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中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院2015屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
中國(guó)地質(zhì)大學(xué)長(zhǎng)城學(xué)院
本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)
題目 蘋(píng)果去皮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
系 別 工程技術(shù)系
專(zhuān) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 王東升
學(xué) 號(hào) 05211618
指導(dǎo)教師 牛博英
職 稱(chēng) 講師
2015 年 04 月 20 日
摘 要
蘋(píng)果去皮是蘋(píng)果進(jìn)行深加工的主要工序之一。目前，蘋(píng)果去皮雖然已經(jīng)開(kāi)始依靠機(jī)械進(jìn)行生產(chǎn)，但勞動(dòng)的強(qiáng)度也比較大、生產(chǎn)效率低下。結(jié)合當(dāng)前對(duì)蘋(píng)果去皮技術(shù)的調(diào)研和分析,在目前技術(shù)和消費(fèi)條件允許的情況下研究和設(shè)計(jì)改造一款操作更加簡(jiǎn)單安全,使用壽命更長(zhǎng)的蘋(píng)果去皮機(jī)，使之生產(chǎn)效率更高,以便于節(jié)省人力資源。本文設(shè)計(jì)了一種基于摩擦原理的小型機(jī)械式蘋(píng)果去皮結(jié)構(gòu)設(shè)備。該設(shè)備主要由電動(dòng)部分、傳動(dòng)部分和存儲(chǔ)部分組成，該系統(tǒng)通過(guò)電動(dòng)機(jī)連接一級(jí)減速器帶動(dòng)滾刷和傳動(dòng)結(jié)構(gòu)摩擦旋轉(zhuǎn)，由進(jìn)料口把物料放入滾筒進(jìn)行工作，通過(guò)卸料口卸出物料，從而達(dá)到對(duì)蘋(píng)果去皮的目的，該設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)現(xiàn)有設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、方案的研究和數(shù)據(jù)的計(jì)算,完成了該蘋(píng)果去皮機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)，通過(guò)蘋(píng)果去皮機(jī)的設(shè)計(jì)主要工作系統(tǒng),這樣蘋(píng)果去皮機(jī)可以更安全,穩(wěn)定和正常運(yùn)行,提高蘋(píng)果去皮過(guò)程的機(jī)械化程度。
關(guān)鍵詞： 蘋(píng)果去皮機(jī)； 摩擦；傳動(dòng)； 去皮
ABSTRACT
The potato skin is one of the main processes, deep processing of potato at present, peel the potatoes have begun to rely on mechanical production, but the production efficiency is low, and the labor intensity is relatively large. Combined with the mechanical knowledge of our university and the potato peeler to master technology, research and design a more simple and safe operation in the current technology and consumption conditions allow, potato peeling machine is longer, the higher production efficiency, in order to save human resources. This paper describes the design of a small friction principle of mechanical equipment based on the potato skin structure. The device is mainly composed of a power part, transmission part and the storage part, when the motor is energized, through a speed reducer drives the rolling brush and transmission structure of friction spinning, and feeding the materials into the cylinder to work, after work is completed, through the discharge port of discharge, so as to achieve the purpose of potato peel the design, calculation and analysis, research and data solutions through the existing equipment data, complete the overall design of the potato peeling mechanism, through the design of the main system of potato peeling machine, such as potato to skin machine can be more secure, stable and normal operation, improve the degree of mechanization of potato peeling process. The design of a reasonable structure, carried out at room temperature, the safe and reliable operation, low energy consumption, low cost, no damage, can protect the good food appearance, high rate of production material.
Key words：The potato peeling machine； Friction； Peel； drive
目 錄
1 緒論 1
1.1 蘋(píng)果加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢(shì) 1
1.2 蘋(píng)果原料加工預(yù)處理工藝流程簡(jiǎn)介 1
1.2.1 蘋(píng)果的分級(jí) 1
1.2.2 蘋(píng)果的清洗 1
1.2.3 蘋(píng)果的去皮 2
2 蘋(píng)果清洗去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2
2.1 工作原理 2
2.2 基本結(jié)構(gòu) 3
2.2.1 去皮機(jī)構(gòu) 3
2.2.2 清洗機(jī)構(gòu) 3
3 撥料盤(pán)和刷輥的設(shè)計(jì) 4
3.1 撥料盤(pán)部件的設(shè)計(jì) 4
3.1.1 螺旋機(jī)輸送量的確定 5
3.1.2 螺旋機(jī)功率的確定 5
3.1.3 螺旋直徑的確定 5
3.1.4 螺旋軸轉(zhuǎn)速的確定 6
3.1.5 螺距的確定 7
3.1.6 物料輸送速度的確定 7
3.2 刷輥部件的設(shè)計(jì) 8
4 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選型 9
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 9
4.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)型式 9
4.1.2 選擇電動(dòng)機(jī)的容量 9
4.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 9
4.2.1 各軸轉(zhuǎn)速 10
4.2.2 各軸輸入功率 10
4.2.3 各軸輸出功率 11
4.2.4 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 11
4.2.5 各軸輸出轉(zhuǎn)矩 11
5 減速器設(shè)計(jì)計(jì)算 12
5.1 齒輪設(shè)計(jì) 12
5.2 減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
5.2.1機(jī)體結(jié)構(gòu) 16
5.2.2鑄鐵減速器機(jī)體的結(jié)構(gòu)尺寸 16
5.3 軸設(shè)計(jì) 18
5.3.1 計(jì)算齒輪受力 18
5.3.2 計(jì)算支承反力 19
5.3.3 畫(huà)軸轉(zhuǎn)矩圖 19
5.3.4 許用應(yīng)力 20
5.3.5 校核軸徑 20
5.4 軸承的選型 20
5.5 鍵的選型 21
5.5.1 輸入軸軸與帶輪的聯(lián)接 21
5.5.2 輸出軸與大齒輪的聯(lián)接 22
參考文獻(xiàn) 24
致 謝 25
1 緒論
1.1蘋(píng)果加工產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與發(fā)展態(tài)勢(shì)
目前, 世界上有超過(guò)79%的國(guó)家種植蘋(píng)果,種植面積達(dá)到2000萬(wàn)公頃,產(chǎn)量3億噸,居小麥、玉米、水稻產(chǎn)量之后位于世界第四名,蘋(píng)果種植在我國(guó)分布很廣,主要集中在山西、甘肅、四川、云南、黑龍江、內(nèi)蒙古、河北、陜西、貴州等地,根據(jù)2010年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),中國(guó)的蘋(píng)果種植近7900萬(wàn)畝,產(chǎn)量8200萬(wàn)噸,居世界第一。
國(guó)外蘋(píng)果主要加工用于，小比例用于新鮮食品,美國(guó)80%的用于加工,在法國(guó)有62%,在荷蘭有41%,在英國(guó)有42%，而中國(guó)的蘋(píng)果用于蔬菜形式,用于加工處理所占的比例還不到12%。蘋(píng)果蔬菜味道很差,不是很受歡迎,所以價(jià)格很低,每年會(huì)有15%的蘋(píng)果腐爛,浪費(fèi),嚴(yán)重影響農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)利益和發(fā)展的熱情,這種現(xiàn)象是不利于中國(guó)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
蘋(píng)果產(chǎn)品主要在國(guó)外,比如薯?xiàng)l、薯片是一種流行的快餐,麥當(dāng)勞,肯德基快餐店風(fēng)靡全球,其旗艦產(chǎn)品全是蘋(píng)果產(chǎn)品。我國(guó)蘋(píng)果制品加工起步較晚,技術(shù)相對(duì)落后,還不能形成一個(gè)大規(guī)模,蘋(píng)果制品質(zhì)量比外國(guó)產(chǎn)出水平較落后,照目前的發(fā)展來(lái)看，蘋(píng)果遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)的需求,從而加速我國(guó)蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,提高蘋(píng)果的附加值,不僅要滿足消費(fèi)者的需求,而且在中國(guó)貧困地區(qū)加快發(fā)展,特別是重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展西部地區(qū)的蘋(píng)果帶來(lái)一個(gè)很好的機(jī)會(huì)來(lái)解決西部地區(qū)的發(fā)展蘋(píng)果產(chǎn)業(yè),蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)將有一個(gè)輝煌的未來(lái)。
蘋(píng)果產(chǎn)品有薯片、薯?xiàng)l、脫水蘋(píng)果泥。不管什么樣的產(chǎn)品,原材料的處理是需要去皮加工,保證產(chǎn)品質(zhì)量,外觀,顏色和味道?，F(xiàn)有的蘋(píng)果去皮方法有人工去皮、機(jī)械去皮、化學(xué)去皮等。人工去皮效果好,但效率低,損失率高,顯然不能滿足蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求,化學(xué)處理主要依賴(lài)于堿性液和特殊化學(xué)脫皮液,然后使用高壓水流沖洗實(shí)現(xiàn)去皮。這種去皮的方法脫皮液體消耗太大,成本高,嚴(yán)重影響產(chǎn)品的味道。機(jī)械去皮主要依賴(lài)蘋(píng)果的摩擦達(dá)到目的,這種方法具有良好的效果,并降低生產(chǎn)成本,減少環(huán)境污染,操作簡(jiǎn)單,速度快,可以最大限度地操作,效率高,實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的好處。
1.2 蘋(píng)果原料加工預(yù)處理工藝流程簡(jiǎn)介
1.2.1 蘋(píng)果的分級(jí)
蘋(píng)果根據(jù)不同的分級(jí)分類(lèi),包括成熟度分級(jí),大小分級(jí)和顏色分級(jí)。常見(jiàn)的蘋(píng)果分級(jí)方法有手工分類(lèi)和機(jī)械的分類(lèi)。
1.2.2 蘋(píng)果的清洗
蘋(píng)果清洗的主要是清洗附加表面灰塵和沉積物中微生物和化學(xué)產(chǎn)品,確保清潔對(duì)農(nóng)藥的殘留,主要有手工清洗和機(jī)械清洗兩種。
1.2.3 蘋(píng)果的去皮
基本上所有的蘋(píng)果皮膚粗糙、不規(guī)范應(yīng)該削皮,提高蘋(píng)果去皮的質(zhì)量方法目前,如下:
手工剝皮: 通過(guò)刀和工具達(dá)到人工去皮,去皮清潔、低損耗、低效率。
機(jī)械去皮: 主要用于常規(guī)的生水果和蔬菜的形狀。
化學(xué)去皮: 利用堿腐蝕表層溶解在蔬菜。化學(xué)處理后的水果和蔬菜應(yīng)浸泡在水里,清洗,反復(fù)修改直到表面是干凈的,沒(méi)有味道咸。
2 蘋(píng)果清洗去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在蘋(píng)果去皮過(guò)程中主要考慮摩擦表面光滑,沒(méi)有傷害,剝落的過(guò)程中沒(méi)有污染。同時(shí),考慮到經(jīng)濟(jì)和實(shí)用，用較少的投入獲得更好的經(jīng)濟(jì)效益。
2.1工作原理
蘋(píng)果去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖2-1所示：
圖2-1蘋(píng)果去皮機(jī)結(jié)構(gòu)圖
蘋(píng)果去皮機(jī)工作時(shí)，轉(zhuǎn)盤(pán)旋轉(zhuǎn),蘋(píng)果由進(jìn)料口進(jìn)入,蘋(píng)果在旋轉(zhuǎn)毛刷輥表面,從離心力的作用毛刷輥切方向,材料常沿滾筒壁運(yùn)動(dòng),上升到頂部,轉(zhuǎn)到最高職位。粗糙表面和摩擦輥。材料的過(guò)程中輥的往復(fù)運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)摩擦去皮的目的。摩擦皮膚的同時(shí),從進(jìn)水口洞水同時(shí),擦拭表面去除的污漬。最后材料從出料口卸出。
2.2基本結(jié)構(gòu)
2.2.1 去皮機(jī)構(gòu)
本次設(shè)計(jì)蘋(píng)果去皮機(jī)采用臥式機(jī)型，主要包括工作圓筒，工作轉(zhuǎn)盤(pán)，機(jī)架和傳動(dòng)部分。（見(jiàn)原理圖）
一、機(jī)架
機(jī)架作為輔助材料 ,要有足夠的強(qiáng)度和剛度,可以整個(gè)鑄鐵鑄造,加工復(fù)雜。電機(jī)安裝在框架的下部,這樣整個(gè)結(jié)構(gòu)緊湊合理。
二、撥料輸送裝置
材料從進(jìn)料口加入,轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)時(shí),材料受到螺旋葉片沿軸向方向的作用力軸向移動(dòng)。
三、傳動(dòng)系統(tǒng)
常用的機(jī)械傳動(dòng)方法又可供選擇：
① 帶傳動(dòng)
通過(guò)皮帶傳動(dòng),它具有過(guò)載保護(hù)功能,緩沖吸收效果,穩(wěn)定操作,沒(méi)有噪音,適合長(zhǎng)距離傳動(dòng),制造和安裝精度不高、低成本、傳動(dòng)范圍通常是2～5。
② 齒輪傳動(dòng)
傳動(dòng)效率高,恒定傳動(dòng)比,結(jié)構(gòu)緊湊,使用壽命長(zhǎng),但制造、安裝精度高,中心距較大,可以實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比(i = 60)。
③ 鏈傳動(dòng)
實(shí)現(xiàn)平行軸傳動(dòng),不能保持恒定傳動(dòng)比操作,傳動(dòng)不平穩(wěn),用于低速傳輸(i = 8)。
④ 蝸桿傳動(dòng)
結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)平穩(wěn)，效率低，制造要求精度高，成本較高（i≤120）。
因?yàn)檠b料裝置的設(shè)計(jì)和毛刷輥需要不同的速度,從整體和經(jīng)濟(jì)因素考慮采用混合傳動(dòng)皮帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)組合。因?yàn)椴灰蟾咿D(zhuǎn)速,預(yù)選8級(jí)電動(dòng)機(jī)。
2.2.2 清洗機(jī)構(gòu)
箱體采用不銹鋼材質(zhì)、不腐蝕,干凈衛(wèi)生,下部有排渣口,經(jīng)水洗系統(tǒng)不斷沖洗,皮屑脫落可以流到儲(chǔ)存器中，見(jiàn)圖2-2。
圖2-2蘋(píng)果去皮機(jī)清洗機(jī)構(gòu)
3 撥料盤(pán)和刷輥的設(shè)計(jì)
3.1 撥料盤(pán)部件的設(shè)計(jì)
撥料盤(pán)如圖3 - 1所示,其結(jié)構(gòu)由一個(gè)毛刷輥、半圓槽和其安裝軸承、螺旋旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，材料通過(guò)入口進(jìn)入,從另一端的卸料口取出。
圖3 - 1撥料盤(pán)
3.1.1 螺旋機(jī)輸送量的確定
螺旋機(jī)的輸送量是指在特定的時(shí)間內(nèi)輸送完所需的物料量，由于去皮機(jī)構(gòu)在摩擦去皮過(guò)程中，蘋(píng)果要不停翻滾碰撞摩擦，需要較大空間，以達(dá)到徹底清理。本設(shè)計(jì)選取的輸送量為：Q=100(kg/h)。
3.1.2 螺旋機(jī)功率的確定
螺旋機(jī)的功率由螺旋機(jī)制的運(yùn)行阻力決定。其阻力包括以下幾類(lèi):
1）物料與刷輥的磨擦力
2）物料與螺旋葉片的磨擦力
3）物料被攪拌產(chǎn)生的阻力
4）軸承的磨擦力
因?yàn)檫@些阻力計(jì)比較抽象,一般根據(jù)以下公式計(jì)算:
N0=kQ/367(ω0L+H)
N0—螺旋軸上所需功率(kW)
k—功率貯備系數(shù)(1.2～1.4)
Q—輸送量(t/h)
ω0—物料阻力系數(shù) （選6.2）
L —螺旋機(jī)進(jìn)出口水平投影長(zhǎng)度(m)
H —螺旋機(jī)進(jìn)出口垂直投影長(zhǎng)度(m)
N0=kQ/367·(ω0L+H)=1.4×2/367×（6.2×10.2）=45.8W
那么螺旋機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置的額定功率為
N1=N0/（η1η2）
η1—減速機(jī)的傳動(dòng)效率，η1=0.9
η2—三角帶的傳動(dòng)效率，η2=0.95
N1=N0/（η1η2）=45.8/0.9/0.95=53.6W
3.1.3 螺旋直徑的確定
因?yàn)椋篞=47 k1AψcρD2.5 （t/h）
所以：
令： (m)
式中，K值見(jiàn)表3-1。
表3-1 ψ、K、A值
物料塊度
物料的磨磋性
物料種類(lèi)
填充系數(shù)ψ
推薦的螺旋葉片形狀
K
A
粉 狀
無(wú)磨性、半磨磋性
石灰粉、石墨
0.35~0.40
全葉式
0.0415
75
粉 狀
磨磋性
干爐灰、水泥
0.25~0.30
全葉式
0.0565
35
粒 狀
無(wú)磨性、半磨磋性
谷物、泥煤
0.25~0.35
全葉式
0.0490
50
粒 狀
磨磋性
砂、型砂、爐渣
0.25~0.30
全葉式
0.0600
30
小塊狀
α＜60mm
無(wú)磨性、半磨磋性
煤、石灰石
0.25~0.30
全葉式
0.0537
40
小塊狀
α＜60mm
磨磋性
卵石、砂巖
0.20~0.25
全葉式或帶式
0.0645
25
中等及大塊
α＞60mm
無(wú)磨性、半磨磋性
塊煤、塊石灰
0.20~0.25
全葉式或帶式
0.0600
30
大塊度
α＞60mm
磨磋性
干粘土、硫礦石
0.125~0.20
全葉式或帶式
0.0795
15
表3-2 撥料盤(pán)傾斜修正系數(shù)c
傾斜角β
0°
≤5°
≤10°
≤15°
≤20°
c
1.00
0.90
0.80
0.70
0.65
3.1.4 螺旋軸轉(zhuǎn)速的確定
輸送物料時(shí),應(yīng)控制在一定螺旋轉(zhuǎn)數(shù),物料運(yùn)動(dòng)不影響其特性,如果速度太低運(yùn)輸量達(dá)不到。因此,螺桿的旋轉(zhuǎn)速度是決定根據(jù)運(yùn)輸能力和材料的特點(diǎn),應(yīng)該保證一定的輸送量,不使物料受力太大而被拋起,以致降低傳動(dòng)效率,因此有一定的實(shí)際速度和最大速度之間的關(guān)系,即：
即：
式中： ----常數(shù) （見(jiàn)表3-2）。
D----螺旋外徑 （m）
求得的螺旋軸轉(zhuǎn)速，應(yīng)圓整為表3-3所列的螺旋軸標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速。
表3-3 撥料盤(pán)螺旋軸轉(zhuǎn)速系列(r/min)
20
30
35
45
60
75
90
120
150
190
3.1.5 螺距的確定
螺距h通常為： h=k1D (m)
式中：k1——螺距和螺桿直徑的比值,和材料的性質(zhì)有關(guān),通常k1 = 0.7 ~ 1。
h=k1D=0.7×0.5=0.35 (m)
3.1.6 物料輸送速度的確定
物料的軸向輸送速度ν的計(jì)算:
(m/s)
式中：h---螺旋節(jié)距(m)；
ns---螺旋轉(zhuǎn)速(r/min)。
(m/s)
（1）螺旋直徑
(m)
根據(jù)上表選擇各參數(shù)
(m)
因?yàn)閾芰媳P(pán)的螺旋直徑應(yīng)進(jìn)行圓整，取D=500mm。
（2）螺距
h=0.7D h=k1D=0.7×0.5=0.35 [m] 所以螺距為350mm。
（3）軸徑
d=(0.2~0.35)D
取 d=0.2D=0.2×500=100mm 所以軸徑為100mm。
（4）進(jìn)料口、出料口
進(jìn)料口連接螺旋機(jī)和進(jìn)料漏斗,進(jìn)料口應(yīng)該安裝在機(jī)蓋根據(jù)材料入口的大小。
出料口由鋼板焊接而成，直接開(kāi)在輸入軸的對(duì)側(cè)。
3.2 刷輥部件的設(shè)計(jì)
刷輥材料通過(guò)特殊處理,耐用,耐磨性好,表面粗糙度旋轉(zhuǎn)清洗毛刷輥材料表面粗糙。
箱體內(nèi)共18支刷輥，刷輥直徑為20mm，刷輥兩端由軸承支撐，兩側(cè)刷輥轉(zhuǎn)向相反，左側(cè)刷輥逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，右側(cè)刷輥?lái)槙r(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，保證物料受摩擦力切線方向向上。刷輥轉(zhuǎn)速初選650r/min。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求：工作效率：100（kg/h）。工作時(shí)，物料分布在各刷輥上,刷輥與物料之間的摩擦系數(shù)為0.5，刷輥直徑100mm，刷輥所受最大扭矩T計(jì)算如下：
T=FL=1000×0.5×0.05=25N·m
其所需功率：
N=Tn/9550=25×650/9550=1.7KW
那么刷輥驅(qū)動(dòng)裝置的額定功率為
N2=N/（η1·η2）
η1—減速機(jī)的傳動(dòng)效率，η1=0.9
η2—三角帶的傳動(dòng)效率，η2=0.95
N2=N/（η1·η2）=1.7/0.9/0.95=1.99KW
4 電動(dòng)機(jī)的計(jì)算選型
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
4.1.1 選擇電動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)型式
電動(dòng)機(jī)有交流電機(jī)和直流電機(jī)。由于直流電機(jī)需要直流電源,,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,價(jià)格高,維護(hù)不方便,所以沒(méi)有特殊要求不應(yīng)使用。
電動(dòng)機(jī)類(lèi)型根據(jù)電源類(lèi)型、工作條件、負(fù)荷特性、起動(dòng)、制動(dòng)和起動(dòng)性能,逆轉(zhuǎn)的頻繁程度、速度和速度性能要求確定。
4.1.2 選擇電動(dòng)機(jī)的容量
電動(dòng)機(jī)的容量是根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)熱條件下決定的。其發(fā)熱與電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。有三種運(yùn)行態(tài),長(zhǎng)期連續(xù)操作,短期操作和重復(fù)短期操作。根據(jù)等效功率法計(jì)算并檢查過(guò)載能力和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩,短期運(yùn)行的長(zhǎng)期運(yùn)行加載和重復(fù)短時(shí)操作能力。
由上面計(jì)算可得：
=N1+N2=0.536+1.99=2.436KW
該蘋(píng)果去皮機(jī)在常溫下工作,采用三相交流電,電壓380V。根據(jù)以上兩點(diǎn)選用Y2-132M-8型3KW電動(dòng)機(jī)。
Y2-132M-8電動(dòng)機(jī)的主要性能如下表格所示：
表4－1 Y2-132M-8電動(dòng)機(jī)的主要性能
額定功率（kw）
轉(zhuǎn)速（r/min）
電流（A）
效率（%）
功率應(yīng)數(shù)（cosφ）
額定轉(zhuǎn)矩
3
705
7.9
79
0.73
2
4.2 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算
螺旋軸轉(zhuǎn)速，查設(shè)計(jì)手冊(cè)知Y2-132M-8型3KW電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
，則總傳動(dòng)比i=705/45=15.6。分配傳動(dòng)比：傳動(dòng)帶傳動(dòng)比i1=3.3，齒輪傳動(dòng)比i1=4.7。
因?yàn)樵O(shè)計(jì)減速器的傳動(dòng)比為4.7,所以直齒圓柱齒輪傳動(dòng)減速機(jī)可以滿足條件。
連接順序
1.電動(dòng)機(jī)-2.平鍵-3.帶輪減速器-4.平鍵-5.齒輪減速器-6.花鍵-7.螺旋軸輸送機(jī)
軸承、齒輪等的效率查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得
表4-2 各零件間的傳動(dòng)效率
項(xiàng)目
效率
滾動(dòng)軸承（每對(duì)）
0.98~0.995
滑動(dòng)齒輪（每對(duì)）
0.97~0.99
彈性聯(lián)軸器
0.99~0.995
齒輪聯(lián)軸器
0.99
萬(wàn)向聯(lián)軸器
0.97~0.98
具有中間可動(dòng)元件的聯(lián)軸器
0.97~0.99
一對(duì)齒輪（開(kāi)式）
0.94~0.96
一對(duì)齒輪（閉式）
0.96~0.99
一對(duì)三角帶
0.95
4.2.1 各軸轉(zhuǎn)速
Ⅰ 軸 n1=nm/i1
=705/3.3
=213.6r/min
Ⅱ軸 n2=n1/i2
=213.6/4.7
=45.4r/min
螺旋軸 n3=n2=45.4r/min
4.2.2 各軸輸入功率
Ⅰ 軸 P1 =P額·η帶輪
=3×0.95
=2.85KW
Ⅱ 軸 P2 =P1·η軸承1·η軸承2·η齒輪
=2.85×0.98×0.99×0.96
=2.65KW
螺旋軸 P3=P2·η聯(lián)
=2.65×0.99
=2.62KW
4.2.3 各軸輸出功率
Ⅰ 軸 P1＇=P1·η軸承
=2.85×0.98
=2.793KW
Ⅱ軸 P2＇= P2·η軸承
=2.65×0.98
=2.597KW
螺旋軸 P3＇= P3·η軸承
=2.62×0.98
=2.57KW
4.2.4 各軸輸入轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 Td=9550×Pd/nm
=9550×3/705
=40.6N·m
Ⅰ軸 T1= Td·η帶輪
=40.6×0.99
=40.2N·m
Ⅱ軸 T2= T1·i·η軸承1·η軸承2·η齒輪
=40.2×4.7×0.98×0.99×0.96 =175.98N·m
主軸 T3= T2·η聯(lián)
=175.98×0.99
=174.22N·m
4.2.5 各軸輸出轉(zhuǎn)矩
Ⅰ 軸 T1＇= T1·η軸承
=40.2×0.98
=39.4N·m
Ⅱ 軸 T2＇= T2·η軸承
=175.98×0.98
=172.46N·m
主軸 T3＇= T3·η軸承
=174.22×0.98
=170.74N·m
運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理于下表：
表4-3 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
軸 名
功 率 P (KW)
轉(zhuǎn) 矩 T（N·m）
轉(zhuǎn)速 n (r/min)
傳動(dòng)比i
效 率
輸 入
輸 出
輸 入
輸 出
電動(dòng)機(jī)軸
3
40.6
1440
1
0.99
Ⅰ 軸
2.85
2.793
40.2
39.4
1440
4.7
0.93
Ⅱ 軸
2.65
2.597
175.98
172.46
308.35
1
0.99
螺旋軸
2.62
2.57
174.22
170.74
308.35
5 減速器設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1 齒輪設(shè)計(jì)
齒輪材料應(yīng)滿足以下條件：
1) 齒面有足夠的硬度,為了獲得較高的點(diǎn)狀腐蝕和耐磨料磨損和塑性流動(dòng)的阻力;
2) 有足夠的可變負(fù)荷和沖擊載荷下的彎曲疲勞強(qiáng)度;
3）具有良好的加工及熱處理工藝；
4）較低的價(jià)格。
根據(jù)以上條件使用合金鋼，硬齒面齒輪是目前的發(fā)展趨勢(shì)，以保證其齒根彎曲強(qiáng)度。
本次設(shè)計(jì)的任務(wù)是預(yù)期壽命10年，每年達(dá)到工作300個(gè)工作日，在投入使用期限內(nèi)，工作時(shí)間占其20%。
根據(jù)以上要求，該設(shè)計(jì)選用的齒輪材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理，硬度60HRC。齒數(shù)比u=i=4.7計(jì)算步驟如下：
表5-1 齒輪的校核計(jì)算
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算內(nèi)容
計(jì)算結(jié)果
齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
1.初步計(jì)算
轉(zhuǎn)矩T1
T1=40.2N·m
T1=402000N·mm
齒寬系數(shù)Φd
取Φd=0.5
Φd=0.5
解除疲勞極限σHlim
σHlim1=1650Mpa
σHlim2=1400Mpa
許用接觸應(yīng)力[σH]
[σH1]≈0.9σHlim1=0.9×1650
[σH2]≈0.9σHlim2=0.9×1400
[σH1]=1485Mpa
[σH2]=1260Mpa
Ad值
取Ad=85
Ad=85
小齒輪直徑d1
d1≥Ad
=85×=33.5
取d1=40mm
初步齒寬b
b=ψd d1=0.5×40=20
b=20mm
2. 校核計(jì)算
圓周速度ν
ν=πd1n1/(60×1000)
=π×40×213.6/（60×1000）
=0.5
ν=0.5m/s
精度等級(jí)
選8級(jí)精度
齒數(shù)z和模數(shù)m
初取齒數(shù)z1=10,
z2= iz1=4.7×10=47
m= d1/z1=40/10=4
取m=4
則z1= d1/m=40/4=10
z2= iz1=4.7×10=47
m=4
z1=10
z2=47
使用系數(shù)KA
KA=1.75
動(dòng)載系數(shù)KV
KV=1.18
齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)K
=1.75×1.18×1.21×1.23
=3.07
K=3.07
彈性系數(shù)ZE
ZE=189.8MPa
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)ZH
ZH=2.5
續(xù) 表
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算內(nèi)容
計(jì)算結(jié)果
接觸最小安全系數(shù)SHmin
SHmin=1.05
總工作時(shí)間th
th=10×300×8×0.2
th=4800h
應(yīng)力循環(huán)系數(shù)NL
估計(jì)107
1.2δ
10
齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離
Δ2
>δ
10
軸承端蓋凸緣厚度
t
(1～1.2)d3
7
凸臺(tái)高度
h
根據(jù)低速軸承外徑確定
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
s
盡量靠近
D2
軸承端蓋外徑
D2
軸承孔直徑（5～5.5）d3
D+40
窺視孔蓋螺釘直徑
d4
(0.3～0.4) df
6
定位銷(xiāo)直徑
d
(0.7～0.8) d2
6
軸承旁凸臺(tái)半徑
R1
c2
11
外機(jī)壁至軸承座端面距離
l1
c1+c2+（8～12）
50
大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離
Δ1
>1.2δ
10
齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁距離
Δ2
>δ
10
軸承端蓋凸緣厚度
t
(1～1.2)d3
7
凸臺(tái)高度
h
根據(jù)低速軸承外徑確定
軸承旁聯(lián)接螺栓距離
s
盡量靠近
D2
軸承端蓋外徑
D2
軸承孔直徑（5～5.5）d3
D+40
表5-4 c值
螺栓直徑
M8
M10
M12
M16
M20
M24
M30
C1min
13
16
18
22
26
34
40
C2min
11
14
16
20
24
28
34
沉頭座直徑
20
24
26
32
40
48
60
5.3 軸設(shè)計(jì)
輸入軸采用齒輪軸，材料是20CrMnTi。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表15-3 取A= 102
于是得：
輸入軸草圖如下：
圖5－1 小齒輪軸
輸出軸的材料為40Cr?？估瓘?qiáng)度σb= 980MPa抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度σs= 785MPa，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表15-3 取A= 102
于是得
輸出軸草圖如下
圖5－2 輸出軸
5.3.1 計(jì)算齒輪受力
大齒輪直徑： d2=188mm
轉(zhuǎn)矩： T2=175980N·mm
圓周力：
徑向力： Fr= Ft·tanα=1872.1×tan20°=681.4N
軸向力： 因?yàn)橹饼X輪傳動(dòng)，所以Fa=0
畫(huà)小齒輪軸受力圖（見(jiàn)圖a）
5.3.2 計(jì)算支承反力
水平面受力（見(jiàn)圖b） ×75+Fr×33=0 =－300N
Fr×42－×75=0 =381.6N
垂直面受力（見(jiàn)圖d） ×75－Ft×33=0 =823.7N
Ft×42－×75=0 =1048.4N
5.3.3 畫(huà)軸轉(zhuǎn)矩圖
水平彎矩圖(見(jiàn)圖c) Mxy
垂直彎矩圖(見(jiàn)圖e) Mxz
合成彎矩圖(見(jiàn)圖f) M合
軸受轉(zhuǎn)矩 T=T2=175980 N·mm
圖5-3 各軸的受力圖
5.3.4 許用應(yīng)力
許用應(yīng)力值
用插入法查表得： [σ0b]=140MPa
[σ-1b]=82.5MPa
應(yīng)力校正系數(shù)
當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 αT=0.59×175980=103828.2N·mm
當(dāng)量彎矩 在小齒輪中間截面處
5.3.5 校核軸徑
齒根圓直徑
df2=d2－2(ha+c)mn
=188－2(1+0.25)×4
=178mm
軸徑
所以軸徑檢驗(yàn)合格。
5.4 軸承的選型
輸入軸的軸承選用一對(duì)GB/T276－6009的深溝球軸承。
輸出軸的軸承選用一對(duì)GB301－8208的推力球軸承和兩對(duì)GB/T276－6308的深溝球軸承。
輸出軸上深溝球軸承的選擇計(jì)算：
由于軸承型號(hào)未確定，C0r、e、X、Y值都沒(méi)有辦法確定，先采用試行計(jì)算。下面采用預(yù)選軸承的方法。(軸承預(yù)期使用壽命=24000h)
首先選取6208與6308兩種深溝球軸承進(jìn)行計(jì)算，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得軸承數(shù)據(jù)如下表。
表5-4 軸承數(shù)據(jù)
方案
軸承型號(hào)
Cr/N
C0r/N
D/mm
B/mm
N0/(r/min)
1
6208
29500
18000
80
18
8000
2
6308
40800
24000
90
23
7000
計(jì)算步驟與結(jié)果列于下表
表5-5 計(jì)算步驟
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算內(nèi)容
計(jì)算結(jié)果
6208軸承
6308軸承
Fa/C0r
Fa/C0r=0/ C0r
0
0
e
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表18-7
--
--
Fa/Fr
Fa/Fr=0
Fa/Fr≤e
Fa/Fr≤e
X、Y
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表18-7
X=1,Y=0
X=1,Y=0
沖擊載荷系數(shù)fd
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表18-8
1.2
1.2
當(dāng)量動(dòng)載荷P
P=fd(XFr+YFa)=1.2(1×828.88+0)
994.66N
994.66N
計(jì)算額定動(dòng)載荷
4002N
4002N
基本額定動(dòng)載荷Cr
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)手冊(cè)
29500>
40800>
結(jié)論:選用6208和6308深溝球軸承都可以滿足軸承壽命的要求。
5.5 鍵的選型
5.5.1 輸入軸與帶輪的聯(lián)接
鍵的校核：
已知軸直徑d=42mm，鍵的尺寸為b×h×l=12×8×30mm,傳遞的扭轉(zhuǎn)力偶矩Me=40.2N·m,鍵的許用應(yīng)力[τ]=100Mpa,許用壓強(qiáng)[σbs]=35Mpa.
首先校核一下該平鍵的剪切強(qiáng)度。將該平鍵沿n-n截面分成兩個(gè)部分，并把n-n下面和軸作為一個(gè)整體考慮。假設(shè)n-n截面上的切應(yīng)力分布均勻，所以n-n截面上的剪力Fs為：
Fs=Aτ=blτ 式(5.1)
對(duì)軸心取矩，由平衡方程,得
故有
圖5-5 鍵受力圖
因此平鍵滿足剪切強(qiáng)度條件。
再次校核該平鍵的擠壓強(qiáng)度?？紤]該平鍵在n-n截面以上的部分的力分布均勻平衡，在n-n截面上的剪力應(yīng)為Fs= blτ，右側(cè)面上的擠壓力為
投影于水平方向，由平衡方程得
Fs=F
由此求得
所以該平鍵也滿足擠壓強(qiáng)度要求。
5.5.2 輸出軸與大齒輪的聯(lián)接
鍵的校核：
已知軸直徑d=40mm，鍵的尺寸為b×h×l=12×8×28mm,扭轉(zhuǎn)力偶矩Me=175.98N·m,平鍵的許用應(yīng)力為[τ]=100Mpa,許用壓強(qiáng)為[σbs]=100Mpa。
首先校核一下該鍵的剪切強(qiáng)度。將該平鍵沿n-n截面分成兩個(gè)部分，并把n-n下面和軸作為一個(gè)整體考慮。假設(shè)n-n截面上的切應(yīng)力分布均勻，所以n-n截面上的剪力Fs為：
Fs=Aτ=blτ
對(duì)軸心取矩，由平衡方程, 得
所以
所以平鍵滿足剪切強(qiáng)度條件。
再次校核該平鍵的擠壓強(qiáng)度。考慮該平鍵在n-n截面以上的部分的力分布均勻平衡，在n-n截面上的剪力應(yīng)為Fs= blτ，右側(cè)面上的擠壓力為
投影于水平方向，由平衡方程得
Fs=F
因此
所以平鍵也滿足擠壓強(qiáng)度要求。
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[15] 徐灝 主編．機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]．北京機(jī)械工業(yè)出版社．1999.1.
致 謝
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)是完成蘋(píng)果去皮結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。這次的設(shè)計(jì)涉及的內(nèi)容非常全面，并鞏固在大學(xué)四年的學(xué)習(xí)知識(shí)的全面總結(jié)，幫助我了解和掌握從事設(shè)計(jì)的基本方法，通過(guò)這次設(shè)計(jì)把理論和實(shí)踐連接起來(lái)。貫穿大學(xué)四年的綜合知識(shí)，使理論與實(shí)踐緊密結(jié)合在一起，為我今后的工作奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。這是一個(gè)非常全面的、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，很鍛煉人。從開(kāi)始的搜集資料到最終的設(shè)計(jì)，涉及到的領(lǐng)域包括：機(jī)械制圖，機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，工程材料，材料力學(xué)等等。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，提高自己的計(jì)算，繪圖能力；使我能夠熟練使用參考資料，計(jì)算圖表，設(shè)計(jì)手冊(cè)，熟悉相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。主要內(nèi)容包括蘋(píng)果去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，材料的應(yīng)力分析，主要參數(shù)的選擇，對(duì)主要零件進(jìn)行了計(jì)算和分析，一個(gè)完整的理論和設(shè)計(jì)計(jì)算，結(jié)合組件和整個(gè)設(shè)計(jì)的零件圖，更加直觀的證明。一個(gè)蘋(píng)果去皮機(jī)的關(guān)鍵部件——驅(qū)動(dòng)軸進(jìn)行了詳細(xì)的力學(xué)分析和計(jì)算，得出彎曲扭矩圖，通過(guò)理論和大量的計(jì)算表明，該傳動(dòng)軸結(jié)構(gòu)的可行性和性能特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也是基于的理論基礎(chǔ)，相應(yīng)的計(jì)算，文獻(xiàn)閱讀，在出售其機(jī)械產(chǎn)品公司在線訪問(wèn)，了解其相關(guān)知識(shí)。從以上搜集、論證和查閱蘋(píng)果去皮機(jī)的基本設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)方案是可行的。
我深深地意識(shí)到，要成為一個(gè)合格的工程技術(shù)人員只是僅僅掌握專(zhuān)業(yè)知識(shí)是不夠的，應(yīng)該有一個(gè)更深刻的認(rèn)識(shí)，如在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用，各種產(chǎn)品性能的認(rèn)識(shí)，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展現(xiàn)狀和其他各種方面的能力。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量巨大，從一開(kāi)始的什么都不知道不了解到找到信息完成設(shè)計(jì)過(guò)程中，花費(fèi)了我大量的時(shí)間和精力，從經(jīng)驗(yàn)中了解到作為一個(gè)工程的學(xué)生必須要有耐心、踏實(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，持久穩(wěn)定，更對(duì)自己的職業(yè)情感和精神。通過(guò)幾個(gè)月的努力，這是我創(chuàng)作的設(shè)計(jì)要完成的任務(wù)，充滿了喜悅和成就感。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，在老師的精心指導(dǎo)，從整個(gè)過(guò)程一步一步的話題總是細(xì)心指導(dǎo)我確定設(shè)計(jì)步驟，讓我從中受益很多，充實(shí)了許多教科書(shū)不扎實(shí)的知識(shí)，這樣的設(shè)計(jì)能夠按計(jì)劃完成在設(shè)計(jì)過(guò)程中也曾遇到很多的問(wèn)題，但通過(guò)查閱相關(guān)的書(shū)籍、手冊(cè)以及老師的精心指導(dǎo)，都得到了解決，設(shè)計(jì)過(guò)程基本順利完成。
這最后的設(shè)計(jì)結(jié)果，不是我一個(gè)人的勞動(dòng)，而是所有幫助過(guò)我的人和我的杰作。因此，在這種場(chǎng)合的成功完成的設(shè)計(jì)，我再次向所有給予指導(dǎo)，幫助和鼓勵(lì)我完成設(shè)計(jì)的人，致以最誠(chéng)摯的感謝！同時(shí)也感謝百忙之中抽出時(shí)間來(lái)審閱我的老師致以親切的問(wèn)候！當(dāng)然，由于時(shí)間較短，我的設(shè)計(jì)還存在者許多不足，也希望老師給與指正！
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