題 目 小型土豆切絲機的設計 學生姓名 學號 1015014050 所在學院 機 械 工 程 學 院 專業(yè)班級 機自 1002 班 指導教師 完成地點 陜西理工學院 2014年 5月 15日畢 業(yè) 論 文 設 計 任 務 書院(系) 機械工程學院 專業(yè)班級 機自 學生姓名 李益 一、畢業(yè)論文設計題目 小型土豆切絲機的設計 二、畢業(yè)論文設計工作自_2014_年_ 3 _月_1_日 起至_2014_年 6 月_5_日止三、畢業(yè)論文設計進行地點: 校內(nèi) 四、畢業(yè)論文設計的內(nèi)容要求：該畢業(yè)論文應完成以下內(nèi)容： 1.了解小型土豆切絲機的使用范圍及條件；電帶動，不能結(jié)構(gòu)太大，重量輕、且便于操作，適用于小型餐館適用。 2. 進行小型土豆切絲機的工作原理設計，構(gòu)思結(jié)構(gòu)，并進行簡單的尺寸設計。 3.進行小型土豆切絲機結(jié)構(gòu)設計工作。進行小型土豆切絲機的裝配體設計（1：1繪圖設計） ，零件設計；確定裝配體的結(jié)構(gòu)組成及各零件的結(jié)構(gòu)尺寸設計，并繪制裝配圖 A0 一張，零件圖多張（手工繪圖或 CAD 圖） 。 4 .進行小型土豆切絲機零件三維的直觀設計，進行裝配體的三維建模工作。據(jù)目前 流行的三維繪圖軟件進行該裝配體的三維建模工作，在裝配體結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)之上，繪制 三維裝配圖、裝配爆破圖，兩張 A3。 5進行小型土豆切絲機裝配體的運動仿真工作，使整個結(jié)構(gòu)正常工作。 6.聯(lián)系實際進行現(xiàn)代設計方法的訓練，完成設計性論文的撰寫工作。 整個設計說明書內(nèi)容要連貫，整體一致；說明書闡述應段落之間有連貫性，語句之間有邏輯性；說明書摘要要反映所做主要內(nèi)容； 7.外文參考文獻不少2篇，其中一篇附原文（PDF 格式） ，并對該外文資料進行翻譯。英文翻譯要與原文內(nèi)容一致，通順，符合學校的相關(guān)規(guī)定。 指 導 教 師 牟小云 系 (教 研 室 ) 機械設計系 系(教研室) 主任簽名 批 準 日 期 接 受 論 文 (設 計 )任 務 開 始 執(zhí) 行 日 期 學 生 簽 名 小型土豆切絲的設計摘要:針對傳統(tǒng)的手動土豆切絲存在的缺陷，進行一種小型的土豆切絲機的創(chuàng)新型設計。這種土豆切絲機采用電動機驅(qū)動以實現(xiàn)自動切絲。本論文在進行小型土豆切絲機原理設計的基礎(chǔ)之上，進行土豆切絲機的結(jié)構(gòu)及零件的設計，并利用 Pro/E 軟件進行零部件三維建模與運動仿真。關(guān)鍵詞 ：土豆切絲機，小型，結(jié)構(gòu)設計，三維建模與仿真。The Design of a Small-scale Potatoes CutterAuthor：Liyi（Grade02,Class1002,Major Mechanical Design, Manufacturing and Automation，Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi ）Tutor:teacher Xiaoyun MouAbstract: For traditional manual shredded potatoes defects, carried a small potato cutters innovative designs. This potato shred machine motor drive for automatic shred. In this paper, a small potato cutters conducting basic design principles above, the design of the structure of potato cutters and parts, and using Pro / E software for three-dimensional modeling and motion simulation components.Keyword:Potato cutters, small,structural design , 3D modeling and simulation.引言 .11 概述 .21.1 選題背景 21.2 市場上已出現(xiàn)的切絲機 21.3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀 31.4 研究本課題的意義 31.5 研究的主要內(nèi)容 32 土豆切絲機方案的確定 52.1 傳動裝置的選擇 52.2 設計方案的選擇 53 土豆切絲機的設計 83.1 動力機構(gòu)的設計及選擇 電動機的選擇 .83.2 切絲機切削部分的設計 93.3 壓緊裝置的設計 123.4 土豆切絲機外型的設計 133.5 總裝配圖 144 小型土豆切絲機的三維建模 .164.1 刀架運動的建模 164.2 彈簧的建模 184.3 壓緊機構(gòu)的建模 184.4 總裝配圖的建模 195 運動與仿真 205.1 刀架運動的運動 205.2 壓緊機構(gòu)的運動 205.3 土豆切絲機的仿真 21總結(jié) 23致謝 24參考文獻 25陜西理工學院畢業(yè)設計 第 1 頁 共 25 頁引言土豆（馬鈴薯）是茄科茄屬植物，俗名地豆子，多年生草本，但作一年生或一年兩季栽培。地下塊莖呈圓、卵、橢圓形等，有芽眼，皮紅、黃、白或紫色。地上莖呈棱形，有毛。奇數(shù)羽狀復葉。聚傘花序頂生，花白、紅或紫色。漿果球形，綠或紫褐色。種子腎形，黃色。多用塊莖繁殖。性喜冷涼高燥，對土壤適應性較強，但以疏松肥沃的砂質(zhì)土為佳。在中國各地，馬鈴薯的稱呼又有不同，東北稱土豆、華北稱山藥蛋、西北稱洋芋、江浙一帶稱洋番芋，廣東及香港稱之為薯仔。土豆的廣泛種植使得土豆在人們餐桌上出現(xiàn)的頻率極其高，土豆的吃法不同，需要的土豆形狀也不盡，通常都是土豆塊，土豆片，或者土豆絲。其中土豆絲的要求極高，則需要更高技術(shù)的人才能使得切出的土豆絲均勻，不影響口感。目前，我國的土豆加工主要采用人工切絲，或者手動切絲機，也有大型加工廠采用機器切絲，切絲的效率相當可觀。隨著人們生活節(jié)奏的加快，人們總在考慮如何縮短加工的時間，手動的切絲機已經(jīng)不能滿足人們的要求，人們更希望有一種機器，只要放入土豆，按下開關(guān)，即可靜待土豆絲的成品。這也是本課題要解決的問題。對此，本論文對如何不需要人工就可以省時省力的獲得土豆絲進行了創(chuàng)新性的設計，本設計主要是以機械設計為主，依托所學的機械原理的四桿機構(gòu)為載體設計了一個小型土豆切絲機，本切絲機具有體型小、操作簡單、容易清潔、價格實惠等諸多特點。本論文主要介紹的內(nèi)容有小型土豆切絲機的設計思路和設計理念、尺寸的確定以及 Pro/E 的建模以及仿真。最終，完成了整個土豆切絲機的創(chuàng)新設計工作。由于學生水平有限，錯誤或不當之處在所難免，衷心希望老師批評指證。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 2 頁 共 25 頁1 概述1.1 選題背景土豆絲物美價廉，人人愛吃，農(nóng)貿(mào)市場上一年四季都有出售，年銷量十分大，以往都得先清洗，后去皮，然后在切絲，這樣做既繁瑣又累人，搞不好還會弄的手破血流 。通過市場調(diào)研，我們發(fā)現(xiàn)，蔬菜批發(fā)市場每天都有大批量的土豆被批發(fā)出去，土豆作為一種可口的食物，不僅在普通家庭能看到它的蹤影，而且在學校食堂、機關(guān)食堂、飯店、工廠食堂，薯條、薯片的加工工廠等都能看到它的蹤影，土豆的需求量非常大。這么多的土豆不可能用手工進行去皮，擦絲；因此，一種新型的土豆切絲機必然會具有很大的市場前景。圖 1.1 家用土豆切絲機目前，大多數(shù)家庭切土豆絲都使用一種插絲機，如圖 1.1，雖然可以比較輕松的得到較好的土豆絲，由于絲太細，不適合每一種土豆的切絲過程，仍然需要依靠人力來完成各種過程。小餐廳的土豆絲主要依靠師傅的刀工來切出均勻的絲條狀，而且有些小飯館的切菜師傅不注意衛(wèi)生，很容易在切菜時將細菌病毒傳染，非常不衛(wèi)生。因此，急需一種方便省時省力的機器來代替人工進行土豆切絲的繁瑣處理。土豆切絲機便可以解決其全部問題，它切出的形狀與大小與人工操作沒有兩樣，并且操作十分方便，帶電即可工作，人們只需在送料口倒入土豆即可，不僅保證了土豆絲的質(zhì)量，也更加安全衛(wèi)生。1.2 市場上已出現(xiàn)的切絲機（1）多功能旋轉(zhuǎn)式切菜機，其原理是使需要的切的蔬菜高速旋轉(zhuǎn)，利用離心力使蔬菜緊貼刀片進行加工，是一個蔬菜加工行業(yè)、食品行業(yè)、脫水蔬菜廠、速凍食品二次加工常用的機器。使用它可將有固定形狀的如：芥菜、蘿卜、土豆等塊切制成所需要厚度的片和絲，一般采用防腐鋁外殼及高級合金刀片，具有結(jié)構(gòu)緊湊、合理、操作簡便、調(diào)整維修方便、耐腐蝕的特點 1 。（2）離心式切菜機采用先進工作原理，其特點為結(jié)構(gòu)緊湊、堅固耐用、易于維修，可提高生產(chǎn)率，降低勞動強度，對蘿卜、土豆、白薯、圓白菜等根莖類可加工成菜絲、菜條、菜片、廣泛適合大、中型醬菜廠和速凍食品廠使用。其缺點是體積過大，質(zhì)量過重，不宜與安裝和移動。（3）切丁機性能優(yōu)于其它機器，可一道工序完成塊條的加工，省時省力，操做方便，適合蘿卜、黃瓜（包括咸制黃瓜）、土豆、洋蔥、香瓜、胡蘿卜、蘋果等圓形蔬菜、水果的加工。該機特點是機構(gòu)緊湊、設計先進，使用方便，能耗低效率高 2。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 3 頁 共 25 頁（4）圓盤切菜機是醬菜加工業(yè)、食品行業(yè)及農(nóng)產(chǎn)品二次加工的主要機械設備之一。它將芥菜、蘿卜等固有形狀的塊莖切成片，實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)后呈交錯 90 度切口。該機特點是一臺結(jié)構(gòu)新穎，技術(shù)先進，操作方便，安全可靠和具有較高效率的生產(chǎn)設備。其缺點是自動化程度高，成本高，小型餐館難以支付其費用。（5）直線式多用切菜機，本機模擬手工切菜原理，采用無級調(diào)節(jié)機構(gòu)和離心式切片機構(gòu)等先進技術(shù)研制而成復合式多用切菜機，廣泛適合用于各種根、莖、葉、絲、菱形、曲線等多種食品加工的花樣。該機設計先進，節(jié)能高效具同類領(lǐng)先水平。其缺點是電機調(diào)速精度低，切絲長度不宜控制，噪音大，電氣化程度低，成本高 3。1.3 國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀隨著我國改革開放，土豆加工出口的崛起，各種不同類型加工機械有了很大發(fā)展，開發(fā)研制的廠家也比較多。從我們文獻檢索情況來看，國內(nèi)單一功能的土豆加工機械品種較多，功能可靠但開發(fā)多功能加工機械的廠家?guī)缀鯖]有，即使所謂的多功能加工機械其實也是生產(chǎn)同類型的產(chǎn)品，只不過是針對不同的原料而講是多功能。生產(chǎn)上除了靠昂貴的進口機械外，主要靠手工加工和半機械或飲事機械來代替，加工成型不規(guī)則，成品率低，浪費大，不能滿足日益迅速發(fā)展的蔬菜加工出口的需要。國內(nèi)土豆深加工的研究尚屬起步階段，對土豆切削的品質(zhì)和綜合利用的研究與應用無成熟經(jīng)驗。對土豆成型機械的研究尚屬空白，不能滿足日益迅速發(fā)展的蔬菜加工出口的需要。國外主要依靠大型的全自動化設備進行切絲，成本較大，且不宜與運輸和安裝。 國外蔬菜生產(chǎn)機械化具有 6 個突出特點:1.蔬菜機械大型化一般用于大型廠商，如專業(yè)加工土豆絲的地方，每天的產(chǎn)量相當可觀;2.機械自動化程度高，幾乎不需要人力來操作:3.使用高的先進的技術(shù)，如計算機控制等;4.廣泛應用多功能機械一機多用，普通切絲機不僅可以切絲，切片，和其他異性的加工操作，還可以進行長短，粗細的精確調(diào)整;5.采用先機的機械加工技術(shù)生產(chǎn)出來的機器，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，使用壽命長;6 滿足客戶的需要，售后服務好 2。1.4 研究本課題的意義綜上，本課題研究的意義旨在研制一種高效、可靠、實用、適合于小型加工場所的土豆切絲裝置，重點解決進口機械價格昂貴的，小型土豆切絲機基本空缺的局面，解放人們的雙手，使土豆絲不再是依靠大量的人工切絲，或者大型機械設備來完成。本課題所設計的小型土豆切絲機，用電動機來帶動刀具的往復運動，來解決人工切絲的刀，設計一個夾持裝置來進行土豆的定位，以達到降低人工勞力和安全衛(wèi)生的問題，設計的小型土豆切絲機主要特點是體積和質(zhì)量較小，易于安裝，適應于小型場所的加工，和家庭廚房的使用，效率要比人工操作高出好幾倍，而且要易于操作，帶電即可工作。1.5 研究的主要內(nèi)容(1) 研究合理的切削裝置，滿足體積小質(zhì)量輕的需要，刀具具有單獨控制性，調(diào)整方便，以完成制定的加工路線和功能，且規(guī)格尺寸在一定范圍內(nèi)可調(diào)，確保高效、耐用，更換方便，操作簡便。(2) 為了保證研制適合加工各種大小不同的土豆，其送料口和壓緊裝置是非常重要的工作條件，因此必須設計合理的上下箱體結(jié)構(gòu)。(3) 切削刀具的選擇，走刀路線的定位，土豆夾持裝置如何實現(xiàn)其功能，以及運料裝置怎樣實現(xiàn)方便的土豆的傳動。(4)土豆的夾持機構(gòu)的設計，機構(gòu)傳動，和定位，必須安裝方便 6。1.6 方案的總體描述，擬實現(xiàn)的功能與應用場合及特點1.6.1 產(chǎn)品的總體描述本產(chǎn)品涉及一種新型的土豆切絲機，該產(chǎn)品旨在實現(xiàn)最基本的切絲功能，使得土豆使用起來更加美味可口。該新型切絲機采用電動機驅(qū)動，傳動裝置采用曲柄連桿裝置，土豆從下料口進入切絲機，然后進入擦絲區(qū)域，利用兩個方向不同的刀片將土豆切成絲；另外在該產(chǎn)品中刀架方向安裝時，設計成無阻礙的直通形，使得切完土豆絲之后的機器，更加便于用水清洗。1.6.2 產(chǎn)品的功能陜西理工學院畢業(yè)設計 第 4 頁 共 25 頁本產(chǎn)品的主要功能是，實現(xiàn)對土豆的切絲功能；而且使用不同的刀片，還可以切出來土豆片；另外，它還可以用于土豆之外的其它硬質(zhì)食物的切絲，切片，例如：地瓜，蘿卜等。1.6.3 應用場合及特點本產(chǎn)品的應用場合主要是家用廚房，學校，食堂，工廠等小型加工場所，本產(chǎn)品的特點在于實現(xiàn)了對土豆進行切絲的處理；減輕了人們靠手來操作的乏味勞動，操作簡單，使用起來非常的方便，省事，干凈衛(wèi)生。采用一個電機進行驅(qū)動，機構(gòu)簡單，緊湊，造價較低，市場前景較好。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 5 頁 共 25 頁2 土豆切絲機方案的確定根據(jù)小型土豆切絲機的設計目標和要求，首先要考慮刀片的運動方式，以及采用何種機構(gòu)帶動刀片運動。采用何種傳動裝置使土豆傳遞到刀具下完成切片工作，最主要的是如何通過使兩個機構(gòu)配合運動。如何讓切片順利排出機器，如何限制被切物的大范圍移動所導致的無法正確切片。使用電動機作為動力源，一般是通過軸的旋轉(zhuǎn)，使其獲得運動所需的力（力矩） ，進而可帶動相關(guān)機構(gòu)運動，實現(xiàn)預期目的。傳遞力（力矩）的常用機構(gòu)有連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、齒輪機構(gòu)、蝸桿機構(gòu)、以及帶傳動、鏈傳動等。圖 2.1 常用直線位移機構(gòu)2.1 傳動裝置的選擇凸輪機構(gòu)一般是由凸輪、從動件和機架三個構(gòu)件構(gòu)成，通常選取凸輪作主動件，通過設計凸輪的形狀使從動件得到預期運動，從動件的運動主要是直線上的往復運動，可以實現(xiàn)刀具的運動。連桿機構(gòu)是由若干構(gòu)件用低副連接而成，構(gòu)件運動形式多樣，可實現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動和平面或空間復雜運動，可用于剛體導引、實現(xiàn)已知運動軌跡或運動規(guī)律。在本設計中要應用連桿機構(gòu)將主動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動或直線往復運動轉(zhuǎn)換為實刀具在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動，經(jīng)對比分析之后，可采用雙曲柄機構(gòu)或者運用曲柄滑塊機構(gòu)，不僅可實現(xiàn)傳遞運動及動力的目的，還可使整體結(jié)構(gòu)緊湊。切絲機要實現(xiàn)切削土豆的功能主要是模仿插絲機方式，即刀具與土豆成一定角度作往復運動，同時土豆朝著刀具的切削面作進給運動。在切削過程中刀具往復運動的頻率和蔬菜進給運動的速度需要根據(jù)加工對象以及加工要求的不同有所調(diào)整。由此我們可以得出：切片切絲機必須具備動力源、力（力矩）傳遞機構(gòu)、切削機構(gòu)、壓緊機構(gòu)以及必要的外部支承定位機構(gòu)，其中力矩傳遞機構(gòu)還需要能夠?qū)崿F(xiàn)與動力源運動方式匹配的運動形式轉(zhuǎn)換機能。刀具切削土豆的主要方式有兩種：往復直線運動與轉(zhuǎn)動。制動機構(gòu)與動力來源相匹配。在使用人力時，機構(gòu)的運轉(zhuǎn)與否取決于操作者是否施力以及機械結(jié)構(gòu)的設計；但使用電動機時，必須有相應的控制電路。在不考慮動力源的情況下，采用往復直線運動，位置和定位比較方便，并且機構(gòu)比較緊湊。土豆通過壓緊裝置在豎直方向作向刀具移動；刀具做往復直線運動，通過曲柄滑塊或凸輪機構(gòu)等實現(xiàn)；切片切絲的轉(zhuǎn)換通過在蔬菜傳送線路上設置刀具的數(shù)目及刀具形狀來決定，切片厚度由蔬菜及刀具相對運動速度決定 10。2.2 設計方案的選擇設計方案 1采用高速電動機直接帶動旋轉(zhuǎn)刀片運動，刀具上密布間隔約 3-4mm 的刀片和一個水平刀刃，進行土豆切削，壓緊裝置采用壓塊和彈簧裝置來壓緊土豆。如 2.2 圖：陜西理工學院畢業(yè)設計 第 6 頁 共 25 頁圖 2.2 方案 1 的原理圖方案二：1-電動機 2-連桿 3-壓緊裝置4-上箱體 5-刀架和刀具 6-下箱體圖 2.3 切絲機的機構(gòu)原理圖電動機作為驅(qū)動力，使刀架做往復的移動，壓緊裝置同樣用彈簧機構(gòu)，但壓緊方式變?yōu)橛墒直鷫壕o凸輪代替的方案一的壓塊。 由于方案一沒有任何的機械傳動部件，并且存在土豆直接在一個窄刀片上壓緊，對刀片的壓力過大，和高速電機對刀具的力過大等一些缺陷，綜合考慮本次畢業(yè)設計的目的，老師建議選擇方案二比較適合本次畢設的目的要求。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 7 頁 共 25 頁小型土豆切絲機的結(jié)構(gòu)可以分為以下四個部分：1，驅(qū)動部分采用電動機驅(qū)動，額定電壓為 220V，通過電動機驅(qū)動軸連接連桿帶動刀架做指定運動。2，傳動部分工作原理將電動機的旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)榈都芡鶑瓦\動；然后，刀架上的刀具對土豆進行切削；同時，土豆壓緊裝置使土豆隨著切削下移，以完成土豆的完整切削。3，壓緊裝置采用凸輪機構(gòu)來壓緊彈簧，用彈簧壓力來壓緊土豆，以保證土豆在切削時始終有向下的壓緊力。當凸輪處于最低點時，彈簧下移到最低點時，恰好沒有壓緊力。4，切削裝置由 于料筒內(nèi)的原料在豎直方向的進給量固定，調(diào)整較難，切削機構(gòu)作為本設計實現(xiàn)目標功能的執(zhí)行機構(gòu)，不僅要實現(xiàn)刀具對原料切削，還要能夠改變切削形狀，調(diào)整切削參數(shù)。切削機構(gòu)在工作中是直接與原料接觸的部分，出于安全考慮，不僅其構(gòu)件需要選擇無污染材料，還要注意將切削部件與機械傳動部件隔離開來，減少原料污染的可能 性 。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 8 頁 共 25 頁3 土豆切絲機的設計3.1 動力機構(gòu)的設計及選擇 電動機的選擇 3.1.1 電動機的選擇 經(jīng)查閱機械設計手冊及相關(guān)資料，只要電機軸轉(zhuǎn)矩滿足 ，即可滿足土豆的切削。mNT5由于刀具太快了反而不好，不能保證質(zhì)量，初步擬定轉(zhuǎn)速 200r/min， 取轉(zhuǎn)矩 T=8N ,)13( nP950T2kwP0.16728n由于功率不大，為了使用方便，選用功率為 200w 同步電機，額定電壓是 220V 。 該種電動機，起動力矩大，起動電流小，適用于滿載起動的機械。這樣在進行土豆切削時完全可以 ，將土豆放進料斗以后，再開動機器。 該電動機的主要外型和安裝尺寸如下表 3.1：表 3.1 電動機主要外形尺寸中心高 外形尺寸 安裝尺寸 螺栓孔直徑 軸伸尺寸 裝件部位尺寸90 140866 40 2.53.1.2 電動機輸出軸軸徑的確定和校核電動機功率 P=200W, 根據(jù)扭矩初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù) 表 153，A 0=112 mmmm (3-3)5.8402133NPd考慮到軸受到的彎曲應力，初步擬定軸的最小直徑為 12mm。 根據(jù)機體和軸上零件的裝配，設計出軸的結(jié)構(gòu)如下， 軸的結(jié)構(gòu)及尺寸 軸的材料：軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。由于碳鋼比合金鋼價格便宜，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性 和抗疲勞強度，所以本設計采用 45 號鋼作為軸的材料。 軸的校核 (1)按扭轉(zhuǎn)強度計算，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。由于此軸只受扭轉(zhuǎn)力，故只需進行扭轉(zhuǎn)強度校核：(3-4)m52.043.1TNKac MPadnPWT 2512.0953故滿足強度校核。(2)安全強度校核：(3-6)SSS為疲勞強度計算的的許用安全系數(shù)見下表：陜西理工學院畢業(yè)設計 第 9 頁 共 25 頁表 3.2 疲勞強度計算的的許用安全系數(shù)S 選取條件1.3-1.5 載荷確定精確，材料性質(zhì)均勻1.5-1.8 載荷確定不夠精確，材料性質(zhì)均勻1.8-2.5 載荷確定不精確，材料性質(zhì)均度較差根據(jù)上表應該選擇 1.5。（3-7）65.1KSa1- Sm安全強度校核滿足條件。 123.2 切絲機切削部分的設計3.2.1 曲柄連桿機構(gòu)的設計由于一般土豆的直徑都低于 90mm，故安裝的刀具的寬度為 90mm,初步需要兩個刀具，則行程需要 180mm，則所設計的曲柄連桿機構(gòu)曲柄 90mm, 連桿 180mm,即可滿足要求。曲柄做圓周運動，帶動連桿，帶動刀架做往復運動。如圖：圖 3.1 曲柄連桿的尺寸設計圖3.2.2 銷釘?shù)男：诉B桿的連接方式采用最簡單的銷釘連接，現(xiàn)以剪鋼筋的例子（圖 3.8a）說明剪切的概念。上、下兩個刀刃以大小相等、方向相反、垂直于鋼筋軸線且作用線附近的兩個 F 力作用于鋼筋上，迫使n-n 截面的左、右兩部分發(fā)生沿 n-n 截面相對錯動的變形（圖 3.8b），直到最后被剪斷。作為剪切的第二個例子，考察圖 3.8a 中連接軸與輪的鍵。作用于輪和軸上的驅(qū)動力偶和阻抗力偶大小相等、方向相反，鍵的受力情況如圖 3.8b 所示。作用于鍵的左、右兩個側(cè)面上的力，力圖使鍵的上、下兩部分沿 n-n 截面發(fā)生相對錯動。在上述兩例中的 n-n 截面可稱為剪切面。剪切的特點是：作用于構(gòu)件某一截面兩側(cè)的力，大小相等、方向相反、均平行于該截面且相距很近，使構(gòu)件兩部分沿該截面（剪切面）發(fā)生相對錯動變形。工程中的聯(lián)接件，如受剪螺栓、鉚釘、銷釘、鍵等，都是承受剪切的構(gòu)件。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 10 頁 共 25 頁（ a ） ( b )( c )圖 3.2 銷釘受剪切力示意圖討論剪切的內(nèi)力和應力時，以剪切面 n-n 將受剪構(gòu)件分成兩部分，并考察其中任一部分，如圖3.2a 和圖 3.2b 所示。N-n 截面上的內(nèi)力 Fs 與截面相切，稱為剪力。由平衡方程容易得Fs=F （3-8）（a） (b)圖 3.3 剪切面 n-n 受剪圖實際計算中，假設剪切面上的應力時均有分布的，因此，若剪切面的面積為 A，則應力是陜西理工學院畢業(yè)設計 第 11 頁 共 25 頁（3-9） AFs與剪切面相切，故為切應力。在一些聯(lián)接件的剪切面上，應力的實際情況比較復雜，非但切應力不是均勻分布，而且往往還有正應力。由上式算出的只是剪切面上的“平均切應力”，是一個名義切應力。為彌補這一缺陷，在用實驗方法建立強度條件時，應盡可能使試樣受力情況接近實際的聯(lián)接件，以求得試樣失效（剪斷）時的極限載荷。也用上式極限載荷求出相應的名義極限應力，除以安全系數(shù) n，得許用應力 ,從而建立強度條件 （3-10）AFs查材料力學，選用 GB/T119.1-2000 的圓柱銷。公稱直徑 d=10，公差為 m6，l（公稱）12-60mm，材料為鋼、不經(jīng)淬火、不經(jīng)表面處理。則： 0.66 25所以，選用的銷釘符合使用要求。 133.2.3 刀具的設計本設計為切絲機，在工作中需要實現(xiàn)切絲長度的轉(zhuǎn)換，為方便快速的實現(xiàn)這一功能，需要兩把規(guī)格相同的切絲刀，并設計刀架，在刀架上對稱布置刀片安裝位置，切絲時，土豆下移后留下的凸臺，剛好被光滑刃口刀片切除，切成的成品均為長條形。調(diào)整切片厚度是在安裝切片刀時加裝相應厚度的墊塊，調(diào)整切絲規(guī)格是通過跟換相應的刀片。圖 3.4 刀具的零件圖3.2.4 刀架的設計刀架設計需要有一個刀具安裝的定位和夾緊 15。刀具的部件圖如圖所示：陜西理工學院畢業(yè)設計 第 12 頁 共 25 頁圖 3.5 刀架的設計圖3.3 壓緊裝置的設計因為即要做到省力，還要合理利用人力驅(qū)動，所以采用何種機構(gòu)是一個必須解決的問題。我們從小時侯用的手搖卷筆刀上獲得靈感，所以我們決定采用手搖式驅(qū)動。使用者通過搖動手柄帶動軸的旋轉(zhuǎn)，并使凸輪轉(zhuǎn)動，凸輪的轉(zhuǎn)動帶動壓縮彈簧來給土豆施加壓力，保證土豆的夾緊，凸輪的轉(zhuǎn)動由手柄驅(qū)動帶動轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)。綜合考慮，經(jīng)過研究，設計的機器通過搖動手柄帶動兩個機構(gòu)，最終完成壓緊土豆的過程。3.3.1 凸輪的設計按照所需要求，凸輪應該保證 150mm 的位移差，故最小徑選 30mm，最大徑選 180mm，通過凸輪的轉(zhuǎn)動，使得彈簧壓縮已達到所需的壓緊力。所設計的凸輪如圖所示：陜西理工學院畢業(yè)設計 第 13 頁 共 25 頁圖 3.6 凸輪的輪廓形狀圖3.3.2 彈簧的設計由于是用手柄來壓縮彈簧，故其受力也不大，根據(jù)機械設計書中彈簧的型號和規(guī)格，選用的彈簧材料為碳素彈簧鋼絲，其強度極限為 1320-1570pa 型號為 Y1 型。其優(yōu)點是價格便宜，原材料來源方便。普通圓柱螺旋壓縮彈簧的結(jié)構(gòu)尺寸計算公式：1.根據(jù)工作條件選擇材料并計算其許用應力因彈簧在一般載荷條件下工作，可以按第 3 類彈簧考慮?，F(xiàn)選用碳素彈簧鋼絲 C 級。并根據(jù)彈簧絲直徑的尺寸系列表，初選彈簧絲直徑 d=6mm表 3.3 常用的旋繞比參數(shù)范圍d/mm 0.2-0.4 0.45-1 1.1-2.2 2.5-6 7-16 18-42C=D/d 7-14 5-12 5-10 4-9 4-8 4-6根據(jù)上圖的數(shù)據(jù)故選用旋繞比 C=6則 25.16.04CK根據(jù)公式機械設計式（16-10）得mm3.4681.6d'2F這與估計值相近，查表之后 d 取 5mm,與所得尺寸與所需的要求一致，合適。其他具體尺寸為：中徑 D=Cd=30mm內(nèi)徑 D1=D-d=27.5mm外徑 D2=D+d=32.5mm壓縮彈簧長細比 b=H0/D自由高度 260mm工作高度 100mm節(jié)距 p=10mm軸間距 =5mmdp根據(jù)剛度條件，計算有效圈數(shù)：陜西理工學院畢業(yè)設計 第 14 頁 共 25 頁由式（16-9）得彈簧剛度為 =10N/mm21Fk由表（16-2）取 G=70000Mpa,則彈簧圈數(shù) n 為20.25FkDGd348n取 n=22 圈。此時彈簧的剛度為 k=10*20.25/22=9.2N/mm12彈簧的安裝則用兩個彈簧支架來支撐其上下移動，通過 6mm 的銷釘來保證彈簧的連接，其壓縮量為 100mm，來保證彈簧的定位和運動。這種連接的優(yōu)點是便于拆卸，來達到隨時更換彈簧的目的。如圖所示：圖 3.7 彈簧的裝配及設計圖3.4 土豆切絲機外型的設計土豆的直徑一般不超過 80mm,則所設計的最大直徑為 90mm,的進料口即可滿足要求，主要尺寸厚度設計為 8mm,高度為 250mm,需要螺栓連接的地方應選擇 15mm 做連接，包括其他輔助尺寸，所設計的圖形如圖：陜西理工學院畢業(yè)設計 第 15 頁 共 25 頁圖 3.8 上箱體圖下箱體基本尺寸與上箱體相同，但本設計的驅(qū)動力來自電動機，故需要電動機的安裝部分，根據(jù)刀架的運動位置，選擇合適的距離，電動機采用在豎直上安裝的形式，故應該在箱體的側(cè)面鉆需要安裝電動機的四個小孔。下箱體的設計如圖：圖 3.9 下箱體圖3.5 總裝配圖根據(jù)以上的設計機構(gòu)和零件，所設計的土豆切絲機的總裝配為：陜西理工學院畢業(yè)設計 第 16 頁 共 25 頁圖 3.10 總裝配圖陜西理工學院畢業(yè)設計 第 17 頁 共 25 頁4 小型土豆切絲機的三維建模利用 Pro/E 進行產(chǎn)品設計時，首先要完成了各個零件的設計，其中基本的設計包括草繪，拉伸，旋轉(zhuǎn)，掃描等，Pro/E 設計的優(yōu)點是可以更該尺寸，運行方便，又可以進行三維視圖等等。三維零件設計完成之后，則可創(chuàng)建一個新的組件，在組件的模塊中進行零件的裝配。首先必須明白各零件裝配的基本操作步驟，然后明白如何指定零件與零件之間的相互配合關(guān)系，以將數(shù)個零件裝配為一個次組件或組件，并產(chǎn)生組件爆炸圖。4.1 刀架運動的建模打開 Pro/E 軟件，進入草繪平面，選取草繪平面，用拉伸命令繪制出零件一的輪廓圖。圖 4.1 刀架的草繪平面圖在繪制好的草繪輪廓圖上對實體進行拉伸，拉伸后得到實體見圖圖 4.2 刀架的三維建模圖裝配的具體步驟為：1.新建裝配文件Step1.選擇下拉菜單 文件 F-設置工作目錄 命令。Step2.單擊“新建文件”按鈕，在彈出的文件“新建”對話框中，進行下列操作：（1）選中“類型”選項組下的“組件”單擊按鈕；選中“子類型”選項組下的“設計”單選按鈕；在“名稱”文本框中輸入文件名 zhuangpei。（2） 通過取消“使用缺省模板”復選框中的“”號，來取消使用默認模板。（3）單擊該對話框中的“確定”按鈕。Step3.在系統(tǒng)彈出的“新文件選項”對話框中（圖 4.13 所示），進行下列操作：（1） 選取適當?shù)难b配模板。在模板選項組中，選取“mmns_asm_design”模板。（2）對話框中的兩個參數(shù) DESCRIPTION 和 MODELED_BY 與 PDM 有關(guān)，一般不對此進行操作。（3）“復制相關(guān)繪圖”復選框一般不用進行操作。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 18 頁 共 25 頁單擊該對話框中的“確定”按鈕。 14完成這一步操作后，系統(tǒng)進入裝配模式（環(huán)境），此時在圖形區(qū)可看到三個正交裝配基準平面。圖 4.3 裝配模式如圖以底座作為缺省目標，圖 4.4 裝配過程圖首先插入零件刀架，對刀架進行滑動桿連接，再對長連桿進行銷釘連接，最后對曲柄進行兩次銷釘連接，由于驅(qū)動力為電動機，將電動機按固定的方式裝在曲柄處，即可完成如圖的裝配圖。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 19 頁 共 25 頁圖 4.5 刀具運動總裝配圖4.2 彈簧的建模彈簧和端蓋需要的連接方式為銷釘和滑動桿連接。圖 4.6 彈簧的裝配總圖4.3 壓緊機構(gòu)的建模先進行軸類連接，采用銷釘連接在上箱上，其次，對手柄進行固定在軸上的固定鏈接，軸的左側(cè)的設置是采用扳手的六角型，間隙連接，方便拆卸。凸輪機構(gòu)也應鏈接在軸上，采用過盈連接，其中心線定位在進料口的軸線上，即可定位完成。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 20 頁 共 25 頁圖 4.7 壓緊機構(gòu)的總裝配圖4.4 總裝配圖的建模彈簧的導向采用導桿安裝在上箱體上來定位，上箱體與下箱體的連接采用 M12 的螺栓來進行連接。即可得總裝配圖如下：圖 4.8 總裝配圖4.5 裝配的爆破圖裝配的爆炸圖是組建的分解視圖，建立表達清晰的爆炸圖，有助于分析產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)，規(guī)劃零件以及給生產(chǎn)工藝的指導工作帶來方便，常用來說明產(chǎn)品的組成或者裝配順序等。在裝配圖中德菜單欄中，選擇“視圖”-“分解”- “分解視圖 ”命令。得到默認的爆炸圖。在“視圖”“分解”-“編輯位置”命令，移動到合適的位置即可。如圖：圖 4.9 爆破圖陜西理工學院畢業(yè)設計 第 21 頁 共 25 頁5 運動與仿真連接裝配只是限制零件若干個自由度的裝配，它是創(chuàng)建運動的前提條件，要想實現(xiàn)機構(gòu)的運動功能，則需進入系統(tǒng)集成的機構(gòu)模式進行運動分析。5.1 刀架運動的運動刀架的運動是電動機來帶動，即在“應用程序”的“機構(gòu)”中定義電動機中定義“伺服電動機”，如圖：圖 5.1 刀架運動的仿真對電動機進行定義，選擇“運動軸” ，定義電動機“力矩” 。即可對刀架的運動進行仿真。5.2 壓緊機構(gòu)的運動壓緊機構(gòu)的定義在機構(gòu)的“凸輪”中的凸輪 1，2。定義凸輪 2 時應采用“前后和深度”定義，深度為 100。如圖：圖 5.2 凸輪的定義即可定義完成凸輪的定義，然后，在手柄上加上驅(qū)動力，則壓緊機構(gòu)的驅(qū)動力解決。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 22 頁 共 25 頁5.3 土豆切絲機的仿真通過各個機構(gòu)的定義，土豆切絲機的仿真問題得以解決， “分析定義” ，圖 5.3 分析定義的過程圖定義“幀數(shù)”和“停止時間” ，即可完成仿真。點擊“回放”如圖：圖 5.4 動畫回放過程動畫即可生成，點擊“捕獲” ，將動畫保存為 MPEG 格式，即可生成土豆切絲機的仿真動畫，將其“確定”即可保存。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 23 頁 共 25 頁圖 5.5 仿真動畫的保存陜西理工學院畢業(yè)設計 第 24 頁 共 25 頁總結(jié)本 次 畢 業(yè) 設 計 的 題 目 是 小 型 土 豆 切 絲 的 機 創(chuàng) 新 設 計 。 其 目 標 是 設 計 出 一 臺 切絲均勻，安全可靠，主要突出小型，安裝方便等優(yōu)勢的機器，適合于家庭用的小型土豆切絲機。主要用到的軟件是 CAD,和 Pro/E，通過 CAD 對其進行結(jié)構(gòu)設計以及 Pro/E 實 體 建 模 ， 零件裝配，以及 Pro/E的機構(gòu)運動分析功能，對小 型 土 豆 切絲機進行設計和仿真。這次畢業(yè)設計是一次再學習和鍛煉的機會，是對所學知識的一個融會貫通的過程。通過畢業(yè)設計的撰寫，我對所學的知識有了更深層次領(lǐng)悟和掌握，對自己所學的專業(yè)有了一個整體認識。通過這次的畢業(yè)設計，我真正懂得理論聯(lián)系實際的重要性，通過查找資料和數(shù)據(jù)，我進一步完善了自己的知識結(jié)構(gòu)，學習了更多的知識。通過這次畢業(yè)設計，不僅強化了我學習的素質(zhì)、研究素質(zhì)和創(chuàng)新精神，而且培養(yǎng)了我的創(chuàng)新意識，激發(fā)了我探求新知的欲望。認真寫作畢業(yè)論文，不僅能進一步鞏固所學的理論知識，而且還能進一步提高自己的各項基本技能，實踐能力和解決問題的能力。另外，通過本次正規(guī)論文的撰寫，也使我在論文寫作方面的能力得到了加強；大學期間也寫了不少的論文，但是現(xiàn)在細細想一下自己以前寫的論文，真的很慚愧，那些根本不能叫做論文，只能叫做一次作業(yè)或者是別的什么東西。通過本次正規(guī)論文的撰寫，使我掌握了正確的參考文獻標注方法，對一篇標準論文的整體布局也有了一個更加深入的理解；在沒有做畢業(yè)設計以前覺得畢業(yè)設計只是對這幾年來所學知識的單純總結(jié)，但是通過這次做畢業(yè)設計發(fā)現(xiàn)自己的看法有點太片面。畢業(yè)設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。明白書本上的知識永遠學不完，只有努力不斷學習，才不會落后。通過這次畢業(yè)設計使我明白了自己原來知識還比較欠缺，自己要學習的東西還太多，以前老是覺得自己什么東西都會，什么東西都懂，有點眼高手低。我才明白學習是一個長期積累的過程，在以后的工作、生活中都應該不斷的學習，努力提高自己知識和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設計中，知道互相學習才是高效率的做法，所以經(jīng)常向別人請教，也使我們的同學關(guān)系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學?？傊?，不管學會的還是學不會的的確覺得困難比較多，真是萬事開頭難，不知道如何入手。最后終于做完了有種如釋重負的感覺。此外，還得出一個結(jié)論：知識必須通過應用才能實現(xiàn)其價值!有些東西以為學會了，但真正到用的時候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我認為只有到真正會用的時候才是真的學會了。陜西理工學院畢業(yè)設計 第 25 頁 共 25 頁致謝本論文在牟小云老師的悉心指導下完成的。老師淵博的專業(yè)知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，精益求精的工作作風，誨人不倦的高尚師德，嚴于律己、寬以待人的崇高風范，樸實無法、平易近人的人格魅力對本人影響深遠。不僅使本人樹立了遠大的學習目標、掌握了基本的研究方法，還使本人明白了許多為人處事的道理。本次論文從選題到完成，每一步都是在老師的悉心指導下完成的，傾注了導師大量的心血。在此要感謝我的指導老師，從剛開始就一直對我的設計很上心，每個禮拜都要去匯報本周的工作情況，每次去見老師，總會有比自己一個禮拜研究還多的成果，她一步一步給我點名思路，我不懂時，老師會細心的解釋和畫圖，每次去見老師總有一種感覺很慚愧，感覺自己太沒有能力了，真心感謝老師給我的幫助。在設計過程中，我通過查閱大量有關(guān)資料，與同學交流經(jīng)驗和自學，并向老師請教等方式，使自己學到了不少知識，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個設計中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中探索的艱難和成功時的喜悅。雖然這個設計做的也不太好，但是在設計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設計的最大收獲和財富，使我終身受益。