基于Solidworks土豆去皮機(jī)的三維設(shè)計(jì)【含SW三維圖】
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專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 院
工程學(xué)院
姓 名
季伶俐
指導(dǎo)教師
劉天祥
設(shè)計(jì)題目
基于Solidworks土豆去皮機(jī)的三維設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)前期工作小結(jié)
前期我主要完成了與課題相關(guān)的分析工作，通過對(duì)相關(guān)的文獻(xiàn)資料進(jìn)行細(xì)統(tǒng)的搜集、分析，選出了與設(shè)計(jì)有關(guān)的資料備用，分析了一些去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造的情況，以及與傳統(tǒng)工藝的區(qū)別。擬定了設(shè)計(jì)對(duì)象，對(duì)整體進(jìn)行了系統(tǒng)分析，尋找最佳設(shè)計(jì)方案，按時(shí)完成了前期的工作計(jì)劃，并開始為下一階段的設(shè)計(jì)做準(zhǔn)備。
畢業(yè)設(shè)計(jì)中期工作小結(jié)
經(jīng)過前期大量的資料收集后選擇了去皮機(jī)為本次設(shè)計(jì)的對(duì)象，結(jié)合以前所學(xué)的知識(shí)，對(duì)其進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析及工序安排，并制定了其加工工藝，編寫了加工的程序清單，完成了加工用量的選擇和相應(yīng)計(jì)算，制定了相應(yīng)加工的工藝卡片。在此過程中所遇到的問題通過與老師溝通，大部分已經(jīng)得到解決，并開始著手最后階段的設(shè)計(jì)工作。
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽名：
2009屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期匯表
填表日期：2009-4-23
黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)
本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
論文題目
基于Solidworks土豆去皮機(jī)的三維設(shè)計(jì)
學(xué)院名稱
工程學(xué)院
姓名
季伶俐
專業(yè)班級(jí)
設(shè)計(jì)05（1）班
指導(dǎo)教師
劉天祥
課題類型
設(shè)計(jì)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的內(nèi)容摘要
去皮機(jī)整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，圓盤的設(shè)計(jì)、齒輪的設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）基本要求及工作量要求
土豆去皮機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；去皮機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)裝配圖：1張；圓盤零件圖：1張；齒輪零件圖：1張；轉(zhuǎn)軸零件圖：1張。要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理，并且有廣泛的使用性。
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的主要階段計(jì)劃（分前期、中期、后期）
前期：進(jìn)行方案的論證，確定方案，完成開題報(bào)告和摘要等。
中期：進(jìn)行土豆去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要部件的設(shè)計(jì)，按規(guī)定的統(tǒng)一規(guī)范化要求撰寫設(shè)計(jì)說明書。
后期：審查設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備答辯；畢業(yè)答辯；修改說明書和圖紙。
任務(wù)下發(fā)日期
2009-3-7
完成日期
2009-5-30
系主任 主管教學(xué)院長審批（簽字）：
黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告
學(xué)生姓名： 季伶俐 學(xué) 號(hào)： 20054024158
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
設(shè)計(jì)(論文)題目：基于solidworks土豆去皮機(jī)的三維設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師： 劉天祥
2009年 3 月 19 日
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
文 獻(xiàn) 綜 述
1、土豆去皮機(jī)的工作原理：
以電機(jī)為動(dòng)力，通過齒輪帶動(dòng)圓筒底部的磨盤旋轉(zhuǎn)。磨盤上表面中間低、邊緣高，呈波浪形。塊莖加入圓筒內(nèi)，因離心力和相互碰撞作用，在圓筒內(nèi)上、下、左、右翻動(dòng)，并不斷地滾動(dòng)；而圓筒上的彈板，將塊莖彈回，在磨盤和彈板共同作用下土豆塊莖被均勻地磨去外皮，實(shí)現(xiàn)土豆去皮的目的。去皮結(jié)束時(shí)加入清水，再打開側(cè)門，塊莖從側(cè)門排出，皮屑隨水流從磨盤的周圍間隙排出。該機(jī)為間歇生產(chǎn)。去皮機(jī)工作時(shí)，磨盤以一定的速度旋轉(zhuǎn)，工作室內(nèi)的土豆在離心力、重力和摩擦力共同作用下，利用土豆相對(duì)于工作磨盤間的相對(duì)速度差，將土豆的皮去掉。
2、應(yīng)用SolidWorks進(jìn)行三維設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì):
設(shè)計(jì)過程直觀簡(jiǎn)便SolidWorks三維設(shè)計(jì)直接從三維模型入手，省去了三維與二維之間的轉(zhuǎn)化。設(shè)計(jì)者可以方便地通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、特征陣列、鉆孔等操作不斷改變其結(jié)構(gòu)，最終完成全部零部件的設(shè)計(jì)。建立模型時(shí)，SolidWorks對(duì)每個(gè)特征尺寸自動(dòng)賦值，這些數(shù)值可隨時(shí)更改。由于SolidWorks的參數(shù)設(shè)計(jì)功能，實(shí)體模型將隨特征尺寸數(shù)值的變化重新生成，因此修改非常方便。
非圓曲線或不規(guī)則曲面的設(shè)計(jì)表達(dá)精確SolidWorks軟件通過帶控制線的掃描、放樣、填充以及拖動(dòng)可控制的相切操作產(chǎn)生復(fù)雜的曲面；可以直觀地對(duì)曲面進(jìn)行修剪、延伸、倒角和縫合等操作，使非圓曲線或不規(guī)則曲面的設(shè)計(jì)表達(dá)得更精確、直觀。
設(shè)計(jì)效率高SolidWorks軟件采用參數(shù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)模式，可以通過修改相關(guān)的參數(shù)來完善設(shè)計(jì)方案，支持設(shè)計(jì)方案的動(dòng)態(tài)修改。軟件包含標(biāo)準(zhǔn)圖庫，用戶也可任意擴(kuò)充自定義的圖庫，因而減少了不必要的重復(fù)性設(shè)計(jì)工作；應(yīng)用SolidWorks軟件的質(zhì)量特征功能，只需輸入零件的材質(zhì)屬性（密度），即可直接輸出零件的質(zhì)量特性，如質(zhì)量、體積、重心、慣性矩、慣性張量等，從而減少了很多復(fù)雜的計(jì)算利用SolidWorks軟件可開展力學(xué)仿真、裝配仿真、外觀效果評(píng)價(jià)等。SolidWorks可以通過任意旋轉(zhuǎn)或剖切，對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)仿真的干涉檢查和間隙檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題立即修正。把“試制過程”放在設(shè)計(jì)階段,可避免做成實(shí)物后才發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而有效地提高設(shè)計(jì)的成功率。
Solidworks主要包括數(shù)字化建模、數(shù)字化裝配、數(shù)字化評(píng)價(jià)、數(shù)字化制造以及數(shù)字化信息交換等方面。數(shù)字化建模是由編程者預(yù)先設(shè)置一些幾何圖形模塊，然后設(shè)計(jì)者在造型建模時(shí)可以直接使用，通過改變一個(gè)幾何圖形的相關(guān)尺寸參數(shù)可以產(chǎn)生其它幾何圖形，任設(shè)計(jì)者發(fā)揮創(chuàng)造力。數(shù)字化裝配是在所有零件建模完成后，可以在設(shè)計(jì)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)預(yù)裝配，可以獲得有關(guān)可靠性、可維護(hù)性、技術(shù)指標(biāo)、工藝性等方面的反饋信息，便于及時(shí)修改。數(shù)字化評(píng)價(jià)是該系統(tǒng)中集中體現(xiàn)設(shè)計(jì)特征的部分，它將各種美學(xué)原則、風(fēng)格特征、人機(jī)關(guān)系等語義性的東西通過數(shù)學(xué)建模進(jìn)行量化，使工業(yè)設(shè)計(jì)的知識(shí)體系對(duì)設(shè)計(jì)過程的指導(dǎo)真正具有可操作性。比如生成的渲染效果圖或?qū)嶓w模型，可以進(jìn)行機(jī)構(gòu)仿真、外型、色彩、材質(zhì)、工藝等方面的評(píng)價(jià)，更直觀且實(shí)用。數(shù)字化制造是在數(shù)字化工廠中完成，它能自動(dòng)生成自動(dòng)識(shí)別加工特征、工藝計(jì)劃、自動(dòng)生成NC刀具軌跡，并能定義、預(yù)測(cè)、測(cè)量、分析制造公差等。數(shù)字化信息交換是基于，使該設(shè)計(jì)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)與其它平臺(tái)的信息資源共享。
Solidworks系統(tǒng)是按照系統(tǒng)工程的思想，以工業(yè)設(shè)計(jì)和為指導(dǎo)的智能型創(chuàng)新性的產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。首先是利用各種信息，在Solidworks系統(tǒng)平臺(tái)里利用真實(shí)感造型設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行形態(tài)設(shè)計(jì)、色彩設(shè)計(jì)、材質(zhì)設(shè)計(jì)和人機(jī)設(shè)計(jì)等方面的語義設(shè)計(jì)，然后在數(shù)字裝配系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)數(shù)字化裝配，在綜合評(píng)價(jià)系統(tǒng)中進(jìn)行美學(xué)、語義學(xué)等方面的分析評(píng)價(jià)，提出產(chǎn)品造型方案。最后將最終方案輸出到加工設(shè)備，加工出產(chǎn)品，投放到市場(chǎng)，之后再收集有關(guān)信息，反饋到Solidworks平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)再設(shè)計(jì)。這種方法利用網(wǎng)絡(luò)和其它平臺(tái)相連接，使設(shè)計(jì)人員從一開始就考慮到產(chǎn)品生命周期的所有環(huán)節(jié)，把設(shè)計(jì)、制作、使用等方面合理組織起來，及時(shí)解決不同環(huán)節(jié)之間的沖突，充分調(diào)動(dòng)了所有人的積極性和創(chuàng)造性。
Solidworks，即在計(jì)算機(jī)技術(shù)和工業(yè)設(shè)計(jì)相結(jié)合形成的系統(tǒng)支持下，進(jìn)行工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域內(nèi)的各種創(chuàng)造性活動(dòng)。與傳統(tǒng)的工業(yè)設(shè)計(jì)相比，Solidworks在設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)質(zhì)量和設(shè)計(jì)效率等各方面都發(fā)生了質(zhì)的變化，它涉及了CAD技術(shù)、人工智能技術(shù)、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、敏捷制造、優(yōu)化技術(shù)、模糊技術(shù)、人機(jī)工程等許多信息技術(shù)領(lǐng)域，是一門綜合的交叉性學(xué)科。
參考資料：
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[9]曾建超，俞志和，虛擬現(xiàn)實(shí)的技術(shù)及其應(yīng)用，清華大學(xué)出版社，1996。
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）
1. 去皮機(jī)的設(shè)計(jì)：
在我國，僅有百分之幾的土豆用于深加工，不僅營養(yǎng)價(jià)值低，而且經(jīng)濟(jì)效益也差。其原因主要是缺少加工設(shè)備，特別是去皮機(jī)械。因此，設(shè)計(jì)土豆去皮機(jī)械具有實(shí)際意義。根據(jù)功能要求，綜合比較各種方式，確定設(shè)計(jì)方案；進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算以及零部件的結(jié)構(gòu)、尺寸設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)采用立置筒式機(jī)械摩擦去皮方式。
2. 裝配體的仿真運(yùn)動(dòng)、檢測(cè)及全相關(guān)的動(dòng)態(tài)修改：
在零部件的裝配設(shè)計(jì)中，已建立了各零部件之間的約束關(guān)系，應(yīng)用SolidWorks提供的動(dòng)態(tài)仿真功能，使零件或部件按約束條件進(jìn)行仿真運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，可以動(dòng)態(tài)地查看裝配體的所有運(yùn)動(dòng)，并且對(duì)運(yùn)動(dòng)的零部件進(jìn)行動(dòng)態(tài)的干涉檢查和間隙檢測(cè)。觀察零部
件之間有無干涉等現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)進(jìn)行糾正。SolidWorks支持對(duì)設(shè)計(jì)方案的動(dòng)態(tài)修改，設(shè)計(jì)者可以通過修改參數(shù)來改變零件尺寸及裝配體中的各個(gè)零部件間的特征形狀和尺寸關(guān)系，其余部分會(huì)由系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)和更新，使修改工作方便易行。零件的三維造型設(shè)計(jì)應(yīng)用SolidWorks的拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、放樣和掃描、陣列特征和鉆孔等建模功能完成去皮機(jī)的各個(gè)零件的三維設(shè)計(jì)，并在此過程中不斷完善、修改其形狀和尺寸，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)。SolidWorks的模擬裝配功能是將三維造型設(shè)計(jì)中構(gòu)建的零件模型依據(jù)零部件之間的連接方式、裝配關(guān)系，添加相應(yīng)裝配約束（如同軸、平行、重合等）進(jìn)行模擬裝配。在此過程中隨時(shí)檢查零部件之間是否有干擾和碰撞，并及時(shí)地修改相關(guān)零件的結(jié)構(gòu)、尺寸。
3. 二維工程圖的生成：
SolidWorks可以利用已建立的裝配體模型生成二維工程圖。系統(tǒng)可根據(jù)三維模型的尺寸自動(dòng)生成二維尺寸并可以靈活調(diào)整尺寸的種類和位置，設(shè)計(jì)者只需對(duì)其稍加修改即可。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
1．對(duì)“文獻(xiàn)綜述”的評(píng)語：
2．對(duì)本課題的深度、廣度及工作量的意見和對(duì)設(shè)計(jì)（論文）結(jié)果的預(yù)測(cè)：
指導(dǎo)教師：
年 月 日
所在專業(yè)審查意見：
負(fù)責(zé)人：
年 月 日
6
黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
學(xué)士學(xué)位畢業(yè)設(shè)計(jì)
基于Solidworks土豆去皮機(jī)的三維設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名：季伶俐
指導(dǎo)教師：劉天祥
所在學(xué)院：工程學(xué)院
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
中國·大慶
2009 年 6 月
III
摘要
本設(shè)計(jì)結(jié)合我國餐飲行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，力求經(jīng)濟(jì)實(shí)用，為此設(shè)計(jì)的一款適用于中小型飯店和賓館等餐飲場(chǎng)所的土豆去皮機(jī)。其設(shè)計(jì)的重點(diǎn)主要在于圓盤尺寸的設(shè)計(jì)，去皮機(jī)整體功率的計(jì)算。通過功率和轉(zhuǎn)速的計(jì)算，選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)，設(shè)計(jì)傳動(dòng)齒輪結(jié)構(gòu)及尺寸，設(shè)計(jì)軸結(jié)構(gòu)及尺寸，以及校核各傳動(dòng)部件的傳動(dòng)比。最后進(jìn)行整體裝配，并繪制出相應(yīng)的裝配圖。
關(guān)鍵詞：三維設(shè)計(jì)；摩擦；去皮機(jī)械
Abstract
This design combines the status food industry of china .It sought to economic and practical , designs a potato skinning machine which apply to small and medium-sized hotels or canteens and other places. Its main focus is the design of disk’s size, the power calculation of overall peeler, through it’s power and speed, the choice of motor model, the design of transmission gear’s structure and size. The last one is the design of appearance assembly unit and drawing corresponding assembly .
Key words: Three-dimensional design; Friction; Skins the machinery
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 前言 1
1.1土豆去皮機(jī)的機(jī)理 2
1.2 SolidWorks軟件的特點(diǎn)、應(yīng)用與展望 2
1.2.1 Solidworks軟件的主要發(fā)展歷程 2
1.2.2 SolidWorks軟件的特點(diǎn) 2
1.2.3 Solidworks軟件的應(yīng)用 3
1.2.4發(fā)展前景 3
1.3使用Solidworks設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì) 4
1.3.1易用和友好的界面 4
1.3.2 配置管理 4
1.3.3 裝配體設(shè)計(jì)建模 4
1.3.4工程圖 5
1.3.5零件建模 5
2 土豆去皮機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì) 6
2.1 去皮機(jī)整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6
2.1.1 去皮機(jī)材料的選擇 6
2.1.2 去皮機(jī)料筒的設(shè)計(jì) 6
2.1.3 去皮機(jī)支架的設(shè)計(jì) 7
2.2 圓盤的設(shè)計(jì) 7
2.2.1 圓盤上物料的受力分析 8
2.2.2 去皮機(jī)正常工作轉(zhuǎn)速的條件 9
2.2.3 去皮機(jī)功率的計(jì)算 10
2.2.4 電動(dòng)機(jī)的選型 12
2.3 齒輪的設(shè)計(jì)和校核 13
2.3.1 選擇齒輪的材料和齒數(shù)及齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 13
2.3.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 15
2.5 轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 18
2.5.1 初步估計(jì)軸徑 18
2.5.2 軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 19
2.5.3 軸的強(qiáng)度校核 20
2.5.4 軸上軸承的選擇 23
2.5.5 軸上軸承的校核 24
結(jié) 論 28
參考文獻(xiàn) 29
致 謝 30
黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
1 前言
馬鈴薯是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)作物，世界上共有140多個(gè)國家和地區(qū)栽培，主要分布在歐洲和亞洲，國外馬鈴薯主要用于精加工，我國豐富的馬鈴薯資源至今沒有很好的開發(fā)和利用，絕大部分只用作雜糧和飼料。每年的霉?fàn)€損失甚大，用于加工的尚不到5%，嚴(yán)重影響了廣大農(nóng)民種植馬鈴薯的積極性。
近年來，馬鈴薯在日常生活中所占的地位越來越明顯，因此得到了廣泛的種植和開發(fā)，對(duì)淀粉，以及薯類等深加工產(chǎn)品的需求量也越來越大，因此土豆去皮機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)也變得越來越重要。在我國，尤其在國內(nèi)的中小型飯店和賓館等餐飲單位，在對(duì)馬鈴薯進(jìn)行烹制前的處理過程中，并沒有采用高效的土豆去皮設(shè)備，而是仍然采用老套的人工去皮方法，甚至有些則不去皮而直接用于烹制，對(duì)顧客的飲食衛(wèi)生產(chǎn)生潛在隱患。為此，設(shè)計(jì)一款實(shí)用性較強(qiáng)且價(jià)格低廉的土豆去皮設(shè)備不僅可以提高土豆的去皮效率，而且還可以符合其相應(yīng)的衛(wèi)生條件。
SolidWorks95是SolidWorks公司在1995年推出的第一個(gè)基于Windows操作系統(tǒng)及特征建模的實(shí)體造型系統(tǒng)。SolidWorks軟件的最初目標(biāo)是運(yùn)行于Windows平臺(tái)上的主流只維設(shè)計(jì)產(chǎn)品，把功能強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)軟件放在每一位工程師的桌上。前一個(gè)目標(biāo)可以說基本實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在SolidWorks軟件已經(jīng)成為PC級(jí)CAD軟件中最成功最具有代表性的一套中檔三維CAD軟件。
Solidworks是從技術(shù)、等多種角度,對(duì)批量生產(chǎn)的工業(yè)產(chǎn)品的功能、材料、構(gòu)造、形態(tài)、色彩、表面處理、裝飾等要素進(jìn)行綜合性的設(shè)計(jì),創(chuàng)造出能夠滿足人們不斷增長的物質(zhì)需求的新產(chǎn)品。工業(yè)設(shè)計(jì)在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品成型以及商品的銷售、服務(wù)和企業(yè)形象的樹立過程中,都扮演著重要的角色,它是工業(yè)文明的靈魂,是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與藝術(shù)的統(tǒng)一,也是與經(jīng)濟(jì)、文化的高度融合。隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，特別是信息時(shí)代的到來，市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的性能、價(jià)格和交貨期的要求更加苛刻，要求產(chǎn)品的研發(fā)周期短、品種多樣化、趣味化、個(gè)性化、小批量。這些都要求制造企業(yè)能夠快速開發(fā)出高質(zhì)量的產(chǎn)品，以影響市場(chǎng)、響應(yīng)市場(chǎng)的需求、提高自身的競(jìng)爭(zhēng)力。傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能滿足瞬息萬變的市場(chǎng)需求，而且此軟件易學(xué)易懂，便于學(xué)習(xí)。
從發(fā)展上講，從來沒有一種技術(shù)像計(jì)算機(jī)技術(shù)那樣對(duì)人類歷史產(chǎn)生如此深遠(yuǎn)的影響，人類正步入數(shù)字化時(shí)代。進(jìn)入21世紀(jì),就意味著進(jìn)入了經(jīng)濟(jì)全球化和知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代。21世紀(jì)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)是科學(xué)技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng),作為從科學(xué)技術(shù)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的一個(gè)橋梁,工業(yè)設(shè)計(jì)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中越來越體現(xiàn)出其重要性。設(shè)計(jì)意味著一個(gè)產(chǎn)品市場(chǎng)占有率的大小，意味著一個(gè)組織競(jìng)爭(zhēng)能力的強(qiáng)弱，一個(gè)國家生產(chǎn)力水平的高低。在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家，由于政府的關(guān)注與支持,其起到了增強(qiáng)產(chǎn)品銷售感染力和促進(jìn)貿(mào)易發(fā)展的重要作用。
1.1土豆去皮機(jī)的機(jī)理
以電機(jī)為動(dòng)力，通過齒輪帶動(dòng)圓筒底部的磨盤旋轉(zhuǎn)。磨盤表面中間低、邊緣高，呈波浪形。塊莖加入圓筒內(nèi)，因離心力和相互碰撞作用，在圓筒內(nèi)上、下、左、右翻動(dòng)，并不斷地滾動(dòng)；在磨盤和筒壁共同作用下土豆塊莖被均勻地磨去外皮，實(shí)現(xiàn)土豆去皮的目的。去皮結(jié)束時(shí)加入清水，再打開側(cè)門，塊莖從側(cè)門排出，皮屑隨水流從磨盤的周圍間隙排出。該機(jī)為間歇生產(chǎn)。
1.2 SolidWorks軟件的特點(diǎn)、應(yīng)用與展望
1.2.1 Solidworks軟件的主要發(fā)展歷程
SolidWorks95是SolidWorks 公司在1995 年推出的第一個(gè)基于 Windows操作系統(tǒng)及特征建模的實(shí)體造型系統(tǒng)。
1997年推出的SolidWorks97支持lnternet技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，提供了VB, VC++和其他支持OLE的開發(fā)語言接口;并且以Windows為平臺(tái)，集成了Motion Works(動(dòng)態(tài)仿真軟件).CosmosWorks(工程分析軟件).SurfCAM(數(shù)控加工軟件)以及SmarTeam(工程數(shù)據(jù)管理軟件)等。
2000年SolidWorks2000問世，在文件管理、大圖和工程繪圖的性能、大裝配處理的速度、使用方便性、復(fù)雜曲而造型以及繪圖效率等方而進(jìn)行了較大的提高和改進(jìn)。
2003年推出的SolidWorks2003為廣大用戶提供了史具實(shí)用性的平臺(tái)軟件及增值產(chǎn)品。短短幾年，己經(jīng)連續(xù)發(fā)行了幾個(gè)版本，在功能和技術(shù)上都有創(chuàng)新和提高，特別是剛剛推出的SolidWorks 2006，更是向人們展示了Windows原創(chuàng)CAD軟件在復(fù)雜模型設(shè)計(jì)和大規(guī)模產(chǎn)品裝配設(shè)計(jì)上的力量。
1.2.2 SolidWorks軟件的特點(diǎn)
(1)基于特征及參數(shù)化的造型
SolidWorks裝配體由零件組成，而零件由特征(例如凸臺(tái)、螺紋孔、筋板等)組成。這種特征造型方法，直觀地展示人們所熟悉的二維物體，體現(xiàn)設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)意圖。
(2)巧妙地解決了多重關(guān)聯(lián)性
SolidWorks創(chuàng)作過程包含三維與二維交替的過程，因此完整的設(shè)計(jì)文件包括零件文件、裝配文件和二者的工程圖文件。SolidWorks軟件成功的處理了創(chuàng)作過程中存在多重關(guān)聯(lián)性，使得設(shè)計(jì)過程順暢、簡(jiǎn)單及準(zhǔn)確。
(3)易學(xué)易用
SolidWorks軟件易于使用者學(xué)習(xí)，便于使用者進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造和交流。熟悉Windows系統(tǒng)的人基本上都可以運(yùn)用Solidworks軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，而且軟件圖標(biāo)的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明了，幫助文件詳細(xì)，自帶教程豐富，又采用核心漢化，易學(xué)易懂。其他三維CAD軟件學(xué)習(xí)通常需要三個(gè)月，而Solidworks只需要2-3周。
1.2.3 Solidworks軟件的應(yīng)用
(1)在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域
Solidworks豐富的功能和特點(diǎn)使其在引領(lǐng)新時(shí)尚的工業(yè)設(shè)計(jì)中日益重要。常用的工業(yè)設(shè)計(jì)(lndustrial Design)中的步驟總要分為機(jī)械造型設(shè)計(jì)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)兩步:造型設(shè)計(jì)采用Photoshop 3Dmax ,maya等軟件完成，然后用機(jī)械設(shè)計(jì)軟件如AutoCAD ,Pro/E ,UG等出零件圖或裝配圖，由于兩類軟件存在中間轉(zhuǎn)換的問題，設(shè)計(jì)思路過程被割裂為二，對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念的體現(xiàn)存在極大地缺陷。而應(yīng)用Solidworks軟件后，藝術(shù)造型設(shè)計(jì)和機(jī)械工程設(shè)計(jì)都可以在一個(gè)軟件中完成，有效地將設(shè)計(jì)思路合為一體。
(2)在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域
Solidworks軟件廣泛用于汽車、重工業(yè)、模具、離散制造、紡織機(jī)械等設(shè)計(jì)中。
(3)在教育領(lǐng)域
三維CAD教育己經(jīng)成為主流，Solidworks以其Windows界面、完全漢化、易學(xué)易用、開放性的功能特點(diǎn)將要成為教育領(lǐng)域中的首選CAD教學(xué)軟件。
1.2.4發(fā)展前景
當(dāng)今世界科技產(chǎn)品趨向于功能強(qiáng)大、結(jié)構(gòu)緊湊且新穎獨(dú)特;市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)要求產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)周期短、上市快、成本低且性能優(yōu)良;生產(chǎn)制造全球化要求多方合作、協(xié)同管理且共享資源。因此，Solidworks軟件也必然適應(yīng)世界發(fā)展的需要，“不斷增強(qiáng)三維造型功能，不斷提高軟件的易用性，不斷擴(kuò)展數(shù)據(jù)的交流”，向著智能化、協(xié)同化和虛擬現(xiàn)實(shí)化軟件方向發(fā)展。
(1)智能化
為了使設(shè)計(jì)者以最快的速度、參閱資料完成卓越的設(shè)計(jì)，Solidworks必須不斷的完善智能化的功能如智能裝配、改錯(cuò)方案、智能提示、設(shè)計(jì)思路智能提示等。
(2)協(xié)同化
為了使設(shè)計(jì)者能夠多方合作、易地交流、協(xié)同一致地完成各種各樣的設(shè)計(jì)，Solidworks必須不斷地增強(qiáng)信急交流和協(xié)作平臺(tái)、豐富資源庫、完善產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫管理、提供更強(qiáng)大的輸入輸出接口等。
(3)虛擬現(xiàn)實(shí)化
2004年推出的SolidWorks2004，基于這個(gè)目標(biāo)，增加了約250項(xiàng)新特性。這些新特性包括:革命性的焊件環(huán)境，模擬設(shè)計(jì)師工作的真實(shí)環(huán)境;新的內(nèi)存儲(chǔ)管理技術(shù)，能夠處理包含數(shù)千個(gè)零件的裝配件;新的凹模和凸模命令使得兩個(gè)主要模具零件設(shè)計(jì)自動(dòng)化;過切分析在生產(chǎn)模具前自動(dòng)檢測(cè)潛在的問題;新的表面合模命令能夠自動(dòng)定位和封閉凹模和凸模;新的表而功能提供一系列預(yù)先設(shè)置的裝飾選項(xiàng)，使得拔模角度和倒角自動(dòng)化;新的SolidWorks RealView特性，用戶現(xiàn)在能夠利用真實(shí)的材料和質(zhì)地在設(shè)計(jì)的不同階段創(chuàng)建類似真實(shí)效果的視圖等等。展望未來，Solidworks軟件必將在設(shè)計(jì)師和工程師的思想中不斷進(jìn)步。
1.3使用Solidworks設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)
1.3.1易用和友好的界面
在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的工作中，Solidworks能夠完全自動(dòng)捕捉設(shè)計(jì)意圖，并引導(dǎo)設(shè)計(jì)修改，它用人們熟悉的Windows方式，工作中十分簡(jiǎn)便，下拉菜單、鼠標(biāo)點(diǎn)擊、剪切復(fù)制和拖動(dòng)放置等是常用的操作。特征模板是一個(gè)可以隨時(shí)打開的設(shè)計(jì)信息庫，從而使標(biāo)準(zhǔn)零件和標(biāo)準(zhǔn)特征的引用變得異常輕松。尺寸、相互關(guān)系和幾何輪廓形狀可以隨時(shí)修改,設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)也是完全編輯的。特征的換序利用拖動(dòng)放置即可完成。特征樹中的回放指示條能逐步反推模型的生成過程。零部件與零部件之間和零部件與圖紙之間的相關(guān)性可以進(jìn)行有選擇的更新。
1.3.2 配置管理
配置管理是Solidworks軟件體系中非常獨(dú)特的一部分，能夠在一個(gè)CAD文檔中通過對(duì)不同參數(shù)變換和組合，派生出不同的零件和裝配體，要生成一個(gè)配置，先指定名稱與屬性，然后再根據(jù)需要來修改模型以生成不同的設(shè)計(jì)變化，可以于動(dòng)建立配置，或者使用系例零件設(shè)計(jì)表同時(shí)建立多個(gè)配置。
1.3.3 裝配體設(shè)計(jì)建模
在Solidworks的裝配設(shè)計(jì)中可以直接參照已有的零件生成新的零件。不論設(shè)計(jì)用"自頂而下”的方法，還是“自底而上”的方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，Solidworks都將以其易用的操作，大幅度地提高設(shè)計(jì)的效率。您可以自下而上設(shè)計(jì)一個(gè)裝配體，或自上而下進(jìn)行設(shè)計(jì)，或兩種方法結(jié)合使用。
自下而上設(shè)計(jì)法是比較傳統(tǒng)的方法。在自下而上設(shè)計(jì)中，先生成零件并將之插入裝配體，然后根據(jù)設(shè)計(jì)要求配合零件。自下而上設(shè)計(jì)法的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)榱悴考仟?dú)立設(shè)計(jì)的，與自上而下設(shè)計(jì)法相比，它們的相互關(guān)系及重建行為更為簡(jiǎn)單。使用自下而上設(shè)計(jì)法可以專注于中個(gè)零件的設(shè)計(jì)工作。當(dāng)不需要建立控制零件大小和尺寸的參考關(guān)系時(shí)（相對(duì)于其它零件)，則此方法較為適用。
自上而下設(shè)計(jì)法從裝配體中開始設(shè)計(jì)工作，這是兩種設(shè)計(jì)方法的不同之處。可以使用一個(gè)零件的幾何體來幫助定義另一個(gè)零件，或生成組裝零件后才添加的加工特征。可以將布局草圖作為設(shè)計(jì)的開端，定義固定的零件位置、基準(zhǔn)面等，然后參考這些定義來設(shè)計(jì)零件。
例如，可以將一個(gè)零件插入到裝配體中，然后根據(jù)此零件生成一個(gè)夾具。使用自上而下設(shè)計(jì)法在關(guān)聯(lián)中生成夾具，這樣可參考模型的幾何體，通過與原零件建立幾何關(guān)系來控制夾具的尺寸。
1.3.4工程圖
Solidworks軟件可以為3D實(shí)體零件和裝配體創(chuàng)建2D工程圖。零件、裝配體和工程圖是互相鏈接的文件;對(duì)零件或裝配體所作的任何更改會(huì)導(dǎo)致工程圖文件的相應(yīng)變更;在安裝軟件時(shí)，可設(shè)定工程圖及模型間的中向鏈接關(guān)系，這可防止對(duì)模型尺寸的改變，從而防止在工程圖中對(duì)模型本身的更改。一般來說，工程圖包含幾個(gè)由模型建立的視圖，也可以由現(xiàn)有的視圖建立視圖。例如，剖面視圖是由現(xiàn)有的工程視圖所生成的。
1.3.5零件建模
3D零件是Solidworks機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的基本組成部件。傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)人員必須具有較強(qiáng)的三維空間想象能力和表達(dá)能力，他們必須在腦海里構(gòu)造零件的三位形狀，然后按照三視圖的投影規(guī)律，用二維工程圖將零件的三維形狀表達(dá)出來，這種設(shè)計(jì)方式工作量大，且缺乏直觀性。Solidworks采用三維模型進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程更加符合設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)習(xí)慣和思維方法。由于Solidworks系統(tǒng)具有設(shè)計(jì)直觀效率高等特點(diǎn)，相信在不久的將來會(huì)完全取代二維CAD軟件。
2 土豆去皮機(jī)機(jī)械設(shè)計(jì)
土豆皮機(jī)是一種小型間歇式去皮設(shè)備，依靠旋轉(zhuǎn)的工作構(gòu)件驅(qū)動(dòng)物料旋轉(zhuǎn)，使得物料在離心力的作用下，在機(jī)器內(nèi)上下翻轉(zhuǎn)并與機(jī)器構(gòu)件產(chǎn)生摩擦，從而使物料的皮層被擦離。下面介紹土豆去皮機(jī)整體機(jī)構(gòu)和各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)。
2.1 去皮機(jī)整體機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
土豆去皮機(jī)的整體設(shè)計(jì)要求簡(jiǎn)單，安全，實(shí)用，移動(dòng)方便，盡量節(jié)省原材料。
該土豆去皮機(jī)使用機(jī)械摩擦去皮原理進(jìn)行去皮，該機(jī)由機(jī)筒、機(jī)座、機(jī)架、電動(dòng)機(jī)、圓盤、機(jī)蓋等部分組成。它以電機(jī)為動(dòng)力，通過減速齒輪帶動(dòng)機(jī)盤底部的圓盤旋轉(zhuǎn)。塊莖加入機(jī)筒內(nèi)，因其離心力和相互碰撞作用的作用下，在機(jī)筒內(nèi)上、下、左、右翻動(dòng)，表面被圓盤均勻的磨擦。去皮過程中加入清水，磨擦掉的皮屑和水一起經(jīng)筒底的排水口排出，塊莖從側(cè)門自動(dòng)卸出，該機(jī)為間歇生產(chǎn)。
2.1.1 去皮機(jī)材料的選擇
此去皮機(jī)的筒壁和機(jī)體是厚的鋼板，去皮機(jī)機(jī)架由熱扎等邊角鋼焊接組成，圓盤采用的45鋼，其中筒壁的內(nèi)側(cè)和圓盤的表面均鍍有金剛砂，以增大圓筒內(nèi)壁和圓盤的摩擦系數(shù)，增大摩擦力，有利于提高去皮機(jī)的摩擦效率。
2.1.2 去皮機(jī)料筒的設(shè)計(jì)
根據(jù)圓筒的工作原理，圓筒的設(shè)計(jì)重點(diǎn)主要是保證物料在圓筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的高度，不能發(fā)生物料在運(yùn)動(dòng)過程中跳出圓筒的情況，同時(shí)此高度也要保證物料在圓筒內(nèi)有充分的摩擦機(jī)會(huì)，增加筒內(nèi)土豆的摩擦效率，所以設(shè)計(jì)此圓筒的高度為，圓筒的內(nèi)徑為。圓筒的上面設(shè)計(jì)一開口，并有一向內(nèi)收的倒角，方便馬鈴薯的倒入。在圓筒的側(cè)壁上設(shè)計(jì)了一個(gè)抽動(dòng)門，當(dāng)去皮結(jié)束后，在電動(dòng)機(jī)逐漸停止運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下打開門，去皮后的土豆由于離心力的作用下滾出。
另外，圓筒的下端要設(shè)計(jì)成圓環(huán)凹陷的形狀，由上方?jīng)_下的水夾雜馬鈴薯皮屑從圓盤邊緣留下，進(jìn)入圓筒凹陷的底端，通過計(jì)算分析，設(shè)計(jì)凹陷處出水管的直徑為，保證沖刷下來的臟水可以有效地從排水口處排出，防止臟水濺入傳動(dòng)軸，避免機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)出現(xiàn)不必要故障。
2.1.3 去皮機(jī)支架的設(shè)計(jì)
土豆去皮機(jī)支架的設(shè)計(jì)主要是采用角鐵焊接成來支撐軸、圓盤、電動(dòng)機(jī)的重力及運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)土豆的重力，因此根據(jù)實(shí)際情況，固定支架的情況如總裝配圖所示。
2.2 圓盤的設(shè)計(jì)
圓盤的直徑大小取決于此去皮機(jī)的工作效率，由于此去皮機(jī)是專為賓館或中小型飯店設(shè)計(jì)，所以其生產(chǎn)能力設(shè)計(jì)為每次處理12kg馬鈴薯，每次耗時(shí)3min，其中裝料時(shí)間為30秒，擦皮時(shí)間為120s，卸料時(shí)間為30s，即每小時(shí)可以處理240kg的馬鈴薯［10］。
（1）土豆密度的測(cè)定
選取大小均勻適中的土豆樣品，甲和乙
由于
所以
（2）圓盤的尺寸
由于此剝皮機(jī)的生產(chǎn)效率為每次處理馬鈴薯，
所以
土豆平均高度
由于 所以
設(shè)圓筒的填充度為0.6，設(shè)計(jì)圓筒高度為，筒內(nèi)物料高度設(shè)為。
（3） 綜上所述：① 取圓盤半徑；
② 取物料與剝皮機(jī)的摩擦系數(shù)；
③ 圓筒內(nèi)物料的最大厚度為；
（4）由于考慮到土豆去皮機(jī)在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，能夠把土豆拋起，所以在去皮機(jī)圓盤設(shè)計(jì)上采用了圓盤表面為波紋形的突起，六個(gè)條形波紋突起呈均勻，發(fā)散分布。這樣可以在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使土豆有一個(gè)向上的分速度，從而把土豆拋向側(cè)壁，使土豆與側(cè)壁之間進(jìn)行摩擦，從而達(dá)到去皮的目的。圓盤結(jié)構(gòu)圖見圖2-1所示。
圖 2-1 圓盤結(jié)構(gòu)圖
2.2.1 圓盤上物料的受力分析
物料在圓盤的旋轉(zhuǎn)式的受力情況見圖2-2所示。
圖 2-2 物料受力分析圖
（1） 設(shè)波紋角為 ，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，推動(dòng)物料A運(yùn)動(dòng)，方向?yàn)榇怪庇诓y切線，設(shè)其速度為 V，V 可分解為 V水平 和 V垂直 兩個(gè)分速度。BC與圓盤平面平行，可以看作使圓盤的圓周速度，而 ，所以 （m/s）［10］
—角速度（1/s）
—圓盤半徑（cm）
因?yàn)?，所以
又因?yàn)?
所以 （m/s）
（2） 綜上：1.
2.
3.
2.2.2 去皮機(jī)正常工作轉(zhuǎn)速的條件
（1）物料在圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)由于離心力和波紋角被圓盤拋起，該物料所具有垂直方向的動(dòng)能為 ：
此動(dòng)能應(yīng)該等于勢(shì)能：
，
（2） 為了正常運(yùn)轉(zhuǎn)，拋高 h 一定要超過物料在圓桶內(nèi)的厚度，否則，最底層的物料就不能拋起與圓筒壁摩擦，所以
又因?yàn)?
所以代入得
（3）為了正常運(yùn)轉(zhuǎn)，僅把物料拋起還不行，還要保證物料能拋向側(cè)壁，拋向側(cè)壁的力靠離心力 C
（N）
此離心力應(yīng)能克服物料對(duì)波紋的摩擦力，才能使物料離開波紋拋向側(cè)壁，摩擦力為：
（N） —摩擦系數(shù)
使Ct，即
綜上： （2.1）
（2.2）
代入計(jì)算得：
在計(jì)算中，取其中較大的值為設(shè)計(jì)所選用的n值。所以，圓盤的轉(zhuǎn)速要達(dá)到以上才能使土豆去皮機(jī)正常工作。
2.2.3 去皮機(jī)功率的計(jì)算
（1）去皮機(jī)的功率消耗包括：
① 克服物料對(duì)圓盤的摩擦力所需的功率 N1；
② 克服物料對(duì)圓筒的摩擦力所需的功率 N2；
③ 圓盤拋起物料所做的功率 N3；
④ 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因摩擦而消耗的功率 N4；
（2）下面對(duì)以上公式分別計(jì)算：
（W）
—處于圓筒內(nèi)物料的摩擦力矩（N·m）
—物料重力（N）
—摩擦系數(shù)（1.1～1.3）
—摩擦壁矩（m）
—物料圓盤的平均相對(duì)速度（1/s），采用最大角速度的。
所以
代入數(shù)據(jù)得： （W）
(W)
My—在離心力的作用下物料與側(cè)壁的瞬時(shí)摩擦力矩（N·m）
（N·m）
V—物料圓周速度（m/s）
—摩擦力矩（＝） （m）
（N·m）
所以
代入數(shù)據(jù)得： (W)
(W)
—圓盤表面波紋高度（m）
—波紋的數(shù)量
代入數(shù)據(jù)得： （W）
N4為傳動(dòng)損失，可用傳動(dòng)效率表示。（＝0.8）。則消耗的總功率為：
(W)
2.2.4 電動(dòng)機(jī)的選型
根據(jù)土豆去皮機(jī)設(shè)計(jì)的額定功率697.1W，轉(zhuǎn)數(shù)230.5，及電動(dòng)機(jī)電壓、尺寸的綜合考慮，所以選擇電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為-8/6，如表1所示[11]。
表 1 電動(dòng)機(jī)配置表
型號(hào)
滿載時(shí)
質(zhì)量/
額定功率
轉(zhuǎn) 速
電流/
A（380）
效率/%
功率因數(shù)
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
kg
-8/6
0.75
750
2.92
70
0.65
1.8
35
中心高
外形尺寸
底腳安裝尺寸
底腳螺栓直徑
軸伸尺寸
鍵連接部分尺寸
100
圖2-3 電動(dòng)機(jī)
2.3 齒輪的設(shè)計(jì)和校核
齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，型式很多，應(yīng)用廣泛。齒輪傳動(dòng)的主要特點(diǎn)有：
（1）效率高 在常用的機(jī)械傳動(dòng)中，以齒輪傳動(dòng)的效率最高。
（2）結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動(dòng)所需的空間尺寸一般較小。
（3）工作可靠、壽命長 設(shè)計(jì)制造正確合理、使用維護(hù)良好的齒輪傳動(dòng)，工作十分可靠，壽命長達(dá)一、二十年，這也是其他機(jī)械傳動(dòng)所不能比擬的。
（4）傳動(dòng)比穩(wěn)定 傳動(dòng)比穩(wěn)定往往是對(duì)傳動(dòng)性能的基本要求。
2.3.1 選擇齒輪的材料和齒數(shù)及齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（1）選擇齒輪的類型精度等級(jí)材料及齒數(shù)
① 該傳動(dòng)方案，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
② 該土豆去皮機(jī)，速度不高，故選用8級(jí)精度。
③ 材料選擇。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇小齒輪的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為250HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為220HBS。
④ 選擇小齒輪的齒數(shù)為＝23,大齒輪的齒數(shù)＝u＝3.2×23＝74
（2）由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即
① 試選載荷系數(shù)=1.3
② 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
③ 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取齒寬系數(shù)
④ 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得材料的彈性影響系數(shù)
⑤ 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；
⑥查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
⑦ 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得接觸疲勞壽命系數(shù)；
⑧ 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得
（3）計(jì)算
① 試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值：
=
② 計(jì)算圓周速度v
③ 計(jì)算齒寬
④ 計(jì)算齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
⑤ 計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)，8級(jí)精度，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得動(dòng)載荷系數(shù)；
直齒輪，假設(shè)。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得；
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得使用系數(shù)；
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得8級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)
將數(shù)據(jù)代入后得
由，，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得；故載荷系數(shù)
⑥ 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得
⑦ 計(jì)算模數(shù)
2.3.2 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為：
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
① 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；
② 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得彎曲疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)，；
③ 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得
④ 計(jì)算載荷系數(shù)
⑤ 查取齒形系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 ；
⑥ 查取應(yīng)力校正系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 ；
⑦ 計(jì)算大小齒輪的并加以比較
大齒輪的數(shù)值大[14]。
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)≥1.37確定=2 ，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)[15]。
（3）計(jì)算分度圓直徑：
（4）計(jì)算中心距：
（5）計(jì)算齒輪寬度：
取 。
所以此齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)合適。
2.4 鍵的選擇
（1）電動(dòng)機(jī)軸鍵的選擇
① 選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
一般8級(jí)以上的精度齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵聯(lián)接。本設(shè)計(jì)選用圓頭普通平鍵。根據(jù)從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得，鍵的截面尺寸為：寬度，高度。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長。
② 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
鍵、軸、輪轂的材料都是鋼，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值，。鍵的工作長度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。
由式
可見該鍵聯(lián)接可以滿足需要。
（2）大齒輪上鍵的選擇
① 根據(jù)從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得，鍵的截面尺寸為：寬度，高度。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長。
② 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
鍵、軸、輪轂的材料都是鋼，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值，。鍵的工作長度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。
由式
同理可知軸上的兩處鍵選擇也滿足要求，能安全使用。
（3）圓盤和軸間鍵的選擇
① 根據(jù)從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查得，鍵的截面尺寸為：寬度，高度。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長。
② 校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
鍵、軸、輪轂的材料都是鋼，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得許用擠壓應(yīng)力，取其平均值，。鍵的工作長度，鍵與輪轂鍵槽的接觸高度。
由式
可見該鍵聯(lián)接可以滿足需要。
2.5 轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該土豆去皮機(jī)的軸為轉(zhuǎn)軸，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)的尺寸。軸的結(jié)構(gòu)尺寸和形狀主要取決于下列因素，軸上零件的類型，布置和固定方式，載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況，軸承的類型和尺寸，軸的毛坯、制造和裝配工藝要求等。軸上結(jié)構(gòu)應(yīng)便于軸上零件的定位、固定和裝拆，盡量減小應(yīng)力集中，應(yīng)使軸受力合理分布，有良好的工藝性。對(duì)于剛度要求大的軸，還應(yīng)從結(jié)構(gòu)上考慮減少軸的變形。
2.5.1 初步估計(jì)軸徑
該土豆去皮機(jī)中使用的軸為中等大小功率，轉(zhuǎn)速不高，且屬一般用途的軸，無特殊要求，軸材料選擇應(yīng)用廣泛且較經(jīng)濟(jì)的45鋼。
抗拉強(qiáng)度 ， 屈服點(diǎn) ，
彎曲疲勞極限， 扭轉(zhuǎn)疲勞極限：，
許用靜應(yīng)力 ， 許用疲勞應(yīng)力，
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的45鋼的及A值： 30～40
A 118～107
由于此土豆去皮機(jī)的傳動(dòng)軸承受的轉(zhuǎn)矩大于彎矩，所以取 ，。
另外，此軸為實(shí)心軸，所以，傳動(dòng)軸的軸徑計(jì)算公式為：
—軸傳動(dòng)的額定功率（kW）
—軸的轉(zhuǎn)速（）
—按定的因數(shù)
代入計(jì)算得：
由于此軸上設(shè)置一個(gè)鍵槽，所以軸徑應(yīng)增大4%～5%，故，所以考慮軸的安全性，下面所設(shè)計(jì)軸的最小直徑為20。
2.5.2 軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)
（1）擬訂軸上零件的裝配方案
軸上零件的裝配方案對(duì)周的結(jié)構(gòu)形式起著至關(guān)重要的作用。此軸作為電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)軸，由于該土豆去皮機(jī)上的軸是垂直布置，設(shè)計(jì)的軸上的零件從上往下依次是軸端擋圈、圓盤、軸承端蓋、一對(duì)角接觸球軸承、軸承之間的套筒、軸承端蓋、彈性擋圈、齒輪、軸端擋圈。根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行對(duì)比，得出軸的結(jié)構(gòu)如圖3所示，相比之下，此種結(jié)構(gòu)的軸比較簡(jiǎn)單合理。
（2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
為了滿足圓盤的定位要求，軸右端第一軸段的直徑小于第二的軸的直徑，右側(cè)第一軸段設(shè)其為最小軸徑，由于右端用軸端定位擋圈點(diǎn)定位，按軸端直徑取擋圈直徑，軸端擋圈由螺栓固定在軸端上可以固定圓盤，使圓盤可以平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)從而達(dá)到土豆去皮加工的效果。圓盤與軸配合的長度為。
（3）初步選擇滾動(dòng)軸承
考慮到圓盤的軸向定位及滾動(dòng)軸承的裝卸，軸徑（與軸承相配的軸段）直徑應(yīng)比軸徑端直徑大左右，故確定軸右側(cè)第二軸段直徑為，再根據(jù)該土豆去皮機(jī)的軸是垂直布置，由受力情況選取角接觸球軸承—型滾動(dòng)軸承，其內(nèi)徑為，外徑為，寬度為。左端軸承和右端軸承采用套筒進(jìn)行軸向定位，兩軸承的定位靠兩端的軸承蓋和支架進(jìn)行定位。故根據(jù)實(shí)際需要，取右二段軸段長度為。
（4）取安裝齒輪處的軸段直徑為，已知齒輪的寬度為，根據(jù)實(shí)際需要，取左面第一段軸段的長度為。
圖 2-4 軸結(jié)構(gòu)圖
2.5.3 軸的強(qiáng)度校核
1）計(jì)算齒輪受力
齒輪的分度圓直徑：
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：
齒輪的圓周力：
齒輪的徑向力：
齒輪的軸向力：
2）繪制軸的受力簡(jiǎn)圖
首先畫軸的受力簡(jiǎn)圖（a）。圓周力Ft﹑軸向力與軸的轉(zhuǎn)向和螺旋方向有關(guān)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際工作情況決定，否則會(huì)得到錯(cuò)誤結(jié)果，這里，假定軸的轉(zhuǎn)向享有細(xì)看為順時(shí)針，齒輪齒合點(diǎn)的位置在上方，則根據(jù)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)受力分析方法可知，各分力方向如圖所示。然后將軸上作用力分解為垂直面受力圖（b）和水平面受力圖（d）。分別求出垂直面上的支反力和水平面上的支反力。對(duì)于零件作用于軸上的分布力或轉(zhuǎn)矩可當(dāng)作集中載荷作用于軸上零件的寬度中點(diǎn)。支反力的作用點(diǎn)隨軸承類型和布局方式的不同而異，近似計(jì)算時(shí)，一般選取軸寬度的中點(diǎn)。由于軸上的齒輪為直齒輪受力圖2-5所示，其中，。
受力圖如下：
圖 2-5 齒輪受力圖
（3）計(jì)算軸的支反力：
垂直面內(nèi)支反力：
水平面內(nèi)支反力：
軸是否滿足強(qiáng)度要求只需對(duì)危險(xiǎn)剖面進(jìn)行校核即可，軸的危險(xiǎn)截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)量彎矩較大，且軸的直徑較小處，下面計(jì)算A點(diǎn)的當(dāng)量彎矩。根據(jù)此軸的受力分析可知，此軸在A點(diǎn)處的截面當(dāng)量彎矩最大，所以只需校核A點(diǎn)處截面的抗彎強(qiáng)度即可。
（4）畫彎矩圖
A點(diǎn)垂直彎矩計(jì)算：
A點(diǎn)水平彎矩計(jì)算：
A點(diǎn)合成彎矩計(jì)算：
（5）計(jì)算當(dāng)量彎矩
A點(diǎn)的當(dāng)量彎矩計(jì)算：
（6）按彎曲合成強(qiáng)度校核計(jì)算
由彎矩圖可知在軸直徑24mm處彎矩最大，此處的抗彎截面系數(shù)
A點(diǎn)彎曲應(yīng)力：
由此可知軸的抗彎強(qiáng)度符合要求，該軸的設(shè)計(jì)合理，可以使用。
2.5.4 軸上軸承的選擇
該土豆去皮機(jī)上有傳動(dòng)軸（軸的具體尺寸形狀以上已有說明），為了保證軸的平穩(wěn)運(yùn)行，并考慮到軸是垂直布置并配有齒輪傳動(dòng)，需要抵抗軸向載荷和一些徑向載荷，故選用滾動(dòng)軸承中的角接觸球軸承—型滾動(dòng)軸承。該軸承與滑動(dòng)軸承相比具有摩擦阻力小，功率消耗少，起動(dòng)容易等特點(diǎn)。
2.5.5 軸上軸承的校核
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知7205C軸承的。
（1） 求兩軸承受到的徑向載荷和
由于該一對(duì)軸承是垂直布置，為了方便看圖，把圖形設(shè)成水平放置，受力圖形如下：
圖 2-6 軸受力圖
由受力分析可知：
（2）求兩軸承的計(jì)算軸向力和
對(duì)于70000C型軸承，按機(jī)械手冊(cè)，軸承派生軸向力，其中，為判斷系數(shù)，其值由的大小來確定，但現(xiàn)軸承軸向力未知，故先初取，因此可估算
由于軸是垂直布置，齒輪是直齒輪沒有軸向載荷，故此時(shí)的重力就成了軸向載荷，在這里本設(shè)計(jì)主要考慮物料的重力，由于其他零部件的重力也要考慮，此時(shí)取總的重力G=2，進(jìn)行近似計(jì)算。
由機(jī)械手冊(cè)可得，。再計(jì)算
兩次計(jì)算的值相差不大，因此確定，， ，。
（3）求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和
因?yàn)?
又機(jī)械手冊(cè)可查得軸承徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)為
對(duì)軸承1 ，
對(duì)軸承2 ，
因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，由機(jī)械手冊(cè)查得載荷系數(shù)，取
則
（4）驗(yàn)算軸承壽命
因?yàn)?，所以按軸承1的受力大小驗(yàn)算
結(jié) 論
圖紙的繪制采用CAXA軟件繪制，包括圓盤的整體圖，軸視圖，整體剖視圖。
還有Solidworks三維仿真模擬圖。
Solidworks使產(chǎn)品開發(fā)周期顯著縮短柔性加工提高，上市時(shí)間加快，可以快速響應(yīng)市場(chǎng)的變化。但CAD的技術(shù)尚不成熟，需進(jìn)一步深入，提高人機(jī)系統(tǒng)的互動(dòng)。互動(dòng)模式的CAID將是設(shè)計(jì)的必然趨勢(shì)。在傳統(tǒng)交互手段的基礎(chǔ)上,研究新興技術(shù)支持下的人機(jī)交互技術(shù)，將使工業(yè)設(shè)計(jì)朝著多元化、優(yōu)化、一體化的方向發(fā)展,人機(jī)交互方式更加、創(chuàng)新設(shè)計(jì)的手段更為先進(jìn)、有效。Solidworks技術(shù)的使用,將使機(jī)械設(shè)計(jì)的手段和思想發(fā)生質(zhì)的飛躍,更加符合發(fā)展的需要,通過對(duì)模擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)在機(jī)械設(shè)計(jì)中軟件和硬件構(gòu)成的,可以說在機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)用模擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是可行且必要的。
通過以上零部件設(shè)計(jì)與選擇，本人設(shè)計(jì)出一款外型美觀大方，內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，具有普遍應(yīng)用性的土豆去皮機(jī)械。該土豆去皮機(jī)操作簡(jiǎn)單，安全系數(shù)較蒸汽去皮化學(xué)去皮和輻射去皮有很大的提高，在制造的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用上相比較低。該土豆去皮機(jī)有很大的適用性。
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致 謝
本設(shè)計(jì)說明書的撰寫是在劉天祥老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，同時(shí)在撰寫過程中也得到了其他老師和同學(xué)的熱心幫助。在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，既對(duì)所學(xué)過的知識(shí)有一個(gè)綜合的檢驗(yàn)，又學(xué)到了其他相關(guān)專業(yè)的知識(shí)，對(duì)以后的工作有了很大的幫助。
另外，各位也感謝其他老師給予我很大幫助和指導(dǎo)，讓我在實(shí)踐中充分掌握了大量的專業(yè)知識(shí)和更好的學(xué)習(xí)方法。通過本次設(shè)計(jì)說明書的撰寫，端正了我嚴(yán)謹(jǐn)?shù)淖鍪聭B(tài)度，同時(shí)培養(yǎng)了我提高解決問題的能力和做事情端正的態(tài)度。
最后對(duì)指導(dǎo)老師以及其他老師的精心指導(dǎo)和大力支持表示誠摯的問候和衷心的感謝！
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