小型多功能家用切菜機(jī)的設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS】

購買設(shè)計請充值后下載，資源目錄下的文件所見即所得，都可以點(diǎn)開預(yù)覽，資料完整，充值下載可得到資源目錄里的所有文件?！咀ⅰ浚篸wg后綴為CAD圖紙，doc,docx為WORD文檔，原稿無水印，可編輯。具體請見文件預(yù)覽，有不明白之處，可咨詢QQ:12401814 聊城大學(xué)本科畢業(yè)論文 本科畢業(yè)設(shè)計 題 目 全自動切菜機(jī) 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 作者姓名 學(xué) 號 單 位 機(jī)械與汽車工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 2015年5月 教務(wù)處編1本科畢業(yè)設(shè)計 原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究取得的成果。除文中已經(jīng)引用的內(nèi)容外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得聊城大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位證書而使用過的材料。對本文的研究作出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均在文中以明確的方式表明。本人承擔(dān)本聲明的相應(yīng)責(zé)任。 學(xué)位論文作者簽名： 日期： 指 導(dǎo) 教 師 簽 名: 日期： 摘 要在對全自動家用切菜機(jī)整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程中，包括了原理方案設(shè)計，傳動機(jī)構(gòu)、切削機(jī)構(gòu)和控制裝置的設(shè)計以及主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，并對部分設(shè)計結(jié)果進(jìn)行校核。在對切菜機(jī)的設(shè)計中設(shè)有兩個進(jìn)料口，節(jié)省了切片切絲換刀的時間，并且進(jìn)料口帶有感應(yīng)裝置，下料后自動開啟，更加智能化、人性化，機(jī)體帶有PLC控制裝置，可使兩切刀單獨(dú)工作，節(jié)省資源。整體機(jī)構(gòu)采用立式布置，結(jié)構(gòu)緊湊，并使用電機(jī)作為動力來源，省時省力。在對能源設(shè)計方面，重新選擇動力來源，改進(jìn)切削方法，不僅增強(qiáng)了家用切片切絲機(jī)的加工能力，還提高了使用的安全性。關(guān)鍵詞：切菜機(jī)；全自動；PLC；厚度調(diào)整關(guān)鍵詞：切菜機(jī)；全自動；PLC；厚度調(diào)整Abstract In the design process of automatic home Shredders overall structure, including design of the transmission mechanism, the cutting mechanism, the control device, the design principles of the main components, and checking part of the design results. In the design of the Shredder ,there are two feed ports, saving tool change time of slicing and shredding, and inlet with sensors, automatically open after cutting, more intelligent, humane. The machine with a PLC control system that allows both the cutter working alone, saves resources. The whole institution uses vertical arrangement, compact, and uses the motor as a power source, saving time and effort. In the design of energy, re-selected the power source, improved cutting method, not only enhances the processing capacity of the home slice cutters, but also improves the safety of use. Keywords : cutting machine; automatic; PLC; thickness adjustmentii 目 錄1.緒論11.1食品機(jī)械簡介11.2 切菜機(jī)介紹12.切菜機(jī)的結(jié)構(gòu)22.1切菜機(jī)的工作原理22.2結(jié)構(gòu)方案的選擇32.2.1驅(qū)動裝置32.2.2傳動裝置32.2.3檢測裝置52.2.4控制裝置73.主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計103.1電機(jī)的選擇103.2 V帶的選擇113.2.1帶的選擇113.2.2大小帶輪基準(zhǔn)的直徑計算113.2.3驗算帶速113.2.4 V帶基準(zhǔn)長度Ld和中心距a113.2.5驗算小帶輪包角123.2.6作用在帶輪軸上的壓力123.2.7帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計123.2.8大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸133.3 主軸部件的設(shè)計133.3.1軸的材料選取和結(jié)構(gòu)圖133.3.2計算主軸上的功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距143.3.3初定軸的最小直徑143.3.4軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定153.3.5軸承的設(shè)計153.3.6軸的校核163.4 切刀部分的設(shè)計203.4.1切片刀的設(shè)計203.4.2縱向小割刀的設(shè)計223.4.3刀盤部分的設(shè)計233.4.4刀盤套筒的設(shè)計233.5機(jī)體的設(shè)計243.5.1機(jī)架及機(jī)體壁的設(shè)計243.5.2進(jìn)料斗及下料斗的設(shè)計243.6 PLC253.6.1 PLC簡介253.6.2光電傳感器與PLC263.6.3 PLC控制三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)274.總 結(jié)28參考文獻(xiàn)30致 謝31II聊城大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計全自動切菜機(jī)1.緒論1.1食品機(jī)械簡介食品機(jī)械是將食品的原料加工成食品（或半成品）的一類專業(yè)機(jī)械，是食品工業(yè)方面的技術(shù)裝備。食品工業(yè)想要獲得更好發(fā)展，除了需要先進(jìn)的食品工藝技術(shù)外，還需要先進(jìn)的食品生產(chǎn)設(shè)備，這種技術(shù)保障是不可或缺的，兩者必須協(xié)同發(fā)展，互相促進(jìn)。隨著我國不斷發(fā)展的經(jīng)濟(jì)建設(shè)，我國的食品加工機(jī)械行業(yè)逐漸形成并且逐步發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)為我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。在經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展中，社會對食品的需求不但持續(xù)增長，而且要求越來越高，食品機(jī)械將會在國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中有更加突出的地位和作用。食品機(jī)械有很多優(yōu)點(diǎn)：（1）減輕人員勞動強(qiáng)度，省時省力，提高效率，極大的解放生產(chǎn)力。（2）能實現(xiàn)人力所達(dá)不到的特殊加工效果，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少原材浪費(fèi)。（3）減少因人與食物的直接接觸而帶來病菌傳播機(jī)會，更好的防止食品污染，保障食品安全。(4)提高食品生產(chǎn)企業(yè)的市場競爭力。（5）有利于改進(jìn)和加強(qiáng)企業(yè)的管理?？傊?，食品機(jī)械在食品工業(yè)中起著舉足輕重的作用，有著不可替代的地位。11.2 切菜機(jī)介紹隨著飛速發(fā)展的經(jīng)濟(jì)水平和科學(xué)技術(shù)，人們的生活水平也飛速提高，人們對方便快捷的日常生活的要求也越來越高。因此，為了應(yīng)對生活中的各種困擾，給人們的生活提供便利，提高效率，節(jié)省人力時間，使用家用機(jī)械產(chǎn)品已然成為家庭生活中的一種趨勢。但是，家庭日常生活中切菜難而且危險的難題還沒有解決。針對這一問題，設(shè)計一款家用的切片切絲機(jī)，專門用來解決塊狀、根莖類蔬菜切削難的問題。因此，切菜機(jī)應(yīng)滿足以下要求：要保證切實可行性，要和生活相貼近，做到在生活中有必要用，并且切切實實用得到；要和時代主題相適應(yīng)，盡量做到綠色環(huán)保，能耗少；要有一定的工作效率；要確保機(jī)械有高的安全性、不發(fā)生切到手的狀況；要能調(diào)節(jié)所切蔬菜片的厚度，確保一定條件下可以使切片的厚度均勻。 除此之外，還要有經(jīng)濟(jì)性要求 機(jī)器的一個綜合指標(biāo)就是經(jīng)濟(jì)性，在蔬菜切片機(jī)的設(shè)計、制造、使用、維修等各個環(huán)節(jié)均有所體現(xiàn)?？傊?，經(jīng)濟(jì)性就是要求在滿足功能要求的前提下，將機(jī)器的制造成本降到最低。安全性要求 在切菜機(jī)的設(shè)計階段就必須對機(jī)器的使用安全給予足夠的重視，因此要在設(shè)計過程中特別注意使用者的安全，特別是使用者手的安全。要采用各種防護(hù)措施，試運(yùn)行中的刀具不會與人體直接接觸?？煽啃砸?簡單的說，可靠性就是切菜機(jī)在使用性能中的穩(wěn)定性，它是該切菜機(jī)的一個重要質(zhì)量指標(biāo)。可靠性水平越高，說明機(jī)器在使用過程發(fā)生故障的概率越小，能正常工作的時間就越長。操作方便要求 切菜機(jī)是一種給生活帶來方便的機(jī)械產(chǎn)品。在設(shè)計中必須注意操作時要輕便省力；操作機(jī)構(gòu)要適應(yīng)人的生理條件；切菜機(jī)的使用噪聲要??；防止污染等。此外，還要方便搬運(yùn)與拆卸維修。設(shè)計切菜機(jī)是，在滿足基本要求的前提下滿足這些特殊要求，以提高機(jī)器的使用性能和保證機(jī)器的工作質(zhì)量。22.切菜機(jī)的結(jié)構(gòu) 2.1切菜機(jī)的工作原理本機(jī)用兩個刀片進(jìn)行切削，菜在重力作用下滑落到切刀處，一處刀片將菜切成片，另一處切刀將菜切成絲，切片刀和縱向割刀配合的方式切絲。將切片刀與軸位置固定，調(diào)整刀盤在軸上的位置來實現(xiàn)切片的薄厚，這是切絲粗細(xì)的關(guān)鍵之一。主軸即刀盤軸為橫向，動力由電動機(jī)經(jīng)帶傳動，通過電動機(jī)功率和轉(zhuǎn)速的選擇使獲得一定的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，切刀由主軸帶動進(jìn)行蔬菜切削。切片時，蔬菜經(jīng)進(jìn)料口滑入下料斗，進(jìn)料口的檢測裝置啟動，由傳感器將信號傳至PLC，再由PLC控制電機(jī)正轉(zhuǎn)，菜由其自身重力和下料斗楔形壁的壓力下，使其緊貼刀盤，切片刀和刀盤同步旋轉(zhuǎn)，由于切片刀與刀盤之間存在間隙，切片刀將蔬菜片切下，在離心力和自身重力的作用下，從刀盤間隙甩出。此間隙即為菜片的厚度，通過調(diào)整刀盤定位處的調(diào)整螺母，在彈簧力的作用下就可改變刀盤同切刀之間的間隙，從而調(diào)節(jié)切出的蘿卜片的薄厚。切絲時，蔬菜經(jīng)進(jìn)料口滑入下料斗，進(jìn)料口的檢測裝置啟動，由傳感器將信號傳至PLC，再由PLC控制電機(jī)反轉(zhuǎn)，并將縱向割刀卡在刀盤的孔中，即可方便的切絲?？v向割刀采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，卡刀方便，制造出小刀片之間間隙不同的規(guī)格的型號。通過換刀，同時又可調(diào)整切片刀與刀盤間的間隙，就可方便的調(diào)整切出的菜絲的粗細(xì)。此即切菜機(jī)的工作原理。由于下料斗采用楔形結(jié)構(gòu)，不但保證了切削時的壓力。而且能適應(yīng)物料大小的不同。 2.2結(jié)構(gòu)方案的選擇 2.2.1驅(qū)動裝置 家用機(jī)械產(chǎn)品的主要動力來源有人和電動機(jī)兩種。人力的主要特點(diǎn)是：持續(xù)時間有限，動力波動較大，但控制方便，清潔無污染。電動機(jī)的主要特點(diǎn)是：動力可靠，穩(wěn)定性高，工作效率高，占用空間位置不大，消耗電能，需要配套的調(diào)速控制裝置；但小功率的電機(jī)耗能少，但轉(zhuǎn)速過高，轉(zhuǎn)矩不大，普通電機(jī)就能滿足要求，能耗也較少，利用率較高?？紤]到本設(shè)計對動力的穩(wěn)定性及持續(xù)性的要求優(yōu)先考慮使用電機(jī)作為動力來源。確定動力源及機(jī)構(gòu)布置形式之后，還需要選擇相匹配的傳動機(jī)構(gòu)。2.2.2傳動裝置帶傳動是一種應(yīng)用很廣泛的機(jī)械傳動。帶傳動有主動輪、從動輪和適度張緊在兩輪上的封閉環(huán)形傳動帶組成。它是利用傳動帶作為中間的撓性件，依靠傳動帶與帶輪之間的摩擦力來傳遞運(yùn)動的，主動軸的動力通過撓性傳動帶撓性傳遞給從動軸。優(yōu)點(diǎn)是：能緩和載荷沖擊；運(yùn)行平穩(wěn)無噪聲；制造安裝精度不想嚙合傳動那樣嚴(yán)格；過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可以防止其他零件的損壞；可以增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件3。圖2.1帶傳動機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)一般是由凸輪、從動件和機(jī)架三個構(gòu)件構(gòu)成，通常選取凸輪作主動件，通過設(shè)計凸輪的形狀使從動件得到預(yù)期運(yùn)動，從動件的運(yùn)動主要是直線上的往復(fù)運(yùn)動，因而在本設(shè)計中不考慮使用凸輪機(jī)構(gòu)。圖2.2凸輪機(jī)構(gòu)蝸輪蝸桿傳動主要用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合，雖然可以實現(xiàn)本設(shè)計的預(yù)期目的，但其傳動效率低，成本較高，不適宜用在本設(shè)計中。圖2.3蝸輪蝸桿鏈傳動與帶傳動相類似，是由裝在平行軸上的主、從動鏈輪和繞在鏈輪上的環(huán)形鏈條所組成，以鏈作為中間撓性件，靠鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞運(yùn)動和動力。以上兩種傳動都是實現(xiàn)平行軸間運(yùn)動和動力的傳遞，在本設(shè)計中如將平行軸豎直布置可實現(xiàn)預(yù)期目的。圖2.4鏈傳動連桿機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件用低副連接而成，構(gòu)件運(yùn)動形式多樣，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動和平面或空間復(fù)雜運(yùn)動，可用于剛體導(dǎo)引、實現(xiàn)已知運(yùn)動軌跡或運(yùn)動規(guī)律。在本設(shè)計中要應(yīng)用連桿機(jī)構(gòu)將主動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動或直線往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為實刀具在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動，可采用雙曲柄機(jī)構(gòu)或者逆向運(yùn)用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 圖2.5連桿機(jī)構(gòu)齒輪機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的傳動機(jī)構(gòu)，可以用于傳遞空間任意兩軸或多軸之間的運(yùn)動和動力，并可以改變轉(zhuǎn)動速度和傳動方向。其優(yōu)點(diǎn)是：齒輪傳動和其他形式的機(jī)械傳動相比較，傳遞的功率和圓周速度范圍較大，傳動效率高，能保證恒定的傳動比，工作平穩(wěn)、安全可靠且使用壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊。在本設(shè)計中可以利用齒輪機(jī)構(gòu)或齒輪齒條傳動實現(xiàn)所需功能。4圖2.6錐齒輪根據(jù)上述分析，帶傳動、鏈傳動等都可實現(xiàn)預(yù)期目的，但考慮到本設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)要緊湊，綜合考慮機(jī)器更易執(zhí)行轉(zhuǎn)動動作，并能夠在動作中給構(gòu)件施加較大的力，因而不考慮齒輪齒條機(jī)構(gòu)以及會產(chǎn)生死點(diǎn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。經(jīng)對比分析之后，選用帶傳動和直齒圓錐齒輪傳動，不僅可實現(xiàn)傳遞運(yùn)動及動力的目的，還可使整體結(jié)構(gòu)緊湊。2.2.3檢測裝置光電傳感器是采用光電元件作為檢測元件的傳感器。它首先把被測量的變化轉(zhuǎn)換成光信號的變化，然后借助光電元件進(jìn)一步將光信號轉(zhuǎn)換成電信號。光電傳感器一般由光源、光學(xué)通路和光電元件三部分組成。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此,光電傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。圖2.7光電傳感器工作原理：光電傳感器是通過把光強(qiáng)度的變化轉(zhuǎn)換成電信號的變化來實現(xiàn)控制的。光電傳感器在一般情況下，有三部分構(gòu)成，它們分為：發(fā)送器、接收器和檢測電路。發(fā)送器對準(zhǔn)目標(biāo)發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導(dǎo)體光源，發(fā)光二極管(LED)、激光二極管及紅外發(fā)射二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收器有光電二極管、光電三極管、光電池組成。在接收器的前面，裝有光學(xué)元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應(yīng)用該信號。此外，光電開關(guān)的結(jié)構(gòu)元件中還有發(fā)射板和光導(dǎo)纖維5。分類和工作方式：槽型光電傳感器，把一個光發(fā)射器和一個接收器面對面地裝在一個槽的兩側(cè)組成槽形光電。發(fā)光器能發(fā)出紅外光或可見光，在無阻情況下光接收器能收到光。但當(dāng)被檢測物體從槽中通過時，光被遮擋，光電開關(guān)便動作，輸出一個開關(guān)控制信號，切斷或接通負(fù)載電流，從而完成一次控制動作。槽形開關(guān)的檢測距離因為受整體結(jié)構(gòu)的限制一般只有幾厘米。對射型光電傳感器，若把發(fā)光器和收光器分離開，就可使檢測距離加大，一個發(fā)光器和一個收光器組成對射分離式光電開關(guān)，簡稱對射式光電開關(guān)。對射式光電開關(guān)的檢測距離可達(dá)幾米乃至幾十米。使用對射式光電開關(guān)時把發(fā)光器和收光器分別裝在檢測物通過路徑的兩側(cè)，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關(guān)控制信號。圖2.8對射型光電傳感器反光板型光電開關(guān)，把發(fā)光器和收光器裝入同一個裝置內(nèi)，在前方裝一塊反光板，利用反射原理完成光電控制作用，稱為反光板反射式(或反射鏡反射式)光電開關(guān)。正常情況下，發(fā)光器發(fā)出的光源被反光板反射回來再被收光器收到;一旦被檢測物擋住光路，收光器收不到光時，光電開關(guān)就動作，輸出一個開關(guān)控制信號。擴(kuò)散反射型光電開關(guān)，擴(kuò)散反射型光電開關(guān)的檢測頭里也裝有一個發(fā)光器和一個收光器，但擴(kuò)散反射型光電開關(guān)前方?jīng)]有反光板。正常情況下發(fā)光器發(fā)出的光收光器是找不到的。在檢測時，當(dāng)檢測物通過時擋住了光，并把光部分反射回來，收光器就收到光信號，輸出一個開關(guān)信號6。綜合以上資料及經(jīng)濟(jì)性的考慮可選擇對射型光電傳感器。2.2.4控制裝置 離合器是一種在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)中，可將傳動系統(tǒng)隨時分離或結(jié)合的裝置，在各類機(jī)械中得到廣泛的應(yīng)用。對其基本要求有：接合平穩(wěn)，分離迅速而徹底；調(diào)節(jié)和修理方便；外廓尺寸?。毁|(zhì)量??；耐磨性好和有足夠的散熱能力；操作方便省力。離合器類似于開關(guān)，接合或斷離動力傳遞作用，離合器機(jī)構(gòu)其主動部分與從動部分可以暫時分離，又可以逐漸接合，并且在傳動過程中還要有可能相對轉(zhuǎn)動。離合器的主動件與從動件之間不可采用剛性聯(lián)系。離合器的工作原理 ：離合器的主動部分和從動部分借接觸面間的摩擦作用，或是用液體作為傳動介質(zhì)（液力偶合器），或是用磁力傳動（電磁離合器）來傳遞轉(zhuǎn)矩，使兩者之間可以暫時分離，又可逐漸接合，在傳動過程中又允許兩部分相互轉(zhuǎn)動。電磁離合器，靠線圈的通斷電來控制離合器的接合與分離。電磁離合器可分為：干式單片電磁離合器，干式多片電磁離合器，濕式多片電磁離合器，磁粉離合器，轉(zhuǎn)差式電磁離合器等。電磁離合器工作方式又可分為：通電結(jié)合和斷電結(jié)合。干式單片電磁離合器：線圈通電時產(chǎn)生磁力吸合“銜鐵”片，離合器處于接合狀態(tài)；線圈斷電時“銜鐵”彈回，離合器處于分離狀態(tài)。干式多片、濕式多片電磁離合器：原理同上，另外增加幾個摩擦付，同等體積轉(zhuǎn)矩比干式單片電磁離合器大，濕式多片電磁離合器工作時必須有油液或其它冷卻液冷卻。圖2.9電離離合器磁粉離合器，在主動與從動件之間放置磁粉，不通電時磁粉處于松散狀態(tài)，通電時磁粉結(jié)合，主動件與從動件同時轉(zhuǎn)動。優(yōu)點(diǎn)：可通過調(diào)節(jié)電流來調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)矩，允許較大滑差。缺點(diǎn)：較大滑差時溫升較大，相對價格較高。圖2.10磁粉離合器轉(zhuǎn)差式電磁離合器：離合器工作時，主、從部分必須存在某一轉(zhuǎn)速差才有轉(zhuǎn)矩傳遞。轉(zhuǎn)矩大小取決于磁場強(qiáng)度和轉(zhuǎn)速差。勵磁電流保持不變，轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩增加而劇烈下降；轉(zhuǎn)矩保持不變，勵磁電流減少，轉(zhuǎn)速減少得更加嚴(yán)重。轉(zhuǎn)差式電磁離合器由于主、從動部件間無任何機(jī)械連接，無磨損消耗，無磁粉泄漏，無沖擊，調(diào)整勵磁電流可以改變轉(zhuǎn)速，作無級變速器使用，這是它的優(yōu)點(diǎn)。該離合器的主要缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)子中的渦流會產(chǎn)生熱量，該熱量與轉(zhuǎn)速差成正比。低速運(yùn)轉(zhuǎn)時的效率很低，效率值為主、從動軸的轉(zhuǎn)速比，即=n2/n1。摩擦離合器，是應(yīng)用得最廣也是歷史最久的一類離合器，它基本上是由主動部分、從動部分、壓緊機(jī)構(gòu)和操縱機(jī)構(gòu)四部分組成。主、從動部分和壓緊機(jī)構(gòu)是保證離合器處于接合狀態(tài)并能傳動動力的基本結(jié)構(gòu)，而離合器的操縱機(jī)構(gòu)主要是使離合器分離的裝置。在分離過程中，踩下離合器踏板，在自由行程內(nèi)首先消除離合器的自由間隙，然后在工作行程內(nèi)產(chǎn)生分離間隙，離合器分離。在接合過程中，逐漸松開離合器踏板，壓盤在壓緊彈簧的作用下向前移動，首先消除分離間隙，并在壓盤、從動盤和飛輪工作表面上作用足夠的壓緊力；之后分離軸承在復(fù)位彈簧的作用下向后移動，產(chǎn)生自由間隙，離合器接合。液力離合器，用流體（一般用油）作傳動介質(zhì)，與機(jī)械式離合器相比，除傳動特性有各種變化以外，還主要吸收因主動軸和從動軸轉(zhuǎn)動而產(chǎn)生的振動和沖擊。液力離合器的結(jié)構(gòu)包括一個輸入軸，具有一個增速齒輪系；一個工作液流腔，由一個葉輪、一個從動輪和一個葉輪殼構(gòu)成；一個輸出軸，帶有從動輪，并且從動輪與葉輪可以操作地組合在一起；一般葉輪殼和葉輪由具有小比重和大應(yīng)力承受范圍的材料構(gòu)成，以減小離心應(yīng)力。圖2.11液壓離合器根據(jù)需要選用電磁離合器。 由PLC來控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)，從而實現(xiàn)整個動作。圖為機(jī)器的整體基本結(jié)構(gòu)圖，其中用離合器來實現(xiàn)互鎖。圖2.12 機(jī)器的整體基本結(jié)構(gòu)圖1.電動機(jī) 2.帶輪 3.離合器 4.錐齒輪 5.切片刀 6.切絲刀 7.V帶 8.傳動軸3.主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計3.1電機(jī)的選擇經(jīng)查閱手冊7及相關(guān)資料，刀盤軸轉(zhuǎn)矩滿足T 5N.m，就能滿足一般蔬菜的切削，并且刀盤轉(zhuǎn)速反不宜太快，不僅不能保證質(zhì)量，而且還存在安全隱患，所以初步選定轉(zhuǎn)速為450r/min ，轉(zhuǎn)矩為T=15 N. m。由于 （式3.1） 則 （式3.2）由于考慮到電機(jī)需正反轉(zhuǎn)，為了使用方便，選用三相異步電動機(jī)，額定電壓是380V的。查閱機(jī)械課程設(shè)計手冊，可選用小功率異步電動機(jī)Y 系列，綜合考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸，質(zhì)量以及傳動比。采用V 帶傳動，設(shè)計V 帶傳動比為3即可，因此選定電動機(jī)的型號是Y802-4?；緟?shù)為：額定功率0.75kw；電壓380V；轉(zhuǎn)速1390r/min。3.2 V帶的選擇3.2.1帶的選擇,由機(jī)械設(shè)計手冊8得，選普通V帶A型帶。3.2.2大小帶輪基準(zhǔn)的直徑計算由于采用YC90L4電動機(jī)，傳動比為3的方案。所以只需一級傳動即可實現(xiàn)，設(shè)計V帶傳動比為3。由表137，取, （式3.3）由機(jī)械設(shè)計手冊8，取。3.2.3驗算帶速 （式3.4）V在范圍內(nèi)，合適。3.2.4 V帶基準(zhǔn)長度Ld和中心距a初步選取中心距： （式3.5） 取，得帶長 。 （式3.6）查表9，對A型帶選用計算實際中心距： （式3.7）3.2.5驗算小帶輪包角 （式3.8）合適。求V帶根數(shù)： 需要傳遞功率為0.75KW，故選用兩根10。 3.2.6作用在帶輪軸上的壓力查得A型V帶的單位長度質(zhì)量為q=0.1 kg/m8，故由公式得單根v帶的初拉力 =117N （式3.9）作用在軸上的壓力 （式3.10）3.2.7帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 小帶輪轂孔徑 ，帶輪基準(zhǔn)直徑 故小帶輪采用實心式，大帶輪采用孔板式。小帶輪 其中： （式3.11） （式3.12） （式3.13） （式3.14）查得8：e=120.3 mm ，3.2.8大帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸 取大帶輪軸和小帶輪軸相同。則大帶輪的參數(shù)如下：B=（z1）e+2f=（21）15+29=33 mm (式3.15） （式3.16） （式3.17） （式3.18）1.5S=1.59.9=14.85 mm (式3.19）0.5S=0.59.9=4.95 mm (式3.20） （式3.21）取跟B一樣的寬度33mm.在轉(zhuǎn)速不是特別高的情況下，帶輪的材料一般采用HT150或HT200。3.3 主軸部件的設(shè)計3.3.1軸的材料選取和結(jié)構(gòu)圖選取軸的材料為 45 號鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)軸上零件的安裝、定位及軸的制造工藝，確定軸的結(jié)構(gòu)如圖：圖3.1軸的結(jié)構(gòu)圖3.3.2計算主軸上的功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)距功率 （式3.22）取三角帶傳送功率，則扭矩 （式3.23）3.3.3初定軸的最小直徑按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來估算直徑，公式如下： （式3.24）式中，C為由軸的材料和承載情況決定的系數(shù)，根據(jù)機(jī)械設(shè)計手冊8查得45鋼，C=118106，考慮到軸還要承受一定的彎矩，取C=112；這里n應(yīng)取最小值，考慮到圓盤刀具轉(zhuǎn)速為0500rpm，取n=467rpm，代入上式中得：考慮到大帶輪加鍵，需要增大軸徑，初定最小軸徑20mm。此時，可初步確定連接大帶輪的軸段直徑d=20mm，據(jù)此可確定大帶輪的結(jié)構(gòu)形式為腹板式，輻板厚度S=10mm，其余結(jié)構(gòu)尺寸如下：圖3.2大帶輪結(jié)構(gòu)示意圖輪轂直徑， （式3.25）取。3.3.4軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定軸的兩端分別與刀盤的從動輪相連接，所以取 d1-2=d7-8=20mm。帶輪及刀盤采用軸肩定位，且定位高度 h0.07d， d2-3=d6-7=25mm?？紤]此處軸徑，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選定整體有襯正滑動軸承，其尺寸為 dDB=303850, 所以d3-4= d5-6=30mm。查機(jī)械設(shè)計手冊8整體有襯正滑動軸承的軸肩高為4mm，所以 d4-5=38 mm由刀盤的尺寸和從動輪的尺寸確定 L1-2=45mm ，L7-8=20mm。由軸承的尺寸，可以確定 L3-4=L5-6=50mm。根據(jù)軸承的裝拆及便于對軸承添加潤滑劑的要求，取L2-3=L6-7=45mm。根據(jù)軸的總體尺寸，取 L4-5=105mm。3.3.5軸承的設(shè)計由軸的結(jié)構(gòu)尺寸確定，安裝軸承的軸直徑是30mm。查機(jī)械設(shè)計手冊8 選取安裝簡單的整體有襯正滑動軸承。表3.1整體有襯正滑動軸承型號dDRBbLL1HhH1d1d2C質(zhì)量/kgHZ030303830504015011070352018.5M1011.51.7其主要外形安裝尺寸如圖圖3.3整體有襯正滑動軸承3.3.6軸的校核(1)按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算，用于只承受轉(zhuǎn)矩的傳動軸的精確計算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的計算。其強(qiáng)度條件為： （式3.26）式中：為軸的扭切應(yīng)力，T為扭矩，為抗扭截面系數(shù)，對圓截面 （式3.27） 為傳遞的功率，為軸的轉(zhuǎn)速，為軸的直徑，為許用扭切應(yīng)力。所以，把相關(guān)的數(shù)據(jù)帶入公式中得： 由于軸的選材為45號鋼，所以查表8可知45號鋼的許用扭切應(yīng)力為，=2545MPa。經(jīng)校核設(shè)計的軸符合轉(zhuǎn)矩要求(2)按彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行校核徑向力： （式3.28） （式3.29）1）垂直面的支承反力（圖b）由 得 （式3.30）由 得 （式3.31） ， 2）求水平面的支承反力由 得 （式3.32）由 得 （式3.33） ，3）繪垂直面的彎矩圖 （式3.34） （式3.35） （式3.36）4）繪水平面的彎矩圖同理可得 (式3.37） （式3.38） （式3.39）5）求合成彎矩圖 （式3.40） （式3.41） （式3.42）圖3.4 軸的載荷分析圖6）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩由（1）扭矩的校核可得扭矩7）校核軸的強(qiáng)度校正系數(shù)=0.6 從圖可見，B-B截面最危險，其彎矩為 （式3.43） （式3.44） （式3.45） (式3.46) (式3.47）軸材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，由資料查9得許用彎曲應(yīng)力=60 MP，則 軸彎曲強(qiáng)度滿足條件。完成了軸的彎扭合成強(qiáng)度校核。3.4 切刀部分的設(shè)計3.4.1切片刀的設(shè)計為防止生銹和保證機(jī)體有足夠的強(qiáng)度和硬度，采用通用不銹鋼型號SUS304進(jìn)行制造，切片刀的形狀11如圖圖3.5切絲系統(tǒng) 1.傳動軸 2.切片刀 3.擋板 4.彈簧 5.調(diào)整螺母 6.切絲刀圖3.6切片刀刀面要進(jìn)行研磨，保證刀片的鋒利及合適的粗糙度，以使切出來的蔬菜絲表面細(xì)致光滑，由良好的口感。刀片要裝在刀柄上，以保持與主軸的垂直度。刀柄的結(jié)構(gòu)及尺寸圖3.7刀柄的結(jié)構(gòu)3.4.2縱向小割刀的設(shè)計要防止生銹和保證機(jī)體有足夠的強(qiáng)度和硬度，采用通用不銹鋼型號SUS304進(jìn)行制造。 由于切絲機(jī)的設(shè)計要能切出來不同粗細(xì)的蔬菜絲，這就要求在調(diào)整切片刀的同時，還要通過縱向割刀的更換來實現(xiàn)。首先，縱向割刀采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，能方便的從到盤上取下和裝上?？v向割刀制成上面小刀片間隙r從010mm的刀系列。其形狀和基本尺寸如圖圖3.8縱向小割刀3.4.3刀盤部分的設(shè)計刀盤是蔬菜切削平面接觸的面，其保持清潔和不生銹是很重要的，材料也選用不銹鋼型號SUS304。刀盤是和切片刀一起確定切片厚度的關(guān)鍵部件，它與道是同步轉(zhuǎn)動的，與到軸向?qū)R的地方，開洞，以是切出來的蔬菜片和蔬菜絲甩出來。它開的另一個洞石用來安縱向割刀的。其結(jié)構(gòu)及尺寸12如圖圖3.9刀盤3.4.4刀盤套筒的設(shè)計刀盤套筒是切片刀定位及刀盤安裝的部件，套筒內(nèi)外都開有鍵槽，分別用于和軸及刀盤進(jìn)行周向定位。但盤可以在套筒上面軸向滑動，此舉在與彈簧配合調(diào)整切片刀與刀盤的間隙，以達(dá)到切出任意薄厚的片，不同粗細(xì)的絲。套筒的外形及尺寸圖3.10套筒3.5機(jī)體的設(shè)計3.5.1機(jī)架及機(jī)體壁的設(shè)計機(jī)架采用角鋼焊接，牌號為3，在安軸承座的地方采用牌號為4的角鋼。機(jī)架的設(shè)計應(yīng)充分的烤爐到軸、電動機(jī)的安裝，刀盤的尺寸等。為減輕機(jī)體重量，機(jī)體壁采用薄鐵板。3.5.2進(jìn)料斗及下料斗的設(shè)計為防止生銹，故進(jìn)料斗采用不銹鋼型號SUS304進(jìn)行制造。進(jìn)料斗的結(jié)構(gòu)圖3.11下料斗下料斗采用楔形，能夠使蔬菜貼緊刀盤，提供足夠的切削力。下料斗也采用通用不銹鋼型號SUS304進(jìn)行制造，這樣也能保證機(jī)體有足夠的強(qiáng)度和硬度13。3.6 PLC3.6.1 PLC簡介 PLC是一種專門為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計的數(shù)字運(yùn)算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序運(yùn)算、計時、計數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并能通過數(shù)字式或模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC及其有關(guān)的外圍設(shè)備都應(yīng)該按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)形成一個整體，易于擴(kuò)展其功能的原則而設(shè)計。14基本構(gòu)成為：（1）電源，可編程邏輯控制器的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此，可編程邏輯控制器的制造商對電源的設(shè)計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%)范圍內(nèi)，可以不采取其它措施而將PLC直接連接到交流電網(wǎng)上去。（2）中央處理單元(CPU)，中央處理單元(CPU)是可編程邏輯控制器的控制中樞。它按照可編程邏輯控制器系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當(dāng)可編程邏輯控制器投入運(yùn)行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入I/O映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經(jīng)過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運(yùn)算的結(jié)果送入I/O映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將I/O映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內(nèi)的數(shù)據(jù)傳送到相應(yīng)的輸出裝置，如此循環(huán)運(yùn)行，直到停止運(yùn)行。為了進(jìn)一步提高可編程邏輯控制器的可靠性，對大型可編程邏輯控制器還采用雙CPU構(gòu)成冗余系統(tǒng)，或采用三CPU的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個CPU出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運(yùn)行。2（3）存儲器，存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器；存放應(yīng)用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。（4）輸入輸出接口電路，現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機(jī)的輸入接口電路，作用是可編程邏輯控制器與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道?，F(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用可編程邏輯控制器通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應(yīng)的控制信號。15（5）功能模塊，如計數(shù)、定位等功能模塊。（6）通信模塊。圖3.12通信模塊3.6.2光電傳感器與PLC 光電信號作為PLC輸入信號的開關(guān)量，當(dāng)有光電信號時PLC的信號點(diǎn)就會動作。采用兩線制光電傳感器16，兩線制（即只有2根線）一般接法：一根接PLC輸入的COM端，另一根接PLC輸入端。圖3.13 PLC與兩線式傳感器的連接3.6.3 PLC控制三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)表3.2 三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC控制I/O端口分配表輸入電器 輸入點(diǎn)輸出電器 輸出點(diǎn)停止按鈕SB1X124V正轉(zhuǎn)接觸器KA1Y1正轉(zhuǎn)按鈕SB2X224V反轉(zhuǎn)接觸器KA2Y2反轉(zhuǎn)按鈕SB3X3380V正轉(zhuǎn)接觸器KM1熱繼電器觸點(diǎn)FR1X0380V反轉(zhuǎn)接觸器KM2熱繼電器觸點(diǎn)FR2X4圖3.13 I/O接線圖三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC控制的梯形圖、指令表 圖3.14三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC控制三相異步電動機(jī)正反轉(zhuǎn)PLC控制的工作原理：I/O接線圖中，SB為停機(jī)按鈕，SB1為正轉(zhuǎn)啟動按鈕，SB2為反轉(zhuǎn)啟動按鈕，KM1為正轉(zhuǎn)控制接觸器，KM2為反轉(zhuǎn)控制接觸器，PLC控制的工作過程，參照其I/O接線圖和梯形圖，過程如下：1)正轉(zhuǎn)啟動過程點(diǎn)動SB1X2吸合A區(qū)X2閉合Y1吸合Y1輸出觸點(diǎn)閉合KM1吸合電動機(jī)正轉(zhuǎn)B區(qū)Y1閉合自鎖Y1C區(qū)Y1分?jǐn)嗷ユiY2點(diǎn)動SB2X3吸合C區(qū)X3閉合Y2吸合Y2輸出觸點(diǎn)閉合KM2吸合電動機(jī)反轉(zhuǎn)D區(qū)Y2閉合自鎖Y2A區(qū)Y2分?jǐn)嗷ユiY12)停機(jī)過程點(diǎn)動SBX1吸合A區(qū)X1分?jǐn)郰1釋放各器件復(fù)位電動機(jī)停止4. 總 結(jié)5.這次設(shè)計還是費(fèi)了一番功夫的，其實功夫應(yīng)該說是下在對實現(xiàn)方案的思索上，每次方案的改進(jìn)也是建立在查閱資料，不斷學(xué)習(xí)，認(rèn)真思索的基礎(chǔ)上的。首先是切刀方案的選擇，原先是考慮的兩個刀片進(jìn)行切削，一個刀片先將蘿卜切成片，蘿卜片在重力作用下滑落下一個切刀處，由下一個切刀切成絲。但是，如果只是單單切片的話就得把橫向刀片卸掉，后經(jīng)老師指導(dǎo)，說這樣的方案在機(jī)器操作時太過麻煩，尤其是在進(jìn)行切絲時，還有就是這樣的方案，生產(chǎn)率不高，效率低，操作時也伴隨著危險性。后經(jīng)查閱資料和老師的指導(dǎo)，改為兩個進(jìn)料口兩把切刀，這樣就解決了問題。而后又是蘿卜絲粗細(xì)的調(diào)節(jié)遇到了難題，其實調(diào)節(jié)并不難實現(xiàn)，關(guān)鍵是要操作方便。也存在切刀和下料斗壁間隙的問題，這也很是個問題，這是保證蘿卜切削的最后部分能否完成切削的關(guān)鍵問題。通過更換縱向割刀當(dāng)然能夠?qū)崿F(xiàn)，但必要時候還是要調(diào)節(jié)切片刀的。如果在刀盤上通過螺釘進(jìn)行刀片的調(diào)節(jié)，刀盤與軸位置固定，則保證間隙就需要調(diào)整下料斗壁與刀盤之間的間隙，也不是很方便，兩個地方都要調(diào)節(jié)。最后決定將切片刀與軸位置固定。調(diào)整刀盤在軸上的位置來實現(xiàn)切片的薄厚，這也是切絲粗變細(xì)改的關(guān)鍵之一。再一個就是原來的設(shè)計是手搖式，但這樣操作太費(fèi)力，實用應(yīng)不高，后改為自動式，由電機(jī)作為動力源，來驅(qū)動切刀運(yùn)動。本機(jī)最大的創(chuàng)新點(diǎn)就在于采用P L C 來控制電機(jī)正反轉(zhuǎn),與 離合器配合使兩切刀實現(xiàn)互鎖，當(dāng)電機(jī)正轉(zhuǎn)時切片刀運(yùn)動，切絲刀鎖住。反之，電機(jī)反轉(zhuǎn)時切絲刀運(yùn)動，切片刀鎖住。另外，在進(jìn)料口處配有傳感器，當(dāng)進(jìn)料時傳感器接受并發(fā)出信號，傳至P L C 來控制電機(jī)運(yùn)動。這是方案的制定過程，其次在畫圖方面及設(shè)計方面自己也遇到了不少的阻力。這也是我意識到了自己的知識面還太窄，專業(yè)知識也不夠扎實。今后我會不斷充實自己。由于時間倉促，加上水平有限，失誤之處在所難免。設(shè)計的表達(dá)方法也可能會有欠佳之處，誠懇的希望各位老師批評指正。參考文獻(xiàn)1王琛，王進(jìn)華，陳佰杰，等.甜菜打纓切頂機(jī)的研究J.農(nóng)機(jī)化研究，2013，13(2): 157-159.2鮑樂祥，鄭明剛，姜志方，等.基于PLC與MCGS的切菜機(jī)控制系統(tǒng)J.機(jī)電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新， 2011，11（3）: 169-170.3馮永剛. QC-5001型多用切菜機(jī)的研制與開發(fā)J.機(jī)械設(shè)計，2013，01（3）: 85-88.4周良墉.YG-8型土豆切絲機(jī)J.湖南農(nóng)業(yè)，2007，42(1) ：1819.5周峻雄.新型切菜機(jī)和電攪機(jī)J.食品與機(jī)械，1992，01（1）: 36-39.6章軍，張念龍.手動豆腐干絲加機(jī)設(shè)計J.糧油加工與食品機(jī)械，2003，47(4) : 34.7許曉峰.電機(jī)拖動M.北京：高等教育出版社，2007 ：2123.8機(jī)械設(shè)計手冊編委會.機(jī)械設(shè)計手冊M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004 ：112114.9張偉社.機(jī)械原理M.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2001：121122.10陳立德.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2007：7578.11陳祿慶.蘿卜切絲機(jī)的設(shè)計D.：工業(yè)高等?？茖W(xué)校，2012，08: 75-77.12郭俊先，努爾夏提朱馬西，梁勤安.飼用甜菜切絲機(jī)的試驗研究初探J.農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，27（1）：6568.13余永江，張惠娟.轉(zhuǎn)鼓式切絲機(jī)與平盤式切絲機(jī)性能分析J.廣西蔗糖，2007， 47(2) : 3134.14任顯云，侯明亮，王益強(qiáng).多功能塊根狀蔬菜加工機(jī)的研制J.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2008，11（1）: 61-63.15張大可，張冬化.多功能食品加工機(jī)的選與用J.河南科技，2002，18（3）: 29-31.16戰(zhàn)曉林，陶學(xué)恒，李玉光.食品機(jī)械中自動切割裝置的研發(fā)J.包裝與食品機(jī)械，2011，12（4）: 47-50.致 謝本文是在導(dǎo)師老師的精心指導(dǎo)和親切關(guān)懷下完成的。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實的治學(xué)態(tài)度、兢兢業(yè)業(yè)的工作作風(fēng)、理論與實際密切結(jié)合的工作方法，這一切都給我以深刻的教育和熏陶，使我受益匪淺，在論文完成之際，謹(jǐn)向?qū)熌乱詵|老師致以最衷心最誠摯的感謝！最后，感謝所有幫助過我的老師、同學(xué)和朋友！32多功能切菜機(jī)設(shè)計摘要：通過對切菜機(jī)的工作原理、分類等學(xué)習(xí)，結(jié)合當(dāng)下主流的三維設(shè)計軟件Pro/E對所設(shè)計的切菜機(jī)產(chǎn)品的零部件進(jìn)行建模，通過軟件提供的虛擬裝配和機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真環(huán)境，在不需要投入資金制造實物的情況下，對所設(shè)計的產(chǎn)品進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)分析、外觀設(shè)計、結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等傳統(tǒng)設(shè)計方法無法實現(xiàn)的操作，并且利用圖紙轉(zhuǎn)換功能將所設(shè)計的零部件生成二維工程圖圖紙。關(guān)鍵字：切菜機(jī)；虛擬裝配；運(yùn)動仿真；Pro/E；Design of multi function cutting machineLiu Cheng Yang Zhang Zhan Ling(Department of Mechanical Engineering , Zhengzhou College of Science &Technology , Zhengzhou 450064 , China)Abstract: The working principle, the cutting machine classification learning, combined with the current mainstream 3d design software Pro/E for modeling cutting machine product design components, software through the virtual assembly and simulation environment, do not need to invest money in real situation, analysis, design, traditional design method structure optimization design can not achieve the overall structure of the operation on the design of the product, drawing parts of generating 2D drawing conversion function and using the designed. Keywords: machine Qiecai; 3D modeling; virtual assembly; mechanism simulation;任何時期，新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)都離不開市場的需求。伴隨著生活節(jié)奏的不斷加快，人們的生活壓力也在逐步增大，如何幫助人們更好的適應(yīng)現(xiàn)在的快節(jié)奏的生活，是每一個產(chǎn)品設(shè)計人員的責(zé)任和義務(wù)。本設(shè)計貼近生活，著眼于切菜這一危險性的家務(wù)勞動，提出了家用切菜機(jī)的設(shè)計方案，主要幫助人們解決生活中常見的根莖類、塊類蔬菜的切削工作，幫助人們擺脫切菜這個危險性的工作，提升人們在快節(jié)奏環(huán)境中的生活質(zhì)量。1 切菜機(jī)發(fā)展情況概述 切菜機(jī)，一種將食品原材料進(jìn)行預(yù)處理的一種食品機(jī)械設(shè)備，其工作過程是利用剪切原理將食品原材料切斷或者切碎，通過物料和切刀之間產(chǎn)生的相對運(yùn)動來完成。切菜機(jī)所加工的對象是蔬菜，加工之后的形狀和規(guī)格也不同于切割機(jī)械，是一類專用機(jī)械設(shè)備。1.1 切菜機(jī)分類目前市場上已有的切菜機(jī)實現(xiàn)蔬菜加工的原理主要是通過模擬人手工切菜，通過傳動帶將蔬菜勻速向固定方向進(jìn)給，刀具在豎直方向作往復(fù)運(yùn)動，從而實現(xiàn)蔬菜的切削目的，這種切菜機(jī)可以通過控制進(jìn)給速度和刀具往復(fù)運(yùn)動的頻率來滿足不同的切削要求。此類切菜機(jī)體積龐大、效率高、能耗大，主要用來滿足大型食品加工廠或者大型的食堂等蔬菜需求量大的場所使用。依據(jù)功能主要分為兩類：單切型和多功能型切菜機(jī)。單切型切菜機(jī)適用于片、段、絲、塊莖、葉菜類的蔬菜的切削，一般多用于食品加工廠，專機(jī)專用，例如土豆切絲機(jī)等，可以提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率。典型結(jié)構(gòu)為箱式。 多功能型切菜機(jī)在單切型的基礎(chǔ)上，將片、絲等切削功能融于一身，同時可對不同類別的蔬菜圓進(jìn)行加工，豐富了產(chǎn)品的加工對象。此類切菜機(jī)多用于大型飯店等場所。多功能型切菜機(jī)按結(jié)構(gòu)可分為兩類：雙頭型切菜機(jī)：一頭專切葉菜類，由傳送帶送菜，往復(fù)運(yùn)動的刀具進(jìn)行切削；另一頭專切土豆等根莖類、塊類蔬菜，原料從傾斜的料筒送入，由旋轉(zhuǎn)刀具進(jìn)行切削，可同時工作，通過更換刀盤，可以切出各種規(guī)格的片、絲、條。組合式切菜機(jī)： 水平傳送帶傳送原料，由在傳送帶上間隔分布的成一定角度的多個刀具進(jìn)行切削，根據(jù)需要原料在傳送帶上經(jīng)一次或多次切削后成形，成品的形狀參數(shù)通過調(diào)節(jié)刀具的切削速度及原料的傳送速度來控制。1.2 切菜機(jī)的發(fā)展趨勢通過對市場上的切菜機(jī)觀察了解，對其結(jié)構(gòu)和功能對比分析發(fā)現(xiàn)，切菜機(jī)的發(fā)展主要傾向于以下這兩個特點(diǎn)：（1）功能集成化 在保證基本功能的同時，同過對結(jié)構(gòu)修改和優(yōu)化，將不同產(chǎn)品的功能融于一身，實現(xiàn)一機(jī)多用，提升產(chǎn)品的使用價值，降低產(chǎn)品的成本。類似于豆?jié){機(jī)和榨汁機(jī)的融合，既減輕了消費(fèi)者的成本，又提升了產(chǎn)品的市場競爭力。（2）規(guī)格兩極化切菜機(jī)是一種蔬菜加工機(jī)械，其適用范圍因地點(diǎn)而異。大規(guī)模的食品加工廠和酒店，需要高效率、全自動化的切菜機(jī)設(shè)備，同時對其加工效果的要求也會不斷提高。但是隨著生活水平的提高，人們對家庭生活的舒適度要求也在提高，對家用切菜機(jī)的需求一定會不斷增強(qiáng)，操作簡便、輕巧時尚、功能多樣的家用切菜機(jī)產(chǎn)品一定會受到市場的熱烈歡迎。1.3 切菜機(jī)原始參數(shù)本文提出的切菜機(jī)設(shè)計方案主要處理對象是生活中常見的根莖類、塊類蔬菜，主要的設(shè)計參數(shù)源自于對不同蔬菜的實驗測量結(jié)果。表1-1中列出的是對土豆、山藥、胡蘿卜、白蘿卜及藕這五類蔬菜切削力的測定結(jié)果，本實驗選用的是家庭生活中較為常見的蔬菜種類，切削刀具選用普通家用水果刀，在最大直徑處豎直切削，并通過電子稱測定切削時的最大重量，然后通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換得到對不同蔬菜切削時的近似切削力。表1-1蔬菜切削力測定蔬菜種類蔬菜特征切削力（N）切削力最大值（N）最大直徑自重g1234馬鈴薯5620030.8740.5740.2837.7340.57山藥6224010.3411.1710.0010.6811.17胡蘿卜307043.5146.3546.4546.0646.45白蘿卜7832023.3320.816.2716.4623.33藕6814072.1365.7656.5459.6872.13通過對表1-1的測量結(jié)果分析，選定藕的最大切削力作為本設(shè)計的參照，在綜合考慮原料形狀及測量精度等因素，確定設(shè)計參數(shù)切削力為90N?？紤]到塊類蔬菜形狀差異較大，限定本設(shè)計可加工的最大直徑為80mm。依據(jù)烹飪對食材的不同尺寸要求，設(shè)定切削出的片厚度在3-10mm內(nèi)可調(diào)節(jié)，可加工的絲狀蔬菜分粗細(xì)兩種。依據(jù)大多數(shù)家庭的生活習(xí)慣，確定該切菜機(jī)的工作時間為：使用年限10年，360天/年，2次/天，每次工作0.4h。本切菜機(jī)設(shè)計采用國家規(guī)范的產(chǎn)品設(shè)計要求標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計節(jié)能環(huán)保，安全使用，維修方便。2 原理方案設(shè)計2.1 方案設(shè)計家用切菜機(jī)不同于現(xiàn)在市場上存在切菜機(jī)產(chǎn)品，其體積小、質(zhì)量輕、操作簡便，并且要融合時尚因素，便于清洗等，通過對現(xiàn)有切菜機(jī)的設(shè)計方案的分析，提出了本設(shè)計的設(shè)計方案：將蔬菜置于豎直或者向上傾斜的料筒內(nèi)，依靠蔬菜自身重力或者給蔬菜施加外力，使它向下運(yùn)動，刀具在水平面作高速旋轉(zhuǎn)，即可實現(xiàn)蔬菜加工功能；通過更換不同型號的刀具來實現(xiàn)切片切絲功能；刀具下方設(shè)計容器，利用重心或者離心力收集加工好的蔬菜。所設(shè)計出切菜機(jī)減少了傳送帶結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品整體空間縮小，并且通過旋轉(zhuǎn)切削可以不用考慮根莖類、塊類蔬菜不規(guī)則的外觀，就可以獲得很好的切削效果，而且動力采用人力或者電動機(jī)均可，只需要設(shè)計合理的供壓機(jī)構(gòu)就可以滿足設(shè)計要求。2.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)布置形式可以分為水平和立式兩種布置方式，對兩種結(jié)構(gòu)布置方式分析如下:(1) 水平布置：目前最常見的布置形式，在水平方向，依次布置動力機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、切削機(jī)構(gòu)，最后是料筒。刀具在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，蔬菜被放入料筒后，因自重沿筒壁向下運(yùn)動實現(xiàn)進(jìn)給。加工好的蔬菜在自重及離心力作用下落入位于刀具下方的收集容器內(nèi)。主要優(yōu)點(diǎn)是水平布置分散受力，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各個機(jī)構(gòu)獨(dú)立性較好。缺點(diǎn)是料筒位置固定，不易做到蔬菜的分類收集，相比立式布置占用空間較大。(2) 立式布置：在豎直方向依次布置供壓機(jī)構(gòu)、料筒、切削機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、動力機(jī)構(gòu)，其中傳動機(jī)構(gòu)和動力機(jī)構(gòu)可平行布置。立式布置的優(yōu)點(diǎn)是：料筒豎直布置，占用空間小，可在刀具旋轉(zhuǎn)路徑上布置多個進(jìn)料口，并且蔬菜的運(yùn)動總是豎直向下，各個料筒的工作不會互相干涉。缺點(diǎn)比較明顯，立式布置結(jié)構(gòu)相對集中，對支撐機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度要求較高。通過兩種布置形式的對比分析，結(jié)合家用切菜機(jī)的設(shè)計要求，綜合考慮，決定選擇立式布置形式來設(shè)計家用切菜機(jī)。2.3 原理圖綜上以上原理分析結(jié)果，本切菜機(jī)的工作原理圖簡化為如圖2-1所示。圖2-1切菜機(jī)原理圖3 主要部件結(jié)構(gòu)設(shè)計3.1 參數(shù)計算有原始參數(shù)得知完成切削時的最大切削力：F=90N，工作時間:使用年限10年，360天/年，2次/天，每次工作0.4h，電機(jī)的轉(zhuǎn)速：120r/min,采用立式布置形式，將電機(jī)軸與刀具直接連接。由以上數(shù)據(jù)可計算切菜機(jī)工作時需要的總功率： 其中：-切菜機(jī)切削時所需工作功率，W； -電機(jī)主軸至切菜機(jī)切刀轉(zhuǎn)軸的總效率。切菜機(jī)所需工作功率： 其中：F-切菜機(jī)的工作阻力，即最大切削力，N； V-切菜機(jī)切刀的線速度，m/s； n-切菜機(jī)的轉(zhuǎn)速，r/min； R切菜機(jī)切削力作用半徑，mm；傳動裝置總效率為組成傳動裝置的各部分運(yùn)動效率之乘積，在本設(shè)計中即為電機(jī)軸承的傳遞效率： 其中：為軸承額傳動效率， 則初步設(shè)計R=80mm,則可計算得：主軸的輸入轉(zhuǎn)矩：表3-1 運(yùn)動和動力參數(shù)計算結(jié)果軸名效率P（）轉(zhuǎn)矩T（）輸入輸出輸入輸出電機(jī)軸115.35113.049.189.02結(jié)合以上計算結(jié)果，跟據(jù)切菜機(jī)的工作環(huán)境和家庭的電源條件，選擇立式封閉型直流電動機(jī)，額定電壓220V，額定功率120W，轉(zhuǎn)速120r/min，綜合考慮切菜機(jī)整體裝配要求，初步確定電機(jī)軸長L=250mm，伸出部分長度為180mm。通過對市場上電機(jī)的參數(shù)了解以及對網(wǎng)絡(luò)資源的利用，確定選擇深圳市龍威實業(yè)有限公司生產(chǎn)的永磁直流電機(jī)，型號為LRS-7512SHP-2080-160M，電機(jī)參數(shù)如表3-2電機(jī)主要參數(shù)表所示，其主要外形尺寸見圖3-1 LRS-7512SHP型電動機(jī)主要外形及尺寸。表3-2電機(jī)主要參數(shù)型號額定電壓額定功率負(fù)載參數(shù)質(zhì)量Kg轉(zhuǎn)速r/min力矩N.mLRS-7512SHP220V120W120250.5圖3-1 LRS-7512SHP型電動機(jī)主要外形及尺寸3.2 刀軸結(jié)構(gòu)設(shè)計及校核3.2.1刀軸結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)刀片安裝方式和裝配要求，設(shè)計出刀軸的結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。圖3-2軸的結(jié)構(gòu)尺寸圖刀軸軸徑可按下式進(jìn)行確定： 式中：-軸傳遞的功率，kw；-軸的轉(zhuǎn)速，r/min；-材料系數(shù)；根據(jù)GB9684-88不銹鋼食具容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求，選擇電機(jī)軸的材料為SUS304，即1Cr19Ni9。查1表15-3?。粍t軸直徑為： 考慮到軸端的扁平結(jié)構(gòu)和螺紋，為此將軸徑放大15%以確保軸的強(qiáng)度，則軸的最小直徑可取d=（1+15%）7.84=9.016mm，將d取整為10mm.3.2.2刀軸強(qiáng)度校核根據(jù)切菜機(jī)工作原理，得知此軸僅受較小的彎矩，因此只需要按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度進(jìn)行校核，查1式（15-1）得 ： 式中： -扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；-軸所受的扭矩，；-軸的抗扭截面系數(shù)，；-許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；軸端危險截面處軸的截面如圖3-3軸的危險截面圖所示：圖3-3 軸的危險截面查1表（15-4）抗彎、抗扭截面系數(shù)計算公式可知該危險截面的抗扭截面系數(shù)計算公式為： 由圖4-4可知d=10, b=7.1, t=1.5代入計算得：則有：由此可知此軸強(qiáng)度設(shè)計滿足要求。3.2.3刀軸剛度校核根據(jù)切菜機(jī)工作原理，得知此軸的彎曲變形很小，因此僅按照軸的扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行軸的剛度校核。查1式（15-15）得光軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算公式為： 式中：-軸所受的扭矩，；-軸的材料的剪切彈性模量，對于鋼材，；-軸截面的極慣性矩，對于圓軸，；此處??；則有：；將帶入得： 故此軸滿足剛度要求。3.3 切削部件設(shè)計切削機(jī)構(gòu)作為本設(shè)計的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，是本設(shè)計的重點(diǎn)部分，既要考慮使用性能，又要兼顧材料的安全性及產(chǎn)品使用之后的清洗工作。出于安全考慮，其構(gòu)件必須選擇無污染的防銹材料，還要注意將切削部件與電器元件隔離開來，降低原材料污染的可能性。眾所周知，根莖類、塊類蔬菜不僅形狀不規(guī)則，而且硬度大難切削，結(jié)合實驗測量及果，本設(shè)計的切削刀片采用光滑刃口平板刀作為切片刀，切絲選用梳形刃口刀片。刀片材料結(jié)合GB9684-88不銹鋼食具容器衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的要求選用奧氏體型不銹鋼（1Cr18Ni9Ti，0Cr19Ni9，1Cr18Ni9），確定切菜機(jī)刀片材料為0Cr19Ni9，即常說的SUS304鋼。圖3-4 刀架因為要從刀具上實現(xiàn)切片切絲功能的轉(zhuǎn)換，所以考慮將刀片與刀架分離，通過更換不同的刀片來實現(xiàn)切片切絲功能的轉(zhuǎn)換，同時，換刀過程必須簡單易操作，綜合考慮將刀架結(jié)構(gòu)設(shè)計成如圖3-4所示結(jié)構(gòu)，設(shè)計三個刀片安裝槽，在刀具下方采用內(nèi)六角螺釘固定，在需要換刀時，將刀具下方的盛菜容器取出，將固定刀片的內(nèi)六角螺釘松開，從側(cè)邊就可以將刀片取出，這樣不僅實現(xiàn)了切片切絲功能，而且減少了換刀的時間。實現(xiàn)切片切絲功能的同時，我們還要考慮對切片厚度的不同需求，本設(shè)計中，在刀架與刀片之間預(yù)留了一定的空間，在刀片與刀架之間通過增加或者減少墊片來調(diào)整刀片的切削厚度，從而實現(xiàn)了對切削厚度控制的功能。具體情況如圖3-5刀架結(jié)構(gòu)所示。圖3-5 刀架結(jié)構(gòu)4 基于Pro/e三維設(shè)計軟件的應(yīng)用伴隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步，計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)已經(jīng)從CAD的二維設(shè)計層次轉(zhuǎn)向了三維實體設(shè)計，目前三維設(shè)計軟件已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、航空航天、建筑等行業(yè)。其三維建模的設(shè)計優(yōu)勢，極大的縮短了產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計的周期，減輕了設(shè)計人員的勞動強(qiáng)度，同時還實現(xiàn)了同類零件的標(biāo)準(zhǔn)庫建立，極大的方便同類行業(yè)之間的技術(shù)交流。本切菜機(jī)設(shè)計采用美國波士頓PTC公司研發(fā)的三維設(shè)計軟件Pro/e對產(chǎn)品全部零部件進(jìn)行了三維建模、虛擬裝配、機(jī)構(gòu)仿真、裝配動畫、干涉檢查等工作，通過虛擬裝配模擬產(chǎn)品裝配過程，干涉檢查可以對虛擬裝配好的產(chǎn)品進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)零部件之間的裝配干涉問題，機(jī)構(gòu)仿真可以真實的了解到產(chǎn)品的工作情況，裝配動畫可以模擬真實的裝配效果，通過軟件的應(yīng)用，不僅減輕了設(shè)計者的工作壓力，同時節(jié)約了設(shè)計成本，加快了產(chǎn)品設(shè)計周期和產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量。4.1 虛擬裝配4.2 爆炸視圖4.3 干涉檢查在經(jīng)過虛擬裝配和爆炸視圖的工作之后，我們并不能保證零部件在裝配的過程中相互之間沒有干涉，如果盲目制造實物，可能會因為一些小細(xì)節(jié)造成不必要的浪費(fèi)，為了避免這個問題，我們可以在Pro/e裝配環(huán)境下，對所組裝部件進(jìn)行干涉檢查，確保各部件配合尺寸正確，各零部件之間裝配吻合。對裝配好的零部件進(jìn)行干涉檢查的操作方法如下：依次單擊“分析”-“模型”-“全局干涉”命令，在“全局干涉”對話框中依次選擇“包括面組”、“包括小平面”、“精確”選項，即可對所完成的裝配組件進(jìn)行干涉檢查。采用此方法對所涉的切菜機(jī)進(jìn)行干涉檢查結(jié)果如下：6 總結(jié)（1）本次設(shè)計通過對現(xiàn)有切菜機(jī)的了解，提出了一套全新的家用切菜機(jī)設(shè)計方案，家用切菜機(jī)設(shè)計不僅豐富了家用食品機(jī)械的種類，同時填補(bǔ)了國內(nèi)家用切菜機(jī)的市場空白，在家用切菜機(jī)產(chǎn)品方向還有很大的研究空間，應(yīng)進(jìn)一步研究，實現(xiàn)其一機(jī)多用的功能。（2）通過對Pro/e三維設(shè)計軟件的使用，熟悉了通過三維設(shè)計軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計的流程以及三維軟件的設(shè)計優(yōu)勢，并對本設(shè)計進(jìn)行了虛擬裝配、運(yùn)動仿真等操作，不僅豐富了三維設(shè)計軟件在食品機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計方面的應(yīng)用案例，同時為計算機(jī)輔助設(shè)計三維軟件設(shè)計技術(shù)的進(jìn)一步研究打下基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn)1 家用和類似用途電器的安全 電動食品加工器具的特殊要求. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.2 田衛(wèi)軍. 基于Pro/E機(jī)械設(shè)計實例精解M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2009.1；3 單泉 陳硯 汪殿龍. Pro/ENGINEER Wildfire 4.0中文版參數(shù)化設(shè)計從入門到精通M. 北京：高等教育出版社，2007；4 雪茗齋電腦教育研究室. Pro/Engineer野火版機(jī)構(gòu)仿真運(yùn)動實例精講.北京：人民郵電出版社，2008.5；5 蔣迪青，唐偉強(qiáng).食品通用機(jī)械與設(shè)備TS.北京：國防工業(yè)出版社，2005；6 李長林，白喬，項輝宇，羅紅旗.Pro/e參數(shù)化技術(shù)在食品機(jī)械通用零部件設(shè)計中的應(yīng)用J.北京：包裝與食品機(jī)械，2011年第29卷第6期；14