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題 目： 水果清洗機(jī)設(shè)計(jì)
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題目類型： 理論研究 實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) 工程技術(shù)研究 軟件開發(fā)
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摘 要
水果清洗機(jī)是用于清洗水果的機(jī)械，是水果供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行水果自動化加工的關(guān)鍵設(shè)備之一。為實(shí)現(xiàn)將水果自動清洗的功能，設(shè)計(jì)一種網(wǎng)鏈?zhǔn)捷斔退逑礄C(jī)，以利于水果的保鮮儲藏和后續(xù)加工。
本設(shè)計(jì)基于清洗機(jī)械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)清洗機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)手冊,通過對清洗機(jī)工藝參數(shù)及動力學(xué)參數(shù)的選擇計(jì)算，電動機(jī)的選擇，聯(lián)軸器的選擇，鏈輪的設(shè)計(jì)，完善清洗機(jī)的總體設(shè)計(jì)。該水果機(jī)具有啟動平穩(wěn)、工作可靠和效率高等特點(diǎn)，適合蘋果、桃、橘子和紅棗等水果的清洗加工。
動力部分由電動機(jī)、減速器，輸入軸為主，其余部分參考外購件的參數(shù)加以整合設(shè)計(jì)。而重點(diǎn)設(shè)計(jì)的是水果清洗結(jié)構(gòu)。在計(jì)算過程中，軸的設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。首先提出水果清洗的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；然后確定一些原始數(shù)據(jù)，計(jì)算出各個軸的轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩。最后繪制水果清洗機(jī)的裝配圖及典型零件的零件圖，對水果清洗機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。
零件將全部采用solidworks軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中經(jīng)過較為精確的測量和計(jì)算后將所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，利用模型進(jìn)行模擬裝配和干涉檢查。構(gòu)想通過創(chuàng)建三維模型這樣一個平臺來驗(yàn)證所做的設(shè)計(jì)，以便于對設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。設(shè)計(jì)完成后，利用Solidworks建立水果清洗機(jī)的3D裝配模型；較為逼真地體現(xiàn)外型設(shè)計(jì)的效果及水果清洗機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及尺寸關(guān)系，繪制二維的零件圖，裝配圖。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)鏈?zhǔn)?；水果清洗機(jī)； 3D裝配模型
Abstract
Fruit washing machine for fruit cleaning machinery, is one of the key equipment of the fruit supply enterprises in the processing of fruits and automation. In order to facilitate fresh fruit storage and subsequent processing, a network chain conveyor fruit washing machine is designed to implement the function of fruits automatic cleaning.
The design is based on the research status and development of cleaning machinery, according to the type of washing machine, structural characteristics and working principle, combined with related design manuals, selection and calculation of process parameters and the kinetic parameters of the washing machine, the choice of motor, coupling the choice of the design of the sprocket, and improve the overall design of the washing machine. The fruit machine has to start a smooth, reliable operation and high efficiency, suitable for cleaning and processing of apple, peach, orange and red dates and other fruits.
The dynamic part consists of motor, reducer, the input shaft main, the rest of the reference parameters of the purchased parts to integrate design. Focused on the design is the fruit cleaning structure. In the calculation process, the design of the shaft is the key. First proposed the fruit cleansing works, for the structural design; and then determine some of the original data to calculate the shaft speed, power, torque. Finally, draw fruit washing machine assembly drawing and typical component graphs, calculation and verification of the key parameters of the fruit washing machine.
Its parts will be using solidworks software for computer-aided design, data more atccurate measurements and calculations will be obtained in the design process, 3D modeling, using the model to simulate the assembly and interference checking. in order to improve on the details of the design ,Idea to verify the design done by creating three-dimensional model of such a platform. Design is complete, the use of Solidworks 3D assembly model to establish the fruit washing machine; more realistically reflect the effect of the exterior design and fruit washing machine, structure and size relations, drawing two-dimensional part drawings, assembly drawings.
Keywords: Network chain； Fruit washing machine；3D assembly model.
目 錄
引言 6
1 清洗機(jī)的概況及現(xiàn)狀分析 6
1.1 概況 …………………………………………………………………………….6
1.2 現(xiàn)狀分析 7
1.3 清洗工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)的要求 7
2 方案的設(shè)計(jì) 8
2.1 論述 …………………………………………………………………………….8
2.1.1清洗機(jī)方案選擇 8
2.1.2結(jié)構(gòu) 9
2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 10
2.2.1傳動方案的分析擬定 10
2.2.2設(shè)計(jì)方案的選擇 13
2.3 電動機(jī)的選擇 14
2.3.1電動機(jī)功率的選擇 14
2.3.2確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 15
2.3.3電動機(jī)的型號的確定 15
2.4 減速機(jī)的選擇 15
3 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
3.1 鏈輪的選擇計(jì)算 16
3.2 鏈輪幾何尺寸計(jì)算 17
3.3 主要失效形式 18
4 輔助設(shè)備的選擇 19
4.1 輸送帶的選擇 19
4.2張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 19
4.3調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 20
4.4整體槽體的設(shè)計(jì) 20
4.5泵的選擇 20
4.6減速器的選擇 21
5 主要部分零件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 21
5.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 21
5.1.1初算軸的直徑 21
5.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
5.2 軸的受力分析及強(qiáng)度校核 23
5.2.1水果清洗機(jī)的軸用鍵受力分析 23
5.2.2按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度條件計(jì)算 24
5.3 鍵的選擇及其校核 25
5.3.1減速機(jī)軸上鍵的選擇 25
5.3.2水果清洗機(jī)的軸用鍵校核 26
5.4 聯(lián)軸器的選擇 29
5.4.1聯(lián)軸器的選用 29
5.4.2聯(lián)軸器的型號和主要尺寸 29
5.5 滾動軸承及軸承座的選擇 30
5.5.1類型選擇 30
5.5.2型號選擇 31
5.5.3軸承的結(jié)構(gòu)和定位方法 31
5.5.4滾動軸承潤滑和密封 32
5.5.5滾動軸承座的選擇及其配置 32
6 水果清洗機(jī)的三維建模與設(shè)計(jì) 32
6.1 Solidworks軟件概述 32
6.2 水果清洗機(jī)三維模型的組裝 32
總結(jié) 36
謝 辭 38
參考文獻(xiàn) 39
引言
隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對食物質(zhì)量的要求也在不斷的提高，尤其是對水果的食用，不再僅僅滿足于原始的食用方法，對水果的深加工產(chǎn)品．如果汁、果醬、果酒的使用數(shù)量及質(zhì)量的要求也越來越高。在進(jìn)行水果的加工中，如何將大量的水果清洗干凈，快速輸送于下步加工工序中，是保證產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的關(guān)鍵一步。本文對這一問題有針對性的設(shè)計(jì)一種利用水和水果的螺旋流動，使水果清洗干凈，并同時將清洗干凈的水果立刻送人輸送帶進(jìn)行下步加工的設(shè)備。
為適應(yīng)我國農(nóng)產(chǎn)品快速發(fā)展需要，農(nóng)產(chǎn)品清洗設(shè)備在我國逐步發(fā)展起來，許多農(nóng)作物由于生產(chǎn)過程中必然會帶有泥土和農(nóng)藥，所以清洗農(nóng)作物的大量勞動是影響我國農(nóng)作物的一個重要問題，如果采用大量人力的話必然導(dǎo)致勞動力資源的浪費(fèi)，所以生產(chǎn)一種農(nóng)作物清洗機(jī)械對提高生產(chǎn)力有重要影響。隨著我國水果果品加工業(yè)的迅速發(fā)展，水果清洗機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。而水果清洗機(jī)用于進(jìn)行水果清洗的機(jī)械，是水果供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行水果自動化加工的關(guān)鍵設(shè)備之一。為實(shí)現(xiàn)將水果自動清洗的功能，設(shè)計(jì)水果清洗機(jī)。
1 清洗機(jī)的概況及現(xiàn)狀分析
1.1 概況
食品機(jī)械行業(yè)是直接為食品工業(yè)服務(wù)的行業(yè)。 食品工業(yè)的發(fā)展帶動了食品機(jī) 械的發(fā)展；而食品機(jī)械行業(yè)的科技進(jìn)步與發(fā)展，又為食品工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了有利的 物質(zhì)條件，大大推動食品工業(yè)向前發(fā)展。隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品機(jī)械在食品工業(yè)中的地位越來越重要?，F(xiàn)代化的食品機(jī)械不僅可以生產(chǎn)出高附加值的產(chǎn)品，而且可以提高資源的利用率。由于食品工業(yè)原料和產(chǎn)品的品種繁多，加工工藝各異，因此食品機(jī)械也相應(yīng) 是門類各異，品種多樣。目前，中國的食品機(jī)械分類是按機(jī)械工業(yè)部制定的分類 標(biāo)準(zhǔn)（JB3750--80）進(jìn)行的，分為食品加工專用機(jī)械和食品加工通用設(shè)備。專用機(jī)械按加工對象或生產(chǎn)品種不同分為 23 類， 通用設(shè)備按功能不同分為 10 類， 據(jù) 有關(guān)部門 1995 年統(tǒng)計(jì)，全國專業(yè)食品加工機(jī)械企業(yè)，約有 1920 多家，工業(yè)總產(chǎn) 值 110 億元，產(chǎn)品品種 1700 多種，近十幾年來，全國食品機(jī)械行業(yè)保持年增長 率 20%以上的水平。 近年來，在食品機(jī)械行業(yè)中已經(jīng)形成一批不僅能夠滿足國內(nèi)市場的需要，而 且能打入國際市場的優(yōu)良產(chǎn)品，出口創(chuàng)匯約 5000 萬美元。 全國食品機(jī)械行業(yè)發(fā)展比較快的有北京、上海、天津、江蘇、浙江、山東、 遼寧、廣東、福建、四川等省市。 中國許多部委都有一批力量在從事食品機(jī)械研究和開發(fā)工作。 其中原機(jī)械工 業(yè)部， 原國內(nèi)貿(mào)易部和原輕工總會下屬從事食品機(jī)械的企業(yè)數(shù)量最多， 規(guī)模最大， 力量最強(qiáng)，代表了中國食品機(jī)械發(fā)展總體水平，形成了科研、生產(chǎn)、銷售的完整 體系[1]。
果品加工業(yè)是農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的重要組成部分。1980年我國果品總產(chǎn)量只有679萬噸，排名世界第10位。從1993年開始，我國果樹栽培面積和果品總產(chǎn)量穩(wěn)居世界第1位，并逐年增長。但果品中用于加工的僅占10%。而發(fā)達(dá)國家果品加工占果品產(chǎn)量的比例一般都在35%以上。而果品加工能力的提高可直接增加經(jīng)濟(jì)效益。因此，發(fā)展果品加工業(yè)，加強(qiáng)采后減損增值，以促進(jìn)果業(yè)迅速發(fā)展,是保證農(nóng)民增產(chǎn)增收的重要措施[2]。
清洗可以從不同的角度進(jìn)行分類，根據(jù)清洗范圍的不同，目前通常將清洗分為民用清洗和工業(yè)清洗兩類。在日常生活中，與個人和家庭生活密切相關(guān)的洗滌，包括衣物清洗，人體皮膚，頭發(fā)清洗，家庭用品，房屋的清洗等，通常稱為民用清洗。在工業(yè)生產(chǎn)勞動過程中涉及到的清洗都屬于工業(yè)清洗的范疇。食品工業(yè)。紡織工業(yè)。造紙工業(yè)。印刷工業(yè)．石油加工業(yè)。交通運(yùn)輸業(yè)，電力工業(yè)、金屬加工業(yè)、機(jī)械工業(yè)．汽車制造，儀器儀表，電子工業(yè)、郵電通訊、家用電器、醫(yī)療儀器。光學(xué)產(chǎn)品、軍事裝備，航空航天，原子能工業(yè)等都大量應(yīng)用到清洗技術(shù)[3]。
1.2 現(xiàn)狀分析
按照清洗精度的要求不同，主要分為一般工業(yè)清洗，精密工業(yè)清洗和超精密工業(yè)清洗三大類。一般工業(yè)清洗包括車輛，輪船、飛機(jī)表面的清洗，一般只能去掉比較粗大的污垢；精密工業(yè)清洗包括各種產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程中的清洗，各種材料及設(shè)備表面的清洗等，以能夠去除微小的污垢粒子為特點(diǎn)；超精密清洗包括精密工業(yè)生產(chǎn)過程中對機(jī)械零件、電子元件，光學(xué)部件等的超精密清洗，以清除極微小污垢顆粒為目的。近年來，干式清洗發(fā)展迅速．如激光清洗、紫外線清洗、等離子清洗、干冰清洗、真空清洗等。在高,精，尖工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域得到快速發(fā)展．尤其是碳?xì)湔婵涨逑醇夹g(shù)的引入已在形成現(xiàn)在精密五金零件的主要清洗趨勢，是目前替代ODS最好工藝路線。中國清洗行業(yè)的現(xiàn)狀我國到處都在建設(shè)新的工廠和生產(chǎn)線．正在逐步成為“世界加工廠”，巨大的市場需求，為工業(yè)清洗設(shè)備制造商和專業(yè)清洗劑生產(chǎn)供應(yīng)商提供了快速發(fā)展的良機(jī)。目前，各種清洗設(shè)備生產(chǎn)制造經(jīng)營企業(yè)已達(dá)1000多家，其中，超聲波清洗機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已從20世紀(jì)90年代初的幾家發(fā)展到現(xiàn)在的200多家，從而形成了一個巨大的產(chǎn)業(yè)．清洗行業(yè)概念的首次出現(xiàn)，是在1992年由原國家環(huán)保局{現(xiàn)國家環(huán)?？偩謢組織北京大學(xué)等單位編制，并得到國務(wù)院批準(zhǔn)的<中國消耗臭氧層物質(zhì)逐步淘汰國家方案>中，按照國務(wù)院的分工，清洗行業(yè)由原電子工業(yè)部(現(xiàn)信息產(chǎn)業(yè)部)負(fù)責(zé)[4]。
1.3 清洗工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)的要求
在選擇清洗工藝及設(shè)備，必須考慮清洗要求達(dá)到的洗凈程度。對不同洗凈程度要求的清洗應(yīng)選擇不同的清洗工藝和設(shè)備。洗凈程度要求越高，清洗成本也越高，而且生產(chǎn)成本是以幾何級數(shù)遞增的。
在設(shè)計(jì)清洗工藝及清洗設(shè)備時，主要從以下幾個方面進(jìn)行考慮：
1.可靠性 要求選用的清洗工藝及設(shè)備有穩(wěn)定的清洗質(zhì)量，能達(dá)到所要求的清洗程度。
2.對待清洗對象的影響 要求在清洗過程中對待清洗對象造成的損傷盡可能的小，并且不能對待清洗對象產(chǎn)生新的二次污染。
3.對于自然環(huán)境的保護(hù) 要求清洗工藝及設(shè)備能夠防止或盡可能減少清洗廢液、噪聲、廢氣對環(huán)境造成的破壞。
4.效率 具有效率高節(jié)約勞動力的特點(diǎn)。
5.良好的作業(yè)環(huán)境 能夠有良好的作業(yè)環(huán)境，對工人的作業(yè)環(huán)境有保證。
6.經(jīng)濟(jì)性 采用既能達(dá)到洗凈程度要求，成本又低的清洗工藝及要求。
食品加工原料在其成熟階段及運(yùn)輸、貯藏過程中常常受塵埃、沙粒及微生物等污染，因此，在加工前必須認(rèn)真清洗，并清除雜物及不合格部分，以便后道工序加工。
2 方案的設(shè)計(jì)
2.1 論述
針對水果的形狀特點(diǎn)，確定清洗機(jī)的工藝流程為浸泡清洗——噴淋清洗——輸送——出料。在浸泡清洗階段主要是對水果進(jìn)行浸泡，為粘附于水果表面上的污物進(jìn)行初步清洗，并對較難分離的雜質(zhì)進(jìn)行浸泡，使雜質(zhì)在水浸泡變得松脫，以利于在以后清洗過程中容易容易沖洗。在接下來的階段開始進(jìn)行噴淋式清洗，在這一階段中，水果通過不銹鋼網(wǎng)傳送帶傳送，由一排噴頭進(jìn)行沖洗，使水果的各部位都能清洗到，從而達(dá)到比較好的清洗效果[5]。關(guān)于水采用了循環(huán)重復(fù)利用。
2.1.1清洗機(jī)方案選擇
根據(jù)該工況目前比較成熟清洗機(jī)的有超聲波清洗機(jī)以及浸泡清洗機(jī)兩種。
1、超聲波清洗機(jī)工作原理：利用電子方式產(chǎn)生超聲波U(ultrasonic)?和強(qiáng)氧化劑O3的SO?(Ozone?Super?Oxidation簡稱：OSO?)，OSO通過布?xì)獗P施放到水中；超聲波U產(chǎn)生40KHZ的機(jī)械震蕩和空化作用，它可大大增加OSO在水中的溶解度，最關(guān)鍵的是超聲波U提供了物質(zhì)反應(yīng)所需的能量，?UOSO對浸泡在水中的果菜、肉類及其它物品一方面起到降解農(nóng)藥、分解毒素，消毒殺菌的作用。同時還產(chǎn)生等離子可對處理過物質(zhì)的分子進(jìn)行修補(bǔ)，完全解決了人們對解毒和保健的需要，通過超聲波U換能后的果蔬原質(zhì)地完好無損，不會象電機(jī)旋轉(zhuǎn)那樣破壞丟損果蔬營養(yǎng)元素。
2、浸泡清洗機(jī)工作原理：原料在水槽高壓作用下,被充分打散,翻流、清洗、傳送。從物料表面脫洗的泥沙沉入底部隔離倉,不會發(fā)生翻揚(yáng)回流造成再度污染,漂浮水中雜質(zhì)、小蟲,通過去雜機(jī)構(gòu)網(wǎng)孔收集,下次過毛輥清理掉,洗凈后物料出水后再經(jīng)噴淋清洗,送至下到工序。
經(jīng)過比較我們得知，一是超聲波清洗機(jī)一般為小型家用，二是我們所要的設(shè)計(jì)的是批量生產(chǎn)使用。顯然超聲波清洗機(jī)無法滿足我們的設(shè)計(jì)要求，所以我們只能選取后一種方案。浸泡清洗機(jī)的圖片如下：
圖1 浸泡清洗機(jī)的圖片
2.1.2結(jié)構(gòu)
由于浸泡清洗過程為打散、翻流、清洗、傳送，所以機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也將是從這幾個方面進(jìn)行的。因?yàn)檎麄€過程涉及到清洗所以整臺設(shè)備必須是安裝于密閉的空間內(nèi)，但又要滿足操作人員操作及查看需要，所以初步計(jì)劃將整機(jī)安裝于焊接而成的水槽中，該水槽是整個設(shè)備的基礎(chǔ)；關(guān)于輸送采用鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，考慮到水果本身特點(diǎn)，所以該輸送機(jī)采用網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)，網(wǎng)采用鋼絲編織而成，這樣有一定的強(qiáng)度，同時長期浸泡在水中又不至于生銹；至于水路采用循環(huán)水路，采用臥式安裝的水泵，進(jìn)口直接連接于水槽之上，出口則分為兩路，其一連接于水槽，另一連接于噴頭管路上，這樣在水果清洗完成之后，便于噴頭將水果表面的雜物清洗干凈。總結(jié)起來該機(jī)就是網(wǎng)鏈輸送機(jī)和水泵加噴嘴組合而成的[6]。
具體講來其驅(qū)動方式為采用擺線針輪減速機(jī)采用二級直連的，電機(jī)采用普通三相異步電動機(jī)，減速機(jī)和主機(jī)之間采用短節(jié)距精密滾子鏈連接，這是因?yàn)殒渹鲃有矢撸瑫r結(jié)構(gòu)簡單。其三維結(jié)構(gòu)圖如下：
圖2 水果清洗機(jī)的三維結(jié)構(gòu)圖
如圖2所示，本機(jī)主要由清洗系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、泵循環(huán)過濾系統(tǒng)、清洗通道等組成，其中清洗系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)為本機(jī)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。設(shè)計(jì)的網(wǎng)鏈?zhǔn)剿逑礄C(jī)主要由擺線針輪減速器、傳動裝置、噴淋、水箱池、電機(jī)、水泵等組成。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，可以實(shí)現(xiàn)水果加工生產(chǎn)線中清洗和提升兩個任務(wù)，水果的清洗利用水和水果的螺旋流動，清洗質(zhì)量優(yōu)于其它方式，清洗和提升過程不間斷，提高了生產(chǎn)效率。該裝置可廣泛應(yīng)用于各種水果加工的前道工序。在使用過程中發(fā)現(xiàn)該裝置也存在有不盡人意之處，比如下軸端因一直浸在水中所以只能采用滑動軸承，軸承壽命短，需要不斷更換軸承。隨著下端軸承材料及結(jié)構(gòu)的完善，該裝置會有更廣闊的應(yīng)用前途[13]。
2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
2.2.1傳動方案的分析擬定
傳動方案的選擇分析可以從以下三個表格開始：
表1-1 傳遞連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動常用機(jī)構(gòu)的性能和適用范圍
表1-2 實(shí)現(xiàn)其他特定運(yùn)動常用機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用
表1-3 常用減速器的型式、特點(diǎn)及應(yīng)用
另外，傳動系統(tǒng)應(yīng)有合理順序和布局，除必須考慮各級傳動機(jī)構(gòu)所適應(yīng)的速度范圍外，還要考慮到以下幾點(diǎn)：
(1) 帶傳動承載能力較低，在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時結(jié)構(gòu)尺寸較嚙合傳動大；但帶傳動平穩(wěn)，能緩沖吸震，應(yīng)盡量置于傳動系統(tǒng)的高速級．
(2) 一般滾子鏈傳動運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，有沖擊，宜布置在低速級。
(3) ?蝸桿傳動的傳動比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動系統(tǒng)的高速級，以獲得較小的結(jié)構(gòu)尺寸；同時，由于有較高的齒面相對滑動速度，易于形成液體動壓潤滑油膜，也有利于提高承載能力及效率。
(4) 輪(特別是大模數(shù)錐齒輪)的加工比較困難，一般宜置于高速級，以減小其直徑和模數(shù)。但需注意，當(dāng)錐齒輪的速度過高時，其精度也需相應(yīng)提高，此時還應(yīng)考慮能否達(dá)到所需制造精度以及成本問題
(5) 斜齒輪傳動較直齒輪傳動平穩(wěn)，相對應(yīng)用于高速級。
(6) 開式齒輪傳動一般工作環(huán)境較差，潤滑條件不良，外廓緊湊性可低于閉式傳動，應(yīng)布置在低速級。
(7) 制動器通常設(shè)在高速軸。傳動系統(tǒng)中位于制動裝置后面不應(yīng)出現(xiàn)帶傳動，摩擦傳動和摩擦離合器等重載時可能出現(xiàn)摩擦打滑的裝置。
(8) 為簡化傳動裝置，一般總是將改變運(yùn)動形式的機(jī)構(gòu)(如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu))布置在傳動系統(tǒng)的末端或低速處；對于許多控制機(jī)構(gòu)一般也盡量放在傳動系統(tǒng)的末端或低速處，以免造成大的累積誤差，降低傳動精度。
(9) 傳動裝置的布局應(yīng)使結(jié)構(gòu)緊凄、勻稱，強(qiáng)度和剛度好．并適合車間布置情況和工人操作，便于裝拆和維修。
(10) 在傳動裝置總體設(shè)計(jì)中，必須注意防止因過載或操作疏忽而造成機(jī)器損壞和人員工傷，可視具體情況在傳動系統(tǒng)的某一環(huán)節(jié)加設(shè)安全保險裝置。
(11) 如一臺機(jī)器中各工作構(gòu)件的運(yùn)動彼此無需協(xié)調(diào)配合，則可由多臺原動機(jī)分別驅(qū)動，亦可共用一臺原動機(jī)通過傳動鏈并聯(lián)分支驅(qū)動各個工作構(gòu)件。
綜上所述，根據(jù)本機(jī)工作情況的傳遞方案如下簡圖所示。采用電動機(jī)、擺線針輪減速器、鏈傳動的組合方案[14]。
圖3 傳動方案的機(jī)構(gòu)簡圖
2.2.2設(shè)計(jì)方案的選擇
方案一 ：清洗機(jī)器傳動：由電動機(jī)經(jīng)皮帶輪傳動主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。傳動滾筒傳動：由電動機(jī)經(jīng)鏈輪傳動帶動托輪，再以摩擦傳動滾筒。
方案二： 清洗機(jī)器傳動：由電動機(jī)經(jīng)齒輪傳動主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。傳動滾筒傳動：由電動機(jī)經(jīng)由皮帶輪傳動帶動托輪，再以齒輪傳動滾筒
方案三 ：清洗機(jī)器傳動：由電動機(jī)經(jīng)鏈輪主軸使得摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。傳動滾筒傳動：由電動機(jī)經(jīng)由齒輪傳動帶動托輪，再以齒輪傳動滾筒。
在如今市場經(jīng)濟(jì)的大潮中，成本低，經(jīng)濟(jì)性好是產(chǎn)品占領(lǐng)市場的一個首要因素，這一概念必須是每一設(shè)計(jì)者都應(yīng)具有的。故在畢業(yè)設(shè)計(jì)的全過程要考慮到影響產(chǎn)品成本的諸多因素。方案一結(jié)構(gòu)緊湊， 布局合理， 傳動簡單， 可靠性高， 使用壽命可以得到保障， 制造成本低，加工簡單。方案二、三效率比較低，加工成本高。經(jīng)過三個方案的比較，選用方案一。
2.2.3初步估算功率
若設(shè)計(jì)產(chǎn)量達(dá)到每小時清洗2-3T,初定傳送帶輸送距離為3米，水果在放進(jìn)去再到清洗完畢所經(jīng)過的時間為3分鐘，初定輸送速度為0.03m/s。
傳動滾筒的功率：
P0=(K1××v+K2××Q±0.0273Q×H)
K1---空載運(yùn)行功率系數(shù) K1=0.0192
---輸送帶水平投影長度 =3m
V ---帶速 v =0.03m/s
K2---物料水平運(yùn)行功率系數(shù) K2=9.55×10-5
Q---輸送量(t/h) Q=2t/h
K3---附加功率系數(shù) K3=2.8
代入公式求得: P0=1.06kw
電動機(jī)功率計(jì)算:
P=K×P0/η P=1.5 kw
取K=1.25 η=0.88
滾筒可以分為傳動滾筒和該向滾筒。
傳動滾筒：傳動滾筒是傳遞動力的主要部件，可以為鋼制表面滾筒，包膠滾筒，一般為鑄造或薄鋼板卷制而成，在此用薄鋼板卷制而成。
改向滾筒：用于改變輸送帶的運(yùn)行方向和增加輸送帶與傳動滾筒間的圍包角。
2.3 電動機(jī)的選擇
2.3.1電動機(jī)功率的選擇
原動機(jī)是機(jī)器中運(yùn)動和動力的來源，其種類很多，有電動機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、水輪機(jī)、汽輪機(jī)、液動機(jī)等。電動機(jī)構(gòu)造簡單、工作可靠、控制簡便、維護(hù)容易，一般生產(chǎn)機(jī)械上大多數(shù)均采用電動機(jī)驅(qū)動。
????電動機(jī)已經(jīng)系列化，通常由專門工廠，按標(biāo)準(zhǔn)系列成批或大量生產(chǎn)。機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)工作載荷(大小、特性及其變化情況)、工作要求(轉(zhuǎn)速高低、允差和調(diào)速要求、起動和反轉(zhuǎn)頻繁程度)、工作環(huán)境(塵土、金屬屑、油、水、高溫及爆炸氣體等)、安裝要求及尺寸、重量有無特殊限制等條件，從產(chǎn)品目錄中選擇電動機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式、容量(功率)和轉(zhuǎn)速，確定具體型號。
選擇電動機(jī)包括選擇電動機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)、功率、轉(zhuǎn)速和型號。在工業(yè)上一般采用三相交流電動機(jī)，Y系列三相交流異步電動機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉、維護(hù)方便等特點(diǎn)，故一般應(yīng)優(yōu)先考慮。當(dāng)轉(zhuǎn)動慣量和啟動力矩較小時，可選用Y系列三相交流異步電動機(jī)，在經(jīng)常啟動、制動和反轉(zhuǎn)、間歇或短時工作的場合，要求電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量小和過載能力大，應(yīng)選用YZ和YZR系列三相交流異步電動機(jī)，電動機(jī)的結(jié)構(gòu)有開啟式、防護(hù)式、封閉式、防爆式[7]。在此可選用封閉式的電動機(jī)。
所以選用Y系列全封閉式籠型三相異步電動機(jī)。
選擇原則：功率選的過小，不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動機(jī)長期過載而過早損壞；功率選的過大，則電動機(jī)價格高，且常不在滿載下運(yùn)行，功率因素很低，造成浪費(fèi).
對于長期連續(xù)工作負(fù)荷較穩(wěn)定的負(fù)載機(jī)械，可根據(jù)電動機(jī)所需要的功率來選擇，選擇時應(yīng)使電動機(jī)的額定功率PN稍大于電動機(jī)的所需功率。由計(jì)算已知電動機(jī)所需功率為：=1.5 kw ,所以我們可選擇電動機(jī)功率為1.5 kw 。
2.3.2確定電動機(jī)的轉(zhuǎn)速
同一功率的異步電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速有3000r/min、1500 r/min、1000 r/min和750 r/min四種。一般來說，電動機(jī)的同步轉(zhuǎn)速高，磁極對數(shù)少，輪廓尺寸小、價格低；反之，轉(zhuǎn)速愈低，外輪廓尺寸愈大，價格愈高。由于工作機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速很低，所以不易選用高速電動機(jī)，一般應(yīng)選擇同步轉(zhuǎn)速為1500或1000 r/min 的電動機(jī)。
2.3.3電動機(jī)的型號的確定
根據(jù)所要求的的轉(zhuǎn)速和功率選擇Y系列三相異步電動機(jī)，由?機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊?查得可選用電動機(jī)Y100L-6，功率1.5kw，轉(zhuǎn)速940r/min。因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境，如果不加防護(hù)，水有可能進(jìn)入電動機(jī)中導(dǎo)致電機(jī)短路而燒壞，于是在設(shè)計(jì)中選擇電機(jī)的防護(hù)等級為IP44?，F(xiàn)在將這種電動機(jī)的數(shù)據(jù)列于下表二中[7]。
表2、電動機(jī)型號
(Table 2)，Motor model
電動機(jī)型號
額定功率
（kW）
最大轉(zhuǎn)矩
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩
滿載轉(zhuǎn)速（r/min）
額定轉(zhuǎn)矩
質(zhì)量
（kg）
Y100L-6
1.5
2.0
2.0
940
2.0
33
2.4 減速機(jī)的選擇
因?yàn)閲娏芮逑礄C(jī)中傳動帶線速度很小，根據(jù)水果自身的性質(zhì)和特點(diǎn)，選擇傳動比較大的擺線針輪減速機(jī)。
擺線針輪減速機(jī)適用范圍：本標(biāo)準(zhǔn)分為單級和兩級別。其中又分立式和臥式；雙軸型和直聯(lián)型。適用于礦山，冶金，建筑，化工，紡織，輕工等行業(yè)，其適用條件如下：
輸入功率P1：單級0.6-75KW
兩級0.052-13.41KW;
傳動比i： 單級 11-87，共9種
兩級121-7569，共18種
高速軸的轉(zhuǎn)速不大于1500r/min,減速機(jī)可用于正反兩向運(yùn)轉(zhuǎn)。
根據(jù)前面的設(shè)計(jì)要求，輸送帶速度v=0.03m/s,故我們選用雙級臥式擺線針輪減速器，型號為：
XWD8125-43×17-1.5KW
此減速器的輸出轉(zhuǎn)速為2.05r/min，P=1.5KW
3 傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
常用的傳動方式有鏈傳動和帶傳動，在此我們選用鏈傳動，鏈傳動有以下一些優(yōu)點(diǎn):
（1）沒有滑動；
（2）工況相同時，傳動尺寸比較緊湊；
（3）不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較??；
（4）效率較高；
（5）能在溫度較高以及濕度較大的環(huán)境中使用。
3.1 鏈輪的選擇計(jì)算
已知:減速器的軸輸出轉(zhuǎn)速為2.05r/min，P=1.5kw, 輸出軸徑d=55mm，因?yàn)楣ぷ鬏d荷較平穩(wěn)，所以鏈輪直接安裝于減速機(jī)軸上。
（1）鏈輪齒數(shù)：
減速器軸上鏈輪齒數(shù)為Z1=19，從動軸鏈輪齒數(shù)為Z2=19[9]。
傳動比i: i= Z1/ Z2=1
（2）轉(zhuǎn)速：
主動軸鏈輪轉(zhuǎn)速n1=2.05r/min，從動鏈輪轉(zhuǎn)速n2=2.05r/min
（3）設(shè)計(jì)功率：
≥×P/(×) =1.35kw
式中：=1.0 =1.11 =1
（4）鏈條節(jié)距P：
由設(shè)計(jì)功率P0=1.35kw和主動輪鏈輪轉(zhuǎn)速n1=2.05r/min
在手冊中查得節(jié)距P=12A，即 19.05mm。
（5）初定中心距a： 暫取 a=30P
注：a計(jì)算式可保證小鏈輪上包角大于120°，且大小鏈輪不會相碰。
（6）鏈節(jié)數(shù)：
=81
注：取整數(shù)并宜取偶數(shù),故取68 取=80節(jié)
（7）鏈實(shí)際中心距：
取a=542mm
（8）鏈速：
v=×Z1×P/1000 v=1m/min=0.017m/s
與估算相符
（9） 驗(yàn)算小鏈輪輪轂孔徑（即軸孔直徑）
由支承軸的設(shè)計(jì)確定
鏈輪輪轂孔的最大許用直徑 查表8-2-10得45mm
（10）有效拉力：
F1=1000P/v F1=14117.6N
（11）軸上載荷：
FQ=1.2KAF1 FQ=16941N
取KA=1
（12）潤滑方式選定：
根據(jù)滾子鏈節(jié)距P=19.05和鏈條的速度v=0.017m/s查圖選用潤滑方式為用油刷或油壺人工定期潤滑。
（13）鏈條標(biāo)記：
根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果采用單排12A滾子鏈，節(jié)距為19.05mm，節(jié)數(shù)為80節(jié)。
（14）鏈輪材料及熱處理：
鏈輪輪齒應(yīng)有足夠的接觸強(qiáng)度和耐磨性，常用材料為中碳鋼，（c35—45鋼）不重要場合用Q235A、Q275A鋼，高速重載時采用合金鋼，低速時大鏈輪可采用鑄鐵，由于小鏈輪的嚙合次數(shù)多，小鏈輪的材料應(yīng)優(yōu)于大鏈輪，并進(jìn)行熱處理。在本機(jī)中，由場合和速度可選用：
材料為45鋼，熱處理滲碳、淬火、回火。
齒面硬度為HRC40—52。
表3 滾子鏈的基本尺寸
鏈 號
節(jié) 距P(mm)
排 距(mm)
滾子直徑(mm)
12A
19.05
22.78
11.91
3.2 鏈輪幾何尺寸計(jì)算
鏈輪外形尺寸結(jié)合設(shè)計(jì)手冊[8]計(jì)算可得，其具體形狀如下;
圖4 小鏈輪的簡圖
其具體尺寸為;Z=19 ；P=19.05
（1）主動鏈輪孔徑：
=50mm＜=72mm
（2）分度圓直徑：
d=116mm
（3）齒頂圓直徑：
=124mm
（4）齒根圓直徑：
=d- =120mm
（5）最大齒根距離：
=119.5mm
（6）齒輪凸緣直徑：
＜111.2mm
查表得： h=15.0 （查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》上冊表11-1）
取=100mm
3.3 主要失效形式
鏈輪和鏈條相比,鏈輪的強(qiáng)度高,使用壽命較長,所以鏈傳動的失效,主要是鏈條的失效,其主要失效形式是:
(1) 鏈條疲勞破壞.
鏈條各元件在變應(yīng)力作用下,經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù),鏈板發(fā)生疲勞斷裂,滾子,套筒表面出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕和疲勞裂紋.在正常潤滑條件下,鏈板的疲勞強(qiáng)度是決定鏈傳動承載能力的主要因素.
(2) 鏈條鉸鏈的磨損.
鉸鏈磨損會使鏈節(jié)距增大而產(chǎn)生跳齒和脫鏈.該失效形式一般發(fā)生在開式或潤滑不良的鏈傳動中.
(3) 鏈條鉸鏈膠合.
在潤滑不當(dāng)或鏈輪轉(zhuǎn)速過高時,鏈條鉸鏈的銷軸和套筒的工作表面會因潤滑油膜破壞,在高溫,高壓下直接接觸導(dǎo)致兩表面粘結(jié),相對運(yùn)動使粘結(jié)部位撕開,形成表面撕開而損壞,稱為膠合.因而要限制鏈傳動的極限轉(zhuǎn)速.
為使鏈傳動能工作正常，應(yīng)注意其合理布置，布置的原則簡要說明如下：
1）兩鏈輪的回轉(zhuǎn)平面應(yīng)在同一垂直平面內(nèi)，否則易使鏈條脫落和產(chǎn)生不正常的磨損。
2）兩鏈輪中心連線最好是水平的，或與水平面成 以下的傾角，盡量避免垂直傳動，以免與下方鏈輪嚙合不良或脫離嚙合。
2. 鏈傳動的張緊
鏈傳動中如松邊垂度過大，將引起嚙合不良和鏈條振動，所以鏈傳動張緊的目的和帶傳動不同，張緊力并不決定鏈的工作能力，而只是決定垂度的大小。
4 輔助設(shè)備的選擇
4.1 輸送帶的選擇
輸送帶是輸送裝置中的曳引構(gòu)件和承載輸送構(gòu)件，本清洗機(jī)中輸送帶采用不銹鋼絲編織而成，鋼絲直徑為1.5mm，鋼絲骨架由連接軸組成，輸送帶總長度為6.8米，其中輸送帶上鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)為自行設(shè)計(jì)鋼絲網(wǎng)采用外購。其中鋼絲直徑d=1.5mm，網(wǎng)格大小為10mm×10mm。輸送帶總長度C＝6.8m。
4.2張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
輸送帶張緊裝置：使輸送帶具有足夠的張力，并限制輸送帶在個托輥間的垂度。在該清洗機(jī)中采用調(diào)節(jié)螺母調(diào)整改向滾筒橫向移動來張緊輸送帶。
鏈輪張緊裝置：鏈傳動張緊的目的是為了避免在鏈條的松邊垂度過大時產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動現(xiàn)象，同時也為了增加鏈條與鏈輪的嚙合包角。采用張緊輪張緊，使它從外向內(nèi)壓緊鏈條，從而達(dá)到張緊目的，另外還可以使鏈條與鏈輪的包角增大，使傳動效率提高。
4.3調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
輸送帶必須有調(diào)整機(jī)構(gòu)以調(diào)整其松緊程度，本設(shè)計(jì)采用固定框架選用UCK軸承底部配有滑道，通過對調(diào)整螺栓調(diào)整實(shí)現(xiàn)對輸送帶調(diào)整的目的。
4.4整體槽體的設(shè)計(jì)
在噴射清洗工藝中，缸體的主要作用是容納輸送帶在其中輸送水果，并且容納噴淋頭所噴射出來的大部分水。缸體的尺寸決定了水果清洗的產(chǎn)量，由于本清洗設(shè)備不但在自動化聯(lián)系清洗上有要求，而且在產(chǎn)量規(guī)?；灿幸欢ǖ臉?biāo)準(zhǔn)，所以缸體也有一定的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該主要根據(jù)實(shí)際情況來確定。根據(jù)經(jīng)過我們的分析與計(jì)算，確定缸體的內(nèi)壁尺寸為1500mm×1202mm×4mm。外壁與框架進(jìn)行焊接。由于輸送鏈必須有穩(wěn)固的基礎(chǔ)，采用4mm鋼板為其制作一槽體，該槽體焊接而成，所有的框架均安裝于該槽體之上，該槽體在制作完成之后進(jìn)行帶水試驗(yàn)，以保證其沒有泄露點(diǎn)[10]。
網(wǎng)鏈?zhǔn)剿逑礄C(jī)的槽體可謂是機(jī)器構(gòu)造中較為重要的一個部分，其焊接工藝的要求也較為嚴(yán)格。其要有選擇合適的焊接方法；合理控制焊接參數(shù)；還有接頭的設(shè)計(jì)要合理。這樣才能保證水果清洗機(jī)的使用壽命，盡量做到外形美觀。
材料的選擇：
經(jīng)查資料，我們選用不銹鋼，經(jīng)查資料選用材料為2Cr13，主要用于較重要的鋼結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，滲碳零件，壓力容器等。從材料性能和經(jīng)濟(jì)因素各方面來說，對壁厚的設(shè)計(jì)為4毫米。
在下面一排噴頭的進(jìn)水口，我們在缸體壁上開了一個與水管管道同一直徑的圓孔，并焊接一同直徑的水管，可用彎頭實(shí)現(xiàn)與泵出水口的連接。在缸體底部設(shè)計(jì)了兩個出水口，用來排放缸內(nèi)的廢水，廢水通過專門的管道流到處理系統(tǒng)，經(jīng)過一系列的處理達(dá)到可重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)，重新回到泵的進(jìn)水口。
4.5泵的選擇
根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，選用離心泵型號為 11/2BL-6A Y9OS-16 -1.5KW，該離心泵揚(yáng)程為16m，流量為5m3/h。
11/2BL-6A型泵為單級單吸懸臂式直連離心清水泵，轉(zhuǎn)速為n=2900r/min，功率1.5KW。
軸封有填料密封及機(jī)械密封兩種，通過爪型彈性聯(lián)軸器與電機(jī)聯(lián)接。按耐磨和耐腐蝕及使用溫度，泵的主要部件材料來選擇我們所需要機(jī)型。為了適應(yīng)清洗不同種類的水果，我們通過對離心泵的電機(jī)進(jìn)行無機(jī)調(diào)速，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。
4.6減速器的選擇
減速器是在原動機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立傳動部件,減速器多用來作為原動機(jī)與工作機(jī)械之間的減速傳動。根據(jù)傳動型式，減速器可分為齒輪、蝸桿和齒輪－蝸桿減速器，根據(jù)形狀不同，可分為圓柱、圓錐和圓錐－圓柱齒輪減速器，根據(jù)傳動級數(shù)，可分為單級和多級減速器。
在本設(shè)計(jì)選擇減速器的類型時，首先根據(jù)傳動裝置總體配置的要求，結(jié)合減速器的效率、外廓尺寸或質(zhì)量、制造及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用等指標(biāo)進(jìn)行綜合的分析比較，以期獲得最合理、效果最好的結(jié)果。
本設(shè)計(jì)因?yàn)槭侵行妮S式的傳動，省去了皮帶輪等傳動部件，所以選用擺線針輪減速器，根據(jù)前面計(jì)算可知選擇功率1.5kw，綜合分析選擇傳動比43的型號比較合適，滿足設(shè)計(jì)要求。通過查閱《機(jī)械工程師手冊》表19-114選擇型號為XWD 8125-43×17-1.5KW的擺線針輪減速器。
5 主要部分零件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核
5.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.1.1初算軸的直徑
（1）聯(lián)軸器和滾動軸承的型號是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，故要初算軸徑。
軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行估算，即[10]：
(3—36)
式中：
P—軸傳遞的功率，kw；
n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min；
c—由軸的材料和受載情況確定的系數(shù)。
表4 各種材料系數(shù)c的取值范圍
Table 4, various materials coefficient of c scope
軸的材料
Q235 120
35
45
40Cr,35siMn
c
160—135
135—118
118—107
107—98
軸的材料一般為優(yōu)質(zhì)碳素鋼。c 取值時應(yīng)考慮軸上彎矩對軸強(qiáng)度的影響，當(dāng)只受轉(zhuǎn)矩或彎矩相對轉(zhuǎn)矩較小時，c 取小值；當(dāng)彎矩相對轉(zhuǎn)矩較大時，c 取大值。由于滾筒的轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩較大且彎矩小，故c 應(yīng)取較小值，在這里我們?nèi) 為100。
所以：
=42.55 mm
初算軸徑還要考慮鍵槽對軸強(qiáng)度的削弱影響。當(dāng)該軸段截面上有一個鍵槽時，d 應(yīng)增大5% ；兩個鍵槽時，d 應(yīng)增大10% 。
在本軸的設(shè)計(jì)中，軸上有一個鍵槽。
所以：
= 42.55×(1+5%)=44.67 mm
圓整取軸的直徑為45mm。
（2）軸的類型和功用
階梯軸，轉(zhuǎn)軸（傳遞扭矩又承受彎矩）
（3）軸的材料
45# 碳素鋼；特點(diǎn)：具有較好的綜合力學(xué)性能，價格便宜，沒滿足本設(shè)備要求。
熱處理方法：調(diào)質(zhì)或正火處理。
軸的毛坯：圓鋼（直徑較小而又不太重要時）。
5.1.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1) 設(shè)計(jì)成階梯軸，此軸的裝配簡單（先右后左），形狀如設(shè)計(jì)圖紙所示。另外，為便于軸上零件裝拆，在軸的設(shè)計(jì)時考慮在軸的兩頭加工倒角：45°。各鍵槽設(shè)計(jì)在同一圓柱母線上，且盡量選用同一截面尺寸的鍵。
2) 軸上零件的定位
軸向定位：軸肩 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠 ，可承受較大的軸向力
軸端擋板 特點(diǎn)：可承受劇烈振動和沖擊。
周向定位：鍵
共有定位：緊定螺釘
注意：① 軸肩或軸環(huán)圓角半徑R必須小于相配零件的倒角C1或圓角半徑R1。
② 軸肩定位、軸環(huán)定位、套筒定位、彈性擋圈定位、螺母定位高度大于相配零件的倒角C1或圓角半徑R1。
③ 對于標(biāo)準(zhǔn)件的定位尺寸要查標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)。
3）減速器軸軸段直徑和長度的確定
各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關(guān)。初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑dmin，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從dmin處起逐一確定各段軸的直徑。
=100·(0.75·0.7/16)1/3=34.65mm
=100·0.314=31.4mm
P—功率，n—轉(zhuǎn)速，A—材料系數(shù)。
查手冊取標(biāo)準(zhǔn)直徑d1=35mm；d2=32mm
則這兩個直徑即為鏈輪輪轂部的軸徑，而在鏈輪設(shè)計(jì)時查表知輪轂的孔徑必須小于34mm，所以滿足要求；而選用的減速器的出軸孔徑為28mm，也符合要求。再由軸肩的高度規(guī)則我們選用30mm的過渡軸。
考慮到加工和裝配等問題，我們采用同樣輪轂孔徑的鏈輪，也就是說，減速器伸出軸與鏈輪輪轂聯(lián)接部的軸徑亦是28mm。極限偏差為j6.
根據(jù)減速器的尺寸參數(shù)可知，伸出軸的裝配孔長度分別為112mm和92mm，再由以上的原則可以設(shè)計(jì)與減速器裝配的長度分別為110和90mm；又鏈輪的輪轂孔長度分別為40mm和25mm，則與鏈輪裝配的軸長分別為38mm和23mm；而由鏈輪之間的裝配空間可知，鏈輪的右側(cè)距離減速器出軸斷面70mm和37mm，則中間軸的長度分別為37mm和12mm。形狀及其結(jié)構(gòu)尺寸如圖紙4-2所示[11]。
5.2 軸的受力分析及強(qiáng)度校核
5.2.1水果清洗機(jī)的軸用鍵受力分析
水果清洗機(jī)上主要傳遞扭矩處為：兩鏈輪與主軸處，該處軸徑為d=45mm，從機(jī)械設(shè)計(jì)書本中的表6-1可以查出在此處所用鍵為bxh=14x9，下面對此處鍵進(jìn)行受力分析及強(qiáng)度校核[7]。
圖5 主軸的簡圖
根據(jù)軸的使用情況，可知該軸為轉(zhuǎn)動軸，主要承受扭矩。則按扭矩強(qiáng)度條件計(jì)算?？紤]還受有不大的彎矩，則用降低許用扭矩切應(yīng)力的方法予以考慮
1.軸的扭矩強(qiáng)度條件為：
式中：———————扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa；
T———————軸所受的扭矩，單位為；
WT———————軸的抗扭截面系數(shù)，單位為mm；
n———————軸的轉(zhuǎn)速，單位為r/min；
P———————軸傳遞的功率，單位為KW；
d———————計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm
———————許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa
此軸選用45號鋼，值為25－45MPa之間
而通過對軸的計(jì)算，＝5.1MPa; =8.5MPa
,故軸的扭轉(zhuǎn)條件符合要求。
5.2.2按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度條件計(jì)算
此軸的圖4-進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強(qiáng)度，由2簡圖可知，其危險截面為鏈輪所在支點(diǎn)處截面，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書中式（15-5）
及上表中的數(shù)值，并取，軸的計(jì)算應(yīng)力
以選定的軸的材料是45號鋼，調(diào)制處理。由表15-1查得＝60MPa。故安全。
5.2.3軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算
軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示
式中：T——————————軸所受的扭矩，單位為
G——————————軸的材料的剪切彈性模量，單位為MPa，對于鋼材，G＝MPa
——————————軸截面的極慣性矩，單位為mm，對于圓軸，＝
L———————————階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的長度，單位為m.
———————————分別代表階梯軸第段上所受的扭矩、長度和極慣性矩，單位同上
Z———————————階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的軸段數(shù)
綜合上式計(jì)算出=0.32(。)/m
為軸每米長的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用均合有關(guān)，對于一般的傳動軸，可取=0.5-1(。)/m；對于精密傳動軸可?。?.25-0.5(。)/m。對于精度要求不高的軸，可大于1(。)/m。
顯然對于本設(shè)計(jì)中所涉及的軸為一般的傳動軸，，符合扭轉(zhuǎn)剛度要求。
綜上所述，設(shè)計(jì)的軸滿足工作要求?！?
5.3 鍵的選擇及其校核
鍵聯(lián)接時，通常被聯(lián)接的材料構(gòu)造和尺寸已被初步?jīng)Q定，聯(lián)接的載荷也已求得。因此，可根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用要求和工作條件來選擇鍵的類型，再根據(jù)軸的徑從標(biāo)準(zhǔn)中選出截面尺寸并考慮轂長選出鍵的長度，然后用適當(dāng)?shù)男：擞?jì)算公式強(qiáng)度驗(yàn)算。
尺寸根據(jù)軸徑從相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中選取。鍵的長度按輪轂長度選取。根據(jù)工況條件，在軸和聯(lián)軸器的聯(lián)結(jié)時主要傳遞轉(zhuǎn)矩且無軸向的竄動，所以選擇此處選擇半圓鍵聯(lián)接即能滿足要求。普通平鍵主要靠兩側(cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩，平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡單，對中性良好，裝拆方便，應(yīng)用極其最廣，并在市場中占據(jù)較大市場，它也適應(yīng)于高速、高精度或承受循環(huán)、沖擊載荷的場合。
普通平鍵按構(gòu)造分，有圓頭（A 型）、平頭（B 型）及單圓頭（C型）三種。單圓頭（C型）常用于軸端與轂類零件的連接。由于聯(lián)接為軸頭開槽聯(lián)接，與之適用應(yīng)選用C型普通平鍵，國家標(biāo)準(zhǔn)代號為鍵14×9 GB 1096。聯(lián)軸器的輪轂的長度為60mm ,從《機(jī)械傳動裝置設(shè)計(jì)手冊》表18-4中，我們查得鍵的公稱尺寸[10]：
b×h =14×9
b—鍵寬,單位mm
h—鍵高,單位mm
鍵的材料采用抗拉強(qiáng)度不小于600Mpa 的鋼，常用45號鋼。
鍵槽表面的粗糙度：軸槽，鍵槽寬度b兩側(cè)的表面粗糙度參數(shù)Ra 值推薦1.6-3.2um。
平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩要求強(qiáng)度的校核，選擇好的鍵，便是校核其強(qiáng)度是否滿足實(shí)際工作的需要。一般在傳動過程中受的是剪力，所以選擇的鍵是否合適就是校核剪切應(yīng)力是否滿足要求。
5.3.1減速機(jī)軸上鍵的選擇
根據(jù)減速機(jī)軸徑和輪轂長度從標(biāo)準(zhǔn)中選擇鍵的尺寸如下表和圖中所示。
表5 鍵的各參數(shù)
軸
鍵
鍵槽
公 稱
直徑d/mm
公稱
尺寸
b×h
/mm
公稱尺寸
b/mm
寬度b
深度
半徑r
極 限
偏 差
軸t/mm
轂t1/mm
最小
/mm
最大
mm
30
8×7
8
-0.015
-0.051
4.0
3.3
0.16
0.25
圖6 鍵的結(jié)構(gòu)圖
假設(shè)壓力