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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題目 滾筒式水果分級機(jī)設(shè)計(jì)
二級學(xué)院 學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化
班 級 班
學(xué)生姓名 學(xué)號
指導(dǎo)教師 職稱
時 間 年月日
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………………2
2 總體方案的擬定…………………………………………………………………………3
2.1 原理分析…………………………………………………………………………3
2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………5
2.3 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的計(jì)算…………………………………………………6
2.4 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算…………………………………………13
3 主要零件的選擇和設(shè)計(jì)………………………………………………………………15
3.1 皮帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………15
3.2 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………17
3.3 滾子鏈傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………20
3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………………21
3.4.1 高速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………21
3.4.2 低速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………24
3.5 軸承的校核……………………………………………………………………27
3.6 鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核…………………………………………………………27
3.7 潤滑與密封……………………………………………………………………28
3.8 主要缺點(diǎn)和有待進(jìn)一步改進(jìn)的地方…………………………………………29
4 結(jié)束語…………………………………………………………………………………29
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………31
致謝……………………………………………………………………………………32
滾筒式水果分級機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué) 生： 指導(dǎo)老師：
摘 要：本文分析了中國國內(nèi)外水果分級分選機(jī)的研究和發(fā)展現(xiàn)狀，對未來進(jìn)行了展望，設(shè)計(jì)出了一種新型水果分級分選機(jī)構(gòu)。該水果分級分選機(jī)是由分級滾筒、傳動機(jī)構(gòu)和電動機(jī)組成。采用電動機(jī)提供動力，通過帶輪傳動機(jī)構(gòu)，將運(yùn)動和動力傳送到直齒圓柱齒輪減速器，然后再通過鏈輪傳動機(jī)構(gòu)，將所需的運(yùn)動和動力傳送至分級滾筒上，從而實(shí)現(xiàn)水果的分選。整個機(jī)構(gòu)簡單且易于操作，便于維護(hù)，提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動強(qiáng)度，為實(shí)現(xiàn)水果加工機(jī)械化與規(guī)?；峁┝饲疤?。
關(guān)鍵詞：水果；形狀；分選機(jī)構(gòu)；分級滾筒；
The design of fruit sorting machine
Students: Wang Tiezhu
Tutor: Wang Liming
Abstract: This paper analyzes the present situation of the Chinese domestic and foreign fruit sorting machine research and development, on the future prospects, we design a new type of fruit sorting mechanism. The fruit sorting machine is composed of grading cylinder, transmission mechanism and a motor. The power provided by a motor, through a belt pulley transmission mechanism, the movement and power is transmitted to the straight tooth cylindrical gear reducer, and then through the chain wheel transmission mechanism, the required movement and power is transmitted to the classification on the drum, thereby we can realize the separation of fruit. The entire mechanism is simple and easy to operate, easy to maintain, improve production efficiency, reduce labor intensity, which help to achieve the fruit processing mechanization and scale and to provide the premise.
Key Words: fruit; shape; the grading mechanism; grading cylinder
1 前言
1.1 選題研究意義
水果分選是水果進(jìn)入流通領(lǐng)域的一個重要環(huán)節(jié)，直接關(guān)系到水果生產(chǎn)的效益。在市場經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)的今天，異地銷售、大宗農(nóng)產(chǎn)品交易和農(nóng)產(chǎn)品國際貿(mào)易等均離不開標(biāo)準(zhǔn)化。而水果分選就是實(shí)現(xiàn)蘋果商品標(biāo)準(zhǔn)化的最基礎(chǔ)的一步。我國是水果生產(chǎn)大國，但絕大部分蘋果來源于農(nóng)村集體和個體種植戶，其品質(zhì)差別很大，加上采摘及運(yùn)輸過程中不同程度的損傷等影響，給水果的分選工作帶來一定的困難。目前蘋果分選工作多由人工完成，缺點(diǎn)是勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)率低且分選精度不穩(wěn)定。采用微機(jī)控制的機(jī)電一體化設(shè)備來代替人工作業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)蘋果分選的自動化，有效地提高分選效率和分選精度。因此，研究開發(fā)水果采后的自動化處理設(shè)備，對蘋果進(jìn)行分級篩選然后銷售或加工。
1.2 國內(nèi)外水果機(jī)械化發(fā)展概況
我國是世界水果生產(chǎn)消費(fèi)大國，但還不是水果加工強(qiáng)國。水果的品質(zhì)還難以完全滿足國內(nèi)外消費(fèi)者的要求，水果市場主要還在國內(nèi)。隨著我國加入WTO，水果生產(chǎn)銷售面臨著激烈的全球市場競爭，因此必須盡快提升我國水果種植和加工的水平，縮短與國外的差距。近幾十年來，我國的水果加工水平提高緩慢，主要是我國的水果機(jī)械加工技術(shù)水平落后造成的。20世紀(jì)50年代以前，我國幾乎沒有食品機(jī)械工業(yè)，更不用說水果加工。水果的生產(chǎn)加工主要以手工操作為主，基本屬于傳統(tǒng)作坊生產(chǎn)方式。僅在沿海一些大城市有少量工業(yè)化生產(chǎn)方式的水果加工廠，所用設(shè)備幾乎是國外設(shè)備。進(jìn)入20世紀(jì)50～70年代，水果加工業(yè)及水果機(jī)械行業(yè)得到一定的發(fā)展，全國各地新建了一大批水果加工工廠。但這樣依然沒有從根本上改變水果加工落后的面貌，這些加工廠尚處于半機(jī)械半手工的生產(chǎn)方式，機(jī)械加工僅用于一些主要的工序中，而其他生產(chǎn)工序仍沿用傳統(tǒng)的手工操作方式。到了20世紀(jì)80年代以后，水果工業(yè)發(fā)展迅速。這得益于80年代以后的改革開放政策。隨著外資的引入，出現(xiàn)很多獨(dú)資、合資等形式的外商水果加工企業(yè)。這些企業(yè)在將先進(jìn)的水果生產(chǎn)技術(shù)引進(jìn)國內(nèi)的同時，也將大量先進(jìn)的水果機(jī)械帶入國內(nèi)。再加上社會對水果加工質(zhì)量、品種、數(shù)量要求的不斷提高，極大地推進(jìn)了我國水果工業(yè)以及水果機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展。通過消化吸收國外先進(jìn)的水果機(jī)械技術(shù)，使我國的水果機(jī)械工業(yè)的發(fā)展水平得到很大提高。20世紀(jì)80年代中期，我國水果工業(yè)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化和自動化。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以后，又進(jìn)行了新一輪的技術(shù)改造工程。在這一輪的技術(shù)改造工程中，許多水果加工廠對設(shè)備進(jìn)行了更新?lián)Q代，或直接引進(jìn)全套的國外先進(jìn)設(shè)備，或采用國內(nèi)廠家消化吸收生產(chǎn)出的新型機(jī)械設(shè)備。經(jīng)過兩輪的技術(shù)改造工程，極大推進(jìn)了我國水果機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，水果機(jī)械工業(yè)現(xiàn)已形成門類齊全、品種配套的產(chǎn)業(yè)，已經(jīng)為機(jī)械工業(yè)中的重要產(chǎn)業(yè)之一。
1.3 國內(nèi)水果機(jī)械化未來發(fā)展方向
水果在中國食品產(chǎn)業(yè)占有重要地位，隨著社會發(fā)展和進(jìn)步，水果不但是人們生活的必需品，而且對經(jīng)濟(jì)起了很好的作用，而水果分選機(jī)是水果生產(chǎn)中的一種主要機(jī)械。
21世紀(jì)，中國將實(shí)現(xiàn)水果生產(chǎn)和加工全程機(jī)械化，以滿足水果生產(chǎn)規(guī)?；?、經(jīng)營產(chǎn)業(yè)化、水果產(chǎn)品多元化、水果質(zhì)量無公害化的要求。水果機(jī)械將集機(jī)、電、液于一體，向智能化、自動化跨越。
1.4 目前國內(nèi)常見的水果分選機(jī)主要有以下幾種類型
目前我國水果業(yè)生產(chǎn)上使用的分選機(jī)類型很多，大小不一。根據(jù)水果檢測指標(biāo)的不同，水果分選機(jī)大致可以分為大小分選機(jī)、重量分選機(jī)、外觀品質(zhì)分選機(jī)和內(nèi)部品質(zhì)分選機(jī)。本課題主要研究的是大小分選機(jī)，而根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，大小分選機(jī)可分為篩子分選機(jī)、回轉(zhuǎn)帶分選機(jī)、輥軸分選機(jī)、滾筒式分選機(jī)。
2 總體方案的擬定
2.1 原理分析
分選機(jī)上的分級裝置的孔眼的大小和形狀必須根椐水果的大小、形狀和產(chǎn)品工藝要求確定。特別注意分級級數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算，提高分選質(zhì)量，以保證后序工序的順利進(jìn)行。水果分選機(jī)是由分選機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和電動機(jī)組成。水果分選時將水果運(yùn)送至進(jìn)料斗，然后流入到分級滾筒或擺動篩中，使水果在滾筒里滾轉(zhuǎn)和移動或在擺動篩中作相對運(yùn)動，并在此過程中通過相應(yīng)的孔流出，以達(dá)到分級目的。
2.1.1 方案選擇
為了實(shí)現(xiàn)預(yù)定的功用，有兩套方案可以實(shí)現(xiàn)：(參見圖1、圖2)
方案一 采用擺動篩式進(jìn)行水果的分選
圖1方案一 示意圖
Fig1 The figure of program 1
方案二 采用滾筒式進(jìn)行水果分選
圖2 方案二 示意圖
Fig2 The figure of program 2
2.1.2 方案的比較
方案一采用擺動篩式來進(jìn)行水果的分選，其機(jī)械振動裝置由皮帶傳動使偏心輪回轉(zhuǎn)，偏心輪帶動曲柄連桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)機(jī)體的直線往返式擺動。擺動篩分選機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝容易；篩面調(diào)整方便，利用率高；以直線往復(fù)擺動為主。振動為輔，對物料損傷少；適用多物料及同一物料多種不同規(guī)格的分級。缺點(diǎn)為：動力平衡困難，噪音大，清洗不方便等。方案二采用滾筒式來進(jìn)行水果的分選，其滾筒由摩擦輪帶動，物料通過料斗流入到滾筒時，在其間滾轉(zhuǎn)和移動，并在此過程中通過相應(yīng)的孔流出，以達(dá)到分級目的。滾動式分選機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡單，分級效率高，工作平穩(wěn)，不存在動力不平衡現(xiàn)象。缺點(diǎn)為：機(jī)器占地面積大，篩面利用率低；由于篩孔調(diào)整困難，對原料的適應(yīng)性差。本課題研究的主要目的是實(shí)現(xiàn)水果生產(chǎn)的規(guī)?；蜋C(jī)械化，而且主要針對單一物料進(jìn)行分級，對水果的損傷情況不做過多要求，故采用方案二比較合理。
2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 總體結(jié)構(gòu)
總體結(jié)構(gòu)分為以下主要部分（如圖3所示）：
進(jìn)料斗、滾筒、收集料斗、機(jī)架、傳動裝置、摩擦輪等。
圖3 水果分選機(jī)結(jié)構(gòu)圖
Fig3 The principle figure of the structure of the fruit sorter
2.2.2 傳動路線
水果分選機(jī)的傳動路線如圖4所示，該機(jī)構(gòu)是通過電動機(jī)驅(qū)動皮帶傳動，將運(yùn)動和動力直齒圓柱齒輪減速器，通過減速器減速后，再由鏈輪傳動機(jī)構(gòu)將運(yùn)動和動力傳遞給摩擦輪，在摩擦輪的帶動下，以實(shí)現(xiàn)對水果的分級。
1.電機(jī) 2.皮帶輪 3.摩擦輪 4.摩擦輪軸 5.單級直齒圓柱齒輪減速器 6.鏈傳動
圖4 水果分選機(jī)的傳動路線
Fig4 The transmission route of the fruit sorter
2.3 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的計(jì)算
2.3.1 滾筒設(shè)計(jì)
考慮到水果大小形狀的差異，將滾筒的分級情況定為6級。在實(shí)際分級中，可以將相鄰的兩級料斗合為一級，以滿足不同分級的需要。現(xiàn)在設(shè)計(jì)采用5節(jié)篩筒，6級分級。
2.3.2 滾筒孔眼總數(shù)的確定
生產(chǎn)能力G可由下式計(jì)算：
G＝ 3600zλm／1000×1000 （2-1）
式中：z為滾筒上的孔眼總數(shù)；G為生產(chǎn)能力；λ為在同一秒內(nèi)從篩孔掉下物料的系數(shù)，因分選機(jī)型和物料性質(zhì)不同而異，滾筒式可取1．0％～2．5％；m為物料的平均質(zhì)量。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求給定的參數(shù)G=12 t/h，m=400g，λ= 2.0％
可求出z =1000×1000G／3600λm =1000×1000×12／3600×0.02×400 =417（個）
2.3.3 滾筒直徑D、長度L以及各級排數(shù)P和各排孔數(shù)Z的確定
在生產(chǎn)能力已知的情況下，通過式（2-1）求取的Z為滾筒上所需的孔數(shù)。但由于各級篩孔孔徑不同而滾筒直徑相同，所以這個總孔數(shù)不能平均分配在各級中，而應(yīng)根據(jù)工藝的要求分成不同直徑的若干級別，再依級數(shù)設(shè)每級排數(shù)以確定同一級每排篩孔數(shù)。若把滾筒展開成平面，則其關(guān)系為
每級孔數(shù)=排數(shù)×每排孔數(shù)
每級長度=（每級篩孔直徑×每排孔數(shù)）＋（篩孔間隙×各排孔數(shù)）
則 滾筒的圓周長度=（排數(shù)×各級孔徑）＋（排數(shù)×孔徑）
理論上，每級的孔數(shù)之和等于總孔數(shù)Z，每級長度之和是所設(shè)計(jì)的滾筒長度，但這樣設(shè)計(jì)計(jì)算各級滾筒的直徑各不相同，無法連接在一起。因此一般取滾筒中直徑較大的一級作為整個滾筒的直徑。
初步確定滾筒直徑和長度后，用D:L=1:4～6進(jìn)行校核，若不在此范圍內(nèi)，就應(yīng)重新調(diào)整每級排數(shù)或孔數(shù)，直至達(dá)到此比例范圍內(nèi)為止。一般若L﹥6D，則可適當(dāng)增加排數(shù)，減少每排孔數(shù)；若L﹤6D，則應(yīng)增加每排孔數(shù)，減少排數(shù)。
現(xiàn)在由分選所需水果的需求，對篩筒孔徑作如下估計(jì)：
表1 篩孔孔徑的參數(shù)
Table 2 the parameter of screen size
篩孔
孔徑長×寬（mm）
孔隙（mm）
粒徑分布比例系數(shù)ai
軸向分布比例系數(shù)bi
第一級
80×40
15
1/8
1/2
第二級
85×45
20
1/2
1/4
第三級
90×50
25
1/4
1/8
第四級
95×55
30
1/8
1/8
第五級
100×60
35
1/8
1/8
2.3.4 各級篩孔數(shù)的計(jì)算
（1）各級篩孔的孔數(shù)
Z1=ai bi Z。 （2-2）
式中：Z1—每個篩孔的個數(shù)，個；
ai—原料粒徑分布比例系數(shù)；
bi—原料沿滾筒軸向分布比例系數(shù)；
Z。—基準(zhǔn)孔數(shù)，個。
（2）基準(zhǔn)孔數(shù)為
Z。=Z/∑ai bi （2-3）
則 Z。=417 /（ 1/8×1/2＋1/2×1/4＋1/4×1/8＋1/8×1/8＋1/8×1/8）=1668（個）
則，可求
Z1=ai bi Z。=1/8×1/2×1668=104
Z2=ai bi Z。=1/2×1/4×1668=209
Z3=ai bi Z。=1/4×1/8×1668=52
Z4=ai bi Z。=1/8×1/8×1668=26
Z5=ai bi Z。=1/8×1/8×1668=26
（3）篩孔排數(shù)與每排孔數(shù)的計(jì)算
已知u = L/D （2-4）
式中：u—長度與直徑之比；
L—滾筒的長度，m；
D—滾筒的直徑，m。
又知滾筒的長度可表示為
L=∑Li =1/P0∑Zi/Ci(di＋ei) （2-5）
式中：P0—基準(zhǔn)排數(shù)，通常以第一級為基準(zhǔn)；
di—各級篩孔的直徑，m；
ei—個級篩孔的孔徑，m；
Ci—篩孔的直徑及間隙對排數(shù)的影響比例系數(shù)。
又知CI= P1／P0 （2-6）
式中：P1—各級篩孔的排數(shù)
因 Si= di＋ei
故 Pi=2πD / Si
則將這些轉(zhuǎn)換式對L=∑Li =1/P0∑Zi/Ci(di＋ei)進(jìn)行化簡，得
L=2πD / Si〔Z1(d1＋e1)2＋Z2(d2＋e2)2＋Z3(d3＋e3)2＋Z4(d4＋e4)2＋Z5(d5＋e5)2〕
又估計(jì)u = L/D=4 則D= 1/4L
則L2=2 / π〔104×(0.080＋0.015)2＋209×(0.085＋0.020)2＋52×(0.090＋0.025)2＋26×(0.095＋0.030)2＋26×(0.100＋0.035)2〕
解得L=2.3 m
則D= 1/4L=0.575 m
則由Pi=2πD / Si ，得
P1=2π×0.575 / (0.080＋0.015)=23
P2=2π×0.575 / (0.085＋0.020)=20
P3=2π×0.575 / (0.090＋0.025)=18
P4=2π×0.575 / (0.095＋0.030)=17
P5=2π×0.575 / (0.100＋0.035)=15
由此可得各級滾筒每排孔數(shù)：
由ZPi=Zi/Pi 可得
ZP1= Z1/P1 = 104／23 =5
ZP2= Z2/P2 = 209／20 =10
ZP3= Z3/P3 = 52／18 =3
ZP4= Z4/P4 = 26／17 =2
ZP5= Z5/P5 = 26／15 =2
經(jīng)圓整后，各級滾筒每排的孔數(shù)為：
ZP1=4 ZP2=7 ZP3=3 ZP4=3 ZP5=2
（4）滾筒直徑的確定
各級滾筒的周長為
li = /2 (di＋ei)Pi （2-7）
l1 = √3/2 (d1＋e1)P1=/2 (0.080＋0.015)×23=1.892 m
l2 = √3/2 (d2＋e2)P2=/2 (0.085＋0.020)×20=1.819 m
l3 = √3/2 (d3＋e3)P3=/2 (0.090＋0.025)×18=1.793 m
l4 = √3/2 (d4＋e4)P4=/2 (0.095＋0.030)×17=1.840 m
l5 = √3/2 (d5＋e5)P5=/2 (0.100＋0.035)×15=1.754 m
各級計(jì)算周長中，最長的作為整個滾筒的周長，則l=1.892 m。
（5）篩孔間隙修正
因?yàn)楦骷売?jì)算周長與確定的滾筒軸長l存在差值，則按下式修正：
ei=2l/ Pi－di （2-8）
則 e1 =2×1.892/×23－0.080 =0.015
e2 =2×1.892/×20－0.085 =0.024
e3 =2×1.892/×18－0.090 =0.031
e4 =2×1.892/×17－0.095 =0.034
e5 =2×1.892/×15－0.100 =0.046
（6）滾筒直徑
D=l/π （2-9）
則 D=1.892/π=0.60 m
（7）長徑比驗(yàn)算
總長度的確定，應(yīng)將各級的一側(cè)邊緣尺寸fi計(jì)入，因此
L=∑Li＋∑fi （2-10）
又知 fi= Si ／2=1/2(di＋ei) （2-11）
則滾筒的長度為
L=∑ZPi(di＋ei)＋1/2∑(di＋ei) （2-12）
則 L=∑ZPi(di＋ei)＋1/2∑(di＋ei) （2-13）
L=〔4×(0.080＋0.015)＋7×(0.085＋0.020)＋3×(0.090＋0.025)＋3×(0.095＋0.030)＋2×(0.100＋0.035) 〕＋1/2〔(0.080＋0.015)＋(0.085＋0.020)＋(0.090＋0.025)＋(0.095＋0.030)＋(0.100＋0.035)〕=2.393 m
將計(jì)算出的滾筒長度和直徑代入長徑比公式中進(jìn)行驗(yàn)算，若不超過規(guī)定長度比的5％，則可確定長度和直徑；否則要重新進(jìn)行校正。
由計(jì)算知 D=0.60 m L=2.393 m
則u = L/D=2.393/0.60=3.99
規(guī)定的u = L/D=4 則相差值為4-3.99=0.01＜5％，符合要求。
故可確定滾筒 D=0.60 m L=2.393 m
2.3.5 轉(zhuǎn)速n及水平傾角a的確定
滾筒的轉(zhuǎn)速影響分級效率及生產(chǎn)能力，而滾筒的轉(zhuǎn)速取決于直徑。滾筒一般呈傾斜放置，則通常轉(zhuǎn)速可由以下公式確定：
n = 12～14 /√R （2-14）
則由前面滾筒尺寸參數(shù)計(jì)算中，知D=0.60 m，根據(jù)公式可得本設(shè)計(jì)中的轉(zhuǎn)速范圍
n = 12～14 /√R=12～14 /√0.60=15～18 r/min
又考慮滾筒的轉(zhuǎn)速一般為10～15 r/min，一般不超過30 r/min。在結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，最終確定滾筒的轉(zhuǎn)速n=18 r/min。
由上式可知，n與√R成反比，即滾筒直徑越大，其轉(zhuǎn)速越小。
而滾筒的傾角a與滾筒的長度有關(guān)，一般約為3 o～5 o，長的滾筒取小值，短的取大值。本設(shè)計(jì)中滾筒的長度為L=2.393 m，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)的需要，取a=4 o。
2.3.6 滾輪和摩擦輪
滾輪和摩擦輪工作時，滾圈的動力是由摩擦輪與之摩擦所產(chǎn)生的，她們是一對相對運(yùn)動的部件。通常為了維修及更換零件的方便，在設(shè)計(jì)上，摩擦輪所選擇的材料要比滾圈耐磨性差，以便把磨損落在摩擦輪上。摩擦輪和滾圈的結(jié)構(gòu)如圖5所示。
滾圈的常用材料為Q235、Q255、40號碳素鋼。摩擦輪的材料常為HT250、HT200等。這里取滾圈的材料為Q235，摩擦輪的材料為HT200。
摩擦輪的寬度b一般比滾圈寬度B大30～40 mm，以補(bǔ)償筒體熱脹冷縮和軸向竄動的需要，經(jīng)計(jì)算摩擦輪外徑為d=375 mm，寬度為90 mm（由與滾圈寬60 mm關(guān)系式計(jì)算得出）。
1.滾筒 2.摩擦輪 3.滾圈
圖5 摩擦輪與滾圈
Fig5 The friction wheel and the rolling ring
2.3.7 功率計(jì)算
對于摩擦輪傳動式，其功率可用下式計(jì)算：
P=Rn(m1＋13m2)g/60η （2-15）
式中：P—滾筒轉(zhuǎn)動所需要的電動機(jī)功率，W；
R—滾筒內(nèi)半徑，m；
n—滾筒轉(zhuǎn)速，r/min；
m1—滾筒本身質(zhì)量，kg；
m2—滾筒內(nèi)原料質(zhì)量，kg；
η—傳動效率，一般取0.6～0.7。本設(shè)計(jì)中取η=0.6。
m2=πR2Lr1Φ （2-16）
式中：L—滾筒的長度，m；
r1—物料的密度，kg/m3；
Φ—物料在滾筒中的填充系數(shù)，一般為0.05～0.10。
在本設(shè)計(jì)中，所涉及的滾筒用來篩選水果，按其平均質(zhì)量和半徑，估算出物料密度1.2×103 kg/m3，填充系數(shù)選取Φ=0.07，則
m2=πR2Lr1Φ=3.14×﹙（0.60-0.002×2）/2﹚2×2.393×1.2×103×0.07=56 kg
將以上結(jié)果代入滾筒轉(zhuǎn)動時所需的電動機(jī)功率P的計(jì)算公式中：
P=Rn(m1＋13m2)g/60η
=﹙（0.60-0.002×2）/2﹚×18×(62＋13×56) ×9.81/60×0.6=1155 W
2.3.8 篩孔的設(shè)計(jì)
篩孔是分選機(jī)械的主要工作部分，其優(yōu)劣程度直接影響分級效果。篩孔有正方形、矩形、正三角形等排列。經(jīng)計(jì)算，正三角形排列篩面的有效系數(shù)比正方形排列增加16％，如圖6所示，其有效篩面面積更大，故在設(shè)計(jì)中采取正三角形排列。
圖6 正三角形排列
Fig6 The equilateral triangle arrangement
2.3.9 選擇電動機(jī)
（1）選擇電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式
生產(chǎn)單位一般用三相交流電源，如無特殊要求(如在較大范圍內(nèi)平穩(wěn)地調(diào)速，經(jīng)常起動和反轉(zhuǎn)等)，通常都采用三相交流異步電動機(jī)。我國已制訂統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的Y系列是一般用途的全封閉自扇冷鼠籠型三相異步電動機(jī)，適用于不易燃、不易爆、無腐蝕性氣體和無特殊要求的機(jī)械，如金屬切削機(jī)床、風(fēng)機(jī)、輸送機(jī)、攪拌機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械和食品機(jī)械等。由于Y系列電動機(jī)還具有較好的起動性能，因此也適用于某些對起動轉(zhuǎn)矩有較高要求的機(jī)械(如壓縮機(jī)等)。在經(jīng)常起動，制動和反轉(zhuǎn)的場合，要求電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力大，此時宜選用起重及冶金用的YZ型或YZR型三相異步電動機(jī)。
三相交流異步電動機(jī)根據(jù)其額定功率(指連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)下電機(jī)發(fā)熱不超過許可溫升的最大功率，其數(shù)值標(biāo)在電動機(jī)銘牌上)和滿載轉(zhuǎn)速(指負(fù)荷相當(dāng)于額定功率時的電動機(jī)轉(zhuǎn)速，當(dāng)負(fù)荷減小時，電機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速略有升高，但不會超過同步轉(zhuǎn)速——磁場轉(zhuǎn)速)的不同，具有系列型號。為適應(yīng)不同的安裝需要，同一類型的電動機(jī)結(jié)構(gòu)又制成若干種安裝形式。各型號電動機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)(如額定功率、滿載轉(zhuǎn)速、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比、最大轉(zhuǎn)矩與額定轉(zhuǎn)矩之比等)、外形及安裝尺寸可查閱產(chǎn)品目錄或有關(guān)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊。
按已知的工作要求和條件，選用Y型全封閉籠型三相異步電動機(jī)。
（2）選擇電動機(jī)類型的功率
由前面設(shè)計(jì)計(jì)算已知，工作機(jī)所需的電動機(jī)輸出功率為
P工作輸出=1.155 KW
電動機(jī)至運(yùn)輸帶之間的總效率為
η總=η皮帶η齒輪η3滾動軸承η鏈輪η2摩擦輪
=0.96×0.97×0.993×0.96×0.902
=0.703
所以電動機(jī)的輸入功率為
P電動機(jī)輸入= P工作輸出/η總
=1.155/0.703
=1.64 kW
（3）初選同步轉(zhuǎn)速為750 r/min的電動機(jī)
由P電動機(jī)輸入≤P電動機(jī)額定，故根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》表12-1，選擇電動機(jī)型號為Y132S-8，其額定功率為2.2 KW，滿載轉(zhuǎn)速為710 r/min，即
P電動機(jī)額定=2.2 kW
n電動機(jī)額定=710 r/min
2.4 傳動裝置的運(yùn)動和動力參數(shù)的計(jì)算
2.4.1 各傳動裝置的總傳動比及各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算的計(jì)算
分配各級傳動比時應(yīng)考慮的問題：
（1）各級傳動比機(jī)構(gòu)的傳動比應(yīng)在推薦值的范圍內(nèi)，不應(yīng)超過最大值，已利于發(fā)揮其性能，并使其結(jié)構(gòu)緊湊。
（2）應(yīng)使各級傳動的結(jié)構(gòu)尺寸協(xié)調(diào)、勻稱。例如：由V帶傳動和齒輪傳動組成的傳動裝置，V帶傳動的傳動比不能過大，否則會使大帶輪半徑超過變速器的中心高，造成尺寸不協(xié)調(diào)，并給機(jī)座設(shè)計(jì)和安裝帶來困難。
（3）應(yīng)使傳動裝置外廓尺寸緊湊，重量輕。在相同的總中心距和總傳動比情況下，
具有較小的外廓尺寸。
（4）在變速器實(shí)際中常使各級大齒輪直徑相近，使大齒輪有相近的侵油深度。高、
低速兩極大齒輪直徑相近，且低速級大齒輪直徑稍大，其侵油深度也稍深些有利于侵油潤滑。
（5）應(yīng)避免傳動零件之間發(fā)生干涉碰撞。高速級大齒輪與低速軸發(fā)生干涉，當(dāng)高速級傳動比過大時就可能產(chǎn)生這種情況。除考慮上訴幾點(diǎn)還要理論聯(lián)系實(shí)際，思考機(jī)器的工作環(huán)境、安裝等特殊因素。這樣我們就可以通過實(shí)測與理論計(jì)算來分配各級的傳動比了。
電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速為710 r/min, 要求的輸出為18r/min，則總的傳動比為：
nm / n=710/18≈39.44
V帶傳動比常用范圍i≤7；
圓柱齒輪傳動單級減速器傳動比的范圍i≤4～6；
鏈傳動傳動比的范圍i≤6；
摩擦輪傳動傳動比的范圍i≤5。
故設(shè)計(jì)分配傳動比如下：
第一級V帶傳動比 i1=3；
第二級齒輪傳動傳動比 i2=4；
第三級鏈傳動傳動比 i3=2；
第二級摩擦輪傳動傳動比 i4=1.6。
電動機(jī)軸為0軸，減速器高速軸為1軸，低速軸為2軸，摩擦輪軸為3軸，各軸轉(zhuǎn)速為：
n0= nw=710 r/min
n1= n0/ i1=710/3=237 r/min
n2= n1/ i2=237/4=59 r/min
n3= n2/ i3=59/2=30 r/min
n4= n3/ i4=30/1.6=18 r/min
2.4.2 各軸輸入功率的計(jì)算
機(jī)械效率分布如下：V帶傳動η1=0.96；滾動軸承η2=0.99；圓柱齒輪傳動η3=0.97；鏈傳動η4=0.96；摩擦輪傳動η5=0.90。各軸輸入功率按電動機(jī)額定功率計(jì)算，各軸輸入功率即：
P0 = PW = 2.2 kW
P1 = P0η1=2.2×0.96=2.11 kW
P2 = P1η2η3=2.11×0.99×0.97=2.03 kW
P3 = P2η4 =2.03×0.96=1.95 kW
P4 = P3η2η5=1.95×0.99×0.90=1.74 kW
2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
T0 = 9550 P0/ n0=9550×2.2/710 =29.59 N·m
T1 = 9550 P1/ n1=9550×2.11/237 =85.02 N·m
T2 = 9550 P2/ n2=9550×2.03/59 =325.58 N·m
T3 = 9550 P3/ n3=9550×1.95/30 =620.75 N·m
3 主要零件的選擇和設(shè)計(jì)
3.1 皮帶傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)設(shè)計(jì)可知皮帶輪傳動比為3，因傳動速度較快，處于高速端，故采用帶傳動來提高傳動的平穩(wěn)性。并旋轉(zhuǎn)方向一致 ，帶輪的傳動是通過帶與帶輪之間的摩擦來實(shí)現(xiàn)的。帶傳動具有傳動平穩(wěn)，造價低廉以及緩沖吸振等特點(diǎn)。根據(jù)槽面摩擦原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動較平帶傳動能產(chǎn)生更大的摩擦力。再加上V帶傳動允許傳動比較大，結(jié)構(gòu)較緊湊，以及V帶以標(biāo)準(zhǔn)化并且大量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)，所以這里高速軸傳動選用V帶傳動。
3.1.1 確定計(jì)算功率 Pca
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-7 查得工作情況系數(shù)K A =1.1 故 Pca = K A P = 1.1×2.2=2.42 kW
3.1.2 選擇V帶的帶型
根據(jù)Pca=2.42 KW,小帶輪轉(zhuǎn)速n1=710r/min,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖8-11選用A型。
3.1.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd并驗(yàn)算帶速v
（1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-6和表8-8，取基準(zhǔn)直徑dd1=140 mm。
（2）驗(yàn)算帶速v
按式v=πdd1 n1/60×1000驗(yàn)算帶的速度
v =πdd1 n1/60×1000
=π×140 ×710/60×1000
= 5.20 m/s
因?yàn)? m/s
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