手搖式土豆去皮機(jī)設(shè)計(jì)與研究

李美祺　朱一羽　王亦卓　王銘陽　鄭朔　徐飛

摘? 要：手搖式土豆去皮機(jī)是一種將手動(dòng)推搖桿的力轉(zhuǎn)化為驅(qū)動(dòng)軸的旋轉(zhuǎn)力，再通過二級(jí)齒輪增速機(jī)構(gòu)提高轉(zhuǎn)速，使工作腔內(nèi)剝皮輥?zhàn)龈咚傩D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而對土豆做高效剝皮處理的裝置。該裝置主要適用于家庭與飯店，使土豆去皮更加快速便捷。

關(guān)鍵詞：手動(dòng)式土豆去皮機(jī);齒輪傳動(dòng)

1.研究的目的和意義

土豆，是幾乎所有家庭常吃的食物，作為世界上第四大糧食產(chǎn)物，因其適用性廣，營養(yǎng)豐富，經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)，一直廣受消費(fèi)者青睞。而我國作為土豆生產(chǎn)大國，土豆一直在人們的日常生活中占據(jù)重要地位。然而目前大多數(shù)家庭都采用手工去皮的方式，極其費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。目前，市場上還沒有家用型土豆去皮機(jī)，去皮之難一直困擾著無數(shù)家庭。

為了解決這個(gè)問題，本課題針對現(xiàn)有土豆去皮機(jī)去皮困難、去不全、破碎率高、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等一系列難題，擬設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)合理、節(jié)約資源、節(jié)約空間的手搖式土豆去皮機(jī)。它利用創(chuàng)新概念設(shè)計(jì)，采用人機(jī)工程學(xué)設(shè)計(jì)理論，操作簡單、省時(shí)省力，老少皆宜;同時(shí)具有噪音低、成本低、潔凈率高、效率高、適用面廣等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的市場前景。

2.總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)與工作原理介紹

2.1總體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)

本課題設(shè)計(jì)了一種手搖式土豆去皮機(jī)，能快速高效對土豆進(jìn)行剝皮處理。總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。

2.2工作原理

使用者手握住搖柄，通過手臂的力量搖動(dòng)搖桿，帶動(dòng)I軸轉(zhuǎn)動(dòng)，I軸通過鍵連接帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng);I軸齒輪帶動(dòng)II軸小齒輪，動(dòng)力從I軸傳到II軸，II軸上的大齒輪再帶動(dòng)主軸上的小齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，小齒輪再通過鍵連接帶動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)。主軸上安裝剝皮輥，從而帶動(dòng)剝皮輥旋轉(zhuǎn)。工作腔內(nèi)共設(shè)有6根主軸，工作時(shí)，六根主軸帶動(dòng)6根剝皮輥同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，使土豆在工作腔內(nèi)翻滾旋轉(zhuǎn)進(jìn)行剝皮處理。

3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

3.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

常見的增速機(jī)構(gòu)包括齒輪增速機(jī)構(gòu)、鏈條增速機(jī)構(gòu)、擺線針輪增速機(jī)構(gòu)、渦輪蝸桿增速機(jī)構(gòu)等。研究、對比各種增速機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)和本裝置對傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的性能要求后，決定采用齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)具有效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、壽命長、傳動(dòng)比穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。本裝置采用傳動(dòng)比為2：1和7：1的二級(jí)齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，總傳動(dòng)比為14：1。使用時(shí)只需110N的力手動(dòng)搖動(dòng)搖桿就能將剝皮輥的轉(zhuǎn)速增加到1500r/min，可保證土豆?jié)崈袈蔬_(dá)到95%，破碎率為0%。

3.2動(dòng)力設(shè)計(jì)與計(jì)算

含初始條件設(shè)定（作用在搖桿上的力與速度），傳動(dòng)比分配與計(jì)算，齒輪相關(guān)參數(shù)計(jì)算與選定，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，軸的強(qiáng)度校核等。

根據(jù)機(jī)構(gòu)工作需要，設(shè)計(jì)模數(shù)為2的直齒圓柱齒輪。 。二級(jí)齒輪傳動(dòng)，傳動(dòng)比分別為2：1和7：1，選擇材料為玻璃纖維MC尼龍。根據(jù)整體工作空間限制以及傳動(dòng)比、模數(shù)選擇齒數(shù)，計(jì)算主動(dòng)小齒輪直徑。

根據(jù)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)

由圖10-22[2]，查得

大小齒輪材料相同，計(jì)算轉(zhuǎn)矩兩級(jí)加速后

3.3剝皮輥結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了增加剝皮輥的工作壽命，對剝皮輥采用組合式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，磨砂套與輥軸實(shí)現(xiàn)過盈配合。長時(shí)間使用后，磨砂變得平滑，這時(shí)候可更換磨砂套，繼續(xù)使用此剝皮輥，延長剝皮輥的使用時(shí)間，降低了使用成本。磨砂套由天然橡膠添加高強(qiáng)度抗磨劑、抗氧化劑、抗高低溫材料通過高溫硫化復(fù)合而成，具有易安裝、耐磨損、壽命長等優(yōu)點(diǎn)。剝皮輥在工作腔內(nèi)的空間擺放位置設(shè)計(jì)合理，土豆從入口進(jìn)入后，搖動(dòng)搖桿，可連續(xù)對土豆進(jìn)行翻轉(zhuǎn)滾動(dòng)的剝皮處理，保證了剝皮的潔凈率。

4.發(fā)展前景

與市場上現(xiàn)有的去皮機(jī)相比，我們設(shè)計(jì)的手搖式土豆去皮機(jī)節(jié)能減排，低碳環(huán)保，具有較高的使用價(jià)值，符合大眾的消費(fèi)理念，再加上本產(chǎn)品基本適合所有家庭使用，消費(fèi)群體規(guī)模極其龐大，產(chǎn)品需求量大，所以我們未來的經(jīng)濟(jì)效益非常可觀。

5.結(jié)束語

本文利用簡單的結(jié)構(gòu)，創(chuàng)新性地設(shè)計(jì)出了這款家用型手搖式土豆去皮機(jī)，彌補(bǔ)了國內(nèi)外非電力驅(qū)動(dòng)去皮機(jī)的空白，為人們?nèi)粘Ｉ钐峁┝朔奖恪Ｈ欢狙b置仍有提高的空間，對零件材質(zhì)和機(jī)構(gòu)的空間結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，得到更方便利民的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

[1]? 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M] .北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001.

[2] ?濮良貴.機(jī)械設(shè)計(jì)第九版.高等教育出版社，2013.