甘蔗榨汁机的设计

前言
甘蔗榨汁机是提取甘蔗汁液必不可少的机械加工设备。

在加工甘蔗饮品时，必须将收获的甘蔗进行榨汁取液。

近年来，随着经济、技术的不断发展，许多食品的营养价值也陆续被发掘。

试验研究表明，甘蔗汁液的营养价值非常可观，并且口味甘美，赢得广大消费者钟爱。

但一直困扰广大消费者和甘农的一个重要因素是如何便捷的提取甘蔗汁液。

因此研究设计一款简捷方便的甘蔗榨汁机将显得尤为重要和迫切，而且市场需求极大。

甘蔗榨汁机是为了紧跟时代发展，迎合现代人健康、卫生、新鲜、时尚、简捷方便的饮食要求，研发引进高新技术，精心设计打造而成。

采用该机压榨的甘蔗汁液，属于天然绿色食品，清甜甘爽，营养丰富。

该设计借鉴手动甘蔗榨汁机跟压辊式榨汁机，从而研究设计的。

是一款简易的压榨机械，同时通过改变压辊之间的间距，还能进行水果，蔬菜等的压榨。

本文设计的三辊式甘蔗榨汁机是一款比较常用的提取汁液的压榨机械。

目前全国各地普遍种植甘蔗，甘农在收获甘蔗喜悦的同时，不免甘蔗出售而感到烦恼。

很多甘农自己采用古老的办法将甘蔗进行挤压取液在市场上销售。

但往往提取的汁液很少，而且不能保证洁净，面对庞大的消费人群，普通压榨的汁液就如同杯水车薪，不能满足广大消费者的需求，还有大部分甘农直接将甘蔗拿到市场上销售，消费者鉴于甘蔗汁液提取的不便，往往都是看看而已。

因此研究设计一款甘蔗榨汁机，将它投入市场，将会给甘农、消费者带来极大的方便，同时也带来极大的市场利益。

通过了解消费者的需求可知，消费者喜爱能够像喝汽水那样简单的来一杯甘蔗汁。

本文设计的甘蔗榨汁机可以用于批量榨取甘蔗汁液，而且体积小也可用于家庭使用。

更重要的是我们能够将它投放到火车站、汽车站、机场、学校、公园、广场等一些人流量大的地方,给公民给予方便，同时尽显公民对于健康卫生的追求。

本文设计的甘蔗榨汁机不仅用于甘蔗的榨取，还能对纤维度高的食品进行压榨，并且榨取时，能够保证榨取的汁液清洁卫生，同时保证榨取汁液全面，能够做到一遍榨取到位，节约时间，不浪费甘蔗原材料。

通过对现有压榨机械的对比分析，该设计采用电机带动，减速器减速，皮带以及齿轮传动，三个压辊两组压榨，汁液分取采用过滤装置。

通过对整机的结构尺寸，驱动轴的结构尺寸、齿轮传动比、减速器减速比等进行了详细的计算，使本方案有了初步的设计应用价值。

关键词：三辊压榨；榨汁机；甘蔗
目录
1绪论 (1)
1.1课题研究的目的和意义 (1)
1.2国内外甘蔗榨汁机的研制状况 (1)
1.3国内外甘蔗榨汁机存在的问题 (2)
1.4现有甘蔗榨汁机的压榨方式 (2)
1.5课题研究的主要内容及预期目标 (4)
2甘蔗榨汁机的总体设计 (5)
2.1市场上常见的甘蔗榨汁机有 (5)
2.2设计的基本原理 (6)
2.3样机结构及工作原理 (6)
3甘蔗榨汁机机结构设计 (7)
3.1喂料机构 (7)
3.2三辊轮两两间间距的计算 (8)
4机构的设计 (9)
4.1调隙螺栓的设计 (9)
4.2带的选择与计算 (9)
4.3轴的强度校核计算 (9)
4.4压辊的校核 (10)
总结 (13)
致谢 (14)
参考文献 (15)
1绪论
1.1课题研究的目的和意义
甘蔗榨汁机是甘蔗提取汁液必不可少的机械设备，甘蔗的营养价值颇为丰富[11]，含有大量的蔗糖，维生素、氨基酸、微量元素等。

近年来，随着经济技术的不断发展，人类对于健康饮食的标准要求也在不断的提高，许多食品的营养价值也陆续被发掘。

甘蔗在全球种植面积极大，我国也是世界上甘蔗种植大国，每年有200万公顷的种植面积，产出蔗糖150万吨，但有很多甘蔗不是直接进入工厂加工成蔗糖以及饲料，而是在市场上销售。

问题在于极大的甘蔗销售在给甘农带来经济效益的同时，也给甘农带来了极大的不便，消费者需要的是方便简洁的操作就能获取甘蔗丰富的营养价值。

可问题在于提取甘蔗汁液是个头疼的问题。

不能产业化，更不能大量提取。

因而研制一款既简捷又方便的甘蔗榨汁机将显得尤为重要。

市场上现有的甘蔗榨汁机多采用手动，以及双辊和五辊压榨机，手动压榨机械简单，但需要消费者来自己完成，将给消费者带来不便，双辊压榨便于控制两压辊之间的距离，不能保证压榨质量，五辊压榨机械过于复杂，成本较高。

采用三辊压榨将有效避免机械装备的复杂度，同时又能保证甘蔗榨取效果，节约成本，方便轻捷。

该甘蔗榨汁机因其体积小、重量轻、结构简单，所以制造成本低，而且可以保证甘蔗榨取充分，节约原材料。

本文设计的甘蔗榨汁机榨取甘蔗时，能够保证榨取的汁液清洁卫生，同时保证榨取汁液全面，能够做到一遍榨取到位，节约时间，不浪费甘蔗原材料。

1.2国内外甘蔗榨汁机的研制状况
1.2.1国内甘蔗榨汁机现状
国内目前采用甘蔗榨汁机主要存在以下几种形式，立式甘蔗榨汁机[7]，像冷饮店里面立式可乐灌装机，这种机械操作简单，每次可供应一人使用，占用体积小，轻捷。

但由于不能满足我国广大的甘蔗种植需求，因而只能在一些较小场合容易见到，并且不便于清洗。

还有一些是通过螺旋推送器机构设计的推压式甘蔗榨汁机，这种甘蔗榨汁机是比较早期设计的一款甘蔗榨汁机，挤压效果较好，但由于残渣不易退出，并且在挤压时需将甘蔗打碎，因而现在不常用。

目前比较常见的是压辊式甘蔗榨汁机。

压辊式甘蔗榨汁机常见的有两辊、三辊、五辊以及七辊。

两辊甘蔗榨汁机结构简单，但市场上很少，因为压榨效果不太理想，浪费原材料，不便于大批量生产。

比较发现效果最好的为三辊跟五辊式甘蔗榨汁机[10]，市场比较常见。

值得提出的是还有一款手动挤压式甘蔗榨汁机，结构及其简单，
操作也非常方便，但由于外型不能像五辊式甘蔗榨汁机优美，因而不长见。

1.2.2 国外甘蔗榨汁机现状
国外甘蔗榨汁机研究现状多为四辊和六辊压榨式甘蔗榨汁机，由于甘蔗生长受光照时间的要求，世界上主要种植甘蔗的国家多为热带跟亚热带地区的国家。

像印尼、印度主要的农作物为甘蔗，澳大利亚、德国的甘蔗榨汁机基本算是全球最先进的机器。

加拿大本国主要是进口澳大利亚，德国的甘蔗榨汁机进行甘蔗榨汁。

我国也购买一些先进国家的甘蔗榨汁机，但是北美地区的甘蔗较大（直径4-5.5 ㎝，国内一般为3-4.4㎝），机器在使用过程中存在很多问题。

1.3国内外甘蔗榨汁机存在的问题
我国研究甘蔗榨汁机起步较晚发展缓慢，和发达国家相比只能望其项背，目前市场上流行的一些机具中，存在如下问题，因此，难以大范围推广应用。

(1)容易卡机。

国外一些地区由于甘蔗大，经常造成机器的卡机抱死。

应对这种现象，我国广州雷迈机械设备有限公司进行了机械设备的改装或者从新设计。

(2)榨汁不卫生。

渣料外排，不适合在室内，如超市、酒吧、餐饮等场所使用；因而在室外榨汁的过程中，由于甘蔗糖份多，引来苍蝇，蜜蜂等，造成健康饮食的不卫生。

(3)产量低、噪音大。

一级压榨，出汁率低；浪费多，齿轮变速，噪音大。

不适宜在室内安装甘蔗榨汁机。

(4)通用性差；此外由于甘蔗、硬，使得压辊磨损较为严重。

因而需要进行改良：食品级不锈钢实心棒材压辊；渣料入柜式设计，方便在室内使用；采用三辊或四辊分两级压榨方式；为了减少噪音，机器采用涡轮减速机和皮带传动，符合环保和室内使用的要求。

1.4现有甘蔗榨汁机的压榨方式[14]
(1)螺旋推送挤压装置，如图1-1所示：
图1-1螺旋推送挤压装置
(2)双棍轮压榨方式，如图1-2所示：
图1-2双棍轮压榨方式
(3)三辊轮两级挤压方式
(4)四辊论两级挤压方式，如图1-3所示
图1-3四辊论两级挤压方式(5)五辊论三级挤压方式，如图1-4所示：
图1-4五辊论三级挤压方式
(6)六辊轮三级甘蔗榨汁机，如图1-5所示：
图1-5六辊轮三级甘蔗榨汁机
我国多采用四辊双级挤压方式，两辊单级挤压方式进行压榨，鉴于这两者的优缺点，该设计这种处理问题，改成三辊论双级挤压方式进行压榨。

1.5课题研究的主要内容及预期目标
1.5.1课题研究的主要内容
在我国甘蔗主要种植在南方各省，像广西、海南、贵州等几个省区都是甘蔗种植大省，全国每年种植甘蔗200万公顷面积的甘蔗，在给甘农带来经济收入的同时，也给广大甘农以及消费者带来了诸多不便。

因此研制设计一款方便简捷的甘蔗榨汁机将对甘蔗类产品带来极大的意义，同时减轻甘农的工作量以及消费者的烦恼。

1.5.2预期目标
(1)榨汁充分，尽可能减少浪费，结构简单便于操作。

(2)通用性能好，便于清理残渣，噪音小，使用寿命长。

(3)压辊处使用翻盖，便于清洗压辊，时常保持环境卫生。

(4)制造价格便宜，容易普及，能满足家庭，学校，公园等尽可能多的地方。

2甘蔗榨汁机的总体设计
2.1市场上常见甘蔗榨汁机有
(1)手摇式甘蔗榨汁机，如图2-1所示：特点为全镜面不锈钢底座、外壳设计，外形美观，灵活性强。

图2-1手摇式甘蔗榨汁机
(2)电动立式甘蔗榨汁机，工作特点为：榨汁机是采用皮带及齿轮减速转动。

图2-2家用电动甘蔗榨汁机
(3)家用电动甘蔗榨汁机，如图2-2所示：其特点为：体积小、方便，但不能长时工作。

(4)电瓶甘蔗榨汁机，其特点为：省力、方便使用，可以直接帮到甘蔗田里直接操作。

(5)大型甘蔗榨汁机，如图2-3所示：其特点为：工作时间长，效率高。

图2-3大型甘蔗榨汁机
2.2设计的基本原理
本设计以现有甘蔗榨汁机以及水果榨汁机的技术为基础，对各个工作单元进行了改进设计和优化组合，在将甘蔗收获后，直接将甘蔗棒料送入喂料口进行榨汁。

榨汁过程中将通过由电机带动的三辊轮分两级先后进行对甘蔗的压榨，以确保榨汁充分，压榨下来的汁液进入过滤网进行过滤处理，进入汁液盛装体，而残渣则从出料口排出，最后消费者可以从汁液盛装体中得到甘甜清凉的甘蔗汁液。

2.3样机结构及工作原理
(1)三个压辊在齿轮带动下实现两级压榨，如图2-4所示：
在齿轮带动下，压辊A首先正传，齿轮组带动一组压辊B同时反转，从而将从喂料装置进来的甘蔗依次进行两级压榨，保证榨取甘蔗汁液充分进行。

在设计时，将喂料口、喂料斜面以及1、2辊轮间中心保持在统一斜面，使得甘蔗进入喂料口能够沿斜面滑入1、2压辊处进行甘蔗榨汁，1、2压辊榨汁完成后将甘蔗棒送入1、3压辊处，进行第二次压榨，两级压榨后保证甘蔗能够压榨充分，竟可能减少原材料的浪费。

1.压辊A,
2.压辊B
1,3.压辊B
2
图2-4三辊轮转向
(2)样机结构，如图2-5所示：
1.底座2，
2.电机，
3.联轴器，
4.减速机,
5.排料装置,
6.调隙螺栓，
7.进料装置，
8.侧面架,
9.过滤网，10.盛液箱
图2-5样机结构
(3)工作原理
工作时，电机通过减速器减速带动皮带传动，带轮、齿轮由轴连接，通过皮带传动带动齿轮传动，三辊装置在齿轮带动下两两相向转动，进行压榨。

而另一方面将甘蔗从喂料口送入，直接通过甘蔗榨汁机的三辊压榨装置进行压榨，渣料从出料口排出，汁液经过滤网进行过滤后流入汁液盛装箱。

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3甘蔗榨汁机的结构设计
3.1喂料机构
料斗的设计主要考虑其甘蔗棒直径的大小，以及长度。

通过在市场上作比较，甘蔗大体为圆柱状最大直径不会超过60㎜，因此料斗设计成下斜坡状、然后在端盖侧上方开孔，开出三个直径60㎜等间距的圆孔，可以方便将甘蔗圆棒插入其中，以方便甘蔗沿斜面进入到三辊压榨装置进行压榨。

为了顺利将甘蔗送入压辊处，将喂料口跟斜面以及压辊挤压处设计在统一斜面处，以防压辊抱死无
法工作。

如图3-1所示：
图3-1 进料装置示意图
3.2三辊轮两两间间距的计算
影响甘蔗榨汁质量的因素很多，首先是甘蔗的品种、类型、物理结构、水分、甘蔗大小、均匀度及饱满程度等因素。

甘蔗直径一般在3-5㎝，现任选十株甘蔗进行测量，测量结果如下：
表3-2 任选十株甘蔗中部进行的测量
甘蔗
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 甘蔗直径（mm) 35 40 38 46 37 33 29 52 43 39
表3-3 任选十株甘蔗小端进行的测量
甘蔗
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 甘蔗直径（mm) 31 28 26 37 32 29 29 30 41 39
表3-4 任选十株甘蔗大端进行的测量
甘蔗
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 甘蔗直径（mm) 39 45 40 37 49 33 55 52 43 48
由上述三表得甘蔗棒的平均直径如下： 甘蔗中部的平均直径：2.3910
39435229333746384035d 1=+++++++++=
mm 甘蔗小端的平均直径：2.3210
39413029293237262831d 2=+++++++++=mm 甘蔗大端的平均直径：1.441048435255334937404539d 3=+++++++++=mm 因而两辊之间的间距前一级设置在20㎜，由前一级压榨过的甘蔗进入下一级进行压榨时，需减小下级辊轮之间的间距，因此，下级辊轮间间距设置为15㎜。

这样就可以直接将借助三个压辊对甘蔗进行两次压榨。

4机构的设计
4.1调隙螺栓的设计
调隙螺栓是为了改变压辊装置进行压榨时的间距而设计的，安装时将压辊2放在距离两个压辊1最近的距离，如遇到压辊间隙小不能有效的进行甘蔗压榨，采用加方形垫片的方式加在两侧面架上再用调隙螺栓预紧，进而达到调隙的作用。

4.2带的选择与计算
根据设计要求，本文设计的甘蔗榨汁机主要适用于家庭，以及一些室内场所，因而选择传动装置为带传动，带传动可以减少噪音的产生。

由于小带轮直径1d =80㎜，大带轮直径2d =140㎜。

带速计算近似为s m d /28.61000
6030021
1=⨯=πν 如此通过带速可选择适用平带传动，平带传动效率高，在传动中心距较大的情况下应用较多，便于带的安装，转速适合在较低场合适用，带的造价较为便宜，经济实用。

材料可选择锦仑片复合平带。

4.3轴的强度校核计算 4.1.2按钮转强度条件计算
根据本文设计的甘蔗榨汁机，轴基本上不承受弯矩载荷，通常用此种方法初步估算轴径，也可以作为最后的设计结果。

轴的扭转强度条件为
][2.095500003
T
T
T ≤≈T =
ττd n p
W
是中：T τ——扭转切应力，a MP ； T ——轴所受的扭矩，⋅N ㎜；
T W ——轴的抗扭截面系数，㎜3； n ——轴的转速，
min γ
；
P ——周传递的功率，W K ; d ——计算轴面处的直径，㎜； [T τ]——许用扭转切应力，a MP ;
根据查表可知，45号钢[T τ]范围为25-45a MP ；计算截面处直径为25㎜；传递功率由电机输出功率可知为2W K ；
轴的转速计算：电机输出的转速为3000 r/min ，减速机的减速比为1∶10，安装在减速机输出轴端的带轮直径为80㎜，安装在轴端的带轮直径为140，假设皮带运转是不发生打滑，按此计算轴的转速可得：
轴的转速=
=⨯⨯140
1080
3000171.4 r/min
综上可得轴的扭转应力为：
<=⨯=≈T =
T
T 659.35252.04.1712
95500002.09550000
3
3
d n p W τ[T τ]
所以根据轴的扭转强度最终计算校核得知轴是安全的。

4.4压辊的校核
根据实际测得60N 的力可以完全将甘蔗棒挤压破裂， 使用solidworks 对压辊进行模拟校核： 模型信息
模型名称: 压辊轮，如图4-1所示： 当前配置: 默认
图4-1
图4-2
表4-1如下：
实体
文档名称和参考 视为 容积属性 文档路径/修 引用
改日期
切除-旋转1 图4-2
实体
质量:8.46382 kg 体积:0.0010992 m^3 密度:7700 kg/m^3 重量:82.9454 N
材料属性
如图4-3 如图4-4
表4-2如下：
模型参考属性零部件
名称：合金钢
如图4-3所示
模型类型：线性弹性同向性
屈服强度： 6.20422e+008 N/m^2 张力强度： 7.23826e+008 N/m^2 表4-3如下：
夹具名称夹具图像夹具细节
固定-1 如图4-4 实体: 2 面
类型: 固定几何体
图4-5 图4-6
表4-4如下：
载荷名称装入图象载荷细节
压力-1 如图4-5所示实体: 97 面
类型: 垂直于所选面
值: 1
单位: N/m^2
压力-2如图4-6所示实体: 1 面
类型: 垂直于所选面值: 60
单位: N/m^2
算例结果
图4-7零件1-SimulationXpress Study-应力-Stress
表4-5如下：
名称类型最小最大
Stress VON:von Mises 应力 4.11195e-005 N/m^2
节: 31172 145.377 N/m^2 节: 4725
Displacement URES:合位移0 mm
节: 395.02935e-008 mm
节: 1815
结论：压辊表面的强度符合设计要求，压辊轴符合强度校核。

总结
此次设计的任务是为了完成甘蔗榨取汁液而设计。

根据现有甘蔗榨汁机以及水果蔬菜榨汁机的设计要求，借鉴已有的榨汁机，将压榨装置改进为三辊两级压榨，相比两辊甘蔗榨汁机榨汁充分，节省原料，同比四辊两级甘蔗榨汁结构简单、造价低、工作效率高等优点。

为了便于适应室内工作条件噪音低，采用蜗轮蜗杆减速机，带传动。

喂料装置口设计根据实际检测甘蔗棒的大小来确定，测得十组任意甘蔗棒的大端、中端、小端的直径，进而设计出喂料装置口径大小，同时将喂料装置口、进料斜面，压辊压榨处设计在统一斜面上，便于甘蔗送入进料口沿斜面滑入两压辊间进行压榨。

该设计采用调隙螺杆，为了调节压辊间距，使甘蔗榨汁充分，减少原料的浪费。

总机尺寸大小按照人体身高设计，便于操作。

在设计过程中也曾遇到很多的问题，如压滚的校核问题，通过学习solidworks软件，用该软件知识进行压辊表面强度校核，使得毕业设计能够较为顺利的进行。

本机具有以下特点：
(1)榨汁充分，尽可能减少浪费，结构简单便于操作。

(2)通用性能好，便于清理残渣，噪音小，使用寿命长。

致谢
毕业在即，四年的大学生活已接近尾声，经过三个多月的努力，在吴明清老师的悉心指导下，设计任务基本完成了。

在撰写论文期间，我要衷心的感谢我的指导老师吴明清，从设计的选题、实施到撰写、修改和定稿，吴老师均倾注了大量的心血。

导师的悉心指导、热忱鼓励不仅使我树立了深远的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多待人接物与为人处事的道理。

还有，导师渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力将使我终生受益。

同时我还要感谢大学期间任课老师李传峰、范修文在机械设计，机械制图上的指导和帮助。

以及在大学期间所有老师给予的悉心教导和帮助。

感谢他们四年来的辛勤栽培，他们的关怀和熏陶让我在这四年里收获颇丰。

最后，也感谢和我一起学习的同窗朋友张盼，郑艳伟等，他们给了我无数的关心和鼓励，也让我的大学生活充满了温暖和欢乐，感谢他们的陪伴与帮助，愿我们以后的人生都可以充实、多彩与快乐！
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