分用M6×12螺紋規(guī)格的螺栓2組，固定進(jìn)料斗與支撐體。進(jìn)料斗上的擋板用M8×16螺紋規(guī)格的螺栓3組固定，以便刀片能從幾組擋板間隙穿過，而物料卻不隨刀片一起旋轉(zhuǎn)，保證切削效果。支撐體下端凸耳用M10×30螺紋規(guī)格的螺栓3組將3組凸耳與機(jī)架連接以固定切碎功能部件。
其基本尺寸及構(gòu)造如下圖所示：
圖6.1 裝置支撐體結(jié)構(gòu)簡圖
Fig.6.1 structure diagram of device support body
6.2 機(jī)殼及進(jìn)料斗設(shè)計(jì)：
進(jìn)料斗與機(jī)殼是物料進(jìn)入切碎以前所經(jīng)過的機(jī)構(gòu)，主要是對物料進(jìn)行喂入和必要的擠壓，以便刀片切碎物料時(shí)高效容易。此處白花菜切碎機(jī)的機(jī)殼及進(jìn)料斗設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如下：
機(jī)殼為圓柱型薄壁筒，壁厚約為3mm，高度為155mm。其上開5個(gè)螺紋孔，其中2個(gè)M6螺紋孔用于機(jī)殼與支撐體的螺栓連接；其它3個(gè)M8螺紋孔用于機(jī)殼與擋板之間的螺栓連接。機(jī)殼上部一部分封閉，另一部分開口用于與進(jìn)料斗的連接，物料即順著進(jìn)料斗從此處開口進(jìn)入切削過程。進(jìn)料斗與機(jī)殼之間采用焊接連接，焊接牢固可靠，焊縫焊接均勻。
由于機(jī)殼壁厚約為3mm，故采用焊接的方法，將其固定在支撐體上的方法不如將其與支撐體進(jìn)行螺栓連接有優(yōu)勢。經(jīng)螺栓連接的支撐體與機(jī)殼可以隨時(shí)方便的拆卸，便于對切碎機(jī)內(nèi)部部件進(jìn)行維護(hù)和保養(yǎng)，也可在切碎機(jī)功能故障時(shí)進(jìn)行故障檢測判斷，而如果機(jī)殼與支撐體焊接在一起，則拆卸不方便，更談不上故障檢測。
具體的裝置尺寸如下圖所示：
圖6.2 進(jìn)料斗及機(jī)殼結(jié)構(gòu)簡圖
Fig.6.2structure diagram of feed hopper
7.安裝和潤滑維護(hù)
7.1 安裝事項(xiàng)
安裝時(shí)，先將支撐體與機(jī)架通過支撐體下端的凸耳擰緊安裝，然后支撐體上安裝切削軸，切削軸擁有一對軸承固定在支撐體上，軸兩端懸伸，上端安裝刀盤，套筒，軸端擋圈與固定螺釘，下端安裝套筒，鏈輪，軸端擋圈與固定螺釘。主要功能部件順次安裝完畢之后，然后在機(jī)架上安裝好實(shí)現(xiàn)預(yù)留的電動機(jī)安裝位置，將電動機(jī)與切削軸鏈輪之間安裝鏈條，將機(jī)殼（焊接了進(jìn)料斗）與機(jī)桶用螺栓固定連接。同時(shí)檢查各工作部件裝好后能否靈活轉(zhuǎn)動。安裝完畢后試運(yùn)行機(jī)器，進(jìn)行噪音調(diào)試。并加入指定部位所需的潤滑油，減少機(jī)器磨損，延長機(jī)器使用壽命。
7.2 機(jī)器的使用與維護(hù)
機(jī)架的表面涂上防銹漆，可以防止鋼材的氧化生銹，并可起到一定的美觀作用。由于在箱體內(nèi)物料自動卸料，少數(shù)物料容易留在箱體的死角部位，因此每隔一段時(shí)間應(yīng)清洗一下筒體內(nèi)部卸料斜面。切削軸上的刀盤上的刀片數(shù)量增加或者減少或者直刃換曲刃，需要拆卸時(shí)，應(yīng)先卸下機(jī)桶，然后再換刀盤，支撐軸的桶體體內(nèi)定期加入潤滑脂，在非維修時(shí)不能拆開，應(yīng)保持密封性良好。
8.結(jié)述語
1. 開始設(shè)計(jì)小型白花菜切碎機(jī)的時(shí)候，初步考慮的方案為滾筒帶式輸送臥式切碎機(jī)，而不是此論文所設(shè)計(jì)的自動卸料式立式切碎機(jī)。臥式切碎機(jī)機(jī)構(gòu)復(fù)雜，零件眾多，包括傳動軸、切碎軸、帶輪、鏈輪、喂入輥等等，這毫無疑問增加了機(jī)械設(shè)計(jì)及機(jī)器制造的成本?？紤]到本切碎機(jī)設(shè)計(jì)的小型化，便捷化，以便讓更多的種植白花菜的農(nóng)戶能夠買得起，用得起。本方案即采用簡捷，成本相對較低的立式切碎機(jī)。
該立式切碎機(jī)主要由支撐體、喂入料斗和機(jī)殼、切碎裝置和機(jī)架組成。與市面上普通的臥式切碎機(jī)相比，既避免了功率消耗大，成本高等缺點(diǎn)；又可讓白花菜少擠壓與擦傷，保持蔬菜的新鮮與口感。
2. 該立式切碎機(jī)與臥式切碎機(jī)相比較的另外不同之處在于對物料粗細(xì)的控制不是很精確，臥式切碎機(jī)采用的是調(diào)節(jié)滾筒的傳輸速度或者通過調(diào)速電機(jī)改變刀片的轉(zhuǎn)速來控制粗細(xì)，而立式切碎機(jī)由于雖然也能通過調(diào)速電機(jī)改變刀片的轉(zhuǎn)速或者是增加輪轂的數(shù)量來調(diào)節(jié)物料的粗細(xì)，但是由于切割過程近似在一個(gè)封閉的機(jī)桶內(nèi)進(jìn)行且物料在機(jī)桶內(nèi)下落的過程中受到多次的切割，所以對物料粗細(xì)的調(diào)節(jié)不能做到非常精確。
3. 切割采用圓盤刀直刃型切割，并物料下落過程中能對其進(jìn)行多次切割。物料喂入采用手工喂入。故本立式切碎機(jī)不僅對白花菜等根莖類蔬菜能有效地切割，對于蘋果、胡蘿卜、黃瓜等瓜果類食物也能有效地切割，不僅能作為種植白花菜農(nóng)戶白花菜切碎機(jī)，亦能在普通家庭中推廣使用。另一方面，此立式切碎機(jī)的制造成本及運(yùn)營成本低廉，故我相信此白花菜切碎機(jī)的市場前景也必然是一片光明。
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致謝
回顧這幾個(gè)月來的設(shè)計(jì)歷程，太多的感想和經(jīng)歷是無法用言語表達(dá)的。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們在學(xué)校面臨的最后一項(xiàng)任務(wù)，畢業(yè)設(shè)計(jì)對我來說的確是一個(gè)不小的挑戰(zhàn)。從開始接觸到設(shè)計(jì)題目到設(shè)計(jì)的完成，每一步對我來說都是新的嘗試與挑戰(zhàn)。每次遇到難點(diǎn)問題我都通過自己的不斷努力去克服難關(guān)，最終解決了難題，那份成就感，那種喜悅之情是別人無法體會的。
本論文從選題的確定，論文的寫作、參數(shù)的計(jì)算、論文修改到最后定稿都得到了我的指導(dǎo)老師趙純清教授的毫無遺力的悉心指導(dǎo)。特別是他每個(gè)星期都特定一時(shí)間給我們進(jìn)行固定一對一的指導(dǎo)，并為我指點(diǎn)迷津、答疑解惑，幫助我開拓思路。趙老師嚴(yán)肅的教學(xué)態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神，精益求精的工作作風(fēng)深深地感染和激勵(lì)著我。在此，謹(jǐn)向趙老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。
本論文能夠得以順利完成，還與學(xué)校圖書館老師以及很多同學(xué)的幫助密不可分。在這里非常感謝學(xué)校給我們提供各種資料以及學(xué)習(xí)的場地，也感謝同學(xué)的支持與鼓勵(lì)。