水果削皮机的工业工程设计论文

3 SolidWorks三维建模和运动仿真 3 SolidWorks三维建模和运动仿真

3.1 SolidWorks简介

Solidworks软件是基于特征的参数化实体建模工具对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。利用SolidWorks可以创建三维模型，设计过程中，实体简可以存在约束关系也可以不存在约束关系。同时，可以利用自动或用户自定义的约束关系来体现设计意图，并通过COSMOSXpress（有限元分析）和物理模拟功能对设计方案进行校核。

3.2削皮构件的设计

3.2.1削皮刀具的设计

a .削皮刀片材料选择

水果酸性大，腐蚀性强，要求削皮刀具具有较高的防锈能力。本机选择了价格便宜且具有一定防锈能力的45钢作为削皮刀片的选用材料。

b .切削刀具的外形确定

1)前提条件:(1)苹果的外形是顶部、底部凹陷的近似圆形，凹陷处外 圆直径d1，d2最大直径17毫米。

(2)为了增加苹果顶部和底部的去皮面积，必须使刃线运动到图中的C位置，削皮刀具的切削路径应始终和回转中心线B-B1垂直。如图3.1所示。

(3)削皮厚度考虑,为了达到削皮薄，去皮效果好的目的，去皮厚底应在0.6到1.2mm之间。

将该机器的切削刀片设计成弧形，弯曲弧度由市场上能买到的去皮刀片模拟实验得出，刀片切入角度应该能够和根据苹果大小和形状的不同进行调整，所以，刀具与刀具台之间设计成活动的，用蝶形螺栓进行固定，以实现角度的要求。因为刀具台和刀具之间是活动的，弹簧1作用力压迫刀具台与苹果果皮接触，这时就不需要担心去皮厚度，厚度可以调节刀具台与刀具之间的距离来确定。

c .实验与分析 用固定的力挤压刀具与苹果接触，模仿弹簧施加在刀具台上的力，用半径为10mm弧长为12mm和24mm的刀片分别进行削皮加工，实验结果如见表3.1：

表3.1切削刃宽对比表

弧长（mm） 削皮厚度可旋转角度（度） 去皮干净程加工后表面光洁

（mm） 度 度

12 0.2---0.3 60 欠好 较好 24 0.4---0.6 好 好

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当刃宽为12mm（窄）时，因刃线与苹果的顶部和底部不能保持相切，产生尖点接触，加上到头重量轻、径向跳动大、容易出现漏削状况，去皮干净程度和表面光洁度下降；又因刀头重量轻，吃刀深度浅，使得切削厚度有所下降。当刃宽为24mm时，其削皮厚度虽然比刃宽为12mm是略有增加，但其他两项指标均优于前者，故本机采用刃宽为24mm。

图3.1 刀具切削示意图

d .溜槽的设计

在刀具的设计过程中，考虑到果皮的飞出轨迹，可能会出现掉落到削皮机两个零件的夹缝间的情况，不利于削皮机的清洁，所以，在刀具上果皮的出屑方向加装一个溜槽，切削过程中，果皮沿着溜槽掉入预先摆放好的收纳盒中，美观、卫生。

由于溜槽难于制造，可以用废旧易拉罐进行简单的冲压加工，用夹具与刀具连接即可，即达到了导流的目的，还能废物利用，保护环境。

图3.2 刀具溜槽建模

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e .切丝器的设计

1）设计要求

（1）能够完成对黄瓜、萝卜，土豆等果蔬的切丝； （2）方便安装，且能轻松实现去皮和切丝的功能转换； （3）安全，可靠性高

图3.3 切丝刀具模型

3.2.2 刀具台的设计

刀具台的功能不仅是安装刀具。同时也控制着刀具的切削角度，它由一个弹簧与机架固定，并紧贴水果表面，避免刀具紧贴水果表面，由于弹簧力较大而造成的去皮厚度太大的浪费。在本机的刀具台设计过程中，可认为是刀具与水果表面所成的角度。

a .刀具台材料的确定

刀具台的选材为2Cr不锈钢，耐用强度大，且不容易变形。 b .切削角度

这里主要指刃倾角?，契角?，前角?,后角?.如下图所示.由于果品物料的组织松软,含有大量的水分,表皮组织又有较高的韧性,所以在切削加工过程中,要求刀具锋利.挤压力小,为此,对上述角度提出如下要求:

（1）刃倾角?:刃倾角?是切削刃和切削速度V的垂直间的夹角，如图3.4a所示。有了人倾角,即可进行斜交切割.斜角切割有以下两点好处:a. 减少了道具在切削过程中的实际工作契角?和刃圆半径Ra,又因斜角切削不会改变刀具的刃磨角度,从而保证了刀具的耐用度；b.斜角切割时,切削速度V的方向不垂直于切削刃,沿着切削刃方向有一个速度分量V刃，故切削刃相对于苹果除了“切”之外，还有“割”的作用，从而使切削刀刃显得更加锋利，减少了削皮厚度。所以斜角切削省力省功，加工质量高。本机先用λ=5o 。

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图3.4a 切削角度示意图

（2）契角?:如图3.4b所示，为了使刀具更锋利，降低切削加工的挤压力，食品刀具的契角一般都很小，但刀具的契角过小将使刀具的耐用度下降，导致加工产品质量降低。对于水果类的切削刀具，一般β=5o～20o ，单片刀片的契角β=17o 。

（3）前角?:前角的大小直接影响着刀具的锋利和牢固程度，影响切削作用和挤推作用的比例，决定刀具的切削性能。在保证刀具具有一定的耐用度下，尽量加大前角使刀刃锋利，以增加刃切作用减小挤推作用。本机选用：?=63o～68o.

（4）后角?：后角的作用主要是在切削过程中减小后刃面与加工对象（已加工表面）之间的摩擦，在水果加工中，二者之间的摩擦阻力很小，所以后角大小的选择不是主要矛盾。由图3.4c知，契角?，前角?,后角?三者的和为90度，前面已选前角为63o～68o，契角为17度左右，故本机后角为5o～10o。此数值基本符合加工塑性大或弹性大的金属材料的后角取值范围。

图3.4b 契角示意图

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