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湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生
畢業(yè)論文（設計）開題報告
學生姓名
劉悅
學 號
200940614101
年級專業(yè)及班級
2009級機械設計制造及其自動化(1)班
指導教師及職稱
張嵐 副教授
學 院
工學院
20 13 年 01 月 07 日
畢業(yè)論文（設計）題目
菠蘿削皮機設計
文獻綜述（選題研究意義、國內外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻等，不少于1000字）
一、選題研究意義
菠蘿原名鳳梨，原產(chǎn)于南美洲，16世紀從巴西傳入中國， 有70多個品種，嶺南四大名果之一。菠蘿含用大量的果糖，葡萄糖，維生素B，C,磷，檸檬酸和蛋白酶等物。性味甘平，具有解暑止渴、消食止瀉之功，為夏令醫(yī)食兼優(yōu)的時令佳果。1、菠蘿含有一種叫“菠蘿朊酶”的物質，它能分解蛋白質，溶解阻塞于組織中的纖維蛋白和血凝塊，改善局部的血液循環(huán)，消除炎癥和水腫；菠蘿中所含糖、鹽類和酶有利尿作用，適當食用對腎炎，高血壓病患者有益；菠蘿性味甘平，具有健胃消食、補脾止瀉、清胃解渴等功用。每100克菠蘿含水分87.1克，蛋白質0.5克，脂肪0.1克，纖維1.2克，尼克酸0.1毫克，鉀126毫克，鈉1.2毫克，鋅0.08毫克，碳水化合物8.5克，鈣20毫克，磷6毫克，鐵0.2毫克，胡蘿卜素0.08毫克，硫胺素0.03毫克，核黃素0.02毫克，維生素c18毫克，灰分0.3克，另含多種有機酸及菠蘿酶等。不僅如此，就連菠蘿皮中也富含菠蘿酶，有豐富的藥用價值，據(jù)國外專家20多年試驗，長期食用菠蘿皮，心腦血管，糖尿病的發(fā)病率顯著降低，并有一定的抗癌效果。無論人們?yōu)榱丝诟卸圆ぬ}還是為了保健作用吃菠蘿皮，菠蘿削皮都是人們無法避免的事情。菠蘿皮不僅硬而且上面還有菠蘿釘，這給削皮帶來了一定的困難，所以研究發(fā)明菠蘿削皮機將給工廠加工食品以及家庭食用帶來方便。
二、國內外研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
國內與國外在研究菠蘿削皮機上沒有太多的區(qū)別，主要包括兩種，一種是手動式，另外一種是自動式。手動式一般適用于家用，而自動式主要應用于工廠、酒店、零售商等。最為先進的一種自動式是應用PLC控制，機器由削皮刀、削眼刀、機械手、定果叉、PLC等組成。動作電腦程序控制。由于削刀能自動跟蹤菠蘿外形變化，因而去皮和去果眼帶肉少，菠蘿利用率高。機器去果眼能大幅降低成本。開機前先測量果皮厚度和果眼深度，更換削刀，在屏幕上設定程序和參數(shù)，把菠蘿放進料斗，機器就能同時將外皮、果眼削下并且分離開來。此類產(chǎn)品由于適用大量的傳感器及PLC控制等，造價比較貴，最便宜的也要1萬余元，對于投資者來說，投入太大，所以在一般大型食品加工廠才使用，對于一般零售商非常不劃算。
三、參考文獻
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研究方案（研究目的、內容、方法、預期成果、條件保障等）
研究目的:隨著人們生活水平的不斷提高，使得菠蘿的需求越來越大。手工去皮的方式已經(jīng)不能滿足工廠、酒店、零售商、家庭快速去菠蘿皮需求，因此設計了一種快速、安全、方便、衛(wèi)生的菠蘿削皮機，應用前景非常廣闊。
設計內容:快速完成削皮工作，最大限度的減少削皮去釘對菠蘿果肉的浪費，而且可以適用于不同大小的菠蘿，經(jīng)濟適用性強。
設計方法:根據(jù)所學的機械設計、機械原理、理論力學等知識設計一種可行的菠蘿削皮機。
預計成果: 可以快速準確的進行菠蘿削皮工作并且非常具有很高的安全性。
條件保障: 1.菠蘿在切削力和慣性力的作用下不會出現(xiàn)位置偏差
2.現(xiàn)有的機械加工工藝安全可以保證產(chǎn)品的加工精度
進程計劃（各研究環(huán)節(jié)的時間安排、實施進度、完成程度等）
2012.11.06～2012.12.02 選題
2012.12.03～2012.12.05 接受任務書
2012.12.06～2013.01.13 開題報告、開題論證記錄
2013.03.30～2013.04.01 中期檢查表
2013.05.01～2013.05.06 提交畢業(yè)設計初稿和所有書、表
2013.05.07～2013.05.13 修改完成正稿和書、表以及交學院預審
2013.05.14～2013.05.26 答辯、成績評定冊
論證小組意見
組長簽名：
20 年 月 日
專業(yè)委員會意見
專業(yè)委員會主任簽名：
20 年 月 日
注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應責任人親筆填寫。
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全日制普通本科生畢業(yè)設計
菠蘿削皮機設計
DESIGN OF PINEAPPLE PEELING MACHINE
學生姓名：
學 號：
年級專業(yè)及班級：
指導老師及職稱：
學 院：工學院
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。
畢業(yè)設計 作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要……………………………………………………………………………………1
關鍵詞…………………………………………………………………………………1
1前言…………………………………………………………………………………2
2菠蘿削皮機的研究現(xiàn)狀……………………………………………………………2
3菠蘿削皮機的性能要求……………………………………………………………2
4菠蘿削皮機的設計方案……………………………………………………………3
4.1主要結構介紹……………………………………………………………………3
4.2刀具結構…………………………………………………………………………3
4.3夾具的設計…………………………………………………………………………4
4.4整機結構…………………………………………………………………………5
5菠蘿去皮機的總體及部件結構設計與校核................................6
5.1菠蘿去皮機的總體結構設計..........................................6
5.1.1運動的合成......................................................6
5.2執(zhí)行結構設計......................................................7
5.2.1刀具的選擇......................................................7
5.2.2刀具的結構設計..................................................7
5.2.3刀具大彈簧的設計................................................8
5.2.4刀具小彈簧的設計及計算..........................................9
5.3傳動機構的設計...................................................11
5.3.1螺桿的設計計算.................................................11
5.3.2傳動裝置設計...................................................13
5.3.4螺桿端軸承的選擇與校核.........................................13
6電機的選擇.........................................................14
7菠蘿夾具的設計.....................................................16
7.1夾具的設計.......................................................16
7.2軸承選擇與校核計算..............................................16
7.3鏈條的設計......................................................17
7.3.1螺桿間的鏈傳動計算............................................17
7.3.2鍵的校核......................................................19
8菠蘿去皮機的電氣控制..............................................19
8.1電氣控制設計....................................................19
8.2電氣控制原理圖..................................................20
9 總結.............................................................20
參考文獻...........................................................21
致謝................................................................22
23
菠蘿削皮機的設計
摘 要: 面對飛速發(fā)展的現(xiàn)今社會，人們的壓力越來越大。城市污染日益嚴重。人類的免疫力面對極大的挑戰(zhàn)，各種疾病威脅著人類的身體健康。科學家通過研究證明水果中富含的維生素可以大大提高人體的抵抗力，這使得人們更加喜愛食用各種水果。冰箱的發(fā)明已經(jīng)解決了食物保鮮的問題。剩下需要進步的就是如果更加快速方便的解決一些比較難切削的水果。本設計依靠電動機、螺桿、特殊刀具、鏈條傳動等方式對不同尺寸菠蘿進行切削去釘。既方便又安全，適合各種工廠及家庭的使用。
關鍵詞：削皮機；螺桿；鏈傳動；刀具
Design Of Pineapple Pelling Machine
Abstract:Faced with the rapid development of modern society,people’s increasing pressure.Urban pollution is becoming increasingly serious. The immune system of the human face of great challenge,various diseases threatening human health. Studies have shouwn that fruits rich in vitamin,scientists can greatly improve the body’s resistance, which makes it more popular to eat a variety of fruits. The invention of the fefrigerator has solved the problem of food preservation. The rest need to progress more quickly and easily solve some of the more difficult cutting fruit. The design relies on the motor,screw,special tools, chain drive on the different sizes of pineapple cutting to nail. Convenient and safe, suitable for a variety of factory and home use.
Keywords：Peeler；Screw；Chain drive；Tool
1 前言
菠蘿別名鳳梨、黃梨。16世紀中期由葡萄牙的傳教士帶到澳門，然后引進到廣東各地，后在廣西、福建、臺灣等省栽種，經(jīng)過長期的選育，陸續(xù)產(chǎn)生了許多品種，被稱為嶺南四大名果之一。菠蘿果實品質優(yōu)良，營養(yǎng)豐富，據(jù)分析每100克果肉中含全糖12-16克、有機酸0.6克、蛋白質0.4-0.5克、粗纖維0.3-0.5克，并含多種維生素，其中維生素C含量高達42毫克。此外，鈣、鐵、磷等含量豐富?？梢哉f菠蘿是最好的水果之一。
科學研究表明癌癥與人體缺失維生素有很大關系，人類是非常特殊的物種，我們自身無法產(chǎn)生所需的維生素。當我們年齡開始增長，抵抗力開始下降，各種疾病都會找上門來。如果能多食水果補充大量的維生素，我們完全可以抵御很多的疾病。菠蘿作為大家非常喜愛的水果之一，它完全可以勝任補充維生素的重任。它不僅富含大量的維生素，而且口感非常的好。但唯一的缺點就是削皮工作比較困難，一般的家庭在購買菠蘿的時候都是讓賣水果的人削好后拿回家再吃，現(xiàn)今社會空氣污染比較嚴重，大量有害顆粒會附著在菠蘿上，食用后對人體造成傷害。所以有了設計菠蘿削皮機的想法。
2 菠蘿削皮機的研究現(xiàn)狀
原本我國初級農(nóng)產(chǎn)品質量比較差，加工增值程度比較低，缺乏一定的國際競爭力。最近幾年我國的水果加工業(yè)取得了質的飛躍，冷凍水果方面更是占據(jù)了我國農(nóng)產(chǎn)品貿易的重要位置。就現(xiàn)在情況來看，我國的水果加工工業(yè)已經(jīng)具備了相當不錯的技術水平和生產(chǎn)規(guī)模。隨著工業(yè)的進步，產(chǎn)品加工質量明顯大幅度提高。加工增值程度比以前高了許多，對我國農(nóng)產(chǎn)品出口起到了拖波助瀾的作用。所以加大農(nóng)產(chǎn)品加工機械的研發(fā)是提高出口水平的先決條件。
3 菠蘿削皮機的性能要求
為了安全應盡量應用自動化技術，并保證一定的削皮去釘成功率。整個系統(tǒng)結構穩(wěn)定，不僅節(jié)省時間更要有非常高的安全性。考慮到家用的問題，應盡量考慮它的制造成本。綜上所述，這個設計應該滿足并具備的性能有以下幾點：
（1）設計中要注意系統(tǒng)的穩(wěn)定性和運動的平衡性。
（2）保證它的制造成本能讓大部分家庭接受，并在這個基礎上保證它的使用壽命。
（3）保證削皮去釘?shù)某晒β剩⒈M可能的減少材料的浪費。
（4）考慮家用的問題，應盡量減小系統(tǒng)運行中的噪音。
（5）設計時考慮它的體積大小，不能太過龐大占用家庭空間。
（6）整機設計出來后要有一定的改進空間，以防出現(xiàn)問題后整機報廢。
4 菠蘿削皮機的設計方案
設計的總體方案是要設計出一種既可以削去菠蘿外皮，又可以同時去掉菠蘿表面的菠蘿釘。這個方案可以達到同時削皮去釘?shù)哪康?。操作非常的方便，結構比較簡單，簡易操作的同時又提高了生產(chǎn)效率，并且具有非常高的安全性，不會對操作人員造成任何傷害。擁有比較高的削皮去釘成功率，相比以往的削皮機，在減少浪費上有一定提高，比較大的程度上減少削皮去釘過程中菠蘿的浪費，由于特殊的設計結構，它可以應對不同的尺寸的菠蘿，不會因為個體差別而降低削皮去釘?shù)男??？紤]到這個設計可能會應用于家庭，所以在選擇零部件時考慮到了成本問題，有不錯的性價比。
4.1 主要結構介紹
這個菠蘿削皮機包括電動機、聯(lián)軸器、傳動螺桿、支承螺桿、上夾具、傳動鏈條切削刀具體和下夾具八個主要部分組成。其中切削刀具體是包括了環(huán)形固定體、管形活動軸、活動體、削皮絲、去釘?shù)?、小彈簧和大彈簧等多個活動體組成漏斗形開口裝置，下夾具用于放置菠蘿，上夾具負責將菠蘿夾緊。上下夾具保證了菠蘿在切削過程中的穩(wěn)定性。兩個電動機一個負責給鏈傳動提供動力，另外一個負責給菠蘿提供旋轉所需的動力。
4.2 刀具結構
這個設計的最重要的部分就是刀具，它設計是否合理決定了削皮去釘工作的成功率，由于菠蘿的菠蘿的特殊結構，使用單個刀頭明顯不足以完成削去去釘?shù)墓ぷ?。設計初期設計出來的刀具是叉狀的，刀具內部具有小彈簧以確保刀頭時刻緊貼菠蘿表面，兩個彈簧刀頭水平呈一定的角度，這樣做的目的是為了在切削過程中兩個刀頭能負責兩個螺旋線，增加去釘?shù)某晒β省５O計出來發(fā)現(xiàn)穩(wěn)定性可能會比較差，高速旋轉的菠蘿會引起這種叉狀刀口劇烈震動。根據(jù)這種情況，我最終決定還是采用彈簧刀頭的設計，但不采用這種呈一定角度的叉狀刀頭。為了提高刀頭的穩(wěn)定性，我設計了這個環(huán)形的刀具，間隔20度角平均分布了13個去釘?shù)?、活動體、環(huán)形固定體、削皮絲。每個小刀具均由螺帽進行固定?；顒芋w通過管型的活動軸與環(huán)形固定體連接，它的活動軸是空心的腔體，在環(huán)形固定體與活動體的之間的活動軸外面設置了大彈簧，內部設置有小彈簧。環(huán)形固定體尾端外面有螺紋并由螺母進行固定。保證了管型活動軸不會脫離環(huán)形固定體。這個刀具的優(yōu)點還在于它可以通過減少去釘?shù)秮韺崿F(xiàn)對不同水果的削皮工作。例如可以只使用一個去釘?shù)秮韺μO果進行削皮工作，非常的有實用性?？梢噪S意變化切削對象。拆裝簡單方便。刀具如圖1所示。
1.銷 2.小彈簧3.大彈簧 4.削皮絲 5.去釘?shù)?
圖1 刀具整體結構圖
1 pin 2.small spring 3.big spring 4.peeling silk 5.nail-off knife
Fig.1 The overall structure drawing of cutter
4.3 夾具的設計
在給菠蘿削皮去釘工作中，菠蘿位置如果不固定不僅無法進行削皮去釘?shù)墓ぷ?，還會給造作人員帶來危險。所以設計上下夾具是非常重要的。為了操作人員的安全和操作的舒適度。再根據(jù)菠蘿的外形，設計了這個夾具。三個抓釘可以完全將菠蘿固定。在電機旋轉過程中菠蘿不會出現(xiàn)晃動的現(xiàn)象，可以移動的上夾具可以保證對不同長度的菠蘿進行夾緊。既方便又安全。再聯(lián)合環(huán)形的刀具，完全能夠保證機構在運行中的穩(wěn)定性，如果2所示。
圖2 夾具圖
Fig.2 Fixture
4.4 整機結構
通過初期設計及修改，最終確定了整機的結構，機構包括上夾具和下夾具，其中下夾具是固定的，而上夾具是活動的。先把菠蘿固定在下夾具上，然后使用上夾具將菠蘿整體固定。在方案三中已經(jīng)初步描述菠蘿去皮機的結構，其中機器中去釘器包括環(huán)形固定體、管形活動軸、活動體、削皮絲、去釘?shù)?、小彈簧、大彈簧，用于放置菠蘿的活動體是由多個活動軸機構組成漏斗形開口裝置，所述活動體由上大下小的半錐形體與一支離的圓弧體連接成一體，半錐形體向漏斗形開口傾斜，半錐形體與圓弧之間的角度大于90°，環(huán)形固定體位于活動體的外圍，與活動體通過跟管形活動軸連接，活動軸為空心腔體，位于環(huán)形固定體與活動體之間的活動軸外周設置大彈簧，活動體可向后擠壓大彈簧，從而擴大由多個活動體組成的用于放置菠蘿漏斗形開口裝置的直徑?；顒虞S空心腔體內設有小彈簧，小彈簧一端通過活動軸內內壁臺階固定，另一端與環(huán)繞活動體內各管形活動軸空心腔體的削皮絲鏈接，各活動軸前端設有三角形去釘?shù)?，從活動體圓周內側伸入中心?；顒虞S穿過環(huán)形固定體，其外端設有螺紋，與螺母鏈接，放置管形活動軸脫離環(huán)形固定體，便于小彈簧的裝入。大彈簧位于管形活動軸外周，可以控制管形活動軸的運動，使管形活動軸的折面緊靠菠蘿表面。小彈簧位于管形活動軸空腔內，可以控制削皮絲的張緊度，以利于削皮絲對菠蘿表皮的切割。三角形去釘?shù)妒歉鶕?jù)菠蘿表皮的花器有序排列成，根據(jù)每個花器中間有一個黑色的菠蘿釘?shù)囊?guī)律進行挖去菠蘿釘，該裝置去釘?shù)稙?3個，活動軸與活動體制造成一體式結構，活動軸與活動體也可以焊接成一體或者其他方式固定連接。各活動軸前端也可以去除三角形去釘?shù)?，由平面或者弧面封閉，菠蘿削皮去釘器只削皮不去釘，削皮絲是細小的鋼絲穿過在各個管形活動軸里面的小彈簧離心端，在小彈簧的作用下綁緊，以利對菠蘿削皮。
在使用本菠蘿去皮機時，先用水果刀卻去菠蘿頭尾部，固定在抓盤上，再放入活動體組組成的漏斗形入口，使菠蘿表皮的花器對準三角形去釘?shù)?，機械力旋轉菠蘿的同時菠蘿刀具沿著菠蘿釘?shù)穆菪y旋轉向上移動，菠蘿削皮去釘器各活動體在菠蘿轉動，刀具上升的作用下，活動體向外擴張，擠壓大彈簧，同時又在大彈簧的作用下自然調整，以利于菠蘿削皮去釘，并確保削皮的厚度保持一致，然后出來的將是削皮去釘后完全是果肉的菠蘿，且保證最大限度地減少削皮去釘時對菠蘿果肉的浪費。如果用于某些只削皮不去釘?shù)膱龊?，不用裝去釘裝置，使用時只要將菠蘿放入菠蘿削皮去釘器入口。
1 電動機 2 聯(lián)軸器 3 傳動螺桿 4 支承螺桿5 上夾具 6 傳動鏈條 7 切削刀具體 8 下夾具
圖3 菠蘿削皮機示意圖
1 motor 2. coupling 3. Drive screw 4. Support screw 5. Fixture on 6. Transmission chain 7 Cutting tool 8 Next fixture
Fig3. Pineapple skin-peeling-off machine schemes
5 菠蘿去皮機的總體及部件結構設計與校核
5.1 菠蘿去皮機的總體結構設計
5.1.1 運動的合成
圖4 菠蘿幾何形狀示意圖
Fig.4 The sketch map of pineapple’s geomatrical shape
根據(jù)菠蘿的結構，菠蘿表面的花苞片及“果眼”的分布形狀如圖4所示。菠蘿通常呈現(xiàn)未對稱性的左右螺旋線排列，左右螺旋線的螺旋線的螺旋升角均約為40，每條螺旋線繞菠蘿均為7/12圈，每個菠蘿的螺旋線數(shù)為13條左右，而菠蘿的高度與其直徑之比為1.5左右，其高度一般在160mm——280mm范圍之內。
故水平方向轉動7/12圈則豎直方向上升1.5D
設定每個菠蘿去皮時間為20s，則：
5.2 執(zhí)行結構設計
5.2.1 刀具的選擇
根據(jù)設計要求，菠蘿削皮機要對菠蘿進行削皮和去釘，削皮考慮用削皮絲完成指定削去2-3mm表皮的效果，去釘采用三角形去釘?shù)哆M行去釘。
5.2.2 刀具的結構設計
下圖中5為去釘?shù)?，對菠蘿進行去釘動作，3為削皮絲，用于切削菠蘿表皮。根據(jù)菠蘿的特點：每個菠蘿螺旋線數(shù)位13左右，而菠蘿的高度與直徑比值在1.5左右，菠蘿直徑在Φ85-Φ134之間。我設計菠蘿去釘?shù)稙?3個平均分撥在菠蘿的周圍，故只需對其中的一把刀進行具體分析。
由于菠蘿大小不一致所以刀具設計必須可自由調節(jié)距離，在位于活動體的外圍的環(huán)
1 去釘?shù)? 削皮絲
圖5 刀具前端結構圖
1 To nail the sword 2 Peeling silk
Fig.5 The front end structure of cutter
形固定體與活動體之間通過關系活動軸連接，環(huán)形固定體與活動體之間設有大彈簧，活動軸空心腔體內設有小彈簧，一端位于活動軸臺階上，另一端設有一圓環(huán)，為使各活動體內側組成的圓周并進入各管形活動軸空心腔體的削皮絲穿過所述圓環(huán)，各活動軸前端設有三角形去釘?shù)?，如上圖所示。
5.2.3 刀具大彈簧的設計
1.根據(jù)工作條件選擇材料并確定起許用應力：根據(jù)要求選用普通圓柱螺旋彈簧根據(jù)刀具活動軸2，根據(jù)活動螺旋軸2的外徑，設定彈簧中徑D=20mm，外徑.當彈簧壓縮變形量時，壓力;當彈簧壓縮變形量時，壓力.因為彈簧在一般載荷條件下工作，可以按照第III類彈簧來考慮?，F(xiàn)選用碳素彈簧鋼絲C級。并根據(jù)，估取彈簧鋼絲2.0mm。由《機械設計》第八版表16-3暫選[20]。則根據(jù)表16-2可知
（1）
2．根據(jù)強度條件計算彈簧鋼絲直徑
現(xiàn)選用螺旋比C=10，則由式(16-4)得
（2）
根據(jù)式（16-10）得
（3）
因此估算值符合要求，取彈簧鋼絲標準直徑。此時，為標準值，則有
（4）
所得尺寸與題中條件相符，合適。
3.根據(jù)剛度條件計算彈簧圈數(shù)
由式（16-9）得彈力剛度為
（5）
由表16-2取G=82000Mpa，則彈簧圈數(shù)n為
（6）
則取n=11圈。此時彈簧剛度為
（7）
4.驗算
彈簧初始壓力為0；初應力即為0
極限工作應力
（8）
則極限工作載荷為
（9）
5．彈簧長度的計算
根據(jù)菠蘿的之境范圍因此彈簧的壓縮量為：
所以彈簧的總長度：
取彈簧長度為50mm。
5.2.4 刀具小彈簧的選擇
1.根據(jù)工作條件選擇材料并確定起許應力
根據(jù)要求選用普通圓柱螺旋彈簧根據(jù)刀具活動軸2和空腔大小設定小彈簧中徑，外徑。當彈簧壓縮變形量時，壓力；當彈簧壓縮變形量時，壓力，因為彈簧在一般在和條件下工作，可以按照第Ⅲ類彈簧來考慮?，F(xiàn)選用碳素彈簧鋼絲C級。并根據(jù)。估取彈簧鋼絲1.0mm。由《機械設計》第八版表16-3暫選[19]，根據(jù)公式（1）可知。
2.根據(jù)強度條件繼續(xù)按彈簧鋼絲直徑
現(xiàn)選用旋繞比C=10，則由式公式（2）得
(10)
根據(jù)式（3）得
(11)
因此估算值符合要求，去掉彈簧鋼絲標準直徑。此時，為標準值，則由式（4）得
(12)
所的尺寸與題中條件相符，合適。
3.根據(jù)剛度條件計算彈簧圈數(shù)n
由式（5）得彈力剛度為
(13)
由表16-2取G=82000Mpa，則彈簧圈數(shù)n由公式（6）得
(14)
則取n=5圈。此時彈簧剛度為
(15)
4.驗算
彈簧初始壓力為0；初應力即為0
由公式（7）得極限工作應力
由公式（8）得極限工作載荷為
(16)
5.彈簧長度的計算
彈簧的長度：
取小彈簧長度為20mm
5.3 傳動機構的設計
5.3.1 螺桿的設計計算
削皮機進行工作是道具沿螺桿向上以一定的速度做上升運動，
1． 選作材料，螺栓材料等選用45號鋼。螺母材料選用ZCuA19Mn2,查表確定需用壓強.
2． 確定螺紋牙型。梯形螺紋的工藝性好，牙根強度高，對中性好，本題采用梯形螺紋。
3． 按耐磨性計算初選螺紋的中徑。因選用梯形螺紋切螺母兼作支撐，根據(jù)教材式得
(17)
按螺桿抗壓強度初選螺紋的內徑。根據(jù)第四強度理論，其強度條件為
(18)
但對中小尺寸的螺桿，可認為，所以上式可簡化為
(19)
式中，A為螺桿螺紋段的危險截面面積，；S為螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，對于傳力螺旋，S=3.5-5.0;對于傳到螺旋，S=2.5-4.0;對于精密螺桿或水平螺桿，S>4.本題取為5.故有螺桿螺紋小徑
(20)
5.綜合考慮，確定螺桿直徑。比較耐磨性計算和抗壓強度計算結果，可知本題螺桿直徑的選定應以抗壓強度計算的結果為準，按照國家標準GB/T5796-1986選定螺桿尺寸參數(shù)，螺紋外徑d=30mm，螺紋內經(jīng)，螺紋中徑，螺紋線數(shù)n=1，螺距P=6mm.
6.校核螺旋自鎖能力。對傳力螺旋傳動來說，一般應確保自鎖性要求，以避免事故。本題螺桿的材料為鋼，螺母材料為青銅，鋼對青銅的摩擦系數(shù)f=0.09（查《機械設計手冊》）[19]。因梯形螺紋牙型教，，，所以
(21)
(22)
所以可以滿足自鎖要求。
若自鎖性不足，可增大螺桿直徑或減沾上螺距進行調整。
7.計算螺母高度H.因，因選，H=24mm，螺紋圈數(shù)計算：
螺紋圈數(shù)最好不要超過10圈，因此可以滿足要求。
當條件不滿足的時候，一般手段是在不影響自鎖性要求的前提下，可適當增大螺距，而本題螺桿直徑的選定以抗壓強度計算的結果為準，耐磨性已相當富裕，所以可適當減低螺母高度。
現(xiàn)取螺母高度H=24mm，螺紋圈數(shù)z=4，滿足要求。
8.螺紋牙的強度計算。由于螺桿材料強度一般遠遠大于螺母材料強度，因此只需校核螺母螺紋的牙根強度。根據(jù)教材表5-13，對于青銅螺母，這里取，由教材式（5-50）得螺紋牙危險截面的剪切應力為
(23)
滿足要求
螺母螺紋根部一般不會彎曲折斷，通?？梢圆贿M行彎曲強度校核。
9.螺桿的穩(wěn)定性計算。當軸向壓力大于某一臨界值時，螺桿會發(fā)生側向彎曲，喪失穩(wěn)定性。根據(jù)菠蘿高度暫選螺桿的工作長度為l=220mm
螺桿危險面的慣性半徑
螺桿的長度：按一端自由，一端固定考慮，取v=2.0
螺桿的柔度：其失穩(wěn)時的臨界載荷按歐拉公式計算得
(24)
(25)
所以滿足穩(wěn)定性要求。
10.螺桿上兩段的部件連接選擇用鍵聯(lián)接，根據(jù)軸的直徑，則選擇鍵寬×鍵高=b×h=6mm×6mm。長度l=10mm。
5.3.2 傳動裝置設計
根據(jù)菠蘿的機構特點，它呈現(xiàn)為對稱性的左右螺旋線的排列，左右旋線升角為40°，每條螺旋線繞菠蘿越為7/12圈，每個菠蘿旋線輸為13條左右，而菠蘿轉動的角速度為
線速度為
（26）
根據(jù)條件切削完一個菠蘿螺桿螺母上升了1.5d，則螺母的上升速度為
所以螺桿的轉速設定為定值。
所以選螺桿轉速為100r/min
傳動比為
（27）
取i=57
減速器的選擇根據(jù)傳動比i查表18-1選擇兩級圓柱齒輪減速器，考慮成本問題及家用情況，加入此傳動比的減速器使性價比降低，本設計采用雙電機分控運動部件。
5.3.4 螺桿端軸承的選擇與校核
1．軸承的選用
根據(jù)螺桿傳動一次在螺桿兩段設有軸承使其轉動順暢，軸承的轉速n=101.25r/min，軸承徑向載荷可忽略不計。
主要受軸向力，裝軸承處軸頸直徑為，
所以在軸的兩端用的兩個角接觸球軸承，工作中有中等沖擊，最大轉速n=101r/min,根據(jù)菠蘿切削用力設定兩軸承的徑向載荷分別為,,外加軸承向載荷，作用方向指向軸承1.
查滾動軸承樣本可知角接觸球軸承7002AC的基本額定動載荷C=5950N，基本額定靜載荷。
1. 初步計算派生軸向力根據(jù)教材表13-7得
(28)
(29)
2. 計算各軸承軸向力
(30) (31)
3. 確定X,Y的值。根據(jù)教材表13-5因為，，所以,
4. 計算當量動載荷取載荷系數(shù),則
(32)
5. 計算軸承壽命.
(33)
軸承壽命滿足使用期限。故所選軸承滿足要求。
6 電機的選擇
電動機是標準部件，設計時要選出具體型號以便直觀了解各參數(shù)，選擇時要考慮包括類型，結構，容量（功率）和轉速等方面，并在產(chǎn)品目錄中查出其型號和尺寸。參考各項參數(shù)。
1. 選擇電動機類型和結構形式：電動機的選用，首先要了解電動機的機械負載特性，根據(jù)機械負載的類型和特性來選擇電動機的額定容量，額定轉速，額定電壓以及型式。
2. 要為某一生產(chǎn)機械選配一臺電動機，首先要合理選擇電動機的功率，通常根據(jù)生產(chǎn)機械負載的需要來選擇電動機的功率，同時，還要考慮負載的工作制問題，也就是說，所選的電動機應適應機械負載的連續(xù)，短時或間斷周期工作性質，功率選用時要保證它的合理性，選小了，保證不了電動機和生產(chǎn)機械的正常工作；選大了，雖然能保證正常運行，但是不經(jīng)濟，電動機容量不能被充分利用，而且電動機經(jīng)常不能滿載運行，使得效率和功率因數(shù)不高。
3. 其次，根據(jù)電源電壓條件，要求所選用的電動機的額定電壓與頻率同供電電源電壓與頻率相符合。電動機的轉速一定要按生產(chǎn)機械銘牌上的要求選擇，否則可能改變生產(chǎn)機械的性能，此外，電動機的結構，防護，冷卻和安裝形式，應適應使用環(huán)境條件的要求，并且要力求安裝，調試，檢修方便，以保證電機能安全可靠的運行。
4. 選擇電動機的容量:電動機的容量（功率）選得合適與否，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。容量小于工作要求，就不能保證工作機的正常工作，或使電動機能勾起過載和功率因數(shù)都較低，增加電能消耗，造成很大浪費。
電動機容量主要根據(jù)電動機運行時的發(fā)熱條件來決定。電動機的發(fā)熱與其運行狀態(tài)有關。運行狀態(tài)有三類，即長期連續(xù)運行。短時運行和重復短時運行。變載下長期運行的電動機，短時運行的電動機（工作時間短，停歇時間長）和重復短時運行的電動機（工作時間和停歇時間都不長）的容量要按等效功率法計算并校驗過載能力和起動轉矩，其計算方法可參考看有關電力拖動的書籍。
5. 電動機的功率為
(34)
式中：-----------工作機所需工作功率，是指工作機主動端運輸帶所需功率，kw：--------由電動機至工作機主動端運輸帶的總效率。
6. 確定電動機轉速:容量相同的同類型電動機，有幾種不同的轉速系列供使用者選擇，如三相異步電動機常用的有四種同步轉速，即3000，1500,1000,750r/min (相應的電動機定子繞組的極對數(shù)為2,4,6,8)，同步轉速為由電源頻率與極對數(shù)而定的磁場轉速，電動機空載時才可能達到同步轉速，負載時的轉速都低于同步轉速。在設計中所需要的最大轉速；最小轉速因此選用三相異步電動機需要配備大減速比減速器，三相異步電機產(chǎn)生的功率遠大于削皮機所需功率，因此也會造成很大的浪費，分析比較電動機及傳動裝置的性能，尺寸，重量和價格等因素，最終選用微型電動機。
所以綜合以上我們查表選電動機型號為60KTYZ系列齒輪減速可控永磁同步電機來提供動力。其主要性能如表1[19]
表1 電動機主要性能參數(shù)
Table 1 The Main performance parameters motors
型號
額定頻率（Hz）
轉速（r/min）
工作電流（mA）
輸入功率（W）
噪音（dB）
絕緣等級
輸出力矩
旋轉方向
60KTYZ-A
50/60
1.75
<45
<14
35
E
31
雙向可調
60KTYZ-III
50/60
100
<45
<14
35
E
30
7 菠蘿夾具的設計
7.1 夾具的設計
菠蘿削皮過程中，果體主要做圓周運動，根據(jù)計算轉速恒定為V=7/4（r/m）根據(jù)要求，水果特點，菠蘿高度不一致等特點因此設計由上下兩個抓盤固定菠蘿，下抓盤固定位置，上抓可上下移動，有利于菠蘿的放入與固定。結果如圖所示：
夾具下端連接鍵的選擇：根據(jù)軸直徑d=18mm,根據(jù)《機械設計》表6-1選擇鍵寬鍵高h=6mm×6mm。
7.2 軸承選擇與校核計算
根據(jù)菠蘿轉動為恒定轉速特點，軸承的轉速n=1.75(r/min),軸承徑向力主要由
圖6.菠蘿夾具圖
Fig.6 Pineapple fixture drawing
刀具切削時產(chǎn)生。主要受軸向力，裝軸乘處得軸頸直徑為
所以在軸兩端選用的兩個角接觸球軸承，如圖所示13.2（b）正裝。工作中有中等沖擊，轉速n=1.75(r/min)，根據(jù)菠蘿切削用力設定兩軸承的徑向載荷分別為，外加軸向載荷作用方向指向軸承1.
查滾動軸承樣本可知要接觸球軸承7003AC的基本額定載荷C=6300N，基本額定靜載荷。
1．初步計算派生軸向力，由公式（19）(20)可見
(35)
(36)
2．計算各軸承軸向力
(37)
3.確定X,Y的值。根據(jù)教材表13-5因為，，所以，。
4.計算當量動載荷取載荷系數(shù),則
(38)
5.計算軸承壽命.
(39)
軸承壽命滿足使用期限。故所選軸承滿足要求。
7.3 鏈條的設計
在設計過程中有1個地方要用鏈傳動，鏈條保障兩個螺桿之間的動力傳動。
7.3.1 螺桿間的鏈傳動計算
有上述可知，電動機額定功率P=14W，螺桿轉速為100r/min。兩螺桿的傳動用鏈傳動。主動輪轉速與從動輪轉速相同。中心距水平傳動，鏈速，靜強度安全系數(shù)S=6,電機驅動，取工況系數(shù)。
1.選擇鏈節(jié)距p。鏈的工作拉力
(40)
初步選定用10A型滾子鏈，其鏈節(jié)距p=15.875mm，每米質量q=1kg/m，極限拉伸載荷（單排）
(41)
由于是水平傳動，所以傾斜角初選鏈條垂直度f與中心距a的壁紙f/a=2%，由教材圖9-9得，則得懸垂拉力
(42)
緊邊總拉力
(43)
所以得到所需的極限載荷
(44)
所以選10A型鏈是合適的。
2.求鏈輪的齒數(shù)。根據(jù)教材表9-8取
驗算鏈速
(45)
符合題目要求
3.校核安全系數(shù)，由公式（40）（41）（43）可得
計算安全系數(shù)
(46)
所以選用的10A型滾子鏈是合理的。
4.求大小鏈輪的分度圓直徑
(47)
5.計算鏈節(jié)數(shù) 取=80
(48)
取=80
6.齒頂圓直徑da
(49)
(50)
取=92
7.齒根圓直徑
(51)
8.齒高
(52)
取=5
9.最大軸凸緣直徑
(53)
取=70
7.3.2 鍵的校核
由于要求等速傳遞一次兩螺桿上的帶輪尺寸相同，大帶輪參數(shù)參照小帶輪參數(shù)鍵的校核。
假設壓力在鍵長度內均勻分布，則根據(jù)擠壓強度或耐磨性的條件計算，求得聯(lián)接所能傳遞的轉矩：
(54)
能完全滿足需要。
8 菠蘿去皮機的電氣控制
8.1 電氣控制設計
本設計決定采用繼電器控制方式，具體操作過程如下：電源開關Q，斷路開關SB1，電機控制開關SB2，SB3.切削菠蘿時電機正轉，首先合上電源開關Q，然后按下起動按鈕SB2，接觸器KM1的吸引線圈通電，其主接觸點KM1閉合，兩個電動機起動同時啟動，因為接觸點的輔助接觸點KM1并聯(lián)于起動按鈕，所以當松開手斷開起動按鈕后，接觸器線圈KM通過其輔助常開接觸點自保，電機繼續(xù)正常運行。和起動按鈕并聯(lián)的輔助常開觸點稱為自鎖觸點。
按停止按鈕SB1，接觸器KM1的吸引線圈失電釋放，所有KM1常開觸點斷開，KM主觸點斷開，電動機失電停轉：KM輔助觸點斷開，消除自鎖。
同樣當退回刀具時按下啟動按鈕SB3接觸器KM2的吸引線圈通電，其主接觸點KM2閉合，M1電動機反轉運行。由于接觸點的輔助接觸點KM2并聯(lián)于起動按鈕，當松開手斷開起動按鈕后，接觸器線圈KM通過其輔助常開接觸點可以繼續(xù)保持通電，維持其吸合狀態(tài)，故電動機不會停止。當需要停機時按下總開關SB1即可實現(xiàn)。
8.2 電氣控制原理圖
圖7.菠蘿電氣控制原理圖
Fig.7 The electrical control principle diagram
9 總結
緊張忙碌而又充滿意義的畢業(yè)設計就這樣結束了，在設計初期我想的是用振動式的方式進行削皮，做好后發(fā)現(xiàn)出了很大的問題，我忘記考慮菠蘿釘?shù)膯栴}。菠蘿不同一般的水果，它的結構相對比較復雜，單純的振動式不能去掉菠蘿表面的菠蘿釘。我沒有氣餒，調整思路從新開始新的設計。在這次設計中我有一些想法，并最終落實在了這篇畢業(yè)論文上。時間雖然非常緊但我覺得過得非常的充實。
在最忙碌那幾天桌子上擺滿了各種教材，手冊。計算一個彈簧就用了我將近一個下午的時間。那時候覺得壓力非常的大，應了老師的一句話“設計沒有巧，除了翻書就是查表”。在設計過程中也出現(xiàn)了幾次比較大的問題，但在自己的一番努力下，最后還是得到了解決。原來就聽說大四做畢業(yè)設計的時候是最鞏固知識的，在做這份畢業(yè)設計時我深刻體會到了這一點。因為設計中涵蓋了液壓，電氣控制，電機，機械設計，機械原理等等知識。有些書已經(jīng)在這次畢業(yè)設計中出現(xiàn)了掉頁現(xiàn)象。辛苦總是會得到回報的，我把以前一直沒搞懂的東西都從新吸收起來，使自己的知識更加的完善。
大四即將進入尾聲，我對大學生活充滿了不舍。感覺時間一下子就用完了，原本計劃在大學中去完成的事情好多都還沒有實現(xiàn)。在今后的日子里我會更加努力的學習，更加用心的工作。千里之行始于足下，我將不斷完善永遠不完善的自己。
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致 謝
本論文是在老師的幫助下完成的，在此，我由衷的感謝張嵐老師對于我的支持與幫助。
大四的生活格外忙碌，每天都過得無比充實，在大學四年的生活中我感觸很多，現(xiàn)在也要到了畫句號的時候了。在大學期間我努力完成了所有學習任務，在這里感謝所有老師對我的幫助。工學院的所有老師都讓我體會到了一種親切的感覺，不管對哪些知識存在漏洞，老師們總是悉心給予解答。不會因為學生存在的不足而放棄對學生的教育。四年過去了，我從畫圖開始學起，一步步的總進機械的世界，我不會后悔選擇機械這門專業(yè)，它擁有無與倫比的獨特魅力。在設計中雖然要遵循很多的準則，但依舊有發(fā)揮創(chuàng)新的地方。這與老師對我們的幫助是離不開的。再次向全部老師和我的導師張嵐老師致謝。馬上就要進入社會了，未來的生活可能會感受到好多大學生活里沒有的東西，但我永遠不會忘了大學單純的生活，也永遠不會忘記各位老師的諄諄教誨。
在漫長的學習生活中，我還要感謝我的父母，在我迷茫無助時，在我失去信心想要放棄時，在我因為一點小小的成就而沾沾自喜時父母永遠都是告訴我該怎么做才更好，并指出未來的方向，不斷指引著我。讓我堅強，讓我自信，讓我永遠不會迷失自我。我在父母身上看到了自身欠缺的東西，未來我將堅忍不拔，吃苦耐勞。不會因為一點壓力就被壓垮。
還要感謝我的同學和朋友，沒有他們的大學生活將是不完美的，我們雖然來自不同的地方，但我們的心走到了一起，在學習中互相幫助，在生活中相互幫忙，在遠離家的地方，我不僅沒有感覺到孤獨，還找到了家一般溫馨的感覺。每次學習中遇到困難，我的同學和朋友總是無私的幫助我，在生活中遇到困難時，他們也總是第一個出來幫助我。在這里向所有同學和朋友說一聲謝謝。
大學雖然只是人生中小小的一部分，但它卻是如此的特殊，若干年后我可能因為工作的忙碌而忘記很多事情，但大學的每一分每一秒我都會深深的記在心里。在我無助時，在我失落時，在我彷徨時，它永遠會在心里那個特殊的位置溫暖我，感染我，照亮我，激勵我。感謝我的大學生活。