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      畢業設計

      家用食品粉碎機的設計

      時間:2021/3/7 22:21:22   作者:未知   來源:網絡文摘   閱讀:3   評論:0


      摘    要

      目前,國內消費市場中“家用食品粉碎機”頻頻上市,散發出誘人的魅力,展示著亮麗的市場前景。業內人士認為,“家用食品粉碎機”市場消費面寬,功能新穎獨特,它將成為家庭生活的“好伴侶”。本文主要論述了“家用食品粉碎機”的機械結構、外觀及控制電路設計。

      在這次設計過程中,首先收集了大量的資料,然后對粉碎機的外觀特征進行了構思。家用食品粉碎機主要由機座、刀具、料杯幾部分組成。刀具由機座內的電機直接帶動,既節省了空間,又提高了效率。料杯杯體與機座容易拆卸便于存放,刀具可以方便的交替使用,既避免了衛生死角,又能方便快捷的清洗。在控制電路的設計方面采用了安全觸碰壓緊開關,使其更具人性化,對人體更多一層保護。在材料的選擇上,大量采用了PC及PVC復合材料,使粉碎機的強度有所提高,并使其重量大大減輕。家用食品粉碎機可以調制果汁、奶昔、豆漿,研磨粉碎食物,絞肉等,功能強大,用途廣泛!

      關鍵詞:家用食品粉碎機;機械結構;外觀;控制電路

      ABSTRACT

      Now, the domestic consumes the market inside" the household-use food smashes appliance" appear on market again and again, Send forth an attractive magic power, display the bright market foreground. The industry insider thinks," the household-use food smashes appliance " the market consumes the breadth, the function is novel and special, it will become the " good companion" of the home life. This text discussed primarily" the household-use food smashes appliance " of machine construction, external appearance and control electric circuit design.

      In this design process, first I collected the massive materials, then carried on the idea of the outward appearance characteristic of the grinder. The homehold-use food smashes appliance is mainly composed by the base, the cutting tool,and the material cup . The cutting tool is impetused by the moter in the base directly, both saved the space, and enhanced the efficiency. The material cup and the base can be easily disassembled for depositing conve- niencely, the cutting tools may be used in turn, both has avoided the hygienic dead angle, and can be cleaned quickly.Increased in the control circuit design aspect has moved safely contracts the switch, caused it to have the user friendly, were more to the human body and the electric motor a protection. In the materials, I used PC and the PVC compound materials massively, enable the grinder the intensity to have the enhancement, and to reduce its weight greatly. The homehold-use food smashes appliance may modulate the fruit juice, the milk shake, the soybean milk, attrition smashing food, twists the meat, the function is formidable, versatility! 

       

      Key words: Household-use food smashes appliance;Machine construction;External appearance;Control electric circuit

      目     錄

      1 緒  論.................................................................. 1

      1.1 引言............................................................... 1

      1.2 目的及意義......................................................... 1

      2 總體及外觀設計.......................................................... 2

      2.1 設計思想........................................................... 2

      2.2 粉碎機的總體設計................................................... 2

      2.3 粉碎機的外觀設計................................................... 2

      3 零件及機械結構設計...................................................... 4

      3.1 電動機的選擇....................................................... 4

      3.2 機座的設計......................................................... 4

      3.3 料杯的設計......................................................... 6

      3.4 機罩的設計......................................................... 7

      3.5 刀具蓋的設計....................................................... 8

      3.6 料杯蓋的設計....................................................... 9

      3.7 濾網及隔離罩的設計................................................ 10

      3.8 電動機伸出端聯接軸設計............................................ 11

      3.9 刀具聯接軸的設計.................................................. 11

      3.10刀具的設計....................................................... 14

      3.11螺母的設計....................................................... 16

      3.12密封圈的選擇..................................................... 16

      4  控制電路的設計及其電氣元件的選擇...................................... 17

      4.1 控制電路的設計.................................................... 17

      4.2電氣元件的選擇.................................................... 18

      4.2.1電源引入開關SP.............................................. 18

      4.2.2過熱保護開關ST.............................................. 19

      4.2.3濾波電容.................................................... 19

      5  結  論................................................................ 20

      參考文獻................................................................. 21

      致  謝................................................................... 22

      1 緒  論

      1.1 引言

      隨著現代人生活水平的不斷提高,家用電器不斷涌入家庭,在90年代末,空調、家庭影院等大家電一度主導家電市場,成為當時的時尚!而那時,大家電的市場占有率小,國內僅有幾家著名的生產企業,生產出來的產品供不應求,利潤空間也相當大!

      隨著我國加入WTO后進口關稅的下調,國外著名的家電生產商不斷進軍我國家電市場,對國內的家電生產商造成了巨大的競爭壓力,F在隨著新技術和新材料的開發和應用,大家電的產品利潤不斷被壓縮,導致許多大家電生產商把目光投入小家電市場。比如,美的由小家電起家,做起大家電,而后又著手小家電;海爾稱“從大到小全包”,海爾電熨斗、燃氣灶市場上隨處可見;榮事達熱水器、微波爐已有了一定名氣;長虹也做起了小家電。

      統計表明,目前國內大家電的利潤約在5 %左右甚至更低,而小家電則一直高達兩位數,這對大家電企業而言,無疑具有巨大誘惑力。

      1.2 目的及意義

          家用食品粉碎機是利用電機為動力,配置一定的刀具或者加工裝置,替代人工對食品進行加工處理的小型家用電器。

      近年來,由于家用電器工業的發展比較迅速,推動了機電行業的迅速發展,通過機械與電氣的結合,讓各自的功能相互結合,基本滿足了人們對家庭生活的要求。在家用粉碎機各部分的材料選用方面,杯體更廣泛的采用進口食品級PC材料制成,對人體絕無損害,耐磨抗摔不易破損,在制作完成后,可以將其放入微波爐內加熱。刀具采用高強度高耐磨的刀片,堅硬的干果、豆類等食物都可以快速的研磨粉碎!可調制果汁、奶昔、豆漿,研磨粉碎食物。另外絞肉使用專用的刀具,可以輕松的加工各種肉類。

      為了滿足現代人快節奏的生活方式,多功能的家用食品粉碎機將有更加廣闊的發展空間,我國有13億人口,因此就有上億的消費家庭,現代人工作繁忙,按傳統方式來制作食物的可行性越來越小,家用食品粉碎機將多功能溶為一體,用途更加廣泛。同時設計這款多功能家用食品粉碎機是為了提高我國小家電在國際市場上的競爭力。

      2 總體及外觀設計

      2.1 設計思想

      家用食品粉碎機是一個由眾多零部件組成的系統,選擇合理的設計指導思想不僅可以使問題簡化、條理分明、重點突出,還可以縮短產品開發的周期,提高產品或系統的可靠性,進而獲得良好的秩序、質量和效益。在現代設計方法中,模塊化設計作為一種新的工作方法和思維方法,用它來分析復雜事物,解決大型問題,以及在對事物的構成模式分析、結構優化和系統的分解、重組、協調等方面,有其獨特的效能。

      模塊化設計是在對產品進行市場預測、功能分析的基礎上,劃分并設計出一系列通用的功能模塊,根據用戶的要求,對這些模塊進行選擇和組合,就可以構成不同功能或功能相同但性能不同、規格不同的產品。這種設計方法稱為模塊化設計。

      2.2 粉碎機的總體設計

      家用食品粉碎機主要是由機座、電動機、各種待加工食品料杯、刀具、料杯蓋等組成。設計出來的家用食品粉碎機既要滿足人們的物質需求,又要滿足人們的精神需求,同時我們還考慮到產品的經濟使用周期,在維修過程中如何便于拆卸和安裝,及其在使用過程中有很好的舒適感家用食品粉碎機的設計。

      在設計過程中,我們將“人——機——環境”溶為一體家用食品粉碎機的設計,既能實現社會價值又能合理地保護自然價值,促進人與自然的共同繁榮。在產品達到特定的最大功能時,其消耗的能源越少越好。設計家用食品粉碎機必須考慮到料杯的容積,以及在使用過程中入料和出料時開啟是否方便。

      在材料的選擇上,與食物直接接觸的零件選擇進口食品級PC材料;機座采用PVC復合材料;刀具聯接軸采用金屬材料;刀具則采用W18Cr4V。在顏色的選用上,規則一是根據人機工程學,選擇視覺較容易接受的顏色;規則二是盡量采用與自然相近的顏色。

      由于設計要求總體的長寬高都不超過350mm,經綜合考慮,取機座高140mm,料杯高根據容積計算。

      根據市場調查,家用食品粉碎機的杯體厚度在1.8-2.3 mm之間,在設計時取整數,選用2 mm作為設計基準家用食品粉碎機的設計。

      2.3 粉碎機的外觀設計

      為適合現代時尚家庭的需求,在設計時打破以往傳統大方型機座的原則,將機座設

      計成小巧、流線型、圓柱狀。為了能使機座的顏色和周圍的環境相協調,考慮到顏色與人眼辨色能力的關系,即人從遠處辨識前方的多種不同顏色時,其易辨認的順序是紅、綠、黃、白家用食品粉碎機的設計。在設計時參考了大量的產品顏色設計,最終將機座的顏色設計成深草綠色。因為這種顏色對人體的視覺沒有過大的刺激,不易對眼睛產生視覺過早疲勞,可有效地避免事故的發生,又能使人有一種親近自然的感覺。在機座的材料選擇上采用PVC復合材料,因為這種材料具有一定的韌性和較高的強度,使機座有一定的抗壓和抗摔的能力。

      考慮到在粉碎不同的食品時要采用不同的料杯,為實現不同的功能需要,在設計時選取了三種不同類型和大小的料杯。三個料杯的顏色均采用透明的紅色,透明是為了便于操作者在使用過程中觀察杯內食品是否已經完全粉碎,同時根據人機工程學中對人體視覺的分析,紅色是眼睛最容易接受的顏色。三個料杯和刀具蓋均選用食品級PC材料制成,因為這種材料對人體絕無損害,而且耐磨抗摔、不易破碎,還可以放入微波爐內加熱家用食品粉碎機的設計。

      3 零件及機械結構設計

      3.1 電動機的選擇

      由于家用食品粉碎機的主要動力來自于電動機,電動機的運轉帶動粉碎機的刀片高速旋轉達到粉碎食品的目的。而家用食品粉碎機要求其體積小,噪聲小,運轉平穩,且轉速高。此外,根據電動機的運動特性,一般異步電動機的起動電流大而起動轉矩不夠大。我們希望的是起動電流不大而起動轉矩盡量大一些,單相串激式電動機就具有這個可貴的特點家用食品粉碎機的設計。

      家用食品粉碎機工作轉速一般為3 000-13 000 r/min。由于家用粉碎機結構簡單,在動力傳動上不需要皮帶或齒輪,因此選用立式安裝的電動機,使電動機直接傳動,這樣可以減少電動機的輸出功率在傳動過程中的損耗,同時還可以減小粉碎機機座所占面積和降低制造成本。

      由于粉碎機一般都在家庭中使用,其工作環境中灰塵、水氣、油污等雜物比較少,宜采用開啟式電動機,因為開啟式電動機外表有很大的通風口,散熱條件比較好、用料省而且造價較低。在電壓選擇方面,考慮到我國家庭用電的實際電壓均為220V,因此選擇額定電壓為220V的電動機。

      計算粉碎機所需功率:

      選擇電動機的最低轉速300轉/分,選擇旋轉半徑18mm,即轉速約為0.565m/s;

      根據市面上粉碎機的最大負載范圍,估計所設計粉碎機的最大負載約為400N;

      文本框: 根據公式得 

       (3.1)

       

      從以上各面因素考慮,宜采用G系列單相串激電動機(G45312),其技術參數如

      家用食品粉碎機的設計

      主要性能:

          功率:250 W

      電壓:220 V

          轉速:12 000 r/min

              電流:1.8 A

      3.2 機座的設計

      作用:機座是家用食品粉碎機的主體部分,其主要作用有三個,一是將電動機固定,帶動刀片旋轉;二是將所需的電氣元件和線路裝置在其體內,達到美觀而不凌亂的效果;三是將料杯平放置在機座上,便于粉碎機平穩地工作。

      材料:由于粉碎機在家庭使用中會經常移動,難免會在移動過程中與其它物體產生碰撞,在選擇機座材料方面,鋼鐵制成的機座在發生碰撞后會產生凹陷,使用時間過長后,機座容易產生變形,甚至使其體內的電動機旋轉軸與機座的中心軸不重合,在粉碎食品過程中產生嚴重的事故,又由于鋼鐵的導熱性能較好,電動機在高速旋轉過程中會產生大量的熱量,人體一旦觸碰,將會被高溫灼傷;而一般的塑料制成機座,由于電動機散發出來的高溫會使其產生變形,在碰撞后還會產生裂紋。然而在現代工業生產中,廠家為了能更多的節約成本,又能讓生產出來的產品抗高溫、高壓,有一定韌性,采用PVC復合材料,這種復合材料能抗較高的壓力,在工作中又能夠很好地吸收震動,因此我們在機座的材料選擇上采用PVC復合材料家用食品粉碎機的設計。

      設計時,在機座外部設計了六個條紋狀的孔,這是為了能夠讓電動機散熱的速度更快,其方向斜向下,是為了減少灰塵進入機座。

      在機座體內有一環狀凸緣,這是根據電動機的安裝尺寸所設計,凸緣上的四個凸臺孔是為了增加內螺紋的長度并與電動機的四個安裝孔相配合,通過螺栓將電動機固定。

      在機座的頂部設計三個缺口,用來安裝安全開關聯接器,只有在安全開關被壓下后,整個電路才會通電,既能保證電動機在沒有工作時不產生空載運轉,又能保護人體不被刀片傷害。

      由于電動機從上往下安裝,在接線和安裝電氣元件時不方便,所以在機座的最底部設計一個較大的通孔,便于接線和安裝所有的電氣元件。底部這個通孔在電氣元件安裝結束后由一個扣板來進行密封。在扣板上設計了一個小孔,這是為了在安裝和拆卸過程中便于操作,這個小孔的尺寸與人手食指的尺寸相符合。

          機座的結構圖如圖3.1所示。

      家用食品粉碎機的設計

      圖3.1  機座結構示意圖

      3.3 料杯的設計

      考慮到在粉碎不同的食品時要采用不同的料杯,為實現不同的功能需要,我們在設計時選取了三種不同類型和大小的料杯。

      一號料杯為豆漿杯,主要是與其它附件相配合來制作豆漿和榨果汁;

      二號料杯主要用來絞肉,同時可以作為飲用杯,在配合不同的刀片還可以制作其它的食物。

      三號料杯的容積最小,主要用來制作奶昔、刨冰和干粉,同時也可以作為飲用杯。

      由于一號料杯主要是用來制作豆漿和榨果汁,考慮到它的容量至少要滿足一個普通三口家庭的需要,我們將這個料杯設計得比較大,它的高度有150 mm,上口直徑有

      125mm,底徑有100 mm,它的最大容量可達到1.5 L;二號料杯的容積約為800 mL;三號料杯的容積約為500 mL。這三個料杯都有同樣的絲口,這些絲口是與刀具蓋配合,使杯體與刀具、刀具蓋形成一個整體再裝配到機座上成為一個工作系統。

      材料:這三個料杯均選用食品級PC材料制成,因為這種材料對人體絕無損害,而且耐磨抗摔、不易破碎,還可以放入微波爐內加熱。一號料杯設計成兩頭空是為了便于清洗,能夠完全地清除食物殘渣,避免了衛生死角,同時可以方便地拆裝附件,更換不同的刀具來達到不同的粉碎效果。

          一號料杯的結構如圖3.2所示;二號料杯的結構如圖3.3所示;三號料杯的結構如圖3.4所示。     

                 家用食品粉碎機的設計

      圖3.2   一號料杯結構示意圖

      家用食品粉碎機的設計

      圖3.3   二號料杯結構示意圖

      家用食品粉碎機的設計

      圖3.4  三號料杯結構示意圖

      3.4 機罩的設計

      機罩的作用是將機座內的電動機及其它電氣元件與機座上部空間隔離,達到美觀的效果,在機罩中心孔(即電動機伸出軸通過的孔)加上橡膠密封圈還可以達到一定的防水效果。在固定機罩方面,通過機座固定電動機的四個凸臺螺紋孔可以將機罩同時固定在一起,這樣既美觀大方又能合理地節約材料,降低制造成本。

      材料:選擇與機座同樣的PVC復合材料。

      機罩的結構如圖3.5所示。

      家用食品粉碎機的設計

      圖3.5    機罩結構示意圖

      3.5 刀具蓋的設計

      刀具蓋的作用是把料杯和機座聯接起來形成一個粉碎機的整體,在這里設計的刀具蓋、刀片聯軸器和密封圈配合在一起,可以與不同的刀片,料杯組合,便于達到不同的粉碎效果。這里使用密封圈是為了避免料杯內的液體出現滲漏情況家用食品粉碎機的設計。

      刀具蓋的下半部分,設計成中空狀,是為了安裝刀片聯軸器,使刀片聯軸器不伸出刀具蓋,這樣可以在粉碎任務完成后把料杯從機座取出平穩地放置在桌面上。

      在刀具蓋的外壁設計了三個凸塊,即安全開關觸碰壓緊裝置,它的作用就是將機座上的安全開關壓下,并將安全開關鎖定,同時還能將料杯鎖定在機座上,保證料杯在工作中不從機座上脫落。

      材料:由于刀具蓋相當于料杯的底部,與粉碎的食品直接接觸,所以必須要無毒副作用,與料杯相同,也采用食品級的PC材料制成。

      顏色:采用藍色作為其顏色。

          刀具蓋的結構如圖3.6所示。 

                                                   家用食品粉碎機的設計

      圖3.6   刀具蓋結構示意圖

      3.6 料杯蓋的設計

          這里講到的料杯蓋是專門為一號料杯(豆漿杯)所設計的,它的作用是不讓料杯內的液體飛濺出來,起到一定的保護作用。在杯蓋的設計上,它的下部傾斜角度與料杯杯壁相同,由最外邊的凸緣扣在料杯杯口,避免杯蓋在人手的壓力下被完全壓入杯體內,造成不必要的損壞;在杯蓋的中心設計了一個通孔,能起到方便進料的作用,可以完全

      避免待加工食品在進料過程中落到濾網外(見圖3.7)。在杯蓋的通孔位置設計一個加料冒,其作用就是防止杯內液體或食品在高速旋轉下從中間的通孔飛濺出來。

          材料:由于這兩個杯蓋也是與食品直接接觸,所以在選擇材料時同樣是選擇食品級

      的PC材料。

      顏色:為了達到美觀的效果,其顏色與刀具蓋的顏色相同,形成相互輝映的效果。

      家用食品粉碎機的設計

      圖3.7   料杯蓋結構示意圖

      3.7 濾網及隔離罩的設計

      由于在榨果汁和制作豆漿的過程中,需要有效地把殘渣和果汁或豆漿分離開來,因此專門為一號料杯設計了濾網和泡沫隔離罩。

      濾網鑲嵌在濾網罩中,濾網罩是放料杯內的最下部,與料杯內的凸臺相結合,而泡沫隔離器放在濾網罩的上面,濾網罩和泡沫隔離器配合后的高度正好等于杯體內的高度,然后與料杯蓋中心的通孔相配合,就形成了一個整體隔離裝置。

      作用:濾網的作用是將固體殘渣和液體分離開,而泡沫隔離器顧名思義是為了減少泡沫,因為刀片在高速旋轉中會使液體產生泡沫,為了盡量減少泡沫進入要飲用的液體中,有效地避免了煮豆漿時泡沫撲鍋,因此設計了這樣一個泡沫隔離器。

      材料:由于濾網、濾網罩和泡沫隔離器與待飲用的食物直接接觸,所以選用食品級的PC材料;而濾網則采用一次性激光點孔技術生產出來的整塊不銹鋼鋼板,它的孔徑僅為0.25毫米,這樣可以使其出漿更細滑,使用時更加安全家用食品粉碎機的設計。

      濾網罩機構如圖3.8所示。

      泡沫隔離器結構如圖3.9所示。

      家用食品粉碎機的設計

      圖3.8    濾網罩結構示意圖

      家用食品粉碎機的設計

      圖3.9   泡沫隔離器結構示意圖

      3.8 電動機伸出端聯接軸設計

      由于電動機的伸出軸直徑太小,不能直接對刀片進行傳動,為了解決這個問題,專門為電動機伸出端設計了一個聯接軸。這個聯接軸采用正方形設計,因為它還要帶動刀具聯接軸轉動,它的內接圓直徑達到了11 mm,最大外接圓直徑也達到了16 mm,有6.9 mm厚。

      作用:加大了電動機伸出軸的直徑,即增大了轉矩,減小了電動機所受的負荷。在聯接軸的一端中心,設計了一個孔并設計了一個缺口,其作用是為了與電動機伸出軸配合,在配合時將其缺口面和電動機伸出軸的缺口面對齊。

          材料:其材料選用45鋼調質。

      電動機伸出端聯接軸結構如圖3.10所示。

         家用食品粉碎機的設計

      圖3.10   電動機伸出端聯接軸

      3.9 刀具聯接軸的設計

      刀具聯接軸是為了將刀具、刀具蓋和機座電動機連接在一起,這個聯接軸是通過密封圈將其固定在刀具蓋上,用戶可以根據自己的需要更換刀片來達到不同的粉碎效果。為了能夠和電動機伸出端聯接軸形成很好的配合,在其下部設計了一個與電動機伸出端聯接器大小相同的方孔。其上部設計了較細的螺紋,與壓緊刀片的螺母相配合,同時,在螺紋聯接處還設計了一個缺口,這是為了與電動機伸出端聯接軸的缺口相配合。在設計時考慮到安裝后其大頭端的高度不能超過刀具蓋底部的深度,所以在設計這個聯接器時,它安裝在刀具蓋里的尺寸僅為12 mm。

          1、選擇軸的材料

      選擇軸的材料為45鋼調質,因為這種鋼具有良好的綜合力學性能。

      2、初定刀具聯接軸的最小直徑

                       家用食品粉碎機的設計                     (3-2)

             C——為取決于軸材料的許用扭轉切應力的家用食品粉碎機的設計的系數,其值可查表;

             P——軸所傳遞的功率,KW;

             n——軸的轉速,r/min.

      刀具聯接軸的最小直徑是安裝刀具蓋處軸的直徑家用食品粉碎機的設計(見圖3.11),為了使所選的軸直徑家用食品粉碎機的設計與刀具蓋的孔徑相適應,故取最小軸徑為5mm。

      家用食品粉碎機的設計

      圖3.11    刀具聯接軸

      3、軸的結構設計

         (1)根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度

           1)為了滿足與刀具蓋的配合,取家用食品粉碎機的設計段軸的長度與刀具蓋的厚度相同即家用食品粉碎機的設計。

           2)因刀具蓋孔徑為家用食品粉碎機的設計,為了裝拆方便,取家用食品粉碎機的設計,家用食品粉碎機的設計家用食品粉碎機的設計小是為了加密封圈。為了與刀具有效的配合而不發生相對轉動,故將Ⅳ-Ⅴ段的軸切掉一部分,切口形狀和大小與電動機輸出軸相同,又因該段軸要用螺母使之與刀具緊密配合,故要做出M6的螺紋,綜合所有,選取家用食品粉碎機的設計,家用食品粉碎機的設計(刀具與刀具蓋間的間隙)。

           3)Ⅰ-Ⅱ端與電動機伸出端聯接軸相配合,故取家用食品粉碎機的設計,家用食品粉碎機的設計,家用食品粉碎機的設計。

           4)Ⅱ-Ⅲ段軸要保證刀具聯接軸不因高速旋轉而飛出,故取家用食品粉碎機的設計大于刀具蓋孔徑,所以取家用食品粉碎機的設計,家用食品粉碎機的設計。

         (2)確定軸上圓角和倒角尺寸

          參考《機械設計手冊》家用食品粉碎機的設計取得各軸肩處的圓角半徑如3.11圖所示。

      4、根據軸所受的外力偶矩畫扭矩圖

         (1)計算軸的外力偶矩

          軸所受外力偶如圖3.12(a)所示,

      家用食品粉碎機的設計

      圖3.12  (a)軸所受外力偶   (b)扭矩圖

          已知  家用食品粉碎機的設計,家用食品粉碎機的設計,家用食品粉碎機的設計,由式家用食品粉碎機的設計得到外力偶矩是

                        家用食品粉碎機的設計

         (2)用截面法計算扭矩

      在AC段任意截面1-1處截開取