水果削皮機(jī)的工業(yè)工程設(shè)計(jì)論文

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目：水果削皮機(jī)的工業(yè)工程設(shè)計(jì)院 （系）： 機(jī)電工程學(xué)院專 業(yè)： 工業(yè)工程班 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 110217指導(dǎo)教師： 2015年 6月水果削皮機(jī)的工業(yè)工程創(chuàng)新設(shè)計(jì)摘 要本文主要研究對(duì)蘋(píng)果削皮機(jī)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，各結(jié)構(gòu)單元的設(shè)計(jì)首先是分析設(shè)計(jì)背景，了解目前研究現(xiàn)狀的優(yōu)缺點(diǎn)，通過(guò)分析、比較來(lái)確定一種最合理的傳動(dòng)系統(tǒng)方案以實(shí)現(xiàn)既定的功能要求。最后結(jié)合人因工程相關(guān)理論知識(shí)，對(duì)各構(gòu)件的主要參數(shù)與結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單小巧，結(jié)構(gòu)精妙，性能穩(wěn)定，完全顛覆了傳統(tǒng)的水果削皮機(jī)功能單一，裝配復(fù)雜，去皮效果不佳的工作模式。設(shè)計(jì)的主要容包括：（1）整機(jī)方案確定：基于人機(jī)工程

2、原理，對(duì)包括插果機(jī)構(gòu)、削皮機(jī)構(gòu)、切片去核機(jī)構(gòu)、固定機(jī)構(gòu)，進(jìn)給機(jī)構(gòu)以與機(jī)架進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。（2）進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：引用車床車削工件的原理，由手柄、連桿、進(jìn)給軸和叉刀組成的橫向進(jìn)給能很好地滿足去皮要求。（3）削皮和去核機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：由彈簧、刀具臺(tái)、去皮刀具組成的隨行去皮機(jī)構(gòu)能與被切削物很好地貼合，且去皮厚度和寬度可調(diào)，配合切片去核刀具，能很好地完成被切削物的去皮、去核與切片，通過(guò)換裝刀具，還能實(shí)現(xiàn)切絲等功能，完全改變了以往削皮機(jī)功能單一，不能滿足日常需求的現(xiàn)狀。（4）固定機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：本機(jī)采用吸盤(pán)固定的原理，將吸盤(pán)與底座相連，利用彎曲搖桿的擺動(dòng)實(shí)現(xiàn)機(jī)器的固定與松動(dòng)，方便使用。（5）三維建模與關(guān)鍵部位有限元

3、分析：利用SolidWorks實(shí)現(xiàn)水果削皮機(jī)的三維建模，并對(duì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真；本文還利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)部分零件進(jìn)行了結(jié)構(gòu)分析和強(qiáng)度校核。關(guān)鍵詞：蘋(píng)果削皮機(jī)，多功能，SolidWorks，強(qiáng)度校核，人機(jī)原理 設(shè)計(jì)，優(yōu)化創(chuàng)新40 / 47Design and Development of an Apparatus for Grating and Peeling Fruits and VegetablesAbstract For the design of apple peeler each function unit ,the first step,the design back

4、ground is analyzed, the advantages and disadvantages of the research status are understood. The most reasonable transmission system solution to realize the function of the set function requirements is determined through analysis and comparison. Finally combining human factors engineering related to

5、theory knowledge, the mechanism of the main parameters and structural dimension are designed in detail.The entire system ingeniously design simple mechanical , compact structure, stable performance, change the operation mode of traditional fruit peelers a single feature and peeled ineffective comple

6、tely. The main content of the design include: （1）Finalize the whole plan: based on the ergonomics principles, the optimized design including the insert fruit mechanism, peel mechanism, slicing to the core mechanism, fixing mechanism, the feed components and rack are carried out. （2）Feed mechanism de

7、sign: referring to the principle of the lathe turning workpiece, transverse feed by handle, connecting rod, feed shaft fork and knife of peel can meet the requirements well. （3） Mechanism design for peeling and piting : peeling mechanism composed of spring, cutting tool base, peeling knives can be c

8、ut and fit well, and peel thickness and width is adjustable, it is well done by cutting the peel of content, to nuclear and slice with sliced to nuclear tool, through changing the cutting tool can also realize wire cutting, completely changed the present situation of previous peelers single function

9、 and not satisfy the daily requirements. （4）Design of fixed mechanism: this machine adopts the principle of chuck fixed and connects the suction cups to the base, uses the pendulum motion of bending rocker to realize the machine fixed and loose and it is easy to use. （5）3D modeling and Ansys for key

10、 posts: build the 3D modeling of fruit peeler by using Solidworks and carry on the feed mechanism movement simulation; This paper has also carried on some parts structure analysis and strength check by using Ansys, the finite element analysis software.Key Words: apple peeler, multi-function, Solidwo

11、rks, strength check, design of ergomonics engineering principle, optimzation and innovation目錄中文摘要英文摘要1 緒論11.1 前言11.2 蘋(píng)果削皮機(jī)的研究現(xiàn)狀 11.2.1蘋(píng)果去皮機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研11.2.2 蘋(píng)果去皮機(jī)調(diào)研結(jié)果分析41.3 論文的主要研究容72 總體方案設(shè)計(jì)研究82.1設(shè)計(jì)目的82.4水果削皮機(jī)的性能要求82.5總體方案設(shè)計(jì)92.6 可行性對(duì)比分析103 SolidWorks三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真123.1 SolidWorks簡(jiǎn)介123.2削皮構(gòu)件的設(shè)計(jì)123.2.1削皮刀具的設(shè)計(jì)12

12、3.2.2 刀具臺(tái)的設(shè)計(jì)143.2.3彈簧的設(shè)計(jì)173.2.4削皮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)183.3挖心切片刀設(shè)計(jì)183.4固定吸盤(pán)的選擇203.5進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)213.5.1 進(jìn)給軸的設(shè)計(jì)213.5.2叉刀頭的設(shè)計(jì)213.5.3手柄的優(yōu)化設(shè)計(jì)223.6削皮機(jī)的配色263.7三維建模裝配體的材料屬性28 4 設(shè)計(jì)校核294.1 彈簧的校核294.1.1 彈簧絲橫截面上的應(yīng)力294.1.2 彈簧的變形304.1.3 拉伸彈簧的校核304.1.4 固定彈簧的校核314.2真空吸盤(pán)的選取314.4刀具的ANSYS分析324.4.1 ANSYS簡(jiǎn)介324.4.2 ANSYS分析的主要步驟324.4.3去核切片刀具

13、有限元分析334.4.4 去皮刀具有限元分析355 總結(jié)和展望375.1 總結(jié)375.2 展望37畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明40畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明411 緒論1.1 前言水果中含有較多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，但是現(xiàn)代生產(chǎn)的各種農(nóng)藥激素在蔬菜表面都有殘留。有的人可能會(huì)說(shuō)，水果洗了幾次，并且用開(kāi)水和洗滌劑消毒消毒之后，果皮上不就沒(méi)了農(nóng)藥了嗎？結(jié)果并不是這樣，因?yàn)檗r(nóng)藥經(jīng)過(guò)單純的沖洗是不可能完全洗掉的，果農(nóng)在管理果園時(shí)，從始至終，一直都在使用農(nóng)藥，時(shí)間一長(zhǎng)，一些農(nóng)藥必定會(huì)殘留在果皮里，像敵敵畏、敵百蟲(chóng)等毒素，這些農(nóng)藥對(duì)人體雖然只有有一點(diǎn)的毒性，但就算少量的也對(duì)兒童也極為不利。水果果皮還有各種各樣的細(xì)菌、

14、寄生蟲(chóng)卵，有的是運(yùn)輸時(shí)或采摘時(shí)的員工手上污染的。有的是銷售時(shí)用污水澆洗污染了的。據(jù)調(diào)查，有的地方水果果皮上大腸桿菌殘留量達(dá)68%96%。吃水果時(shí)，如果不削皮，就會(huì)連留在水果皮上的污物也一起吃進(jìn)去。輕者會(huì)嘔吐腹瀉，重者則會(huì)危與生命。我們?nèi)绾蜗砥ど系臍埩粑锬?？一般?lái)說(shuō)，可以有以下幾種方法清除：第一是清水浸泡法，將買(mǎi)來(lái)的水果用清水浸泡30分鐘以上，之后反復(fù)沖洗兩三次，這樣就可以除去部分殘留農(nóng)藥。還可以使用果蔬洗劑之類的清潔劑，加大農(nóng)藥的溶出。第二是堿水浸泡法：先用5%堿水浸泡5分鐘以上，然后再用清水洗滌兩三遍。第三是開(kāi)水浸泡法：將洗凈的水果放入開(kāi)水中泡3至5分鐘，再用清水洗滌1至2遍。第四是

15、去皮法：對(duì)于帶皮的水果，如蘋(píng)果、梨等，先清洗一遍，再去表皮，這種方法就可以徹底去除水果表面的農(nóng)藥殘留。第五是儲(chǔ)藏保管法：可以將水果買(mǎi)回后儲(chǔ)藏15天左右，也能有效降低農(nóng)藥殘留的毒性。以上方法對(duì)于水果表皮殘留的農(nóng)藥清除有良好的效果，既可以保證水果的營(yíng)養(yǎng)成分，也讓食用者更放心。但清水浸泡法、堿水浸泡法、儲(chǔ)存保管法耗時(shí)太長(zhǎng)，操作不便。開(kāi)水浸泡法會(huì)燙傷果肉，營(yíng)養(yǎng)成分降低?？傊テしū容^簡(jiǎn)便，即食即用，不會(huì)損傷水果的營(yíng)養(yǎng)成分，這樣一來(lái)水果去皮機(jī)的研制就十分必要。1.2 蘋(píng)果削皮機(jī)的研究現(xiàn)狀 1.2.1蘋(píng)果去皮機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀調(diào)研目前蘋(píng)果削皮機(jī)的研究和設(shè)計(jì)吸收了國(guó)外眾多設(shè)計(jì)成果的優(yōu)點(diǎn)，正在不斷完善中。而且，各種前

16、沿技術(shù)也在不斷在嘗試使用到削皮機(jī)中，以提高果蔬的削皮質(zhì)量和速率。比如基于計(jì)算視覺(jué)的水果無(wú)損檢測(cè)技術(shù)、圖形識(shí)別技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)都被提了出來(lái)，在削皮機(jī)中嘗試著使用。在國(guó)，水果削皮機(jī)的發(fā)明可以說(shuō)是非常豐富，光公開(kāi)的水果削皮機(jī)的專利數(shù)量超過(guò)20項(xiàng)，而且，現(xiàn)在市場(chǎng)上，各類蘋(píng)果削皮機(jī)聆郎滿目，為了深入了解蘋(píng)果去皮機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析蘋(píng)果削皮機(jī)各自存在的優(yōu)缺點(diǎn)，進(jìn)而開(kāi)發(fā)出一種全新的、工作效率高的蘋(píng)果去皮機(jī)，調(diào)研了以下蘋(píng)果削皮機(jī)生產(chǎn)廠家。a. 市際實(shí)業(yè)-實(shí)用水果削皮機(jī)1）產(chǎn)品介紹該蘋(píng)果削皮機(jī)的插果軸線垂直放置，利用齒輪機(jī)構(gòu)與凸輪機(jī)構(gòu)傳遞運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力，最終實(shí)現(xiàn)刀具由下到上繞蘋(píng)果表面旋轉(zhuǎn)去皮。全塑料材質(zhì)，機(jī)身精致，小巧

17、易用，讓蘋(píng)果去皮工作充滿樂(lè)趣。圖1.1 立式家用水果削皮機(jī)2） 操作步驟（1）裝上手柄，將蘋(píng)果削皮器放置在桌面上固定；（2）將蘋(píng)果豎直插入叉針上；（3）轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，刀頭就會(huì)從蘋(píng)果的底部開(kāi)始向上旋轉(zhuǎn)，沿著蘋(píng)果表面旋轉(zhuǎn)，直到蘋(píng)果頭部，工作結(jié)束后刀就會(huì)離開(kāi)蘋(píng)果。3） 注意事項(xiàng)：當(dāng)?shù)额^切削時(shí)，如果蘋(píng)果表面被卡住，不要用力旋轉(zhuǎn)手柄，應(yīng)倒旋手柄，使刀頭離開(kāi)被卡處。產(chǎn)品材質(zhì) 優(yōu)質(zhì)高級(jí)塑料產(chǎn)品規(guī)格 20.015.018.0cm4） 分析不足之處（1） 該類去皮機(jī)需要手動(dòng)按壓上果，容易傷手；（2） 蘋(píng)果表面不平整時(shí)，特別是在凹凸表面處，容易卡住，故切削有局限性。 b .市超越食品機(jī)械半自動(dòng)果蔬去皮機(jī)該水果削皮機(jī)也

18、是將果蔬立式放置，刀具與水果接觸切保持不動(dòng)，電源提供動(dòng)力帶動(dòng)果蔬旋轉(zhuǎn)，達(dá)到自動(dòng)去皮的效果。圖1.2 半自動(dòng)水果削皮機(jī)2）操作步驟 （1）裝上4節(jié)5號(hào)電池，將水果削皮機(jī)固定放置在桌面上； （2）將果蔬放到叉刀頭上固定好，調(diào)節(jié)刀具與果蔬頂部接觸； （3）開(kāi)動(dòng)電源，當(dāng)削皮結(jié)束時(shí)關(guān)閉電源。 3）分析不足之處 （1）該類水果削皮機(jī)容易發(fā)熱，在不間斷工作的情況下容易燒壞電機(jī)； （2）由于運(yùn)用的是5號(hào)電池，電量耗費(fèi)嚴(yán)重，有浪費(fèi)，不環(huán)保； （3）價(jià)格較普通家用水果削皮機(jī)來(lái)說(shuō)不具有競(jìng)爭(zhēng)力。 c .省億鴻食品機(jī)械全自動(dòng)高速蘋(píng)果（梨）去皮開(kāi)瓣機(jī)全自動(dòng)蘋(píng)果（梨）去皮開(kāi)瓣機(jī)適用于罐頭、干袋、果脯等深加工的食品廠家使用。

19、蘋(píng)果、梨的大小形狀只需適當(dāng)分級(jí)就可以通用，根據(jù)加工要求可以選擇加裝去皮后開(kāi)瓣裝置，高效簡(jiǎn)便、美觀大方。此蘋(píng)果去皮切片機(jī)為全新技術(shù)投入開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品。這種機(jī)器適用于各地區(qū)不同品種，針對(duì)加工生硬的蘋(píng)果，果型異常，形狀大小不同的蘋(píng)果去皮、去芯、切片。本機(jī)為多功能一體機(jī)，由人工上料，通過(guò)柔性刀組去皮，去皮厚度1.5mm，每個(gè)小時(shí)用耗電量為5.4KW，機(jī)械加工能力為70100個(gè)每分鐘。去皮切片機(jī)的設(shè)計(jì)是有20個(gè)工作單位，每個(gè)單位安裝有獨(dú)立的刀片，可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)去皮、去芯、開(kāi)瓣。正常工作時(shí)配備兩到三個(gè)人員將蘋(píng)果插在三角刀上，再將蘋(píng)果定位，去皮設(shè)計(jì)為盤(pán)式20個(gè)工作單位，安裝在一個(gè)大轉(zhuǎn)盤(pán)上。工作時(shí)大盤(pán)由電機(jī)控制其

20、轉(zhuǎn)動(dòng)速度，被插住的蘋(píng)果隨著轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn)，去皮工作開(kāi)始，蘋(píng)果被大盤(pán)帶入到去皮區(qū)，蘋(píng)果自動(dòng)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，去皮刀具由下至上的拉起，通過(guò)蘋(píng)果的自轉(zhuǎn)，去皮刀貼合在蘋(píng)果的外側(cè)，蘋(píng)果皮被刨去。被去皮的蘋(píng)果繼續(xù)進(jìn)入下一組工作區(qū)（切片）進(jìn)行切片，切片刀設(shè)計(jì)為活動(dòng)的，可以調(diào)節(jié)切片厚度515mm，根據(jù)加工需要不同也可以將切片去除，不進(jìn)行切片。完成切片的蘋(píng)果進(jìn)行下組沖芯區(qū)，因?yàn)榍衅穸纫恍∮跊_刀的外徑，所以沖芯后的蘋(píng)果會(huì)被加工成為蘋(píng)果圈，根據(jù)要求不同蘋(píng)果也可以加工成6瓣或者8瓣。圖1.3 億鴻食品機(jī)械的削皮機(jī)1） 工作程序（1） 蘋(píng)果原料提升水浮式集料槽人工上料去皮切片沖芯成品；（2） 按實(shí)際工藝可完成多種品種類型，如去皮

21、后只沖芯，或去皮開(kāi)兩瓣，去皮后開(kāi)4、6瓣，去皮后切成510mm厚的圈，還可以加工成扇形片，可一次加工成101010或151515的方塊，功能十分強(qiáng)大；（3） 根據(jù)員工的實(shí)際操作能力，每分鐘確保7585個(gè)的加工量，設(shè)備的加工能力也可以上調(diào)，最高可達(dá)100110個(gè)，連續(xù)使用整臺(tái)設(shè)備只需3人操作。 2） 分析不足（1） 由于是多工位削皮，工作臺(tái)的連續(xù)轉(zhuǎn)速較快，手工插果時(shí)必定會(huì)有漏插的現(xiàn)象，而且插果過(guò)程中容易傷到手。（2） 去皮機(jī)在工作時(shí)，需要的人力較多，加工成本高。不適用于家庭或一般水果店小批量的水果加工。1.2.2 蘋(píng)果去皮機(jī)調(diào)研結(jié)果分析根據(jù)走訪調(diào)研所得的資料與信息，分析、總結(jié)與歸納出當(dāng)前的蘋(píng)果削

22、皮機(jī)大體分為一下幾類：（1）單果手動(dòng)去皮機(jī)（第一類）如圖所示，工作時(shí)水果不動(dòng)，搖動(dòng)手柄，通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)刀具工作，由于齒輪傳動(dòng)效率較低，造成削皮是費(fèi)時(shí)費(fèi)力，效率低下。塑料的機(jī)身注定了他的耐用度低，不能符合現(xiàn)代人對(duì)于家用水果削皮機(jī)的需求。不過(guò)其低廉的價(jià)格使其在水果削皮機(jī)的市場(chǎng)中有很大的保有量。圖1.4 立式單果手動(dòng)去皮機(jī)功能示意圖（2）單果半自動(dòng)削皮機(jī)（第二類）作為手動(dòng)去皮設(shè)備的延伸，這類削皮機(jī)大大提高了工作的效率，其工作原理如下圖所示，外觀新穎，去皮效果佳，但是價(jià)格較一般的手動(dòng)削皮機(jī)來(lái)說(shuō)很貴，由于設(shè)計(jì)目的是為了滿足家庭需求，所以采用的是小型電機(jī)，用電池或220V插座提供電源，連續(xù)工作時(shí)容易發(fā)熱

23、。圖1.5 單果半自動(dòng)水果削皮機(jī)工作原理示意圖（3）單果自動(dòng)削皮機(jī)（第三類）其工作原理如圖所示。該類水果去皮機(jī)有一個(gè)轉(zhuǎn)盤(pán)，轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)有數(shù)個(gè)蘋(píng)果轉(zhuǎn)動(dòng)插針，均勻分布于圓盤(pán)的圓周之。首先，人工將蘋(píng)果插于蘋(píng)果插針固定，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，處理完后蘋(píng)果被送于去皮工位，完成去皮工作，圓盤(pán)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度，待蘋(píng)果完成切片工序，圓盤(pán)繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，蘋(píng)果被送去去核工位，在該工位蘋(píng)果核被去除，完成一個(gè)工作循環(huán)。此類去皮機(jī)較前兩類去皮機(jī)去皮速度快，適合運(yùn)用于小型蘋(píng)果加工廠。圖1.6 單果自動(dòng)去皮機(jī)工作原理（4）多果自動(dòng)去皮機(jī)（第四類）如圖所示。首先將蘋(píng)果以蘋(píng)果梗垂直于水平面的方向放置在蘋(píng)果槽，然后氣缸推桿伸出帶動(dòng)升降板與其上

24、電動(dòng)機(jī)、插針等一同向下移動(dòng)，直到蘋(píng)果固定于于插針，之后氣缸推桿回縮，將蘋(píng)果提升到能夠削皮的高度，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)插刀、蘋(píng)果一起旋轉(zhuǎn)，直到完成蘋(píng)果削皮工作，最后由將蘋(píng)果卸下。這類削皮機(jī)屬于自動(dòng)化程度較高的設(shè)備，適合大型水果加工車間使用。圖1.7 多果自動(dòng)去皮機(jī)工作原理示意圖目前，我國(guó)研制生產(chǎn)了各種水果削皮機(jī)。市場(chǎng)上的水果削皮機(jī)主要以手動(dòng)和半自動(dòng)的為主，但由于功能單一，質(zhì)量水準(zhǔn)參差不齊，難以滿足現(xiàn)如今家庭用水果削皮機(jī)的市場(chǎng)需求，所以，設(shè)計(jì)一種功能齊全，價(jià)格低廉，質(zhì)量過(guò)硬的水果削皮機(jī)刻不容緩。1.3 論文的主要研究容主要通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的形式，對(duì)具有一定基數(shù)的人群進(jìn)行調(diào)查，對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，直觀的表達(dá)出目前

25、人們對(duì)水果削皮的需求。（1）查閱資料和調(diào)查分析，了解對(duì)人工水果削皮的多方位需求；（2）利用工業(yè)工程的方法找出水果削皮機(jī)的創(chuàng)新因素；（3）基于人機(jī)工程原理，給出創(chuàng)新設(shè)計(jì)原理，設(shè)計(jì)方案，并構(gòu)建評(píng)價(jià)體系，實(shí)現(xiàn)方案的選擇；（4）完成削皮機(jī)結(jié)構(gòu)裝置、三維模型以與完整產(chǎn)品或模型制作。2 總體方案設(shè)計(jì)研究2.1設(shè)計(jì)目的針對(duì)圓形的，需要去皮的果蔬，設(shè)計(jì)一款集削皮、去核、切片，切絲于一體的，適合家庭使用的小型便攜式水果削皮機(jī)。2.2該課題的研究流程圖2.1研究流程圖2.3 市場(chǎng)調(diào)研需求分析 （1）問(wèn)卷調(diào)查分析 通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查，了解現(xiàn)有水果削皮機(jī)的不足之處和改進(jìn)型水果削皮機(jī)的市場(chǎng)所在，對(duì)所要設(shè)計(jì)的產(chǎn)品有一個(gè)大致方向

26、上的把握。圖2.2問(wèn)卷調(diào)查統(tǒng)計(jì)圖2.4水果削皮機(jī)的性能要求本文研究的水果削皮機(jī)應(yīng)滿足操作簡(jiǎn)便、去皮效率高、耐用性強(qiáng)、多功能、安全性能搞的前提，做到結(jié)構(gòu)巧妙，價(jià)格經(jīng)濟(jì)合理等。多功能水果削皮機(jī)應(yīng)具有的性能要求：（1） 方便的操作和使用性能；（2） 切削運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)準(zhǔn)確，能保證規(guī)定的運(yùn)動(dòng)進(jìn)精度；（3） 工作的可靠性既能根據(jù)功能要求完成既定動(dòng)作，且各動(dòng)作應(yīng)協(xié)調(diào)穩(wěn)定；（4） 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低；（5） 生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低；（6） 留有發(fā)展的余地，需要改進(jìn)時(shí)不至于造成全機(jī)報(bào)廢。 本文研究的具體目標(biāo)與技術(shù)參數(shù)：（1） 設(shè)計(jì)蘋(píng)果削皮機(jī)，能夠同時(shí)完成削皮、去核、切片、切絲等功能。（2） 機(jī)身小巧，能夠方

27、便快遞運(yùn)送，為后期批量生產(chǎn)上市銷售做好準(zhǔn)備。技術(shù)指標(biāo)：去皮能力：35個(gè)/min （與操作者體力有關(guān)） 去皮厚度：0.6mm2.5總體方案設(shè)計(jì)通過(guò)前期對(duì)國(guó)外水果削皮機(jī)現(xiàn)狀的調(diào)研，不難發(fā)現(xiàn)，如今市場(chǎng)上的，適用于家庭的水果削皮機(jī)，多采用的是立式、刀片沿水果表面環(huán)繞切割的切削模式，如市新際實(shí)業(yè)的實(shí)用水果削皮和億鴻食品機(jī)械的半自動(dòng)去皮機(jī)，前者由四個(gè)吸盤(pán)固定底座，手搖進(jìn)行削皮程序，后者由人工放好水果后啟動(dòng)電源開(kāi)始工作。由于采用的是立式、刀片環(huán)繞水果表面進(jìn)給的方式，削皮機(jī)不能一次性完成去核、切片的工作，如需完成，需要用額外去核切片器對(duì)削完皮的水果進(jìn)行再加工，使流程變得復(fù)雜，且使操作不便，故本課題的設(shè)計(jì)方案采

28、用臥式進(jìn)給的方式。圖2.3臥式單果手動(dòng)去皮機(jī)原理示意圖（1） 功能與原理：通過(guò)手動(dòng)搖手柄操作，對(duì)果蔬同步的進(jìn)行去皮、去核、切片和切絲的工作，也可以實(shí)現(xiàn)單一的削皮功能。（2） 臥式進(jìn)給特點(diǎn)是：機(jī)架采用鋁合金材質(zhì)，結(jié)構(gòu)緊密，利用真空吸盤(pán)產(chǎn)生吸力的原理固定機(jī)架，方便而牢固；設(shè)計(jì)的削皮刀具有很強(qiáng)的仿形能力，能適應(yīng)削不同程度橢圓度和凹凸面。材料結(jié)構(gòu)：削皮機(jī)整體材質(zhì)由鋁合金和不銹鋼刀具所組成，另部件經(jīng)過(guò)噴漆和電鍍等工藝處理。加工后能切成無(wú)皮、無(wú)心且連續(xù)的薄片果肉，食用時(shí)口感松脆，不傷牙齦，運(yùn)用起來(lái)很便利，是文明生活的好幫手。由于刀具臺(tái)的支撐桿配置了可伸縮式彈簧，在削皮過(guò)程中，無(wú)論蘋(píng)果的外形大小是否規(guī)則，刀

29、具都能始終緊貼果皮進(jìn)行工作，也完全不用擔(dān)心去皮厚度。該蘋(píng)果削皮機(jī)機(jī)主要由傳動(dòng)、操縱、固定三部分組成，工作部分主要由挖心切片刀、叉刀、削皮刀、吸盤(pán)、手柄、傳動(dòng)軸等組成，工作時(shí)（1） 按住底座，搬動(dòng)吸盤(pán)拉桿，將機(jī)器固定在桌面上；（2） 壓下削皮刀頭，將自動(dòng)調(diào)節(jié)彈簧扣住；（3） 按住調(diào)節(jié)卡扣，使其處于松開(kāi)狀態(tài)，同時(shí)將螺桿伸到最大位置；（4） 將蘋(píng)果垂直直接插入固定針，調(diào)節(jié)到合適的位置可松開(kāi)調(diào)節(jié)可扣；（5） 松開(kāi)自動(dòng)調(diào)整彈簧，刀片頂部旋轉(zhuǎn)螺絲調(diào)節(jié)，越寬削皮越厚，寬度越小削皮越薄；（6） 另一只手搖動(dòng)手柄沿著順時(shí)針?lè)较颍唬?） 側(cè)面刀片為切片中間固定去核，一個(gè)蘋(píng)果從削皮、切片、去核、一次性就能完成，非常

30、方便；（8） 最后留在叉刀頭上的蘋(píng)果核用手小心除去。表2.1削皮機(jī)主要機(jī)構(gòu)明細(xì)表序號(hào)名稱材料主要功能估計(jì)價(jià)格（元）1機(jī)架不銹鋼連接各構(gòu)件，組成整體52削皮刀具45鋼去皮13切片刀具45鋼去核切片14切絲刀具45鋼切絲15彈簧60Si2MnA拉伸和緊固16進(jìn)給軸不銹鋼推動(dòng)被切削物向前進(jìn)給27刀具臺(tái)不銹鋼支撐、固定刀具28吸盤(pán)橡膠固定水果削皮機(jī)19手柄橡膠方便使用者用力210叉刀頭不銹鋼固定被切削物211連桿鋁合金連接手柄和進(jìn)給軸112卡槽不銹鋼保證軸的進(jìn)給方向113搖桿鋁合金控制吸盤(pán)114緊固件2總計(jì)232.6 可行性對(duì)比分析為使本設(shè)計(jì)的實(shí)施具有可行性，筆者將此多功能水果削皮機(jī)與市場(chǎng)上存在的兩種

31、家用水果削皮機(jī)進(jìn)行對(duì)比分析（1） 參數(shù)對(duì)比體積（）效率（個(gè)/s）價(jià)格（元）重量（KG）適用個(gè)果蔬多功能水果去皮機(jī)33801633（10元加工費(fèi)）0.51蘋(píng)果，土豆，黃瓜等立式手搖削皮機(jī)51521820400.38僅適用于類圓形果蔬半自動(dòng)削皮機(jī)485015750.6硬皮果蔬都適用（2） 功能對(duì)比能實(shí)現(xiàn)的功能多功能水果去皮機(jī)削皮、去芯、切片、切絲立式手搖削皮機(jī)削皮，使用特制工具可完成切瓣去芯半自動(dòng)削皮機(jī)削皮，使用特制工具可完成切瓣去芯 （3）優(yōu)缺點(diǎn)比較優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)多功能水果去皮機(jī)實(shí)現(xiàn)了水果去皮、切片、去核、切絲集一身，價(jià)格便宜，操作簡(jiǎn)單重量略高，需要換刀具立式手搖削皮機(jī)價(jià)格便宜，材料都為塑料制品，重量

32、輕，方便移動(dòng)，操作簡(jiǎn)單刀片易被卡主，塑料制品強(qiáng)度低，功能單一半自動(dòng)削皮機(jī)削皮工作極其簡(jiǎn)單，且去皮效果好，適用所用硬皮水果價(jià)格高，切削過(guò)程中有噪音（4） 分析由圖表不難看出，本課題所研究的水果削皮機(jī)不僅擁有多種功能以滿足如今人們對(duì)于水果削皮的需求，而且在價(jià)格、操作、參數(shù)方面都不比市場(chǎng)上已有的水果削皮機(jī)差，相信在投放到市場(chǎng)上后，必定能獲得廣大消費(fèi)者的好評(píng)。3 SolidWorks三維建模和運(yùn)動(dòng)仿真3.1 SolidWorks簡(jiǎn)介Solidworks軟件是基于特征的參數(shù)化實(shí)體建模工具對(duì)于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用SolidWorks 來(lái)搞設(shè)計(jì)了。利用SolidWorks可以創(chuàng)

33、建三維模型，設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)體簡(jiǎn)可以存在約束關(guān)系也可以不存在約束關(guān)系。同時(shí)，可以利用自動(dòng)或用戶自定義的約束關(guān)系來(lái)體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖，并通過(guò)COSMOSXpress（有限元分析）和物理模擬功能對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行校核。3.2削皮構(gòu)件的設(shè)計(jì)3.2.1削皮刀具的設(shè)計(jì)a .削皮刀片材料選擇 水果酸性大，腐蝕性強(qiáng)，要求削皮刀具具有較高的防銹能力。本機(jī)選擇了價(jià)格便宜且具有一定防銹能力的45鋼作為削皮刀片的選用材料。b .切削刀具的外形確定1)前提條件:(1)蘋(píng)果的外形是頂部、底部凹陷的近似圓形，凹陷處外圓直徑d1，d2最大直徑17毫米。 (2)為了增加蘋(píng)果頂部和底部的去皮面積，必須使刃線運(yùn)動(dòng)到圖中的C位置，削皮刀具的切

34、削路徑應(yīng)始終和回轉(zhuǎn)中心線B-B1垂直。如圖3.1所示。(3) 削皮厚度考慮,為了達(dá)到削皮薄，去皮效果好的目的，去皮厚底應(yīng)在0.6到1.2mm之間。將該機(jī)器的切削刀片設(shè)計(jì)成弧形，彎曲弧度由市場(chǎng)上能買(mǎi)到的去皮刀片模擬實(shí)驗(yàn)得出，刀片切入角度應(yīng)該能夠和根據(jù)蘋(píng)果大小和形狀的不同進(jìn)行調(diào)整，所以，刀具與刀具臺(tái)之間設(shè)計(jì)成活動(dòng)的，用蝶形螺栓進(jìn)行固定，以實(shí)現(xiàn)角度的要求。因?yàn)榈毒吲_(tái)和刀具之間是活動(dòng)的，彈簧1作用力壓迫刀具臺(tái)與蘋(píng)果果皮接觸，這時(shí)就不需要擔(dān)心去皮厚度，厚度可以調(diào)節(jié)刀具臺(tái)與刀具之間的距離來(lái)確定。c .實(shí)驗(yàn)與分析用固定的力擠壓刀具與蘋(píng)果接觸，模仿彈簧施加在刀具臺(tái)上的力，用半徑為10mm弧長(zhǎng)為12mm和24m

35、m的刀片分別進(jìn)行削皮加工，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如見(jiàn)表3.1：表3.1切削刃寬對(duì)比表弧長(zhǎng)（mm）削皮厚度（mm）可旋轉(zhuǎn)角度（度）去皮干凈程度加工后表面光潔度12240.2-0.30.4-0.660欠好好較好好當(dāng)刃寬為12mm（窄）時(shí)，因刃線與蘋(píng)果的頂部和底部不能保持相切，產(chǎn)生尖點(diǎn)接觸，加上到頭重量輕、徑向跳動(dòng)大、容易出現(xiàn)漏削狀況，去皮干凈程度和表面光潔度下降；又因刀頭重量輕，吃刀深度淺，使得切削厚度有所下降。當(dāng)刃寬為24mm時(shí)，其削皮厚度雖然比刃寬為12mm是略有增加，但其他兩項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于前者，故本機(jī)采用刃寬為24mm。圖3.1 刀具切削示意圖d .溜槽的設(shè)計(jì)在刀具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到果皮的飛出軌跡，可能會(huì)

36、出現(xiàn)掉落到削皮機(jī)兩個(gè)零件的夾縫間的情況，不利于削皮機(jī)的清潔，所以，在刀具上果皮的出屑方向加裝一個(gè)溜槽，切削過(guò)程中，果皮沿著溜槽掉入預(yù)先擺放好的收納盒中，美觀、衛(wèi)生。 由于溜槽難于制造，可以用廢舊易拉罐進(jìn)行簡(jiǎn)單的沖壓加工，用夾具與刀具連接即可，即達(dá)到了導(dǎo)流的目的，還能廢物利用，保護(hù)環(huán)境。圖3.2 刀具溜槽建模e .切絲器的設(shè)計(jì)1） 設(shè)計(jì)要求（1） 能夠完成對(duì)黃瓜、蘿卜，土豆等果蔬的切絲；（2） 方便安裝，且能輕松實(shí)現(xiàn)去皮和切絲的功能轉(zhuǎn)換；（3） 安全，可靠性高圖3.3 切絲刀具模型3.2.2 刀具臺(tái)的設(shè)計(jì)刀具臺(tái)的功能不僅是安裝刀具。同時(shí)也控制著刀具的切削角度，它由一個(gè)彈簧與機(jī)架固定，并緊貼水果表

37、面，避免刀具緊貼水果表面，由于彈簧力較大而造成的去皮厚度太大的浪費(fèi)。在本機(jī)的刀具臺(tái)設(shè)計(jì)過(guò)程中，可認(rèn)為是刀具與水果表面所成的角度。a .刀具臺(tái)材料的確定刀具臺(tái)的選材為不銹鋼，耐用強(qiáng)度大，且不容易變形。b .切削角度 這里主要指刃傾角，契角，前角,后角.如下圖所示.由于果品物料的組織松軟,含有大量的水分,表皮組織又有較高的韌性,所以在切削加工過(guò)程中,要求刀具鋒利.擠壓力小,為此,對(duì)上述角度提出如下要求: （1）刃傾角:刃傾角是切削刃和切削速度的垂直間的夾角，如圖3.4a所示。有了人傾角,即可進(jìn)行斜交切割.斜角切割有以下兩點(diǎn)好處:a. 減少了道具在切削過(guò)程中的實(shí)際工作契角和刃圓半徑,又因斜角切削不會(huì)

38、改變刀具的刃磨角度,從而保證了刀具的耐用度；b.斜角切割時(shí),切削速度的方向不垂直于切削刃,沿著切削刃方向有一個(gè)速度分量，故切削刃相對(duì)于蘋(píng)果除了“切”之外，還有“割”的作用，從而使切削刀刃顯得更加鋒利，減少了削皮厚度。所以斜角切削省力省功，加工質(zhì)量高。本機(jī)先用=5o 。 圖3.4a 切削角度示意圖 （2）契角:如圖3.4b所示，為了使刀具更鋒利，降低切削加工的擠壓力，食品刀具的契角一般都很小，但刀具的契角過(guò)小將使刀具的耐用度下降，導(dǎo)致加工產(chǎn)品質(zhì)量降低。對(duì)于水果類的切削刀具，一般=5o20o ，單片刀片的契角=17o 。 （3）前角:前角的大小直接影響著刀具的鋒利和牢固程度，影響切削作用和擠推作用

39、的比例，決定刀具的切削性能。在保證刀具具有一定的耐用度下，盡量加大前角使刀刃鋒利，以增加刃切作用減小擠推作用。本機(jī)選用：=63o68o.（4） 后角：后角的作用主要是在切削過(guò)程中減小后刃面與加工對(duì)象（已加工表面）之間的摩擦，在水果加工中，二者之間的摩擦阻力很小，所以后角大小的選擇不是主要矛盾。由圖3.4c知，契角，前角,后角三者的和為90度，前面已選前角為63o68o，契角為17度左右，故本機(jī)后角為5o10o。此數(shù)值基本符合加工塑性大或彈性大的金屬材料的后角取值圍。圖3.4b 契角示意圖 圖4c切削角度示意圖 （5）削皮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為了使刀具與水果表面的接觸情況滿足上文所示，將刀具臺(tái)的設(shè)計(jì)為

40、如圖3.5所示。因加工對(duì)象的最大直徑為90mm，則要求刀架上的刀具能以半徑R=50mm的圓旋轉(zhuǎn)，以滿足切削要求。假設(shè)刀具臺(tái)的原動(dòng)力彈簧彈力為0，則刀具臺(tái)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)270度，完全能滿足要求。本機(jī)采用螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧，壓著刀具臺(tái)使削皮刀片在加工對(duì)象表變有一定壓力，能隨著被切削物形狀的變化而變化，達(dá)到削皮的目的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)知，刀刃個(gè)刀具臺(tái)之間的距離為1mm左右時(shí)，削皮質(zhì)量較好（皮薄、已加工表面光滑、切削阻力??；小于此數(shù)值時(shí)，刀刃在蘋(píng)果表面易脫落，增加了漏削率；大于此數(shù)值時(shí)，增加了切削過(guò)程中的推擠作用，已加工表面的光潔度下降。這個(gè)距離不是固定不變的，可以隨水果的大小而適當(dāng)改變，有刀具上的蝶形螺母控制，簡(jiǎn)單易操

41、作。圖3.5 刀具臺(tái)建模3.2.3彈簧的設(shè)計(jì)a .固定彈簧的選擇1）YB型彈簧，線徑1mm，彈簧中徑15mm，自由高度12mm，制造精度為3級(jí)，材料為60Si2MnA，表面涂漆處理的右旋彈簧。標(biāo)記為：YB 11512 GB/T 208919942）設(shè)計(jì)要求（1）固定刀具臺(tái)；（2）提供足夠的使刀具臺(tái)緊貼水果表面，為刀具提供切削力。圖3.6 拉伸彈簧的設(shè)計(jì)b .拉伸彈簧的設(shè)計(jì)1）YB型彈簧，線徑1mm，彈簧中徑10mm，自由高度15mm，制造精度為3級(jí)，材料為60Si2MnA，表面涂漆處理的右旋彈簧。標(biāo)記為：YB 11015 GB/T 20891994圖 3.7 拉伸彈簧3.2.4削皮機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)特

42、點(diǎn)安裝削皮刀片的削皮刀架由2Cr不銹鋼制作而成，其彎曲程度由之前確定的刀具角度確定，滿足要求即可。因加工對(duì)象的最大直徑為90mm。則要求刀架上的刀具能以半徑R=50mm的圓旋轉(zhuǎn)，以滿足切削要求。假設(shè)刀具臺(tái)的原動(dòng)力彈簧為0，則刀具臺(tái)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)270度，完全能滿足要求。本機(jī)采用螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧，壓著刀具臺(tái)使削皮刀片在加工對(duì)象表變有一定壓力，能隨著被切削物形狀的變化而化，達(dá)到削皮的目的。通過(guò)實(shí)驗(yàn)知，刀刃個(gè)刀具臺(tái)之間的距離為1mm左右時(shí)，削皮質(zhì)量較好，皮薄、已加工表面光滑、切削阻力小；小于此數(shù)值時(shí)，刀刃在蘋(píng)果表面易脫落，增加了漏削率；大于此數(shù)值時(shí)，增加了切削過(guò)程中的推擠作用，已加工表面的光潔度下降。這個(gè)距離

43、不是固定不變的，可以隨水果的大小而適當(dāng)改變，有刀具上的蝶形螺母控制，簡(jiǎn)單易操作。圖3.8 削皮機(jī)構(gòu)裝配模型3.3挖心切片刀設(shè)計(jì)選幾種直徑分別為70,80,90mm的蘋(píng)果，進(jìn)行測(cè)定，取算術(shù)平均值填入表中，由數(shù)據(jù)知，蘋(píng)果心直徑為30mm，長(zhǎng)度為38mm，頂尾部下陷最大直徑為17mm。以上數(shù)據(jù)作為設(shè)計(jì)挖心刀的尺寸依據(jù)。該機(jī)挖心刀刃部非常鋒利，刀的端部做成契型，便于入切，采用斜角切入，加上橫斷刀的配合，使該機(jī)挖心切削阻力小，出渣容易.圖3.9蘋(píng)果核示意圖常見(jiàn)蘋(píng)果尺寸調(diào)查尺寸（mm）國(guó)光大國(guó)光元帥紅星黃元帥青香蕉印度紅玉冠D707070707070707080d252824252330272225L20

44、2625242230272025L1201719152416182316L2251015151718202324d1141716141612151414d2151616151715161514表1.常見(jiàn)蘋(píng)果的尺寸調(diào)查 由以上數(shù)據(jù)確定出挖心刀去核直徑為20mm，能最大限度的提高水果出肉率，較少切削過(guò)程中的浪費(fèi)。圖3.10 挖心切片刀片建模該刀片為硬度較高的45鋼材料制成，在切削進(jìn)給過(guò)程中，果核將沿圓孔型刀具直線前進(jìn)，果肉隨著進(jìn)給軸的運(yùn)動(dòng)，被孔邊緣的弧形刀片切割成螺旋狀，最終果核將留在叉刀之上，實(shí)現(xiàn)果肉和果核的分離。3.4固定吸盤(pán)的選擇圖3.11 常用吸盤(pán)示意圖 吸盤(pán)是一種帶密封唇邊的，在與被吸物

45、體接觸后形成一個(gè)臨時(shí)的密封空間，通過(guò)抽走或是稀釋密封空間里的空氣，產(chǎn)生外壓強(qiáng)差而進(jìn)行工作的一種氣動(dòng)原件。生產(chǎn)真空吸盤(pán)的材料一般為各種橡膠、塑料和金屬，我們經(jīng)常見(jiàn)到的真空吸盤(pán)是NR、SI、FKM、NE、EPDM、SE等多種橡膠制造的，如果按吸盤(pán)的形狀分類，可分為扁平吸盤(pán)，橢圓吸盤(pán)和異性吸盤(pán)等你，本機(jī)采用扁平真空吸盤(pán)，其特點(diǎn)是易耗損、易使用、無(wú)污染、不傷工件等特點(diǎn)。真空吸盤(pán)的吸力計(jì)算公式為 W=(PxC)/101x10.13本機(jī)設(shè)計(jì)采用的吸盤(pán)模型如圖3.12所示圖3.12 吸盤(pán)模型如圖3.13所示，本機(jī)采用的吸盤(pán)由底蓋、彎曲拉桿、底座、外殼三部分組成，根據(jù)吸盤(pán)的工作原理，將以上三部分組裝起來(lái)，工作

46、時(shí)，擺動(dòng)彎曲拉桿，利用彎曲拉桿擠壓吸盤(pán)，達(dá)到固定機(jī)器的作用。吸盤(pán)面積可以適當(dāng)增大，在理想狀態(tài)下，達(dá)到將水果削皮機(jī)吸在墻體上的效果，節(jié)約擺放空間。圖3.13吸盤(pán)工作原理截面圖3.5進(jìn)給機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)給機(jī)構(gòu)主要由手柄、連桿、進(jìn)給軸、叉刀、卡軸器五部分組成，由螺紋連接，工作將蘋(píng)果插入叉刀頭上，搖動(dòng)手柄，蘋(píng)果就能和軸一起旋轉(zhuǎn)向前運(yùn)動(dòng)，直到切削結(jié)束，取下蘋(píng)果核。3.5.1 進(jìn)給軸的設(shè)計(jì) a .材料的選擇進(jìn)給軸承擔(dān)著整個(gè)蘋(píng)果的重量，需要抗彎強(qiáng)度極高的材料，本機(jī)進(jìn)給軸采用的是目前市場(chǎng)上常用的奧氏體不銹鋼1Cr17Mn6Ni5N，價(jià)格便宜且抗彎強(qiáng)度大。 b .傳動(dòng)螺紋設(shè)計(jì)本機(jī)進(jìn)給軸采用的是矩形螺紋傳動(dòng)，牙型為正方

47、形，牙型角=0度，其傳動(dòng)效率較其他螺紋高，缺點(diǎn)是牙根較弱，螺旋副磨損后，間隙難以修復(fù)和補(bǔ)償，傳動(dòng)精度較低。根據(jù)蘋(píng)果的相關(guān)測(cè)量數(shù)據(jù)，將蘋(píng)果直徑選定為最大90mm，作為計(jì)算依據(jù)。蘋(píng)果的半圓周長(zhǎng)：按削皮刀具的最佳切削寬度，將刀具寬度帶入計(jì)算，最大限度估計(jì)蘋(píng)果削皮需要旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)為螺距螺紋長(zhǎng)度大于mm時(shí)符合設(shè)計(jì)要求。本機(jī)將螺紋長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為150mm。圖 3.14 進(jìn)給軸模型3.5.2叉刀頭的設(shè)計(jì) a .材料選擇由于叉刀頭用于將蘋(píng)果固定，需要插入蘋(píng)果果肉中，所以選材是要求材料無(wú)毒，而且水果酸性大，腐蝕性強(qiáng)，要求叉刀有較高的防銹能力。本機(jī)選擇了價(jià)格便宜且具有一定防銹能力的45鋼作為削皮刀片的選用材料。b .設(shè)

48、計(jì)要求（1） 叉針長(zhǎng)度能夠?qū)⑻O(píng)果牢牢固定，且削皮結(jié)束后容易取下蘋(píng)果核；（2） 具有一定的彎曲強(qiáng)度。通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論，滿足設(shè)計(jì)要求的叉針長(zhǎng)度為35mm，操作時(shí)可根據(jù)蘋(píng)果大小自行決定蘋(píng)果插入深度。圖3.15 叉刀頭模型3.5.3手柄的優(yōu)化設(shè)計(jì) a .手柄的人因工程優(yōu)化現(xiàn)代手持器械的設(shè)計(jì)主要依據(jù)人機(jī)工程學(xué)的相關(guān)研究，根據(jù)人手參數(shù)的統(tǒng)計(jì)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在實(shí)現(xiàn)功能的同時(shí)給人最佳的接觸角度和安全保護(hù)?，F(xiàn)代批量的生產(chǎn)方式?jīng)Q定了手持器械必須按照既定的尺寸設(shè)計(jì)，而這些尺寸經(jīng)過(guò)大量的統(tǒng)計(jì)研究，確定了能夠提供較高的操作舒適性，并且能緩解手的疲勞。然而事實(shí)總是具有兩面性，現(xiàn)代的工具給人們?cè)谑褂蒙蠋?lái)了便捷和效率，然而卻

49、在其他方面帶來(lái)了負(fù)面效應(yīng)。1）與手相關(guān)的職業(yè)病醫(yī)學(xué)上所稱的職業(yè)病泛指職業(yè)病危害因素引起的疾病。勞動(dòng)者在從事職業(yè)活動(dòng)中接觸職業(yè)病危害因素而引起的與特定職業(yè)相關(guān)的疾病就是職業(yè)病。在立法意義上，職業(yè)病有其特定的圍，即政府所規(guī)定的“法定職業(yè)病”凡屬法定職業(yè)病的患者，均應(yīng)獲得調(diào)換工作，或者治療休息的機(jī)會(huì)，并應(yīng)按相關(guān)法律獲得沒(méi)規(guī)定的補(bǔ)償，在工作中頻繁持續(xù)性使用手持器械會(huì)引發(fā)手部相關(guān)的癥狀。常見(jiàn)的疾病包括以下幾種：（1）腱鞘炎 由于長(zhǎng)時(shí)間重復(fù)動(dòng)作或腕外轉(zhuǎn)動(dòng)引起的，重復(fù)性動(dòng)作和沖擊整棟會(huì)使之加劇。手長(zhǎng)期處于彎曲或緊狀態(tài)，肌健會(huì)過(guò)度摩擦，引發(fā)肌腱和腱鞘損傷性炎癥，如果得不到與時(shí)的治療，便會(huì)留下病根，活動(dòng)不便。解

50、決對(duì)策：設(shè)計(jì)工具時(shí)應(yīng)盡量避免操作過(guò)程中手長(zhǎng)期性姿勢(shì)不佳，避免手腕尺偏、掌曲和手腕外傳。（2）扳機(jī)指 又稱彈響指，醫(yī)學(xué)上稱之為手指屈肌腱鞘炎，手指在彎曲伸長(zhǎng)的交替動(dòng)作中，肌腱在手掌和手指相連的關(guān)節(jié)處受到束縛而造成。因其類似于扣動(dòng)手槍扳機(jī)的動(dòng)作，所以稱之為板機(jī)指。初期屈指不靈，伴隨輕微疼痛，日久則疼痛加重，手指需借助外力才能繃直。解決對(duì)策：在工具設(shè)計(jì)時(shí)避免使拇指、食指、中指等采用指壓板控制，該進(jìn)開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)。（3）網(wǎng)球肘 一種肘部組織炎癥，由手腕過(guò)度撓偏引起。尤其當(dāng)撓偏與掌轉(zhuǎn)和背屈狀態(tài)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，肘部撓骨頭和肱骨小頭之間的壓力增加，導(dǎo)致網(wǎng)球肘，因網(wǎng)球運(yùn)動(dòng)員多得此病而得名?；颊邥?huì)在用力抓握或提舉物體時(shí)感

51、到肘部外側(cè)疼痛。解決對(duì)策:工具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免操作時(shí)手部過(guò)度撓偏。（4）手臂振動(dòng) 手臂長(zhǎng)期接觸強(qiáng)烈振動(dòng)而引起，以肢端血管痙攣、上肢周圍神經(jīng)末梢感覺(jué)障礙以與骨關(guān)節(jié)骨質(zhì)改變?yōu)橹饕憩F(xiàn)的職業(yè)病，又稱局部振動(dòng)病、振動(dòng)性白指、職業(yè)性雷諾癥等。振動(dòng)的最初度量有頻率、峰值加速度和振動(dòng)方向。頻率為1Hz以下的振動(dòng)可導(dǎo)致暈血癥；1-30Hz導(dǎo)致全身振動(dòng)；30-100Hz導(dǎo)致手臂振動(dòng)；100Hz以上導(dǎo)致手振動(dòng)。隨著加速度峰值的增加，損害會(huì)加重。解決對(duì)策：工具設(shè)計(jì)時(shí)改進(jìn)增加防震功能，配備專用防震手套等。圖3.16 人體手部示意圖（5）關(guān)節(jié)表面磨損 關(guān)節(jié)相互接觸的骨端表面有一層透明軟骨，它光滑而富有彈性，可以傳遞應(yīng)力，作

52、相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由電動(dòng)工具作業(yè)時(shí)產(chǎn)生的低頻振動(dòng)和高進(jìn)給力造成磨損關(guān)節(jié)軟骨而引發(fā)關(guān)節(jié)病。解決對(duì)策：工具設(shè)計(jì)時(shí)改進(jìn)增加防震功能，配備專用防震手套等。（6）骨骼微裂 電動(dòng)工具操作時(shí)產(chǎn)生較高的沖擊力造成，微裂的骨骼妨礙關(guān)節(jié)獲得營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，引發(fā)疼痛。解決對(duì)策：配備專用防震手套等工具。2） 人體手部尺寸與部位，對(duì)照?qǐng)D3.16查表1表2。表1 男性人體手部尺寸表測(cè)量項(xiàng)目 %年齡分組組1860歲1 5 10 50 90 95 99 .4.6.1手長(zhǎng)1641701731831931962024.6.2手寬737677828789914.6.3食指長(zhǎng)606364697476794.6.4食指近位 指節(jié)寬171818192

53、021214.6.4食指遠(yuǎn)位 指節(jié)寬14151516171819表2 女性人體手部尺寸表測(cè)量項(xiàng)目 %年齡分組組1555歲 1 5 10 50 90 95 99 .4.6.1手長(zhǎng)1541591611711801831894.6.2手寬677071768082844.6.3食指長(zhǎng)576061567172764.6.4食指近位 指節(jié)寬151616171819204.6.4食指遠(yuǎn)位 指節(jié)寬13141415161617( GB10000-1988 中國(guó)成年人人體尺寸）現(xiàn)在的手柄在外形上都各式各樣，但手柄材料卻參差不齊，大多數(shù)手柄由硬塑料或硬橡膠制成，硬度高，彈性差，而且其形狀并不符合人手的生理曲線，在振

54、動(dòng)時(shí)也不能起到緩沖減震的作用。建議手柄由更加柔軟，彈性好的材料制成，并且設(shè)計(jì)又符合人后形狀的突起，增加握起來(lái)的舒適感。b .手柄的設(shè)計(jì)方案在此削皮機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)了三種手柄，以滿足不同年齡段，不同職業(yè)的人群需求。根據(jù)人體數(shù)據(jù)調(diào)查分析可以看出，99%的人手長(zhǎng)在200mm左右，人體在握住手柄時(shí)，自然放松，舒適性最佳位置在食指剛好達(dá)到拇指根部時(shí)，此時(shí)的卷曲周長(zhǎng)為手長(zhǎng)的，約為120mm。由周長(zhǎng)的計(jì)算公式,mm此直徑數(shù)值為手骨中心線卷曲時(shí)的理論數(shù)值，要計(jì)算手柄的最大外徑，還去除人體手部卷曲時(shí)皮膚包裹余量，一般情況下，這個(gè)余量取10cm，由此可以確定削皮機(jī)的手柄最大處外徑為28mm。長(zhǎng)度由上圖手寬確定，取99%的比例，在8491之間，取中間值86mm方案1：以家庭使用水