蘋果分揀裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)含11張CAD圖
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蘋果分揀裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),答辯者：XX 指導(dǎo)教師：XX 學(xué)號：XX,中期答辯,目錄,研究背景 總體方案設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 后期安排,研究背景,由于采用流水線自動(dòng)作業(yè)方式，自動(dòng)分揀系統(tǒng)不會受到天氣、時(shí)間、地點(diǎn)、、自然氣候、人的體能等的限制，只需要在電腦上預(yù)先設(shè)置好相關(guān)的分揀參量，就可以連續(xù)自動(dòng)地運(yùn)行，同時(shí)由于自動(dòng)分揀系統(tǒng)單位時(shí)間內(nèi)分揀物體數(shù)量較多，因此自動(dòng)分揀系統(tǒng)的分揀能力和效率是人工手動(dòng)分揀系統(tǒng)所無法相比的。,總體方案設(shè)計(jì),初步設(shè)想通過氣缸推動(dòng)蘋果實(shí)現(xiàn)分揀,總體方案設(shè)計(jì),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu),結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)卸料機(jī)構(gòu),,,,結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分揀機(jī)構(gòu),后期任務(wù),之后的任務(wù)主要是三個(gè)方面 1.細(xì)節(jié)處理 2.生成二維總裝圖及零件圖 3.校核 4.畢業(yè)論文的撰寫,謝謝,,,,
XXX
XXX設(shè)計(jì)說明書
設(shè)計(jì)題目：
蘋果分揀裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué) 院：
年 級：
專 業(yè)：
姓 名：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
20XX年5月10日
摘要
自動(dòng)分揀系統(tǒng)是當(dāng)今工廠生產(chǎn)最為流行的操作模式。相較于傳統(tǒng)的人工分揀，自動(dòng)分揀系統(tǒng)具有許多無可比擬的優(yōu)勢，比如自動(dòng)分揀系統(tǒng)無需大量勞動(dòng)力，僅僅需要一到兩名檢測員即可，相當(dāng)程度的降低勞動(dòng)力成本，并且自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受勞動(dòng)力勞動(dòng)水平，勞動(dòng)壽命影響，可以長期穩(wěn)定地工作，極大地提高了勞動(dòng)效率，使實(shí)際生產(chǎn)有效迅捷，在市場競爭日趨激烈的今天，分揀機(jī)的功能也越來越強(qiáng)大。
在研究了國內(nèi)外關(guān)于自動(dòng)分揀的裝置設(shè)計(jì)下，針對國內(nèi)存在大量人工篩選蘋果，效率低，分揀效果差等現(xiàn)狀，本文研究設(shè)計(jì)了蘋果分揀裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，本文先是調(diào)查了解了市面上蘋果分揀的相關(guān)信息及蘋果的相關(guān)屬性，將蘋果分揀裝置分為卸料裝置設(shè)計(jì)，傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)以及分揀裝置設(shè)計(jì)，并重點(diǎn)考慮了傳動(dòng)裝置的有關(guān)細(xì)節(jié)，比如齒輪，軸，傳送帶等設(shè)計(jì)校核，最后對于計(jì)算機(jī)分揀原理進(jìn)行簡單總結(jié)熟知。
關(guān)鍵詞:蘋果自動(dòng)分揀機(jī)；傳感器；設(shè)計(jì)；液壓與氣壓；機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
Abstract
The automatic sorting system is the most popular mode of operation in today's factories. Compared to traditional manual sorting, the automatic sorting system has many unparalleled advantages. For example, the automatic sorting system does not require a lot of labor, only one or two inspectors are needed, which reduces labor costs to a considerable extent, and automatically The sorting system is not affected by the labor level and labor life, and can work stably for a long time, greatly improving labor efficiency and making the actual production effective and fast. In today's increasingly fierce market competition, the sorter functions more and more powerful. .
Under the design of equipment for automatic sorting at home and abroad, in view of the large number of artificially screened apples in China, the efficiency is low, the sorting effect is poor, etc. This paper studies the design of the apple sorting device structure, this paper first investigates and understands the market. Apple sorting information and Apple's related attributes, the Apple sorting device is divided into unloading device design, transmission design and sorting device design, and the relevant details of the transmission device, such as gears, shafts, conveyor belts, etc., are considered. Design verification, and finally a brief summary of the computer sorting principle.
Key words:Apple automatic sorting machine;sensor; Design; Hydraulic and pneumatic; Mechanical system design
II
目錄
摘要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1 研究背景 1
1.2 蘋果自動(dòng)分揀機(jī)優(yōu)勢 1
1.3 蘋果自動(dòng)分揀機(jī)發(fā)展前景 2
第二章 總體原理設(shè)計(jì) 3
2.1 自動(dòng)分揀系統(tǒng)組成 3
2.2 工作原理分析 3
第三章 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 5
3.1 傳動(dòng)設(shè)計(jì)分析 5
3.2 電動(dòng)機(jī)型號選擇 5
3.3 傳動(dòng)比分配及各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算 6
第四章 各傳動(dòng)零件具體設(shè)計(jì) 8
4.1 普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 8
4.2圓柱開式齒輪設(shè)計(jì) 10
4.3軸的設(shè)計(jì) 13
4.5 氣缸選擇 16
第五章 蘋果分揀原理分析 18
5.1 圖像處理原理分析 18
5.2 圖像的全方位采集和處理 18
5.3 外部品質(zhì)檢測 19
第六章 總體裝配二維圖 20
結(jié)論 21
參考文獻(xiàn) 22
致謝 23
第一章 緒論
1.1 研究背景
自動(dòng)分揀系統(tǒng)是一種新興的自動(dòng)操作系統(tǒng)，該系統(tǒng)現(xiàn)已成為各個(gè)城市大多數(shù)物流中心必不可少的一部分。自動(dòng)分揀是指將待檢測貨物輸送到分揀系統(tǒng)并將其調(diào)配到指定的預(yù)計(jì)位置。其基本原理是根據(jù)檢測系統(tǒng)檢測待測貨物的相關(guān)屬性，然后通過電信號的形式快速傳給分揀裝置實(shí)現(xiàn)分級。自動(dòng)分揀系統(tǒng)大體上分為貨物運(yùn)輸、貨物特征測試、貨物智能分揀裝置和用于分揀和安置的通道這四個(gè)部分。輸送系統(tǒng)將需要分揀的物體輸送到各種檢查通道口和分揀通道口;當(dāng)待分類和檢測的物體通過各種傳感器（例如視覺傳感器，質(zhì)量檢測傳感器等）時(shí)，檢測系統(tǒng)能夠執(zhí)行相關(guān)的檢測工作;分類系統(tǒng)將由檢測系統(tǒng)獲得的電信號發(fā)送到計(jì)算機(jī)以進(jìn)行判斷處理，之后將各種信號直接或間接地發(fā)送到控制分類的執(zhí)行部分。分類原則按照各種分類形式的分類原則（例如尺寸和質(zhì)量）來進(jìn)行分類。
本文設(shè)計(jì)的主題是蘋果分揀裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其分揀系統(tǒng)操作過程可簡要描述如下：移動(dòng)中心每天通過各種運(yùn)輸方式從供應(yīng)商或托運(yùn)人那里收到若干個(gè)蘋果。這些蘋果可以在短時(shí)間內(nèi)卸載，并根據(jù)蘋果的質(zhì)量和大小快速準(zhǔn)確地分類和包裝。將這些蘋果運(yùn)輸?shù)街付ǖ攸c(diǎn)（例如指定的貨架，加工區(qū)域，運(yùn)輸平臺等），要求全程自動(dòng)化，盡可能減少勞動(dòng)力的使用，并且準(zhǔn)確快速的完成篩選。
1.2 蘋果自動(dòng)分揀機(jī)優(yōu)勢
1.2.1 連續(xù)，大批量分揀蘋果
由于分揀機(jī)的自動(dòng)操作，自動(dòng)分揀系統(tǒng)不受天氣，時(shí)間，地點(diǎn)，自然氣候，人體健康等的限制。只需要在計(jì)算機(jī)上預(yù)先設(shè)置相關(guān)的使用參數(shù)，它就可以連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。所以，自動(dòng)分揀系統(tǒng)要比人工手動(dòng)裝置好得多，效率高。例如，世界上目前的自動(dòng)分揀機(jī)可以連續(xù)運(yùn)行超過80小時(shí)，每小時(shí)可以分揀6540件包裝貨物。如果使用人力進(jìn)行分揀，每小時(shí)只能分揀約120件，并且分揀人員在這種較高的勞動(dòng)強(qiáng)度下不能連續(xù)工作超過8小時(shí)。
1.2.2 分揀誤差率極低
蘋果自動(dòng)分揀機(jī)的分揀正確率主要取決于每件貨物之間的間隔大小和自身輸入的分揀信息的尺寸參數(shù)的準(zhǔn)確性。比如氣缸的推拉速度以及頻率。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)的計(jì)算速度已經(jīng)非?？?，反應(yīng)誤差能控制的非常低，并且各種檢測裝置的靈敏度都有很大程度地提高，因此分揀誤差率極低。
1.2.3 分揀作業(yè)基本實(shí)行無人化
采用自動(dòng)分揀系統(tǒng)的原因之一是極大地節(jié)省了勞動(dòng)力和勞動(dòng)成本，由于基本是機(jī)器運(yùn)作，可以有效地保障工人的安全性，并且生產(chǎn)效率也會提高，在當(dāng)今勞動(dòng)力日趨昂貴的今天，自動(dòng)化無人化，往往是公司提高效益最有效的方式。因?yàn)榉謷僮鞅旧聿恍枰蕾囂嗟墓ぷ魅藛T，只是一些特殊工作內(nèi)容需要人工操作：第一，當(dāng)運(yùn)輸工具抵達(dá)自動(dòng)分揀生產(chǎn)線的輸入端口時(shí)，工作人員需要提貨進(jìn)入輸送通道;第二，必要的安全操作需要人員手動(dòng)設(shè)置，例如分揀機(jī)和緊急停止的操作；第三，在分揀系統(tǒng)末端，相關(guān)工作人員需要執(zhí)行收集，裝載，包裝并轉(zhuǎn)移貨物等后續(xù)操作；第四，工作人員需要對自動(dòng)分揀機(jī)進(jìn)行日常管理，維護(hù)和檢查確保機(jī)器能正常運(yùn)作，并且在蘋果分揀機(jī)的自動(dòng)分揀過程中當(dāng)堆疊卡位于分揀區(qū)域和分揀過程中時(shí)，執(zhí)行相應(yīng)的清算和其他操作。例如，面積約10，000平方米的配送中心每天分揀近4萬件物品，并且只需約40名員工即可完成預(yù)定的蘋果分揀內(nèi)容。
1.3 蘋果自動(dòng)分揀機(jī)發(fā)展前景
隨著時(shí)代的不斷更替和科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，市場競爭日趨激烈，產(chǎn)品需求日漸增加。因此，各個(gè)公司迫切需要提高自身生產(chǎn)力，目前，自動(dòng)分揀機(jī)的分揀系統(tǒng)逐漸成為各工廠的主流，主要原因是自動(dòng)分揀機(jī)本身具有無人值守的管理和高效的生產(chǎn)效率這兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)。它分揀輸出地頻率高能長時(shí)間工作，有效地節(jié)省了其他不必要的費(fèi)用。積極有效地提高公司的生產(chǎn)力和整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展利潤，因此在蘋果分揀的生產(chǎn)中，自動(dòng)分揀系統(tǒng)顯得十分重要并且成為一種大趨勢，有較大的研究價(jià)值。
第2章 總體原理設(shè)計(jì)
2.1 自動(dòng)分揀系統(tǒng)組成
自動(dòng)分揀系統(tǒng)通常包括運(yùn)輸裝置，控制測試裝置，分揀裝置和分揀通道?？刂茰y試設(shè)備通常有人員掃描條形碼，鍵盤輸入，掃描顏色代碼，語音識別等的形式，并將分類識別部分輸入計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)使用大量傳感器來識別蘋果的質(zhì)量和大小，接收信號并處理分類信號。最后，將分好類的蘋果運(yùn)輸?shù)街付ǖ呢浳餀冢峙屯康牡亍?
當(dāng)蘋果經(jīng)過分揀通道的檢測口時(shí)，檢測口的檢測裝置會立即識別并采集相應(yīng)數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)傳給電腦，電腦進(jìn)行處理后，再已電信號的方式快速傳給分揀執(zhí)行裝置（即氣缸），不同的信號使不同的氣缸動(dòng)作，完成分揀。因此，該裝置必須具有快速快速動(dòng)作，分類準(zhǔn)確，能量損失低的特點(diǎn)。
蘋果分揀機(jī)的核心部件是分揀輸送帶，輸送帶上有檢測裝置和控制測試裝置以及分揀裝置，檢測裝置用于識別貨物特征，控制測試裝置用于處理特征信息并進(jìn)行反饋。這些裝置都是整個(gè)分揀處理所需的。并且在輸送裝置的兩側(cè)，通常需要連續(xù)地通過多個(gè)不同分類類別的分揀交叉口，以便將分揀的蘋果滑入或推入主輸送機(jī)中以進(jìn)行后續(xù)操作。
分揀交叉口是將分揀的貨物與主輸送機(jī)分開并將貨物分配到指定位置，實(shí)現(xiàn)分級處理，然后分開的貨物由工作人員集中收集，最后裝入倉庫靜置或出廠。
2.2 工作原理分析
圖2-1 分揀三維模型圖
蘋果自動(dòng)分揀模型如圖2-1所示，首先將需要分開的貨物放入蘋果卸料槽中，卸料槽是一個(gè)翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，通過角度的翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)蘋果的下落，通過CCD攝像頭，采集蘋果的全方位圖像，并傳給計(jì)算機(jī)，通過灰度處理，邊緣檢測等圖像預(yù)處理，分析蘋果的大小，質(zhì)量，表面缺陷等特性，最后進(jìn)行品質(zhì)分類，將檢測結(jié)果已電子信號的形式傳導(dǎo)給分揀執(zhí)行機(jī)構(gòu)，即氣缸，不同的結(jié)果將使不同的氣缸動(dòng)作，最終實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分揀。
通過圖像處理技術(shù)，分揀機(jī)將蘋果分成三個(gè)等級，Ⅰ級，Ⅱ級和次級，并分開安置，完成了分揀任務(wù)，具體更詳細(xì)地分類由于時(shí)間原因，暫不做深入研究，只是針對分揀機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)做了相關(guān)的計(jì)算并且對于各類軸、齒輪、聯(lián)軸器等的數(shù)據(jù)尺寸的設(shè)計(jì)。
本文的蘋果自動(dòng)分揀機(jī)的三維模型如圖2-2所示：
圖2-2 三維模擬圖
第3章 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)
3.1 傳動(dòng)設(shè)計(jì)分析
傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)的目的是分析或確定傳動(dòng)方案、選定電動(dòng)機(jī)型號、計(jì)算總傳動(dòng)比并合理分配傳動(dòng)比、計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)，為設(shè)計(jì)計(jì)算各級傳動(dòng)零件和裝配圖設(shè)計(jì)準(zhǔn)備條件。
如圖3-1是蘋果分揀機(jī)的傳動(dòng)方案：電機(jī)通過V帶輪和齒輪實(shí)現(xiàn)二級減速，通過聯(lián)軸器與滾筒相連，使速度滿足運(yùn)輸帶速度要求。其中設(shè)計(jì)需要考慮到各個(gè)部分的功率和轉(zhuǎn)矩，然后根據(jù)其功率轉(zhuǎn)矩確定各零件的尺寸參數(shù)。
圖 3-1 運(yùn)動(dòng)特征示意圖
3.2 電動(dòng)機(jī)型號選擇
電動(dòng)機(jī)的功率主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱條件來決定。蘋果分揀機(jī)由于是比較穩(wěn)定、長期連續(xù)運(yùn)行的機(jī)械，因此只要所選電機(jī)的額定效率大于或等于所需電機(jī)功率即可。另外，在動(dòng)力傳輸過程中，由于存在摩擦力，導(dǎo)致動(dòng)力在各部件之間傳遞的時(shí)候難免會有能量損失，所以電機(jī)的實(shí)際功率必須大于電機(jī)的理論功率。根據(jù)實(shí)際情況可知，傳送帶的有效拉力為1400N，輸送帶線速度為，工作機(jī)的有效功率為 由公式得，電機(jī)所需功率為
式中：——工作機(jī)的有效功率，即工作機(jī)的輸出功率，單位為（kW），由工作機(jī)的工作阻力和運(yùn)動(dòng)參數(shù)確定；
——從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)輸送帶鍵的總效率。
是組成傳動(dòng)裝置到各個(gè)部分運(yùn)動(dòng)副的效率乘積，設(shè)彈性聯(lián)軸器、開式齒輪、滾動(dòng)軸承、V形帶傳動(dòng)、滾筒的傳動(dòng)效率分別表示為 則有：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表9-1得
，，，，
因此總功率
則有電動(dòng)機(jī)所需要的效率為
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》表14-1得，獲取電動(dòng)機(jī)型號如表3-1所示：
表3-1 電機(jī)型號選取
電動(dòng)機(jī)型號
Y90S-6
Y132S-8
Y802-4
Y801-2
轉(zhuǎn)速（r/min）
910
710
1390
2825
電動(dòng)機(jī)功率
0.75
2.2
0.75
0.75
在篩選電機(jī)時(shí)，除了要考慮動(dòng)力需求，還需要考慮經(jīng)濟(jì)成本，對于電機(jī)而言，轉(zhuǎn)速越高的電機(jī)成本越低，尺寸越小，但是由于該分揀機(jī)所需轉(zhuǎn)速不高，因此若選擇較大的轉(zhuǎn)速，則需要較大的傳動(dòng)比的減速裝置，反而增加了使用成本和占地面積，因此綜合考慮選擇Y132S-8系列的速度電機(jī)作為本機(jī)構(gòu)的電源輸入。
可得電機(jī)轉(zhuǎn)速為，功率為。
3.3 傳動(dòng)比分配及各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
考慮傳動(dòng)比分配的原則可得參考各項(xiàng)傳動(dòng)比：
表3-2傳動(dòng)比分配
傳動(dòng)類型
i的推薦值
圓柱齒輪傳動(dòng)
開式
3~5
閉式
4~7
v形帶傳動(dòng)
2~4
取 V 帶的傳動(dòng)比i1=3；圓柱齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比（開式）i2=4；
3.3.1 各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算
電機(jī)軸
Ⅰ軸
Ⅱ軸
滾筒軸
3.3.2 各軸輸入功率計(jì)算
電機(jī)軸
Ⅰ軸
Ⅱ軸
滾筒軸
3.3.3 各軸輸入轉(zhuǎn)矩計(jì)算
根據(jù)轉(zhuǎn)矩公式：
設(shè)T1、T2、T3、T4分別為為電動(dòng)機(jī)、V 帶傳動(dòng)、開式齒輪、滾筒的輸入轉(zhuǎn)矩，則有：
第4章 各傳動(dòng)零件具體設(shè)計(jì)
4.1 普通V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
4.1.1 計(jì)算功率Pc
由，根據(jù)V帶傳動(dòng)工作平穩(wěn)，無較大沖擊并且工作時(shí)長為10h~16h/天，屬于輕型運(yùn)輸機(jī)且電機(jī)轉(zhuǎn)速滿足710r/min?600r/min，可以得出工況系數(shù)KA=1.1，則：
4.1.2 V 帶型號及帶輪直徑選擇
根據(jù)計(jì)算功率Pca與小帶輪轉(zhuǎn)速n1兩個(gè)參數(shù)，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖8-11初選帶型
d1是Z型曲線，取
d2是A型曲線，取
4.1.3 確定中心距a0和帶長Ld
由公式0.7(d1+d2)￡a0￡2(d1+d2) 知
確定V帶帶長Ld
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》V帶尺寸數(shù)據(jù)，如表4-1所示：
表4-1 V帶的基準(zhǔn)長度系列及長度系數(shù)KL
基準(zhǔn)長度Ld mm
型號
Y
Z
A
400
0.96
0.87
560
0.94
710
0.99
0.83
900
1.03
0.87
取V帶Ld=710mm
由公式可得中心距a0及其變化范圍：
，
4.1.4 驗(yàn)算小帶輪上的包角
滿足要求，包角為172.45°。
4.1.5 確定普通V帶根數(shù)Z
V帶根數(shù)可由公式計(jì)算：（為了使各根V帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜過多，一般少于十根。）
由公式 并且已知Z型帶的可得
選擇V帶的根數(shù)為3根。
4.1.6 帶輪的尺寸
常用的帶輪材料為HT150或HT200并且根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑和帶輪轉(zhuǎn)速等已知條件，可以確定帶輪的相關(guān)參數(shù)，如圖4-1所示，是大v帶輪尺寸二維圖。
圖4-1 大v帶輪尺寸圖
圖4-1 大v帶輪二維圖
4.2圓柱開式齒輪計(jì)算
4.2.1 選擇齒輪的材料、熱處理方式和精度等級
材料的選擇需要考慮工作條件和尺寸大小，傳動(dòng)用齒輪工作環(huán)境良好，速度也不太高，因此小齒輪由40Cr鋼制成。熱處理采用調(diào)質(zhì)處理表面淬火，由于分揀機(jī)屬于一般機(jī)械，精度一般，選用8級精度。
4.2.2 按輪齒的強(qiáng)度計(jì)算初步確定齒數(shù)參數(shù)
輪齒的強(qiáng)度計(jì)算公式為：
（4-1）
①試選載荷系數(shù)
②計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩
③由表4-2查詢齒寬系數(shù)
表4-2 齒寬系數(shù)表
齒輪相對軸承的位置
兩輪的齒面硬度＜350HBS
兩輪齒面硬度＞350HBS
對稱分布
0.8~1.4
0.4~0.9
取齒寬系數(shù)
④取，則，取
⑤查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5得出齒形系數(shù)
，
⑥查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5得出應(yīng)力校正系數(shù)
，
⑦許用彎曲應(yīng)力由式
彎曲疲勞極限
取，取安全系數(shù)
由得小齒輪與大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)分別為：
；
彎曲疲勞壽命系數(shù)
綜上，由（4-1）可得
4.2.3 確定傳動(dòng)尺寸
①計(jì)算圓周速度
②計(jì)算載荷系數(shù)K
（4-2）
由于電動(dòng)機(jī)均勻平穩(wěn)，有輕微沖擊力知
由v=0.3648ms，7級精度，由圖10-8得
由表10-3得
考慮齒輪為7級精度，取
因此，由（4-2）得
③修正計(jì)算
取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2
④計(jì)算中心距
⑤計(jì)算大、小齒輪的分度圓直徑
⑥計(jì)算齒輪寬度
圓整后取；
4.2.4 校核齒面接觸疲勞強(qiáng)度
齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校驗(yàn)公式為：
式中各參數(shù)為：
①Kt、T1、d、d1值與齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算參數(shù)一致
②
③查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6得
④許用接觸應(yīng)力 計(jì)算
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本表6-14得接觸疲勞極限
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本圖6-16得接觸疲勞壽命系數(shù)
，取安全系數(shù)，則
由于，故滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度。
4.2.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖3-2 小齒輪尺寸圖
4.3軸的設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)使軸的各部分具有合理的形狀和尺寸，既要滿足受力合理、強(qiáng)度合理的要求，又要保證軸由良好的使用性能，使軸上的零件定位可靠，固定可靠，裝拆方便。初步計(jì)算是先計(jì)算出受力能力最弱的最小直徑d，然后再根據(jù)軸所承載零件依次增大尺寸，形成階梯軸，其軸徑的初步估算為：
①按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初估軸徑：
（4-3）
——軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力；
T ——軸所傳遞的扭矩；
WT ——軸的抗扭截面系數(shù)；
P ——軸傳遞的功率；
n ——軸的轉(zhuǎn)速；
[tT ] ——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。
由（4-3）可得軸的直徑：
（4-4）
表4-3 軸材料表（摘取）
軸的材料
Q235、20
35
45
40G、35SiMn
A0
149~126
135~112
126~103
112~97
選取軸的材料為 45 鋼，所以A0=100
帶入各個(gè)參數(shù)，可知
由于軸上鍵槽的存在會削弱軸的強(qiáng)度，一個(gè)鍵槽存在存在于軸承上時(shí)，軸徑應(yīng)相應(yīng)增大 5%；兩個(gè)鍵槽存在于軸承上時(shí)，軸徑應(yīng)相應(yīng)增大 10%。
②按經(jīng)驗(yàn)公式估算軸徑
對于一般減速器高速級輸入軸，可按照，D是電動(dòng)機(jī)的軸徑，相應(yīng)各級低速軸的最小直徑可按照同級齒輪中心距a估算，。
對于所設(shè)計(jì)的蘋果自動(dòng)分揀機(jī)，設(shè)計(jì)軸的尺寸的在于圓柱開式齒輪的軸的設(shè)計(jì)（類似減速箱）所以圓柱開式齒輪的小齒輪，即分度圓半徑為d1 =40mm的齒輪，dmin 取與 V 帶輪槽同樣的直徑，即 dmin =19mm。
③結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
傳動(dòng)設(shè)計(jì)中一共有兩根軸，一根高速軸，軸上有大V帶輪以及小齒輪另一根低速軸，則有一個(gè)大齒輪并通過聯(lián)軸器與滾筒相連。如圖3-3是各齒輪軸二維尺寸圖。
圖3-3（a） 大齒輪軸二維圖
-
4.4 聯(lián)軸器、滾筒及鍵的選擇
4.4.1 聯(lián)軸器
聯(lián)軸器的選擇首先計(jì)算聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，按軸上的最大轉(zhuǎn)矩作為計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca
其次需要校核最大轉(zhuǎn)速n不應(yīng)超過所選聯(lián)軸器允許的最高轉(zhuǎn)速nmax，并且協(xié)調(diào)軸孔直徑，考慮聯(lián)軸器的直徑范圍包含有齒輪軸的直徑。
已知與聯(lián)軸器相連的軸徑為18mm，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)》表13-4查閱得知，可以選擇公稱轉(zhuǎn)矩T為112N·m的剛性聯(lián)軸器，選用GY3型聯(lián)軸器。
4.4.1 滾筒
根據(jù)聯(lián)軸器和被連接軸的直徑可知，滾筒軸的連接直徑為，滾筒直徑與輸送帶的拉伸應(yīng)力有關(guān)，其原則是當(dāng)輸送帶的拉伸應(yīng)力大時(shí)，附加的彎曲應(yīng)力就應(yīng)該小一些可以選用較大的滾筒直徑；相反，當(dāng)拉伸應(yīng)力小時(shí)，允許稍大一些的彎曲應(yīng)力，可以選用較小的滾筒直徑。由于實(shí)際傳輸帶所承受的應(yīng)力不大，根據(jù)實(shí)際情況經(jīng)驗(yàn)分析，將滾筒的輸送直徑設(shè)為。
4.4.2 鍵
鍵的選擇包括類型選擇和尺寸選擇。由于是傳動(dòng)平穩(wěn)的普通軸，因此只需要考慮擠壓產(chǎn)生的失效形式，選擇平鍵連接并且需要強(qiáng)度校核，而鍵的尺寸選擇一般按符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)件來選擇。其主要尺寸為其截面尺寸（）與長度L。L一般根據(jù)輪轂的長度來決定（優(yōu)先序列），而截面尺寸則根據(jù)軸徑大小來決定。以小齒輪所在軸的鍵為例該軸直徑為18mm，長度為40mm，查閱普通平鍵可以選出對應(yīng)的鍵。
4.5 氣缸選擇
該蘋果分揀裝置的分揀運(yùn)動(dòng)為氣缸活塞伸縮運(yùn)動(dòng)，當(dāng)傳感器識別到相應(yīng)蘋果大小時(shí)，通過plc控制對應(yīng)氣缸運(yùn)動(dòng)，由于所推物件為蘋果，質(zhì)量體積都不大，因此選擇較小行程的氣缸即可。根據(jù)氣缸的靜壓特性等基礎(chǔ)理論，選出合適的氣缸。
4.5.1 氣缸靜壓特性分析
氣缸理論輸出推力：
氣缸實(shí)際輸出推力：
式中：
F- -氣缸的推力（N）；
R- -摩擦力（N）；
m--活塞等運(yùn)動(dòng)部件的質(zhì)量（kg）；
P1,P2--進(jìn)氣側(cè)和排氣側(cè)壓縮空氣壓力（PMa）；
a- -活塞運(yùn)動(dòng)加速度（m/s2）
氣缸效率：氣缸實(shí)際推力和理論推力比值
圖3-7 氣缸效率曲線
由實(shí)驗(yàn)可知，氣缸效率取決于:密封種類、內(nèi)表面和活塞桿加工、潤滑狀況、運(yùn)動(dòng)速度、排氣側(cè)壓力、外載荷、管道狀況
4.5.2 氣缸選型
選擇單作用氣缸，而對于缸徑
（1） 根據(jù)負(fù)載狀況：確定氣缸的軸向負(fù)載力F
（2） 根據(jù)負(fù)載狀況：預(yù)選氣缸的負(fù)載率
（3） 計(jì)算理論輸出力：
根據(jù)氣源供氣條件，確定氣缸的使用壓力P，P應(yīng)小于減壓閥入口壓力的85%。對單作用氣缸，預(yù)設(shè)桿徑與缸徑之比d/D=0.5，雙作用缸預(yù)選d/D=0.3-0.4。根據(jù)氣缸的理論輸出公式可以得到D。
經(jīng)查閱選擇SC-32*80-S-LB氣缸
氣缸內(nèi)徑為32毫米，標(biāo)準(zhǔn)行程為80mm，具體參數(shù)見圖3-7。
圖4-7 氣缸尺寸圖
第五章 蘋果分揀原理分析
5.1 圖像處理原理分析
本設(shè)計(jì)采用Matlab軟件的圖像處理功能和模糊算法對采集的蘋果圖像進(jìn)行處理和分析。其中主要有以下幾個(gè)步驟：
1) 蘋果動(dòng)態(tài)圖像的采集，在分揀通道的檢驗(yàn)口兩側(cè)和頂部分別安裝攝像頭，獲取蘋果的立體信息。
2) 蘋果大小尺寸的檢測：處理大量收集的蘋果圖像信息，形成一個(gè)龐大的數(shù)據(jù)庫。再根據(jù)單目傳感器來確定質(zhì)心三維坐標(biāo)后計(jì)算最大果實(shí)直徑。
3) 蘋果表面顏色的檢測：蘋果表面比色檢測使用RGB顏色模型和HIS顏色模型。進(jìn)行顏色分級。由于蘋果和分揀裝置的顏色形成明顯的色差，蘋果的顏色為目標(biāo)色彩，而分揀裝置則被稱為背景顏色。
4) 蘋果表面常見缺陷的識別與測量：蘋果表面缺陷對于蘋果自動(dòng)分揀一直是一個(gè)難點(diǎn)，因此表面缺陷檢測本文采用特征提取來求其缺陷面積。根據(jù)它的缺陷面積來判定蘋果優(yōu)劣等級。獲取有關(guān)信息之后，用模糊計(jì)算方法來確定蘋果質(zhì)量等級。
本分揀系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線如下：1)采集圖像。采集數(shù)據(jù)所需的傳感器由單目CCD攝像頭，圖像采集卡和燈箱組成。2)圖像預(yù)處理。包括圖象點(diǎn)運(yùn)算，圖象的幾何變換，濾波，形態(tài)學(xué)開運(yùn)算和閉運(yùn)算，邊緣檢測，圖像分割等。3)尺寸檢測。對蘋果的尺寸檢測完成之后，根據(jù)蘋果圖象數(shù)據(jù)庫來對比其各個(gè)的尺寸，在尺寸分類上做出第一類分揀。4)顏色檢測。利用RGB對蘋果進(jìn)行色澤上的第二類分揀。5)缺陷檢測。在這個(gè)過程中，需要利用特征提取的方法進(jìn)行檢測。然后，執(zhí)行填充，并確定該區(qū)域，并且使用圖像中的區(qū)域的比率作為區(qū)分的基礎(chǔ)。6)分級處理。通過模糊算法進(jìn)行綜合分級。
5.2 圖像的全方位采集和處理
圖像采集是一種基于實(shí)時(shí)的在線檢測，是需要快速采集的一種處理方式。圖像采集裝置是整個(gè)圖像采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為采摘環(huán)境提供了一定的條件。主要包括單目CDD攝像頭，光源，黑匣子和分揀平臺。它需要滿足的要求為：燈光必須是均勻的；設(shè)置背景需要一；并且背景顏色應(yīng)滿足圖像處理的要求。圖像的空間域圖象增強(qiáng)主要對原始圖像進(jìn)行空間域?yàn)V波，執(zhí)行平滑處理，灰度校正，圖象銳化，圖像增強(qiáng)，幾何校正，噪聲濾波，形態(tài)學(xué)的開運(yùn)算和閉運(yùn)算，信息變換和邊緣檢測。
5.3 外部品質(zhì)檢測
蘋果外觀質(zhì)量的優(yōu)劣主要由大小、形狀、顏色和表面缺陷等決定。它是蘋果分級的最為重要的標(biāo)準(zhǔn)。蘋果分揀的項(xiàng)目包括：蘋果尺寸（即最大橫徑），蘋果顏色檢測（即色彩度對比）和蘋果表面缺陷識別和檢測（即是否蘋果表面由缺陷為殘次品）。
蘋果質(zhì)量的主要指標(biāo)是由蘋果尺寸來衡量的，包括大小、周長、直徑等。其中最明顯的就是測量直徑，可以通過測量質(zhì)心來估算直徑，例如通過邊界信息來獲取質(zhì)心以求得直徑。
蘋果表面顏色檢測：蘋果的表面色澤間接反映了蘋果內(nèi)部的品質(zhì)和成熟度．蘋果的顏色分級標(biāo)準(zhǔn)也傾向用色度來表示，首先進(jìn)行圖像分割，得到RGB圖像。然后應(yīng)用轉(zhuǎn)化公式將蘋果顏色的RGB模型轉(zhuǎn)化為HIS模型．計(jì)算各像素的色度值H。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中只取分級較明顯的H 值來判定。
對于蘋果表面的缺陷。其檢測流程分為：讀取蘋果實(shí)體圖像，讀取灰度圖像，進(jìn)行直方圖調(diào)整，進(jìn)行形態(tài)學(xué)開運(yùn)算和閉運(yùn)算，進(jìn)行特征提取，進(jìn)行中值濾波，最終為邊緣檢測和缺陷確定。
綜上，根據(jù)各項(xiàng)指標(biāo)，將蘋果品質(zhì)分為三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：分別為Ⅰ級，Ⅱ級，次級。
19
第六章 總體裝配二維圖
將各個(gè)部件裝配生成如圖6-1的總裝圖：
圖6-1 總體裝配二維圖
該機(jī)構(gòu)分為三個(gè)部分：翻轉(zhuǎn)裝置，動(dòng)力傳動(dòng)裝置以及分揀裝置。翻轉(zhuǎn)裝置用于將貨物放入分揀機(jī)構(gòu)，其核心零部件是活塞裝置，動(dòng)作使軸旋轉(zhuǎn)從而使支撐竿翻轉(zhuǎn)一定角度；
動(dòng)力傳動(dòng)裝置為整體機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力，動(dòng)力由電機(jī)經(jīng)過v帶和齒輪傳動(dòng)減速，提供給皮帶動(dòng)力；分揀裝置則執(zhí)行分揀任務(wù)，有執(zhí)行裝置氣缸，分揀通道等組成。
結(jié)論
本論文的名稱是蘋果分揀裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。本裝置是一款適用于蘋果的自動(dòng)分揀和收集裝置。待分揀蘋果置于卸料板，通過翻轉(zhuǎn)裝置使蘋果挨個(gè)進(jìn)入分揀通道，經(jīng)圖像采集裝置傳給電腦蘋果屬性，根據(jù)相應(yīng)數(shù)據(jù)將信號傳給氣缸，使對應(yīng)氣缸運(yùn)動(dòng)將蘋果分類。通過設(shè)計(jì)，完成了蘋果自動(dòng)分揀機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)尺寸，型號，形狀和定位的計(jì)算和驗(yàn)證。還有氣缸的篩選，翻轉(zhuǎn)裝置的尺寸設(shè)計(jì)，并且對于分揀原理有了一定的了解。但是，本課題的設(shè)計(jì)還有待進(jìn)一步的改進(jìn)：在排序?qū)ο蠓矫嬖黾铀姆诸?在分揀設(shè)施中，增加自動(dòng)裝載，自動(dòng)包裝，自動(dòng)存儲和存儲以及將物品自動(dòng)分揀到分揀機(jī)中。優(yōu)化之后，相信能應(yīng)用于實(shí)際的生產(chǎn)生活中。
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致謝
四年的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)瞬即逝，雖然學(xué)習(xí)知識尚淺，但經(jīng)過大半年的努力，我的畢業(yè)論文還是順利完成了，本研究和論文是在我的導(dǎo)師畢永利的指導(dǎo)和耐心下完成的。在畢老師的指導(dǎo)幫助下，我從一開始的不知所措到漸漸的有自己的思路和流程，并且無論多晚我提出的問題，他總能及時(shí)地給與我答案，非常感激畢老師能耐心地幫助我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。您在工作指導(dǎo)中是如此嚴(yán)謹(jǐn)，知識淵博，思想開闊，內(nèi)容深刻。在這里請您接受我誠摯的謝意!其次，對于這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我覺得收獲頗豐，感謝學(xué)院能給與我們足夠的資源去完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，相信這次設(shè)計(jì)對我日后的工作學(xué)習(xí)會有莫大的幫助。最后，我要向在論文完成期間關(guān)心和幫助我的同學(xué)和朋友表示衷心的感謝，不論是專業(yè)知識方面的互補(bǔ)學(xué)習(xí)，還是生活中的互幫互助，我的朋友們都讓我的畢業(yè)設(shè)計(jì)之旅變得順利許多！
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