3241 碰撞式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)
3241 碰撞式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì),碰撞,核桃,破殼機(jī),設(shè)計(jì)
1碰撞式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)1 核桃破殼技術(shù)現(xiàn)狀國外早在 20 世紀(jì) 60 年代初,就著手研制堅(jiān)果破殼機(jī)具,至 80 年代初,美國、 意大利、法國等已相繼推出了各種堅(jiān)果破殼機(jī),如夏威夷果破殼機(jī)、杏仁破殼機(jī) 等。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,堅(jiān)果破殼機(jī)具已日趨成熟,目前,正朝著機(jī)電一體化方向 發(fā)展。 我國在傳統(tǒng)脫殼設(shè)備的基礎(chǔ)上,盡管正在積極研制和開發(fā)各種類型脫殼機(jī)械, 但其發(fā)展相當(dāng)緩慢,同時成熟的機(jī)型及進(jìn)行批量生產(chǎn)的不多,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于農(nóng)產(chǎn)品 深加工的需求。目前開發(fā)出的絕大部分設(shè)備都是采用機(jī)械方式來脫殼。 常見的機(jī)械脫殼方法如下: (1)撞擊法脫殼:撞擊法脫殼是物料籽粒高速運(yùn)動時突然受阻而受到?jīng)_擊力, 使外殼破碎而實(shí)現(xiàn)脫殼。 物料由高速回轉(zhuǎn)甩料盤使籽粒產(chǎn)生一個較大的離心力撞擊壁面,只要撞擊力足夠大,籽粒外殼就會產(chǎn)生較大的變形,進(jìn)而形成裂縫。當(dāng)籽粒離開壁面時,由于外殼和粒仁具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運(yùn)動速度,籽 仁受到的彈性力較小,運(yùn)動速度也不如外殼,阻止了外殼迅速向外移動而使其在 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 較大且外殼較脆的籽粒。 (2)碾搓法脫殼:物料籽粒在固定磨片和運(yùn)動著的磨片間受到強(qiáng)烈的碾搓作 用,使籽料的外殼被撕裂而實(shí)現(xiàn)脫殼。 籽粒經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入定磨片和動磨的間隙中, 動磨片轉(zhuǎn)動的離心力使籽粒沿徑向向外運(yùn)動,也使籽粒與定磨間產(chǎn)生方向相反的 摩擦力;同時,磨片上的牙齒不斷對外殼進(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,并與籽仁脫離,達(dá)到脫殼的目的。(3)剪切法脫殼:籽粒在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓之間受到相對運(yùn)動刀板的剪切力作 用,外殼被切裂并破開,實(shí)現(xiàn)外殼與籽仁的分離。刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座為主要工作部 件,在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板,刀板座呈凹形且?guī)в姓{(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),可根據(jù)籽 粒堅(jiān)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,與刀板之間產(chǎn)生剪切作用,使物料外殼破裂和脫落。(4)擠壓法脫殼:擠壓法脫殼是靠一對直徑相同轉(zhuǎn)動方向相反,轉(zhuǎn)速相等的圓 柱輥,調(diào)整到適當(dāng)間隙,使籽粒通過間隙時受到輥的擠壓而破殼。在破殼的過程中 籽粒能否順利地進(jìn)入兩擠壓輥的間隙,取決于擠壓輥及與籽粒接觸的情況。要使 籽粒在兩擠壓輥間被擠壓破殼,籽粒首先必須被夾住,然后被卷入兩輥間隙被擠 壓破殼。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒破碎率和脫殼率高低的重要因素。(5)搓撕法脫殼:搓撕法脫殼是利用相對轉(zhuǎn)動的橡膠輥筒對籽粒進(jìn)行搓撕作 用而進(jìn)行脫殼。兩膠輥水平放置,分別以不同轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)動,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。籽粒進(jìn)入膠輥工作區(qū)時,與兩 輥面相接觸,如果此時籽粒符合被輥?zhàn)訃氲臈l件,即嚙入角小于摩擦角,就能順 利進(jìn)入兩輥間。此時籽粒在被拉入輥間的同時,受到兩個不同方向的摩擦力的撕 搓作用;另外,籽粒又受到兩輥面的法向擠壓力的作用,當(dāng)籽粒到達(dá)輥?zhàn)又行倪B線 附近時法向擠壓力最大,籽粒受壓產(chǎn)生彈性——塑性變形,此時籽粒的外殼也將 在擠壓作用下破裂,在上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過程 [1]。新型脫殼方法(1)微波法:原理主要是通過微波加熱籽粒內(nèi)部形成高壓水氣,當(dāng)高壓水氣對 果皮壓力大于果皮的拉伸極限應(yīng)力時,果皮破裂,實(shí)現(xiàn)破殼。微波法破殼過程中, 堅(jiān)果果皮的致密結(jié)構(gòu)是其內(nèi)部形成高壓的重要保證;堅(jiān)果含的水分是內(nèi)部產(chǎn)生高 壓水氣的物質(zhì)基礎(chǔ);微波的加熱溫度則是導(dǎo)致產(chǎn)生高壓水氣的外部動力。但是快 速加熱會造成產(chǎn)品的過渡膨脹甚至爆炸。(2)高壓膨脹法:原理是使果實(shí)處于很高的壓力室中,讓果實(shí)在其中停留較長 時間,以使籽粒內(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)生較大的爆破力而沖破殼體,從而達(dá)到脫殼的目的。(3)能量法:原理是讓堅(jiān)果進(jìn)入一個高壓高溫環(huán)境中經(jīng)受一定時間的高壓高 溫作用,使大量熱量聚集于堅(jiān)果殼內(nèi),隨后籽粒瞬間脫離高溫高壓環(huán)境,此時,聚 集在堅(jiān)果殼與仁間的壓力瞬時爆破,實(shí)現(xiàn)脫殼的目的,此法適宜于加工熟食品。(4)高真空度法:將堅(jiān)果放在真空爆殼機(jī)中,在真空條件下,將具有一定水分的堅(jiān)果加熱到一定溫度,在真空泵的抽吸下,堅(jiān)果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā) 而被去除,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)部處于較高壓力狀態(tài)。在內(nèi)外壓力差的作用下,殼內(nèi)的壓2力達(dá)到一定數(shù)值時,就會使外殼爆裂,使外殼脫去。(5)激光法:用激光逐個切割堅(jiān)果外殼。試驗(yàn)顯示,用這種方法幾乎能夠達(dá)到 100%的整仁率,但因其費(fèi)用昂貴、效率較低等原因,很難得到推廣。(6)超聲波法:采用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生大于 20kHz 的超聲波作用在堅(jiān)果籽粒 外表面上,經(jīng)沖擊、碰撞、摩擦等多種力綜合作用進(jìn)行破殼?？蓱?yīng)用于果皮結(jié)構(gòu) 不太堅(jiān)硬的堅(jiān)果。(7)燃燒法:該法用液化氣火焰在高溫下將堅(jiān)果物料外殼燒掉,然后對未燒盡 的物料進(jìn)行擠壓刮皮,使仁、衣分離,將仁、衣一起進(jìn)入分離器,仁在此被分離出, 再將仁進(jìn)行清洗即可。這種方法脫殼率高,但燃燒溫度較難控制,很容易使物料熟化甚至焦化,這種脫殼工藝獨(dú)特,是國外技術(shù)專利,故整套設(shè)備價格昂貴。 (8)化學(xué)腐蝕法:化學(xué)脫殼主要是將待脫殼的堅(jiān)果浸入脫殼溶液中。 該溶液用來軟化物料外殼并溶去一部分外殼,然后取出果實(shí)再利用機(jī)械方式脫去外殼。這種方法需添加其它化學(xué)成分如堿、 酶等,這些添加物會使產(chǎn)品具有異味異質(zhì),影響 成品品質(zhì)風(fēng)味,但此方法整仁率較高。(9)復(fù)合型:對一些堅(jiān)果使用一種方法不能達(dá)到很好的破殼效果時,可利用幾 種破殼原理,合理地組合在一起,以克服和彌補(bǔ)單一脫殼法的不足,實(shí)現(xiàn)堅(jiān)果的高 效脫殼 [2]。 在技術(shù)上還存在如下問題: a)脫殼率低,脫殼后的籽仁破碎率高,損失大。 b)機(jī)具性能不穩(wěn)定,適應(yīng)性差。c)通用性差:多數(shù)脫殼機(jī)只適應(yīng)某一種籽粒的脫殼作業(yè),而不能夠通過更換主要 工作部件來適應(yīng)其他籽粒的脫殼,利用率低。 d)作業(yè)成本偏高:我國脫殼機(jī)械尚未形成規(guī)模和系列,多數(shù)是單機(jī)制造,制造的工藝水平較低,故制造成本偏高。e)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、可靠性、耐久性及商品性等方面還存在不少問題 [3]。2 核桃破殼機(jī)總體結(jié)構(gòu)核桃破殼機(jī)主要組成部分：入料口、上機(jī)殼、滾筒、機(jī)架等部分組成。整體組成如圖 1 所示：3圖 1 破殼機(jī)結(jié)構(gòu)圖入料口與核桃破殼機(jī)的上蓋部分相連，它是利用 2mm 厚的鋼板制成，入料 部位與滾筒的凸筋部位相切，將從入料口進(jìn)入的核桃，下滑到凸筋部位，由凸筋拋出進(jìn)行撞擊。上機(jī)殼與入料口固定連接，采用焊接方式連接，所用材料為 3mm 厚鋼板，下部與 15mm 厚鋼板焊接，與機(jī)架通過螺栓固定連接。 滾筒部分主要是由滾筒、凸筋、圓板焊接而成。核桃在滾筒和凸筋之間被拋出，使其撞在輻條篩上，落到脫殼室咽喉處，由滾筒與輻條篩擠壓破碎，破碎的核桃掉入下部出口。輻條篩起碰撞擠壓作用，它是由一定數(shù)量的圓鋼焊接在上機(jī)殼兩側(cè)鋼板上，每兩根圓鋼之間的縫隙可以將核桃卡住，然后快速旋轉(zhuǎn)的滾筒將被卡住的撞破的核桃擠碎。機(jī)架由角鋼和鋼板通過焊接方式連接為整體，與上機(jī)殼通過螺栓固定。3 核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)3.1 電動機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求滾筒需用一定的速度將核桃拋出并撞裂，再進(jìn)行擠碎。3.2 電動機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)資料得主軸的轉(zhuǎn)速在 300-700 轉(zhuǎn)/ 分，按《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》推薦的傳動比合理取值范圍，取 V 帶的傳動比 2～4，即可滿足電動機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配。由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》查出三種適宜的電動機(jī)型號，因此有三種不同的傳動比方案，如表 3-1 所示：表 3-1 電動機(jī)的型號和技術(shù)參數(shù)及傳動比方案 電動機(jī)型號額定功率 P/kW同步轉(zhuǎn)速r/min滿載轉(zhuǎn)速r/min效率（%）電動機(jī)重量（KG）功率因數(shù)1 Y90S-2 1.5 3000 2840 78 22 0.852 Y90L-2 2.2 3000 2840 82 25 0.8643 Y90L-4 1.5 1500 1400 79 27 0.79綜臺考慮電動機(jī)和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動的傳動比，可知方案 2 比較適合。因此選定電動機(jī)型號為 Y90L-4。所選電動機(jī)的額定功率 P＝1.5kw，滿載轉(zhuǎn)速 n=1400r／min ，總傳動比適中，傳動裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。如表 3-2 所示：表 3-2 Y90L-2 主要參數(shù)如下表型 號 額定功率KW轉(zhuǎn)速r/min電流/A 效率（%）功率因數(shù) 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩Y90L-4 1.5 1400 3.65 79 0.79 6.5 2.2 2.2表 3-3 電動機(jī)尺寸列表 （ ）m中心高H外形尺寸 HDACL???)2(底腳安裝尺寸 B地腳螺栓孔直徑 K軸伸尺寸ED?裝鍵部位尺寸 GF90 1905.43125410 50242084 帶及帶輪的設(shè)計(jì)根據(jù)核桃破殼機(jī)的具體傳動要求，可選取電動機(jī)和主軸之間用 V 帶和帶輪的傳動方式傳動，因?yàn)樵谄茪C(jī)的工作過程中，傳動件 V 帶是一個撓性件，它賦有彈性，能緩和沖擊，吸收震動，因而使破殼機(jī)工作平穩(wěn)，噪音小等優(yōu)點(diǎn) [4]。雖然在傳動過程中 V 帶與帶輪之間存在著一些摩擦，導(dǎo)致兩者的相對滑動，使傳動比不精確但不會影響破殼機(jī)的傳動，因?yàn)槠茪C(jī)不需要精確的傳動比，只要傳動比比較準(zhǔn)確就可以滿足要求，而且 V 帶的彈性滑動對破殼機(jī)的一些重要部件是一種過載保護(hù)，不會造成機(jī)體部件的嚴(yán)重?fù)p壞，還有 V 帶及帶輪的結(jié)構(gòu)簡單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝，所以，在電動機(jī)與核桃破殼機(jī)之間選用 V 帶與帶輪的傳動配合是很合理的。選擇 V 帶和帶輪因當(dāng)從它的傳動參數(shù)入手，來確定 V 帶的型號、長度和根數(shù)，再來確定導(dǎo)輪的材料、結(jié)構(gòu)和尺寸（輪寬、直徑、槽數(shù)及槽的尺寸等） ，傳動中心距（安裝尺寸） ，帶輪作用在軸的壓力（為設(shè)計(jì)軸承作好準(zhǔn)備） 。4.1 確定計(jì)算功率 （4-PKAca??1）其中： —工作情況系數(shù)—電動機(jī)的功率查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》一書中的表 8-7 可知： =1AK5.1??caP4.2 選擇 V 帶的型號根據(jù)計(jì)算得知的功率 和電動機(jī)上帶輪（小帶輪）的轉(zhuǎn)速 （與電動機(jī)一樣的速度） ，查caP1n《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》一書圖 8-10，可以選擇 V 帶的型號為 Z 型。4.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑（1）初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑 ：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》一書，可選擇 V 帶的型號參考表1d8-6 和表 8-8，選取小帶輪直徑 =71mm。（2）計(jì)算 V 帶的速度 V：smndv 2.50647.3106??????V 帶在 ～ 的范圍內(nèi)，速度 V 符合要求。5sm取傳動比為 3 轉(zhuǎn)速合適。5（3）計(jì)算從動輪的直徑 2dmdi132??根據(jù)表 8-8 取 =224mm 2實(shí)際傳動比 i=3.154.4 確定傳動中心距 a 和帶長 L取 （4-)()(7.02121 dd????2）即： 4740??得： ma5688.9?。?0?帶長 （4-012104)()(2aDLd ?????3）即： 774.3??得： md158?按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》一書中查表 8-2，選擇想近的基本長度 可查得： 。dLmd1250?實(shí)際的中心距可按下列公式求得：396215804200 ?????dLa.3.715maxin?d中心距范圍 377.25－433.50mm。4.5 驗(yàn)算主動輪上的包角（4-012017.58????4）即： ?5.196394001 ??求得 ： 滿足 V 帶傳動的包角要求。25.＞a4.6 確定 V 帶的根數(shù) V 帶的根數(shù)由下列公式確定： （4-kpkpZlac????)(005）其中 ： —單根普通 V 帶的許用功率值 0p(w—考慮包角不同大的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)?k—V 帶的基準(zhǔn)長度系數(shù)，取 。l 1.?lk—計(jì)入傳動比的影響時，單根普通 V 帶所能傳遞的功率的增量。0?由 和 查表 8-4a 得min/284rn?d71?kp5.0由 和 i=3.15 查表 8-4b w4?查表取值： 95.?k.lk（4-69.0)(0??Lrp5）6所以： 6.2??rcapZ即： 取 根。.34.7 確定帶的初拉力 單根 V 帶適當(dāng)?shù)某趵? 由下列公式求得0F20k-5.2qvzpFca????）（其中： —傳動帶單位長度的質(zhì)量，qmkg即： N50.732.10.52.1039.4)(0 ???4.8 求 V 帶傳動作用在軸上的壓力為了設(shè)計(jì)安裝帶輪軸和軸承，比需確定 V 帶作用在軸上的壓力 ，它等于 V 帶兩邊的初拉力Q之和，忽略 V 帶兩邊的拉力差，則 值可以近似由下式算出：Q即： NFZP 93.42sin2)(0min????5 V 帶帶輪的設(shè)計(jì)5.1 帶輪的材料選擇因?yàn)閹л喌霓D(zhuǎn)速 ，即 ，轉(zhuǎn)速比較底，所以材料選定為灰鑄鐵，硬度sv5.1smv5＜為 。10HT5.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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，選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的型號來確定帶論輪槽的尺寸，設(shè)計(jì)如下：主動帶輪的結(jié)構(gòu)選擇 因?yàn)楦鶕?jù)主動帶輪的基準(zhǔn)直徑尺寸 ，而與主動帶輪配合的md71?電動機(jī)軸的直徑是 ，因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 ，所以主動帶輪采用實(shí)心md24?d）＜ （ 3~5.21式。帶輪參數(shù)的選擇：通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》一書，可以確定主動帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表，其他的相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算求得?！ ”?5-1 帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 單位（mm）槽型 dbminahinfe minf??Z 8.5 2 7 12±0.3 7 13 ?34主動帶輪的厚度可以由計(jì)算公式： （5-dL??)2~5.1(1）即 ： mL48?主動帶輪的結(jié)構(gòu)如圖 5-1：7圖 5-1 主動帶輪的結(jié)構(gòu)5.3 從動帶輪的設(shè)計(jì)從動帶輪的結(jié)果選擇 因?yàn)楦鶕?jù)主動帶輪的基準(zhǔn)直徑和傳動比來確定，即 ，md24?，所以從動帶輪采用腹板式。md302＜從動帶輪的參數(shù)選擇：通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》一書，可查得帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)間表，其他一些相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算求得?！ ”?5-2 帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 單位（mm）槽型 dbminahinfe minf??Z 8.5 2 7 12±0.3 7 13 ?34從動帶輪的厚度可以由計(jì)算公式：（5-2）dB??)~5.1(當(dāng) B＜1.5d 是，L=B 求得即 ： mL48從動帶輪的結(jié)構(gòu)如圖 5-2：8圖 5-2 從動帶輪的結(jié)構(gòu)6 傳動軸的設(shè)計(jì)傳動軸是核桃破殼機(jī)的主要設(shè)計(jì)部件之一，它在核桃破殼機(jī)正常工作過程中，承擔(dān)主要轉(zhuǎn)矩、扭矩、彎矩和支撐傳動軸上的回轉(zhuǎn)零件，核桃破殼是瞬時沖擊很大，而且沖擊次數(shù)很頻繁的工作環(huán)境，因此傳動軸的設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的一個步驟 [5]。它的主要公用是：一是支持軸上所安裝的回轉(zhuǎn)零件，使其有確定的工作位置；而是傳遞軸上的運(yùn)動和動力。軸按照軸線形狀的不同，可以分為曲軸、直軸、軟軸和撓形軸等，根據(jù)核桃破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和組成形狀及工作強(qiáng)度和環(huán)境的要求，核桃破殼機(jī)的主軸選用直軸形式傳遞，而且選用直軸中的階梯軸。此軸的設(shè)計(jì)如下：根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來初步計(jì)算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗(yàn)公式：（6-30npAd?1）其中： —軸常用的幾種材料的 的 值0??T?0A—主軸上的功率 kw—主軸上的轉(zhuǎn)速 nminr軸上的材料由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書中表 18—1 可以查到，應(yīng)選取調(diào)質(zhì)處理的 45 號鋼，，書中表 18—2 取 ，于是得 ： MPB650??0?（6-d1845.13min??2）輸出軸上的最小直徑顯然是安裝帶輪的內(nèi)孔，必在軸上開有鍵槽，因此，為了開鍵槽又不消耗輸出軸的強(qiáng)度，可以使周的直徑增加 7%以上，這樣增加輸出軸的尺寸，因而可以提高軸的工作強(qiáng)度。即： md26.19%)7(18)7(?????主輸出軸的最小直徑是安裝帶輪處的直徑，為了使所選的軸直徑與帶輪相配合，故使輸出軸端的軸徑選為 20 。m在《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》一書。查表可以得知帶輪的厚度 ，則取輸出軸的次段軸徑為mB48?，其長度為 。20?56.1 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度為了滿足帶輪的軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ軸段右端需要制出一個軸肩，故?、颉蠖蔚妮S直徑，輸出軸的徑向定位由普通平鍵來完成。d49選用鍵的型號為普通平鍵 為 。鍵的型號可以通過查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》lhb?406?一書取得。6.2 初步選擇輸出軸系 由破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸可知所設(shè)計(jì)的軸上裝有帶輪和滾筒，其上的凸筋，但由于受力不大可以忽略它的受力。又根據(jù) ，初步選取支撐的軸承為深溝球軸承，在《機(jī)械設(shè)實(shí)用md25?冊》查得深溝球軸承的型號為 6305，它的結(jié)構(gòu)尺寸 為 ，選軸承座型號BDd?17625?SN305，?、蟆?Ⅳ段與Ⅴ—Ⅵ段的直徑相等，即 。32?考慮到機(jī)體的制造誤差等原因造成的安裝錯位或是借口不齊等，滾動軸承應(yīng)在機(jī)體內(nèi)有一段移動的位移，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可等位移量 。s8取安裝滾筒的軸Ⅳ—Ⅴ段的直徑為 ，軸承與軸肩用軸端擋圈固定，左、右兩端采40用的軸承用軸承座固定軸承，配合為 ，其上滾筒，已知滾筒長為 。67kHm740軸的基本結(jié)構(gòu)如圖 6-1：圖 6-1 軸的結(jié)構(gòu)6.3 確定輸出軸上的圓角半徑 值 r按前面所述的原則，求出軸肩處的圓角半徑 的值，詳細(xì)見圖。r軸端倒角在軸的兩端均為 ，小軸肩為 軸肩的作用是使階梯直軸在軸徑改變截0452?045.1?面上減小應(yīng)力集中。6.4 按彎扭合成條件校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的強(qiáng)度（既危險截面 c 的強(qiáng)度） 。6.4.1 作軸的簡圖圖 6-2 軸簡圖6.4.2 求輸出軸上的所受作用力的大小根據(jù)公式： （6-npT??9503）10其中： —電動機(jī)的額定功率 pkw—主軸的轉(zhuǎn)速 nminr即： NT????73.145.9506.4.3 滾筒上的合力根據(jù)公式： （6-dFt24）其中 ： —輸出軸的軸心到凸筋的距離即 ： Nt 06.597134??根據(jù)受力分析即 ： Ftr.由于核桃破殼機(jī)的主軸軸向不受力。 則取 0?aF圓周力 徑向力 軸向力 的方向如圖 6-3 所示：tra圖 6-3 水平方向受力與彎矩6.4.4 軸上水平面內(nèi)所受支反力根據(jù)公式： （6-321LFtH???5）其中： —是輸出軸上Ⅲ—Ⅳ段的中心線到Ⅳ—Ⅴ段距左端三分之一處的距離2L—是輸出軸上Ⅳ—Ⅴ段距左端三分之一處到右端Ⅴ—Ⅵ段中心線之間的距離 3即 ： NFH5.981?根據(jù)公式： 求得 12HtF?即 ： .6.4.5 軸在垂直面內(nèi)所受的支反力根據(jù)公式： （6-3231 )(*Lrv???6）11即 ： NFv23.451?根據(jù)公式 ： （6-1vr?7）即 ： v8.26.4.6 作彎矩圖 在水平面內(nèi)，軸上 、 、 三點(diǎn)的彎矩為 ：BCD根據(jù)公式 ： 0?HM求得21LFHD??即： mNC?48.作水平面內(nèi)彎矩圖如圖 1（b）所示在垂直面內(nèi)，軸上 、 、 三點(diǎn)的彎矩為 ： AB根據(jù)公式 ： 0?CV求得31LFv?即 ： MCv??.4781根據(jù)公式 ： 求得23122 *)(*LFNVVv ??即 ： mNv?.62作垂直面內(nèi)彎矩圖如圖 6-4 所示：圖 6-4 垂直方向受力和彎矩合成的彎矩為 ：0?CBMmNVH??35.189421v62作軸的合成彎矩圖如圖 6-5 所示。12圖 6-5 總彎矩圖6.4.7 作扭矩圖根據(jù)公式 ： （6-npTCB??9508）即 ： mN??73.145.其中 ： —電動機(jī)的額定功率 pkw—主軸轉(zhuǎn)速 nminr0?DT作軸的扭矩圖 6-6 所示：圖 6-6 扭矩圖6.5 校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的強(qiáng)度（既危險截面 c 的強(qiáng)度） 。由經(jīng)驗(yàn)公式及上面計(jì)算出的數(shù)值可得出。公式 ： （6-??acac MPWTM???????22)(9） 式中 ： —軸的抗彎拋面模量， 3m—軸的許用應(yīng)力， 。??a按軸實(shí)際所受彎曲應(yīng)力的循環(huán)特性，在 、 、 中選取其相應(yīng)的數(shù)值，從《機(jī)??b1?b0??b1?械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》可以查出。 acac MPWM5.401.082593????按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》書中查得，對于 的碳鋼，承受對稱循環(huán)變應(yīng)力時的許用6B?a13應(yīng)力 。??acaⅢMPP51.405???其他截面雖然引起的應(yīng)力集中削弱疲勞強(qiáng)度，但由于最小直徑按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以無需校核。7 滾筒的設(shè)計(jì)滾筒是核桃破殼機(jī)的主要部件之一，它直接關(guān)系到核桃破殼機(jī)正常工作時整體的破殼效果情況。滾筒主要由三部分組成：鋼管、鋼筋、連接圓板。三者固定為整體，采用焊接方式連接。它的功能是采用滾筒上的凸筋，均勻快速的轉(zhuǎn)動情況下，將進(jìn)入的核桃拋出，被拋出的核桃與輻條篩撞擊破裂，當(dāng)其進(jìn)入脫殼室咽喉出被凸筋與輻條篩擠壓破殼。凸筋是數(shù)條鋼筋焊接在滾筒上的，圓筒用的是鋼管，圓筒兩端通過圓鋼板使?jié)L筒與軸通過焊接方式連接在一起，核桃破殼機(jī)的主要功能是碰撞擠壓破殼，而滾筒在工作中起到了重要作用，因此，滾筒是破殼機(jī)的設(shè)計(jì)的主要部件。滾筒和輻條篩與核桃擠壓部分的硬度對破殼有影響，若硬度太低,滾筒及輻條篩容易磨損和產(chǎn)生變形,使用壽命縮短。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,影響破殼。試驗(yàn)結(jié)果證明,采用 HRC 硬度為 40~50 的 45 鋼較合適。圖 7 滾筒8 圓盤的設(shè)計(jì) 圓盤是將滾筒與主軸固定的主要部件，它不僅起連接作用，而且還可以承擔(dān)滾筒和主軸傳遞的力矩和彎曲及扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，它位與滾筒的兩端，且采用焊接式連接，同時與主軸也要相對固定，采用焊接的連接方式，因此，圓盤的設(shè)計(jì)也是滾筒強(qiáng)度高低的要部件。由《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》一書，查得圓盤的材料采用剛度和強(qiáng)度較好多 45 鋼制成，其直徑 ，圓盤中心應(yīng)裝套md270?在主軸的直徑上（ ） ，因此，圓盤的中心應(yīng)設(shè)定為 的孔，以便安裝在軸上，md40?41?圓盤的厚度選為 。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 8 所示：514圖 8 連接圓板9 入料口及破殼機(jī)上蓋的設(shè)計(jì)入料口是將核桃填入核桃破殼機(jī)機(jī)體內(nèi)的一個重要部分，它是核桃破殼機(jī)上的一個部件，它的作用在于通過入料口可以將核桃順利的填入機(jī)體內(nèi)，而且不會將核桃從入料口飛濺出來，造成人員傷害等事故發(fā)生，而且在填入的過程中或是填入后的工作過程中，破殼機(jī)機(jī)能安全的工作，因此，核桃破殼機(jī)的入料口的設(shè)計(jì)，即關(guān)系到核桃破殼機(jī)的工作質(zhì)量及安全 [6]。在設(shè)計(jì)核桃破殼機(jī)入料口時應(yīng)當(dāng)考慮到設(shè)計(jì)不當(dāng)可能發(fā)生的危害，需要精心的設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵趯⒑颂姨砣肫茪C(jī)時，電動機(jī)在高速的旋轉(zhuǎn)，連同它的主軸一起旋轉(zhuǎn)，這種填料方式對主軸、對機(jī)體都有很大的副作用，有可能瞬時加大主軸的承擔(dān)負(fù)載，即同時加大主軸的彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等，如果入料口的填料方式不利于主軸的工作，就會加大了滾筒上的凸筋的磨損和老化等。如果入料口的設(shè)計(jì)不當(dāng)，會造成主軸的瞬時被卡死，電動機(jī)悶車等現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象對電動機(jī)和核桃破殼機(jī)的主軸有及大的破壞性。核桃破殼機(jī)的入料口與破殼機(jī)的上蓋相連接為一體，即入料口安裝在核桃破殼機(jī)的上蓋上，兩者均采用 2mm 的薄鐵板制成，焊接連接，核桃破殼機(jī)的上蓋成方形。上蓋上的入料口設(shè)計(jì)很重要。核桃破殼機(jī)的上蓋的兩端部位、入料口的兩側(cè)及中間部位，均采用鐵條加固，其連接的方式采用焊接，這樣可以提高核桃破殼機(jī)的上蓋的剛度，不宜變形，同樣也有支撐作用。破殼機(jī)的上蓋整體焊接兩個角鐵上，目的是便于與破殼機(jī)的下半部分安裝，將破殼機(jī)上蓋的緣地腳與角鐵焊接相連，角鐵采用的厚度為 ，長度為 810mm，起加固作mh3?用的鐵條同樣焊接在兩個角鐵上，以加堅(jiān)固。在核桃破殼機(jī)上蓋的兩端設(shè)有兩個半圓形狀的鐵板，其采用的材料是一樣的，目的一是保障工作人員的安全，因?yàn)樵谄茪C(jī)正常工作時，它的主軸高速旋轉(zhuǎn)，如果沒有兩打的鐵板擋住，有可能工作人員不甚將手或衣服絞進(jìn)破殼機(jī)中，造成人員傷亡等事故發(fā)生。二是阻擋破殼后的核桃飛濺，核桃被破殼機(jī)破殼后，由于主軸的高速旋轉(zhuǎn)擊打破殼下的核桃四處飛濺，致使核桃不能很好的收集起來，如果核桃破殼機(jī)上蓋的兩端沒有著兩快鐵板的攔擋，同時飛濺的核桃碎殼也給工作人員帶來危險，因此核桃破殼機(jī)上蓋兩端的擋板設(shè)計(jì)是必要的，也是必須的 [7]。而且，根據(jù)它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，擋板在核桃破殼機(jī)安裝中是縱向布置的，兩個擋板都應(yīng)該騎壓軸承座，即擋板的設(shè)計(jì)即要考慮到它與破殼機(jī)上蓋的連接又要考慮到它與軸承座的配合，而且，兩端開口，它與軸承相交處的形狀根據(jù)軸承來確定，其結(jié)構(gòu)如圖 9 所示：15圖 9 上機(jī)殼10 機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架是核桃破殼機(jī)的主要支撐部件，機(jī)架的堅(jiān)固是核桃破殼機(jī)的工作穩(wěn)定、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的基礎(chǔ)，它是承擔(dān)所有來自軸及電動機(jī)、滾筒的沖擊和應(yīng)力，因此機(jī)架無論是從結(jié)構(gòu)上還是從材料上，都應(yīng)該采用堅(jiān)固的穩(wěn)定的材料和樣式制成。就此核桃破殼機(jī)來說，它的沖擊載荷和內(nèi)部的應(yīng)力偏低，電動機(jī)達(dá)到動力偏小，以及所選用的機(jī)型比較輕便，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊》一書，查得的設(shè)計(jì)材料可采用角鐵支撐，角鐵支撐的好處在于：在角鐵材料本身所支撐的載荷范圍條件下，不會發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，雖然有較小的彈性變形，也不會影響破殼機(jī)機(jī)機(jī)體的堅(jiān)固、穩(wěn)定的效果，盡管在核桃破殼機(jī)正常工作的情況下，也不會影響核桃破殼機(jī)的整體效果 [8]。選擇角鐵的厚度為 。m4在機(jī)架上有兩段橫梁，要求它的工作強(qiáng)度大，承載能力強(qiáng)，受沖擊載荷、彎矩、扭矩不會變形，因此這兩端橫梁選為角鐵的厚度為 ，這樣的材料來支撐核桃破殼機(jī)的主要載荷部分。核4桃破殼機(jī)的機(jī)架上安裝有一出口，目的是當(dāng)破殼機(jī)將核桃破殼后，核桃從脫殼室中漏出，落到出出口上，核桃順著斜板下滑，從而滑出機(jī)體之外，達(dá)到將核桃破殼的完成，而隨時地將核桃排出機(jī)體之外，它的材料也同樣是選用 2mm 后的鐵板制成。從機(jī)架的整體來看，機(jī)架的選料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、受力的部署及破殼核桃的排出，可以看出核桃破殼機(jī)的機(jī)架是滿足要求的，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 10 所示：圖 10 機(jī)架16小 結(jié)農(nóng)業(yè)機(jī)械化是發(fā)展的方向,是減輕勞動者的強(qiáng)度,節(jié)省時間,提高效率的較好途徑.核桃破殼機(jī)是核桃破殼加工的機(jī)器,起主要功能是將核桃仁與核桃殼分開,達(dá)到核桃破殼的目的,此產(chǎn)品是一種先進(jìn)的機(jī)型,生產(chǎn)率較高,而且單位時間內(nèi)生成效率高,是現(xiàn)在市場上應(yīng)用前景很廣的產(chǎn)品,但是,此產(chǎn)品也有一些不足之處,比如它的破殼率,破殼效果等缺點(diǎn),但對于核桃破殼的效率確是得到了提高,其主要優(yōu)勢是效率高。因此,在今后還要對核桃破殼機(jī)的開發(fā),使核桃破殼機(jī)更加完善,效率高。17致 謝經(jīng)過幾個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)忙碌之后，設(shè)計(jì)最終完成，設(shè)計(jì)過程中遇到許多的問題，在眾多老師和同學(xué)的幫助下予以解決。首先要感謝張宏老師對我的指導(dǎo)和督促，在設(shè)計(jì)過程中張宏老師不僅給我指出了正確的設(shè)計(jì)方向，而且還使我加深了對知識的理解，同時也避免了在設(shè)計(jì)過程中走彎路，張宏老師的督促使我一直把畢業(yè)設(shè)計(jì)放在心里，保證按質(zhì)按量的完成；還要感謝同組同學(xué)，是大家相互幫助，相互交流，解決存在的一些問題，使我能夠按時完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。大學(xué)生活即將畫上句號，在這四年中我是充實(shí)的、快樂的，在這里感謝我的母?！锬敬髮W(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機(jī)會，使我學(xué)到了許多新的知識、知道了知識的可貴與獲取知識的辛勤。18參考文獻(xiàn)[1]史建新,高大中,王學(xué)農(nóng).6HP-150 型核桃破殼機(jī)[J].糧油加工與食品機(jī)械,2000,(1):28-29. [2]李忠新,楊軍,楊莉玲.核桃破殼取仁工藝及關(guān)鍵設(shè)備[J]. 農(nóng)機(jī)化研究 ,2008,(12):27-29,89. [3]李忠新,楊軍,楊莉玲.一種核桃破殼取仁設(shè)備的研究[J]. 中國農(nóng)機(jī)化 ,2011,(3):104-106. [4]董詩韓,史建新.多輥擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)[J].農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2011,34(1):62-65. [5]何義川,史建新.核桃殼力學(xué)特性分析與試驗(yàn)[J]. 農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào) ,2009,32(6):70-75. [6]史建新,辛動軍.國內(nèi)外核桃破殼取仁機(jī)械的現(xiàn)狀及問題探討 [J].農(nóng)機(jī)化,2001,(6):29-32. [7]梁莉,郭玉明,廉曉華.微波核桃破殼力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)與分析 [C].第六屆博士生學(xué)術(shù)年會論文集.2008:448-452. [8]梁莉,郭玉明,張鵬.微波核桃破殼及對殼體材料拉伸力學(xué)性質(zhì)的影響研究 [C].紀(jì)念中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會成立三十周年暨中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會 2009 年學(xué)術(shù)年會(CSAE2009)論文集.2009:1-2.
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