手摇式土豆去皮机设计与研究

李美祺　朱一羽　王亦卓　王铭阳　郑朔　徐飞

摘  要：手摇式土豆去皮机是一种将手动推摇杆的力转化为驱动轴的旋转力，再通过二级齿轮增速机构提高转速，使工作腔内剥皮辊做高速旋转运动，从而对土豆做高效剥皮处理的装置。该装置主要适用于家庭与饭店，使土豆去皮更加快速便捷。

关键词：手动式土豆去皮机;齿轮传动

1.研究的目的和意义

土豆，是几乎所有家庭常吃的食物，作为世界上第四大粮食产物，因其适用性广，营养丰富，经济效益高等优点，一直广受消费者青睐。而我国作为土豆生产大国，土豆一直在人们的日常生活中占据重要地位。然而目前大多数家庭都采用手工去皮的方式，极其费时费力，效率低下。目前，市场上还没有家用型土豆去皮机，去皮之难一直困扰着无数家庭。

为了解决这个问题，本课题针对现有土豆去皮机去皮困难、去不全、破碎率高、传动结构复杂等一系列难题，拟设计了一种结构合理、节约资源、节约空间的手摇式土豆去皮机。它利用创新概念设计，采用人机工程学设计理论，操作简单、省时省力，老少皆宜;同时具有噪音低、成本低、洁净率高、效率高、适用面广等优点，具有广阔的市场前景。

2.总体结构方案设计与工作原理介绍

2.1总体结构方案设计

本课题设计了一种手摇式土豆去皮机，能快速高效对土豆进行剥皮处理。总体結构如图2-1所示。

2.2工作原理

使用者手握住摇柄，通过手臂的力量摇动摇杆，带动I轴转动，I轴通过键连接带动齿轮转动;I轴齿轮带动II轴小齿轮，动力从I轴传到II轴，II轴上的大齿轮再带动主轴上的小齿轮转动，小齿轮再通过键连接带动主轴转动。主轴上安装剥皮辊，从而带动剥皮辊旋转。工作腔内共设有6根主轴，工作时，六根主轴带动6根剥皮辊同时转动，使土豆在工作腔内翻滚旋转进行剥皮处理。

3.结构设计

3.1传动机构结构设计

常见的增速机构包括齿轮增速机构、链条增速机构、摆线针轮增速机构、涡轮蜗杆增速机构等。研究、对比各种增速机构的特点和本装置对传动结构的性能要求后，决定采用齿轮传动。齿轮传动具有效率高、结构紧凑、工作可靠、寿命长、传动比稳定等优点。本装置采用传动比为2：1和7：1的二级齿轮传动机构，总传动比为14：1。使用时只需110N的力手动摇动摇杆就能将剥皮辊的转速增加到1500r/min，可保证土豆洁净率达到95%，破碎率为0%。

3.2动力设计与计算

含初始条件设定（作用在摇杆上的力与速度），传动比分配与计算，齿轮相关参数计算与选定，轴的结构设计与计算，轴的强度校核等。

根据机构工作需要，设计模数为2的直齿圆柱齿轮。 。二级齿轮传动，传动比分别为2：1和7：1，选择材料为玻璃纤维MC尼龙。根据整体工作空间限制以及传动比、模数选择齿数，计算主动小齿轮直径。

根据齿根弯曲疲劳强度进行设计

由图10-22[2]，查得

大小齿轮材料相同，计算转矩两级加速后

3.3剥皮辊结构设计

为了增加剥皮辊的工作寿命，对剥皮辊采用组合式结构设计，磨砂套与辊轴实现过盈配合。长时间使用后，磨砂变得平滑，这时候可更换磨砂套，继续使用此剥皮辊，延长剥皮辊的使用时间，降低了使用成本。磨砂套由天然橡胶添加高强度抗磨剂、抗氧化剂、抗高低温材料通过高温硫化复合而成，具有易安装、耐磨损、寿命长等优点。剥皮辊在工作腔内的空间摆放位置设计合理，土豆从入口进入后，摇动摇杆，可连续对土豆进行翻转滚动的剥皮处理，保证了剥皮的洁净率。

4.发展前景

与市场上现有的去皮机相比，我们设计的手摇式土豆去皮机节能减排，低碳环保，具有较高的使用价值，符合大众的消费理念，再加上本产品基本适合所有家庭使用，消费群体规模极其庞大，产品需求量大，所以我们未来的经济效益非常可观。

5.结束语

本文利用简单的结构，创新性地设计出了这款家用型手摇式土豆去皮机，弥补了国内外非电力驱动去皮机的空白，为人们日常生活提供了方便。然而，本装置仍有提高的空间，对零件材质和机构的空间结构进一步优化，得到更方便利民的产品。

参考文献

[1]  成大先.机械设计手册[M] .北京：化学工业出版社，2001.

[2]  濮良贵.机械设计第九版.高等教育出版社，2013.