高速離心式果汁機的結構設計【說明書+CAD+UG】
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湘潭大學興湘學院畢業(yè)設計說明書題 目:高速離心式果汁機的結構設計學 院: 興湘學院 專 業(yè): 機械設計制造及其自動化 學 號: 姓 名: 指導教師: 完成日期: 2014年6月 目 錄摘 要2第一章 榨汁機設計前期調查31.2論文的主要內容、研究方法和榨汁機的現(xiàn)狀41.2.1論文的主要內容41.2.2論文的研究方法41.2.3我國榨汁機的現(xiàn)狀與發(fā)達國家的差距51.2.4我國榨汁機的市場調查61.3 榨汁機的設計81.3 .1榨汁機的類型81.3.2 榨汁機的現(xiàn)狀分析81.3 .3對新型榨汁機設計的一般要求91.3.4 榨汁機的發(fā)展前景9第二章 離心式榨汁機的總體設計方案102.1 榨汁機方案的比較102.1.1高速離心式果汁機102.1.2 低速擠壓式果汁機11第三章 電機的選擇與校核153.1 電動機的選擇要求153.2 電動機類型的選擇163.3 電動機額定功率的確定183.4 鍵的強度校核19第四章 榨汁部件的設計214.1 回轉籃的設計214.2榨汁機殼體的設計224.2.1 榨汁機殼體材料的選擇224.2.2榨汁機殼體結構的設計23第五章 榨汁機的使用和保養(yǎng)26- 摘 要 隨著科學技術的不斷發(fā)展,農業(yè)機械化技術也發(fā)展到了一個新的水平;隨著農業(yè)機械化技術的發(fā)展和人們生活水平的提高,水果榨汁機的改進成為目前消費者關心的熱點問題。本文介紹了榨汁機的研究意義、榨汁機的研究現(xiàn)狀,分析了榨汁機的發(fā)展前景,詳細講述了離心式榨汁機的工作原理。這次和同組人員一起設計的離心式榨汁機能夠更獨特地更好地滿足消費者的意愿,本著簡單、方便、實用為原則一切從消費者的利益出發(fā)。而且,該榨汁機祛除了以前榨汁機出汁率底、果汁不清的弊端。單相串激式電動機充分體現(xiàn)了自動化、高效化、小型化、簡單化、環(huán)保化等特點。 最后,我相信我們所設計的這臺集專業(yè)化、智能化,自動化、,高效化、小型化、簡單化、環(huán)?;踩詾橐惑w的榨汁機能夠早日走進消費者的家庭。關鍵詞 離心式榨汁機、電機選配、殼體設計、榨汁部件設計AbstractIn recent years, the rotary digging pile driver has obtained the fast development of our country but compared with rotary digging pile driver in a foreign country for decades, the development history of domestic rotating drill in key components and core technology, there is still a gap compared with abroad, the development of rotary digging pile driver in China is still a long way to go.This paper studied the power head as an important item of the rotary digging pile driver host, has been the key components of the host research the performance is good or not directly affect drilling efficiency the development of the driver in a foreign country has several ten years of history, the development of the power head has a superior performance!Unique technology and new design concept of the development of the current domestic power head can meet the construction work of rotary digging pile driver basic reliability and function extension but still need further development.It is difficult to retrieve the rotary digging pile driver power head system design and development of related literature, no literature at home and abroad and use for reference , therefore, this topic for power system analysis and research, as important item in the rotary digging pile driver development projects, hope will bring the rotary digging pile driver product development as a reference.Keywords: rotary digging pile driver, power head, drive way, the driver, the speed reducer 1- 第一章 榨汁機設計前期調查及現(xiàn)狀1.1 論文選題的依據和研究意義 春夏秋冬,任何一個季節(jié)都有它的獨特性,但對于熱愛生活的人來說,無論是初夏季節(jié)還是如今的嚴寒冬日,“補水“都變得格外重要??晌覀儾荒芤粋€勁地喝水,而水果天天吃也會膩。何不嘗試用榨汁機來榨取一杯新鮮的果蔬汁,既能及時補充水分又自然健康。 不知道有多少人注意到,市面販售的所謂“果汁飲料”,往往有小字標注“濃縮還原”一水果濃縮液+水+糖+其他元素(防腐劑、色素、增稠劑等)的勾兌品。此類飲料,原果汁的含量大多在10%到30%左右,不但有大量的糖分和添加劑,而且在加工過程中往往伴隨反復的高溫殺菌,營養(yǎng)成分很難真正“保鮮”。自己動手,用榨汁機調制的蔬菜果汁,好處起碼有三點:安全,自由,均衡。無添加劑,隨時隨地享用,搭配隨心所欲,用來做飲料或者煲湯做菜都可以,沒有過多的工業(yè)流程參與,最大程度上保留了營養(yǎng)成分。 榨汁機由諾蔓沃克博士(Dr. Norman Walker)發(fā)明于1930年的產品。這位博士因此而聞名于世,被譽為活性果汁機之父。 榨汁機主要功能是攪拌、榨汁等,榨出的果汁比買來的果汁營養(yǎng)豐富、味道更佳。因為操作方便、價格便宜、成品新鮮,并可以根據自己的愛好調整飲料成分,使得越來越多消費者選擇用榨汁機自制飲料。 同樣的,老人牙齒不好,營養(yǎng)攝取困難,比起綜合維生素藥片,鮮榨果蔬汁更加天然,保留營養(yǎng)更全面。1.2論文的主要內容、研究方法和榨汁機的現(xiàn)狀1.2.1論文的主要內容本次設計的主要內容是離心式榨汁機的機械本體設計,主要負責水果榨汁機的殼體的設計。該設計本著簡單、方便、實用、安全為原則,在材料上采用了PP材料(聚丙烯)和ABS(工程塑料),設計上彌補了以往各種榨汁機的不足,充分體現(xiàn)了自動化、高效化、小型化、簡單化、安全化等特點:簡單實用的榨汁機可以讓老人和孩子輕松操作而且維護修理特別簡單。我相信它在未來的市場上一定很暢銷倍受消費者的青睞。1.2.2論文的研究方法在系統(tǒng)研究和總結了前人的成果與經驗的基礎之上,我采用帶有鋸齒的切削刀網粉碎,增強切削效果;超細的金屬刀網穩(wěn)定的旋轉保證榨汁高效,出汁率高,采用單相串激式電動機用以提高轉速、加大扭矩,保證榨汁機榨取果汁的質量,采用蓋鎖安全保護裝置,保證安全,雙保證措施讓消費者更安全、更省心。1.2.3我國榨汁機的現(xiàn)狀與發(fā)達國家的差距 榨汁機在我國的開發(fā)應用現(xiàn)狀:我國的工業(yè)化加工起步于80年代,由于大規(guī)模果汁加工設備制造水平低,關鍵工序核心設備的制造水平與世界水平相差甚遠。當時國產榨汁機的主要機型為螺旋榨汁機,其處置率只有60%左右,比國際先進水平低20%多,當時建設的果汁加工廠所用榨汁設備幾乎全部進口,機型主要是BUCHER公司的液力通用榨汁機,除價格昂貴、配件費用高外,使用效果比較理想。由于原料生產規(guī)模、國內消費水平及企業(yè)經濟實力等因素的共同影響,加上購買這些昂貴的進口設備,使我國剛剛起步的果汁加工業(yè)負重掙扎,步履艱難地維持了15年。再次期間,無論從果汁行業(yè)整體規(guī)模到設備的制造水平基本處于半停滯狀態(tài)。進入90年代后,隨著我國水果產量的大幅度提高和鮮銷市場的逐漸飽和“賣果難”愈演愈烈。另外,由于我國經濟實力的增強及人民生活水平的提高,果汁加工業(yè)又進入了一個新的發(fā)展時期。目前,果汁加工業(yè)正向產業(yè)化發(fā)展,一些規(guī)模大、起點高、集團化、面向國際市場的企業(yè)正在發(fā)展壯大,帶動了我國果汁加工業(yè)向大規(guī)模工業(yè)化生產轉變。而作為成套生產設備主機的榨汁機的制造水平仍舊很低,國內投資上千萬的果汁加工廠的關鍵設備仍然全部依賴進口。由于具有處理量大、通用性廣、出汁率高、產品質量好等優(yōu)點,BUCHER的液力通用榨汁機及FLOTTWAG和AMOS的帶式榨汁機是我國果汁加工廠選用最多的幾種機型。 據資料顯示:在發(fā)達國家家庭中與人們日常生活接觸最為密切的廚房系列小家電像攪拌機、榨汁機、豆?jié){機、加濕機等新型小家電產品的擁有率已經達到80%以上而我國還不到10%,可以說:我國小家電正處于成長初期,大有潛力可挖,市場容量巨大,據專業(yè)人士預測小家電行業(yè)蘊藏著3500多億元的市場。發(fā)達國家生產水果加工機械歷史長,基礎工業(yè)強,技術水平先進,用高新技術裝備提高了生產率降低了能源消耗,增加了得率,減少了廢棄物,保持了食品營養(yǎng)成分和風味,提高了食品品質。 隨著經濟的不斷發(fā)展我國市場上也出現(xiàn)了各式各樣的榨汁機,但大部分采用的設計理論、設計手段、設計方法、制造技術和檢測手段落后;無論是從內在質量還是外觀設計都遠遠不如發(fā)達國家。此外,國內許多原材料、基礎件質量不穩(wěn)定,直接影響了產品的整體質量。而且我國生產的水果榨汁機用于工業(yè)生產果汁的比較多,家庭實用型的卻很少,且從性價比方面考慮也不是很讓消費者滿意,更主要的是我國目前使用的水果榨汁機通用性差、出汁率低,清汁果肉含量多。因此,要求出汁率高、果汁清家庭實用型榨汁機的研究與開發(fā)很受廣大消費者的歡迎。1.2.4我國榨汁機的市場調查 21世紀人們對生活的質量不斷的提高,對健康和營養(yǎng)的食品要求也就越來越高,特別是2008年奶粉事件和免檢產品國家取消以后,很多人對購買的食品都不夠放心,經過市場調查表明,現(xiàn)代的人們都形成了自制食品是最安全最衛(wèi)生這樣的觀念,同時也享受到生活中的樂趣。每天一杯新鮮的果汁既填補營養(yǎng)也緩解了你一天辛辛苦苦的勞累。果汁不僅能增強您的體質更能讓您生命長壽。特別是小孩老人,單單吃水果既不容易消化更吸收不到營養(yǎng)。在近幾年來,各個領域的高級白領家庭當中已經陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)了榨汁機,隨著消費者觀念不斷的改變,榨汁機將會成為人們每一家庭中必用的飲品食具,所以此類產品將隱藏著巨大的市場份額和發(fā)展前景。市場處于導人期同咖啡機、面包機、煮蛋器這些西式小家電一樣,榨汁機相對傳統(tǒng)的生活必需品而言,更多的價值體現(xiàn)在人們對精致生活的追求上。榨汁機的價格普遍高于200元,一些知名品牌則要在500元左右,因此在中國市場一直都沒有得到廣泛普及。東菱凱琴董事長助理潘衛(wèi)東透露,東菱早在上世紀90年代中期就開始生產榨汁機,由于當時國內市場需求較少,幾乎都是貼牌出口。直到2000年左右,國內榨汁機市場初具雛形,東菱才開始開拓國內市場。資料顯示,目前發(fā)達國家平均每戶家庭擁有小家電產品超過40種,而在中國的一級城市中,平均每戶家庭擁有的小家電數量也不超過5種,且一般多為熱水器、吹風機這類生活必需品,榨汁機、咖啡機等“情趣產品”的占有率則更低。蘇泊爾有關負責人透露,目前榨汁機在中國家庭中普及率大約只有5。潘衛(wèi)東說,中國榨汁機市場目前仍處于導入期,一方面因為榨汁機進入中國市場較晚,而更主要的原因是國內消費水平還較低,消費者還沒有形成飲用鮮榨果汁的消費習慣。另一專業(yè)小家電品牌ACA2003年進入中國市場的,據了解,ACA在中國的主打產品是電烤箱,榨汁機所占份額相對較小,并且目前以出口為主。由于電烤箱的銷售旺季在秋冬季節(jié),榨汁機則剛好彌補了企業(yè)夏季產品銷售的不足。產品性能中國化“西方消費者普遍喜好功能單一而體積較大的產品,而中國消費者則傾向于選擇集多種功能于一體且小巧的產品?!迸诵l(wèi)東說 “為了迎合消費者的需求,大多數企業(yè)的產品都是融合了榨汁、攪拌、碾磨等功能為一體的綜合食品處理器,生產純榨汁機的企業(yè)并不多。” 我們在賣場里看到,只有飛利浦的榨汁機全部為單榨功能的產品,其他幾個品牌的產品,如蘇泊爾,九陽、龍的,都是附帶幾個杯體的多功能食品處理器。銷售人員透露:“一般消費者使用較多的功能是打豆?jié){和攪肉餡,單純?yōu)榱苏ス南M者很少?!比欢喙δ芴幚砥鞯牡镀菀啄p,使用壽命要遠低于單純的榨汁機。 中國人的飲食習慣也是制約榨汁機市場發(fā)展的一大因素?!爸袊嗽绮土晳T喝豆?jié){而不是果汁?!奔译娰u場的銷售人員說,“還有很大一部分消費者則習慣直接食用水果,認為將水果榨成汁飲用既麻煩還流失了營養(yǎng)?!蔽覀兞私獾?,目前榨汁機的消費群體主要有兩類:一類是有孩子或老人的庭,孩子容易挑食而老人牙齒不好,自己榨果汁可以滿足他們攝入足夠的營養(yǎng);另一類是追求時尚及生活品位的年輕人,榨汁機滿足了他們崇尚個性口味的需求。隨著生活質量的提高,消費者的心態(tài)由最基本的生活需要開始向營養(yǎng)健康的品味生活渡,這為榨汁機更加普及提供了可能。而無論是榨汁機還是食品處理器,目前都處于市場的導入期,對于大多數消費者而言還是奢侈品,企業(yè)如何引導消費者的消費觀念至關重要。外資品牌遙遙領先根據中怡康2006年2JE全國市場監(jiān)測數據顯示,飛利浦以23、58的占有率在國內榨汁機銷量榜上穩(wěn)居首位。其余進入前十名的品牌皆為國內品牌,除了蘇泊爾享有7,1的市場份額之外,其他企業(yè)的占有率則都在3 5 。另外,榨汁機杯身材質的不同,在很大程度上影響著價格的高低。杯身的材料一般有塑料和玻璃兩種,玻璃材質的機器價格普遍在400500元之間。但記者在采訪中了解到,玻璃材質的榨汁機目前并不多見,主要應用在商用機上,家用產品中,只有松下使用玻璃做杯身材料。據潘衛(wèi)東介紹,目前家用榨汁機的市場更好一些,由于與商用機的區(qū)別只在于功率及容積,所以除了普通家庭購買外,很多小型冷飲店、酒吧也傾向于購買小巧便宜的家用榨汁機。據業(yè)內專家預測,中國小家電市場前景廣闊,今后5年中,每年將有814的增長幅度,市場需求總額將高達35OO億元。隨著人們生活水平的提高,中國榨汁機市場會有很大的市場空間。1.3 榨汁機的設計1.3.1榨汁機的類型目前市場上各種品牌的榨汁機琳瑯滿目,但絕大多數榨汁機的主要結構、榨汁方式等都相似,通常大都采用外形、容積(攪拌容積或汁液杯的容積)和電機功率進行分類。按外形分,主要有座式、臺式和手提式三種,目前以座式和臺式榨汁機為主流機種,其實這兩類榨汁機的外形比較相似,習慣稱為臺式榨汁機。按容積分,常見有05、0.6、07、08升等,容積大,一次可榨取的汁液多,但所需的電機功率也大,價格自然就較高。按電機功率分,主要有200W 、230W 、250W 、300W 、350W 等多種規(guī)格,普通座式和臺式榨汁機常用200300W 的串激電機。1.3.2 榨汁機的現(xiàn)狀分析 果汁工業(yè)化加工在國外已有百年的發(fā)展歷史,已形成較完備的生產工藝,并開發(fā)有多種生產規(guī)模大、加工手段先進、產品質量優(yōu)良的成套加工設備。 果汁生產的核心工序是榨汁工序,而榨汁機是榨汁工序的關鍵設備,榨汁機性能的優(yōu)劣直接影響和決定著產品的質量、成本和加工企業(yè)的經濟效益,其作用至關重要。因此,應客觀、準確了解各種榨汁機的工作特點,以便做到正確、合理地選用,滿足生產要求,以便盡快提高我國榨汁機的應用水平和制造水平,帶動果汁加工業(yè)的發(fā)展,徹底解決種植業(yè)的原料加工問題。以下是常用的幾款榨汁機:1)雙錐盤榨汁機 雙錐盤榨汁機的榨汁機理是利用兩個母線重合的傘狀錐體的嚙合滾動,使進入嚙合區(qū)域的果糊受壓,果汁通過傘狀錐體表面的濾孔排出。但雙錐盤榨汁機壓榨時作用時間短,對漿狀物料的夾持性能差,排汁面積相對較小,排汁孔大,因此不適用于家庭水果榨汁。2)帶式榨汁機 帶式榨汁機的工作原理是利用兩條張緊的環(huán)狀網帶夾持果糊后繞過多級直徑不等的榨輥,使得繞于榨輥上的外層網帶對夾于兩帶間的果糊產生壓榨力,從而使果汁穿過網帶排出。 帶式榨汁機具有結構簡單、工作連續(xù)、生產率高、通用性好、造價適中等特點,但帶式榨汁機的主要缺點是榨汁作業(yè)開放進行,果汁易氧化褐變,衛(wèi)生條件差;排汁不暢;網帶孔隙易堵。3)壓板式榨汁機 壓板式榨汁機配置一個工作時旋轉的圓柱形機筒,機筒的柱面上開有長縫用于汁液透過,機筒軸心裝有一雙向絲杠,絲杠上的轉動帶動機筒兩端的圓形壓板相向移動。壓榨時物料用泵充入機筒內,壓板由兩端向中間移動擠壓機筒內的物料,汁液通過機筒壁上的長縫排出,壓榨結束渣從機筒中部的開口排出。但壓板式榨汁機的壓榨力較小,汁液的透過面積較低。1.3.3對新型榨汁機設計的一般要求目前我國的榨汁機普遍存在著出汁率低、出汁不清等問題,迫切需要進行結構改進和技術提高。因此,新型榨汁機設計必須建立在提高工作效率,增加出汁率,提高果汁質量的基礎上對原榨汁機在先前技術上的改進。同時還要盡可能使操作簡單滿足不同年齡段的消費者,并保證操作的安全性。在經濟合理的前提下考慮能夠實現(xiàn)綜合利用,一機多用。與其他榨汁機產品相比,要求做到堅固耐用,安全可靠,使用維修方便。在滿足設計技術要求的前提下,盡可能提高產品和零部件的標準化、系列化和通用化程度。1.3.4 榨汁機的發(fā)展前景 同咖啡機、面包機、煮蛋器這些西式小家電一樣,榨汁機相對傳統(tǒng)的生活必需品而言,更多的價值體現(xiàn)在人們對精致生活的追求上。據了解到,目前榨汁機的消費群體主要有兩類:一類是有孩子或老人的家庭,孩子容易挑食而老人牙齒不好,自己榨果汁可以滿足他們攝入足夠的營養(yǎng);另一類是追求時尚及生活品位的年輕人,榨汁機滿足了他們崇尚個性口味的需求。隨著生活質量的提高,消費者的心態(tài)由最基本的生活需要開始向營養(yǎng)健康的品味生活過渡,這為榨汁機更加普及提供了可能。 據國家統(tǒng)計局資料,全國食品工業(yè)總產值1995年已上升為全國各行業(yè)之首。食品工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展必然帶動食品機械行業(yè)的發(fā)展,據統(tǒng)計1999年,全國專業(yè)食品加工機械約有2300多種已成機械工業(yè)的十大產業(yè)之一。據業(yè)內專家預測,中國小家電市場前景廣闊,隨著人們生活水平的提高,中國榨汁機市場會有很大的市場空間。7- 第二章 離心式榨汁機的總體設計方案及原理2.1 榨汁機方案的比較2.1.1高速離心式果汁機這是國內市場上最為普遍的果汁機類型,它的工作原理是利用刀網每分鐘幾千轉的高速轉動把水果粉碎,強大的離心力使果汁噴流入果汁杯,而果渣則甩進收渣桶。不同品牌型號的高速離心式果汁機也有材質、功率、進料口大小的區(qū)別,挑選時要注意選擇功率大、進料口大的。優(yōu)點:水果不用切得很小,榨汁速度快,榨一個蘋果或者胡蘿卜只需幾秒鐘,榨出的果汁清亮。缺點:噪音大;出汁率一般,榨完的果渣較濕,有些浪費,對于含水量較少的葉菜類或者特別軟的水果幾乎榨不出汁來。2.1.2 低速擠壓式果汁機這種果汁機也受到很多人的喜愛,它的工作原理是靠內部的一根螺旋桿以每分鐘80轉的低速旋轉,對水果進行擠壓、研磨,果汁透過濾網流出,果渣從排渣口排出。優(yōu)點:噪音低;榨比較脆的水果出汁率高,榨出的果渣很干,不浪費,對于葉菜類的出汁率也能令人滿意。缺點:水果需要切成很小的塊,再一點一點地填進去榨,費時間;榨出的果汁較稠,里面混有細小的果肉纖維,尤其是比較面的蘋果,榨出來幾乎就是糊糊。綜合考慮,我選擇設計高速離心式果汁機。本次設計的是一種集智能化,自動化、高效化、小型化、簡單化、環(huán)?;癁橐惑w的較先進的高速離心式榨汁機。整個裝置的動力源采用一個250W的單相串激式電動機,空載轉速是19000r/min。2.2離心式榨汁機的工作原理 離心式汁機可對果糊產生很高的離心力,可更好地完成水果和蔬菜的榨汁作業(yè)。離心榨汁機的主要工作原理是先利用刀片將水果片粉碎,然后利用高速旋轉產生強大的離心力來分離果汁和果渣,果汁透過鍍鈦刀網的金屬網經過乘汁坐而流入果汁杯,果渣則被離心力甩出而進入果渣盒,它的工作流程是原料選果清洗榨汁破碎離心過濾果汁和果渣。23- 第三章 電機的選擇與校核3.1 電動機的選擇要求合理的選擇電動機是正確使用的先決條件。選擇恰當,電動機就能安全、經濟、可靠地運行;選擇得不合適,輕者造成浪費,重者燒毀電動機。選擇電動機的內容包括很多,例如電壓、頻率、功率、轉速、啟動轉矩、防護形式、結構形式等,但是結合榨汁機的具體情況,需要選擇的通常只是功率、轉速、等幾項比較重要的內容,因此在這里介紹一下電動機的選擇要求。電動機類型的選擇要從負載的要求出發(fā),考慮工作條件,負載性質、生產工藝、供電情況等,盡量滿足下述各方面的要求:1)機械特性由電動機類型決定的電動機的機械特性與工作機械特性配合要適當,機組穩(wěn)定工作;電動機的起動轉矩、最大轉矩、牽入轉矩等性能均能滿足工作機械的要求。2)功率電動機的功率,應根據生產機械所需要的功率來選擇,盡量使電動機在額定負載下運行。避免出現(xiàn)“小馬拉大車”現(xiàn)象或“大馬拉小車”現(xiàn)象造成不必要的損失和浪費。3)轉速電動機的轉速滿足工作機械要求,其最高轉速、轉速變化率、穩(wěn)速、調速、變速等性能均能適應工作機械運行要求。4)運行經濟性從降低整個電動機驅動系統(tǒng)的能耗及電動機的綜合成本來考慮選擇電動機類型,針對使用情況選擇不同效率水平的電動機類型;對一些使用時間很短、年使用時數也不高的機械,電動機效率低些也不會使總能耗產生較大的變化,所以并不注重電動機的效率:但另一類年利用小時較高的機械,如空調設備、循環(huán)泵、冰箱壓縮機等,就需要選用效率高的電動機以降低總能耗。5)價格低廉在滿足工作機械運行要求的前提下,盡可能選用結構簡單、運行可靠、造價低廉的電動機。3.2 電動機類型的選擇家用食物加工用器具,如食物拌碎器、碎肉機、水果榨汁機、打蛋機、切片機等要求高起動轉矩、高轉速、體積小、結構簡單,最適宜選用單相串激式電動機驅動。單相串勵電動機可以交直兩用,故也稱為交直兩用電動機,勵磁繞組與電樞繞組串聯(lián),它們通過交流電時,兩電流同時改變,電磁轉矩方向不變,電機持續(xù)運轉,其有較軟的機械特性,起動性能好,轉速高,過載能力強,調速性能較好,但不允許空載起動、換向火花大等,單相串勵電動機主要用于電動工具和各種小型日用電器中,這類電動機的特點為額定轉速一般超過12000r/min,短時定額或周期工作定額;結構特點為無外殼,而利用器具的外殼防護,電動機的防護型式為IP00,端蓋簡化成支架形式,通常用鑄鋁做成,依靠支架上的螺孔安裝。電動機的功率一般在30250W之間。輸出功率為90W以下,一般為自冷,90W以上采用軸流式風扇冷卻。為了降低成本和減小噪音,常采用含油軸承。電動機的軸伸需與主機的驅動部件相配,一般采用斜齒輪軸伸。下表1為家用榨汁機常用單相串激式電動機的技術數據。表3-1 家用食物拌碎器用單相串勵電動機技術數據型號電壓(V)頻率(H2)空載負載測試電壓(V)電流(A)轉速(r/min)轉速(r/min)電流(A)輸出功率(W)效率()HCB5420HCB520AHC76-402201202205060502201202200.330.650.722300023000190001500015000100000.601.12.55555250454548HL-2AHL-3AHL-3BHL-4240220220220505050501101101101100.150.30.180.2510000190001400021000105001200010500128000.350.950.450.85單相串激式電動機主要使用在要求轉速高(400025000r/vmin)、起動轉矩大、且體積小的場合。典型的用途是作為電動工具、拌碎器、吸塵器風機、家用縫紉機、醫(yī)用離心機等工業(yè)機械及日用電器的動力。在結構上,單相串激式電動機一般由端蓋、機殼、定子鐵心、釘子繞組、換向器、電刷裝置、電樞、風扇、轉軸等主要零部件組成。通常定子鐵心做成凸極形式,多為兩極。定子繞組為集中繞組。單相串激式電動機的結構與直流電動機的十分相似,主要的差別在于單相串激式電動機的定子鐵心必須由硅鋼片疊壓而成,而直流電動機的磁場既可以疊壓而成,也可以做成整體結構。由于交流繞組存在電抗,在功率、電壓及定、轉子鐵心相同條件下,單相串激式電動機的定、轉子繞組匝數比直流電動機的要少。 圖3-1 HC76-40電動機1)主要技術指標單相串激式電動機主要技術參數包括:額定電壓Un(V)、額定功率Pn(W)、額定轉速Nn(r/min)、額定頻率fn(Hz)、堵轉轉矩Tk(倍)、堵轉電流Ik(倍)、額定電流In(A)、效率(%)、功率因數cos等。單相串激式電動機的主要性能數據見表3-2表3-2 單相串勵電動機主要性能功率(W)轉速(r/min)6000800012000效率()cos堵轉轉矩(倍)堵轉電流(倍)效率()cos堵轉轉矩(倍)堵轉電流(倍)效率()cos堵轉轉矩(倍)堵轉電流(倍)16420.8624430.9035480.924.572547484052535360562.558569059604581206162607180620.853640.87622506466564370660.82680.8466550684706875070711100單相串激式電動機無論是從機械特性還是經濟方面都適合本次設計的要求,因此可選擇用HC76-40型號的電動機。電機圖如3-1所示3.3 電動機額定功率的確定經與同類榨汁機相比較得出,當榨汁機正常工作,轉速n達到8000r/min以上的時候,榨汁機的離心效果明顯改善,又查資料知道植物細胞壁的纖維絲抗拉強度為810MPa,將各種不同功率的電動機進行比較,得出結論轉矩大于200的電動機符合榨汁機的要求,根據公式3,其中P為功率,單位為W;為轉矩,單位為;n為轉速,單位為;將以上數據帶入得: (3.1)我們可以選擇單相串激電動機HC76-40型號,它的功率為250W,在正常工作時,它的轉速達到10000r/min,扭矩達到240200,滿足使用要求。所以我們選擇的電動機的額定功率P為250W。3.4 鍵的強度校核圖示帶輪用平鍵與軸聯(lián)接(圖中只畫出了軸與鍵,未畫帶輪)。已知軸徑d=14mm,平鍵的尺寸為bxhxl= 5x5x14mm,傳遞的力偶矩為M=0.24N*m,鍵的許用剪應力=80MPa,許用擠壓應力j=180MPa。圖3-2 鍵的受力圖剪切強度校核: (3.2) (3.3) (3.4) 擠壓強度校核: (3.5) (3.6) (3.7)所以鍵滿足所有強度要求。3.5 軸的強度校核依據設計要求,此電機軸屬于心軸,只收到轉矩的作用,不受彎矩的作用,故采用心軸校核方式進行校核計算,由以上計算可知: 圖3-3 軸的受力圖T=0.24N*m; P=0.25KW;=600MPa; (3.8)其中T為轉矩,P為傳遞功率,為許用扭矩應力大小,d為軸徑大小。得a4373.0a373.4)014.0(2.024.02.010533MPPMNdTWTTT=t (3.9)即可知,軸的強度完全能夠滿足設計要求。第四章 榨汁部件的設計4.1 回轉籃的設計榨汁部件的主要組成部分是回轉籃?;剞D籃主要是由金屬濾網、切削刀片以及與斜齒輪軸伸相配合的底部的斜齒。我們經過初步實驗得出,回轉籃上部金屬濾網的斜度為的時候,可以很好的將果汁和果渣分離?;剞D籃的主要作用是在開啟榨汁機后,電機帶動回轉籃高速旋轉,榨汁機就是利用回轉籃底部的切削刀片將水果片切成小碎片,然后在高速旋轉的離心過成中將果渣和果汁分離開來,離心過程中果汁透過金屬網進入回轉圓腔流入果汁杯,果渣則被甩出回轉籃而落入果渣盒中,我們還考慮了金屬濾網的強度是否滿足要求,以及切削刀片的選擇,它與離心外殼的配合和它與電機驅動元件斜齒輪軸伸之間的配合,以及切削刀片的安裝問題。圖4-1 回轉籃圖4-2 金屬濾網(放大10倍)4.2榨汁機殼體的設計4.2.1 榨汁機殼體材料的選擇我們設計頂蓋、果汁杯、果渣桶的時候,采用的材料是PP材料,pp材料即聚丙烯,聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯的共聚物在內。通常為半透明無色固體,無臭無毒。由于結構規(guī)整而高度結晶化,故熔點可高達167。耐熱、耐腐蝕,制品可用蒸汽消毒是其突出優(yōu)點。密度小,是最輕的通用塑料。缺點是耐低溫沖擊性差,較易老化,但可分別通過改性予以克服。共聚物型的PP材料有較低的熱變形溫度(100)、低透明度、低光澤度、低剛性,但是有更強的抗沖擊強度,PP的沖擊強度隨著乙烯含量的增加而增大。PP的維卡軟化溫度為150。由于結晶度較高,這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。PP不存在環(huán)境應力開裂問題。PP的熔體質量流動速率(MFR)通常在1100。低MFR的PP材料抗沖擊特性較好但延展強度較低。對于相同MFR的材料,共聚型的抗沖強度比均聚型的要高。由于結晶,PP的收縮率相當高,一般為1.62.0%。聚丙烯具有良好的耐熱性,制品能在100以上溫度進行消毒滅菌,在不受外力的條件下,150也不變形。脆化溫度為-35,在低于-35會發(fā)生脆化,耐寒性不如聚乙烯。對于聚丙烯玻璃化溫度的報道值有一18qC, 0qC, 5等,這也是由于人們采用不同試樣,其中所含晶相與無定形相的比例不同,使分子鏈中無定形部分鏈長不同所致。聚丙烯的熔融溫度比聚乙烯約提高40一50%,約為164一170, 100%等規(guī)度聚丙烯熔點為176。由于以上特性,PP材料在食品機械中常用來制造需要承受沖擊載荷的食品模具和托盤,具有良好的使用性能。例如,餅干機上的沖壓模和輥印模,巧克力澆注成型托盤等。還可以用來制造其他各種飲料器具、容器、離心分離管、泵葉輪等。而設計主機外殼的時候,我們采用了工程塑料ABS,其優(yōu)點是無毒、無臭、堅韌、質硬、剛性好,在低溫條件下抗沖擊和機械性能較好,使用溫度范圍大(-40100),因此應用廣泛。設計刀網時采用鍍鈦刀網,不銹鋼特細榨汁網,經過改良設計的不銹鋼特細榨汁網,具有良好的刀切效果,效率持久,磨損率低,有效提高出汁率,出汁率達到35%。4.2.2榨汁機殼體結構的設計榨汁機的殼體主要包括推果棒,頂蓋,不銹鋼刀網,乘汁坐,主機外殼,蓋鎖,果汁杯,果渣盒。設計這些殼體的時候我們遵守了模具設計準則,同時考慮了模具的設計制造及加工問題。這樣更有利于榨汁機的生產,并減少了制造成本。1)頂蓋設計榨汁機的時候,我們主要考慮了進料口與回轉籃之間尺寸的關系,這樣可以使得水果片更徹底的切削破碎,使得物料的離心更加充分;然后我們考慮了端蓋與離心外殼的配合問題,這樣使得榨汁機的結構更加緊湊,更加家庭化,小型化。榨汁機的端蓋和離心外殼構成離心室,分離果汁的離心運動便在離心室中進行,端蓋上設有進料口,榨汁前,先將水果切成小片以便可以從進料口進入離心室中做離心運動,將水果片從進料口投入,然后用推料桿將水果片緊壓在圓形切削刀片上,刀片將水果片切成碎片,我們稱其為物料,這時物料在離心室中做離心運動,由于質量大的離心力也大,故隨著離心運動的進行,質量大的隨著回轉籃想高處運動,然后慢慢的甩出回轉籃,落到果渣盒中,而果汁透過回轉籃進入到回轉圓腔,然后隨著離心運動的進行留入果汁杯。至于壁厚我們設計為2mm,這樣就可以滿足我們的基本要求了。端蓋的結構如圖所示: 圖4-3 榨汁機頂蓋2)電機外殼電機外殼的作用主要是用來固定電動機,所以設計的時候我們主要考慮電動機部分,在電機外殼的內部我們?yōu)殡妱訖C設計了一個圓柱形殼體,電動機的固定方式我們才用螺母固定,在電機外殼的內壁頂部我們設有3個螺孔,這樣可以更好的保證電機的平穩(wěn)性。其次我們要考慮的是電機與驅動部件的配合,在電機外殼的頂部開有圓形口,電機軸端由此伸出,在電機軸端安有斜齒輪軸伸,這樣就可以與回轉籃相配合,達到驅動效果。再者,我們要考慮電機外殼與離心外殼和底座的配合以及蓋鎖在其上的安裝位置,考慮果汁杯和果渣盒的位置,我們將蓋鎖設計在電機外殼兩側面,與果汁杯和果渣盒位置分開。壁厚仍為2mm,某些局部可能有些變化,但起伏很小,不會影響模具的制造。圖4-4 電機外殼 3)果汁儲存杯的設計果汁杯和果渣盒的設計則主要考慮生活中的習慣問題,人在拿果汁杯和果渣盒的時候是否很方便,采用曲面方法,適合人體工程學,果汁出口要有一個杯子的高度,使果汁能夠順利流入杯子。設計圖如下所示??紤]到環(huán)形刀網和刀架與果汁儲存杯之間存在相對運動,必須考慮到密封的問題,在杯體和旋轉刀架之間嵌入丁腈橡膠圈,解決密封的問題。如圖所示。刀架密封圈果汁儲存 杯 圖4-5 密封結構設計圖4)電動部件電動部件主要是為榨汁機提供動力,有250W單相交流串激式電機、輸出軸、電機外殼、底座和電源開關等組成。串激式電機的結構如圖1所示。整機由轉軸、定子、定子繞組、轉子、轉子繞組、換向器和炭刷等組成。串激式電機的典型的特點是功率大、效率高、轉速隨負載力矩變化而變化,當負載減小時,串激式電機轉速增加,最高可達19000r/min左右。為避免轉速過高造成電機燒壞,一般不允許空載起動,同時也不宜加入太多水果,以免使電機超載而溫升過高。4.3 榨汁機的基本結構及其轉配4.3.1榨汁機的總體機構布局整機由榨汁機殼體、榨汁部件和電動部件三大部分組成。如圖4.1所示。電插板果汁儲存杯底座電機頂蓋 圖4-6 榨汁機總體結構一覽圖4.3.2榨汁機的零件總成及其裝配 此榨汁機的零件總成為:1、 底座2、 電機安裝座3、 電機外殼4、 電機軸連接件5、 定位環(huán)6、 刀架及刀網7、 果汁儲存杯8、 250w單相串激電動機 圖4-7 榨汁機內部結構視圖9、 電插板 1) 首先將250w單相串激電動機套入電機安裝支座并在輸出軸端部安裝孔配套擰入四對M5的螺釘和彈墊,之后將電機安裝座的另一端,轉配好榨汁機底座,并擰入4個M3的沉頭螺釘,使電機能夠穩(wěn)固在底座上。2) 把電機外殼罩入電機,與底座配合,并擰入4個M3的沉頭螺釘,使其穩(wěn)固在底座上。3) 套上果汁儲存杯,將電機軸連接件套入電機軸,將鍵敲入鍵槽,蓋上定位環(huán),再配裝M5的內六角螺釘和彈墊。4) 在果汁儲存杯底部嵌入一個丁腈小膠圈,將刀架螺旋擰入電機軸連接件,并使刀架底部稍徑向下壓緊密封圈,保證密封性能。5) 把上蓋配合旋入果汁儲存杯,至此,榨汁機安裝完畢。第五章 榨汁機的使用和保養(yǎng)1)使用前,先把切削刀和離心過濾器旋緊,然后把安放離心過濾器和切削刀的上箱緊固在底座上,再接通電源。 2)待電動機起動運轉正常后再投入食物。3)投放的食物不應過大、過厚或過硬,以免損壞切削刀和造成電機超載。4)離心籠內不應貯存過多的食物碎末。若碎末過多,應及時清理,否則會引起震動。5)榨汁機要經常保持機身內外清潔。在每次使用完畢之后,要認真加以清洗。但清洗時,切不可用水龍頭沖洗榨汁機的下部底座,也不要將其泡在水里,以免影響底座中電器部分的絕緣性能。使用注意事項:1、不應該空轉。榨汁機在空載時,其電機轉速非??欤苋菀自斐呻姍C軸磨損從而導致器具損壞。2、應該按照購買時所提供的使用說明書的要求來進行操作和清潔。不能讓榨汁機長時間(超過說明書中所規(guī)定的時間)工作;不能加工超過說明書規(guī)定量的材料;更不能加工除說明書規(guī)定外的其它東西。3、不要把整個產品浸入水中進行清洗,應完全按照說明書的要求進行清潔。4、不能自行維修榨汁機器具。榨汁機器具是涉及安全的日用品,消費者在使用過程中如果器具損壞不能正常工作,千萬不能自行拆開外殼進行維修。應該等其完全冷卻下來,再按說明書的要求進行操作,如果產品仍然不能正常工作,則應停止使用并送維修店或生產廠進行維修。5、在使用時,應該用手固定產品且不要把手伸入容器中,不能讓小孩觸及工作中的榨汁機器具。6、電源插頭應該完全地插入插座中,對帶接地的產品,應該與帶接地插口的插座連接。 參考文獻1食品機械設備常用的非金屬材料.中國食品產業(yè)網,2006年. 2張良成.材料力學M.中國農業(yè)出版社,2003年. 3北京農業(yè)工程大學.農業(yè)機械學(下)M.中國農業(yè)出版社,1989. 4肖振金.食品工廠機械與設備M.北京:輕工業(yè)出版社,1991年 5同濟大學理論力學教研室編.理論力學M.同濟大學出版社,1990.6杜朋.果蔬汁飲料工藝學M.北京:農業(yè)出版社,1992.131-157 7電機工程手冊M.1990年.8謝衛(wèi),電工技術雜志,1995年9汪國梁.串激電動機的設計,1990年 10中國農業(yè)機械化科學研究院.實用機械設計手冊M.中國農業(yè)機械出版社,1985年.11沈再春.農產品加工機械與設備M.農業(yè)出版社,1993年.12肖振金.食品工廠機械與設備M.北京:輕工業(yè)出版社,1991年.13食品機械原理與使用.廣東科技出版社,1988年.14 中怡康全國市場監(jiān)測數據庫M.2006年.致 謝經過一個多月的忙碌,本次畢業(yè)設計已經接近尾聲,作為一個本科生的畢業(yè)設計,由于我經驗的匱乏和知識積累的不足,難免有許多考慮不周全的地方,希望各位老師批評指正!本次設計的整個過程都得到了高偉老師的悉心指導在此表示衷心的感謝。高老師多次詢問研究進程,并為我指點迷津,幫組我開拓思路、精心點撥、熱忱鼓勵。高老師一絲不茍的作風,嚴謹求實的態(tài)度一直是我工作、學習中的榜樣;他循循善誘的教導和不拘一格的思路都給予我無盡的啟迪。在這次畢業(yè)設計過程中非常感謝陳志遠同學和黃賢同學的無私幫助。同時還要感謝所有老師對我的教育培養(yǎng),你們的諄諄教導我會牢記于心。最后,我祝愿所有的老師都身體健康,工作順利;祝所有的同學都能事有所成。
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