蘋果分級(jí)篩選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

第1章緒論1.1選題研究意義近些年來社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，人們的消費(fèi)也逐步升級(jí)，對果品消費(fèi)方面有了很大變化，不再是在價(jià)格上斤斤計(jì)較，而是對品質(zhì)的需求更加在意，現(xiàn)在很多消費(fèi)者更傾向于高質(zhì)量的水果，對水果的外觀比較在意，不僅要求個(gè)頭顏色等品相要好，內(nèi)部品質(zhì)也要兼顧，在這種條件背景下，水果分級(jí)機(jī)的需求量在不斷上漲。就我們國家而言，雖然是世界上最大的蘋果生產(chǎn)國，但是分級(jí)篩選這方面，我們在國際上并不占優(yōu)任何優(yōu)勢，甚至是整體稍微有些落后。這是因?yàn)槲覀冊谶M(jìn)行蘋果采摘后，商品技術(shù)化處理的占比相對比較小，就導(dǎo)致了分級(jí)差，外觀不好等缺點(diǎn)，競爭力不強(qiáng)。分級(jí)技術(shù)在水平處理上面是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，我們還有大的挑戰(zhàn)來進(jìn)行各方面的提高。如果實(shí)現(xiàn)大眾機(jī)械化分揀是我們現(xiàn)在比較關(guān)注的事情。解決處理效率問可以讓我們在國際市場上有更大的競爭力，跟上其他比較先進(jìn)的國家。所以本方案設(shè)計(jì)出的一種小規(guī)模蘋果分級(jí)裝置，可以解決一部分情況，同時(shí)減少勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)效率。具有很大的意義和推廣前景。1.2國內(nèi)外水果機(jī)械化發(fā)展概況國外水果自動(dòng)分級(jí)方法有很多種，比較先進(jìn)的有通過把相機(jī)放在分揀線上，由于重力傳感器的作用實(shí)現(xiàn)對水果進(jìn)行形狀上的分揀；也有采用機(jī)器視覺來進(jìn)行分揀，利用快速拍照及顏色特征處理；或是經(jīng)CCD攝像機(jī)采集圖像，然后利用無損檢測技術(shù)以及計(jì)算機(jī)處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對水果的判別分析。從這些國外方案我們可以發(fā)現(xiàn)利用高科技技術(shù)手段來進(jìn)行水果檢測分級(jí)是一個(gè)熱點(diǎn)話題。但這些方案對于國內(nèi)小眾生產(chǎn)來說并不適用。從國際上看，我國在蘋果生產(chǎn)方面是占據(jù)首位的，但早期我們大部分使用的方法就是用過肉眼去分辨。后果就是分級(jí)能力相對降低，并且要?jiǎng)佑么罅康膭趧?dòng)力。后來開始發(fā)展水果自動(dòng)分級(jí)機(jī)設(shè)計(jì)和研究，2016年韋衡冰,鄧小林等在沙糖桔分揀分級(jí)裝置進(jìn)行了大量的研究設(shè)計(jì)；同一時(shí)期，王運(yùn)祥也在哈密瓜分級(jí)上做了實(shí)驗(yàn)裝置和研究；2017年時(shí)盧勇威則是基于機(jī)器視覺來研究水果分揀系統(tǒng)；到了2019年，紀(jì)娜基于PLC和MCGS的相關(guān)技術(shù)，進(jìn)行稱猴桃果實(shí)稱重分級(jí)控制器設(shè)計(jì)；趙卓在2020年進(jìn)行了全自動(dòng)水果分揀系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)。這些人為水果分級(jí)機(jī)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，但也因?yàn)槲覈冗M(jìn)技術(shù)和實(shí)際環(huán)境的不同，并不能推廣這些高科技技術(shù)，還是初步分級(jí)方式比較多。我國現(xiàn)在大部分還是通過購買國外的一些技術(shù)和設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)高水平的水果分級(jí)，但這并不適合國內(nèi)小規(guī)模生產(chǎn)，原因是進(jìn)口的分選設(shè)備主要面向大宗果品，生產(chǎn)能力大，設(shè)備貴，存在后期維護(hù)成本高，推廣困難的問題。第2章蘋果分級(jí)篩選機(jī)的分析與設(shè)計(jì)2.1方案選擇設(shè)計(jì)初期，選擇了兩種比較常見的方案進(jìn)行分析，以下是具體情況。第一種方案準(zhǔn)備采納的是擺動(dòng)篩式方式，要想實(shí)現(xiàn)這種裝置，首先要通過皮帶傳動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)，此種方式的機(jī)械振動(dòng)裝置是核心部分之一，有了皮帶和此裝置，就能使得偏心輪做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在曲柄被帶動(dòng)的情況下，做直線往返運(yùn)動(dòng)。整個(gè)流程下來就實(shí)現(xiàn)了蘋果的篩選。此種機(jī)構(gòu)有比較突出的特點(diǎn)，那就是結(jié)構(gòu)簡單，并且在制造安裝以及調(diào)整上都比較方便，有著較高的利用率。適用多種物料分級(jí)選擇。相對應(yīng)的有著動(dòng)力平衡能力略差，噪音大，清潔起來不方便等劣勢。第二種方案是選用滾筒式方式進(jìn)行分級(jí)篩選，主要原理就是通過摩擦輪帶動(dòng)水果通過進(jìn)料斗進(jìn)入到滾筒篩孔處，在里面進(jìn)行整體相對運(yùn)動(dòng)，然后在對應(yīng)的孔洞處流出，達(dá)到分級(jí)目的。它也有著結(jié)構(gòu)簡單的特點(diǎn)，在分級(jí)效率方面比較突出，工作比較平穩(wěn)，不會(huì)出現(xiàn)動(dòng)力不平衡現(xiàn)象。不好的地方是機(jī)器略大，需要比較大的場地，并且因?yàn)楹Y孔不好調(diào)換對物料篩選比較單一。根據(jù)兩種方案比較，因?yàn)槲覀冎恍枰槍μO果單一水果進(jìn)行分級(jí)，并且需要實(shí)現(xiàn)廠家大規(guī)模的生產(chǎn)，所以方案二比較合理。2.2原理分析本次設(shè)計(jì)的蘋果分級(jí)篩選機(jī)的主要原理就是根據(jù)水果的大小和篩孔的尺寸相匹配，然后從相對應(yīng)的孔洞漏出達(dá)到分級(jí)目的。分級(jí)機(jī)上滾筒分級(jí)裝置中的篩孔大小和形狀，應(yīng)能夠根據(jù)水果的外形和大小進(jìn)行進(jìn)一步的分析和確定。在此基礎(chǔ)上，還需要進(jìn)項(xiàng)各項(xiàng)結(jié)構(gòu)的計(jì)算，級(jí)數(shù)的分配等，以此來保證裝置的合理有效，能提高分選的質(zhì)量為目的。此設(shè)計(jì)的蘋果分級(jí)機(jī)的主要部件為分選裝置、傳動(dòng)裝置和電動(dòng)機(jī)三大部分。主要的運(yùn)轉(zhuǎn)流程分成幾個(gè)步驟。首先需要將大量剛收成的蘋果放在進(jìn)料斗里面；然后通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)轉(zhuǎn)將水果輸送到分級(jí)滾筒里面；接下來就是讓蘋果在里面做勻速緩慢做相對運(yùn)動(dòng)，逐步經(jīng)過不同尺寸的篩孔，當(dāng)經(jīng)過合適的篩孔時(shí)，從孔洞漏出；最后進(jìn)入到各級(jí)收料口，通過傳送帶運(yùn)走達(dá)到分級(jí)目的。2.3總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.3.1總體結(jié)構(gòu)分級(jí)機(jī)的總體結(jié)構(gòu)分成了幾大部分，有進(jìn)料斗、滾筒、收集料斗等結(jié)構(gòu)裝置，還有帶輪、摩擦輪等傳動(dòng)裝置。示意圖如圖1所示。圖1蘋果分級(jí)篩選機(jī)整體結(jié)構(gòu)圖2.3.2傳動(dòng)路線此分級(jí)機(jī)構(gòu)的主要?jiǎng)恿κ请妱?dòng)機(jī)提供，其產(chǎn)生的動(dòng)力會(huì)通過帶輪被輸送到齒輪減速器上面，經(jīng)過減速之后再把動(dòng)力傳給摩擦輪，到達(dá)此處之后會(huì)進(jìn)一步帶動(dòng)水果到分級(jí)滾筒里面，最后實(shí)現(xiàn)水果分級(jí)。傳動(dòng)示意圖如圖2所示圖2分級(jí)篩選機(jī)的傳動(dòng)路線第3章傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)及計(jì)算3.1傳動(dòng)比及各軸轉(zhuǎn)速計(jì)算針對于傳動(dòng)比，我們需要考慮以下問題：第一，各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的配比要合理，應(yīng)該在推薦值之間，這樣可以保證結(jié)構(gòu)緊湊，使其充分發(fā)揮其性能。第二，在結(jié)構(gòu)上參數(shù)要協(xié)調(diào)，各級(jí)傳動(dòng)部件的尺寸需正確調(diào)試。傳動(dòng)裝置外廓需緊湊且重量輕，就要較小的外廓尺寸；然后比如V帶傳動(dòng)和齒輪之間的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)比不能出現(xiàn)多大的情況，不然就會(huì)造成尺寸不合適，不宜安裝；變速器中的齒輪也要進(jìn)行合理配比，高低速大齒輪直徑需要相近，這樣有利于侵油潤滑。第三，防止各個(gè)零件之間出現(xiàn)干涉碰撞，比如當(dāng)高速及傳動(dòng)比過大的話，在高速大齒輪和低速軸干涉的場景出現(xiàn)碰撞。考慮好以上這些問題，我們就可以來計(jì)算各級(jí)的傳動(dòng)比了。我們需要的輸出速率為18r/min，選擇的電動(dòng)機(jī)在滿載時(shí)，轉(zhuǎn)速可達(dá)到700r/min，根據(jù)上述兩個(gè)數(shù)據(jù)可計(jì)算出總傳動(dòng)比： nm/n=700/18≈38.89各級(jí)傳動(dòng)比參考范圍 V帶傳動(dòng)比常用范圍i≤7； 減速器傳動(dòng)比的范圍i≤4～6； 鏈傳動(dòng)傳動(dòng)比的范圍i≤6； 摩擦輪傳動(dòng)比的范圍i≤5。故設(shè)計(jì)分配傳動(dòng)比如下： 第一級(jí)V帶傳動(dòng)比i1=3； 第二級(jí)齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比i2=3.9； 第三級(jí)鏈傳動(dòng)傳動(dòng)比i3=1.9； 第二級(jí)摩擦輪傳動(dòng)傳動(dòng)比i4=1.7。計(jì)算各級(jí)轉(zhuǎn)速如下： 電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)速n0=nw=700r/min 減速器高速軸轉(zhuǎn)速n1=n0/i1=700/3=233r/min 低速軸轉(zhuǎn)速n2=n1/i2=233/4=59r/min 摩擦輪軸轉(zhuǎn)速n3=n2/i3=59/1.9=31r/min 輸出轉(zhuǎn)速n4=n3/i4=31/1.7=18r/min3.2皮帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及計(jì)算按照上面設(shè)計(jì)方案我們可以得知，皮帶輪的傳動(dòng)比為3，從傳動(dòng)比可以看出傳動(dòng)速度是比較快的，屬于高速一端，為了保持相對的平穩(wěn)我們選用帶傳動(dòng)。帶傳動(dòng)的原理比較簡單，帶和帶輪之間使其產(chǎn)生摩擦，然后產(chǎn)生傳動(dòng)力，便可在旋轉(zhuǎn)方向一致的情況下實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。相比較而言，V帶傳動(dòng)具有更大的優(yōu)勢，相同的張緊力，V帶傳動(dòng)比其他產(chǎn)生的摩擦力更大，有利于傳動(dòng)的運(yùn)行。再加上其結(jié)構(gòu)比較緊湊，并且現(xiàn)在的V帶已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，選擇方便，最后我們選用V帶傳動(dòng)做高速軸傳動(dòng)。3.2.1V帶的帶型選擇查詢資料可得，需要的工作系數(shù)KA=1.1，因此我們可以算出P又小帶輪轉(zhuǎn)速n1=680r/min，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化比較，最后選用A型V帶。3.2.2帶輪的基準(zhǔn)直徑與帶速計(jì)算1.小帶輪基準(zhǔn)直徑dd的初選查閱相關(guān)資料，取基準(zhǔn)直徑dd1=140mm。2.驗(yàn)算帶速v按式v=πdd1n1/60×1000驗(yàn)算帶的速度v=因?yàn)?m/s<v<30m/s，故帶速合適。3.計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑根據(jù)以下公式：d又根據(jù)資料表數(shù)據(jù)所得，需要取整，則dd2=400mm3.2.3確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長度根據(jù)公式0.7初步選定中心距a0=750mm然后再由式：L’d=2a0+π/2×(dd1+dd2)/+(dd1-dd2)2/4a0=2×750+π/2×(140+400)+(400-140)2/4×750=2371mm查閱相關(guān)數(shù)據(jù)后，選擇選帶的基準(zhǔn)長度Ld=2240mm。計(jì)算實(shí)際中心距a=a0+（Ld-L’d）/2=750+（2240–2371）/2=685mm3.2.4驗(yàn)算小帶輪上的包角a包角a為158o3.2.5計(jì)算帶的根數(shù)z（1）計(jì)算單根V帶的額定功率Pr由dd1=140mm和n1=700r/min，得P0=1.25kW。根據(jù)n1=700r/min，i=3和A型帶，△P0=0.09kW。查數(shù)據(jù)得Ka=0.95，表8-2得KL=1.06，于是P（2）計(jì)算V帶的根數(shù)zz=取整可得為2根。3.3各軸輸入功率的計(jì)算已知各級(jí)機(jī)械效率，各軸輸入功率計(jì)算得：初始P0=PW=2.2kWV帶傳動(dòng)η1=0.96，得P1=P0η1=2.2×0.96=2.11kW滾動(dòng)軸承η2=0.99，齒輪傳動(dòng)η3=0.97，得P2=P1η2η3=2.11×0.99×0.97=2.03kW鏈傳動(dòng)η4=0.96，得P3=P2η4=2.03×0.96=1.95kW摩擦輪傳動(dòng)η5=0.90，得P4=P3η2η5=1.95×0.99×0.90=1.74kW3.4各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算根據(jù)相關(guān)公式計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩如下：電動(dòng)機(jī)軸轉(zhuǎn)矩T0=9550P0/n0=9550×2.2/700=30.01N·m減速器高速軸轉(zhuǎn)矩T1=9550P1/n1=9550×2.11/233=86.48N·m低速軸轉(zhuǎn)矩T2=9550P2/n2=9550×2.03/59=325.58N·m摩擦輪軸轉(zhuǎn)矩T3=9550P3/n3=9550×1.95/31=600.73N·m第4章構(gòu)造部件的設(shè)計(jì)及計(jì)算4.1滾筒設(shè)計(jì)經(jīng)過查閱相關(guān)資料和到水果店實(shí)地考察后，發(fā)現(xiàn)蘋果大小差異略大，放棄一開始設(shè)定的4級(jí)，改為6級(jí)分級(jí)滾筒。然后我們把緊鄰的兩級(jí)料斗合并成一級(jí)，這樣就實(shí)現(xiàn)了不同分級(jí)的需求。現(xiàn)設(shè)計(jì)方案為有5節(jié)篩筒，可分6級(jí)。4.1.1滾筒孔眼確定生產(chǎn)能力G可由下式計(jì)算：G＝3600zλm／1000×1000z——滾筒上的孔眼總數(shù)G——生產(chǎn)能力λ——同一秒內(nèi)從篩孔掉下物料的系數(shù)（1．0％～2．5％）m——為物料的平均質(zhì)量我們設(shè)定生產(chǎn)力為12t/h，平均質(zhì)量為400g，系數(shù)取2.0%可求出z4.1.2滾筒各項(xiàng)參數(shù)的確定由于我們已經(jīng)設(shè)定了生產(chǎn)能力，根據(jù)上述的公式可得滾筒上所需的孔數(shù)。但是因?yàn)槊考?jí)的滾筒直徑一樣而各級(jí)篩孔的孔徑不一致，所以需要根據(jù)篩孔不同合理錯(cuò)落分配到各級(jí)滾筒當(dāng)中，根據(jù)級(jí)別確定篩孔數(shù)。為了更好的計(jì)算，把滾筒展開計(jì)算平面，可得每級(jí)孔數(shù)是排數(shù)和每排孔數(shù)的乘積。每級(jí)篩孔的直徑和每排孔數(shù)的乘積，加上篩孔間隙和各排孔數(shù)的乘積，兩者之和為每級(jí)長度。最終可得滾筒的圓周長度是排數(shù)和各級(jí)孔徑的乘積加上排數(shù)和孔徑的乘積從理論上來看，需要所有孔數(shù)的總和等于總孔數(shù)Z，但實(shí)際上如果進(jìn)行這樣的操作，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算出來的各級(jí)滾筒直徑各不相同，導(dǎo)致的結(jié)果就是無法整齊的連接在一起。所以不能采取這種理論方案，一般是將所有滾筒里面直徑比較大的一級(jí)作為標(biāo)準(zhǔn)直徑。當(dāng)確定下來滾筒直徑和長度后，我們需要進(jìn)行校核，利用公式比D:L=1:4～6來確定，如果直徑和長度比不在這個(gè)范圍的話，我們需要檢查從新進(jìn)行調(diào)整排版，使得每級(jí)排數(shù)和篩孔數(shù)符合要求為止?，F(xiàn)在由分選蘋果的需求，對篩筒孔徑作如下表：表1篩孔孔徑的參數(shù)篩孔孔徑長×寬（mm）孔隙（mm）粒徑分布比例系數(shù)ai軸向分布比例系數(shù)bi第一級(jí)80×40151/81/2第二級(jí)85×45201/21/4第三級(jí)90×50251/41/8第四級(jí)95×55301/81/8第五級(jí)100×60351/81/84.2篩孔的設(shè)計(jì)與計(jì)算4.2.1篩孔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)篩孔是分級(jí)機(jī)構(gòu)中比較重要的一個(gè)部分，根據(jù)篩孔的設(shè)計(jì)，可以直接影響分級(jí)效果。篩孔的形狀有多種，通過計(jì)算可以了解到，正三角形排列的話，比其他幾種形狀的有效系數(shù)都有所增加。可以使得有效篩面的面積更大，最后選擇正三角形排列方式。示意圖為圖3所示圖3正三角形排列4.2.2各級(jí)篩孔數(shù)的計(jì)算（1）各級(jí)篩孔的孔數(shù)Z1=aibiZ。式中：Z1—每個(gè)篩孔的個(gè)數(shù)，個(gè)；ai—原料粒徑分布比例系數(shù)；bi—原料沿滾筒軸向分布比例系數(shù)；Z。—基準(zhǔn)孔數(shù)，個(gè)。（2）基準(zhǔn)孔數(shù)為Z。=Z/∑aibi可得Z則，可求ZZZZZ（3）篩孔排數(shù)與每排孔數(shù)的計(jì)算已知u=L/D式中：u—長度與直徑之比；L—滾筒的長度，m；D—滾筒的直徑，m。又知滾筒的長度可表示為L=∑Li=1/P0∑Zi/Ci(di＋ei)式中：P0—基準(zhǔn)排數(shù)；di—各級(jí)篩孔的直徑，m；ei—個(gè)級(jí)篩孔的孔徑，m；Ci—影響比例系數(shù)。又知CI=P1／P0式中：P1—各級(jí)篩孔的排數(shù)因Si=di＋ei故Pi=2πD/Si將轉(zhuǎn)換式進(jìn)行化簡，得L+又估計(jì)u=L/D=4則D=1/4L則L2=2/π〔104×(0.080＋0.015)2＋209×(0.085＋0.020)2＋52×(0.090＋0.025)2＋26×(0.095＋0.030)2＋26×(0.100＋0.035)2〕解得L=2.3m則D=1/4L=0.575m則由Pi=2πD/Si，得P1=2π×0.575/(0.080＋0.015)=23P2=2π×0.575/(0.085＋0.020)=20P3=2π×0.575/(0.090＋0.025)=18P4=2π×0.575/(0.095＋0.030)=17P5=2π×0.575/(0.100＋0.035)=15由此可得各級(jí)滾筒每排孔數(shù)：由ZPi=Zi/Pi可得ZP1=Z1/P1=104／23=5ZP2=Z2/P2=209／20=10ZP3=Z3/P3=52／18=3ZP4=Z4/P4=26／17=2ZP5=Z5/P5=26／15=2經(jīng)圓整后，各級(jí)滾筒每排的孔數(shù)為：ZP1=4ZP2=7ZP3=3ZP4=3ZP5=2（4）滾筒直徑的確定各級(jí)滾筒的周長公式為l帶入數(shù)據(jù)得lllll根據(jù)上面討論，需要最長周長，則l=1.892m。（5）篩孔間隙修正從計(jì)算可知，計(jì)算周長是存在一定的差值，因?yàn)樾枰M(jìn)行數(shù)據(jù)修正：e則eeeee（6）滾筒直徑D=l/π則D=1.892/π=0.60m（7）長徑比驗(yàn)算將各級(jí)的一側(cè)邊緣尺寸fi計(jì)入，可得L=∑Li＋∑fi又知fi=Si／2=1/2(di＋ei)則滾筒的長度為L=∑ZPi(di＋ei)＋1/2∑(di＋ei)則L=∑ZPi(di＋ei)＋1/2∑(di＋ei)L=把計(jì)算出的結(jié)果帶入長徑比公式中進(jìn)行驗(yàn)算看一下是否符合要求。由計(jì)算知執(zhí)行D=0.60m長度L=2.393m則u=L/D=2.393/0.60=3.99按照規(guī)定，u取整數(shù)為4，差值為4-3.99=0.01，是符合要求的。故可確定滾筒D=0.60mL=2.393m4.3滾輪和摩擦輪設(shè)計(jì)滾輪和摩擦輪是一對相對運(yùn)動(dòng)的部件，是通過兩者之間產(chǎn)生摩擦，然后產(chǎn)生動(dòng)力帶動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)。考慮到維修以及更換等原因，在選擇的時(shí)候，我們一般選擇摩擦輪的耐磨性差一些，滾輪的材料要好一些，這樣就可以避免兩個(gè)都產(chǎn)生大的磨損，這種情況下，單獨(dú)讓摩擦輪進(jìn)行更多的磨損即可，結(jié)構(gòu)圖如圖5所示。根據(jù)方案設(shè)計(jì)，滾輪的材料選擇常用的Q235，然后用HT200作為摩擦輪的材料，這樣就可以產(chǎn)生耐磨性的差別。由于管體會(huì)產(chǎn)生熱漲冷縮的作用，導(dǎo)致出現(xiàn)軸向竄動(dòng)現(xiàn)象。針對于這樣的情況，滾輪的寬度要小一些，大概比摩擦輪小30～40mm。經(jīng)過討論，滾輪的寬度設(shè)為60mm，與此同時(shí)摩擦輪寬度選85mm，外徑為d=360mm。1.滾筒2.摩擦輪3.滾輪圖4摩擦輪與滾圈4.4滾筒功率計(jì)算滾筒功率可用下式計(jì)算：P=Rn(m1＋13m2)g/60η式中：P—滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)所需功率，W；R—滾筒內(nèi)半徑，m；n—滾筒轉(zhuǎn)速，r/min；m1—滾筒本身質(zhì)量，kg；m2—滾筒內(nèi)原料質(zhì)量，kg；η—傳動(dòng)效率m2=πR2Lr1Φ式中：L—滾筒的長度，m；r1—物料的密度，kg/m3；Φ—物料填充系數(shù)根據(jù)我們所篩選的蘋果參數(shù)，設(shè)置0.95×103kg/m3為物料密度，選取Φ=0.06作為填充系數(shù)，則m2=πR2Lr1Φ=3.14×﹙（0.6-0.002×2）/2﹚2×0.96×0.95×103×0.06=15kg傳動(dòng)效率η取0.6，將數(shù)據(jù)帶入公式中：P=Rn(m1＋13m2)g/60η=﹙（0.60-0.002×2）/2﹚×18×(16＋13×15)×9.81/60×0.6=315W4.5滾筒轉(zhuǎn)速及水平傾角分級(jí)機(jī)的分級(jí)效率和生產(chǎn)能力與滾筒的轉(zhuǎn)速密切相關(guān)，而滾筒的直徑直接影響了滾筒的轉(zhuǎn)速。按照設(shè)計(jì)方案，我們的滾筒是呈傾斜放置的，這樣的話轉(zhuǎn)速可以由下面公式確定：n=12～14/√R通過上文計(jì)算可得，滾筒尺寸D=0.24m，代入公式n=12～14/√R=12～14/√0.24=24～29r/min因在實(shí)際生產(chǎn)中，滾輪的轉(zhuǎn)速在15～25r/min之間，根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)我們確定滾筒的轉(zhuǎn)速n=25r/min。同樣我們可知，傾角的角度一般為3o～5o，滾筒越長的話反而角度西藥越小，本設(shè)計(jì)方案中長度L=0.96m，根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，我們選定a=4o。4.6電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)我們的設(shè)計(jì)方案，通常選用Y型的封閉性三相異步電動(dòng)機(jī)。然后計(jì)算電動(dòng)機(jī)輸出功率：P工作輸出=0.315KW電動(dòng)機(jī)至運(yùn)輸帶之間的總效率為η=0.96×0.97×0.993×0.96×0.902=0.703所以電動(dòng)機(jī)的輸入功率為P電動(dòng)機(jī)輸入=P工作輸出/η總=0.315/0.703=0.45kW根據(jù)設(shè)計(jì)方案，我們選用的電機(jī)型號(hào)為Y315S-2，此款電機(jī)可以滿足我們的需求，因?yàn)槠漕~定功率可達(dá)1.8KW，滿載轉(zhuǎn)速能至680r/min，即P電動(dòng)機(jī)額定=1.8kWn電動(dòng)機(jī)額定=680r/min第5章其他零件的選擇和設(shè)計(jì)5.2直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算5.2.1齒輪的選擇根據(jù)我們的設(shè)計(jì)方案，傳動(dòng)部分的齒輪選用直齒圓柱齒輪，從材料上的選定的話，我們選用40Cr材料來作為小齒輪的材料，280HBS的硬度足夠滿足要求；在大齒輪的材料選取上，我們選擇了硬度為240HBS的45號(hào)鋼，小齒輪為24的齒輪數(shù)，大齒輪是小齒輪的4倍，為96個(gè)。5.2.2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a）進(jìn)行試算，即d1t≥2.323√KT1/φd·(u±1)/u·(ZE/〔σH〕)2（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值試選載荷系數(shù)Kt=1.3。計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。T1=9550P1/n1=9550×2.11/237=85.02N·m=8.502×104N·mm取齒寬系數(shù)φd=1.2。材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2。又得知小齒輪強(qiáng)度極限σHlim1=600Mpa和大齒輪強(qiáng)度極限σHlim2=550Mpa。計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1=60n1jLh=60×237×1×(2×8×300×15)=1.024×109N1=1.024×109/4=0.256×109接觸疲勞壽命系數(shù)KHN1=0.90；KHN1=0.95。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，由相關(guān)公式得〔σH〕1=KHN1σlim1/S=0.9×600MPa=540MPa〔σH〕2=KHN2σlim2/S=0.95×550MPa=522.5MPa（2）計(jì)算把〔σH〕中的較小值代入公式，可得：d計(jì)算圓周速度v。v=πd1tn1/60×1000=π×57.459×237/60×1000=0.71m/s計(jì)算齒寬b。b=φd·d1t=1.2×57.459=68.951mm計(jì)算齒寬與齒高之比b/h。模數(shù)mt=d1t/z1=57.459/24=2.394mm齒高h(yuǎn)=2.25mt=2.25×2.394=5.39mmb/h=68.951/5.39=12.79計(jì)算載荷系數(shù)。速度v=0.71m/s精度為7級(jí)載荷系數(shù)Kv=1.04；直齒輪，KHa=KFa=1；使用系數(shù)KA=1；算的KHB=1.315。由b/h=12.79，KHB=1.315得KFB=1.28；故載荷系數(shù)K=KAKvKHaKHB=1×1.04×1×1.315=1.368根據(jù)公式計(jì)算，得d1=d1t3√K/Kt=57.459×3√1.368/1.3=58.436mm計(jì)算模數(shù)m。m=d1/z1=58.436/24=3.43mm5.2.3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m≥3√2KT1/φdz12·(YFaYSa/〔σF〕)（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值小齒輪強(qiáng)度極限σFE1=500MPa；大齒強(qiáng)度極限σFE2=380MPa；彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.85，KFN1=0.88；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，得〔σF〕1=KFN1σFE1/S=0.85×500/1.4MPa=303.57MPa〔σF〕2=KFN2σFE2/S=0.88×380/1.4MPa=238.86MPa計(jì)算載荷系數(shù)K。K=KAKvKFaKFB=1×1.04×1×1.28=1.331查取齒形系數(shù)。YFa1=2.65；YFa2=2.196。查取應(yīng)力校正系數(shù)。YSa1=1.58；YSa2=1.786。比較計(jì)算：YFa1YSa1/〔σF〕=2.65×1.58/303.57=0.01379YFa2YSa2/〔σF〕=2.196×1.786/238.86=0.01642大齒輪的數(shù)值大。（2）設(shè)計(jì)計(jì)算m根據(jù)相應(yīng)參數(shù)算出小齒輪齒數(shù)z1=d1/m=58.436/2≈29大齒輪齒數(shù)z2=4×29=1165.2.4幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑d1=z1m=29×2=58mmd2=z2m=116×2=232mm（2）計(jì)算中心距a=(d1+d2)/2=(58+232)/2=145mm（3）計(jì)算齒輪寬度b=φdd1=1.2×58=69.6mm取B2=70mm，B1=75mm。5.3滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算5.3.1鏈輪的選擇與功率計(jì)算按照設(shè)計(jì)方案小齒輪有19個(gè)齒數(shù)，大齒輪是小齒輪的兩倍為38個(gè)。KA=1.0，KZ=1.52，單排鏈，則計(jì)算功率為Pca=KAKzP=1.0×1.52×2.2=3.34kW根據(jù)上式結(jié)果和之前計(jì)算，選擇20A-1型號(hào)鏈條，之間節(jié)距p為31.70mm5.3.2鏈節(jié)數(shù)和中心距的計(jì)算取a0=1000mm。相應(yīng)的鏈長節(jié)數(shù)為L取鏈長節(jié)數(shù)L=92節(jié)。按照系數(shù)fi=0.2488計(jì)算最大中心距a5.3.3確定鏈速及潤滑方式v=n2z1p/60×1000=59×19×31.75/60×1000≈0.6m/s從上式計(jì)算結(jié)果以及型號(hào)得出采用滴油潤滑的方式。5.4軸的設(shè)計(jì)計(jì)算5.4.1高速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）初步估算軸的最小軸徑：dmin=A03√P1/n1確定公式內(nèi)的各種計(jì)算數(shù)值選軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），取=112由前面的設(shè)計(jì)可知P1=2.11kW，n1=233r/min（2）設(shè)計(jì)計(jì)算：d軸的最小軸徑為d=(1+0.14)=26.6mm圓整后取27mm。（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.擬定軸上零件的裝配方案根據(jù)設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)選用圖5所示的裝配方案。圖5高速軸的裝配方案2.確定軸的各段直徑和長度設(shè)計(jì)小皮帶輪軸向Ⅱ-Ⅲ段的直徑為34mm，對擋圈直徑的要求為37mm，取48mm作為軸配合的轂孔長度，滾動(dòng)軸承的尺寸為40mm×80mm×19.75mm，我們把齒輪處的軸端段Ⅴ-Ⅵ的直徑dⅤ-Ⅵ定為50mm，按照要求，軸承蓋的寬度需要設(shè)置成20mm，整體數(shù)據(jù)基本選定，，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁取8mm的一段距離，滾動(dòng)軸承寬度取值T=19.75mm，計(jì)算得lⅢ-Ⅴ=T+s+a=19.75+8+16=43.75mmlⅥ-Ⅶ=s+a=8+16=24mm至此，已經(jīng)確定了軸的各段直徑和長度。（4）求軸上的載荷簡支梁的軸的支承跨距64.35+64.35=128.7mm。根據(jù)計(jì)算得到彎矩和扭矩圖，如圖6.從圖中可以看出軸的危險(xiǎn)截面是截面C。相關(guān)數(shù)據(jù)見下表表2截面C相關(guān)數(shù)據(jù)載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=1466N,FNH2=1466NFNV1=533.5N,FNV2=-533.5N彎矩MMH=94557N·mmMV1=34410.75N·mmMV2=-34410.75N·mm總彎矩M1=M2=√945572+34410.752=100624N·m扭矩TT1=85020N·mm圖6軸的載荷分析圖（7）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度取a=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力σ我們選擇是45號(hào)鋼材料，所以符合規(guī)定。5.4.2低速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算（1）初步估算軸的最小軸徑：dmin=A03√P1/n1確定公式內(nèi)的各種計(jì)算數(shù)值選軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），取=112由前面的設(shè)計(jì)算得P2=2.03kW，n1=59r/min（2）設(shè)計(jì)計(jì)算：d軸的最小軸徑為d=(1+0.14)=41.5mm圓整后取42mm。（3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1.擬定軸上零件的裝配方案裝配方案如下圖。圖7低速軸的裝配方案2.確定軸的各段直徑和長度設(shè)計(jì)小皮帶輪軸向Ⅱ-Ⅲ段的直徑為49mm，對擋圈直徑的要求為52mm，取48mm作為軸配合的轂孔長度，滾動(dòng)軸承的尺寸為55mm×100mm×22.75mm，我們把齒輪處的軸端段Ⅴ-Ⅵ的直徑dⅤ-Ⅵ定為70mm，按照要求，軸承蓋的寬度需要設(shè)置成20mm，整體數(shù)據(jù)基本選定，在確定滾動(dòng)軸承位置時(shí)，應(yīng)距箱體內(nèi)壁取8mm的一段距離，滾動(dòng)軸承寬度取值T=22.75mm，計(jì)算得lⅤ-Ⅵ=T+s+a+（70-66）=22.75+8+16+4=50.75mmlⅡ-Ⅲ=s+a=8+16=24mm至此，已經(jīng)確定了軸的各段直徑和長度。（4）求軸上的載荷簡支梁的軸的支承跨距60.75+60.75=121.5mm。根據(jù)軸的計(jì)算得到彎矩和扭矩，示意圖如圖8所示。從圖中可以看出軸的危險(xiǎn)截面是截面B。相關(guān)數(shù)據(jù)見下表表3截面B的相關(guān)數(shù)據(jù)載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=1403.5N,FNH2=1403.5NFNV1=511N,FNV2=-511N彎矩MMH=85263N·mmMV1=31043.25N·mmMV2=-31043.25N·mm總彎矩M1=M2=√852632+31043.252=90738N·mm扭矩TT1=325580N·mm圖8軸的載荷分析圖（7）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度軸的計(jì)算應(yīng)力σ我們選擇是45號(hào)鋼材料，所以符合規(guī)定。5.5軸承的校核5.5.1高速軸軸承的校核因?yàn)閮蛇呡S承受力是相同的，所以只計(jì)算一個(gè)即可。P=按照分級(jí)機(jī)能夠一天工作四小時(shí)，每年工作天數(shù)兩百天，足足能工作八年，則計(jì)算使用壽命為：Lh`=82004=6400h右軸承所需的基本額定動(dòng)載荷C=P＆√60nL’h/106=156010/3√60×233×6400/106=5076N根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出，數(shù)據(jù)符合要求，安全。5.5.2低速軸軸承的校核與高速軸相同，因?yàn)閮蛇呡S承受力是相同的，所以只計(jì)算一個(gè)即可。P=按照分級(jí)機(jī)能夠一天工作四小時(shí)，每年工作天數(shù)兩百天，足足能工作八年，則計(jì)算使用壽命為：Lh’=82004=6400h右軸承所需的基本額定動(dòng)載荷C=P＆√60nL’h/106=149410/3√60×59×6400/106=3259N根據(jù)計(jì)算結(jié)果可以看出，數(shù)據(jù)符合要求，安全。5.6鍵的設(shè)計(jì)與校核5.6.1高速軸上聯(lián)接的鍵的校核根據(jù)方案，我們裝帶輪處的軸徑d為27毫米，高速軸的轉(zhuǎn)矩為85.02N·m，這樣對載荷會(huì)造成輕微沖擊。1.鍵聯(lián)結(jié)的類型和尺寸由于精度偏高的帶輪都要求定心精度，尤其是8級(jí)以上，所以我們采用平鍵連接。根據(jù)要求，選擇A型單圓頭平鍵。平鍵截面寬度b=8㎜，高度h=7㎜。取鍵長L=40㎜2.校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度根據(jù)查詢的許用擠壓應(yīng)力范圍，取一個(gè)平均值[σp]=110Mpa，規(guī)定鍵的長度l為36mm，高度k=3.5mm，然后計(jì)算可得：σ由上式可得，小于平均值。故符合要求。5.6.2電機(jī)上聯(lián)接的鍵的校核跟高速軸不同，電機(jī)處裝大帶輪處的軸徑d為38㎜,皮帶輪的輪轂寬度為46㎜，需傳遞的轉(zhuǎn)矩為29.59N·m㎜，也會(huì)對載荷造成輕微沖擊。選擇鍵聯(lián)結(jié)的類型和尺寸由于精度偏高的帶輪都要求定心精度，尤其是8級(jí)以上，所以我們采用平鍵連接。根據(jù)要求，選擇A型單圓頭平鍵。平鍵截面寬度b=10㎜，高度h=8㎜。取鍵長L=40㎜校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度根據(jù)查詢的許用擠壓應(yīng)力范圍，取一個(gè)平均值[σp]=110Mpa，規(guī)定鍵的長度l為35mm，高度k=4mm，然后計(jì)算可得：σ由上式可得，小于平均值。故符合要求。

總結(jié)本次設(shè)計(jì)是對我這幾年來學(xué)習(xí)知識(shí)的總結(jié)，讓我能夠在實(shí)踐中分析問題，解決問題。進(jìn)一步鞏固了自己的知識(shí)面，開拓了我的視野。通過此次蘋果分級(jí)機(jī)的設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器合理的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)蘋果的6級(jí)分級(jí)，初步達(dá)到設(shè)計(jì)目的。但是還存有一些缺陷，對于蘋果破損情況，無法控制在一個(gè)穩(wěn)定的范圍，需要在放入進(jìn)料口的時(shí)候就擺好，可以大大減少破損率。通過這次設(shè)計(jì)，也讓我樹立了正確的設(shè)計(jì)思想，學(xué)習(xí)了機(jī)械設(shè)計(jì)中的一些方法規(guī)律，對我以后很有幫助。也進(jìn)一步提高了我對機(jī)械設(shè)計(jì)的技能，在計(jì)算、繪圖等方面都有了一定的提高。此次設(shè)計(jì)也讓我明白，任何設(shè)計(jì)都是相互關(guān)聯(lián)的，缺少任何一步都是不行的，不管是從設(shè)計(jì)準(zhǔn)備上，還是到傳動(dòng)裝置、零件、裝配圖等，都