前言1.1課題背景根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局發(fā)表的數(shù)據(jù)顯示，截至2023年，常駐人口數(shù)量達(dá)到500萬以上城市已經(jīng)有29個(gè)，常駐人口數(shù)量超過1000萬的城市有11個(gè)。隨著城市化建設(shè)的全面鋪開，各種待解決的社會(huì)問題也隨之而來，其中尤以環(huán)境保護(hù)問題最為迫切。城市生活垃圾已經(jīng)成為現(xiàn)代城市最主要的污染源之一，生活垃圾的不當(dāng)處理會(huì)造成環(huán)境污染、生態(tài)失衡，甚至威脅人類的身體健康，如何正確對(duì)待并解決生活垃圾減量化、資源化目標(biāo)成為現(xiàn)代化城市建設(shè)的必由之路。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的迅猛提升，人們?cè)跐M足溫飽的基礎(chǔ)上，開始愈發(fā)注重改善生活條件與生活質(zhì)量，尤其是在飲食方面的要求日益提高。這一需求的增加使現(xiàn)在社會(huì)中各類餐飲產(chǎn)業(yè)也在不斷地發(fā)展，發(fā)展水平也在不斷升高，像實(shí)體餐館產(chǎn)業(yè)的增多以及各種外賣平臺(tái)的活動(dòng)開展，產(chǎn)業(yè)之間相互產(chǎn)生了更多的競(jìng)爭(zhēng)。但是對(duì)于環(huán)境的發(fā)展來說，很多餐館商家對(duì)廚余垃圾的處理卻毫不留意，很多廚房中的垃圾被隨意地扔到不規(guī)范處理垃圾的地方，慢慢導(dǎo)致很多地方的環(huán)境越來越差，嚴(yán)重影響著社會(huì)的穩(wěn)定和人們的生活質(zhì)量REF_Ref31080\r\h[1]。在全球，城市垃圾同樣造成著各種各樣的環(huán)境影響，但是隨著經(jīng)濟(jì)水平得不斷發(fā)展，各國(guó)都開始重視城市垃圾給人類帶來的危害，垃圾總量成下降的趨勢(shì)，回收垃圾處理等方面得能力也在提升REF_Ref31390\r\h[2]。目前來說，焚燒和填埋是全球處理城市生活垃圾使用最多的方法REF_Ref32765\r\h[3]，但是這種處理方式會(huì)造成資源的浪費(fèi)以及環(huán)境的污染。本文章中所研究設(shè)計(jì)的食物垃圾處理器可以安全便捷的解決這個(gè)問題，通過粉碎處理對(duì)廚余垃圾進(jìn)行有效的處理，通過這一方式，可有效減少食物垃圾在運(yùn)輸、清理環(huán)節(jié)中造成的環(huán)境污染，減輕其對(duì)人類生存環(huán)境的生態(tài)危害。1.2廚余食物垃圾處理器的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀1.2.1國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀我國(guó)總?cè)丝跀?shù)量位居世界首位，約占全球總?cè)丝诘奈宸种唬丝谝?guī)模優(yōu)勢(shì)顯著。由于我國(guó)人口眾多，人們每天在餐飲方面的花銷也很大，近年來，我國(guó)餐飲業(yè)發(fā)展迅速，消費(fèi)者外出就餐的頻率顯著提升，這一趨勢(shì)也大大推動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速增長(zhǎng)。然而，許多餐廳的食物生產(chǎn)習(xí)慣都不太好，不注意食物垃圾的安全處理，從而產(chǎn)生了許多危害環(huán)境的現(xiàn)象，并且市場(chǎng)上的食材種類很多，食材的需求量也很大，這就造成了各種生活垃圾的增多。我國(guó)生活垃圾年產(chǎn)量不僅基數(shù)龐大，近年來更呈現(xiàn)出迅猛的增長(zhǎng)趨勢(shì)，甚至已經(jīng)達(dá)到了將近每年百分之十的增長(zhǎng)速度，在城市生活垃圾的總量上漲的同時(shí)，垃圾成分也在進(jìn)行改變，廚余垃圾和有機(jī)塑料在逐漸上漲REF_Ref249\r\h[4]，所以非常常見的是在一些郊區(qū)周圍會(huì)出現(xiàn)很多垃圾堆積成山的現(xiàn)象，垃圾堆積問題會(huì)直接導(dǎo)致城市美觀大幅下降，同時(shí)對(duì)空氣、土地生態(tài)造成持續(xù)性污染。面對(duì)日益嚴(yán)重的垃圾處理問題，人們的環(huán)保意識(shí)也在逐步提高，各國(guó)政府紛紛開始注重垃圾處理問題，并積極出臺(tái)其相關(guān)的垃圾分類政策，如中國(guó)2019年開始在46個(gè)城市執(zhí)行垃圾分類入法政策。這使得居民處理廚余垃圾的成本和難度增加，而食物垃圾處理器能夠幫助居民快速處理廚余垃圾，符合政策導(dǎo)向，有望得到更多政策支持和推廣。國(guó)家提出倡導(dǎo)節(jié)能減排、環(huán)保第一的口號(hào)，并在北京頒布了我國(guó)首例關(guān)于垃圾處理的規(guī)范地方性法規(guī)《北京市生活垃圾管理?xiàng)l例》REF_Ref31080\r\h[1]，對(duì)各個(gè)垃圾種類進(jìn)行解釋，對(duì)其標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了詳細(xì)的界定，旨在有效推進(jìn)生活垃圾分類，促進(jìn)生活垃圾從根源減少REF_Ref409\r\h[5]。據(jù)我們?cè)趪?guó)內(nèi)中大城市中所做的調(diào)查顯示，有七成以上的家庭都在為食品安全問題感到擔(dān)憂，更有將近百分之九十五的人為了自己和家人的健康希望每年不用出家門就可以安全、快速便捷的處理好廚余垃圾。關(guān)于上述問題，研究發(fā)現(xiàn)利用食物垃圾處理裝置可以很好地解決目前關(guān)于廚房中垃圾處理等問題，能夠便捷解決掉廚房中的過期、腐爛的食物和在加工過程中產(chǎn)生的其他垃圾。經(jīng)調(diào)查研究，常金攀REF_Ref24646\r\h[6]所設(shè)計(jì)的漸變螺旋結(jié)構(gòu)餐廚垃圾處理器的核心是固液分離以及油水分離，其分別通過螺旋擠壓、盤式油水分離器與氣浮的方式，集粉碎、螺旋、擠壓油水分離、自動(dòng)化一體，并對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真分析評(píng)估了可行性。王凱REF_Ref24705\r\h[7]通過對(duì)原有食物垃圾處理器等進(jìn)行優(yōu)化改良，使其更加符合人們的生活習(xí)慣，從而改良食物垃圾處理器的使用現(xiàn)狀。兩種設(shè)計(jì)方法在廚余垃圾處理分析中都具有一定的適用性，但在具體應(yīng)用時(shí)需要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方法。我國(guó)對(duì)于環(huán)境保護(hù)問題的密切重視關(guān)注，在國(guó)內(nèi)許多城市展開試點(diǎn)測(cè)試工作，并取得了不錯(cuò)的成效REF_Ref468\r\h[8]。在廚余食物垃圾處理能力方面，我國(guó)與其他發(fā)達(dá)國(guó)家還有一定的差距，無害化處理垃圾的能力還需要進(jìn)一步提高，仍需根據(jù)社會(huì)和人們的需要加以完善，例如提高食物垃圾處理器的研磨能力、靜音、價(jià)格高昂、技術(shù)成熟度以及適配性問題等，這些仍然可能沒有滿足消費(fèi)者便捷使用的需求，需要讓企業(yè)根據(jù)消費(fèi)者提出的使用痛點(diǎn)，不斷進(jìn)行本土化、國(guó)民化的創(chuàng)新研究，才有可能讓食物垃圾處理問題得到更好的優(yōu)化發(fā)展REF_Ref1891\r\h[9]。目前，國(guó)家與高校合作共同研發(fā)了利用多種微生物發(fā)酵技術(shù)原理的廚余食物垃圾處理設(shè)備，這些設(shè)備同時(shí)開展研究，并取得了明顯的成果。圖1-1、1-2為智能餐廚就地處理工藝和設(shè)備圖。圖1-1智能餐廚設(shè)備處理食物垃圾流程圖圖1-2智能餐廚設(shè)備圖1.2.2國(guó)外現(xiàn)狀日本通過廚余垃圾與廢紙混合兩相發(fā)酵制備燃?xì)饧夹g(shù)來實(shí)現(xiàn)有機(jī)廢棄物資源化以及能源化轉(zhuǎn)化率雙提升REF_Ref1921\r\h[10]，以及開設(shè)廚余垃圾發(fā)電廠和嚴(yán)格立法實(shí)施垃圾分類制度，通過出臺(tái)政策以及技術(shù)雙結(jié)合，達(dá)到垃圾處理的良好改善。在上世紀(jì)40年代，西方國(guó)家政府對(duì)食物垃圾處理系統(tǒng)開始重視起來，并且逐步開始在各個(gè)地區(qū)普及應(yīng)用，為了能將食物垃圾處理系統(tǒng)納入廚房的必備用品，許多國(guó)家政府還專門制定了相關(guān)的法律法規(guī)，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，垃圾處理系統(tǒng)全球總使用量超1000萬戶。美國(guó)的垃圾處理體系更加完善一些，1995年就有垃圾焚燒發(fā)電站121座，裝機(jī)共326萬KW，平均每噸垃圾發(fā)電660KW·h，這除了垃圾發(fā)熱量的因素外，還得益于將垃圾進(jìn)行預(yù)處理后，可燃物再粗加工為固型燃料，其發(fā)熱量可達(dá)20MJ/kg，既便于運(yùn)輸，又可合理燃燒和減少污染物的排放REF_Ref16146\r\h[11]。自2000年后，美國(guó)人均垃圾產(chǎn)生量呈下降趨勢(shì)，但仍是我國(guó)的兩倍多，其產(chǎn)生的生活垃圾有機(jī)材料占大部分REF_Ref1944\r\h[12]。但是美國(guó)在各個(gè)州之間建立起了獨(dú)立的相關(guān)政策，根據(jù)各個(gè)州之間獨(dú)立的特點(diǎn)來實(shí)行不同的政策方式。歐洲同樣也很重視廚余垃圾的處理和再利用，并針對(duì)廚房產(chǎn)生的各種垃圾，專門制定了一系列回收處理的制度。例如丹麥禁止對(duì)垃圾進(jìn)行填埋的處理，防止垃圾進(jìn)一步污染土地和腐爛后的食物產(chǎn)生的各種有害氣體污染空氣；德國(guó)是最早開展垃圾分類以及回收的國(guó)家，其采用不同顏色的垃圾桶來對(duì)不同的垃圾進(jìn)行分類處理，統(tǒng)一回收統(tǒng)一分類REF_Ref1983\r\h[13]。1.3研究意義目前全世界的垃圾正以每年超過10%的速度增加。全世界每年制造產(chǎn)生的垃圾多達(dá)5噸，作為一個(gè)人口大國(guó)，中國(guó)一年就產(chǎn)生將近2噸的垃圾，接近全球產(chǎn)量的1/5。由此可以看出，廚余垃圾的規(guī)范化處理在今后將是一個(gè)非常重要的產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向，并且隨著國(guó)內(nèi)垃圾處理市場(chǎng)規(guī)模的逐步完善壯大，環(huán)境也會(huì)變得更加美麗，維護(hù)好生態(tài)自然平衡。目前生活中常見的垃圾處理方式有三種：填埋、焚燒、堆肥等REF_Ref2002\r\h[14]。但是調(diào)查研究和實(shí)踐證明，這樣的處理方式不僅會(huì)造成資源浪費(fèi)，甚至還可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)城市生活垃圾中食物垃圾的占比高達(dá)40%-60%，而最主要的垃圾處理方式是集中填埋，大量的填埋不僅會(huì)占用土地資源，造成土地資源的短缺和自然生態(tài)環(huán)境的破壞，且食物垃圾中可能殘留的重金屬的超標(biāo)物質(zhì)會(huì)有害于環(huán)境，填埋的食物垃圾在厭氧環(huán)境下還會(huì)產(chǎn)生大量滲濾液（含高濃度有機(jī)物、重金屬等）和甲烷氣體。滲濾液易污染地下水和土壤，甲烷則是強(qiáng)溫室氣體（溫室效應(yīng)強(qiáng)度為CO?的25倍）。研究顯示，我國(guó)每年因廚余垃圾填埋產(chǎn)生的甲烷排放量占全國(guó)總排放量的3%-5%；焚燒可能會(huì)產(chǎn)生各種有害氣體，比如一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，造成空氣環(huán)境污染REF_Ref2025\r\h[15]；未經(jīng)過任何處理的廚余垃圾若直接作為飼料使用，很容易引發(fā)家禽傳染性疾病，并可能人們?cè)谑秤煤笠l(fā)人類間的傳染。因此目前多個(gè)城市均已出臺(tái)相關(guān)法規(guī)，明文禁止此類處置方式。所以，與上述的三種處理方式相比較，建立一種安全便捷的關(guān)于食物垃圾處理的方法就顯得尤為重要，而食物垃圾處理器的研究與推廣是解決城市垃圾問題的重要突破口，兼具環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。其存在的意義不僅在于源頭減量和污染控制，更在于推動(dòng)形成綠色生活方式、優(yōu)化城市治理體系，并為低碳經(jīng)濟(jì)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供新動(dòng)能。未來需進(jìn)一步去完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（如粉碎顆粒度對(duì)污水處理的影響）、配套政策（如污水處理費(fèi)調(diào)整機(jī)制）以及公眾教育，以促進(jìn)該技術(shù)的規(guī)?；瘧?yīng)用，讓更多人接受并積極使用。結(jié)合當(dāng)前垃圾處理現(xiàn)狀和人們的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)一臺(tái)結(jié)構(gòu)合理、使用方便的食物垃圾處理器，并符合《廢棄物污染環(huán)境防治法》和《循環(huán)經(jīng)濟(jì)促進(jìn)法》提出的“減量化、資源化、無害化”原則，是一種較為理想的解決方案。2食物垃圾處理器方案的確定2.1食物垃圾處理器參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的確定結(jié)合調(diào)查結(jié)果，并根據(jù)高校食堂廚余垃圾種類多、數(shù)量大等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一臺(tái)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的食物垃圾處理器，有助于提升垃圾處理效率，減少環(huán)境污染，同時(shí)推動(dòng)校園綠色環(huán)保建設(shè)。其設(shè)計(jì)參數(shù)如表2-1所示：表2-1食物垃圾處理基本參數(shù)參數(shù)各參數(shù)取值一次性處理量200L攪拌量40kg/min攪拌軸轉(zhuǎn)速120r/min傳動(dòng)減速比8單次攪拌處理時(shí)間60s單次攪拌處理量20kg處理周期24h所設(shè)計(jì)的食物垃圾處理器需滿足以下設(shè)計(jì)準(zhǔn)則：（1）符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，符合廚余食物垃圾處理規(guī)范。（2）設(shè)備體積合適，大小適用于所處環(huán)境，在設(shè)計(jì)當(dāng)中不能只去考慮獨(dú)特創(chuàng)意，要有合理的設(shè)計(jì)思維。（3）通過對(duì)機(jī)器的高度、食物垃圾處理器的處理準(zhǔn)確性、工作流程的快捷性等需求，要盡可能地去減小人工操作強(qiáng)度，提高機(jī)器的工作效率。（4）設(shè)備便于拆卸、清理和維修，避免出現(xiàn)腐蝕等情況，使用壽命長(zhǎng)。2.2方案的對(duì)比和確定根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于臥式廚余食物垃圾處理設(shè)備來說，由于罐體是采用水平放置的結(jié)構(gòu)，設(shè)備整體的體積較大，占地面積也相對(duì)較大。主要有以下三點(diǎn)特點(diǎn)：第一，其攪拌軸呈橫向布置，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，受力分布均勻，支撐點(diǎn)位于攪拌槽的兩側(cè)，能有效分散負(fù)荷，避免將載荷集中在底部，提高了設(shè)備的承載能力；第二，水平結(jié)構(gòu)的接觸面積大，轉(zhuǎn)矩也較大，因此在運(yùn)行時(shí)效率較高，性能更穩(wěn)定；第三，設(shè)備的進(jìn)出口分開布置，有利于密封處理，減少氣味和泄漏問題。這類設(shè)備常用于垃圾處理量較大的場(chǎng)所，如學(xué)校食堂和大型餐館等，如圖2-1所示：圖2-1臥式廚余食物垃圾處理器設(shè)備圖立式廚余食物垃圾處理器因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)緊湊，整體負(fù)載集中在底部支撐點(diǎn)上，因此承載能力有限，不適合處理大量垃圾。它對(duì)密封性的要求較高，結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，通常通過離心力對(duì)垃圾進(jìn)行粉碎處理。但在粉碎效果和效率方面相較于臥式設(shè)備存在一定差距。因此，這類設(shè)備更適用于處理量較小的場(chǎng)所，如家庭廚房或小型餐館，如圖2-2所示：圖2-2立式廚余食物垃圾處理器設(shè)備圖2.3整體方案的確定根據(jù)以上兩種設(shè)備對(duì)比臥式結(jié)構(gòu)更適合應(yīng)用于高校食堂的食物垃圾處理器。其主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、攪拌粉碎機(jī)構(gòu)和帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成。其中電機(jī)經(jīng)減速機(jī)通過帶來帶動(dòng)粉碎機(jī)里的主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，粉碎機(jī)主軸上裝有交錯(cuò)式粉碎刀盤葉片，通過旋轉(zhuǎn)來粉碎放入的食物垃圾，粉碎后的食物垃圾經(jīng)下料口流出，可進(jìn)一步用于發(fā)酵、養(yǎng)料等，實(shí)現(xiàn)食物垃圾的綠色循環(huán)利用。2.4工藝流程通過閱讀文獻(xiàn)和調(diào)研發(fā)現(xiàn)，相比家庭和餐飲行業(yè)，高校食堂的廚余食物垃圾具有種類較為集中的特點(diǎn)。其中，谷物類所占比例最高，有機(jī)物含量大，雜質(zhì)和塑料制品較少，整體成分較為單一。根據(jù)調(diào)查，蔬菜、肉類/魚類、谷物和其他成分的比例大約為3:1:5:1。針對(duì)高校廚余垃圾來說，可以采取機(jī)械粉碎的方式，使其高效地處理。首先，研究其工作原理，即食物垃圾從入料口進(jìn)入粉碎機(jī)構(gòu)，電機(jī)帶動(dòng)粉碎刀盤進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，隨著刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，食物垃圾在刀盤的轉(zhuǎn)動(dòng)下被剪切，最終被破碎，經(jīng)下料口流出后，便于進(jìn)行下一步發(fā)酵等綠色處理。食物垃圾處理器主要由驅(qū)動(dòng)電機(jī)、粉碎機(jī)構(gòu)和帶傳動(dòng)三部分組成。驅(qū)動(dòng)電機(jī)為粉碎刀片提供動(dòng)力，通過減速器后再通過帶傳動(dòng)帶動(dòng)粉碎刀片旋轉(zhuǎn)。粉碎機(jī)構(gòu)內(nèi)部的轉(zhuǎn)軸上安裝有粉碎刀盤，是垃圾被粉碎和研磨的主要部位，也是整個(gè)設(shè)備中最核心的部分，其粉碎效果將會(huì)直接影響處理效率以及處理效果。因此，本文將重點(diǎn)對(duì)粉碎機(jī)構(gòu)和傳動(dòng)部分進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)，其主要結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。圖2-3食物垃圾處理器主要結(jié)構(gòu)圖2.5本章小節(jié)通過對(duì)廚余食物垃圾處理的現(xiàn)狀分析以及市場(chǎng)調(diào)研，初步確定了廚余食物垃圾處理器的方案確定和總體框架的規(guī)劃，結(jié)合技術(shù)規(guī)范、政策要求及用戶需求方面整體考慮，從實(shí)際出發(fā)，從需求到調(diào)研到設(shè)計(jì)到三位一體的研究框架，不僅解決了用戶需求以及環(huán)境資源破壞等痛點(diǎn)，更為垃圾分類化處理提供了有力的推動(dòng)支持，具有顯著的環(huán)境效益與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用潛力。3電機(jī)的選定3.1電動(dòng)機(jī)的選擇與電動(dòng)機(jī)參數(shù)的計(jì)算3.1.1電動(dòng)機(jī)參數(shù)的計(jì)算1、計(jì)算電動(dòng)機(jī)功率：電動(dòng)機(jī)在傳動(dòng)時(shí)所需要的總體功率：電動(dòng)機(jī)在工作時(shí)，電機(jī)軸和滾筒之間的傳統(tǒng)效率可以通過如下計(jì)算公式來獲得： （3-1）式中：查閱相關(guān)資料可以得到上述參數(shù)的具體數(shù)值為、（8級(jí)精度）、（深溝球軸承）、。通過上述參數(shù)可以進(jìn)行電機(jī)在進(jìn)行傳動(dòng)時(shí)候的傳動(dòng)總效率為：2、計(jì)算作用力：式中：3、計(jì)算扭矩： （3-2）式中：F——扭力其單位為N；R——作用半徑，其單位為m；4、計(jì)算電動(dòng)機(jī)的功率： （3-3）式中：n——轉(zhuǎn)速rap/min，n=960rap/min所以需要的電動(dòng)機(jī)的使用功率計(jì)算得電動(dòng)機(jī)的額定功率需保證。查閱關(guān)于電動(dòng)機(jī)的使用手冊(cè)，選擇本裝置中使用的電動(dòng)機(jī)的使用功率為0.75kw。5、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速計(jì)算和電動(dòng)機(jī)選型：通過對(duì)電機(jī)類型進(jìn)行分析，確定設(shè)備所使用的攪拌軸工作時(shí)需的轉(zhuǎn)速為120rap/min，且減速箱的減速比i為8。公式為：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》中的相關(guān)數(shù)據(jù)，選取圓柱齒輪傳動(dòng)的減速器傳動(dòng)比為8。由此可得，在設(shè)備工作狀態(tài)下，電動(dòng)機(jī)的輸入轉(zhuǎn)速范圍應(yīng)控制在700~1600r/min，以確保經(jīng)過減速后，輸出端能夠滿足粉碎機(jī)構(gòu)所需的合理轉(zhuǎn)速。查閱相關(guān)資料，滿足上述使用要求的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速有三種，分別為950、1600和1700r/min。3.1.2電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇表3-1電機(jī)型號(hào)參數(shù)方案電機(jī)型號(hào)額定功率kw電機(jī)轉(zhuǎn)速r/min傳動(dòng)效率％同步轉(zhuǎn)速滿載轉(zhuǎn)速1Y80M-20.7530002830872Y80M-41.115001390903Y80M-60.751000860754Y80M-80.5575063093通過比較以上參數(shù)，并對(duì)目前市場(chǎng)上常見的電機(jī)型號(hào)進(jìn)行調(diào)研，最終選定了一臺(tái)三相異步電機(jī)，型號(hào)為Y80M-6電機(jī)，工作時(shí)的額定功率為0.75kw。如圖3-1：圖3-1電動(dòng)機(jī)模型圖3.2單級(jí)圓柱齒輪減速機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算3.2.1減速箱機(jī)構(gòu)的選擇在機(jī)械工程中，減速結(jié)構(gòu)是一種應(yīng)用廣泛且至關(guān)重要的基礎(chǔ)機(jī)構(gòu)，其主要類型包括齒輪嚙合結(jié)構(gòu)和蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)。齒輪嚙合通過齒輪之間的咬合實(shí)現(xiàn)降速，而蝸輪蝸桿結(jié)構(gòu)則依靠蝸桿與蝸輪的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來完成減速。齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)在實(shí)際使用中形式多樣。從結(jié)構(gòu)方式來看，常見的有由平行軸組成的普通結(jié)構(gòu)，也有以行星輪為核心的組合結(jié)構(gòu)；從齒形來看，主要有直齒輪和斜齒輪；根據(jù)傳動(dòng)級(jí)數(shù)，還可分為一級(jí)減速和二級(jí)減速裝置。與齒輪傳動(dòng)相比，蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)行過程中容易產(chǎn)生較大噪音，同時(shí)零件磨損較快，影響使用壽命。因此，在對(duì)設(shè)備性能和耐久性要求較高的場(chǎng)合，更適合選用齒輪結(jié)構(gòu)。直齒輪結(jié)構(gòu)對(duì)嚙合精度要求較低，制造較為簡(jiǎn)單；斜齒輪雖然精度和使用壽命更高，但結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，多用于大型設(shè)備中。綜上所述，本文設(shè)計(jì)的食物垃圾處理器選用單級(jí)圓柱直齒輪減速結(jié)構(gòu)，既能滿足性能需求，又具備較高的實(shí)用性與可制造性。圖3-2減速機(jī)結(jié)構(gòu)圖3.2.2齒輪基本參數(shù)和尺寸的計(jì)算本設(shè)計(jì)中選擇的齒輪類型為直齒輪，選擇主動(dòng)輪齒輪材料為40Cr，齒面硬度280HBS；從動(dòng)輪材料為45鋼，齒面硬度為240HBS。齒輪的模數(shù)選擇為3，選用8級(jí)精度，齒數(shù)選擇為z1=50，z2=1(1)壓力角的選擇通過查閱相關(guān)的資料可知，直齒輪分度圓上的壓力角選擇為20°。(2)按齒面解除疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1.由式試算小齒輪分度圓直徑： （3-4）試選載荷系數(shù)KHt=1.6。計(jì)算主動(dòng)輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：選取齒寬系數(shù)。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查取區(qū)域系數(shù)ZH=2.5，彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa。計(jì)算解除疲勞強(qiáng)度用重合度系數(shù)：端面壓力角：端面重合度：重合度系數(shù)：接觸疲勞許用應(yīng)力：查得主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的接觸疲勞極限分別為.。應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：主動(dòng)輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：從動(dòng)輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：查取接觸疲勞壽命系數(shù)：KHN1=0.89、KHN2=0.92。取失效概率為1％，安全系數(shù)S=1，得：取許用應(yīng)力較小的值作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即：(3)計(jì)算小齒輪分度圓直徑：圓周速度v：齒寬b：計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH：由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得使用系數(shù)，且v=1.2m/s、8級(jí)精度，動(dòng)載系數(shù)。齒輪圓周力計(jì)算：查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)齒間得載荷分配系數(shù)為1.2。(4)計(jì)算分度圓直徑由分度圓計(jì)算公式，通過公式來計(jì)算兩個(gè)齒輪的分度圓直徑的大小為：(5)兩齒輪齒頂直徑式中：ha?——齒輪的齒高系數(shù)，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)計(jì)算兩個(gè)齒輪之間的齒根圓的直徑：式中：ca?——齒輪在徑向上的齒輪間隙系數(shù)，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得徑向間隙系數(shù)為0(5)計(jì)算兩齒輪的基圓直徑(6)計(jì)算中心距：(7)計(jì)算齒輪寬度：(8)校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度條件： （3-5）根據(jù)齒數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得齒形系數(shù)和應(yīng)力修正系數(shù)為：YFa1=2.66，YSa1=1.59YFa2=2.17，YSa2=1.83計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF：載荷分配系數(shù)則載荷系數(shù)為：計(jì)算齒根彎曲疲勞許用應(yīng)力：查得主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的彎曲疲勞極限分別為：取彎曲疲勞壽命系數(shù)：取安全系數(shù)S=1.4，得：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核：齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求。圖3-3減速機(jī)主動(dòng)輪圖3-4減速機(jī)從動(dòng)輪3.3V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)（1）選擇帶型如圖3-5選取。圖3-5電機(jī)功率轉(zhuǎn)速/帶輪轉(zhuǎn)速圖設(shè)計(jì)電動(dòng)機(jī)設(shè)每天工作8h，取工作系數(shù)KA=1.1，根據(jù)計(jì)算和分析，取電機(jī)的使用功率為0.75kw以及尺寸的小帶輪轉(zhuǎn)速為120r/min，得出選擇A型V帶，故：（2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速查閱相關(guān)資料得帶輪的基準(zhǔn)直徑一般為112～140mm，本設(shè)計(jì)取根據(jù)公式：計(jì)算帶速：滿足的要求，故驗(yàn)算帶速合適。（3）中心距離確定由式，，選取所以有：查閱資料可以查得實(shí)際中心距：由式 （3-6）可知，中心距的變化范圍為476~546mm。（4）驗(yàn)算小帶輪上的包角（5）確定帶的根數(shù)z通過查閱相關(guān)資料取，查表3-3得查機(jī)械設(shè)計(jì)課程得表3-2包角修正系數(shù)小帶輪包角a/°180175170165160155150145140135130125120Ka1.000.990.980.960.950.930.920.910.890.880.860.840.82計(jì)算帶的根數(shù)根數(shù)取3根。（6）計(jì)算單根V帶的初拉力由表3-4得A型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量，所以（7）計(jì)算壓軸力（8）V帶輪設(shè)計(jì)據(jù)上述計(jì)算和調(diào)查，帶輪選擇鑄鐵，鑄鐵的材料選HT250，模型如圖3-6：圖3-6V帶輪的模型4粉碎機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1粉碎刀盤葉片結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1.1粉碎刀盤葉片基本尺寸的確定在本文設(shè)計(jì)的廚余食物垃圾處理器中，粉碎刀盤葉片是關(guān)鍵部件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)會(huì)直接影響粉碎效果。由于粉碎葉片在工作中需長(zhǎng)時(shí)間接觸各種濕潤(rùn)、有腐蝕性的廚余垃圾，因此材料選擇非常重要。粉碎葉片必須在高強(qiáng)度使用和持續(xù)摩擦的條件下保持良好的性能，不易變形，并具備良好的防銹能力。為滿足上述要求，選用的材料密度為，泊松比為μ=0.3，彈性模量E=200GPa，具有較高的強(qiáng)度與剛性，適合粉碎葉片的使用環(huán)境。根據(jù)預(yù)估的攪拌量為25kg/min，初步設(shè)計(jì)采用兩組攪拌軸，對(duì)廚余垃圾進(jìn)行擠壓和粉碎。擬定攪拌葉片直徑為173.2mm，攪拌軸與箱體平行布置，葉片數(shù)量為12層，安裝于攪拌裝配體內(nèi)。每片葉片的厚度設(shè)為30mm，并將在此參數(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)行后續(xù)詳細(xì)設(shè)計(jì)。4.1.2粉碎刀盤葉片的力學(xué)分析及材料的選擇Ⅰ.粉碎刀盤葉工作時(shí)的載荷計(jì)算：當(dāng)食物垃圾進(jìn)入粉碎機(jī)后，粉碎刀盤葉片需長(zhǎng)期承受與垃圾接觸產(chǎn)生的載荷，同時(shí)還會(huì)受到腐蝕等外界因素的影響。因此，在設(shè)計(jì)中必須從多個(gè)方面考慮葉片的機(jī)械性能，確保其具備足夠的強(qiáng)度、剛度和疲勞壽命。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅要滿足功能需求，還需對(duì)葉片的承載能力進(jìn)行力學(xué)分析。設(shè)計(jì)過程中，可將粉碎刀盤葉片簡(jiǎn)化為具有特定厚度的圓盤狀結(jié)構(gòu)模型，通過施加等效載荷，開展應(yīng)力、以及疲勞壽命等方面的分析，為后續(xù)優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支持。(1)計(jì)算流體旋轉(zhuǎn)阻力矩在食物垃圾粉碎過程中，粉碎刀盤葉片始終承受由垃圾接觸產(chǎn)生的負(fù)荷。為了確保其在長(zhǎng)期運(yùn)行中的可靠性，必須滿足剛度要求和疲勞壽命等關(guān)鍵性能指標(biāo)。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段，除了對(duì)葉片的功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理優(yōu)化外，還需結(jié)合實(shí)際工況對(duì)其承載能力進(jìn)行力學(xué)分析。為便于分析，可將粉碎刀盤葉片的工作狀態(tài)簡(jiǎn)化為繞垂直軸旋轉(zhuǎn)的類圓盤模型。在圓盤旋轉(zhuǎn)過程中，其周圍的流體會(huì)受到帶動(dòng)而發(fā)生運(yùn)動(dòng)。一部分流體在離心力作用下向圓盤邊緣遷移，另一部分則保持貼近盤面的流動(dòng)特性?；谠摵?jiǎn)化模型，可建立相對(duì)穩(wěn)定的流體力學(xué)分析體系。圓盤上的切應(yīng)力與圓盤成一定角度，計(jì)算出在徑向的分量為： (4-1)在徑向上的分量進(jìn)行離心力旋轉(zhuǎn)且力之間是一種平衡狀態(tài)，可計(jì)算力為： (4-2)式中：——隨圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)的流體的厚度；——圓盤在旋轉(zhuǎn)過程中的旋轉(zhuǎn)角速度；——圓盤自身的半徑；故切應(yīng)力在徑向上的的徑向分量與成比例，即： (4-3)計(jì)算應(yīng)力的在周向上的分量： (4-4)根據(jù)量級(jí)可以計(jì)算： (4-5)圓盤在旋轉(zhuǎn)時(shí)的速度可以計(jì)算為： (4-6)將式(4-3)代入式(4-6)得：的數(shù)值為一個(gè)常量，對(duì)上式進(jìn)行簡(jiǎn)化得： (4-7)根據(jù)運(yùn)動(dòng)中的粘性系數(shù)可以得到下式： (4-8)式中：?！\(yùn)動(dòng)中的粘性系數(shù)，μ——粘性系數(shù)，ρ——密度將式(4-8)代入式(4-7)得： (4-9)將式帶入得：由于φ是一個(gè)常量，可以得出下式： (4-10)查閱資料可以知道轉(zhuǎn)矩M與τbi×面積×力臂成一定比例 (4-11)對(duì)于半徑為r和周向速度為V的圓盤，其系數(shù)為3.84/2，且ω=ν/r，故阻力矩為： (4-12)得葉片轉(zhuǎn)速的計(jì)算:使用計(jì)算旋轉(zhuǎn)圓盤上流體阻力矩的公式：根據(jù)上面式子綜合可以的出來得：根據(jù)計(jì)算公式：計(jì)算出來流體的阻力為：(2)食物垃圾形成過程中的阻力：由于廚余食物垃圾大部分都是菜葉、骨頭等，硬度普遍比較低，在粉碎處理的過程中產(chǎn)生的阻力相對(duì)有限。經(jīng)文獻(xiàn)調(diào)研與數(shù)據(jù)匯總可知，常規(guī)的廚余食物垃圾在粉碎工作時(shí)所受的工況阻力大致為Ⅱ.粉碎刀盤材料的確定：考慮到粉碎刀盤葉片在運(yùn)行過程中需承受高載荷、強(qiáng)摩擦以及腐蝕等復(fù)雜工況，其材料選擇必須具備高強(qiáng)度、高剛度，同時(shí)具備良好的耐磨性和抗腐蝕能力。結(jié)合加工可行性和成本控制原則，對(duì)1Cr13和9Cr18兩種不銹鋼材料進(jìn)行了綜合比較。根據(jù)表4-1中的分析結(jié)果，在滿足強(qiáng)度、剛度和耐腐蝕等基本要求的前提下，1Cr13材料在加工性能方面優(yōu)于9Cr18，整體性能更為均衡，尤其在耐腐蝕性上表現(xiàn)更為突出。因此，選取1Cr13材料作為本文所設(shè)計(jì)粉碎刀盤葉片的材料。表4-1材料1Cr13，9Cr18參數(shù)表參數(shù)名稱1Cr139Cr18化學(xué)成分(質(zhì)量數(shù)%)C≦0.11Cr≦12.50～13.50C≦0.90～1.30Cr≦14.00～17.00密度(t/m3)7.457.5硬度(HBS)≦139≦245屈服強(qiáng)度335——抗拉強(qiáng)度550——加工性能作為普通材料，切削難度小加工難度大價(jià)格(千元/噸)55用途耐腐蝕性好，一般用在加工使用刀上一般用作手術(shù)中使用的刀片以及一些耐磨性好的設(shè)備零件中4.1.3粉碎刀盤葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4-1所示，粉碎刀盤葉片整體大致采用圓形幾何構(gòu)型設(shè)計(jì)，該外形能夠在旋轉(zhuǎn)過程中形成規(guī)則且穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)軌跡，保障粉碎過程的均勻性與連續(xù)性。其工作面創(chuàng)新采用錯(cuò)位齒形布局，各齒牙通過精確計(jì)算的角度與間距進(jìn)行排列，相鄰齒圈間的錯(cuò)位設(shè)計(jì)有效避免了粉碎盲區(qū)的產(chǎn)生，確保食物垃圾在任意接觸位置均能獲得充分破碎。這種齒形結(jié)構(gòu)不僅增大了與物料的接觸面積，還通過交錯(cuò)形成的多級(jí)剪切路徑，大幅提升了粉碎效率與粉碎效果。在機(jī)械裝配方面，粉碎葉片通過中心高精度安裝孔與裝置中間軸進(jìn)行過盈配合連接，這種裝配方式既保證了動(dòng)力傳遞的穩(wěn)定性，又能夠承受高速旋轉(zhuǎn)與復(fù)雜載荷下的扭矩作用。動(dòng)力傳輸系統(tǒng)中，外部電機(jī)輸出的高轉(zhuǎn)速動(dòng)力經(jīng)由減速器進(jìn)行變速處理，通過齒輪傳動(dòng)或蝸輪蝸桿傳動(dòng)等減速機(jī)構(gòu)，將轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為適合粉碎作業(yè)的低速大扭矩輸出，最終驅(qū)動(dòng)葉片穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)。在粉碎原理層面，當(dāng)?shù)侗P高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，齒圈間形成的精確剪切間隙發(fā)揮核心作用。該間隙確保在粉碎刀盤旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的剪切應(yīng)力能夠高效作用于食物垃圾，通過撕裂、擠壓與研磨作用，將垃圾破碎至理想顆粒狀。同時(shí)，相鄰葉片間在安裝時(shí)刻意預(yù)留的特定間隙，構(gòu)成了獨(dú)特的切割通道。該間隙一方面能夠?qū)K狀物料進(jìn)行有效切割，另一方面為粉碎后的垃圾提供順暢的排出路徑，避免物料堆積堵塞，配合刀盤的旋轉(zhuǎn)離心力，實(shí)現(xiàn)粉碎與排料的高效循環(huán)，顯著提升設(shè)備整體工作效率與處理能力。圖4-1粉碎刀盤葉片的外形由于我國(guó)飲食結(jié)構(gòu)豐富多樣，廚余垃圾中食材種類繁雜，不同食物原料（如蔬、肉類、根莖類等）在硬度、韌性等物理特性上存在顯著差異，為實(shí)現(xiàn)高效粉碎處理，本設(shè)計(jì)采用12片粉碎刀盤葉片構(gòu)建粉碎組。葉片采用并排密集陣列式布局，通過精確控制安裝間距，形成多層級(jí)的粉碎路徑，確保對(duì)不同硬度物料均能實(shí)現(xiàn)有效破碎。外部安裝基座采用高強(qiáng)度合金鋼一體成型，通過精密機(jī)械加工工藝確保安裝定位精度，同時(shí)預(yù)留標(biāo)準(zhǔn)化接口，可與驅(qū)動(dòng)軸、減速裝置等部件快速裝配，兼顧結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與設(shè)備維護(hù)便捷性，如圖4-2、4-3所示。圖4-2粉碎刀盤組合圖4-3粉碎機(jī)裝配體4.2軸的材料選擇和熱處理工藝根據(jù)本文設(shè)計(jì)的食物垃圾處理器所需的實(shí)際情況，旋轉(zhuǎn)軸在工作運(yùn)行過程中同樣需要滿足強(qiáng)度和硬度的要求，且考慮到裝置在使用過程中性能的可靠性以及工作環(huán)境，綜合多種因素考慮，材料最終選定為45鋼，許用彎曲應(yīng)力為64MPa。4.3攪拌軸的直徑計(jì)算由前計(jì)算可以得到以下數(shù)據(jù)：的值為0.75KW，的值為120r/min。式中A0取112，考慮到設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)中含有鍵槽，所以將該軸徑加大8%，則：根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)相關(guān)資料中可知，軸的直徑一般取為整數(shù)，取為55mm。圖4-3攪拌軸的設(shè)計(jì)圖4.4鍵的選擇鍵選A型圓頭普通平鍵，材料選擇45鋼，在本文設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，基于扭矩傳遞可靠性、安裝便捷性及成本效益等多維度考量，鍵連接部件選用A型圓頭普通平鍵。該類型平鍵相較于B型平頭平鍵與C型單圓頭平鍵，其獨(dú)特的端部造型能夠有效適配軸上鍵槽的圓弧形底部，不僅消除了應(yīng)力集中現(xiàn)象，提升了鍵與軸的配合精度，還降低了高速旋轉(zhuǎn)工況下因應(yīng)力突變導(dǎo)致的疲勞斷裂風(fēng)險(xiǎn)。材料方面，選用45鋼作為鍵體材質(zhì)，該中碳優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，具備良好的綜合力學(xué)性能，屈服強(qiáng)度可達(dá)355MPa，抗拉強(qiáng)度約600MPa，既滿足鍵在傳遞粉碎刀盤扭矩時(shí)的抗剪切、抗擠壓需求，又通過適當(dāng)?shù)挠捕缺ＷC與軸、輪轂鍵槽的適度磨合，避免過度磨損，進(jìn)而保障整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳遞穩(wěn)定性與工作可靠性，為食物垃圾處理器的高效運(yùn)行提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。相關(guān)尺寸如表4-2所示：表4-2鍵的公稱尺寸表軸鍵鍵槽半徑r公稱直徑d公稱尺寸b×h寬度b深度公稱尺寸b極限偏差軸t轂t1一般鍵聯(lián)結(jié)軸N9轂Js公稱尺寸極限偏差公稱尺寸極限偏差最小最大288×780-0.036±0.0184.0+0.203.3+0圖4-4鍵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖4.5鍵的校核4.5.1鍵的剪切強(qiáng)度校核軸在使用過程中會(huì)由于傳遞的動(dòng)力較大而受到剪切破壞，所以需要進(jìn)行必要的強(qiáng)度校核，其受力如圖4-5所示：圖4-5鍵剪切受力圖鍵的剪切受力圖如圖4-5所示，由圖得到b為9mm，L為15mm。鍵自身的許用剪切應(yīng)力為[τ]為34MPa，根據(jù)前文中的計(jì)算，軸在工作時(shí)受到的轉(zhuǎn)矩其中D為帶輪輪轂直徑，通過校核計(jì)算可以得知結(jié)構(gòu)合理。4.5.2鍵的擠壓強(qiáng)度校核在鍵連接動(dòng)力傳輸中，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行時(shí)，鍵作為扭矩傳遞的關(guān)鍵部件，會(huì)承受剪切力、擠壓力等多種動(dòng)態(tài)載荷。在應(yīng)力作用下，鍵與軸槽、輪轂槽的配合界面易出現(xiàn)微小的位移偏差，這種偏移現(xiàn)象會(huì)打破原本均勻的受力狀態(tài)。隨著運(yùn)行時(shí)間增加，偏移引發(fā)的局部應(yīng)力集中效應(yīng)加劇，導(dǎo)致配合面間產(chǎn)生微動(dòng)磨損、塑性變形甚至疲勞裂紋，最終造成鍵連接結(jié)構(gòu)的失效破壞，嚴(yán)重影響動(dòng)力傳輸?shù)姆€(wěn)定性與可靠性。受力如圖4-6所示：（許用擠壓應(yīng)力[σbs]圖4-6鍵擠壓受力圖又有：所以鍵的結(jié)構(gòu)合理。本文采用半圓鍵連接方式，主要出于軸轂快速拆卸的便利性考量。該結(jié)構(gòu)允許鍵在軸槽內(nèi)繞軸線擺動(dòng)，能自動(dòng)適應(yīng)輪轂鍵槽的傾斜度，特別適合錐形軸端等需要頻繁裝拆的場(chǎng)景。然而，半圓鍵的鍵槽較深，會(huì)對(duì)軸的橫截面造成較大削弱，理論計(jì)算表明，在相同軸徑條件下，采用半圓鍵連接的軸強(qiáng)度較平鍵連接降低約15%-20%。針對(duì)本裝置的實(shí)際工況，盡管半圓鍵對(duì)軸強(qiáng)度有一定削弱，但在當(dāng)前載荷條件下，該連接方式仍能滿足安全系數(shù)要求（實(shí)測(cè)安全系數(shù)為4.4），同時(shí)充分發(fā)揮其可拆卸性優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工況需求的優(yōu)化匹配。計(jì)算半圓鍵之間在進(jìn)行連接時(shí)的連接強(qiáng)度條件： （4-13）通過公式可以計(jì)算為，此處h代表鍵的高度，單位為mm；T代表傳遞過程中的傳遞轉(zhuǎn)矩計(jì)算公式為： （4-14）通過對(duì)軸的直徑進(jìn)行計(jì)算可以得到為55mm，軸的直徑選取為大于等于50~58mm，選取16*10的公稱尺寸。帶入式5-4得：查找課程中學(xué)到的相關(guān)知識(shí)得到如表4-3：表4-3不同情況下的擠壓應(yīng)力聯(lián)接的工作方式聯(lián)接中較弱零件的材料許用擠壓應(yīng)力靜聯(lián)接鋼靜載荷輕微沖擊載荷沖擊載荷125~150100~12060~90由表可知工作中的應(yīng)力小于許用應(yīng)力，校核滿足要求。5其他零部件的設(shè)計(jì)5.1機(jī)架的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的食物垃圾處理器機(jī)架底座，選用方形管型材作為主體結(jié)構(gòu)，通過焊接工藝完成加工制造。材料方面選用Q235B低碳鋼方管，該材料兼具良好的焊接性與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，能夠有效抵御設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)與沖擊載荷。制造工藝上，采用數(shù)控激光切割機(jī)精準(zhǔn)下料，確保管材切割面的垂直度與尺寸精度誤差控制；焊接通過多層多道焊工藝保證焊縫強(qiáng)度與美觀性，確保焊接質(zhì)量符合GB/T11345-2013標(biāo)準(zhǔn)要求。這種以方形管型材焊接而成的底座結(jié)構(gòu)，不僅具備高剛性、輕量化的特點(diǎn)，能夠有效分散設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)力，還通過開放式框架設(shè)計(jì)，為傳動(dòng)部件、電機(jī)及預(yù)留了充足的安裝空間與檢修通道，實(shí)現(xiàn)功能性與實(shí)用性的統(tǒng)一，結(jié)構(gòu)如圖5-1所示：圖5-1架體結(jié)構(gòu)圖5.2箱體的設(shè)計(jì)箱體是食物垃圾處理器粉碎機(jī)構(gòu)中不可或缺的功能性結(jié)構(gòu)，集成了支撐、防護(hù)、導(dǎo)向、密封、減少噪音等多重作用，根據(jù)本文中設(shè)計(jì)的產(chǎn)品所需面對(duì)的粉碎食物的硬度、腐蝕性、易清潔性等特性，選用316L不銹鋼材料作為箱體的設(shè)計(jì)材料，箱體采用上下箱體結(jié)合加工而成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖5-2上箱體的設(shè)計(jì)圖圖5-3下箱體的設(shè)計(jì)圖5.3入料口設(shè)計(jì)在入料口的設(shè)計(jì)當(dāng)中，因考慮到方便傾倒食物垃圾，減少濺灑的風(fēng)險(xiǎn)，所以采用了上寬下窄的漏斗形狀，大開口的設(shè)計(jì)可以適應(yīng)多種廚余垃圾（如菜葉、果皮、骨肉等），以提高使用效率。材質(zhì)方面依舊選用316L不銹鋼合金材料，提升抗腐蝕能力，適應(yīng)處理含鹽、酸性或者潮濕的廚余垃圾，結(jié)構(gòu)如圖所示：圖5-4入料口模型圖5.4卸料機(jī)構(gòu)卸料機(jī)構(gòu)采用的是拉動(dòng)的方式，拉動(dòng)桿連接出料口，設(shè)備工作時(shí)將出料口拉開，方便粉碎后的食物垃圾顆粒落入下方下料板，如下圖5-5所示：圖5-5卸料機(jī)構(gòu)圖5-6下料板模型圖根據(jù)圖5-5、5-6所示可知：其結(jié)構(gòu)主要由拉伸桿，卸料門以及下料板等其他輔助零部件組成，食物垃圾粉碎后經(jīng)卸料口落入下料板，因下料板處傾斜狀態(tài)，方便粉碎后的垃圾滑落。5.6食物垃圾處理器整體圖紙繪制圖5-7食物垃圾處理器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖圖5-8食物垃圾處理器結(jié)構(gòu)圖6結(jié)論與展望6.1結(jié)論在本次食物垃圾處理器的設(shè)計(jì)實(shí)踐中，我對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性與復(fù)雜性有了深刻認(rèn)知。從關(guān)鍵部件的功能實(shí)現(xiàn)角度來看，通過對(duì)粉碎刀盤葉片、傳動(dòng)帶輪等核心結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)優(yōu)化，深刻體會(huì)到結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需緊密圍繞設(shè)備結(jié)構(gòu)需求，例如采用12片密集排列的錯(cuò)位齒形葉片，既滿足不同硬度食材的粉碎效能，又考慮了材料力學(xué)性能與加工工藝適配性。在設(shè)計(jì)過程中，結(jié)合課堂理論知識(shí)，運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、材料性能參數(shù)等資料，對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度進(jìn)行校核，最終確定旋轉(zhuǎn)軸、鍵體等關(guān)鍵部件的材料，確保設(shè)備在復(fù)雜工況下的可靠性。設(shè)