食物垃圾粉碎機的設計與仿真畢業(yè)設計論文.doc

本科畢業(yè)設計說明書（論文） 第 40 頁 共 40 頁1 引言 近幾年，我國經濟1發(fā)展迅速，GDP每年都以一個穩(wěn)定的數字增長著，這樣伴隨的就是人們生活水平質量的提高，可是問題也來了，就是生活垃圾2的迅速增長。截至到2011年，我國有647個城市的生活垃圾總量約為1.64億噸，而且這個數字也會在接下來幾年迅速的增長著。據不完全統(tǒng)計，我國已經大約有2/3的城市因為堆積如山的垃圾而被包圍了，這些垃圾嚴重的影響了人們的日常生活秩序，特別是在夏天，你走在小區(qū)路上，就會聞到一股臭氣熏天的刺鼻的味道。由于城市生活垃圾量3的瘋狂堆集，已經有許多填埋場不能用了，同時這樣也占用了土地，不能建造其他東西，這種現象也導致了城市與垃圾的矛盾更加激烈，所以你可能會看到原本一些偏遠的垃圾填埋場4已經不知不覺的進入了城市的視野中，甚至有些小區(qū)就建在垃圾填埋場旁邊。許多城市都在承受垃圾污染對人們的危害，中國本來就是一個缺水的國家，全國共有2/3的城市處于缺水5狀態(tài)中，但在垃圾填埋場中，會有重金屬以及一些容易腐爛的垃圾所產生的病原微生物滲透到地下中，這樣會嚴重的破壞當地的水源。1.1 廚余垃圾特征及危害1.1.1 廚余垃圾的特征廚余垃圾6是指在食物加工和飲食過程中所產生的易腐化、易降解的微生物。其中包括果皮紙屑、剩菜剩飯等。食物垃圾的聚集地大部分來自菜場、廚房和餐飲店垃圾。矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴。 （1）廚余垃圾的熱值熱值又被稱為熱量，熱值定義為完全燃燒1Kg的垃圾產生的能量，而熱值是我們來衡量一類垃圾是否有價值的評判標準，熱值高，證明它的價值高，熱值低，則認為其燃燒價值不大?，F在家庭廚房里的廚余垃圾的水含量7較高，經測試測出來1Kg垃圾的熱量8在2000-3000KJ/kg上下，這范圍熱量的廚余垃圾需要添加助燃劑來燃燒；而一般熱量在3360KJ/kg及其以上時，就沒必要去添加助燃劑了；而當廚余垃圾的熱量超過4200KJ/kg時，由于其大量的熱量，可以用余熱來發(fā)電。廚余垃圾燃燒的時候，要時刻觀察溫度表，溫度一高可產生煙霧、灰塵、有毒氣體等有害人體健康的致癌物質。聞創(chuàng)溝燴鐺險愛氌譴凈。（2） 營養(yǎng)物質豐富9，可統(tǒng)一管理廚余垃圾中的營養(yǎng)物質很多，比如在干物料的廚余垃圾中，脂肪約占30%，1克脂肪完全氧化時能放出約36750J的熱量，比糖分子多一倍以上；廚余垃圾中蛋白質約占25%；有實驗驗證，結果顯示脂肪的人體消化率約為89.3%，蛋白質的人體消化率為90.6%，消化率與正規(guī)飼料的差不多，也是一種環(huán)保的綠色原料。殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟。1.1.2 廚余垃圾的危害10現在廚余垃圾中都含有水分，這些垃圾很容易腐爛，一旦溫度升高，會產生臭味，難聞刺鼻，與此同時，這些氣味還會招來蟑螂、蒼蠅、螞蟻，是廚房烏煙瘴氣，特別容易染病。而且用垃圾堆集容器和車輛托運，容易造成二次污染，你在城市中很容易見到一輛垃圾托運車開車，同時車尾一直在流出垃圾水?，F在在一些城市小區(qū)和餐館中，人們隨意的將垃圾倒在路邊、河流中，這樣的做法及其惡劣的影響市容，更深層次的，由于現在廚余垃圾中會帶有重金屬成分和細菌，有些牟取利潤的人把廚房垃圾當作飼料給牲畜喂食，從而導致人們的身體受到危害，近幾年傳出為了牟取暴利，商販們用地溝油加工出來的油拿到正規(guī)超市銷售，危害了社會。釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐。1.2 我國食物垃圾處理的方法1.2.1 衛(wèi)生填埋11衛(wèi)生填埋是指把城市中的垃圾集中車運到郊外的填埋場進行填埋。在我們國家，這種技術被大范圍應用，因為填埋的技術簡單、成本價格低等特點。但是隨著填埋技術的實驗應用，問題出現了“二次污染”。填埋場的使用過程中必然會產生滲濾液12和填埋氣體，這種潛在的危害時時刻刻威脅著環(huán)境。如若不重視處理，在接下來的幾十年、上百年，污染將會給大氣、水源、土壤造成不可修復的危害。比如美國的臘笑河公害事件，就是填埋場二次污染引起的。滲濾液也是一大危害，由垃圾發(fā)酵、雨水淋刷和地下濾出來的污水所產生。滲濾液成分較為復雜，由多種非氯化類、酚類化合物和苯胺類化合物組成，它們對地下水13的影響長期存在，使水渾濁、有臭味、COD、油、酚等污染。1983年夏季，貴陽一地區(qū)流行痢疾，原因就是地下水被滲濾液污染所致。還有就是景觀污染了，許多城市在選新填埋場時由于村民的反對遇到阻力，引起社會激烈的辯論。相信在今后的時間內填埋場由于種種問題會逐步退出歷史。彈貿攝爾霽斃攬磚鹵廡。1.2.2 堆肥14堆肥也是一種垃圾處理的方法，主要針對于食物垃圾。在我國，厭氧堆肥是主要的堆肥方式，大約20天左右翻積一次，過三個月左右就可以將堆肥入農田里使用。但是我國的垃圾是屬于混合堆積的，其中含有少量的重金屬，比如Pb、Hg、Cd等，它們會在水的作用下滲透到有機肥中，這樣種出來的食物必定會超標，進一步危害了人體健康。如果無法對重金屬進行控制，堆肥使用需謹慎。另外由于化肥的廣泛應用，使得堆肥難以大規(guī)模推廣。謀蕎摶篋飆鐸懟類蔣薔。1.2.3 焚燒15 在高溫下燃燒垃圾，將其焚燒處理后，可以減少大量的固體，垃圾也能夠減量化，土地占有率也減少了，焚燒處理可以使垃圾體積16減少90%左右，重量減輕80%85%，其燃燒產生的余熱還能用于發(fā)電供熱。但是缺點也很明顯，焚燒會產生煙塵污染17，需要投入大量的資金來處理。現在我國很多大城市都設有垃圾焚燒發(fā)電廠，按照規(guī)定，現在的垃圾焚燒廠規(guī)模至少是焚燒600噸/天，這樣的廠子每個需要投資大約在5到6個億，對于中小型城市壓力有點大。而且，我國的含水率高18，我國的垃圾結構也不太適合焚燒。廈礴懇蹣駢時盡繼價騷。我國的垃圾成分中含水率較高，預計現在已經突破65%了，因為其較高的含水量，降低了垃圾的熱值，導致焚燒的難度增大。而在垃圾分組中，屬廚余垃圾含水率為最，因而，影響垃圾焚燒效果最主要的因素是廚余垃圾。由于投入的資金較高、含水率較高的原因，使焚燒處理方式不能大規(guī)模推廣。煢楨廣鰳鯡選塊網羈淚。1.2.4 用作牲畜飼料19現在廚余垃圾中富含大量有機物，在我國長久以來，有在家里飼養(yǎng)牲畜的農民會到飯店里收集泔水，在未經過任何處理的情況下直接喂養(yǎng)給牲畜，這樣嚴重的影響人們的身體20健康。所以，在一些大型城市先后強制運用此類方式喂養(yǎng)牲畜。鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛賴。由此可見，因為廚房食物垃圾固有的性質以及違反大自然定律的處理方式，給人民的心身造成損害，同時也白白浪費了資源，所以當務之急是尋找合適的食物垃圾處理方法21?；[叢媽羥為贍僨蟶練淨。1.3 食物垃圾粉碎機的發(fā)展及應用現狀 1926年，在美國的設計師兼發(fā)明家John W Hammes發(fā)明設計了世界上第一臺食物垃圾粉碎機，因為他有一次看見自己的妻子打掃廚房時很麻煩很累，為了照顧她，他發(fā)明了這個粉碎機，后來經過不斷的設計和改進，Hammes開始批量生產來銷售他的食物垃圾粉碎機，這就是他創(chuàng)立的愛適易公司22，從時至今，愛適易公司保持著食物垃圾粉碎機的龍頭位置。1999年紐約市的政府聯合美國多個國家部門進行了三年的調查，對關于食物粉碎機對環(huán)境23和水電量消耗的影響進行了評估，結果表明大規(guī)模的安裝食物垃圾粉碎機24不會對環(huán)境造成負面影響，同時總體上還為美國政府省了一大筆開支。這其實是很重要的，如果一個東西發(fā)明出來不能解決問題，那還花那么多時間和精力干嘛呢。到了21世紀初，食物垃圾粉碎機進入了中國，那時候對其的使用率還不是很高，像北京、上海、廣州的使用率都不超過4.5%，但是每年都在增長。目前為止，全世界范圍內對食物垃圾的處理方式有差異。在美國，廚房垃圾是美國第二大垃圾來源，但是占的比重很小，只有14%，這是因為美國家庭廚房使用食物垃圾粉碎機的結果。迄今80%的美國新建住宅都安裝有食物垃圾粉碎機。而在日本，政府在積極鼓勵和補助廚房垃圾處理技術的發(fā)展25，充分利用資源，最大化的減少垃圾對環(huán)境的污染，此舉已經得到很多公司和居民的推廣和應用，日本的食物垃圾粉碎機也是連接到水槽下方，然后自動將垃圾粉碎，再用熱空氣將其烘干成粉末，這樣不僅垃圾的體積變得很小很小，而且只要稍加加工，廢物就能變成有機肥料，這樣就形成了資源再利用26的完美循環(huán)。至今為止，美國食物垃圾粉碎機的使用率高達95%，其他國家像德國、日本、法國、英國都在逐步使用食物垃圾粉碎機。預頌圣鉉儐歲齦訝驊糴。在食物垃圾粉碎機第一次進入中國的時候，美國的愛適易電氣公司、格萊達電器公司、通用電器公司等幾乎壟斷了中國市場，那時候由于技術和人才原因，我國自主研究27的垃圾粉碎機能力很弱?，F在食物垃圾處理器的牌子有很多，有清道夫家庭垃圾處理器，勃漢姆食物垃圾處理器，愛適易垃圾處理器，九次方垃圾粉碎機等等。這里面已經有了中國企業(yè)的面孔，但是現在的食物垃圾粉碎機價格很高，一般百姓難以承受，像美國愛適易M55+食物垃圾處理器的價格為1799，有些垃圾處理器則更貴，這也為在中國推廣食物垃圾粉碎機造成了很大的障礙。滲釤嗆儼勻諤鱉調硯錦。1.4 課題目的和研究意義1.4.1 課題目的根據國情，研制一款適合我國的廚房食物垃圾的預處理裝置 食物垃圾粉碎機，居民可以在家中對食物垃圾進行初步處理，然后通過下水道排走，這種方法就能預先避免廚房食物垃圾造成的危害，還能保證減量化的目的。鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡。1.4.2 研究的意義國外對食物垃圾粉碎機的成功應驗，為我們開辟了一條全新的道路。而且，預先處理廚房食物垃圾有很多優(yōu)點。1、減少垃圾數量，提高環(huán)境質量現在，國家針對生活垃圾，采取的處理原則是減量化、無害化和資源化28。減量化是重中之重。食物垃圾粉碎機對食物預先處理，直接達到減量化的目的，給人一個健康、整潔的居家環(huán)境。擁締鳳襪備訊顎輪爛薔。2、 便于食物垃圾的再處理由于食物垃圾的含水率很高，不利于其焚燒，不得不借助輔助燃料29來焚燒垃圾，一方面增加垃圾成本，另外也造成了浪費。而食物垃圾粉碎機的加入可以大大的提高食物垃圾的焚燒熱值和滲漏問題。贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷。3、 經濟、社會效益顯著 現在因為缺乏科學管理和資金支持，衛(wèi)生填埋、焚燒、堆肥的效益都很小，相反環(huán)境正在進一步惡化，人們的身體也遭受痛苦。而研制一款面向家庭、個體單位的食物垃圾粉碎機是必然的，它具有體積小，成本低，耐用的特點，相信可以被人們接受。而且政府可以實行鼓勵政策、宣傳引導，讓人們更加注重環(huán)境問題30，調動整個城市的力量來保護環(huán)境。壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚。2 食物垃圾粉碎機的設計2.1 食物垃圾粉碎機的可行性分析2.1.1 經濟層面分析 下面的分析只計算直接成本和收益，取靜態(tài)值。1、 處理廚余垃圾的成本估算測算得知，一個家庭每處理一次粉碎機的循環(huán)操作需要耗0.02度電，總耗水量5-8升，可以粉碎垃圾量0.5公斤。如果不出現特殊情況，食物垃圾粉碎機可以使用大概在15-20年左右，差不多是用了16000次，假設粉碎機的價格以1500元/臺計算，使用的折舊費為每次0.1元。所以處理1噸垃圾費用為：（1000公斤/0.5公斤）（0.02度0.7元/度+0.005方1.5元/方+0.25元）=294元，另外增加的污水管網沙井清理量的費用和逐步調整污水處理工藝所引發(fā)的成本，因無法核算未計入。蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅。2、 處理廚余垃圾的收益估算首先是以焚燒廠處理垃圾成本為例，經計算得知實際處理成本約為331.4元/噸，該成本沒有計入灰渣的處理成本；然后是廚余垃圾消耗的處理成本估算，由于廚余垃圾是焚燒的負面因子，消耗成本高，所以要調整系數為1.3，計算得出其處理成本為331.41.3=430.8元/噸；城市垃圾的收運成本計約為80元/噸，其收運成本約為80元/噸1.5=120元/噸；而廚余垃圾處理后的減量化和資源回收的效益總計約為91.1元/噸；所以用粉碎機處理垃圾的總收益為430.8+120+91.1=641.9元/噸。買鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄。3、 結論從計算的數字結果來看，如果使用食物垃圾粉碎機處理廚余垃圾的話，收益將遠大于成本，證明了食物垃圾粉碎機具有經濟可行性。綾鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴。2.1.2 環(huán)境層面分析目前比如說廣州，一天的生活垃圾產量達6600噸，58.56%的有機物中有腐蝕性，約3865噸/日，其中大部分垃圾居民生活的廚余垃圾部分。一般城市垃圾主要包括廚余垃圾，而廚余垃圾又是垃圾污染的重要因素，其污染行為有以下幾方面:一是污染了收集容器，同時招引蟲蠅、散發(fā)臭氣；二是在運輸過程中易沿途撒漏，污染路面，同時也會腐蝕車子；三是廚余垃圾本身含水率高，降低了垃圾熱值，增加燃燒成本等。而在使用食物垃圾粉碎機，有以下幾點好處：驅躓髏彥浹綏譎飴憂錦。（1） 大大減少城市垃圾收運處理量，減輕了交通堵塞和美化了市容；（2） 大大增加了填埋場的壽命，同時提高了焚燒廠的收益，減輕污染；（3） 杜絕了臭氣，這樣使小區(qū)保持清新的空氣，利于身心健康；（4） 降低垃圾的含水率，減輕垃圾對車子的腐蝕；（5） 盡可能的避免了廚余成分對垃圾可回收成分造成的麻煩，促進了資源回收利用； 結論結果來看，使用食物垃圾粉碎機具有經濟效益和環(huán)境效益，我們應該借鑒發(fā)達國家推薦居民們來使用，將我們生活的城市凈化的干凈美麗。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡。2.2 分析食物垃圾粉碎機的組成及其工作原理2.2.1 食物垃圾粉碎機的工作原理我們先將廚余垃圾從投入口丟到粉碎機內，打開開關使刀盤在一定速度下轉動，廚余垃圾跟著刀盤同步旋轉，這樣會產生速度差，轉的過程還會產生離心力，依靠內齒環(huán)和端齒環(huán)以及刀盤同時對廚余垃圾擠壓、切削、磨碎，使其變成3-5mm的細小顆鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔。粒，隨著水流順著下水道排掉。下圖2.1為其工藝流程圖。 圖 2.1 粉碎機的工作原理圖2.2.2 食物垃圾粉碎機的組成食物垃圾粉碎機主要由處理器的投入口、機體外壁、處理室、電機和排污管等組成。如圖2.2所示。處理室即是粉碎室，是粉碎垃圾的地方，由處理室外壁、底盤、底板和環(huán)形齒環(huán)組成，是組成部分的重要零件。電機安裝在處理室的下面，主要是為粉碎機提供動力來源。水槽凸緣鉚合件是垃圾投入的地方，經過處理室的粉碎后，通過排污管順著水流排走。其中電機和刀盤是食物垃圾粉碎機的關鍵部位，它們的好壞直接左右了粉碎效果。構氽頑黌碩飩薺齦話騖。 圖 2.2 粉碎機的零件組成2.3 食物垃圾粉碎機組合刀盤的設計2.3.1 確定刀具的基本尺寸在我國，由于廚房水槽的結構大小是統(tǒng)一的，只是在厚度、輪廓上略有區(qū)別而已，所以可以設計刀盤的直徑：D=112mm，厚度H=3mm。輒嶧陽檉籪癤網儂號澩。2.3.2 分析刀盤的受力情況和選擇刀盤的材料2.3.2.1 刀盤工作的載荷 刀盤轉動時因為與廚余垃圾的相對運動，需要克服阻力，為了保證刀盤轉動時所需的強度，首先要對刀盤進行載荷力學分析。我們可以在不影響計算結果的情況下把刀盤理想的作為一個繞著中心軸旋轉的薄3mm的薄板，用它來作流體旋轉阻力矩以及磨碎廚余垃圾時的阻力。堯側閆繭絳闕絢勵蜆贅。（1） 流體旋轉阻力矩 我們假設一個半徑為R的圓盤在靜止的流體中旋轉，通過圓盤中心的轉軸與圓盤垂直。在圓盤旋轉時，流體層會隨著轉盤的摩擦阻力做旋轉運動，同時受離心力的作用往圓盤外流，然后通過縫隙留下去。隨著流水不斷的流到轉盤上面作這樣一個定量循環(huán)操作，其實這個過程中流水對轉盤的施加的阻力很大。識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒。假設：轉盤上1體積的流水，切應力ai與轉盤的夾角為?？傻闷鋸较蚍至?F切徑向=ai sin (1) 凍鈹鋨勞臘鍇癇婦脛糴?？梢苑治龅弥袘较騽恿康脑鲩L與流水轉動時的離心力相等，方向相反； F離 = 2 r (2)其中：是流水轉動時的厚度；：轉盤的角速度；r：轉盤的半徑；從上述兩個等式可以看出F切徑向和流水離心力成正比： F切徑向 =ai sin 2 r （3） 轉換下可得 :ai 2 r/sin另外切應力的正向分量: F切軸向 = ai cos (4)恥諤銪滅縈歡煬鞏鶩錦。由于切應力的正向分量: F切軸向 = （/y）y=0 (5)鯊腎鑰詘褳鉀溈懼統(tǒng)庫?？捎昧考墎肀硎荆矗?ai cosv / (6)碩癘鄴頏謅攆檸攜驤蘞。查看書籍可知： v =r (7)閿擻輳嬪諫遷擇楨秘騖。由（6）、（7）可得： ai cosr/ 由（3）、（7）可得： 2r cos/sin r/ 可知是常量，與轉盤半徑沒有任何關系（下述等式亦成立）；所以可把上述式子轉化為2/ （8）氬嚕躑竄貿懇彈瀘頷澩。由運動粘度系數： =/ （9）釷鵒資贏車贖孫滅獅贅。其中：運動粘度系數定義（水溫10以下取110-6）；：粘度系數； ：密度由（8）、（9）可得：2/ （/）1/2 (10)慫闡譜鯪逕導嘯畫長涼。由（10）、（3）可得：ai2 r（/）1/2 正比于ai（面積）力臂：r4 （）1/2 查資料可以得知，當轉盤半徑為r,軸向速度為v，它的系數是1.935，所以： M=1.935r4（）1/2 =1.935v/rr4（）1/2 =1.935r3v(v/ r)1/2 (11)諺辭調擔鈧諂動禪瀉類。 食物垃圾粉碎機可把廚余垃圾粉碎為3-5mm的細小顆粒，另外選定刀盤轉速 n=2800r/min。嘰覲詿縲鐋囁偽純鉿錈。 V= r =2nr/60 =23.1428000.056/60 =16.41 m/s 轉矩M=1.935r3v(v/r)1/2 =1.9350.0563110316.41（110-6 16.41/0.056）1/2 =0.0955 NM 所以，流體旋轉的阻力矩M=0.0955 NM 由公式M=Flr可知：Fl=M/r=0.0955/0.056=1.7 N 所以得出結論：Fl=1.7 N(2)廚余垃圾對轉盤造成的阻力因為一般家里的廚余垃圾的種類一般是生菜剩飯，果皮等軟性垃圾，易粉碎，其形成的阻力相對很小，做粉碎實驗后可得出結論，廚余垃圾對轉盤形成的阻力F2；熒紿譏鉦鏌觶鷹緇機庫。 F2 =11.8 N2.3.2.2 刀盤的材料 一臺好的食物垃圾粉碎機，核心之一就是刀盤（包括環(huán)磨盤）的材料。因為它要研磨粉碎各種類的垃圾，防銹是必須的，進進出出都是水，生銹了就不能正常運轉了；有些食物垃圾還有腐蝕作用，所以防腐蝕也是要求刀盤具備的；還有就是它的強度和剛度；考慮完那些，還要考慮適用加工性和經濟性。所以我們決定在1Cr13和9Cr18中做出篩選，下表2是兩種材料的一些參數。鶼漬螻偉閱劍鯫腎邏蘞。表2 材料1Cr13和9Cr18的參數 （1）一般知道一個材料中的C含量高的話，形成的微型原電池就越多，腐蝕鐵越快，其耐腐蝕能力越差；（2）一般合金中有Cr元素，其對鋼具有很大的強化作用，提高強度、硬度和耐腐蝕性，同時提高了鋼的耐熱性；特別在高的合金范圍內，使鋼成為了強氧化酸類的克星，大大加強了其耐腐蝕性，由此可見Cr全方面提高了鋼的品質。但是Cr鐵礦屬于短缺礦種在中國，我國Cr的儲量少，產量也低，所以每年80%的Cr主要依靠進口，Cr雖然能大大提高其質量，但由于短缺的緣故，建議少用。紂憂蔣氳頑薟驅藥憫騖。所以在滿足食物垃圾粉碎機對刀盤設計要求的情況下，我們選用1Cr13作為刀盤的材料。2.3.3 校核刀盤的強度當刀盤轉動的時候，它會受到一個循環(huán)載荷力，只要電源開著，刀盤就會一直承受著，這樣就會發(fā)生疲勞破壞，一旦刀盤遭到斷裂，粉碎機就不能使用了，所以在設計時要求其在循環(huán)工作載荷力的作用下，假設性的具備無限長的疲勞壽命的條件，穎芻莖蛺餑億頓裊賠瀧。下面是一般金屬材料在交變應力的作用，常用的-N曲線圖。圖 2.4 -N曲線圖 可以看見在-N曲線圖的右側是一條無限接近水平的漸近線，水平線起始點對應的應力值我們一般稱為疲勞極限。我們定義為：當最大應力小于疲勞極限的時候，且在不被破壞的情況下，可以做無限次循環(huán)應力。而水平起始點的橫坐標Ne大約為107，我們定義N=Ne的區(qū)域為無限壽命區(qū)。而在曲線的左側是一條斜線，在該斜線段是NNs，我們稱為有限壽命區(qū)，而在該段線所做的計算稱為有限壽命計算。因此在設計時應力應該設計的低點，最大的提高其工作壽命。濫驂膽閉驟羥闈詔寢賻。 查資料可知疲勞極限R和抗拉強度LA有如下等式： 0.24 R /LA 0.5 (12)從上表可知1Cr13的抗拉強度：LA=540MPa；我們取0.25下限值可得： R =0.24540 =129MPa 接下來是計算盤max假設在距離圓心為的圓上一面積為dA，這點的內力dA對x軸的矩力為dA，然后將內力矩積分： Mn =AR p dA (13)銚銻縵嚌鰻鴻鋟謎諏涼。 圖 2.5 截面力矩圖據胡克定律可得： max=Gr=G (14)擠貼綬電麥結鈺贖嘵類。由（13）、（14）可得： Mn =A2GdA =GA2dAA2dA是幾何量，它與圓的截面有關，可以用Ip來表示，那么上式亦可轉換為 Mn=GIp=F合R (15) 由（14）、（15）可得 max=Mn/ Ip 分析可知在圓盤上的最大應力應該在圓截面邊緣各點，即=max； 盤max =Mn/ Ip （16）賠荊紳諮侖驟遼輩襪錈。 Ip =A2dA =d/20 2dA =d4/32 F離 =ma =m2R =r2/4 h R(2n/60)2 =7.853.140.05620.030.056(16.41/0.056)2 =11.15 N F合 =F離 +F2 +F1cos =11.15+11.8+1.7 =24.65 N 將所得結果帶入（16）可得： 盤max =Mn/ Ip =F合 r2/(d4/32) =1632(F合/)r2 =163224.65/3.140.0562 =12.6 MPa顯而易見盤max R=129 MPa，而且它滿足最大應力小于疲勞極限的條件，可以做無限次循環(huán)操作，結論：該設計滿足強度要求。塤礙籟饈決穩(wěn)賽釙冊庫。2.3.4 校核刀片的強度因為刀片隨著刀盤做旋轉運動，也是做定軸旋轉運動，可定義r刀=0.054m。那么： V刀 =r =2nr/60 =23.1428000.054/60 =15.83 m/s 而轉矩： M=1.935r3v(v/ r)1/2 =1.9350.0543110315.83（110-615.83/0.054)）1/2 =0.083 NM 然后可計算出： F刀片 =M/r =0.083/0.054 =1.54 N接下來計算刀片的水阻力矩： F離 =ma =m2 R =d2/4 h R(2n/60)2 =7.853.140.05420.030.054(15.83/0.054)2 =10.00 N F合 =F離+F2+F刀片cos =10.00+11.8+1.54 =23.34 N 由公式 刀片max =M/ Ip =F合 r2/(d4/32) =1632F合/(r2） =1.30 MPa 顯而易見滿足強度要求。2.3.5 刀盤的外形結構在我國，廚余垃圾的種類有很多，其軟硬程度、化學性質等都有較大的區(qū)別，根據這樣的性質特點，可以采用組合式的粉碎刀盤，如下圖2.6。裊樣祕廬廂顫諺鍘羋藺。該刀盤由一組固定刀盤和一組旋轉刀盤組成，在刀盤上面設置成中心對稱的形狀，有三角凸臺、擺動刀片、豎起的三棱柱刀片。還有分布在刀盤周圍的圓形通孔，便于粉碎后的垃圾流體排走，在刀盤直徑周圍還有一圈環(huán)形磨盤，和圓形刀盤的材料一樣，當圓盤在高速轉動時，由于離心力的作用，廚余垃圾會飛向四周，設置這樣的環(huán)磨盤同樣起到了粉碎垃圾的效果。同時它與電機通過鉚釘和轉軸連接在一起，屬于過盈配合。倉嫗盤紲囑瓏詁鍬齊驁。 組合式的粉碎刀盤的特點：（1） 這樣一套由固定和旋轉刀盤組成的粉碎刀盤，可以解決硬度不一和化學性質復雜的廚余垃圾，在高速轉動的組合刀盤的粉碎破壞下，達到了設計的最初要求，即把廚余垃圾粉碎到5mm以下的流體。綻萬璉轆娛閬蟶鬮綰瀧。 （2）我們在刀盤設計中，在其表面設置了二十多個直徑為4mm的通孔，其作用就是把粉碎后的垃圾流體排出粉碎機，另外一個好處就是降低刀盤的自身重量，提高其轉動強度。驍顧燁鶚巰瀆蕪領鱺賻。圖 2.6 組合刀盤2.4 電機的選擇2.4.1 電動機的工作原理電動機是一項偉大的發(fā)，它的工作原理就是利用電磁感應原理，可以將電能轉化為機械能來工作。通電時在磁場的作用下，產生電磁轉矩，做定向旋轉，同時為了確保S級和N級總有恒定的電流通過，需要電刷和換向器，這樣的效果導致持續(xù)的向外輸出功率，電動機就是在多磁極、多線圈的情況下進行工作的?，嶀暈R曖惲錕縞馭篩涼。2.4.2 電動機的結構電動機主要由轉子、定子等零件組成。轉子有鐵心和繞組組成，轉子鐵心有硅鋼片疊壓而成。定子由鐵心、繞組和機座組成，其中定子鐵心是電動機磁路的一部分，由0.5mm的硅鋼片層層疊壓而成，其中間的絕緣體可以降低渦流損耗。鎦詩涇艷損樓紲鯗餳類。2.4.3 電動機的種類 電動機的種類很多，所以會有多種不同的分類。（1）可以按種類劃分：直流電機和交流電機。直流電動機再按結構和工作原理劃分：無刷直流電機和有刷直流電機。交流電機可劃分為：單相電機和三相電機。（2）直接按其工作原理劃分：同步電動機、異步電動機、直流電動機。異步電動機劃分：交流換向電機和感應電動機。（3） 按轉子結構劃分：繞線轉子感應電動機（繞線型異步電機）和籠型感應電機（鼠籠型異步電動機）。（4） 按其用途劃分：控制用電機和驅動用電機。（5） 按其轉速劃分：低速電機、高速電機、調速電機、恒速電機。2.4.4 電動機型號的選擇粉碎機電機的選擇也是決定其質量的關鍵因素之一，首先電機容量要適當，選高了，工作效率低；選低了，容易過載，使電機報廢，在電機上有絕緣物質，它可以用來降溫，因為溫度一旦上升，電機容易燒壞，在選擇櫛緶歐鋤棗鈕種鵑瑤錟。電機時，一定要考慮其容量，還有其電流類別、最大轉速、重量等。 （1）轉速：食物垃圾粉碎機直流電機的轉速一般在2700左右，而交流電機的轉速約為直流電機的一半。（2）壽命：基本上交流電機的使用時間要長于直流電機，但也有個別特殊的，比如無刷直流電機，其使用壽命就比交流電機長 。轡燁棟剛殮攬瑤麗鬮應。（3）粉碎垃圾的效果：在廚余垃圾中，骨頭算是一類相對硬度較大的垃圾，相比之下直流電機要優(yōu)于交流電機。（4）重量：因為電機是要安裝在食物垃圾粉碎機的下面，如果電機重量過大的話容易壓壞水槽，現在市面上的交流電機都超過7公斤，直流電機相對輕點。 峴揚斕滾澗輻灄興渙藺。 綜合考慮，直流電機的特點是可以快速而多次進行啟動、反轉、制動，其過載能力很高，調速性能好，調速范圍大，可以平穩(wěn)、準確的調整轉速，以上特點都符合食物垃圾粉碎機的工作特點，所以決定直流電機。而在直流電機中，永磁式直流驅動電機用的永磁材料作為磁極，提供電機勵磁源，而且永磁式電機不需要勵磁線圈，其耗電小、散熱快、過載能力強、轉速平穩(wěn)，所以設計時可以使用永磁式電機。詩叁撻訥燼憂毀厲鋨驁。結論：驅動電機選用永磁式直流驅動電動機。接下來是通過計算來選擇型號。旋轉到盤工作時克服的阻力： F=F1 + F2 =1.7+11.8 =13.5 N刀盤線速度在上面以求得：V=16.41 m/s所需負載的功率： PV = FV =13.516.41 =221.54 W 電機的額定功率Pd：我們取Pd =1.4 PV Pd =1.4 PV =1.4221.54 =310.15 W 根據所得功率，選擇電機型號：ZYT104/12該型號的主要數據是：功率：390 W；轉速：2800r/min；電壓：220 V；重量：3Kg。該電動機特點：耗電小、散熱快、過載能力強、轉速平穩(wěn)，價格適中，而且可在國內進行維修。則鯤愜韋瘓賈暉園棟瀧。3 零件實體建模3.1 建模軟件的介紹（1）Pro/Engineer三維繪圖軟件： Pro/Engineer三維繪圖軟件是美國參數技術公司組織研發(fā)的一款三維軟件。該軟件處于當前三維繪圖軟件的領軍地位。Pro/Engineer因為其強大的功能和新標準受到業(yè)界的推廣和認可，是現今主流的CAD軟件之一。Proe繪圖軟件是我在大二期間接觸的，學了一些基本的繪圖操作，用起來很方便，很有邏輯性，里面還有很多的功能沒有學，是一款非常適合設計的軟件。 脹鏝彈奧秘孫戶孿釔賻。（2）AutoCAD繪圖軟件：AutoCAD是歐特克公司在1982年的時候，自主開發(fā)的計算機輔助設計軟件，該軟件可用于二維設計、三維設計等多項功能，如今也是社會上比較主流的設計軟件。AutoCAD具有全面良好的用戶界面，我們可以通過命令或者菜單來繪制圖形。這款軟件也教容易掌握，一些基本命令熟悉幾次就可以掌握了，這樣可以大大的提高工作效率。AutoCAD也有很好很便捷的兼容性，它可以兼容各個操作系統(tǒng)，網上也有很多破解版，從04到14的版本都有。鰓躋峽禱紉誦幫廢掃減。3.2 零件建模 食物垃圾粉碎機由一些重要零件組成，我通過PRO/E三維軟件建模，基本操作是新建零件模版，關閉缺省模版，在確定，使用毫米制，即mmns，再點擊確認進入建模窗口。由于零件數量眾多，我挑選了幾個重要的零件介紹其制圖過程。稟虛嬪賑維嚌妝擴踴糶。3.2.1 粉碎室 這個粉碎室模，我先草繪一個圖形，如下圖3.1所示。完成后再繞中軸旋轉，新建一個平面，在這個平面上繪制出水口的實體，最后完成整體的粉碎室建模。粉碎室與上蓋通過四個螺釘連接，中間放了一個墊圈，防止水流出來，下面與下蓋連接，用三個M4的螺釘，因為這部分連接沒有水流出來，所以不需要用墊圈，如圖3.2為設計的粉碎室模。 陽簍埡鮭罷規(guī)嗚舊巋錟。 圖 3.1 粉碎室草圖圖 3.2 粉碎室3.2.2 支撐鎖環(huán)建 支撐鎖環(huán)是由連續(xù)三次的接替環(huán)組成，亦可用草繪、旋轉的方式進行建模，如下圖3.3所示，連接部分：它上面是通過一個密封圈支撐著它，因為密封圈的最大直徑大于支撐環(huán)的上平面直徑，該配合屬于間隙配合；而密封圈是套在水槽凸緣鉚合件的下部分，屬于過渡配合，因為是橡膠材料，伸縮性很大，使得密封圈能緊緊套在鉚合件上，保證不脫落。下面有圖6.1就能直觀的表達出來，所以上蓋與水槽凸緣鉚合件是通過一個密封圈連接的，一個提供支持力，一個給壓力。溈氣嘮戇萇鑿鑿櫧諤應。圖 3.3 支撐環(huán)草圖 支撐鎖環(huán)兩邊的實體是通過多次新建平面、多次草繪拉伸而得，如下圖3.4所示。圖 3.4 支撐的環(huán)加強筋是先草繪拉伸出一個加強筋，再通過陣列建出其他12個加強筋，如下圖3.5。最終該零件的實體模型如圖3.6所示。鋇嵐縣緱虜榮產濤團藺。圖 3.5 環(huán)草圖圖 3.6 支撐環(huán)3.2.3 底盤蓋建模底盤蓋是食物垃圾粉碎機最下面的，封閉了開關、導線，用一個雙頭螺柱、一個墊片、一個螺栓，另一邊連接到粉碎室底面螺紋孔，中間是可以穿過電機的，因為電機并不是充滿電機外殼。該模型先通過插入、掃描、伸出項來完成，下圖3.7、圖3.8是其掃描軌跡和截面，懨俠劑鈍觸樂鷴燼觶騮。圖 3.7 軌跡 圖 3.8 截面 接下來是繪制螺紋孔，我通過混合、伸出項來繪制，下圖3.9是其截面草圖，深6mm。圖 3.9 混合操作 該模型為最終底盤模型，如下圖3.10。圖 3.10 底盤蓋3.2.4 水槽凸緣鉚合件 這是一個鉚合件，由一個上蓋和一個鋁制的環(huán)形片鉚合起來，屬于過盈配合，基本的思路就草繪、旋轉，因為是旋轉件。下圖3.11為上蓋的草繪圖和鉚合件的草繪圖3.12。謾飽兗爭詣繚鮐癩別瀘。圖 3.11 鉚合件草圖圖 3.12 鉚合件草圖 下圖3.13為水槽凸緣鉚合件的裝配圖，約束用插入和匹配即可。圖 3.13 鉚合件4 模型的裝配和仿真4.1 模型的裝配模型的裝配就是在所有零件都都用軟件繪制出來后，將他們進行組裝，裝配一般從上到下從里到外，而裝配也是通過零件與零件之間的約束完成的，一般運用頻繁的約束條件有對齊、匹配、插入、相切，其他的約束有坐標系、線上點、曲面上的點、曲面上的邊。在裝配過程中，可以依據不同的零件和設計要求，來選擇合適的裝配約束類型，想要使一個零件處于完全約束狀態(tài)，需要使用幾個約束條件。有的時候你會發(fā)現“匹配”不了，那是因為你的尺寸不對，需要修改，所以這部分需要修改的地方特別多，反反復復的改正，然后裝配。咼鉉們歟謙鴣餃競蕩賺。首先是投入口的裝配，該部分主要由上蓋鉚合件、防濺罩、防水環(huán)等幾部分組成，該部分裝配都是以軸插入、面對齊或者匹配來完成。比如防濺罩和鉚合件的就是先“插入”對齊，然后“匹配”，使兩個面貼合，完成一次裝配；支撐環(huán)和上外殼也是先“插入”、“匹配”進行裝配，然在旋轉支撐環(huán)，使安裝時旋轉的扣對齊，如下圖4.1所示?，撝C齷蘄賞組靄縐嚴減。 圖4.1 投入口裝配圖然后是粉碎室和排污口，該部分由粉碎室、刀盤、法蘭、密封圈、排水管等組成。首先是粉碎室和刀盤的裝配，該部分主要以轉軸加鉚釘來連接，也是主要以軸“插入”、面”對齊”或者”匹配”來完成。然后是排水管也是以相同的方式進行連接，有的部分會增加一些約束，比如繞軸旋轉45度、90度等，最終完成整個裝配，如下圖4.2所示。麩肅鵬鏇轎騍鐐縛縟糶。 圖4.2 粉碎部分裝配圖最后是底部支撐裝置，該部分由保護外殼、底盤、電機和下蓋組成，底盤蓋與電源外殼屬于過渡配合，電源外殼與電機外殼屬于過度配合，大部分裝配是類似的，比如保護外殼和下蓋是三個面來約束，由于尺寸不對反復修改了多次，如下圖4.3所示。納疇鰻吶鄖禎銣膩鰲錟。圖4.3 支撐裝置裝配圖下圖4.4是總裝配圖。圖 4.4 總的裝配圖4.2 模型的仿真食物垃圾粉碎機的仿真就是讓磨盤運轉起來，打開裝配圖，再打開主菜單中的“應用程序”、“機構”，進入運動仿真的模塊界面，單機“伺服電動機定義”會出現如下圖4.2示，然后選擇“運動軸”，單擊軸線，在“選取”上點“確定”，再點擊“輪廓”，在“規(guī)范”里選擇“速度”，設置如下圖4.3所示，再單擊“確定”。風攆鮪貓鐵頻鈣薊糾廟。然后選擇“機構分析”，跳出一個窗口，如圖4.4所示。在“類型”里面選擇“運動學”，“終止時間”20秒，再單擊“運行”。滅噯駭諗鋅獵輛覯餿藹。 接著打開“回放”按鈕，彈出來一個對話框圖4.5，點擊“播放”按鈕，也可以進行“捕捉”，類型選擇AVI，最后點擊確定完成仿真。鐒鸝餉飾鐔閌貲諢癱騮。 圖 4.5 仿真步驟1 圖 4.6 仿真步驟2 圖 4.7 仿真步驟3圖 4.8 仿真步驟45 三維轉二維 各個零件的三維圖畫好后，接下來要做的就是把三維圖轉換為三視圖，我用的是Proe的“繪圖”模式進行三視圖的組合，取消“使用缺省模版”，如下圖5.1所示。攙閿頻嶸陣澇諗譴隴瀘。圖 5.1 轉換步驟1 在“缺省模型”里選擇要畫三視圖的模型零件，“指定模版”選擇空，“大小”的根據你所畫零件的大小、縮放進行合適的選擇，然后點擊“確定”。然后進入界面選擇視圖的類型和剖面視圖、放大視圖等，如下圖5.3可自行選擇。趕輾雛紈顆鋝討躍滿賺。圖 5.2 轉換步驟2圖 5.3 轉換步驟36 實物的安裝及注意事項驅動電機安裝在磨盤的正下方，從外殼下引出電源線，電機軸的上端與磨盤想接，在電機上下的粉碎室與開關蓋，用兩個雙頭螺柱連接起來，在排水管和粉碎是出口處加上密封圈，防污水和殘渣漏出來，用螺釘將排水管和粉碎室連接起來，中間放個小鐵片和密封圈。而在上面入口處，在鉚合