曾有鑫 李金寬 羅飆

摘 要：本文提出一種新型榨汁機(jī)刀盤，利用三維繪圖軟件Pro/E建立該新型榨汁機(jī)刀盤的三維模型，并運(yùn)用有限元分析軟件ANSYS Workbench對(duì)該新型榨汁機(jī)刀盤進(jìn)行有限元分析，得出不同載荷下的整體變形云圖和等效應(yīng)力云圖。結(jié)果表明，榨汁機(jī)刀盤的最大變形發(fā)生在與安裝孔對(duì)應(yīng)的邊緣刀片的外緣，應(yīng)力較大部分集中在安裝孔周圍，為高效率榨汁機(jī)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化提供參考。

關(guān)鍵詞：刀盤；榨汁機(jī)；ANSYS Workbench；有限元分析

1 前言

近年來(lái)，隨著人們生活水平的普遍提高，對(duì)自身身體健康越來(lái)越重視，對(duì)飲食營(yíng)養(yǎng)均衡性的要求越來(lái)越高，更加注重對(duì)果蔬類營(yíng)養(yǎng)的攝取，人們更喜歡新鮮而可口的純果汁[1]，榨汁機(jī)不僅能夠給人們提供豐富多樣的果蔬營(yíng)養(yǎng)，并且為人們帶來(lái)了自制食品飲料的樂(lè)趣[2]。

目前市場(chǎng)上的榨汁機(jī)種類繁多，刀盤式榨汁機(jī)由于果汁與果肉纖維保留完整而受到市場(chǎng)青睞[3]。傳統(tǒng)榨汁機(jī)的刀盤在工作時(shí)果料無(wú)法充分粉碎，導(dǎo)致出汁率不高，效率低，而且還影響果汁的口感。針對(duì)傳統(tǒng)榨汁機(jī)刀盤的不足，筆者提出了一種新型榨汁機(jī)刀盤[4]。本文對(duì)該榨汁機(jī)刀盤進(jìn)行有限元分析，得出不同載荷下的整體變形云圖和等效應(yīng)力云圖，為生產(chǎn)高效率的榨汁機(jī)提供參考。

2 榨汁機(jī)刀盤的工作原理

利用三維繪圖軟件Pro/E[5]建立該榨汁機(jī)刀盤的三維模型，如圖1所示。該榨汁機(jī)刀盤包括共同的刀盤本體、刀片和細(xì)齒刀片，其中刀片均勻分布在刀盤本體外緣，刀片與刀盤本體在二者連接處形成30°扭角，細(xì)齒刀片附著在刀盤本體表面。

3 榨汁機(jī)刀盤有限元分析模型

將Pro/E建立的該榨汁機(jī)刀盤的三維模型導(dǎo)入ANSYS Workbench[6]中，建立刀盤的有限元模型，如圖2所示。定義刀盤的材料為不銹鋼，其材料性能：彈性模量E=193，密度ρ=7.85×10-3 kg/mm3，泊松比μ=0.29。網(wǎng)格劃分時(shí)采用ANSYS Workbench板殼單元Shell 63對(duì)刀盤進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，設(shè)置網(wǎng)格尺寸為3 mm。邊界條件為對(duì)刀盤安裝孔內(nèi)側(cè)節(jié)點(diǎn)施加全約束。

4 榨汁機(jī)刀盤有限元分析

利用ANSYS Workbench對(duì)榨汁機(jī)刀盤進(jìn)行了變形及應(yīng)力分析。榨汁機(jī)刀盤的變形和應(yīng)力云圖如圖所示。當(dāng)施加載荷為250N·m時(shí)的整體變形云圖如圖3（a）所示，榨汁機(jī)刀盤的最大變形值為8.0085×10-4mm，等效應(yīng)力云圖如圖3（b）所示，最大等效應(yīng)力值為10.822Mpa。

當(dāng)施加載荷為350N·m時(shí)，整體變形云圖如圖4（a）所示，榨汁機(jī)刀盤的最大變形值為1.121 2×10-3 mm，等效應(yīng)力云圖如圖4（b）所示，最大等效應(yīng)力值為15.15 Mpa。

當(dāng)施加載荷為450N·m時(shí)，整體變形云圖如圖5（a）所示，榨汁機(jī)刀盤的最大變形值為1.4415×10-3mm，等效應(yīng)力云圖如圖5（b）所示，最大等效應(yīng)力值為19.479Mpa。

5 結(jié)論

（1）從整個(gè)榨汁機(jī)刀盤的整體變形的分布情況可以看出，變形量從刀盤中心向外逐漸增大，且最大變形發(fā)生在與安裝孔對(duì)應(yīng)的邊緣刀片的外緣，且隨著載荷的增大，刀盤的變形量也增大。

（2）從整個(gè)榨汁機(jī)刀盤的等效應(yīng)力的分布情況可以看出，應(yīng)力較大部分集中在安裝孔周圍，在刀盤的外緣和中心位置較?。磺译S著載荷的增大，刀盤上承擔(dān)的應(yīng)力增大。

（3）利用ANSYS Workbench軟件對(duì)榨汁機(jī)刀盤進(jìn)行模擬仿真，得出刀盤承載狀態(tài)下的變形和應(yīng)變分布，從仿真結(jié)果可知材料的許用應(yīng)力滿足要求，結(jié)構(gòu)可靠，為刀盤正常工作提供理論依據(jù)，為設(shè)計(jì)制造高效率榨汁機(jī)提供理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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[3]陳榮，肖桂香，李希宏.基于Fluent的榨汁機(jī)流場(chǎng)模擬及優(yōu)化 [J].機(jī)電技術(shù)，2013，（3）：41.

[4]李金寬.一種果蔬榨汁機(jī)用刀具[P].中國(guó)專利，CN201420707349.4，2014.

[5]Riming Zhong.Pro/ENGINEER Wildfire 5.0 From entry to the master（Second Edition）[M].Machinery Industry Press，2012.

[6]Bing Li.ANSYS Workbench Design，simulation and optimization（Third Edition）[M].Tsinghua University Press，2013.

（作者單位：西華大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院）