【文章內(nèi)容簡介】 對食品加工廠以及大型的食堂飯店所設(shè)計的，根據(jù)其功能的多寡主要分為兩類： 單切型切菜機(jī) 單切型切菜機(jī)適用于片、段、絲、塊莖、葉菜、海帶等。典型結(jié)構(gòu)為箱式。 多功能型切菜機(jī) 多功能型切菜機(jī) 包含單切機(jī)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(jié)構(gòu)有兩種： 雙頭型切菜機(jī) 一頭專切葉菜類，由傳送帶送菜，往復(fù)運(yùn)動的刀具進(jìn)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(zhuǎn)刀具進(jìn)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(jī) 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(jìn)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(jī)一般特點(diǎn)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(jī)的發(fā)展趨勢 在 ，但由于切菜機(jī)的功能的實(shí)用性及應(yīng)用范圍， 4 它的發(fā)展又有一些新的特點(diǎn)，具體體現(xiàn)在 以下 兩個個方面： （ 1)功能集成化 一機(jī)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(jī)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(jìn)行預(yù)處理，企業(yè)的 不斷發(fā)展對切菜機(jī)的加工程度和加工能力也提出了更為嚴(yán)格的要求，切菜機(jī)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(jī) 生 產(chǎn)需求，但目前的切菜機(jī)因?yàn)楣β蚀蟆Ⅲw積大等因素并不適合家庭使用，如何填補(bǔ)這一巨大的市場空白，將是未來切菜機(jī)的發(fā)展的一個重要方向。 切菜機(jī)的工作原理 切菜機(jī) 是食品原料預(yù)處理機(jī)械的一種，其切割過程是利用剪切原理實(shí)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(yùn)動來完成。切菜機(jī)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(jī)械有較大 差異，是一類專用設(shè)備。 切菜機(jī)實(shí)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(jìn)給運(yùn)動，刀具在某一位置作往復(fù)運(yùn)動，實(shí)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(jī)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(xué)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(shè)計一款小巧實(shí)用的家用 切菜機(jī) ， 能夠 更好的滿足用戶需求，有實(shí)用價值。 本 課題任務(wù)是針對家庭生活中比較難以切削的根莖 類、 塊類蔬菜設(shè)計一款簡單實(shí)用家用切片切絲機(jī) 。包括原理方案設(shè)計、傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計、切削機(jī)構(gòu)設(shè)計 、夾持定位機(jī)構(gòu)設(shè)計及主要零部件的設(shè)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(jī)械的總體情況，以及現(xiàn)有切菜機(jī)，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(jī)的設(shè)計，是本論文的 25 章，第 2 章介紹原理方案的設(shè)計；第 3 章介紹切削機(jī)構(gòu)和定位壓緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計；第 4章介紹傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計，詳細(xì) 論述了運(yùn)動參數(shù)的選擇、重要零件工作能力設(shè)計和校核兩個方面的內(nèi)容； 第 5 章介紹結(jié)構(gòu)設(shè)計 ， 主要根據(jù)前面的設(shè)計數(shù)據(jù)，繪制出 根莖 類、 塊類蔬菜 家用切片切絲機(jī)的總裝配圖及 部件圖。 第 三部分： 結(jié)果與討論 ，論文的第 6 章， 包括設(shè)計結(jié)果總結(jié)，以及對結(jié)果進(jìn)行的分析討論等。 5 原始數(shù)據(jù)及技術(shù)要求 原始數(shù)據(jù) 本 切片切絲機(jī)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(shè)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(jié)果，本測定實(shí)驗(yàn)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(zhuǎn)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(shè)計參照，在綜合考慮形狀及測量精度等因素，最終確定設(shè)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(shè)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(shè)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(xì)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(xí)慣，確定該切片切絲機(jī)的工作時間為：使用年限 10年， 360 天 /年， 2 次 /天，每次工作 。 技術(shù)要求 （ 1） 設(shè)計應(yīng)符合國家規(guī)范 要求 ,計算方法應(yīng)該盡可能的采用最新研究成果； （ 2） 要求機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運(yùn)動靈活可靠 ； （ 3） 設(shè)計安全實(shí)用 。 6 原理方案設(shè)計 原理分析 由 節(jié)的介紹可知，切片切絲機(jī)要實(shí)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(fù)運(yùn)動，同時蔬菜朝著刀具的切削面作進(jìn)給運(yùn)動。在切削過程中刀具往復(fù)運(yùn)動的頻率和蔬菜進(jìn)給運(yùn)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(jī)必須具備動力源、力（力矩）傳遞機(jī)構(gòu)、切削機(jī)構(gòu)、制動機(jī)構(gòu)以及必要的外部支承定位機(jī)構(gòu)，其 中力矩傳遞機(jī)構(gòu)還需要能夠?qū)崿F(xiàn)與動力源運(yùn)動方式匹配的運(yùn)動形式轉(zhuǎn)換機(jī)能。 刀具切削蔬菜的主要方式有兩種：往復(fù)直線運(yùn)動與轉(zhuǎn)動。 制動機(jī)構(gòu)與動力來源相匹配。在使用人力時，機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)與否取決于操作者是否施力，以及機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計；但使用電動機(jī)時，必須有相應(yīng)的控制電路。 在不考慮動力源的情況下，提出以下兩種設(shè)計方案： 方案一：蔬菜通過傳送帶在水平方向作直線運(yùn)動；刀具做往復(fù)直線運(yùn)動，通過曲柄滑塊或凸輪機(jī)構(gòu)等實(shí)現(xiàn)；切片切絲的轉(zhuǎn)換通過在蔬菜傳送線路上設(shè)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(yùn)動速度決定；在傳送帶 的末端設(shè)置收集機(jī)構(gòu)。 方案二：蔬菜通過豎直 或向上傾斜設(shè)置的料筒內(nèi)，依靠重力自動向下運(yùn)動；刀具在水平或豎直平面作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，可通過連桿機(jī)構(gòu)、帶傳動、鏈傳動或齒輪傳動等實(shí)現(xiàn)；切片切絲的轉(zhuǎn)換通過更換不同型號的刀具來實(shí)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(jī)的功能原理之后，發(fā)現(xiàn)除離心式切菜機(jī)外，現(xiàn)有切菜機(jī)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(jié)論： （ 1）根據(jù)方案一設(shè)計的切菜機(jī)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(zhì)量較差，工作時噪音較大，整個 機(jī)構(gòu)體積也過大。 （ 2）根據(jù)方案二設(shè)計的切菜機(jī)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(zhì)量較好，并不使用傳送帶，減少了傳動機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為緊湊。 因此，選定方案二作為本次家用切片切絲機(jī)設(shè)計的基礎(chǔ)，進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計。 整體機(jī)構(gòu)布置 方案二的整體機(jī)構(gòu)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(jìn)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(jī)構(gòu)，傳動機(jī)構(gòu)，切削機(jī)構(gòu)，最后是向 7 上傾斜的料筒。刀具在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，蔬菜被放入 料筒后，因自重沿筒壁向下運(yùn)動實(shí)現(xiàn)進(jìn)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(diǎn)是水平布置分散受力，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各個機(jī)構(gòu)獨(dú)立性較好。缺點(diǎn)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(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)、動力機(jī)構(gòu)，其中傳動機(jī)構(gòu)和動力機(jī)構(gòu)可平行布置，并需要在設(shè)置料筒的一側(cè)留有成品收集盒的空間。立式布置的有點(diǎn)是：料筒豎直布置，所占空間較小，可在刀具旋轉(zhuǎn)路徑上布置多個進(jìn)料口，并且蔬菜的運(yùn)動總是豎直向下，各個料筒的工作不會互相干涉。缺點(diǎn)比較明顯，立式布置 結(jié)構(gòu)相對集中，對支承機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度要求較高。 出于提高切片切絲機(jī)的工作能力的考量，期望實(shí)現(xiàn)多種蔬菜同時切削并分類收集的目的，因此本設(shè)計的整體機(jī)構(gòu)布置形式選擇立式。 動力選擇 家用機(jī)械產(chǎn)品的主要動力來源有人和電動機(jī)兩種。人力的主要特點(diǎn)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(jī)的主要特點(diǎn)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(jī)耗能少，但轉(zhuǎn)速過高，轉(zhuǎn)矩不大；普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩滿足要求，但體積過大，能耗偏高，利用率較低。 考慮 到本設(shè)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(diǎn)優(yōu)先考慮使用人力作為動力來源。確定動力源及機(jī)構(gòu)布置形式之后，還需要選擇相匹配的傳動機(jī)構(gòu)。 傳動機(jī)構(gòu)選型 使用人力作為動力源，一般是通過操作者轉(zhuǎn)動或者推拉、按壓等傳動構(gòu)件，使其獲得運(yùn)動所需的力（力矩），進(jìn)而可帶動相關(guān)機(jī)構(gòu)運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的。傳遞力（力矩）的常用機(jī)構(gòu)有連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、齒輪機(jī)構(gòu)、蝸桿機(jī)構(gòu)、以及帶傳動、鏈傳動等。 凸輪機(jī)構(gòu)一般是由凸輪、從動件和機(jī)架三個構(gòu)件構(gòu)成，通常選取凸輪作主動件，通過設(shè)計凸輪的形狀使從動件 得到預(yù)期運(yùn)動，從動件的運(yùn)動主要是直線上的往復(fù)運(yùn)動，因而在本設(shè)計中不考慮使用凸輪機(jī)構(gòu)。 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(shí)現(xiàn)本設(shè)計的預(yù)期目的，但其傳動效率低，成本較高，不適宜用在本設(shè)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(yùn)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(yùn)動和動力。以上兩種傳動都是實(shí)現(xiàn)平行軸間運(yùn)動和動力的 傳遞，在本設(shè)計中如將平行軸豎直布置可實(shí)現(xiàn)預(yù)期目的。 連桿機(jī)構(gòu)是由若干構(gòu)件用低副連接而成，構(gòu)件運(yùn)動形式多樣，可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動、擺動、移動和平面或空間復(fù)雜運(yùn)動，可用于剛體導(dǎo)引、實(shí)現(xiàn)已知運(yùn)動軌跡或運(yùn)動規(guī)律。在本設(shè)計中要應(yīng)用連桿機(jī) 8 構(gòu)將主動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動或直線往復(fù)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為實(shí)刀具在水平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動，可采用雙曲柄機(jī)構(gòu)或者逆向運(yùn)用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 齒輪機(jī)構(gòu)是現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用最廣泛的傳動機(jī)構(gòu)，可以用于傳遞空間任意兩軸或多軸之間的運(yùn)動和動力。在本設(shè)計中可以利用齒輪機(jī)構(gòu)或齒輪齒條傳動實(shí)現(xiàn)所需功能。 根據(jù)上述分析，帶傳動、鏈傳動等都可實(shí)現(xiàn)預(yù)期目 的，但考慮到本設(shè)計的整體結(jié)構(gòu)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(xí)慣，操作者更易執(zhí)行轉(zhuǎn)動動作，并能夠在動作中給構(gòu)件施加較大的力，因而不考慮齒輪齒條機(jī)構(gòu)以及會產(chǎn)生死點(diǎn)的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 經(jīng)對比分析之后，選用直齒圓錐齒輪傳動，不僅可實(shí)現(xiàn)傳遞運(yùn)動及動力的目的，還可使整體結(jié)構(gòu)緊湊。 工作原理簡圖繪制 綜上所述，本切片切絲機(jī)的工作原理圖可簡化為如圖 21 所示的一級圓錐齒輪換向機(jī)構(gòu)。 圖 21 工作原理簡圖 9 切削 機(jī)構(gòu)及定位壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計 切削機(jī)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計要求 由于料筒內(nèi)的原料在豎直方向的進(jìn)給量固定，調(diào)整較難，切削機(jī)構(gòu)作為本設(shè)計實(shí)現(xiàn)目標(biāo)功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，不僅要實(shí)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(jī)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(jī)械傳動部件隔離開來，減少原料污染的可能性。 機(jī)構(gòu)設(shè)計 (1) 刀具的選擇 在食品加工中，切割的物料多為蔬果、肉類及面糖食品等塊狀物料。加工對象的力學(xué)性質(zhì)不同，適宜的刀片形狀也各種 各樣。常用的刀片根據(jù)刀片形狀及刃口形狀的不同主要分為 12 類： 1）鋸形刃口圓盤刀； 2）光滑刃口圓盤刀； 3）圓錐形刀片； 4）圓弧形凸刃口刀； 5）光滑刃口平板刀； 6）梳形刃口刀片； 7）魚鱗形刃口刀； 8）鋸形刃口平板刀； 9）三角刃口刀片； 10）螺線型凸刃口刀； 11）螺線型凹刃口刀； 12）雙面磨刃刀片。 其中平板刀應(yīng)用最廣泛，本設(shè)計中選用光滑刃口平板刀作為切片刀，切絲選用梳形刃口刀片。 (2) 設(shè)計方案 本設(shè)計為切片切絲機(jī) ，在工作中需要實(shí)現(xiàn)切片切絲的轉(zhuǎn)換，為方便快速的實(shí)現(xiàn)這一功能，需要兩把規(guī)格相同的切片刀，兩把規(guī)格不同的切 絲刀，并設(shè)計如圖 31所示的盤狀刀架，在刀架上對稱布置刀片安裝位置，切片時，兩位置均安裝切片刀，需要切絲時，將任一切片刀卸下，換為切絲刀，在切削時，轉(zhuǎn)動刀架，將切絲刀調(diào)整到最先開始切削的位置，梳形刃口刀片切削后留下的凸臺，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(yīng)厚度的墊塊，調(diào)整切絲規(guī)格是通過跟換相應(yīng)的刀片。 圖 31 刀架 2刀具安裝位置 定位壓緊機(jī)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計要求 在本設(shè)計中加工的原料 為 根莖 類、 塊類蔬菜 ，其形狀尺寸沒有固定參數(shù)，在切削 加工時雖然有料筒限制其位