大米分級下料裝置及其整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙】

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Device under the devices from the whole independent and to improve the design has become a certain adjustable for a variety of materials in the feed hopper, so that materials can be an order to drop to a conveyor belt on. Driving force for the entire piece of equipment is 220V, 420W AC low-speed motor-driven and detected by use of computer vision systems, simulation of human visual function, detection of image information of rice, and then the analysis and processing, and through a computer program to give directions to the PLC , the gate control valve, and ultimately into the merits of the grade separation of rice from different feed the mouth of the output.Key words: rice classification quality determination cutting device the overall structure design machine vision technology 目 錄1 緒 論11.1 前言11.2大米概況及其質(zhì)量等級標(biāo)準(zhǔn)111.3 基于MVT的大米品質(zhì)檢測的發(fā)展概況及研究現(xiàn)狀231.3.1 國外對大米檢測的研究41.3.2國內(nèi)大米檢測研究現(xiàn)狀41.3.3 稻米檢測裝置的研究簡況51.3.4 存在的問題52總體設(shè)計(jì)72.1工作原理72.2設(shè)備的組成72.3 改進(jìn)前的工作原理圖83 各零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算93.1 輸送帶的設(shè)計(jì)93.1.1 輸送帶的速度估算93.1.2 輸送帶的材料選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)93.2 電動機(jī)的選擇3493.2.1 電動機(jī)的功率計(jì)算93.2.2電動機(jī)轉(zhuǎn)速n的確定103.2.3 電動機(jī)的類型結(jié)構(gòu)及型號的選擇103.3 聯(lián)軸器的選擇6113.4軸的設(shè)計(jì)及校核3123.4.1主動軸軸端直徑的確定123.4.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)123.4.3軸的校核（按許用彎曲應(yīng)力校核）123.5 鍵的選擇153.6 軸承及軸承座的選擇153.7傳動滾筒的設(shè)計(jì)163.8總體支架及外觀設(shè)計(jì)164下料裝置的設(shè)計(jì)194.1振動電機(jī)的選擇194.2彈簧的設(shè)計(jì)及計(jì)算4204.2.1彈簧的端部結(jié)構(gòu)選擇204.2.2彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算204.3料斗的設(shè)計(jì)234.4下料裝置的總體設(shè)計(jì)245整體外觀設(shè)計(jì)256 總 結(jié)266.1 全文總結(jié)266.2創(chuàng)新點(diǎn)26參考文獻(xiàn)27致 謝281 緒 論 1.1 前言 民以食為天。大米是一種非常特殊的商品，一日三餐誰也離不開它。自古就從來沒人忽視過大米的質(zhì)量，用質(zhì)量重于泰山來形容，一點(diǎn)也不過分。隨著食品貯藏加工業(yè)的發(fā)展以及人們生活水平提高，人們對大米的需求從吃飽到吃好，從吃好到吃得健康和營養(yǎng)了。大米的質(zhì)量優(yōu)劣將直接影響到人們的健康安全，因此受到各級質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督部門的高度重視和人們的關(guān)注。 然而中國目前由于整體大米加工水平不高，在實(shí)際生產(chǎn)和加工過程中仍存在著許多質(zhì)量問題及其解決的技術(shù)問題（如：如何去除大米中的異色粒和有色雜質(zhì)，保證大米的純度；如何來分出大米中的碎米以及檢測出大米的裂紋，提高大米的整米率等等）。由于這些問題的存在，因而大大降低了大米在市場上的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。這些問題都有待于盡快解決，而且將大米按品質(zhì)或轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的不同分級后流向市場出售必成為今后的發(fā)展趨勢之一。因此人們便能在等量的情況下獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。目前我國稻谷產(chǎn)后加工技術(shù)還處于薄弱環(huán)節(jié)，較之國外差距較大。傳統(tǒng)的檢測方法以人工檢測為主，主觀性強(qiáng)，精確度低，可重復(fù)性差，嚴(yán)重制約和影響了國家“優(yōu)質(zhì)大米標(biāo)準(zhǔn)”在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮其應(yīng)有的作用，不僅造成了生物資源的巨大浪費(fèi)，同時(shí)也挫傷了農(nóng)民的生產(chǎn)積極性。而具有該功能的進(jìn)口儀器則大多價(jià)格昂貴，不適宜在我國推廣應(yīng)用。隨著人們生活水平的提高、糧食消費(fèi)結(jié)構(gòu)及方式的改變和科技進(jìn)步，稻谷優(yōu)質(zhì)品種的開發(fā)，產(chǎn)后的精、深加工，已成為發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)及國民經(jīng)濟(jì)的主要內(nèi)容之一，如能引進(jìn)和借鑒國內(nèi)外的先進(jìn)技術(shù)設(shè)備和經(jīng)驗(yàn)，搞好這一社會經(jīng)濟(jì)工程，既可以增加經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)具有良好的社會效益。稻谷精深加工前景十分廣闊。為此，基于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)檢測的大米分級機(jī)設(shè)備的研發(fā)和創(chuàng)新改進(jìn)就緊迫的向我國設(shè)計(jì)技術(shù)人員提出挑戰(zhàn)。 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)課題就是迎合了這種需求。通過查閱眾多參考文獻(xiàn)，我們終于初步改進(jìn)設(shè)計(jì)了一套基于計(jì)算機(jī)視覺檢測系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)大米分級裝置。整臺設(shè)備的動力是由220V ，500W 交流低速電動機(jī)驅(qū)動的，且該設(shè)備的技術(shù)核心主要是利用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)，模擬人的視覺功能，檢測大米的圖像信息，然后模擬人的大腦進(jìn)行識別，通過對所檢測到的大米圖像信息進(jìn)行處理后，計(jì)算機(jī)立即對可編程控制器發(fā)出指令，進(jìn)而通過可編程控制器（PLC）對氣閥的直接操縱控制，最終把大米的分離成六個(gè)等級。1.2 大米概況及其質(zhì)量等級標(biāo)準(zhǔn)1 大米是水稻的種子，稻谷經(jīng)脫殼、去糠等工藝加工后得到的最終產(chǎn)品。大米的產(chǎn)地分布很廣，產(chǎn)量也很大，而其中的90又集中在亞洲地區(qū)。我國和東南亞各國是大米的主產(chǎn)區(qū)，年產(chǎn)量我國居世界第一，達(dá)到1.8億噸，占世界總產(chǎn)量的1/3；其次是印度、印度尼西亞、孟加拉、泰國、越南、緬甸、菲律賓和日本等國。大米年世界總產(chǎn)量約5億噸；年貿(mào)易量約2000萬噸，大米的出口國主要是泰國（約500萬噸）、印度（約400萬噸）和美國（約300萬噸），其次是越南和緬甸。大米的進(jìn)口國較多，達(dá)100多個(gè)，但進(jìn)口量都不大，年進(jìn)口量超過100萬噸的國家有：巴西、印尼、伊朗和中國，其次是古巴、法國、德國、印度、俄羅斯等國。在我國，自建國以來，大米一直是主要的出口商品，60年代初平均年出口量為660萬噸，65年至71年增至1360萬噸，72、73兩年年平均出口量達(dá)到創(chuàng)記錄的2300多萬噸；80年代以來，由于人民生活提高和飲食結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，導(dǎo)致大米消費(fèi)大增，年出口量逐步下降，并首次于88年，進(jìn)口了31萬噸大米，至1995年，中國大米的出口量減至5萬噸，而進(jìn)口卻猛增到165萬噸，使我國由大米的凈出口國變成凈進(jìn)口國。96年至97年，由于國內(nèi)大米豐收，我國才又恢復(fù)出口。糙米的形態(tài)與稻粒相似，多為橢圓形或細(xì)長形；表面光滑，具有蠟狀光澤，正常糙米呈乳黃色，也有的呈白色、黃色、半透明黃白色等，少數(shù)為紅色或紫黑色；糙米表面有五條縱向溝紋，其中背部正中的一條叫背溝，這些溝紋的深淺，決定著成品大米的出米率，因?yàn)槟朊拙褪且肴ゲ诿妆砻娴钠樱v溝內(nèi)的皮則很難全部碾去，溝紋越深，越難碾，出米率越低。目前鑒別大米的精度，就是以米粒表面及溝紋內(nèi)留存皮層的多少來鑒定的。我國稻谷產(chǎn)區(qū)廣、產(chǎn)量大、品種多，所以其分類方法也不盡一致。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，大米按稻谷的粒形和粒質(zhì)分為三類：（）秈米：用秈型非糯性稻谷制成的米。米粒一般呈長橢圓形或細(xì)長型，按其粒質(zhì)和稻谷的收獲季節(jié)分為以下兩種：）早秈米：腹白較大，硬質(zhì)粒較少；）晚秈米：腹白較小，硬質(zhì)粒較多。（）粳米：用粳型非糯性稻谷制成的米，米粒一般呈橢圓形，按其粒質(zhì)和稻谷的收獲季節(jié)分為以下兩種：）早粳米：腹白較大，硬質(zhì)粒少；）晚粳米：腹白較小，硬質(zhì)粒多。概念解釋：大米腹白指粳性大米的角質(zhì)胚乳在腹部或米心部位出現(xiàn)的乳白色不透明現(xiàn)象，也叫心白。這種大米，米粒結(jié)構(gòu)疏松，硬度低，加工時(shí)易出碎米，品質(zhì)較差。腹白明顯的米粒俗稱白堊粒。表121各等級大米質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等級特等標(biāo)準(zhǔn)一等標(biāo)準(zhǔn)二等標(biāo)準(zhǔn)三等加工精度從略從略從略從略不完善粒%3.04.06.08.0最大限度雜質(zhì)總量%早秈、晚秈、早粳、秈糯、粳糯0.250.300.400.45晚粳0.200.250.300.35其中糠粉%0.150.200.200.25礦物質(zhì)%0.020.020.020.02帶殼稗粒粒/g早秈、晚秈、早粳、秈糯、粳糯20507090晚粳10203040稻谷粒粒/g早秈、晚粳、秈糯8121620晚秈、早粳、粳糯46810碎米%總量%早秈、秈糯35晚秈、粳糯、早粳30晚粳15其中小碎米%早秈、秈糯2.5晚秈、早粳、粳糯2.0晚粳1.5水分%早秈、秈糯14.0早粳、粳糯14.5晚秈1414.5晚粳14.515.5色澤、氣味正常(注：各類大米中的黃粒米限度為2.0%。)1.3 基于MVT的大米品質(zhì)檢測的發(fā)展概況及研究現(xiàn)狀2機(jī)器視覺技術(shù)(Machine Vision Technology ,簡稱MV T) 是以圖像處理技術(shù)為核心,用計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人的視覺功能,用人工智能技術(shù)、信息處理技術(shù)對圖像進(jìn)行分析,以獲得研究對象所需的信息。傳統(tǒng)大米檢測多采用抽樣方法,人工測量和目測,步驟繁瑣,速度慢,勞動強(qiáng)度大,且檢測結(jié)果主觀性強(qiáng),一致性差。隨著計(jì)算機(jī)性價(jià)比的不斷提高,機(jī)器視覺檢測技術(shù)的應(yīng)用正在推廣,尤其在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。和人工檢測技術(shù)相比,機(jī)器視覺檢測技術(shù)具有速度快、精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),利用機(jī)器視覺分級代替人工檢測,是自動化分級發(fā)展的必然趨勢 。1.3.1 國外對大米檢測的研究機(jī)器視覺技術(shù)起源于20 世紀(jì)60 年代,進(jìn)入70 年代,在理論和應(yīng)用上都得到了長足的發(fā)展 。在應(yīng)用于谷物外觀品質(zhì)檢測方面,國外的研究成果很多,由于不同國家的飲食結(jié)構(gòu)不同,歐美國家對小麥和玉米的研究較多,對稻米的研究較少,少數(shù)亞洲國家如日本、泰國、韓國對稻米的研究較多。從20 世紀(jì)80 年代開始,國外學(xué)者開始把MV T應(yīng)用于大米識別和分級的研究中。國外目前的研究主要分為兩種: 對大米加工精度檢測。對大米質(zhì)量檢測和分級。日本大學(xué)森島博教授從1983 年開始對機(jī)器識別大米質(zhì)量和分級進(jìn)行廣泛的研究。研究了同品種大米中整粒、碎粒、異色粒、有裂痕粒的識別和分級方法,以及不同品種大米的識別方法,并形成了一整套理論體系 。2000 年Wan Y N 等運(yùn)用范圍估計(jì)( range selection) 、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、hybrid 算法3 種在線分類方法對大米質(zhì)量進(jìn)行檢測。在線分類最高記錄是1 200 粒/ min ,準(zhǔn)確率91 %。1.3.2國內(nèi)大米檢測研究現(xiàn)狀我國學(xué)者從20 世紀(jì)90 年代開始運(yùn)用MV T 對大米品質(zhì)進(jìn)行檢測。我國大米的品質(zhì)特征分為外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)、食用品質(zhì)(即蒸煮和營養(yǎng)品質(zhì)) 及儲藏品質(zhì)。應(yīng)用MV T 對大米品質(zhì)檢測主要集中在外觀品質(zhì)、加工品質(zhì)、食用品質(zhì),應(yīng)用最多的是外觀品質(zhì)和加工品（1）基于MV T 的大米外觀品質(zhì)檢測：外觀品質(zhì)檢測參數(shù)主要有外形輪廓、堊白、黃粒米、粒型。大米樣品圖像獲取一般采用掃描儀或數(shù)碼照相機(jī),根據(jù)傳統(tǒng)抽樣方法取100 粒樣品進(jìn)行靜態(tài)圖像采集,背景采用黑色。1） 外形輪廓檢測：包曉敏分別用Robert s 算子、Sobel 算子、Prewit t 算子、模塊匹配法和快速模糊邊緣檢測法對大米輪廓進(jìn)行邊緣檢測,通過對大米圖像的分割實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證了快速模糊邊緣檢測最有效。劉光蓉用掃描儀獲取大米圖像,通過改進(jìn)的直方圖均衡化算法對大米圖像增強(qiáng),利用八領(lǐng)域分析法提取大米輪。2） 堊白檢測：堊白是衡量大米品質(zhì)的重要參數(shù)之一,通常用堊白度、堊白粒率、堊白大小等描述大米堊白狀況。其中堊白度是優(yōu)質(zhì)稻米4 個(gè)定級指標(biāo)之一,因此近年來,對大米堊白檢測較多。3） 黃粒米檢測：黃粒米是評定稻米等級的一個(gè)重要指標(biāo)。尚艷芬根據(jù)RGB 色度學(xué)原理分析了黃粒米色度。凌云等選用HIS 模型中的H 分量進(jìn)行黃粒米檢測。孫明等則采用面向彩色處理的HSV 模型。4） 粒型檢測：粒型即大米米粒長寬之比。我國稻米標(biāo)準(zhǔn)中對此要求很少, 只在優(yōu)質(zhì)秈稻米分級中提出粒型218 。國內(nèi)學(xué)者也是近幾年才開始這方面的研究。侯彩云計(jì)算粒型方法為:計(jì)算大米輪廓中距離最大的兩個(gè)點(diǎn)的距離作為米粒長度d1 ,求出粒長所在直線方程A x + B y + C = 0 。凌云研究了一種基于極坐標(biāo)的粒型檢測方法,將米粒近似為橢圓形,粒長、粒寬分別為橢圓長、短軸長度,這樣可以簡單快速計(jì)算區(qū)域的長短軸大小,實(shí)現(xiàn)粒型的檢測。（2） 基于MV T 的大米加工品質(zhì)檢測目前采用MV T 對大米加工品質(zhì)的檢測研究主要在加工精度、整精米率兩個(gè)方面。1） 加工精度檢測：我國GB1354 86大米標(biāo)準(zhǔn)中是按加工精度對大米分級,可見對大米加工精度檢測的重要性。傳統(tǒng)檢測主要是通過直接比較和染色法進(jìn)行感官評價(jià)。許俐等 通過計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與色度學(xué)理論相結(jié)合,采用日本MG 染色法,研究染色后大米的胚乳、皮層及胚芽所呈現(xiàn)的不同顏色特征和區(qū)分方法,通過計(jì)算胚乳面積占樣本總面積的百分比來得到加工精度。目前利用機(jī)器視覺對大米加工精度的檢測需要對大米進(jìn)行染色處理,離檢測自動化還有一段距離。而國外學(xué)者在1994 年就利用大米灰度值來測定加工精度,實(shí)現(xiàn)了大米加工精度的無損檢測。2） 整精米率檢測：整精米率是GB13501999稻米標(biāo)準(zhǔn)中新增的評價(jià)指標(biāo)之一,目前對該方面的研究較少。尚艷芬等開發(fā)了一個(gè)整精米識別系統(tǒng),可自動識別整精米和碎米。1.3.3 稻米檢測裝置的研究簡況在谷物檢測裝置的研究方面,國外起步較早,目前已有商品化儀器,如瑞典Foss 公司的1625 型自動化谷物品質(zhì)分析儀,日本株式會Kett 科學(xué)研究所的米谷粒判別器。但這些儀器價(jià)格昂貴,很難在國內(nèi)推廣。在我國眾多學(xué)者研究專門實(shí)現(xiàn)一種大米品質(zhì)參數(shù)檢測的基礎(chǔ)上,有些學(xué)者開始研究可實(shí)現(xiàn)多種品質(zhì)參數(shù)檢測為一體的軟件系統(tǒng)和硬件裝置。如侯彩云 開發(fā)出一套計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)軟件RQES110 ,專門用于優(yōu)質(zhì)稻米分級指標(biāo)整精米率、堊白粒率、堊白度、粒型等參數(shù),系統(tǒng)采用掃描儀獲取圖像,使用VC+ + 610 為開發(fā)工具。張巧杰在此基礎(chǔ)上研究了一套稻谷品質(zhì)快速檢測裝置,不但實(shí)現(xiàn)了大米外觀品質(zhì)(堊白度、堊白粒率) 的檢測,還實(shí)現(xiàn)了大米營養(yǎng)品質(zhì)(直鏈淀粉含量) 檢測。本裝置采用激光光源進(jìn)行大米直鏈淀粉含量檢測,精度達(dá)+ 1 % ,采用CCD 攝像機(jī)對堊白度、堊白粒率檢測,精度分別為+ 1 %、+ 2 %。目前國內(nèi)這些檢測裝置離商業(yè)化還有一段距離。1.3.4 存在的問題MVT 在稻谷品質(zhì)檢測中的應(yīng)用時(shí)間不長,要達(dá)到生產(chǎn)自動化,實(shí)現(xiàn)在線檢測,還需要解決很多問題,主要表現(xiàn)在: 在已有的大米品質(zhì)檢測中,大多屬于靜態(tài)檢測系統(tǒng),雖然目前已有準(zhǔn)動態(tài)系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)樣品的自動進(jìn)樣和分級功能,但圖像采集時(shí)谷物與攝像機(jī)仍保持相對靜止,實(shí)際采集的還是靜態(tài)圖像。生產(chǎn)過程中采集到的圖像應(yīng)該是動態(tài)的多個(gè)大米圖像,增加了處理和分析的復(fù)雜性,目前還沒解決從快速運(yùn)動農(nóng)產(chǎn)品中提取有效圖像信息并對其校正的技術(shù)問題; 已有的檢測算法對大米擺放方向要求比較高,實(shí)際大米擺放是隨機(jī)的,檢測算法不能受米粒擺放方向影響。已有算法不能滿足要求,限制了實(shí)用性。目前圖像處理多采用灰度圖像,某些參數(shù)可能無法識別,建議今后嘗試彩色圖像、多頻圖像處理進(jìn)行特征識別。 2 總體設(shè)計(jì)這次所設(shè)計(jì)的設(shè)備總長約3000mm,總高1530mm,總寬930mm.總體看來，該設(shè)備具有快速、準(zhǔn)確、高效、可操作性強(qiáng)等特點(diǎn)。2.1 工作原理工作時(shí)把大米裝入料斗中，開動電動機(jī)，使?jié)L筒及輸送帶在電動機(jī)的驅(qū)動下運(yùn)轉(zhuǎn)，從而把大米輸送到圖像視覺檢測裝置系統(tǒng)中，通過計(jì)算機(jī)對所檢測到的大米圖像處理，并向可編程控制器發(fā)出指令，操縱氣閥的及時(shí)開啟與閉合。當(dāng)檢測到不同等級大米時(shí)，就開啟相關(guān)氣閥通氣，依靠氣流對大米的沖擊力，將該粒大米從相關(guān)出料口中出料；然而大部分大米通過時(shí)，則關(guān)閉氣閥，讓大米隨輸送帶運(yùn)輸至一等品出料口中出料，從而將大米分級。其原理示意圖如2-1-1所示：2.2 設(shè)備的組成(1) 輸送帶在該設(shè)備中起到拽引和連續(xù)不斷輸送大米的作用,其材料采用乙丙黑色橡膠材料。(2) 驅(qū)動裝置是該設(shè)備中動力輸送部分，由安裝在支架上的調(diào)速電動機(jī)和連軸器組成。 (3) 傳動滾筒是該設(shè)備中動力傳遞的主要部件，輸送帶借其與滾筒之間的摩擦力而運(yùn)行。(5) 裝料斗用來裝載大米，使大米能連續(xù)不斷地掉落在橡膠輸送帶上，同時(shí)該裝置上還具有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，能夠控制大米往橡膠輸送帶上掉落的流量，且可以針對比大米體積稍大的其他物料的輸送。(6) 大米圖像信息檢測裝置這是該設(shè)備的技術(shù)核心，大米在該裝置中被檢測，其所采集到的生物圖像信息在計(jì)算機(jī)中被處理分析。(7) 大米等級分離裝置此設(shè)備中設(shè)計(jì)了兩個(gè)大米輸出端口，在計(jì)算機(jī)的控制操縱下最終把大米分成六個(gè)等級（通過計(jì)算機(jī)對所采集到的大米圖像信息進(jìn)行處理并發(fā)出控制信號，控制氣閥的及時(shí)開啟與閉合，從而把大米分成了六個(gè)等級級別）。2.3 改進(jìn)前的工作原理圖圖2-3-1 改進(jìn)前原理示意圖3 各零部件的設(shè)計(jì)和計(jì)算3.1 輸送帶的設(shè)計(jì)3.1.1 輸送帶的速度估算由于輸送帶是用來輸送大米供計(jì)算機(jī)檢測。若檢測系統(tǒng)每秒能檢測六行左右的大米，則可估算出輸送帶的速度V： V = 行距 * 行數(shù) = 0.25*6 = 0.15 m/s帶的輸送量Q: Q = 6 * 3600 = 21600 粒/s3.1.2 輸送帶的材料選擇與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)查閱3，并根據(jù)實(shí)際工作環(huán)境，選用乙丙橡膠（Epm）材料。其特點(diǎn)為：密度小、成本低、耐化學(xué)穩(wěn)定性好、耐臭氧、耐老化性能優(yōu)異、耐熱溫度高達(dá)150。其橫截面尺寸如圖3-1-1所示：（寬為280mm，厚為4mm） 圖3-1-1 輸送帶的截面示意圖輸送帶的長度L的估算： L = D + 2a = 3.14x300 + 2x2000 = 4942 mm,約為5米；其中： D 滾筒直徑，設(shè)計(jì)值為300 mm a 兩軸中心距，設(shè)計(jì)值為2000 mm3.2 電動機(jī)的選擇343.2.1 電動機(jī)的功率計(jì)算（1） 驅(qū)動裝置的總效率 其中： 聯(lián)軸器效率，取值為0.97 帶座軸承效率，取值為0.98 輸送帶的傳動效率，取值為0.95 滾筒的傳動效率，取值為0.98 代入數(shù)據(jù)得 = 0.885（2） 電動機(jī)額定功率的確定 由 得 其中： 電動機(jī)的實(shí)際輸出功率，Kw； F 橡膠輸送帶的運(yùn)行阻力，估算為2000 N； V 輸送帶的速度，m/s； 代入數(shù)據(jù)得 再由 ，其中k由3查得并取值為1.2，則 0.408 kw3.2.2 電動機(jī)轉(zhuǎn)速n的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)要求及實(shí)際，其中的滾筒半徑R設(shè)計(jì)為150mm，則 n = = 9.55 r/min3.2.3 電動機(jī)的類型結(jié)構(gòu)及型號的選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)形式要根據(jù)電源、工作條件(溫度、空間、尺寸等)和載荷的特點(diǎn)來選擇。在此設(shè)計(jì)中的機(jī)械設(shè)備要求電動機(jī)具有良好的啟動性能，同時(shí)也能夠頻繁啟動和停止，且具有轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力大的特點(diǎn)，最主要的是電動機(jī)能以低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩來直接驅(qū)動設(shè)備。經(jīng)查閱資料5,YDS系列低速電動機(jī)是一種基于Y系列電機(jī)和諧波齒輪傳動技術(shù)的機(jī)電一體化產(chǎn)品，它突破了傳統(tǒng)的電機(jī)加減速機(jī)的傳動模式，能以低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩直接驅(qū)動要求低轉(zhuǎn)速的機(jī)械。它的輸出轉(zhuǎn)速通常為100r/min以下，最低可達(dá)到1.2r/min，因此不需減速機(jī)便可直接驅(qū)動設(shè)備運(yùn)行。其電機(jī)的體積相當(dāng)于同類型普通電機(jī)，由于它的輸出軸要承受較大的扭矩，通常其直徑比較粗（相似于普通電機(jī)的輸出軸直徑）。標(biāo)準(zhǔn)電動機(jī)的容量由額定功率表示，所選用的電動機(jī)的額定功率應(yīng)等有或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，則不能保證工作的機(jī)械正常地進(jìn)行工作，同時(shí)還會使電機(jī)長期過載，發(fā)熱大而過早損壞。當(dāng)然電機(jī)容量也不能過大，過大則會增加成本，并由于效率和功率因數(shù)低而造成浪費(fèi)。綜合上述要求及計(jì)算結(jié)果，最終選用了YDS系列低速電機(jī)的YDS-90型號，且安裝形式為B3型，如圖3-2-1所示： 圖3-2-1 YDS-90型電機(jī)其中性能參數(shù)為：額定轉(zhuǎn)速：11 r/min ; 額定轉(zhuǎn)矩： 260 N m ；額定輸出功率：0.42 Kw ； 額定電流： 1.3 A。安裝尺寸如圖3-2-2所示：圖3-2-2 電機(jī)安裝尺寸圖3.3 聯(lián)軸器的選擇6聯(lián)軸器的規(guī)格根據(jù)負(fù)荷情況、計(jì)算轉(zhuǎn)矩、軸端直徑和工作轉(zhuǎn)速來選擇。由電機(jī)的轉(zhuǎn)速乘工況系數(shù)及輸出軸端直徑參數(shù)可以選用剛性套筒聯(lián)軸器型，標(biāo)記為； GT聯(lián)軸器 GB/T 58433.4 軸的設(shè)計(jì)及校核33.4.1 主動軸軸端直徑的確定由于該設(shè)計(jì)中的主動軸是與電動機(jī)通過聯(lián)軸器直接相連，則可按照電機(jī)的輸出端軸徑或聯(lián)軸器的允許直徑系列6來確定，因此可取其直徑為35 mm。3.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)因該軸主要承受轉(zhuǎn)矩，從強(qiáng)度方面及實(shí)際工作條件來考慮，應(yīng)選用圓截面。選擇軸的材料為40Cr,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其結(jié)構(gòu)采用階梯軸，有助于軸上定位可靠、拆裝方便。為了不過分削弱軸的疲勞強(qiáng)度，截面變化不要太大，且過渡圓角不宜過小。另外軸上的鍵槽的方向應(yīng)相互一致。其結(jié)構(gòu)如圖3-4-1所示：圖3-4-1 主動軸結(jié)構(gòu)示意圖3.4.3 軸的校核（按許用彎曲應(yīng)力校核）(1)對軸的簡單受力分析簡化過程：將軸承對軸的支撐反力簡化為集中力通過軸承載荷作用于軸上。通過對軸零件的作用力分析，軸受到得力包括軸承的支撐反力、輸送帶及滾筒所施加的力、電動機(jī)通過聯(lián)軸器產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩，如圖3-4-2所示：（2） 計(jì)算水平面上的剪切力和彎矩，畫出剪切圖、彎矩圖，并找出危險(xiǎn)截面7剪切力： F= F =1000 N ; F = 2000 NF點(diǎn)彎矩： M = 205 = 205 Nm 剪切圖及彎矩圖如下：（3）計(jì)算豎直平面上的剪切力和彎矩，畫出剪切圖、彎矩圖，并找出危險(xiǎn)截面7 剪切力： F= F =1732 N ; F = 3464 NF點(diǎn)彎矩： M= 205 = 355 Nm 剪切圖及彎矩圖如下：（4） 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 T = 9550 根據(jù)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生應(yīng)力的循環(huán)特征差異而定的應(yīng)力校正系數(shù)a取0.3，則 T = 0.3T= 102 Nm(5) 校核軸的強(qiáng)度 從圖中知F截面為危險(xiǎn)截面，根據(jù)第四強(qiáng)度理論的強(qiáng)度條件，其中查表11.44知，查表11.54知 W = ，則F截面的當(dāng)量彎曲應(yīng)力 = 65.5 MP 所以軸的結(jié)構(gòu)和尺寸均符合要求。(由于從動軸和主動軸結(jié)構(gòu)一樣，除了左端起65mm不要外，則該軸也符合要求)3.5 鍵的選擇軸與傳動滾筒、軸與聯(lián)軸器的連接均采用普通平鍵連接。 （1）根據(jù)軸徑d=35mm,查手冊6標(biāo)準(zhǔn)，選用普通平鍵A型截面尺寸為108鍵，長度為40mm，材料為40Cr。 （2）根據(jù)軸徑d=40mm,查手冊6標(biāo)準(zhǔn)，選用普通平鍵A型截面尺寸為128鍵，長度為20mm，材料為40Cr。3.6 軸承及軸承座的選擇 經(jīng)查閱網(wǎng)上資源8，選用帶立式座頂絲外球面軸承，它常采用于采礦、冶金、紡織、輸送機(jī)械等，適用于要求設(shè)備及零部件簡單的場合，具有一定調(diào)心性、易于安裝、具有雙重結(jié)構(gòu)的密封裝置，可以在惡劣的環(huán)境下工作。結(jié)構(gòu)形式多樣、通用性和互換性好。根據(jù)軸徑選用UCP207型號，其外觀如圖3-6-1所示： 圖 3-6-1 帶立式座頂絲外球面軸承其性能參數(shù)及安裝尺寸如圖3-6-2所示：圖3-6-2 UCP207的性能及安裝尺寸3.7 傳動滾筒的設(shè)計(jì)根據(jù)需要，兩個(gè)滾筒均采用Q235板材焊接而成，結(jié)構(gòu)簡單，成本較低，易于加工，具體結(jié)構(gòu)如圖3-7-1所示：圖3-7-1 滾筒結(jié)構(gòu)圖3.8 總體支架及外觀設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的支架是一個(gè)聯(lián)接件，其材料選用60方柱鋁型材9,結(jié)構(gòu)及截面形狀如圖3-8-1所示： 圖3-8-1 60方柱鋁型材起聯(lián)接和固定的附件如圖3-8-2所示：圖3-8-2 固定聯(lián)接件該支架主要用來承受上面各個(gè)零部件的重量以及安裝電動機(jī)及各零部件，其總長為2430mm，總高為1530mm，總寬為870mm，其總體結(jié)構(gòu)如圖3-8-3所示：圖3-8-3 支架結(jié)構(gòu)圖外觀設(shè)計(jì)（融合了光照箱），其材料選用不銹鋼薄皮板，其效果如圖3-8-4所示：圖3-8-4 外觀效果4 下料裝置的設(shè)計(jì)4.1 振動電機(jī)的選擇振動主要是用于減少料斗中的物料堆積在一起，特別是出料口小時(shí)，更需要增加振動，以防堵塞出料口。與此同時(shí)，使物料處于運(yùn)動狀態(tài)，便于勝利地往出料口中送料。在此料斗中的物料重量約為05Kg左右，因此我們選擇MVE系列微型振動電機(jī)10,該系列電機(jī)具有重量輕、體積小、激振力調(diào)整方便、絕緣等級和防護(hù)等級高、使用壽命長等特點(diǎn)。外觀如圖4-1-1所示：圖4-1-1 MVE系列微型振動電機(jī)由于該設(shè)備工作電壓為220V，因此選擇220（單相）MVE4型號微型振動電機(jī)，其技術(shù)數(shù)據(jù)和安裝外形尺寸如圖4-1-2所示：圖4-1-2 技術(shù)數(shù)據(jù)、安裝及外形尺寸4.2 彈簧的設(shè)計(jì)及計(jì)算44.2.1 彈簧的端部結(jié)構(gòu)選擇由于設(shè)計(jì)要求端圈與彈簧軸線的垂直性要好，且與支撐座的接觸要好，有較高的工作穩(wěn)定性，再根據(jù)工作要求，則選用冷卷壓縮彈簧Y 型，兩端圈并緊并磨平，支撐圈數(shù)n = 12.5,用于乘受載荷較大，要求各圈受力分析均勻及d0.5mm。4.2.2 彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算 據(jù)工作情況，要求彈簧中徑D，啟動時(shí)彈簧受力，最大工作載荷，工作行程h=30mm,年作用次數(shù)大于次。（1） 材料選擇根據(jù)工作情況屬類載荷，材料選用65Mn的C級，由表12.4查得=340MP，由表12.2查得G=79。（2） 求簧絲直徑d及彈簧內(nèi)徑D、外徑D由已知D=25mm，由式（12.11）求得 查圖12.7，得旋繞比 C=9.7 d,查手冊6取d = 3mm 實(shí)際旋繞比 C（3） 求有效圈數(shù)及按式（12.6）計(jì)算彈簧剛度由式（12.7）知 彈簧實(shí)際剛度 端部形式為型，則總?cè)?shù) （4） 計(jì)算彈簧的變形量 工作載荷F的變形量 最大工作載荷F的變形量 則 對于類彈簧極限載荷 極限變形量 （5） 計(jì)算彈簧的其它尺寸（按表12.9計(jì)算） 節(jié)距 則 自由高度 則實(shí)際節(jié)距 工作高度 極限工作高度 壓并高度 螺旋角 滿足 展開長度 （6） 驗(yàn)算a) 穩(wěn)定性（借鑒412.3.4節(jié)）高徑比 且 說明穩(wěn)定性不是很好，則需在結(jié)構(gòu)上采取措施，加裝導(dǎo)桿或?qū)?。在此裝置中考慮實(shí)際而采用加裝導(dǎo)桿，長度為50mm，以增強(qiáng)其穩(wěn)定性。b) 疲勞強(qiáng)度 由式（12.9）知 由表12.8查得彈簧材料的脈動疲勞極限 根據(jù)d = 3mm，查表12.3得，則 其中許用安全系數(shù)S4在彈簧設(shè)計(jì)計(jì)算和材料的機(jī)械性能數(shù)據(jù)精確性高時(shí)，取S = 1.31.7；精確性低時(shí)取S = 1.82。故疲勞強(qiáng)度滿足要求，通過。（7） 壓縮彈簧工作圖如圖4-2-1所示圖4-2-1 壓縮彈簧工作圖4.3 料斗的設(shè)計(jì)根據(jù)工作要求及設(shè)計(jì)要求，料斗的出料口應(yīng)具有一定的可變性，即其寬度和高度均由一定的調(diào)節(jié)范圍，以適應(yīng)多種物料的檢測分級。由于在檢測大米時(shí)，要求米粒一粒一粒依次送至輸送帶上，則落料口較小，很容易堵塞，在此除了安裝了微型振動電機(jī)外，還在接近出料處設(shè)計(jì)了一段圓弧。以控制近口處只留有一粒米的空間，而其它米粒在振動及圓弧的作用下，會退居圓弧以外，達(dá)到防堵的作用。材料選用不銹鋼。再由平時(shí)關(guān)注及老師指點(diǎn)，其外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4-3-1所示： 圖4-3-1 料斗4.4 下料裝置的總體設(shè)計(jì) 查閱資料并參照輸送檢測整體設(shè)備，將該下料裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成如圖4-4-1所示：圖4-4-1 下料總體裝置5 整體外觀設(shè)計(jì)如圖5-1所示：（除去電動機(jī)及計(jì)算機(jī)檢測系統(tǒng)的外設(shè)）圖5-1 整體外觀圖6 總 結(jié)6.1 全文總結(jié)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我達(dá)到了深化理論、學(xué)以致用、理論與實(shí)踐結(jié)合的目的，給了我初步體現(xiàn)設(shè)計(jì)能力的機(jī)會，也反映了大學(xué)四年基礎(chǔ)及專業(yè)知識的學(xué)習(xí)情況。鑒于本人的知識水平和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)所限，并在設(shè)計(jì)過程中考慮的問題不全面，所以設(shè)計(jì)出來的裝置必然存在著一些不足之處，結(jié)構(gòu)上也有需要改正的地方，敬請各位老師批評指正。為了完成此項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)，我系統(tǒng)的回顧了大學(xué)四年所學(xué)的相關(guān)專業(yè)知識?？沼鄷r(shí)間就在考慮些有關(guān)設(shè)計(jì)的實(shí)際問題，由于我的設(shè)計(jì)偏向于機(jī)械設(shè)計(jì)，對他的詳細(xì)學(xué)習(xí)使我對機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)部分有了更深一步的了解。在設(shè)計(jì)過程中，我哦深感基礎(chǔ)知識、實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及設(shè)計(jì)思路的重要性，特別是設(shè)計(jì)步驟間地關(guān)聯(lián)性及所需的嚴(yán)謹(jǐn)性。設(shè)計(jì)過程中查看了很多資料來形成自己的設(shè)計(jì)思路，并且提升了搜索相關(guān)資料的能力和效率，特別是運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊的能力，讓我更深刻地理解了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性。通過這次設(shè)計(jì)我受益匪淺，了解了有關(guān)設(shè)計(jì)的程序和規(guī)范，并懂得了作為設(shè)計(jì)技術(shù)人員應(yīng)具備的素質(zhì)和能力及精神。鞏固了所學(xué)知識，提升了CAD、PRO/E等畫圖軟件的應(yīng)用能力，和實(shí)踐、設(shè)計(jì)能力，拓寬了視野，為將來的學(xué)習(xí)和進(jìn)一步的研究打下了基礎(chǔ)，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。6.2 創(chuàng)新點(diǎn)（1）在設(shè)計(jì)選材方面，通過網(wǎng)上資源，獲得了許多價(jià)格較低且有利得型材和附件，并對其有效地利用，使該設(shè)備的出產(chǎn)效率大大提高，且體重更輕。（2）料斗的設(shè)計(jì)中，通過對出料口的寬度和高度加以有一定范圍的調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)，使該設(shè)備的使用范圍擴(kuò)大。只需更改檢測系統(tǒng)中的有關(guān)程序，便能分別實(shí)現(xiàn)對大米、稻谷、鈕扣、大豆、小麥、開心果及其他一些重量較輕、高寬度在該料斗可調(diào)范圍內(nèi)的物料進(jìn)行類似的分級處理。（3）單獨(dú)的光照箱體被整合在了整個(gè)設(shè)備箱體內(nèi)，使攝像頭等附件安裝更簡單，也使整臺設(shè)備在外觀上更緊湊、更具整齊性，防護(hù)上更有利于防塵。參考文獻(xiàn)1 www.cqn.com.cn:8080/news/2004526/0-0-0-78452:shtml2 陳建偉，劉瓔瑛.基于機(jī)器視覺技術(shù)的大米品質(zhì)檢測綜述.糧食與食品工業(yè)，2008，（3）：44-473 成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（第五版）.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.44 楊明忠，朱家誠主編.機(jī)械設(shè)計(jì).武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2001.105 www.signa.china.com/product.asp?classid=4&parentid=16 張展主編.機(jī)械設(shè)計(jì)通用手冊，北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1994.57 劉鴻文主編.材料力學(xué)，北京：高等教育出版社，2004.48 www.tr.com.cn/script/product/more.asp?p-id=669 www.wjw.cn/trade/mbro80920184851156354/tra081007093912937412.xhtml10 www.oil-wolong.com/prmain.htm11 楊光主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)，北京：高等教育出版社，200312 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