【導(dǎo)讀】垃圾處理器的驅(qū)動(dòng)電機(jī)和粉碎刀盤為機(jī)器的關(guān)健部分，直接影響機(jī)器的使用效。果，所以本設(shè)計(jì)著重對粉碎刀盤和驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)論述。工作載荷進(jìn)行力學(xué)分析，計(jì)算流體阻力，進(jìn)而選擇材料及對刀盤、刀片進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)我國食物垃圾的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)采用組合刀盤式粉碎刀。設(shè)計(jì)采用電機(jī)為永磁直流電動(dòng)機(jī)，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、體積小、出力大、效率高。法，使機(jī)器的制造和使用成本降低。

　　

【正文】 是用永磁材料 (或加上鐵磁材料 )提供電動(dòng)機(jī)所需要的勵(lì)磁源，從而代替了電磁式直流電動(dòng)機(jī) 中的線圈式磁極。這種電機(jī)為永磁直流電動(dòng)機(jī)。由于無需勵(lì)磁線圈，故 省 電且不發(fā)熱，磁路結(jié)構(gòu)精心設(shè)計(jì)，使電動(dòng)機(jī)過載能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、噪聲低及轉(zhuǎn)速平穩(wěn)?；谏?述 特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中選用 永磁直流電動(dòng)機(jī)。 永磁材料的種類很多，有鋁鎳鉆系列磁鋼、鐵氧體永磁、稀土永磁等。表征永磁材料性能的主要因素 ： 矯頑力 CBH 、 剩余磁感應(yīng)強(qiáng)度 Br、最大磁能面積 ? ?maxBH以及磁穩(wěn)定性。選用永磁材料要求 ? ?maxBH最大，溫度系數(shù)小，磁穩(wěn)定性高。永磁材料的磁穩(wěn)定性對于永磁直流電動(dòng)機(jī)至關(guān)重要，若磁穩(wěn)定性差，則永磁直流電動(dòng)機(jī)壽命短。 外界因素能引起磁性能不可逆變化，影響磁穩(wěn)定性的因素有 ： ① 內(nèi)因包括組織變化和磁后效。鋁鎳合金、鐵氧體、鐵鉻鉆等不會發(fā)生組織的變化。但鐵硼易氧化且產(chǎn)生組織的變化。各種永磁材料除各向異性外，都會產(chǎn)生磁后效，它們對時(shí)間的退磁率隨時(shí)間的對數(shù)變化。 ② 外因包括溫度、干擾磁場、機(jī)械力、接觸強(qiáng)磁性物質(zhì)、高能粒子輻照等。使磁能變化。 可引起永磁體的材質(zhì)和尺寸比的變化，因而在選用具有低溫退磁性質(zhì)的永磁體時(shí)，應(yīng)使永磁體在最低使用溫度下工作。在尺寸比相同的情況下，各種永磁體的退磁率隨外磁場增大而增加，隨矯頑力提高、尺寸比增大而變小，若工作點(diǎn)選在膝點(diǎn)之上，則受外磁場的影 響很小。 ，磁體尺寸越大、矯頑力越高。顯著的退磁一般發(fā)生在多次沖擊和較長時(shí)間振動(dòng)的初期，以后趨于穩(wěn)定。 為使永磁材料在使用時(shí)磁性穩(wěn)定，對材料必須預(yù)先進(jìn)行穩(wěn)定化處理 ； 高溫或低溫退磁，不同溫度范圍的溫度循環(huán)強(qiáng)制退磁、交流或直流退磁等。 選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)在電動(dòng)機(jī)能夠勝任生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載要求的前提下，最經(jīng)濟(jì)、最合理的選擇電動(dòng)機(jī)的功率。若功率選得過大，設(shè)備投資過大，造成浪費(fèi)，且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常欠載運(yùn)行，效率較低 ； 反之，若功率選得過小，電動(dòng)機(jī)將過載運(yùn)行，造成電動(dòng)機(jī)的過早損壞。為此，選擇電動(dòng)機(jī) 容量應(yīng)進(jìn)行一些必要的分析和計(jì)算，具體可按以下三個(gè)步驟進(jìn)行 ： ① 計(jì)算負(fù)載功率 wP ② 根據(jù)負(fù)載功率 wP ，預(yù)選電動(dòng)機(jī)的額定功率 dP ，使 dwPP? ，盡量接近 wP ③ 校驗(yàn)預(yù)選電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱、過載能力和啟動(dòng)能力。校驗(yàn)的方法較多，工作量很大，而且準(zhǔn)確度也很難把握。 在實(shí)際工作中 常采用統(tǒng)計(jì)分析法和類比法。類比法就是在調(diào)查同類機(jī)械所采用電機(jī)容量的基礎(chǔ)上，對主要參數(shù)和工作條件進(jìn)行類比，從而確定電機(jī)所采用的容量。本次論臨沂師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 21 文設(shè)計(jì)就采用此方法。 根據(jù)前面計(jì)算，粉碎刀盤在工作時(shí)，需克服的阻力為 ： 12 1 .9 1 1 .5 4 .5 1 7 .9 ΝF F F? ? ? ? ? ? 刀盤的線速度 2 60 2 4 300 0 57 60 17. 9 m sv R n R??? ? ? ? ? ? ? ? 負(fù)載功率 ： 320 .41 WwP F v? ? ? ? ? 電動(dòng)機(jī)的額定功率 :d d wP P P? ，且留有余量取 ? 320 .41 384 WdP ? ? ? 按以上參數(shù)的選擇，我們最終選取 電機(jī) 的 技術(shù)數(shù)據(jù)如下 ： 轉(zhuǎn)速 ： 3000r min ， 功率 ：390W ， 電壓 ： 220V ， 電流 ： ， 重量 ： 3kg 。 這種 永磁直流電動(dòng)機(jī)采用鐵氧體永久磁鐵激磁，鐵氧體的 化學(xué)組成用 Mo ? nFe2O3。表示，其中 M 為 Ba,Sr,Pb 中的一種或兩種以上的二價(jià)金屬離子， ~ ? ，材料分為各向同性和各向異性兩類。它的矯頑力高，時(shí)效變化少， 不含鎳、鉆等元素，價(jià)廉，原材料豐富。 永磁直流電動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)采用了一些特殊技術(shù) ： ① 磁鋼徑、軸向聚磁以加大極弧面來提高氣隙磁密，從而提高出力及快速響應(yīng)能力。 ② 采用不均勻氣隙設(shè)計(jì)和磁鋼極尖削角來保證對負(fù)載電流引起的電樞反應(yīng)有良好的抑制作用，提高線性度 并降低功耗。 ③ 電機(jī)槽和換向片，極弧寬度和齒槽的合理配合以達(dá)到減小轉(zhuǎn)矩波動(dòng)、噪聲，保證平穩(wěn)運(yùn)行。 本 此設(shè)計(jì)的 電機(jī)體積小，重量輕，壽命長、噪聲低，有換向性能，零部件通用化程度強(qiáng)等特點(diǎn)，系封閉自冷式。而目前在市場上的同類產(chǎn)品都為國外進(jìn)口電動(dòng)機(jī)，不僅價(jià)格昂貴，而且零部件配套難，維修困難，給顧客的使用帶來不便。 其它部分設(shè)計(jì) 食物垃圾處理器其它部分的設(shè)計(jì)為非主要部件， 主要包括：投入口、排污口等。由于我們?yōu)閷?shí)驗(yàn)產(chǎn)品，沒有自行加工模具生產(chǎn)的能力和必要，所以非主要部件的制作主要選用標(biāo)準(zhǔn)件。 排污口由排水彎管、彎 管法蘭和橡膠密封圈組成。彎管法蘭把排水彎管固定在處理器上，橡膠密封圈防止水分及垃圾殘?jiān)庖?，起密封作用? 食物垃圾是由投入口進(jìn)入垃圾處理器的。它主要有裝配環(huán)、支撐環(huán)、水槽凸緣鉚合件、防濺罩等幾部分。裝配環(huán)、支撐環(huán)與水槽凸緣鉚合件相接。水槽凸緣鉚合件的上半臨沂師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 22 部分 卡在洗滌盆下水口，水槽凸緣鉚合件的下半部分與支撐環(huán)通過螺紋相連， 裝配環(huán)的卡槽與垃圾處理器的卡鎖連接。在銜接中分別有橡膠密封墊圈、石棉墊圈和墊圈，起密封作用。為了防止食物垃圾在粉碎時(shí)濺出，故加一個(gè)防濺罩 [24]。 磨碎機(jī)外殼的設(shè)計(jì)也是我們需要攻克的難點(diǎn)之一 ， 根據(jù)其獨(dú)特的安裝位置 (在洗滌盆下 ， 空間狹小且污雜潮濕 )和安裝形式 (必須采用立式、臥式達(dá)不到理想的效果 )。 因此外殼必須選用耐腐蝕、不生銹重量輕的材料。滿足要求的首選材料是塑料 ， 但塑料成型時(shí) ， 必須先制造模具 ， 由于模具造價(jià)較高 ， 制造模具相應(yīng)地提高了磨碎機(jī)的成本 ； 因此 ， 我們選用不銹鋼做成一個(gè)法蘭筒 ， 套住電機(jī) ， 上蓋則用采用尼龍棒材料以減輕重量 ，這樣不但外觀美麗 ， 而且也非常安全 ， 同時(shí)又保護(hù)了電機(jī) [25]。 粉碎室為鋁壓鑄件 ， 附庸蝕 ， 不生銹。鑰制電鑲的粉碎盤堅(jiān)固附用。 破碎角爪能 360?旋轉(zhuǎn) ， 輕巧靈活 ， 粉碎效果更佳。電機(jī)和粉碎室之間設(shè)有水封 ， 防止水流入 電機(jī)。鎖定裝 配 改進(jìn)為旋轉(zhuǎn)快速鎮(zhèn)定設(shè)計(jì)，使安裝更便利、快捷。電機(jī)裝有過電流保護(hù)器，能確保使用安全。 廚房食物垃圾處理器的裝 配 依據(jù)圖紙， 對加工后的零件進(jìn)行裝配。其中，電機(jī)與刀盤相連，電機(jī)電源從殼體底部引出。組合式刀盤上有高低不同的短軸柱，分別裝有粉碎刀片和擺動(dòng)刀，放入粉碎腔中，在粉碎腔內(nèi)壁裝配有端齒環(huán)和內(nèi)齒環(huán)。殼體 1 和殼體 2 用螺釘連接。排水彎管套上墊圈和彎管法蘭用螺釘固定在排污口出。支撐環(huán)套在裝配環(huán)中與水槽凸緣鉚合件用螺紋連接 ，水槽凸緣鉚合件壓在洗滌盆口，裝配環(huán)用卡鎖與處理器相連。在水槽凸 緣鉚合件內(nèi)安上防濺罩和堵塞。控制電路中的電器元件在電路板上焊接， 固定在垃圾處理器上 [26]。 安裝時(shí)需注意： ① 在安裝裝配環(huán)和支撐環(huán)之間的彈性墊圈時(shí)，需提起裝配環(huán)，將彈性墊圈 (大頭向下 )的內(nèi)槽與水槽凸緣底部凸邊卡住。手指沿彈性墊圈邊緣輕輕壓下，不要太用力。彈性墊圈裝好后，可將裝配環(huán)放下，蓋住彈性墊圈并可以輕松的轉(zhuǎn)動(dòng)。 ② 裝配環(huán)與處理器相連時(shí)，先將處理器對準(zhǔn)固定裝置的下端，再將處理器的卡鎖插入裝配環(huán)中，向右轉(zhuǎn)動(dòng)大約 6 毫米，使處理器暫時(shí)卡住，轉(zhuǎn) 動(dòng)裝配環(huán)和處理器，直至處理器的排污口和排水管道對準(zhǔn)，向右轉(zhuǎn)動(dòng)裝配環(huán)，直到擰緊，處理器的卡鎖擰入裝配環(huán)最左端的卡鎖槽內(nèi)。 ③ 在與洗滌盆相連時(shí)，先順時(shí)針擰動(dòng)裝配環(huán)，使裝配環(huán)與處理器分離。將裝配環(huán)升至水槽凸緣，移出彈性墊圈，再取出裝配環(huán)，將螺口支撐環(huán)從水槽凸緣上擰下，再取下纖維墊圈，將剩下的水槽凸緣和橡膠墊圈插入水池的排水口中，最后，從水池下面滑上纖維墊圈和螺口支撐環(huán)擰緊。 臨沂師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 23 3 結(jié)論 目前，雖然國內(nèi) 在 此方面的研究為空白，相關(guān)資料很少，但通過實(shí)驗(yàn)來看，本次設(shè)計(jì)滿足設(shè)計(jì)的要求。此次設(shè)計(jì)包含了大量的工作，所跨學(xué)科范 圍很廣，包括流體力學(xué)、材料力學(xué)、 機(jī)械設(shè)計(jì)、 機(jī)械原理、刀具設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械加工 及計(jì)算機(jī) CAXA 軟件的應(yīng)用等各學(xué)科的內(nèi)容，首先，在理論方面，對刀盤和刀片進(jìn)行了工作載荷的力學(xué)分析、選擇材料并校核，確保刀盤和刀片有足夠的強(qiáng)度。在機(jī)械方面，首先進(jìn)行刀盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)組合式粉碎刀組來快速完成垃圾的粉碎，然后應(yīng)用 CAXA 電子圖板繪制圖紙，依據(jù)圖紙，加工出各零部件，最后為各零部件的組裝，并驗(yàn)證機(jī)器。 設(shè)計(jì)的食物垃圾處理器具有以下特點(diǎn)： ① 相對于其它同類產(chǎn)品，此次設(shè)計(jì)中首次增加了一套控制電路。其目的是為了提高安全性 和 方便性。設(shè)計(jì)控制電源，從而避免來回拔總控制電源而引起的不安全。 另外，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，人不必守候在旁邊，可以離開，機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后可以自行停止。在電路中有三個(gè)可選檔位，用來控制機(jī)器不同的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，使用時(shí)，可根據(jù)不同的垃圾量和垃圾的成分來選擇。 ② 在驅(qū)動(dòng)部件 —— 電機(jī)的選擇上，成功選用國產(chǎn)直流永磁電動(dòng)機(jī)。目前進(jìn)入我國的食物垃圾處理器，由于照搬國外產(chǎn)品，主要采用交流電動(dòng)機(jī)。但其體積大、笨重，不適合我國住宅的實(shí)際情況。雖然美國摯通公司針對我國現(xiàn)狀把交流電機(jī)更改為直流電機(jī)，但由于采用的是國外進(jìn)口電機(jī)，使其成本提高，百姓 難以承擔(dān)。 ③ 在主要部件組合刀盤和刀片的材料選擇上有所改變。組合式刀盤的設(shè)計(jì)更適合我國國情的特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)時(shí)所用材料為 1Cr13，而國外產(chǎn)品選用的材料為 9Cr18，二者都可以滿足使用要求，價(jià)格相當(dāng)， 但是從加工難易程度而言， 9Cr18 為難加工材料，1Cr13 為普通材料 ； 另外，從資源上看，我國的 Cr 資源稀少，故應(yīng)盡量節(jié)約使用，少用或不用。 ④ 機(jī)器的制造和使用成本降低。由于完全國產(chǎn)化，使食物垃圾處理器的成本大大降低，整臺機(jī)器的成本大約為 600 元左右，相對于國外上千元的價(jià)格，更容易被百姓接受，而且使用中的投入也 很低，每個(gè)家庭每月為之付出約 元，全年的支出費(fèi)用為 元 。 在本次設(shè)計(jì)中，雖然接觸了許多先進(jìn)的理論和方法，但由于經(jīng)驗(yàn)有限，時(shí)間倉促，不能對每種理論每種方法都作深入的研究，因此，以下部分內(nèi)容仍須進(jìn)一步研究： 由于食物垃圾處理器是將食物垃圾粉碎成小顆粒，并未將其徹底降解，粉碎后的小顆粒與未粉碎時(shí)的原始狀態(tài)相比，在最終處理的速率上有多少變化的問題仍須進(jìn)一步研究。 臨沂師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 24 2021 年奧運(yùn)會將在北京召開，展現(xiàn)給全世界一個(gè)干凈、整潔的城市容貌是全國人民的希望。而食物垃圾易腐、易滋生細(xì)菌的特點(diǎn)使我們必須對其重視起來。食 物垃圾處理器就是把廚房垃圾從源頭消滅的一種方法，但它進(jìn)入千家萬戶還須政府的大力支持。政府在進(jìn)行廣泛的教育宣傳的基礎(chǔ)之上，提高居民環(huán)境保護(hù)意識 。同時(shí)，還應(yīng)運(yùn)用法律、經(jīng)濟(jì)和行 政干預(yù)等手段，鼓勵(lì)社會的廣泛參與， 充分發(fā)揮社會力量。政府也可以向居民提供此類產(chǎn)品或給予政策性傾斜，從而全民皆參與，共同保護(hù)我們生存的環(huán)境。 臨沂師范學(xué)院 2021 屆本科畢業(yè) 設(shè)計(jì)說明書 25 參 考 文 獻(xiàn) [1] 中國環(huán)境狀況公報(bào) .國家環(huán)境保護(hù)局 [J].2021. 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