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編號： 畢業(yè)設計(論文)說明書 題 目： 系 別： 專 業(yè)： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 職 稱： 題目類型： 理論研究 實驗研究 工程設計 工程技術研究 軟件開發(fā) 應用研究 2017 年 5 月 19 日 獨 創(chuàng) 性 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得 的成果。除文中已經注明引用的內容外，本論文不含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過 的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人 完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。 學位論文作者簽名： 日期： 關于學位論文版權使用授權的說明 本人完全了解桂林電子科技大學信息科技學院關于收集、保存、使用學位論文的以下規(guī) 定：學院有權采用影印、縮印、掃描、數字化或其它手段保存論文；學院有權提供本學位論 文全文或者部分內容的閱覽服務；學院有權將學位論文的全部或部分內容編入有關數據庫進 行檢索、交流；學院有權向國家有關部門或者機構送交論文的復印件和電子版。 學位論文作者簽名： 日期： 導 師 簽 名： 日期： I 摘 要 我國目前的蘋果去皮設備大多都停留在手動去皮程度，靠人工轉動手柄、手動將蘋果逐 個插到固定針上或者手工持刀去皮，不僅生產效率低，費時、費力、勞動強度大，而且很容 易造成工傷事故；因此設計開發(fā)一種自動化蘋果去皮能有效地解決加工過程自動化及連續(xù)化 水平低的問題，降低勞動強度和事故率，對其他果品加工也同樣適用。 本次設計首先，調查了蘋果去皮機的研究及發(fā)展現況；接著，通過現有蘋果去皮機原理 進行分析，在此分析基礎上提出了總體結構方案；然后，對各主要機構及其零件進行設計； 最后，繪制了本去皮機的裝配圖和主要零件圖并采用 Pro/E 三維設計軟件構建了三維模型。 通過本次設計，鞏固了大學所學專業(yè)知識，如：機械原理、機械設計、材料力學、公差 與互換性理論、機械制圖等；掌握了普通機械產品的設計方法并能夠熟練使用 AutoCAD、Pro/E 軟件，對今后的工作與生活具有極大意義。 關鍵詞：蘋果；去皮；設計；仿真 II Abstract At present, most of the apple peeling equipment in our country are stuck in the degree of manual peeling. By manually turning the handle, manually inserting the apple to the fixed needle or hand holding the skin, not only is the production efficiency low, time-consuming, laborious, and the labor intensity is great, but also it is easy to cause industrial accidents. Therefore, a kind of automatic apple is designed and developed. Peeling can effectively solve the problem of low level of automation and continuity in processing, reduce labor intensity and accident rate, and also apply to other fruit processing. First, the research and development of apple peeling machine are investigated. Then, the principle of the existing apple peeling machine is analyzed. On the basis of the analysis, the overall structure scheme is put forward. Then, the main bodies and their parts are designed. Finally, the assembly drawings and main parts drawings of the peeling machine are drawn. Three dimensional model is built by using Pro/E 3D design software. Through this design, it has consolidated the professional knowledge of the University, such as mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, and so on. It has mastered the design method of ordinary mechanical products and can use AutoCAD and Pro/E software skillfully, which is of great significance to the work and life of the future. Key words: Apple; Peeling; Pesign; Simulation III 目 錄 摘 要 ...........................................................................................................................................................I ABSTRACT ......................................................II 引言 ...........................................................1 1 緒論 ........................................................1 1.1 課題背景及意義 .......................................................1 1.2 蘋果去皮機國內外現狀 .................................................2 1.2.1 蘋果去皮機發(fā)展現狀 ...............................................2 1.1.2 幾種典型的蘋果去皮機 .............................................2 2 總體方案設計 ................................................3 2.1 動力類型的選擇 .......................................................3 2.2 減速器類型的選擇 .....................................................4 2.3 主要機構方案選擇 .....................................................4 2.3.1 去皮動作機構選擇 .................................................4 2.3.2 插果機構選擇 .....................................................4 2.3.3 間歇進排料機構選擇 ...............................................4 2.3.4 切塊機構和卸載機構設計 ...........................................5 2.4 蘋果去皮機方案確定 ...................................................5 2.4.1 最終方案 .........................................................5 2.4.1 工作原理 .........................................................5 3 整機參數選擇與計算 ..........................................6 3.1 電動機選擇 ...........................................................6 3.1.1 選擇電動機系列 ...................................................6 3.1.2 選擇電動機功率 ...................................................6 3.2 減速器選擇 ...........................................................7 3.3 運動和動力參數計算 ...................................................7 4 主要零部件的設計與校核 ......................................8 IV 4.1 V帶傳動的設計 .......................................................8 4.1.1V 帶的基本參數計算 ................................................8 4.1.2 帶輪結構的設計 ..................................................10 4.2 齒輪傳動的設計 ......................................................10 4.2.1 選精度等級、材料和齒數 ..........................................10 4.2.2 按齒面接觸疲勞強度設計 ..........................................10 4.2.3 按齒根彎曲強度設計 ..............................................12 4.2.4 幾何尺寸計算 ....................................................13 4.3 槽輪機構 ............................................................13 4.3.1 槽輪機構運動 ....................................................13 4.3.2 槽輪機構運動參數 ................................................14 4.4 分度轉盤 ............................................................14 4.4.1 轉材料 ..........................................................14 4.4.2 轉盤尺寸 ........................................................15 4.5 傳動軸的設計 ........................................................15 4.5.1 尺寸與結構設計計算 ..............................................15 4.5.2 強度校核計算 ....................................................15 4.6 軸承及鍵的選用與校核 ................................................17 4.6.1 軸承 ............................................................17 4.6.2 鍵 ..............................................................18 5 基于 PRO/E的三維設計及仿真 .................................18 5.1 PRO/E三維設計軟件概述 ...............................................18 5.2 三維設計 ............................................................19 5.3 運動仿真 ............................................................19 6 結論 .......................................................19 謝 辭 .........................................................21 參考文獻 ......................................................21 第 1 頁 共 22 頁 1 引言 由 2010 年統(tǒng)計的數據得出，我們國家的蘋果、梨、桔子的產量均穩(wěn)居世界第一，水果 總產量達到 21401 萬多噸，果園面積也達到了 11543 千余公頃，兩者均連續(xù) 8 年穩(wěn)居世界第 一，并且我國水果的種類很多，成色也很好，因此我國被稱之為是一個水果超級大國，水果 的發(fā)展有很大的前景。從國家的扶農政策下來之后，我們的水果產業(yè)經歷了大約 20 年的快 速發(fā)展，但是由于我國水果產業(yè)化發(fā)展起步比較晚，水果產后商品化手段仍然還是大大的落 后于發(fā)達國家，一直以來的發(fā)展速度并不是很快速，可以說是很緩慢。多年來通過研究各方 面的原因，水果的產后商品化處理成為了水果產業(yè)發(fā)展的瓶頸，而美國，日本等水果產業(yè)強 國的經驗表明水果產業(yè)的主要收益是由水果采后處理和采后加工獲取的，然而我國水果采后 簡單商品化處理率仍不足 10%，大部分的水果都是沒有經過任何的分級操作就進入市場供應， 而水果發(fā)展強國的水果采后簡單商品化處理率達到了 95%以上，這里就形成的了很大的對比， 也是我們務必需要改進和完善的地方。 最近幾年隨著人民生活水平的提高和食品安全意識的提高，國內外引進的水果品種愈來 愈多，不但關系到廣大消費者的食用安全和能否滿足消費者對優(yōu)質安全水果的需求，而且也 將大大影響水果產業(yè)的出口貿易，提高我國水果的市場競爭力，將很大程度上促進我國水果 產業(yè)的發(fā)展和農民收入的增加。自從上個世紀 90 年代，水果強國就開始大量應用水果削皮 機，提高水果的削皮效率，在市場調研的基礎上，通過對已有產品的特點進行比較與研究分 析，開發(fā)了一種新的全自動蘋果削皮機,實現了上料、削皮、去核與卸果整個工作過程的全 自動。傳動系統(tǒng)增加了全自動上料系統(tǒng),可完成蘋果自動輸送、擺正、插果的動作；自仿形 刀架驅動系統(tǒng),可根據蘋果橢圓度的不同，完成準確去皮，保留了原自動轉位工作臺機構。 該全自動蘋果削皮機機構緊湊，節(jié)省人力，生產率和制成率高。 1 緒論 1.1 課題背景及意義 隨著我國水果罐頭產業(yè)的發(fā)展以及世界其他國家對水果罐頭越來越多的需求，我國水果 罐頭出口的發(fā)展面臨著良好的機遇。我國果品罐頭產品在國際市場上占據絕對優(yōu)勢和一定的 市場份額。盡管高新技術在我國果品加工業(yè)得到了逐步應用，加工裝備水平也得到了明顯提 高，但是由于缺乏有自主知識產權的皮心技術與管家制造技術，造成了我國果品加工業(yè)總體 與加工裝備的最大問題就是加工過程中自動化、連續(xù)化程度低，對先進技術的掌握、使用、 引進、消化能力差。以蘋果罐頭為例：目前蘋果罐頭加工的主要工序仍要停留在人工操作水 平上，機械化水平極低，這將在很大程度上限制生產效率及企業(yè)的經濟效益。 相比于蘋果生產，我國蘋果加工業(yè)整體能力薄弱，發(fā)展明顯弱勢，機械自動化程度遠遠 落后于西方國家。蘋果削皮是罐頭加工企業(yè)所必須的工藝流程，目前去皮設備大多都停留在 手動去皮程度，靠人工轉動手柄、手動將蘋果逐個插到固定針上或者手工持刀去皮，不僅生 產效率低，費時、費力、勞動強度大，而且很容易造成工傷事故；因此設計開發(fā)一種自動化 蘋果去皮能有效地解決加工過程自動化及連續(xù)化水平低的問題，降低勞動強度和事故率，對 第 2 頁 共 22 頁 2 其他果品加工也同樣適用。 1.2 蘋果去皮機國內外現狀 1.2.1 蘋果去皮機發(fā)展現狀 通過大量的閱讀資料和調查網絡上已有的蘋果削皮機得出了結論。在現階段國內社會中， 生活中已經存在了大量的蘋果削皮機，但是，在生活中的只是個人應用的蘋果削皮機，于工 業(yè)上應用的大型蘋果削皮機微乎其微。而工業(yè)上應用于水果罐頭和飲料及飲食等水果加工的 機械還是比較少的，隨著我國的發(fā)展腳步前進，造成了我國果品加工總體加工技術與加工裝 備制造技術水平偏低。目前罐頭及水果加工領域存在的最大問題就是加工過程中自動化、連 續(xù)化程度低，對先進技術的消化能力差。去皮設備都停留在半自動程度，靠人工將蘋果逐個 插到固定針上，不僅生產效率低，而親容易造成工傷事故；因此設計開發(fā)一種全自動蘋果去 皮機能有效的解決加工過程自動化及連續(xù)化水平低的問題，對其他果品加工同樣適用。朋友 來時或自己需要品嘗水果時，它可以給你帶來方便和清潔衛(wèi)生的感受。有了它，你的家居生 活更加干凈清爽；有了它，水果的滋味更加的清甜、美味。它能免去您削皮的麻煩，輕輕搖 一搖，果皮不見了！人性化的設計讓小孩老人都能安全操作。不再擔心用水果刀削皮而削傷 手指的危險了。水果削皮機外形雅致。是您家居理想裝飾品。無論是蘋果還是梨，三五秒鐘 自動削皮，為您節(jié)省時間，減少親朋聚會及獨自休閑的費時勞動。輕輕松松，閑情逸致。削 皮機削的果皮薄不斷線。不同于水果刀削皮時多削去果肉果皮滿地，事后掃地及手掌貼 果肉不衛(wèi)生的情況，不浪費衛(wèi)生省事。無論是個人食用還是招待親朋；家居還是酒店餐 飲及會議；整果還是水果拼盤。水果削皮機都是您必備的家居利器。 1.1.2 幾種典型的蘋果去皮機 當前蘋果去皮機大體分為如下幾類： (1)單果手動削皮機，如圖 1-1 所示。其插針冒內有用于插蘋果的插針，機器不用時插針 冒用于保護作用，防止扎傷。使用時將蘋果插與插針上，手搖搖柄，插針帶動蘋果轉動同時 將蘋果向右推進，其仿形刀具在彈簧的作用下緊壓于蘋果表皮，蘋果一邊轉動，一邊削皮。 該機用于個人及家庭使用，由于其削皮速度極慢，勞動強度高，不宜生產使用。 圖 1-1 手動去皮機 (2)多果自動去皮機，如圖 1-2 所示。首先由人工將蘋果以蘋果梗垂直于水平面的方向放 置于蘋果槽內，氣缸推桿伸出帶動升降板及其上的電動機、插針等一同向下移動，直到將蘋 果插于插針，之后氣缸推桿回縮，將蘋果提升至月帔刀高度，電動機帶動插針、蘋果一起旋 轉，直到完成蘋果削皮工作，最后由人工將蘋果卸下。該類去皮機每臺機器至少一人、甚至 第 3 頁 共 22 頁 3 兩人負責放果和卸果，該機之勞動強度屬三類去皮機中最大者，生產效率較低 H。 1 氣缸 2 升降板 3 電動機 4 插針 5 削皮刀 6 蘋果槽 圖 1-3 第二類去皮機示意圖 (3)單果自動去皮機，其工作原理如圖 1-3 所示。該類去皮機的轉盤上設有數個蘋果轉動 插針，均勻分布于圓盤的圓周之內。首先由人工將蘋果插于蘋果插針，圓盤轉動一定角度， 蘋果被送于去皮工位，完成去皮工作，圓盤再轉動一定角度，蘋果完成切片工作，圓盤繼續(xù) 轉動，蘋果被送于去核工位，蘋果核在該工位被除去，至此完成一個工作循環(huán)。此類去皮機 較(1) 去皮速度快，但其仍然依靠人工上果，生產速度多由人工的熟練程度決定。 圖 l-3 第三類去皮機原理圖 2 總體方案設計 2.1 動力類型的選擇 在機械系統(tǒng)設計過程中，原動機的選擇是非常重要的一個環(huán)節(jié)，因為它直接影響到動力 輸出的穩(wěn)定性、系統(tǒng)運行效率和總體結構?，F代機械中，常見的原動機有熱機、電動機、液 動機和氣動機，各自具有不同的特點和應用。 熱機包括蒸汽機和內燃機，其應用范圍相對單一，主要用于經常變換工作場所的機械設 備和運輸車輛。 電動機在現代機械中應用最為廣泛，尤其是交流異步電動機，其具有結構簡單，價格低 廉，動力源方便等優(yōu)點，但功率系數較低，且調速不便，適用于運行環(huán)境比較穩(wěn)定、調速范 圍窄的場合。 液動機一般調速方便，且傳動鏈較短，但需配備液壓站，成本較高。當只需實現簡單的 運動變換時，氣動機較為方便，其缺點是有一定的噪聲。 本設計中對原動機的要求為：運行環(huán)境穩(wěn)定、結構簡單、成本較低，綜合以上各種原動 機的特點，選擇交流異步電動機作為蘋果去皮機的原動機。 2.2 減速器類型的選擇 第 4 頁 共 22 頁 4 減速器是指原動機與工作機之間獨立封鎖式傳動裝置，用來減低轉速并相應地增大轉矩。 減速器種類繁多，一般可分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器。 齒輪減速器的優(yōu)點是結構簡單，運轉平穩(wěn)，安裝方便，其缺點是傳動比的分配比較麻煩； 而蝸桿減速器具有結構緊湊，傳動比大，噪音低等優(yōu)點，但容易引起發(fā)熱、漏油、渦輪磨損 等問題。 行星齒輪減速器的主要特點有：結構緊湊、重量輕、體積小、傳動比大等優(yōu)點，但其結 構比較復雜，制造和安裝較為困難，成本也高。 在本設計中，對減速器要求為：傳動比較大，結構盡量簡單，成本低廉，制造安裝方便。 綜合以上各種減速器的優(yōu)缺點，選擇蝸桿減速器作為蘋果去皮機的減速器。 2.3 主要機構方案選擇 2.3.1 去皮動作機構選擇 采用仿形刀具在彈簧的作用下緊壓于蘋果表皮，蘋果一邊轉動，一邊削皮。 2.3.2 插果機構選擇 由人工將蘋果以蘋果梗垂直于水平面的方向放置于蘋果槽內，氣缸推桿伸出帶動升降板 及其上的電動機、插針等一同向下移動，直到將蘋果插于插針，之后氣缸推桿回縮，將蘋果 提升至月帔刀高度，電動機帶動插針、蘋果一起旋轉。 2.3.3 間歇進排料機構選擇 （1）槽輪機構 進排料動作須由間歇機構完成，槽輪機構槽輪機構的特點是結構簡單，工作可靠，易加 工，轉角準確，機械效率高。常被用來將主動件的連續(xù)轉動轉換成從動件的帶有停歇的單向 周期性轉動。故進排料機構選取槽輪機構。但是其動程不可調節(jié)，轉角不能太小，槽輪在起、 停時的加速度大，有沖擊，并隨著轉速的增加或槽輪槽數的減少而加劇，故不宜用于高速。 圖 2-1 單銷四槽外槽輪機構 （2）不完全齒輪齒條機構 圖 2-2 不完全齒輪齒條機構 不完全齒輪齒條機構的優(yōu)點是結構簡單，容易制造，允許選擇的范圍比棘輪機構和槽輪 機構的大，因而設計靈活。其缺點是從動輪在轉動開始和終止時，角速度有突變，沖擊較大， 第 5 頁 共 22 頁 5 故一般只適用于低速、輕載的工作條件。 綜合以上分析，結合去皮機的工作條件，選擇槽輪機構實現間歇運動。 2.3.4 切塊機構和卸載機構設計 切塊機構、卸載機構均利用導向氣缸或者滑動導軌組成直線運動機構來完成各自功能。 切塊刀設計為八片刀片放射型分布于大小圓環(huán)中間，刀具垂直于蘋果軸線運動可將蘋果切為 八塊，中間的圓形刀刃將蘋果核切下留在蘋果插針上。 卸載機構卸載托板上開有圓形槽，導向氣缸伸出可將蘋果插針座上的蘋果托板含入槽中， 卸載氣缸推桿伸出便將蘋果核卸載。 2.4 蘋果去皮機方案確定 2.4.1 最終方案 綜合以上的分析，最終確定的系統(tǒng)運動方案見下表： 表 2-1 系統(tǒng)運動方案 原動機 減速器 去皮機構 間歇進排料機構 插果、卸載、切塊 交流異步電動機 渦輪蝸桿減速器 仿型刀具 槽輪機構 氣缸 蘋果去皮機由插果機構、去皮機構、切塊機構、卸料機構及對應的動力機構組成，如圖 2-3 所示。 圖 2-3 蘋果去皮機結構圖 2.4.1 工作原理 首先由人工將蘋果以蘋果梗垂直于水平面的方向放置于蘋果槽內，氣缸推桿伸出，壓板 把蘋果壓向插針，直到將蘋果插于插針，之后氣缸推桿回縮；接著，轉盤帶動被插針插上的 蘋果轉動到去皮工位，此時在插針下方的齒輪與驅動電機的齒輪嚙合，隨之電動機通過齒輪 傳動帶動插針、蘋果一起旋轉，與仿型刀片接觸完成蘋果削皮工作；然后，轉盤再次帶動去 皮完的的蘋果轉動到切塊工位，此時氣缸推桿伸出帶動切塊刀片壓向蘋果，蘋果果肉即被分 第 6 頁 共 22 頁 6 成多塊需要的形狀并掉落到傳送帶送走；最后轉盤再次帶動插針上剩下的蘋果核轉動到卸載 工位，卡入與氣缸連接的卸料板，此時氣缸上升，卸料板把蘋果核拔出落入廢了箱。 3 整機參數選擇與計算 3.1 電動機選擇 3.1.1 選擇電動機系列 電動機選擇應保證： rP0 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/ 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確定； 電動機到工作機的總效率，%。 皮帶運輸機的 PW 計算方法： PW=Fv/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轉盤轉速，r/min。 按工作要求及工作條件選用三相異步電動機，封閉式結構，電壓 380V，Y 系列。 3.1.2 選擇電動機功率 PW=0.27 kW，=0.990.950.960.950.9940.96=0.7698 Pr1=PW/ 1=0.36 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 查得電動機數據， 計算出傳動比如下表。 表 3-1 電動機數據表 方 案 電動機型 號 額定功率 /kW 同步轉速 /(r/min) 滿載轉速 /(r/min) 總傳動比 質量 /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量和價格較低，但總傳動比大。為使傳動 裝置結構緊湊，決定選用方案 2。電動機型號為 Y90S-4，額定功率為 0.75 kW，同步轉速為 1000 r/min，滿載轉速為 910 r/min。 第 7 頁 共 22 頁 7 3.2 減速器選擇 （1）總傳動比 蘋果定位轉盤的轉速應合理選擇，過大會導致蘋果甩出，過小去皮效率低，參考市場現 有蘋果去皮機，取轉盤轉速為 ，而：min/20rnw 電機滿載轉速： 。i/91m 故總傳動比為： 5.42091wmi （2）分配傳動比 為使傳動裝置尺寸協調、結構勻稱、不發(fā)生干涉現象，選 V 帶傳動比： ；2帶i 則減速器的傳動比為： 75.2.4帶減 i 因此減速器傳動比較大，為了保證結構緊湊性，本去皮機選用蝸桿減速器，查機械設計 手冊型號為：CW-80-22.5 3.3 運動和動力參數計算 （1）各軸的轉速： 1 軸 ；min/9101rn 2 軸 ； i/4.5.212ri 3 軸 in/.02in 轉盤軸 m.3rw （2）各軸的輸入功率： 1 軸 ；kwP675.09.75.0101 2 軸 ；322 3 軸 ；4..3 （3）各軸的輸入轉矩： 電機軸 ； mNnPT 87.9105.9500 1 軸 ； .6.11 第 8 頁 共 22 頁 8 2 軸 ； mNnPT 61.94.0595022 3 軸 ； 58.2.33 （4）整理列表 軸名 功率 kwP/轉矩 mNT/轉速 in)/(r傳動比 電機軸 0.75 7.87 910 1 軸 0.675 7.08 910 1 2 軸 0.506 119.61 40.4 22.5 3 軸 0.456 215.58 20.2 2 4 主要零部件的設計與校核 4.1 V帶傳動的設計 4.1.1V 帶的基本參數計算 1）確定計算功率 cP 根據上述所選電機參數： ； ；kw506.min/4.0rnm 查機械設計基礎表 13-8 得工況系數： ；251AK 則： KAc 2..2.1 2）選取 V 帶型號 根據 、 查機械設計基礎圖 13-15 選用 A 型 V 帶,cPmn 3）確定大、小帶輪的基準直徑 d （1）初選小帶輪的基準直徑： ；m751 （2）計算大帶輪基準直徑： ；midd 147520.12 ）（帶 圓整取 ，誤差小于 5%，是允許的。md1502 4）驗算帶速 ，帶的速度合適。 ssmnvd /)25,(/9.71064.3106 5）確定 V 帶的基準長度和傳動中心距： 中心距： )(2)(7. 21021 dda 初選中心距 ma35 （2）基準長度： 第 9 頁 共 22 頁 9 maddaLd1.03504)71()507(24.35222210 對于 A 型帶選用 Ld 6）驗算主動輪上的包角 ：1 由 ad 3.57)(1802 得 1207.60.11 主動輪上的包角合適。 7）計算 V 帶的根數 ：zLArKPzc )(0 ， 查機械設計基礎表 13-3 得： ；min/91nmmd751 kwP35.0 （2） ，查表得： ；2帶， ir kwP17.0 （3）由 查表得，包角修正系數 .62195K （4）由 ，與 V 帶型號 A 型查表得： Ld0 .l 綜上數據，得 68.10.95)17.35.(.z 取 合適。12z 8）計算預緊力 （初拉力）：0F 根據帶型 A 型查機械設計基礎表 13-1 得： mkgq/1.0NqvkzvPc4.529.71095.276.01.520 9）計算作用在軸上的壓軸力 ：QF 第 10 頁 共 22 頁 10 NZFQ2012.160sin4.5i0 其中 為小帶輪的包角。 10）V 帶傳動的主要參數整理并列表： 帶型 帶輪基準直徑 (mm) 傳動比 基準長度(mm) B 751d02 2 1000 中心距（mm） 根數 初拉力 (N) 壓軸力 (N) 350 2 52.4 201 4.1.2 帶輪結構的設計 （1）帶輪的材料 采用鑄鐵帶輪（常用材料 HT150） （2）帶輪的結構形式 V 帶輪的結構形式與 V 帶的基準直徑有關。小帶輪接減速機， 較小，所以md751 采用腹板式結構帶輪；大帶輪接減速器， ，所以采用孔板式結構帶輪。md1502 4.2 齒輪傳動的設計 去皮機構由電機通過齒輪傳動確定蘋果旋轉在仿型刀具壓緊下實現去皮。 4.2.1 選精度等級、材料和齒數 采用 7 級精度由表 6.1 選擇小齒輪材料為 40Cr（調質） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料 為 45 鋼（調質） ，硬度為 240HBS。 選小齒輪齒數 201Z 大齒輪齒數 ，取4i402Z 4.2.2 按齒面接觸疲勞強度設計 由設計計算公式進行試算，即 3211)(2.HEdtt ZuTkd 1） 確定公式各計算數值 （1）試選載荷系數 .tK （2）計算小齒輪傳遞的轉矩 mNT87.501 第 11 頁 共 22 頁 11 （3）小齒輪相對兩支承對稱分布，選取齒寬系數 0.1d （4）由表 6.3 查得材料的彈性影響系數 2/8.9MPaZE （5）由圖 6.14 按齒面硬度查得 小齒輪的接觸疲勞強度極限 H601lim 大齒輪的接觸疲勞強度極限 a52li （6）由式 6.11 計算應力循環(huán)次數 91 106.)2830(7606 hjLnN921.5. （7）由圖 6.16 查得接觸疲勞強度壽命系數 .01NZ4.02NZ （8）計算接觸疲勞強度許用應力 取失效概率為 1，安全系數為 S=1，由式 10-12 得 MPaSHNH 54069.01lim1 Z174.2li2 （9）計算 試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中的較小值td1Hm54.38)17.9(3.40.187532. 2 計算圓周速度 v sndt /.65.2.16 計算齒寬 b mbtd 4.38.01 計算齒寬與齒高之比 b/h 模數 mZdmtn927.054.381 齒高 ./.2/ 1.56hbnt 計算載荷系數 K 根據 ，7 級精度，查得動載荷系數sv/68.1 05.1VK 假設 ，由表查得mNFtA/0 第 12 頁 共 22 頁 12 1FHK 由表 6.2 查得使用系數 .051AK 由表查得 3.1H 查得 28FK 故載荷系數 4.130.51. HVA （10）計算模數 mZdm927./4./1 4.2.3 按齒根彎曲強度設計 彎曲強度的設計公式為 321FSdnYZKT （1）確定公式內的計算數值 由圖 6.15 查得 小齒輪的彎曲疲勞強度極限 MPaFE501 大齒輪的彎曲疲勞強度極限 382 由圖 6.16 查得彎曲疲勞壽命系數 8.01NZ9.2N 計算彎曲疲勞許用應力 取失效概率為 1，安全系數為 S=1.3，由式得MPaSZFENF 5.38.10819.26.922 計算載荷系數 41.80.15. FVAK （2）查取齒形系數 由表 6.4 查得 8.21FaY26.Fa （3）查取應力校正系數 由表 6.4 查得 5.1SaY74.12Sa （4）計算大小齒輪的 ，并比較F 第 13 頁 共 22 頁 13 01462.9.2687.5.321FSaFY 大齒輪的數據大 （5）設計計算 mm 74.1062.20.175433 對比計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數 m 大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模 數，可取有彎曲強度算得的模數 1.74，并就近圓整為標準值 m2mm 按接觸強度算得的分度圓直徑 d54.381 算出小齒輪齒數 取 92/./1mZ201Z 大齒輪齒數 取02i 4.2.4 幾何尺寸計算 （1）計算分度圓直徑 mmZd802421 （2）計算中心距 a6/)(/)(21 （3）計算齒寬寬度 取 B2=18mm, B1=20mmbd05. 圓柱齒輪參數數據整理如下： 序號 名稱 符號 計算公式及參數選擇 1 齒數 Z 20，40 2 模數 m 2mm 3 分度圓直徑 21dm80,4 4 齒頂高 ah2 5 齒根高 f 5. 6 全齒高 4 7 頂隙 c.0 8 齒頂圓直徑 21dm8, 9 齒根圓直徑 43f 753 10 中心距 a60 4.3 槽輪機構 槽輪機構又稱為馬耳他機構，能把主動軸的勻速連續(xù)轉動轉換為從動軸的周期性間歇運 第 14 頁 共 22 頁 14 動。槽輪機構結構簡單、緊湊、工作可靠；且轉位時間與靜止時間之比為定值，能平穩(wěn)地改 變從動件的角速度；在 拔銷進人和脫出槽輪時運動比較平穩(wěn)，但槽輪的轉角大小不能凋節(jié)，當精度要求較高時 需另加定位裝置。 4.3.1 槽輪機構運動 圖 4-3 槽輪機構轉位簡圖 如圖 4-3 所示，槽輪的圓弧面定位是最常用的定位方法。圖 4-3(a)銷輪滾子剛進入徑向 槽；圖 4-3 0，Z 3，在 工作時槽輪的角速度和角加速度變化很大，在撥銷進人和脫出徑向槽的瞬間，槽輪的角加速 度發(fā)生突變，引起的震動和沖擊力也很大。因 0.5，可采用多圓銷槽輪機構，設均勻分布 的圓銷數目為 R，則一個運動循環(huán)中槽輪的運動時間是單圓銷時的 R 倍，故 = R ( Z2 ) / ( 2Z )。又因為 1，故 R < 2Z/ ( Z2 ) ，由此可知： Z = 3 時，R 可為 l 5；Z = 4 或 5 第 15 頁 共 22 頁 15 時，R 可為 1 3 ；Z 6 時，R 可為 1 2。中心距 a 和圓銷半徑 r 的確定要根據 受力情況和該機構所占用空間位置大小。 4.4 分度轉盤 4.4.1 轉材料 由于蘋果去皮機屬于常用食品加工類機械，材料的選擇應考慮到材料易得、材料容易加 工切削、干凈衛(wèi)生、成本低且容易清洗等特點，所以本設計選用 45 號鋼作為蘋果定位盤的 材料。 4.4.2 轉盤尺寸 蘋果分度盤如圖 8 所示?？紤]到人工放置蘋果的舒適度問題以及作業(yè)的工作效率，本設 計采用直徑 900mm 的圓盤作為定位盤，圓盤上均勻分布 12 個直徑 30mm 的蘋果定位孔，為 了使定位盤工作穩(wěn)定可靠不產生傾斜本設計采用雙鍵連接軸，基孔制配合為 H7。 4.5 傳動軸的設計 軸的設計以轉盤軸為例，其他軸與之類似： 4.5.1 尺寸與結構設計計算 （1）轉盤軸上的功率 P1,轉速 n1 和轉矩 T1 ， ，kwP456.0min/2.01rnmNT58.21 （2）初步確定軸的最小直徑 先按式 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料 45 鋼，調質處理。根據機械 3PdC 設計表 11.3，取 ，于是得：12 mPC6.182.0451nd332 （3）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 該處開有鍵槽故軸徑加大 510，且這是蘋果定位轉盤的直徑，取 20mm。 軸的結構設計： 為了滿足帶輪的軸向定位，-軸段右端要有一軸肩，故取-段直徑為 d- =24mm。 初步選定滾動軸承，因軸承受徑向力和軸向力，根據 d-=24mm，取用 6205 型深溝 球軸承，其尺寸為 dDT=25mm62mm15mm，則有 d-=d- =25mm，L=15mm ，軸承中間處用軸肩定位，這段取直徑 d-=30mm。 右端軸承與齒輪之間應有一套同固定，-長應為：取套同長 12mm，則 L- =32mm。 取軸承端蓋總寬為 32mm，外端面與大帶輪右端面間距離為 10mm，故取 L- =42mm。 結合箱體結構，取 L- =76mm。 第 16 頁 共 22 頁 16 （4）軸上零件的周向定位 軸上零件的周向定位：聯軸器與軸的周向定位均用平鍵聯接。按 d-=20mm 查得平 鍵截面 bh=6mm6mm，鍵槽用銑刀加工，長 28mm，同時為了保證轉盤與軸配合有良好 的對中性，故選擇輪轂與軸配合為 H7/n6。 4.5.2 強度校核計算 （1）求作用在軸上的力 根據機械設計 （軸的設計計算部分未作說明皆查此書）式(10-14)，則NFNtgdTantrt06.1320.16cos.759.823p.5 （2）求軸上的載荷（詳細過程以軸 2 為例，其他軸類似不一一復述） 首先根據軸的結構圖作出軸的計算簡圖。在確定軸承支點位置時，從手冊中查取 a 值。 對于 6207 型深溝球軸承，由手冊中查得 a=17mm。因此，軸的支撐跨距為 L1=172mm。 根據軸的計算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖可以看出 截面 C 是軸的危險截面。先計算出截面 C 處的 MH、MV 及 M 的值列于下表。 載荷 水平面 H 垂直面 V 支反力 F ，NNH143NF126 ，NFNV237156 C 截面 彎矩 M mL8532 mLaV432 總彎矩 NMVH 16851822max 扭矩 NT0 第 17 頁 共 22 頁 17 （3）按彎扭合成應力校核軸的強度 根據式(15-5)及上表中的數據，以及軸單向旋轉，扭轉切應力，取 ，軸的計算應6.0 力 MpaWTMca 61.28401.86968)(32222 已選定軸的材料為 45Cr，調質處理。由表 15-1 查得 。因此 ，故70P-1-ca 安全。 4.6 軸承及鍵的選用與校核 4.6.1 軸承 1）.按承載較大的滾動軸承選擇其型號，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合 方式。軸承類型選為深溝球軸承，軸承的預期壽命取為：Lh29200h 由上面的計算結果有軸承受的徑向力為 Fr1=340.43N， 軸向力為 Fa1=159.90N， 2） 初步選擇滾動軸承型號為 6205，其基本額定動載荷為 Cr=51.8KN，基本額定靜載 第 18 頁 共 22 頁 18 荷為 C0r=63.8KN。 3） 徑向當量動載荷 NFNVHr 43.06.187.543 2221211 r 859222 動載荷為 ，查得 ，則有arYFP4.06.r 0139.1563. 由 式 13-5 得a hrh LPCnL 4.5012.3986601 63 滿足要求。 4.6.2 鍵 1）選擇鍵聯接的類型和尺寸 聯軸器處選用單圓頭平鍵，尺寸為 mlhb286 2)校核鍵聯接的強度 鍵、軸材料都是鋼，由機械設計查得鍵聯接的許用擠壓力為 MPaP10 鍵的工作長度 mbl25681 ，合適 PP MadlkT1.305.022131 5 基于 Pro/E的三維設計及仿真 5.1 Pro/E三維設計軟件概述 Pro/Engineer 操作軟件是美國參數技術公司（ PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一體化的三維 軟件。Pro/Engineer 軟件以參數化著稱，是參數化技術的最早應用者，在目前的三維造型軟 件領域中占有著重要地位。Pro/Engineer 作為當今世界 機械 CAD/CAE/CAM 領域的新標準而 得到業(yè)界的認可和推廣，是現今主流的 CAD/CAM/CAE 軟件之一，特別是在國內產品設計 領域占據重要位置。 Pro/E 第一個提出了參數化設計的概念，并且采用了單一數據庫來解決特征的相關性問 題。Pro/E 采用了模塊方式，可以分別進行草圖繪制、零件制作、裝配設計、鈑金設計、加 工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進行選擇使用。功能如下： （1）特征驅動（例如：凸臺、槽、倒角、腔、殼等） ； （2）參數化（參數=尺寸、圖樣中的特征、載荷、邊界條件等） ； （3）通過零件的特征值之間，載荷/邊界條件與特征參數之間（如表面積等）的關系來 進行設計； （4）支持大型、復雜組合件的設計（規(guī)則排列的系列組件，交替排列，Pro/PROGRAM 第 19 頁 共 22 頁 19 的各種能用零件設計的程序化方法等） 。 （5）貫穿所有應用的完全相關性。 5.2 三維設計 本次設計的蘋果去皮機的總體裝配模型如下圖示： 圖 4-1 總體裝配模型 5.3 運動仿真 在進行機械設計時，建立模型后設計者往往需要通過虛擬的手段，在電腦上模擬所設計 的機構，來達到在虛擬的環(huán)境中模擬現實機構運動的目的。對于提高設計效率降低成本有很 大的作用。Pro/E 中“機構” 模塊是專門用來進行運動仿真和動態(tài)分析的模塊。PROE 的運動 仿真與動態(tài)分析功能集成在“機構” 模塊中，包括 Mechanism design（機械設計）和 Mechanism dynamics（機械動態(tài)）兩個方面的分析功能。 使用“機械設計 ”分析功能相當于進行機械運動仿真，使用“機械設計”分析功能來創(chuàng)建某 種機構，定義特定運動副，創(chuàng)建能使其運動起來的伺服電動機，來實現機構的運動模擬。使 第 20 頁 共 22 頁 20 用“機械動態(tài) ”分析功能可在機構上定義重力，力和力矩，彈簧，阻尼等等特征?？梢栽O置機 構的材料，密度等特征，使其更加接近現實中的結構，到達真實的模擬現實的目的。 本次僅做運動仿真，即采用 Pro/E “機構”模塊中機械設計功能進行，首先在裝配時設置 好約束類型（包括對齊、同軸、銷連接、滑動連接等） ，接著定義運動副，然后在各運動副 處定義伺服電機，最后進行運動模擬并生成運動仿真視頻。 6 結論 畢業(yè)設計是大學學習階段一次非常難得的理論與實際相結合的學習機會，通過這次理論 知識和實際設計的相結合，鍛煉了我的綜合運用所學專業(yè)知識，解決實際工程問題的能力， 同時也提高了我查閱文獻資料、設計手冊、設計規(guī)范能力以及其他專業(yè)知識水平，而且通過 對整體的掌控，對局部的取舍，以及對細節(jié)的斟酌處理，都使我的能力得到了鍛煉，經驗得 到了豐富，并且意志品質力，抗壓能力以及耐力也都得到了不同程度的提升。 這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在，提高是有限的但卻是全面 的，正是這一次畢業(yè)設計讓我積累了許多實際經驗，使我的頭腦更好的被知識武裝起來，也 必然讓我在未來的工作學習中表現出更高的應變能力，更強的溝通力和理解力。 順利如期的完成本此畢業(yè)設計給了我很大的信心，讓我了解專業(yè)知識的同時也對本專業(yè) 的發(fā)展前景充滿信心，但同時也發(fā)現了自己的許多不足與欠缺，留下了些許遺憾，不過不足 與遺憾不會給我打擊只會更好的鞭策我前行，今后我更會關注新科技新設備新工藝的出現， 并爭取盡快的掌握這些先進知識，更好的為祖國的四化服務。 第 21 頁 共 22 頁 21 謝 辭 大學生活即將結束，在這短短的幾年里，讓我結識了許許多多熱心的朋友、工作嚴謹教 學相幫的教師。畢業(yè)設計的順利完成也脫離不了他們的熱心幫助及指導老師的精心指導，在 此向所有給予我此次畢業(yè)設計指導和幫助的老師和同學表示最誠摯的感謝。 首先，向本設計的指導老師表示最誠摯的謝意。在自己緊張的工作中，仍然盡量抽出時 間對我們進行指導，時刻關心我們的進展狀況，督促我們抓緊學習。老師給予的幫助貫穿于 設計的全過程，從借閱參考資料到現場的實際操作，他都給予了指導，不僅使我學會書本中 的知識，更學會了學習操作方法。也懂得了如何把握設計重點，如何合理安排時間和論文的 編寫，同時在畢業(yè)設計過程中，她和我們在一起共同解決了設計中出現的各種問題。 其次，要向給予此次畢業(yè)設計幫助的老師們，以及同學們以誠摯的謝意，在整個設計過 程中，他們也給我很多幫助和無私的關懷，更重要的是為我們提供不少技術方面的資料，在 此感謝他們，沒有這些資料就不是一個完整的論文。 另外，也向給予我?guī)椭乃型瑢W表示感謝。 總之，本次的設計是老師和同學共同完成的結果，在設計的一個月里，我們合作的非常 愉快，教會了大我許多道理，是我人生的一筆財富，我再次向給予我?guī)椭睦蠋熀屯瑢W表示 感謝！ 第 22 頁 共 22 頁 22 參