馬鈴薯去皮機的設(shè)計【土豆去皮機 立式滾筒】[含CAD高清圖紙和說明書]

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馬鈴薯去皮機的設(shè)計 目錄 摘要 I Abstract II 第一章 引言 1 1.1目的意義和國內(nèi)外現(xiàn)狀概況 1 1.2馬鈴薯原料加工預(yù)處理工藝流程簡介 2 1.2.1馬鈴薯的分級 2 1.2.2馬鈴薯的清洗 2 1.2.3馬鈴薯的去皮 2 1.2.4馬鈴薯的護色 3 1.3 國內(nèi)外馬鈴薯去皮設(shè)備簡介 3 1.3.1機械裝置 3 1.3.2 蒸煮裝置 4 1.3.3 化學(xué)去皮裝置 5 第二章 馬鈴薯去皮機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 2.1 馬鈴薯去皮機的設(shè)計及特點 7 2.2摩擦式馬鈴薯去皮機基本結(jié)構(gòu) 10 2.2.1工作圓筒 10 2.2.2工作轉(zhuǎn)盤 10 2.2.3傳動系統(tǒng) 11 2.2.4其他 11 2.3工作原理 11 第三章 馬鈴薯去皮機的參數(shù)確定 13 3.1 物料在工作圓筒內(nèi)的受力分析 13 3.2工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速的確定 14 3.3馬鈴薯去皮機功率的確定 15 3.4整機主要參數(shù)指標(biāo) 17 第四章 主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 18 4.1 V帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 18 4．2傳動主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 20 4.2.1軸上零件的周向定位 21 4.2.2確定軸上圓角和倒角尺寸 21 4.3滾動軸承的初步選擇 21 第五章 主要零件的校核 23 5.1滾動軸承的壽命計算 23 5.2軸的計算和校核 24 5.2.1作出軸的計算簡圖 24 5.1.2軸的強度校核計算 24 5.1.3按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 25 5.1.4軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算 25 總結(jié) 27 致謝 28 參考文獻 29 摘要:馬鈴薯去皮是所有馬鈴薯制品加工工藝過程的重要環(huán)節(jié)，目前存在的各種去皮方法都各自有其一定的局限性。隨著馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和我國社會經(jīng)濟的進步，如何尋找一種優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能幾環(huán)保的馬鈴薯剝皮方法己成為馬鈴薯加工工藝過程中迫切需要解決的問題。本文主要介紹了以摩擦原理為基礎(chǔ)的、適合食品加工工廠等場所使用的大型馬鈴薯去皮機的設(shè)計要點、工作原理和設(shè)備組成。 關(guān)鍵詞：去皮機；摩擦；設(shè)計；馬鈴薯 I Abstract: Peeling is an important annulet in potato processing, Methods of peeling which have been used at present all has their limitation. 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; potato II 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，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11 %--25，且蛋白質(zhì)營養(yǎng)價值很高，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)實驗廠開發(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，因而價格低廉，每年有15%的馬鈴薯爛掉，浪費較多，嚴重影響了廣大薯農(nóng)的經(jīng)濟利益和種薯積極性。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，如馬鈴薯條、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)量也遠遠滿足不了市場要求，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)濟的一大增長點。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)展帶來了很好的機會。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條、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原料馬鈴薯進行去皮處理，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，達到去皮目的。這種方法對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入受熱體淺表層即引起強烈的共振，被吸收而轉(zhuǎn)化為熱量，從而達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行短時間處理，使其皮層熟化，然后利用鐵刷和流水沖去外皮，達到去皮目的。 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 馬鈴薯的分級可按照不同的加工品的要求，采用不同的分級方式分級，包括大小分級、成熟度分級和色澤分級等幾種。在我國成熟度分級常用目視估測的方法進行，而大小分級是分級的主要內(nèi)容，幾乎所有的加工果蔬均需大小分級，分級的方法有手工分級和機械分級。 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)。對于農(nóng)藥殘留的果蔬，洗滌時常在水中加化學(xué)洗滌劑，常用的有鹽堿地酸、醋酸，有時也用氫氧化鈉等強堿及漂白粉、高錳酸鉀等強氧化劑。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，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，但勞動效率低。 （2）機械去皮：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，腐蝕性強且廉價。堿液去皮時堿液的濃度、處理時間和堿液溫度，應(yīng)視不同果蔬原料種類、成熟度、大小而定。堿液濃度提高、處理時間長和溫度高都會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，達到去皮目的。需要控制酶的最佳作用條件如溫度、時間、PH值等。 （6）冷凍去皮：將果蔬在冷凍裝置中冷至達到輕度表面冷凍，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，沖洗或攪動去皮。 1.2.4馬鈴薯的護色 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)的方式來對馬鈴薯進行護色保護。 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)，加強堿溶液并加溫，后加人塊莖，經(jīng)一段時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，。再將塊莖放人機械去皮機中剝?nèi)ケ砥ぁ? 1.3.1機械裝置 目前，國內(nèi)主要使用機械摩擦去皮機。如圖1.1所示，該機由機蓋、機筒、機座、電機、砂盤等部分組成。以電機為動力，通過減速齒輪帶動機筒底部的砂盤旋轉(zhuǎn)。塊莖加入機筒內(nèi)，因其離心力和相互碰撞作用，在機筒內(nèi)上、下、左、右翻動，表面被砂盤均勻的摩蝕，去皮結(jié)束時加入清水，再打開側(cè)門，塊莖從側(cè)門自動排出，皮屑隨水流從砂盤的周圍間隙排出，該機為間歇生產(chǎn)。 圖1.1 機械式摩擦去皮機 1.3.2 蒸煮裝置 國內(nèi)食品加工業(yè)使用的連續(xù)式鏈帶蒸煮機和高壓蒸煮鍋，機體龐大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，小型果蔬原料食品加工廠引進使用有一定困難。在實際生產(chǎn)中，對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，溫度達到87—95C，加入塊莖攪拌使溫度保持在70C左右；經(jīng)過2—6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械式去皮機中剝?nèi)ケ砥ぁ? 本法的優(yōu)點是對不同大小、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 機型 L離心式切屑去皮機 機械去皮機 蒸汽式去皮機 化學(xué)法去皮機 結(jié)構(gòu) 簡單 復(fù)雜 復(fù)雜 簡單 對塊莖原料的要求 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)外馬錯薯去皮機艘的結(jié)構(gòu)形式也各不相同，去皮效果差異較大，去皮率大致為 7％～25％，其中機械去皮率為最大，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)計的任務(wù)要求，同時結(jié)合我國在去皮機上的實際水平考慮經(jīng)濟性，達到能以最少的投資獲得較好的經(jīng)濟效益，決定以機械去皮機為設(shè)計方案。 38 第二章 馬鈴薯去皮機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 本設(shè)計主要考慮去皮后的馬錯薯達到表面光滑 無破壞層、去皮過程無污染及切屑可利用為目的：同時考慮經(jīng)濟實用。達到能以晟少的投資獲得較好的經(jīng)濟效益。從而為推廣該產(chǎn)品奠定基礎(chǔ)。 2.1 馬鈴薯去皮機的設(shè)計及特點 2.1.1工藝流程及結(jié)構(gòu)特點 針對研制目的，采用清洗后去皮工藝，研制出攪龍式機械清洗機和離心式機械切屑去皮機。并利用可調(diào)節(jié)式刀片，達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。 攪戈式清洗機為國內(nèi)大量使用的清洗機械。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驅(qū)動，洗槽內(nèi)充水。在攪龍上部有噴水裝置．塊莖進入洗槽浸泡在水里，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。 離心式機械切屑去皮機結(jié)構(gòu)如圖2.2所示。在外罩內(nèi)部裝有由電機帶動的轉(zhuǎn)動工作盤。盤上均勻分布著6個長孔。長孔上布置著切屑刀片。其中切屑刀片相對長孔間隙可適當(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，利用塊莖相對于工作盤上刀片問的相對速度差將馬鈴薯的皮屑切去；同時，在離心力的作用下塊莖被甩向四周。并不斷滾動：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。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，實現(xiàn)馬鈴薯去皮目的。 摩擦式機械去皮機結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。以電機為動力，通過齒輪帶動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，并不斷地滾動；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，實現(xiàn)馬鈴薯去皮的目的。去皮結(jié)束時加入清水，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。該機為間歇生產(chǎn)。本文以摩擦式機械去皮機為設(shè)計方案。 1噴水管 2攪龍 3進料斗 4承槽 5溢流管 6機架 7變速箱 圖2.1 攪龍式清洗機 1產(chǎn)品筒 2機架 3電機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 1． 儲料 口 2．簡蓋 3．插板 4．圓筒 5．出料 口 6．底座 7．機槊 8．聯(lián)軸器 9．電機 10．變速機構(gòu) 11．橡膠擋板 12．磨盤 圖2.3摩擦式馬鈴薯去皮機的整體結(jié)構(gòu) 2.2摩擦式馬鈴薯去皮機基本結(jié)構(gòu) 該機采用立式機型，主要包括工作圓筒，工作轉(zhuǎn)盤，機架和傳動部分，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（采用不銹鋼是因為它具有良好的耐腐蝕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)動的擋水環(huán)，以防止清洗水進入軸承。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傳動系統(tǒng) 該傳動系統(tǒng)采用V帶一級傳動。電機安裝在機架上水，整機結(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 以電機為動力，通過齒輪帶動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，并不斷地滾動；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，實現(xiàn)馬鈴薯去皮的目的。去皮結(jié)束時加入清水，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。該機為間歇生產(chǎn)。當(dāng)去皮機工作時，工作轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，物料由斗形進料口加入，物料落到旋轉(zhuǎn)圓盤表面上的波紋凸起上時，受離心力的作用由工作圓盤的中心向外運動，同時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動，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)運動過程中，被猛烈翻滾攪動，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，撞擊為輔的綜合機械作用效果，從而達到去皮的目的。在摩擦去皮的同時，從進水孔注入清水，及時將擦下的皮通過轉(zhuǎn)盤與筒壁的縫隙沖至排渣口排出機體。在不停機的情況下，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 去皮機工作時，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。利用土豆相對于工作磨盤間的相對速度差，將土豆的皮去掉。物料在轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時的受力情況如圖3.1所示： 圖3.1 物料在擦皮機中的受力分析圖 設(shè)波紋角為,物料的速度為V。當(dāng)轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)時推動物料A運動。其運動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=Rsincos Sin2=2sincossincos= 則=R（m/s） 物料從垂直方向拋起的動能 E垂直=mv2垂直=m()2=m2R2sin22(Nm) 此動能應(yīng)等于勢能mgh即： m2R2sin22=mgh 2R2sin22=gh 為了正常運轉(zhuǎn)，拋高h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行摩擦，所以用代替h，即2R2sin22=g 又因為=，代入上式得 （）2 R2sin22= g 化簡得n=60(r/min) (1) 角一般取20。－30。 為了正常運轉(zhuǎn)，僅把物料拋起還不行，還要保證物料能拋向側(cè)壁進行摩擦，拋向側(cè)壁的力靠離心力為C C====（N） 此離心力應(yīng)大于波紋對物料的摩擦力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)計計算時，應(yīng)?。ǎ保ⅲǎ玻﹥墒街械拇笾底鳛檗D(zhuǎn)速值，設(shè)計所選擇的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，其包裝以編織袋居多，每袋２５ＫＧ－３０ＫＧ，工作時每次倒入兩袋（以袋的整數(shù)倍為一次計量），下面以此確定整機的尺寸和轉(zhuǎn)速。馬鈴薯、胡蘿卜的容量根據(jù)資料查找，選取一般值９００kg/m,馬鈴薯、胡蘿卜的長度一般取在５０mm-２００mm之間考慮，轉(zhuǎn)盤半徑應(yīng)與物料長度有一定的可比性，再考慮整機結(jié)構(gòu)以及外形尺寸。 根據(jù)設(shè)計選定工作轉(zhuǎn)盤半徑Ｒ＝４００mm，則物料的堆高，根據(jù)公式＝m可以估算出，物料的堆高值＝１１０mm 由（１）式可知，在小于４５。時，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＝２５。，則由（１）式計算轉(zhuǎn)速最小值為n＝９３r/min。 馬鈴薯、胡蘿卜與磨料的摩擦系數(shù)為1.1-1.3,取f＝1.2 由（２）式計算轉(zhuǎn)速n=５２r/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)速下達不到計算高度，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n＝１５０r/min 3.3馬鈴薯去皮機功率的確定 去皮機的功率消耗包括： 克服物料對轉(zhuǎn)盤摩擦力所需要的功率； 克服物料對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； 傳動機構(gòu)因摩擦而消耗的功率 以上功率分別以下公式計算 （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)（1.1—1.3） ———摩擦臂矩（m） CP———物料與圓盤的平均相對角速度（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 即傳動損失，可用傳動效率表示（=0.9） 則消耗的總功率為： 化簡得 （W） 結(jié)合上式根據(jù)經(jīng)驗公式，總功率可用以下式子進行估算 Ｎ＝（Ｗ） 式中Ｍ為轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)矩（NM）,為傳動效率 R為摩擦臂矩（m），Ｒ＝0.4Ｄ（Ｄ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Ｍ＝１９２ＮＭ 用近似值進行估算，達到生產(chǎn)要求所需的功率Ｎ＝３.５ＫＷ，考慮到電動機效率及意外情況，取電動機功率為４ＫＷ 3.4整機主要參數(shù)指標(biāo) 型號　　　　　　　　　JL-Ⅱ 工作轉(zhuǎn)盤直徑　　　　?。福埃癿m 轉(zhuǎn)速　　　　　　　　?。保担皉/min 電動機　　　　　　　?。伲保叮埃停保浮　。矗耍祝ㄍ睫D(zhuǎn)速７５０r/min） 生產(chǎn)能力　　　　　　　２５００kg/h 每次投料量　　　　　?。担発g 每次去皮時間　　　　　約為７０秒 去皮得率　　　　　　　９５％ 去皮損耗率 ５％ 清洗水耗量 ３t/h 重量 ５００kg 第四章 主要零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算 4.1 V帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 由上述可知，電動機轉(zhuǎn)速為７５０r/min，額定功率Ｐ＝４ＫＷ，工作轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速為１５０r/min，傳動比=５，電動機滿載轉(zhuǎn)速n=７２０r/min，一天運轉(zhuǎn)時間小于１０h。 計算功率 由機械設(shè)計書表8-6查得工作情況系數(shù)＝１.１故 ＝Ｐ＝4.４kw 選取普通Ｖ帶帶型 根據(jù),由圖8-9確定為ＳＰＺ型窄Ｖ帶 確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由表8-3和表8-7取主動輪基準(zhǔn)直徑d=100mm 根據(jù)式(8-15)，從動輪基準(zhǔn)直徑d=d=500mm 根據(jù)表8-7,取d＝500mm 按式（8-13）驗算帶的速度 ＝＝3.8m/s<35m/s 故帶的速度合適。 確定普通Ｖ帶的基準(zhǔn)長度和傳動中心距 根據(jù)0.7(d+ d)驗算主動輪上的包角 由式(8-6)得 ＝180-=180=133>120(至少需要達到90) 故可知主動輪的包角合適。 計算普通Ｖ帶的根數(shù)Ｚ 由式（8-22）知　　　　?。冢? 由n=720r/min，d＝100mm，＝5，查表8-5c和表8-5d得 Ｐ＝1.2kw Ｐ=0.12kw 查表8-8得 Ｋ=0.87,查表8-2，得Ｋ＝1.05則 Ｚ＝＝3.65 ?。冢剑锤ǎ?１０合適） 計算預(yù)緊力Ｆ 由式（8-3）知　　?。疲?00 查表8-4得q=0.07kg/m,故 Ｆ＝N=272.18N 計算作用在軸上的壓軸力Ｆ 為了設(shè)計安裝帶輪的軸和軸承，必須確定傳動作用在軸上的力Ｆ 由式（8-24）得Ｆ＝2ＺＦsin=2=1997(N) 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 設(shè)計Ｖ帶輪時應(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?。龋裕玻埃暗幕诣T鐵，結(jié)構(gòu)為腹板式。見V帶輪附圖。 4．2傳動主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 由于軸承的型號是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是在初步計算軸徑的基礎(chǔ)上進行的，故 初步計算軸的直徑 軸的直徑可按照扭轉(zhuǎn)強度法進行估算，即 d=C P=3.5KW n=150r/min 式中Ｐ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４５號鋼材料，Ｃ?。保保?。 則經(jīng)過計算 =32mm 輸出軸的最小直徑顯然是安裝帶輪２的直徑，由于此傳動主軸開有兩個鍵槽，考慮到鍵槽對軸的強度的削弱，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２５mm，總長L９０mm,直徑d=55mm L段的軸段 此段安裝有軸承，考慮工作圓筒內(nèi)的集皮空間和機架的厚度，此軸段的總長（由于此處選用凸緣式軸承蓋進行密封，則軸承蓋連接螺釘直徑選M10,數(shù)目6個）L＝100mm，直徑d＝65mm L段的軸段 此段主要是處于立式軸承座中，進行軸承的軸向固定起承載作用，故長度根據(jù)估算取L＝60mm d=74mm Ｌ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Ｂ＝（Ｚ－1）=52mm,綜合考慮取此處Ｌ＝90mm,d=65mm Ｌ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Ｌ＝52mm,d=55mm 4.2.1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由機械設(shè)計手冊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?。矗祄m，也大帶輪相連的鍵槽長?。常瞞m（標(biāo)準(zhǔn)鍵長見GB/T1096-1979）,同時為了保證大帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇大帶輪輪轂與軸的配合為H7/n6,滾動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 參考機械設(shè)計書，表15-2，取軸端倒角為。 4.3滾動軸承的初步選擇 因軸承同時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)精度級的角接觸球軸承7213AC，其尺寸為,成對使用，安裝在立式軸承座上。 同時在驅(qū)動端安裝一個膜片式彈簧圈對軸施加預(yù)載荷，所以可以保證主軸系統(tǒng)無游隙運動和高剛度，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，球打滑可能會引起表面變粗糙，提高運轉(zhuǎn)噪聲。 軸承的潤滑：該滾動軸承采用脂潤滑。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)由無機膠凝劑式有機增稠劑與潤滑油構(gòu)成的非皂基潤滑脂。 (3)由有機式無機增稠劑與合成油構(gòu)成的合成潤滑脂。該軸承選用２號鈣基脂為潤滑脂。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滾動軸承的壽命計算 在確定滾動軸承的支點位置時，應(yīng)從手冊中查取a值，對于7213AC型角接觸球軸承，由手冊查得a=25mm,因此作為外伸梁的軸的支撐跨距Ｌ＝25+60+25=110mm 求出軸承的徑向載荷 　　　　　 根據(jù)計算得出　　　　 　　則兩者的方向相反 又因為 現(xiàn)以為計算滾動軸承來校核軸承壽命 因為＝0.210.68 P==3649N 則所選用的滾動軸承的壽命為 　　　　對于球軸承而言＝3 查表知7213AC型角接觸球軸承的基本額定動載荷C＝51200N 根據(jù)上式計算其壽命得出，滿足工作要求 又對所選角接觸球軸承的靜載荷進行討論 　　　　　　　 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軸的計算和校核 5.2.1作出軸的計算簡圖 結(jié)合7213AC型角接觸球軸承的計算數(shù)據(jù)，作出如下的軸的彎矩扭矩圖 5.1.2軸的強度校核計算 根據(jù)軸的彎矩扭矩圖可知其危險截面為軸承一所在支點處截面，根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，可知該軸為傳動軸，主要承受扭矩。則按扭矩強度條件計算?？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 軸的扭矩強度條件為： 式中：—扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為； 　　?。浴S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； 　　　 Ｐ—軸傳遞的功率，單位為ＫＷ； 　　　d—計算截面處軸的直徑，單位為mm —許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 此軸選用４５號鋼，值為２５－４５ 之間。 而通過對軸的計算，＝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)力校核軸的強度 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度，由此軸的彎扭圖可知，其危險截面為軸承一所在支點處截面，根據(jù)機械設(shè)計書中式（15-5） 及上表中的數(shù)值，并取，軸的計算應(yīng)力 ＝ 以選定的軸的材料是４５號鋼，調(diào)制處理。由表15-1查得＝60 。故安全。 5.1.4軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計算 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示 ＝ 式中：Ｔ—軸所受的扭矩，單位為 　　?。恰S的材料的剪切彈性模量，單位為，對于鋼材，Ｇ＝ 　　　—軸截面的極慣性矩，單位為mm，對于圓軸，＝ 　　?。獭A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　　　 Ｚ—階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的軸段數(shù)　 綜合上式計算出；為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用均合有關(guān)，對于一般的傳動軸，可?。剑粚τ诰軅鲃虞S可?。健τ诰纫蟛桓叩妮S，可大于。顯然對于本設(shè)計中所涉及的軸為一般的傳動軸，，符合扭轉(zhuǎn)剛度要求。 綜上所述，設(shè)計的軸滿足工作要求。 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)相對落后。本設(shè)計就是針對馬鈴薯原料的加工需要，進行了馬鈴薯去皮的設(shè)計。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)進入到當(dāng)今興旺發(fā)達的階段。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)量卻需要巨額進口的強烈反差。一方面我國有著巨大的市場需求，另一方面又是嚴重不足的生產(chǎn)加工能力。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，我國事物消費結(jié)構(gòu)也在發(fā)生巨大的變化，快餐和休閑食品的消費將快速增長，同時馬鈴薯的消費趨勢也將呈現(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)展機遇，另一方面還有著13億人口的國內(nèi)消費市場，可見馬鈴薯等果蔬原料的加工將煥發(fā)無窮的魅力也勢在必行。 本課題的提出就是基于上述的實際需要出發(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。針對這些特點所采取的設(shè)計方案不僅從實際產(chǎn)量要求出發(fā)，而且還結(jié)合經(jīng)濟最優(yōu)化，以達到最低成本產(chǎn)生最大收益。本設(shè)計利用電動機為動力源，物料在圓筒形容器中，通過傳動軸的作用，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，撞擊為輔的綜合機械作用效果從而達到去皮的目的。因此可知本課題的設(shè)計方案所依據(jù)的理論，證明是完全可行的。 本課題的設(shè)計涉及到機械制造、機械設(shè)計、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。主要內(nèi)容包括馬鈴薯原料去皮機的結(jié)構(gòu)設(shè)計、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)計計算，并附有大量的裝配和零件圖，更加直觀的對整個設(shè)計加以論證。其中對果蔬原料去皮機的關(guān)鍵部件——傳動軸作了詳細的力學(xué)分析和計算，并繪制出彎矩扭矩圖，通過理論以及大量的計算闡述了傳動軸結(jié)構(gòu)的可行性和性能特點。同時工作圓筒的結(jié)構(gòu)設(shè)計也是基于相應(yīng)的理論依據(jù)、計算，大量文獻資料的閱讀，對出售相應(yīng)機械產(chǎn)品公司的網(wǎng)上查閱了解所確定的。由上可知，本設(shè)計基本實現(xiàn)了馬鈴薯原料去皮機的去皮要求，是一種切實可行的設(shè)計方案。 致謝 這段時間以來，在導(dǎo)師周善炳的悉心指導(dǎo)下，這次畢業(yè)設(shè)計終于較為順利地完成了。幾個月的時間里，從課題的選定、資料的收集、課題的具體設(shè)計到論文的審定改進，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、擴大了視野、豐富了知識面，還初步掌握了縫隙和處理具體實踐問題的科學(xué)方法，為學(xué)生今后發(fā)展打下了堅實的基礎(chǔ)。 周善炳老師有著深厚的理論功底、寬廣的知識面和豐富的實踐經(jīng)驗，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謹求實、精益求精的治學(xué)態(tài)度，對待學(xué)生嚴格要求、一絲不茍的負責(zé)精神，都將激勵學(xué)生在以后工作學(xué)習(xí)中不斷努力，這是學(xué)生在這段時間內(nèi)的最大收獲，在此謹向周善炳老師致以衷心的感謝和真誠的敬意。 同時，由于本人才疏學(xué)淺，加之此次設(shè)計時間緊任務(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、打擊時候的鼓勵和支持！ 參考文獻 [1]楊炳南.馬鈴薯薯條加工及對策。農(nóng)機與食品機械，1999, 2: 1-2 [2]王健.馬鈴薯加工利用前景廣闊。農(nóng)村經(jīng)濟與技術(shù)，1998 9: 42-44 [3]王秀芳.荷蘭的馬鈴薯加工業(yè)。世界農(nóng)業(yè)，1998 4: 22-24 [4]王景彬.試論國內(nèi)外果樹脫皮方法及設(shè)備。農(nóng)牧與食品機械，1991, 2:22-23 [5]孔凡真.馬鈴薯產(chǎn)品開發(fā)大有可為。農(nóng)業(yè)科技通訊，1998, 12: 28-30 [6]陳紹光.馬鈴薯化學(xué)去皮技術(shù)研究。湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，1998, 4: 40-41 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應(yīng)當(dāng)把機械設(shè)計看成是機械設(shè)計人員運用創(chuàng)造性的才能進行產(chǎn)品設(shè)計、系統(tǒng)分析和制定產(chǎn)品的制造工藝學(xué)的一個良機。掌握工程基礎(chǔ)知識要比熟記一些數(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好的設(shè)計中做出所需的全部決定的。另一方面，應(yīng)該認真精確的進行所有運算。例如，即使將一個小數(shù)點的位置放錯，也會使正確的設(shè)計變成錯誤的。 一個好的設(shè)計人員應(yīng)該勇于提出新的想法，而且愿意承擔(dān)一定的風(fēng)險，當(dāng)新的方法不適用時，就使用原來的方法。因此，設(shè)計人員必須要有耐心，因為 所花費的時間和努力并不能保證帶來成功。一個全新的設(shè)計，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。一位機械設(shè)計師應(yīng)該不斷地探索改進現(xiàn)有的產(chǎn)品的方法，在此過程中應(yīng)該認真選擇原有的、經(jīng)過驗證的設(shè)計原理，將其與未經(jīng)過驗證的新觀念結(jié)合起來。 新設(shè)計本身會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，一個性能優(yōu)越的產(chǎn)品誕生的同時，也伴隨著較高的風(fēng)險。應(yīng)該強調(diào)的是，如果設(shè)計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)計的初始階段，應(yīng)該允許設(shè)計人員充分發(fā)揮創(chuàng)造性，不受各種約束。即使產(chǎn)生了許多不切實際的想法，也會在設(shè)計的早期，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)他們所操作的機器。設(shè)計人員的基本職責(zé)是努力使機器來適應(yīng)人們。這并不是一項容易的工作，因為實際上并不存在著一個對所有人來說都是最優(yōu)的操作范圍和操作過程。 另一個重要問題，設(shè)計工程師必須能夠同其他有關(guān)人員進行交流和磋商。在開始階段，設(shè)計人員必須就初步設(shè)計同管理人員進行交流和磋商，并得到批準(zhǔn)。這一般是通過口頭討論，草圖和文字材料進行的。為了進行有效的交流 ，需要解決下列問題： （1） 所設(shè)計的這個產(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)品相比有無競爭能力？ （3） 生產(chǎn)這種產(chǎn)品是否經(jīng)濟？ （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？ 只有時間能對上述問題給出正確答案。但是， 產(chǎn)品的設(shè)計、制造和銷售只能在對上述問題的初步肯定答案的基礎(chǔ)上進行。設(shè)計工程師還應(yīng)該通過零件圖和裝配圖，與制造部門一起對最終設(shè)計方案進行磋商。 通常 ，在制造過程中會出現(xiàn)某個問題?？赡軙髮δ硞€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)計人員批準(zhǔn)，以保證不會損傷產(chǎn)品的功能。有時，在產(chǎn)品的裝配時或者裝箱外運前的試驗中才發(fā)現(xiàn)設(shè)計中的某種缺陷。這些事例恰好說明了設(shè)計是一個動態(tài)過程?？偸谴嬖谥玫姆椒▉硗瓿稍O(shè)計工作，設(shè)計人員應(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)該是一個對材料的連續(xù)不斷的重新評價過程。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)常會對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，可能會要求使用不同的材料。來自國內(nèi)和國際競爭、對產(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，都會促使人們對材料進行重新評價。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)被人們認識得更清楚。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)計工程師的制造工程師都必須認真仔細地選擇、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。設(shè)計通常可以分為幾個明確的階段：（a）初步設(shè)計；（b）功能設(shè)計；（c）生產(chǎn)設(shè)計。在初步設(shè)計階段，設(shè)計者著重考慮產(chǎn)品應(yīng)該具有的功能。通常要設(shè)想和考慮幾個方案，然后決定這種思想是否可行；如果可行，則應(yīng)該對其中一個或幾個方案作進一步的改進。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間都允許的限度內(nèi)研制出一種新材料。 在功能設(shè)計和工程設(shè)計階段，要做出一個切實可行的設(shè)計。在這個階段要繪制出相當(dāng)完整的圖紙，選擇并確定各種零件的材料。通常要制造出樣機或者實物模型，并對其進行試驗，評價產(chǎn)品的功能、可靠性、外觀和維修保養(yǎng)性等。雖然這種試驗可能會表明，在產(chǎn)品進入到生產(chǎn)階段之前，應(yīng)該更換某些材料，但是，絕對不能將這一點作為不認真選擇材料的借口。應(yīng)該結(jié)合產(chǎn)品的功能，認真仔細地考慮產(chǎn)品的外觀、成本和可靠性。一個很有成就的公司在制造所有的樣機時，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)。這樣對公司是很有好處的。功能完備的樣機如果不能根據(jù)預(yù)期的銷售量經(jīng)濟地制造出來，或者是樣機與正式生產(chǎn)的裝置在質(zhì)量和可靠性方面有很大不同，則這種樣機就沒有多大的價值。設(shè)計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)計階段去做。因為，在生產(chǎn)設(shè)計階段材料的更換是由其他人進行的，這些人對產(chǎn)品的所有功能的了解不如設(shè)計工程師。 在生產(chǎn)設(shè)計階段中，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)濟地進行加工，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，不可避免地會出現(xiàn)對使用中的材料做一些更改的情況。經(jīng)驗表明，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)前改換材料所花費的代價要高。在設(shè)計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、改進產(chǎn)品的性能。但是，必須對新材料進行認真的評價，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)計人員和公司在選擇材料時，采用最好的程序。在材料過程中，五個最常見的問題為：（a）不了解或者不會使用關(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)計人員還應(yīng)進一步預(yù)測和考慮由于產(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)是如此的時候；(d)質(zhì)量控制方法不適當(dāng)和未經(jīng)驗證；(e)由一些完全不稱職的人員選擇材料。 通過對上述五個問題的分析，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)計人員和工業(yè)界按照適當(dāng)?shù)某绦蜻M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)該對材料的性質(zhì)，特點和加工方法有一個全面而基本的了解。 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