离心榨汁机的改进设计
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毕业设计说明书
论文题目：离心榨汁机的改进设计
系 部： 机械工程系
专 业： 机械制造与自动化
班 级： XXXXXXX
学生姓名： XXXXXXX
学 号： XXXXXXXX
指导教师： XXXXXX
XXXX 年 XX 月 XX 日
河南工学院毕业设计
摘要
随着科学技术的不断发展，农业机械化技术也发展到了一个新的水平，随着农业机械化技术的发展和人们生活水平的提高，水果榨汁机的改进成为目前消费者关心的热点问题。
本文介绍了榨汁机的研究意义、榨汁机的研究现状，分析了榨汁机的发展前景，详细讲述了离心式榨汁机的工作原理。这次和同组人员一起设计的离心式榨汁机能够更独特地更好的满足消费者的意愿，本着简单、方便、实用为原则一切从消费者的利益出发。而且，该榨汁机祛除了以前榨汁机出汁率低、果汁不清的弊端。单相串激式电动机充分体现了自动化、高效化、小型化、简单化、环保化等特点。
最后，我相信我们所设计的这台集专业化、智能化、自动化、高效化、小型化、简单化、环保化、安全化为一体的榨汁机能够早日走进消费者的家庭。
关键词：离心式榨汁机、电动机选配、壳体设计、刀具设计
Abstract
In recent years,the rotary digging pile driver has obtained the fast development of our country"but compared with rotary digging pile driver in a foreign country for decades,the development history of domestic rotating drill in key components and core technology,there is still a gap compared with abroad,the development of rotary digging pile driver in China is still a long way to go.
This paper studied the power head as an important item of the rotary digging pile driver host,has been the key components of the host research "the performance is good or not directly affect drilling efficiency" the development of the driver in a foreign country has several ten years of history.the development of the power head has a superior performance! Unique technology and new design concept of"the development of the current domestic power head can meet the construction work of rotary digging pile driver basic reliability and function extension but still need further development.
It is difficult to retrieve the rotary digging pile driver power head system design and development of related literature,no literature at home and abroad and use for reference",therefore,this topic for power system analysis and research,as important item in the rotary digging pile driver development projects,hope will bring the rotary digging pile driver product development as a reference.
Keywords:rotary digging pile driver,power head,drive way,the driver,the speed reducer
2
目录
摘要 1
绪论 1
第1章 榨汁机的发展现状 2
1.1榨汁机的定义 2
1.2选题的背景 2
1.3选题的依据 2
1.4榨汁机的发展前景 3
第2章 榨汁机的分类 5
2.1按结构分类 5
2.1.1双锥盘榨汁机 5
2.1.2带式榨汁机 5
2.1.3压板式榨汁机 5
2.2按功能分类 5
2.2.1单功能功能解析： 5
2.2.2搅拌机： 5
第3章 设计方案分析 7
3.1工作原理 7
3.2工作流程 7
3.3离心式榨汁机概念设计思路结果 7
3.4离心式榨汁机设计流程 7
3.4.1功能结构设计 9
3.4.2工艺结构设计 9
3.4.3造型结构设计 10
3.4.4塑件尺寸、精度及表面粗糙度 10
3.5离心式榨汁机分块设计 11
3.6总体设计要求 12
第4章 电机的确定 13
4.1电动机选择的要求 13
4.2主要技术指标 14
4.3电动机功率的确定 15
4.4 键的强度校核 16
4.5电动机轴的强度校核 17
4.6载荷受力分析 18
第5章 离心榨汁机总体结构设计 20
5.1主要外型构件设计 20
5.1.1机体上盖 21
5.1.2离心外壳 22
5.1.3电机外壳 23
5.1.4机体底座 24
5.2产品内部结构设计 24
5.2.1刀具 25
5.2.2离心底座及离心底座连接器 25
5.2.3 加热盘 25
第6章 Pro/E三维建模设计 27
6.1 Pro/E软件特点 27
6.2 Pro/E建模过程 27
6.2.1产品的造型设计 27
6.2.2零件的详细设计 27
6.2.3零件设计分析 28
6.2.4零件装配设计 28
6.2.5工程图制作 28
6.3 Pro/E建模小技巧 28
6.3.1草绘特性 28
6.3.2拉伸特征 29
6.3.3阵列特征 29
6.3.4倒圆角 29
第7章 榨汁机的使用说明 30
7.1产品特点 30
7.2 使用说明 30
7.3安全注意事项 31
7.4清洗与保养 31
7.5清洗技巧 31
结论 32
致谢 33
参考文献 34
36
河南工学院毕业设计
绪论
根据榨汁机的结构特点进行分析计算，其中包括尺寸的计算及测量，根据各部件的形状确定部件的摆位，以次进行结构设计。设计出来的形状力求使用，结构简单，外表美观。同时设计的时候还要考虑加工制造的可能性。
由于没有实践经验，所以很多东西都要依靠手册，包括数据的选取和工艺性的工艺确定。在设计过程中，为了更好的完成任务，我多次去图书馆查阅资料，上网了解和去实体店查看榨汁机的模型结构。
感谢老师对我们的关怀和指导，我这次设计的完成得益于老师的悉心指导和同学们的交流。由于本人知识水平有限，经验不足，所以在设计过程中难免出现错误和不足，请老师指正。
第1章 榨汁机的发展现状
1.1榨汁机的定义
榨汁机是一种可以将果蔬快速榨成果汁的机器，小型可家用。它早在1930年由诺蔓.沃克博士（Dr.Norman Walker）发明，这位博士因发明世界上第一款榨汁机而闻名于世，被誉之活性果汁机之父。在此基础上，后来由设计师们改进出不同款式及不同原理的榨汁机。
1.2选题的背景
上世纪七八十年代，在这个物资匮乏的年代，每张桌上的菜肴是相似的，萝卜白菜成了人们的主食，健康的标准“只要求不生病”。九十年代，随着生活的富裕，中国菜已经难以满足人们的胃口。意大利比萨、日本料理、韩国烧烤、美国麦当劳等纷纷进军中国，不良饮食习惯导致心血管疾病、肿瘤等疾病持续攀升。二十一世纪，人们开始呼应健康主题，回归自然的水果蔬菜重新被重视起来。
1.3选题的依据
食品加工工业是二上一世纪的主要工业之一，它的发展速度和水平是一个国家人们生活水平及改善程度的一个重要标志，它直接关系到制造业和加工业产品科技含量的多少以及食品深加工附加值的高低。食品如工业对人类发展和社会进步出了其他工业不可替代的贡献。
中国人历来重视养生之道，随着人们饮食消费观念水平的提高，鲜榨果计将取代碳酸饮料成为人们的主要饮品。果汁含有多根据榨汁机的结构特点进行分析计算，其中包括尺寸的计算及测量，根据各部件的形状确定部件的摆位，以次进行结构设计。设计出来的形状力求使用，结构简单，外表美观。同时设计的时候还要考虑加工制造的可能性。
由于没有实践经验，所以很多东西都要依靠手册，包括数据的选取和工艺性的工艺确定。在设计过程中，为了更好的完成任务，我多次去图书馆查阅资料，上网了解和去实体店查看榨汁机的模型结构。
感谢老师对我们的关怀和指导，我这次设计的完成得益于老师的悉心指导和同学们的交流。由于本人知识水平有限，经验不足，所以在设计过程中难免出现错误和不足，请老师指正。
榨汁机是一种可以将果蔬快速榨成果汁的机器，小型可家用。它早在1930年由诺蔓.沃克博士（Dr.Norman Walker）发明，这位博士因发明世界上第一款榨汁机而闻名于世，被誉之活性果汁机之父。在此基础上，后来由设计师们改进出不同款式及不同原理的榨汁机。
中国人历来重视养生之道，随着人们饮食消费观念水平的提高，鲜榨果计将取代碳酸饮料成为人们的主要饮品。果汁含有多种有机酸、芳香物质和酶类，可刺激食欲，有助丁消化，因此，常常作为早餐前的开胃食品。果汁中特别富含侧、铁、硒、铬等无机盐和微量元素、维生药c、胡萝卜素以及多科抗氧化活性物质。此外，喝果汁还有利膳食中铁的吸收。现代爱美人更注重生活品质，煎炒烹炸虽然美味，但容易让一些蔬菜水果失去其营养成分，因而榨汁机风靡白领人样。在炎炎的夏季门可以随时榨果汁饮用，花钱不多，既经济又方便，的确是大众家庭不错的选择。
1.4榨汁机的发展前景
传统榨汁机以更新换代为主，新兴榨汁机则以新购置为主，榨汁机等新兴厨卫器具逐步进入居民家庭。从全国厨卫器具市场来看，产品将向系列化、智能化、美观化方向发展，功能趋向于能为人们的健康、快捷提供更多帮助。榨汁机等榨汁机受季节变化影响较小，而受收入水平、居住条件、消费观念、价格水平影响大。与彩电、冰箱不同，榨汁机消费属可有可无产品，居民购买弹性很大。
中国市场报告网发布的中国榨汁机行业现状调研分析及市场前景预测报告（2018版）认为，从榨汁机保有量对比发现，广东、上海、北京等居民收入较高的地区，榨汁机保有量相对较高。榨汁机等榨汁机市场仍处于快速增长期，市场尚未饱和。我国榨汁机增幅远远高于已进入成熟期的大家电，也反映了我国居民在这方面求高求新的消费趋势。榨汁机是生活品质提高的标志。随着城市居民生活的改善以及人们生活环境、生活习惯的逐步变化，为居民生活带来极大便利的榨汁机会越来越火爆，需求量将持续增长。
榨汁机的消费群体主要有两类：一类是有孩子或老人的家庭，孩子容易挑食而老人牙齿不好，自己榨果汁可以满足他们摄入足够的营养；另一类是追求时尚及生活品位的年轻人，榨汁机满足了他们崇尚个性口味的需求。随着生活质量的提高，消费者的心态由最基本的生活需要开始向营养健康的品味生活过渡，这为榨汁机更加普及提供了可能。而无论是榨汁机还是食品处理器，都处于市场的导入期，对于大多数消费者而言还是奢侈品，企业如何引导消费者的消费观念至关重要。
中国榨汁机市场仍处于导入期，一方面因为榨汁机进入中国市场较晚，而更主要的原因是国内消费水平还较低，消费者还没有形成饮用鲜榨果汁的消费习惯。榨汁机作为新型榨汁机产品，普及率还不高。传统型榨汁机虽已普及，但新型榨汁机仍未被消费者普遍接受，仍是一种生活品味和生活时尚的代表。对于新型榨汁机来说，应该具有较大的发展空间。很多榨汁机厂家都推出了自有品牌产品。一些还没有进入的品牌也对此产品非常感兴趣。虽然榨汁机产品零部件不多，但却涉及到刀头、电机、密封等多项技术问题，并不是一个容易做好的榨汁机产品，还是有一定的技术含量在其中。随着消费者观念不断的改变，榨汁机将会成为人们每一家庭中 必用的饮品食具，所以此类产品将隐藏着巨大的市场份额和发展前景。今后几年仍将是我国榨汁机发展的黄金期，每年将以30%以上的增幅上升，榨汁机走进家庭必将成为一种新的生活潮流。
第2章 榨汁机的分类
2.1按结构分类
2.1.1双锥盘榨汁机
双锥盘榨汁机的榨汁机理是利用两个母线重合的伞状锥体的啮合滚动，使进入啮合区域的果糊受压，果汁通过伞状锥体表面的滤孔排出。但双锥盘榨计机压榨时作用时间短，对浆状物料的夹持性能差，排汁面积相对较小，排汁孔大，因此不适用十家庭水果榨汁。
2.1.2带式榨汁机
带式榨汁机的工作原理是利用两张紧的环状网带夹持果糊后绕过多级直径不等的榨辊，使得绕于榨辊上的外层网带对夹于两带间的果糊产生压榨力，从而使果汁穿过网带排出。带式榨汁机具有结构简单、工作连续、生产率高、通用性好、造价适中等特点，但带式榨汁机的主要缺点是榨汁机作业开放进行，果汁易氧化褐变，卫生条件差，排汁不畅，网带空隙宜堵。
2.1.3压板式榨汁机
压板式榨汁机配置一个工作时旋转的圆柱形机筒，机筒的柱面上开有长缝用于汁液透过，机筒轴心处装有一双向丝杠，丝杠上的转动带动机筒两端的圆形压板相向移动。压榨时物料用泵充入机筒内，压板由两端向中间移动挤压桶内的物料，汁液通过机壁上的长缝排出，压榨结束渣从机筒中部的开口排出。但压板式榨汁机的压榨力较小，汁液的透过面积较小。
2.2按功能分类
2.2.1单功能功能解析：（又称果汁机）做纯果汁。启动机器以后，电机带动刀网高速旋转。把水果蔬菜从加料口推向刀网，刀网的尖刺将果蔬削碎，在刀网高速运转所产生榨汁机的离心力的作用下，果渣飞出刀网进入渣盒，而果汁穿出刀网流入果汁杯。
2.2.2搅拌机：用电动机带动刀片高速旋转以达到搅拌，粉碎，切割食物目的的机器统称为食物搅拌机。
（1）打豆浆 把适量干豆用清水浸泡一小时后，倒入装好滤网的豆浆杯中，加水至豆浆的最大水量刻度线一下的合适位置，启动机器，开始粉碎。清水迅速变白色混浊，并浓度越来越高。
（2）研磨 家里经常会有需要研磨的时候，如常用的调料花椒面、辣椒面等，也有某些菜品的辅料，如做粉蒸肉需要的米粉，做朝鲜打糕或四川糍粑所需的黄豆面，都需要用到搅拌机的研磨功能。可以说，研磨功能为在家里制作更专业的美食提供了可能。
（3）绞肉 搅拌机的绞肉功能一般适合绞少量碎肉，用于做丸子、饺子馅等食品。
（4）水果搅拌 是消费者关注的一个搅拌机的重要功能，也是消费者容易混淆的一个功能。许多搅拌机都打出了榨汁机的招牌，再次，本人要提醒读者，搅拌机都是无法做出纯果汁的。搅拌机对水果的处理主要有两种方式：第一种是使用豆浆杯，把水果放入豆浆杯网罩里，加入水、牛奶或其它饮料作为溶液，启动搅拌机进行搅拌。这种方式可以把水果的果汁溶入到溶液里，得到混合果汁，并且可以用豆浆杯网罩分离大部分果渣；第二种是直接把水果放入豆浆杯，不使用网罩，加入水、牛奶或其它饮料作为溶液，启动搅拌机进行搅拌。这种方式可以把果汁、果渣和溶液一起混合，得到一杯混合水果饮品。
第3章 设计方案分析
3.1工作原理
离心榨汁机可对果糊产生很高的离心力，可更好地完成水果和蔬菜的榨汁作业。离心榨汁机的工作原理是利用刀网每分钟几千转的高速转动把水果粉碎，强大的离心力使果汁喷流入果汁杯，而果渣则甩进收渣桶。不同品牌型号的高速离心式榨汁机也有材质、功率、进料口大小的区别，挑选时要注意选择功率大、进料口大的。水果不用切得很小，榨汁速度快，榨一个苹果或者胡萝卜只需几秒钟，榨出的果汁清亮。
3.2工作流程
原料→选果→清洗→榨汁→破碎→离心→过滤→果汁和果渣。
3.3离心式榨汁机概念设计思路结果
本设计的任务是要设计一台多功能加工的果蔬榨汁机。设计考虑因素有:
1)所设计的果汁机主要针对于常食用的果蔬,如橙子、柠檬、胡萝卜等,同时能制作豆浆等,加工效率要高,避免给消费者带来浪费;
2)由于榨汁机使用对象是家庭用户的不同成员,因此产品要求操作方便、安全可靠,尤其是防水性,避免果汁流入机器类而造成用户触电事故;
3)因为在家庭环境下使用,要求噪声低,振动小,以免引起顾客不满;
4)产品会经常使用,因此要清洗方便,同时当产品闲置时,要有较好的防尘功能;
5)产品应美观大方,满足家用电器3～5年的使用寿命根据以上的设计考虑因素,初步可确定所设计的产品为半自动加工方式,使用者首先需要对果蔬进行清洗和分块,再通过手工方法将果蔬放入进榨汁箱体,由旋转的刀具粉碎果蔬并将汁液从果蔬中挤压出来,从而达到榨汁的目的。被刀具粉碎的果蔬汁及果肉通过离心旋转盘和二次过滤网分开,果蔬汁流入果汁收集装置,而果肉则进入果渣收集装置。
3.4离心式榨汁机设计流程
首先根据设计任务书确定榨汁机的总体构成和主要参数，然后通过市场分析原则。在现有的榨汁机中检索出与当前设计任务相应的设计作为此次的设计参考点;然后再通过变型设计完成对离心式榨汁机的总成设计和零件设计构思;接下来对设计零件进行相应分析,对满足设计要求的设计方案进行细化补充,最后对拟定的设计进行维护与扩充。设计过程包括以下几个步骤:首先确定离心式榨汁机的基本创新点,然后确定离心式榨汁机的工作方式以及总体结构和参数,最后进行零部件的细化设计。
确定榨汁机总体结构和主要参数
图3-2 离心式榨汁机设计流程图
完 成
是
分析结果
是否满意
否
整机组装
各零件设计分析
榨汁结构
果汁过滤
其 它
控制系统
加热系统
产品总体规则
以市场需求分析原则、关联分析法寻求创意点
产品设计任务书
开 始
3.4.1功能结构设计
塑件设计的核心问题，是要保证其使用功能要求。在充分分析塑件使用功能的基础上确定塑件的整体结构、各组成部分几何形状、尺寸、材质和外观要求及强度等。塑件的结构，应在满足其功能要求的前提下，力求简单、明快、可靠。因为简单的塑件结构容易满足其功能要求，达到经济、适用、安全的目的。
在设计塑件时，应当了解它是单独使用，还是与其他零件组合起来使用，在使用过程中它的主要功能和辅助功能是什么。如果它是与其他零件组合起来使用，那么它的哪些部分、结构形状、尺寸受其他零件制约、不可变动，哪些部分可通过直观判断、试验后加以修正。
塑件各部分的强度可以通过选材，合理地分配材料，必要的强度和刚度计算，模拟或实用实验等方法予以确认。根据使用要求不同，在设计某些塑件时还要计算容积、重量、伸长，决定某些几何参数，有的塑件要采用金属金属镶件。
为了保证更好地发挥塑件的功能作用，要考虑到其上要安装与运转操作、情报传达、安全警报、娱乐快适应等有关的各种零件，因此在设计面板零件时要考虑操作者的视认性、操作性和安全性等。
3.4.2工艺结构设计
再塑件功能结构设计的基础上，为实现加工制造的可能性和简捷性，必须进行工艺结构的设计。因此，在设计塑件时，要选择合适的材料，以保证在使用过程中可靠性及加工过程中的可行性，用以确定成型方法及成型工艺对塑件提出的的工艺结构要求。
塑件工艺结构设计的主要内容如下:塑件内外侧壁应有恰当的脱模斜度，内外表面结合处，即角隅处，加强筋端部和根部等以及所有的能允许设计圆角的地方均应该设计成圆角。塑件壁厚要均匀，加强筋、凸台、支撑面、边缘、底部形状的设计要保证其强度，利于其成型和脱模。金属镶件要满足塑件使用功能要求，与塑件连接牢固要求，成型时便与在模具种装固，成型后容易从模具中脱出。此外，处于塑件外形轮廓最大部分的分型线痕迹，不影响其工作特性及表观质量。
因此在塑件工艺结构设计时，要充分了解其在使用中的机能特点，成型工艺过程及特点。只有正确的工艺结构设计，才能保证塑件顺利成型、脱模，确定塑件质量。避免塑件在成型中出现裂纹、凹陷、气孔、银纹、疏松、污斑等一系列成型缺陷，增强塑件的使用中可靠性及持久性。
3.4.3造型结构设计
工业制品的结构设计，是一门技术与艺术相结合的多元交叉科学。
塑件制品种类繁多，有像光盘、磁带、薄膜、人造革、电影胶片、编织袋、地毯、地板等一类平面状制品；有像餐具、玩具、家用电器、仪表等立体装制品，还有塑料花、仿大理石、防玉石制品、仿生制品等艺术品。对于这些制品，都要通过外部造型设计加以装饰美化。因为人们通常都是在满足功能要求下，总是喜欢购置外形美观的制品。
塑件造型设计指按照美得法则，如对比调合、概括与简单、对称与平衡、安定与轻巧、尺寸与比例、主从、比拟、联想等对塑件外观形状、图案、色彩及相互的结合进行设计，通过视觉给人以美的感觉。
对于单独使用的塑件或壳体制品、一定要认真的进行造型设计，以满足其使用机能要求，是现代制品设计的根本目的，满足人的心理需要是制品实用功能设计的根本依据。“实用、经济、美观”是制品造型师设计的基本原则。在造型设计中还要体现环境、时代的要求，正确地使用水平线、垂直线、弧线等所形成的几何构型、比例尺度、起伏、棱角、机理、色彩等，使人们在使用塑件时有一种美的享受，同时又能保证使用者在使用它时感到方便、安全、可靠、舒适。
3.4.4塑件尺寸、精度及表面粗糙度
1）尺寸 塑件尺寸的大小取决于塑件的流动性。流动性差，塑件不可过大，以免不能充满型腔或形成熔接痕，影响塑件外观和强度，此外成型设备，模具尺寸及脱模距离等也会影响塑件的大小。
2）精度 影响塑件精度的因素很多，除与模具制造精度和模具磨损有关外，还与塑件收缩率的波动、成型时工艺条件有关，所以塑件的尺寸精度一般不高。
3）壁厚 塑件的壁厚主要取决于塑件的使用要求，但壁厚的大小对塑件的成型影响很大。壁厚过小，成型时流动阻力大，难以充型；壁厚过大则浪费材料，还易产生气泡、缩孔等缺陷，因此必须合理选择塑件壁厚。同一塑件壁厚应尽可能一致，否则会因冷却或固化速度不均而产生内应力，影响塑件的使用。
4）孔的设计 a.通孔：通孔设计时深度不能太大，压缩成型时应注意，通孔深度不超过孔径的3.75倍。b.盲孔：盲孔只能用一端固定的型芯来成型，因此其深度浅于通孔。注射成型或压铸成型时，孔深不超过孔的4倍。压缩成型时，平行于压制方向的孔深一般不超过直径的2.5倍，垂直于压制方向的孔深不超过直径的2倍。直径小于1.5mm的孔或深度太大（大于以上值）的孔最好采用成型后机械加工的方法获得。c.异形孔：当塑件为异形孔（斜孔或复杂形孔）时，常常采用拼合的方法成型，这样可以避免侧向抽芯。
3.5离心式榨汁机分块设计
对离心式榨汁机进行分块组合设计,不仅能够满足用户的个性化需要,同时也能实现产品的快速设计。在对离心式榨汁机进行分块设计时,应该根据独立性原则和通用性原则来划分。在设计过程中,追求由简单零部件的组合以实现更多功能,从而满足不同消费者。根据现在市场上的榨汁机特点,综合使用者需求,将离心式榨汁机进行以下设计：
刀 具
六角扭曲刀片
榨汁系统
细齿刀片
过滤系统
离心旋转盘
初次过滤
二次滤网盘
二次过滤
电饭煲式
加热系统
电源指示灯
指示灯
控制系统
加热指示灯
总 开 关
开关、按钮
榨汁控制
图3-2 离心榨汁机方案图
3.6总体设计要求
1）电机的选择
2）榨汁部件的设计
3）榨汁机壳体的设计
第4章 电机的确定
4.1电动机选择的要求
合理的选择电动机是正确使用的先决条件。在这里，需要明确的是，榨汁机并非转速越高越好，而是有一个合适数值，转速太高会导致温度过高，使果汁营养和活性降低。选择合理的电动机有利于实现更好的榨汁效果,一台适当的电动机使用恰当的转速能使果蔬汁更加美味可口。同时,合理的电动机能更加安全可靠,经济适用。电动机的选择主要内容包括:电动机的种类、结构形式、额定电压、额定转速和额定功率,其中额定功率的选择最为重要。因此在这里简单介绍一下电动机选择的一般原则:
1) 选择在结构上与所处环境条件相适应的电动机,例如根据使用环境条件选用相适应的防护方式的电动机。
2) 选择的电动机应满足生产机械所提出的各种机械特性要求。如转速要求、速度稳定性、速度调节及启动、制动时间等。
3) 选择的电动的功率应被充分利用,通过计算确定出合适的电动机功率,防止出现“大马拉小车”的现象。
4) 所选用的电动机应安全可靠并且全球维护。
5) 互换性能要好,一般情况下优先使用标准电动机。
6) 综合考虑电动机的极数、电压等级,使电动机在高效率、低损耗状态下可靠运行。
对于一般家用食物加工用具,如拌碎器、碎肉机、果蔬榨汁机、打蛋机等,要求高起动转矩、高转速、体积小、结构简单的电动机,因此最适宜选用串激式电动机。此类电动机具有以下特点:
1) 转速较高。其额定转速一般超过10000r/min,短时定额或周期工作定额;
2) 无外壳。电动机利用器具的外壳进行防护,电动机的防护型式为端盖简化成支架形式,通常用铸铝做成,依靠支架上的螺孔安装。
3) 电动机的功率一般在30～250W 之间。其输出功率为90W以下时,通常为自冷;当输出功率在90W以上则采用轴流式风扇冷却。
4) 为了减小噪音以及降低成本,常采用含油轴承。电动机的轴伸需与主机的驱动部件相配,一般采用斜齿轮轴伸。
表4-1 串激式电动机技术数据
型号
电压
（V）
频率
(Hz)
空载
负载
测试
电压
（V）
电流（A）
转速
(r/min)
转速
(r/min)
电流（A）
输出功率
（W）
效率
（%）
HCB54/20
HCB5/20A
HC76-40
220
120
220
50
60
50
220
120
220
0.33
0.65
0.72
23000
23000
19000
15000
15000
10000
0.60
1.1
2.5
55
55
250
45
45
48
HL-2A
HL-3A
HL-3B
HL-4
240
220
220
220
50
50
50
50
110
110
110
110
0.15
0.3
0.18
0.25
10000
19000
14000
21000
10500
12000
10500
12800
0.35
0.95
0.45
0.85
单相串激式电动机主要使用在要求转速高（4000～25000r/min）、启动转矩大、且体积小的场合。典型的用途是作为电动工具、拌碎器、吸尘器风机、家用缝纫机、医用离心机等工业机械及日用电器的动力。在结构上，单相串激电动机一般由端盖、机壳、定子铁心、定子绕组、换向器、电刷装置、电枢、风扇、转轴等主要零部件组成。通常定子铁心做成凸极形式，多为两级。定子绕组为集中绕组。单相串激式电动机的结构与直流电动机的十分相似，主要的差别在于单相串激式电动机的定子铁心必须由硅钢片叠压而成，而直流电动机的磁场既可以叠压而成，也可以做成整体结构。由于交流绕组存在电抗，在功率、电压及定、转子铁芯相同的条件下，单相串激式电动机的定、转子绕组匝数比直流电动机的要少。
4.2主要技术指标
单相串激式电动机主要技术参数包括：额定电压(V)、额定功率(W)、额定转速(r/min)、额定频率(Hz)、堵转转矩(倍）、堵转电流（倍）、额定电流（A）、效率（%）、功率因数等。单相串激式电动机的主要性能如表
表4-2 单相串激式电动机主要性能
功
率
转速（r/min）
6000
8000
12000
效率
cos
转矩
电流
效率
cos
转矩
电流
效率
cos
转矩
电流
(W)
(%)
倍
倍
倍
倍
(%)
倍
倍
16
42
0.86
2
4
43
0.90
3
5
48
0.92
4.5
7
25
47
48
40
52
53
53
60
56
2.5
58
56
90
59
60
4
58
120
61
62
60
5
180
62
0.85
3
64
0.87
62
250
64
66
5
64
370
66
0.82
68
0.84
66
550
68
4
70
68
750
70
71
～
～
～
～
单相串激式电动机无论是从机械特性还是经济方面都适合本次设计要求，因此可选择用HC76-40型号电动机。
4.3电动机功率的确定
238.72
经过与同类榨汁机相比较,当榨汁机正常工作,当转速n达到8000转每分钟以上的时候,榨汁机的离心效果较为良好,同时植物细胞壁的纤维丝抗拉强度在8～10MPa之间,将其与各种不同功率的电动机进行比较,得出转矩大于200 的电动机符合榨汁机电动机的要求。
T/(N.m)
图4-1 扭矩图
根据公式（4.3.1）
(其中P为功率,单位为W;m为转矩,单位为N•m;n为转速,单位为r/min),将以上数据带入得:
得
（4.3.2）
则选择型号为HC76-40的单相串激电动机,其额定功率为250W 。正常工作时,其转速可达到10000r/min,满足使用要求。
4.4 键的强度校核
图示带轮用平键与轴联接（图中只画出了轴与键，未画带轮）。已知轴径d=5mm,平键的尺寸为mm,传递的力偶矩为M=0.24N*m,键的许用剪应力=80MPa，许用挤压应力=180MPa。
图4-1 键的受力图
剪切强度校核：
（4.4.1）
（4.4.2）
（4.4.3）
挤压强度校核：
（4.4.4）、
（4.4.5）
（4.4.6）
所以键满足所有强度要求。
4.5电动机轴的强度校核
依据设计要求，此电机轴属于心轴，只受到转矩作用，不受弯矩的作用，故采用心轴校核方式进行校核计算：
图4-2 轴的受力图
（4.5.1）
其中T为转矩，P为传递功率，为许用扭矩应力大小，d为轴径大小。
(4.5.2)
即
可知，轴的强度完全能够满足设计要求。
4.6载荷受力分析
本项目所设计的系统比较多，因此以转臂系统为例对所需要的传动机构进行具体设计。
转动惯量的表达为：
（4.6.1）
（式中mi表示刚体的某个质元的质量，ri表示该质元到转轴的垂直距离。）
绕转动轴的惯量为：
（4.6.2）
设加速时间为0.4s,转臂的最大速度为，则平均角速度为：
（4.6.3）
由加速特性产生的力矩为：
（4.6.4）
由于水果与刀具之间的挤压产生了摩擦力矩，设摩擦系数为0.3，已知挤压力为20N
（4.6.5）
考虑到安全系数为1.2，因此实际负载为：
第5章 离心榨汁机总体结构设计
5.1主要外型构件设计
榨汁机外型构件主要包括机体上盖,离心外壳,电机外壳,机体底座等。这些壳体我们遵守了模具设计准则,同时考虑了模具的制造及其加工问题。这样更有利于榨汁机的生产并在一定的程度上减少了制造成本。
离心式榨汁机的机体上盖采用聚碳酸酯塑料材料,这种材料具有优良的工程性能,密度为1.2kg/m3,不易老化。聚碳酸酯塑料的力学性能十分优良，具有刚而韧的优点。聚碳酸酯的成型零件在很宽的温度保护范围内保持其尺寸稳定性,同时能达较好的精密程度,其冲击性能是热塑性塑料中最好的一种。聚碳酸酯的奶高低性能好，可在0～130℃范围内使用；热变形温度可达130～140℃，并受载荷的作用非常小。聚碳酸酯因属弱极性聚合物，其绝缘性能一般。但可贵之处在于其电性能在很宽的温度及湿度范围内变化较小，如介电常数和介电损耗角正切值在23～125℃范围内几乎不变。由于以上特点,聚碳酸酯通常在食品机械中制造需要承受冲击载荷的食品模具和托盘等。
离心外壳、电机外壳则采用PES塑料（聚醚砜树脂）。PES塑料是一种透明琥珀色的无定型的无毒的树脂,具有优异的耐热性,优良的尺寸安定性,以及良好的耐化学品性，另外PES对急剧温度变化显现优良的可靠性,且在高温长期使用有优良的可靠性。PES塑料耐热性好:热变型温度在200～220℃,连续使用温度可在 180～200℃。同时 PES塑料具有一次耐水解性:可耐150～160℃热水或蒸气,在高温下也不受酸、碱的侵蚀。其尺寸较为稳定性:线膨胀系数小,而且其温度信赖性也小是其特点。它具有优良的耐热性能、物理机械性能、绝缘性能等，特别是具有可以在高温下连续使用和在温度急剧变化的环境中仍能保持性能稳定等突出优点，在许多领域已经得到广泛应用。
5.1.1机体上盖
图5-1 机体顶盖
在设计离心榨汁机时,我们需要考虑进料口与离心旋转盘之间尺寸配合关系,这样可以不仅能使得果蔬得到更彻底的粉碎,同时能使得果蔬的离心更加充分。再者,我们需考虑到端盖与离心外壳之间的配合,从而使得离心式榨汁机的结构更加紧凑。榨汁机的端盖和离心外壳共同组成离心箱,果肉的分离离心运动便在离心箱里实现。在端盖上端设有进料口,榨汁前,需先将果蔬进行清洗然后分块处理,切成小块的果蔬从进料口进入离心箱中做离心运动,将果蔬从进料口投入,刀片将果蔬切成碎片,这时果蔬在离心箱中做离心运动。其壁厚为2mm。
5.1.2离心外壳
图5-2 离心外壳
离心外壳作为离心式榨汁机最重要的组成部分,就果汁出口而言,其设计简单方便。当果蔬块进入离心箱后做离心运动,在离心过程中,果汁与果肉分离而通过离心旋转盘的小孔进入二次滤网盘。在设计离心外壳的时候,我们需要考虑其机体上盖、电机底座以及离心旋转盘之间的配合,包括模具的制造,设定机体上盖与离心外壳的壁厚为2mm,因此离心外壳只是个壁厚为2mm的外壳而已,其正反两面的凹凸结构正好相反。
5.1.3电机外壳
图5-3 电机外壳
电机外壳作为固定电动机并定位电动机与离心底座,因此在设计中, 不仅要考虑到电动机固定部分,同时还要考虑到电机与离心箱之前的位置定位,此外,对电机的防水功能设计不能马虎。在电机外壳内部,有一个圆柱形壳体,我们采用螺母固定电动机,在电机外壳的内壁顶部设有3个螺纹孔以便电动机的固定,同时可以更好的保证电动机的平稳性。其次是电动机与离心底座的配合,在电机外壳的顶部开一圆形口,电机轴端由此伸出,在电机轴端安装离心底座连接器,离心底座连接器与离心底座相接配合,这样就可以更好与离心旋转盘相配合,达到较好的驱动效果。再者,电机外壳与离心外壳以及底座的配合,包括固定夹在其上的安装位置。电机外壳壁厚为2mm,局部有些变化,但不会影响模具的制造。
5.1.4机体底座
图5-4 机体底座
机体底座主要考虑整机的防滑问题,其底部嵌入防滑胶垫直接和外部连通,这样不仅很好地解决了整机防滑问题,同时还将机体有效的固定。
5.2产品内部结构设计
榨汁机的内部构件主要包括离心旋转盘,离心底座,离心底座连接器,二次滤网盘等。这些构件遵守了模具设计准则,同时考虑了模具制造及加工问题。对于离心旋转盘及二次滤网盘,均采用不锈钢制成,对于离心底座,离心底座连接器则采用ABS塑料制成。ABS塑料,其具有无毒、无臭、坚韧、质硬、刚性好等优点,在低温条件下抗冲击和机械性能较好,使用温度范围大,因此应用广泛。
5.2.1刀具
图5-5 刀具
榨汁刀具用于对果蔬块的粉碎,是榨汁机榨汁最为核心的部分。其材料选用不锈钢材料,表面有细小的小齿刀片可对果蔬块进行细磨, 而周围有六个扭曲刀片,六个刀片对较大块的果蔬块进行切碎处理, 例如可对浸泡后的黄豆进行榨汁从而制作出新鲜的豆浆。刀具与离心旋转盘相同,采用三个连接螺栓与离心底座相固定。
5.2.2离心底座及离心底座连接器
离心底座及离心底座连接器作为电动机与离心旋转盘以及刀具之前的传动构件,在高速旋转下需要较好的抗冲击性等机械特性。其中, 离心底座共有6个螺纹孔,以便于与刀具和离心旋转盘相固定;离心底座连接器与电动机之前则采用对顶螺母进行固定和锁定,这样既能很好保证电动机的传动,也方便电动机的修理维护。
5.2.3 加热盘
图5-6 加热盘
加热盘是榨汁机的主要组成部分。加热盘的主要作用是对需要加热豆浆进行加热，一般情况下果汁不用加热。此加热盘可以和电机同时工作，一边榨汁一边加热，提高工作效率。
第6章 Pro/E三维建模设计
6.1 Pro/E软件特点
Pro/Engineer软件是美国参数技术公司(PTC )旗下的一款由CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/Engineer软件以参数化著称,是参数化技术的最早应用者,在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer作为当今世界机械
CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界内的认可和推广,是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一,特别是在国内产品设计领域占据重要位置。
Pro/E是第一个提出了参数化设计概念的软件,并采用了单一数据库来解决特征 的相关性问题。另外,它采用模块化方式,用户可以根据自身的需要进行选择,从而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式,能够将设计至生产全过程集成到一起,实现并行工程设计。与此同时,Pro/E采用模块方式,可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等。Pro/E还为用户提供了二次开发平台,利用Pro/Toolkit提供的C程序函数库,可用C程序中检索、修改和创建Pro/E的各类特征对象,从而大大扩充系统的原有功能,提高产品设计质量和效率。
Pro/E具有强大的兼容性,可与UN、Solidworks等其它三维设计软件进行数据交换,还可转化为PowerShape的数据格式。对于某些特定外型,可先将所有关键点编辑成IBL,ASCII等格式文件,再通过来自文件的制作曲线、曲面工具,直接导入IBL,ASCII等格式文件来生成,从而得到产品的初步造型。
6.2 Pro/E建模过程
Pro/E作为一款功能强大的计算机辅助设计软件,其广泛用于机械设计、汽车、航天、电子、模具、玩具等行业。基于特征的参数化设计和具有完全关联的系统数据库,是Pro/E最值得称道的两大特性。以下简单介绍下Pro/E的建模过程。
6.2.1产品的造型设计
产品的造型设计对产品草图的具体化表现,利用Pro/E曲面以及自由曲面功能可以精确地对产品进行造型设计,它可以为产品后续的结构设计的提供参考。
Pro/E三维模型将线框、曲面和实体三者有机结合起来,形成一个整体,在建立产品几何模型时兼用线、面、体三种设计手段。造型过程中,先用绘制曲线工具绘制产品的结构框架,再利用曲线的架构构造曲面外型。
6.2.2零件的详细设计
零件的详细设计主要是对零件结构的设计,通常需要根据各零件的具体功能和要求进行设计,有时候还需要一定的造型设计,但此类零件通常位于产品内部,因此对造型的创意性要求不高,其结果只需满足使用其功能。零件设计主要有以下几种情况:
1)基于产品造型的零件设计
基于产品造型的设计步骤如下：
Ⅰ设定造型设计的曲面作为零件的主体外型,并使用默认基准以方便装配工作;
Ⅱ根据所选用材料特性和产品使用要求设定壳体的厚度；
Ⅲ确定各特征的相互关系,在模型的基础上完成每个特征细节的设计和修饰工作。
2)内部零件的设计
产品内部零件的造型必须配合产品外型所决定的内部空间大小和形状,内部零件的造型需要参考外壳设计的结果。利用Pro/E组件中零件设计的方法可以很好地达到这一要求。具体步骤是：
Ⅰ新建一个组件模块,利用缺省位置装配命令将所有基于产品造型而设计的零件装配起来；
Ⅱ再利用在组件模式下创建零件的命令创建一个内部的零件,同时注意也要在创建零件前使用缺省位置装配命令；
Ⅲ利用组件中已有的零件作为参考创建所需零件,零件的细节部分的特征可以单独打开此零件继续创建。
3)通用零件的设计
6.2.3零件设计分析
产品三维造型的最终目的是制造出产品,塑件大都是模具制造出来的。因此,在三维造型时,需要考虑模具制造工艺,在确定产品出模方向后,还应对曲面能否出模进行检查,以及是否有倒扣现象等,如发现有倒扣现象应及时进行修改,重构特征。
6.2.4零件装配设计
基于产品造型所设计的零件可以很方便地实现产品的装配。零件设计好以后,可在组件设计模式下将其装配起来,也可以在组件设计模式下创建新的子组件和新元件。约束装配是最基本的装配方式。使用约束装配的方式来装配零件时需指定若干个约束条件来约束零件的移动和旋转,使之固定在三维空间中的某一个位置。定义一个约束的步骤如下：
1）选定约束类型
2）在零件和组件中分别选取一个有效参照,所选参照对象受指定约束影响,使零件位置发生相应变化,必要时,可以设置其偏移类型和参数，除约束装配外,还有链接装配等。
6.2.5工程图制作
Pro/E提供有专门的“绘图”模块来进行工程图设计,可以通过三维模型创建二维工程图。同一个Pro/E工程图中的所有视图都是相关的,若修改某视图中的尺寸,则系统会自动更新其他相关视图,同时也会才三维模型自动更新。
6.3 Pro/E建模小技巧
6.3.1草绘特性
草绘过程中,要尽量多的使用各种约束,对称线和构建线、构建圆的使用。理想的草绘结束后是没有虚约束的。草绘尺寸的批量修改,可大大提高草绘效率,先画出设计相似图形,选中全部尺寸,取消再生复选框,批量修改完成后直接生成最终需要的草绘图形。草绘截面时,增加控制(构建)线,从而在阵列中实现截面可变。
6.3.2拉伸特征
对于截面不封闭的薄壁件,拉伸前选中图示的壁厚按钮,可实现由非封闭曲线直接拉伸出薄壁体。
6.3.3阵列特征
常规的阵列很简单,图中所示的是两种不同的可以实现可变截面的阵列。通过阵列轨迹加尺寸递减实现可变截面阵列。
6.3.4倒圆角
通过边倒圆角,很常用,当需要时,还可将一条边的圆角半径设置成可变的。除此之外,还可通过面与面倒圆角,边与面倒圆角。此外对于未知厚度薄壁件,还可采用完全倒圆角,实现半圆弧过度。
第7章 榨汁机的使用说明
7.1产品特点
·不会破坏食材本身营养成分和味道，保持果蔬天然的原汁原味。
·独有双刃分层切削结构，处理大果块不卡机。
·与食品接触材料符合国家食品级要求，婴幼儿食用安全。
·零件简单，拆装容易，易清洗。
7.2 使用说明
1）检查放置榨汁机的位置是否存在倾斜和任何不牢固的情况，如果存在就要更换放置地点。
2）检查刀具和过滤器是否安紧安实、确认后将杯体安装牢固并确认。
3）将食物切成适合榨汁机入口大小的块。
4）插上电源，并保证接实。
5）启动机器，确认电机运转正常。
6）将食物推进杯体内，保持匀速推进、避免过快过猛的动作，以免发生危险。
7）食物处理完毕后先拔下电源，再将处理好的食物倒出。
8）认真清洁榨汁机内外各个组件，但要避免水流进入电机。
9）将榨汁机放在阳光直射不到的通风处完全阴干。
榨汁机的正确使用小提示：
1）千万不要用随榨汁机附送的推进棒之外的任何物品(尤其是手指)将食物推入榨汁机。
2）在电机转动的时候，严禁打开上盖。
3）一旦发现榨汁机转动异常或出现其他故障应该马上停止使用，对故障榨汁机进行维修或更换。
7.3安全注意事项
1） 禁止在不稳定或耐热性差的台面上使用，以免导致火灾。
2） 使用时请避免从高处摔落或受强烈冲击，以免造成损坏。
3） 使用本机时，必须使用有接地装置的插座，同时请确认电压是否与本机规格一致（220V～250V）。
4） 使用中，切勿让小孩接近及触摸本机，以免引起安全事故，造成伤害。
5） 严禁将机器放在潮湿和接近火源的地方；清洗时严禁直接用水冲洗主机或将主机浸入水中。
6） 当关掉电源待机器停止运转后，方可拆洗可拆卸部件。
7） 非专业人士不可随意拆卸，否则有引起触电受伤的危险。
8） 本机仅限于家庭使用，不建议使用于商业用途。
7.4清洗与保养
本机使用完毕后，请及时清洗，以备下次使用！
1）清洗前，请确保切断电源并待主机完全冷却后方可进行清洗。
2）主机部分严禁用水冲洗或直接浸入水中清洗，可采用湿软布擦拭干净，然后用干软布将水渍擦干。
3）可拆卸部件，如原汁机料筒、料盘、转子、过滤网等可直接放入水中清洗。
4）因转子边缘比较锋利，清洗时请特别小心，以免割伤。
5）可以采用随机附的刷子清洗过滤网。
6）可拆卸部件不宜放在高温消毒柜中，可用温水加适量清洁剂用软抹布擦洗。
本机全部清洗完毕后，用干布彻底擦干，并将可拆卸部件装回原位。
如长期不用，请将本机放置在干燥通风处。
7.5清洗技巧
1）用榨汁机绞水果是最经常的事，而且榨完水果后，清洗也不宜；
2）这时我们可以将榨汁机刀头上堵塞的纤维条，按榨汁机绕的方向慢慢抽出；
3）然后进行清洗，其他部分可以用钢丝球刷洗，不要太大力。
结论
鉴于当前国内生产的榨汁机的各种不足，我们在此基础上设计了离心式榨汁机，相比较其他种类的榨汁机，榨汁主要部件回转篮的设计相比较其它种类的榨汁机而言，有了很大的改进； 切削刀片我们采用了带有锯齿的切削刀片，加强了切削效果，金属滤网更为精密，则使得果汁更加精纯。榨汁机的壳体等部件主要包含了端盖、离心外壳、电机外壳、底座等，设计这些零件的时候，我们主要考虑了模具的制造问题和结构问题，使得制造上更加简便，结构上更加简单紧凑，材料上我们选用了工程塑料ABS和聚碳酸酯PC,不仅节省成本而且环保，这样相比较其他种类榨计机而就做到了小型化，自动化、环保化，安全化，更好地满足了广大消费者的消费需求。
对于我们设计的这款榨汁机应该有个全方位的分析。
优点：水果不用切得很小，榨汁速度快，榨一个苹果或者胡萝卜只需几秒钟，榨出的果汁清亮。而且这款榨汁机还可以用来打豆浆或者用来做佐料的破壁。该榨汁机具有良好榨汁效果，出汁高，果汁和果渣的分离效果好，榨汁部件和壳体设计简单，便于拆装清洗维修，且安有保护装置。
缺点：噪音无法避免，由于机体高度原因，可能会有轻微晃动。
致谢
经过一一个多月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个在校生的毕业
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