【文章內(nèi)容簡介】 4）帶有區(qū)域性特色 ，且具有使用的季節(jié)性。 我國幅員遼闊，民族眾多，人們對食品的喜好也差異很大，地方風味及特色產(chǎn)品也較多，反映在食品機械上就形成了食品加工設備的區(qū)域特征；此外，相當數(shù)量的產(chǎn)品生產(chǎn)周期與原料的生產(chǎn)季節(jié)相關，又使食品機械的使用具有季節(jié)性特點。 5）是一門十分復雜的學科。 食品機械的生產(chǎn)中所涉及的知識面十分的寬泛，不僅包括一般機械的內(nèi)容，還涉及到食品工程、食品化學、食品流變學、食品衛(wèi)生和造型藝術等。 我國食品機械行業(yè)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 （ 1）我國食品機械行業(yè)的現(xiàn)狀 我國食品機械工業(yè)的發(fā)展始于上個世紀 70年代 ，形成于 80年代，高速發(fā)展的時期是 80 年代末和 90 年代初期，在這一時期，初步形成了具有門類較全、品種基本配套的獨立工業(yè)體系，東南大學本科生畢業(yè)設計（論文） 3 對我國食品工業(yè)裝備國產(chǎn)化率和整體發(fā)展水平的提高起著重要的作用。國家組織并實施一批以食品加工為主的農(nóng)產(chǎn)品深加工重大科技專項，研制出一批技術含量較高的食品加工裝備，這些成果大大縮短了我國食品加工裝備與國際先進水平的差距，部分領域已接近或達到國際先進水平。 但由于起步較晚、基礎薄弱，我國食品工業(yè)的整體技術和裝備水平仍然落后發(fā)達國家約 20年。食品加工裝備制造業(yè)產(chǎn)品穩(wěn)定性、可靠性及安全性都較低， 能耗高，成套性也較差；整體研發(fā)能力偏若，關鍵技術自主創(chuàng)新力不高；一些關鍵領域對外技術較為依賴，很多高技術含量和高附加價值產(chǎn)品主要依賴進口，部分重大產(chǎn)業(yè)核心技術與裝備基本依賴進口。 （ 2）我國食品機械行業(yè)的發(fā)展趨勢 作為朝陽工業(yè)，我國食品工業(yè)有著巨大的發(fā)展?jié)摿?。食品工業(yè)的高速發(fā)展很大程度上依賴與食品機械的發(fā)展，但同時也給食品機械工業(yè)的發(fā)展帶來了巨大的推動力。隨著科學技術飛速發(fā)展和人類社會的不斷進步，食品機械行業(yè)的發(fā)展也充滿活力，其主要發(fā)展趨勢表現(xiàn)如下：生產(chǎn)高效率化；食品資源高利用化；產(chǎn)品高度節(jié)能化；高新技術實 用化；產(chǎn)品標準趨于國際化；產(chǎn)品設計方法不斷該進；技術創(chuàng)新成為技術跨越的重要手段。 切菜機介紹 切菜機介紹 目前我國市場上生產(chǎn)和銷售的切菜機主要是針對食品加工廠以及大型的食堂飯店所設計的，根據(jù)其功能的多寡主要分為兩類： 單切型切菜機 單切型切菜機適用于片、段、絲、塊莖、葉菜、海帶等。典型結構為箱式。 多功能型切菜機 多功能型切菜機 包含單 切機的所以功能的同時 ，也可切圓形如土豆、蘿卜等 。 可將根、莖、葉等蔬菜加工成片、絲、丁 、 菱、曲線、花丁、花片等 。典型的結構有兩種： 雙頭型切菜機 一頭專切葉菜類，由傳送帶送菜，往復運動的刀具進行切削；一頭專切土豆、蘿卜等根莖類 、 塊類蔬菜，原料從傾斜的料筒送入，由旋轉刀具進行切削，可同時工作，通過更換刀盤，可以切出各種規(guī)格的片、絲、條。 組合式切菜機 水平傳送帶傳送原料，由在傳送帶上間隔分布的成一定角度的多個刀具進行切削，根據(jù)需要原料在傳送帶上經(jīng)一次或多次切削后成形，成品的形狀參數(shù)通過調(diào)節(jié)刀具的切削速度及原料 的傳送速度來控制。 現(xiàn)有的切菜機一般特點是：操作簡單方便， 性能穩(wěn)定，故障率低 ，成熟可靠，維修方便；生產(chǎn)效率高，加工產(chǎn)品形狀范圍廣，破損率較低等。適用于食品行業(yè)、蔬菜加工行業(yè)、餐飲行業(yè)的各類蔬菜加工。 切菜機的發(fā)展趨勢 在 ，但由于切菜機的功能的實用性及應用范圍，東南大學本科生畢業(yè)設計（論文） 4 它的發(fā)展又有一些新的特點，具體體現(xiàn)在 以下 兩個個方面： （ 1)功能集成化 一機多用，不僅能更好的滿足生產(chǎn)的需要，還能為大大提高生產(chǎn)效率，節(jié)省能源，降低成本。 （ 2)規(guī)格兩極化 切菜機 的處理物料是蔬菜，大規(guī)模的食品加工都要用它對原料進行預處理，企業(yè)的不斷發(fā)展對切菜機的加工程度和加工能力也提出了更為嚴格的要求，切菜機大型化、自動化是發(fā)展的必然趨勢。但隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，人們生活方式的改變，家庭用戶也對切菜機 生 產(chǎn)需求，但目前的切菜機因為功率大、體積大等因素并不適合家庭使用，如何填補這一巨大的市場空白，將是未來切菜機的發(fā)展的一個重要方向。 切菜機的工作原理 切菜機 是食品原料預處理機械的一種，其切割過程是利用剪切原理實現(xiàn)物料切斷或者切碎的過程，通過物料和切刀之間產(chǎn)生的相對運動來完成。 切菜機所加工的物料為蔬菜，加工后的形狀和規(guī)格也與其他切割機械有較大差異，是一類專用設備。 切菜機實現(xiàn)切割的方式主要是模擬手工切菜，蔬菜沿 固定方向作進給運動，刀具在某一位置作往復運動，實現(xiàn)切割目的。 本文的研究目的和主要研究內(nèi)容 已有的切片切絲機雖然效率高、操作方便、能耗低，但體積大、功率高，只適合工廠、學校飯?zhí)?、食品加工廠、蔬菜廠等使用，不能滿足家庭生活的需要， 為此設計一款小巧實用的家用 切菜機 ， 能夠 更好的滿足用戶需求，有實用價值。 本 課題任務是針對家庭生活中比較難以切削的根莖 類、 塊類蔬菜設計一款簡 單實用家用切片切絲機 。包括原理方案設計、傳動機構設計、切削機構設計、夾持定位機構設計及主要零部件的設計和校核。 本論文共分為 三個部分 ，主要內(nèi)容如下： 第一 部分： 緒論 ， 即本論文的第 1 章， 簡要介紹食品機械的總體情況，以及現(xiàn)有切菜機，說明本論文的研究目的和內(nèi)容。 第二 部分：根莖 類、 塊 類蔬菜家用切片切絲機的設計，是本論文的 25 章，第 2 章介紹原理方案的設計；第 3 章介紹切削機構和定位壓緊機構的設計；第 4章介紹傳動機構的設計，詳細 論述了運動參數(shù)的選擇、重要零件工作能力設計和校核兩個方面的內(nèi)容； 第 5 章介紹結構設計 ， 主要根 據(jù)前面的設計數(shù)據(jù)，繪制出 根莖 類、 塊類蔬菜 家用切片切絲機的總裝配圖及部件圖。 第 三部分： 結果與討論 ，論文的第 6 章， 包括設計結果總結，以及對結果進行的分析討論等。 東南大學本科生畢業(yè)設計（論文） 5 原始數(shù)據(jù)及技術要求 原始數(shù)據(jù) 本 切片切絲機屬于所處理的對象是家庭生活中常見的塊狀蔬菜 ，主要的設計參數(shù)來源于對蔬菜形狀以及切削蔬菜時力的測量。 表 11 中列出的是對馬鈴薯、山藥、胡蘿卜、白蘿卜以及藕這五種蔬菜切削力的測定結果，本測定實驗選用的蔬菜是家庭生活中較為常見的種類，切削刀具選用普通的家用水果刀，在最大直徑處豎直切削，并通過電 子秤測定切削時的最大重量，然后轉換得到對不同蔬菜的近似切削力。 根據(jù)表 11，選定藕的最大切削力作為設計參照，在綜合考慮形狀及測量精度等因素，最終確定設計參數(shù)切削力為 90N。 考慮到塊狀蔬菜形狀差異較大，限定本設計可加工的最大直徑為 90mm。 依據(jù)烹飪對食材的不同尺寸要求，設定可加工的片狀蔬菜厚度為： 110mm，可加工的絲狀蔬菜直徑需分粗細兩種（根據(jù)切絲刀的型號選定）。 表 11 蔬菜切削力測定 蔬菜 種類 蔬菜特征 切削力（ N） 切削力最大值（ N） 最大直徑（ mm） 自重（ g） 1 2 3 4 馬鈴薯 56 200 山藥 62 240 胡蘿卜 30 70 白蘿卜 78 320 藕 68 140 根據(jù)大多數(shù)家庭的生活習慣，確定該切片切絲機的工作時間為：使用年限 10年， 360 天 /年， 2 次 /天，每 次工作 。 技術要求 （ 1） 設計應符合國家規(guī)范要求 ,計算方法應該盡可能的采用最新研究成果； （ 2） 要求機構的結構簡單緊湊，運動靈活可靠 ； （ 3） 設計安全實用 。 東南大學本科生畢業(yè)設計（論文） 6 原理方案設計 原理分析 由 節(jié)的介紹可知，切片切絲機要實現(xiàn)切削蔬菜的功能主要是模仿手工切菜方式，即刀具與蔬菜成一定角度作往復運動，同時蔬菜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、切削機構、制動機構以及必要的外部支承定位機構，其中力矩傳遞機構還需要能夠實現(xiàn)與動力源運動方式匹配的運動形式轉換機能。 刀具切削蔬菜的主要方式有兩種：往復直線運動與轉動。 制動機構與動力來源相匹配。在使用人力時，機構的運轉與否取決于操作者是否施力，以及機械結構的設計；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，提出以下兩種設計方案： 方案一：蔬菜通過傳送帶在水平方向作直線運動；刀具做往復直線運動，通過曲柄滑塊或凸輪機構等實現(xiàn)；切片切絲的轉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；在傳送帶的末端設置收集機構。 方案二：蔬菜通過豎直 或向上傾斜設置的料筒內(nèi)，依靠重力自動向下運動；刀具在水平或豎直平面作旋轉運動，可通過連桿機構、帶傳動、鏈傳動或齒輪傳動等實現(xiàn)；切片切絲的轉換通過更換不同型號的刀具來實現(xiàn)；利用重力或離心作用收集加工好的蔬菜。 方案選定 分析了切菜機的功能原理之后，發(fā)現(xiàn)除離心式切菜機外，現(xiàn)有切菜機的工作方式都可劃分在上述兩種方案中，對比之后得出 以 下結論： （ 1）根據(jù)方案一設計的切菜機一般適用于切削葉菜類蔬菜，雖然 也可以切削根莖類 、 塊類蔬菜但切片切絲質量較差，工作時噪音較大，整個機構體積也過大。 （ 2）根據(jù)方案二設計的切菜機一般適用于切削根莖類 、 塊類蔬菜，與方案一相比，切片切絲質量較好，并不使用傳送帶，減少了傳動機構，結構較為緊湊。 因此，選定方案二作為本次家用切片切絲機設計的基礎，進行創(chuàng)新設計。 整體機構布置 方案二的整體機構布置形式還可以分為水平布置和立式布置兩種 ，因此為選擇適宜的方案，還需要對兩種布置形式作進一步的分析。 （ 1）水平布置 目前最常見的布置形式，在水平方向，依次布置動力機構，傳動機構 ，切削機構，最后是向東南大學本科生畢業(yè)設計（論文） 7 上傾斜的料筒。刀具在豎直平面內(nèi)旋轉，蔬菜被放入料筒后，因自重沿筒壁向下運動實現(xiàn)進給。加工好的蔬菜在自重及離心力的作用下落入位于刀具下方的收集盒內(nèi)。主要優(yōu)點是水平布置分散受力，結構穩(wěn)定，各個機構獨立性較好。缺點是料筒位置固定，不易做到蔬菜的分類收集。 （ 2）立式布置 在豎直方向依次布置料筒、切削機構、傳動機構、動力機構，其中傳動機構和動力機構可平行布置，并需要在設置料筒的一側留有成品收集盒的空間。立式布置的有點是：料筒豎直布置，所占空間較小，可在刀具旋轉路徑上布置多個進料口，并且蔬菜的運 動總是豎直向下，各個料筒的工作不會互相干涉。缺點比較明顯，立式布置結構相對集中，對支承機構的強度要求較高。 出于提高切片切絲機的工作能力的考量，期望實現(xiàn)多種蔬菜同時切削并分類收集的目的，因此本設計的整體機構布置形式選擇立式。 動力選擇 家用機械產(chǎn)品的主要動力來源有人和電動機兩種。人力的主要特點是：持續(xù)時間有限，動力波動較大，但控制方便，清潔無污染。電動機的主要特點是：動力可靠，穩(wěn)定性高，工作效率高，但需要占用一定的空間位置，消耗電能，需要配套的調(diào)速控制裝置；小功率的電機耗能少，但轉速過高，轉矩不 大；普通電機轉矩滿足要求，但體積過大，能耗偏高，利用率較低。 考慮到本設計對體積和能耗方面的限制較多，以及對動力的穩(wěn)定性及持續(xù)性要求不高的特點優(yōu)先考慮使用人力作為動力來源。確定動力源及機構布置形式之后，還需要選擇相匹配的傳動機構。 傳動機構選型 使用人力作為動力源，一般是通過操作者轉動或者推拉、按壓等傳動構件，使其獲得運動所需的力（力矩），進而可帶動相關機構運動，實現(xiàn)預期目的。傳遞力（力矩）的常用機構有連桿機構、凸輪機構、齒輪機構、蝸桿機構、以及帶傳動、鏈傳動等。 凸輪機構一般是由凸輪、從動件和 機架三個構件構成，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，因而在本設計中不考慮使用凸輪機構。 渦輪蝸桿傳動主要用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合，雖然可以實現(xiàn)本設計的預期目的，但其傳動效率低，成本較高，不適宜用在本設計中。 帶傳動分摩擦傳動型和嚙合傳動型兩大類，但在兩類傳動中都采用帶作為中間撓性元件來傳遞運動和動力。鏈傳動與帶傳動相類似，是由裝在平行軸上的主、從動鏈輪和繞在鏈輪上的環(huán)形鏈條所組成，以鏈作為中間撓性件，靠鏈與鏈輪輪 齒的嚙合來傳遞運動和動力。以上兩種傳動都是實現(xiàn)平行軸間運動和動力的傳遞，在本設計中如將平行軸豎直布置可實現(xiàn)預期目的。 連桿機構是由若干構件用低副連接而成，構件運動形式多樣，可實現(xiàn)轉動、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東南大學本科生畢業(yè)設計（論文） 8 構將主動構件的轉動或直線往復運動轉換為實刀具在水平面內(nèi)的轉動，可采用雙曲柄機構或者逆向運用曲柄滑塊機構。 齒輪機構是現(xiàn)代機械中應用最廣泛的傳動機構，可以用于傳遞空間任意兩軸或多軸之間的運動和動力。在本設計中可以利用齒輪機構或齒輪齒 條傳動實現(xiàn)所需功能。 根據(jù)上述分析，帶傳動、鏈傳動等都可實現(xiàn)預期目的，但考慮到本設計的整體結構要緊湊，故不選用軸豎直布置的帶傳動、鏈傳動以及直齒圓柱齒輪傳動。綜合考慮人的生理及生活習慣，操作者更易執(zhí)行轉動動作，并能夠在動作中給構件施加較大的力，因而不考慮齒輪齒條機構以及會產(chǎn)生死點的曲柄滑塊機構。 經(jīng)對比分析之后，選用直齒圓錐齒輪傳動