3458 雙齒盤—齒板式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)
3458 雙齒盤—齒板式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì),雙齒盤,板式,核桃,破殼機(jī),設(shè)計(jì)
目 錄1.緒論 ..........................................................................................................................................................11.1 選題的意義和目的 ..............................................................................................................................11.2 本課題所涉及的問(wèn)題及國(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析 ......................................................................21.2.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀及分析 .......................................................................................................................21.2.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析 .......................................................................................................................32.設(shè)計(jì)方案的選擇 ...................................................................................................................................32.1 確定研究方案 ......................................................................................................................................42.2 核桃進(jìn)料口的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................42.3 核桃分級(jí)裝置的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................................52.4 桃破殼部分的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................52.5 齒盤的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................................................62.6 軸的設(shè)計(jì) ..............................................................................................................................................82.6.1 軸的校核 ...........................................................................................................................................83.鏈傳動(dòng)的計(jì)算 ........................................................................................................................................93.1 鏈輪的選定 .........................................................................................................................................93.2 小鏈輪的計(jì)算 ......................................................................................................................................93.3 大鏈輪的計(jì)算 ....................................................................................................................................114.關(guān)鍵零件的選擇、定位和校核 .......................................................................................................124.1 軸系零件的定位 ................................................................................................................................124.2 軸承的選擇 ........................................................................................................................................124.3 鍵聯(lián)結(jié)的選擇與校核 ........................................................................................................................124.4 聯(lián)軸器的選擇 ....................................................................................................................................134.5 軸承端蓋的設(shè)計(jì) ................................................................................................................................135.電動(dòng)機(jī)的選擇 ......................................................................................................................................145.1 選擇調(diào)速電動(dòng)機(jī) ................................................................................................................................145.2 電動(dòng)機(jī)的尺寸及安裝 ........................................................................................................................146.裝配質(zhì)量 ...............................................................................................................................................147.總結(jié) ........................................................................................................................................................14致 謝 ........................................................................................................................................................15參考文獻(xiàn) ....................................................................................................................................................16塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 1 -1.緒論1.1選題的意義和目的核桃又名胡桃，與扁桃、腰果、榛子并列為世界四大干果。原產(chǎn)我國(guó)的有 4個(gè)種和 1個(gè)雜交種，栽培較多的有普通核桃和云南薄殼核桃。優(yōu)質(zhì)的核桃仁為淡黃色或琥珀色，營(yíng)養(yǎng)豐富而味美，可生食，是很好的滋補(bǔ)品，也是制作糕點(diǎn)的原料。許多國(guó)家有消費(fèi)核桃的習(xí)慣，美國(guó)的膳食指南將其與大豆列為同類食物。近年來(lái)，核桃除銷售干果或核桃仁外，核桃乳、核桃速食粉、核桃精等加工品也已進(jìn)入市場(chǎng)，另有少量的核桃油產(chǎn)品銷售，但是核桃的深加工產(chǎn)品較少見(jiàn)，隨著核桃生產(chǎn)的發(fā)展，其后續(xù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和加工也迫在眉捷。我國(guó)核桃栽培面積在世界最大，約為 1266．67khm2，超過(guò)世界其它國(guó)家栽培面積的總和，居世界之首，2006 年全國(guó)核桃總產(chǎn)量已達(dá) 499．1kt。核桃在我國(guó)分布極為廣泛，因其適應(yīng)性強(qiáng)，南、北 20多個(gè)省、市、自治區(qū)均有栽植。 “十一五”期間，云南規(guī)劃核桃種植面積 2400khm2，規(guī)劃核桃種植面 00khm2，甘肅隴南規(guī)劃核桃種植面積666．67khm2，可以預(yù)計(jì)，中國(guó)的核桃產(chǎn)量在 5年后將超過(guò) 1000kt，是目前的 2倍。用于核桃初加工工藝的機(jī)械統(tǒng)稱為核桃初加工機(jī)械。我國(guó)每年都有大量核桃需要進(jìn)行初加工。目前為止，我國(guó)核桃初加工中大部分仍沿用傳統(tǒng)的人工加工模式，只有一少部分使用了青皮脫皮機(jī)、清洗機(jī)。而破殼、取仁、殼仁分離、核桃仁分級(jí)多是由人工完成。人工加工不僅效率低，加工周期長(zhǎng)，衛(wèi)生條件差，核桃仁易被二次污染，而且加工過(guò)程不容易被管理，隨著城市化進(jìn)程的加快，農(nóng)村剩余勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移，勞動(dòng)力緊缺，用人成本增加將是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，傳統(tǒng)人工核桃初加工模式越來(lái)越不經(jīng)濟(jì)，也不能適應(yīng)日益增長(zhǎng)的核桃需求。核桃破殼取仁是核桃深加工的第一道工序， 而目前市售的核桃仁幾乎全部是手工砸取，勞動(dòng)生產(chǎn)率極其低下，這就迫切需要設(shè)計(jì)生產(chǎn)出能進(jìn)行機(jī)械或半機(jī)械化加工的核桃破殼機(jī)， 以提高核桃剝殼取仁的生產(chǎn)效率。針對(duì)上述問(wèn)題，研制高效破殼機(jī)已成當(dāng)務(wù)之急。為實(shí)現(xiàn)核桃機(jī)械破殼取仁，陜西、山西等地曾研制過(guò)核桃破殼機(jī)?，F(xiàn)有核桃破殼機(jī)采用擠切，擠搓原理破殼取仁，存在的主要問(wèn)題是性能指標(biāo)（破殼率 80%左右，高路仁率約 60%不高，生產(chǎn)率低 [2]。由于雙齒盤齒板相互擠壓的方式集合了四點(diǎn)擠壓與滾動(dòng)擠壓的優(yōu)點(diǎn)，核桃在擠壓破裂過(guò)程中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并沿著核桃殼表面施加細(xì)密的多個(gè)克壓力，使初始裂紋擴(kuò)展，這樣既使殼完全破裂，又避免對(duì)仁的擠壓破碎，提高破殼取仁性能。破殼后能得到較多的高路仁，并且核桃殼較碎，有利于實(shí)現(xiàn)核桃的機(jī)械破殼，破殼的綜合效果較好。所以有很高的研究?jī)r(jià)值，對(duì)核桃的機(jī)械化破殼，以及機(jī)械化加工具有重大意義。1.2本課題所涉及的問(wèn)題及國(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀及分析目前核桃生產(chǎn)國(guó)中最有代表性、生產(chǎn)水平最高、市場(chǎng)占有份額最大的當(dāng)數(shù)美國(guó)。美國(guó)可謂核桃生產(chǎn)上年輕而又強(qiáng)大的王國(guó)。美國(guó)核桃采收的機(jī)械化程度很高，先是噴灑乙烯利(一種果實(shí)催熟藥劑)，然后用振落機(jī)采收，再用脫青皮機(jī)脫皮，用清洗機(jī)清洗，用烘干機(jī)烘干、利用冷庫(kù)進(jìn)行干燥處理和貯藏。如加工果仁，采用破殼機(jī)破殼，通過(guò)氣流分選機(jī)進(jìn)行殼仁分離，然后用分色機(jī)將果仁分為深色和淺色，再分出全仁和碎仁，最后分別稱重包裝銷售。國(guó)外早在 20世紀(jì) 60年代初,就著手研制堅(jiān)果剝殼機(jī)具,至 80年代初,美國(guó)、意大利、法國(guó)等已相繼推出了各種堅(jiān)果剝殼機(jī),如夏威夷果剝殼機(jī)、杏仁剝殼機(jī)等。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展,堅(jiān)果剝殼機(jī)具已日趨成熟,目前,正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展。由于美國(guó)的主栽品種只有強(qiáng)特勒、哈特利、希爾、維納、土萊爾、豪沃迪這 6 個(gè)，其品質(zhì)優(yōu)良，規(guī)格劃一，有利于機(jī)械化破殼，因此核桃破殼機(jī)在美國(guó)發(fā)展較早。主要的核桃破殼機(jī)類型有 [4]：①Larry H. Hemry 研制的專利號(hào)為 6098530 機(jī)械式核桃破殼機(jī)。該機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由機(jī)架、料斗、可調(diào)節(jié)定位板、破碎裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及動(dòng)力所組成。機(jī)械式核桃破殼機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)定位板和破碎裝置間的間隙能夠適應(yīng)各類堅(jiān)果的破殼。②Kenneth R. Evans 研制的專利號(hào)為 4201126 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由喂料斗、輸送裝置、破殼裝置和出料口等組成。工作時(shí)，由輸送裝置把待破殼的核桃從料箱運(yùn)送到破殼裝置，然后對(duì)其進(jìn)行塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 2 -破殼。③Clarence Lloyd Warmack 和 Barry Shawn Warmack 等研制的專利號(hào)為 6516714 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由機(jī)架、箱體、滾筒、旋轉(zhuǎn)破殼裝置和出料口等組成。該機(jī)可以成功有效地?fù)舸蚝颂覍⑵錃と史蛛x。④John W. Brazil 發(fā)明的專利號(hào)為 4255855 核桃鉗。該鉗由把手、可調(diào)柱塞、夾頭、底座和固定套等組成。使用時(shí)，將核桃放置在底座上，然后通過(guò)操縱把手推動(dòng)可調(diào)柱塞在固定套內(nèi)滑動(dòng)，可調(diào)柱塞伸出從而使夾頭將核桃推到剛性砧底座上把核桃?jiàn)A緊并破殼。⑤MichaelP.Filice，Robert Lemos 和 Robert P.Baker 等研制的專利號(hào)為 5325769 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由機(jī)架、喂料斗、輸送裝置、擊打裝置和傳動(dòng)裝置等組成。工作時(shí)，料箱中的核桃由輸送裝置逐一運(yùn)送到擊打裝置，然后由凸輪控制擊打打頭將核桃殼打破使其殼仁分離。1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析我國(guó)堅(jiān)果剝殼機(jī)具發(fā)展緩慢,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于種植業(yè)的發(fā)展,在一些生產(chǎn)應(yīng)用的機(jī)具中,存在如下幾個(gè)突出的問(wèn)題,因而,難以推廣應(yīng)用。(1)剝殼率低。不少剝殼機(jī)漏剝或剝殼不完全,果仁去凈率不高,有些剝殼機(jī)剝殼率只有 50%。這是堅(jiān)果剝殼機(jī)推廣使用的最大障礙。(2)損失率高。由于參數(shù)選擇不合理,造成剝殼不完全現(xiàn)象嚴(yán)重,碎仁夾帶在碎殼中難以回收而被棄除。有些機(jī)具果仁損失率高達(dá) 20%。(3)果仁完整性差。有些機(jī)具的設(shè)計(jì),為了減少漏剝或剝殼不完全現(xiàn)象,一味追求剝殼率的提高,導(dǎo)致高的破碎率,從而降低了產(chǎn)品的商品價(jià)值。(4)通用性差。一般剝殼機(jī)僅能用于某一品種堅(jiān)果的剝殼作業(yè),對(duì)于不同品種的堅(jiān)果,不能通過(guò)更換主要零部件來(lái)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。(5)機(jī)具性能不穩(wěn)定,適應(yīng)性差。為某類堅(jiān)果專門開(kāi)發(fā)的專用機(jī)型,在該堅(jiān)果品種、大小規(guī)格、外殼形狀和含水量等因素出現(xiàn)變化時(shí),剝殼機(jī)具剝殼性能就變差。(6)作業(yè)成本偏高。我國(guó)堅(jiān)果剝殼機(jī)具尚未形成規(guī)模和系列,多數(shù)是單機(jī)制造,制造的工藝水平低、成本高、也因?yàn)橥ㄓ眯圆?不能一機(jī)多用,使得生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備配置的成本高,致使加工堅(jiān)果的作業(yè)成本增加。目前，核桃破殼取仁方法有離心碰撞式破殼法、化學(xué)腐蝕法、真空破殼取仁法、超聲波破殼法和定間隙擠壓破殼法。離心碰撞方法碎仁太多，應(yīng)用很少；化學(xué)腐蝕方法由于在實(shí)際操作中不好控制，仁易受到腐蝕，處理不好還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；真空破殼和超聲波破殼方法設(shè)備昂貴，破殼成本高，且破殼效果不夠理想；定間隙擠壓破殼方法值得探索。核桃破殼裝置是核桃破殼取仁機(jī)的核心裝置。機(jī)械剝殼常用方法有借助粗糙表面碾搓作用的碾搓剝殼、借助撞擊作用撞擊剝殼、利用剪切作用的剪切剝殼和利用成對(duì)軋輥擠壓作用的擠壓剝殼。常見(jiàn)的破殼裝置有圓盤剝殼裝置、齒輥剝殼裝置、離心剝殼裝置、錘擊式剝殼裝置、軋輥式剝殼裝置、對(duì)輥窩眼式開(kāi)口裝置、沖壓式破殼裝置、核桃鋸口破殼裝置、核桃破殼挖核裝置及平板擠壓式破殼裝置。由于核桃品種繁雜、尺寸差異較大、形狀不規(guī)則、殼仁間隙小，所以核桃的破殼取仁難度較大。破殼后還需進(jìn)行殼仁分離，鑒于殼仁密度相差不大 [5]，加之碎殼、碎仁上有許多毛刺，所以殼仁分離也有相當(dāng)難度。解決以上難題的方法就是將破殼取仁分解為分級(jí)、導(dǎo)向、擠壓破殼(多點(diǎn))、殼仁分離四部分，逐一加以解決。本課題重點(diǎn)研究核桃破殼機(jī)的破殼部分，以改善現(xiàn)存的剝殼率低、損失率高、果仁完整性差、通用性差、機(jī)具性能不穩(wěn)定、適應(yīng)性差、作業(yè)成本偏高等問(wèn)題。關(guān)鍵問(wèn)題解決思路：對(duì)核桃破殼機(jī)的主要部件齒盤、弧齒板進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，確定了核桃在齒盤齒板間的導(dǎo)入條件，擠壓間隙，以及弧齒板直徑、齒盤間距的確定方法。2.設(shè)計(jì)方案的選擇2.1研究方案的確定經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料和老師、同學(xué)探討，最終確定該機(jī)包括機(jī)架、喂入部件、分級(jí)裝置、破殼部件、電動(dòng)機(jī)等組成。破殼部件采用雙齒盤——齒板式結(jié)構(gòu)，由齒盤、軸承、弧齒板、軸等組成。齒盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)核桃邊旋轉(zhuǎn)邊擠進(jìn)由齒盤、偏心圓孤齒扳組成的剝殼區(qū)域，受到擠壓作用，核桃表面產(chǎn)塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 3 -生裂紋并逐漸擴(kuò)展，直至最終完全破裂，碎殼和仁從最小間隙處掉下。由于該裝置很好地滿足了“四點(diǎn)加壓”原理，而且實(shí)現(xiàn)了核桃的滾動(dòng)擠壓，因此破裂效果好、碎仁率低。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：1進(jìn)料斗 2分級(jí)滾筒 3大鏈輪 4 傳動(dòng)鏈條 5 雙齒盤 6 小鏈輪 7 電動(dòng)機(jī) 8檔輪 9導(dǎo)向槽圖 2-1 核桃破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖2.2核桃進(jìn)料口的設(shè)計(jì)要核桃以一定量進(jìn)入分級(jí)滾筒，那就要求進(jìn)料口與滾筒有一個(gè)很好的空間連接。并且要使進(jìn)料口與滾筒保持一定的角度。考慮到，要使核桃進(jìn)入滾筒，所以將滾筒右端的支架向內(nèi)放置，離邊界20cm左右。這樣滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不致影響進(jìn)料，進(jìn)料口與滾筒保持一定的傾斜，以便核桃進(jìn)入滾筒。傾斜角度在 37～45 [7]之間。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示:圖 2-2進(jìn)料口的結(jié)構(gòu)示意圖2.3核桃分級(jí)裝置的設(shè)計(jì)由于該裝置采用的方法是定間隙擠壓破殼，所以對(duì)核桃的大小有一定的要求，故破殼前要對(duì)核桃進(jìn)行分級(jí)，可分為小中大三級(jí)。根據(jù)所分核桃的大小來(lái)確定擠壓間隙。分級(jí)滾筒設(shè)計(jì)為圓筒錐形，并且分為三段，每段通過(guò)柵條連接，柵條之間的間距由小變大，滾筒用支架固定在軸上。為不影響塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 4 -核桃進(jìn)料，靠近進(jìn)料口的滾筒支架應(yīng)向里放置離滾筒邊界 20cm左右。第一段滾筒柵條間距為32mm，第二段滾筒柵條間距為 36mm，第三段滾筒柵條間距為 40mm。支撐滾筒的軸通過(guò)鏈條傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速在 20r/min~25r/min之間。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：圖 2-3 核桃分級(jí)滾筒的結(jié)構(gòu)示意圖2.4核桃破殼部分的設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-4 所示：1 核桃 2 齒盤 3 弧齒板 圖 2-4 核桃破殼機(jī)破殼部分的結(jié)構(gòu)示意圖圓盤和偏心圓弧板表面制造成齒鼓狀，這樣作用在殼上的是間距較小的多個(gè)克壓力，所產(chǎn)生的裂紋區(qū)域比單個(gè)擠壓力作用所產(chǎn)生的裂紋區(qū)域要大得多，并且裂紋條數(shù)也較多。這說(shuō)明采用齒紋表面有利于裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，殼的破裂比較完全。在每個(gè)齒盤和弧齒板上，分別車削成兩個(gè)倒角面，其長(zhǎng)度為8mm，在每盤(板)的兩個(gè)倒角面上分別制造大齒紋、小齒紋(圖2－5)。123塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 5 -大齒 小齒齒數(shù)=100 齒數(shù)=175圖 2-5 齒盤和弧齒板倒角面上的齒紋試驗(yàn)時(shí)調(diào)換安裝．就可試驗(yàn)齒的大小對(duì)核桃破殼取仁性能的影響。將核桃的擠壓破裂過(guò)程近似簡(jiǎn)化為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)和勻速平動(dòng)．當(dāng)核桃開(kāi)始受擠壓時(shí)，旋轉(zhuǎn)的圓盤帶動(dòng)核桃一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊向下平動(dòng), 齒盤轉(zhuǎn)角為 ，核桃的旋轉(zhuǎn)角度為 ，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單運(yùn)算可推導(dǎo)得出??（2-2(+1)rd??1）式中 r為齒盤半徑，r=100mm d為簡(jiǎn)化了的核桃直徑，即相應(yīng)兩接觸點(diǎn)間的實(shí)際距離,d 與橫徑均值 D的關(guān)系為（2-' sin4522Dr???2）理想的擠壓破裂過(guò)程要求核桃從擠壓開(kāi)始到破裂結(jié)束轉(zhuǎn)過(guò)半周，即 =180°。 保證核桃在整?個(gè)圓周上都產(chǎn)生裂紋，使得殼的破裂全面而均勻．提高剝殼質(zhì)量。固此，理想的擠入角 3a（2-318032/+ad???3）這里考慮到核桃在擠壓破裂過(guò)程中速度要發(fā)生變化．取修正角 為3° [8]。?表2-1 核桃不同尺寸等級(jí)的 和'r3a橫徑范圍 mm 30-32 32-34 34-36 36-38 38-40近似直徑 Pmm 31 33 35 37 39簡(jiǎn)化了的圓半徑 mm 9.0 9.7 10.1 11.1 11.8理想擠入角 17.8 18.9 19.9 21.0 22.0從圖2-4可知,偏心圓弧板的半徑R不同，產(chǎn)生的最大壓縮變形量也不同，限于篇幅，這里僅給出最終計(jì)算公式（2-' 32(1cos)mraS???4） 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 6 -計(jì)算結(jié)果如表 2-2所示表 2-2 不同 R、D 下的 m?R:mm 31 33 35 37 39130 0.72 0.79 0.88 0.93 1.11170 1.61 1.79 1.98 2.17 2.33180 1.81 2.02 2.24 2.46 2.69190 2.00 2.32 2.57 2.83 3.08230 2.61 2.95 3.28 3.62 3.97設(shè)計(jì)了R值分別為130 mm、180 mm、230 mm 的三塊齒板一進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證得出R=180mm時(shí)，剝殼率和高露仁率是最高的，R為130 mm和230 mm 時(shí)，擠壓變形量過(guò)小或過(guò)大，因而造成剝殼率較低或高露仁率較低，這說(shuō)明理論分折和試驗(yàn)結(jié)果是一致的。通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了剝殼裝置的最優(yōu)參數(shù)，即齒盤上的齒形采用小齒，間距L和最小間隙S根據(jù)核桃尺寸等級(jí)在理論值(表2-3)附近加以調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)：齒盤轉(zhuǎn)速75～80r／min，最大生產(chǎn)率為l80 kg／h。表2-3 間距L和最小間隙S與核桃直徑D的關(guān)系D/mm 31 33 35 37 39L/mm 10.6 12.0 13.4 14.8 16.3S/mm 16.0 17.2 18.4 19.5 23.72.5雙齒盤的設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)查找資料和分析 [9]，選擇齒盤半徑 r=100mm,材料可選 45號(hào)鋼，為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加工出d=40mm的四個(gè)小孔。齒盤上加工齒厚為 0.5mm，齒距為 6.1mm的齒 100個(gè)。2.6軸的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的軸長(zhǎng)為880mm，軸分為4段。其結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：圖2-6 破殼軸示意圖第一段軸與電動(dòng)機(jī)用聯(lián)軸器連接，其直徑為40mm；另一端用來(lái)固定軸承，第二、三、四段安裝雙齒盤，軸上裝有齒盤、擋圈、軸承等。軸的材料：軸的材料主要是碳剛和合金剛。由于碳剛比合金剛價(jià)格便宜，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，所以本設(shè)計(jì)采用 45號(hào)剛作為軸的材料，調(diào)制處理。2.6.1軸的校核經(jīng)過(guò)分析，主軸軸的受力最大，而且軸的周向受力是主要的，因此，對(duì)該軸進(jìn)行扭矩校核。軸的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 2-6(1)軸的扭矩計(jì)算由于帶動(dòng)齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)的軸的轉(zhuǎn)速要在 75~80r/所以將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至 80r/min.電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩：塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 7 -T = = dmdnp95037.180NM??式中： 為電動(dòng)機(jī)額定功率， 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速dmn主軸輸入轉(zhuǎn)矩：1237.1205.9670.8396.42dTi NM???????為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書參考表 1初選1 .1?為軸承的傳動(dòng)效率初選2 8.3為齒盤的傳動(dòng)效率初選3 9604?根據(jù)要求，軸要滿足下列條(2)軸的強(qiáng)度條件：33986.2.10.5[]04T MPaWd? ?? ??式中： 為軸的切應(yīng)力，MPa;T 為轉(zhuǎn)矩，N.mm; 為抗扭截面系數(shù)， ; 為許用扭切應(yīng)TW3m][?力，MPa.表 2-4 常用材料的 值和 C值][?軸的材料 Q235,20 35 45 40Cr，35SiMnMPa/][?12-20 20-30 30-40 40-52C 160-135 135-118 118-107 107-98該軸的材料為 45號(hào)鋼，則滿足強(qiáng)度條件，軸是安全的 。(3)軸傳遞的轉(zhuǎn)矩1130.4986279.2TdFNm????22 3.15軸的扭矩圖：由于每段軸的軸徑不一樣，所以承受的轉(zhuǎn)矩也不一樣，又由于都帶的是雙齒盤則計(jì)算過(guò)程一樣。這里僅給出第一段的計(jì)算過(guò)程。畫出各段扭矩圖如下圖所示：（4）軸的剛度計(jì)算 444323986.2015.689[].1PTllradGI? ????????式中：T 為轉(zhuǎn)矩； 為受轉(zhuǎn)矩作用的長(zhǎng)度， mm；G 為材料的切變模量，MPa；d 為軸徑，mm；l為軸截面的極慣性距。 , ，故軸是安全的。PI][??塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 8 -3.鏈傳動(dòng)的計(jì)算3.1 鏈輪的選定鏈輪的選用有兩個(gè)，且傳動(dòng)比為 1:4，鏈輪的齒形設(shè)計(jì)為目前比較通用的的三圓弧鏈輪材料選用 45鋼。熱處理工藝：滲碳、淬火、回火,熱處理后的硬度為 50-60HRC。3.2小鏈輪的計(jì)算小鏈輪齒數(shù) （鏈速為 0.6-3m/s, ，優(yōu)選 17） ；17Z?157Z??且所用傳動(dòng)比 i=4設(shè)計(jì)功率 （查書機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）nlzakp0P- 傳動(dòng)功率（ ）w- 工作情況系數(shù)ka- 小齒輪齒數(shù)系數(shù)z- 軸長(zhǎng)系數(shù)，l- 多排鏈排數(shù)系數(shù)nk由設(shè)計(jì)功率為 3kw，選用鏈條型號(hào)為 12A，節(jié)距為 P=19.05的標(biāo)準(zhǔn)鏈條。選用三圓弧一直線齒形。ISO鏈號(hào) 12A節(jié)距 P=19.05 滾子直徑 91.?dr鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸分度圓直徑： = =103)180(sinzpd?)7/180sin(/5.9齒頂圓直徑： = 103+19.05（1-1.6/17）-11.91=108.24 1mi 6da??=103=1.25×19.05-11.91=114.91x25.pd取 14?ad齒根圓直徑： =103-11.91=91.09 取整數(shù)值 =901f?fd齒高： = 3.57 )(5.0mindpha=0.625×19.05-0.5×11.91+ =6.85ZP8.0.621x?? 1705.98?取值 r=6最大軸凸緣直徑： 確定 =5876.4.cot20??hzpdg gd齒槽形狀塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 9 -齒面圓弧半徑：最大齒槽形狀 =44.69)180(0.2min??zdre最小齒槽形狀 =27.151ax齒溝圓弧半徑： 3mRe.5.695.27rrm??in01rd?出溝角 ： amin124.z??ax9437A滾子鏈鏈輪軸向齒輪尺寸 單排齒寬 10.958.fb??齒側(cè)倒角 =2.48pa3齒側(cè)半徑 =19.05rx3.3 大鏈輪的計(jì)算因?yàn)?=1：4 所以大鏈輪齒數(shù)為 68齒21:i選用 ISO 鏈號(hào) 12A節(jié)距 P=19.05 滾子直徑 91.?rd分度圓直徑： = =381)180(sinzpd?9.5/sin(80/6)齒頂圓直徑： = 381+19.05（1-1.6/68）-11.91=388.51mi 6da??=381+1.25×19.05-11.91=392.9ax25.pd取 392ad?齒根圓直徑： =392-11.91=380.09 取整數(shù)值 =3801f?fd齒高： = 3.57 )(5.0mindpha=0.625×19.05-0.5×11.91+ =4.05ZP8.0.621x?? 0.81956?取值 r=4最大軸凸緣直徑： 確定 =6076.4.cot20??hzpdg gd塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 10 -齒槽形狀齒面圓弧半徑：最大齒槽形狀 =146.91)180(0.2min??zdre最小齒槽形狀 =68.58ax齒溝圓弧半徑： 3mRe.5.695.27rrdm??in01r?出溝角 ： =116.19 a0min912z?=136.79ax4滾子鏈鏈輪軸向齒輪尺寸 單排齒寬 10.958.3fb??齒側(cè)倒角 =2.48pa齒側(cè)半徑 =19.05rx4.關(guān)鍵零件的選擇、定位和校核4.1軸系零件的定位為了防止軸上零件發(fā)生沿軸向的移動(dòng)，必須對(duì)其進(jìn)行定位，來(lái)保證齒輪的正確嚙合，根據(jù)軸上零件的的安裝要求和對(duì)軸的結(jié)構(gòu)要求，要選擇不同的定位方式，常用的定位方式主要有軸肩定位、套筒定位、軸端擋圈和彈性擋圈，軸間定位方式在本設(shè)計(jì)中有用到，具體的結(jié)構(gòu)和參數(shù)見(jiàn)零件圖和明細(xì)表。鍵主要是為了實(shí)現(xiàn)軸上零件的周向定位來(lái)傳遞轉(zhuǎn)距，鍵的形式用多種，因此要根據(jù)不同的要求來(lái)選擇不同型號(hào)的鍵，根據(jù)傳動(dòng)的要求，本設(shè)計(jì)全部采用圓頭普通平鍵（A 型） ，它的兩個(gè)側(cè)面是工作面，上表面與輪轂槽底之間留有間隙，其主要特點(diǎn)是定心性好、拆裝方便。4.2軸承的選擇兩端由軸承固定在機(jī)架上。根據(jù)軸受力和軸徑的不同，本設(shè)計(jì)選用的軸承是：深溝球軸承。 已知此處軸徑 ，所以選內(nèi)徑為 40mm的軸承，在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中選擇深溝球軸承；40dm?查表 6-1，選擇型號(hào)為 6007 GB/T276—94的軸承。另一處已知軸徑為 ，所以選內(nèi)徑也40dm?為 40mm的軸承，選擇型號(hào)也為 6007 GB/T276—94的軸承。所選的軸承基本參數(shù)如下：軸承外徑： b=35mmD=62mmB=14mm基本額定動(dòng)載荷：C =16.2KNr基本額定靜載荷：C =10.5KNr04.3鍵聯(lián)結(jié)的選擇與校核（1）鍵的選擇塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 11 -根據(jù)軸的直徑的不同，應(yīng)該選擇不同型號(hào)的鍵，另外，鍵的長(zhǎng)度也有一系列的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該優(yōu)先選用第一系列，在以上的說(shuō)明書中知道安裝鍵的軸有四處，分別是第一段和第二段。第一段的直徑為 32mm，第二段的直徑為 36mm，根據(jù)以上的數(shù)據(jù)選擇鍵：GB/T1096 鍵 32810?從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 4-1中查得鍵的截面尺寸為：寬度 ，高度 。由聯(lián)軸器mb?h?的標(biāo)準(zhǔn)并參考鍵的長(zhǎng)度系列，可以確定取此鍵的長(zhǎng)度 （比伸入到聯(lián)軸器的深度短一些） 。 l32（2）鍵的安裝鍵的安裝位置見(jiàn)零件圖。（3）校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度軸和聯(lián)軸器的材料是鋼和鑄鐵，且屬于靜聯(lián)接由文獻(xiàn) 12的表 6-2查得許用擠壓應(yīng)力為[σp]=120-150MPa,取其平均值，[σp]=135MPa。鍵的工作長(zhǎng)度為 ，mbLl 321032???鍵與輪轂的鍵槽的接觸高度為 。由的式 6-1可得mhk485.0.??????cpckldT?132M—傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.M）d—軸的直徑（mm）l—鍵的工作長(zhǎng)度（mm）;A 型，l=L－bk—鍵與輪轂的接觸高度（mm）;k=h－t,h 為鍵的高度，b—鍵的寬度（mm）t—切向鍵工作面寬度（mm）—鍵的許用切應(yīng)力（MPa）c?—鍵連接的許用擠壓應(yīng)力，/ MPap可見(jiàn)聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度滿足，即該鍵可以正常工作。4.4聯(lián)軸器的選擇本設(shè)計(jì)的聯(lián)軸器是電動(dòng)機(jī)軸與破殼軸的輸入主軸的聯(lián)結(jié)，可知電動(dòng)機(jī)的輸出主軸的外伸部分的長(zhǎng)度 E和直徑 D分別是 60和 28。又本設(shè)計(jì)的蝸輪軸的直徑計(jì)算最小值為 36.91mm和蝸桿的計(jì)算最小直徑為 14.69mm。又軸上都裝有鍵，要將尺寸擴(kuò)大 7%左右。最終確定的蝸輪軸的直徑和蝸桿軸的直徑分別是 42mm和 28mm，G 根據(jù)文獻(xiàn) 12表 8-2選擇凸緣聯(lián)軸器。4.5軸承端蓋的設(shè)計(jì)所選軸承外徑為62mm,在45-65的范圍內(nèi)，所以選擇螺釘直徑 d =6mm，螺釘數(shù)4個(gè)3m7130??Dm765.2.3??d902 10)~1(4???mD5637305 ??塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 12 -mD602)4~2(6 ???de.7.13?b=5~10 b取 5mmh=（0.8~1）b=8mm5．電動(dòng)機(jī)的選擇5.1選擇電機(jī)經(jīng)過(guò)多方查閱資料，確定齒盤的轉(zhuǎn)速為 75-80r/min，選擇 80r/min,破殼及傳動(dòng)部分所需功率為 3KW，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為：查機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)第 1277頁(yè)表 10-7-3可知根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)，有以下三種選擇方案，如下表 5-1。表 5-1 電動(dòng)機(jī)的類型方案 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 標(biāo)稱功率 kw調(diào)速范圍 minr額定轉(zhuǎn)矩 ·NM電動(dòng)機(jī)質(zhì)量 kg1 YCT160-6A 1.5 760~76 14.5 1352 YCT160-6B 2.2 760~76 21.0 1353 YCT200-6A 3 760~76 28.4 248綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸，質(zhì)量，以及功率，調(diào)速范圍可見(jiàn)第三種方案比較合適，因此選定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是 YCT200-6A。5.2電動(dòng)機(jī)的尺寸及安裝該電動(dòng)機(jī)的主要外型和安裝尺寸如下表 5-2：表 5-2 電動(dòng)機(jī)主要外形尺寸其主要外形安裝尺寸如圖 5-1所示：圖 5-1 電動(dòng)機(jī)主要外形安裝尺寸電動(dòng)機(jī)底座安放在 的等邊角鋼的平面上，角鐵通過(guò)四根 的全螺線螺栓固定在總30?12m?機(jī)架上。中心高 外形尺寸 地腳安裝尺寸 地腳螺栓孔直徑 軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸112 38×265×190 190×140 12 28×60 8塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 13 -6.裝配質(zhì)量（1）整機(jī)零部件完整，無(wú)缺件，安裝方便；（2）運(yùn)動(dòng)件操作靈活，無(wú)有卡死、磕碰現(xiàn)象；（3）非運(yùn)動(dòng)件無(wú)明顯偏移、翹曲等現(xiàn)象；（4）緊固件緊固可靠；（5）電動(dòng)機(jī)、帶輪、鏈輪安裝牢固、可靠。7 總結(jié)通過(guò)此次設(shè)計(jì)使我掌握了科學(xué)研究的基本方法和思路，為今后的工作打下了基礎(chǔ)，在以后的日子我將會(huì)繼續(xù)保持這份做學(xué)問(wèn)的態(tài)度和熱情。我所選設(shè)計(jì)題目是“平板擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)”，之所以選擇這個(gè)題目，是因?yàn)槲覍?duì)這個(gè)課題比較的感興趣。在我的生活里，核桃破殼主要是在門縫里夾碎，這樣力道不容易把握，不是夾得太碎就是破裂程度很小，同時(shí)對(duì)門也造成了一定程度的破壞。因此，就想設(shè)計(jì)一款既省力又快速且破殼完整的機(jī)械。經(jīng)過(guò)查找資料和老師的指導(dǎo)，以及上網(wǎng)搜集更多的相關(guān)學(xué)術(shù)論文、核心期刊、書籍等，終于對(duì)核桃破殼機(jī)有了一定得了解，心里有了大體的思路。最終確定的核桃破殼機(jī)有平板擠壓式破殼機(jī)。對(duì)于這一破殼機(jī)械有以下的結(jié)論：（1）通過(guò)對(duì)核桃物理機(jī)械特性的測(cè)定和內(nèi)力分析，提出了剝殼取仁原理破裂核桃殼，并研制了入料裝置 ，使得核桃成排狀向下落，有利于擠壓，有利于裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，提高剝殼性能。（2） 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)：定板和破板一樣大其尺寸為長(zhǎng) 600mm，寬 400mm。間距 L和最小間隙 s根據(jù)核桃尺寸等級(jí)在理論最佳值附近加以選擇。最佳運(yùn)動(dòng)參數(shù)：偏心軸轉(zhuǎn)速 300 r／min，以每個(gè)核桃 10g計(jì)，則最大生產(chǎn)率為 18Okg/h。塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 14 -致 謝首先感謝我的指導(dǎo)老師蘭海鵬老師。本設(shè)計(jì)是在蘭海鵬老師的悉心指導(dǎo)下完成的。他無(wú)論是在資料的整理，還是在設(shè)計(jì)的畫圖等各個(gè)方面都給予了我大量的指導(dǎo)和幫助，在他的精心指導(dǎo)下，才使得我的設(shè)計(jì)一步一步的有序的完成，同時(shí)也學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識(shí)，受益匪淺，特致以深深的感謝。同時(shí)也要感謝學(xué)科組每一位老師們不僅在“授業(yè)、傳道、解惑”方面給予了精心培養(yǎng)和指導(dǎo)，也給我提供了充足完備的條件和寶貴的學(xué)習(xí)交流機(jī)會(huì)，而且在生活方面還給予我極大的關(guān)懷，學(xué)生深表謝意！隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，畢業(yè)答辯的臨近，我的大學(xué)生活也即將結(jié)束。心中的感覺(jué)無(wú)法表達(dá)。記得陳海濤博士說(shuō)過(guò)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也許是我們最后一次允許犯錯(cuò)誤。這也真實(shí)的體現(xiàn)在了我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，計(jì)算一遍遍的改，圖一遍遍的畫，經(jīng)過(guò)老師的無(wú)數(shù)次指導(dǎo)，無(wú)數(shù)次的和同學(xué)探討，無(wú)數(shù)次的修改，終于定型！四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，在這四年里，我體會(huì)頗多。首先感謝所有老師，尤其是這四年來(lái)帶過(guò)我課的老師，沒(méi)有你們就沒(méi)有今天的我，你們不僅教會(huì)了我書本上的知識(shí)，而且還教會(huì)了我做人的道理。在這里，學(xué)生真誠(chéng)的向你們說(shuō)聲感謝。再次感謝農(nóng)機(jī)班的所有同學(xué)們，謝謝你們?cè)谄饺绽锝o我的幫助和照顧，祝愿你們?cè)谝院蟮墓ぷ骱蜕钪卸寄芤环L(fēng)順！塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)- 15 -參考文獻(xiàn)[1] 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