家庭用果蔬榨汁机设计说明书

2023年4月23日发(作者：2022年最火的农村别墅)

目录

摘要 ............................................................................................................................................... 2

Abstract .......................................................................................................................................... 3

第一章 绪论 ............................................................................................................................... 4

1.1 论文概述 ........................................................................................................................ 4

1.2 选题背景 ........................................................................................................................ 4

1.3 榨汁机国内外发展现状 ................................................................................................ 5

1.3 本文研究内容 ................................................................................................................ 7

第二章 榨汁机原理介绍 ........................................................................................................... 9

2.1 榨汁机分类 .................................................................................................................... 9

2.2 家庭用离心式果蔬榨汁机原理 ................................................................................... 11

2.3 榨汁机使用注意事项 .................................................................................................. 13

2.4 本章小结 ...................................................................................................................... 13

第三章 榨汁机机构设计 ......................................................................................................... 14

3.1 榨汁机选购方法 .......................................................................................................... 14

3.2 载荷受力分析 .............................................................................................................. 14

3.3 齿轮设计 .................................................................................................................... 17

3.4、电机选型计算 ............................................................................................................ 22

3.5、轴的设计 .................................................................................................................... 23

3.6、螺栓校核计算 ............................................................................................................ 28

第四章 果蔬榨汁机三维建模 ................................................................................................. 31

4.1 SolidWorks三维建模技术 ............................................................................................ 31

4.2 果蔬榨汁机三维建模 ................................................................................................ 31

4.3果蔬机装配 ................................................................................................................... 46

4.4 本章小结 ...................................................................................................................... 50

参考文献 ..................................................................................................................................... 51

致谢 ............................................................................................................................................. 52

1

摘要

随着现代生活步伐的加快，健康问题已经成为了人们关注的焦点，各种健

康知识更是成为了茶余饭后的话题，其中鲜果汁更是被越来越多人所了解。每

天早晨喝一杯鲜果汁或蔬菜果汁，有增加活力及稳定血压等功效，特别是老人

小孩，单单吃水果既不容易消化，更不容易吸收。几乎所有蔬菜果汁皆有帮助

排便的功能，有习惯性便秘的人最适合用蔬菜果汁来调整体质。现在的家居生

活都讲求时尚简单，如果说低碳成为了节能减排的代名词的话，那么家电绝对

是低碳的先行者，因为家居生活所用到的燃气和电能都是消耗比较大的，所以

一些低能耗的产品受到欢迎。

本文所设计的自动化离心式水果榨汁机，主要包括齿轮机构的设计，轴的

安装及校核，轴承的选型计算，载荷的确定，总体的布局以及电机进行选型，

最后废料回收装置以及出汁口进行设计。，根据设计参数，针对工作中存在的情

况，进行了关键部件的选型设计以及校核，最后根据理论参数，对离心水果榨

汁机进行三维建模。

关键词: 榨汁机 、结构设计、三维建模、复杂性

2

Abstract

With the development of modern, health issues have become the focus of

attention, all kinds of health knowledge is becoming a topic of gossip, the fresh fruit

juice is known by more and more people. Drink a cup of fresh fruit or vegetable

juice every morning, increased activity and stable blood pressure and other functions,

especially the old people and children, just eat fruit is not easy to digest, but not easy

to absorb. Almost all vegetable juice has help defecation function, there habitual

constipation person most suitable for vegetable juice to adjust physique. Now Home

Furnishing life all about fashion simple, if low carbon has become synonymous with

energy saving and emission reduction of words, then the appliance is absolutely is a

forerunner of low carbon, because the use of Home Furnishing life gas and electric

energy consumption is relatively large, so some low energy consumption products

welcomed.

In this paper, the design of automatic centrifugal fruit juicer, mainly including

the design of the gear mechanism, installation and check of shaft, and bearing

selection calculation, the determination of load, the overall layout and selection of

motor, finally the waste recycling equipment and design of juice.

Keywords：juicer the structure design 3d modeling and complexity

3

第一章 绪论

1.1 论文概述

目前榨汁机的消费群体主要有两类：一类是有孩子或老人的家庭，孩子容

易挑食而老人牙齿不好，自己榨果汁可以满足他们摄入足够的营养；另一类是

追求时尚及生活品位的年轻人，榨 汁机满足了他们崇尚个性口味的需求。随着

生活质量的提高，消费者的心态由最基本的生活 需要开始向营养健康的品味生

活过渡，这为榨汁机更加普及提供了可能。而无论是榨汁机还是食品处理器，

目前都处于市场的导入期，对于大多数消费者而言还是奢侈品，企业如何引导

消费者的消费观念至关重要。中国榨汁机市场目前仍处于导入期，一方面因为

榨汁机进入中国市场较晚，而更主要的原 因是国内消费水平还较低，消费者还

没有形成饮用鲜榨果汁的消费习惯。榨汁机作为新型小 家电产品，普及率还不

高。传统型小家电虽已普及，但新型小家电仍未被消费者普遍接受，目前仍是

一种生活品味和生活时尚的代表。对于新型小家电来说，应该具有较大的发展

空间。

1.2 选题背景

21世纪人们对生活的质量不断的提高，对健康和营养的食品要求也就越来

越高，特别是2008年奶粉事件和免检产品国家取消以后，很多人对购买的食品

都不够放心，经过市场调查表明，现代的人们都形成了自制食品是最安全最卫

生这样的观念，同时也享受到生活中的乐趣。每天一杯新鲜的果汁既填补营养

也缓解了你一天辛辛苦苦的劳累。果汁不仅能增强您的体质更能让您生命长寿。

特别是小孩老人，单单吃水果既不容易消化更吸收不到营养。在近几年来，各

个领域的高级白领家庭当中已经陆陆续续出现了榨汁机，随着消费者观念不断

4

的改变，榨汁机将会成为人们每一家庭中必用的饮品食具，所以此类产品将隐

藏着巨大的市场份额和发展前景。

1.3 榨汁机国内外发展现状

随着果蔬品种的增多和产量的扩大以及广大群众生活水平的普遍提高，人

们在消费果蔬时又有新趋势，即喜欢饮用纯果蔬汁。目前市上虽然出售桃汁、

苹果汁、草莓汁之类的果蔬汁，但一来价格高，二来不新鲜，三来有些厂家添

加其他成分，不太纯，没有现榨现饮方便、刺激。同时随着消费形式的不断改

变和市场经济的需求，一些家庭及个体经营者急盼多功能的小型果蔬榨汁机，

并有以下要求：一是功能要齐全、形式上家庭为手工或半自动，个体经营者为

全自动，自动出渣，自动过滤，清洗及操作方便；二是质量要可靠，服务要到

位，产量上要有不同机型，可供多种选择，结构上要严谨、制造材料要防锈、

防腐、一些重要易损配件要易配些，同时服务要方便，零配件供应要及时；三

是价格要适宜、销售点要拓宽到市县区域，不能只限制在省城及一些重要城市，

生产经销厂家要多做宣传和现场展示活动。

据资料显示：在发达国家家庭中与人们日常生活接触最为密切的厨房系列小家

电像搅拌机、榨汁机、豆浆机、加湿机等新型小家电产品的拥有率已经达到80%

以上而我国还不到10%，可以说：我国小家电正处于成长初期，大有潜力可挖，

市场容量巨大，据专业人士预测小家电行业蕴藏着3500多亿元的市场。

发达国家生产水果加工机械历史长，基础工业强，技术水平先进，用高新技术

装备提高了生产率降低了能源消耗，增加了得率，减少了废弃物，保持了食品

营养成分和风味，提高了食品品质。

随着经济的不断发展我国市场上也出现了各式各样的榨汁机，但大部分采用的

设计理论、设计手段、设计方法、制造技术和检测手段落后；无论是从内在质

量还是外观设计都远远不如发达国家。此外，国内许多原材料、基础件质量不

5

稳定，直接影响了产品的整体质量。而且我国生产的水果榨汁机用于工业生产

果汁的比较多，家庭实用型的却很少，且从性价比方面考虑也不是很让消费者

满意，更主要的是我国目前使用的水果榨汁机通用性差、出汁率低，清汁果肉

含量多。因此，要求出汁率高、果汁清家庭实用型榨汁机的研究与开发很受广

大消费者的欢迎。

图1-1 榨汁机实物图

市场处于导人期同咖啡机、面包机、煮蛋器这些西式小家电一样，榨汁机

相对传统的生活必需品而言，更多的价值体现在人们对精致生活的追求上。榨

汁机的价格普遍高于200元，一些知名品牌则要在500元左右，因此在中国市

场一直都没有得到广泛普及。东菱凯琴董事长助理潘卫东透露，东菱早在上世

纪90年代中期就开始生产榨汁机，由于当时国内市场需求较少，几乎都是贴牌

6

出口。直到2000年左右，国内榨汁机市场初具雏形，东菱才开始开拓国内市场。

资料显示，目前发达国家平均每户家庭拥有小家电产品超过40种，而在中国的

一级城市中，平均每户家庭拥有的小家电数量也不超过5种，且一般多为热水

器、吹风机这类生活必需品，榨汁机、咖啡机等“情趣产品”的占有率则更低。

苏泊尔有关负责人透露，目前榨汁机在中国家庭中普及率大约只有5％。潘卫

东说，中国榨汁机市场目前仍处于导入期，一方面因为榨汁机进入中国市场较

晚，而更主要的原因是国内消费水平还较低，消费者还没有形成饮用鲜榨果汁

的消费习惯。另一专业小家电品牌ACA2003年进入中国市场的，据了解，ACA

在中国的主打产品是电烤箱，榨汁机所占份额相对较小，并且目前以出口为主。

由于电烤箱的销售旺季在秋冬季节，榨汁机则刚好弥补了企业夏季产品销售的

不足。产品性能中国化“西方消费者普遍喜好功能单一而体积较大的产品，而

中国消费者则倾向于选择集多种功能于一体且小巧的产品。”潘卫东说 “为了

迎合消费者的需求，大多数企业的产品都是融合了榨汁、搅拌、碾磨等功能为

一体的综合食品处理器，生产纯榨汁机的企业并不多。” 我们在卖场里看到，

只有飞利浦的榨汁机全部为单榨功能的产品，其他几个品牌的产品，如苏泊尔，

九阳、龙的，都是附带几个杯体的多功能食品处理器。销售人员透露：“一般消

费者使用较多的功能是打豆浆和搅肉馅，单纯为了榨果汁的消费者很少。”然而

多功能处理器的刀片更容易磨损，使用寿命要远低于单纯的榨汁机。

1.3 本文研究内容

（1）根据毕业设计任务书提出的设计要求，查阅、收集和整理与设计内容

相关的中、外文献资料，调研国内外榨汁机工作原理以及发展现状，找出其设

计的不足并在本次设计中加以改进。

（2）根据调研结果，针对当前比较流行的榨汁机进行分析比较，综合各个

结构的特点，设计榨汁机的构型方案。

7

（3）根据设计方案，对轴承、电动机、减速机、齿轮座、连接轴、刀具进

行选型计算，并进行应力校核。

（4）根据设计方案，采用三维软件solidwork对榨汁机进行三维建模。

8

第二章 榨汁机原理介绍

2.1 榨汁机分类

一、 单功能榨汁机（又称果汁机）

功能解析：做纯果汁。启动机器以后，电机带动刀网高速旋转。把水果蔬菜从

加料口推向刀网，刀网的尖刺将果菜削碎，在刀网高速运转所产生的离心力的

作用下，果渣飞出刀网进入渣盒，而果汁穿出刀网流入果汁杯。

优点：在电动食品加工机械里面，只有这种机械才能制造出纯果汁。要喝纯果

汁的朋友一定要认准购买[10]。

缺点：功能单一，除了做纯果汁以外其他基本都不能做。

深度解析：按存渣方式分，榨汁机有内置式果渣盒和分离式果渣盒两种。内置

式果渣盒的优点是结构简单，清洗方便而分离式果渣盒的优点是适合大量做果

汁的家庭。这样便于在制作的过程中随时倾倒果渣，而无需打开榨汁机。

按档位设置分，榨汁机有无档位和多档位两种。无档位的榨汁机只有开和

停两种开关状态，优点是操作简单，特别适合老人、小孩和不喜欢复杂操作的

人士使用。而多档位的榨汁机一般有低速、高速、点动三档。多档位榨汁机适

合对操作灵活性有很高要求的人士使用[11]。

二、 搅拌机

用电机带动刀片高速旋转以达到搅拌、粉碎、切割食物目的的机器统称为食物

搅拌机。市面上的搅拌机大多数是 合 搅拌机，包括：一个豆浆杯、一个研磨

杯、一个绞肉杯。也有少量产品是合搅拌机，比 合 的少一个功能模块，消费

者在选购的时候一定要向店家询问清楚[12]。

功能解析：打豆浆。把适量干豆用清水浸泡 小时后，倒入装好滤网的豆浆杯中，

加水至豆浆杯的最大水量刻度线以下的合适位置，启动机器，开始粉碎。清水

迅速变为白色混浊，并浓度越来越高、研磨。家里经常会有需要研磨的时候，

9

如常用的调料花椒面、辣椒面等，也有某些菜品的辅料，如做粉蒸肉需要的米

粉，做朝鲜打糕或四川糍粑所需的黄豆面，都需要用到搅拌机的研磨功能。可

以说，研磨功能为在家里制作更专业的美食提供了可能[13]。绞肉。搅拌机的

绞肉功能一般适合绞少量碎肉，用于做丸子、饺子馅等食品。水果搅拌。水果

搅拌是消费者关注的一个搅拌机的重要功能，也是消费者容易混淆的一个功能。

许多搅拌机都打出了榨汁机的招牌，再次，本人要提醒读者，的搅拌机都是无

法做出纯果汁的。搅拌机对水果的处理主要有两种方式：第一种是使用豆浆杯，

把水果放入豆浆杯网罩里，加入水、牛奶或其它饮料作为溶液，启动搅拌机进

行搅拌[14]。这种方式可以把水果的果汁溶入到溶液里，得到混合果汁，并且

可以用豆浆杯网罩分离大部分果渣；第二种是直接把水果放入豆浆杯，不使用

网罩，加入加入水、牛奶或其它饮料作为溶液，启动搅拌机进行搅拌。这种方

式可以把果果汁、果渣和溶液一起混合，得到一杯混合水果饮品。介绍搅拌机

中的后起之秀奶昔机奶昔机也是搅拌机家族中的一名成员，只不过它在设计上

面比别的搅拌机更强调对水果的搅拌功能。前面搅拌机功能解析的第 点介绍了

搅拌机的水果搅拌功能，但大多数的普通搅拌机由于结构上面的原因，水果搅

拌的效果不是特别理想（奇伟有几款搅拌机例外）。而奶昔机就不同，它的搅拌

杯又叫做奶昔杯，在结构上具备如下特点：

封闭式的杯体。优势：防止食物在搅拌市溢出，即便在奶昔机倾倒的情况

下，也不影响工作；由下而上口径逐渐收窄，有利于食物在杯体里面的翻滚，

以达到更好的搅拌效果。劣势：封闭的杯体容量都只能做得比较小，如果用户

对食物搅拌的量要求比较大则不适合[15]。

奶昔杯内壁设计了足够高度的翻滚条，在搅拌的过程中，食物在杯体内高速旋

转，碰到翻滚条后改变运动方向，形成翻滚。理论和实践证明，只有在形成翻

滚的情况下，才能够实现更快的水果搅拌速度和更高的搅拌质量，搅拌出来的

水果饮品，口感细腻，犹如滑脂[16]。

现在市面上的奶昔机还有两个特点，是和其它的搅拌机、榨汁机相区别的。一

10

是奶昔机的无开关设计，插上电源后，把搅拌杯对准主机按下、扣紧，奶昔机

就开始运转。完成以后，再拧动搅拌杯推出，奶昔机就停止工作，没有任何可

见开关，操作简便；二是奶昔杯的防摔功能，即便是摔打奶昔杯，也很难摔坏。

但笔者认为，此两点只是厂家销售产品时的卖点而已，实际意义不大，更不能

作为奶昔机的标准[17]。

三、 多功能榨汁 搅拌机

多功能榨汁 搅拌机是集合了榨汁机和搅拌机的功能的食品加工机械。从结构上

来讲，多功能榨汁 搅拌机就是由一个单功能的榨汁机，再加上豆浆杯、研磨杯

和绞肉杯（也有把研磨杯和搅肉杯的功能合 为 做成一个研磨 绞肉杯的），这

就是很多品牌讲的 合 榨汁 搅拌机或 合 榨汁搅拌机。其实，能够实现的功能

都是一样的，就是前面笔者介绍过的榨汁机和搅拌机的对应功能。

所以，在家用食品加工机械里面来说，多功能榨汁 搅拌机的功能是最全面的，

整体来说，价位也是最贵的。但是最全并不代表最好，只有根据自己的实际需

要，选择最适合的食品加工机械，才称得上是最好的。希望这篇文章，能够为

准备购买家用食品加工机械的朋友们，提供必要的参考。

生机料理机跟果菜榨汁机的不同之处就是生机料理机有附滤网，因此他可以将

一般人不喜欢喝到的渣渣除去大部分，但是却又不完全滤除，因此可以获得一

些纤维质，而果汁机就只有将蔬果打碎成汁的功能，许多人都会用其他的方式

将渣渣除去，比较起来较费时不方便。简单的说，我用生机料理机做一杯豆浆，

从生豆到打成汁、加糖煮沸只需要5~8分钟即可完成，但是倘若你要用果汁机

做豆浆，可能要花上双倍的时间。

2.2 家庭用离心式果蔬榨汁机原理

家庭用离心式果蔬榨汁机主要由机体、电机、圆柱直齿轮、输出轴、刀具、

滤网、顶盖以及出液口和排渣口等零部件组成，本次设计的家庭用果蔬榨汁机

11

总体设计方案如下图所示。

图2-1 家庭用果蔬机结构示意图

工作原理：首先将电机启动，电机输出轴上面连接圆柱直齿轮，通过直齿

轮传动，将动力传给转轴，转轴两端设有轴颈，便于轴承的安装，轴承上下两

端各有定位槽，转轴上端输出采用正方体，在正方体的上端打有M6的螺纹孔，

用于固定刀架盒滤网，水果通过上方进料口进入，随着刀具的转动将水果粉碎，

果汁不断的被离心力甩出。工作时过滤网与蔬菜、水果直接接触，将果肉、蔬

菜叶子切碎、分离出果汁，较重的果汁通过过滤网周边的细孔甩到周边的果汁

收集器中，出汁后的果肉/叶子较轻，被甩到果渣箱中。

在刀具转动过程中，水果不断的被粉碎，通过滤网不断渗到储汁灌里面，果皮

12

通过离心力，通过离心口被甩出。

2.3 榨汁机使用注意事项

1、榨完果汁后，将榨汁机与电源断开，分离杯桶与主机。先把机器简单清

理一下，不要让机器中的果渣等杂物凝结，这样会给接下来的清洁带来一定的

麻烦。

2、有条件的可将刀头拆卸下来，但次数不宜过于频繁，刀头处容易缠绕水

果及其他食物的纤维或残渣，应先顺着缠绕的方向将残渣拽出，再用水冲洗。

3、家里有废旧的小毛刷或牙刷千万不要丢弃，它们在清理小地方的时候别

具功效，这样清洁的效果更好。

4、如果刀头是用来绞肉的话，将剩下的馒头掰成馒头渣，放入搅拌机进行

搅拌，这样能够有效吸附肉末等，清洁起来比较干净。

5、外观的清洁比较简单，用抹布擦拭即可，切记不能用水冲洗，或者用硬

物刮洗，以免造成表面伤害，底座不能浸入水中，以免电机的绝缘部分被破坏。

2.4 本章小结

本章首先对国内外榨汁机的原理进行了分析，总结调研的结果，对本次家

庭用榨汁机进行了总体结构的构思并给出了设计方案，总体设计方案包括榨汁

机的工作原理、总体结构、关键零部件结构的设计，并且对榨汁机在使用过程

中可能会涉及到的问题以及榨汁机的保养进行了说明。

13

第三章 榨汁机机构设计

3.1 榨汁机选购方法

1. 材质：首选食品级304#不锈钢材质，此种材质磁铁吸不住，耐腐蚀易清洁。

塑料及可被磁铁吸住的不锈铁材质，果汁易被氧化，材料容易被果汁腐蚀、生

锈和产生细菌。

2. 功率：首选大功率榨汁机，推荐800W及以上功率，功率越大，转速越快，

出汁率越高，且大于26000转/分转速的榨汁机，果汁更多。

3. 刀网设计：刀网属于易磨损部件，家电业已经推出具有镀钛涂层的刀网，极

大的提高刀网的硬度和使用寿命。刀网的直径也是一条重要指标，直径大的刀

网能够持续保持出汁率，直径小的刀网易被果汁堵塞，不能持久榨汁。

4. CCC认证：榨汁机属于强制3C认证产品，购买时一定辨别清楚产品是否有

3C认证避免买到劣质产品，带来安全隐患。

5.剥离农药和重金属的功能：这个功能非常重要，所以是一个基本的前提条件。

因为现在农药重金属充斥各种水果蔬菜中。高速型机不仅丢失营养最重要的是

在粉碎纤维时直接把农药重金属物质混入果汁喝入人体了。有人说，我用O3

洗过了，应该没有农药重金属了吧？不对，农药重金属是随着果蔬成长凝结在

纤维上的，你洗的只是表面。可想而知这个基本点是多么重要。

3.2 载荷受力分析

为了能够准确的确定电机转动所需要的扭矩，因此对负载进行参数设计，

通过SolidWorks软件功能得到刀盘的质量为0.272kg。

14

15

图3-1 刀盘惯量参数

本次榨汁机设计的系统比较多，因此以旋转轴系统为例对所需要的传动机

构进行具体设计。

转动惯量，又称惯性距、惯性矩（俗称惯性力距、惯性力矩，易与力矩混

淆），通常以 I 表示，SI 单位为 kg * m2，可说是一个物体对于旋转运动的惯

性。

转动惯量的计算公式为：

lymiri2



若刚体的质量是连续分布的，则转动惯量的计算公式可写成

Ir2dmr2dV





（式中mi表示刚体的某个质元的质量，ri表示该质元到转轴的垂直距离，

由于材料的形状不规则，求积分很难，因此借助SolidWorks表示该处的密度，



软件求出刀具的转动惯量）

刀具绕转动轴的惯量为：

Llma

ZZy

2

1.310gmm

52

设加速时间为0.5s，旋转轴的最大速度为，则平均角加速度为：

10/s











180t

A

103.14

1800.5

0.35rad/s

2

由加速特性产生的力矩为：

ML

1ZZ



1.3100.35

5

510Nm

5

16

摩擦力产生的力矩：

由于果蔬在被切割时会与刀具产生摩擦力，因此摩擦力矩不能忽略，设果

蔬与刀具间的摩擦系数为0.3，挤压力为30N，则摩擦力矩为

Mfr

300.038

1.14Nm

考虑安全系数，此处设安全系数为1.2，则实际负载为

MMM

总

1

0.000051.14

1.14Nm

M1.2M

实

总

1.21.14

1.37Nm

3.3 齿轮设计

已知条件：

设计榨汁机两级直齿圆柱齿轮减速器，输入功率为600w，齿数比u=2，电

机驱动。

1、选择齿轮材料、热处理方法、精度等级、齿数、及齿宽系数

z

1

z

2



d

考虑到该减速器的功率不大，故大、小齿轮都选用45钢调质处理，齿面硬

度分别为220HBS、260HBS，属于软齿面闭式传动，载荷平稳，齿轮速度不高，

初选7级精度，小齿轮齿数，大齿轮齿数，按软齿

z18zuz21836

121

面齿轮非对称安装查表，取齿宽系数



d0.56

设计结果：大、小齿轮均为45钢调质处理，齿面硬度分别为220HBS、

260HBS，7级精度，，，

z18zuz21836

121



d0.56

17

2、按齿面接触疲劳强度设计

3

d2.32

1t

（1）确定公式中各参数

1）载荷系数

K

t

KTZ

1E

u1









du





H

2

试选

K1.5

t

2）小齿轮传递的转矩

T

1

T9.55109.5510Nmm

1

66

1146Nmm

P0.6

n5000

1

3）材料系数

Z

E

查《机械设计手册》得

Z206MPa

E

4）大、小齿轮的接触疲劳强度极限、



Hlim1Hlim2



查《机械设计手册》得



Hlim1

500MPa



Hlim2

450MPa

5）应力循环次数

按照每年工作300天，寿命5年，每天工作0.5h计算

N60njL

11h

6015000130050.5

6.7510

8

18

N

1

u

6.7510

8



2

3.37510

8

N

2

6）接触疲劳寿命系数、

K

HN1

K

HN2

查《机械设计手册》得

K0.60K0.65

HN1HN2

、

7)确定许用接触应力、





H1H2



取安全系数

S1

H





H1HN1Hlim1H

K/S0.6500300MPa





H2HN2Hlim2H

K/S0.65450292.5MPa

（2）设计计算

1）试算小齿轮分度圆直径

d

1t

取=





H1H2



3

d2.32

1t

3

KTZ

1E

u1











du



H

2

则

2.32

1.5114621206





0.562300



2

30.04mm

2）计算圆周速度

v

v7.86m/s



dn

1t1

601000601000

3.1430.045000

3）计算载荷系数

K

19

查《机械设计手册》得使用系数；根据、7级精度，

K1.5

A

v7.86m/s

查《机械设计手册》得动载系数、

K1.1

v

K1.15



则

KKKK1.51.11.151.9

Av



4）校正分度圆直径

d

1

ddK/K30.041.9/1.532.5mm

11tt

33

（3）计算齿轮传动的几何尺寸

1）计算模数

m

md/z32.5/181.81

11

按标准模数取模数

m2mm

2）两轮分度圆直径、

d

1

d

2

dmz21836mm

11

dmz23672mm

22

3）中心距

a

amzz/221836/254mm



12

4）齿宽

b

bbd0.563620mm

12d1



5）齿高

h

h2.25m2.2524.5mm

3、校核齿根弯曲疲劳强度

弯曲疲劳强度计算公式如下



FFFaSa

YY

2KT

1



23



d1

zm

20

（1）确定公式中各参数值

1）大、小齿轮的弯曲疲劳强度极限、



Flim1Flim2



查《机械设计手册》得



Flim1Flim2

240MPa220MPa

、



2）弯曲疲劳寿命系数、

K

FN1

K

FN2

查《机械设计手册》得

K0.88

FN1

、

K0.90

FN2

3）许用弯曲应力、





F1F2





取定弯曲疲劳安全系数，应力修正系数，得

S1.4

F

Y2.0

ST





F1FN1STFlim1F

KY/S2400.882/1.4301.71MPa





F2FN2STFlim2F

KY/S2200.92/1.4282.86MPa

4）齿形系数、和应力修正系数、

YYY

Fa1Sa1Sa2

Y

Fa2

查《机械设计手册》得

Y2.62

Fa1

、

Y2.22

Fa2

Y1.59Y1.77

Sa1Sa2

、

5）计算大小齿轮的与，并加以比较取其中大值

YY/

Fa1Sa1F1





YY/

Fa2Sa2F2





代入公式计算

YY

Fa1Sa1





F1

0.0138

2.621.59

301.71

2.221.77

0.0139

282.86

21

YY

Fa2Sa2





F2

（2）校核计算



F2FaSa

YY2.221.77

11.79MPa





F2

完全疲劳强度足够。

2KT

1

21.91146



d1

zm0.56182

2323

3.4、电机选型计算

电机的选型原则一定满足扭矩、转速、功率要求，同时还要满足惯量匹配，

如果不匹配，会引起系统动态特性，但是在一般的电机计算以及选型中，一般

只考虑电机的功率和扭矩。

经过调研得出输出轴工作时受力

F4.8N

则传动轴所需功率为

PFV/1000

w

4.83.14175000

1000

1.3kW



确定相关件效率

弹性柱销联轴器效率



1



1

0.995

锥齿轮啮合效率



2



2

0.96

圆柱齿轮啮合



3



3

0.97

一对滚动轴承的效率



4

22



4

0.98

电动机-输出轴总效率





0.9950.960.970.980.89

1234

2

2

所需电动机功率为

PP/

电机

W



1.3/0.891.5kW

选用电动机：永磁直流电动机该型电动机系大功率榨汁机中配套的专用驱

动元件，经一定的电磁、结构派生处理也可适用于相应的机械装置中作为驱动

元件。该电动机显著的特点：具有转速精度高，当人在榨汁机上运动时，是一

个冲击负载，该机在这种冲击负载作用下一转不差，保持同步转速，如同在平

地上一样感觉。

3.5、轴的设计

1、选择轴的材料

选取45钢，调制处理，参数如下:

硬度为HBS＝220

抗拉强度极限σB＝650MPa

屈服强度极限σs＝360MPa

弯曲疲劳极限σ－1＝270MPa

剪切疲劳极限τ－1＝155MPa

许用弯应力[σ－1]=60MPa

2、确定输出轴运动和动力参数

（1）确定电机额定功率和满载转速

P

n

1

23

查电机使用说明书得，、

P1.5kW

n8000r/min

1

（2）确定相关件效率

弹性柱销联轴器效率



1



1

0.995

锥齿轮啮合效率



2



2

0.96

圆柱齿轮啮合



3



3

0.97

一对滚动轴承的效率



4



4

0.98

电动机-输出轴总效率





0.9950.960.970.980.89

1234

2

2

（3）输出轴的输入功率

P

3

PP1.50.891.3kW

3



（4）输出轴转速

n

3

nn/i8000/24000r/min

3

（5）输出轴刀具一端的转矩

T

3

T9.5510P/n

3343

6



9.55101.30.98/4000

6

3041Nmm

3、轴的结构设计

24

（1）确定轴上零件的转配方案

具体装配方案见附图。

（2）确定轴的最小轴径

d

min

45钢调质处理，查《机械设计手册》确定C值

C=236

P0.98

dC2361.3

min

n4000

2360.068

16mm

33

单键槽轴径应增大，即增大至16.8-17.12mm

5%7%

取

d17mm

min

（3）各轴端尺寸如下图所示

图3-2 轴零件图

4、输出轴校核

25

作用在齿轮上的力

F63.7N

t

2T

1

21146

d36

tan



23.4NFF

cos



rt

计算支反力

水平方向的ΣM=0，所以

FF

FF

NH2t

.62.2.19.50

，

F

NH2

20N

NH1t

.62.2.42.70

,

F

NH1

43.7N

垂直方向的ΣM=0，有

FF

FFF

NV1r

.62.2.42.70

，

F

NV1

16N

7.3N.62.2.19.50

,

NV2rNV2

26

计算弯矩

水平面的弯矩

MF

垂直面弯矩

CHNH2

L

= =854

2042.7

Nmm

MFL

MFL

合成弯矩

CV1NV12

1619.5312N.mm

CV2NV23

7.342.7311.7Nmm

M

C1

M

C2

22

==909.2

MM

CHCV1

Nmm

22

==909.1

MM

CHCV2

Nmm

根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，可看出C为危险截面，现

将计算出的截面C处的及M的值列于下表：

M、M

VH

按弯扭合成应力校核轴的硬度

进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯距和扭距的截面（即危险截面

C）的强度。根据课本式15－5及上表中的值，并扭转切应力为脉动循环变

应力，取α＝0.6，轴的计算应力



ca





Mc(T)

22



W

0.9(0.61.1)1000

23



d

3

32

2.17MPa

已由前面查得许用弯应力[σ－1]=60Mpa,因，故安全。

[][1]



27

3.6、螺栓校核计算

1、已知条件：

螺栓的s＝730MPa

螺栓的拧紧力矩T=49N.m

2、拧紧力矩：

为了增强螺纹连接的刚性、防松能力及防止受载螺栓的滑动，装配时需要

预紧。

其拧紧扳手力矩T用于克服螺纹副的阻力矩T1及螺母与被连接件支撑面

间的摩擦力矩T2。装配时可用力矩扳手法控制力矩。

公式：T=T1+T2=K** d

F

0

拧紧扳手力矩T=49N.m

其中K为拧紧力矩系数，为预紧力N d为螺纹公称直径mm

摩擦表面状态 K值

有润滑 无润滑

精加工表面

一般工表面

表面氧化

镀锌

F

0

0.12 0.1

0.18-0.21 0.13-0.15

0.24 0.2

0.22 0.18

28

粗加工表面

取K＝0.28，则预紧力

F

0

- 0.26-0.3

＝T/0.28*10*10-3＝17500N

承受预紧力螺栓的强度计算：

螺栓公称应力截面面积As（mm）=58mm2

外螺纹小径d1=8.38mm

外螺纹中径d2=9.03mm

计算直径d3＝8.16mm

螺纹原始三角形高度h=1.29mm

螺纹原始三角形根部厚度b=1.12mm

紧螺栓连接装配时，螺母需要拧紧，在拧紧力矩的作用下，螺栓除受预紧

力F0的拉伸而产生拉伸应力外，还受螺纹摩擦力矩T1的扭转而产生扭切应力，

使螺栓处于拉伸和扭转的复合应力状态下。

螺栓的最大拉伸应力σ1(MPa)。



1

F

0

A

s

=17500N/58*10-6m2=302MPa

剪切应力：





T

W

T

Ftan

0v







16

d

2

2

d

1

3

=0.5=151 MPa



1

根据第四强度理论，螺栓在预紧状态下的计算应力:



ca131.31

22

29

=1.3*302

=392.6 MPa

强度条件：



ca

1.3F

0



4

d

1

2



=392.6730*0.8=584



预紧力的确定原则：

拧紧后螺纹连接件的预紧应力不得超过其材料的屈服极限的80%。



s

30

第四章 果蔬榨汁机三维建模

4.1 SolidWorks三维建模技术

Solidworks软件功能强大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和

技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三

维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的

错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工

程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。

对于熟悉微软的Windows系统的用户，基本上就可以用SolidWorks 来搞

设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设

计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器，

用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用户能在比较短的时间内

完成更多的工作，能够更快地将高质量的产品投放市场。

在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比

较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论：“在基于

Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市场快速

增长的领导者。”

在强大的设计功能和易学易用的操作（包括Windows风格的拖/放、点/击、

剪切/粘贴）协同下，使用SolidWorks ，整个产品设计是可百分之百可编辑的，

零件设计、装配设计和工程图之间的是全相关的。

4.2 果蔬榨汁机三维建模

果蔬榨汁机结构的三维模型如图4.1所示。

31

图4-1 果蔬榨汁机三维模型

电机座零件三维建模步骤如下所述：

1.运用鼠标点击草绘按钮，选取前视基准面绘制草图如下图所示

32

图4-2 绘制草图

2、绘制好该特征的草图之后，点击拉伸按钮进行特征生成，拉伸按

钮里面具有参数选择的功能，可以设置厚度，选取不同类型尺寸的生成，其拉

伸菜单如下图所示。

33

图4-3 拉伸菜单示意图

3.选取给定深度拉伸，选取凸台拉伸菜单里面的

征，如下图所示。

，系统自动生成一拉伸特

34

图4-4 拉伸生成示意图

增加厚度，建模过程如下

4. 运用鼠标点击草绘按钮，选取所示基准面绘制草图如下图所示

35

图4-5 绘制草图

5. 绘制好该特征的草图之后，点击拉伸按钮进行特征生成，拉伸按

钮里面具有参数选择的功能，可以设置厚度，选取不同类型尺寸的生成，其拉

伸菜单如下图所示。

图4-6 拉伸菜单示意图

6. 选取给定深度拉伸，设置深度为8mm，选取凸台拉伸菜单里面的

系统自动生成一拉伸特征，如下图所示。

，

36

图4-7 拉伸生成示意图

7. 运用鼠标点击草绘按钮，选取所示基准面绘制草图如下图所示

图4-8 绘制草图

8. 绘制好该特征的草图之后，点击拉伸按钮进行特征生成，拉伸按

钮里面具有参数选择的功能，可以设置厚度，选取不同类型尺寸的生成，其拉

37

伸菜单如下图所示。

图4-9 拉伸菜单示意图

9. 选取给定深度拉伸，设置深度为85mm，选取凸台拉伸菜单里面的

系统自动生成一拉伸特征，如下图所示。

，

图4-10 拉伸生成示意图

38

10. 运用鼠标点击草绘按钮，选取所示基准面绘制草图如下图所示

图4-11 绘制草图

11. 绘制好该特征的草图之后，点击拉伸按钮进行特征生成，拉伸按

钮里面具有参数选择的功能，可以设置厚度，选取不同类型尺寸的生成，其拉

伸菜单如下图所示。

图4-12 拉伸菜单示意图

39

12. 选取给定深度拉伸，设置深度为10mm，选取凸台拉伸菜单里面的

系统自动生成一拉伸特征，如下图所示。

，

图4-13 拉伸生成示意图

13. 运用鼠标点击草绘按钮，选取所示基准面绘制草图如下图所示

图4-14 草图绘制

40

14. 绘制好该特征的草图之后，点击拉伸按钮进行特征生成，拉伸按

钮里面具有参数选择的功能，可以设置厚度，选取不同类型尺寸的生成，其拉

伸菜单如下图所示。

图4-15 拉伸菜单示意图

15. 选取给定深度拉伸，设置深度为10mm，选取凸台拉伸菜单里面的

系统自动生成一拉伸特征，如下图所示。

，

41

图4-16 拉伸生成示意图

16. 运用鼠标点击草绘按钮，选取所示基准面绘制草图如下图所示

图4-17 草图绘制

17. 绘制好该特征的草图之后，点击拉伸按钮进行特征生成，拉伸按

钮里面具有参数选择的功能，可以设置厚度，选取不同类型尺寸的生成，其拉

伸菜单如下图所示。

42

图4-18 拉伸参数示意图

18. 选取给定深度拉伸，设置深度为12mm，选取凸台拉伸菜单里面的

系统自动生成一拉伸特征，如下图所示。

，

图4-19 拉伸切除特征

43

限于篇幅，其他零件的三维建模不再一一列出，零件设计好之后，将对零

件进行装配。

图4-20 齿轮轴三维模型

图4-21 大齿轮三维模型

44

图4-22 输出轴三维模型

图4-23 深沟球轴承三维模型

45

图4-24 机体三维模型

4.3果蔬机装配

在Solidworks软件里面，配合主要有重合、平行、垂直、相切、同轴心、

锁定、及距离、角度等配合功能，根据具体的配合要求选取不同的配合来完成

机器的装配，使之成为一个装配体。装配的配合界面如下图所示。

46

图4-25 配合界面示意图

根据果蔬机的装配特点，其主要是传动副设计配合，及面与面的重合，因

此需要用到同心及重合等配合方式。

下面将以分解齿轮轴与轴承的装配配合作为重点介绍。

首先在Solidworks软件里面建立装配体组装界面。打开装配体文件夹，具体操作过程

如下：

1、点击新建，里面有文件夹形式的选取，包括零件及按钮，选取装配

体文件，打开装配体界面。

2、点击插入零部件按钮，选取插入分解齿轮轴零件。

3、点击插入零部件按钮，选取插入轴承零件，如下图4-26所示。

47

图4-26 齿轮轴与轴承的插入

4.齿轮轴与轴承的插入已经完成，下面将对两零件进行装配，

选取装配配合

方式，点击同轴心，然后选取两个零件的配合圆柱面进行配合。

图4-27 配合菜单

48

图4-28 同心配合示意图

5. 完成齿轮轴与轴承的同轴心配合之后，下面对两个零件的重合面进

行设计。首先选取重合配合按钮进行装配操作，选取各自的两个重合面，点击

完成，即可生成如下装配示意图。

图4-29 平面重合示意图

至此示例完成，两零件组装完成。各个部件之间的组装都与上述示例相同，

不再赘述，整个装配体装配效果图如下。

49

图4-30 果蔬机装配效果图

4.4 本章小结

采用三维软件SOLIDWORKS对水果榨汁机进行建模，设计了各个关键部件，

最后还设计了其他附属零件，并对其进行了组装，同时对各个部进行建模，最

后将所有的零部件组装在一起，将装配属性中的刚性变成柔性。

50

参考文献

[1]J. Y. Tang†. SNS VACUUM INSTRUMENTATION AND CONTROL

SYSTEM*，In: 8th International Conference on Accelerator & Large Experimental

Physics Control Systems, San Jose, California, 2001.

[2]MSC. Softw are1MSC. ADAM SU sers 'Guide

[3]陈文华,贺青,张旦闻. ADAMS2007 机构设计与分析范例［M］. 北京:机

械工业出版社,2009.

[4]盂少农．机械加工工艺手册[M]．机械工业出版社，1991．

[5] 陈道南，盛汉中.起重机课程设计.[M]北京：冶金工业出版社，1983.

[6] 杨臻,冲击载荷物理仿真理论 [D] 1 西安: 西安交通大学, 2002, 11

[7]张质文．起重机设计手册[M]．北京：中国铁路出版社，1998．

[8] . K. L. Johnson1 接触力学[M ] 1 徐秉业等译.北京:高等教育出版社,

[9] 卢志翀，王国华，日期：2006 会议名称：第七届物流工程学术.

[10] 中华人民共和国国家标准,《起重机设计规范》(GB3811-83), 中国标准

出版社.1984.

[11] 东北工学院<<机械零件设计手册>>编写组,《机械零件设计手册》(第

三版), 冶金工业出版社.1987.

[12] 《机械设计手册》,冶金工业出版社.1996年.

[13] 《现代工程制图》,化学工业出版社.2004年.

[14] 《通用机械》,化学工业出版社.2004年.

[15] 张金平,石世宏,冲击载荷在机械设计中的定量分析[ J]1 机械制造与研

究, 2005, 34( 4) : 63 - 651

[16]孔祥安, 固体接触力学[M] 北京: 中国铁道出版社, 1999, 1371

[17] 李金春著. 论个性化办公空间[J]. 室内设计, 2007, 50-51.

51

致谢

本论文是在导师()教授的悉心指导下完成的，()渊博的知识、对研究严谨的

态度和无私的奉献精神都是学生的楷模，在论文完成之际，谨向恩师表示真诚

的敬意和由衷的感谢，在开题阶段，()指导我如何选题、如何提取论文中的中

心点，在论文的写作过程中，他仔细审阅，指出我论文中的错误和不足，给出

正确的理论指导。()学识渊博，治学严谨，工作兢兢业业，在不知不觉中给予

我深远的影响，并将受益终生。

感谢()等的帮助和指导，是他们不辞辛劳，给我们培训，多次带领我们参

加世界的大型机械展览会，使我在有限的学习时间内专业理论水平大幅度提高，

并将所学的理论知识与实践结合起来。

感谢同学（）等同学的协助和支持。

衷心感谢我的家人对我学习和生活的大力支持，使我能以更多的时间和精

力投入学习和工作中，顺利的完成论文。

对所有给予我关心和支持的亲人和朋友表示深深的谢意!

52