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長沙學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)
摘 要
我國目前的山楂去核機械的發(fā)展狀況比較落后，由于缺少良好的設(shè)備，加工手段落后，生產(chǎn)效率低，致使一些地區(qū)水果積壓腐爛現(xiàn)象，給果農(nóng)造成很大的經(jīng)濟損失。山楂去核手工作業(yè)現(xiàn)在在中國仍然是主要的加工手段，不僅占用大量勞動力、勞動強度大、生產(chǎn)效率低，而且衛(wèi)生安全得不到有效的保障。去核作業(yè)是山楂加工工序中十分重要的前處理工序。以往的手工操作遠不能滿足現(xiàn)代山楂加工的需求，不僅占用大量的勞力、勞動強度大、生產(chǎn)效率低，且產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。本設(shè)計主要是為了解決山楂去核作業(yè)的勞動強度大，安全衛(wèi)生，提高生產(chǎn)效率，降低山楂果實破損率，保證山楂產(chǎn)品的質(zhì)量。因此，山楂去核機有很好的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：山楂；去核機；設(shè)計
Abstract?
Development?situation?of?China's?current?Hawthorn?nuclear?machinery?is?relative-hly?backward,?due?to?the?lack?of?good?equipment,?processing?methods?are?backward,?low?production?efficiency,?resulting?in?some?areas?appear?fruit?backlog?rotten?phenom-enon,?caused?great?economic?losses?to?farmers.?Hawthorn?nuclear?manual?operation?n-ow?in?China?is?still?the?main?means?of?processing,?not?only?takes?up?a?lot?of?labor,?hig-h?labor?intensity,?low?productivity,?and?health?and?safety?are?not?effectively?guarantee.?Pitted?pretreatment?procedure?is?very?important?in?the?process?of?hawthorn?processing.?The?old?manual?operation?cannot?meet?the?modern?Hawthorn?processing?requirement-s,?not?only?takes?up?a?lot?of?labor,?labor?intensity?is?high,?the?production?efficiency?is?l-ow,?and?the?product?quality?is?difficult?to?control.?This?design?is?mainly?to?solve?the?Hawthorn?nuclear?operation?labor?intensity,?safety?and?health,?improve?production?effi-ciency,?reduce?the?damage?rate?of?hawthorn?hawthorn?fruit,?guarantee?the?quality?of?t-he?products.?Therefore,?application?prospect?of?small?Hawthorn?nuclear?machine?has?avery?good.
Keywords:Haw；Stoner；Design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1本文研究的目的和意義 1
1.2 國內(nèi)外核果類去核機械的發(fā)展情況 1
1.3 山楂的特性和山楂去核機的應(yīng)用前景 2
第二章 山楂去核機總體設(shè)計 4
2.1總體方案設(shè)計 4
2.2電動機的選擇 5
2.2.1 選擇電動機系列 5
2.2.2 選擇電動機功率 6
第三章 主要機構(gòu)部件設(shè)計 7
3.1傳動裝置的設(shè)計 7
3.1.1 傳動方式的選擇 7
3.1.2 同步帶帶傳動的設(shè)計 8
3.2分度機構(gòu)設(shè)計 10
3.2.1 蝸輪蝸桿傳動設(shè)計 10
3.2.2 分度圓盤設(shè)計 16
3.2.3去核機分度圓盤主軸 17
3.2.4軸承選擇 20
3.3去核機構(gòu)設(shè)計 22
3.3.1氣動系統(tǒng)的設(shè)計 22
3.3.2 氣缸的設(shè)計 24
3.3.3山楂去核刀具 30
總 結(jié) 31
參考文獻 32
致 謝 33
35
第一章 緒論
1.1本文研究的目的和意義
我國地域遼闊、資源豐富。具有得天獨厚的發(fā)展水果加工業(yè)的良好條件。水果深加工已成了農(nóng)民致富的一條主要途徑，不論是社會效益還是經(jīng)濟效益都是十分可觀的。核果類水果主要是指桃、杏、李、山楂、紅棗及橄欖等。它們在水果總產(chǎn)量中占有較大比例，以它們?yōu)樵?，加工成飲料、罐頭、果脯及果干制品時，去核作業(yè)是水果加工業(yè)中十分重要的前處理工序。以往的手工操作遠不能滿足現(xiàn)代水果加工的需求，不僅占用大量的勞力，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，且產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。但是我們也看到，在果樹種植業(yè)蓬勃發(fā)展的今天，由于缺少性能良好的設(shè)備，加工手段落后，生產(chǎn)效率低，有些地區(qū)還出現(xiàn)鮮果品積壓腐爛現(xiàn)象，給果農(nóng)造成不應(yīng)有的經(jīng)濟損失。許多地區(qū)的果品加工廠，其前處理生產(chǎn)環(huán)節(jié)，如去核、去皮、清洗等，至今基本上仍靠手工或十分簡陋的工具完成。因此，在我國發(fā)展去核機械等前處理設(shè)備，取代手工作業(yè)是一種必然趨勢。針對中國水果資源豐富、分布廣泛的特點，特別要加大對中小型去核機具的研制，以適應(yīng)廣大果農(nóng)及小型果品加工廠的需求。只有這樣，才會有豐富多樣的食品來滿足人們的需求，才能保護果農(nóng)種植的積極性。
山楂在我國分布十分廣泛，產(chǎn)量每年可達上萬噸，由于山楂是季節(jié)性比較強的水果品種，受其本身特性所限，其貯存期較短，一般是3個月，而且其果酸含量較高，需要加工后貯存和食用。山楂的加工產(chǎn)品中，糖水罐頭占主要部份，加工量最大。而在其加工過程中，以山楂去核最耗費人力和時間。目前國內(nèi)主要以手工去核為主，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，一般每人每天(以8 h計)只能加工山楂50~60 kg(每只山楂以10 g計)，遠遠不能滿足生產(chǎn)發(fā)展的需求。且山楂中的果酸對人體的肌膚有一定的腐蝕作用。因此，各中、小型罐頭廠急需性能優(yōu)良的山楂去核機。
1.2 國內(nèi)外核果類去核機械的發(fā)展情況
國外20世紀60年代就著手研制水果去核機，至20世紀80年代初美國、意大利、荷蘭等國已相繼推出了粘核桃去核機、橄欖去核機等。去核工序基本上實現(xiàn)了自動化。經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，已日趨完善、成熟。目前，正向著節(jié)能型和機電一體化方向發(fā)展，以電腦自控作業(yè)為主。但中國的水果去核機具發(fā)展緩慢，遠遠落后于種植業(yè)的發(fā)展。
日本生產(chǎn)一種刮板式去核機，去核后的果肉可達5毫米左右，由篩孔排出，桃核從尾端排出，該機適用于粘核型桃的去核加工，它具有成本較低，生產(chǎn)率高，去核效果好等特點。國外也研制出了橄欖去核機，它可以依靠果模組裝在鏈條或滾筒上，形成輸送和定位，并采用一排刀具（包括上刀和下刀），對橄欖進行多刀去核作業(yè)，其生產(chǎn)效率比使用單刀的設(shè)備高得多。
美國FMC公司80年代初向市場推出了一種自動轉(zhuǎn)矩式粘核桃去核機。每分鐘可加工80個桃子，其生產(chǎn)率約800 kg/h左右。該機采用14個小杯對桃子進行定位和輸送。每個杯子底部有一帶凸起的小轉(zhuǎn)軸（見圖1）。小軸在鏈條帶動下始終旋轉(zhuǎn)著，只要杯內(nèi)桃子的凹部不在小凸起的上方，桃子外圈就會與凸起接觸并被其帶動旋轉(zhuǎn)著，直到圖示正確位置為止。這時，桃子保持直立狀態(tài)，劈刀將果內(nèi)劈成兩半后，夾持挑子的兩個橡膠夾板相向轉(zhuǎn)動150°使果肉與桃核分離。該機可以整個加工季節(jié)連續(xù)工作而不必停機潤滑，調(diào)節(jié)和清洗也十分方便。由于它保持了去核后果肉的完整性，因此比較適合于罐頭、果脯和果干加工廠使用。由于該機結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本較高，而國內(nèi)罐頭、果脯等食品均屬微利產(chǎn)品，因此，在我國推廣起來存在一些難度。
意大利BERTUZZI公司推出了一種滾子去核機，其原理如圖2所示。它適合于離核型桃、杏、李等核果的果肉與果核的分離。圖中滾子2心部材料為碳鋼，外面覆蓋一層彈性適中的橡膠層，輥子3由數(shù)個齒狀圓盤組成，各盤間有一定間隔，在兩輥子上方有一推壓裝置，當(dāng)它將物料推入兩輥子之間時，物料1在兩輥子的擠壓下，果肉被擠入齒輥中的齒間間隔（圖中5），而果核則使?jié)L子2的橡膠層變形而凹入橡膠層中（圖中4）。當(dāng)轉(zhuǎn)過一定角度后，橡膠的彈性作用使果核脫離滾子2而進入果核收集斗。在輥子下方有一可調(diào)的分離裝置使肉核有效分離，在齒輥下方還有一個類似梳子的裝置將嵌在滾子3齒盤間的果肉梳出，落入果肉收集斗。從而達到核肉分離的目的。它適用于帶肉果汁飲料、果漿、果醬、果汁飲料等品種的去核工序，具有生產(chǎn)效率高等特點，有較高的推廣價值。
中國研制的核果水果去核機具，按其結(jié)構(gòu)特點和工作部件的不同，大體可分為剖分式、對輥式和捅桿式等幾大類。目前中國的去核機械有剖分式去核機、對輥式去核機、捅桿式去核機、打漿式去核機、刮板式去核機、凸齒滾筒分離凹板式去核機幾種形式。中國去核機械存在突出的問題有果肉損失率較高、去核后果實破損率高、機械性能不穩(wěn)定、通用性差、作業(yè)成本高、科技含量低、生產(chǎn)效率低等。
1.3 山楂的特性和山楂去核機的應(yīng)用前景
山楂，可食用植物，核果類水果，質(zhì)硬，果肉薄，味微酸澀。落葉灌木，枝密生，有細刺，幼枝有柔毛。小枝紫褐色，老枝灰褐色。能防治心血管疾病。山楂是我國特有的藥果兼用樹種。山楂主要成分：可食用部分76%。每100g中含能量397kJ、水分73g、蛋白質(zhì)0.5g、脂肪0.6g、膳食纖維3.1g、碳水化合物22g、胡蘿卜素100μg、維生素A 17μg；硫胺素0.02mg、核黃素0.02mg、尼克酸0.4mg；維生素C 53mg、維生素E 7.32mg；鉀 299mg、鈉5.4mg、鈣52mg、鎂19mg、鐵0.9mg、錳0.24mg、鋅0.28mg、銅0.11mg、磷24mg、硒1.22μg。含解脂酶、鞣質(zhì)等以及對大腸桿菌、綠膿桿菌、痢疾桿菌有抑制作用的成分。
山楂能防治心血管疾病，具有擴張血管、強心、增加冠脈血流量、改善心臟活力、興奮中樞神經(jīng)系統(tǒng)、降低血壓和膽固醇、軟化血管及利尿和鎮(zhèn)靜作用；防治動脈硬化，防衰老、抗癌的作用。山楂酸還有強心作用，對老年性心臟病也有益處。它能開胃消食，特別對消肉食積滯作用更好，很多助消化的藥中都采用了山楂；山楂對子宮有收縮作用，在孕婦臨產(chǎn)時有催生之效，并能促進產(chǎn)后子宮復(fù)原；能增強機體的免疫力，有防衰老、抗癌的作用。山楂中有平喘化痰、抑制細菌、治療腹痛腹瀉的成分。
近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，人民對食品質(zhì)量的要求也越來越嚴格。生產(chǎn)廠家也意識到前處理工序?qū)Ξa(chǎn)品質(zhì)量有著不可忽視的影響，各廠家紛紛尋找合適的前處理設(shè)備。由于許多前處理設(shè)備在國內(nèi)尚屬空白，因此，開發(fā)性能優(yōu)良的去核機及其它前處理設(shè)備是形勢所需。核果類水果主要指桃、李、杏、山楂、紅棗及橄欖等，它們在水果總產(chǎn)量中占有較大的比例。在以它們?yōu)樵霞庸わ嬃?、罐頭、果脯及果干制品時，去核作業(yè)是一項十分重要的前處理工序。以往所采用人工作業(yè)，不僅占用大量勞動力、勞動強度大、生產(chǎn)率低，并且產(chǎn)品質(zhì)量難以控制。因此，實行水果去核的機械化作業(yè)是水果加工業(yè)中必然的發(fā)展趨勢，所以山楂去核機的應(yīng)用有非常良好的前景。
第二章 山楂去核機總體設(shè)計
2.1總體方案設(shè)計
機械式山楂去核的一般過程是：山楂的喂入、定位、夾持、切削與去核、成品與下腳料的分別收集 由于山楂的外形并非規(guī)則的球形、長圓形或扁圓形，在機械加工時，采用山楂的外形進行定位、夾持，不能保證山楂核的中心線同刀具的中心線重合．其定位、夾持會出現(xiàn)偏差，增加了山楂的破碎率和去核的不凈率，使山楂去核機的推廣受到限制。
通過對本地區(qū)部分山楂品種的物理結(jié)構(gòu)研究知道：山楂核的中心線與山楂的花蕊凹點(下凹點)與花蒂凹點(上凹點)的連線接近重合。因此提出以上下凹點為山楂的定位基準，進行山楂去核機的整體設(shè)計。即采用中心定位方式，保證山楂喂入時的定位精度，然后采用上下仿形機構(gòu)進行夾持，在保證定位精度的情況下，使山楂夾緊，之后進行雙刀的切削與去核，最后是加工成品與下腳料分別收集，其結(jié)構(gòu)如圖1。
圖1 山楂去核機總體
2.2電動機的選擇
2.2.1 選擇電動機系列
電動機選擇應(yīng)保證：
式中：P0——電動機額定功率，kW；
Pr——工作機所需電動機功率，kW。
所需電動機功率由下式計算：Pr=Pw/η
式中：Pr——工作機所需有效功率，由工作機的工藝阻力及運行參數(shù)確定；
η——電動機到工作機的總效率，%。
皮帶運輸機的PW計算方法：
PW=F×v/1000 (kW)
式中：F——工作機的圓周力，例如運輸機上運輸帶的有效拉力，N；
v——工作機的線速度，例如運輸帶的帶速，m/s；
D——帶運輸機主動滾筒的直徑，mm；
n——工作機卷筒軸的轉(zhuǎn)速，r/min。
按工作要求及工作條件選用三相異步電動機，封閉式結(jié)構(gòu)，電壓380V，Y系列。
2.2.2 選擇電動機功率
PW1=0.27 kW，η1=0.99×0.95×0.96×0.95×0.994×0.96=0.7698
∴Pr1=PW/η1=0.36 kW
PW2=0.15 kW，η2=0.95×0.825×0.982×0.99×0.90=0.6885
∴Pr2=PW/η2=0.22 kW
查表4.12-1，可選Y系列三相異步電動機Y802-4型，額定功率P0=0.75kW，或選Y系列三相異步電動機Y90S-4型，額定功率P0=0.75kW。
以同步轉(zhuǎn)速為1500r/min及1000r/min兩種方案進行比較，由表4.12.1查得電動機數(shù)據(jù)，計算出傳動比如下表。
表1 電動機數(shù)據(jù)表
方案
電動機型號
額定功率
/kW
同步轉(zhuǎn)速
/(r/min)
滿載轉(zhuǎn)速
/(r/min)
總傳動比
質(zhì)量
/kg
價格
/元
1
2
Y802-4
Y90S-4
0.75
0.75
1500
1000
1390
910
57.92
37.92
18
23
475
570
比較兩方案可見，方案1選用的電動機雖然質(zhì)量和價格較低，但總傳動比大。為使傳動裝置結(jié)構(gòu)緊湊，決定選用方案2。電動機型號為Y90S-4，額定功率為0.75 kW，同步轉(zhuǎn)速為1000 r/min，滿載轉(zhuǎn)速為910 r/min。由機械設(shè)計課程設(shè)計表4.12-2查得電動機中心高H = 90mm，外伸軸段D × E = 24mm × 50mm。
第三章 主要機構(gòu)部件設(shè)計
3.1傳動裝置的設(shè)計
3.1.1 傳動方式的選擇
(1)帶傳動：帶傳動是具有中間撓性件、靠摩擦工作的傳動，如圖2所示，所以具有如下優(yōu)點：能緩沖吸振；傳動平穩(wěn)，噪聲小；過載時，帶將在帶輪上打滑，可防止其他零件損壞；結(jié)構(gòu)簡單、成本低；允許有較大的中心距(可達15m)。
帶傳動的缺點：由于帶與帶輪面之間的滑動，不能保證定傳動比；在傳遞相同大小的圓周力時，結(jié)構(gòu)尺寸和軸上壓力都比嚙合傳動大；效率低、帶的壽命短。
圖2 帶傳動
(2)同步帶傳動：同步帶傳動有中間撓性件、靠帶與帶輪之間齒形嚙合的傳動，如圖3所示，與帶傳動一樣具有緩沖吸振；傳動平穩(wěn)，噪聲??；允許有較大的中心距(可達15m)等優(yōu)點，同時由于同步帶與帶輪之間有齒形嚙合因此有精確的傳動比傳動時不打滑。
帶傳動的缺點：在傳遞相同大小的圓周力時，結(jié)構(gòu)尺寸和軸上壓力都比嚙合傳動大；效率低、帶的壽命短。
圖3 同步帶傳動
(3)鏈傳動：鏈傳動是一種用鏈條做中間撓性件的嚙合傳動，它由鏈條、主動輪和從動輪組成，如圖4所示。鏈傳動具有如下優(yōu)點：無彈性滑動和打滑現(xiàn)象，平均傳動比準確；效率較高，η≈0.98；結(jié)構(gòu)尺寸比較緊湊；由于不需要很大的張緊力，所以作用在軸上的載荷較??；可以在溫度較高及灰塵較大的環(huán)境下工作。
圖4 鏈傳動
鏈傳動的缺點：a.不能保證恒定的瞬時傳動比；b.只能用于平行軸間同向回轉(zhuǎn)的傳動；c.不適宜在載荷變化很大和急促反向的傳動中應(yīng)用；d.工作時存在噪聲；e.制造費用比帶傳動高；f.磨損鏈節(jié)伸長后運轉(zhuǎn)不穩(wěn)定，易跳齒等。
(4)齒輪傳動：如圖5所示，齒輪傳動優(yōu)點主要有：a.傳動效率高；b.結(jié)構(gòu)緊湊；c.工作可靠、傳動比穩(wěn)定、壽命長。
圖5 齒輪傳動
齒輪傳動缺點：a.制造和安裝精度要求高；b.不宜遠距離傳動；c.成本高。
綜合以上四種傳動方式的優(yōu)缺點，結(jié)合本設(shè)計的山楂去核機的特點，選擇具有傳動平穩(wěn)、噪聲小、結(jié)構(gòu)簡單、傳動精確的同步帶傳動作為傳動裝置比較適合。
3.1.2 同步帶帶傳動的設(shè)計
(1)選擇帶型號
帶傳動的功率計算公式為：
Pca=KAP
式中：Pca——計算功率，kW；
P——傳遞的額定功率(如：電機的額定功率)，kW；
KA ——工作情況系數(shù)(表6-9)。
由表6-9查得工作情況系數(shù)KA=1.2，所以計算功率：
Pca=KAP=1.2×0.75=9 kW
根據(jù)Pca和n1由圖6-9確定選用Z型帶。
(2)確定帶輪基準直徑
由表6-7和表6-10，取主動輪基準直徑dd1=67mm。
驗算帶速：
v= =6.38＜25(m/s)
帶速合適。
計算從動輪基準直徑dd2：
dd2=i×dd1=2.37×67=158.79 mm
根據(jù)表6-10，取dd2=160 mm。
(3)確定帶的基準長度和傳動的中心距
根據(jù)0.7(dd1+dd2)＜a0＜2(dd1+dd2)，得到158.9＜a＜454。
初定中心距a0 = 350mm。
由基準長度公式：
L‘d=2a0+π(dd1 + dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0
∴L‘d=2×350+π(67+160)/2+(160-67)2/4×350=1062.7(mm)
根據(jù)表6-5選取帶的基準長度Ld=1120mm。
實際中心距a≈a0+(Ld-L‘d)/2=350+(1120–1062.7/2=378.7(mm)
(4)驗算主動帶輪上的包角a1
a1=180-(dd2-dd1)×57.3°/a=165.9°＞120°
主動帶輪上的包角合適。
(5)確定帶的張緊力F0
查表6-6，Z型普通V帶單位長度質(zhì)量q=0.06kg/m。
F0=500Pca(2.5/Kа-1)/(z×v)+ qv2
F0=500×0.9(2.5/0.966-1)/6×6.38+0.06×6.382 = 90.0(N)
(6)計算帶傳動作用在軸上的載荷FQ
FQ=2zF0cos(r/2)=2zF0sin(а1/2)
式中：F0——單根帶的張緊力，N；
а1——主動帶輪上的包角，rad。
FQ=2×6×90.0×sin=1071.8(N)
3.2分度機構(gòu)設(shè)計
3.2.1 蝸輪蝸桿傳動設(shè)計
蝸輪蝸桿分度機構(gòu)
3.2.1.1選擇蝸輪蝸桿類型、材料、精度?
根據(jù)GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI）蝸桿材料選用45鋼，整體調(diào)質(zhì)，表面淬火，齒面硬度45~50HRC。蝸輪齒圈材料選用ZCuSn10Pb1，金屬模鑄造，滾銑后加載跑合，8級精度，標準保證側(cè)隙c。
3.2.1.2 按接觸疲勞強度設(shè)計
設(shè)計公式≥mm
（1）z1，z2：
查表7.2取z1=2，
z2= z1×n1／n2=2×1440／73.96=38.94≈39.
z2在30～64之間，故合乎要求。
初估=0.82
（2）蝸輪轉(zhuǎn)矩T2：
T2=T1×i×=9.55×106×5.8×19.47×0.82／1440=614113.55 Nmm
（3）載荷系數(shù)K：
因載荷平穩(wěn)，查表7.8取K=1.1
（4）材料系數(shù)ZE
查表7.9，ZE=156
（5）許用接觸應(yīng)力[0H]
查表7.10，[0H]=220 Mpa
N=60×jn2×Lh=60×73.96×1×12000=5.325×107
ZN===0.81135338
[H]=ZN[0H]= 0.81135338×220=178.5 Mpa
（6）md1：
md1≥ =1.1×614113.55×=2358.75mm
初選m，d1的值：
查表7.1取m=6.3 ，d1=63
md1=2500.47〉2358.75
（7）導(dǎo)程角
tan= =0.2
=arctan0.2=11.3°
（8）滑動速度Vs
Vs= =4.84m/s
（9）嚙合效率
由Vs=4.84 m/s查表得 ν=1°16′
1 ==0.2/0.223=0.896
（10）傳動效率
取軸承效率 2=0.99 ，攪油效率3=0.98
=1×2×3=0.896×0.99×0.98=0.87
T2=T1×i×=9.55×106×5.8×19.47×0.87／1440=651559.494Nmm
（11）檢驗md1的值
md1≥=0.×651559.494×=1820＜2500.47
原選參數(shù)滿足齒面接觸疲勞強度要求.
3.2.1.3 確定傳動的主要尺寸
m=6.3mm，=63mm，z1=2，z2=39
（1）中心距a
a==154.35mm
（2）蝸桿尺寸
分度圓直徑d1 d1=63mm
齒頂圓直徑da1 da1=d1+2ha1=(63+2×6.3)=75.6mm
齒根圓直徑df1 df1=d1﹣2hf=63﹣2×6.3
(1+0.2)=47.88mm
導(dǎo)程角 tan=11.30993247° 右旋
軸向齒距 Px1=πm=3.14×6.3=19.78mm
齒輪部分長度b1 b1≥m(11+0.06×z2)=6.3×(11+0.06×39)=84.04mm
取b1=90mm
（3）蝸輪尺寸
分度圓直徑d2 d2=m×z2=6.3×39=245.7mm
齒頂高 ha2=ha*×m=6.3×1=6.3mm
齒根高 hf2= (ha*+c*)×m=(1+0.2)×6.3=7.56mm
齒頂圓直徑da2 da2=d2+2ha2=245.7+2×6.3×1.2=230.58mm
齒根圓直徑df2 df2=d2﹣2m(ha*+c*)=384﹣19.2=364.8mm
導(dǎo)程角 tan=11.30993247° 右旋
軸向齒距 Px2=Px1=π m=3.14×6.3=19.78mm
蝸輪齒寬b2 b2=0.75da1=0.75×75.6=56.7mm
齒寬角 sin(α/2)=b2/d1=56.7／63=0.9
蝸輪咽喉母圓半徑 rg2=a—da2／2=154.35﹣129.15=25.2mm
（4）熱平衡計算
①估算散熱面積A
A=
②驗算油的工作溫度ti
室溫：通常取。
散熱系數(shù)：Ks=20 W/(㎡·℃)。
73.45℃＜80℃
油溫未超過限度
（5）潤滑方式
根據(jù)Vs=4.84m/s，查表7.14，采用浸油潤滑，油的運動粘度V40℃=350×10-6㎡/s
（6）蝸桿、蝸輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(單位：mm)
①蝸輪軸的設(shè)計
最小直徑估算
dmin≥c×
c查《機械設(shè)計》表11.3得 c=120 dmin≥=120× =47.34
根據(jù)《機械設(shè)計》表11.5，選dmin=48
d1= dmin+2a =56 a≥(0.07～0.1) dmin=4.08≈4
d2=d1+ (1～5)mm=56+4=60
d3=d2+ (1～5)mm=60+5=65
d4=d3+2a=65+2×6=77 a≥(0.07～0.1) d3=5.525≈6
h由《機械設(shè)計》表11.4查得 h=5.5
b=1.4h=1.4×5.5=7.7≈8
d5=d4﹣2h=77﹣2×5.5=66
d6=d2=60
l1=70+2=72
②蝸桿軸的設(shè)計
最小直徑估算
dmin≥c× = 120×=19.09 取dmin=30
d1=dmin+2a=20+2×2.5=35 a=(0.07～0.1)dmin
d2=d1+(1～5)=35+5=40
d3=d2+2a=40+2×2=44 a=(0.07～0.1)d2
d4=d2=40
h查《機械設(shè)計》表11.4
蝸桿和軸做成一體，即蝸桿軸。蝸輪采用輪箍式，青銅輪緣與鑄造鐵心采用H7/s6配合，并加臺肩和螺釘固定，螺釘選6個
幾何尺寸計算結(jié)果列于下表：
名 稱
代號
計算公式
結(jié) 果
蝸桿
中 心 距
=
a=154.35
傳 動 比
i=19.47
蝸桿分度圓
柱的導(dǎo)程角
蝸桿軸向壓力角
標準值
齒 數(shù)
z1=2
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
=47.88
蝸桿螺紋部分長度
名 稱
代號
計算公式
結(jié) 果
蝸輪
中 心 距
=
a=154.35
傳 動 比
i=19.47
蝸輪端面
壓力角
標準值
蝸輪分度圓柱螺旋角
o
齒 數(shù)
=
=39
分度圓直徑
齒頂圓直徑
=258.3
齒根圓直徑
蝸輪最大
外圓直徑
3.2.2 分度圓盤設(shè)計
3.2.2.1山楂分度圓盤材料
由于山楂去核機屬于常用食品加工類機械，材料的選擇應(yīng)考慮到材料易得、材料容易加工切削、干凈衛(wèi)生、成本低且容易清洗等特點，所以本設(shè)計選用45號鋼作為山楂分度圓盤的材料。
3.2.2.2山楂分度圓盤尺寸
工作臺是進行山楂去核操作的工作臺面，其轉(zhuǎn)速與主軸轉(zhuǎn)速相同，因其線速度隨著工作臺直徑的大小變化而不同，為了不影響山楂的喂入，工作臺的有效直徑(山楂定位中心分布圓直徑)應(yīng)控制在270~440 mm之間，即其線速度為0．18～0．21 m／s，與人工喂入山楂的速度相匹配。材料選用厚度為5 rnrn的鋼板。
山楂分度圓盤如圖8所示。考慮到人工放置山楂的舒適度問題以及作業(yè)的工作效率，本設(shè)計采用直徑300mm的圓盤作為分度圓盤，圓盤上均勻分布12個直徑10mm的山楂定位孔，為了使分度圓盤工作穩(wěn)定可靠不產(chǎn)生傾斜本設(shè)計采用雙鍵連接軸，基孔制配合為H7。
圖8 山楂定位盤
3.2.3去核機分度圓盤主軸
3.2.3.1選擇軸的材料
該軸的無特殊要求，選用45鋼調(diào)質(zhì)處理230-280，查表得σB=640MPa。
3.2.3.2初步估算軸徑
取軸d=20 mm。
3.2.3.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
根據(jù)估算軸徑和軸上零件的布置，進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，確定軸上與分度圓盤聯(lián)接鍵截面尺寸為b×h=8mm×7mm配合為H7/r6。滾動軸承內(nèi)圈與軸的配合采用基孔制，軸的尺寸公差m6。在軸的兩端均制成2×45°倒角。軸的詳細尺寸如圖9所示。
圖9 定位盤主軸
3.2.3.4軸的強度驗算
(1)主軸間歇輪上的作用力的大小
轉(zhuǎn)矩：
T=95.5×105×=95.5×105×=81170(Nmm)
圓作用直徑：
d1=39.9(mm)
圓周力：
Ft=2T/d1=2×81170/39.9=4069(N)
徑向力：
Fr=Ft/2.653=1534(N)
軸向力：
Fа=Ft/3.734=1090(N)
(2)求垂直面上軸承的支反力及主要截面的彎矩
FBV=(Fr×29.5+Fа×d1/2)/210.5+29.5=279(N)
FDV=Fr-FBV=1534-279=1255(N)
截面C處彎矩為:
MCV左=FBV×210.5=58730(Nmm)
MCV右=FDV× 29.5=37023(Nmm)
(3)求水平面上軸承的支反力及主要截面的彎矩
FBH=Ft×29.5/(210.5+29.5)=4069×29.5/240=500(N)
FDH=Ft-FBH=4069-500=3569(N)
截面C處彎矩為：
MCH=FBH×210.5=500×210.5=105250(Nmm)
(4)截面C處垂直和水平的合成彎矩
(5)按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度
進行校核時，只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，由公式：
式中：а——應(yīng)力折算系數(shù)；
Mv——軸上危險截面處的當(dāng)量彎矩，Nmm；
W ——軸上危險截面處的抗彎矩截面系數(shù)，mm3；
[σ-1] ——軸在對稱循環(huán)狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力,MPa，見表11-1；
d ——軸上危險截面處直徑，mm。當(dāng)此段軸上有一個鍵槽時，直徑應(yīng)加大3%；有兩個鍵槽時，應(yīng)加大7%。
取а=0.6，計算截面上的應(yīng)力：
前面已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表11-1查得[σ-1]=60MPa，由于σv＜[σ-1]，故安全。
3.2.4軸承選擇
設(shè)計機械時，應(yīng)根據(jù)載荷情況、轉(zhuǎn)速高低、空間位置、調(diào)心性能以及其他要求，選定合適的滾動軸承類型。具體選擇時可參考下列原則。
軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。當(dāng)軸承承受純徑向載荷時，應(yīng)選用向心軸承。當(dāng)承受純軸向載荷且轉(zhuǎn)速不很高時，宜采用推力軸承；如轉(zhuǎn)速很高，則因離心力使?jié)L動體與保持架之間的壓力增大，摩擦加劇而使壽命顯著縮短，此時應(yīng)選用角接觸球軸承。當(dāng)同時承受徑向載荷和軸向載荷時，如果以徑向載荷為主，可選用深溝球軸承或接觸角較小的角接觸軸承；以軸向載荷為主，可選擇接觸角較大的角接觸軸承，也可采用向心軸承和推力軸承組合在一起的方式，分別承受徑向載荷和軸向載荷。
根據(jù)以上所述，結(jié)合本設(shè)計經(jīng)濟實用的特點，選擇軸承型號為6204的深溝球軸承為本設(shè)計所使用軸承。下面校核軸承的壽命。
(1)求兩軸承的計算軸向力和。
軸承6204軸向力， 取e＝0.42。
N
N
N
N
由插值法計算得、
再計算
N
N
N
N
確定 、 ，N、N
(2)求軸承當(dāng)量動載荷和。
分別進行查表或插值計算得徑向載荷系數(shù)和軸向載荷系數(shù)：
軸承1
軸承2 X2=1
因軸承運轉(zhuǎn)中有中等沖擊載荷，按表13.6 取
N
N
(3)驗算軸承壽命。
因為所以按軸承1得受力大小驗算：
h
已知本機器使用10年，一班制，預(yù)期壽命為：
h
故本軸承能夠滿足設(shè)計要求
3.3去核機構(gòu)設(shè)計
去核機構(gòu)是由氣缸帶動去核刀具沿導(dǎo)軌上下運動實現(xiàn)的，由氣動系統(tǒng)、氣缸、去核刀具、導(dǎo)軌組成，如下圖示。
去核機構(gòu)
3.3.1氣動系統(tǒng)的設(shè)計
氣動系統(tǒng)的設(shè)計一般應(yīng)包括：
1）回路設(shè)計；
2）元件、輔件選用；
3）管道選擇設(shè)計；
4）系統(tǒng)壓降驗算；
5）空壓機選用；
6）經(jīng)濟性與可靠性分析。
氣動基本回路是氣動回路的基本組成部分，可分為：壓力與力控制回路、方向控制（換向）回路、速度控制回路、位置控制回路和基本邏輯回路。
（1）壓力與力控制回路
主要控制氣罐，使其壓力不超過規(guī)定壓力。常采用外控式溢流閥1來控制，也可用帶電觸點的壓力表1′，代替溢流閥1來控制壓縮機電動機的啟、停，從而使氣罐內(nèi)壓力保持在規(guī)定壓力范圍內(nèi)。采用溢流閥結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，但無功耗氣量大；后者對電動機及其控制要求較高：
一次壓控制回路
（2）單作用缸的換向回路
圖a為常斷二位三通電磁閥控制回路。通電時活塞桿上升，斷電時靠外力（如彈簧力等）返回。
二位三通電磁閥控制回路
綜上述，氣動原理圖如下：
氣動系統(tǒng)原理圖
3.3.2 氣缸的設(shè)計
（1）氣缸參數(shù)選定
本升降機構(gòu)氣缸推動螺桿移動，因此單注射個氣缸的最大負載為：
G--工作臺加電極板重量，參考市場現(xiàn)有充電設(shè)備為1000N
當(dāng)電池上下電極均與充電板上電極接觸時，氣缸的載荷達到最大值500N，此時氣缸有桿腔進氣，且注射缸活塞移動速度也近似等于零，回氣量極??；故背壓力可以忽略不計，這樣
該處氣缸負載不大，并且氣缸活塞桿屬于拉桿，故選擇活塞桿的直徑d=（0.3~0.5）D，并且為保證密封圈標準化活塞桿直徑應(yīng)取標準系列，參照下表.
表3-4 活塞直徑系列
8
10
12
16
20
25
32
40
50
63
80
（90）
100
（110）
125
（140）
160
（180）
200
(220)
250
320
400
500
630
表3-5活塞桿直徑系列
4
5
6
8
10
12
14
16
18
2
22
25
28
32
36
40
45
50
56
63
70
80
90
100
110
125
140
160
180
200
220
250
280
320
360
400
結(jié)合上述兩式求得活塞及活塞桿直徑并按照上表選取標準系列：
活塞直徑：
活塞桿直徑：
（2）氣缸主要尺寸的確定
氣缸壁厚和外經(jīng)的計算
氣缸的壁厚由氣缸的強度條件來計算。
氣缸的壁厚一般指缸筒結(jié)構(gòu)中最薄處的厚度。從材料力學(xué)可知，承受內(nèi)壓力的圓筒，其內(nèi)應(yīng)力分布規(guī)律應(yīng)壁厚的不同而各異。一般計算時可分為薄壁圓筒和厚壁圓筒。
氣缸的內(nèi)徑D與其壁厚的比值的圓筒稱為薄壁圓筒。工程機械的氣缸，一般用無縫鋼管材料，大多屬于薄壁圓筒結(jié)構(gòu)，其壁厚按薄壁圓筒公式計算
式中 ——氣缸壁厚(m)；D——氣缸內(nèi)徑(m)；
——試驗壓力，一般取最大工作壓力的(1.25~1.5)倍；
——缸筒材料的許用應(yīng)力。無縫鋼管。則：
在中低壓液壓系統(tǒng)中，按上式計算所得氣缸的壁厚往往很小，使缸體的剛度往往很不夠，如在切削過程中的變形、安裝變形等引起氣缸工作過程卡死或漏油。因此一般不作計算，按經(jīng)驗選取，必要時按上式進行校核。
氣缸壁厚算出后，即可求出缸體的外經(jīng)為為
2）氣缸工作行程的確定
氣缸工作行程長度，可根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)實際工作的最大行程來確定，并參閱表3-6中的系列尺寸來選取標準值。
已知電池高度65mm，初步選定氣缸行程S=80mm
表3-6氣缸行程系列
Ⅰ
25
50
80
100
125
160
200
250
320
400
500
630
800
1000
1250
1600
2000
2500
3200
4000
Ⅱ
40
63
90
110
140
180
220
280
360
450
550
700
900
1100
1400
1800
2200
2800
3900
Ⅲ
240
260
300
340
380
420
480
530
600
650
750
850
950
1050
1200
1300
1500
1700
1900
2100
2400
2600
3000
3800
3) 缸蓋厚度的確定
一般氣缸多為平底缸蓋，其有效厚度t按強度要求可用下面兩式進行近似計算。
無孔時
有孔時
式中 t——缸蓋有效厚度(m)；——缸蓋止口內(nèi)徑(m)；
——缸蓋孔的直徑(m)。
氣缸：
無孔時 ，取 t=10mm
有孔時，取 t’=12mm
4) 最小導(dǎo)向長度的確定
當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點到缸蓋滑動支承面中點的距離H稱為最小導(dǎo)向長度（如下圖2所示）。如果導(dǎo)向長度過小，將使氣缸的初始撓度（間隙引起的撓度）增大，影響氣缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一定的最小導(dǎo)向長度。
圖3-8 氣缸的導(dǎo)向長度
對一般的氣缸，最小導(dǎo)向長度H應(yīng)滿足以下要求：
式中 L——氣缸的最大行程； D——氣缸的內(nèi)徑。
活塞的寬度B一般取B=(0.6~1.0)D；缸蓋滑動支承面的長度，根據(jù)氣缸內(nèi)徑D而定；
當(dāng)D<80mm時，?。划?dāng)D>80mm時，取。
為保證最小導(dǎo)向長度H，若過分增大和B都是不適宜的，必要時可在缸蓋與活塞之間增加一隔套K來增加H的值。隔套的長度C由需要的最小導(dǎo)向長度H決定，即
最小導(dǎo)向長度：，取 H=25mm
活塞寬度：B=0.6D=24mm
5) 缸體長度的確定
氣缸缸體內(nèi)部長度應(yīng)等于活塞的行程與活塞的寬度之和。缸體外形長度還要考慮到兩端端蓋的厚度。一般氣缸缸體長度不應(yīng)大于內(nèi)徑的20~30倍。
缸體內(nèi)部長度
（3）氣缸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
氣缸主要尺寸確定以后，就進行各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。主要包括：缸體與缸蓋的連接結(jié)構(gòu)、活塞與活塞桿的連接結(jié)構(gòu)、活塞桿導(dǎo)向部分結(jié)構(gòu)、密封裝置、排氣裝置及氣缸的安裝連接結(jié)構(gòu)等。由于工作條件不同，結(jié)構(gòu)形式也各不相同。設(shè)計時根據(jù)具體情況進行選擇。
缸體與缸蓋的連接形式
缸體與缸蓋的連接形式與工作壓力、缸體材料以及工作條件有關(guān)。
本次設(shè)計中采用外半環(huán)連接，如下圖3所示：
圖3-9 缸體與缸蓋外半環(huán)連接方式
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)較簡單；加工裝配方便
缺點：外型尺寸大；缸筒開槽，削弱了強度，需增加缸筒壁厚
2) 活塞桿與活塞的連接結(jié)構(gòu)
參閱<<液壓系統(tǒng)設(shè)計簡明手冊>>P15表2-8，采用組合式結(jié)構(gòu)中的螺紋連接。如下圖4所示：
圖3-10 活塞桿與活塞螺紋連接方式
特點：結(jié)構(gòu)簡單，在振動的工作條件下容易松動，必須用鎖緊裝置。應(yīng)用較多，如組合機床與工程機械上的氣缸。
活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)
活塞桿導(dǎo)向部分的結(jié)構(gòu)，包括活塞桿與端蓋、導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)，以及密封、防塵和鎖緊裝置等。導(dǎo)向套的結(jié)構(gòu)可以做成端蓋整體式直接導(dǎo)向，也可做成與端蓋分開的導(dǎo)向套結(jié)構(gòu)。后者導(dǎo)向套磨損后便于更換，所以應(yīng)用較普遍。導(dǎo)向套的位置可安裝在密封圈的內(nèi)側(cè)，也可以裝在外側(cè)。機床和工程機械中一般采用裝在內(nèi)側(cè)的結(jié)構(gòu)，有利于導(dǎo)向套的潤滑；而油壓機常采用裝在外側(cè)的結(jié)構(gòu)，在高壓下工作時，使密封圈有足夠的油壓將唇邊張開，以提高密封性能。
在本次設(shè)計中，采用導(dǎo)向套導(dǎo)向的結(jié)構(gòu)形式，其特點為：
導(dǎo)向套與活塞桿接觸支承導(dǎo)向，磨損后便于更換，導(dǎo)向套也可用耐磨材料。
蓋與桿的密封常采用Y形、V形密封裝置。密封可靠適用于中高壓氣缸。
防塵方式常用J形或三角形防塵裝置?；钊盎钊麠U處密封圈的選用
活塞及活塞桿處的密封圈的選用，應(yīng)根據(jù)密封的部位、使用的壓力、溫度、運動速度的范圍不同而選擇不同類型的密封圈，在本次設(shè)計中采用O形密封圈。
綜上述，本次設(shè)計的氣缸結(jié)構(gòu)及主要尺寸如下：
3.3.3山楂去核刀具
由于山楂去核機刀具用于直接接觸山楂果實，材料的選擇應(yīng)考慮材料容易加工切削、干凈衛(wèi)生、成本低且容易清洗等特點，所以本設(shè)計選用45號鋼作為山楂分度圓盤的材料。
查閱資料得到我國北方山楂直徑在10mm-14mm之間，根據(jù)山楂直徑本設(shè)計選取刀具的外徑為8mm，詳細尺寸如圖7。彈簧選擇不銹鋼絲（1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti），耐腐蝕性好，工藝性好，彈簧中徑為5mm。
圖7 山楂去核刀具
總 結(jié)
我國目前的山楂去核機械的發(fā)展情況比較落后，由于缺少良好的設(shè)備，加工手段落后，生產(chǎn)效率低，致使一些地區(qū)出現(xiàn)水果積壓腐爛現(xiàn)象，給果農(nóng)造成很大的經(jīng)濟損失。山楂去核手工作業(yè)現(xiàn)在在中國仍然是主要的加工手段，不僅占用大量的勞動力、勞動強度大、生產(chǎn)率低，而且衛(wèi)生安全也得不到有效保障，大力推進山楂去核的機械化進程是社會發(fā)展的需要。山楂去核機不但提高了生產(chǎn)效率，而且安全衛(wèi)生也能夠得到有效的加強。
山楂去核在整個山楂加工工序中，不僅勞動強度大，而且人工作業(yè)生產(chǎn)效率低，安全衛(wèi)生達不到要求。所以考慮中國目前的情況，設(shè)計了這種小型山楂去核機，我設(shè)計的山楂去核機生產(chǎn)效率得到了顯著的提高，山楂破損率低，同時安全衛(wèi)生的問題也得到了有效的解決。
本山楂去核機是根據(jù)山楂的物理特性，結(jié)合目前山楂去核機的現(xiàn)狀，運用所學(xué)機械原理、機械設(shè)計等相關(guān)知識，進行的相關(guān)設(shè)計。由于沒有加工制作樣機，山楂去核機的運行狀況未進行實驗。
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致 謝
時光飛逝，四年的大學(xué)學(xué)習(xí)生涯就要結(jié)束了，在這短暫而漫長的四年里，使我更進一步的熟悉和掌握了如何去學(xué)習(xí)、生活和工作。同時，也是校園讓我們學(xué)會了學(xué)習(xí)，學(xué)會了思考，學(xué)會了做人，雖其短暫，但是在這四年里所學(xué)的知識必將可以使我受用終生。
在這大學(xué)生涯即將結(jié)束的最后半年的畢業(yè)設(shè)計過程中，不僅是對我們每一個人的一次全面的考查，同時也是對我們所學(xué)習(xí)和掌握知識的一次實際而綜合運用，這不僅僅是只是一次知識的檢驗，更是對我們認識問題、分析問題、解決問題的綜合能力的鍛煉與培養(yǎng)。同時對于我們來說，這也是一次難能可貴的在校學(xué)習(xí)的經(jīng)歷，一次知識和經(jīng)驗的積累的機會。
為此，我應(yīng)該感謝給予我這個機會的人，是他們給予了我這次學(xué)習(xí)的機會，同時也是他們給予我了關(guān)懷與支持，正是在他們的關(guān)心、支持與幫助下，我的大學(xué)學(xué)習(xí)，生活，以及這次畢業(yè)設(shè)計才能完滿結(jié)束，為我大學(xué)生涯畫上一個完美的句號。
在這里，我首先要感謝母校，是母校為我提供了這個平臺，給予我了夢寐已久的學(xué)習(xí)和生活的機會，從而是我的人生更加精彩。
其次，要感謝的是我的指導(dǎo)老師，在這幾個月畢業(yè)設(shè)計的日子里，對我們的耐心的關(guān)懷與輔導(dǎo)。在這四年的大學(xué)生涯中，以前學(xué)的專業(yè)知識，對于我們來說象一盤散沙，雜亂無章沒有系統(tǒng)性。但是在老師的悉心輔導(dǎo)下，使我們對自己的知識進行了整理、組織和裝配，使我的知識結(jié)構(gòu)更加明朗化、體系化了。在此感謝老師在我的畢業(yè)設(shè)計過程中給予了我莫大的支持和幫助。
同時，我還要感謝同組的成員，以及關(guān)心和支持我的所有的同學(xué)，在我們共同學(xué)習(xí)、和生活的日子里，大家共同努力，克服困難，不斷提出和完善新的設(shè)計思路和方法，使我們的學(xué)習(xí)、生活和本次畢業(yè)設(shè)計工作得以順利而完滿的結(jié)束；生活上互相幫助，彼此間留下了最珍貴而溫馨的友誼。是你們讓我擁有了一段美好的大學(xué)生活。
最后，我要感謝所有的教過我的老師們，感謝您們的辛勤培育和無微不至的關(guān)懷，是你們的高尚品德和人格魅力影響了并改變了我。在以后的學(xué)習(xí)、生活、工作中，我將牢記您們的諄諄教誨，不斷學(xué)習(xí)，不斷進步。在此，衷心地祝福和感謝你們!