圓盤式核桃破殼機設(shè)計

圓盤式核桃破殼機設(shè)計,圓盤,核桃,破殼機,設(shè)計 圓盤式核桃破殼機的設(shè)計圓盤式核桃破殼機的設(shè)計姓 名：指導老師：專 業(yè)：班 級：學 院：LOGO本設(shè)計的主要內(nèi)容本設(shè)計的主要內(nèi)容1.1.本設(shè)計研究的目的和意義本設(shè)計研究的目的和意義2.2.破殼機的結(jié)構(gòu)破殼機的結(jié)構(gòu)圖圖3.3.破殼機的工作原理及過程破殼機的工作原理及過程4.4.破殼機的主要破殼機的主要和部分和部分零件設(shè)計零件設(shè)計5.5.結(jié)論結(jié)論 本設(shè)計研究的目的和意義本設(shè)計研究的目的和意義 設(shè)計一種新型的核桃破殼機，要求可以針對品種繁雜，尺寸差異較大、形狀不規(guī)則的核桃進行破殼，并可以達到較高的破殼率和較低的碎仁率。該種設(shè)計的對于解決目前核桃破殼機存在的問題具有重要的意義和較好的前景。圓盤式核桃破殼機結(jié)構(gòu)圖圓盤式核桃破殼機結(jié)構(gòu)圖1.快破殼軸 2.帶輪 3.快破殼盤 4.慢破殼盤 5.減速器 6.萬向十字節(jié) 7.軸承 8.軸承座 9.軸 10進料斗 11.控制量插板 12.副料斗 13電動機圓盤式核桃破殼機的工作原理圓盤式核桃破殼機的工作原理圓圓圓圓盤盤盤盤式式式式破破破破殼殼殼殼裝裝裝裝置置置置該該該該裝裝裝裝置置置置由由由由一一一一對對對對端端端端面面面面呈呈呈呈傾傾傾傾斜斜斜斜、上上上上寬寬寬寬下下下下窄窄窄窄的的的的破破破破殼殼殼殼盤盤盤盤組組組組成成成成的的的的。兩兩兩兩破破破破殼殼殼殼盤盤盤盤分分分分別別別別用用用用不不不不同同同同速速速速度度度度的的的的且且且且轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)向向向向相相相相反反反反的的的的軸軸軸軸來來來來傳傳傳傳動動動動。狹狹狹狹縫縫縫縫角角角角度度度度通通通通過過過過十十十十字字字字萬萬萬萬向向向向節(jié)節(jié)節(jié)節(jié)組組組組件件件件可可可可調(diào)調(diào)調(diào)調(diào)，狹狹狹狹縫縫縫縫寬寬寬寬度度度度通通通通過過過過破破破破殼殼殼殼盤盤盤盤上上上上的的的的固固固固定定定定螺螺螺螺釘釘釘釘可可可可調(diào)調(diào)調(diào)調(diào)。引引引引入入入入破破破破殼殼殼殼盤盤盤盤狹狹狹狹縫縫縫縫一一一一側(cè)側(cè)側(cè)側(cè)的的的的核核核核桃桃桃桃，隨隨隨隨盤盤盤盤旋旋旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)經(jīng)經(jīng)經(jīng)經(jīng)最最最最窄窄窄窄處處處處破破破破殼殼殼殼后后后后從從從從另另另另一一一一側(cè)側(cè)側(cè)側(cè)快快快快盤盤盤盤邊邊邊邊緣緣緣緣甩甩甩甩出出出出?？炜炜炜炱破破破茪A圓圓圓盤盤盤盤與與與與慢慢慢慢破破破破殼殼殼殼圓圓圓圓盤盤盤盤為為為為主主主主要要要要部部部部件件件件，兩兩兩兩圓圓圓圓盤盤盤盤構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)成成成成連連連連續(xù)續(xù)續(xù)續(xù)碾碾碾碾挫挫挫挫擠擠擠擠壓壓壓壓破破破破殼殼殼殼工工工工作作作作區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)，核核核核桃桃桃桃在在在在該該該該區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)受受受受到到到到連連連連續(xù)續(xù)續(xù)續(xù)碾碾碾碾挫挫挫挫擠擠擠擠壓壓壓壓，這這這這樣樣樣樣大大大大大大大大提提提提高高高高了了了了破破破破殼殼殼殼的的的的效效效效率率率率；由由由由于于于于兩兩兩兩破破破破殼殼殼殼盤盤盤盤的的的的轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動動動動方方方方向向向向相相相相反反反反，使使使使核核核核桃桃桃桃的的的的碾碾碾碾挫挫挫挫效效效效果果果果更更更更好好好好。擠擠擠擠壓壓壓壓間間間間距距距距調(diào)調(diào)調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)節(jié)節(jié)機機機機構(gòu)構(gòu)構(gòu)構(gòu)可可可可改改改改變變變變擠壓破殼工作區(qū)的大小，以適應(yīng)不同大小的核桃。擠壓破殼工作區(qū)的大小，以適應(yīng)不同大小的核桃。擠壓破殼工作區(qū)的大小，以適應(yīng)不同大小的核桃。擠壓破殼工作區(qū)的大小，以適應(yīng)不同大小的核桃。兩破殼圓盤兩破殼盤一垂直、一傾斜上寬下窄安置，轉(zhuǎn)速一快一慢，轉(zhuǎn)向相反，主要以碾挫擠壓作用來破殼。慢破殼盤設(shè)計此盤是直徑為此盤是直徑為80cm80cm，盤厚為，盤厚為5cm5cm的破殼圓盤。的破殼圓盤。轉(zhuǎn)速為轉(zhuǎn)速為20r/min20r/min。一是起導向引料作用，二。一是起導向引料作用，二是起擠壓碾挫作用的破殼圓盤。是起擠壓碾挫作用的破殼圓盤。快破殼盤的設(shè)計此盤是直徑為此盤是直徑為80cm80cm，厚度為，厚度為5cm5cm，轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)速為80r/min80r/min的快破殼盤。由于此盤的速度比較快，可以將破的快破殼盤。由于此盤的速度比較快，可以將破碎后的核桃甩出，則起到出料導向作用，另外也碎后的核桃甩出，則起到出料導向作用，另外也起到碾挫擠壓作用。起到碾挫擠壓作用。破殼圓盤的受力分析單個核桃要受到單個核桃要受到 5 5個個力的作用力的作用,分別是核桃分別是核桃的重力的重力 mg mg、快破殼快破殼盤對核桃的正壓力盤對核桃的正壓力R R、慢破殼盤對核桃的正慢破殼盤對核桃的正壓力壓力 N N及快盤和慢盤及快盤和慢盤與核桃表面間的摩擦與核桃表面間的摩擦力。力。受力方程：快軸的設(shè)計快軸的設(shè)計此軸是傳動破殼圓盤轉(zhuǎn)速為80r/min的快軸。慢破殼軸的設(shè)計此軸由萬向節(jié)連接，兩軸傾斜角度為10度，轉(zhuǎn)速為20r/min，主要起慢速傳動作用。進出料部分設(shè)計進出料部分設(shè)計采用手動閘板，控制進料量的大小。十字萬向節(jié)聯(lián)軸器十字萬向節(jié)聯(lián)軸器傳動平穩(wěn)，可以有效減少機器振動對傳動的影響。帶輪設(shè)計結(jié)論結(jié)論（1）設(shè)設(shè)計計了了圓圓盤盤式式核核桃桃破破殼殼機機，并并對對軸軸和和鍵鍵等等零件進行了校核。零件進行了校核。（2）通通過過本本次次設(shè)設(shè)計計學學會會了了破破殼殼機機的的設(shè)設(shè)計計基基本本方方法法，并并對對新新機機器器的的設(shè)設(shè)計計研研發(fā)發(fā)過過程程有有了了一一定定的的了了解，尤其對以前所學的知識進行了總結(jié)和應(yīng)用。解，尤其對以前所學的知識進行了總結(jié)和應(yīng)用。（3）由由于于知知識識量量不不足足，難難免免會會有有許許多多考考慮慮不不周的地方，請各位老師給予批評指正。周的地方，請各位老師給予批評指正。懇請各位老師批評懇請各位老師批評指正指正！謝謝 謝謝！前 言 研制圓盤式核桃破殼機械，提高手剝核桃加工的機械化與自動化水平，對提高生產(chǎn)效率與增加產(chǎn)量，促進當?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、農(nóng)民收入提高有重要意義。 針對核桃破殼的生產(chǎn)效率低下，破殼難，成本高，加工存在的問題和市場的需求，現(xiàn)在不得不設(shè)計出適合市場的核桃破殼機。本課題利用碾搓和剪切共同作用，設(shè)計出圓盤式核桃破殼機。此種核桃破殼機可以破殼品種繁雜，尺寸差異較大、形狀不規(guī)則的核桃，并在使用中破殼率低，破殼后的籽仁破碎率高，損失小，成本低，機具的運動性穩(wěn)定，能夠投入生產(chǎn)。則該方法破殼值得投入設(shè)計，具有很好的前景。 該機主要由機架、喂料斗、破殼圓盤、輔助破殼圓盤、擠壓間距調(diào)節(jié)機構(gòu)、擋板、出料斗、軸、帶、電機等。破殼圓盤與輔助破殼圓盤的主要部件，兩圓盤構(gòu)成連續(xù)碾挫破殼工作區(qū)，核桃在該區(qū)受到連續(xù)碾挫，受碾挫的核桃沒有很快進行二次碾挫，核桃仁損傷程度??；伸進喂料斗內(nèi)的輔助破殼圓盤有助于均勻單層喂料；當兩圓盤以一定速度相對旋轉(zhuǎn)，工作時核桃受力方向一致，不會造成核桃的兩半破裂，擠壓間距調(diào)節(jié)機構(gòu)可改變擠壓破殼工作區(qū)的大小，以適應(yīng)不同大小的核桃。 目 錄 1 緒論 .1 1.1 研究的目的和意義 .1 1.2 本課題的研究現(xiàn)狀和分析 .2 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀及分析 .2 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析 .2 1.3 本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路 .3 2 圓盤式核桃破殼機設(shè)計方案選擇 .3 2.1 圓盤式核桃破殼機的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖 .3 2.2 圓盤式核桃破殼機的工作原理 .3 2.3 圓盤式核桃破殼裝置的設(shè)計 .3 2.3.1 破殼裝置的材料及表面形狀 .3 2.3.2 核桃進入破殼盤間隙的條件 .3 2.3.4 擠壓間隙計算 .5 2.3.5 擠壓盤尺寸及速度 .5 2.3.6 破殼盤的硬度 .6 2.3.7 進料口的設(shè)計 .6 2.3.8 主傳動軸的設(shè)計 .7 3 傳動方案設(shè)計 .10 3.1 電動機選擇 .10 3.2 減速器的選擇 .10 3.3 帶傳動的設(shè)計計算 .10 3.4 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .12 4 其它一些零部件的選擇 .12 4.1 軸承與軸承座的選擇 .12 4.2 鍵、圓螺母、止動墊圈、彈性擋圈的選擇 .12 4.2.1 鍵的型號 .12 4.2.3 彈性擋圈的型號 .13 5 總結(jié) .13 致 謝 .14 參考文獻 .15 1 緒論 1.1 研究的目的和意義 核桃是世界著名四大干果之一，2010 年，中國核桃以種植面積 3600 萬畝、產(chǎn)量超過百萬噸 雄踞全球之首，主要種植在西北西南。核桃是一種營養(yǎng)價值很高的食品，核桃仁中含有豐富的脂 肪、蛋白質(zhì)、碳水化合物及微量元素，除此之外，還含有對人體有特殊功效的營養(yǎng)物質(zhì)。在當今 發(fā)達國家和地區(qū)視核桃油為高級保健專用油脂，核桃作為保健食品早已被國內(nèi)外所認識了。核桃 是我國傳統(tǒng)的出口商品，我國的核桃仁品質(zhì)好。在國際上聲譽很高，主要出口到德國、英國、瑞 士、新加坡、加拿大、敘利亞、約旦、科威特、澳大利亞等國家。出口量約占世界核桃市場的 40一 50，但是出口的核桃?guī)缀醵家栽闲问?，造成核桃的附加值?1。而目前市售的核桃仁 幾乎全部是手工砸取，勞動生產(chǎn)率極其低下，這就迫切需要設(shè)計生產(chǎn)出能進行機械或半機械化加 工的核桃破殼機，以提高核桃剝殼的生產(chǎn)效率。 針對核桃破殼的生產(chǎn)效率低下，破殼難，成本高，加工存在的問題和市場的需求，現(xiàn)在不得 不設(shè)計出適合市場的核桃破殼機 2。本課題利用碾搓和剪切共同作用，設(shè)計出圓盤式核桃破殼機。 此種核桃破殼機可以破殼品種繁雜，尺寸差異較大、形狀不規(guī)則的核桃，并在使用中破殼率低， 破殼后的籽仁破碎率高，損失小，成本低，機具的運動性穩(wěn)定，能夠投入生產(chǎn)。則該方法破殼值 得投入設(shè)計，具有很好的前景。 研制圓盤式核桃破殼機械，提高手剝核桃加工的機械化與自動化水平，對提高生產(chǎn)效率與增 加產(chǎn)量，促進當?shù)剞r(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、農(nóng)民收入提高有重要意義。 1.2 本課題的研究現(xiàn)狀和分析 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀及分析 國外早在20世紀60年代，就著手研制核桃破殼機具，至80年代，美國、意大利、法國等 已相繼推出了各種破殼機。經(jīng)過這么多年，核桃破殼機以及堅果破殼機具已日趨成熟。主要的核 桃破殼機研究有：JEAN-PIERRE LACOMBE 研制的申請?zhí)枮?FR9009864A 核桃破殼機 3。該機包括一 四周封閉,底部連接出料斗,頂部設(shè) 置喂料斗的長方形空腔體?？涨惑w的底部靠支腿支撐?？涨恢?安置有 上、下傳動軸,電機轉(zhuǎn)動通過鏈傳動帶動上傳動軸一起運動。上、下傳動軸依靠輸送鏈實 現(xiàn)同步轉(zhuǎn)動。在上傳動軸的一端上裝設(shè)有支撐法蘭盤。在支撐法蘭盤的一周上固定若干個小氣缸。 每個小氣缸內(nèi)裝設(shè)有一個氣錘。氣泵工作時,通過調(diào)節(jié)進氣氣壓、復位氣壓、泄氣氣壓的壓力大小 可實現(xiàn)高壓氣流在小氣缸內(nèi)推動氣錘做往復運動,從而實現(xiàn)氣錘的撞擊破殼。輸送鏈和氣錘的運動 依靠電磁閥來實現(xiàn)同步運動。該機結(jié)構(gòu)緊湊,操作輕便省力,破殼速度快且核桃的破損率低。 MTCHEDLIDZE VAKHTAN 研制的申請?zhí)?KR20097000061核桃破殼機 4。該機包括機架、主軸、核桃 夾持裝置、擊打裝置、料箱、撥輪、出料裝置、減速器、輸送裝置等；擊打裝置進氣管、夾持裝 置進氣管、擊打氣缸穩(wěn)壓罐、夾持氣缸穩(wěn)壓罐組成核桃破殼裝置的氣動系統(tǒng)；擊打裝置控制閥、 夾持裝置控制閥、傳感器和控制器組成核桃破殼裝置的控制系統(tǒng)；導向滾輪驅(qū)動鏈、輸送裝置驅(qū) 動鏈輪、毛刷、護板、核桃壓板等組成核桃破殼裝置的輸送系統(tǒng)；核桃夾持裝置、擊打裝置在主 軸驅(qū)動鏈輪的驅(qū)動下隨著主軸一同旋轉(zhuǎn)構(gòu)成一個多工位氣動式核桃破殼裝置,該裝置與核桃輸送裝 置同步運動,從而實現(xiàn)核桃輸送、定位、喂入夾持、破殼和卸料的連續(xù)作業(yè)。VAN RIPER CLIFF 研 制的公開號為 US4246699 核桃破殼機 5。該機是螺旋碾桶和軋輥配合,實現(xiàn)核桃破殼。選擇軋楞 傾角、碾桶螺距和軋輥轉(zhuǎn)速為正交試驗的3個因素,并通過極差分析和方差分析,確定軋楞傾角為 15、軋輥轉(zhuǎn)速20 r/m in 和碾桶螺距為2倍柵格寬度為其最優(yōu)組合。試驗結(jié)果表明,該設(shè)備破殼 率99.4%、碎仁率為0.6%,改善了破殼質(zhì)量,并提升了核桃破殼機械化生產(chǎn)水平。 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析 我國在傳統(tǒng)的脫殼設(shè)備的基礎(chǔ)上，盡管正在研制和開發(fā)各種類破殼機械，但其發(fā)展相當 緩慢，同時成熟的機型及進行批量生產(chǎn)的不多，遠遠落后于農(nóng)產(chǎn)品深加工的需求。在技術(shù)上還存 在如下問題： （1）破殼率低，破殼后的籽仁破碎率高，損失大。 （2）機具性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性差。 （3）作業(yè)成本偏高，我國破殼機械尚未形成規(guī)模和系列，多數(shù)單機制造，制造工藝水平較低，故 制造成本偏高。 （4）有些產(chǎn)品僅進行了樣機試制或少量試生產(chǎn)，未進行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用，作業(yè)性能、 可靠性、耐久性及商品性等方面還存在不少問題。 目前，具有代表性的核桃破殼機主要有：史建新,董詩韓等研制一種核桃剝殼機,該機包括機 架、喂料斗、定錐形筒、動錐形筒、調(diào)節(jié)機構(gòu)、出料斗、布料蓋板、帶傳動、電機等。動錐形筒 上部安裝有布料蓋板；定錐形筒同心套裝在動錐形筒外部,形成錐環(huán)形核桃剝殼型腔；調(diào)節(jié)機構(gòu)可 上下移動定錐形筒,從而改變錐環(huán)形核桃剝殼型腔大??；當動錐形筒旋轉(zhuǎn)時核桃依靠動錐形筒和定 錐形筒對核桃的擠壓和剪切作用下破裂核桃,破裂的核桃從出料口排出。本核桃剝殼機,結(jié)構(gòu)簡單、 破殼品種多樣化,能實現(xiàn)核桃的機械化剝殼 6。李長泰發(fā)明的一種自動核桃破殼機,該機解決了現(xiàn) 有核桃破殼設(shè)備勞動強度大,效率低的問題。自動核桃破殼機,包括可間隙轉(zhuǎn)動的送料盤,送料盤上 沿圓形軌跡均布有若干圓孔,送料盤的下方為工作面,送料盤的上方為可間歇升降的壓頭。自動化 程度高,破殼效率高,破殼質(zhì)量好 7。李忠新,楊軍,楊莉玲,帕哈爾鼎,楊忠強,劉奎,崔寬波,劉佳, 沈曉賀,朱占江,買合木江等研制的一種核桃破殼機，該機由進料口、轉(zhuǎn)盤、導向板、通風道、機 體、導料板、出料口、電機、皮帶輪、軸等組成；機體頂部連接有箱蓋,在箱蓋的中間部位連接有 進料口；轉(zhuǎn)盤在軸的帶動下旋轉(zhuǎn),導料板焊接在機體上。可對不同種類核桃進行破殼,核桃仁破碎 率低,表面磨損少、生產(chǎn)率高 8。李忠新,楊軍,韓小軍,楊莉玲,李新明,王釗英,齊新洲等人員研 制的平板擠壓式核桃破殼機。該機包括殼體、底座、傳動電機、主動破殼板、被動破殼板、調(diào)距 手輪、進料斗、導料斗組成。殼體頂部設(shè)置進料斗,殼體的底部靠底座支撐。殼體空腔中分別裝設(shè) 有主動、被動破殼板,主動破殼板通過偏心軸的從動齒輪與調(diào)速電機傳動軸上的主動齒輪嚙合一起 運動。被動破殼板與殼體外側(cè)的螺紋管連接,螺紋管與螺紋頂桿相配合,螺紋頂桿的外側(cè)固定一調(diào) 距手輪,通過調(diào)距手輪的旋轉(zhuǎn),可實現(xiàn)調(diào)節(jié)兩破殼板之間的間隙?？蓪Ω鞣N類 型的堅果類進行破殼,不 會將果仁破碎,破殼時果殼不會四處飛濺,該機使用安全、可靠、方便,特別適合于核桃種植戶和核 桃加工企業(yè)使用 9。 1.3 本課題需要重點研究的、關(guān)鍵的問題及解決的思路 重點設(shè)計機架部分和工作部分，機架內(nèi)容要包含核桃破殼整體裝置，以實現(xiàn)安全平穩(wěn)、定位 準確的整體，以及破殼的受力分析，確定破殼的形狀大小。 核桃破殼機的設(shè)計是一個相當復雜的系統(tǒng)工作，所牽涉的問題也很多，如功能、強度、可靠 性、經(jīng)濟性和標準化等。無論是總體布局、傳動方式還是零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計都必須綜合考慮各方 面的因素，仔細分析比較，選擇最優(yōu)化方案，選出了圓盤式核桃破殼機。 2 圓盤式核桃破殼機設(shè)計方案選擇 2.1 圓盤式核桃破殼機的結(jié)構(gòu)設(shè)計示意圖 經(jīng)過探討，確定圓盤式核桃破殼機的總體結(jié)構(gòu)，包括圓盤、破殼軸軸、喂料口、閘板、出料 口、破殼室、機架等。 1.快盤破殼軸 2.慢盤破殼軸 3.快破殼盤 4.慢破殼盤 5.減速器 6.萬向節(jié) 7.軸承座 8.帶輪 9.機架 圖 2-1 圓盤式核桃破殼機結(jié)構(gòu)圖 2.2 圓盤式核桃破殼機的工作原理 該機主要由機架、喂料斗、破殼圓盤、輔助破殼圓盤、擠壓間距調(diào)節(jié)機構(gòu)、擋板、出料斗、 軸、帶、電機等。破殼圓盤與輔助破殼圓盤的主要部件，兩圓盤構(gòu)成連續(xù)碾挫破殼工作區(qū)，核桃 在該區(qū)受到連續(xù)碾挫，受碾挫的核桃沒有很快進行二次碾挫，核桃仁損傷程度??；伸進喂料斗內(nèi) 的輔助破殼圓盤有助于均勻單層喂料；當兩圓盤以一定速度相對旋轉(zhuǎn)，工作時核桃受力方向一致， 不會造成核桃的兩半破裂，擠壓間距調(diào)節(jié)機構(gòu)可改變擠壓破殼工作區(qū)的大小，以適應(yīng)不同大小的 核桃。 2.3 圓盤式核桃破殼裝置的設(shè)計 2.3.1 破殼裝置的材料及表面形狀 破殼裝置的材料選用 45 號鋼,可在破殼盤表面焊三角形凸起。45 鋼的硬度較高 ,但彈性較差 ,破 殼變形小,對核桃的擠壓力大,容易使核桃充分破殼。 2.3.2 核桃進入破殼盤間隙的條件 核桃能否順利地進入核桃盤擠壓間隙,取決于核桃盤間隙大小以及與核桃接觸的情況。核桃以 厚度方向進入擠壓間隙 ,其受力分析如圖 2-2 所示。 圖 2-2 核桃的受力分析圖 要使核桃能在兩搓破殼盤的間隙被擠壓破殼 ,核桃首先必須被進入破殼盤間 ,然后卷入兩板 間隙被擠壓破殼。在進入瞬間 ,可按剛性體分析受力情況。在這個過程中 ,單個核桃要受到 5 個 力的作用 ,分別是核桃的重力 mg、 快破殼盤對核桃的正壓力 R、慢破殼盤對核桃的正壓力 N 及 快盤和慢盤與核桃表面間的摩擦力 和 。力 R 在 Y 軸上的分量 R sin 的方向向上 ,有阻rFn 止核桃進入間隙的作用。核桃剛喂入時 ,受 R 和 N 力的作用 ,有脫離破殼區(qū)的趨勢 ,故摩擦力方 向向下 ,力 mg、 和 方向向下 ,有促使核桃進入間隙的作用。其中 , , cosrFn rFR , 為摩擦系數(shù)。欲使核桃能順利地進入擠壓間隙 ,則必須使nN (2-1)cosinmg 由于 ,將 帶入式(2-1)得0 xsiR (2-2)22iiR 式 (2-2)中 , R, m , g 為已知量; 角為變量 ,它隨破殼盤的間隙和角度的改變而改變 ,從 式 (2-2 )中可求出 值。 (2-2)式移項得 (2-3)2cos1sin/mgR 將 代入式 (2-3) ,整理后得tan (2-4)arcsino2mgR 式中 R 慢破殼盤對核桃的正壓力; N 快破殼盤對核桃的正壓力; - 正壓力 R 與水平線的夾角 ,也稱進入角; -兩破殼盤與核桃表面間的摩擦角; - 兩破殼盤與核桃表面間的摩擦系數(shù) , ;tan mg 核桃的質(zhì)量。 式 (2-4)為破殼盤夾住核桃的條件。 由圖可知 ,當兩破殼盤的間隙越小時 , 角越大 ,使得 時不能正rcsio2mgR 常工作。實際上 ,在破殼機構(gòu)上方的核桃群體物料對兩破殼盤間隙上的核桃有一定的壓力 ,這個 壓力促使核桃進入兩盤的間隙，再加上慢盤的引入作用。因此 ,實際的 角可以比理論的計算值 大 ,即最小破殼間隙可以比理論計算值小。 2.3.4 擠壓間隙計算 快圓盤和慢圓盤之間的間隙大小直接關(guān)系到核桃的整仁率和核桃的脫殼率。碾搓盤之間的間 隙如圖2-2示。擠壓盤之間間隙由入口間隙 逐漸減小到出口間隙 。 ， 為maxemineaxmine 核桃破殼加工時的擠壓平均變形量。 、 和 值均由核桃的幾何參數(shù)確定。in (2-5)axD (2-6)mie 式中D 核桃的平均寬度，mm 慢盤引料端的平均寬度，mm 殼內(nèi)表面與核桃仁之間的平均間隙，mm 一般情況下入口間隙 可適當增大有利于核桃進入擠壓區(qū), 出口間隙 可根據(jù)核桃的品maxe mine 種增大或減小, 增大有利于提高整仁率但脫殼率將降低, 反之 減小有利于提高脫殼率但in in 整仁率有可能降低。 根據(jù)使用要求和使用者提供的核桃, 經(jīng)測定分組 10，核桃核桃的尺寸一般在 2737mm 之間。 則 ， ， 。根據(jù)（式(2-5)和(2-6)） ，由 D、 、 的值，得：32D48 max502einm 為保證進料口的暢通和進料量適當，本設(shè)計入口間隙 適當增大，有利于核桃進入擠壓區(qū)。maxe 為提高整仁率和脫殼率可適當調(diào)整，由于地區(qū)核桃較飽滿, 出口間隙 適當增大, 以保證mine 脫殼率核整仁率的要求。 2.3.5 擠壓盤尺寸及速度 擠壓盤的直徑和速度由生產(chǎn)率確定。生產(chǎn)率由兩擠壓盤的線速度和核桃的數(shù)量共同決定, 即 由每小時能夠進入擠壓區(qū)核桃的個數(shù)決定。 快擠壓盤的線速度為： (2-7)D60nv快快 慢擠壓盤的線速度為： (2-8)慢慢 式中 、 分別是快、慢盤的線速度( m/ s)v快 慢 D 兩擠壓盤的直徑( m) 、 - 分別為快、慢擠壓盤的轉(zhuǎn)速( r/ min)n快 慢 核桃擠壓碾搓的平均速度 (2-9)2cpv快 慢 核桃進入破殼區(qū)，圓盤式核桃破殼機的生產(chǎn)率可用下式近似計算： (2-10)1360Q=2cpvDdb 式中 生產(chǎn)率（kg/h） 核桃擠壓碾搓的平均速度( m/s) ；cpv D兩擠壓盤的直徑 ( m)； 核桃的長度( m)；12d 核桃的寬度( m)；b 物料密度( kg / 粒)； 核桃進入破殼區(qū)的連續(xù)系數(shù)，一般為0.5； 物料進入破殼區(qū)的充滿系數(shù)，可取0.60.7 破殼率（%） 由式(2-10) 可知: 擠壓盤的直徑和速度與生產(chǎn)率成正比, 擠壓盤直徑大生產(chǎn)率高, 有利于核桃的 夾持、擠壓和多工位加工, 但結(jié)構(gòu)尺寸，較低的速度可提高機器工作的平穩(wěn)性。因 此, 在滿足生產(chǎn)率的條件下, 應(yīng)盡量采用較大的擠壓盤直徑和較低的速度。 根據(jù)生產(chǎn)率要求, 取擠壓盤直徑 D= 800mm, n = 80r/min 時, 核桃填充系數(shù) = 0. 7,并考慮時 間利用系數(shù)取為 0. 7 11, 由式(2-10)計算 12可得該機的生產(chǎn)率約為:10.2Nkgh 生產(chǎn)率滿足設(shè)計要求。 圖 2-3 慢破殼盤的圖 圖 2-4 快破殼盤的圖 2.3.6 破殼盤的硬度 破殼盤硬度對破殼有較大影響 ,適當?shù)挠捕燃皬椥钥色@得與核桃殼之間所需的摩擦力。若硬 度太低 ,破殼盤容易摩擦受熱發(fā)軟而過快磨損 ,使用壽命短; 若硬度太大 ,則彈性差 ,對核桃擠壓力 大容易傷核桃仁 ,同時變形小 ,與核桃殼之間摩擦減小,使搓剝作用相對較弱 ,影響破殼。試驗結(jié)果 證明 ,采用 HRC 硬度為 4050 的 45 鋼較合適。 2.3.7 進料口的設(shè)計 經(jīng)過查找資料，我們可以知道當進料口與水平面夾角為 時，更加的有利于核桃的導向與37 進入工作區(qū) 6。因此設(shè)計的進料口一邊與水平面夾角為 ，另一邊為與水平面垂直，與輔料斗 相貼，與箱體用螺栓連接。其結(jié)構(gòu)示意圖如下： 圖 2-5 核桃破殼機進料口結(jié)構(gòu)圖 圖 2-6 核桃破殼機出料口結(jié)構(gòu)圖 2.3.8 主傳動軸的設(shè)計 1、選擇軸的材料 由于該軸沒有特殊要求，因而選用調(diào)質(zhì)處理的 45 鋼 2、求軸的功率 P 和扭矩 T KW 2.0971.34663 0551238.TNmn 3、初步估算最小軸徑 33min45.8.PdC 4、主傳動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 下圖給出了軸上主要零件的相互位置關(guān)系，軸兩端用軸承固定，軸承裝在軸承座上，還裝有 彈性擋圈，圓螺母，皮帶輪，破殼盤等，設(shè)計時選擇合適的尺寸確定軸上主要零件的相互位置， 根據(jù)要求確定了各軸段的直徑和長度，如下圖所示。 圖 2-7 軸的結(jié)構(gòu)圖 裝圓盤段 1-2， ；121230,45dml 裝軸承段 2-3 ； 7 裝帶輪段 3-4， ； 3434,l 軸環(huán)段 4-5， ；55 自由段 5-6， ；660,1dl 裝軸承段 6-7， ；770m 5、軸的強度驗算 1）帶輪上作用力的大小 帶輪的分度圓直徑為 28tdz 則 321038tTFN an5cosrttan41FN 2）計算軸承的支反力 (1)水平面上支反力 32081627tHBFLR 3 94tDN (2)垂直面上支反力 231356410732raVBdFLR N 223716raVD (3)畫彎矩圖 （1）水平面上的彎矩 40HCMNm 圖 2-8 軸的受力圖 （2）垂平面上的彎矩 1340VCMNm21640VCMNm （3）合成彎矩 M 22135HCV 2C 4）扭矩 130TN 5）計算彎矩 因單向回轉(zhuǎn)，可將扭矩視為脈動循環(huán)則截面 D 處的當量彎矩為 21536eCMNm 6)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 截面 D 的當量彎矩最大，故校核該截面的強度 13984.70.eMPaW 。因 ，故安全160bPab 3 傳動方案設(shè)計 綜合考慮效率、質(zhì)量、運動性能、生產(chǎn)條件。選擇用普通 V 帶傳動。帶傳動具有良好的撓性， 可緩和沖擊，吸收振動，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉等優(yōu)點 13。 3.1 電動機選擇 (1)配用的電動機的功率 P(KW)的大小，要根據(jù)核桃破殼機的生產(chǎn)能力 Q(t/h)來決定，不宜 過大或過小。一般應(yīng)按下式計算：P=(6.410.5)Q 。如要求破殼得較多，系數(shù)的值可取大一點， ， 如要求破殼得較少，系數(shù)的值可取小一點。 ，按照經(jīng)驗取 Q=100kg/h，則電動機的功率 P=10.5100103=1.05kw，查機械手冊 14綜合考慮選用 Y 型三相異步電動機 Y90s-2。 表 3-1 電動機主要性能 型 號 額定功率 kw滿載轉(zhuǎn)速 minr額定電流 A 效 率 % 功率因數(shù) 額 定 轉(zhuǎn) 矩最 大 轉(zhuǎn) 矩 電動機質(zhì)量 kg Y90s-2 1.5 2840 3.44 78 0.78 2.3 22 表 3-2 電動機主要外形尺寸 電動機主要外形安裝尺寸如圖 3-1 圖 3-1 電動機的結(jié)構(gòu)圖 3.2 減速器的選擇 由實驗 15得核桃平均 92 個/kg,為達到設(shè)計要求的生產(chǎn)率,在并排兩個圓盤的條件下，每個圓 盤每小時應(yīng)完成 4600 個。 每個工作循環(huán)周期為 0.75s 減速器的傳動比為 i=910/80.08=11.363 由以上數(shù)據(jù)按強度并校核散熱功率，確定選擇減速器 ZLA112-11.2 3.3 帶傳動的設(shè)計計算 （1） 、確定計算功率 cP =1.1KWAK （2） 、選擇 V 帶型號 根據(jù)計算功率 和小帶輪轉(zhuǎn)速c1n 中心高 H 外形尺寸 L(AC/2+AD)HD 底腳安裝尺寸 AB 地腳螺栓孔直徑 K 軸伸尺寸 DE 裝鍵部位尺 寸 F 90 310245190 190140 10 2450 8 當在兩種型號的交線附近時，可以對兩種型號同時計算，最后選擇較好的一種。 （3） 、確定帶輪基準直徑 和1d2 為了減小帶的彎曲應(yīng)力應(yīng)采用較大的帶輪直徑，但這使傳動的輪廓尺寸增大。一般取 ，并取標準值1mind （4） 、驗算帶的速度 v 由 可知，當傳遞的功率一定時，帶速愈高，則所需有效圓周力 F 愈小，因而 V 帶的0 FVP 根數(shù)可減少。此處 =0.37（m/s） 160dn （5） 、確定中心距 和 V 帶基準長度adL 根據(jù)結(jié)構(gòu)要求初定中心距 。中心距小則結(jié)構(gòu)緊湊，但使小帶輪上包角減小，降低傳動的工 作能力，同時由于中心距小，V 帶的長度短，在一定速度下，單位時間內(nèi)的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增多而 導致使用壽命的降低，所以中心距不宜取得太小。 一般初定中心距 為可取012012.7dda 初選 后，V 帶初算的基準長度 可根據(jù)幾何關(guān)系由下式計算：acL 21010584dcd ma 由于 V 帶傳動的中心距一般是可以調(diào)整的，所以可用下式近似計算 值 0312dcLam 考慮到為安裝 V 帶而必須的調(diào)整余量，因此，最小中心距為考慮到為安裝 V 帶而必須的調(diào)整 余量，因此，最小中心距為 in0.1580daLm 如 V 帶的初拉力靠加大中心距獲得，則實際中心距應(yīng)能調(diào)大。又考慮到使用中的多次調(diào)整， 最大中心距應(yīng)為 max.321d （6） 、計算小帶輪上的包角 1 小帶輪上的包角 可按式 1 218057.80ood （7） 、確定 V 帶根數(shù) z 根據(jù)計算功率 由下式確定cP 00 3ccaLPzvK （8） 、確定初拉力 0F 適當?shù)某趵κ潜ＷC帶傳動正常工作的重要因素之一。初拉力小，則摩擦力小，易出現(xiàn)打滑。 反之，初拉力過大，會使 V 帶的拉應(yīng)力增加而降低壽命，并使軸和軸承的壓力增大。對于非自動 張緊的帶傳動，由于帶的松馳作用，過高的初拉力也不易保持。為了保證所需的傳遞功率，又不 出現(xiàn)打滑，并考慮離心力的不利影響時，單根 V 帶適當?shù)某趵?205.13cPKFqvNzv （9） 、確定作用在軸上的壓力 Q 傳動帶的緊邊拉力和松邊拉力對軸產(chǎn)生壓力，它等于緊邊和松邊拉力的向量和。但一般多用 初拉力 用下式求得QF 102sin798QFzN （10） 、V 帶傳動的張緊、安裝及維護 膠帶經(jīng)過一段時間的工作后，其塑性變形和磨損會導致帶松弛，張緊力減小，帶的傳動能力 因之下降。因此偉動機構(gòu)必須具有將帶再度張緊的裝置，使帶保持傳動所需的張緊力，定期檢查 膠帶，發(fā)現(xiàn)其中一根松弛或有損壞，就應(yīng)該全部換上新帶，不能新舊帶并用。舊膠帶如尚可使用， 可測量其長度，先長度相同的舊帶組合使用。嚴防膠帶與礦物油、酸、堿等介質(zhì)接觸，以免變質(zhì)； 膠帶不宜在陽光下暴曬。 3.4 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 小帶輪的材料選擇HT150，由小帶輪的基準直徑 =40mm2.5d=2.520=50mm，因此小帶輪1d 可采用實心式；由機械設(shè)計第八版表810得Y 型槽的結(jié)構(gòu)尺寸 bd=5.3mm,ha=1.6mm,e=8mm,Z=2，d a=dd+2ha=40+21.6=43.2mm， B=(Z1)e2f=(21)8+26=20mm。 大帶輪的材料選擇HT150，由大帶輪的基準直徑 =100mm2.5d=2.524=60mm，因此大帶2d 輪可采用腹板式,由機械設(shè)計第八版表810得Y 型槽的結(jié)構(gòu)尺 bd=5.3mm,ha=1.6mm,e=8mm,Z=2，d a=dd+2ha=100+21.6=103.2mm，B=(Z1)e2f=(21) 8+26=20mm。 圖3-2 帶輪結(jié)構(gòu) 4 其它一些零部件的選擇 4.1 軸承與軸承座的選擇 軸承是用來支承軸及軸上零件，保持軸的旋轉(zhuǎn)精度和減少轉(zhuǎn)軸與支承之間的摩擦和磨損，滾 動軸承的摩擦系數(shù)低，起動阻力小等，在一般的機器中獲得了廣泛應(yīng)用。 在這里選用滾動軸承 7207AC GB/T292，該軸承的基本尺寸為： 35dm72D17Bm 將軸承放在軸承座里，利用兩邊支承固定一根軸，這里選用 CKS1507 型向心球面滾動軸承座 4.2 鍵、圓螺母、止動墊圈、彈性擋圈的選擇 4.2.1 鍵的型號 軸上的零件與軸應(yīng)有可靠的定位和固定，這樣才能傳遞運動和動力。軸上的零件與軸的定位 和固定分為軸向和周向兩個方面：軸向的定位和固定常使用軸肩和套筒等；周向的定位和固定則 常用鍵和花鍵以及其他的連接方式，這里周向定位和固定選用鍵，選用了鍵 8 25GB/T 1096- 2003，鍵 12 36 GB/T 1096-2003，鍵 12 28GB/T 1096-2003。如下圖： 圖 4-1 鍵的結(jié)構(gòu)圖 4.2.2 圓螺母和止動墊圈的型號 左凸輪的右邊用軸肩定位，左邊用圓螺母定位，圓螺母用止動墊圈，如下圖： 圖 4-2 圓螺母的結(jié)構(gòu)圖 這里選用了螺母 GB/T 812 M42 1.5 和墊圈 GB/T 858-1988 40，螺母 GB/T 812 M27 1.5 和 墊圈 GB/T 858-1988 24，螺母 GB/T 812 M33 1.5 和墊圈 GB/T 858-1988 24 4.2.3 彈性擋圈的型號 利用彈性擋圈也是軸向固定的一種方法，一般用于結(jié)構(gòu)緊湊、簡單、裝拆方便，但受力較小， 且軸上切槽將引起應(yīng)力集中。選用了擋圈 GB/T 894.1 24, 擋圈 GB/T 894.1 30, 擋圈 GB/T 894.1 40, 如下圖： 圖 4-3 彈性擋圈的結(jié)構(gòu)圖 5 總結(jié) 通過此次設(shè)計使我掌握了科學研究的基本方法和思路，為今后的工作打下了基礎(chǔ)，在以后的 日子我將會繼續(xù)保持這份做學問的態(tài)度和熱情。 我所選設(shè)計題目是“圓盤式核桃破殼機的設(shè)計”，之所以選擇這個題目，是因為我對這個課 題比較的感興趣。在我的生活里，核桃破殼主要是在門縫里夾碎，這樣力道不容易把握，不是夾 得太碎就是破裂程度很小，同時對門也造成了一定程度的破壞。因此，就想設(shè)計一款既省力又快 速且破殼完整的機械。 經(jīng)過查找資料和老師的指導，以及上網(wǎng)搜集更多的相關(guān)學術(shù)論文、核心期刊、書籍等，終于 對核桃破殼機有了一定得了解，心里有了大體的思路。根據(jù)核桃破殼機有幾種形式：最終確定為 圓盤式核桃破殼機。對于這一破殼機械有以下的結(jié)論： （1）通過對核桃物理機械特性的測定和內(nèi)力分析，提出了剝殼取仁原理破裂核桃殼，并研制了圓 盤破殼裝置 ；對盤的作用機理進行分析，認為采用大尺寸的盤和低的轉(zhuǎn)速，有利于裂紋的產(chǎn)生與 擴展，提高破殼性能。 （2）最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)：圓盤半徑 800mm，進料間隙為 82mm，擠壓間隙為 28mm，生產(chǎn)率為 100kg/h。 致 謝 經(jīng)過近半年的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)完成。首先感謝我的指導老師蘭海鵬老師，本設(shè)計是 在蘭老師的悉心指導下完成的。從整理資料，到設(shè)計的畫圖，說明書的編寫都給予我精心的指導， 到后期的說明書的排版和設(shè)計圖紙的查缺補漏，蘭老師都給予我很大的鼓勵和幫助，同時也感謝 教機械制圖的馬少輝老師、教畫法幾何的李平老師、教機械工程材料的張有強老師、 教液壓與傳動的萬暢老師、教互換性與技術(shù)測量的王旭峰老師和教機械基礎(chǔ)和設(shè)計 的張涵老師，有了你們的傳道授業(yè)才能讓我順利的完成這次畢業(yè)設(shè)計。 畢業(yè)在即，謹向指導老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！同時也向支持、關(guān)心、幫助過我的 人表示感謝!祝他們健康、工作順利、前程似錦! 參考文獻 1李曉霞,郭玉明.帶殼物料脫殼方法及脫殼裝備現(xiàn)狀與分析J.農(nóng)產(chǎn)品加工(學刊),2007， （04）: 2325. 2王高平. 一種新型核桃加工設(shè)備的研究J. 南方農(nóng)機,2002,2(2):2932. 3JEAN-PIERRE LACOMBE. Machine for breaking nut (walnut) shellsP. FR9009864，1990.07.24 . 4MTCHEDLIDZE VAKHTAN .Isolated Extract Of Walnuts, Process For Its Obtention And Its UseP.KR20097000061,2009.01.02 . 5VAN RIPER CLIFF. Nut cutting or nut breaking toolP.US92527578A,1981-1-27. 6史建新,董詩韓.核桃剝殼機P.中國專利,CN102038274A,2011-05-04. 7 李長泰. 自動核桃破殼機P.中國專利,CN201667964U,2010-12-15. 8 李忠新,楊軍,楊莉玲,帕哈爾鼎,楊忠強,劉奎,崔寬波,劉佳,沈曉賀,朱占江,買合木江. 一種 核桃破殼機p.中國專利,CN102132940A,2011-07-27. 9李忠新,楊軍,韓小軍,楊莉玲,李新明,王釗英,齊新洲等.平板擠壓式核桃破殼機P.中國專利 CN201341414,2009-11-11. 10湯憲福.核桃脫殼機設(shè)計D.鄭州:鄭州大學,2002. 11曹榮娟.6-XP 核桃破殼機主要零件的設(shè)計依據(jù)與計算方法J.河北農(nóng)業(yè)技術(shù)師范學院學報, 1997,(3):2124. 12何義川,史建新.核桃殼力學特性分析與試驗J.農(nóng)業(yè)大學學報,2009,32(6):7075. 13單輝祖.材料力學(第二版)M.高等教育出版社,2005:120131. 14吳宗澤.機械課程設(shè)計手冊M.高等教育出版社,2005:151160. 15濮良貴,紀名剛主編.機械設(shè)計第六版M.高等教育出版社,2001:221230. 設(shè)計 圓盤式核桃破殼機的 設(shè)計說明書 學生姓名 學 號 所屬學院 專 業(yè) 班 級 指導教師 日 期 機械設(shè)計準則 設(shè)計是從實際或者假想的需要開始的。對于現(xiàn)有的設(shè)備可能需要在耐用性，效率，重量，速度或成本等方面做進一些改進工作；也可能需要新的設(shè)備完成以前由人來做的工件，例如，計算或者裝配。當目標完全或部分被確定以后，下一個設(shè)計步驟是對完成所需要功能的機構(gòu)及其布局進行總體設(shè)計。對于此項工作徒手畫的草圖是很有價值的，他不僅可以記錄下我們的想法，而且還有助于與別人進行討論，特別是和自己的大腦進行交流，從而促進創(chuàng)新想法的產(chǎn)生。 當一些零件的大致形狀和幾個尺寸確定后，就可以開始認真的分析工作。分析工作的目的是要在重量最輕，成本最低的情況下，獲得令人滿意及優(yōu)良的工作性能，并且還要安全耐用。對于每個關(guān)鍵承載截面，應(yīng)該尋求最佳的比例和尺寸，同時要對這幾個零件的受力進行平衡。要對材料和處理方式進行選擇。只有根據(jù)力學原理進行分析才能達到這些重要目的。這些分析包括靜力學原理進行分析反作用力和充利用分摩擦力，根據(jù)動力學原理分析慣性，加速度和能量；根據(jù)彈性力學和材料力學分析應(yīng)力和應(yīng)變；根據(jù)流體力學分析潤滑和流體傳動。 最后，完成基于功能要求和可靠性所進行的設(shè)計，且要制作一臺樣機。如果實驗結(jié)果令人滿意，而且該裝置將要進行批量生產(chǎn)，就應(yīng)該對最初提出的設(shè)計方案做些修改，使其能以較低的成本進行批量生產(chǎn)。在以后的制造和使用期內(nèi)，如果產(chǎn)生了新的想法或者根據(jù)實驗和經(jīng)驗所做的進一步分析結(jié)果表明，可以有更好的替代方案，則很可能對原設(shè)計方案進行修改。銷售吸引力，客戶的滿意程度和制造成本均與設(shè)計有關(guān)，而設(shè)計能力則與工程創(chuàng)新的實現(xiàn)是密切相關(guān)的。 為激發(fā)創(chuàng)造性思維，建議設(shè)計人員遵循下列準則。 1.創(chuàng)造性的利用所需要的物理性能和控制不需要的物理性能。 可以利用自然法則或物質(zhì)的性能（例如柔性，強度，重力，慣性，浮力，離心力；杠桿原理和斜面原理，摩擦，粘性，流體壓力和熱膨脹）和許多電學，光學和化學現(xiàn)象來滿足一臺機器的設(shè)計要求。一種性能在某種場合下可能是有用的，而在另外一種場合下則可能是有害的。閥門的彈簧應(yīng)該有彈性，閥門的凸輪軸就不需要柔性。離合器結(jié)合面上需要有摩擦，而離合器軸承卻不需要摩擦。設(shè)計時，需要創(chuàng)造性的利用和控制所要的物理性能，將不需要的物理性能減至最小。 2.載重量最輕的情況下，提供合理的應(yīng)力分布和剛度。 對于承受交變應(yīng)力的零件應(yīng)該特別注意減輕應(yīng)力集中和提高圓角，螺紋和配合處的強度。改變零件的形狀可以降低它所承受的應(yīng)力，對零件施加預應(yīng)力，如表面滾壓和淺表面硬化，均可使其得到強化?？招妮S和空心管道，箱型截面能獲得有力的應(yīng)力分布同時具有強度高而重量輕的特點。曲軸，凸輪軸以及含有軸承支座的外殼和構(gòu)架都應(yīng)有足夠的剛度以保證直線對中精度和接觸表面之間的壓力均勻分布。軸和其他零件須有適當?shù)膭偠缺苊猱a(chǎn)生共振。 3. 利用基本公式進行尺寸計算和尺寸優(yōu)化。 力學和其他的基本公式進行移項而化成特殊形式，以簡化尺寸的計算或者對尺寸進行優(yōu)化。例如，用梁的表面應(yīng)力來計算齒輪的輪齒尺寸。在不能采用解析法計算的情況下，可以在基本公式內(nèi)引入系數(shù)。例如，對于薄壁鋼管，考慮到腐蝕性，可將根據(jù)求的厚度增加一些。當必須應(yīng)用一個基本公式來確定形狀，材料和使用條件，而這些被確定的量僅僅與在公式推導中的假設(shè)比較接近時，要采取措施是結(jié)果偏于安全。當數(shù)據(jù)不完全時，可以應(yīng)用理論公式作為尺寸的指南，在擴展后的范圍內(nèi)獲得令人滿意的設(shè)計結(jié)果。 4.根據(jù)性能組合選擇材料。選擇材料時需要考慮有關(guān)的性能組合，不僅考慮強度，硬度和重量，而且有時還要考慮抗沖擊性，抗腐蝕性和耐高溫或低溫的能力。成本和制造性能都是應(yīng)該考慮的因素，這些因素包括可焊接性，機械加工性能，對熱處理溫度變化的敏感性和所需要的圖層等。 5.在現(xiàn)有零件和整體零件之間進行認真的選擇。 若一個以前研制的文件能過滿足性能要求和可靠性要求，并使用于所設(shè)計的那臺機器而無須附加的研制費用，那么設(shè)計人員和公司通常會從零件制造廠的現(xiàn)貨中選取零件。但是，只有了解其性能，才能進行認真的選擇工作，因為任何一個機器零件的失效都會影響公司的信譽，并使公司承擔相應(yīng)的責任。在其他情況下，若及其設(shè)計人員自己來設(shè)計零件，則零件的強度，可靠性和成本等方面的要求就可以更好的得到滿足?？蓪⒛硞€零件與其他零件設(shè)計成一個整體零件，例如將幾個齒輪設(shè)計為一個鍛件或者將齒輪與軸設(shè)計為一體，這種方法的主要優(yōu)點是緊湊。 6.保證零件在裝配中準確定位和不發(fā)生干涉。 一個良好的設(shè)計能夠保證零件定位準確，裝配和修理方便容易。軸肩和導向表面在裝配過程中不需要測量就能提供準確定位。零件的形狀應(yīng)該設(shè)計的保證這個零件不會被裝反或裝錯位置。必須能夠預見和防止諸如不同的螺紋孔中的螺釘之間的干涉和不同的連桿機構(gòu)之間的干涉。必須避免部件之間的找正對中誤差和定位誤差，或者必須采用措施，減小任何由此引起的不利的位移和應(yīng)力。 Some Rules of Mechanical Design Designing starts with a need ,real or imagined.Existing apparatus may need some improvements in durability,efficiently,weight,speed,or cost.New apparatus may be needed to perform a function previously done by men,such as computation,assembly,or servicing.With the objective wholly or partly defined ,the next step in design is the conception of mechanisms and their arrangements that will perform the needed functions.For this ,freehand sketching is of great value ,not only as a record of one’s thoughts and as an aid in discussion with others ,but particularly for communication with one’s own mind ,as a stimulant for creative ideas. When the general shape and a few dimensions of the several components become apparent ,analysis can begin in earnest.The analysis will have as its objective satisfactory or superior performance,plus safety and durability with minimum weight,and a competitive cost.Optimum proportions and dimensions will be sought for each critically loaded section ,together with a balance between the strength of the several components. Materials and their treatment will be chosen.These important objectives can be attained only by analysis based upon the principles of friction ;of dynamics for inertia ,acceleration,and energy;of elasticity 。 Of years manufacture and service ,the design is likely to undergo changes as new ideas are conceived or as further analysis based upon tests and experience indicate altertions .Sales appeal,customer satisfaction,and manufacture cost are all related to design ,and ability ,and ability in design is intimately involved in the success of an engineering venture . To stimulate creative thought ,the following rules are suggested for the designer . 1.Apply ingenuty to utilize desired physical properties and to control undeired ones .The performance requiement of a machine are met by utilizing laws of nature or properties of matter ( e g ,flexibility ,strength ,gravity ,inertia ,buoyancy centrifugal force ,principles of the lever and inclined plane ,friction ,viscosity ,fluid pressure,and thermal expansion ) ,also the many electrical,optical ,thermal ,and chemical phenomena.However,what may be useful in one application may be detrimental in the next.Flexibility in the valve springs but not in the valve camshaft ;friction is deired at the cluch face but not in the cluch bearing.Ingenuity in design should be applied to utilize and control the phsical proerties that are desired and to minimize those that are not deired . 2.Provide for favorable stress distribute and stiffiness with minimum weight.Oncomponents subjeted to fluctuating stress,particlar attention is given a reduction in stress concentration ,and to an increase of strength at fillets ,theads,holes ,and fits.Stress reduction are made by modification in shape ,and strengthening may be done .by prestressing treatments such as surface rolling and shallow hardening.Hollow shafts and tubing and box sections five a favorable stress distribution,together with stiffness and minimum weight .Sufficient stiffiness to maintain alignment and uniform pressure between contacting surfaces should be provided to crank ,cam ,and gear shafts and for enclosures.and frames containing bearing supports .The stiffiness of shafts and other components must be suitable to avoid resonant vibrations. 3.Use basic equations to calculate and optimize dimensions .The fundamental equations of mechanics and the other sciences are the accepted bases for calculations They are sometimes rearrannged in special forms to facilitate the determination or ptimization pf dimensions ,such as the beam and surface stress equations for determination for determining gear-tooth size .Factors may be added to a fundamental equation for conditions not analtically deteminable .e.g,on thin steed tubes an allowance for corrosion added to the thickness based on pressure . On thin steel tubes ,an allowance for corrosion added to the thickness based on pressure.When it is necessary to apply a fundamental equation to shapes ,materials,or conditions which only approximate the assumptions for its derivation,it is sone in a mannerwhich gives results on the safe side .In situations where data are incomplete ,equations of the science may be used as propotioning guides to extend a satisfactory design to new capacities . 4.Choose material for a combination of properties.Materials should be chosen for a combination of pertinent properties ,not only for stengths ,hardness,and weight,but sometimes for resistance to impact ,corrosion, and low or high temperatures Cost and fabrication properties are factors ,such as weldability,machinability,sensitivity to variation in heat-treating temperatures ,and required coating. 5.Select carefully between stock and integral components. A previously developed component is frequently selected by a designer and his company from the stocks of parts manufactures,if the important meets the performance and reliability requirements and is adaptable without additional development costs to the particular machine being designed.However ,its selection should be carefully made with a full knowledge of its properties ,since the reputation and liability of the company suffer if there is a failure in any one of the machine`s parts .In other cases the strength ,reliability,and cost requirement are better met if the designer of the macine also designs the component , with the particular advantage of compactness if it designs integral with other components ,e.g.,gears to be forged in clusters or integral with a shaft . 6.Provide for accurate location and non-interence of parts in assembly.A good design provides for the correct locating of parts and for easy assembly and repair .Shoulders and pilot surfaces give accurate location without measurement during assembly Shapers can be designed so that parts cannot be assembled backwards or in the wrong place .Interference ,as between screws in tapped holes ,and between linkage must be avoided ,or provision must be made to minimize any resulting detrimental displacements and stresses.