食品粉碎机的设计
3.1 食品粉碎机的总体设计
家用食品粉碎机不同于工业食品粉碎机，家用粉碎机一般注重于轻便、节能、易清洗。在现代社会中，为了减短开发周期，常常以模块化开发为设计思想。将一个复杂的机器拆解成各不同模块分别设计，最后加以组装来完成机器的开发。尽量保证了各模块的相对独立，降低了耦合程度，使产品具有较高的可维修性，同时也提高了产品的灵活性。对于食品粉碎机而言，将刀具和连接轴单独设计，可以根据需求（绞肉、蔬菜）更换刀具，大大提高了产品的灵活性。
家用电器应当具备小巧、美观、节能的特性，把家用食品粉碎机分为以下几个模块：电动机、机座罩、机座、传动轴、刀具、固定轴、杯具、杯盖。由电动机产生扭矩，经由传动轴传递扭矩带动刀片高速旋转，剪切杯具中的食品，以达到粉碎目的。在设计时尽量保持各个模块的独立，降低粉碎机的耦合程度，大大提高粉碎机的可维修性。
3.2 食品粉碎机电动机的选择
电动机是食品粉碎机的动力来源，电动机通过传动轴带动刀片进行高速旋转对食品进行剪切破碎以达到粉碎目的。剪切式粉碎机需要高扭矩、高转速的电机，来产生足够大的切削力和切削速度。考虑到我国民用电压标准是单相交流电，频率为50HZ ，电压为220V 。在电机上的选择应当选择单相电机，此次选择单相串励电动机。单相串励电动机具有转矩大、转速高和调速方便等优点。
根据市场调查，家用食品粉碎机的电机工作转速一般都在10000r/min 以上。并且大部分电机都采用立式安装，因此再设计上不需要借助齿轮或者皮带来进行传动，可以减少能量在传动上的损耗，并且简化了机构，大大缩小了粉碎机的体积。据调查，预计此次设计的电机的最大负载力为600N 。因此转速选择10000r/min ，负载力F 为600N ，旋转半径为2.25mm 。
根据公式得：
s /m 355.26000225.014.310000260r n 2v =⨯⨯⨯=π= (3-1)
w 1413355.2600Fv p =⨯==
(3-2)
式中：
v-线速度，单位：m/s
F-负载力，单位：N
n-电机的转速，单位：r/min
r-旋转的半径，单位：m
P-预计电机功率，单位：w 综合上述，本次设计将采用深圳市力辉电机有限公司生产的电机，产品型号为PBL7235220。
电机主要性能参数：
输入电压：220V,50Hz
最大输出功率：1442w 最大输出功率的转速：10538RPM
3.3 食品粉碎机轴的设计
3.3.1 轴的材料选择
为了使粉碎机清洗方便，本次设计将轴分为两部分。一部分为传动轴，连接电机与刀具，电机通过传动轴带动刀片高速旋转对食品进行剪切破碎。另一部分为固定轴，它通过与传动轴、刀具、杯盖连接对刀具起到固定作用。轴的材料为45号钢。
3.3.2 轴的最小直径计算
在粉碎机高速旋转过程中，轴起到传递扭矩的作用，是粉碎机的核心部件，出于安全考虑，所以0A 取值应当较大，查文献[4]，取0A =120。
通过计算确定轴的最小直径：
mm 18.6mm 10538442.1120n p A d 330min =⨯== (3-3)
式中：
min d -为轴的最小直径
p-为电机功率 n-为电机转速
轴上有一个键槽，因此轴的直径应当增大5%-7%，取增大量7%。所以
m m 61.607.118.6d min =⨯=，取m m 7d min =为轴的最小直径。
3.3.3 轴的结构设计
(1) 轴承的选择：
因为轴的轴向推力和径向推力较小，所以初步确定轴承类型选择深沟球轴承。轴承代号为61802。
基本尺寸：mm 5mm 24mm 15B D d ⨯⨯=⨯⨯ 安装尺寸：m m 3.0m m 22m m 17r D d max a max a min a ⨯⨯=⨯⨯
(2) 轴的总体设计：
将轴分为两个部分，一个是传动轴，另外一个是固定轴。传动轴起到传递扭矩作用，带动刀片进行高速旋转，固定轴起到固定支撑刀片作用，防止高速旋转的刀片脱离。图3-1为传动轴的外观结构，在工作中起到传动扭矩带动刀片的作用。如图3-2所示为固定轴的外观结构，起到固定刀具作用。将轴分为传动轴和固定轴两部分有以下优点：1.方便更换刀具，使用固定轴设计能无工具拆装刀具。
2.方便拆装清洗，市面上的粉碎机大多数采用刀具盖、刀具、传动轴的设计，用螺丝把刀具固定死在杯具上，这样的设计缺点在于不易拆装刀片，刀片和杯具轴之间存在很多清理死角，这样的设计不易清洗。因此，家用食品粉碎机本次设计将轴分为传动轴和固定轴两个部分，固定刀具时候不需要采取螺丝固定，拆装刀片也不需要借助工具，大大降低了拆装难度的同时也使得粉碎机更容易清洗。
图3-1 传动轴外观图
图3-2 固定轴外观图
(3) 传动轴设计：
尺寸如图3-3所示，在选定了轴承后可以确定下轴承轴的直径为15mm，根据电机轴可以设计出电机槽的形状，刀具轴与刀具相配合，对刀具传动，通过上述计算的轴最小直径，将刀具轴的直径设计为12mm。根据调查，刀具轴与轴承轴之间的距离设为15mm最为合适，距离太大容易导致粉碎程度不高。
图3-3 传动轴零件图
(4) 固定轴设计：
在设计好了传动轴后可以对固定轴进行设计，固定轴不同于传动轴的地方在于，固定轴仅仅起到固定刀具作用，不传递扭矩。如图3-4所示，轴直径取18mm，下方刀具轴键槽与传动轴刀具轴相连接。上方轴承轴与杯盖上轴承相连接，杯盖轴承与传动轴轴承使用相同型号的深沟球轴承，轴承代号61802，所以轴承轴的直径取15mm。
图3-4 固定轴零件图
3.4 食品粉碎机刀具设计
随着现代科技的进步，一台机器所能胜任的任务也不再单一，粉碎机也不例外。在家庭中存在着各式各样的食物，例如，肉类、蔬菜、大豆、干枣、冰糖、花椒等。刀具的设计上需要根据不同的食品来进行不同的设计，本次设计三种刀具供不同场景使用。刀片要剪切破碎食物，与食物直接接触，刀具的材料上选用食品级的钢材。本次设计选用304不锈钢作为刀具的材料，在生活中这种钢材也多用于制作刀具。
一般的家用食品粉碎机，刀具有效的切削速度为10m/s-100m/s 。通过这个数据，可以设计出刀具的大致半径。假设刀刃上任意一个点与旋转中心的距离为x ，刀刃起始点距离旋转中心距离为r ，刀具终点距离旋转中心距离为R ，刀刃上任意一点的线速度为d v ，刀具的转速为n 。
可以推导出如下的公式：
()R x r x 30000
n x 601000n 2v d ≤≤⋅π=⋅⨯π= （3-4）
式中：
d v -为刀刃上任意一点线速度，单位：m/s
n-为刀具转速，也是电机转速，单位：r/min
x-为刀刃上任意一点到刀具旋转中心的距离，单位：mm
r-为刀刃起始点距离旋转中心距离，单位：mm R-为刀刃终点距离旋转中心距离，单位：mm
(1) 月牙刀具：
月牙刀具主要作用是切割粉碎肉类以及一些具有一定韧性的食物，把刀刃变为月牙弧形可以增加它的刀刃长度，使得切割肉类食物更加省力效率更高。外观结构如图3-5所示，中间孔洞与传动轴的刀具轴相连接，再与固定轴相连接。具体尺寸如图3-6所示，刀片厚度取3mm ，刀刃圆弧半径取60mm ，刀背圆弧半径取70mm ，刀尖部分圆角R3，中间孔洞要与传动轴刀具轴相连接，所以孔洞尺寸应当与传动轴上的刀具轴相匹配。刀刃的起始点距离旋转中心距离为15mm ，刀刃的终点距离旋转中心距离为68.08mm ，通过上述公式(3-4)计算，月牙刀具的刀刃切削速度为16.54m/s-75.09m/s 此速度符合粉碎机刀具有效切削速度10m/s-100m/s 。
