目 錄引言 .31 水果分選機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展?fàn)顩r .31.1 研究現(xiàn)狀 31.2 課題研究的意義與發(fā)展 52 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求 .52.1 內(nèi)容 52.2 要求與數(shù)據(jù) 52.3 技術(shù)參數(shù) 63 功能原理設(shè)計(jì) .63.1 分選機(jī)的工作方式 63.2 分選機(jī)構(gòu)原理的設(shè)計(jì) 73.3 隔板的設(shè)計(jì) 74 方案的選擇與設(shè)計(jì) .84.1 分選機(jī)整體裝置的設(shè)計(jì) .84.2 電機(jī)的選擇 84.3 傳動(dòng)比及主要裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算 105 重要零件的校核與計(jì)算 .115.1 齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 115.2 V 帶的設(shè)計(jì) 145.2.1 帶傳動(dòng)的選擇145.2.2 V 帶傳動(dòng)的計(jì)算.175.3 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì) .195.3.1 鏈傳動(dòng)的選擇205.3.2 鏈傳動(dòng)的計(jì)算215.4 輸出軸部分的設(shè)計(jì) .225.4.1 輸出軸的設(shè)計(jì)225.4.2 平鍵的設(shè)計(jì)275.5 輸入軸部分的設(shè)計(jì) .285.5.1 輸入軸的設(shè)計(jì)285.5.2 平鍵的設(shè)計(jì)335.6 滾子軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .345.7 箱體的設(shè)計(jì) .365.8 螺栓組的設(shè)計(jì)與計(jì)算 .385.9 潤(rùn)滑密封的設(shè)計(jì) .426 三維數(shù)字化建模 .426.1 分選機(jī)整體的三維建模 426.2 帶傳動(dòng)部分的三維建模 446.2 分級(jí)機(jī)構(gòu)的三維建模 456.2 入料斗的三維建模 467 總結(jié) .47謝 辭 .48參考文獻(xiàn) .50引言近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，國(guó)內(nèi)外水果品種越來(lái)越多，人們對(duì)水果的品質(zhì)也有了更高的要求。為了提高水果的加工質(zhì)量和出品等級(jí)，需要對(duì)水果進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量分級(jí)和大小分級(jí)?，F(xiàn)有的水果分選機(jī)大多結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，一般多以大型生產(chǎn)線為主，制造成本較高，分選效率也較低，分選成本較高，現(xiàn)有的水果分選機(jī)又以重量分選機(jī)為主，而農(nóng)產(chǎn)品基地的水果銷(xiāo)售多以尺寸大小、質(zhì)地為衡量標(biāo)準(zhǔn)，重量分選機(jī)就不適合在農(nóng)產(chǎn)品基地使用。因此有必要要設(shè)計(jì)一種成本較低，容易操作，適合中小型企業(yè)和水果產(chǎn)地使用的水果分選機(jī)。目前，我國(guó)具備先進(jìn)水果分選設(shè)備的企業(yè)很少，有大型生產(chǎn)線的企業(yè)也僅僅是對(duì)質(zhì)量和大小進(jìn)行分選,裝備比較落后。因此，市場(chǎng)上銷(xiāo)售的水果大多數(shù)依靠機(jī)械配合人工的方式實(shí)現(xiàn)分級(jí)。人工分級(jí)的主要缺點(diǎn)是：勞動(dòng)量大、生產(chǎn)率低而且分選精度不穩(wěn)定；水果分選難以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和無(wú)損化。截止到目前為止，國(guó)內(nèi)外已有不少學(xué)者及科研人員在此領(lǐng)域取得了重大進(jìn)展。根據(jù)水果檢測(cè)指標(biāo)的不同，水果分選機(jī)大致可分為大小分選機(jī)、重量分選機(jī)、外觀品質(zhì)分選機(jī)和內(nèi)部品質(zhì)分選機(jī)。1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀和意義1.1 研究現(xiàn)狀（1）大小分選機(jī)大小分選機(jī)是按照水果大小進(jìn)行分選，在水果分選機(jī)中應(yīng)用最為廣泛。目前可用于蘋(píng)果類(lèi)圓形水果分選的方法有篩子分選法、回轉(zhuǎn)帶分選法、輥軸分選法、滾筒式分選法等。其中，前 3 種方法由于各自存在不同的缺點(diǎn)而未能推廣使用。滾筒式分選法其分選裝置主要由喂料機(jī)構(gòu)、V 型槽導(dǎo)果板、分選滾筒、接果盤(pán)及傳動(dòng)系統(tǒng)組成。工作時(shí)，水果由傾斜輸送器提升后，先經(jīng)手選裝置由人工剔除傷殘果，然后通過(guò)輸送帶送入果箱，打開(kāi)料門(mén)，輸送至導(dǎo)果槽板。在此，水果自然分行滾動(dòng)，不會(huì)出現(xiàn)水果堆積和阻礙現(xiàn)象。分選滾筒開(kāi)有孔徑逐級(jí)增大的圓孔，水果從 V 型導(dǎo)果槽板流至滾筒外邊進(jìn)行自動(dòng)校徑的分選。小于分選孔的水果先從第一滾筒分選孔落入接果盤(pán)，大于分選孔的則經(jīng) V 型導(dǎo)果槽繼續(xù)向前滾動(dòng)，直至遇到相應(yīng)分選孔落下，于是在不同的接果盤(pán)可得到不同等級(jí)的水果。此分選裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)水果損傷小，成本較低，分選精度和效率較高，適用于球形和近似球形物料的分選，在國(guó)外應(yīng)用較廣。為了減少水果碰撞，提高好果率，有的大小分選機(jī)是利用浮力、振動(dòng)和網(wǎng)格相配合的辦法進(jìn)行分選，但有關(guān)此方面的報(bào)道較少。由以上可知，水果大小機(jī)械式分選法中，滾筒式分選法是最優(yōu)的一種。另外，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)圖像技術(shù)的發(fā)展，采用光電傳感器或 CCD攝像機(jī)對(duì)水果的大小進(jìn)行測(cè)量判別已成為此類(lèi)分選機(jī)的研究熱點(diǎn)。因?yàn)樗鼈兪菍?duì)水果的大小進(jìn)行不損傷的非接觸性計(jì)量，適用于任何種類(lèi)的水果。研究了一種基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)的水果大小檢測(cè)方法，試驗(yàn)表明該方法檢測(cè)速度快、正確率高、適用范圍寬，能夠滿足水果自動(dòng)檢測(cè)要求。（2）重量分選機(jī)按重量進(jìn)行分選的分選機(jī)械早期是利用杠桿原理進(jìn)行分選的。目前，機(jī)械式重量分選機(jī)主要有固定衡量秤體、運(yùn)動(dòng)輸送盤(pán)式和固定限位裝置、運(yùn)動(dòng)衡量秤體式兩種機(jī)型。機(jī)械式重量分選對(duì)水果的損傷較小，而且具有較廣的通用性，但是由于各種誤差及摩擦影響等使分選精度不是很高。近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和稱重傳感技術(shù)的迅速發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的相互滲透，電子稱重技術(shù)及應(yīng)用有了新的發(fā)展?；诖耍瑖?guó)內(nèi)外已開(kāi)始研制電子稱重式分選機(jī)。電子稱重式分選機(jī)一般采用壓力傳感器稱量水果，微機(jī)系統(tǒng)對(duì)傳感器輸出信號(hào)進(jìn)行采樣、放大、濾波、模數(shù)轉(zhuǎn)換、運(yùn)算和處理，并控制機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行分選。在現(xiàn)有電子稱重式水果分選臺(tái)的基礎(chǔ)上，對(duì)其測(cè)控系統(tǒng)進(jìn)行了重新研制，將原有的 PC 機(jī)控制替代為單片機(jī)控制。由于系統(tǒng)采用微機(jī)控制，可按需選擇準(zhǔn)確的分選基準(zhǔn)，具有更高精度和更高的控制靈活度，在實(shí)際中具有更廣的應(yīng)用前景。但是由于該設(shè)備操作較為復(fù)雜，而且設(shè)備成本較高，難以在我國(guó)推廣使用。我國(guó)對(duì)該類(lèi)型水果分選機(jī)的研制尚處于起步階段，需要科研人員充分利用國(guó)外已經(jīng)取得的研究成果，研制適合于我國(guó)實(shí)際情況的電子稱重式分選機(jī)。（3）外觀品質(zhì)分選機(jī)外觀品質(zhì)分選機(jī)是按水果的大小、表面缺陷、色澤、形狀、成熟度等進(jìn)行分選的分選機(jī)。其分選方法包括：光電式色澤分選法和計(jì)算機(jī)圖像處理分選法。色澤分選法是根據(jù)顏色不同反射光的波長(zhǎng)就不同的原理對(duì)水果顏色進(jìn)行區(qū)分。而計(jì)算機(jī)圖像處理分選法是利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)一次性完成果梗完整性、果形、水果尺寸、果面損傷、成熟度等檢測(cè),可以測(cè)得水果大小、果面損傷面積等具體數(shù)值,并根據(jù)其數(shù)值大小進(jìn)行分類(lèi)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)對(duì)水果外部品質(zhì)檢測(cè)方面進(jìn)行了大量的研究，并取得了重大進(jìn)展。（4）內(nèi)部品質(zhì)分選機(jī)內(nèi)部品質(zhì)包括水果的糖度、硬度、酸度和內(nèi)部缺陷等指標(biāo)，通常水果內(nèi)部品質(zhì)主要依靠破壞性檢驗(yàn)方法。目前用于水果硬度的檢測(cè)方法主要有變形法和聲學(xué)法。但由于變形法只能測(cè)量水果的局部硬度，聲學(xué)法易受噪音和機(jī)械振動(dòng)的影響等而限制了其應(yīng)用。而近紅外法和核磁共振法可用于水果糖度、硬度的檢測(cè)。近紅外光譜技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)方面發(fā)展較快，具有檢測(cè)速度快、可同時(shí)檢測(cè)多種內(nèi)部成分等優(yōu)點(diǎn)。其基本原理是當(dāng)用近紅外光照射水果時(shí)，不同的水果內(nèi)部成分對(duì)于不同波長(zhǎng)的光學(xué)吸收和散射程度不同，而內(nèi)部光譜也會(huì)隨著水果內(nèi)部成分質(zhì)量分?jǐn)?shù)的不同而發(fā)生變化。利用這一特性，即可根據(jù)近紅外光譜特征分析水果中的主要成分及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)。何東健等利用近紅外分光法檢測(cè)水果內(nèi)部品質(zhì)，結(jié)果表明：近紅外分光法不但能檢測(cè)水果糖度、酸度，而且能檢測(cè)內(nèi)部缺陷，完全滿足在線檢測(cè)水果內(nèi)部品質(zhì)的要求。劉燕德等應(yīng)用近紅外漫反射光譜分析技術(shù)設(shè)計(jì)了一種近紅外光譜水果內(nèi)部品質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠快速地用于水果內(nèi)部品質(zhì)的無(wú)損檢測(cè)和分級(jí)。核磁共振技術(shù)作為一項(xiàng)新的檢測(cè)技術(shù)在水果內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)方面也有著較大的發(fā)展?jié)摿Α?.2 課題研究的意義與發(fā)展在眾多場(chǎng)合下，大小和重量分選機(jī)應(yīng)用較多。而且目前常用的大多數(shù)是機(jī)械式大小和重量分選機(jī)?；谟?jì)算機(jī)視覺(jué)的水果大小分選機(jī)雖已用于實(shí)際生產(chǎn)，但是由于價(jià)格昂貴，還未能推廣使用。外部品質(zhì)分選機(jī)和內(nèi)部品質(zhì)分選機(jī)還在進(jìn)一步研究中，研究過(guò)程還存在著一些難題：水果外部品質(zhì)檢測(cè)方面，水果的尺寸和顏色檢測(cè)技術(shù)已比較成熟，但是果面的缺陷檢測(cè)確是水果實(shí)時(shí)分級(jí)的難點(diǎn)，要快速準(zhǔn)確地測(cè)定水果表面的各種缺陷并與梗、萼凹陷區(qū)正確區(qū)分比較困難；內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)方面，多是就一種產(chǎn)品某一單項(xiàng)項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)果品多種內(nèi)部品質(zhì)的綜合檢測(cè)方面研究較少。同時(shí)，由于內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)的方法比較復(fù)雜，所需設(shè)備成本較高，故用于實(shí)際檢測(cè)中的還很少。另外，在水果在線檢測(cè)分選機(jī)的研究中，水果品質(zhì)的實(shí)時(shí)檢測(cè)和分級(jí)還存在檢測(cè)精度低、速度慢等問(wèn)題，這就要求圖像信息的處理和識(shí)別算法必須簡(jiǎn)單而有效，以滿足在線高生產(chǎn)率的要求。計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、無(wú)損傷檢測(cè)技術(shù)以及自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代及未來(lái)的分級(jí)檢測(cè)技術(shù)提供了廣闊的空間。機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的應(yīng)用已成為實(shí)現(xiàn)果蔬產(chǎn)品品質(zhì)自動(dòng)識(shí)別和分級(jí)的最有效的方法。可以預(yù)見(jiàn)，將人工智能技術(shù)和圖像處理技術(shù)相結(jié)合，是今后應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行水果品質(zhì)評(píng)價(jià)的重要發(fā)展方向 [1]。2 本設(shè)計(jì)的內(nèi)容與要求2.1 內(nèi)容水果分選機(jī)用于將水果按需要進(jìn)行分類(lèi)的機(jī)械，是水果供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行水果自動(dòng)化加工的關(guān)鍵設(shè)備之一。為實(shí)現(xiàn)將水果按大小（重量）進(jìn)行分類(lèi)的功能，設(shè)計(jì)水果分選機(jī)分選部分。具體任務(wù)如下：1. 分析水果分選的要求，研究系統(tǒng)的工作原理；2. 提出水果分選機(jī)分選部分的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3. 繪制水果分選機(jī)分選部分的裝配圖及典型零件的零件圖；4. 對(duì)水果分選機(jī)分選部分的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。2.2 要求與數(shù)據(jù)1. 所提出水果分選的工作原理應(yīng)符合按大小（重量）進(jìn)行水果分類(lèi)的要求，能實(shí)現(xiàn)高效的水果分選； 2. 用 Solidworks 建立水果分選機(jī)分選部分的 3D 裝配模型； 3. 繪制水果分選機(jī)分選部分的裝配圖及典型零件的零件圖；4．設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)）應(yīng)包含中英文摘要、設(shè)計(jì)方案比較、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。2.3 技術(shù)參數(shù)1. 按（重量）進(jìn)行分選范圍：＞0.35Kg ；0.35Kg≥X＞0.3Kg ； 0.3Kg≥X＞0.25Kg0.25Kg≥X＞0.2Kg ； ＜0.2Kg 2. 工作電壓：380V3. 產(chǎn)品用途：按重量分選水果4. 包裝：裸裝5. 功率：0.75Kw6. 分選等級(jí)：5 個(gè)7. 主要技術(shù)性能噪聲 ：≤80dB（A） 8. 噸料電耗 ： ≤0.25 kW.h/t 9. 純工作小時(shí)生產(chǎn)率： ≥3000kg/h 10. 碰壓傷率： ≤8 （%） 11. 分級(jí)合格率 質(zhì)量分級(jí)：≥95（%）3 功能原理設(shè)計(jì)3.1 分選機(jī)的工作方式如圖 1 所示。杠桿式水果分級(jí)卸載裝置直接安裝在滾子式水果輸送裝置上，分選杠桿的分選臂正好處于、支撐在相鄰滾子之間水果的正下方?？v向水平軸固定在輸送鏈上，分選杠桿套裝在縱向水平軸上并可繞其自由旋轉(zhuǎn)，分級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)則固定在輸送線上方的基體框架上。當(dāng)輸送鏈運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，滾子、水果、縱向水平軸和分選杠桿隨著輸送鏈一起向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)水果經(jīng)過(guò)分選機(jī)構(gòu)時(shí)，杠桿臂上翹使得水果被翻轉(zhuǎn)到相應(yīng)的入料斗 [2]。圖 1 分選卸載裝置的結(jié)構(gòu)示意圖（a ）主視圖 （b）俯視圖其動(dòng)作邏輯關(guān)系圖如下：清洗后的水果 → 滾輪傳送 → 分級(jí)機(jī)構(gòu) 翻轉(zhuǎn) → 進(jìn)入料斗? ?? Y↑ ↓← 不符合3.2 分級(jí)機(jī)構(gòu)原理的設(shè)計(jì)杠桿式水果分級(jí)卸料機(jī)構(gòu)的具體結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。分選杠桿的中部有一個(gè)水平套筒，其一端為承壓壁，另一端為分選臂。分選杠桿通過(guò)其水平套筒套裝在縱向水平軸上并可繞其自由轉(zhuǎn)動(dòng)，上下限位銷(xiāo)則用于限制其轉(zhuǎn)動(dòng)范圍 [3]。圖 2 分級(jí)機(jī)構(gòu)原理示意圖1、水果 2、分選杠桿 3、上限位銷(xiāo) 4、下限位銷(xiāo)5、縱向水平軸 6、套筒 7、滾子3.3 隔板的設(shè)計(jì)水果從料斗進(jìn)入機(jī)體后，通過(guò)隔板 12 導(dǎo)入分級(jí)器，為了使水果能順利滾入分級(jí)器，設(shè)定隔板的傾角為 。隔板左右兩端應(yīng)向上進(jìn)行一定尺寸折邊，保證水果順利進(jìn)o2:入下一級(jí)分級(jí)器而不會(huì)從隔板兩端掉落。并且，隔板靠近分級(jí)器一端應(yīng)向下進(jìn)行一定尺寸的折邊，這樣可避免損傷物料，同時(shí)是為了防止所需分選的物料未經(jīng)分選直接進(jìn)入下一分級(jí)器 [9]。結(jié)構(gòu)如圖 3圖 34 方案選擇與設(shè)計(jì)4.1 分選機(jī)整體裝置設(shè)計(jì) [4](1) 組成:電動(dòng)機(jī)、減速器、傳動(dòng)部分、分級(jí)部分、入料斗部分。(2) 特點(diǎn):齒輪相對(duì)于軸承不均勻分布，故沿軸向載荷分布不均勻，要求軸有較大的剛度。(3)分選機(jī)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖:（如圖 4）圖 4 分選機(jī)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖1、電動(dòng)機(jī) 2、帶輪 1 3、皮帶 4、齒輪 5、輸送鏈 6、滾子 7、分選杠桿 8、縱向水平軸 9、滾子軸 10、收集箱4.2 電機(jī)的選擇由本設(shè)計(jì)的技術(shù)要求和具體傳動(dòng)部分配合知:電動(dòng)機(jī)的功率初定為 0.75Kw，額定電壓為 380V。具體配合如圖 5 所示:圖 5 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)下的傳動(dòng)配合選擇 Y90S—6 型籠型異步電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)采用 B 級(jí)絕緣，外殼防護(hù)等級(jí) IP44，冷卻方式為 I（014）即全封閉自扇冷卻。額定電壓為 380V，額定功率為 50HZ[5]。如表 1 Y90S—6 型籠型異步電動(dòng)機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)所示：(附圖 1)滿載時(shí)型號(hào) 額定功率KW 電流A 轉(zhuǎn)速r/min效率％功率因素Y90S—6 0.75 15.54 1000 87％ 0.85由機(jī)械手冊(cè)知:L=340mm ，AC=195mm ，E=50 0.310mm ，C=56 1.5mm??B=125mm4.3 傳動(dòng)比及主要裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算由本設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)知:減速器的傳動(dòng)比選擇為 ＝2.5，即一級(jí)減速器。帶傳動(dòng)部0i分的傳動(dòng)比為： 。因?yàn)閮涉溳喅叽缦嗤?，?＝1。電動(dòng)機(jī)的額定6.290321?di 3i功率為 Kw。根據(jù)要求知，減速器所用的直齒輪精度如下，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知 [6]，75.0?dP9 級(jí)精度直齒輪的效率值:η 直齒輪=0.96，所以，減速器的傳遞效率為: 92.06.901???本設(shè)計(jì)為普通 V 帶傳動(dòng)，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)手冊(cè)知，開(kāi)式傳動(dòng)效率為： :94.02??由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知，鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相似，其主要特點(diǎn)是借助于中間撓性件——鏈，在距離較遠(yuǎn)的軸之間傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。鏈傳動(dòng)的常用功率范圍為 100kW 以下，傳動(dòng)比 ≤6（滾子鏈） ，開(kāi)式鏈傳動(dòng)效率為： .3（1） 各軸轉(zhuǎn)速減速器部分的傳動(dòng)比為 ＝2.5，則 ＝ ＝1000/2.5 ＝400r/min0i?n0/i 帶傳動(dòng)部分的傳動(dòng)比為 ＝2.6，則 ＝ ＝400 /2.6＝154r/min2Ⅰ2鏈傳動(dòng)部分的傳動(dòng)比為 ＝1，則 ＝ / ＝154/1=154r/min=2.6r/s.3i?3i（2） 各軸輸入功率Kw75.0?dP＝ⅠKw69.02.1???＝ × ＝0.69 0.94=0.6486Kwp2＝ × = =0.5837kW?ⅠP3?9.0648.?（3） 各主要軸轉(zhuǎn)矩電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩： =9550 =9550×0.75/1000=7.1625N·mdTmdnP所以，電動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)減速器輸入軸的轉(zhuǎn)矩：＝ × × =7.1625×2.5×0.92=16.4738N·mⅠd0i1?帶輪帶動(dòng)下輸出軸的轉(zhuǎn)矩＝ × × =16.4738×2.6×0.94=40.2620N·mT2i鏈輪傳動(dòng)中從動(dòng)輪上鏈輪軸的轉(zhuǎn)矩： iⅠ ??????2358.69.016.43?5 重要零件的校核與計(jì)算5.1 齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算已知減速器所用到的齒輪齒數(shù)分別為: , 。下面以加速器所用的低速17Z42直齒輪為例 [7]:(一)標(biāo)準(zhǔn)直齒輪的計(jì)算1、齒輪材料，熱處理及精度① 材料選擇由教材表 10-1 可知：大小齒輪材料均為 鋼調(diào)質(zhì)。小齒輪齒面硬度45?為 250HBS ，取小齒齒數(shù) =171Z大齒輪齒面硬度為 220HBS ，則大齒輪齒數(shù)為: Z =i×Z =2.5×17=42.5 取:21Z =422② 齒輪精度芯片拾取機(jī)構(gòu)為一般機(jī)器,速度不高，按 GB/T10095－1998，選精度等級(jí)為 7 級(jí)２．初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸（1）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 2131 )][(2. HEdZuKTd?????確定各參數(shù)的值:①試選載荷系數(shù)為 =1.8t②計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩T=9.55×10 × =9.55×10 ×0.75/100061/nP6=7162.5N.mm③確定齒寬系數(shù) 小齒輪做不對(duì)稱布置，查教材表 10-7 選取 =1.0d?④確定彈性影響系數(shù) 查教材表 10-6 得 =189.8MPEZa⑤確定區(qū)域載荷系數(shù) 按標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) Z =2.5H⑥齒數(shù)比 μ= =42/17=2.4712⑦根據(jù)循環(huán)次數(shù)公式 N=60n j 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)hLN =60n j =60×1000×1×120001h=0.72×10 h9N2=60n2j =60×1000×42/17×1×12000=1.78×10 h9⑧取接觸疲勞壽命系數(shù)查教材圖 10-19 中曲線 1 得K =0.93 K =0.961??2??⑨計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力查教材圖 10-21(d)得=600 ， =5701limH?MPa2limH?Pa取失效概率為 1%,安全系數(shù) S=1[ ] = =0.93×600=5581SKN1li M[ ] = =0.96×570=547.2H?2H2limPa許用接觸應(yīng)力 6.52/).4758(/)][(][21 ?????（2）設(shè)計(jì)計(jì)算 ①由接觸強(qiáng)度計(jì)算小齒輪的分度圓直徑 td1 213)][(2. HEdZuKT?????=2.32 m30).547819(.0.657823 ??②計(jì)算齒輪的圓周速度 ??16Ⅰndt??s/.16034.?③計(jì)算齒寬b= =1.0×30=30mmtd1?④計(jì)算齒寬和齒高比=tmmZdt764.1301?= = =7.56hbtm25.764.130?⑤計(jì)算載荷系數(shù)齒輪的使用系數(shù)載荷狀況以輕微沖擊為依據(jù)查教材表 10-2 得 KA=1.25。由教材圖 10-8 查得 KV=1.12。對(duì)于軟齒面輪，假設(shè) KAFt/b由以上分析知，本設(shè)計(jì)選擇實(shí)心式 V 帶傳動(dòng)。其 V 帶傳動(dòng)、小帶輪、大帶輪的三維示意圖如下：圖 8 傳動(dòng)三維示意圖圖 9 小帶輪圖 10 大帶輪5.3 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)5.3.1 鏈傳動(dòng)的選擇本設(shè)計(jì)的主要傳動(dòng)部分是鏈傳動(dòng)，水果隨著滾輪運(yùn)動(dòng)，而滾輪杠桿臂都是安裝在鏈條上，隨著鏈輪帶動(dòng)而周而復(fù)始的傳動(dòng)，從而與分級(jí)機(jī)構(gòu)配合，從而達(dá)到分選水果的目的。如圖 11 所示:圖 11 鏈傳動(dòng)示意圖鏈傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，它是由鏈條和鏈輪（小鏈輪和大連輪）組成。通過(guò)鏈輪輪齒與鏈條鏈節(jié)的嚙合來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。鏈傳動(dòng)在機(jī)械制造中應(yīng)用廣泛。與摩擦型的帶傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)無(wú)彈性滑動(dòng)和整體打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率比較高；又因鏈條不需要像帶那樣長(zhǎng)得很緊，所以作用于軸上的 徑向壓力較小；鏈條采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動(dòng)的整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊；同時(shí)，鏈傳動(dòng)能在高溫和潮濕的環(huán)境中工作。與齒輪傳動(dòng)相比，鏈傳動(dòng)的制造與安裝精度要求較低，成本也低。在遠(yuǎn)距離傳動(dòng)時(shí)，其結(jié)構(gòu)比齒輪傳動(dòng)輕便的多?？傊?，鏈傳動(dòng)主要用在要求工作可靠，兩軸相距較遠(yuǎn)，低速重載，工作環(huán)境惡劣，以及其它不宜采用齒輪傳動(dòng)的場(chǎng)合。當(dāng)然，鏈傳動(dòng)也有一些缺點(diǎn)：只能實(shí)現(xiàn)平行軸間的鏈輪的同向傳動(dòng)；運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比；磨損后易發(fā)生跳齒；工作時(shí)有噪聲；不宜用在載荷變化很大、高速和急速反向的傳動(dòng)中。因此，在使用中應(yīng)該注意避免和保護(hù)。根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況我們選擇：常用于傳動(dòng)系統(tǒng)為低速級(jí)，一般傳動(dòng)功率在100Kw 以下，鏈速不超過(guò) 15m/sd 的滾子鏈傳動(dòng)（圖 12）最合適。圖 12 滾子鏈的機(jī)構(gòu)示意圖5.3.2 鏈傳動(dòng)的計(jì)算此設(shè)計(jì)部分鏈傳動(dòng)傳遞效率 P=0.6486Kw，主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速＝ / ＝ 154/1=154r/min。載荷平穩(wěn)，定期人工潤(rùn)滑。則具體設(shè)計(jì)如下步驟 [14]：Ⅰn?3i（1）選擇鏈輪齒數(shù)。由于本設(shè)計(jì)的鏈輪的主要用途就是輸送水果，則兩個(gè)配合鏈輪為相同參數(shù)。所以，取前鏈輪齒數(shù)為 ，則后齒輪也是 。241?z 241212???zniz（2）確定計(jì)算功率。由教材表 9-6 得 ,由教材圖 9-13 查得 ，單排鏈，則計(jì)算功率為：0.AK.zK7264.06481.0???wPzAca（3）選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距。根據(jù) 及 ，查教材圖 9-11 得，可選 10A，則由教材表 9-1wPca7264.0?min/154r得，鏈條的節(jié)距為 p=15.875 mm 。（4） 計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距。初選中心距由于中心距過(guò)小，單位時(shí)間內(nèi)鏈條的繞轉(zhuǎn)次數(shù)增多，鏈條曲伸次數(shù)和應(yīng)力循環(huán)次數(shù)增多，因而加劇了鏈的磨損和疲勞。同時(shí)，由于中心距小，鏈條在小鏈輪上的包角變小，每個(gè)輪齒所受的載荷增大，易出現(xiàn)跳齒和脫鏈現(xiàn)象；中心距太大垂度過(guò)大，傳動(dòng)比造成的松邊顫動(dòng)。因此在此設(shè)計(jì)時(shí)，若中心距不受其他條件的限制時(shí)，一般可取： ，????mmpa 25.476~.93875.10~3503???o最大 80P 。但此設(shè)計(jì)要求的距離遠(yuǎn)比此常用距離大，在加上此設(shè)計(jì)有托板，則 可maxo大于 80P。取 ，相應(yīng)的鏈節(jié)數(shù)為：m3180? oo apzzpaL2121??????????= 318075.4.24875.13022??????????=400.6取鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù) 節(jié)。40?pL（5） 計(jì)算鏈速 ，確定潤(rùn)滑方式。?smszn /97.0/10685.24516???由 和鏈號(hào) 10A，查教材圖 9-14 得，應(yīng)采用滴油潤(rùn)滑。sm/97.0?（6）計(jì)算壓軸力 。pF有效圓周力為NPe 25.6397.04810????假設(shè)鏈輪的水平布置時(shí)的壓軸力系數(shù) ，則壓軸力為1FpKFKep 5.(7)鏈輪的張緊設(shè)計(jì)。鏈傳動(dòng)張緊的目的是，主要是為了避免在鏈條的松邊垂度過(guò)大時(shí)產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)也是為了增加鏈條和鏈輪的嚙合包角。張緊的辦法很多，本設(shè)計(jì)選用壓板和托板張緊，如圖 13 所示：圖 13 壓板和托板張緊裝置示意圖5.4 輸出軸部分的設(shè)計(jì)5.4.1 輸出軸的設(shè)計(jì)圖 14 輸出軸的設(shè)計(jì)圖 [10]該輸出軸用于連接大帶輪及兩個(gè)鏈齒輪，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)減速器，從而減速器帶動(dòng)輸入軸，帶動(dòng)小帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò) V 帶傳動(dòng)大帶輪跟著從動(dòng)，因而引起輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。如圖 15 所示。圖 15 輸出軸軸段設(shè)計(jì)圖已知：電動(dòng)機(jī)的額定功率為 P=0.75Kw，減速器的傳動(dòng)比為： ＝2.5，減速器的傳遞效0i率為: 。92.06.901???普通 V 帶傳動(dòng)，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)手冊(cè)知，開(kāi)式傳動(dòng)效率為： 。94.2??＝ ＝ 400 /2.6＝154r/minⅠni2/兩齒輪參數(shù)分別為： ， ；421zmd2501?，o0??（1）求輸出軸上的功率 和轉(zhuǎn)矩 。ⅠPT＝ × ＝0.69 0.94=0.6486Kwp2??＝ × × =16.4738×2.6×0.94=40.2620N·mⅠT2i?（2）求作用在齒輪上的力。圓周力NdTFt 096.3225016.41 ????徑向力tr .17tan9.3ano?軸向力NFtn .420cos6.2??（3）初步確定軸的最小直徑。根據(jù)工作條件選擇軸材料 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由教材表 15-3 查得 。10?oAmnPAd 1.341568.0332min ???o考慮軸與聯(lián)軸器連接有鍵槽，軸頸增加 3%， 。md4.350.in??由教材表 14-1 查得 。.AK聯(lián)軸器計(jì)算扭矩N·mm。60394025.1????mNTAca（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖 16 軸段示意圖首先，軸段設(shè)計(jì)及軸承的選擇。軸端為大帶輪，通過(guò)小帶輪帶動(dòng)與用平鍵連接，帶輪可隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，中部?jī)啥藶橹饼X輪，其也和平鍵連接，并且其上分別帶動(dòng)鏈條傳動(dòng)，根據(jù)較少選用標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)的原則，兩端的軸段直徑做成與軸的承載軸端一致為 ，初步選擇滾動(dòng)軸承.因軸承同時(shí)75?受有徑向力和軸向力的作用,故選用深溝球軸承.參照工作要求并根據(jù) ,由md1.72in?軸承產(chǎn)品目錄中初步選取軸承型號(hào)為 6215。如表 6 所示，結(jié)構(gòu)如圖 17 所示dD B 2d2D軸承代號(hào)75 130 25 94.0 115.0 621575 160 37 101.3 133.7 631575 190 45 112.1 155.9 641580 100 10 86.1 93.9 6181680 110 16 89.3 100.7 6191680 125 14 95.8 109.2 16016表 6 軸承尺寸數(shù)據(jù)及代號(hào)圖 17 6215 深溝球軸承其次，徑向尺寸的確定，如圖 18 所示為軸的初步設(shè)計(jì)。圖 18 軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如上草圖所示，從軸段 =60㎜開(kāi)始，逐段選取相鄰軸段的直徑。 與軸承內(nèi)徑8d 7d相配合，考慮安裝方便，結(jié)合軸的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列并符合軸承內(nèi)徑系列，取 =75 mm，選定軸承代號(hào)為 61818。逐段選取相鄰軸段的直徑。 即為直齒輪部分，將6d多為分度圓直徑，即 =80 mm , 起定位固定作用，定位軸肩高度 h 可在6d6d5d（2～3）C 范圍內(nèi)經(jīng)驗(yàn)選?。– 為大鏈輪內(nèi)孔倒角尺寸，取 C=2.5㎜） ，故 = 5d+2h≥80+2×(2.5×2.5)=90 mm, 起定位作用，取 =100mm。6 44所以，根據(jù)對(duì)稱原理知： ，md751?md8062?。 903最后，軸向尺寸的確定直齒輪齒寬 =50㎜, =50㎜。同理 mm。 與軸承和套筒相配合，查軸2b2L56?L1承安裝尺寸寬度 =13mm,于是取 =100 mm。由于帶輪寬度為 90mm,考慮安裝方便端1B1蓋至帶輪距離 =30，初步取 =180 mm。?8則由其對(duì)稱性知: = =100mm, = =50 mm，由設(shè)計(jì)的原始數(shù)據(jù)要求知總1L72L6高度為 740mm。則有 = 。 。5m03?104?兩軸承中心間的跨距：L=360mm 。(5)軸強(qiáng)度的計(jì)算校核。I．按彎矩強(qiáng)度計(jì)算：由教材表 15-3 軸常用幾種材料的 及 值得，??T?0A=25~45Mpa??T???TTMpadnW?????8.12.0953故符合要求。II．按彎矩強(qiáng)度校核: ??????NFdtrt 34.6an5102?zWMmxax?因?yàn)?，由教材表 15-1 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能mrz ??????94.6521033知： ??pa61???Mpadz 60.2085.32.3mxax ????故符合要求。（6）軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算。I 型號(hào)為 6215 的軸承，其中 B=25mm,d=75mm。由機(jī)械手冊(cè)常用滾動(dòng)軸承的基本尺寸與數(shù)據(jù)——深溝球軸承列表知：基本額定動(dòng)載荷 KNCr0.6?基本額定靜載荷 o549因?yàn)?，軸承所受徑軸向載荷遠(yuǎn)大于徑向載荷，所以 P= =366.34NrF＝ ＝ 400 /2.6＝154r/minⅠni2/所以，366 4.950101?????????????????PCLorh（10 年）h98.4?故軸承符合要求。5.4.2 平鍵的設(shè)計(jì)(1)與直齒輪配合的平鍵的輕度校核如下:根據(jù)公式 ][1023ppkldT?????式中：T——傳遞的轉(zhuǎn)矩 ，N·m????????2dFyk——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，k=0.5h，此處 h 為鍵的高度，mm。l——鍵的工作長(zhǎng)度，mm，圓頭平鍵 l=L-b，平頭平鍵 l=L，這里 L 為鍵的公稱長(zhǎng)度，mm；b 為鍵的寬度，mm。d——軸的直徑，mm?！I、軸、輪轂三者中最弱材料的許用擠壓應(yīng)力，Mpa 見(jiàn)教材表 6-][p?2。.根據(jù)此處平鍵連接時(shí)靜連接，齒面經(jīng)過(guò)熱處理，制造和使用狀況為良好，及所用材料為 45 鋼，查表得 =120Mpa。][p將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得= 。kldTp3102??????MPa025.825.1643][p?故符合要求。（2）與帶輪配合的平鍵的輕度校核如下;根據(jù)公式 ][103ppkldT????根據(jù)此處平鍵連接時(shí)靜連接，齒面經(jīng)過(guò)熱處理，制造和使用狀況為良好，及所用材料為 45 鋼，查表得 =120Mpa。][p將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得= 。kldTp3102??? ???MPa02147.652.43 ][p?故符合要求。5.5 輸入軸部分的設(shè)計(jì)。5.5.1 輸入軸的設(shè)計(jì)。圖 19 輸入軸的設(shè)計(jì)圖該輸出軸用于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)減速器以一定的傳動(dòng)比減速后，帶動(dòng)其直齒輪從而帶輸入軸轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而，帶動(dòng)小帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò) V 帶傳動(dòng)輸出功率。如圖 20 所示。圖 20 輸入軸軸段設(shè)計(jì)圖已知：電動(dòng)機(jī)的額定功率為 P=0.75Kw，減速器的傳動(dòng)比為： ＝2.5，減速器的傳遞效0i率為: 。92.06.901???已知減速器所用到的齒輪參數(shù)分別如下:,17Z42d =34mm ， =84mmd。o0??又因?yàn)榧铀倨鞯膫鲃?dòng)比為： 。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為：n=1000r/min 。5.i所以, ＝ ＝1000/2.5＝400r/min 。?n0/i（1）求輸入軸上的功率 和轉(zhuǎn)矩 。ⅠPT＝ Kwd69.02.751???＝ × × =7.1625×2.5×0.92=16.4738N·mT0i（2）求作用在齒輪上的力。圓周力NdFIt 23.984173.62???徑向力tr 76.40tan.9ano?軸向力NFtn .12cos3.??（3）初步確定軸的最小直徑。根據(jù)工作條件選擇軸材料 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，由教材表 15-3 查得 。10?oAmnPAdI 58.24069.133min ???o考慮軸與聯(lián)軸器連接有鍵槽，軸頸增加 5%，。md257.405.18205.1min ????由教材表 14-1 查得 。?AK聯(lián)軸器計(jì)算扭矩N·mm 。.478.64735.1???NTAca（4）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。圖 21 軸段示意圖首先，軸段設(shè)計(jì)及軸承的選擇。軸端為小帶輪，小帶輪和平鍵連接，可隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)大帶輪。左端為減速器的大直齒輪，其也是和平鍵連接，并與系那個(gè)配合的傳動(dòng)比的小齒輪嚙合。根據(jù)較少選用標(biāo)準(zhǔn)件型號(hào)的原則，兩端的軸段直徑做成與軸的承載軸端一致為 ，初步選65?擇滾動(dòng)軸承.因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用深溝球軸承.參照工作要求并根據(jù) ,由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取軸承型號(hào)為 6213。如表 7 所示，結(jié)md5.62in?構(gòu)如圖 21 所示D B 2d2D軸承代號(hào)65 120 23 82.5 102.5 621365 140 33 88.1 116.9 631365 160 37 94.5 130.6 641370 90 10 76.1 83.9 6181470 100 16 79.3 90.7 6191470 110 13 83.8 96.2 16014表 7 軸承尺寸數(shù)據(jù)及代號(hào)