花生去殼機(jī)設(shè)計(jì)

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1、1引言11課題提出的背景花生中富含脂肪和蛋白質(zhì)，既是主要的食用植物油來源，而且又可提供豐富的植物蛋白質(zhì)。利用花生或脫脂后的花生餅粕的蛋白粉，可直接用于焙烤食用，也可作為肉制品、乳制口、糖果和煎炸食品的原料或添加劑。以花生蛋白粉為原料或添加劑制成的食品，既提高了蛋白質(zhì)含量，又改善了其功能特性?；ㄉ鞍追圻€可以通過高壓膨化制成蛋白肉?；ㄉ鞘秤弥参镉凸I(yè)的重要原料，利用花生油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、調(diào)和油等，也可用作工業(yè)原料。花生除經(jīng)簡單加工就可食用外，經(jīng)深加工還可以制成營養(yǎng)豐富，色、香、味俱佳的各種食品和保健品?；ㄉ庸じ碑a(chǎn)品花生殼和花生餅粕等可以綜合利用，加工增值，提高經(jīng)濟(jì)效益?；ㄉ?/p>

2、制取油脂、制取花生蛋白、生產(chǎn)花生儀器以及在花生貿(mào)易出口時(shí)，都需要對(duì)花生進(jìn)行預(yù)處理加工?；ㄉ念A(yù)處理主要包括花生的剝殼和分級(jí)、破碎、軋胚和蒸炒等?；ㄉ诩庸せ蜃鳛槌隹谏唐窌r(shí)，需要進(jìn)行剝殼加工?；ㄉ谥迫∮椭瑫r(shí)，剝殼的目的是為了提高出油率，提高毛油和餅粕的質(zhì)量，利于軋胚等后續(xù)工序的進(jìn)行和皮殼的綜合利用。傳統(tǒng)的剝殼為人力手工剝殼，手工剝殼不僅手指易疲勞、受傷，而且工效很低，所以花生產(chǎn)區(qū)廣大農(nóng)民迫切要求用機(jī)器來代替手工剝殼?；ㄉ鷦儦C(jī)的誕生在很大程度上改變了這種局面，使花生產(chǎn)區(qū)的農(nóng)民不必再采用最原始的剝殼方法進(jìn)行剝殼，從而大大地減輕了農(nóng)民的體力勞動(dòng)，同時(shí)還提高了花生剝殼的效率?；ㄉ摎C(jī)是將花生莢果去

3、掉外殼而得到花生仁的場上作業(yè)機(jī)械。由于花生本身的生理特點(diǎn)決定了花生脫殼不能與花生的田間收獲一起進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，而只能在花生莢果的含水率降到一定程度后才能進(jìn)行脫殼。隨著花生種植業(yè)的不斷發(fā)展，花生手工脫殼已無法滿足高效生產(chǎn)的要求，實(shí)行脫殼機(jī)械化迫在眉睫。1 2花生脫殼機(jī)械的發(fā)展我國花生脫殼機(jī)的研制自1965年原八機(jī)部下達(dá)花生脫殼機(jī)的研制課題以來，已有幾十種花生脫殼機(jī)問世。只進(jìn)行單一脫殼功能的花生脫殼機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，以小型家用為主的花生脫殼機(jī)在我國一些地區(qū)廣泛應(yīng)用，能夠完成脫殼、分離、清選和分級(jí)功能的較大型花生脫殼機(jī)在一些大批量花生加工的企業(yè)中應(yīng)用較為普遍。國內(nèi)現(xiàn)有的花生脫殼機(jī)種類很多，如6BH

4、H60型花生剝殼機(jī)、6BHK20B花生剝殼機(jī)、6BHH20型花生脫殼機(jī)等（技術(shù)參數(shù)見附表）,其作業(yè)效率為人工作業(yè)效率的2品60倍以上。錦州俏牌集團(tuán)生產(chǎn)的TFHS150型花生除雜脫殼分選機(jī)組一次能實(shí)現(xiàn)花生原料的脫殼、除皮、分選，是一種比較先進(jìn)的花生后期生產(chǎn)機(jī)械。偉民牌6BH-720型花生脫殼機(jī)帶有復(fù)脫、分級(jí)裝置，采用搓板式脫殼、風(fēng)力初選、比重分離精選等裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活方便、脫凈率高、消耗動(dòng)力小等特點(diǎn)。6BQ22型花生脫殼機(jī)是一種一次喂料就可完成花生脫殼工作的機(jī)械，經(jīng)風(fēng)力初選、風(fēng)扇振動(dòng)、分層分離、復(fù)脫精選分級(jí)后的花生仁可直接裝袋入庫。6BH-1800型花生脫殼機(jī)械采用了三軋輾混合脫殼結(jié)

5、構(gòu)，能夠進(jìn)行二次脫殼。而隨著我國花生產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步調(diào)整，花生產(chǎn)量逐年增加，花生的機(jī)械化脫殼程度將大幅提高，花生脫殼機(jī)械將擁有廣闊的發(fā)展前景?；ㄉ鷦儦さ脑砗芏?，因此產(chǎn)生了很多種不同的花生剝殼機(jī)械?；ㄉ鷦儦げ考腔ㄉ鷦儦C(jī)的關(guān)鍵工作部件，剝殼部件的技術(shù)水平?jīng)Q定了機(jī)具作業(yè)剛花生仁破碎率、花生果一次剝凈率及生產(chǎn)效率等重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在目前的生產(chǎn)銷售中，花生仁破碎率是社會(huì)最為關(guān)心的主要指標(biāo)。八十年代以前的花生剝殼機(jī)械，破碎率一般都大于8%有時(shí)高達(dá)15%以上。加工出的花生仁，只能用來榨油，不能作種用，也達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)。為了降低破碎率而探討新的剝殼原理，研制新式剝殼部件，便成為花生剝殼機(jī)械的重要研究課題。從六

6、十年代初，開始在我國出現(xiàn)了封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式花生剝殼機(jī)。自198孫以來，在已有的花生剝殼部件的研制基礎(chǔ)上，我國又相繼研制了多種不同結(jié)構(gòu)型式的新式剝殼部件，其主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，特別是破殼率指標(biāo)大有改善。以下介紹一下我國上個(gè)世紀(jì)幾種主要的花生剝殼部件1 .封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式花生剝殼部件組瓜”姆旗六十年代初，我國在吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了TH-34C花生剝殼機(jī)，其剝殼部件是在一個(gè)圓筒上鑲上若干根紋桿組成的封閉式紋桿滾筒，下面裝有若干根圓鋼條組成的柵條式凹板，如圖1所示。在該機(jī)構(gòu)中花生進(jìn)口大（3O-50毫米），出口?。?O-25毫米），工作時(shí)，花生果在滾筒的推動(dòng)下由進(jìn)口向出口端運(yùn)動(dòng)

7、，在滾筒和凹板的沖擊、擠壓、揉搓作用下直接脫殼，花生受列剝殼機(jī)的直接搓擦作用，系強(qiáng)制脫殼，故破碎率高。剝殼時(shí)，直徑同凹板柵縫一樣大小的單粒果及雙粒果便從柵縫中分離出來，所以一次剝凈率低，最高80%。為了將混在一起的花生仁和未脫果分離開來，采用柵條式凹板的剝殼機(jī)一般要配置分離機(jī)構(gòu)。后來研制并生產(chǎn)的TH-47O!,6BH-570型等型式的剝殼機(jī)，結(jié)構(gòu)與其大同小異，剝殼質(zhì)量均不理想。2 .封閉橡膠板滾筒，直立橡膠板式剝殼部件該機(jī)的剝殼部件是由封閉膠輾和直立膠板組成，剝殼原理系擠壓式，如圖2所示圖2作業(yè)時(shí)，花生果在膠輾的推動(dòng)下，通過剝殼間隙（520毫米），由膠輾和膠板的擠壓作用脫殼，避開了剝殼部件的揉

8、搓作用，破碎率有所降低，但仍在5%以上。另外，因直徑小于剝殼間隙的小果未經(jīng)剝殼便被分離出來，故一次剝凈率很低，只有30流右所以不得不增設(shè)循環(huán)機(jī)構(gòu)，以使花生經(jīng)多次擠壓脫殼，致使機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大，造價(jià)較高。3 .開式紋桿滾筒，編織凹板式花生剝殼部件剝殼部件采用了由兩根金屬紋桿組成的開式紋桿滾筒和用編織絲網(wǎng)制成的編織凹板，具結(jié)構(gòu)如圖3所示圖3作業(yè)時(shí)，花生果在滾筒的推動(dòng)下，受擠壓揉搓脫殼，該結(jié)構(gòu)與封閉滾筒式不同，花生果受到開式滾筒的攪拌作用，剝殼力帶有柔性，故其破碎率較低，可控制在3%-5%另外，與柵條式凹板不同，因系編織網(wǎng)孔凹板，剝殼時(shí)，只有直徑小于網(wǎng)孔尺寸的單粒癟果末脫殼而被網(wǎng)孔分離，雙粒長果則

9、漏不出來，仍被剝殼，故剝凈率較高。4 .立式剝殼機(jī)構(gòu)剝殼部件采用了由兩根扁鋼條焊接而成的立式轉(zhuǎn)子，下面裝著用編織絲網(wǎng)制成的編織平底篩，該剝殼部件如圖4所示。圖4在剝殼室內(nèi)，花生果受立式轉(zhuǎn)子的推動(dòng)而相互磨擦，從而達(dá)到剝殼的目的，此方法系柔性揉搓剝殼。實(shí)踐證明，該機(jī)破碎率較低，可控制在3%以下。其缺點(diǎn)是由于采用立式傳動(dòng)，故傳動(dòng)機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。5 .開式扁條滾筒，編織凹板式花生剝殼部件采用了由三根扁鋼條制成的開式扁條滾筒，和用編織絲網(wǎng)制成的凹板結(jié)構(gòu)，如圖5所示。作業(yè)時(shí)，花生果在扁條的推動(dòng)下隨滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，在滾筒和凹板之間形/褊姐區(qū)圖5成一個(gè)活動(dòng)層，花生果在該活動(dòng)層內(nèi)互相揉搓而脫殼。由于在該機(jī)構(gòu)中，避開了剝

10、殼部件的直接擠壓，沖擊的作用，而是花生搓花生，系柔性剝殼，故破碎率較低，該機(jī)鑒定時(shí)實(shí)測破傷率（破碎率+損傷率）為0.91。另外脫凈率及生產(chǎn)效率等指標(biāo)亦較理想。1.3花生脫殼機(jī)械的研究應(yīng)用現(xiàn)狀目前國內(nèi)花生脫殼機(jī)從其脫殼原理、結(jié)構(gòu)和材料上基本可分為以打擊、揉搓為主鋼紋桿一一鋼柵條凹板以擠壓、揉搓為主的橡膠滾筒一一橡膠浮動(dòng)凹板兩大類，但脫殼質(zhì)量均不高，破損率都大于8%,剝出的花生米只能用于榨油和食用，滿足不了外貿(mào)出口和作種子的要求。探索先進(jìn)的脫殼原理是解決脫殼機(jī)現(xiàn)存問題的重要途徑。1.3.1目前花生脫殼機(jī)采用的脫殼原理目前應(yīng)用比較廣泛的花生機(jī)械脫殼原理有以下幾種。撞擊法脫殼撞擊法脫殼是物料高速運(yùn)動(dòng)時(shí)

11、突然受阻而受到?jīng)_擊力，使外殼破碎而實(shí)現(xiàn)脫殼的目的。具典型設(shè)備為由高速回轉(zhuǎn)甩料盤及固定在甩料盤周圍的粗糙壁板組成的離心脫殼機(jī)。甩料盤使花生莢果產(chǎn)生一個(gè)較大的離心力撞擊壁面，只要撞擊力足夠大，莢果外殼就會(huì)產(chǎn)生較大的變形，進(jìn)而形成裂縫。當(dāng)莢果離開壁面時(shí)，由于外殼具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)速度，莢果所受到的彈性力較小，運(yùn)動(dòng)速度也不如外殼，阻止了外殼迅速向外移動(dòng)而使其在裂縫處裂開，從而實(shí)現(xiàn)籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結(jié)合力小，仁殼間隙較大且外殼較脆的莢果。影響離心式脫殼機(jī)脫殼質(zhì)量的因素有，籽粒的水分含量、甩料盤的轉(zhuǎn)速、甩料盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。碾搓法脫殼花生莢果在固定磨片和運(yùn)動(dòng)著的磨片間受到強(qiáng)烈

12、的碾搓作用，使莢果的外殼被撕裂而實(shí)現(xiàn)脫殼。其典型的設(shè)備為由一個(gè)固定圓盤和一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)圓盤組成的圓盤剝殼機(jī)。莢果經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入定磨片和動(dòng)磨片的間隙中，動(dòng)磨片轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力使籽粒沿徑向向外運(yùn)動(dòng)，也使莢果與定磨片問產(chǎn)生方向相反的摩擦力；同時(shí)，磨片上的牙齒不斷對(duì)外殼進(jìn)行切裂，在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂，并與殼仁脫離，達(dá)到脫殼的目的。該種方法影響因素有，莢果的水分含量、圓盤的直經(jīng)、轉(zhuǎn)速高低、磨片之間工作間隙的大小、磨片上槽紋的形狀和莢果的均勻度等。剪切法脫殼花生莢果在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓間受到相對(duì)運(yùn)動(dòng)著的刀板的剪切力的作用，外殼被切裂并打開，實(shí)現(xiàn)外殼與果仁的分離。其典型設(shè)備為由刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座

13、為主要工作部件的刀板剝殼機(jī)。在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板，刀板座呈凹形，帶有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可根據(jù)花生莢果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當(dāng)?shù)栋遛D(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)，與刀板之間產(chǎn)生剪切作用，使物料外殼破裂和脫落。主要適用于棉籽，特別是帶絨棉籽的剝殼，剝殼效果較好。由于其工作面較小，故易發(fā)生漏籽現(xiàn)象，重剝率較高。該種方法影響因素有，原料水分含量、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的高低、刀板之間的間隙大小等。擠壓法脫殼擠壓法脫殼是靠一對(duì)直徑相同轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反，轉(zhuǎn)速相等的圓柱輥，調(diào)整到適當(dāng)間隙，使花生莢果通過間隙時(shí)受到輥的擠壓而破殼。莢果能否順利地進(jìn)入兩擠壓輥的間隙，取決于擠壓輥及與莢果接觸的情況。要使莢果在兩擠壓輥間被擠壓破殼，莢

14、果首先必須被夾住，然后被卷入兩輥間隙。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒破損率和脫殼率高低的重要因素。搓撕法脫殼搓撕法脫殼是利用相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輥筒對(duì)籽粒進(jìn)行搓撕作用而進(jìn)行脫殼的。兩只膠輥水平放置，分別以不同轉(zhuǎn)速相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，輥面之間存在一定的線速差，橡膠輥具有一定的彈性其摩擦系數(shù)較大?；ㄉv果進(jìn)入膠輥工作區(qū)時(shí)，與兩輥面相接觸，如果此時(shí)莢果符合被輥?zhàn)訃说臈l件，即嚙人角小于摩擦角，就能順利進(jìn)入兩輥問此時(shí)莢果在被拉人輥間的同時(shí)，受到兩個(gè)不同方向的摩擦力的撕搓作用；另外，莢果又受到兩輥面的法向擠壓力的作用，當(dāng)莢果到達(dá)輥?zhàn)又行倪B線附近時(shí)法向擠壓力最大，莢果受壓產(chǎn)生彈性塑性變形，此時(shí)莢果的外殼也將在擠壓作用下破

15、裂，在上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過程。影響脫殼性能的因素有，線速差、膠壓輥的硬度、軋入角、軋輥半徑、軋輥間間隙等。1 32新型脫殼技術(shù)壓力膨脹法原理是先使一定壓力的氣體進(jìn)入花生殼內(nèi)，維持一段時(shí)間，以使花生莢果內(nèi)外達(dá)到氣壓平衡，然后瞬間卸壓，內(nèi)外壓力平衡打破，殼體內(nèi)氣體在高壓作用下產(chǎn)生巨大的爆破力而沖破殼體，從而達(dá)到脫殼的目的。主要影響因素有，充氣壓力、穩(wěn)定壓力維持時(shí)間、籽粒的含水率等。真空法將花生莢果放在真空爆殼機(jī)中，在真空條件下，將具有相當(dāng)水分的莢果加熱到一定溫度，在真空泵的抽吸下，莢果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā)而被移除，其韌性與強(qiáng)度降低，脆性大大增加；真空作用又使殼外壓力降低，殼內(nèi)

16、部相對(duì)處于較高壓力狀態(tài)。殼內(nèi)的壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會(huì)使外殼爆裂。激光法用激光逐個(gè)切割堅(jiān)果外殼。試驗(yàn)顯示，用這種方法幾乎能夠達(dá)到10096的整仁率，但因其費(fèi)用昂貴、效率低下等原因，很難得到推廣。2 33花生脫殼機(jī)械的工藝研究在脫殼技術(shù)方面，除了在原理和設(shè)備上進(jìn)行研究外，人們還在工藝上進(jìn)行了研究以提高籽粒的脫殼率及脫殼質(zhì)量。分級(jí)處理物料的粒度范圍大，必須先按大小分級(jí)，再進(jìn)行脫殼，才能提高脫殼率，減少破損率。水分含量花生莢果的含水率對(duì)脫殼效果有很大的影響，含水率大，則外殼的韌性增加；含水率小，則果仁的粉末度大。因此應(yīng)使花生莢果盡量保持最適當(dāng)?shù)暮剩员ＷC外殼和果仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異

17、，即外殼含水率低到使其具有最大的脆性，脫殼時(shí)能被充分破裂，同時(shí)又要保持仁的可塑性，不能因水分太少而使果仁在外力作用下粉末度太大，可減少果仁破損率。3 34花生脫殼機(jī)械存在的問題目前我國在花生脫殼技術(shù)研究方面一直沒有大的突破，資金投入也不足，脫殼部件的研制仍在2刖紀(jì)90年代初的技術(shù)水平上徘徊，所以在脫殼性能上并沒有很大的提高。由于機(jī)械脫殼時(shí)對(duì)花生仁的損傷率偏高，用于種子和較長期貯存的花生仁至今仍是手工剝殼。脫殼機(jī)械在技術(shù)性能和作業(yè)環(huán)節(jié)上存在以下問題：脫殼率低，脫殼后的果仁破損率高，損失大。機(jī)具性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性差。通用性差，利用率低。作業(yè)成本偏高，多數(shù)是單機(jī)制造，制造的工藝水平較低，同時(shí)能耗較高

18、。有些產(chǎn)品僅進(jìn)行了樣機(jī)試制或少量試生產(chǎn)，未進(jìn)行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用，作業(yè)性能及商品性等方面還存在不少問題。1 4花生脫殼機(jī)械研究重點(diǎn)我國加入WT來，國內(nèi)外關(guān)于花生脫殼機(jī)械的開發(fā)與推廣應(yīng)用日益增多，針對(duì)現(xiàn)有花生脫殼機(jī)械存在的優(yōu)點(diǎn)與不足，在未來的發(fā)展過程中，對(duì)花生脫殼機(jī)械在生產(chǎn)應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，不斷完善其功能，使其呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。141提高花生脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性提高花生脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性仍是當(dāng)前的主要研究方向之一目前，許多花生脫殼機(jī)械只是針對(duì)某一花生品種和所在地區(qū)的生長環(huán)境來設(shè)計(jì)，其通用性、兼容性和適應(yīng)性較差。提高花生脫殼機(jī)械的通用性和兼容性，使研制的花生脫殼機(jī)械通過更換主

19、要部件能夠同時(shí)對(duì)其他帶殼物料進(jìn)行脫殼加工。研制通過變換主要工作部件即能滿足不同堅(jiān)果脫殼作業(yè)需要的脫殼機(jī)具，并提高制造工藝水平，降低制造成本，以適應(yīng)不同加工企業(yè)的需要?；ㄉ摎C(jī)械能否適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，將直接影響到花生脫殼機(jī)械能否更好的推廣應(yīng)用與健康發(fā)展。142提高機(jī)械脫殼率。降低破損率對(duì)花生脫殼機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)與工作部件進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究新的脫殼機(jī)理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；同時(shí)在整體配置上進(jìn)一步改進(jìn)和完善，提高脫殼率，降低籽仁破損率。目前國內(nèi)外的花生脫殼機(jī)械均存在脫殼率和破損率之間的矛盾，處理好這一關(guān)鍵技術(shù)將關(guān)系到花生脫殼機(jī)械的發(fā)展前景。143向自動(dòng)控制和自動(dòng)化方向發(fā)展大多數(shù)機(jī)具目前仍依賴

20、人工喂料或定位，影響了作業(yè)速度和作業(yè)質(zhì)量。因此應(yīng)通過機(jī)電一體化手段，開發(fā)設(shè)計(jì)自動(dòng)喂料、自動(dòng)定位脫殼裝置，保證均勻喂料與有效定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動(dòng)化操作，進(jìn)一步提高作業(yè)精確性和作業(yè)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)率，滿足部分大、中型加工企業(yè)的需要，以開拓國內(nèi)和國外市場。新技術(shù)原理、新結(jié)構(gòu)材料、新工藝將不斷應(yīng)用于花生機(jī)械的研制開發(fā)中，隨著液壓技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)以及化工、冶金工業(yè)的發(fā)展，許多復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)、動(dòng)力傳遞、笨重的材料和落后的工藝將逐漸被取代。減輕重量，減少阻力，簡化操作，減少輔助工作時(shí)間，延長使用壽命，降低勞動(dòng)使用費(fèi)用等將作為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)用于脫殼機(jī)械的設(shè)計(jì)制造。隨著國內(nèi)外高新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，

21、如何將這些高新技術(shù)更好的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，也是目前花生脫殼機(jī)械需要盡快解決的問題。1 5花生脫殼機(jī)械應(yīng)用前景展望花生生產(chǎn)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展的重要保證，近年來，花生機(jī)械裝備總量不斷穩(wěn)步增長，作業(yè)水平進(jìn)一步提高，社會(huì)化服務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)大，雖然目前花生脫殼機(jī)械化水平較高，但是多應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)與示范推廣區(qū)，并且小型機(jī)械多、大型機(jī)械少，低檔機(jī)械多、高性能機(jī)械少。在一些地區(qū)，用作種子和特殊用途的花生仁仍采用傳統(tǒng)的手工剝殼，勞動(dòng)生產(chǎn)率低，區(qū)域性發(fā)展不平衡。進(jìn)入21世紀(jì)，我國花生生產(chǎn)機(jī)械化開始了新的發(fā)展階段，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整發(fā)生了新的變化，也對(duì)花生機(jī)械的發(fā)展產(chǎn)生了積極

22、而深遠(yuǎn)的影響，不僅拉動(dòng)了新的有效需求，而且構(gòu)筑了適合花生生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的新舞臺(tái)，為花生生產(chǎn)機(jī)械化真正成為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)器提供了廣闊的市場發(fā)展條件。在一些地區(qū)推進(jìn)花生生產(chǎn)機(jī)械化的過程中，相繼出臺(tái)了鼓勵(lì)和扶持農(nóng)民購買花生機(jī)械、開展花生機(jī)械作業(yè)服務(wù)的優(yōu)惠政策和措施，調(diào)動(dòng)了農(nóng)民購買花生機(jī)械的積極性，形成了新的市場需求。隨著花生種植業(yè)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外對(duì)花生深加工產(chǎn)品的需求不斷增大，提高花生脫殼機(jī)械化作業(yè)水平成為必然。花生脫殼機(jī)在提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面起到了積極的作用，促進(jìn)了花生加工業(yè)的科技進(jìn)步，為花生脫殼機(jī)械的發(fā)展提供了空間。402刮板式花生去殼機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理2 1刮板式花生去殼機(jī)的

23、結(jié)構(gòu)根據(jù)刮板式花生去殼機(jī)的剝殼原理可知道，花生是從上至下依次經(jīng)過集料斗、剝殼箱、柵格、下箱出口、分選口，花生仁收集斗這些部件的，因此設(shè)計(jì)剝殼機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的依據(jù)就出來了。設(shè)計(jì)過程是從上往下，從花生的裝集開始，最上面是集料斗，集料斗下方是剝殼箱,集料斗可與剝殼箱設(shè)計(jì)為一個(gè)整體。在剝殼箱內(nèi)，花生必須經(jīng)過刮板的撞擊和擠壓作用才能進(jìn)行剝殼，因此，將刮板設(shè)計(jì)置在剝殼箱內(nèi)?；ㄉ?jīng)過刮板的撞擊和擠壓進(jìn)行剝殼后，要經(jīng)過位于剝殼箱底部的柵格，于是可以把柵格設(shè)計(jì)成一個(gè)半圓柵籠，將其固定在剝殼箱的下半箱內(nèi)?；ㄉ┻^柵格后經(jīng)過剝殼箱底部的出口往下落，在下落過程中，設(shè)計(jì)一個(gè)風(fēng)機(jī)的吹入口，其作用是將經(jīng)過剝殼的花生殼與花生仁

24、進(jìn)行分離，重量稍重的不被風(fēng)吹走，而重量較輕的花生殼將被風(fēng)機(jī)吹來的氣流帶入到花生殼收集通道，通道的底部設(shè)計(jì)成一定角度。經(jīng)過分離的花生仁往下落，落入花生仁收集通道，將此通道與花生殼收集通道的底面設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，這樣的設(shè)計(jì)可以讓被風(fēng)吹走的花生仁通過自身的重量往下回滾到花仁收集通道。為保證整機(jī)的各部分的安裝，需設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)架，機(jī)架起到其它幾個(gè)部分的支承、定位、連接作用，并將電機(jī)安裝在機(jī)架里面，剝殼機(jī)安裝在機(jī)架的上方。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1所小。圖2-12. 2工作原理刮板式花生去殼機(jī)以前也稱為刀籠剝殼機(jī)，是借助轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的刮板與籠柵的擠壓和打擊作用，將花生果外殼破碎的一種機(jī)械設(shè)備，具特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便

25、。其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。它主要由進(jìn)料機(jī)構(gòu)、剝殼機(jī)構(gòu)和支承機(jī)構(gòu)等部分組成。圖1-1花生果進(jìn)入存料斗后，經(jīng)下部的入料窄口形成薄層流落下來進(jìn)入剝殼箱內(nèi)，與高速旋轉(zhuǎn)的刮板相互碰撞，在刮板的錘擊下，花生殼發(fā)生破裂，從而進(jìn)行第一次剝殼。部分花生果在下落過程中沒有與刮板發(fā)生碰撞，有些發(fā)生碰撞了而花生殼卻未撞裂，這部分花生落入到由圓鋼棒排列成的柵格上，由于柵格頂部與刮板的旋轉(zhuǎn)外徑間的間距不足以容納一個(gè)花生果，因此花生果將在落入柵格的同時(shí)被刮板再次錘擊和擠壓，從而使這些花生果的果殼也被壓碎。剝殼后的仁與殼通過柵格間的間隙落下，在下落的同時(shí)，受到風(fēng)機(jī)吹來的經(jīng)調(diào)節(jié)好的氣流作用，果殼因重量輕而被氣流送入集殼通道，而花

26、生仁因重量大，繼續(xù)往下落，從而達(dá)到了殼仁分離的目的。3刮板式花生去殼機(jī)主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)刮板式花生去殼機(jī)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，看的是其主要部件的設(shè)計(jì)，如果設(shè)計(jì)不合理，機(jī)器就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)或者說不能運(yùn)轉(zhuǎn)，那么生產(chǎn)出來的這臺(tái)機(jī)器就是一堆費(fèi)品。設(shè)計(jì)合理,機(jī)器就能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)并對(duì)花生果進(jìn)行剝殼。因此，刮板式花生去殼機(jī)的主要部件的設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中顯得尤為重要，合理的設(shè)計(jì)將提供給使用者更多的方便和實(shí)惠。3. 1設(shè)計(jì)前各項(xiàng)參數(shù)的確定3.1.1刮板的半徑及轉(zhuǎn)速初定刮板的旋轉(zhuǎn)必須確保能將部分花生殼撞碎，當(dāng)花生果與鋼質(zhì)物體相對(duì)速度達(dá)到5m/s時(shí)，可使花生殼破碎而不會(huì)破壞到花生仁，可根據(jù)此依據(jù)設(shè)計(jì)刮板的轉(zhuǎn)速與半徑。如圖3

27、-1所示，花生下落位置在RR之間，設(shè)計(jì)時(shí)采用最小碰撞半徑e為計(jì)算半22徑v2nr取半徑R=250mm,則n=382.2r/min結(jié)論：R=250mm,n=382.2r/min圖3-13.1.2刮板所需功率計(jì)算根據(jù)公式PQ可計(jì)算出刮板所需的功率t刮板對(duì)花生做功Q EkEpEk：刮板改變花生的動(dòng)能Ep:刮板改變花生的勢能1212EkE1E2mv1-mv222EpmghmgR-1,22Q（ViV2gR）2mQIm,22P端viV2gR)根據(jù)所給產(chǎn)量要求1500kg/h,即0.417kg/s,此為花生仁的產(chǎn)量，折合花生果產(chǎn)量為0.417/純?nèi)事?根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，湖南所處地理位置可取花生的純?nèi)事蕿?9%折

28、合花生果產(chǎn)量為0.604kg/s,此即每秒進(jìn)入剝殼箱內(nèi)被破碎的花生果的重量?；ㄉ佑|刮板時(shí)初速度設(shè)為1m/s,方向向下，脫離刮板時(shí)速度為15m/s,方向向左，脫離刮板時(shí)相對(duì)初位置高度為500mmt=1sm=0.604kg/sv1=1m/sv2=15m/sR=0.5mQ1m,22P(v1v2gR)=(0.302+67.95+2.96)W=71.212w加上刮板與花生在柵格中擠壓所需要的能量，P也不會(huì)超過500w。為計(jì)算電動(dòng)機(jī)的所需工率Pd,先要確定從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間的總效率。設(shè)1、2分別為滾動(dòng)軸承和V帶傳動(dòng)的效率，于是有221 2=-0.8668電動(dòng)機(jī)所需功率PdPw不會(huì)超過700W,由于給定

29、電動(dòng)機(jī)的功率為1.5kW,遠(yuǎn)大于此計(jì)算值，故所給電動(dòng)機(jī)的功率完全符合要求。3. 1.3傳動(dòng)方案擬定由于刮板式花生去殼機(jī)的工作軸旋轉(zhuǎn)速度較高，達(dá)到n2=382.2r/min可有兩種選擇，第一種是采用一級(jí)V帶傳動(dòng)，第二種是采用兩級(jí)混合傳動(dòng)，而很明顯的，若采用兩級(jí)傳動(dòng)方案，將會(huì)致使機(jī)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且成本升高，所以選用一級(jí)V帶傳動(dòng)。4. 1.4電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)所給的功率及同步轉(zhuǎn)速，可選用的電機(jī)型號(hào)有兩種Y90L-4型和Y100L-6型根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和刮板轉(zhuǎn)速可算出總傳動(dòng)比，現(xiàn)將此兩種電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)和傳動(dòng)比列于下表力殺方電機(jī)型號(hào)額定功率kw同步轉(zhuǎn)速r/min滿載轉(zhuǎn)速r/min總傳動(dòng)比i1Y100L

30、-61.510009402.4592Y90L-41.5150014003.663由上表可知：方案1總傳動(dòng)比雖小，轉(zhuǎn)速低，但價(jià)格高，作為家用機(jī)械的電機(jī)不是太合算，故選擇方案2,即電機(jī)型號(hào)為Y90L-4。查表得此種電動(dòng)機(jī)的中心高H=90mm外伸軸徑為24mm軸的外伸長度為50mm3.1.5傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和參數(shù)計(jì)算軸的轉(zhuǎn)速n11400r/minn2n1/i382.2r/min軸的輸入功率22P2Pdf1.50.952=1.35kw軸的轉(zhuǎn)矩T29550P2/n233.732N.m3.2V帶傳動(dòng)首先列出設(shè)計(jì)的基本條件電機(jī)型號(hào)：Y90L-4額定功率：1.5kw轉(zhuǎn)速：n1=1400r/min傳動(dòng)比：i=3.

31、663假設(shè)每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間t10h1 .確定計(jì)算功率Pca查表得工作情況系數(shù)KA=1.1Pca=KAP=1.1X1.5=1.65(kw)2 .選擇V帶帶型根據(jù)Pca、n1查得最適合的帶型為A型3 .確定帶輪基準(zhǔn)直徑由主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑系中選取dd175mm,從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑為dd2idd13.66375mm274.725mm驗(yàn)算帶的速度dd1n1v 60 10005.498m/s751400,m/s601000v=5.498m/svmax=25m/s因此所選帶的速度合適4,確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度Ld 2a0-(dd1 ddz)(dd2 dd1)2=1972.36mm4a0由V帶的基準(zhǔn)長度系中選取基準(zhǔn)

32、長度Ld 2000mm計(jì)算實(shí)際中心距aLd Ld1972.36a a0 (700 )mm225 .驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角1280 751 180 57.5160.68713.82主動(dòng)輪包角合適713.82mm1206.計(jì)算V帶的根數(shù)z9(PP)k ki根據(jù)0.7（dddd?）a02（dddd?）初步確定中心距a。700mm,計(jì)算帶的基準(zhǔn)長由n11400r/min,dd175mm,i=3.663查表得P00.68kw,P00.17kw,K0.95,Ki1.03代入數(shù)值，經(jīng)計(jì)算Z=1.984取z=27 .計(jì)算預(yù)緊力FPca2.52F0500a(1)qv2125.436NvzK8 .計(jì)算作用在軸上的壓軸

33、力Fpp1Fp2zF0sin-P2代入數(shù)值計(jì)算得Fp=482.7Np9 .V帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算及選用帶輪材料選用HT200根據(jù)基準(zhǔn)直徑的大小選用不同的帶輪類型，小徑帶輪采用實(shí)心式，大徑帶輪采用輪輻式，主要結(jié)構(gòu)尺寸如下單位：mm尺寸類型小帶輪大帶輪dd75280基準(zhǔn)寬度bd11.011.0基準(zhǔn)線上槽深hamin2.752.75基準(zhǔn)線下槽深hf8.78.7槽間距e150.3150.3第一槽對(duì)稱面全端面距離f102102輪緣厚1212帶輪寬B3535外徑da80.5285.5輪槽角極限偏差381381孔徑d02616輪轂長5035d14832輪輻厚b18h120h216Di230.5具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見零

34、件圖3.3 軸軸的轉(zhuǎn)速n2n1/i382.2r/min軸的輸入功率P2Pdf1.50.952=1.35kw軸的轉(zhuǎn)矩T29550P2/n233.732N.m1初步確定軸的最小直徑先按經(jīng)驗(yàn)公式算郵軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表選取A105,于是得min10531 1.3515.99mm382.22擬定軸上零件的裝配方案通過對(duì)各種方案的比較，現(xiàn)選用圖3-2所示裝配方案圖3-23根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度(1)為滿足V帶輪的軸向定位，1-2軸右端制一軸肩，故取2-3段直徑d23=22mm,左端用軸端擋圈定位，取直徑D=22mm。V帶輪與軸配合的轂孔長試為35mm,為保

35、證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端面上，故1-2段長度取為l1232mm(2)初步選擇滾動(dòng)軸承因軸承只承受徑向力，故先用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)d2322mm,初步選取深溝球軸承6205，其基本參數(shù)如下表6204基本尺寸安裝尺寸極限轉(zhuǎn)速DBrsmindaDaras脂潤滑油潤滑2552151314611200016000(3)安裝刮板架段軸直徑d4560mm。刮板架段安裝寬度取I45542mm,(4)軸承端蓋總厚度20mm,取端蓋外端與V帶輪右端面間的距離l40mm,故取l2360mm23(5)取刮板距箱體內(nèi)壁a20mm,取l3440mm,15626mm。至此，已初步確定了軸的各段直徑

36、和長度。(6)軸上零件的周向固定V帶輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按其直徑查手冊(cè)得平鍵截面如下d1216mmbh55長度l取22mmV帶輪與軸的配合為H7/n6,滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。(7)確定軸上圓角和倒角尺寸取軸端倒角245,各軸肩處圓角半徑見零件圖3.4 刮板結(jié)構(gòu)刮板結(jié)構(gòu)是整個(gè)機(jī)器的關(guān)鍵部分，它的作用就是對(duì)花生果進(jìn)行剝殼。此結(jié)構(gòu)采用四鋼板十字交叉固定在旋轉(zhuǎn)筒架上，具結(jié)構(gòu)如圖3-3所示圖3-3因?yàn)椴捎玫氖谴驌艉蛿D壓兩種方式配合進(jìn)行剝殼，所以對(duì)刮板的強(qiáng)度有一定要求，采用材料是45號(hào)鋼，而且刮板的表面必須進(jìn)行處理，表面滲碳1-1.5mm,熱處

37、理硬度HRC56-62。刮板選用四塊8mm厚鋼板，長寬=500mm129mm,刮板外緣距旋轉(zhuǎn)中心距離250mm。固定刮板的筒架結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為26mm,外徑120mm,刮板固定支架長度為140mm,截面尺寸40mm20mm,每塊刮板由兩根固定支架固定，兩者間采用M10螺栓聯(lián)接。3.5 半柵籠半柵籠在機(jī)器中的作用是讓已經(jīng)被剝殼的花生與未被剝殼的花生進(jìn)行分離，其分離的原理就是“小個(gè)通過，大個(gè)不過”。半柵籠的每一個(gè)柵格都只能容許一個(gè)花生仁大小的物體通過，被剝殼的花生由于花生殼的破裂，被變成破碎的花生殼和整粒的花生仁，花生仁的大小剛好可以穿過柵格，而花生果因?yàn)樘螅瑹o法通過柵格，將被阻擋在剝殼箱內(nèi)，繼續(xù)

38、進(jìn)行剝殼直到其外殼破碎為止。其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。圖3-4柵條是利用兩塊墻板對(duì)兩端進(jìn)行固定的，墻板材料為HT200,柵條材料為20號(hào)鋼柵條采用10圓截面長條，長度為538mm,因其特殊的作用，還需對(duì)其進(jìn)行表面處理，要求滲碳1-1.5mm,熱處理硬度HRC56-62。柵條的兩頭裝砌在墻板的圓形槽內(nèi)，組成半圓柵籠，柵條間距為10mm,這樣可使剝出的花生仁能通過柵格，而未剝殼的剛不能通過。裝砌完成后要太上鎖緊條，防止柵條松動(dòng)。半柵籠內(nèi)徑為516mm。3.6 箱體箱體的作用是提供給刮板一個(gè)封閉的剝殼環(huán)境，并對(duì)相關(guān)結(jié)構(gòu)起到支承和定位作用。為了便于軸系部件的安裝和拆卸，將箱體做成剖分式，箱由箱座和箱蓋組成

39、，取軸的中心線所在平面為剖分面。箱座和箱蓋采用普通螺栓聯(lián)接，用圓錐銷定位。箱體的材料選用HT200,鑄造成型。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見零件圖。3.7 殼仁分離裝置殼仁分離裝置分為兩個(gè)部分，一個(gè)是氣流通道，它的一端接風(fēng)機(jī)，另一端安裝在箱體的下方，還有就是殼與仁的收集板，它同樣也安裝在箱體下方?；ㄉ?jīng)過箱體內(nèi)的剝殼過程后，將由此裝置對(duì)其進(jìn)行殼仁分離，分離的基本原理是利用花生殼與花生仁的重量及受力面積的不同，用氣流對(duì)其進(jìn)行分離。重量稍重的不被氣流吹走，直接下落到花生仁收集通道，而重量較輕的花生殼將被風(fēng)機(jī)吹來的氣流帶入到花生殼收集通道。具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。3.8 機(jī)架整個(gè)機(jī)架采用L63*63*6角鋼焊接而成，起到

40、其它幾個(gè)部分的支承、定位、連接作用，并將電機(jī)安裝在機(jī)架里面。剝殼機(jī)安裝在機(jī)架上面，聯(lián)接采用普通螺栓聯(lián)接。具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。3.9 附件刮板式花生去殼的附件包括裝料斗，軸承蓋，風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。4總結(jié)本文是圍繞農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品花生去殼機(jī)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了花生剝殼的機(jī)械化，應(yīng)用本機(jī)器后，可使廣大農(nóng)民群眾大大節(jié)省勞動(dòng)量，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。該機(jī)的關(guān)鍵部分是刮板結(jié)構(gòu)與半柵籠結(jié)構(gòu)，因?yàn)榛ㄉ鷦儦さ恼麄€(gè)過程都是由這兩部分完成的，剝出來的花生能不能符合要求，完全是看刮板與半柵籠的性能能不能達(dá)到要求。本文也介紹了目前各種花生剝殼原理及裝備，并對(duì)花生剝殼機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景作出了簡明的概括和分析。本次設(shè)計(jì)是對(duì)我的四

41、年的大學(xué)生活做出的總結(jié),同時(shí)為將來工作進(jìn)行了一次適應(yīng)性訓(xùn)練，從中鍛煉自己解分析問題、解決問題的能力，為今后自己的研究生生活打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。從這次設(shè)計(jì)也可以看出一些問題:1 .心態(tài):應(yīng)該保持認(rèn)真的態(tài)度,堅(jiān)持冷靜獨(dú)立的解決問題2 .基本:認(rèn)真學(xué)好基本知識(shí),扎實(shí)自己的基本知識(shí),使面對(duì)問題時(shí)不會(huì)遇到很多挫折從而打擊自己的信心,結(jié)果使自己很浮躁,越來越不想搞這設(shè)計(jì),故應(yīng)該好好學(xué)習(xí)基本知識(shí),一步一步的來,不要急功近利!3 .樹立自己的良好形象,樂觀的面對(duì)生活,堅(jiān)持自己的想法和意識(shí)總的說來,雖然在這次設(shè)計(jì)中自己學(xué)到了很多的東西,取得一定的成績,但同時(shí)也存在一定的不足和缺陷,我想這都是這次設(shè)計(jì)的價(jià)值所在,

42、以后的日子以后自己應(yīng)該更加努力認(rèn)真,以冷靜沉著的心態(tài)去辦好每一件事情!參考文獻(xiàn)周瑞寶段淑芬，胡文廣，李秀平，等世界花生生產(chǎn)現(xiàn)狀分析孟憲珍花生脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn)尚書旗,張效鵬，王延耀，張巖，尚書旗，等氣爆式花生脫殼性能的試驗(yàn)研究王智才我國農(nóng)機(jī)市場需求及發(fā)展前景石一兵肖旭霖花生加工技術(shù)M北京：化學(xué)工業(yè)出版社胡文廣，李秀平，等.世界花生生產(chǎn)現(xiàn)狀分析J國外農(nóng)機(jī)。2003.1J花生學(xué)報(bào)，1999，(增刊)1980劉曙光，王方燕.花生生產(chǎn)機(jī)械的應(yīng)用現(xiàn)狀與進(jìn)展分析張嘉玉花生脫殼機(jī)的不同部件對(duì)花生脫殼性能的影響張巖，尚書旗，等.氣爆式花生脫殼性能的試驗(yàn)研究食品機(jī)械與設(shè)備M食品機(jī)械與設(shè)備M中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第一編輯

43、室JJJ，J農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督，北京：中國商業(yè)出版社1992.6北京：科學(xué)出版社，2006M北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，唐增寶，何永然，劉安俊機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)M武漢：華中理工大學(xué)出版社2003，(增刊)萊陽農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1990，7(1)農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),1998，14(1)2002，(5)20041999.3濮良貴，紀(jì)名剛機(jī)械設(shè)計(jì)M北京：高等教育出版社，2001成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.機(jī)械傳動(dòng)M北京：化學(xué)工業(yè)出版社2004.112345678910111213致謝本文是在周善炳老師的精心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的，周老師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、精益求精的工作作風(fēng)、高度的責(zé)任心對(duì)我產(chǎn)生了深深的震撼。在周老師的

44、培養(yǎng)和教育不僅使我順利完成了論文，而且將繼續(xù)激勵(lì)我在今后的人生旅途上不斷進(jìn)取。最后，謹(jǐn)向所有給我關(guān)心、理解、支持和幫助的人們表示最誠摯的謝意！付：外文翻譯機(jī)械設(shè)計(jì)摘要機(jī)器是機(jī)構(gòu)與其他零件的組合，為了有益的用途而轉(zhuǎn)換、傳遞或利用能量、力或者運(yùn)動(dòng)實(shí)例有發(fā)動(dòng)機(jī)、渦輪、車輛、卷揚(yáng)機(jī)、印刷機(jī)、洗衣機(jī)和電影攝影機(jī).許多適用于機(jī)器設(shè)計(jì)的原理和力法也適用于不是真正機(jī)器的制成品，從輪轂蓋和檔案櫥柜到儀表和核壓力容器。“機(jī)械設(shè)計(jì)”這一術(shù)語比“機(jī)器設(shè)計(jì)”更為廣義，它包括機(jī)器設(shè)計(jì)。而對(duì)于某些儀器，如用以確定熱、流動(dòng)線路和體積的熱力以及流體方面的問題要單獨(dú)考慮。但是，在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要考慮運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)方面的問題以及保存和封裝

45、的規(guī)定。在機(jī)械工程領(lǐng)域以及其他工程領(lǐng)域應(yīng)用機(jī)械設(shè)計(jì)，都需要諸如開關(guān)、凸輪、閥門、容器和攪拌器等機(jī)械裝置。關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程工差設(shè)計(jì)過程設(shè)計(jì)始于真正的或想象的需要。現(xiàn)有的儀器可能需要在耐用性、效率、重量、速度或成本上加以改進(jìn)。可能需要新的儀器來完成以前由人做的功能，如裝配或保養(yǎng)。目標(biāo)全部或部分地確定后，設(shè)計(jì)的下一步就是構(gòu)思能夠完成所需功能的機(jī)構(gòu)及其布置為此，徒手畫草圖價(jià)值極大，它不但作為一個(gè)人想法的記錄和與其他人討論的輔助手段，而且尤其適于與自己的想法交流，作為創(chuàng)造性思路的興奮劑還需要有關(guān)于部件的廣泛知識(shí)，因?yàn)橐慌_(tái)新機(jī)器常常由熟知的各類零件重新安排或替換而成，也許改變了尺寸和材料。無論

46、在構(gòu)思過程中還是之后，一個(gè)設(shè)計(jì)者都會(huì)進(jìn)行快速或粗略的計(jì)算或分析以確定一般尺寸和可行性。當(dāng)些關(guān)于所需或可用空間量的想法確定后，可以開始按比例畫草圖。最后，一項(xiàng)基于功能和可靠性的設(shè)計(jì)完成了，就可以制造樣機(jī)了。如果測試滿意，而且如果裝置要大量生產(chǎn)，就要對(duì)最初的設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的修改以確保以較低成本大量生產(chǎn)。在隨后幾年的制造和使用期間，設(shè)計(jì)有可能因構(gòu)思了新想法或者基于測試和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步分析所顯示的改變而改變。銷售吸引力、客戶滿意度和制造成本都與設(shè)計(jì)有關(guān)，設(shè)計(jì)能力與工程投資的成功密切相關(guān)。一些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則在這一部分，有人建議運(yùn)用創(chuàng)造性的態(tài)度進(jìn)行的分析，這種分析可以引起重大改進(jìn)以及對(duì)備用產(chǎn)品的構(gòu)思和完善，也

47、許產(chǎn)品功能更多、更經(jīng)濟(jì)、更耐用。創(chuàng)造階段無須是最初和獨(dú)立的階段。雖然分析人員可能并不負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)計(jì)，但是他不僅僅是能從數(shù)字上提出要他解決的問題的正確答案，不僅僅是給出應(yīng)力值、尺寸或者工作限制。他可以提出更廣泛的見解，以便改進(jìn)規(guī)范或方案。由于在分析前或分析過程中，他會(huì)熟悉裝置及其工作條件，他就處于一個(gè)構(gòu)思備選方案的有利位置。最好他能提出建議改變形狀來消除力矩或應(yīng)力集中，而不是允許構(gòu)建具有大截面和過多動(dòng)態(tài)載荷的機(jī)構(gòu)最好是他報(bào)廢他的細(xì)致的設(shè)計(jì)而不是后來看到機(jī)械報(bào)廢。為了激發(fā)創(chuàng)造性思維，建議設(shè)計(jì)人員和分析人員使用以下準(zhǔn)則。前6條準(zhǔn)則尤其適用于分析人員，雖然他可能涉及到所有這10項(xiàng)。1. 創(chuàng)造性地利用所需

48、的物理性能并控制不需要的。2. 認(rèn)識(shí)實(shí)用載荷及其重要性。3. 預(yù)先考慮沒有作用的載荷。4. 發(fā)明更有利的加載條件。5. 提供最小重量的最有利的應(yīng)力分布和剛性。6. 用基本方程計(jì)算比例并使尺寸最優(yōu)化。7. 選取材料以獲得性能組合。8. 在備件和集成零件間仔細(xì)選擇。9. 修改功能設(shè)計(jì)以適應(yīng)生產(chǎn)過程和降低成本。10. 考慮裝配中使部件精確定位和互不干擾。機(jī)械設(shè)計(jì)整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程。設(shè)計(jì)人員必須在這樣的領(lǐng)域，如靜力學(xué)、運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)和材料力學(xué)具有良好的素養(yǎng)，此外，還必須熟悉制造材料和制造工藝。設(shè)計(jì)人員必須能夠組合所有相關(guān)的事實(shí)，進(jìn)行訓(xùn)渭、制作草圖和制圖來把制造要求傳遞到車間。任何產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第

49、一步工作之一是選擇用于制造每個(gè)部件的材料。今天的設(shè)計(jì)人員可得到無數(shù)的。在選擇時(shí)，產(chǎn)品的功能、外觀、材料成本和制造成本都很重要。在任何計(jì)算之前必須仔細(xì)評(píng)估材料的性能。有必要仔細(xì)計(jì)算以確保設(shè)計(jì)的有效性.計(jì)算從不出現(xiàn)在圖上,而是由十各種原因被存起來。一旦任何一個(gè)部件失效，就要弄清楚在最初設(shè)計(jì)這個(gè)有缺陷的零件時(shí)做了什么；而且，從對(duì)過去的項(xiàng)目的計(jì)算中可以獲得一份經(jīng)驗(yàn)文件。當(dāng)需要類似的設(shè)計(jì)時(shí)，過去的記錄會(huì)有極大的幫助。計(jì)算（和圖上尺寸）的檢查最為重要。一個(gè)小數(shù)點(diǎn)放錯(cuò)位置可以毀掉一個(gè)本來可以接受的項(xiàng)目。例如，如果一個(gè)人要設(shè)計(jì)一個(gè)能支撐100磅的托架，而它本應(yīng)該能支撐1000磅，結(jié)果肯定會(huì)失敗。必須檢查再檢查

50、設(shè)計(jì)工作的方方面面。計(jì)算機(jī)對(duì)于工作人員來講是一個(gè)很有用的工具，可以減輕乏味的計(jì)算并且對(duì)現(xiàn)有數(shù)據(jù)提供擴(kuò)展分析。基于計(jì)算機(jī)性能的交互系統(tǒng)使計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM成為可能。通過這樣的系統(tǒng)，就可能把一個(gè)初步構(gòu)思傳送到打孔紙帶用于數(shù)字加工控制而無須繪制正式的施工圖。實(shí)驗(yàn)室測試、模型和樣機(jī)對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)很有幫助。實(shí)驗(yàn)室提供了很多建立基本概念所需的信息，然而，還可用它們獲得一些關(guān)于產(chǎn)品在現(xiàn)場會(huì)如何工作的認(rèn)識(shí)最后，一個(gè)成功的設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡最大努力跟上時(shí)代步伐。每天都會(huì)出現(xiàn)新材料和生產(chǎn)方法。繪圖和設(shè)計(jì)人員如果不熟悉現(xiàn)代方法和材料就可能失去作用。一個(gè)好的設(shè)計(jì)人員應(yīng)經(jīng)常閱讀技術(shù)期刊以跟上新的發(fā)

51、展工程工差固體由其表面邊界確定界限。典型地，設(shè)計(jì)人員給一個(gè)零件指定公稱尺寸以使其滿足其需要。實(shí)際上由于表面不規(guī)則以及固有的表面粗糙度，各個(gè)零件不能重復(fù)地做成公稱尺寸必須允許尺寸有一些變化以確保能夠制造。但是，所允許的變化一定不能太大以至于使裝配件的性能變差。單個(gè)零件所允許的變化稱為公差。公差這一術(shù)語不僅適用于由制造工藝產(chǎn)生的部件尺寸的可以接受的范圍，而且適用于機(jī)械或加工的輸出。例如，一個(gè)給定型號(hào)的內(nèi)燃機(jī)的功率每臺(tái)都有所變化。實(shí)際上，我們常常發(fā)現(xiàn)這種變化模型會(huì)是頻率分布曲線，例如t.態(tài)分布（又叫高斯分布）。設(shè)計(jì)人員的工作之一就是給一個(gè)零件指定尺寸和允許的變化，這個(gè)值能夠產(chǎn)生可以接受的性能。零件公

52、差當(dāng)圖中沒有指定確切尺寸時(shí)，大多數(shù)組織都有適用于尺寸的通用公差。對(duì)于加工尺寸，通用公差可能是0.5毫米。因此，被指定為15.0毫米的尺寸的范圍可以是14.5毫米到15.5毫米之間。其他通用公差可以適用于如角度、鉆孔和沖孔，鑄件、鍛件、焊縫和焊角等情形。在給一個(gè)零件指定公差時(shí)，可以參考以前的圖或一般的工程實(shí)踐。典型的公差被指定為英武成JSO標(biāo)準(zhǔn)所定義的幅度。對(duì)于一個(gè)給定公差，比如H7/s6,對(duì)于正在研究的零件尺寸就有一組與圖表對(duì)應(yīng)的數(shù)值可用。下面這段將給出關(guān)于裝入孔內(nèi)的軸或柱形配合的具體例子。孔和軸的標(biāo)準(zhǔn)配合一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的工程工作是確定一個(gè)柱形零件的公差，比如安裝在一個(gè)相應(yīng)的筒形零件或孔內(nèi)的或者是在

53、其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的軸配合的松緊取決于應(yīng)用例如，一個(gè)定位在軸上的齒輪就需要“緊”的靜配合，這里軸的直徑實(shí)際上比齒輪毅的內(nèi)徑稍微大一些以便能傳遞所需的扭矩。再者，滑動(dòng)軸承的直徑必須大于軸的直徑以使其旋轉(zhuǎn)。假定從經(jīng)濟(jì)上講不能把部件制造成精確的尺寸，軸和孔尺寸上的大小變化就必須確定。但是，變化的范圍不應(yīng)太大以免裝配時(shí)受損為了不至于有無窮無盡的被指定的公差尺寸，已經(jīng)制定了國家和國際標(biāo)準(zhǔn)確定了公差帶，比如hll/cll。為了使用這一資料，給出了傳統(tǒng)公差使用中的定義。通常使用的是基孔制，因?yàn)檫@會(huì)使公司內(nèi)部所需的鉆頭、絞刀、拉刀和計(jì)量工具種類的減少。尺寸：以專用單位表示尺寸數(shù)字值的數(shù)。實(shí)際尺寸：通過測量得到的部件尺

54、寸。尺寸極限：零件允許的最大和最小尺寸。最大尺寸極限：兩個(gè)尺寸極限中較大的。最小尺寸極限：兩個(gè)尺寸極限中較小的基本尺寸：用以固定尺寸極限的參考尺寸偏差：一個(gè)尺寸與其對(duì)應(yīng)的基本尺寸的代數(shù)差實(shí)際偏差：實(shí)際尺寸與其對(duì)應(yīng)的基本尺寸的代數(shù)差。上偏差：最大尺寸極限與其對(duì)應(yīng)的基本尺寸的代數(shù)差下偏差：最小尺寸極限與其對(duì)應(yīng)的基本尺寸的代數(shù)差公差：最大尺寸極限與最小尺寸極限的差值。軸：指定一個(gè)部件所有外部特征的慣用術(shù)語孔：指定一個(gè)部件所有內(nèi)部特征的慣用術(shù)語。初步設(shè)計(jì)產(chǎn)生滿足指定需求的解決方案。初步設(shè)計(jì)可以代表組成整個(gè)系統(tǒng)的所有子系統(tǒng)和零部件的總和。Ion和Smith把初步設(shè)計(jì)描述為由一系列形成和評(píng)估階段組成的一個(gè)

55、反復(fù)的過程，各階段合在一起形成好的解決方案。在反復(fù)的每一階段，構(gòu)思更加詳細(xì)，可以更全面的評(píng)估。產(chǎn)生盡可能多的或經(jīng)濟(jì)便利的構(gòu)思和想法是重要的。有一種誘惑，讓你接受第一個(gè)有希望的構(gòu)思并進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)直到最終產(chǎn)品。應(yīng)該抵抗這種誘惑，因?yàn)檫@樣結(jié)果總會(huì)更好些。值得一提的是，或早或晚你的設(shè)計(jì)會(huì)不得不與那些來自其他制造商的設(shè)計(jì)競爭，因此產(chǎn)生研制的思想應(yīng)謹(jǐn)慎。產(chǎn)生了想法和構(gòu)思后，下一步就是對(duì)它們進(jìn)行評(píng)估并選擇最佳構(gòu)思一種評(píng)估方法是使用列表矩陣。矩陣由一系列準(zhǔn)則組成構(gòu)思必須借助它們打分。如果合適，準(zhǔn)則的重要性可以加權(quán)，最適合的構(gòu)思會(huì)具有最高總分。這一方法提供了組織的評(píng)估技術(shù)而且使團(tuán)隊(duì)內(nèi)的個(gè)人很難推行他們自己的不

56、合理的想法。產(chǎn)生了初步的解決方案，下一步就是表達(dá)它們，以便它們能與所有涉及總體設(shè)計(jì)過程的人交流實(shí)際上，這一步可以采用繪制草圖或三維模型的形式，既可是物理模型也可是計(jì)算機(jī)生成的模型。到總草圖己經(jīng)完成并進(jìn)行計(jì)算來確定解決方案對(duì)于產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范的兼容性時(shí)，細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)階段的基礎(chǔ)就已建立起來了。MechanicalDesignAbstract:Amachineisacombinationofmechanismsandothercomponentswhichtransforms,transmits,orutilizesenergy,force,ormotionforausefulpurpose.Example

57、sareengines,turbines,vehicles,hoists,printingpresses,washingmachines,andmoviecameras.Manyoftheprinciplesandmethodsofdesignthatapplytomachinesalsoapplytomanufacturedarticlesthatarenottruemachines,fromhubcapsandfilingcabinetstoinstrumentsandnuclearpressurevessels.Thetermmechanicaldesignisusedinabroade

58、rsensethanmachinedesigntoincludetheirdesign.Forsomeapparatus,thethermalandfluidaspectsthatdeterminetherequirementsofheat,flowpath,andvolumeareseparatelyconsidered.However,themotionandstructuralaspectsandtheprovisionsforretentionandenclosureareconsiderationsinmechanicaldesign.Applicationsoccurinthefi

59、eldofmechanicalengineering,andinotherengineeringfieldsaswell,allofwhichrequiremechanicaldevices,suchasswitches,cams,valves,vessels,andmixers.Keywords:MechanicalDesignmechanismsDesignProcessToleranceDesignprocessThedesignbeginsfromrealoforthedemandofimagination.Theexistinginstrumentmayneedtotakeintoi

60、mproveontheenduring,efficiency,weight,speedorthecost.Mayneednewinstrumenttocompletebeforefunctiondonebyperson,suchasAssembleormaintain.Thetargetisallorpartlyaftermakingsure,designofthenextmoveistoconceiveoutlinetheorganizationthatcancompletethefunctionneededanditarrangesforthis,drawinggrassdiagramto

61、beworthbarehandedbiggest,itisntonlyonepersonalrecordofviewpointwithwithothersdiscussionofassistancemeans,andbesuitablefortocommunicatewithownviewpointparticularly,isthestimulantwhichcreatessexwayofthinkingtostillneedextensiveknowledgeconcerningparts,becauseathesetnewmachineusuallyfrombefamiliarwithofeachkindofsparepartsrescheduleorsubstitutebutbecome,changedsizeandmaterial