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土豆去皮机设计

摘要：本次设计的项目是土豆去皮机的设计。在给定参数的前提下，主要完成了总体方案论证，去皮机筒设计，圆盘的设计，传动方案的论证以及电动机的选型，带传动设计等内容。对轴承，轴承座的选用情况也做了详细的介绍。最后，对电动机的控制以及擦皮机的维修保养等也作了一定程度上的叙述。

关键词：土豆 去皮机 带传动 控制电路

Abstract: The design of the main issues is potato peeling machine design. Given parameters, the main argument to complete the overall program, peeled barrel design, disc design, demonstration and motor drive program selection, belt drive design and so on. Bearing, bearing also made the choice of the situation in detail. Finally, motor control and maintenance of clean paper machine, also to a certain degree of narrative.

Keywords: potato peeling machine belt drive control circuit

前言

随着我国土豆产量的的不断发展和壮大，土豆的加工数量也不断的发展起来了，土豆的产品也越来越多。不论土豆最终做出什么样的成品，它的之前都会有清洗、去皮这两道工序。去皮是一道必需的工艺，因为土豆皮会影响后来的成品的口感，所以在加工前，必须将其皮去除。土豆去皮是所有土豆制品加工工艺过程的重要环节。

1.土豆去皮机的概述

1.1 国内、外研究情况

土豆去皮是所有土豆制品加工工艺过程的重要环节，目前国内外土豆去皮的方法主要有：人工去皮、机械去皮、化学去皮、辐射去皮和蒸汽去皮等。

目前，国内土豆去皮机形式主要有机械去皮，其中机械去皮的应用范围很广，种类最多，

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既有简易的手工去皮又有特种去皮机。有毛刷清洗去皮机江苏科威机械有限公司生产的毛刷清洗去皮机，由北京市某某食品机械厂生产的QJGL一2000型清洗去皮机，山东省诸城市某某食品机械厂TPJ系列土豆清洗去皮机，由兴化市某某机械厂生产的JY-T500型薯类磨皮清洗机，由肇庆市某某机械有限设计制作的TP-500型薯类脱皮机，上海某某食品饮料成套设备总厂的砂辊式土豆去皮机等等[1]。 1.2现状分析

目前，国内土豆去皮机主要是机械去皮的，机械去皮的方法的主要优点有以下方面：1）降低了生产成本。2）减少了环境污染。由于不采用碱液，因而避免了废弃物污染3）操作简单，速度快，可一人操作，效率高4）皮屑可利用5）操作简单，，被去除的果皮含有淀粉和较多的纤维素，又是很好的动物饲料；缺点：对土豆的外形有一定的要求，卵圆形牙眼浅，无伤痕。其它去皮方式，如蒸汽去皮的优点：1) 生产成本降低2）环境污染减轻3)产品得率提高4)产品得率提高，去皮完整、均匀 ,且能较好保持土豆的理化性能 ,被去除的果皮含有淀粉和较多的纤维素 ,又是很好的动物饲料。缺点：如果蒸汽温度，和加热时间把握不当，出现了因蒸煮过度使表面熟化层过厚的现象等等[2]。 1.3 今后的发展方向

1）降低了生产成本； 2）减少了环境污染；

3）操作简单，速度快，可一人操作，效率高；

4）皮屑可利用，被去除的果皮含有淀粉和较多的纤维素，又是很好的动物饲料； 5）可加工任意外形的土豆。如凹凸表面，表面有损伤的等。

2. 土豆去皮机总体设计

2.1 土豆去皮机的构造及工作原理

去皮机是一种小型间歇式去皮机械。擦皮机由工作圆筒4，旋转圆盘5，加料斗1，卸料口7，排污口8，传动装置6及电动机3等部分组成。

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12347586

图1 土豆去皮机

Figure 1 potato peeling machine

它以电机为原动力，通过减速装置带动机筒底部的砂盘旋转，依靠旋转的工作构件驱动原料进行旋转，使得物料在离心力作用下，在机筒内上、下、左、右翻动并与机器构件产生摩擦，物料表面被砂盘均匀地磨蚀，去皮结束时加人清水 再打开侧门，块茎从侧门自动排出，皮屑随水流从砂盘的周围间晾排出。

工作圆筒内表面是粗糙的，圆盘表面呈波纹状，波纹角α=20°～30°，两者大多采用金刚砂黏结表面，均为擦皮工作表面。圆盘波纹状表面除兼有擦皮功能外，主要用来抛起土豆，当土豆从加料斗落到旋转圆盘波纹状表面时，因离心力作用被抛至圆筒壁，与圆筒壁粗糙表面摩擦而达到去皮的目的[3]。

为了保证正常的工作效果，擦皮机在工作时，不仅要求土豆能够被完全抛起，在擦皮室内呈翻滚状态，不断改变与工作构件间的位置关系和方向关系，便于各种物料的不同部位的表面被均匀擦皮，并且要保证土豆能被抛至筒壁。因此，必须保持足够高的圆盘转速，根据经验数据，摩擦圆盘线速度Vmax=5.67m/s时，对土豆的去皮效果最好，土豆果肉损失最少；同时擦皮机内土豆不得填充过多，一般选用物料料充填系数为0.50～0.65,依此进行生产能力计算[4]。

2.2 土豆擦皮机的相关计算 2.2.1本设计的主要内容：

原始参数

1）称料名称：土豆； 2）容重0.8吨/米3； 3）间歇生产 ；

4）处理能力200公斤/小时；

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5）物料粒径<80㎜。 2.2.2生产能力的校核 生产能力

3600?D2HG???? ????????????????????（1）

?1??2??34式中，

τ1—装料时间（秒），设计中取30秒 τ2—擦皮时间（秒），设计中取240秒 τ3—卸料时间（秒），设计中取90秒 D —圆筒内径（米），假设取0.4米

H —圆筒有效高度（米），假设取0.4米

ρ—物料的容积密度（接近容重，取200公斤/米3）

ψ—圆筒内物料充填系数（一般取0.50～0.65），设计中选0.52

则带入数据得

3600??0.42?0.4G???0.52?800?209?200公斤/小时（公斤/小时）

30?240?904 =209 >200 (公斤/小时)

2.2.3擦皮机的主轴转速的理论计算

假设土豆为球形颗粒，且以单个土豆为研究对象，其质量为m，工作时它必须相对工作盘移动。物料在转盘旋转时受力情况如图1所示。

垂直A水平

图2 物料受力分析图

Figure 2 Force diagram of materials

设波纹角为?，物料的速度为v。当转盘旋转时推动 物料A运动，其运动方向垂直于波纹切线。v可分解为V垂直和V水平，CB与转盘平面平行，可以看作是转盘的圆周速度ωR， 故

V??RSin? (ms)

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式中ω为角速度1/s； R为转盘半径（m）

Sin?(ms) 2根据动力学，物料从垂直方向抛起的动能为

112E垂直?mV垂直?m?2R2Sin22? (N?m)

28此动能应等于物料抛起后的势能mhg。为了正常运转，抛高h一定要超过物料在圆筒内

V垂直?VCosx??RSin?Cos???R的厚度，才能使最低层的物料抛起与筒壁进行摩擦，所以用?代替h，又因为

?n??

30可得

1?D222()RSin2??g? 830化简得：

n1?602? (rmin)??????????????????(2)

RSin2?α角一般取20??30?[3]

为了正常运转，仅把物料抛起还不行，还要保证物料能抛向侧壁进行摩擦，抛向侧壁的力靠离心力C

m(?R)2GRn2C?? （N）

R900此离心力应大于波纹对物料的摩擦力T,才能使物料抛向侧壁。

T?Gf （N） f为摩擦系数

使C>T，则有

n2?30f （rmin）???????????????? （3） R取物料层厚度δ

33??H??400?300 (mm)

44摩擦系数f为1.1～1.3，设计中取1.1， 波纹角??20?代入（2），（3）得：

n1?602?2?0.3?60?268 （rmin）

RSin2?0.2?Sin(2?30?)f1.1?30?70.35 （rmin） R0.2- 5 -

n2?30

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[4]

擦皮机圆盘的转速应在n1及n1中取最大者，n=268（rmin）

验算圆盘转速n

2??Dn2?3.14?0.4?268 （m/s） V??4?604?60 =5.61 < Vmax=5.67(m/s)

根据经验数据，摩擦圆盘线速度Vmax=5.67m/s时[5]，对土豆的去皮效果最好，土豆果肉损失最少。

2.2.4 擦皮机所消耗的功率的计算

土豆去皮机所消耗的总功率，可用下式进行粗略估算

P?Mn? (W)

式中

M为转盘转矩(N2m),η为传动效率;

M?fGR????????????????????????（4）

R为摩擦臂矩，R=0.4D（D为转盘直径）

η =(0.75～0.85),设计中选0.80

假设土豆为球形颗粒，土豆粒径﹤80㎜，设计中取80mm，土豆密度ρ=1.0～1.2g/cm3，设计中取ρ=1.1g/cm3 则单个土豆的体积V1

4?d1?43?8???????3.14????268 (cm) V1?3?2?3?2?33 单个土豆的质量m1

m1?V1???268?1.1?294.8（g）=0.2498 (kg)

一个圆筒内放入土豆的个数为N

???????30V2?2?2?2?N????????0.52?37 (个)

V1V1268??D?2??40?2 则土豆去皮机所消耗的总功率P为：

P?Mn??fGRn??fNmg(0.4D)n1.1?37?0.2948?9.8?0.4?0.4?268 (W) ?4?4?0.8 =6302.5W=6.302 (KW)

3.传动方案的设计选用

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3.1 电动机的选用

3.1.1 几种常见电动机的特点

Y系列是我国统一设计的一般用途全封闭自扇笼型三相异步电动机，防护等级为IP44。Y系列电动机具有效率高、启动转矩大、噪声低，振动小，可靠性高等特点，适用于不含易燃，易爆或腐蚀性气体的一般场所和无特殊要求的机械，如：金属切削机床、泵，风机、运输机械、农业机械、食品机械等。它的额定电压380V,频率50Hz。YCJ系列齿轮减速电动机由Y系列（IP44）电动机与齿轮减速器耦合而成，齿轮箱与电动机已成为一整体，可直接输出低转速大转矩。适用于矿山、冶金、建材、化工、食品、造纸，农机等行业。它的额定电压380V,频率50Hz。YZR,YZ系列电动机具有较大的过载能力和较高的机械强度，适用于短时或断续运转，频繁启动，制动，有过载及有显著振动与冲击的设备。专用于起重和冶金机械或类似的其他设备。YZR系列为绕线型转子电动机；,YZ系列为笼型转子电动机。它的额定电压380V,频率50Hz。[6] 3.1.2 电动机容量的选择

土豆去皮机所需要的功率P=6.302KW,因为设计传动中从电动机到圆筒有一对轴承，一个带传动

所以电动机到圆筒的传动总效率为

η0=ηη0=η

滚*

ηη

带

其中，η滚=0.98,η带=0.95

滚*

带=

0.98*0.95=0.931

P1=P/η0=6.302/0.931=6.77 KW

3.1.3 电动机的选型

根据上述对几种常用电动机的分析，综合考虑到土豆去皮机属于无特殊要求，配用效率高、启动转矩大、噪声低，振动小的 Y系列三相异步电动机就可以了。同一功率的异步电动机有同步转速3000、1500、1000、750 r/min 等几种可供选择，通常选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机。根据去皮机所需要的功率P=6.3025kw来选型，由于考虑到电动机功率应当比计算的值大一些，查阅标准表7-2-2[6]，查出有俩个适用的电机型号，因此有下面俩个传动方案。

表1 电动机选型表

Table 1 Motor Selection Table

方案 电动机 型号 1 2 Y160M-4 Y160M-6 额定功率 空载转速 KW 7.5 7.5 r/mim 1500 1000 满载转速 r/mim 1440 970 87 86 效率% 功率 因数 0.85 0.78 传动 比 i 5.37 3.62

普通V带传动比为2～4，链传动的传动比为2～6，齿轮的传动比为3～40，由上表可

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知，方案1的传动比为5.37，方案2的传动比为3.62，对比方案，为使结构紧凑,且的可以选择的传动方式多一些，综合考虑，选择方案2，所以本设计选用1000r/min的电动机，满载转速为970 r/min，查阅标准表7-2-2，选取Y160M-6型电动机。这种电动机的数据如下:

表2 电动机主要性能参数

Table 2 Motor performance parameters of the main table

满载时

额定功率

型号

kW

转速 r/min

Y160M-6

7.5

970

电流 A 17

效率 % 86

功率因数 0.78

2.0

6.5

2.0

起动转矩 额定转矩

起动电流 额定电流

最大转矩 额定转矩

表3 电动机外形和安装尺寸

Table 3 Motor appearance and installation dimension

中心高 H(mm) 160

外形尺寸 L3(AC/2+AD) 6053(330/2+265)

悬挂安装尺寸

A3B 2543210

轴伸尺寸

E 112

装键部位尺寸 F3D3G 12342337

图3电动机结构简图

Figure 3 Schematic diagram of motor

3.2 传动方案的论证与设计 3.2.1传动方案的选择

去皮机转速n=268r/min,所选电动机的转速为1000r/min满载转速为970r/min,因此擦皮机的总传动比为i=970/268=3.62，因为普通V带传动比为2～4，链传动的传动比为2～6，圆柱齿轮的传动比为3～8可以有三种方案可以选择：

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a方案：电动机——三角皮带轮——转盘； b方案：电动机——链传动——转盘； c方案：电动机——齿轮传动——转盘。

a方案采用的是带传动实现减速的目的，带传动的传动比为3～5左右，带传动便于将电动机和圆盘的基础分离，减轻振动的干扰，传动平稳，结构简单，成本低，安装维护方便，带损坏后容易更换。过载时，带在带轮上打滑，可防止其他零件的损坏，起到安全保护的作用。带传动对环境的要求比较低。一般情况下，在带传动中只要不接触润滑油，都不会影响到其寿命。

b方案采用的是链传动实现减速的目的，与带传动相比无弹性滑动和打滑现象，平均传动比恒定，传动效率高，整体尺寸小，磨损后易发生跳齿，工作时有噪声，不宜用于载荷变化很大，高速和急速反向的场合。

c方案采用的是齿轮传动实现减速的目的，它的效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命强，传动比稳定。齿轮减速传动器能够实现单位时间内的精确的传动比，作为独立的传动装置，能达到3000kw。但它的安装精度高，结构紧凑，制造成本大。齿轮传动对环境的要求比较高，当啮合齿轮在啮合的过程中，有粒状物夹杂其中，会加快齿轮的磨损，进而导致齿轮寿命的减短。

以上这三种传动方案都能满足圆盘给料机的功能要求，但结构、性能、经济性和工作环境不同。根据设计数据，擦皮机的容重0.8吨/米3，处理能力200公斤/小时，求出总传动比为3.63，综合考虑选择方案a较合适。 3.2.2安装形式选择

带传动具体安装形式有三种方案可以选择：

方案a:卧式电动机——万向联轴器——带传动——转盘 方案b:立式电动机(传动轴向上)——带传动——转盘 方案c: 立式电动机（传动轴向下）——带传动——转盘

a方案采用联轴器将电动机和主轴连接的，电动机是卧式的，中间需要万向联轴器实现90度的换向。这个传动方案结构简单，工作不平稳。

b方案直接采用立式电动机，传动轴向上,用电动机的轴直接与小带轮连接，电动机的传动轴向上。这个方案传动平稳，结构简单，成本低，安装维护方便。

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方案方案方案图4 安装方案图

Figure 4 installation program map （1.电动机2. 万向联轴器3.小带轮4.V带

5.大带轮6工作机筒）

c方案直接采用立式电动机,传动轴向上,用电动机的轴直接与小带轮连接，电动机的传动轴向上。这个方案传动平稳，结构简单，成本低，安装维护方便。较方案b结构紧凑。

以上这三种传动方案都能满足圆盘给料机的功能要求，但结构、性能、经济性和工作环境不同。根据设计数据，擦皮机的容重0.8吨/米3,处理能力200公斤/小时，求出总传动比为3.63，综合考虑选择方案c较合适，电动机基本结构形式采用B3，安装结构形式采用V5安装。

3.3 V带的设计选用

带传动是由固联与主动轴上的带轮1、（主动轴）、固联与从动轴上的带轮3（从动轮）和紧套在两轮上的传动带2组成的（如下图）。当原动机驱动主动轮运转时候，由于带和带轮间的摩擦，便拖动从动轮一起转动，并传递一定的动力。带传动具有结构简单、传动平稳、造价低廉以及缓冲振动等特点。

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231 图5 带传动示意图

Diagram5 take to spread to move diagram

带传动一般最常用的有几种皮带：平带，V带，同步带。多在相同张紧力和相同摩擦系数的条件下,V带产生的摩擦力要比平带的摩擦力要大,所以V带传动能力强,结构更紧凑, 在机械传动中应用最广泛.V带按其宽度和高度相对尺寸的不同, 又分为普通V带,窄V带,宽V带,汽车V带,齿形V带,大楔角V带等多种类型.目前,普通V带应用最广。同步带相当于平带与多根V带的组合,兼有两者的优点, 多用于结构要求紧凑的大功率传动中。由于土豆去皮机采用小功率电机，综合考虑，大小带轮之间采用普通V带。普通V带的截型分为Y、Z、A、B、C、D、E七种。 3.3.1 V带的设计计算 1）确定计算功率 Pd=KA2P

查表6-1-11[6]，按每天工作<10小时，载荷变动小，取KA=1.1 Pd=1.137.5=8.25 kw 2)选带型

根据Pd=8.25kw和n=970r/min,查图6-1-3[6] 选B型带。

3）确定带的基准直径D1和D2

根据B型带截型参考表6-1-22和表6-1-23[6]，选 D1=140 mm ?Dmin= 125 mm

验算带速：

?D1n13.14?140?970 V???7.11 （m/s）

60?100060?1000V在5～25 m/s范围内，所以D1直径合适。 计算从动轮的直径： D2=iD1=3.623140=506.8 (mm)

查《简明机械设计手册》表6-1-22，V带轮的基准系列

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圆整为D2=500 mm

? 传动比

D2500 i=??3.57

D1140960960 n圆盘???269 (r/min)

i3.57 带速

2?rn2?3.14?200?269 V???5.63 (m/s)

60?100060?1000与经验数据偏差较小，符合要求，可以采用。 4）确定中心距a和带的基准长度

初定中心距 0.7(D1?D2)?a0?2(D1?D2)0.7(D1?D2)?a0?2(D1?D2)

取值范围 448?a0?1280 初定 a0=600 (mm) 计算基准长度 Ld0?2a0?2?D2?D1???

?2?D1?D2?4a0

?2?600?2?2258.8(mm)2?500?140??140?500??

4?600 根据Ld0,查表6-1-19[6],取和Ld0相近的V带基准长度 Ld0=2240 (mm) 实际轴间距 a?a0?5)验算包角

D2?D1500?140?57.3??180???57.3??145? a590.6 >120?

Ld?Ld02240?2258.8?600??590.6 （mm） 22 ?1?180??6）确定带的根数：Z

单根V带的基本额定功率P1

由D1=140 mm和n1=970 r/min,普通V带，查表6-1-37，得

[6]

P1=2.13 kw ,?P?0.30 kw 查表6-1-33[6]，α1=145°时，Ka=0.91 查表6-1-19[6],Ld=2240 mm,B带，取KL=1.00

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Z?Pd8.25??3.73?4 (根)

(p1??p)K?KL(2.13?0.3)?0.91?1.007）确定单根V带的预紧力F0

查表6-1-34[6],B型带，m=0.17

???2.5?Pd2?F0??500??1?mV??0.9 ?K?ZV?a?????2.5??8.25?1??0.17?7.112??0.9 ??500???0.91?4?7.11? =235.82 N

8) 计算作用在轴上的力FQ(或压轴力)

FQ?2F0Zsin?12?2?235.82?4?sin145??1799 N 2FQmax?3F0Zsin9) V带的安装要求

?12?2699 N

1）普通V带和窄V带不得混用；

2）各带轮轴线应相互平行，各带轮相对应的V形槽对称平面应重合，误差不得超过 20°;

3）带嵌入轮槽前，应先调小中心距，不得强行撬入；

4）中心距调定应使带的张紧适度，应控制好初张紧力；

10）V带传动的安装及张紧

图 6 V带的定期张紧装置

Figure 6 V belt tensioning device on a regular basis

V带的张紧方法有定期张紧和自动张紧两种方法。所设计的传动V带用于电动机和圆筒之间的传动，结合土豆去皮机的具体工作情况（如传递的功率比较小），采用张紧轴的定期张紧的方法，通过电动机与支撑板之间的螺栓连接，可以临时调试v带的张紧程度。如图8所示。

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3.4 V带轮的设计选用

对于V带轮的设计应满足的要求有：质量小，结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。 3.4.1带轮的材料的选择

带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为HT150 或 HT200；转速较高的宜采用铸钢；小功率的可采用铸铝或塑料。对于本擦皮机我们选用V带轮的材料为：铸铁 HT150； 3.4.2带轮结构的确定

铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式：实心式，腹板式，孔板式，椭圆轮辐式。 带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构形式； 根据V带轮的槽型和带轮的基准直径，查[6]表6-1-27 小带轮的基准直径D1=140 mm，B型槽，做成实心轮；

大带轮的基准直径D1=500 mm>300 mm, B型槽，做成六椭圆辐轮结构；

根据带的截面类型确定轮槽的尺寸；确定了带轮的各部分尺寸后，即可以绘制出零件图，并按照工艺要求标注出相应的技术条件。

带轮一般放在轴的端部，可以先求出轴的最小直径： 轴的基本直径尺寸公式如下：

d?9550000PP33??A? 00.2[?]nnT P — 驱动擦皮机所需要的功率，KW,P=6.3025KW； n — 轴的转速，r/min，n=269r/min； A0 ，【τ

T】— 与轴材料有关的系数，在此处轴的材料为

45号钢

此次小型土豆擦皮机的轴一般选用45钢就能满足要求，45钢的??T?可以查下表：表表

5 轴常用几种材料的及A0值 From5 material and A0 of shaft

轴的材料

Q235-A

Q275、35 （1Cr18Ni9Ti）

【τT】/MPa

A0

15～25 149～126

20～35 135～112

25～45 126～103 45

40Cr、35SiMn 38SiMo、3Cr13

35～55 112～97

d?A0?3P6.3025?110?3?31.9mm n269对于d≤100mm的轴，有一个键槽时候，轴径要增大5%—7%，有两个键槽时候应该增大10%—15%。因为轴上有1处键槽，所以

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d?31.9?1.05?33.5mm????????????????????

又由于擦皮机的主轴承受的是冲击动载荷，故在设计时，轴的最小处直径应比理论计算的要大一些，然后，再综合考虑，暂时选取dmin=48mm。所以取d1=50mm。

大小带轮示意图如下图所示： 其余R0.512.512JS9(+0.0215-0.0215).5+0.002-0.001110按电动机轴长决定0.245.3+ 0 （部件图）The diagram 9 the small structure of belt wheel 从 静从 静李立和3.26.3 技术要求：1.轮槽工作不得有砂眼和气孔-0.8mm,2.各槽间距的累积误差不得超过+ 任意两槽的基准直径不得大于0.4mm3.未注倒圆角2X45?.材料 HT200图7 小带轮结构图 2010.3.20马铃薯去皮安徽科技学院小带轮12.51：1其余06JD3-0112.538+1°1:251:253.26.46.4 图8 大带轮结构图

The diagram 10 the big structure of belt wheel

3.4.2 V带轮的设计要求

对于V带轮的设计应满足的要求有：质量小，结构工艺性好；无过大的铸造内应力；质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。

带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为HT150 或 HT200；转速较高的宜采用铸

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钢；小功率的可采用铸铝或塑料。对于本擦皮机我们选用V带轮的材料为：铸铁 HT150； 带轮的技术要求：

1）带轮各部位不允许有裂缝、砂眼、缩孔和气泡；

2）带轮轮槽工作面表面要光滑，轮槽棱边要倒圆或倒钝，以减少V带轮的磨损； 3）轮槽对称平面与带轮轴线垂直度允差±30°；

4）带轮轮毂孔公差为H7或H8，轮毂长度上偏差为IT14，下偏差为0；

5）设计带轮时，结构要便于制造，质量分布均匀。当v>5m/s时要进行静平衡试验，当v>25m/s时则应进行动平衡试验。 3.4.3 V带传动的键的选择

在本设计当中，选择圆头普通平键联接。因为圆头普通平键（A型）宜放在轴在上指状铣刀铣出的键槽内，从而使键在键槽内轴向固定良好。这种键用途广泛。缺点是键的端部侧面与轮毂并不接触，不能参与传递转矩，因而键的圆头部分不能得到充分的利用，且轴上键槽端部的应力集中较大。平头平键（B型）是放在用盘铣刀铣出的键槽内，因而避免的上述的缺点，但对尺寸较大的键，宜采用紧定螺钉固定在轴上的键槽中，以防松动。单圆头平键（C型）则常用于轴端与毂类零件的连接。考虑到结构的简单，安装方便和与同一个轴应采用的键应统一，本设计中加工的键槽用端铣刀加工的，故可选用A型键槽。

表4 键的尺寸选择 Table4 key sizes

b3h 轴的直径 b3h 键长系列

6～8 232 ＞44 ～50 143 9

＞8 ＞10 ＞12 ＞17 ～22 636 ＞75 ～85 223 14

＞22 ～30 837 ＞85 ～95 253 14

＞30 ～38 ＞95 283 16

＞38 ～44 ＞110 323 18

～10 ～12 ～17 333 434 535 ＞50 ＞58 ＞65 ～58 ～65 ～75 163183203 10

11

12

1038 1238 ～110 ～130

6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200??

根据上表来选择

由上述可知电动机的输出轴的伸出长度为：L=112mm；轴径为d=42mm；选用平键来进行V带传动的径向定位。

(经查表得：小带轮上的为： 键 12390 GB1096—79；表示为：圆头普通平键（A型）；b=14mm，h=8mm；l=90mm；

大带轮上的为：键14328 GB1096—79；表示为：圆头普通平键（A型）；b=14mm，h=9mm；l=70mm；)

键的材料采用抗拉强度不小于600Mpa 的钢，常用45号钢。键槽的表面粗糙度：轴槽，

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键槽宽度b两侧的表面粗糙度参数Ra 值推荐1.6～3.2um;由轴的长度系列L确定键的长度为90mm。

平键强度的校核，选择好的键，便是校核其强度是否满足实际工作的需要，根据强度校核公式：

2T?103?[P] dkl2Tτ=?103?[τ]

dblT—传递的转矩 N2m ；

P=

d—轴的直径 mm ； l—键的工作长度 mm ；

k—键与轮毂的接触高度mm，k=0.5h，此处h为键的高度； b—键的宽度mm；

查表5-3-17[8]动连接，轻微连接，知，[P]=40 MPa，[τ]=990 MPa 1）校核键12390

带轮直接放在电动机轴上

T1?9550?P9550?P9550?7.51???73.9N.m n1n19702T12?73.9?103??103?9.77( MPa)?[P]dkl42?4?90

2T12?73.9???103??103?3.25( MPa)?[?]dbl42?12?90P?2）校核键14370

T2?9550?P29550?P??带9550?7.5?0.98?3.62???262 N.m?????????(5) n2n1/i9702T22?262?103??103?33.26( MPa)?[P]dkl50?4.5?70

2T2262?2???103??103?10.69( MPa)?[?]dbl50?14?70P?4.轴的设计

轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗轮等），都必须安装在轴上才能运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支撑回转零件及传递动力和运动。

按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴、和转动轴三大类。工作中既承受弯矩有

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承受扭矩的轴承称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受扭矩的称为心轴，心轴又分为转动心轴和固定心轴。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。经过分析此次设计的轴是转轴。

轴还可以按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转的运动改变为往复直线运动，或者做相反的运动变化。直轴根据外形的不同，可分为光轴和阶梯轴两种。直轴一般都制成实心的。在那些由于机器结构的要求而需要在轴中装设其它零件或者减小轴的质量具有特别重大作用的场合，则将轴制成空心的。空心轴内径与外径的比值通常为0.5—0.6,以保证轴的刚度及扭转稳定性。 4.1轴的材料选用

轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧钢圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。 由于碳钢比合金钢廉价，对应集中的敏感性较底，同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用制造轴尤为广泛，其中最为常见的是用45钢。

合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴径的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。

应力水平很低的轴，从经济上考虑，一般多选用强度等级较差的普通碳素钢，例如Q235-A钢等，有时也选用优质碳素钢如45号钢等，一般以其毛坯供应的热处理状态作为材料的热处理要求，图样上不再做任何要求。应力水平高的轴一般选用调质钢，大多数是含碳量在0.30%--0.60%范围内的碳素结构钢和合金结构钢，调质钢就是能进行调质处理。调质处理后得到的是索氏体组织。它比正火或退火所得到的珠光体和铁素体的混合组织具有更好的综合力学性能，例如有较高的强度，较高的冲击韧度，较低的脆性转变温度和较高的疲劳强度。调质钢的钢种很多，常用的有35、45、40Cr、45Mn2、40MnB、35CrMo、30CrMnSi和40CrNiMo等。碳素结构钢如45号钢等，硬度和强度在调质后均有提高，但其淬透性较差，不易获得均匀的组织，强度水平也较低，一般用在尺寸较小，应力水平相对较低的轴上。根据设计形式（转轴），综合考虑使用45号钢作为材料。 4．2轴的结构的设计

轴的设计也和其它零件的设计一样，包括结构设计和工作能力计算两个方面的内容。 轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件的装配困难等。因此轴的结构设计是轴设计的主要内容。 轴的工作能力计算是指轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时候只需要对轴进行强度计算，以防止工作产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应该进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏。

本次设计主要考虑以下问题：所选材料的强度、硬度以及热处理状态，在特殊情况下还应考虑耐腐蚀性和高温性等。此外，还应考虑材料的价格、加工容易程度和采购是否容易等

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等；轴是否满足强度、刚度要求和规定的使用寿命；轴和轴系的尺寸、结构和配置等是否与整个机器相适应；带轮等的联结方法、位置、固定、装配和拆卸等是否合理；轴的加工是否方便易行；轴及轴系在正常情况下的振动，应在允许的范围内；轴承的装配方案、安装、拆卸及其润滑是否合理；轴的密封装置的选择是否合理；轴上个零件间的相互位置及其安装和拆卸顺序；装配时的轴向位置调整方法和检测手段；运转中出现异常现象如振动、噪声、发热时的处理。

轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素：轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法；载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构因素较多，且其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。设计时候，必须对不同情况进行具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应该满足：

1）轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置； 2）轴上的零件应便于装拆和调整； 3）轴应该具有良好的制造工艺性等。

因此，可以先根据轴系的不同要求，将轴的各部分分开考虑，然后再根据相互关系，和加工、安装、拆卸、维修等的要求综合考虑，并相应地调整各部分的结构和尺寸链。 4.3 轴的设计计算

由前面知轴的最小直径dmin=45mm，大带轮轮毂直径为d1=50mm 4.3.1绘制轴的结构简图

图10 轴的结构图 Figure 10 chart axis

4.3.2 确定各轴段尺寸 1）确定各轴段直径

1段：d1=φ50mm, 根据带轮的轴径；

2段：d2=φ55mm, 取决于圆锥滚子轴承的大小；

3段：d3=φ64mm, 取决于圆锥滚子轴承轴向固定轴颈直径； 4段：d4=φ55mm, 取决于圆锥滚子轴承的大小； 5段：d5=φ50mm, 取决于带轮直径；

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6段：d5=φ48mm, 取决于圆螺母、垫片的直径。 2）确定轴上各轴段长

1段： l1=80mm,取决于大带轮的宽度；

2段： l2=66mm,根据轴承压盖宽度，轴承的厚度和螺栓连接的估算； 3段： l3=424.5-l1-l2-l4-l5+2=116.75 mm,它取决于擦皮机的总高度；

4段： l4=23+22.75+86=131.75mm, 根据轴承压盖宽度，轴承的厚度,下机筒的的估算； 5段： l5=30mm,转盘的厚度的大小； 6段： l5=13.5mm, 圆螺母、垫片的厚度。 3）轴的疲劳强度校核

轴的结构尺寸设计完成，是否能用，还需再校核危险截面。土豆去皮机机再工作时候轴向受力很小，因此轴所受的弯矩很小，相对于扭矩可以忽略不计。

主轴所受的扭矩T： T2?扭矩图为：

9550?P29550?P??带9550?7.5?0.98?3.62???262 N.m n2n1/i970w

图11 扭矩示意图

Diagram 11 diagrammatic sketch of moment of torque 强度校核：?ca?2M1?(?T2)MPa

W?ca—轴的计算应力，单位是MPa；

M—轴所承受的矩，N.m；

T—轴所承受的扭矩，已求得， N.m；

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/jq06.html