馬鈴薯去皮機(jī)的設(shè)計(jì)（土豆去皮機(jī)含SW三維圖+CAD圖紙+說明書）

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Along with the development of potato processing industry and the progress of our society and economy, it has become an urgent task for finding an efficient, economical and no pollution method of potato peeling. This paper introduced the large-scale machine for peeling potatoes which is designed by the principle of friction and suited to the factory of food processing, and it presented the key of design,working principle and the composition of the large-scale machine.Keywords：Peeling machine; friction; design; potatoII第一章 引言1.1目的意義和國內(nèi)外現(xiàn)狀概況 目前，世界79%的國家種植馬鈴薯，總面積2000萬hm，左右，總產(chǎn)量3億多噸，僅在小麥、玉米、水稻之后，居第四位。馬鈴薯在我國布極為廣泛，主要產(chǎn)區(qū)集中在四川、黑龍江、甘肅、內(nèi)蒙、河北、山西、陜西、云南、貴州、等省。據(jù)1998年統(tǒng)計(jì)，我國馬鈴薯種植面積近467萬hMz，產(chǎn)量4700多萬噸，居世界第一位。馬鈴薯屬于茄科、塊莖類作物，是珍貴的食物，它既是糧又是菜，營養(yǎng)豐富。其淀粉含量達(dá)11 %-25，且蛋白質(zhì)營養(yǎng)價(jià)值很高，容易消化吸收。其中含有18種氨基酸、多種維生素及豐富的礦物質(zhì)元素。屬于低熱量、高蛋白、多種維生素和礦物質(zhì)食品2。馬鈴薯的蛋白質(zhì)主要是球蛋白，其生物價(jià)為67，高于除大米以外的各種糧食。如果用35%的雞蛋清與65%的土豆蛋白混合食用，則可以合成目前己知的最佳蛋白質(zhì)。馬鈴薯中主要含的是半纖維素，它能增加腸道蠕動(dòng)的次數(shù)。另外，馬鈴薯還是一種較好的化工原料。日本通產(chǎn)省北海道工業(yè)技術(shù)實(shí)驗(yàn)廠開發(fā)出一種用馬鈴薯作原料生產(chǎn)塑料的技術(shù)。這種塑料能通過土壤和水中的微生物進(jìn)行自然分解，最終化成為水和二氧化碳。國外馬鈴薯主要用于加工，鮮食比例較小。美國有75%的鮮薯用于加工，法國為60%，荷蘭為40%，英國為40%，而我國馬鈴薯主要以蔬菜的形式進(jìn)行鮮食，用于加工的比例不足10%。由于馬鈴薯作為蔬菜其口感較差，并不太受人們的歡迎，因而價(jià)格低廉，每年有15%的馬鈴薯爛掉，浪費(fèi)較多，嚴(yán)重影響了廣大薯農(nóng)的經(jīng)濟(jì)利益和種薯積極性。這種現(xiàn)象不利于我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。國外的馬鈴薯制品，如馬鈴薯?xiàng)l、馬鈴薯片是一種很受歡迎的快餐食品，現(xiàn)已風(fēng)靡我國的麥當(dāng)勞、肯德雞等快餐店，其拳頭產(chǎn)品就是馬鈴薯制品。我國的馬鈴薯產(chǎn)品加工起步較晚，工藝技術(shù)落后，還不能形成規(guī)模。馬鈴薯制品的質(zhì)量趕不上國外水平，產(chǎn)量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了市場(chǎng)要求，因而加快我國馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，提高馬鈴薯的附加值，不但能滿足消費(fèi)者需求，而且是加快我國貧困地區(qū)，尤其是西部馬鈴薯產(chǎn)區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一條重要途徑。據(jù)了解，貴州省己經(jīng)把馬鈴薯產(chǎn)業(yè)為本省經(jīng)濟(jì)的一大增長點(diǎn)。中央關(guān)于西部大開發(fā)的決議，又為馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展帶來了很好的機(jī)會(huì)。馬鈴薯產(chǎn)業(yè)將大有可為。馬鈴薯制品的主要品種有馬鈴薯?xiàng)l、馬鈴薯片、脫水馬鈴薯泥等。不論何種制品，其加工工藝都要求必須對(duì)原料馬鈴薯進(jìn)行去皮處理，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量，保證其外觀、色澤和口感。馬鈴薯去皮的方法主要有人工去皮、機(jī)械去皮、化學(xué)去皮、輻射去皮和蒸汽去皮等。人工去皮的去皮效果較好，但效率低、損失率高，顯然不能適應(yīng)馬鈴薯產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的需要。機(jī)械去皮有離心去皮和磨擦去皮兩種形式，主依賴馬鈴薯與馬鈴薯之間及馬鈴薯與金剛砂或橡膠之間的磨擦作用而達(dá)到去皮的目的。這種方法去皮效果差，且易造成馬鈴薯表面層的損傷?；瘜W(xué)去皮有熱堿法和低溫去皮液法兩種形式，主要依賴強(qiáng)堿溶液及特配化學(xué)去皮液的作用，軟化和松馳馬鈴薯的表皮和芽眼，然后用高壓冷水噴射，達(dá)到去皮目的。這種方法對(duì)去皮前后的沖洗工藝要求較高，且堿液或去皮液消耗量過大，成本較高。輻射去皮是利用輻射波被馬鈴薯表皮的水分吸收、蒸發(fā)，使入射的輻射波剛進(jìn)入受熱體淺表層即引起強(qiáng)烈的共振，被吸收而轉(zhuǎn)化為熱量，從而達(dá)到剝皮效果同這種方法去皮效果較好，但果皮只能廢棄，不能被利用。蒸汽去皮是將馬鈴薯在蒸汽中進(jìn)行短時(shí)間處理，使其皮層熟化，然后利用鐵刷和流水沖去外皮，達(dá)到去皮目的。1.2馬鈴薯原料加工預(yù)處理工藝流程簡介1.2.1馬鈴薯的分級(jí)馬鈴薯的分級(jí)可按照不同的加工品的要求，采用不同的分級(jí)方式分級(jí)，包括大小分級(jí)、成熟度分級(jí)和色澤分級(jí)等幾種。在我國成熟度分級(jí)常用目視估測(cè)的方法進(jìn)行，而大小分級(jí)是分級(jí)的主要內(nèi)容，幾乎所有的加工果蔬均需大小分級(jí)，分級(jí)的方法有手工分級(jí)和機(jī)械分級(jí)。1.2.2馬鈴薯的清洗原料清洗的目的在于洗去果蔬表面附著的塵土、泥沙和大量的微生物以及部分的化學(xué)農(nóng)藥，保證產(chǎn)品的清潔衛(wèi)生，從而保證產(chǎn)品品質(zhì)。對(duì)于農(nóng)藥殘留的果蔬，洗滌時(shí)常在水中加化學(xué)洗滌劑，常用的有鹽堿地酸、醋酸，有時(shí)也用氫氧化鈉等強(qiáng)堿及漂白粉、高錳酸鉀等強(qiáng)氧化劑。果蔬清洗的方法須根據(jù)果蔬形狀、質(zhì)地、表面狀態(tài)、污染程度、夾帶泥土量以及加工方法而定。主要有手工清洗和機(jī)械清洗。后者需配置滾筒式、噴淋式、壓氣式、漿葉式等設(shè)備。1.2.3馬鈴薯的去皮 凡是馬鈴薯果皮粗糙、堅(jiān)硬，具有不良風(fēng)味的均應(yīng)去皮，以利于提高品質(zhì)，只有在加工某些果脯、蜜餞、果汁和果酒時(shí)，因要打漿和壓榨，才不用去皮，馬鈴薯去皮方法如下：（1）手工去皮：用特別的刀、刨等工具人工削皮，去皮干凈、損失少，但勞動(dòng)效率低。 （2）機(jī)械去皮：主要用于比較常規(guī)的果蔬原料。（3）堿液去皮：利用堿液的強(qiáng)腐蝕性來使蔬菜表面中膠層溶解，從而使果皮分離。堿液去皮常使用氫氧化鈉，腐蝕性強(qiáng)且廉價(jià)。堿液去皮時(shí)堿液的濃度、處理時(shí)間和堿液溫度，應(yīng)視不同果蔬原料種類、成熟度、大小而定。堿液濃度提高、處理時(shí)間長和溫度高都會(huì)增加皮層的松離及腐蝕程度。經(jīng)堿液處理后的果蔬必須立即在冷水中浸泡、清洗、反復(fù)換水直至表面無膩感，口感無堿味為止。（4）熱力去皮：果蔬用短時(shí)間高溫處理后，使表皮迅速升溫，果皮膨脹破裂，與內(nèi)部果肉組織分離，然后迅速冷卻去皮，適合于成熟度高的桃、李、杏等。熱去皮的熱源主要有蒸汽和熱水。此法原料損失少，色澤好，風(fēng)味好。（5）酶法去皮：在果膠酶的作用下，達(dá)到去皮目的。需要控制酶的最佳作用條件如溫度、時(shí)間、PH值等。（6）冷凍去皮：將果蔬在冷凍裝置中冷至達(dá)到輕度表面冷凍，然后解凍，使皮松弛后去皮，此法質(zhì)量好但費(fèi)用高。（7）真空去皮：將成熟的果蔬先行加熱，使其升溫后果皮和果肉分離，接著進(jìn)入有一定真空度的真空室內(nèi)，適當(dāng)處理，使果皮下的液體迅速“沸騰”，皮與肉分離，然后破除真空，沖洗或攪動(dòng)去皮。1.2.4馬鈴薯的護(hù)色馬鈴薯在加工過程中，將原料去皮、切分、破碎和空氣接觸及高溫處理，都可能促進(jìn)化學(xué)變化，生成有色粉質(zhì)。其中包括酶褐變和非酶褐變。都要經(jīng)過相應(yīng)的方式來對(duì)馬鈴薯進(jìn)行護(hù)色保護(hù)。1.3 國內(nèi)外馬鈴薯去皮設(shè)備簡介 國外馬鈴薯去皮方法大致有三種，即機(jī)械去皮、蒸汽去皮和化學(xué)方法去皮。三種去皮方法的工作原理為： 一 、機(jī)械去皮。在圓筒形容器中。依靠帶有磨料的圓盤、滾輪或依靠特制的橡膠輥在中速或高速旋轉(zhuǎn)中摩擦塊莖的表面而達(dá)到去皮目的。 二、 蒸汽去皮。在高壓容器內(nèi)，通高壓蒸汽使塊莖表面受熱，然后打開容器盞，突然釋放壓力塊莖的表皮和果肉即自行分離。 三、化學(xué)去皮。在耐堿容器內(nèi)，加強(qiáng)堿溶液并加溫，后加人塊莖，經(jīng)一段時(shí)間后塊莖的表皮被堿溶液腐蝕，經(jīng)高壓水反復(fù)沖洗干凈后，。再將塊莖放人機(jī)械去皮機(jī)中剝?nèi)ケ砥ぁ?.3.1機(jī)械裝置目前，國內(nèi)主要使用機(jī)械摩擦去皮機(jī)。如圖1.1所示，該機(jī)由機(jī)蓋、機(jī)筒、機(jī)座、電機(jī)、砂盤等部分組成。以電機(jī)為動(dòng)力，通過減速齒輪帶動(dòng)機(jī)筒底部的砂盤旋轉(zhuǎn)。塊莖加入機(jī)筒內(nèi)，因其離心力和相互碰撞作用，在機(jī)筒內(nèi)上、下、左、右翻動(dòng)，表面被砂盤均勻的摩蝕，去皮結(jié)束時(shí)加入清水，再打開側(cè)門，塊莖從側(cè)門自動(dòng)排出，皮屑隨水流從砂盤的周圍間隙排出，該機(jī)為間歇生產(chǎn)。圖1.1 機(jī)械式摩擦去皮機(jī)1.3.2 蒸煮裝置國內(nèi)食品加工業(yè)使用的連續(xù)式鏈帶蒸煮機(jī)和高壓蒸煮鍋，機(jī)體龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，小型果蔬原料食品加工廠引進(jìn)使用有一定困難。在實(shí)際生產(chǎn)中，對(duì)馬鈴薯片的蒸煮要求并不高，使用自制的蒸煮裝置完全可以滿足要求。圖1.2為一般食堂、飯店常用的蒸煮裝置結(jié)構(gòu)示意圖。在一個(gè)大型蒸煮容器內(nèi)鋪設(shè)軌道，道軌通到容器大門外切片機(jī)附近。道軌上置放平板小車，小車上裝有方形籠屜若干層。塊莖切片后，依次放入籠屜。待所有的籠屜子都裝滿薯片后，將小車連同籠屜推入容器中，密封大門，再通入蒸汽蒸煮。待薯片蒸熟后，打開大門，拉出小車和籠屜，取出薯片。蒸煮容器為長方形，下部設(shè)有進(jìn)氣管道和閥們，上部有排氣管。容器框架由角鋼制作，外壁由鋼板制造，并用隔熱材料涂抹保溫。1.蒸房 2.門 3.籠屜 4.平車 5.道軌圖1.2 間歇式蒸煮裝置1.3.3 化學(xué)去皮裝置在由防堿材料制成的容器中注入氫氧化鈉溶液，溶液濃度為15%25%。加熱溶液，溫度達(dá)到8795C，加入塊莖攪拌使溫度保持在70C左右；經(jīng)過26分鐘，塊莖的表皮開始變松變軟；撈出塊莖，用高壓水反復(fù)沖洗，知道表面無殘留物為止。撈出的塊莖也可放入機(jī)械式去皮機(jī)中剝?nèi)ケ砥?。本法的?yōu)點(diǎn)是對(duì)不同大小、不同形狀的塊莖適合性好，去皮快，不需要結(jié)構(gòu)復(fù)雜的專門設(shè)備。缺點(diǎn)是沖洗塊莖需要大量清水，皮屑不能利用，排出的廢液污染環(huán)境。由于去皮方法不同，國內(nèi)外馬鈴薯、胡蘿卜去皮機(jī)械的結(jié)構(gòu)形式也各不相同，去皮差異較大，去皮率大致為7%-25%，其中機(jī)械去皮率為最大，蒸汽去皮率為最小。1.1國內(nèi)外幾種去皮設(shè)備的去皮性能比較表機(jī)型L離心式切屑去皮機(jī)機(jī)械去皮機(jī)蒸汽式去皮機(jī)化學(xué)法去皮機(jī)結(jié)構(gòu)簡單復(fù)雜復(fù)雜簡單對(duì)塊莖原料的要求卵 卵圓形，芽眼淺，無傷痕卵 卵圓形，芽眼淺，無傷痕無要求無要求產(chǎn)品質(zhì)量 表面光滑，無污染，無蒸煮層表面光滑，無污 染，淀粉損失大表 表面光滑，有蒸煮層，無污染表 表面光滑，無蒸煮層，有污染皮屑可利用部分利用部分利用不能利用有無加熱設(shè)備無無需要（150-200度）需要（85-95度）由于去皮方法不同。囪內(nèi)外馬錯(cuò)薯去皮機(jī)艘的結(jié)構(gòu)形式也各不相同，去皮效果差異較大，去皮率大致為 725，其中機(jī)械去皮率為最大，蒸汽去皮率為最小。通過上表的比較分析以及聯(lián)系本次設(shè)計(jì)的任務(wù)要求，同時(shí)結(jié)合我國在去皮機(jī)上的實(shí)際水平考慮經(jīng)濟(jì)性，達(dá)到能以最少的投資獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益，決定以機(jī)械去皮機(jī)為設(shè)計(jì)方案。38第二章 馬鈴薯去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)主要考慮去皮后的馬錯(cuò)薯達(dá)到表面光滑 無破壞層、去皮過程無污染及切屑可利用為目的：同時(shí)考慮經(jīng)濟(jì)實(shí)用。達(dá)到能以晟少的投資獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。從而為推廣該產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。2.1 馬鈴薯去皮機(jī)的設(shè)計(jì)及特點(diǎn)2.1.1工藝流程及結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 針對(duì)研制目的，采用清洗后去皮工藝，研制出攪龍式機(jī)械清洗機(jī)和離心式機(jī)械切屑去皮機(jī)。并利用可調(diào)節(jié)式刀片，達(dá)到切屑量可控制的目的。其工藝流程為：原料準(zhǔn)備 清洗去皮產(chǎn)品清洗皮屑收集產(chǎn)品收集。攪戈式清洗機(jī)為國內(nèi)大量使用的清洗機(jī)械。其結(jié)構(gòu)如圖2.1所示，梯型洗槽內(nèi)。固定著輸送攪戈。攪龍通過減速器由電機(jī)驅(qū)動(dòng)，洗槽內(nèi)充水。在攪龍上部有噴水裝置塊莖進(jìn)入洗槽浸泡在水里，由于在被攪龍?zhí)嵘^程中 塊莖相互問以及與攪龍葉間摩擦而逐漸去皮；同時(shí)清水不斷從攪龍面部噴淋下來，沖洗塊莖，故塊莖越接近頂部越干凈。 離心式機(jī)械切屑去皮機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。在外罩內(nèi)部裝有由電機(jī)帶動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)工作盤。盤上均勻分布著6個(gè)長孔。長孔上布置著切屑刀片。其中切屑刀片相對(duì)長孔間隙可適當(dāng)調(diào)解；工作盤上部的外罩上均勻分布著3塊彈板。工作盤下部裝有同主軸一同旋轉(zhuǎn)的橡腔刮板。工作時(shí)塊莖通過貯料室投入到工作室內(nèi)。工作盤按一定速度旋轉(zhuǎn)。在離心力、重力和摩擦力共同作用下，利用塊莖相對(duì)于工作盤上刀片問的相對(duì)速度差將馬鈴薯的皮屑切去；同時(shí)，在離心力的作用下塊莖被甩向四周。并不斷滾動(dòng)：而周圍外罩上分布著幾塊彈板。將塊莖撞離外周，且不斷旋轉(zhuǎn)滾動(dòng)。因此。在刀片和彈板共同作用下馬鈴薯塊莖被均勻地切去外皮，實(shí)現(xiàn)馬鈴薯去皮目的。 摩擦式機(jī)械去皮機(jī)結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。以電機(jī)為動(dòng)力，通過齒輪帶動(dòng)圓筒底部的磨盤旋轉(zhuǎn)。磨盤上表面中間低、邊緣高，呈波浪形。塊莖加入圓筒內(nèi)，因離心力和相互碰撞作用，在圓筒內(nèi)上、下、左、右翻動(dòng)，并不斷地滾動(dòng)；而圓筒上的彈板，將塊莖彈回，在磨盤和彈板共同作用下馬鈴薯塊莖被均勻地磨去外皮，實(shí)現(xiàn)馬鈴薯去皮的目的。去皮結(jié)束時(shí)加入清水，再打開側(cè)門，塊莖從側(cè)門排出，皮屑隨水流從磨盤的周圍間隙排出。該機(jī)為間歇生產(chǎn)。本文以摩擦式機(jī)械去皮機(jī)為設(shè)計(jì)方案。1噴水管 2攪龍 3進(jìn)料斗 4承槽 5溢流管 6機(jī)架 7變速箱圖2.1 攪龍式清洗機(jī)1產(chǎn)品筒 2機(jī)架 3電機(jī)4減速箱5皮屑筒 6皮屑刮板 7圓筒 8工作盤圖2.2馬鈴薯切屑去皮機(jī)1 儲(chǔ)料 口 2簡蓋 3插板 4圓筒 5出料 口 6底座 7機(jī)槊 8聯(lián)軸器 9電機(jī) 10變速機(jī)構(gòu) 11橡膠擋板 12磨盤圖2.3摩擦式馬鈴薯去皮機(jī)的整體結(jié)構(gòu)2.2摩擦式馬鈴薯去皮機(jī)基本結(jié)構(gòu)該機(jī)采用立式機(jī)型，主要包括工作圓筒，工作轉(zhuǎn)盤，機(jī)架和傳動(dòng)部分，見上圖2.3。2.2.1工作圓筒工作圓筒部分包括圓柱形工作筒和倒梯形集皮槽。它由不銹鋼薄鋼板卷焊而成（采用不銹鋼是因?yàn)樗哂辛己玫哪透g性能承受一定的沖擊載荷，具有較高的硬度和耐摩性，特別是對(duì)于此類食品加工設(shè)備，食品安全衛(wèi)生狀況最佳）。筒內(nèi)壁為粗糙表面，以棕剛玉摻環(huán)氧樹脂澆注、烘干而成。圓筒的側(cè)壁開有帶活門的出料口，物料塊莖在離心力的作用下甩出來，碰在出料門的內(nèi)壁上并改變方向，以便于物料的收集。出料口和排渣口的方位可根據(jù)接收容器的放置位置和方便操作來確定。2.2.2工作轉(zhuǎn)盤工作轉(zhuǎn)盤是物料去皮過程中產(chǎn)生機(jī)械作用的主要部件。根據(jù)馬鈴薯的生物學(xué)特性及物理特性，吸收手工去皮的基本原理，確定轉(zhuǎn)盤的基本形狀為圓盤形，轉(zhuǎn)盤表面為中心向四周輻射的凸起波紋狀。為增大物料和轉(zhuǎn)盤的摩擦，用棕剛玉摻環(huán)氧樹脂通過模型澆注在盤的頂面上，大概20mm厚，經(jīng)烘干制成。亦具有一定的去皮作用。轉(zhuǎn)盤下方設(shè)有隨盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的擋水環(huán)，以防止清洗水進(jìn)入軸承。圖2.4軸上零件的裝配分析。 1磨盤 2橡膠擋板 3軸 4齒輪圖4.1軸上零件的裝配分析2.2.3傳動(dòng)系統(tǒng)該傳動(dòng)系統(tǒng)采用V帶一級(jí)傳動(dòng)。電機(jī)安裝在機(jī)架上水，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊。2.2.4其他工作圓筒下部設(shè)有排渣口，清洗水連同物料皮渣一起從這里排出。2.3工作原理以電機(jī)為動(dòng)力，通過齒輪帶動(dòng)圓筒底部的磨盤旋轉(zhuǎn)。磨盤上表面中間低、邊緣高，呈波浪形。塊莖加入圓筒內(nèi)，因離心力和相互碰撞作用，在圓筒內(nèi)上、下、左、右翻動(dòng)，并不斷地滾動(dòng)；而圓筒上的彈板，將塊莖彈回，在磨盤和彈板共同作用下馬鈴薯塊莖被均勻地磨去外皮，實(shí)現(xiàn)馬鈴薯去皮的目的。去皮結(jié)束時(shí)加入清水，再打開側(cè)門，塊莖從側(cè)門排出，皮屑隨水流從磨盤的周圍間隙排出。該機(jī)為間歇生產(chǎn)。當(dāng)去皮機(jī)工作時(shí)，工作轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，物料由斗形進(jìn)料口加入，物料落到旋轉(zhuǎn)圓盤表面上的波紋凸起上時(shí)，受離心力的作用由工作圓盤的中心向外運(yùn)動(dòng)，同時(shí)被拋起向筒壁的粗糙表面并產(chǎn)生摩擦。物料不斷的沿工作圓筒壁運(yùn)動(dòng)，上升到頂蓋，又被頂蓋擋回落入工作盤表面。物料在這樣的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中，被猛烈翻滾攪動(dòng)，從而形成了與盤、筒壁及顆粒之間的以翻轉(zhuǎn)、揉搓摩擦為主，撞擊為輔的綜合機(jī)械作用效果，從而達(dá)到去皮的目的。在摩擦去皮的同時(shí)，從進(jìn)水孔注入清水，及時(shí)將擦下的皮通過轉(zhuǎn)盤與筒壁的縫隙沖至排渣口排出機(jī)體。在不停機(jī)的情況下，打開出料口的活門，物料利用離心力從出料口卸出。卸料前應(yīng)停止注水，以防止活門打開后從出料口濺出。第三章 馬鈴薯去皮機(jī)的參數(shù)確定3.1 物料在工作圓筒內(nèi)的受力分析去皮機(jī)工作時(shí)，磨盤以一定的速度旋轉(zhuǎn)，工作室內(nèi)的土豆在離心力、重力和摩擦力共同作用下。利用土豆相對(duì)于工作磨盤間的相對(duì)速度差，將土豆的皮去掉。物料在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)的受力情況如圖3.1所示：圖3.1 物料在擦皮機(jī)中的受力分析圖設(shè)波紋角為,物料的速度為V。當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時(shí)推動(dòng)物料A運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)方向垂直于波紋切線。V可以分解為V垂直和V水平，CB與轉(zhuǎn)盤平面平行，可以看作是轉(zhuǎn)盤圓周速度R，式中為角速度（1/s）,R為轉(zhuǎn)盤半徑（m） =Vcos=RsincosSin2=2sincossincos=則=R（m/s）物料從垂直方向拋起的動(dòng)能E垂直=mv2垂直=m()2=m2R2sin22(Nm)此動(dòng)能應(yīng)等于勢(shì)能mgh即：m2R2sin22=mgh 2R2sin22=gh為了正常運(yùn)轉(zhuǎn)，拋高h(yuǎn)一定要超過物料在工作圓筒內(nèi)的厚度，才能使最低層的物料拋起與桶壁進(jìn)行摩擦，所以用代替h，即2R2sin22=g又因?yàn)?，代入上式得（）2 R2sin22= g化簡得n=60(r/min) (1)角一般取20。30。為了正常運(yùn)轉(zhuǎn)，僅把物料拋起還不行，還要保證物料能拋向側(cè)壁進(jìn)行摩擦，拋向側(cè)壁的力靠離心力為CC=（N）此離心力應(yīng)大于波紋對(duì)物料的摩擦力T，才能使物料離開波紋拋向側(cè)壁，摩擦力T=Gf(N) f為摩擦系數(shù)使CT，即 Gf n=n30(轉(zhuǎn)/分) (2)在設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，應(yīng)?。ǎ?、（）兩式中的大值作為轉(zhuǎn)速值，設(shè)計(jì)所選擇的n值。3.2工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的確定收購馬鈴薯、胡蘿卜等物料時(shí)，其包裝以編織袋居多，每袋，工作時(shí)每次倒入兩袋（以袋的整數(shù)倍為一次計(jì)量），下面以此確定整機(jī)的尺寸和轉(zhuǎn)速。馬鈴薯、胡蘿卜的容量根據(jù)資料查找，選取一般值kg/m,馬鈴薯、胡蘿卜的長度一般取在mm-mm之間考慮，轉(zhuǎn)盤半徑應(yīng)與物料長度有一定的可比性，再考慮整機(jī)結(jié)構(gòu)以及外形尺寸。根據(jù)設(shè)計(jì)選定工作轉(zhuǎn)盤半徑mm，則物料的堆高，根據(jù)公式m可以估算出，物料的堆高值mm由（）式可知，在小于。時(shí)，轉(zhuǎn)速隨的增大而降低，考慮轉(zhuǎn)速不宜太高且能有較大的拋高，取。，則由（）式計(jì)算轉(zhuǎn)速最小值為nr/min。馬鈴薯、胡蘿卜與磨料的摩擦系數(shù)為1.1-1.3,取f1.2由（）式計(jì)算轉(zhuǎn)速n=r/min取以上兩者中的大值。但由于以上確定的轉(zhuǎn)速僅適用于理想物料情況，實(shí)際工作中，由于物料之間的相互碰撞、摩擦和物料的彈性影響，物料在此轉(zhuǎn)速下達(dá)不到計(jì)算高度，故n應(yīng)適當(dāng)放大結(jié)合考慮，故最終選定工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速nr/min3.3馬鈴薯去皮機(jī)功率的確定去皮機(jī)的功率消耗包括：克服物料對(duì)轉(zhuǎn)盤摩擦力所需要的功率；克服物料對(duì)工作圓筒壁摩擦力所需要的功率；轉(zhuǎn)盤拋起物料所作的功率；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)因摩擦而消耗的功率以上功率分別以下公式計(jì)算 （W）式中處于圓筒內(nèi)物料的摩擦力矩（Nm）=（Nm）式中 G物料重力（N）f摩擦系數(shù)（1.11.3）摩擦臂矩（m）CP物料與圓盤的平均相對(duì)角速度（1/s）,采用最大角速度的1/2故 （W） 式中在離心力的作用下物料與側(cè)壁的瞬時(shí)摩擦力矩 （Nm） （Nm）式中 物料圓周速度（m/s） 摩擦臂矩（=）（m） = （Nm）故（W） （W）式中s工作轉(zhuǎn)盤表面波紋高度（m） k波紋的數(shù)量即傳動(dòng)損失，可用傳動(dòng)效率表示（=0.9）則消耗的總功率為：化簡得 （W）結(jié)合上式根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，總功率可用以下式子進(jìn)行估算（）式中為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩（NM）,為傳動(dòng)效率R為摩擦臂矩（m），0.4（為工作轉(zhuǎn)盤直徑）根據(jù)上式則可算出工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩用近似值進(jìn)行估算，達(dá)到生產(chǎn)要求所需的功率.，考慮到電動(dòng)機(jī)效率及意外情況，取電動(dòng)機(jī)功率為3.4整機(jī)主要參數(shù)指標(biāo)型號(hào)JL-工作轉(zhuǎn)盤直徑mm轉(zhuǎn)速r/min電動(dòng)機(jī)（同步轉(zhuǎn)速r/min）生產(chǎn)能力kg/h每次投料量kg每次去皮時(shí)間約為秒去皮得率去皮損耗率 清洗水耗量 t/h重量 kg第四章 主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 V帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算由上述可知，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為r/min，額定功率，工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為r/min，傳動(dòng)比=，電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速n=r/min，一天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間小于h。計(jì)算功率由機(jī)械設(shè)計(jì)書表8-6查得工作情況系數(shù).故4.kw選取普通帶帶型根據(jù),由圖8-9確定為型窄帶確定帶輪基準(zhǔn)直徑由表8-3和表8-7取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑d=100mm根據(jù)式(8-15)，從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑d=d=500mm根據(jù)表8-7,取d500mm按式（8-13）驗(yàn)算帶的速度3.8m/s35m/s故帶的速度合適。確定普通帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距根據(jù)0.7(d+ d)a2(d+ d)初步確定中心距amm根據(jù)式（8-20）計(jì)算所需的基準(zhǔn)長度L2a+(d+ d)+=2262.5mm由表8-2選帶的基準(zhǔn)長度Ld=2240mm按式（8-21）計(jì)算實(shí)際中心距aa= a+=(500+)=489mm驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角由式(8-6)得180-=180=133120(至少需要達(dá)到90)故可知主動(dòng)輪的包角合適。計(jì)算普通帶的根數(shù)由式（8-22）知由n=720r/min，d100mm，5，查表8-5c和表8-5d得1.2kw =0.12kw查表8-8得=0.87,查表8-2，得1.05則3.65取根（合適）計(jì)算預(yù)緊力由式（8-3）知500查表8-4得q=0.07kg/m,故N=272.18N計(jì)算作用在軸上的壓軸力為了設(shè)計(jì)安裝帶輪的軸和軸承，必須確定傳動(dòng)作用在軸上的力由式（8-24）得2sin=2=1997(N)帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，輪槽工作面要精細(xì)加工（表面粗糙度一般應(yīng)為3.2）,以減少帶的磨損；各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。帶輪的材料選取的灰鑄鐵，結(jié)構(gòu)為腹板式。見V帶輪附圖。42傳動(dòng)主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算由于軸承的型號(hào)是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，故初步計(jì)算軸的直徑軸的直徑可按照扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行估算，即d=C P=3.5KW n=150r/min式中為軸傳遞的功率，kw;n為軸的轉(zhuǎn)速，r/min;C為由軸的材料和受載情況確定的系數(shù)。軸用號(hào)鋼材料，取。則經(jīng)過計(jì)算=32mm輸出軸的最小直徑顯然是安裝帶輪的直徑，由于此傳動(dòng)主軸開有兩個(gè)鍵槽，考慮到鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱，則32+32考慮到車螺紋，故取最小軸徑d=55mm擬定軸上零件的裝配方案本軸的零件的裝配方案見裝配圖；軸的結(jié)構(gòu)圖見零件附圖。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度L段的軸段為了滿足工作轉(zhuǎn)盤的軸向定位要求，考慮反轉(zhuǎn)螺帽的旋入深度，工作轉(zhuǎn)盤的厚度，此軸段所車的螺紋長度為mm，總長Lmm,直徑d=55mmL段的軸段此段安裝有軸承，考慮工作圓筒內(nèi)的集皮空間和機(jī)架的厚度，此軸段的總長（由于此處選用凸緣式軸承蓋進(jìn)行密封，則軸承蓋連接螺釘直徑選M10,數(shù)目6個(gè)）L100mm，直徑d65mm L段的軸段此段主要是處于立式軸承座中，進(jìn)行軸承的軸向固定起承載作用，故長度根據(jù)估算取L60mm d=74mm段的軸段此段的軸長主要是與大帶輪發(fā)生聯(lián)系，在其上安裝有軸承，根據(jù)大帶輪的帶輪寬（1）=52mm,綜合考慮取此處90mm,d=65mm段的軸段此段用來安裝大帶輪，由以上的大帶輪寬度可取此處軸段長度52mm,d=55mm4.2.1軸上零件的周向定位工作圓筒和大帶輪的周向定位均采用平鍵聯(lián)接,按d=55mm由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得所選用的平鍵截面b (mm)(GB/T1095-1979),鍵槽用鍵槽銑刀加工，與工作轉(zhuǎn)盤相連的鍵槽長取mm，也大帶輪相連的鍵槽長取mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長見GB/T1096-1979）,同時(shí)為了保證大帶輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇大帶輪輪轂與軸的配合為H7/n6,滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差是n6。4.2.2確定軸上圓角和倒角尺寸參考機(jī)械設(shè)計(jì)書，表15-2，取軸端倒角為。4.3滾動(dòng)軸承的初步選擇因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，按照工作要求并根據(jù)d=65mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的角接觸球軸承7213AC，其尺寸為,成對(duì)使用，安裝在立式軸承座上。同時(shí)在驅(qū)動(dòng)端安裝一個(gè)膜片式彈簧圈對(duì)軸施加預(yù)載荷，所以可以保證主軸系統(tǒng)無游隙運(yùn)動(dòng)和高剛度，這樣可以避免無載荷軸承在高速下可能出現(xiàn)的球打滑現(xiàn)象，球打滑可能會(huì)引起表面變粗糙，提高運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲。軸承的潤滑：該滾動(dòng)軸承采用脂潤滑。潤滑脂是增稠劑和基礎(chǔ)油的混合物，可分為以下潤滑脂類型：(1)由金屬皂作為增稠劑與潤滑油所構(gòu)成的金屬皂基潤滑脂。(2)由無機(jī)膠凝劑式有機(jī)增稠劑與潤滑油構(gòu)成的非皂基潤滑脂。(3)由有機(jī)式無機(jī)增稠劑與合成油構(gòu)成的合成潤滑脂。該軸承選用號(hào)鈣基脂為潤滑脂。該軸承為長壽命潤滑脂潤滑，潤滑間隔為一年。第五章 主要零件的校核5.1滾動(dòng)軸承的壽命計(jì)算在確定滾動(dòng)軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取a值，對(duì)于7213AC型角接觸球軸承，由手冊(cè)查得a=25mm,因此作為外伸梁的軸的支撐跨距25+60+25=110mm求出軸承的徑向載荷根據(jù)計(jì)算得出 則兩者的方向相反又因?yàn)楝F(xiàn)以為計(jì)算滾動(dòng)軸承來校核軸承壽命因?yàn)?.210.68 P=3649N則所選用的滾動(dòng)軸承的壽命為對(duì)于球軸承而言3查表知7213AC型角接觸球軸承的基本額定動(dòng)載荷C51200N根據(jù)上式計(jì)算其壽命得出，滿足工作要求又對(duì)所選角接觸球軸承的靜載荷進(jìn)行討論顯然綜合可知，所選的7213AC型角接觸球軸承符合工作要求。5.2軸的計(jì)算和校核5.2.1作出軸的計(jì)算簡圖結(jié)合7213AC型角接觸球軸承的計(jì)算數(shù)據(jù)，作出如下的軸的彎矩扭矩圖5.1.2軸的強(qiáng)度校核計(jì)算根據(jù)軸的彎矩扭矩圖可知其危險(xiǎn)截面為軸承一所在支點(diǎn)處截面，根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，可知該軸為傳動(dòng)軸，主要承受扭矩。則按扭矩強(qiáng)度條件計(jì)算?？紤]還受有不大的彎矩，則用降低許用扭矩切應(yīng)力的方法予以考慮軸的扭矩強(qiáng)度條件為：式中：扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為；軸所受的扭矩，單位為；軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm； n 軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min； 軸傳遞的功率，單位為；d計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm 許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為此軸選用號(hào)鋼，值為 之間。而通過對(duì)軸的計(jì)算，5.1 =8.5,故軸的扭轉(zhuǎn)條件符合要求。5.1.3按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面）的強(qiáng)度，由此軸的彎扭圖可知，其危險(xiǎn)截面為軸承一所在支點(diǎn)處截面，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書中式（15-5）及上表中的數(shù)值，并取，軸的計(jì)算應(yīng)力以選定的軸的材料是號(hào)鋼，調(diào)制處理。由表15-1查得60 。故安全。5.1.4軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示式中：軸所受的扭矩，單位為軸的材料的剪切彈性模量，單位為，對(duì)于鋼材，軸截面的極慣性矩，單位為mm，對(duì)于圓軸，階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的長度，單位為m.分別代表階梯軸第段上所受的扭矩、長度和極慣性矩，單位同前階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的軸段數(shù)綜合上式計(jì)算出；為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用均合有關(guān)，對(duì)于一般的傳動(dòng)軸，可??；對(duì)于精密傳動(dòng)軸可取。對(duì)于精度要求不高的軸，可大于。顯然對(duì)于本設(shè)計(jì)中所涉及的軸為一般的傳動(dòng)軸，符合扭轉(zhuǎn)剛度要求。綜上所述，設(shè)計(jì)的軸滿足工作要求。總結(jié)隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品深加工已越來越被世界重視，特別是快餐和方便食品的誕生，促使保鮮脫水蔬菜工業(yè)迅速發(fā)展起來。而綜觀國內(nèi)食品加工產(chǎn)業(yè)相對(duì)落后。本設(shè)計(jì)就是針對(duì)馬鈴薯原料的加工需要，進(jìn)行了馬鈴薯去皮的設(shè)計(jì)。美國是世界上最大的馬鈴薯生產(chǎn)國和出口國。該產(chǎn)業(yè)給美國帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。近二十年來，繼美國之后，德、法、荷蘭、英、瑞士、丹麥、加拿大、日本等國家，也在致力于發(fā)展馬鈴薯食品加工業(yè)，從而使世界馬鈴薯食品加工業(yè)進(jìn)入到當(dāng)今興旺發(fā)達(dá)的階段。綜觀我國的馬鈴薯加工產(chǎn)業(yè)，雖然我國的馬鈴薯種植面積居世界第一，但卻產(chǎn)生了我國有巨大馬鈴薯產(chǎn)量卻需要巨額進(jìn)口的強(qiáng)烈反差。一方面我國有著巨大的市場(chǎng)需求，另一方面又是嚴(yán)重不足的生產(chǎn)加工能力。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國事物消費(fèi)結(jié)構(gòu)也在發(fā)生巨大的變化，快餐和休閑食品的消費(fèi)將快速增長，同時(shí)馬鈴薯的消費(fèi)趨勢(shì)也將呈現(xiàn)多樣化，其衍生產(chǎn)品的工業(yè)需求正在迅速增加。從宏觀上看，一方面加入WTO提供了巨大的發(fā)展機(jī)遇，另一方面還有著13億人口的國內(nèi)消費(fèi)市場(chǎng)，可見馬鈴薯等果蔬原料的加工將煥發(fā)無窮的魅力也勢(shì)在必行。本課題的提出就是基于上述的實(shí)際需要出發(fā)，尤其是考慮到任何一種形式的馬鈴薯原料加工，去皮都是其中一項(xiàng)必不可少且重要的操作環(huán)節(jié)。去皮效率的高低和安全衛(wèi)生性將直接影響馬鈴薯原料加工的效益。針對(duì)這些特點(diǎn)所采取的設(shè)計(jì)方案不僅從實(shí)際產(chǎn)量要求出發(fā)，而且還結(jié)合經(jīng)濟(jì)最優(yōu)化，以達(dá)到最低成本產(chǎn)生最大收益。本設(shè)計(jì)利用電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力源，物料在圓筒形容器中，通過傳動(dòng)軸的作用，依靠帶有磨料的工作轉(zhuǎn)盤在中速或高速旋轉(zhuǎn)中形成與工作轉(zhuǎn)盤、筒壁及物料顆粒之間的翻轉(zhuǎn)、揉搓摩擦為主，撞擊為輔的綜合機(jī)械作用效果從而達(dá)到去皮的目的。因此可知本課題的設(shè)計(jì)方案所依據(jù)的理論，證明是完全可行的。本課題的設(shè)計(jì)涉及到機(jī)械制造、機(jī)械設(shè)計(jì)、理論力學(xué)、材料力學(xué)、工程材料基礎(chǔ)等多種學(xué)科的知識(shí)。主要內(nèi)容包括馬鈴薯原料去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、物料的受力分析、主要參數(shù)的選擇確定、主要零件的校核及分析說明，有完整的理論闡述和設(shè)計(jì)計(jì)算，并附有大量的裝配和零件圖，更加直觀的對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)加以論證。其中對(duì)果蔬原料去皮機(jī)的關(guān)鍵部件傳動(dòng)軸作了詳細(xì)的力學(xué)分析和計(jì)算，并繪制出彎矩扭矩圖，通過理論以及大量的計(jì)算闡述了傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)的可行性和性能特點(diǎn)。同時(shí)工作圓筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是基于相應(yīng)的理論依據(jù)、計(jì)算，大量文獻(xiàn)資料的閱讀，對(duì)出售相應(yīng)機(jī)械產(chǎn)品公司的網(wǎng)上查閱了解所確定的。由上可知，本設(shè)計(jì)基本實(shí)現(xiàn)了馬鈴薯原料去皮機(jī)的去皮要求，是一種切實(shí)可行的設(shè)計(jì)方案。致謝這段時(shí)間以來，在導(dǎo)師周善炳的悉心指導(dǎo)下，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)終于較為順利地完成了。幾個(gè)月的時(shí)間里，從課題的選定、資料的收集、課題的具體設(shè)計(jì)到論文的審定改進(jìn)，周善炳老師都給與了極大的幫助，傾注了大量的心血；在周善炳老師的指導(dǎo)下，學(xué)生不僅開拓了思路、擴(kuò)大了視野、豐富了知識(shí)面，還初步掌握了縫隙和處理具體實(shí)踐問題的科學(xué)方法，為學(xué)生今后發(fā)展打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。周善炳老師有著深厚的理論功底、寬廣的知識(shí)面和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，尤其值得學(xué)生學(xué)習(xí)的是周善炳老師那種在工作中嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、精益求精的治學(xué)態(tài)度，對(duì)待學(xué)生嚴(yán)格要求、一絲不茍的負(fù)責(zé)精神，都將激勵(lì)學(xué)生在以后工作學(xué)習(xí)中不斷努力，這是學(xué)生在這段時(shí)間內(nèi)的最大收獲，在此謹(jǐn)向周善炳老師致以衷心的感謝和真誠的敬意。同時(shí)，由于本人才疏學(xué)淺，加之此次設(shè)計(jì)時(shí)間緊任務(wù)重，李少云、李建波等同學(xué)都給予了重要幫助。由于篇幅限制在此不再將他們一一列舉，但是我對(duì)他們無私慷慨的幫助表示深深的謝意！此外，感謝我的父母，感謝他們這么多年來的養(yǎng)育之恩，是他們的辛勤工作才使我能順利地完成學(xué)業(yè)。感謝父母在我受到挫折、打擊時(shí)候的鼓勵(lì)和支持！參考文獻(xiàn)1楊炳南.馬鈴薯薯?xiàng)l加工及對(duì)策。農(nóng)機(jī)與食品機(jī)械，1999, 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劉守江，張艷來.JL型馬鈴薯切屑去皮機(jī)的研制.農(nóng)機(jī)化研究.1995,2:17-20機(jī)械設(shè)計(jì)理論機(jī)械設(shè)計(jì)是一門通過設(shè)計(jì)新產(chǎn)品或者改進(jìn)老產(chǎn)品來滿足人類需求的應(yīng)用技術(shù)科學(xué)。它涉及工程技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域，主要研究產(chǎn)品的尺寸、形狀和詳細(xì)結(jié)構(gòu)的基本構(gòu)思，還要研究產(chǎn)品在制造、銷售和使用等方面的問題。進(jìn)行各種機(jī)械設(shè)計(jì)工作的人員通常被稱為設(shè)計(jì)人員或者機(jī)械設(shè)計(jì)工程師。機(jī)械設(shè)計(jì)是一項(xiàng)創(chuàng)造性的工作。設(shè)計(jì)工程師不僅在工作上要有創(chuàng)造性，還必須在機(jī)械制圖、運(yùn)動(dòng)學(xué)、工程材料、材料力學(xué)和機(jī)械制造工藝學(xué)等方面具有深厚的基礎(chǔ)知識(shí)。 如前所訴，機(jī)械設(shè)計(jì)的目的是生產(chǎn)能夠滿足人類需求的產(chǎn)品。發(fā)明、發(fā)現(xiàn)和科技知識(shí)本身并不一定能給人類帶來好處，只有當(dāng)它們被應(yīng)用在產(chǎn)品上才能產(chǎn)生效益。因而，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到在一個(gè)特定的產(chǎn)品進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，必須先確定人們是否需要這種產(chǎn)品。應(yīng)當(dāng)把機(jī)械設(shè)計(jì)看成是機(jī)械設(shè)計(jì)人員運(yùn)用創(chuàng)造性的才能進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、系統(tǒng)分析和制定產(chǎn)品的制造工藝學(xué)的一個(gè)良機(jī)。掌握工程基礎(chǔ)知識(shí)要比熟記一些數(shù)據(jù)和公式更為重要。僅僅使用數(shù)據(jù)和公式是不足以在一個(gè)好的設(shè)計(jì)中做出所需的全部決定的。另一方面，應(yīng)該認(rèn)真精確的進(jìn)行所有運(yùn)算。例如，即使將一個(gè)小數(shù)點(diǎn)的位置放錯(cuò)，也會(huì)使正確的設(shè)計(jì)變成錯(cuò)誤的。一個(gè)好的設(shè)計(jì)人員應(yīng)該勇于提出新的想法，而且愿意承擔(dān)一定的風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)新的方法不適用時(shí)，就使用原來的方法。因此，設(shè)計(jì)人員必須要有耐心，因?yàn)?所花費(fèi)的時(shí)間和努力并不能保證帶來成功。一個(gè)全新的設(shè)計(jì)，要求屏棄許多陳舊的，為人們所熟知的方法。由于許多人墨守成規(guī)，這樣做并不是一件容易的事。一位機(jī)械設(shè)計(jì)師應(yīng)該不斷地探索改進(jìn)現(xiàn)有的產(chǎn)品的方法，在此過程中應(yīng)該認(rèn)真選擇原有的、經(jīng)過驗(yàn)證的設(shè)計(jì)原理，將其與未經(jīng)過驗(yàn)證的新觀念結(jié)合起來。新設(shè)計(jì)本身會(huì)有許多缺陷和未能預(yù)料的問題發(fā)生，只有當(dāng)這些缺陷和問題被解決之后，才能體現(xiàn)出新產(chǎn)品的優(yōu)越性。因此，一個(gè)性能優(yōu)越的產(chǎn)品誕生的同時(shí)，也伴隨著較高的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，如果設(shè)計(jì)本身不要求采用全新的方法，就沒有必要僅僅為了變革的目的而采用新方法。在設(shè)計(jì)的初始階段，應(yīng)該允許設(shè)計(jì)人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性，不受各種約束。即使產(chǎn)生了許多不切實(shí)際的想法，也會(huì)在設(shè)計(jì)的早期，即繪制圖紙之前被改正掉。只有這樣，才不致于堵塞創(chuàng)新的思路。通常，要提出幾套設(shè)計(jì)方案，然后加以比較。很有可能在最后選定的方案中，采用了某些未被接受的方案中的一些想法。 心理學(xué)家經(jīng)常談?wù)撊绾问谷藗冞m應(yīng)他們所操作的機(jī)器。設(shè)計(jì)人員的基本職責(zé)是努力使機(jī)器來適應(yīng)人們。這并不是一項(xiàng)容易的工作，因?yàn)閷?shí)際上并不存在著一個(gè)對(duì)所有人來說都是最優(yōu)的操作范圍和操作過程。另一個(gè)重要問題，設(shè)計(jì)工程師必須能夠同其他有關(guān)人員進(jìn)行交流和磋商。在開始階段，設(shè)計(jì)人員必須就初步設(shè)計(jì)同管理人員進(jìn)行交流和磋商，并得到批準(zhǔn)。這一般是通過口頭討論，草圖和文字材料進(jìn)行的。為了進(jìn)行有效的交流 ，需要解決下列問題：（1） 所設(shè)計(jì)的這個(gè)產(chǎn)品是否真正為人們所需要？（2） 此產(chǎn)品與其他公司的現(xiàn)有同類產(chǎn)品相比有無競(jìng)爭能力？（3） 生產(chǎn)這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟(jì)？（4） 產(chǎn)品的維修是否方便？（5） 產(chǎn)品有無銷路？是否可以盈利？ 只有時(shí)間能對(duì)上述問題給出正確答案。但是， 產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造和銷售只能在對(duì)上述問題的初步肯定答案的基礎(chǔ)上進(jìn)行。設(shè)計(jì)工程師還應(yīng)該通過零件圖和裝配圖，與制造部門一起對(duì)最終設(shè)計(jì)方案進(jìn)行磋商。通常 ，在制造過程中會(huì)出現(xiàn)某個(gè)問題?？赡軙?huì)要求對(duì)某個(gè)零件尺寸或公差作一些更改，使零件的生產(chǎn)變得容易。但是，工程上的更改必須要經(jīng)過設(shè)計(jì)人員批準(zhǔn)，以保證不會(huì)損傷產(chǎn)品的功能。有時(shí)，在產(chǎn)品的裝配時(shí)或者裝箱外運(yùn)前的試驗(yàn)中才發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的某種缺陷。這些事例恰好說明了設(shè)計(jì)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過程?？偸谴嬖谥玫姆椒▉硗瓿稍O(shè)計(jì)工作，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該不斷努力，尋找這些更好的方法。近些年來，工程材料的選擇已經(jīng)顯得重要。此外，選擇過程應(yīng)該是一個(gè)對(duì)材料的連續(xù)不斷的重新評(píng)價(jià)過程。新材料不斷出現(xiàn)，而一些原有的材料的能夠獲得的數(shù)量可能會(huì)減少。環(huán)境污染、材料的回收利用、工人的健康及安全等方面經(jīng)常會(huì)對(duì)材料選擇附加新的限制條件。為了減輕重量或者節(jié)約能源，可能會(huì)要求使用不同的材料。來自國內(nèi)和國際競(jìng)爭、對(duì)產(chǎn)品維修保養(yǎng)方便性要求的提高和顧客的反饋等方面的壓力，都會(huì)促使人們對(duì)材料進(jìn)行重新評(píng)價(jià)。由于材料選用不當(dāng)造成的產(chǎn)品責(zé)任訴訟，已經(jīng)產(chǎn)生了深刻的影響。此外，材料與材料加工之間的相互依賴關(guān)系已經(jīng)被人們認(rèn)識(shí)得更清楚。因此，為了能在合理的成本和確保質(zhì)量的前提下獲得滿意的結(jié)果，設(shè)計(jì)工程師的制造工程師都必須認(rèn)真仔細(xì)地選擇、確定和使用材料。制造任何產(chǎn)品的第一步工作都是設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)通?？梢苑譃閹讉€(gè)明確的階段：（a）初步設(shè)計(jì)；（b）功能設(shè)計(jì)；（c）生產(chǎn)設(shè)計(jì)。在初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者著重考慮產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能。通常要設(shè)想和考慮幾個(gè)方案，然后決定這種思想是否可行；如果可行，則應(yīng)該對(duì)其中一個(gè)或幾個(gè)方案作進(jìn)一步的改進(jìn)。在此階段，關(guān)于材料選擇唯一要考慮的問題是：是否有性能符合要求的材料可供選擇；如果沒有的話，是否有較大的把握在成本和時(shí)間都允許的限度內(nèi)研制出一種新材料。在功能設(shè)計(jì)和工程設(shè)計(jì)階段，要做出一個(gè)切實(shí)可行的設(shè)計(jì)。在這個(gè)階段要繪制出相當(dāng)完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機(jī)或者實(shí)物模型，并對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)，評(píng)價(jià)產(chǎn)品的功能、可靠性、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗(yàn)可能會(huì)表明，在產(chǎn)品進(jìn)入到生產(chǎn)階段之前，應(yīng)該更換某些材料，但是，絕對(duì)不能將這一點(diǎn)作為不認(rèn)真選擇材料的借口。應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的功能，認(rèn)真仔細(xì)地考慮產(chǎn)品的外觀、成本和可靠性。一個(gè)很有成就的公司在制造所有的樣機(jī)時(shí)，所選用的材料應(yīng)該和其生產(chǎn)中使用的材料相同，并盡可能使用同樣的制造技術(shù)。這樣對(duì)公司是很有好處的。功能完備的樣機(jī)如果不能根據(jù)預(yù)期的銷售量經(jīng)濟(jì)地制造出來，或者是樣機(jī)與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同，則這種樣機(jī)就沒有多大的價(jià)值。設(shè)計(jì)工程師最好能在這一階段完全完成材料的分析、選擇和確定工作，而不是將其留到生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段去做。因?yàn)?，在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段材料的更換是由其他人進(jìn)行的，這些人對(duì)產(chǎn)品的所有功能的了解不如設(shè)計(jì)工程師。 在生產(chǎn)設(shè)計(jì)階段中，與材料有關(guān)的主要問題是應(yīng)該把材料完全確定下來，使它們與現(xiàn)有的設(shè)備相適應(yīng)，能夠利用現(xiàn)有設(shè)備經(jīng)濟(jì)地進(jìn)行加工，而且材料的數(shù)量能夠比較容易保證供應(yīng)。在制造過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)對(duì)使用中的材料做一些更改的情況。經(jīng)驗(yàn)表明，可采用某些便宜材料作為替代品。然而，在大多數(shù)情況下，在進(jìn)行生產(chǎn)以后改換材料要比在開始生產(chǎn)前改換材料所花費(fèi)的代價(jià)要高。在設(shè)計(jì)階段做好材料選擇工作，可以避免多數(shù)這樣的情況。在生產(chǎn)制造開始后出現(xiàn)了可供使用的新材料是更換材料的最常見的原因。當(dāng)然，這些新材料可能降低成本、改進(jìn)產(chǎn)品的性能。但是，必須對(duì)新材料進(jìn)行認(rèn)真的評(píng)價(jià)，以確保其所有性能都滿足要求。應(yīng)當(dāng)記住，新材料的性能和可靠性很少像現(xiàn)有材料那樣為人們所了解。大部分的產(chǎn)品失效和產(chǎn)品責(zé)任事故案件是由于在選用新材料作為替代材料之前，沒有真正了解它們的長期使用性能而引起的。產(chǎn)品的責(zé)任訴訟迫使設(shè)計(jì)人員和公司在選擇材料時(shí)，采用最好的程序。在材料過程中，五個(gè)最常見的問題為：（a）不了解或者不會(huì)使用關(guān)于材料應(yīng)用方面的最新最好的信息資料；(b)未能預(yù)見和考慮擦黑年品可能的合理用途（如有可能，設(shè)計(jì)人員還應(yīng)進(jìn)一步預(yù)測(cè)和考慮由于產(chǎn)品使用方法不當(dāng)造成的后果。在近年來的許多產(chǎn)品責(zé)任訴訟案件中，由于錯(cuò)誤地使用產(chǎn)品而受到傷害的原告控告生產(chǎn)廠家，并且贏得判決）；(c)所使用的材料的數(shù)據(jù)不全或是有些數(shù)據(jù)不確定，尤其是當(dāng)其長期性能數(shù)據(jù)是如此的時(shí)候；(d)質(zhì)量控制方法不適當(dāng)和未經(jīng)驗(yàn)證；(e)由一些完全不稱職的人員選擇材料。通過對(duì)上述五個(gè)問題的分析，可以得出這些問題是沒有充分理由存在的結(jié)論。對(duì)這些問題的研究分析可以為避免這些問題的出現(xiàn)指明方向。盡管采用最好的材料選擇方法也不能避免發(fā)生產(chǎn)品責(zé)任訴訟，設(shè)計(jì)人員和工業(yè)界按照適當(dāng)?shù)某绦蜻M(jìn)行材料選擇，可以大大減少訴訟的數(shù)量。從以上的討論可以看出，選擇材料的人們應(yīng)該對(duì)材料的性質(zhì)，特點(diǎn)和加工方法有一個(gè)全面而基本的了解。Machine design theory The machine design is through designs the new product or improves the old product to meet the human need the application technical science. It involves the project technology each domain, mainly studies the product the size, the shape and the detailed structure basic idea, but also must study the product the personnel which in aspect the and so on manufacture, sale and use question.Carries on each kind of machine design work to be usually called designs the personnel or machine design engineer. The machine design is a creative work. Project engineer not only must have the creativity in