马铃薯去皮结构设计-土豆去皮机设计
马铃薯去皮结构设计-土豆去皮机设计,马铃薯,去皮,结构设计,土豆,设计
中国地质大学长城学院2015届毕业设计
中国地质大学长城学院
本 科 毕 业 设 计
题目 马铃薯去皮结构设计
系 别 工程技术系
专 业 机械设计制造及其自动化
学生姓名 王东升
学 号 05211618
指导教师 牛博英
职 称 讲师
2015 年 04 月 20 日
摘 要
马铃薯去皮是马铃薯进行深加工的主要工序之一。目前，马铃薯去皮虽然已经开始依靠机械进行生产，但劳动的强度也比较大、生产效率低下。结合当前对马铃薯去皮技术的调研和分析,在目前技术和消费条件允许的情况下研究和设计改造一款操作更加简单安全,使用寿命更长的马铃薯去皮机，使之生产效率更高,以便于节省人力资源。本文设计了一种基于摩擦原理的小型机械式马铃薯去皮结构设备。该设备主要由电动部分、传动部分和存储部分组成，该系统通过电动机连接一级减速器带动滚刷和传动结构摩擦旋转，由进料口把物料放入滚筒进行工作，通过卸料口卸出物料，从而达到对马铃薯去皮的目的，该设计通过对现有设备的数据进行分析、方案的研究和数据的计算,完成了该马铃薯去皮机构的总体设计，通过马铃薯去皮机的设计主要工作系统,这样马铃薯去皮机可以更安全,稳定和正常运行,提高马铃薯去皮过程的机械化程度。
关键词： 马铃薯去皮机； 摩擦；传动； 去皮
ABSTRACT
The potato skin is one of the main processes, deep processing of potato at present, peel the potatoes have begun to rely on mechanical production, but the production efficiency is low, and the labor intensity is relatively large. Combined with the mechanical knowledge of our university and the potato peeler to master technology, research and design a more simple and safe operation in the current technology and consumption conditions allow, potato peeling machine is longer, the higher production efficiency, in order to save human resources. This paper describes the design of a small friction principle of mechanical equipment based on the potato skin structure. The device is mainly composed of a power part, transmission part and the storage part, when the motor is energized, through a speed reducer drives the rolling brush and transmission structure of friction spinning, and feeding the materials into the cylinder to work, after work is completed, through the discharge port of discharge, so as to achieve the purpose of potato peel the design, calculation and analysis, research and data solutions through the existing equipment data, complete the overall design of the potato peeling mechanism, through the design of the main system of potato peeling machine, such as potato to skin machine can be more secure, stable and normal operation, improve the degree of mechanization of potato peeling process. The design of a reasonable structure, carried out at room temperature, the safe and reliable operation, low energy consumption, low cost, no damage, can protect the good food appearance, high rate of production material.
Key words：The potato peeling machine； Friction； Peel； drive
目 录
1 绪论 1
1.1 马铃薯加工产业现状与发展态势 1
1.2 马铃薯原料加工预处理工艺流程简介 1
1.2.1 马铃薯的分级 1
1.2.2 马铃薯的清洗 1
1.2.3 马铃薯的去皮 2
2 马铃薯清洗去皮机的结构设计 2
2.1 工作原理 2
2.2 基本结构 3
2.2.1 去皮机构 3
2.2.2 清洗机构 3
3 拨料盘和刷辊的设计 4
3.1 拨料盘部件的设计 4
3.1.1 螺旋机输送量的确定 5
3.1.2 螺旋机功率的确定 5
3.1.3 螺旋直径的确定 5
3.1.4 螺旋轴转速的确定 6
3.1.5 螺距的确定 7
3.1.6 物料输送速度的确定 7
3.2 刷辊部件的设计 8
4 电动机的计算选型 9
4.1 电动机的选择 9
4.1.1 选择电动机类型和结构型式 9
4.1.2 选择电动机的容量 9
4.2 传动装置的运动和动力参数的计算 9
4.2.1 各轴转速 10
4.2.2 各轴输入功率 10
4.2.3 各轴输出功率 11
4.2.4 各轴输入转矩 11
4.2.5 各轴输出转矩 11
5 减速器设计计算 12
5.1 齿轮设计 12
5.2 减速器结构设计 16
5.2.1机体结构 16
5.2.2铸铁减速器机体的结构尺寸 16
5.3 轴设计 18
5.3.1 计算齿轮受力 18
5.3.2 计算支承反力 19
5.3.3 画轴转矩图 19
5.3.4 许用应力 20
5.3.5 校核轴径 20
5.4 轴承的选型 20
5.5 键的选型 21
5.5.1 输入轴轴与带轮的联接 21
5.5.2 输出轴与大齿轮的联接 22
参考文献 24
致 谢 25
1 绪论
1.1马铃薯加工产业现状与发展态势
目前, 世界上有超过79%的国家种植马铃薯,种植面积达到2000万公顷,产量3亿吨,居小麦、玉米、水稻产量之后位于世界第四名,马铃薯种植在我国分布很广,主要集中在山西、甘肃、四川、云南、黑龙江、内蒙古、河北、陕西、贵州等地,根据2010年的统计数据,中国的马铃薯种植近7900万亩,产量8200万吨,居世界第一。
国外马铃薯主要加工用于，小比例用于新鲜食品,美国80%的用于加工,在法国有62%,在荷兰有41%,在英国有42%，而中国的马铃薯用于蔬菜形式,用于加工处理所占的比例还不到12%。马铃薯蔬菜味道很差,不是很受欢迎,所以价格很低,每年会有15%的马铃薯腐烂,浪费,严重影响农民的经济利益和发展的热情,这种现象是不利于中国马铃薯产业的发展。
马铃薯产品主要在国外,比如薯条、薯片是一种流行的快餐,麦当劳,肯德基快餐店风靡全球,其旗舰产品全是马铃薯产品。我国马铃薯制品加工起步较晚,技术相对落后,还不能形成一个大规模,马铃薯制品质量比外国产出水平较落后,照目前的发展来看，马铃薯远不能满足市场的需求,从而加速我国马铃薯产业的发展,提高马铃薯的附加值,不仅要满足消费者的需求,而且在中国贫困地区加快发展,特别是重要的经济发展西部地区的马铃薯带来一个很好的机会来解决西部地区的发展马铃薯产业,马铃薯产业将有一个辉煌的未来。
马铃薯产品有薯片、薯条、脱水马铃薯泥。不管什么样的产品,原材料的处理是需要去皮加工,保证产品质量,外观,颜色和味道。现有的马铃薯去皮方法有人工去皮、机械去皮、化学去皮等。人工去皮效果好,但效率低,损失率高,显然不能满足马铃薯产业发展的需求,化学处理主要依赖于碱性液和特殊化学脱皮液,然后使用高压水流冲洗实现去皮。这种去皮的方法脱皮液体消耗太大,成本高,严重影响产品的味道。机械去皮主要依赖马铃薯的摩擦达到目的,这种方法具有良好的效果,并降低生产成本,减少环境污染,操作简单,速度快,可以最大限度地操作,效率高,实现产品的好处。
1.2 马铃薯原料加工预处理工艺流程简介
1.2.1 马铃薯的分级
马铃薯根据不同的分级分类,包括成熟度分级,大小分级和颜色分级。常见的马铃薯分级方法有手工分类和机械的分类。
1.2.2 马铃薯的清洗
马铃薯清洗的主要是清洗附加表面灰尘和沉积物中微生物和化学产品,确保清洁对农药的残留,主要有手工清洗和机械清洗两种。
1.2.3 马铃薯的去皮
基本上所有的马铃薯皮肤粗糙、不规范应该削皮,提高马铃薯去皮的质量方法目前,如下:
手工剥皮: 通过刀和工具达到人工去皮,去皮清洁、低损耗、低效率。
机械去皮: 主要用于常规的生水果和蔬菜的形状。
化学去皮: 利用碱腐蚀表层溶解在蔬菜。化学处理后的水果和蔬菜应浸泡在水里,清洗,反复修改直到表面是干净的,没有味道咸。
2 马铃薯清洗去皮机的结构设计
在马铃薯去皮过程中主要考虑摩擦表面光滑,没有伤害,剥落的过程中没有污染。同时,考虑到经济和实用，用较少的投入获得更好的经济效益。
2.1工作原理
马铃薯去皮机的结构如图2-1所示：
图2-1马铃薯去皮机结构图
马铃薯去皮机工作时，转盘旋转,马铃薯由进料口进入,马铃薯在旋转毛刷辊表面,从离心力的作用毛刷辊切方向,材料常沿滚筒壁运动,上升到顶部,转到最高职位。粗糙表面和摩擦辊。材料的过程中辊的往复运动,实现摩擦去皮的目的。摩擦皮肤的同时,从进水口洞水同时,擦拭表面去除的污渍。最后材料从出料口卸出。
2.2基本结构
2.2.1 去皮机构
本次设计马铃薯去皮机采用卧式机型，主要包括工作圆筒，工作转盘，机架和传动部分。（见原理图）
一、机架
机架作为辅助材料 ,要有足够的强度和刚度,可以整个铸铁铸造,加工复杂。电机安装在框架的下部,这样整个结构紧凑合理。
二、拨料输送装置
材料从进料口加入,转轴旋转时,材料受到螺旋叶片沿轴向方向的作用力轴向移动。
三、传动系统
常用的机械传动方法又可供选择：
① 带传动
通过皮带传动,它具有过载保护功能,缓冲吸收效果,稳定操作,没有噪音,适合长距离传动,制造和安装精度不高、低成本、传动范围通常是2～5。
② 齿轮传动
传动效率高,恒定传动比,结构紧凑,使用寿命长,但制造、安装精度高,中心距较大,可以实现大传动比(i = 60)。
③ 链传动
实现平行轴传动,不能保持恒定传动比操作,传动不平稳,用于低速传输(i = 8)。
④ 蜗杆传动
结构紧凑，传动平稳，效率低，制造要求精度高，成本较高（i≤120）。
因为装料装置的设计和毛刷辊需要不同的速度,从整体和经济因素考虑采用混合传动皮带传动和齿轮传动组合。因为不要求高转速,预选8级电动机。
2.2.2 清洗机构
箱体采用不锈钢材质、不腐蚀,干净卫生,下部有排渣口,经水洗系统不断冲洗,皮屑脱落可以流到储存器中，见图2-2。
图2-2马铃薯去皮机清洗机构
3 拨料盘和刷辊的设计
3.1 拨料盘部件的设计
拨料盘如图3 - 1所示,其结构由一个毛刷辊、半圆槽和其安装轴承、螺旋旋转驱动，材料通过入口进入,从另一端的卸料口取出。
图3 - 1拨料盘
3.1.1 螺旋机输送量的确定
螺旋机的输送量是指在特定的时间内输送完所需的物料量，由于去皮机构在摩擦去皮过程中，马铃薯要不停翻滚碰撞摩擦，需要较大空间，以达到彻底清理。本设计选取的输送量为：Q=100(kg/h)。
3.1.2 螺旋机功率的确定
螺旋机的功率由螺旋机制的运行阻力决定。其阻力包括以下几类:
1）物料与刷辊的磨擦力
2）物料与螺旋叶片的磨擦力
3）物料被搅拌产生的阻力
4）轴承的磨擦力
因为这些阻力计比较抽象,一般根据以下公式计算:
N0=kQ/367(ω0L+H)
N0—螺旋轴上所需功率(kW)
k—功率贮备系数(1.2～1.4)
Q—输送量(t/h)
ω0—物料阻力系数 （选6.2）
L —螺旋机进出口水平投影长度(m)
H —螺旋机进出口垂直投影长度(m)
N0=kQ/367·(ω0L+H)=1.4×2/367×（6.2×10.2）=45.8W
那么螺旋机驱动装置的额定功率为
N1=N0/（η1η2）
η1—减速机的传动效率，η1=0.9
η2—三角带的传动效率，η2=0.95
N1=N0/（η1η2）=45.8/0.9/0.95=53.6W
3.1.3 螺旋直径的确定
因为：Q=47 k1AψcρD2.5 （t/h）
所以：
令： (m)
式中，K值见表3-1。
表3-1 ψ、K、A值
物料块度
物料的磨磋性
物料种类
填充系数ψ
推荐的螺旋叶片形状
K
A
粉 状
无磨性、半磨磋性
石灰粉、石墨
0.35~0.40
全叶式
0.0415
75
粉 状
磨磋性
干炉灰、水泥
0.25~0.30
全叶式
0.0565
35
粒 状
无磨性、半磨磋性
谷物、泥煤
0.25~0.35
全叶式
0.0490
50
粒 状
磨磋性
砂、型砂、炉渣
0.25~0.30
全叶式
0.0600
30
小块状
α＜60mm
无磨性、半磨磋性
煤、石灰石
0.25~0.30
全叶式
0.0537
40
小块状
α＜60mm
磨磋性
卵石、砂岩
0.20~0.25
全叶式或带式
0.0645
25
中等及大块
α＞60mm
无磨性、半磨磋性
块煤、块石灰
0.20~0.25
全叶式或带式
0.0600
30
大块度
α＞60mm
磨磋性
干粘土、硫矿石
0.125~0.20
全叶式或带式
0.0795
15
表3-2 拨料盘倾斜修正系数c
倾斜角β
0°
≤5°
≤10°
≤15°
≤20°
c
1.00
0.90
0.80
0.70
0.65
3.1.4 螺旋轴转速的确定
输送物料时,应控制在一定螺旋转数,物料运动不影响其特性,如果速度太低运输量达不到。因此,螺杆的旋转速度是决定根据运输能力和材料的特点,应该保证一定的输送量,不使物料受力太大而被抛起,以致降低传动效率,因此有一定的实际速度和最大速度之间的关系,即：
即：
式中： ----常数 （见表3-2）。
D----螺旋外径 （m）
求得的螺旋轴转速，应圆整为表3-3所列的螺旋轴标准转速。
表3-3 拨料盘螺旋轴转速系列(r/min)
20
30
35
45
60
75
90
120
150
190
3.1.5 螺距的确定
螺距h通常为： h=k1D (m)
式中：k1——螺距和螺杆直径的比值,和材料的性质有关,通常k1 = 0.7 ~ 1。
h=k1D=0.7×0.5=0.35 (m)
3.1.6 物料输送速度的确定
物料的轴向输送速度ν的计算:
(m/s)
式中：h---螺旋节距(m)；
ns---螺旋转速(r/min)。
(m/s)
（1）螺旋直径
(m)
根据上表选择各参数
(m)
因为拨料盘的螺旋直径应进行圆整，取D=500mm。
（2）螺距
h=0.7D h=k1D=0.7×0.5=0.35 [m] 所以螺距为350mm。
（3）轴径
d=(0.2~0.35)D
取 d=0.2D=0.2×500=100mm 所以轴径为100mm。
（4）进料口、出料口
进料口连接螺旋机和进料漏斗,进料口应该安装在机盖根据材料入口的大小。
出料口由钢板焊接而成，直接开在输入轴的对侧。
3.2 刷辊部件的设计
刷辊材料通过特殊处理,耐用,耐磨性好,表面粗糙度旋转清洗毛刷辊材料表面粗糙。
箱体内共18支刷辊，刷辊直径为20mm，刷辊两端由轴承支撑，两侧刷辊转向相反，左侧刷辊逆时针转动，右侧刷辊顺时针转动，保证物料受摩擦力切线方向向上。刷辊转速初选650r/min。
根据设计要求：工作效率：100（kg/h）。工作时，物料分布在各刷辊上,刷辊与物料之间的摩擦系数为0.5，刷辊直径100mm，刷辊所受最大扭矩T计算如下：
T=FL=1000×0.5×0.05=25N·m
其所需功率：
N=Tn/9550=25×650/9550=1.7KW
那么刷辊驱动装置的额定功率为
N2=N/（η1·η2）
η1—减速机的传动效率，η1=0.9
η2—三角带的传动效率，η2=0.95
N2=N/（η1·η2）=1.7/0.9/0.95=1.99KW
4 电动机的计算选型
4.1 电动机的选择
4.1.1 选择电动机类型和结构型式
电动机有交流电机和直流电机。由于直流电机需要直流电源,,结构复杂,价格高,维护不方便,所以没有特殊要求不应使用。
电动机类型根据电源类型、工作条件、负荷特性、起动、制动和起动性能,逆转的频繁程度、速度和速度性能要求确定。
4.1.2 选择电动机的容量
电动机的容量是根据电动机运行时发热条件下决定的。其发热与电机的运行状态。有三种运行态,长期连续操作,短期操作和重复短期操作。根据等效功率法计算并检查过载能力和起动转矩,短期运行的长期运行加载和重复短时操作能力。
由上面计算可得：
=N1+N2=0.536+1.99=2.436KW
该马铃薯去皮机在常温下工作,采用三相交流电,电压380V。根据以上两点选用Y2-132M-8型3KW电动机。
Y2-132M-8电动机的主要性能如下表格所示：
表4－1 Y2-132M-8电动机的主要性能
额定功率（kw）
转速（r/min）
电流（A）
效率（%）
功率应数（cosφ）
额定转矩
3
705
7.9
79
0.73
2
4.2 传动装置的运动和动力参数的计算
螺旋轴转速，查设计手册知Y2-132M-8型3KW电动机转速
，则总传动比i=705/45=15.6。分配传动比：传动带传动比i1=3.3，齿轮传动比i1=4.7。
因为设计减速器的传动比为4.7,所以直齿圆柱齿轮传动减速机可以满足条件。
连接顺序
1.电动机-2.平键-3.带轮减速器-4.平键-5.齿轮减速器-6.花键-7.螺旋轴输送机
轴承、齿轮等的效率查机械设计手册得
表4-2 各零件间的传动效率
项目
效率
滚动轴承（每对）
0.98~0.995
滑动齿轮（每对）
0.97~0.99
弹性联轴器
0.99~0.995
齿轮联轴器
0.99
万向联轴器
0.97~0.98
具有中间可动元件的联轴器
0.97~0.99
一对齿轮（开式）
0.94~0.96
一对齿轮（闭式）
0.96~0.99
一对三角带
0.95
4.2.1 各轴转速
Ⅰ 轴 n1=nm/i1
=705/3.3
=213.6r/min
Ⅱ轴 n2=n1/i2
=213.6/4.7
=45.4r/min
螺旋轴 n3=n2=45.4r/min
4.2.2 各轴输入功率
Ⅰ 轴 P1 =P额·η带轮
=3×0.95
=2.85KW
Ⅱ 轴 P2 =P1·η轴承1·η轴承2·η齿轮
=2.85×0.98×0.99×0.96
=2.65KW
螺旋轴 P3=P2·η联
=2.65×0.99
=2.62KW
4.2.3 各轴输出功率
Ⅰ 轴 P1＇=P1·η轴承
=2.85×0.98
=2.793KW
Ⅱ轴 P2＇= P2·η轴承
=2.65×0.98
=2.597KW
螺旋轴 P3＇= P3·η轴承
=2.62×0.98
=2.57KW
4.2.4 各轴输入转矩
电动机的输出转矩 Td=9550×Pd/nm
=9550×3/705
=40.6N·m
Ⅰ轴 T1= Td·η带轮
=40.6×0.99
=40.2N·m
Ⅱ轴 T2= T1·i·η轴承1·η轴承2·η齿轮
=40.2×4.7×0.98×0.99×0.96 =175.98N·m
主轴 T3= T2·η联
=175.98×0.99
=174.22N·m
4.2.5 各轴输出转矩
Ⅰ 轴 T1＇= T1·η轴承
=40.2×0.98
=39.4N·m
Ⅱ 轴 T2＇= T2·η轴承
=175.98×0.98
=172.46N·m
主轴 T3＇= T3·η轴承
=174.22×0.98
=170.74N·m
运动和动力参数计算结果整理于下表：
表4-3 运动和动力参数计算
轴 名
功 率 P (KW)
转 矩 T（N·m）
转速 n (r/min)
传动比i
效 率
输 入
输 出
输 入
输 出
电动机轴
3
40.6
1440
1
0.99
Ⅰ 轴
2.85
2.793
40.2
39.4
1440
4.7
0.93
Ⅱ 轴
2.65
2.597
175.98
172.46
308.35
1
0.99
螺旋轴
2.62
2.57
174.22
170.74
308.35
5 减速器设计计算
5.1 齿轮设计
齿轮材料应满足以下条件：
1) 齿面有足够的硬度,为了获得较高的点状腐蚀和耐磨料磨损和塑性流动的阻力;
2) 有足够的可变负荷和冲击载荷下的弯曲疲劳强度;
3）具有良好的加工及热处理工艺；
4）较低的价格。
根据以上条件使用合金钢，硬齿面齿轮是目前的发展趋势，以保证其齿根弯曲强度。
本次设计的任务是预期寿命10年，每年达到工作300个工作日，在投入使用期限内，工作时间占其20%。
根据以上要求，该设计选用的齿轮材料为20CrMnTi，渗碳淬火处理，硬度60HRC。齿数比u=i=4.7计算步骤如下：
表5-1 齿轮的校核计算
计算项目
计算内容
计算结果
齿面接触疲劳强度计算
1.初步计算
转矩T1
T1=40.2N·m
T1=402000N·mm
齿宽系数Φd
取Φd=0.5
Φd=0.5
解除疲劳极限σHlim
σHlim1=1650Mpa
σHlim2=1400Mpa
许用接触应力[σH]
[σH1]≈0.9σHlim1=0.9×1650
[σH2]≈0.9σHlim2=0.9×1400
[σH1]=1485Mpa
[σH2]=1260Mpa
Ad值
取Ad=85
Ad=85
小齿轮直径d1
d1≥Ad
=85×=33.5
取d1=40mm
初步齿宽b
b=ψd d1=0.5×40=20
b=20mm
2. 校核计算
圆周速度ν
ν=πd1n1/(60×1000)
=π×40×213.6/（60×1000）
=0.5
ν=0.5m/s
精度等级
选8级精度
齿数z和模数m
初取齿数z1=10,
z2= iz1=4.7×10=47
m= d1/z1=40/10=4
取m=4
则z1= d1/m=40/4=10
z2= iz1=4.7×10=47
m=4
z1=10
z2=47
使用系数KA
KA=1.75
动载系数KV
KV=1.18
齿向载荷分布系数
载荷系数K
=1.75×1.18×1.21×1.23
=3.07
K=3.07
弹性系数ZE
ZE=189.8MPa
节点区域系数ZH
ZH=2.5
续 表
计算项目
计算内容
计算结果
接触最小安全系数SHmin
SHmin=1.05
总工作时间th
th=10×300×8×0.2
th=4800h
应力循环系数NL
估计1071.2δ
10
齿轮端面与内机壁距离
Δ2
>δ
10
轴承端盖凸缘厚度
t
(1～1.2)d3
7
凸台高度
h
根据低速轴承外径确定
轴承旁联接螺栓距离
s
尽量靠近
D2
轴承端盖外径
D2
轴承孔直径（5～5.5）d3
D+40
窥视孔盖螺钉直径
d4
(0.3～0.4) df
6
定位销直径
d
(0.7～0.8) d2
6
轴承旁凸台半径
R1
c2
11
外机壁至轴承座端面距离
l1
c1+c2+（8～12）
50
大齿轮顶圆与内机壁距离
Δ1
>1.2δ
10
齿轮端面与内机壁距离
Δ2
>δ
10
轴承端盖凸缘厚度
t
(1～1.2)d3
7
凸台高度
h
根据低速轴承外径确定
轴承旁联接螺栓距离
s
尽量靠近
D2
轴承端盖外径
D2
轴承孔直径（5～5.5）d3
D+40
表5-4 c值
螺栓直径
M8
M10
M12
M16
M20
M24
M30
C1min
13
16
18
22
26
34
40
C2min
11
14
16
20
24
28
34
沉头座直径
20
24
26
32
40
48
60
5.3 轴设计
输入轴采用齿轮轴，材料是20CrMnTi。根据机械设计手册表15-3 取A= 102
于是得：
输入轴草图如下：
图5－1 小齿轮轴
输出轴的材料为40Cr。抗拉强度σb= 980MPa抗拉强度，屈服强度σs= 785MPa，根据机械设计手册表15-3 取A= 102
于是得
输出轴草图如下
图5－2 输出轴
5.3.1 计算齿轮受力
大齿轮直径： d2=188mm
转矩： T2=175980N·mm
圆周力：
径向力： Fr= Ft·tanα=1872.1×tan20°=681.4N
轴向力： 因为直齿轮传动，所以Fa=0
画小齿轮轴受力图（见图a）
5.3.2 计算支承反力
水平面受力（见图b） ×75+Fr×33=0 =－300N
Fr×42－×75=0 =381.6N
垂直面受力（见图d） ×75－Ft×33=0 =823.7N
Ft×42－×75=0 =1048.4N
5.3.3 画轴转矩图
水平弯矩图(见图c) Mxy
垂直弯矩图(见图e) Mxz
合成弯矩图(见图f) M合
轴受转矩 T=T2=175980 N·mm
图5-3 各轴的受力图
5.3.4 许用应力
许用应力值
用插入法查表得： [σ0b]=140MPa
[σ-1b]=82.5MPa
应力校正系数
当量转矩 αT=0.59×175980=103828.2N·mm
当量弯矩 在小齿轮中间截面处
5.3.5 校核轴径
齿根圆直径
df2=d2－2(ha+c)mn
=188－2(1+0.25)×4
=178mm
轴径
所以轴径检验合格。
5.4 轴承的选型
输入轴的轴承选用一对GB/T276－6009的深沟球轴承。
输出轴的轴承选用一对GB301－8208的推力球轴承和两对GB/T276－6308的深沟球轴承。
输出轴上深沟球轴承的选择计算：
由于轴承型号未确定，C0r、e、X、Y值都没有办法确定，先采用试行计算。下面采用预选轴承的方法。(轴承预期使用寿命=24000h)
首先选取6208与6308两种深沟球轴承进行计算，由机械设计手册查得轴承数据如下表。
表5-4 轴承数据
方案
轴承型号
Cr/N
C0r/N
D/mm
B/mm
N0/(r/min)
1
6208
29500
18000
80
18
8000
2
6308
40800
24000
90
23
7000
计算步骤与结果列于下表
表5-5 计算步骤
计算项目
计算内容
计算结果
6208轴承
6308轴承
Fa/C0r
Fa/C0r=0/ C0r
0
0
e
查机械设计手册表18-7
--
--
Fa/Fr
Fa/Fr=0
Fa/Fr≤e
Fa/Fr≤e
X、Y
查机械设计手册表18-7
X=1,Y=0
X=1,Y=0
冲击载荷系数fd
查机械设计手册表18-8
1.2
1.2
当量动载荷P
P=fd(XFr+YFa)=1.2(1×828.88+0)
994.66N
994.66N
计算额定动载荷
4002N
4002N
基本额定动载荷Cr
查机械设计手册手册
29500>
40800>
结论:选用6208和6308深沟球轴承都可以满足轴承寿命的要求。
5.5 键的选型
5.5.1 输入轴与带轮的联接
键的校核：
已知轴直径d=42mm，键的尺寸为b×h×l=12×8×30mm,传递的扭转力偶矩Me=40.2N·m,键的许用应力[τ]=100Mpa,许用压强[σbs]=35Mpa.
首先校核一下该平键的剪切强度。将该平键沿n-n截面分成两个部分，并把n-n下面和轴作为一个整体考虑。假设n-n截面上的切应力分布均匀，所以n-n截面上的剪力Fs为：
Fs=Aτ=blτ 式(5.1)
对轴心取矩，由平衡方程,得
故有
图5-5 键受力图
因此平键满足剪切强度条件。
再次校核该平键的挤压强度。考虑该平键在n-n截面以上的部分的力分布均匀平衡，在n-n截面上的剪力应为Fs= blτ，右侧面上的挤压力为
投影于水平方向，由平衡方程得
Fs=F
由此求得
所以该平键也满足挤压强度要求。
5.5.2 输出轴与大齿轮的联接
键的校核：
已知轴直径d=40mm，键的尺寸为b×h×l=12×8×28mm,扭转力偶矩Me=175.98N·m,平键的许用应力为[τ]=100Mpa,许用压强为[σbs]=100Mpa。
首先校核一下该键的剪切强度。将该平键沿n-n截面分成两个部分，并把n-n下面和轴作为一个整体考虑。假设n-n截面上的切应力分布均匀，所以n-n截面上的剪力Fs为：
Fs=Aτ=blτ
对轴心取矩，由平衡方程, 得
所以
所以平键满足剪切强度条件。
再次校核该平键的挤压强度。考虑该平键在n-n截面以上的部分的力分布均匀平衡，在n-n截面上的剪力应为Fs= blτ，右侧面上的挤压力为
投影于水平方向，由平衡方程得
Fs=F
因此
所以平键也满足挤压强度要求。
参考文献
[1] 杨高峰 主编. 本科毕业论文（设计）指导. --武汉：中国地质大学出版社有限责任公司.2013.2.
[2] 濮良贵 陈国定 吴立言 主编. 机械设计. 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编著. --九版. --北京：
高等教育出版社，2013.5.
[3] 袁祖强 编. 机械设计基础课程设计指导书. --北京：北京航空航天大学出版社. 2013.2.
[4] 付求涯 邱小童 主编. 互换性与技术测量. --北京：北京航空航天大学出版社. 2011.7.
[5] 郭克希 王建国 主编. 机械制图. --2版. --北京：机械工业出版社. 2009.7.
[6] 孙桓 陈作模 葛文杰 主编. 机械原理. 西北工业大学机械原理及机械零件教研室编. --7版. --北京：高等教
育出版社. 2006.5（2012.11重印）.
[7] 哈尔滨工业大学理论力学教研室编. 理论力学.Ⅰ. --7版. --北京：高等教育出版社. 2009.7
[8] 王旭东 周岭 主编. 机械制图零部件测绘. --广州： 暨南大学出版社.
[9] 无锡轻工业学院 天津轻工业学院 编著．食品工厂机械与设备[M]/北京轻工业出版社．1981.
[10] 温诗铸 黄平 著．摩擦学原理[M] ．清华大学出版社．2002.
[11] 张淑娟 编著．立式半夏去皮机的设计与研究 农机与食品机械[J] ． 1997年第2期.
[12] 于永泗 主编. 机械工程材料. --8版. --大连：大连理工大学出版社. 2010.1.
[13] 刘鸿文 主编. 材料力学Ⅰ. --5版. --北京：高等教育出版社. 2011.1（2013.3重印）.
[15] 徐灏 主编．机械设计手册[M]．北京机械工业出版社．1999.1.
致 谢
本次毕业设计任务是完成马铃薯去皮结构的设计。这次的设计涉及的内容非常全面，并巩固在大学四年的学习知识的全面总结，帮助我了解和掌握从事设计的基本方法，通过这次设计把理论和实践连接起来。贯穿大学四年的综合知识，使理论与实践紧密结合在一起，为我今后的工作奠定了坚实的基础。这是一个非常全面的、系统的设计，很锻炼人。从开始的搜集资料到最终的设计，涉及到的领域包括：机械制图，机械原理，机械设计，工程材料，材料力学等等。通过设计实践，提高自己的计算，绘图能力；使我能够熟练使用参考资料，计算图表，设计手册，熟悉相关的国家标准。主要内容包括马铃薯去皮机的结构设计，材料的应力分析，主要参数的选择，对主要零件进行了计算和分析，一个完整的理论和设计计算，结合组件和整个设计的零件图，更加直观的证明。一个马铃薯去皮机的关键部件——驱动轴进行了详细的力学分析和计算，得出弯曲扭矩图，通过理论和大量的计算表明，该传动轴结构的可行性和性能特点。结构设计也是基于的理论基础，相应的计算，文献阅读，在出售其机械产品公司在线访问，了解其相关知识。从以上搜集、论证和查阅马铃薯去皮机的基本设计，本次设计方案是可行的。
我深深地意识到，要成为一个合格的工程技术人员只是仅仅掌握专业知识是不够的，应该有一个更深刻的认识，如在计算机领域的应用，各种产品性能的认识，农业经济的发展现状和其他各种方面的能力。
本次毕业设计工作量巨大，从一开始的什么都不知道不了解到找到信息完成设计过程中，花费了我大量的时间和精力，从经验中了解到作为一个工程的学生必须要有耐心、踏实、严谨的态度，持久稳定，更对自己的职业情感和精神。通过几个月的努力，这是我创作的设计要完成的任务，充满了喜悦和成就感。在设计过程中，在老师的精心指导，从整个过程一步一步的话题总是细心指导我确定设计步骤，让我从中受益很多，充实了许多教科书不扎实的知识，这样的设计能够按计划完成在设计过程中也曾遇到很多的问题，但通过查阅相关的书籍、手册以及老师的精心指导，都得到了解决，设计过程基本顺利完成。
这最后的设计结果，不是我一个人的劳动，而是所有帮助过我的人和我的杰作。因此，在这种场合的成功完成的设计，我再次向所有给予指导，帮助和鼓励我完成设计的人，致以最诚挚的感谢！同时也感谢百忙之中抽出时间来审阅我的老师致以亲切的问候！当然，由于时间较短，我的设计还存在者许多不足，也希望老师给与指正！
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