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1、家用切片切丝机设计(根茎类、块类蔬菜) 摘要:根茎类、块类蔬菜家用切片切丝机的设计主要是在原有大型切菜机的基础上，对设计要求及工作原理进行系统分析后完成的创新设计。本文着重说明了家用切片切丝机整体结构的设计过程，包括原理方案设计，传动机构、切削机构和压紧定位机构的设计以及主要部件的结构设计，并对部分设计结果进行校核。本设计需手动操作，并采用直齿圆锥齿轮传递动力，以实现运动方向的转变。切削机构结构简单，主要由盘形刀架、垫块及切片刀和切丝刀组成，调节切削形状及切削厚度方便。上下顶盖间开合较为频繁，采用杠杆锁止器实现快速连接。整体机构采用立式布置，结构紧凑，并可实现三个工位依次加工，分类收集的功能。
2、本设计重新选择动力来源，改进切削方法，不仅增强了家用切片切丝机的加工能力，还提高了使用的安全性。关键词：切片切丝机，传动方案，锥齿轮，切削机构、压紧定位机构，杠杆锁止器，工位 Design of Household Slicing-shredding Machine (for Rhizome and Tuber) Abstract: The design of household slicing-shredding machine is based on the original design data and detailed analysis of its design requireme
3、nt and operational principle. It is a design with certain innovation. This article highlights the design process of slicing-shredding machines whole structural design, including the design of principle scheme, transmission mechanism, cutting mechanism, chucking system and the main parts, etc. Apart
4、from this, it provides some checking data of the design results. This design has to be operated manually, and it uses spur bevel gears to transmit motion and change direction. This simple cutting mechanism is made up of a disc tool rest, blocks, a smooth blade and a shredding blade, so the chip dime
5、nsion can be regulated easily. Using lever locks to achieve the opening and closing of the top. With an upright arrangement, the whole structure is compact and can achieve processing three working positions in order and collecting the items individually. After reselection of the basic motive source
6、and improvement of cutting method, the processing capability and safety of the household slicing-shredding machine is improved. Key words: slicing-shredding machine, transmission scheme, bevel gear, cutting mechanism, chucking system, lever lock, working position目录1、绪论11.1 引言11.2 我国现有食品机械介绍11.2.1 食品
7、机械在我国食品工业中的地位与作用11.2.2 食品机械的分类与特点21.2.3 我国食品机械行业的现状与发展趋势21.3 切菜机介绍31.3.1 切菜机介绍31.3.2 切菜机的发展趋势31.3.3 切菜机的工作原理41.4 本文的研究目的和主要研究内容41.5 原始数据及技术要求51.5.1 原始数据51.5.2 技术要求52、原理方案设计62.1 原理分析62.2 方案选定62.2.1 整体机构布置62.2.2 动力选择72.2.3 传动机构选型72.2.4 工作原理简图绘制83、切削机构及定位压紧机构设计93.1 切削机构设计93.1.1 设计要求93.1.2 机构设计93.2 定位压紧
8、机构设计93.2.1 设计要求93.2.2 机构设计103.3 箱体快速连接机构设计103.3.1 设计要求103.3.2 机构设计104、传动机构设计114.1 传动参数计算114.1.1 原始数据114.1.2 参数计算114.2 锥齿轮设计124.2.1 技术要求124.2.2 选定材料、热处理及精度124.2.3 初步设计齿轮传动的主要尺寸124.2.4 强度校核134.2.5 齿轮几何尺寸计算154.2.6 齿轮结构设计164.3 横轴设计164.3.1 技术要求164.3.2 轴的设计164.3.3 按弯扭合成校核轴的强度174.4 立轴设计194.4.1 技术要求194.4.2
9、轴的设计195、其它零件结构设计215.1 箱体结构设计215.1.1 上顶盖的设计215.1.2 下顶盖与上箱体的设计215.1.3 下箱体的设计225.2 轴的辅助定位零件结构设计225.2.1 套筒的设计225.2.2 带螺纹套筒的设计236、结论246.1 整体结构说明246.2 使用及维护方法246.3 设计工作总结246.4 存在的问题及继续设计的建议24致谢25参考文献26家用切片切丝机设计（根茎类、块类蔬菜）1、绪论1.1 引言随着经济水平和科学技术的飞速发展，人们的生活水平不断提高，人们对生活的便捷性要求也越来越高。为了解决生活中的种种困扰，为人们的生活提供便利，节约时间、提
10、高效率，使用家用电器及小型的机械产品已成为家庭生活的一种趋势。然而，家庭生活中切菜难并且危险的问题还未得到解决。因此，针对这一问题，设计了一款家用切片切丝机，专门用来解决根茎类、块类蔬菜难以切削的问题。下面对我国现有食品机械的概况作简单介绍，了解其地位与作用、分类方法与特点及发展趋势，掌握设计的方法和要求。1.2 我国现有食品机械介绍1.2.1 食品机械在我国食品工业中的地位与作用食品是人类生存与发展的必不可少的物质基础。把一切可食用资源加工制造成食品的食品工业，是人类的生命产业，也是一个最为古老而又永不衰败的常青产业。在现代社会食品工业的现代化水平已经成为反映人民生活质量高低及国家经济发达与
11、否的重要标志。食品机械就是将食品原料加工成食品（或半成品）的一类专业机械，是食品工业的技术装备。食品工业要获得更好的发展，除了需要先进的食品工艺技术外，先进的食品生产设备也是不可或缺的技术保障。食品工艺技术与设备必须协同发展，互相促进。随着我国经济建设的不断发展，我国的食品加工机械行业从初步形成到逐步发展，已经为我国国民经济的发展做出重要贡献。随着经济和社会的发展，社会对食品的需求持续增长，要求也越来越高，食品机械在国民经济建设中的地位和作用将更加突出。应用食品机械有以下优点：（1）减轻从业人员劳动强度，节约时间，提高效率，极大的解放生产力。（2）实现手工所达不到的特殊加工效果，保证产品质量，
12、减少原材料的浪费。（3）减少人与食物的直接接触，从而减少病菌的传播机会，有效防止食品污染，保障食品安全。(4)提高食品生产企业的市场竞争力。（5）有利于改进和加强企业的管理。总而言之，食品机械在食品工业中占据着不可替代的地位，起着举足轻重的作用。1.2.2 食品机械的分类与特点（1）食品机械的分类由于食品机械的加工对象十分繁杂，原料来源非常广泛，功能门类相当多，到目前为止，还未有区分严格的食品机械分类方法。涉及食品机械分类方法的国家标准体系主要有：1）机械行业产品种类划分标准（JB3750-84）在1984年，由原机械工业部颁布，主要按照食品机械的功能、加工对象来划分，共有28个小类机械。2）
13、全国主要产品分类与代码国家标准（GB/T7635.1-2002）该标准颁布于2002年，主要按照产业源、产品性质及功能等基本属性来分类。3）国家商业行业标准（SB/T10084-92）我国商业行业标准食品机械型号编制方法中，对食品机械的分类、代号、型号等都做出了明确的规定。依照工作对象的差异将食品机械分为八大类。（2）食品机械的特点1）种类繁多，动作原理较复杂，结构形式多样、繁简不一。 食品机械处理的原料和生产的品种很多，大部分原料都具有生物属性，成分复杂、性质差别明显；加工过程复杂多变，工艺要求各不相同；物料的形态多样，有固态、液态、气态及复合态。2）卫生要求严格。 食品机械加工的产品大多是
14、人们直接入口的食品，食品卫生关系到人们的身体健康。在我国约束和引导企业生产卫生食品机械的国家标准有食品机械安全卫生（GB 16798-1997）。3）生产仍以小批量为主。目前国内食品机械中，国内研制开发的一部分，国外进口设备占一部分，定型产品较少，非定型产品偏多；考虑到食品加工的多样性，有单件小批量、中批量、大批量几个层次的生产形式，并且以小批量生产为主。4）带有区域性特色，且具有使用的季节性。我国幅员辽阔，民族众多，人们对食品的喜好也差异很大，地方风味及特色产品也较多，反映在食品机械上就形成了食品加工设备的区域特征；此外，相当数量的产品生产周期与原料的生产季节相关，又使食品机械的使用具有季节
15、性特点。5）是一门十分复杂的学科。食品机械的生产中所涉及的知识面十分的宽泛，不仅包括一般机械的内容，还涉及到食品工程、食品化学、食品流变学、食品卫生和造型艺术等。1.2.3 我国食品机械行业的现状与发展趋势（1）我国食品机械行业的现状我国食品机械工业的发展始于上个世纪70年代，形成于80年代，高速发展的时期是80年代末和90年代初期，在这一时期，初步形成了具有门类较全、品种基本配套的独立工业体系，对我国食品工业装备国产化率和整体发展水平的提高起着重要的作用。国家组织并实施一批以食品加工为主的农产品深加工重大科技专项，研制出一批技术含量较高的食品加工装备，这些成果大大缩短了我国食品加工装备与国际
16、先进水平的差距，部分领域已接近或达到国际先进水平。但由于起步较晚、基础薄弱，我国食品工业的整体技术和装备水平仍然落后发达国家约20年。食品加工装备制造业产品稳定性、可靠性及安全性都较低，能耗高，成套性也较差；整体研发能力偏若，关键技术自主创新力不高；一些关键领域对外技术较为依赖，很多高技术含量和高附加价值产品主要依赖进口，部分重大产业核心技术与装备基本依赖进口。（2）我国食品机械行业的发展趋势作为朝阳工业，我国食品工业有着巨大的发展潜力。食品工业的高速发展很大程度上依赖与食品机械的发展，但同时也给食品机械工业的发展带来了巨大的推动力。随着科学技术飞速发展和人类社会的不断进步，食品机械行业的发展
17、也充满活力，其主要发展趋势表现如下：生产高效率化；食品资源高利用化；产品高度节能化；高新技术实用化；产品标准趋于国际化；产品设计方法不断该进；技术创新成为技术跨越的重要手段。1.3 切菜机介绍1.3.1 切菜机介绍目前我国市场上生产和销售的切菜机主要是针对食品加工厂以及大型的食堂饭店所设计的，根据其功能的多寡主要分为两类： 单切型切菜机 单切型切菜机适用于片、段、丝、块茎、叶菜、海带等。典型结构为箱式。 多功能型切菜机 多功能型切菜机包含单切机的所以功能的同时，也可切圆形如土豆、萝卜等。可将根、茎、叶等蔬菜加工成片、丝、丁、菱、曲线、花丁、花片等。典型的结构有两种：双头型切菜机 一头专切叶菜类
18、，由传送带送菜，往复运动的刀具进行切削；一头专切土豆、萝卜等根茎类、块类蔬菜，原料从倾斜的料筒送入，由旋转刀具进行切削，可同时工作，通过更换刀盘，可以切出各种规格的片、丝、条。组合式切菜机 水平传送带传送原料，由在传送带上间隔分布的成一定角度的多个刀具进行切削，根据需要原料在传送带上经一次或多次切削后成形，成品的形状参数通过调节刀具的切削速度及原料的传送速度来控制。 现有的切菜机一般特点是：操作简单方便，性能稳定，故障率低，成熟可靠，维修方便；生产效率高，加工产品形状范围广，破损率较低等。适用于食品行业、蔬菜加工行业、餐饮行业的各类蔬菜加工。1.3.2 切菜机的发展趋势在1.2.3节介绍了整个
19、食品机械行业的发展趋势，但由于切菜机的功能的实用性及应用范围，它的发展又有一些新的特点，具体体现在以下两个个方面：（1)功能集成化 一机多用，不仅能更好的满足生产的需要，还能为大大提高生产效率，节省能源，降低成本。（2)规格两极化 切菜机的处理物料是蔬菜，大规模的食品加工都要用它对原料进行预处理，企业的不断发展对切菜机的加工程度和加工能力也提出了更为严格的要求，切菜机大型化、自动化是发展的必然趋势。但随着现代社会的发展，人们生活方式的改变，家庭用户也对切菜机生产需求，但目前的切菜机因为功率大、体积大等因素并不适合家庭使用，如何填补这一巨大的市场空白，将是未来切菜机的发展的一个重要方向。1.3.
20、3 切菜机的工作原理切菜机是食品原料预处理机械的一种，其切割过程是利用剪切原理实现物料切断或者切碎的过程，通过物料和切刀之间产生的相对运动来完成。切菜机所加工的物料为蔬菜，加工后的形状和规格也与其他切割机械有较大差异，是一类专用设备。 切菜机实现切割的方式主要是模拟手工切菜，蔬菜沿固定方向作进给运动，刀具在某一位置作往复运动，实现切割目的。1.4 本文的研究目的和主要研究内容已有的切片切丝机虽然效率高、操作方便、能耗低，但体积大、功率高，只适合工厂、学校饭堂、食品加工厂、蔬菜厂等使用，不能满足家庭生活的需要，为此设计一款小巧实用的家用切菜机，能够更好的满足用户需求，有实用价值。本课题任务是针对
21、家庭生活中比较难以切削的根茎类、块类蔬菜设计一款简单实用家用切片切丝机。包括原理方案设计、传动机构设计、切削机构设计、夹持定位机构设计及主要零部件的设计和校核。本论文共分为三个部分，主要内容如下：第一部分：绪论，即本论文的第1章，简要介绍食品机械的总体情况，以及现有切菜机，说明本论文的研究目的和内容。第二部分：根茎类、块类蔬菜家用切片切丝机的设计，是本论文的2-5章，第2章介绍原理方案的设计；第3章介绍切削机构和定位压紧机构的设计；第4章介绍传动机构的设计，详细论述了运动参数的选择、重要零件工作能力设计和校核两个方面的内容；第5章介绍结构设计，主要根据前面的设计数据，绘制出根茎类、块类蔬菜家用
22、切片切丝机的总装配图及部件图。第三部分：结果与讨论，论文的第6章，包括设计结果总结，以及对结果进行的分析讨论等。1.5 原始数据及技术要求1.5.1 原始数据本切片切丝机属于所处理的对象是家庭生活中常见的块状蔬菜，主要的设计参数来源于对蔬菜形状以及切削蔬菜时力的测量。表1-1中列出的是对马铃薯、山药、胡萝卜、白萝卜以及藕这五种蔬菜切削力的测定结果，本测定实验选用的蔬菜是家庭生活中较为常见的种类，切削刀具选用普通的家用水果刀，在最大直径处竖直切削，并通过电子秤测定切削时的最大重量，然后转换得到对不同蔬菜的近似切削力。根据表1-1，选定藕的最大切削力作为设计参照，在综合考虑形状及测量精度等因素，最
23、终确定设计参数切削力为90N。考虑到块状蔬菜形状差异较大，限定本设计可加工的最大直径为90mm。 依据烹饪对食材的不同尺寸要求，设定可加工的片状蔬菜厚度为：1-10mm，可加工的丝状蔬菜直径需分粗细两种（根据切丝刀的型号选定）。表1-1蔬菜切削力测定蔬菜种类蔬菜特征切削力（N）切削力最大值（N）最大直径（mm）自重（g）1234马铃薯5620030.8740.5740.1837.7340.57山药6224010.3411.1710.0010.6810.68胡萝卜307043.5146.3546.4546.0646.45白萝卜7832023.3320.3816.2716.4623.33藕6814
24、072.1365.7656.5459.6872.13根据大多数家庭的生活习惯，确定该切片切丝机的工作时间为：使用年限10年，360天/年， 2次/天，每次工作0.4h。1.5.2 技术要求（1） 设计应符合国家规范要求,计算方法应该尽可能的采用最新研究成果；（2） 要求机构的结构简单紧凑，运动灵活可靠；（3）设计安全实用。2、原理方案设计2.1 原理分析由1.3.3节的介绍可知，切片切丝机要实现切削蔬菜的功能主要是模仿手工切菜方式，即刀具与蔬菜成一定角度作往复运动，同时蔬菜朝着刀具的切削面作进给运动。在切削过程中刀具往复运动的频率和蔬菜进给运动的速度需要根据加工对象以及加工要求的不同有所调整。
25、由此我们可以得出：切片切丝机必须具备动力源、力（力矩）传递机构、切削机构、制动机构以及必要的外部支承定位机构，其中力矩传递机构还需要能够实现与动力源运动方式匹配的运动形式转换机能。刀具切削蔬菜的主要方式有两种：往复直线运动与转动。制动机构与动力来源相匹配。在使用人力时，机构的运转与否取决于操作者是否施力，以及机械结构的设计；但使用电动机时，必须有相应的控制电路。在不考虑动力源的情况下，提出以下两种设计方案：方案一：蔬菜通过传送带在水平方向作直线运动；刀具做往复直线运动，通过曲柄滑块或凸轮机构等实现；切片切丝的转换通过在蔬菜传送线路上设置刀具的数目及刀具形状来决定，切片厚度由蔬菜及刀具相对运动速
26、度决定；在传送带的末端设置收集机构。方案二：蔬菜通过竖直或向上倾斜设置的料筒内，依靠重力自动向下运动；刀具在水平或竖直平面作旋转运动，可通过连杆机构、带传动、链传动或齿轮传动等实现；切片切丝的转换通过更换不同型号的刀具来实现；利用重力或离心作用收集加工好的蔬菜。2.2 方案选定分析了切菜机的功能原理之后，发现除离心式切菜机外，现有切菜机的工作方式都可划分在上述两种方案中，对比之后得出以下结论：（1）根据方案一设计的切菜机一般适用于切削叶菜类蔬菜，虽然也可以切削根茎类、块类蔬菜但切片切丝质量较差，工作时噪音较大，整个机构体积也过大。（2）根据方案二设计的切菜机一般适用于切削根茎类、块类蔬菜，与方
27、案一相比，切片切丝质量较好，并不使用传送带，减少了传动机构，结构较为紧凑。因此，选定方案二作为本次家用切片切丝机设计的基础，进行创新设计。2.2.1 整体机构布置方案二的整体机构布置形式还可以分为水平布置和立式布置两种，因此为选择适宜的方案，还需要对两种布置形式作进一步的分析。（1）水平布置 目前最常见的布置形式，在水平方向，依次布置动力机构，传动机构，切削机构，最后是向上倾斜的料筒。刀具在竖直平面内旋转，蔬菜被放入料筒后，因自重沿筒壁向下运动实现进给。加工好的蔬菜在自重及离心力的作用下落入位于刀具下方的收集盒内。主要优点是水平布置分散受力，结构稳定，各个机构独立性较好。缺点是料筒位置固定，不
28、易做到蔬菜的分类收集。（2）立式布置 在竖直方向依次布置料筒、切削机构、传动机构、动力机构，其中传动机构和动力机构可平行布置，并需要在设置料筒的一侧留有成品收集盒的空间。立式布置的有点是：料筒竖直布置，所占空间较小，可在刀具旋转路径上布置多个进料口，并且蔬菜的运动总是竖直向下，各个料筒的工作不会互相干涉。缺点比较明显，立式布置结构相对集中，对支承机构的强度要求较高。出于提高切片切丝机的工作能力的考量，期望实现多种蔬菜同时切削并分类收集的目的，因此本设计的整体机构布置形式选择立式。2.2.2 动力选择家用机械产品的主要动力来源有人和电动机两种。人力的主要特点是：持续时间有限，动力波动较大，但控制
29、方便，清洁无污染。电动机的主要特点是：动力可靠，稳定性高，工作效率高，但需要占用一定的空间位置，消耗电能，需要配套的调速控制装置；小功率的电机耗能少，但转速过高，转矩不大；普通电机转矩满足要求，但体积过大，能耗偏高，利用率较低。考虑到本设计对体积和能耗方面的限制较多，以及对动力的稳定性及持续性要求不高的特点优先考虑使用人力作为动力来源。确定动力源及机构布置形式之后，还需要选择相匹配的传动机构。2.2.3 传动机构选型使用人力作为动力源，一般是通过操作者转动或者推拉、按压等传动构件，使其获得运动所需的力（力矩），进而可带动相关机构运动，实现预期目的。传递力（力矩）的常用机构有连杆机构、凸轮机构、
30、齿轮机构、蜗杆机构、以及带传动、链传动等。凸轮机构一般是由凸轮、从动件和机架三个构件构成，通常选取凸轮作主动件，通过设计凸轮的形状使从动件得到预期运动，从动件的运动主要是直线上的往复运动，因而在本设计中不考虑使用凸轮机构。涡轮蜗杆传动主要用于两轴交错、传动比较大、传递功率不太大或间歇工作的场合，虽然可以实现本设计的预期目的，但其传动效率低，成本较高，不适宜用在本设计中。带传动分摩擦传动型和啮合传动型两大类，但在两类传动中都采用带作为中间挠性元件来传递运动和动力。链传动与带传动相类似，是由装在平行轴上的主、从动链轮和绕在链轮上的环形链条所组成，以链作为中间挠性件，靠链与链轮轮齿的啮合来传递运动和
31、动力。以上两种传动都是实现平行轴间运动和动力的传递，在本设计中如将平行轴竖直布置可实现预期目的。连杆机构是由若干构件用低副连接而成，构件运动形式多样，可实现转动、摆动、移动和平面或空间复杂运动，可用于刚体导引、实现已知运动轨迹或运动规律。在本设计中要应用连杆机构将主动构件的转动或直线往复运动转换为实刀具在水平面内的转动，可采用双曲柄机构或者逆向运用曲柄滑块机构。齿轮机构是现代机械中应用最广泛的传动机构，可以用于传递空间任意两轴或多轴之间的运动和动力。在本设计中可以利用齿轮机构或齿轮齿条传动实现所需功能。根据上述分析，带传动、链传动等都可实现预期目的，但考虑到本设计的整体结构要紧凑，故不选用轴竖
32、直布置的带传动、链传动以及直齿圆柱齿轮传动。综合考虑人的生理及生活习惯，操作者更易执行转动动作，并能够在动作中给构件施加较大的力，因而不考虑齿轮齿条机构以及会产生死点的曲柄滑块机构。经对比分析之后，选用直齿圆锥齿轮传动，不仅可实现传递运动及动力的目的，还可使整体结构紧凑。2.2.4 工作原理简图绘制综上所述，本切片切丝机的工作原理图可简化为如图2-1所示的一级圆锥齿轮换向机构。图2-1 工作原理简图3、切削机构及定位压紧机构设计3.1 切削机构设计3.1.1 设计要求由于料筒内的原料在竖直方向的进给量固定，调整较难，切削机构作为本设计实现目标功能的执行机构，不仅要实现刀具对原料切削，还要能够改
33、变切削形状，调整切削参数。切削机构在工作中是直接与原料接触的部分，出于安全考虑，不仅其构件需要选择无污染材料，还要注意将切削部件与机械传动部件隔离开来，减少原料污染的可能性。3.1.2 机构设计(1) 刀具的选择在食品加工中，切割的物料多为蔬果、肉类及面糖食品等块状物料。加工对象的力学性质不同，适宜的刀片形状也各种各样。常用的刀片根据刀片形状及刃口形状的不同主要分为12类：1）锯形刃口圆盘刀；2）光滑刃口圆盘刀；3）圆锥形刀片；4）圆弧形凸刃口刀；5）光滑刃口平板刀；6）梳形刃口刀片；7）鱼鳞形刃口刀；8）锯形刃口平板刀；9）三角刃口刀片；10）螺线型凸刃口刀；11）螺线型凹刃口刀；12）双面
34、磨刃刀片。其中平板刀应用最广泛，本设计中选用光滑刃口平板刀作为切片刀，切丝选用梳形刃口刀片。(2) 设计方案本设计为切片切丝机，在工作中需要实现切片切丝的转换，为方便快速的实现这一功能，需要两把规格相同的切片刀，两把规格不同的切丝刀，并设计如图3-1所示的盘状刀架，在刀架上对称布置刀片安装位置，切片时，两位置均安装切片刀，需要切丝时，将任一切片刀卸下，换为切丝刀，在切削时，转动刀架，将切丝刀调整到最先开始切削的位置，梳形刃口刀片切削后留下的凸台，刚好被光滑刃口刀片切除，切成的成品均为长条形。调整切片厚度是在安装切片刀时加装相应厚度的垫块，调整切丝规格是通过跟换相应的刀片。图3-1 刀架 1、2
35、-刀具安装位置3.2 定位压紧机构设计3.2.1 设计要求在本设计中加工的原料为根茎类、块类蔬菜，其形状尺寸没有固定参数，在切削加工时虽然有料筒限制其位置，但当部分原料尺寸远小于料筒直径时，原料就会在加工时产生晃动，使切削形状不稳定，因此需要在竖直方向对原料施加压力，使其位置保持稳定。当切削较长的圆柱形原料时，原料上端位置高于料筒时可手动增压；当切削开始之后，原料上端位置随之降低，最终低于料筒，由于料筒有一定高度，手动增压不再有效，因而需要设计压紧机构解决这一问题。3.2.2 机构设计常用的压（夹）紧机构有：连杆机构，凸轮机构，斜面（楔块）和螺旋机构等。现有的压（夹）紧机构，是针对两个或两个以
36、上的工作对象，使其间产生压（紧）或夹（紧）力，而成为一个“单元机构”，放松以后作用解除。一般情况下，处于压（夹）紧状态的工件静止或随夹具运动，但本设计中需要的压紧机构必须对运动中的原料施加持续的压力。弹簧构件在压紧以后可以产生压力，其压力随着压缩长度的变化而变化，在此处虽可采用弹簧提供压力，但其力的变化规律不符合期望。因此直接选用如图3-2所示的片形压块2，压块侧边有外伸部分，可在料筒3内壁的限位槽中运动。在无法手动增压的情况下，将压块2放入料筒，使原料获得持续的压力，当切削完成后压块卡在料筒下端，可以配套的吊钩1将压块取出。图3-2 压块 1-吊钩，2-压块，3-料筒（上顶盖）3.3 箱体快
37、速连接机构设计3.3.1 设计要求由于本设计中，切削机构整体位于上下顶盖的内部，在工作时上、下顶盖闭合，并需要连接起来固定位置，但在改变加工要求，需要更换刀片或调整刀片位置时，上、下顶盖就必须可以快速的脱离开来。因此需要设计一种快速连接机构实现这一要求。3.3.2 机构设计此处需要的快速连接机构实质上是可将顶盖锁定在上箱体上的锁止机构。图中3-3所示为一处于关闭位置后的杠杆锁止器。锁扣1与底座4通过螺钉分别固定在上、下顶盖上。锁扣1下端弯曲，在闭合时限定拉环2的位置。搭扣5绕固定轴3转动，可利用拉环2将上、下顶盖联在一起。底座4上有突出的挡栓，为避免锁止器自动打开，可以在挡栓上挂一锁或插销。
38、图3-3 杠杆锁止器1-锁扣，2-拉环，3-轴，4-底座，5-搭扣4、传动机构设计4.1 传动参数计算4.1.1 原始数据最大切削力：F=90N；工作时间：使用年限10年，360天/年，2次/天，每次工作0.4h；手柄的转速：80r/min；锥齿轮机构的主要作用是转换运动方向，故原始传动比i=1。4.1.2 参数计算切片切丝机工作需要的总功率：其中：切片切丝机切削所需工作功率，W；由主动轴至切片切丝机切刀转轴的总效率。切片切丝机切削所需工作功率： W其中：F切片切丝机的工作阻力，即最大切削力，N； v切片切丝机切刀的线速度，m/s； n切片切丝机切刀的转速，r/min； R切片切丝机切削力作用
39、半径，mm；传动装置总效率为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积，在本设计中即为锥齿轮传动效率和两对轴承的效率的乘积：其中：、分别为锥齿轮传动、轴承的传动效率。取，1，则初步设计R为100mm，则可计算得主动轴的输入转矩：表4-1运动和动力参数计算结果 轴名效率P（W）转矩T（Nm）输入输出输入输出主动轴I80.9579.339.679.48从动轴II76.7575.419.199.014.2 锥齿轮设计4.2.1 技术要求输入功率，小齿轮转速，传动比，由手动驱动，使用年限10年，360天/年， 2次/天，每次工作0.4h。盘状切削机构工作时有轻微冲击，转向不变。4.2.2 选定材料、热处理及
40、精度考虑到本设计的功率以及对整体设计的体积要求，大小齿轮都选用软齿面直齿圆锥齿轮。（1）齿轮材料及热处理根据表9.102初步选大小齿轮材料为45钢。小齿轮调质处理，并齿面淬火，齿面硬度为。大齿轮调质处理，硬度为。按图9.55和图9.582，分别取，在普通齿轮机床上范成加工，齿面终加工不磨齿，必要时剃齿、刮齿或珩齿。考虑到本设计的工作环境比较潮湿，处理的蔬菜酸碱性各异，需要零件表面具有一定的耐磨性、耐腐蚀性，并且美观。所以对大小齿轮均进行发蓝处理，以减少磨损和腐蚀，发挥零件材料的潜力，增加其使用寿命，并提高表面的装饰效果。（2）齿轮精度按GB/T11365-1989，8级，法向侧隙公差种类为C3
41、。4.2.3 初步设计齿轮传动的主要尺寸（1）确定齿数z因为本对齿轮的主要作用是转换运动方向和传递力矩，理想传动比，但为减小配对齿轮啮合的振动并使所有轮齿磨损均匀，故取，齿数比。（2）初选模数m直齿锥齿轮的参数和几何尺寸均以大端为准，且大端模数m直接影响齿根弯曲强度，为防止过载时轮齿突然断裂，按GB/T 12369-1990，选，大端的压力角，齿顶高系数，顶隙系数2。（3）当量齿轮参数计算锥距，分度锥角，。齿宽系数。一般取，故取，则。齿宽中点的分度圆直径（平均分度圆直径）和平均模数齿宽中点处当量齿轮的分度圆直径、当量齿数及齿数比，4.2.4 强度校核直齿锥齿轮强度的简化计算，通常按齿宽中点的当
42、量齿轮进行，可以直接引用直齿圆柱齿轮的相应公式。（1）轮齿受力分析小齿轮传递的转矩 忽略齿面摩擦力，假设法向力集中作用在齿宽中点上，在分度圆上将其分解为圆周力、径向力和轴向力相互垂直的三个分力。载荷系数,，按表9.10、图9.44、表9.192取使用系数，动载荷系数，径向载荷分配系数，得。（2）齿面接触疲劳强度校核许用接触应力小齿轮应力循环次数大齿轮应力循环次数按图9.56、图9.57、表9.152分别取寿命系数，尺寸系数，安全系数。工作硬化系数。试验齿轮的齿面接触疲劳强度极限，则许用接触应力。由表9.14、图9.482分别查得材料弹性系数，节点区域系数，则齿面接触疲劳强度为，故齿面接触疲劳强
43、度满足要求。（3）齿根弯曲疲劳强度校核许用弯曲应力，按图9.59、图9.60以及表9.152分别取寿命系数，尺寸系数，安全系数，试验齿轮的应力修正系数，试验齿轮的弯曲疲劳极限、，则。直齿锥齿轮传动的齿根弯曲疲劳强度校核公式为：按图9.53以及图9.542分别取齿形系数，应力修正系数，。，则。，则本对齿轮的齿根弯曲疲劳强度满足要求。4.2.5 齿轮几何尺寸计算表4-2 标准直齿锥齿轮传动的主要几何尺寸名称代号圆锥小齿轮圆锥大齿轮分度锥角分度圆直径锥距齿顶高齿根高齿顶圆直径齿根圆直径齿顶角齿根角齿顶锥角齿根锥角分度圆齿厚齿宽当量齿轮当量齿数比平均模数平均分度圆直径当量齿轮的分度圆直径4.2.6 齿
44、轮结构设计由于两圆锥齿轮的齿顶圆直径均小于200mm，且锥齿轮的小端e大于1.6m，故两圆锥齿轮都设计为实心结构，具体结构设计如附图01-10及01-25所示。4.3 横轴设计4.3.1 技术要求传递功率,转速，直齿圆锥齿轮传动，悬臂布置，齿宽，齿数，大端模数，轴端装有曲柄。4.3.2 轴的设计（1）选择轴的材料考虑到本设计的工作环境及设计要求，选择轴的材料为奥氏体不锈钢，经淬火处理，硬度为192HBS。弯曲许用应力。（2）初步计算轴径根据公式19.32，取，并由表9.13选取系数，得因为轴端安装曲柄，截面形状变为正方形，会削弱轴的强度。故将轴径增加4%5%，取轴的直径为16mm。图4-1 横
45、轴的结构（3）轴的结构设计1）拟定轴上零件的布置方案根据轴上齿轮、轴承、轴承盖、套筒、轴套、曲柄等零件的装配方向、顺序和相互关系，轴上零件的布置方案如图4-1所示。2） 轴上零件的定位及轴的主要尺寸确定根据轴的受力，选取30304圆锥滚子轴承，其尺寸dDB为20mm52mm15mm，与其配合轴端的轴径为20mm（配合为k）。两轴承用来轴向定位的轴肩，按30304轴承，查得为28mm2，配合轴段长15mm；轴承外圈采用套筒以及轴承端盖进行轴向定位，两轴承间距取30mm。取齿轮安装段直径为18mm，配合为H7/r6，考虑到齿轮与轴套的装配位置，配合轴段长度取33mm，并用轴套作轴向定位，齿轮右端利
46、用轴端挡圈来定位。左端轴外伸，与曲柄配合，为使曲柄在转动时与箱体外壁发生干涉，取外伸长度为52mm，其中与曲柄配合的长度为20mm。3) 轴结构的工艺性取轴端倒角为145，各轴肩的圆角半径R为2mm。4.3.3 按弯扭合成校核轴的强度(1)轴上受力分析圆锥小齿轮的圆周力 圆锥小齿轮的径向力 圆锥小齿轮的轴向力(2)计算作用于轴上的支反力记A为左端轴承的作用截面，B为右端轴承的作用截面，C为齿轮力的作用截面，其间距分别为40mm,43mm.。水平面内的支反力垂直面内的支反力 (3)计算轴的弯矩计算截面B处的弯矩 合成弯矩 (4)校核轴的强度弯矩最大的截面为B，对该截面的强度校核如下所述。根据公式（19
