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小型菠蘿削皮機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要：在我們?nèi)粘Ｉ钪?，水果是必不可少的一部分，菠蘿就是其中的一種。所以無(wú)論是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還是國(guó)外市場(chǎng)，它的前景都是相當(dāng)廣闊的。菠蘿除了水果鮮食外，還可以作為美味的菜肴，設(shè)計(jì)一種安全衛(wèi)生的削皮去刺工具，已越來(lái)越成為人們的迫切需求。本文設(shè)計(jì)一種機(jī)器，由皮帶輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、三角爪和絲桿傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)菠蘿的削皮去刺，代替目前人工削皮，操作方便，使用簡(jiǎn)單，提高了生活效率。
關(guān)鍵詞:削皮去刺；皮帶輪傳動(dòng)；齒輪傳動(dòng)；三角爪；絲桿傳動(dòng)
The Mini Pineapple Peeling Machine Design
Abstract:In our daily life,the fruit is an essential part of the pineapple,is one of a kind. So whether it is domestic or foreign market,its prospects are very broad.In addition to fresh pineapple fruit, can also be used as a tasty dish, design a safe and sanitary peeling deburring tools, has increasingly become the people's urgent needs. This paper designed a machine,composed of a belt pulley drive, gear drive, the triangular claw and a screw rod drive to achieve the pineapple peel to the thorn, replace the artificial skin, convenient operation, simple to use, improve the efficiency of life.
Key word: peeling deburring; pulley drive; gear drive; triangular claw; screw drive
目 錄
摘要……………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………2
1.1 菠蘿削皮機(jī)的概述………………………………………………………2
2 菠蘿削皮機(jī)的研究現(xiàn)狀…………………………………………………………2
3 論文的主要任務(wù)和內(nèi)容內(nèi)容……………………………………………………2
4 菠蘿削皮機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路……………………………………………………3
4.1 菠蘿削皮機(jī)的性能要求…………………………………………………3
5 菠蘿削皮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理……………………………………………3
5.1 整機(jī)機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………3
5.2 液壓控制系統(tǒng)……………………………………………………………4
5.3 電氣控制系統(tǒng)……………………………………………………………4
5.4 傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)………………………………………………………5
5.5 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)…………………………………………………………………5
6 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………………………6
6.1 運(yùn)行阻力的計(jì)算…………………………………………………………6
6.2 電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算………………………………………………………6
7 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………………………6
7.1 絲桿的設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………………………6
7.1.1 設(shè)計(jì)選擇絲桿傳動(dòng)的原因………………………………………6
7.1.2 絲桿的運(yùn)動(dòng)形式及其載荷分析…………………………………7
7.1.3 絲桿設(shè)計(jì)的基本尺寸等參數(shù)計(jì)算………………………………8
7.1.4 絲桿的材料與許用應(yīng)力…………………………………………10
7.2 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算…………………………………………………11
7.2.1 設(shè)計(jì)選擇齒輪傳動(dòng)的原因………………………………………11
7.2.2 齒輪的設(shè)計(jì)及其參數(shù)的計(jì)算……………………………………11
7.2.3 主軸齒輪的設(shè)計(jì)…………………………………………………12
7.3 皮帶輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………………17
7.4 聯(lián)軸器的選擇……………………………………………………………19
7.4.1 聯(lián)軸器的分類(lèi)……………………………………………………19
7.4.2 聯(lián)軸器的選用……………………………………………………20
7.4.3 確定聯(lián)軸器的型號(hào)………………………………………………21
8 結(jié)論………………………………………………………………………………22
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………23
致謝……………………………………………………………………………………24
1 前言
1.1 菠蘿削皮機(jī)的概述
菠蘿成為了人們?cè)谏钪泻芎玫囊环N水果之一，菠蘿的去皮不僅僅是必須的，更重要的是防止皮中殘留的農(nóng)藥的等有害物質(zhì)傷害人體的一種最有效辦法。然而，傳統(tǒng)的人工一刀一刀削皮的方式不僅浪費(fèi)時(shí)間，費(fèi)力傷神還不衛(wèi)生。于是本課題設(shè)計(jì)的菠蘿削皮機(jī)就應(yīng)運(yùn)而生了。
本設(shè)計(jì)的菠蘿削皮機(jī)是由人工控制刀頭的夾持與松開(kāi)，刀頭的向上運(yùn)動(dòng)與向下運(yùn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，汽缸控制的上爪的上升與下降，從而來(lái)完成菠蘿的削皮動(dòng)作。在菠蘿的削皮生產(chǎn)中，應(yīng)用本設(shè)計(jì)生產(chǎn)的菠蘿削皮機(jī)可以提高生產(chǎn)的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，從而可以實(shí)現(xiàn)減輕人工的工作強(qiáng)度，保證產(chǎn)品質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)快速生產(chǎn)，在各個(gè)方面的意義都很重大，因此本設(shè)計(jì)的菠蘿削皮機(jī)可以在餐飲行業(yè)中廣泛應(yīng)用。
2 菠蘿削皮機(jī)的研究現(xiàn)狀
近年來(lái)，我國(guó)的水果蔬菜的加工業(yè)取得了巨大的成就，水果蔬菜速凍食品在我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易中占據(jù)了重要地位。目前，我國(guó)的果蔬加工業(yè)已具備了一定的技術(shù)水平和較大的生產(chǎn)規(guī)模，外向型果蔬加工產(chǎn)業(yè)布局已基本形成。
先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和全新的控制方式，是菠蘿削皮的使用靈活性更高，性能更穩(wěn)定，效率更高。對(duì)于食品加工等行業(yè)來(lái)講，生產(chǎn)用的菠蘿削皮機(jī)給行業(yè)的就是效率和效益，所以，人們對(duì)菠蘿削皮機(jī)的各項(xiàng)功能要求越來(lái)越多，削皮機(jī)的發(fā)展完善速度也是比較快速的。
隨著食品加工工業(yè)的發(fā)展，食品深入加工已越來(lái)越受到各種餐飲行業(yè)的重視，特別是高級(jí)的餐飲行業(yè)酒店，這更要求原材料的深入加工。其中菠蘿的原料的削皮加工就收到了人們的高度重視。
但是目前國(guó)內(nèi)還沒(méi)有這樣的大型去皮設(shè)備，所以值得我們?nèi)パ芯浚O(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)。
3 論文的主要任務(wù)和研究?jī)?nèi)容
本課題研究主要是對(duì)菠蘿的削皮機(jī)的整個(gè)裝置設(shè)計(jì)和計(jì)算進(jìn)行分析探討，然后對(duì)液壓控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)等部分組成部分進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。
該課題設(shè)計(jì)要就的主要流程如下所示：
設(shè)計(jì)背景分析總體方案分析結(jié)構(gòu)與案例分析系統(tǒng)適用性分析
4 菠蘿削皮機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路
目前菠蘿的加工行業(yè)中還是廣泛的使用人工削皮，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，勞動(dòng)強(qiáng)度大，為解決上述不足而提供一種降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)效率的半自動(dòng)菠蘿削皮機(jī)裝置。
4.1 菠蘿削皮機(jī)的性能要求
菠蘿削皮機(jī)應(yīng)滿足半自動(dòng)化程度高，去皮效率高，系統(tǒng)穩(wěn)定，安全性能高等為前提，做到技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)巧妙合理，經(jīng)濟(jì)合理等。
本課題設(shè)計(jì)的菠蘿削皮機(jī)應(yīng)該具備以下性能：
方便操作的使用性能
（1）系統(tǒng)的穩(wěn)定性及運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性準(zhǔn)確，能保證規(guī)定的運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)位移等；
（2）工作的可靠性即能根據(jù)功能要求完成既定的動(dòng)作，而且各個(gè)動(dòng)作必需穩(wěn)定協(xié)調(diào)；
（3）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低；
（4）生產(chǎn)效率高，能耗少；
（5）減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，不污染環(huán)境，創(chuàng)造文明生產(chǎn)條件；
（6）留有發(fā)展余地，需要改進(jìn)時(shí)而不至于造成全機(jī)廢棄。
5 菠蘿削皮機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及工作原理
5.1 整機(jī)機(jī)構(gòu)
菠蘿削皮機(jī)由液壓控制系統(tǒng)，電氣控制系統(tǒng)，液壓與檢測(cè)系統(tǒng)，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作機(jī)構(gòu)組成。
圖1 機(jī)構(gòu)示意圖
Fig1 Organization chart
如圖1所示，菠蘿削皮機(jī)工作時(shí)，由工作人員將菠蘿放在下爪上，踩下液壓缸1號(hào)腳踏板，上爪下降爪掐住菠蘿，在將刀頭手柄推進(jìn)，是刀頭貼在菠蘿表面。按下啟動(dòng)按鈕，菠蘿在自身旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀頭在絲桿作用下的上下運(yùn)動(dòng)的配合中完成削皮動(dòng)作。削皮完成后，踩下液壓缸2號(hào)腳踏板，上爪上升放開(kāi)菠蘿，再由工作人員取下菠蘿，完成一個(gè)菠蘿的削皮工作。
5.2 液壓控制系統(tǒng)
液壓控制系統(tǒng)的原理圖：
圖2 液壓原理圖
Fig2 Hydraulic schematic diagram
這里我選用的是一個(gè)單向減壓回路，用以保證三角爪的上下抓緊活動(dòng)可以順利的進(jìn)行。
液壓缸的主要尺寸的確定
1) 工作壓力P的確定。工作壓力P可根據(jù)機(jī)器的類(lèi)型來(lái)初步確定，這里的工作壓力P取1500N。
2) 確定液壓缸內(nèi)徑D和活塞桿直徑d。查液壓與氣壓傳動(dòng)表2-3可知液壓缸的內(nèi)徑D為100mm,活塞桿直徑d為20mm。
3) 計(jì)算在各個(gè)工作階段液壓缸所需的流量
所以液壓缸選擇單作用液壓缸，可以選用單作用活塞缸。
5.3 電氣控制系統(tǒng)
該菠蘿削皮機(jī)采用的是照明用220伏交流電作為動(dòng)力源，其負(fù)載只由一個(gè)交流電動(dòng)機(jī)組成。電氣控制系統(tǒng)由簡(jiǎn)單的plc電路組成，其主要功能是控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)和實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)的互鎖。
為了使電機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)正反轉(zhuǎn)，可以采用兩只接觸器KM1，KM2換接電動(dòng)機(jī)三相電源的相序，為了防止短路事故，電路中應(yīng)采取按鈕和接觸器的雙重互鎖。正反轉(zhuǎn)電路如圖3所示。
圖3 正反轉(zhuǎn)電路圖
Fig3 Positive inversion circuit diagram
5.4 傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)
傳感器與檢測(cè)系統(tǒng)在本設(shè)計(jì)中的主要作用是起一個(gè)限位的作用，即限制刀架的上極限位移和下極限位移。
5.5 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
該裝置機(jī)箱內(nèi)部軸之間的所有傳動(dòng)均采用圓柱齒輪傳動(dòng)。因?yàn)樗哂兴矔r(shí)傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)效率高，壽命長(zhǎng)結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。因?yàn)檫@些優(yōu)點(diǎn)為菠蘿加工提供了很好的條件，加工效率高，加工質(zhì)量好，不會(huì)出現(xiàn)削去果肉過(guò)多或是削皮不完全等現(xiàn)象。
在設(shè)計(jì)過(guò)程中要求齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中瞬時(shí)角速度比恒定不變，以免產(chǎn)生動(dòng)載荷，沖擊，振動(dòng)和噪聲。這與齒輪的齒廓形狀和制造安裝精度等因素有關(guān)。
齒輪的承受載荷能力要強(qiáng)，要求齒輪在傳動(dòng)過(guò)程中有足夠的強(qiáng)度，剛度并能傳動(dòng)較大的動(dòng)力，在使用壽命內(nèi)不出現(xiàn)斷齒，點(diǎn)蝕，過(guò)度磨損等現(xiàn)象。這與齒輪的材料，尺寸和熱處理等很多因素有關(guān)[1]。
6 工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
6.1 運(yùn)行阻力的計(jì)算
該裝置的運(yùn)行阻力主要是上下爪所在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)行靜阻力，即為摩擦總阻力。
運(yùn)行靜阻力（摩擦總阻力）為：
= (1)
---菠蘿及旋轉(zhuǎn)軸的自重N，N取500N
K --- 滾動(dòng)摩擦系數(shù)，由菠蘿直徑=150mm 取K=0.0004
--- 旋轉(zhuǎn)軸承摩擦系數(shù)，=0.02
--- 附加阻力系數(shù)，取=2
=2×2×500×（0.0004+0.02×0.02/2）/0.15
1400N
6.2 電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算
=V/1000 (2)
---------傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，=
--------齒輪減速器效率，取0.95
--------帶傳動(dòng)效率，取0.96
=0.9×0.95×0.96=0.82
=1400×1/1000×0.821.15KW
電機(jī)選擇，p203
7 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
7.1 絲杠的設(shè)計(jì)與計(jì)算
7.1.1 設(shè)計(jì)選擇絲桿傳動(dòng)的原因
絲桿是一種螺旋傳動(dòng)的典型代表，它是將螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，或者反過(guò)來(lái)將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為螺旋傳動(dòng)，并同時(shí)進(jìn)行能量和力的轉(zhuǎn)換[2]。
絲桿的螺旋傳動(dòng)分為滑動(dòng)螺旋，滾動(dòng)螺旋和靜壓螺旋，本設(shè)計(jì)所選擇的是滑動(dòng)螺旋，因?yàn)槠渚邆湟幌绿攸c(diǎn)：
1) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便，從而其成本低。
2) 當(dāng)螺紋升角小于摩擦角時(shí)能實(shí)現(xiàn)自鎖。
3) 傳動(dòng)平穩(wěn)。
4) 摩擦阻力較小，傳動(dòng)效率一般，比較適合本課題設(shè)計(jì)的動(dòng)力傳動(dòng)。
對(duì)于一般的螺旋傳動(dòng)，其主要失效形式是絲桿表面的螺旋的磨損，，螺桿的拉斷或是剪斷以及螺紋牙根部的剪斷或是彎斷。設(shè)計(jì)時(shí)常以耐磨性和強(qiáng)度的計(jì)算確定螺紋傳動(dòng)的主要尺寸。
對(duì)于絲桿螺旋傳動(dòng)，其失效主要是由于磨損而產(chǎn)生的過(guò)大間隙或是變形造成的運(yùn)動(dòng)精度下降，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)以螺紋的耐磨性計(jì)算和絲桿的剛度計(jì)算來(lái)確定傳動(dòng)的主要尺寸參數(shù)[3]。
對(duì)于像本設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的受壓較大的長(zhǎng)絲桿還要進(jìn)行壓桿穩(wěn)定性計(jì)算，還要審核其是否會(huì)產(chǎn)生橫向振動(dòng)，限制其臨界轉(zhuǎn)速。
所以本設(shè)計(jì)選擇的是梯形的華東螺紋絲桿。
7.1.2 絲桿的運(yùn)動(dòng)形式及其載荷分析
本設(shè)計(jì)的螺旋絲桿裝置是絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母帶動(dòng)刀頭做上下的直線運(yùn)動(dòng)，其載荷分析如圖4所示。
圖4 絲桿載荷分析圖
Fig4 Wire rod load analysis diagram
7.1.3 絲桿設(shè)計(jì)的基本尺寸等參數(shù)計(jì)算
設(shè)計(jì)刀片寬度為30.00mm，由此可以推論出，菠蘿旋轉(zhuǎn)一周，刀片上升的距離為30.00mm，即刀片走動(dòng)30.00mm的螺距；絲桿旋轉(zhuǎn)一周，刀片上升的距離為一個(gè)螺距。
設(shè)計(jì)選擇的絲桿是M48，由表1可知，其螺距可選擇5.00mm，由表2可知，絲桿的公稱(chēng)直徑可選擇48.00mm，由表3可知，絲桿的余程可選擇20.00mm。
表1 絲桿螺距表
Table1 Screw pitch gauge
標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格(mm)
M45
M48
M52
M56
M64
螺距
4.5 4
5 4
5 4
5.5 4
6 4
表2 絲桿公稱(chēng)直徑表
Table2 Nominal diameter of wire rod surface
螺距
3
4
5
6
8
公稱(chēng)直徑(mm)
10-60
16-80
22-100
30-100
32-100
表3 絲桿的余程
Table3 Screw the remaining distance
螺距P
2
3
4
5
6
余程Le(mm)
10
12
16
20
24
絲桿螺紋的有效長(zhǎng)度Lu計(jì)算公式為：
Lu=L-2Le=840-2x20=800mm (3)
L為絲桿的螺紋長(zhǎng)度，Le為絲桿的余程，其代表意義如圖5所示
圖5 絲桿
Fig5 Wire rod
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-1[4]由所設(shè)計(jì)的參數(shù)可知，絲桿的中徑D2或d2為44.752mm，絲桿的小徑為42.587mm 。
螺母的軸向位移L為：
L= (4)
-----絲桿的轉(zhuǎn)交，rad
S------導(dǎo)程，mm
P------螺距，mm
x------螺紋線數(shù)
由此可計(jì)算：L==11.94mm
螺母的軸向移動(dòng)速度v為：
v=（mm/s） (5)
-------絲桿的角速度，rad/s
由此可計(jì)算：v==286.62mm
驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算P1為：P1 =V/1000
---------傳動(dòng)系統(tǒng)總效率，=
--------齒輪減速器效率，取0.95
--------帶傳動(dòng)效率，取0.96
=0.9×0.95×0.96=0.82
由此可計(jì)算：P1=1400×1/1000×0.821.15KW
耐磨性的計(jì)算：
絲桿螺紋的中徑D2或d2由查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表11-9表可知為44.752mm
螺母的高度H為：H=D2（mm） (6)
------設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)螺母的形式選定[5]，整體式螺母取1.2-2.5
由此可計(jì)算出：H=244.752=89.504mm
基本牙型高度H1計(jì)算：
梯形螺紋（GB 5796-1986）規(guī)定H1=0.5P（mm） (7)
由此可計(jì)算出：H1=0.55=2.5mm
工作強(qiáng)度p的計(jì)算：
p= (8)
F------軸向載荷，N
----螺紋副許用壓強(qiáng)，N/
7.1.4 絲桿的材料與許用應(yīng)力
滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的主要零件是絲桿和螺母[7]。絲桿的材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度耐磨性，以及良好的加工性。本設(shè)計(jì)的絲桿要求不是很高，不需要淬硬處理，可選用T12為材料。螺母為低速輕載，所以螺母材料可選擇35剛或球墨鑄鐵。
常見(jiàn)材料的許用壓強(qiáng)如表4所示，許用拉應(yīng)力，許用彎曲應(yīng)力，許用剪應(yīng)力如表5所示。
表4 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的許用壓強(qiáng)
Table4 Sliding spiral transmission allowable pressure
螺紋副材料
速度范圍，m/s
許用壓強(qiáng)
鋼對(duì)青銅
低速
小于0.5
0.1-0.2
18-25
11-18
7-10
鋼對(duì)耐磨鑄鐵
0.1-0.2
6-8
鋼對(duì)鑄鐵
小于0.04
0.1-0.2
13-18
4-7
鋼對(duì)鋼
低速
7.5-13
淬火鋼對(duì)青銅
0.1-0.2
10-13
表5 絲桿與螺母的許用應(yīng)力
Table5 The screw rod and the nut of the allowable stress
材料
許用拉應(yīng)力
許用彎曲應(yīng)力
許用剪應(yīng)力
絲桿
鋼
-
-
螺母
青銅
耐磨鑄鐵
鑄鐵
鋼
-
-
-
-
40-60
50-60
45-55
（11.2）
30-40
40
40
0．6
7.2 齒輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
7.2.1 設(shè)計(jì)選擇齒輪傳動(dòng)的原因
本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)初期軸與軸之間的傳動(dòng)考慮了兩種傳動(dòng)方式：齒輪傳動(dòng)和帶輪傳動(dòng)，最終選擇了齒輪傳動(dòng)。它雖然相對(duì)于帶輪傳動(dòng)來(lái)說(shuō)安裝精度要求和制造成本都相對(duì)較高，但是其優(yōu)點(diǎn)能在本課題的設(shè)計(jì)中得到很好的發(fā)揮，即其瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)效率高，壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊等特點(diǎn)。它能為菠蘿的削皮加工提供很好的質(zhì)量保證[8]。
本設(shè)計(jì)由于需要的是一個(gè)平面內(nèi)的傳動(dòng)，所以選擇的是圓柱形齒輪。
7.2.2 齒輪的設(shè)計(jì)及其參數(shù)的計(jì)算
機(jī)構(gòu)內(nèi)部各個(gè)齒輪之間的裝配關(guān)系如圖5所示
圖6 齒輪裝配關(guān)系
Fig6 Gear assembly
7.2.3 主動(dòng)軸齒輪的設(shè)計(jì)
選取傳動(dòng)比i=3,工作壽命10年,每天工作1小時(shí),每年工作300天,小齒輪轉(zhuǎn)速=384.6/2=192.3r/min,選取大齒輪傳動(dòng)效率=0.95,則功率=0.52250.95=0.496375kW。
一、選定精度等級(jí),材料及齒數(shù)
1) 選8級(jí)精度[9]
2) 選取小齒輪材料為45鋼,齒面硬度為200-230HBS.
3) 選取大齒輪材料為45鋼,齒面硬度為170-200HBS
4) 選小齒輪齒數(shù)=24
選大齒輪齒數(shù)
5) 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由接觸強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式[10]為
(9)
確定各個(gè)公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值
試選取載荷=1.3
二、計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
=24.65N·m=2.465N·mm
選取齒寬系數(shù) =0.5
查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-3得材料的彈性影響系數(shù)=189.8MPa
按齒面硬度中值查機(jī)械設(shè)計(jì)表12-6得小齒輪的接疲勞強(qiáng)度極限為=565MPa, 大齒輪的接疲勞強(qiáng)度極限為=545MPa.
三、計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
由機(jī)械原理表12-8查得接觸疲勞壽命系數(shù)=0.95; =1.0
四、計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1[11]
=536.75MPa （10）
=545MPa （11）
五、計(jì)算齒輪數(shù)據(jù)
1) 試算小齒輪分度圓直徑 ,代入中較小值
=50.58mm
2) 計(jì)算圓周速度v
=0.51m/s （12）
3) 計(jì)算齒寬b
=25.29mm （13）
4) 計(jì)算齒寬與齒高這比b/h[12]
模數(shù) =50.58/24=2.1mm （14）
齒高 =4.725mm （15）
b/h=25.29/4.725=5.35
六、計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù) v=0.51m/s,8級(jí)精度，查機(jī)械設(shè)計(jì)表9-5得動(dòng)載荷系數(shù)
假設(shè),查得=1.2
由參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)表9-6查得使用系數(shù)=1
由參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5查得8級(jí)精度,小齒輪相對(duì)支承皮懸臂時(shí),
=1.278
由b/h=5.35,,查得=1.22
故載荷系數(shù) （16）
1) 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
（17）
2) 計(jì)算模數(shù)m
=54.83/24=2.28mm
七、按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
（18）
1) 確定公式內(nèi)的各種計(jì)算數(shù)值
由參考資料機(jī)械原理表12-7查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限,大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
2) 由參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)原理表12-8查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
,
3) 計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4[13]
由參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)原理表12-7得
=373.2MPa (19)
=364MPa (20)
4) 計(jì)算載荷系數(shù)K
=1.58112 (21)
5) 查取齒形系數(shù)
由參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表6-8查得,
6) 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表6-8查得,
7) 計(jì)算大、小齒輪的,并加以比較
(21)
(22)
小齒輪的數(shù)值大,用小齒輪的數(shù)值[14]。
三、設(shè)計(jì)計(jì)算
=1.448mm (23)
對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力[15],而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.448并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值1.5,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑54.83mm，算出小齒輪齒數(shù)=54.83/1.5=36.5
取
大齒輪齒數(shù)
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng),既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度,又滿足了齒根疲勞強(qiáng)度。
四、幾何計(jì)算
1) 計(jì)算分度圓直徑
2) 計(jì)算中心距
(24)
3) 計(jì)算齒輪寬度
(25)
取, （考慮到實(shí)際需要）
五、驗(yàn)算
(26)
(27)
所以選用的齒輪是合適的。
7.3 皮帶輪的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)皮帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量小；結(jié)構(gòu)工藝性好，無(wú)過(guò)大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡，輪槽工作面要經(jīng)過(guò)精細(xì)加工（表面粗糙度一般應(yīng)為3.2）以減帶的磨損，各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等[16]。
一 、皮帶輪的材料
皮帶輪的材料，采用鑄鐵，材料牌號(hào)為HT200。
二 、皮帶輪的計(jì)算
已知電動(dòng)機(jī)的額定功率為1.15KW,轉(zhuǎn)速n1=1500r/min,選取傳動(dòng)比為i=3.9,
采用普通皮帶傳動(dòng).
1) 確定計(jì)算功率P
由參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-9查得工作情況系數(shù) KA=1.1,故
P=KAP=1.11.15=1.265KW (28)
2) 選取帶型
根據(jù)P，確定選用Z型。
3) 確定皮帶輪基準(zhǔn)直徑
取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 d=91mm
則從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 d=i d=3.991=354.9mm
根據(jù)參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-13取d=360mm
按參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)驗(yàn)算帶的速度
V==m/s=7.14<35m/s (29)
所以選擇的帶的速度合適
4) 確定皮帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距
根據(jù) 0.7(dd1+dd2)
120° (33)
主輪上的包角合適
6) 計(jì)算根數(shù)Z
由參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-21知
(34)
由n1=1500r/min, dd1=71mm, i=3.9 得
P=0.31kw, △P=0.03kw
K=0.92
K=1.14
則=1.697
取z=2
在上面的式子中，K為包角系數(shù)，K為長(zhǎng)度系數(shù)，P為單根皮帶的基本額定功率，△P為計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí),單根皮帶額定功率的增量[17]。
7) 計(jì)算預(yù)緊力F
由參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)原理知
F= (35)
查參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表11-25得q=0.06kg/m,故
F==79.687584N
8) 計(jì)算作用在軸上的壓軸力F
由參考資料機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)[19]得
F===310N (36)
三、皮帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
皮帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸，帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸可列公式計(jì)算，確定了帶輪的各部分尺寸后，即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應(yīng)的技術(shù)條件等[20]。
由以上的計(jì)算可知：主軸皮帶輪選腹板式。
7.4 聯(lián)軸器的選擇
7.4.1 聯(lián)軸器的選用
一般聯(lián)軸器的選用依據(jù)是其工作條件和結(jié)構(gòu)形式。在選型時(shí)，主要考慮以下幾點(diǎn)：
1) 選擇聯(lián)軸器的類(lèi)型
根據(jù)傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和轉(zhuǎn)速高低，以及對(duì)緩沖和振動(dòng)的要求，參考各類(lèi)聯(lián)軸器的特點(diǎn)，選擇適用的聯(lián)軸器類(lèi)型[21]。
2) 計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩
傳動(dòng)軸上的公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩T(N.m)可用下式進(jìn)行計(jì)算：
(37)
式中 P-----傳遞的功率，單位為KW；
n-----軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min。
實(shí)際計(jì)算時(shí)，應(yīng)將公稱(chēng)轉(zhuǎn)矩T乘以工作情況系數(shù)，得到計(jì)算轉(zhuǎn)矩。工作情況系數(shù)如下表6所示。
表6 工作情況系數(shù)
Table6 Work factor
原動(dòng)機(jī)
工作機(jī)
Ⅰ類(lèi)
Ⅱ類(lèi)
Ⅲ類(lèi)
Ⅳ類(lèi)
Ⅴ類(lèi)
Ⅵ類(lèi)
電動(dòng)機(jī)、汽輪機(jī)
1.3
1.5
1.7
1.9
2.3
3.1
四缸及四缸以上內(nèi)燃機(jī)
1.5
1.7
1.9
2.1
2.5
3.3
雙缸內(nèi)燃機(jī)
1.8
2.0
2.2
2.4
2.8
3.6
單缸內(nèi)燃機(jī)
2.2
2.4
2.6
2.8
3.2
4.0
注：工作機(jī)分類(lèi)
Ⅰ類(lèi) 轉(zhuǎn)矩變化很小的機(jī)械，如發(fā)電機(jī)、小型通風(fēng)機(jī)、小型離心泵
Ⅱ類(lèi) 轉(zhuǎn)矩變化小的機(jī)械，如透平壓縮機(jī)、木工機(jī)床、運(yùn)輸機(jī)。
Ⅲ類(lèi) 轉(zhuǎn)矩變化中等的機(jī)械，如攪拌機(jī)、增壓泵、有飛輪發(fā)壓縮機(jī)、沖床。
Ⅳ類(lèi) 轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷中等的機(jī)械，如織布機(jī)、水泥攪拌機(jī)、拖拉機(jī)。
Ⅴ類(lèi) 轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷大的機(jī)械，如造紙機(jī)、挖掘機(jī)、起重機(jī)、碎石機(jī)。
Ⅵ類(lèi) 轉(zhuǎn)矩變化大并有極強(qiáng)沖擊載荷的機(jī)械，如壓延機(jī)、無(wú)飛輪發(fā)活塞泵、重型初軋機(jī)。
7.4.2確定聯(lián)軸器的型號(hào)
1) 根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩及所選的聯(lián)軸器類(lèi)型，在聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)中按照下式：
(38)
的條件確定聯(lián)軸器的型號(hào)。式中，[T]為所選型號(hào)聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。
2) 校核最高轉(zhuǎn)速
聯(lián)軸器工作過(guò)程中的最高轉(zhuǎn)速n，不應(yīng)超過(guò)其允許的最高轉(zhuǎn)速,即；
(39)
3) 協(xié)調(diào)軸孔直徑
多數(shù)情況下，每一型號(hào)聯(lián)軸器適用軸的直徑均有一個(gè)范圍，被聯(lián)接兩軸的直徑應(yīng)當(dāng)在此范圍之內(nèi)。
另外，還要根據(jù)所選聯(lián)軸器允許的軸的相對(duì)位移偏差，規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度。使用有非金屬?gòu)椥栽穆?lián)軸器時(shí)，還應(yīng)注意聯(lián)軸器所在部位的工作溫度不要超過(guò)該材所允許的最高溫度[22]。
8 結(jié)論
一個(gè)機(jī)電一體化裝置的質(zhì)量好壞取決于各個(gè)零件的設(shè)計(jì)和整體的設(shè)計(jì)，合理的設(shè)計(jì)和恰當(dāng)?shù)挠?jì)算成就一個(gè)完美的產(chǎn)品。本課題設(shè)計(jì)全力打造一種新型菠蘿削皮機(jī)，具有省工省時(shí)快速高效的特點(diǎn)，而且削皮均勻，柿果質(zhì)量好等特點(diǎn)。
本課題所設(shè)計(jì)的菠蘿削皮機(jī)的可以達(dá)到如下的預(yù)期效果：
機(jī)器外形收尺寸長(zhǎng)為1166mm，寬為700mm，高為2089mm ，并且該裝置具備以下特點(diǎn)：
特點(diǎn)一：采用旋轉(zhuǎn)式去皮原理，脫皮時(shí)間3-6個(gè)/分鐘,
特點(diǎn)二：時(shí)產(chǎn)200公斤以上,產(chǎn)品重量1.5千克左右，
特點(diǎn)三：去皮率高，可達(dá)到97%左右，
特點(diǎn)四：本產(chǎn)品采用的是照明用220V電壓作為動(dòng)力源，功率1.15KW的電機(jī)。
特點(diǎn)五：最大的削皮量度為250mm 200mm
該菠蘿削皮機(jī)用于菠蘿快速去皮、效率高，采用氣缸為動(dòng)力、進(jìn)行自動(dòng)旋轉(zhuǎn)削皮、設(shè)計(jì)獨(dú)特，是和先進(jìn)的簡(jiǎn)單一點(diǎn)一體化裝置設(shè)備。
畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我們學(xué)完了大學(xué)的全部基礎(chǔ)課、技術(shù)基礎(chǔ)課以及大部分專(zhuān)業(yè)課，并進(jìn)行了生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的又一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)。通過(guò)本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了熟練運(yùn)用所學(xué)課程（如機(jī)械制圖，機(jī)械基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)，液壓與啟動(dòng)，傳感器與檢測(cè)技術(shù)，AUTOCAD等等一系列課程表）的理論知識(shí)，解決一個(gè)機(jī)電一體化裝置設(shè)備從加工對(duì)象考察，設(shè)計(jì)思路，計(jì)算，繪圖等很多方面的問(wèn)題；也使我明白了自己的差距和不足之處，特別是對(duì)于知識(shí)的總體把握上有所欠缺，以及對(duì)于零件分析得不夠透徹，編制出的工藝不是很符合工廠實(shí)際加工的情況，零件的設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)也不是很合理，但是通過(guò)指導(dǎo)老師的幫助，已基本解決這些問(wèn)題。
在設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，讓自己體會(huì)到了設(shè)計(jì)的樂(lè)趣，體會(huì)到戰(zhàn)勝困難的激動(dòng)，體會(huì)到了成功所帶來(lái)了喜悅，為以后更好地投入到工作中積累一定的經(jīng)驗(yàn)最后，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中我體會(huì)到設(shè)計(jì)人員一定要認(rèn)真、仔細(xì)，做事要考慮周全，不能偷懶，更不照搬照抄，要腳踏實(shí)地才會(huì)有收獲。
? ? 畢業(yè)設(shè)計(jì)不是幾天就可以完成的，而是通過(guò)努力和思考，給自己一個(gè)精彩的過(guò)程，我想我做到了，雖然不完美。年輕人是祖國(guó)的未來(lái)，如果連我們也懼怕困難，那民族便不會(huì)進(jìn)步，更談不上富強(qiáng)，所以讓我們把握好時(shí)光，不斷探索，不斷前進(jìn)。
本次設(shè)計(jì)幾乎融匯大學(xué)幾年來(lái)我們學(xué)到各門(mén)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，使我們有了一個(gè)綜合運(yùn)用以往所學(xué)知識(shí)的機(jī)會(huì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)自己以往所學(xué)的知識(shí)不夠扎實(shí)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，遇到了許多的困難，但在攻克這些困難的同時(shí)，不僅加深了我對(duì)已所學(xué)知識(shí)的熟悉程度，提高了實(shí)際動(dòng)手能力，更重要的是，培養(yǎng)了我們面對(duì)困難時(shí)用于取勝的精神，可以說(shuō)，這極大地提高了我們的自信心和挑戰(zhàn)困難的勇氣，這對(duì)于我們今后進(jìn)入工作崗位后的發(fā)展相會(huì)有極大的幫助。
當(dāng)然，由于設(shè)計(jì)者本人水平的限制，經(jīng)驗(yàn)的欠缺，考慮不夠周全等，本次設(shè)計(jì)一定還存在這樣或那樣的缺陷和漏洞，設(shè)計(jì)尚有不足之處，需要我們?cè)诮窈蟮墓ぷ鲗?shí)踐中不斷改進(jìn)和提高，懇請(qǐng)各位答辯的老師批評(píng)和指正。
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attractive type of surface actuator principle[M].Precis Eng,2003: 173-182
致 謝
本論文是在老師的悉心指導(dǎo)和熱情關(guān)懷下完成的。在此，我由衷感謝我的指導(dǎo)老師和支持我，幫助我的恩師們，同學(xué)們，朋友們。
為期幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲了，我的大學(xué)生涯也即將畫(huà)上一個(gè)圓滿的句號(hào)。此刻我的心中卻難免有一絲悵然，因?yàn)槟切┦煜さ臋C(jī)械制造及其自動(dòng)化設(shè)計(jì)系的恩師們和各位可愛(ài)的同學(xué)們，我們也即將揮手告別了。
值此論文完成之際，心中充滿了一片感激之情，在整個(gè)論文完成的過(guò)程中得到了我的指導(dǎo)老師老師的精心指導(dǎo)，在此要向她致以最崇敬的感謝。高老師總是在百忙之中抽出時(shí)間來(lái)為我們指導(dǎo)和解答論文設(shè)計(jì)過(guò)程中的疑惑，很幸運(yùn)被分到了高老師作為我的指導(dǎo)老師，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍，學(xué)術(shù)造詣高，為人和善的作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無(wú)盡的啟迪。再次向高老師獻(xiàn)上誠(chéng)摯的謝意。
大學(xué)寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識(shí)，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。很慶幸這些年來(lái)我遇到了許多恩師益友，無(wú)論在學(xué)習(xí)上、生活上還是工作上都給予了我無(wú)私的幫助和熱心的照顧，讓我在諸多方面都有所成長(zhǎng)。感恩之情難以用語(yǔ)言量度，謹(jǐn)以最樸實(shí)的話語(yǔ)致以最崇高的敬意。
感謝我的同學(xué)，師兄，在畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的過(guò)程中是他們?cè)谏钌虾蛯W(xué)習(xí)上給予我很大的幫助和支持，在我進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中是他們不斷給我自信，如今才能順利完稿。大家在學(xué)習(xí)上互相交流，生活上相互幫助，再次衷心的向大家說(shuō)一聲謝謝。
我也要感謝我的家人，他們給我創(chuàng)造了良好的生活學(xué)習(xí)環(huán)境，是他們無(wú)微不至的關(guān)懷、一貫的體諒與支持，使我能在工作和學(xué)習(xí)上不斷前進(jìn)，他們是我努力工作和積極生活的精神支柱。
最后，本人向各位老師和同學(xué)們致以深深的謝意！