1、1目 录摘要 21 引言 .21.1 中国果蔬加工产业现状与发展态势21.2 果蔬原料加工预处理工艺流程简介41.2.1 原料的分级 .41.2.2 原料的清洗 .41.2.3 果蔬的去皮 .41.2.4 果蔬的护色 .51.3 国内外去皮设备简介 52 桃子去皮机的结构设计 .62.1 基本结构 72.1.1 工作圆筒 .72.1.2 工作转盘 .72.1.3 传动系统 .72.1.4 其他 .92.2 工作原理 93 桃子去皮机的参数确定.93.1 物料在工作圆筒内的受力分析93.2 工作转盘转速的确定 103.3 去皮机功率的确定 113.4 选择电动机123.5 整机主要参数指标 14
2、4 主要零件的结构设计与计算 .144.1V 带轮结构设计计算 .154.2 传动主轴的结构设计计算 184.3 轴上零件的周向定位 194.4 确定轴上圆角和倒角尺寸 194.5 滚动轴承的初步选择 194.6 轴承盒盖的设计 205 主要零件的校核.205.1 滚动轴承的寿命计算 205.2 轴的计算和校核 215.2.1 作出轴的计算简图 .215.2.2 轴的强度校核计算 .215.2.3 按弯扭合成应力校核轴的强度 .225.3 键的选择及其校核 235.3.2 大带轮轴键的选择 .245.4 电控原理图 246 总结.26致谢 272桃子去皮机的设计06 机械设计制造及其自动化：段
3、开元指导老师： 李慧摘要 :主要介绍了以摩擦原理为基础的、适合食品加工工厂等场所使用的桃子去皮机的设计要点、工作原理和设备组成。桃子去皮机主要有 动力部分、 传动部分、料仓和机架部分组成。通过对原始数据的分析、方案的论证比较和有关数据的分析 计算，完成了桃子去皮机的总体设计计算。关键词：桃子去皮机；摩擦；去皮；传动全套图纸，加 1538937061 引言1.1 中国果蔬加工产业现状与发展态势近年来，我国的果蔬加工业取得了巨大的成就，果蔬速冻食品机械在我国农产品贸易中占据了重要地位。目前，我国的果蔬加工业已具备了一定的技术水平和较大的生产规模，外向型果蔬加工产业布局已基本形成。我国的脱水果蔬加工
4、主要分布在东南沿海省份及宁夏、甘肃等西北地区，而果蔬罐头、速冻果蔬加工主要分布在东南沿海地区。在浓缩汁、浓缩浆和果浆加工方面，我国的浓缩苹果汁、番茄酱、浓缩菠萝汁和桃浆的加工占有非常明显的优势，形成非常明显的浓缩果蔬加工带，建立了以环渤海地区（山东、辽宁、河北）和西北黄土高原（陕西、山西、河南）两大浓缩苹果汁加工基地；以西北地区（新疆、宁夏和内蒙）为主的番茄酱加工基地和以华北地区为主的桃浆加工基地；以热带地区（海南、云南等）为主的热带水果（菠萝、芒果和香蕉）浓缩汁与浓缩浆加工基地。而直饮型果蔬及其饮料加工则形成了以北京、上海、浙江、天津和广州等省市为主的加工基地。果蔬汁加工领域：高效榨汁技术、
5、高温短时杀菌技术、无菌包装技术、酶液化与澄清技术、膜技术等在生产中得到了广泛应用。果蔬加工装备，如苹果浓缩汁和番茄酱的加工3设备基本是从国外引进的最先进的设备。在直饮型果蔬汁的加工方面，中国的大企业集成了国际上最先进的技术装备，如从瑞士、德国、意大利等著名的专业设备生产商，引进利乐、康美包、PET 瓶无菌灌装等生产线，具备了国际先进水平。果蔬罐头领域：低温连续杀菌技术和连续化去囊衣技术在酸性罐头（如橘子罐头）中得到了广泛应用；引进了电脑控制的新型杀菌技术，如板栗小包装罐头产品；包装方面EVOH 材料已经应用于罐头生产；纯乳酸菌的接种使泡菜的传统生产工艺发生了变革，推动了泡菜工业的发展。脱水果蔬
6、领域：尽管常压热风干燥是蔬菜脱水最常用的方法，但我国能打入国际市场的高档脱水蔬菜大都采用真空冻干技术生产。另外，微波干燥和远红外干燥技术也在少数企业中得到应用。我国研制的真空冻干技术设备取得了可喜的进步，一些国内知名冻干设备生产厂家的技术水平已达到国际 20 世纪 90 年代同类产品的先进水平。速冻果蔬领域：近些年，我国的果蔬速冻工艺技术有了许多重大发展。首先是速冻果蔬的形式由整体的大包装转向经过加工鲜切处理后的小包装；其次是冻结方式开始广泛应用以空气为介质的吹风式冻结装置、管架冻结装置、可连续生产的冻结装置、流态化冻结装置等，使冻结的温度更加均匀，生产效益更高；第三是作为冷源的制冷装置也有新
7、的突破，如利用液态氮、液态二氧化碳等直接喷洒冻结，使冻结的温度显著降低，冻结速度大幅度提高，速冻蔬菜的质量全面提升。在速冻设备方面，我国已开发出螺旋式速冻机、流态化速冻机等设备，满足了国内速冻行业的部分需求。尽管我国的果蔬加工产业无论是加工能力、技术水平、装备硬件以及国内外市场都取得了较大的进步和快速的发展，但是与国外发达国家相比仍然存在一定的差距。我国在果蔬加工原料的选育方面取得了一定的进步，但是适合加工的果蔬品种仍然很少，制约了果蔬加工业的良性发展。例如，浓缩苹果汁加工长期以来以鲜食品种为原料进行加工，制约了产品质量的进一步提高，产品的出口价格低，经济效益不高。又如，在脱水果蔬及速冻果蔬方
8、面，加工企业多数没有自己的优质蔬菜加工原料基地，如国际贸易中占主导地位的脱水马铃薯、洋葱、胡萝卜及速冻豌豆、马铃薯等大品种，我国加工量较少。尽管高新技术在我国果蔬加工业得到了逐步应用，加工装备水平也得到了明显提高，但由于缺乏具有自主知识产权的核心关键技术与关键制造技术，造成了我国果蔬加工业总体加工技术与加工装备制造技术水平偏低。果蔬汁加工领域：无菌大罐技术、PET 瓶和纸盒无菌灌装技术、反渗透浓缩技术等没有突破；关键加工设备的国产化能力差、水平低，特别是在榨汁机、膜过滤设备、蒸发器、PET 瓶和纸盒无菌灌装系统等关键设备的国产化方面难度大，国内难以生产能够在设备性能方面相似的加工设备。罐头加工
9、领域：加工过程中的机械化、连续化程度低，对先进技术的掌握、使用、引进、消化能力差。在泡菜产品方面，沿用老的泡渍盐水的传统工艺，发酵质量不稳定，发酵周期相对较长，生产力低下，难以实现大规模及标准化工业生产。4脱水果蔬加工领域：目前我国生产脱水蔬菜大多仍采用热风干燥技术，设备则为各种隧道式干燥机，而国际上发达国家基本上不再采用隧道式干燥机，而常用效率较高、温度控制较好的托盘式干燥机、多级输送带式干燥机和滚筒干燥机。在喷雾干燥设备方面，我国研发的干燥塔的体积蒸发强度和国外同类产品的体积蒸发强度相比差距很大。果蔬速冻加工领域：我国果蔬速冻工业，在加工机理和工艺方面的研究不足。尤其值得注意的是，国外在深
10、温速冻对物料的影响方面，已有较深入的研究，对一些典型物料“玻璃态”温度的研究通过建立数据库，已转入实用阶段。解冻技术对速冻蔬菜食用质量有重要影响，在发达国家，随着一些新技术逐渐应用于冷冻食品的解冻，对微波解冻、欧姆解冻、远红外解冻等机理研究和技术开发较为热门。在速冻设备方面，目前国产速冻设备仍以传统的压缩制冷机为冷源，其制冷效率有很大限制，要达到深冷就比较困难。国外发达国家为了提高制冷效率和速冻品质，大量采用新的制冷方式和新的制冷装置。以液态氮、液态二氧化碳等直接喷洒的制冷装置自 20 世纪 80 年代以后就逐渐运用到速冻机中，这些制冷装置可以使温度下降到比氨压缩机低得多的深冷程度。果蔬物流加
11、工领域：我国在鲜切果蔬技术研究方面的工作才刚刚起步，如在鲜切后蔬菜的生理与营养变化及防褐保鲜技术方面开展了一些初步研究，但尚未形成成熟技术。在无损检测技术方面，我国尚处于初始研究阶段，与世界先进水平存在巨大差距。在整个冷链建设方面，预冷技术的落后已经成为制约性问题。现代果蔬流通技术与体系尚处于空白阶段。目前，我国进入流通环节的蔬菜商品未实现标准化，基本上是不分等非常高，与发达国家相比平均高 20 个百分点。中国已发展成为世界果蔬和加工品的最大出口国，但很多是以半成品的形式出口，到国外后仍要进行深加工或灌装，产品附加值较低。高附加值产品少，特别是对原料的综合利用程度低，皮渣中果胶、果蔬天然香精、
12、膳食纤维、色素、籽油等精深加工产品的产业化核心技术没有突破。更重要的是，我国果蔬加工企业的研发与创新能力十分薄弱，核心竞争力实质只是所谓的“低价格优势” 。在国外，绝大部分企业都设有企业的研发部门或研发中心，进行新产品的开发，一般企业的研发费用占销售收入 23以上。但是，国内的大部分加工企业不重视产品的研发和科技投入，不注重企业人才培养与引进，造成企业研发人才和研发设施缺乏，从而导致企业研发与创新能力差、技术水平落后、产品难以满足市场需求。1.2 果蔬原料加工预处理工艺流程简介1.2.1 原料的分级果蔬的分级可按照不同的加工品的要求，采用不同的分级方式分级，包括大小分级、成熟度分级和色泽分级等
13、几种。在我国成熟度分级常用目视估测的方法进行，而大小分级是分级的主要内容，几乎所有的加工果蔬均需大小分级，分级的方法有手工分级和机械分级。1.2.2 原料的清洗果蔬原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附着的尘土、泥沙和大量的微生物以及部分的5化学农药，保证产品的清洁卫生，从而保证产品品质。对于农药残留的果蔬，洗涤时常在水中加化学洗涤剂，常用的有盐碱地酸、醋酸，有时也用氢氧化钠等强碱及漂白粉、高锰酸钾等强氧化剂。果蔬清洗的方法须根据果蔬形状、质地、表面状态、污染程度、夹带泥土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和机械清洗。后者需配置滚筒式、喷淋式、压气式、浆叶式等设备。1.2.3 果蔬的去皮凡是果蔬原料
14、果皮粗糙、坚硬，具有不良风味的均应去皮，以利于提高品质，只有在加工某些果脯、蜜饯、果汁和果酒时，因要打浆和压榨，才不用去皮，果蔬去皮方法如下：（1）手工去皮:用特别的刀、刨等工具人工削皮，去皮干净、损失少，但劳动效率低。（2）机械去皮:主要用于比较常规的果蔬原料。（3）碱液去皮:利用碱液的强腐蚀性来使蔬菜表面中胶层溶解，从而使果皮分离。碱液去皮常使用氢氧化钠，腐蚀性强且廉价。碱液去皮时碱液的浓度、处理时间和碱液温度，应视不同果蔬原料种类、成熟度、大小而定。碱液浓度提高、处理时间长和温度高都会增加皮层的松离及腐蚀程度。经碱液处理后的果蔬必须立即在冷水中浸泡、清洗、反复换水直至表面无腻感，口感无碱
15、味为止。（4）热力去皮:果蔬用短时间高温处理后，使表皮迅速升温，果皮膨胀破裂，与内部果肉组织分离，然后迅速冷却去皮，适合于成熟度高的桃、李、杏等。热去皮的热源主要有蒸汽和热水。此法原料损失少，色泽好，风味好。（5）酶法去皮:在果胶酶的作用下，达到去皮目的。需要控制酶的最佳作用条件如温度、时间、PH 值等。（6）冷冻去皮:将果蔬在冷冻装置中冷至达到轻度表面冷冻，然后解冻，使皮松弛后去皮，此法质量好但费用高。（7）真空去皮:将成熟的果蔬先行加热，使其升温后果皮和果肉分离，接着进入有一定真空度的真空室内，适当处理，使果皮下的液体迅速“沸腾” ，皮与肉分离，然后破除真空，冲洗或搅动去皮。1.2.4 果
16、蔬的护色果品在加工过程中，将原料去皮、切分、破碎和空气接触及高温处理，都可能促进化学变化，生成有色粉质。其中包括酶褐变和非酶褐变。都要经过相应的方式来对果品进行护色保护。1.3 国内外去皮设备简介国内外桃子去皮方法大致有三种，即机械去皮、蒸汽去皮和化学去皮，三种去皮方法的工作原理为：机械去皮:在圆筒形容器中，依靠带有磨料的圆盘、滚轮或依靠特制的橡胶辊在中速或高速旋转中摩擦块茎的表面而达到去皮目的。6蒸汽去皮:在高压容器内，通入高压蒸汽使块茎表面受热，然后打开容器盖，突然释放压力，块茎的表皮和果肉即自行分离。化学去皮:在耐碱容器内，加入强碱溶液并加温，后加入块茎，经一段时间后块茎的表皮被碱溶液腐
17、蚀，经高压水反复冲洗干净后，在将块茎放入机械去皮机中剥去表皮。1.3.1 摩擦去皮目前，国内主要使用机械摩擦去皮机。如图 1 所示，该机由机盖、机筒、机座、电机、砂盘等部分组成。以电机为动力，通过减速齿轮带动机筒底部的砂盘旋转。块茎加入机筒内，因其离心力和相互碰撞作用，在机筒内上、下、左、右翻动，表面被砂盘均匀的摩蚀，去皮结束时加入清水，再打开侧门，块茎从侧门自动排出，皮屑随水流从砂盘的周围间隙排出，该机为间歇生产。1.3.2 蒸煮装置国内食品加工业使用的连续式链带蒸煮机和高压蒸煮锅，机体庞大，结构复杂，造价昂贵，小型果蔬原料食品加工厂引进使用有一定困难。在实际生产中，对马铃薯片的蒸煮要求并不
18、高，使用自制的蒸煮装置完全可以满足要求。图为一般食堂、饭店常用的蒸煮装置结构示意图。在一个大型蒸煮容器内铺设轨道，道轨通到容器大门外切片机附近。道轨上置放平板小车，小车上装有方形笼屉若干层。块茎切片后，依次放入笼屉。待所有的笼屉子都装满薯片后，将小车连同笼屉推入容器中，密封大门，再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后，打开大门，拉出小车和笼屉，取出薯片。蒸煮容器为长方形，下部设有进气管道和阀们，上部有排气管。容器框架由角钢制作，外壁由钢板制造，并用隔热材料涂抹保温。1.3.3 化学去皮装置在由防碱材料制成的容器中注入氢氧化钠溶液，溶液浓度为 15%25%。加热溶液，温度达到 8795 C，加入块茎搅拌使
19、温度保持在 70 C 左右；经过 26 分钟，块茎的表皮开 始变松变软；捞出块茎，用高压水反复冲洗，知道表面无残留物为止。捞出的块茎也可放入机械式去皮机中剥去表皮。本法的优点是对不同大小、不同形状的块茎适合性好，去皮快，不需要结构复杂的专门设备。缺点是冲洗块茎需要大量清水，皮屑不能利用，排出的废液污染环境。由于去皮方法不同，国内外马铃薯、胡萝卜去皮机械的结构形式也各不相同，去皮差异较大，去皮率大致为 7%-25%，其中机械去皮率为最大，蒸汽去皮率为最小。国内外几种去皮设备的去皮性能比较表机型 L 离心式切屑去皮机 机械去皮机 蒸汽式去皮机 化学法去皮机结构 简单 复杂 复杂 简单7对块茎原料的
20、要求卵 卵圆形，芽眼浅，无伤痕卵 卵圆形，芽眼浅，无伤痕无要求 无要求产品质量表面光滑，无污染，无蒸煮层表面光滑，无污 染，淀粉损失大表 表面光滑，有蒸煮层，无污染表 表面光滑，无蒸煮层，有污染皮屑 可利用 部分利用 部分利用 不能利用有无加热设备无 无 需要（150-200 度） 需要（ 85-95 度）通过上表的比较分析以及联系本次设计的任务要求，同时结合我国在去皮机上的实际水平考虑经济性，达到能以最少的投资获得较好的经济效益，决定以机械去皮机为设计研究方案。在果蔬原料的加工预处理工艺中主要进行去皮的处理加工。2 桃子去皮机的结构设计2.1 基本结构该机采用立式机型，主要包括工作圆筒，工作
21、转盘，机架和传动部分，见装配图2.1.1 工作圆筒工作圆筒部分包括圆柱形工作筒和倒梯形集皮槽。它由不锈钢薄钢板卷焊而成（采用不锈钢是因为它具有良好的耐腐蚀性能承受一定的冲击载荷，具有较高的硬度和耐摩性，特别是对于此类食品加工设备，食品安全卫生状况最佳） 。筒内壁为粗糙表面，以棕刚玉掺环氧树脂浇注、烘干而成。圆筒的侧壁开有带活门的出料口，物料块茎在离心力的作用下甩出来，碰在出料门的内壁上并改变方向，以便于物料的收集。出料口和排渣口的方位可根据接收容器的放置位置和方便操作来确定。2.1.2 工作转盘工作转盘是物料去皮过程中产生机械作用的主要部件。根据胡萝卜、马铃薯的生物学特性及物理特性，吸收手工去
22、皮的基本原理，确定转盘的基本形状为圆盘形，转盘表面为中心向四周辐射的凸起波纹状。为增大物料和转盘的摩擦，用棕刚玉掺环氧树脂通过模型浇注在盘的顶面上，大概 20mm 厚，经烘干制成。亦具有一定的去皮作用。转盘下方设有随盘一起转动的挡水环，以防止清洗水进入轴承。2.1.3 传动系统常用的机械传动方法又可供选择：（1）带传动通过一级皮带轮实现传动，他有过载保护作用、有缓冲吸振作用、运行平稳无噪音、适于远距离传动、制造安装精度要求不高、成本低；但有弹性滑动使传动比 i 不恒定、张8紧力较大（与啮合传动相比）轴上压力较大、结构尺寸较大不紧凑、打滑使带寿命较短等缺点应用范围传动比要求不高，要求过载保护，一
23、般的传动范围 25。（2）齿轮传动采用齿轮传动，它的优点效率高，传动比恒定；结构紧凑，寿命长，但制造、安装精度要求高；中心距不宜较大。但它能够实现很大的传动比；圆柱齿轮二级减速器 i60。（3）链传动采用链传动，但他只能实现平行轴间链轮的同向传动，对恶劣环境能适应；运转时不能保持恒定的瞬时传动比，磨损后易发生跳齿，传动不平稳，多用于低速传动等。i8（4）蜗杆传动结构紧凑，传动比大，传动平稳，噪声小；效率低，制造要求精度高，成本较高；i120。由于链传动运转不均匀，有冲击，不适合高速传动，而带传动平稳，能缓冲减振，由于本设计总传动比比较高，还要通过减速器二级减速。故本设计机构从总体和经济性考虑选
24、择带传动、齿轮传传动方案一：电动机用带传动减速，直接降到工作机轴转速的要求值。由于带传动有一定的减震作用而链轮传动制造麻烦而且有噪音，且链轮上的润滑油可能污染物料所以这部分传动选用带动传动。其传动方案如图 1 所示。传动方案二：电动机直接与减速器通过联轴器连接，减速器再通过联轴器与带轮连接，然后带动转动带动去皮机的工作轴转动。由于带传动有一定的减震作用而链轮传动制造麻烦而且有噪音，且链轮上的润滑油可能污染物料所以这部分传动选用带动传动。其传动方案如图 2 所示。其传动方案如图 3。由于带传动应布置在低速级，直接减速满足设计要求，故选择方案一。图 1 传动方案一1 电动机 2 小带轮 3 V 带
25、 4 大带轮 5 料斗9图 2 传动方案二1 电动机 2 减速器 3 料斗2.1.4 其他工作圆筒下部设有排渣口，清洗水连同物料皮渣一起从这里排出2.2 工作原理当去皮机工作时，工作转盘旋转，物料由斗形进料口加入，物料落到旋转圆盘表面上的波纹凸起上时，受离心力的作用由工作圆盘的中心向外运动，同时被抛起向筒壁的粗糙表面并产生摩擦。物料不断的沿工作圆筒壁运动，上升到顶盖，又被顶盖挡回落入工作盘表面。物料在这样的往复运动过程中，被猛烈翻滚搅动，从而形成了与盘、筒壁及颗粒之间的以翻转、揉搓摩擦为主，撞击为辅的综合机械作用效果，从而达到去皮的目的。在摩擦去皮的同时，从进水孔注入清水，及时将擦下的皮通过转
26、盘与筒壁的缝隙冲至排渣口排出机体。在不停机的情况下，打开出料口的活门，物料利用离心力从出料口卸出。卸料前应停止注水，以防止活门打开后从出料口溅出。3 果蔬原料去皮机的参数确定3.1 物料在工作圆筒内的受力分析物料在转盘旋转时的受力情况如下图所示：设波纹角为 a，物料的速度为 V。当转盘旋转时推动物料 A 运动。其运动方向垂直于波纹切线。V 可以分解为 V 垂直和 V 水平，CB与转盘平面平行，可以看作是转盘圆周速度 R，10式中 为角速度(1/s),R 为转盘半径(m)V 垂直 =Vcos = Rsin cos ;2sincossina则 V 垂直 = R （m/s）2sin物料从垂直方向抛起
27、的动能E 垂直 = mv2 垂直 = m( )2= m 2R2sin22 (N m)11sinR81此动能应等于势能 mgh 即：m 2R2sin22 =mgh 2R2sin22 =gh8181为了正常运转，抛高 h 一定要超过物料在工作圆筒内的厚度，才能使最低层的物料抛起与桶壁进行摩擦，所以用 代替 h，即2R2sin22 =g ;81又因为 = ，代入上式得:30n( )2R2sin22 = g ;8130n化简得 (r/min) (1)2sin60Rn角一般取 20。 -30。为了正常运转,仅把物料抛起还不行,还要保证物料能抛向侧壁进行摩擦，抛向侧壁的力靠离心力为 CC= = = = （
28、N）Rmv22)(gRnG2)30(902Gn此离心力应大于波纹对物料的摩擦力 T,才能使物料离开波纹抛向侧壁,摩擦力T=Gf(N), f 为摩擦系数使 C T，即; ;GfRn902 RfGfn90902n 30 (转/ 分)(2)Rf11在设计计算时，应取（1） 、 （2）两式中的大值作为转速值，设计所选择的 n 值32 工作转盘转速的确定收购物料时，其包装以编织袋居多，每袋 25KG30KG，工作时每次倒入两袋（以袋的整数倍为一次计量） ，下面以此确定整机的尺寸和转速。桃子的容量根据资料查找，选取一般值 900kg/m ,桃子的长度一般取在 50mm-200mm 之3间考虑，转盘半径应与
29、物料长度有一定的可比性，再考虑整机结构以及外形尺寸。根据设计选定工作转盘半径 R400mm，则物料的堆高，根据公式 m 可以估算2R出，物料的堆高值 110mm由(1)式可知，在 小于 45。时，转速随 的增大而降低，考虑转速不宜太高且能有较大的抛高，取 25。 ，则由(1)式计算转速最小值为 n93r/min。马铃薯、胡萝卜与磨料的摩擦系数为 1.1-1.3,取 f1.2由(2)式计算转速 n=52r/min取以上两者中的大值。但由于以上确定的转速仅适用于理想物料情况，实际工作中，由于物料之间的相互碰撞、摩擦和物料的弹性影响，物料在此转速下达不到计算高度，故 n 应适当放大结合考虑，故最终选
30、定工作转盘转速 n150r/min3.3 去皮机功率的确定去皮机的功率消耗包括：克服物料对转盘摩擦力所需要的功率 N1；克服物料对工作圆筒壁摩擦力所需要的功率 N2；转盘抛起物料所作的功率 N3；传动机构因摩擦而消耗的功率 N4.以上功率分别以下公式计算（W）cpmMN1式中 处于圆筒内物料的摩擦力矩（N m）（N m）2RGfMmp式中 G物料重力（N）f 摩擦系数（f=1.1-1.3）摩擦臂矩（ m）2Rcp物料与圆盘的平均相对角速度（1/s）,采用最大角速度的 1/260)3(1ncp12故 （W）12062N1nGfRnRGf cpyM式中 在离心力的作用下物料与侧壁的瞬时摩擦力矩 （
31、N m）Rfmy2式中 物料圆周速度（m/s）摩擦臂矩（ ） （m）R 8R（N m）gfGfRfmfRMy 882222 故 （W）gnfgfGN406822（W）03snk式中 s工作转盘表面波纹高度（m）k 波纹的数量即传动损失，可用传动效率 表示（ =0.9）4N则消耗的总功率为： 60481202321 GsnkgfnGfR化简得 （W）480)(2snkffnN结合上式根据经验公式，总功率可用以下式子进行估算（）MN式中为转盘转矩（N M）, 为传动效率fGRR 为摩擦臂矩(m)，R0.4D（D 为工作转盘直径）13根据上式则可算出工作转盘转矩 M192N M用近似值进行估算，达到
32、生产要求所需的功率 N3.5KW，考虑到电动机效率及意外情况，取电动机功率为 4KW3.4 选择电动机电动机是专门工厂批量生产的标准部件，设计时要选出具体型号以便购置。选择电动机包括类型，结构，容量（功率）和转速，并在产品目录中查出其型号和尺寸。（1）选择电动机类型和结构形式电动机分交流电动机和直流电动机两种。由于直流电动机需要直流电源，结构复杂，价格较高，维护比较不便，因此无特殊要求时不宜采用。生产单位一般用三相交流电源，因此，如无特殊要求都应用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机量类。异步电动机有笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最多。我国新设计的 Y 系列三相笼型异
33、步电动机属于一般用途的全封闭自扇冷电动机，其结构简单、工作可靠、价格低廉、维护方便，适于不易燃、不宜爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械上。电动机类型要根据电源种类（交流或直流） ，工作环境（温度、环境、空间位置尺寸等），载荷特点（变化性质、大小和过载情况） ，起动性能和起动、制动、反转的频繁程度，转速高低和调速性能要求等条件要求；故按工作要求和条件，选用三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压 380V，Y 型。（2）选择电动机的容量电动机的容量（功率）选得合适与否，对电动机的工作和经济性都有影响。容量小于工作要求，就不能保证工作机的正常工作，或使电动机长期过载和功率因数都较低，增加电能消耗，造成
34、很大浪费。电动机的容量主要根据电动机运行时的发热条件来决定。电动机的发热与其运行状态有关。运行状态有三类，即长期连续运行、短时运行和重复短时运行。变载下长期运行的电动机、短时运行的电动机（工作时间短、停歇时间长）和重复短时运行的电动机（工作时间和停歇时间都都不长）的容量要按等效功率法计算并校验过载能力和起动转矩，其计算方法可参看有关电力拖动的书籍。电动机的功率为 kwpad式中：Pw-工作机所需工作功率，是指工作机主动端运输带所需功率，KW；a-由电动机至工作机主动端运输带的总效率。经过计算 为 3.5KW；dP（3）确定电动机转速容量相同的同类型电动机，有几种不同的转速系列供使用者选择，如三
35、相异步电动机14常用的有四种同步转速，即 3000、1500、1000、750r/min（相应的电动机定子绕组的极对数为 2、4、6、8） 。同步转速为由电源频率与极对数而定的磁场转速，电动机空载时才可能达到同步转速，负载时的转速都低于同步转速。低转速电动机的极对数多，转矩也大，因此外廓尺寸及重量都较大，价格较高，但可以使传动装置总传动比减小，使传动装置的体积、重量较小；高转速电动机时要综合考虑，分析比较电动机及传动装置的性能，尺寸、重量和价格等因素。所以综合以上我们查表选择电动机型号为 Y160M1-8，其主要性能如表 1 和电动机外形和安装尺寸表 2；表 1 电动机主要性能参数满载型号 额
36、定功率/kw 转速r/min电流A效率%功率因数起动电流额定电流起动转矩额定转矩最大转矩额定转矩Y160M1-8 4 720 9.1 86.5 0.77 6.0 2.0 2.0表 2 电动机外形和安装尺寸中心高H(mm)外形尺寸L(AC/2+AD) HD悬挂安装尺寸AB安装螺栓孔直径K轴伸尺寸DE装键部位尺寸FDG160 600(325/2+255)385 254210 15 42110 124237电动机的结构外形如图 3 所示图 3 电动机结构3.5 整机主要参数指标型号 QP100工作转盘直径 800mm转速 150r/min15电动机 Y160M1-8 4KW（同步转速 750r/mi
37、n）生产能力 2500kg/h每次投料量 50kg每次去皮时间 约为 70 秒去皮得率 95%去皮损耗率 计算功率 Pca 由机械设计书表 8-7 查得工作情况系数 Ka1.1;故PcaK aP4.4kw式中：P ca计算功率，KW；Ka 工作情况系数，见表 8-7；P 所需传递的额定功率，如电动机的额定功率或名义的负载功率，KW。选取普通带带型根据 Pca,n1由图 8-11 确定为 SPZ 型窄 V 带确定带轮基准直径由表 8-6 和表 8-8 取主动轮基准直径 dd1=100mm根据式(8-13)，从动轮基准直径 dd1= dd1 =500mm根据表 8-8,取 dd2500mm按式（8
38、-13）验算带的速度 35m/s/s8.10672106 dn故带的速度合适。d确定普通带的基准长度和传动中心距根据 0.7(dd1+dd2)验算主动轮上的包角 :1由式(8-6)得:180 - =180 =133 120 (至少需要达到 90 )15712ad 57489105 故可知主动轮的包角合适。f计算普通带的根数 Z由式（8-22）知:Z LcaKP)(由 n1=720r/min，d d1100mm， 5，查表 8-5c 和表 8-5d 得P 1.2kw ; P 。 =0.12kw查表 8-8 得:K a=0.87,查表 8-2,得 Kl1.05 则Z 3.6505.187.)12.
39、0(4取 Z4 根（Z10 合适）（g）计算预紧力 F0由式（8-3）知:F 05002)15.2(qvKZPca查表 8-4 得 q=0.07kg/m,故F0 N=272.18N 2)8.3(07.)18.052(4.35计算作用在轴上的压轴力 Fp为了设计安装带轮的轴和轴承，必须确定传动作用在轴上的力 Fp由式（8-24）得 Fp2ZF sin =1997(N)21213sin8.274带轮结构设计设计带轮时应满足的要求有：质量小，结构工艺性好，无过大的铸造内应力；质量分布均匀，轮槽工作面要精细加工（表面粗糙度一般应为 3.2）,以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分
40、布较为均匀等。带轮的材料选取 HT200 的灰铸17铁，结构为腹板式。V 带传动的张紧装置各种材质的 V 带都不是完全的弹性体，经过一定时间的运转后，都会发生塑性变形，使预紧力降低。为了保证带传动的能力，应定期检查预紧力的数值。最常见的张紧装置有定期张紧装置、自动张紧装置和张紧轮张紧装置等几种，在本设计中，由于自动张紧装置和张紧轮张紧装置的自身特点不适合本设计中皮带轮张紧要求的需要。因此，在本课题加料器的设计中，采用手动定期张紧作为皮带轮的张紧装置。如图 5 所示图 4 v 带张紧装置其特点是：采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使带重新张紧。在水平或倾斜不大的传动中，可用定期张紧的方法
41、，将装有带轮的电动机安装在制有滑道的基板上。要调节带的预紧力时，松开基板上各螺栓的螺母，旋动调节螺钉，将电动机向右推移到所需的位置，然后拧紧螺母。小带轮参数选择小带轮的各参数见表 3表 3 小带轮的参数addBlch130.5 125 28 33 33 11.45图 5 小带轮结构图大带轮参数选择18大带轮各参数见表 4表 4 大带轮的参数add1d2Bl2sch505.5 500 24 60 450 33 33 16.3 10 11.45大带轮结构如图 7图 6 大带轮结构图42 传动主轴的结构设计计算由于轴承的型号是根据轴端直径确定的，而且轴的结构设计是在初步计算轴径的基础上进行的，故初步
42、计算轴的直径轴的直径可按照扭转强度法进行估算，即d=C ； P=3.5KW； n=150r/min3np式中 P 为轴传递的功率，kw;n 为轴的转速，r/min;C 为由轴的材料和受载情况确定的系数。轴用 45 号钢材料，C 取 110。则经过计算 dmin=32mm输出轴的最小直径显然是安装带轮 2 的直径，由于此传动主轴开有两个键槽，考虑到键槽对轴的强度的削弱，则dmin32+32x15%=36.8mm考虑到车螺纹，故取最小轴径 d=55mm19拟定轴上零件的装配方案本轴的零件的装配方案见装配图轴的结构图见零件附图根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度(1)L1-2段的轴段为了满足工作
43、转盘的轴向定位要求，考虑反转螺帽的旋入深度，工作转盘的厚度，此轴段所车的螺纹长度为 25mm，总长 L1-2=90mm,直径 d=55mm（2）L 2-3段的轴段此段安装有轴承，考虑工作圆筒内的集皮空间和机架的厚度，此轴段的总长（由于此处选用凸缘式轴承盖进行密封，则轴承盖连接螺钉直径选 M10,数目 6 个）L 2-3100mm，直径 d65mm(3)L3-4段的轴段此段主要是处于立式轴承座中，进行轴承的轴向固定起承载作用，故长度根据估算取L3-460mm ,d=74mm(4)L4-5段的轴段此段的轴长主要是与大带轮发生联系，在其上安装有轴承，根据大带轮的带轮宽（Z1）X12+2f=52mm,
44、综合考虑取此处 L4-590mm,d=65mm(5)L5-6段的轴段此段用来安装大带轮，由以上的大带轮宽度可取此处轴段长度 L5-652mm,d=55mm43 轴上零件的周向定位工作圆筒和大带轮的周向定位均采用平键联接按 d=55mm 由机械设计手册查得所选用的平键截面 (mm)(GB/T1095-1979),106hb键槽用键槽铣刀加工，与工作转盘相连的键槽长取 45mm，也大带轮相连的键槽长取32mm（标准键长见 GB/T1096-1979）,同时为了保证大带轮与轴配合有良好的对中性，故选择大带轮轮毂与轴的配合为 H7/n6,滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公
45、差是 n6。44 确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计书，表 15-2，取轴端倒角为 45245 滚动轴承的初步选择因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承，按照工作要求并根据d=65mm，由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组，标准精度级的角接触球轴承 7213AC，其尺寸为 ,成对使用，安装在立式轴承座上。231065BDd20同时在驱动端安装一个膜片式弹簧圈对轴施加预载荷，所以可以保证主轴系统无游隙运动和高刚度，这样可以避免无载荷轴承在高速下可能出现的球打滑现象，球打滑可能会引起表面变粗糙，提高运转噪声。轴承的润滑：该滚动轴承采用脂润滑。润滑脂是增稠剂和基础油的混合物，可分
46、为以下润滑脂类型：(1)由金属皂作为增稠剂与润滑油所构成的金属皂基润滑脂。(2)由无机胶凝剂式有机增稠剂与润滑油构成的非皂基润滑脂。(3)由有机式无机增稠剂与合成油构成的合成润滑脂。该轴承选用 2 号钙基脂为润滑脂。该轴承为长寿命润滑脂润滑，润滑间隔为一年。46 轴承盒盖的设计轴承盖用来限定轴承的位置和密封作用，常用的轴承盖有螺栓固定式和嵌入式两种。前者可较容易调整轴承的轴向间隙和啮合件的轴向位，但结构较重；后者结构简单，但嵌槽加工困难。根据结构特点设计为螺栓固定式。轴承盒盖图如右图 8 所示图 7 轴承端盖5 主要零件的校核51 滚动轴承的寿命计算在确定滚动轴承的支点位置时，应从手册中查取
47、a 值，对于 7213AC 型角接触球轴承，由手册查得 a=25mm,因此作为外伸梁的轴的支撑跨距25+60+25=110mm21求出轴承的径向载荷; 09101prF;)(2r根据计算得出 Fr1=-1652N; Fr2=3649N; 则两者的方向相反又因为 Fae=1.5G=750N;现以 Fr2为计算滚动轴承来校核轴承寿命因为 0.21 0.68 ; P=Fr2=3649Nrae则所选用的滚动轴承的寿命为;对于球轴承而言 3)(601PCnLh查表知 7213AC 型角接触球轴承的基本额定动载荷 C51200N根据上式计算其寿命得出 ，满足工作要求hLh0694又对所选角接触球轴承的静载
48、荷进行讨论;NC4320 aerFP7.0显然 S综合可知，所选的 7213AC 型角接触球轴承符合工作要求。52 轴的计算和校核5.2.1 作出轴的计算简图结合 7213AC 型角接触球轴承的计算数据，作出如下的轴的弯矩扭矩图图 8 轴的弯矩扭矩图225.2.2 轴的强度校核计算根据轴的弯矩扭矩图可知其危险截面为轴承一所在支点处截面，根据轴的具体受载及应力情况，可知该轴为传动轴，主要承受扭矩。则按扭矩强度条件计算。考虑还受有不大的弯矩，则用降低许用扭矩切应力的方法予以考虑轴的扭矩强度条件为： TTdnPW32.095式中： 扭转切应力，单位为 MPa；T轴所受的扭矩，单位为 ；mNW T轴的抗扭截面系数，单位为 mm ；3n轴的转速，单位为 r/min；P轴传递的功率，单位为 KW；d计算截面处轴的直径，单位为 mm许用扭转切应力，单位为 MPaT此轴选用 45 号钢， 值为 2545
