福建农林大学金山学院
创 新 设 计 报 告
课题名称 小型家用切片机设计 年级专业 10级机械 姓 名 郑国强 学 号 100205068 指导老师 陈金兰、林秀芳 成 绩
2013年12月13日
目录
福建农林大学金山学院创新设计说明书
摘要 ............................................................................................................................................. 2 一、概述 ..................................................................................................................................... 2 1.1、现有切片机分类 .......................................................................................................... 2 1.2、家用小型切片机的不足之处 ...................................................................................... 3 1.3、家用切片机改进之处 .................................................................................................. 4 1.4、家用小型切片机应满足要求 ...................................................................................... 4 二、设计方案 ............................................................................................................................. 4 2.1、家用小型切片机总体结构方案设计 .......................................................................... 5 2.2、方案解析 ...................................................................................................................... 5 2.2.1、功能分析 ............................................................................................................. 5 2.2.2、功能分解 ............................................................................................................. 5 2.2.3、功能元求解 ......................................................................................................... 5 2.3、切片机方案选择 .......................................................................................................... 6 2.4、动力部分设计 .............................................................................................................. 8 2.5、计价部分的设计 .......................................................................................................... 8 2.6轴承的选择 ..................................................................................................................... 8 2.7切片机某些结构及模拟刀片旋转 ................................................................................. 9 三、一些计算 ........................................................................................................................... 11 四、总结 ................................................................................................................................... 12 五、参考文献 ........................................................................................................................... 13
:
摘 要：
1
福建农林大学金山学院创新设计说明书
近年来，随着食品加工业的发展，切片机的研发与使用力度也在逐步增大，国内已经有很多工作效率高、操作方便、性能稳定的切片机。但是这种切片机比较适用于企业与手工作坊使用，对于普通家庭的使用并不合适。本文对切片机的种类进行了分析，并对切片机现状进行了初步讨论和发现问题，提出一种旋转切割式家用小型切片机，该机器主要由刀盘部分、物料推进与夹紧部分及点击装置这三大部分组成。该切片机具有体积小、操作方便、成本低等优点，可以很好的解决当代年轻人切肉切菜难的问题，有很好的市场前景。
关键词：切片机 家用 体积小 方便 成本低
一、概述
当今社会的主体一般是80后，90后也会慢慢登上社会的舞台，80后、90后一般是独生子女，与父母生活在一起时很少自己做饭，自己单独在外面工作、成家以后，对于做饭、做菜就会显得力不从心，切菜对于这些年轻人也是一个不小的挑战，尤其是对于像土豆这类形状不规则的食材。但是，市场上目前存在的切片类的机器主要都是针对企业工厂、学校食堂与手工作坊等一次性需求量比较大的场合，在家庭生活中使用存在体积大、移动不方便、耗电多、成本高、功能单一等缺点。本文提出一种家庭用自动切片机，具有体积小、操作方便、成本低、机械传动节约能源的特点，可以很好的解决年轻人不会切菜的苦恼，有很好的市场前景。
1.1、现有切片机及分类
切片机的式样很多,性能也不一样,一般分为滑行式切片机和旋转式切片机两大类。无论哪一种类型,它们的结构都可分为以下三部分: ①控制切片厚薄的微动装置; ②供装置切片刀的夹刀部分; ③供装置组织块的夹物部分。 (1) 滑行式切片机
滑行式切片机的夹刀部分是滑动的,而夹物部分是固定不动的,但可上下升降。夹物部分的下面连接着控制切片厚度的微动装置,当夹刀部分在轨道上向后滑行一次,夹物部分上的组织块就被切去一片,当夹刀部分退回原处时,微动装置就自动地将夹物部分上升一片的厚度切片的厚度可由微动装置上的厚度计来调节。 (2) 旋转式切片机
旋转式切片机的待切物可上下移动前后推进,而夹刀部分则固定不动。在待切物的后面连接着控制切片厚度的微动装置。夹刀部分在切片机的前面,其刀口与待切物上的组织块垂直,当旋转轮用手摇转一次, 待切物的水平圆柱体也随着上下来回移动一次。向下移动经过刀口, 待切物即被切去一片,然后向上移动,经过刀口后,微动装置就按所调节好的切片厚度,以水平方向自动将待切物向前推进一片的厚度。
2
福建农林大学金山学院创新设计说明书
上述切片机械以其产能大、效率高等优点被广泛应用于工业生产。一种多功能切片机，可以将长条状或根茎、种子、果实类待切物切制成极薄片或薄片，因其切制片形薄、美观而被广泛应用于工厂、作坊、家庭等。这些切片机械完成切片工作的3大基本功能和前提 条件包括：待切物与切刀的相对运动，待切物的进给即送料，切片厚度的控制。 （3）家用小型切片机
此类切片机大部分缺少动力装置，主要有可调节切刀和物料托盘主组成，其结构简单，使用麻烦。结构如图所示
1.2、家用小型切片机不足之处
1、缺少动力装置，手动费劲。 2、切肉只能切冻肉。
3、必须手动进料，冻到手以及可能切到手
3
福建农林大学金山学院创新设计说明书
4、效率低下而且价格昂贵据淘宝价400左右
1.3、家用切片机改进之处
1、采用动力装置加入电机装置 2、加入自动推料装置解放双手 3、加入可调节切片厚度装置
1.4、家用小型切片机应满足的要求
具有预定所设计制造的切片机必须实现预定的解决生产或生活问题的功能的要功能，这是机器设计的最基本出发点。为使所设计的机器具有预定功能，合理选择机器的工作原理是最重要的。显然，预定实现求 的功能不同，设计的要求也不同。 经济性要求 机器的经济性是一个综合指标，在切片机的设计、制造、使用、销售、维修、管理等各个环节均有所体现。总之，经济性要求就是在满足功能要求的前提下能够将总费用降到最低。 安全性要求 在切片机的设计阶段就必须对机器的使用安全予以足够的重视。简单地讲，安全就是指切片机本身的工作安全及使用者的安全，特别是使用者手的安全。因此，要采用各种各样的防护措施，使运行时刀具不会与人体直接接触 可靠性要求 操作使用求 简单地讲，可靠性就是切片机在使用中性能的稳定性，它是切片机的一个重要质量指标。可靠性水平越高，说明机器在使用过程中发生故障的概率越小，能正常工作的时间就越长。 切片机是一种给生活带来方便的机械产品。在设计切片机时声要小；防止污染等。此外，对有些机器还有一些特殊要求，如建筑机械要便于拆装和搬运、交通机械要重量轻等。
方便性要必须注意操作时要轻便省力；操作机构要适应人的生理条件；噪二、设计方案
2.1、家用小型切片机总体机构方案的设计
微调可调刀盘上的螺母，使之达到自己所需求的切片厚度； 将物料放入压板之下，物料在弹簧力的作用下达到被夹紧的状态； 电机带动装置，切刀旋转或左右运动完成对物料的切片动作。
4
福建农林大学金山学院创新设计说明书
2.2、方案解析
1、功能分析/
2、功能分解
3、功能元求解
5
福建农林大学金山学院创新设计说明书
根据功能元的求解选出比较好的三种方案，方案如线面的方案一到三
2.3、切片机方案选择
方案一：
如上图所示，为曲柄滑块机构，可利用滑块的往复运动来实现切刀的往复运动。 如图——1为动力，带动导杆——2做匀速圆周运动，然后就带动滑块往复运动实现刀片的往复运动，3为要切的物料（依靠重力送料），4为垂直纸面的传送带（间歇性直线运动），5为切物料的挡板 方案二
6
福建农林大学金山学院创新设计说明书
方案三
图（1）切片机简图 图（2）刀盘刀片俯视图
1.电机 2.装料盘 3.刀片和落料口 4.土豆、肉等 5.放料口 6.弹簧 7.螺杆 8.调节螺母 9.压料片 10.刀盘
7
福建农林大学金山学院创新设计说明书
比较三种方案:
方案一优点：切片均匀；切割好的物料能及时带走。
缺点：采用了皮带轮传送机构，使得整体比较大占用地方大。连杆机构的运
动必须经过中间构件进行传递，传递路线较长，易产生较大的误差累计，使机械效率降低
方案二优点：采用弹簧推动挡板进行送料代替了皮带轮结构。
缺点：推料过程中由于弹簧势能的的减小而使送料不均匀，导致切片不均匀。 方案三优点：采用旋转切割结构代替前两个方案的曲柄连杆的往复直线切割运动。
刀片与物料有一定的切入角度见提高了刀片刀口的使用寿命。切片均匀以及自动送料。
缺点：尚未发现……
综合三种方案选择方案三进行后续的设计
2.4、动力部分的设计
简单经济是设计该家用小型切片机所要考虑的一大因素，所以就采用电动式驱动装置。将电机与刀盘链接在一起带动刀盘转动，这样设计的话，刀盘通过不断的旋转起到切割物料的目的，操作者主要放入物料后压好物料就可以开机启动机器，转盘的旋转运动再转换成切刀的旋转运动。操作简单，几乎人人都能操作。
电机方案选择：
由于本系统所需要的动力不大，要求转速也不是很高，综合考虑下采用了功率0.55KW（或0.75KW）、1390r/min的电机。
2.5、机架部分的设计
机架起到在机器中起到支承或容纳零、部件的作用，机架的设计主要应保证以下三点：足够的强度和刚度；形状简单，便于制造；便于在机架上安装附件等。
强度是评定重载机架工作性能的基本准则。机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强度。此外还要校核其疲劳强度。机架的强度和刚度都需要从静态和动态两方面来考虑。动刚度是衡量机架抗震能力的指标，而提高机架抗振能力应从提高机架构件的静刚度，控制固有频率，加大阻尼等方面着手。
机架受压结构及受压弯结构都存在失稳问题。有些构件制成薄壁腹式也存在局部失稳。稳定性是保证机架正常工作的基本条件，需要重点考虑。机架的各部分要各自稳定，而且相对固定，以便做到机械在运转过程中不会产生晃动、歪斜，造成人身危险。
2.6、轴承的选择
在该设计中采用的轴承是滚动轴承，它是依靠主元件间的滚动接触来支撑转动零件的。与滑动轴承相比，滚动轴承具有启动灵活，摩擦阻力小，效率高，润滑简便及易于互换等优点
8
福建农林大学金山学院创新设计说明书
按滚动体的形状我们又分为球轴承和滚子轴承。我采用的是深沟球轴承如图所示。深沟球轴承主要用于承受径向负荷，也可承受一定的轴向负荷。结构简单，易于制造，价格低廉；启动性能好，摩擦系数最小。当轴承的径向游隙加大时，具有角接触球轴承的性能，可承受较大的轴向负荷。
轴承组合的固定是通过轴承内圈和轴之间的锁紧，外圈和轴承座孔之间的固定来实现的。
滚动体和内、外圈的材料应具有高的硬度和接触疲劳强度、良好的耐磨性和冲击韧度，一般采用轴承铬钢制造，经热处理后硬度可达到61-65HRC,工作表面须经磨削和抛光。保持架一般用低碳钢板冲压而成，它与滚动体间有较大的间隙，实体保持架常用铜合金、铝合金和塑料经切削加工制成，有较好的定心作用。
2.7、切片机某些结构及模拟刀片旋转
图（4）压板装置
9
福建农林大学金山学院创新设计说明书
压板装置采用弹簧弹性势能推动压板向右运动，使该机实现自动送料，压板底部采用条形波浪纹减少物料与压板接触面积，这样物料不易沾到压板上。
图（5）刀盘
从图中可以看出刀片旋转时调节螺钉不会与物料相接触，而且刀片从一定倾斜的角度切割物料，从而增加了刀片的寿命。从图中我们也看到了一点不足，那就是刀片存在空转现象，解决办法就是增加落料口数。不过已经挺好的了，希望下次能有更好的改进吧
10
福建农林大学金山学院创新设计说明书
放大
图（6）
图（6）为落料桶底部局部放大图，该突起结构起到了保护作用，当物料送尽压板到达底部是不会在弹性势能的作用下继续向下运动而使刀片碰到压料板。
图（7）
该图为刀片调整机构部分简图，低下两个调节螺母可以调节刀片的高度，使小型家用切片机可以调整不同的切片厚度。
三、一些计算
1、弹簧的设计计算
假设普通家庭用户每顿所需要的土豆不会超过1KG，在加上挡板的重量，设计时的最大弹簧力F 设为60N，变形量 设为50mm。
常用的弹簧主要有螺旋弹簧、环形弹簧、碟形弹簧、涡卷形弹簧、板弹簧等等。在该土豆切片机的设计中，弹簧主要起到一个储存并释放能量的作用。所以，选择圆柱螺旋压缩弹簧。 ①选材料:
一般选用碳素弹簧钢丝65Mn，它具有强度高，加工性能好，廉价，容易得到，弹性极限低，
11
福建农林大学金山学院创新设计说明书
比较适合做小尺寸的弹簧。取钢丝直径d=2mm。 ②查表计算许用应力:
查《机械设计基础》[13]17-2表中Ⅰ类载荷的弹簧考虑(根据阀弹簧受力情况言)材料的抗拉强度σb与钢丝直径d有关 选d=2mm时，σb=2000Mpa
查表17-1取切变模量G=82×103 Mpa
查表17-1,取许用切应力τs==0.3σb=0.3×2000=600Mpa
查设计手册17-6表中，当钢丝直径d=1.1-2.2的时候，弹簧指数C=5-10。 初选C=8，算出K= =1.184 （2-7） 计算钢丝直径:d≥1.6 =1.5mm （其中K=1.184，F为弹簧受力） 所以先前的假设d=2mm＞1.5是合理的。 ③计算弹簧尺寸:
中径 D =Cd=16mm （2-8） 外径 D=D +d=18mm （2-9） 内径 D =D -d=14mm (2-10) ④计算弹簧有效圈数:
n= （取 =50mm）=33.36，取n=33圈 (2-11) 总圈数n =n+n =35圈 （死圈数n =2） ⑤自由高度:
H =nt+1.5d=267 (2-12) 其中:t——初步估计节距t=（ ）D (2-13) 查《简明机械设计手册》表16-8系列值H 取最优，H =260 ⑥弹簧螺旋角:(此值一般符合=5°～9°)
α=arctan(t/πD ) (2-14) 据《简明机械设计手册》表16-2弹簧节距t=（ ）D ，取t=1/2D 计算得 α≈9°，符合要求。
⑦验算弹簧的稳定性（两端采用固定之承）
b= =267/16＞ （ =5.3 为临界高径比） (2-15) 当 b＞ 时，轴向载荷超过一定限度，弹簧就会失去稳定性而产生侧向弯曲。这时就可以通过改变弹簧结构参数和两端的之承方式，也可以采用在弹簧内侧加装导杆或者在弹簧的外侧加装导套的办法使弹簧趋于稳定。
12
福建农林大学金山学院创新设计说明书
四、总结
本文总结了切片技术的研究现状及存在的关键问题以及自己对切片机发展的一些想法观点。经过对现有切片机的了解分析，总结除了其中的不足之处，对相应的不足进行了一番改进，设计出了自己的产品，我所设计的切片机具有简单实用体型小等特点，更适合大多数人的使用，是目前较为实用的小型切片装置。在设计中虽然遇到了一些问题，但经过查阅各种资料以及自己对切片机的深入分析改进得以解决问题。每个人的设计不可能说是十全十美的，对于该机子的可能存在的一些问题将会在以后的努力中进行改进。
参考文献
[1] 牛臣亮, 赵立峰. 切片机的使用与临时切片的制作[J]. 教学仪器与实验, 2009,(10) [2] 精密切割——切片机与称重监视器[J]. 中国食品工业, 2001,(09)
[3] Н.П.鲁斯柯夫, Ю.В.波罗特尼柯夫, 王瑜. 卡尔呼拉型切片机[J]. 林业实用技
术, 1962,(17)
[4] 蒋锡谕. 甘藷切片机介绍[J]. 农业科学通讯, 1955,(11) [5] QP-108型切片机[J]. 机电新产品导报, 1994,(Z1)
[6] 李晋湘. QP—301内圆切片机的结构特点和设计思想[J]. 电子工业专用设备,
1986,(00)
[7] 冻肉切片机[J]. 农村新技术, 2009,(06)
[8] 周勇生. 菠萝立式切片机的设计[J]. 食品与机械, 2003,(01) [9] 孙桓，陈作模.机械原理[M].7版. 北京：高等教育出版社，2006 [10] 齐秀丽《机械原理》，中国电力出版社， 2010
[11] 黄锡恺，郑文纬．机械原理[M].6版．北京：高等教育出版社，1993 [12] 申永胜.机械原理教程[M]．北京：清华大学出版社，1999
13
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容