第六屆全國大學生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽

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1、 第六屆全國大學生機械創(chuàng)新設(shè)計大賽 主題設(shè)計的基本思想 大賽主題 “幻 夢課堂 ” 內(nèi)容為 “教室用設(shè)備和教具的設(shè)計和制作 ” 強調(diào)和重視課堂教學 啟發(fā)學生的想象力 避免過去雷同作品 注意之處： 機械類課程 ---- 含各類機械專業(yè)課程，例如：輕工、道路、石油、印刷、動力、農(nóng)業(yè)機 械類課程； 不包括化學、物理、電器、電子原理類課程 課堂 ----用于學習機械類課程的教室、實驗室等教學場所。 不包括化學、電子類、體育、農(nóng)業(yè)、生物等課程的教室和場所。 大賽希望作品設(shè)計有創(chuàng)

2、新， 不希望重復(fù)制作各類示教板， 創(chuàng)新拼接箱， 不希望重復(fù)現(xiàn)有 的教學模型（車模，機器人模型，生產(chǎn)線模型） 矚慫潤厲釤瘞睞櫪廡賴賃軔。改進設(shè)計，則要求說明書中，以及答辯中，指出參考的原教具、原模型。創(chuàng)新作品說明書要求 1、參加決賽作品介紹應(yīng)包括以下幾部分： 1）題目、設(shè)計者、指導教師 2）設(shè)計目的 3）工作原理 4）設(shè)計計算（突出現(xiàn)代設(shè)計與分析、傳統(tǒng)設(shè)計過程可省略） 5）主要創(chuàng)新點與特點（例如 “機電結(jié)合 ”、 “結(jié)構(gòu)緊湊 ”等屬于特點） 6）作品外形照片（必須具備） 7）參考文獻 2、篇幅要求 以上內(nèi)容篇幅嚴格控制

3、在 5000 字內(nèi)（含圖片） —— 不超過 7 頁篇幅 3、格式要求 A4 紙版面，作品名稱行距，上下左右頁邊距留  3 號字黑體居中； 1 級標題 4 號字黑體；正文小 4 號字， 1.25 倍 2.5 厘米。用 Word2003 版本編輯，圖直接插入正文中混排。 聞創(chuàng)溝 1 / 9 燴鐺險愛氌譴凈禍測。 。 參考文獻，格式如下： 1）專著：主要責任者 .書名 .版本（第一版略） .出版地：出版社，出版年 2）連續(xù)出版物中析出的文獻：主要作者 . 文獻題名 . 雜志名，年，卷（期）

4、起止頁碼 4、圖、表的要求 1）圖的線條要清晰，圖的內(nèi)容、結(jié)構(gòu)必須正確；若為復(fù)印圖則必須修改清楚； 2）必須采用有關(guān)制圖的最新國家標準，并注意工程插圖的零部件的清晰度； 3）每圖須有圖號，圖名（用 5 號字體）； 4）盡量采用三線表格。 5、計算公式和過程的篩選與要求 1）常規(guī)的齒輪、蝸輪、軸的強度計算可以不要，僅寫出設(shè)計計算結(jié)果； 2）突出特有的受力分析與計算，但須說明公式中每個符號的意義、公式來源。 西瓜果汁機 上海理工大學 設(shè)計者：黃中汶、李佳奕、廖富、姚尚金、袁存虎 指導教師：錢煒 1、設(shè)計背景

5、 1）開發(fā)背景 眾所周知， 在炎熱的夏天，西瓜無疑是解暑的必備佳品。 西瓜因其甜脆多汁的特點，榨 取西瓜汁的食用方法在市面上愈發(fā)受到各個年齡層次群體的喜愛，各類榨汁機也應(yīng)運而生。 但目前西瓜打汁的方法仍然比較繁瑣，需要經(jīng)過去皮取瓤、切塊去籽等步驟才可進行榨汁， 效率較低， 并且西瓜汁也不易保鮮。 基于市面仍未出現(xiàn)能直接在西瓜內(nèi)部打汁的機器， 并且 在此方面的專利仍有缺陷， 實用性不足，難以推廣。因而制作了一個能解決這些缺陷的機器， 即“西瓜果汁機 ”。 殘騖樓諍錈瀨濟溆塹籟婭騍。 2）設(shè)計要求 為使該機器易于加工裝配， 同時降低成本

6、， 在設(shè)計時應(yīng)保證機構(gòu)的簡潔性， 所用技術(shù)的 成熟性，以及充分考慮零件的工藝性， 有國家標準的零件應(yīng)優(yōu)先采用。 同時為契合專業(yè)優(yōu)勢， 該作品應(yīng)優(yōu)先考慮以簡單可行的機械結(jié)構(gòu)實現(xiàn)功能。 釅錒極額閉鎮(zhèn)檜豬訣錐顧葒。 3）主要功能 2 / 9 該 “西瓜果汁機 ”能實現(xiàn)在西瓜內(nèi)部直接取汁， 省卻了傳統(tǒng)的切瓜， 取瓤， 再用榨汁機打 汁的繁瑣步驟。 極大地提高了效率。 為保證西瓜汁的口感， 該款西瓜果汁機采用低轉(zhuǎn)速弧形 刀片取汁，不會絞碎西瓜籽。從而使得西瓜汁的榨取簡單高效、新鮮衛(wèi)生。 彈貿(mào)攝爾霽斃攬磚鹵 廡詒爾。

7、 2、結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）整體展示 本實用新型發(fā)明提供一種簡單機械用于西瓜汁的制作， 屬于食品加工領(lǐng)域。 這款西瓜果 汁機是基于壓桿原理： 即向有一定柔度和剛度的長條形鋼片兩端施加力的作用時， 鋼片就會 彎曲呈弧形，利用此弧形在西瓜內(nèi)部旋轉(zhuǎn)，把瓜瓤攪碎成汁。 西瓜越大，伸入瓜內(nèi)的鋼片就 應(yīng)越長， 然后弧形的半徑就會越大。 由此可以適合各種大小的西瓜。 此西瓜果汁機的西瓜適 用直徑設(shè)計限定在 150mm-400mm 之間。整體結(jié)構(gòu)圖以及工作原理解釋如下： 謀蕎摶篋飆鐸懟 類蔣薔點鉍。

8、 圖 1 整體結(jié)構(gòu)圖 3 / 9 圖 2 西瓜果汁機實施例正視圖 1.下機箱 7.軸套 8.軸套定位桿 9.電機 10.端蓋 11.齒輪定位軸承 12.固定架 13.支撐桿 14.軸肩壓刀 1

9、5.操作把手 17.旋轉(zhuǎn)軸 21.推桿 22.底座 23.軸套控制件 24.刀片 廈礴懇蹣駢時盡 繼價騷巹癩。 為了更好地介紹本項目，現(xiàn)結(jié)合實例和附圖來進一步說明。 如西瓜果汁機實施例正視圖（圖 4）所示，西瓜的加工主要由與旋轉(zhuǎn)軸（ 17）和與其相 連的刀片（ 24）完成，在機箱（圖 1）中電機（ 9）通過帶動小齒輪（ 5），然后帶動大齒輪 （ 2）旋轉(zhuǎn)，大齒輪又帶動與之配合的旋轉(zhuǎn)軸和軸套（ 7）旋轉(zhuǎn)。軸套在軸外面，并通過大齒輪中心孔。由于軸套和旋轉(zhuǎn)軸上都開有長鍵槽， 所以兩者又可以縱向上下相對于大齒輪滑動。 煢楨廣鰳鯡選塊

10、網(wǎng)羈淚鍍齊。 在加工西瓜之前， 旋轉(zhuǎn)軸和軸套都在機箱上端， 如圖 5 所示。軸套通過軸套定位桿 （ 8） 和定位螺栓 （ 25）定位，旋轉(zhuǎn)軸通過位于軸套控制件 （ 23）下方的開合螺母 （ 19）組件定位。 西瓜放置在西瓜固定架（ 12）上，控制旋轉(zhuǎn)軸軸向運動時將推桿（ 21）推入。給刀片施加力 的部件是壓刀盤組件（圖 3），其主要由軸肩壓刀（ 14），壓刀軸承（ 4），操作把手（ 15）和 把手蓋（ 16）組成。軸肩壓刀（ 4）與軸套配合，其上有與旋轉(zhuǎn)軸的方形刀槽相對應(yīng)的鍵， 未施加力時，刀片貼在旋轉(zhuǎn)軸的方形刀槽中。 鵝婭盡損鵪慘歷蘢鴛

11、賴縈詰。 旋轉(zhuǎn)軸的下降由開合螺母組件 （圖 2）控制。開合螺母主要由開合螺母 （19），推桿（ 21）， 和連桿組成。因為旋轉(zhuǎn)軸（ 17）上開有與開合螺母（ 19）相對應(yīng)的螺紋，旋轉(zhuǎn)軸在開合螺母 組件作用下，旋轉(zhuǎn)下降。刀片連同旋轉(zhuǎn)軸插入西瓜內(nèi)部，到達預(yù)定位置后旋轉(zhuǎn)軸停止下降。 松開絲桿螺母的推桿（ 21），將軸套控制件（ 23）移動到西瓜頂部，通過定位螺栓（ 25）固 4 / 9 定軸套定位桿 （ 8）。然后通過壓刀盤組件給刀片施加力， 刀片在壓力的作用下在西瓜內(nèi)部慢 慢打開， 控制好力的大小， 同時刀片做較

12、低速度的旋轉(zhuǎn)運動， 刀片的切割范圍在西瓜內(nèi)部逐 漸擴大，把瓜瓤切割下來。 籟叢媽羥為贍僨蟶練淨櫧撻。 由于成熟西瓜的西瓜皮的硬度比瓜瓤大得多。 刀片又是經(jīng)過剛度， 強度要求選擇且適當 處理過的， 所以能保證把西瓜瓤較高程度地切割下來， 而保留完整的瓜皮。 完成之后將壓刀 盤組件收回頂部，此時刀片（ 24）貼在旋轉(zhuǎn)軸上通過開合螺母（ 19）返回原位。一個流程結(jié) 束。 預(yù)頌圣鉉儐歲齦訝驊糴買闥。 2）零件展示 圖 3 機箱

13、附圖 圖 4 開合螺母組件 5 / 9 圖 5 壓刀盤組件 1.下機箱 2.大齒輪 3.軸承齒輪連接件 4.壓刀軸承 5.小齒輪 6.上機箱 7.軸套 8.軸套定位桿 10.端蓋 11.齒輪定位軸承 14.軸肩壓刀 15.操作把手 16.把手蓋 1

14、7 旋轉(zhuǎn)軸 19.開合螺 母 21.推桿 23.軸套控制件 滲釤嗆儼勻諤鱉調(diào)硯錦鋇絨。 壓刀盤組件 （圖 5）為給刀片施加力的部件， 其主要由軸肩壓刀 （ 14），壓刀軸承（ 4）， 操作把手（ 15）和把手蓋（ 16）組成。軸肩壓刀（ 4）與軸套配合，其上有與旋轉(zhuǎn)軸的方形 刀槽相對應(yīng)的鍵，未施加力時，刀片貼在旋轉(zhuǎn)軸的方形刀槽中。 鐃誅臥瀉噦圣騁貺頂廡縫勵。 開合螺母組件（圖 4）控制旋轉(zhuǎn)軸的下降。開合螺母主要由開合螺母（ 19） 推桿（ 21），和連桿組成。因為旋轉(zhuǎn)軸（ 17）上開有與開合螺母（ 19）相對應(yīng)的螺紋， 旋轉(zhuǎn)軸在開合螺母

15、組件作用下， 旋轉(zhuǎn)下降。 刀片連同旋轉(zhuǎn)軸插入西瓜內(nèi)部， 到達預(yù)定位置后 旋轉(zhuǎn)軸停止下降。松開絲桿螺母的推桿（ 21），將軸套控制件（ 23）移動到西瓜頂部，通過 定位螺栓（ 25）固定軸套定位桿（ 8）。然后通過壓刀盤組件給刀片施加力，刀片在壓力的作 用下在西瓜內(nèi)部慢慢打開， 控制好力的大小， 同時刀片做較低速度的旋轉(zhuǎn)運動， 刀片的切割 范圍在西瓜內(nèi)部逐漸擴大，把瓜瓤切割下來。 擁締鳳襪備訊顎輪爛薔報贏。 具體操作方法如下： (1）選取正常形狀的西瓜，用清水洗凈 (2）去掉瓜蒂，將西瓜固定在工作臺上 (3）開啟電源，調(diào)節(jié)調(diào)速開關(guān)

16、 (4）推入開合螺母組件的推桿（ 25），旋轉(zhuǎn)軸開始旋轉(zhuǎn)下降，插入西瓜內(nèi)到達一定距離 停止 (5）松開推桿（ 25），將軸套控制件（ 23）下移到西瓜頂部，用定位螺栓（ 25）固定好 (6）握住壓刀盤操作把手（ 15），向下壓，刀片慢慢打開，根據(jù)西瓜大小，控制葉片打 6 / 9 開程度 (7）切下瓜瓤之后，將刀片收回到一個較小弧度，調(diào)節(jié)調(diào)速開關(guān)，提高轉(zhuǎn)速，通過反向 開關(guān)轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)方向，將瓜瓤均勻攪碎 贓熱俁閫歲匱閶鄴鎵騷鯛漢。 (8）操作完畢之后，推入開合螺母推桿（ 21），將壓刀盤收回到頂部。然后開啟反向旋

17、 轉(zhuǎn)開關(guān)，將旋轉(zhuǎn)軸抽出西瓜。然后松開定位螺栓（ 25），將軸套控制件（ 23）收回到頂部。 壇摶鄉(xiāng)囂懺蔞鍥鈴氈淚躋馱。 3）機構(gòu)說明 （ 1）本設(shè)計應(yīng)用了生活中常見的壓桿原理，即向一片具有一定強度，韌性的鋼片兩端 施加力的作用時，鋼片會失穩(wěn)而彎曲。施加的力越大，彎曲的弧度越大。 蠟變黲癟報倀鉉錨鈰贅 籜葦。 （ 2）本設(shè)計中，將刀片貼在旋轉(zhuǎn)軸的方形槽中上，軸的下端與刀片下端連接刀片上端 與軸肩壓刀連接， 軸的下半段有絲桿螺紋。 其與開合螺母的嚙合使旋轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)上下運動。旋 轉(zhuǎn)軸同時還在刀片槽的側(cè)面開有兩道較小的方形槽，

18、用于軸的軸向定位，以及傳遞扭矩。 買 鯛鴯譖曇膚遙閆擷凄屆嬌。 (3）本設(shè)計中，旋轉(zhuǎn)軸外面套有軸套，軸套為管狀空心軸，在其截面十字方向開有與旋 轉(zhuǎn)軸的槽相對應(yīng)的方形孔。  以實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸的軸向定位和壓刀盤的軸向移動。  軸套下端加工為 軸肩， 與軸承內(nèi)圈配合。 軸套最主要的作用是控制刀片打開的大小，  通過控制刀片上端高度 從而控制刀片的長度，由此決定刀片的打開的半徑。因此可以適用各種正常大小的西瓜。 綾 鏑鯛駕櫬鶘蹤韋轔糴飆鈧。 (4）本設(shè)計中，軸套的控制使用軸套控制件，軸承控制件通過與

19、軸套相連的軸承實現(xiàn)軸 套的上下運動。 軸套控制件上開有與軸套相連的軸承外圈配合的槽。 軸套定位桿與機箱上的 定位孔配合， 以實現(xiàn)軸套的定位和上下運動。 軸套控制件下端設(shè)有開合螺母組件， 兩個弧形 的開合螺母加工有與旋轉(zhuǎn)軸絲桿相同規(guī)格的螺紋。 螺母通過兩個連桿與推桿連接， 推桿的推 入和彈出控制著開合螺母的打開與閉合。從而實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)軸的上升下降。 驅(qū)躓髏彥浹綏譎飴憂錦諑 瓊。 （ 5）本設(shè)計中，控制刀片開合的組件為壓刀盤，壓刀盤主要由軸肩壓刀，操作把手， 把手蓋組成。 軸肩壓刀是與刀片上端相連接的。 其通過軸肩向外與軸承相連。 操作把手和把

20、手蓋與軸承外圈配合，以提供刀片下壓的著力點。操作把手上安裝有調(diào)速開關(guān)和反向開關(guān)， 調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)方向。貓蠆驢繪燈鮒誅髏貺廡獻鵬。 （ 6）本設(shè)計中，直流減速電機通過機箱里的小齒輪帶動大齒輪轉(zhuǎn)動，大齒輪中間開有 7 / 9 旋轉(zhuǎn)軸的槽和軸套方孔配合的鍵， 與大齒輪相連的軸承齒輪連接件通過螺栓連接大齒輪， 另 一端通過軸肩與軸承連接。軸承外圈固定在機箱上。 鍬籟饗逕瑣筆襖鷗婭薔嗚訝。 （ 7）本設(shè)計中，機身采用圓弧形狀，上端與機箱相連，下端與底座連接，固定架用三 個支撐桿固定在在底座上，西瓜就可以放置在固定架上。 構(gòu)氽

21、頑黌碩飩薺齦話騖門戲。 （ 8）本設(shè)計中，固定架上開有三條互成 120 度的長槽，三個固定西瓜的卡子下端開有 螺紋孔和銷孔， 通過兩個孔和長槽的配合實現(xiàn)卡子在槽內(nèi)滑動， 三個卡子運動相對獨立， 因 此可以通過調(diào)節(jié)這三個卡子很好地固定放上固定架上的西瓜。 輒嶧陽檉籪癤網(wǎng)儂號澩蠐鑭。 4）電機功率選擇： 設(shè)最大西瓜直徑 400mm，攪汁刀片轉(zhuǎn)速取 5r/s（ 300r/min ）,刀片旋轉(zhuǎn)所需扭矩 0.8N*m, 設(shè)因齒輪傳動效率，軸承支撐處的摩擦，取傳遞總效率最小為 80%，根據(jù)公式 堯側(cè)閆繭絳闕絢 勵蜆贅瀝紕。

22、 T 9549 * P n 計算 0.8 9549 * 0.8P 300 P 31W 因此選擇電機功率為 30 瓦。 3、機構(gòu)優(yōu)化 1）由于工藝難度改進的方案 軸套由方管改為圓管，采用鍵銷方式傳遞扭矩，同時易于材料的購買，加工。 2）打汁過程出現(xiàn)的問題 考慮到刀片在攪打西瓜過程中可能出現(xiàn)泡沫產(chǎn)生溢出現(xiàn)象， 所以采用了西瓜汁邊榨邊取 的形式，增加了平臺支撐柱，平臺下方能放下盛放西瓜汁的容器。 識饒鎂錕縊灩筧嚌儼淒儂減。

23、 4、應(yīng)用前景 由于目前果汁飲品非常流行，特別是夏天的時候。而西瓜汁以其清涼可口，物美價廉， 又消暑解渴而備受人們的青睞。 但是，目前西瓜汁制作方法較為繁瑣， 而且效率很低， 制作 一杯西瓜汁，要經(jīng)過切瓜，取瓤，再放入榨汁機榨汁等繁瑣過程。對于炎熱的夏天，能輕松 地享受到一杯清涼可口的西瓜汁， 竟然變得那么奢侈。 對于買果汁飲料的商家， 提高效率同 樣亟待解決。因此一種簡單，又能較快提高西瓜汁制作效率的裝置很有推廣價值。 凍鈹鋨勞臘 鍇癇婦脛糴鈹賄。 5、參考文獻 8 / 9 [1] 陳曉南、楊培林主編

24、 .吳宗澤主審 .機械設(shè)計基礎(chǔ) [M]. 第一版 .科學出版社， 2007 年 . [2] 王多、寇尊權(quán)主編 .機械設(shè)計課程設(shè)計 [M]. 機械工業(yè)出版社， 2006 年 . 9 / 9