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附件2：
開(kāi)題報(bào)告
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
專(zhuān) 業(yè)
指導(dǎo)教師姓名
職 稱(chēng)
所在學(xué)院
選題來(lái)源
科研課題√ 生產(chǎn)實(shí)踐 其它 /
選題類(lèi)型
畢業(yè)設(shè)計(jì)√ 畢業(yè)論文 /
選題名稱(chēng)
蘋(píng)果分級(jí)系統(tǒng)——輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
研究的目的
及意義
對(duì)蘋(píng)果分級(jí)機(jī)的輸送裝置的合理優(yōu)化的設(shè)計(jì)可以使蘋(píng)果在輸送過(guò)程中沒(méi)有明顯的碰撞，保證蘋(píng)果的質(zhì)量，而且輸送速度平穩(wěn)沒(méi)有沖擊，能夠快速迅捷的實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果的輸送，提高生產(chǎn)效率，產(chǎn)生相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。使水果生產(chǎn)商品化、標(biāo)準(zhǔn)化，這樣才能提高整個(gè)水果產(chǎn)業(yè)的水平，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，使既能使果農(nóng)從商品化處理的增值中獲得效益，又能滿(mǎn)足不同消費(fèi)者的需要。
國(guó)內(nèi)外同類(lèi)
研究概況
國(guó)外公司早在20 世紀(jì)80 年代中期開(kāi)始了水果品質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)的研究,并成功研制了一些水果自動(dòng)化分級(jí)系統(tǒng),20 世紀(jì)90 年代開(kāi)始研究基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的水果分級(jí)系統(tǒng),到現(xiàn)在已有部分實(shí)用的產(chǎn)品如美國(guó)Penwalt公司Decco型高速水果分級(jí)生產(chǎn)線就可用于蘋(píng)果、梨、橘子、桃子等水果的分等定級(jí)和品質(zhì)檢測(cè)。我國(guó)于20 世紀(jì)90 年代開(kāi)始研究利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)進(jìn)行蘋(píng)果品質(zhì)的檢測(cè)。如浙江大學(xué)研制的水果品質(zhì)機(jī)器視覺(jué)實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)生產(chǎn)線，每小時(shí)能檢測(cè)和分級(jí)3至6噸水果，適用于柑橘、胡柚、蘋(píng)果、西紅柿和土豆等多種水果及農(nóng)產(chǎn)品。
研究?jī)?nèi)容
及計(jì)劃
研究?jī)?nèi)容：
1擬定蘋(píng)果分級(jí)機(jī)械輸送裝置的總體方案
2確定輸送裝置所需要的材料和輸送機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3進(jìn)行各零部件的重要參數(shù)的設(shè)計(jì)和機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
4繪制所有非標(biāo)零件，做出設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
研究計(jì)劃：
1．設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段 2周
2．?dāng)M定總體方案 2.5周
3．輸送裝置材料選擇和所需要的數(shù)量 1.5周
4．主要零部件的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5周
5．設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě) 3周
6．準(zhǔn)備答辯講稿、進(jìn)行答辯 1周
特色與創(chuàng)新
本設(shè)計(jì)課題對(duì)于蘋(píng)果分級(jí)研究提供機(jī)械上的支持，是總體生產(chǎn)線的一個(gè)重要組成部分，創(chuàng)新在于用一個(gè)帶有定位輪的杯子輸送裝置進(jìn)行定位與輸送，輸送系統(tǒng)在輸送水果的同時(shí)，使水果的中心軸始終保持與水平面保持垂直。當(dāng)蘋(píng)果經(jīng)過(guò)攝像機(jī)時(shí)，攝像機(jī)可拍攝到不含有果萼和果梗的圖像，識(shí)別出果萼和果梗，從而區(qū)別出缺損和果萼并進(jìn)行顏色分揀。
指導(dǎo)教師
意 見(jiàn)
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
國(guó)內(nèi)外研究狀況綜述
發(fā)達(dá)國(guó)家在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)與分級(jí)方面，于20世紀(jì)80年代中期就開(kāi)始了水果品質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)的研究,并成功制造了一些水果自動(dòng)化分級(jí)系統(tǒng)。
比如，日本消費(fèi)者對(duì)水果的消費(fèi)是非常挑剔的，其水果上市前都要經(jīng)過(guò)分級(jí)包裝。有些價(jià)值較高的水果，如冬季上市的西瓜要在標(biāo)簽上標(biāo)出糖度數(shù)值。日本三菱電器公司研制的水果成熟度分級(jí)機(jī)，就是利用傳感器綜合測(cè)出梨的表面顏色、對(duì)特定光的透光率、形狀和大小，并與事先貯存在計(jì)算機(jī)中的優(yōu)良梨的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，推算出成熟度和糖分。
意大利的果品貯藏加工業(yè)生產(chǎn)中，很早就使用了顏色分級(jí)機(jī)，主要是對(duì)蘋(píng)果進(jìn)行顏色分級(jí)，是按照綠色蘋(píng)果比紅色蘋(píng)果的反射光強(qiáng)的道理進(jìn)行的。工作時(shí)，果實(shí)在松軟的傳送帶上跳躍移動(dòng)，光線可照射到水果的大多部位，這樣就避免了水果單面被照射。反射光傳遞給電腦，由電腦按照反射率的不同來(lái)將果實(shí)分開(kāi)，一般分為全綠果、半綠（半紅）果、全紅果等級(jí)別。
再有，美國(guó)Penwalt公司Decco型分級(jí)機(jī)是一種新型果實(shí)分級(jí)機(jī)，具有速度快、性能好、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)，根據(jù)“體積”分級(jí)的原理進(jìn)行工作，綜合了大小和重量分級(jí)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)消除了二者的缺點(diǎn)，使分級(jí)作業(yè)真正得以柔和平緩地進(jìn)行。Decco分級(jí)機(jī)工作原理是：提升機(jī)輥?zhàn)訉⒋旨?jí)的果實(shí)送入四星裝料斗，星輪與提升機(jī)以鏈條驅(qū)動(dòng)的各對(duì)定距輥?zhàn)油剑佔(zhàn)映休d水果通過(guò)分級(jí)全程，這樣的裝置，星輪可以很柔和地將水果從提升機(jī)傳送到由一對(duì)滾子形成的凹槽中，根據(jù)選用分級(jí)機(jī)規(guī)格的不同，分級(jí)部分包括6-9行高度可調(diào)的“摩擦指”，滾子從摩擦指下通過(guò)，緩緩地作反時(shí)針回轉(zhuǎn)，水果則作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)水果遇到摩擦指（最大的水果首先接觸摩擦指），由于轉(zhuǎn)動(dòng)與摩擦的組合，水果極柔和地從滾子上移動(dòng)并落入彈性的擺動(dòng)活動(dòng)門(mén)上，水果自重足夠使其滑出并滾到輸送皮帶上，然后由皮帶送入包裝槽中。由于水果沒(méi)有摔落，也沒(méi)有其她任何典型的引起損傷的動(dòng)作，分級(jí)柔和。水果分級(jí)只有綜合形狀、大小、色澤、果面缺陷等各種因素，甚至是內(nèi)部品質(zhì)，才能排除其它因素，使分級(jí)質(zhì)量得到保證。
還有就是法國(guó)的MAF France公司的水果分級(jí)包裝設(shè)備，不僅能對(duì)果蔬進(jìn)行分級(jí)包裝，還可以利用電子、光學(xué)原理對(duì)果蔬表皮的瑕疵進(jìn)行分選，全電腦監(jiān)控，自動(dòng)化程度相當(dāng)高。
相對(duì)于國(guó)外的分級(jí)水平，國(guó)內(nèi)水果分級(jí)市場(chǎng)就比較落后了。國(guó)內(nèi)水果分級(jí)大部分還采用人工分級(jí)方法，只有少數(shù)企業(yè)采用半自動(dòng)及自動(dòng)化水果分級(jí)。
隨著國(guó)民企業(yè)的不斷發(fā)展，人們生活水平的逐漸提高，人們對(duì)生活質(zhì)量也有了更高的要求。于是，有關(guān)水果分級(jí)的研究也有了很大的進(jìn)展。我國(guó)于20世紀(jì)90年代開(kāi)始研究利用計(jì)算機(jī)視覺(jué)進(jìn)行蘋(píng)果品質(zhì)的檢測(cè)。杭州杭掛機(jī)電有限公司與浙江大學(xué)合作 ,在國(guó)家“863”計(jì)劃項(xiàng) 目的支持下 ,成功研制了國(guó)內(nèi)第一套基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù) 、擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 “智能化水果實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)生產(chǎn)線” 。該生產(chǎn)線可從快速運(yùn)動(dòng)的水果中提取有效圖像信息并對(duì)其進(jìn)行矯正和分析處理 ,以完成水果按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所要求的大小、形狀、色澤、果面缺陷和損傷進(jìn)行分級(jí)。在用于柑桔品質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)時(shí),每條生產(chǎn)線每小時(shí)可處理水果2—3噸（二軌道） ,并可根據(jù)用戶(hù)對(duì)生產(chǎn)規(guī)模的需求 ,組合多套 （4—16軌道 ）協(xié)同工作,所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)具有廣泛的適應(yīng)性 ,只需對(duì)軟件進(jìn)行適當(dāng)修改 ,即可用于蘋(píng)果、梨 、桃子 、西紅柿和土豆等水果 、農(nóng)產(chǎn)品的分檢 ,其技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際同類(lèi)先進(jìn)水平。應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中將減輕農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度 ,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和水果、農(nóng)產(chǎn)品附加值 ,并可增加農(nóng)民收人 ,具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。江蘇省自主研制生產(chǎn)的電腦控制全自動(dòng)水果分級(jí)流水生產(chǎn)線在陜西成功運(yùn)行，并通過(guò)國(guó)家一級(jí)科技查新，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)果品加工生產(chǎn)機(jī)械的空白。 該生產(chǎn)線由江蘇牧羊集團(tuán)研制，采用水果品質(zhì)視覺(jué)系統(tǒng)測(cè)與分級(jí)，每條生產(chǎn)線每小時(shí)能檢測(cè)分級(jí)2．5噸及3噸水果，適用于柑橘、胡柚、蘋(píng)果、西紅柿、土豆等多種水果及農(nóng)產(chǎn)品的快速分級(jí)，部分指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平。為配套新生產(chǎn)線，該集團(tuán)同時(shí)研發(fā)出壓榨機(jī)、榨汁機(jī)等飲料機(jī)械，以及去核機(jī)、打漿機(jī)等果汁生產(chǎn)線前處理設(shè)備與后道包裝設(shè)備，具有良好的應(yīng)用前景。
由以上的信息，我發(fā)現(xiàn)蘋(píng)果分級(jí)機(jī)的輸送裝置在整個(gè)分級(jí)機(jī)中占有重要的位置，對(duì)輸送機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理關(guān)系到蘋(píng)果分級(jí)機(jī)的科學(xué)性和效益性。因此，此項(xiàng)課題的研究室十分有價(jià)值和必要的。
題 目 蘋(píng)果分級(jí)系統(tǒng) 輸送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 專(zhuān) 業(yè) 學(xué) 號(hào) 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職 稱(chēng) 二 O 年 月 日 摘要 當(dāng)今水果分級(jí)市場(chǎng) 全自動(dòng)分級(jí)流水生產(chǎn)線已成為發(fā)展的趨勢(shì) 而人工分級(jí)及半機(jī) 械分級(jí)是目前國(guó)內(nèi)普遍采用的分級(jí)方法 在水果市場(chǎng)日益發(fā)達(dá)的商品貿(mào)易化時(shí)代 全自 動(dòng)分級(jí)流水線以其生產(chǎn)效率高 精度高 分級(jí)全面等優(yōu)點(diǎn)正逐漸被重視和采用 所以水 果分級(jí)的發(fā)展水平會(huì)直接影響我國(guó)水果類(lèi)商品標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)施 并且會(huì)影響水果商品在國(guó) 際貿(mào)易中的競(jìng)爭(zhēng) 對(duì)蘋(píng)果分級(jí)機(jī)的輸送裝置的合理優(yōu)化的設(shè)計(jì)可以使蘋(píng)果在輸送過(guò)程中沒(méi)有明顯的碰 撞 保證蘋(píng)果的質(zhì)量 而且輸送速度平穩(wěn)沒(méi)有沖擊 能夠快速迅捷的實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果的輸送 提高生產(chǎn)效率 產(chǎn)生相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是 設(shè)計(jì)一個(gè)輸送裝置 用一個(gè)帶有輪子的模塊定向并輸送蘋(píng)果 把蘋(píng)果輸送到位于傾斜裝置頂端的檢測(cè)攝像機(jī)前進(jìn)行等級(jí)分揀 輸送機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵之一是 在輸送水果的同時(shí) 使水果的中心軸始終保持垂直 同時(shí)保持水果圍繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng) 以便拍攝到水果的不同位置 關(guān)鍵詞 蘋(píng)果分級(jí) 輸送裝置 鏈傳動(dòng) 輸出動(dòng)力 機(jī)架 Abstract In the classification of fruit market totally automatic pipelining has becoming a current nowadays But in our coutry machine grading and semi manual classification is currently widely used in fruit grading Increasingly developed in the fruit market and in the era of trade in goods Automatic classification line with its high efficiency high precision differential advantages of full attention and are increasingly being used Therefore the level of development of fruit grading will directly affect our fruit products standardized implementation of fruits in international trade competition A proper design of the conveyor of the apple grader can avoid obvious crash in the transmission and ensure the quality of apples The speed of transmission is quick and stable All these can improve the production efficiency significantly and generate corresponding economic benefits The content of this graduate design is transportation equipment A module with wheels can use to transport the fruit It can transport the fruit to the top of the acclivitous device The systematic linchpin was when the apple was feeding the apple s center mandrel keep upright And the apple turn embay the center mandrel The camera can shoot the apple s different situation Keywords Apple Grading Conveyor Chain Transmission Power Output Stander 目錄 1 前言 1 1 1 研究目的及意義 1 1 2 研究產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2 1 2 1 國(guó)內(nèi)同類(lèi)研究的情況 2 1 2 2 國(guó)外同類(lèi)研究的概況 3 1 3 研究的特色與創(chuàng)新 4 2 總述 5 2 1 設(shè)計(jì)要求 5 2 2 工作原理 5 2 3 組成部分 5 3 輸送裝置 8 3 1 PVC 塑料模塊的設(shè)計(jì) 8 3 1 1 方案確定 8 3 1 2 目標(biāo) 8 3 1 3 材料和方法 9 3 1 4 實(shí)驗(yàn)和討論 9 3 1 5 結(jié)論 10 3 1 6 PVC 塑料模塊的具體設(shè)計(jì) 10 3 2 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 13 3 2 1 鏈傳動(dòng)的特點(diǎn) 13 3 2 2 鏈傳動(dòng)的選擇 13 3 2 3 滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 14 3 2 4 滾子鏈傳動(dòng)的失效形式 17 3 2 5 齒形的計(jì)算 17 3 2 6 滾子鏈鏈輪常用材料及熱處理 22 3 2 7 鏈傳動(dòng)的布置 張緊 潤(rùn)滑和平穩(wěn) 22 3 3 PVC 塑料模塊與鏈條的連接 22 3 4 軸系零 部件的設(shè)計(jì) 23 3 4 1 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 23 3 4 2 滾動(dòng)軸承的選用 28 3 4 3 軸承座的設(shè)計(jì) 31 3 4 4 軸承端蓋的設(shè)計(jì) 31 4 驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 32 5 機(jī)架的設(shè)計(jì) 32 6 結(jié)論 33 7 致謝 34 8 參考文獻(xiàn) 35 1 1 前言 1 1 研究目的及意義 傳統(tǒng)的水果品質(zhì)檢測(cè) 分級(jí)方法存在著分級(jí)結(jié)果受人主觀因素的影響 精度低 視 覺(jué)易疲勞 效率低 存在著不能對(duì)大小 重量 形狀 尺寸 成熟度 表面缺陷 表面色 澤等指標(biāo)綜合評(píng)判等問(wèn)題 我國(guó)是一個(gè)水果生產(chǎn)大國(guó) 但我國(guó)的水果出口量卻很低 與國(guó)外水果的分級(jí)銷(xiāo)售相 比 中國(guó)水果市場(chǎng)不容樂(lè)觀 國(guó)外進(jìn)口水果的價(jià)格會(huì)高于國(guó)內(nèi)水果幾倍甚至幾十倍 同 樣都是水果 就因?yàn)閲?guó)外的水果采取了分級(jí)后出售 其價(jià)格就大大提高 而中國(guó)的水果 則不分大小好壞混裝出售 其價(jià)格就大打折扣 這一方面是由于果園總體管理水平低 另一方面是水果的商品化處理落后 水果生產(chǎn)的產(chǎn)業(yè)化 使實(shí)現(xiàn)水果采后處理的機(jī)械化與自動(dòng)化技術(shù)成為可能 隨著果 品貯藏加工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高 對(duì)水果質(zhì)量的要求越來(lái)越高 水果采后處 理工作顯得日益重要 而采后處理工作時(shí)效性強(qiáng) 作業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高 因此 實(shí)現(xiàn)機(jī)械化 自動(dòng)化作業(yè)勢(shì)在必行 水果采后商品化處理的主要技術(shù)環(huán)節(jié)包括挑選 清洗 打蠟 分級(jí)和包裝 挑選是 水果采后處理的第一個(gè)環(huán)節(jié) 目的是剔除有機(jī)械傷 病蟲(chóng)危害 著色度不夠 外觀畸形 等不符合商品要求的產(chǎn)品 以利于下一步的分級(jí) 包裝和貯運(yùn) 挑選由于涉及到病蟲(chóng) 傷 殘 色 畸形等多項(xiàng)指標(biāo) 綜合判斷較復(fù)雜 目前還難做到機(jī)械化操作 所以無(wú)論 是技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家 基本靠手工完成 但必須根據(jù)不同水果的特點(diǎn)制定 相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)清洗是商品化處理中的重要環(huán)節(jié) 是采用浸泡 沖洗 噴淋等方式水洗或用 干 濕 毛巾 毛刷等清除果品表面污物 減少病菌和農(nóng)藥殘留 使之清潔 衛(wèi)生 符 合商品要求和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn) 提高商品價(jià)值 打蠟 涂膜 是在果品表面涂上一層薄而均勻 的透明薄膜 也稱(chēng)涂膜 涂膜多用于蘋(píng)果 柑桔 油桃 李子等 經(jīng)涂膜處理后 不僅 可抑制水果的呼吸 減少水分蒸發(fā)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗 還可抑制病原菌侵染 減少腐爛 而且還可以增進(jìn)果品表面光澤 使外皮潔凈 美觀 漂亮 提高商品價(jià)值 分級(jí)的目的 是要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的工業(yè)化 使果品成為標(biāo)準(zhǔn)化的商品 不同果品的分級(jí) 各個(gè)國(guó)家和 地區(qū)都有各自的分法和標(biāo)準(zhǔn) 我國(guó)現(xiàn)有 16 個(gè)果品分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 其中蘋(píng)果 梨 香蕉 龍眼 核桃 板栗 紅棗已制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 此外還制定了一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 隨著生產(chǎn)的發(fā)展 品種的更新以及市場(chǎng)的要求 標(biāo)準(zhǔn)還應(yīng)不斷修訂和完善 良好的包裝 可以保證產(chǎn)品安 2 全運(yùn)輸和貯藏 減少產(chǎn)品間的磨擦 碰撞和擠壓造成的機(jī)械傷 減少病蟲(chóng)害的蔓延和水 分蒸發(fā) 使水果在流通中保持良好的穩(wěn)定性 設(shè)計(jì)精美的包裝也是商品的重要組成部分 是貿(mào)易的輔助手段 為市場(chǎng)交易提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格單位 并有利于充分利用倉(cāng)儲(chǔ)空間和合理 堆放 水果分級(jí)是水果進(jìn)入流通的第一個(gè)環(huán)節(jié) 并直接關(guān)系到水果的包裝 運(yùn)輸 貯藏和 銷(xiāo)售的效果和效益 果樹(shù)果實(shí)有優(yōu)劣之分 形狀 大小 著色程度等也不完全一致 甚 至還有風(fēng)蝕 病蟲(chóng)害等 采后如混在一起既不便于貯藏運(yùn)輸 也不便以質(zhì)論價(jià)銷(xiāo)售 在 市場(chǎng)商品經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)的今天 異地銷(xiāo)售大宗農(nóng)產(chǎn)品交易和農(nóng)產(chǎn)品國(guó)際貿(mào)易等均離不開(kāi) 標(biāo)準(zhǔn)化 而今水果分級(jí)就是實(shí)現(xiàn)水果商品標(biāo)準(zhǔn)化的最基礎(chǔ)的一步 分級(jí)的目的是要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的工業(yè)化 使果品成為標(biāo)準(zhǔn)化的商品 不同果品的分 級(jí) 各個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有各自的分法和標(biāo)準(zhǔn) 我國(guó)現(xiàn)有 16 個(gè)果品分級(jí)標(biāo)準(zhǔn) 其中蘋(píng)果 梨 香蕉 龍眼 核桃 板栗 紅棗已制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 此外還制定了一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 隨著生產(chǎn)的發(fā)展 品種的更新以及市場(chǎng)的要求 標(biāo)準(zhǔn)還應(yīng)不斷修訂和完善 因此 水果 分級(jí)有著很強(qiáng)的重要性 1 2 研究產(chǎn)品的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 1 2 1 國(guó)內(nèi)同類(lèi)研究的情況 雖然我國(guó)大多數(shù)水果均是通過(guò)人工分級(jí) 只有少量的水果實(shí)現(xiàn)了部分自動(dòng)化 但是隨 著國(guó)民企業(yè)的不斷發(fā)展 人們生活水平的逐漸提高 人們對(duì)生活質(zhì)量也有了更高的要求 于是 有關(guān)水果分級(jí)的研究也有了很大的進(jìn)展 我國(guó)于 20 世紀(jì) 90 年代開(kāi)始研究利用計(jì) 算機(jī)視覺(jué)進(jìn)行蘋(píng)果品質(zhì)的檢測(cè) 杭州杭掛機(jī)電有限公司與浙江大學(xué)合作 在國(guó)家 863 計(jì)劃項(xiàng) 目的支持下 成功研制了國(guó)內(nèi)第一套基于機(jī)器視覺(jué)技術(shù) 擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的 智能化水果實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)生產(chǎn)線 該生產(chǎn)線可從快速運(yùn)動(dòng)的水果中提取有效圖像 信息并對(duì)其進(jìn)行矯正和分析處理 以完成水果按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所要求的大小 形狀 色澤 果面缺陷和損傷進(jìn)行分級(jí) 在用于柑桔品質(zhì)實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)時(shí) 每條生產(chǎn)線每小時(shí)可處理 水果 2 3 噸 二軌道 并可根據(jù)用戶(hù)對(duì)生產(chǎn)規(guī)模的需求 組合多套 4 16 軌道 協(xié)同工作 所設(shè)計(jì)的硬件系統(tǒng)具有廣泛的適應(yīng)性 只需對(duì)軟件進(jìn)行適當(dāng)修改 即可用于蘋(píng) 果 梨 桃子 西紅柿和土豆等水果 農(nóng)產(chǎn)品的分檢 其技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際同類(lèi)先進(jìn) 水平 應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中將減輕農(nóng)民勞動(dòng)強(qiáng)度 提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和水果 農(nóng)產(chǎn)品附加值 并 可增加農(nóng)民收人 具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益 江蘇省自主研制生產(chǎn)的電腦控制全 3 自動(dòng)水果分級(jí)流水生產(chǎn)線在陜西成功運(yùn)行 并通過(guò)國(guó)家一級(jí)科技查新 填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)果品 加工生產(chǎn)機(jī)械的空白 該生產(chǎn)線由江蘇牧羊集團(tuán)研制 采用水果品質(zhì)視覺(jué)系統(tǒng)測(cè)與分級(jí) 每條生產(chǎn)線每小時(shí)能檢測(cè)分級(jí) 2 5 噸及 3 噸水果 適用于柑橘 胡柚 蘋(píng)果 西紅柿 土豆等多種水果及農(nóng)產(chǎn)品的快速分級(jí) 部分指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平 為配套新生產(chǎn)線 該集團(tuán)同時(shí)研發(fā)出壓榨機(jī) 榨汁機(jī)等飲料機(jī)械 以及去核機(jī) 打漿機(jī)等果汁生產(chǎn)線前處 理設(shè)備與后道包裝設(shè)備 具有良好的應(yīng)用前景 水果分級(jí)形式包括有體積分級(jí)和重量分級(jí)兩大類(lèi) 由于分級(jí)的目的主要為統(tǒng)一產(chǎn)品 外觀規(guī)格 以便包裝和提升銷(xiāo)售檔次 因此以體積分級(jí)應(yīng)用最廣泛 傳統(tǒng)的體積分級(jí)設(shè) 備有滾筒式分級(jí)機(jī) 三輥筒式分級(jí)機(jī)和帶式分級(jí)機(jī)等 其原理大同小異 均利用若干級(jí) 別尺寸的孔框或縫隙進(jìn)行篩選 當(dāng)物料的外形稍小于孔隙時(shí) 可依靠其本身重力穿過(guò)或 跌落輸出 從而實(shí)現(xiàn)分級(jí) 孔隙式篩選分級(jí)是一種簡(jiǎn)單實(shí)用的形式 不但生產(chǎn)效率較高 而且可設(shè)置多個(gè)級(jí)別 但這種分級(jí)形式存在一定的缺陷 主要表現(xiàn)在 1 物料全程機(jī) 械式翻轉(zhuǎn)篩分 難免造成鮮果表皮碰傷 擦傷及壓傷 2 分級(jí)精度不高 級(jí)差不可設(shè) 置過(guò)小 一般不小于 5mm 3 容易出現(xiàn)大小 串級(jí) 的混亂現(xiàn)象 4 適應(yīng)性較差 只對(duì)近圓形 硬皮類(lèi)水果 如柑桔等適用性較好 而對(duì)于蘋(píng)果 梨 桃 柿 芒果等表 皮薄弱的水果須慎用 根據(jù)上述 廣東省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所張聰經(jīng)深入研究 運(yùn)用光幕測(cè) 量技術(shù) 構(gòu)思一種創(chuàng)新的體積分級(jí)形式 設(shè)計(jì)新型的水果分級(jí)選別設(shè)備 于機(jī)上實(shí)現(xiàn)高 速連續(xù)的單個(gè)辨別分級(jí) 這種分級(jí)技術(shù)特別適應(yīng)外形不勻稱(chēng)的鮮果分級(jí) 較之傳統(tǒng)的孔 徑分級(jí)方式 是一個(gè)質(zhì)的飛躍 因?yàn)樗鼘?shí)現(xiàn)了非接觸式的分級(jí)形式 根本杜絕了孔框傷 果的缺點(diǎn) 而且精確 高速 1 2 2 國(guó)外同類(lèi)研究的概況 發(fā)達(dá)國(guó)家在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測(cè)與分級(jí)方面 于 20 世紀(jì) 80 年代中期就開(kāi)始了水果品質(zhì) 自動(dòng)檢測(cè)的研究 并成功制造了一些水果自動(dòng)化分級(jí)系統(tǒng) 比如 日本消費(fèi)者對(duì)水果的消費(fèi)是非常挑剔的 其水果上市前都要經(jīng)過(guò)分級(jí)包裝 有些價(jià)值較高的水果 如冬季上市的西瓜要在標(biāo)簽上標(biāo)出糖度數(shù)值 日本三菱電器公司 研制的水果成熟度分級(jí)機(jī) 就是利用傳感器綜合測(cè)出梨的表面顏色 對(duì)特定光的透光率 形狀和大小 并與事先貯存在計(jì)算機(jī)中的優(yōu)良梨的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比 推算出成熟度和糖分 意大利的果品貯藏加工業(yè)生產(chǎn)中 很早就使用了顏色分級(jí)機(jī) 主要是對(duì)蘋(píng)果進(jìn)行顏 4 色分級(jí) 是按照綠色蘋(píng)果比紅色蘋(píng)果的反射光強(qiáng)的道理進(jìn)行的 工作時(shí) 果實(shí)在松軟的 傳送帶上跳躍移動(dòng) 光線可照射到水果的大多部位 這樣就避免了水果單面被照射 反 射光傳遞給電腦 由電腦按照反射率的不同來(lái)將果實(shí)分開(kāi) 一般分為全綠果 半綠 半 紅 果 全紅果等級(jí)別 再有 美國(guó) Penwalt 公司 Decco 型分級(jí)機(jī)是一種新型果實(shí)分級(jí)機(jī) 具有速度快 性 能好 通用性強(qiáng)的特點(diǎn) 根據(jù) 體積 分級(jí)的原理進(jìn)行工作 綜合了大小和重量分級(jí)機(jī) 最突出的優(yōu)點(diǎn) 同時(shí)消除了二者的缺點(diǎn) 使分級(jí)作業(yè)真正得以柔和平緩地進(jìn)行 Decco 分 級(jí)機(jī)工作原理是 提升機(jī)輥?zhàn)訉⒋旨?jí)的果實(shí)送入四星裝料斗 星輪與提升機(jī)以鏈條驅(qū) 動(dòng)的各對(duì)定距輥?zhàn)油?輥?zhàn)映休d水果通過(guò)分級(jí)全程 這樣的裝置 星輪可以很柔和地 將水果從提升機(jī)傳送到由一對(duì)滾子形成的凹槽中 根據(jù)選用分級(jí)機(jī)規(guī)格的不同 分級(jí)部 分包括 6 9 行高度可調(diào)的 摩擦指 滾子從摩擦指下通過(guò) 緩緩地作反時(shí)針回轉(zhuǎn) 水果 則作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) 當(dāng)水果遇到摩擦指 最大的水果首先接觸摩擦指 由于轉(zhuǎn)動(dòng)與摩擦的 組合 水果極柔和地從滾子上移動(dòng)并落入彈性的擺動(dòng)活動(dòng)門(mén)上 水果自重足夠使其滑出 并滾到輸送皮帶上 然后由皮帶送入包裝槽中 由于水果沒(méi)有摔落 也沒(méi)有其她任何典 型的引起損傷的動(dòng)作 分級(jí)柔和 水果分級(jí)只有綜合形狀 大小 色澤 果面缺陷等各 種因素 甚至是內(nèi)部品質(zhì) 才能排除其它因素 使分級(jí)質(zhì)量得到保證 還有就是法國(guó)的 MAF France 公司的水果分級(jí)包裝設(shè)備 不僅能對(duì)果蔬進(jìn)行分級(jí)包裝 還可以利用電子 光學(xué)原理對(duì)果蔬表皮的瑕疵進(jìn)行分選 全電腦監(jiān)控 自動(dòng)化程度相當(dāng) 高 1 3 研究的特色與創(chuàng)新 果分級(jí)在國(guó)內(nèi)尚屬新興產(chǎn)業(yè) 有關(guān)這方面的研究本身就是一種創(chuàng)新 對(duì)去其內(nèi)容的 研究 一般而言 蘋(píng)果分揀是把蘋(píng)果輸送到雙錐棍子上 不需知道蘋(píng)果花萼 莖的位置 隨著數(shù)字成像技術(shù)用于缺陷識(shí)別 鑒別花萼 莖位置的圖像處理被測(cè)試以確保在圖像分割 之后 花萼 莖部被當(dāng)作缺陷 本設(shè)計(jì)課題對(duì)于蘋(píng)果分級(jí)研究提供機(jī)械上的支持 是總體生產(chǎn)線的一個(gè)重要組成部 分 創(chuàng)新在于用一個(gè)帶有定位輪的杯子的輸送裝置進(jìn)行定位與輸送 輸送系統(tǒng)在輸送水 果的同時(shí) 使水果的中心軸始終保持與水平面保持垂直 當(dāng)蘋(píng)果經(jīng)過(guò)攝像機(jī)時(shí) 攝像機(jī) 可拍攝到不含有果萼和果梗的圖像 識(shí)別出果萼和果梗 從而區(qū)別出缺損和果萼并進(jìn)行 顏色分揀 5 2 總述 2 1 設(shè)計(jì)要求 1 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 輸送 PVC 塑料板的輸送裝置選用鏈傳動(dòng) 根據(jù)需求選用合適的鏈條與鏈輪型號(hào) 并 設(shè)計(jì)其鏈輪張緊裝置 設(shè)計(jì)完整的從動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 以及軸上零件的設(shè)計(jì) 如軸承 軸承 座 套筒 軸承端蓋等的選用和設(shè)計(jì) 鏈條輸送過(guò)程中要保證 PVC 塑料板運(yùn)輸蘋(píng)果的平 穩(wěn)性 于是要設(shè)計(jì)托板與托架以保證蘋(píng)果的平穩(wěn)運(yùn)輸 2 PVC 塑料模塊的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一種裝置 可使蘋(píng)果的花萼 莖置于一個(gè)固定的位置 即使蘋(píng)果轉(zhuǎn)正 在蘋(píng)果圖 像捕獲期間 使其旋轉(zhuǎn) 輸送裝置零件必須在攝像機(jī)的視場(chǎng)之外 定向必須在很短的時(shí) 間完成并且始終如一 在圖像捕獲期間輸送裝置的速度必須保持穩(wěn)定 圖像捕捉之后 蘋(píng)果應(yīng)自動(dòng)緩慢回落 機(jī)構(gòu)必須構(gòu)造簡(jiǎn)單 3 驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 4 機(jī)架的設(shè)計(jì) 2 2 工作原理 由進(jìn)料裝置輸送進(jìn)需要分級(jí)的蘋(píng)果 使其逐個(gè)落在設(shè)計(jì)好的 PVC 塑料模塊上 模塊 由鏈條輸送以 0 4 米 秒的速度前進(jìn) 在模塊前進(jìn)的過(guò)程中 模塊上的小輪與機(jī)架上的托 條接觸 實(shí)現(xiàn)不停的旋轉(zhuǎn) 同時(shí)與小輪接觸的蘋(píng)果由于摩擦力的作用也在不停的旋轉(zhuǎn) 當(dāng)蘋(píng)果的花萼或花莖部分轉(zhuǎn)到小輪處 小輪與蘋(píng)果不再接觸 此時(shí)蘋(píng)果停止旋轉(zhuǎn) 定位 完成 這一過(guò)程大概耗時(shí) 7 8 秒 當(dāng) PVC 由鏈傳動(dòng)傳至燈箱下時(shí) 有箱內(nèi)的相機(jī)給蘋(píng)果 拍照 并通過(guò)兩面的反射鏡及兩邊的磨砂玻璃的到較好較完整的蘋(píng)果的圖像 由計(jì)算機(jī) 對(duì)拍攝到的圖像進(jìn)行處理 處理完畢之后 由計(jì)算機(jī)發(fā)出指令 實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果的分級(jí) 2 3 組成部分 此套蘋(píng)果分級(jí)裝置主要由三大部分組成 其具體內(nèi)容和作用如下 一 傳動(dòng)部分 傳動(dòng)部分選擇電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力輸出 由于此套蘋(píng)果分級(jí)裝置要求輸送速度較低 只 有 0 4m s 因此選用 YCJ 系列電動(dòng)機(jī) 此電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍較大 即 6 15rad min 600rad min 其結(jié)構(gòu)相對(duì)較簡(jiǎn)單 輸出功率等一些參數(shù)都比較符合輸送部分 的設(shè)計(jì)需求 電動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器與驅(qū)動(dòng)軸連接 驅(qū)動(dòng)軸再將動(dòng)力傳到鏈輪上 實(shí)現(xiàn)動(dòng)力 的傳送 二 輸送部分 輸送部分選用鏈傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn) 驅(qū)動(dòng)軸上裝有兩個(gè)鏈輪 與裝在從動(dòng)軸上的兩個(gè)鏈輪 用兩根 16A 的套筒滾子鏈條聯(lián)接起來(lái) 共同完成輸送任務(wù) 因?yàn)樵谡麄€(gè)輸送過(guò)程中 我 們要完成蘋(píng)果的定位 傾斜和旋轉(zhuǎn)等一系列工作 所以我們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)特制的 PVC 塑料 模塊 模塊固定在鏈條上 而蘋(píng)果是落在模塊上的 此 PVC 塑料模塊主要由模塊外圈和模塊內(nèi)圈組成 模塊外圈的主要作用是在輸送的 過(guò)程中擋住蘋(píng)果防止蘋(píng)果掉落 同時(shí)模塊上的四個(gè)螺紋孔起到了與鏈條固定的作用 蘋(píng) 果落在模塊內(nèi)圈上 模塊內(nèi)圈和外圈配合起來(lái) 在輸送的過(guò)程中要保證蘋(píng)果的定位 傾 斜和旋轉(zhuǎn)等一系列工作 以便最終實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果的分級(jí) 定位過(guò)程主要由內(nèi)圈中心的定位輪 來(lái)實(shí)現(xiàn) 在模塊前進(jìn)的過(guò)程中 定位輪與機(jī)架上的托條摩擦實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn) 從而帶動(dòng)蘋(píng)果的 滾動(dòng) 直到定位成功 內(nèi)圈上有一個(gè)傾斜輪 其主要作用是實(shí)現(xiàn)模塊內(nèi)圈的傾斜 從而 使蘋(píng)果完全暴露在攝像機(jī)的鏡頭前 模塊內(nèi)圈上的旋轉(zhuǎn)輪在蘋(píng)果實(shí)現(xiàn)傾斜之后與機(jī)架上 的凸輪作用 實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果的旋轉(zhuǎn) 以便攝像機(jī)拍攝到蘋(píng)果的各個(gè)部分 保證蘋(píng)果分級(jí)的準(zhǔn) 確性 三 機(jī)架 傳動(dòng)部分與輸送部分固定在機(jī)架上 保證整套設(shè)備工作的順利完成 四 設(shè)備示意圖 7 圖 2 1 總裝圖 8 3 輸送裝置 3 1 PVC 塑料模塊的設(shè)計(jì) 3 1 1 方案確定 PVC 塑料板 其上包含兩個(gè)防止蘋(píng)果滑落的擋輪及旋轉(zhuǎn)體 在模塊的中部有凹下去的 地方 使蘋(píng)果固定 并有定位輪當(dāng)蘋(píng)果的花萼或花莖部分轉(zhuǎn)到小輪處 小輪與蘋(píng)果不再 接觸 此時(shí)蘋(píng)果停止旋轉(zhuǎn) 定位完成 方便拍攝 其外形如圖所示 圖 3 1 模塊示意圖 3 1 2 目標(biāo) 用一個(gè)下面帶有小輪子的杯形物體進(jìn)行蘋(píng)果定向的觀念是簡(jiǎn)單的 而且經(jīng)過(guò)時(shí)間證 明不管是任何蘋(píng)果品種都能很好地工作 然而 當(dāng)輸送和使蘋(píng)果定向用于蘋(píng)果表面和內(nèi) 部缺陷檢測(cè)時(shí) 某些設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)需要仔細(xì)考慮 1 在蘋(píng)果圖像捕獲期間 輸送裝置零件必須在攝像機(jī)的視場(chǎng)之外 2 設(shè)計(jì)中必須考慮在圖像捕獲期間允許有適當(dāng)?shù)木嚯x以便照明穿過(guò) 9 3 定向必須在很短的時(shí)間完成并且始終如一 4 在圖像捕獲期間輸送裝置的速度必須保持穩(wěn)定 5 機(jī)構(gòu)必須構(gòu)造簡(jiǎn)單 重量輕 6 必須適合各種不同尺寸的蘋(píng)果 7 設(shè)計(jì)必須適應(yīng)蘋(píng)果長(zhǎng)莖及由于長(zhǎng)莖所帶來(lái)的問(wèn)題 3 1 3 材料和方法 此 PVC 塑料模塊由長(zhǎng) 98mm 寬 120mm 的長(zhǎng)方形 41mm 厚的 PVC 塑料板組成 中心有直 徑為 76mm 的洞 板固定在相互平行的 16A 號(hào)套筒滾子鏈條之間 板間間距為 101 6mm 當(dāng) PVC 由鏈傳動(dòng)傳至燈箱下時(shí) 有箱內(nèi)的相機(jī)給蘋(píng)果拍照 并通過(guò)兩面的反射鏡及兩邊 的磨砂玻璃的到較好較完整的蘋(píng)果的圖像 燈箱的內(nèi)部如圖 圖 3 2 燈箱的結(jié)構(gòu) 3 1 4 實(shí)驗(yàn)和討論 對(duì)于我們?cè)O(shè)計(jì)的 PVC 塑料模塊 自行做了一個(gè)模型 屬手搖式 通過(guò)此實(shí)驗(yàn) 可測(cè) 得蘋(píng)果定向所需時(shí)間及其路程 并確定了所處理的蘋(píng)果的極限尺寸 定向蘋(píng)果中 最大和最小的蘋(píng)果直徑分別為 92 7mm 和 59 2mm 從觀察中可以看出 能定向直徑為 90 的蘋(píng)果是本次定向設(shè)計(jì)的極限 在定向期間旋轉(zhuǎn)蘋(píng)果的輪子上方支撐蘋(píng)果的環(huán)的設(shè)計(jì) 允許莖移動(dòng)而不接觸機(jī)構(gòu) 成功定向的長(zhǎng)莖蘋(píng)果品種的定向成功并沒(méi)有顯著的區(qū)別 觀察到莖移動(dòng)到環(huán)的空處而沒(méi) 有打斷蘋(píng)果旋轉(zhuǎn) 盡管表面缺陷檢測(cè)裝置的一段包括很多繞軸旋轉(zhuǎn)及自傳的零件 全部的機(jī)構(gòu)是用 CNN 機(jī)床來(lái)加工 PVC 板 這可以方便的用注射塑料膜來(lái)制造 注射膜也能制造 2 個(gè)圓柱輥?zhàn)?和 3 個(gè)聚氨酯覆蓋的輥?zhàn)?在輪子的周?chē)男…h(huán)從 PVC 標(biāo)準(zhǔn)管上切割 PVC 和聚氨酯表面 10 沒(méi)有聚積明顯的蠟 即使旋轉(zhuǎn)了多個(gè)蘋(píng)果后 3 1 5 結(jié)論 輸送裝置的一段設(shè)計(jì)成能使蘋(píng)果在表面缺陷攝像機(jī)前花萼 莖處于一個(gè)已知的位置 經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn) 大部分蘋(píng)果都能完成定位 在定向過(guò)程中 輸送裝置的一段的設(shè)計(jì)特點(diǎn)為 允許在定向過(guò)程中蘋(píng)果旋轉(zhuǎn)時(shí)留空 隙給莖 蘋(píng)果的直徑 90mm 及直徑 63 5mm 定向成功率相當(dāng) 沒(méi)有明顯的蠟聚積在輸送裝 置的零件上 輸送裝置的一段比較輕 且在圖像拍攝過(guò)程中 在攝像機(jī)視野之外 照明 設(shè)備有一些影子出現(xiàn)作為表面缺陷 經(jīng)過(guò)計(jì)算 實(shí)驗(yàn)分析確定基本參數(shù)如下表所示 表 3 1 基本參數(shù) 小模板板間間距 101 6mm 鏈輪角速度 30 91rad min 鏈傳動(dòng)傳輸速度 24 38m min PVC 塑料模塊小輪轉(zhuǎn)速 271rad min 每秒鐘傳輸蘋(píng)果數(shù) 4 個(gè)蘋(píng)果 s 蘋(píng)果定位用長(zhǎng) 2908 3mm 蘋(píng)果傾斜旋轉(zhuǎn)分級(jí)用長(zhǎng) 1422 4mm 模板總數(shù) 93 個(gè) 輸送裝置總長(zhǎng) 4 3307m 3 1 6 PVC 塑料模塊的具體設(shè)計(jì) 一 PVC 塑料模塊總體的設(shè)計(jì) PVC 塑料模塊主體由模塊外圈和模塊內(nèi)圈組成 模塊外圈是一個(gè)長(zhǎng) 98mm 寬 120mm 的 PVC 塑料板 中間有一個(gè)直徑為 76mm 的半圓 其主要作用是防止蘋(píng)果的滾落 模塊內(nèi)圈 11 是是安裝在模塊外圈中的 對(duì)蘋(píng)果起支承作用 模塊內(nèi)圈中間安裝一小輪 作用是實(shí)現(xiàn) 蘋(píng)果的定位 兩個(gè)零件通過(guò)軸連接 二 旋轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì) 旋轉(zhuǎn)軸是安裝在模塊內(nèi)圈上 其主要作用是靠底部旋轉(zhuǎn)輪的作用帶動(dòng)軸頂端的棍子 轉(zhuǎn)動(dòng) 從而使蘋(píng)果旋轉(zhuǎn) 也起到防止蘋(píng)果掉落的 其具體尺寸如圖 3 3 所示 圖 3 3 旋轉(zhuǎn)軸的尺寸 軸兩端分別用螺釘與開(kāi)口銷(xiāo)連接旋轉(zhuǎn)輪與旋轉(zhuǎn)體 因此軸兩端分別有螺紋孔和光孔 三 擋圈的選擇 用于軸端的擋圈 其作用是對(duì)軸進(jìn)行固定 固選擇軸用彈性擋圈 其型號(hào)為 GB 894 2 86 6 用于旋轉(zhuǎn)輪和定位輪處的擋圈選用孔用彈性擋圈 其型號(hào)為 GB893 1 86 17 四 彈簧的設(shè)計(jì) 當(dāng) PVC 塑料模塊由鏈傳動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)到輸送裝置下面時(shí) 小模塊處于反向狀態(tài) 此時(shí)小 模塊內(nèi)圈由于重力作用會(huì)向下傾斜 擋在機(jī)架上 影響前進(jìn) 因此設(shè)計(jì)一扭轉(zhuǎn)彈簧 安 裝在模塊內(nèi)圈與外圈連接處 防止模塊向下運(yùn)動(dòng)時(shí)模塊內(nèi)圈向下傾斜 彈簧具體尺寸如 圖所 3 4 示 12 圖 3 4 彈簧的尺寸 彈簧右旋 有效圈數(shù) 3 圈 熱處理后硬度要求 40 50 HRC 彈簧展開(kāi)長(zhǎng)度 L 41mm 五 輪子的設(shè)計(jì) 1 定位輪的設(shè)計(jì) 定位輪的作用是利用摩擦力帶動(dòng)蘋(píng)果旋轉(zhuǎn) 使蘋(píng)果旋轉(zhuǎn)到其花萼 莖與小輪接觸 完 成蘋(píng)果的定位 小輪內(nèi)端要安裝一軸承和擋圈 其具體形狀與尺寸如圖 3 5 所示 圖 3 5 定位輪的尺寸 旋轉(zhuǎn)體是安裝在旋轉(zhuǎn)軸頂端的 靠抓走旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)與蘋(píng)果摩擦 從而實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果的旋轉(zhuǎn) 也起到固定蘋(píng)果的作用 其具體尺寸如圖 3 6 所示 圖 3 6 旋轉(zhuǎn)體的尺寸 13 3 2 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 3 2 1 鏈傳動(dòng)的特點(diǎn) 鏈傳動(dòng)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的鏈輪和連接它們的傳動(dòng)鏈鎖組成 是一種具有中間繞性 件的嚙合傳動(dòng) 它兼有齒輪傳動(dòng)和帶傳動(dòng)的一些特點(diǎn) 由于它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 傳力大 效率高 傳動(dòng)比準(zhǔn)確 適應(yīng)性強(qiáng) 緊湊 經(jīng)濟(jì)耐用和維修保養(yǎng)方便等主要特點(diǎn) 因而鏈 傳動(dòng)在金屬切削機(jī)床 農(nóng)業(yè)機(jī)械 礦山機(jī)械 輸送設(shè)備起重機(jī)械 紡織機(jī)械 汽車(chē)船舶 及日用品機(jī)械等許多方面得到了廣泛應(yīng)用 此次課程設(shè)計(jì)主要是輸送蘋(píng)果 因此選用鏈 傳 鏈傳動(dòng)具有以下優(yōu)缺點(diǎn) 與齒輪傳動(dòng)相比 因?yàn)殒渹鲃?dòng)是一種具有中間繞性的嚙合傳動(dòng) 所以對(duì)鏈輪齒形的 加工與安裝精度要求為低 安裝和維修方便 兩鏈輪的中心距適應(yīng)范圍大 有較好的緩 沖及吸振能力 鏈輪齒受力較小 強(qiáng)度較高 鏈輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 緊湊 成本較低 具有較 好的經(jīng)濟(jì)性 運(yùn)動(dòng)時(shí)存在瞬時(shí)速度不均勻 兩輪中心距較小的場(chǎng)合不能采用 沖擊 振 動(dòng)和噪音較大 只能傳遞平行軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 與帶傳動(dòng)相比 能獲得準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比 鏈傳動(dòng)不存在彈性滑動(dòng)及打滑 因此和 帶傳動(dòng)相比 有較高的機(jī)械效率 鏈傳動(dòng)不存在彈性滑動(dòng)及打滑 因此和帶傳動(dòng)相比 有較高的機(jī)械效率 鏈傳動(dòng)不象帶傳動(dòng)那樣需要較大的預(yù)緊力 因而作用于軸和軸承的 載荷為小 減少了軸承的摩擦損失 有利于提高傳動(dòng)效率 在相同功率的條件下 鏈條 的寬度比帶傳動(dòng)中的帶寬為窄 鏈輪也比帶輪的直徑為小 容易實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)緊湊的要求 能在較小中心距下工作 由于鏈傳動(dòng)允許鏈條在鏈輪上的包角可小一些 其傳動(dòng)比范圍 比帶傳動(dòng)大 鏈條的磨損伸長(zhǎng)較膠帶拉伸變形伸長(zhǎng)緩慢 不需要經(jīng)常調(diào)節(jié)預(yù)緊力 鏈條 比膠帶容易裝拆 使用比帶傳動(dòng)安全 不會(huì)產(chǎn)生引燃現(xiàn)象 比帶傳動(dòng)噪聲大 需要潤(rùn)滑 轉(zhuǎn)速不如帶傳動(dòng)高 只能傳遞平行軸之間的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力 3 2 2 鏈傳動(dòng)的選擇 鏈傳動(dòng)的類(lèi)別及應(yīng)用 如表 3 2 14 表 3 2 鏈傳動(dòng)類(lèi)別及應(yīng)用 名稱(chēng) 特點(diǎn)及應(yīng)用 傳動(dòng)用套筒 滾子鏈 它由許多鏈節(jié)構(gòu)成 每個(gè)鏈節(jié)由內(nèi)鏈板 外鏈板 銷(xiāo)軸 套筒和滾子組成 內(nèi)外鏈節(jié)逐節(jié)交替 最后接頭形成封閉無(wú)端的鏈條整體 根據(jù)所傳遞功率 的需要可以組裝成單排 雙排及多排形式 套筒滾子鏈主要用于動(dòng)力傳動(dòng) 如配上各種附件也可供輸送機(jī)械使用 傳動(dòng)用套筒 鏈 種鏈除沒(méi)有滾子外 其余結(jié)構(gòu)與套筒滾子鏈相同 其節(jié)距較小 常用于輕 載傳動(dòng)中 特種套筒鏈的套筒可用粉末冶金制作 可自行潤(rùn)滑 多用于食 品 紡織等需要潔凈傳動(dòng)的場(chǎng)合 傳動(dòng)用齒形 鏈 由多個(gè)鏈板交接而成 為防止鏈從鏈輪上脫落 再鏈節(jié)兩側(cè)設(shè)置有外導(dǎo)板 鏈片與輪齒作楔入嚙合 因而具有傳動(dòng)平穩(wěn)無(wú)噪聲等特點(diǎn) 齒形鏈多用于 高速或運(yùn)動(dòng)精度要求高的傳動(dòng) 鏈速可達(dá) 35m s 在汽車(chē) 磨床上應(yīng)用較廣 銷(xiāo)軸鏈 具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 成本低廉 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活 可在較少齒數(shù)的鏈輪上工作等特點(diǎn) 但鏈片易伸長(zhǎng) 造成沖擊及噪聲增大 銷(xiāo)軸鏈多用于農(nóng)業(yè)機(jī)械 輸送提升 機(jī)械或中低載荷及工作環(huán)境臟污的場(chǎng)合 綜上所述 選用傳動(dòng)用套筒滾子鏈 3 2 3 滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1 傳動(dòng)比 i i 1 1 1n2z1 2 主動(dòng)鏈輪齒數(shù) 1Z 表 3 3 傳動(dòng)比與齒數(shù) i 1 2 3 4 5 61Z 31 27 25 23 21 17 1 Z 15 3 從動(dòng)鏈輪齒數(shù) 2Z i 1 31 31 120 2z 4 鏈條節(jié)距 p mm P 25 4mm 5 鏈輪輪轂直徑 mm kd kd maxk 48 mm k 6 鏈輪中心距 mm 0a 4330 7mm 0a 7 鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù) pL 2 2 c p 0pa12z 0pa p 0p0 C 2 2z1 372 節(jié) pL 8 鏈條長(zhǎng)度 L m L P 1000 p L 9 4488 m 9 鏈速 v m s v 0 406 m s v 0 6m s 低速傳動(dòng) v 0 6 8m s 中速傳動(dòng) 16 v 8m s 高速傳動(dòng) 10 如上計(jì)算分析 選取 16A 1 372 GB T1243 1997 套筒滾子鏈 其參數(shù)如表 3 4 所 示 表 3 4 傳動(dòng)用滾子鏈基本參數(shù)和尺寸 摘自 GB1243 1 83 節(jié)距 滾子 外徑 內(nèi)鏈 節(jié)內(nèi) 寬 銷(xiāo)軸 直徑 套筒 內(nèi)徑 內(nèi)鏈 節(jié)外 寬 外鏈 節(jié)內(nèi) 寬 銷(xiāo)軸 長(zhǎng)度 鏈條 通道 高度 內(nèi)連 扳高 度 外鏈 板高 度 單排 重量 p 1d max 1b min 2d max 3 min 2b max 3 min 4b max 1h min 2 max 3h max q 鏈號(hào) mm Kg m 16A 25 40 15 88 15 75 7 92 7 97 22 61 22 66 33 5 24 39 24 13 20 83 2 60 滾子鏈鏈條是由若干組件 鏈節(jié)以鉸鏈副形式串接起來(lái)的撓性件 因此 鏈節(jié)是 組成鏈條的基本結(jié)構(gòu)單元 鏈節(jié)一般可分為外鏈節(jié) 內(nèi)鏈節(jié)和接頭鏈節(jié) 連接鏈節(jié)或過(guò) 渡鏈節(jié) 幾種 其中內(nèi)鏈節(jié)和外鏈節(jié)稱(chēng)為基本鏈節(jié) 它們交替串接排列 形成兩端 再 用一個(gè)接頭鏈節(jié)將兩端連接成閉合的鏈條 鏈條如圖所示 圖 3 7 鏈條裝配 17 3 2 4 滾子鏈傳動(dòng)的失效形式 由于設(shè)計(jì) 制造 使用等多方面的差異 鏈傳動(dòng)的失效形式是多種多樣的 主要有 1 鏈條疲勞破壞 在閉式鏈條傳動(dòng)中 鏈條元件受變應(yīng)力作用 經(jīng)過(guò)一定循環(huán)次數(shù) 鏈板發(fā)生疲勞斷裂 滾子套筒發(fā)生沖擊疲勞破裂 在潤(rùn)滑得當(dāng)?shù)臈l件下 疲勞破壞是決 定鏈傳動(dòng)能力的主要因素 2 鏈條鉸鏈磨損 是常見(jiàn)的失效形式之一 磨損使鏈條總長(zhǎng)伸長(zhǎng) 從而使鏈條垂度 變大 增大動(dòng)載荷 發(fā)生振動(dòng) 引起跳齒 加大噪聲以及其它破壞 如打壞鏈箱 鏈邊 互相碰撞 銷(xiāo)軸因磨損削弱而斷裂等 開(kāi)式傳動(dòng) 工作條件惡劣 潤(rùn)滑不良 鏈條鉸鏈 比壓過(guò)大等均會(huì)加劇鏈條鉸鏈的磨損 降低其使用壽命 3 鏈條鉸鏈膠合 潤(rùn)滑不當(dāng)或轉(zhuǎn)速較高時(shí) 組成鉸鏈副的銷(xiāo)軸和套筒的摩擦表面易 發(fā)生膠合破壞 4 鏈條靜強(qiáng)度破斷 低速重載的鏈條過(guò)載時(shí) 易發(fā)生靜強(qiáng)度不足而破斷 3 2 5 齒形的計(jì)算 1 滾子鏈與鏈輪的嚙合屬非共軛嚙合 其鏈輪齒形的設(shè)計(jì)可以有的 較大的靈活性 試驗(yàn)和使用表明 齒槽形狀在一定范圍內(nèi)變動(dòng) 在一般工況下對(duì)鏈傳動(dòng)的性能不會(huì)有很 大影響 因此選擇三圓弧一直線齒形 符合 GB1244 85 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的齒形范圍 且使用相 應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)刀具加工 即 齒形按 3R GB1244 85 規(guī)定制造 其參數(shù)如表 3 5 所示 18 表 3 5 三圓弧一直線齒槽形狀參數(shù)表 摘自 GB1244 85 19 名稱(chēng) 代號(hào) 單位 計(jì)算公式 齒溝圓弧半徑 irmm 0 5025 0 05ir 1d 齒溝半角 2 度 2 Z5 60 M mm M 0 8 d sin 2 工作段圓弧中心 的坐標(biāo)2o T mm T 0 8 d cos 2 工作段圓弧半徑 2rmm 1 3025 0 052r 1 工作段圓弧中心角 度 Z8 56 W mm W 1 3 cos Z 1d80 齒頂圓弧中心 的3o 坐標(biāo) V mm V 1 3 sin Z 1 齒形半角 2 度 2 Z 7 64 齒頂圓弧半徑 3rmm 1 3cos 2 0 8cos 1 3025 0 053r1d 工作段直線部分長(zhǎng) 度 ebmm 1 3sin 2 0 8sin eb1 E 點(diǎn)至齒溝圓弧中心 連線的距離 H mm H 223 rdp 2 選用腹板式 單排鑄造鏈輪 滾子鏈鏈輪基本參數(shù)和主要尺寸 如表 3 6 圖 3 8 所示 20 表 3 6 鏈輪的直徑及齒高 參數(shù)名稱(chēng) 代號(hào) 計(jì)算式 單位 說(shuō)明 結(jié)果 分度圓直徑 d d p sin Z 180 mm P 鏈輪節(jié)距 與配用鏈條同 Z 鏈輪齒數(shù) 根據(jù)計(jì)算求出 251 2 齒頂圓直徑 ad p 0 54 ctg Z 180 mm 選用三圓弧一直線齒形 264 分度圓弦齒 高 a h 0 27 p mm 輔助尺寸 6 86 齒根圓直徑 fd d f1dmm 235 2 圖 3 8 滾子鏈鏈輪的主要尺寸 3 軸向齒廓結(jié)構(gòu) 如表 3 7 圖 3 9 所示 21 表 3 7 鏈輪軸向齒廓參數(shù)表 摘自 GB T1243 1997 名稱(chēng) 符號(hào) 單位 計(jì)算公式 備注 結(jié)果 單排尺寬 1fbmm 0 951fb1適用于 p 12 7 15 齒側(cè)倒角 amm 0 13pa適用除 081 083 084 外的 A 或 B 系列鏈條 3 3 齒側(cè)半徑 xrmm pxr公 稱(chēng) 28 圖 3 9 軸向齒廓尺寸 4 腹板單排式鑄造鏈輪 如表 3 8 圖 3 10 所示 22 表 3 8 腹板式 單排鑄造鏈輪主要結(jié)構(gòu)尺寸 名稱(chēng) 符號(hào) 單位 結(jié)構(gòu)尺寸 結(jié)果 h K 6 0 01dhd 輪轂厚度 h mm 常數(shù) K d 150 K 3 2 4 8 6 4 9 5 h 20 01 輪轂長(zhǎng)度 l mm l 4h l 80 04 輪轂直徑 hdmm 2hhdk 88 02hd 圓角半徑 R mm R 2 4 R 3 圖 3 10 腹板式 單排鑄造鏈輪主要結(jié)構(gòu)尺寸 3 2 6 滾子鏈鏈輪常用材料及熱處理 材料選用 45 號(hào)鋼 熱處理 淬火 回火 齒面硬度 40 50 HRC 應(yīng)用范圍 23 無(wú)劇烈沖擊振動(dòng)和要求耐磨損的主 從動(dòng)鏈輪 3 2 7 鏈傳動(dòng)的布置 張緊 潤(rùn)滑和平穩(wěn) 1 鏈傳動(dòng)的布置 鏈傳動(dòng)合理布置的原則是 兩鏈輪應(yīng)位于同一垂直平面內(nèi) 并保 持兩輪軸線相互平行 兩輪中心線與水平線的夾角應(yīng)小于 并盡量采用水平布置 一45 般情況下 鏈傳動(dòng)應(yīng)緊邊在上 松邊在下 與帶傳動(dòng)相反 有利于防止咬鏈或兩邊鏈條 相碰 2 鏈傳動(dòng)的張緊 鏈傳動(dòng)張緊的目的 主要是為了避免在鏈條的垂度過(guò)大時(shí)產(chǎn)生嚙 合不良和鏈條的振動(dòng)現(xiàn)象 同時(shí)也為了增加鏈條與鏈輪的嚙合包角 當(dāng)兩輪中心軸連線 于 60 度時(shí)設(shè)有張緊裝置 因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)的鏈傳動(dòng)要求一個(gè) PVC 塑料板對(duì)應(yīng) 4 節(jié)鏈節(jié) 不可改變其個(gè)數(shù) 可通 過(guò)調(diào)節(jié)其中心距來(lái)控制張緊程度 3 鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑 鏈傳動(dòng)的潤(rùn)滑十分重要 良好的潤(rùn)滑可緩和沖擊 減輕磨損 延 長(zhǎng)鏈條使用壽命 潤(rùn)滑方式采用人工潤(rùn)滑 潤(rùn)滑方法 用刷子或油壺定期在鏈條松邊內(nèi) 外鏈板間隙中注油 供油量 每班注抽一次 潤(rùn)滑油推薦采用牌號(hào) L AN32 L AN46 L AN68 的全損耗系統(tǒng)用油 4 鏈條的平穩(wěn)性 當(dāng)蘋(píng)果輸送到攝像機(jī)前拍照時(shí) 應(yīng)保證 PVC 塑料板上的蘋(píng)果保持 平穩(wěn) 這就要求鏈條輸送時(shí)要有一定的平穩(wěn)性 采用托板和托架以保證鏈條平穩(wěn) 它適 用于鏈輪中心距較大的場(chǎng)合 材料選用耐油橡膠 3 3 PVC 塑料模塊與鏈條的連接 輸送鏈共有 372 節(jié)鏈節(jié) 93 個(gè) PVC 塑料板 平均 4 節(jié)鏈節(jié)固定一個(gè) PVC 塑料板 加 工鏈條時(shí) 每四節(jié)鏈節(jié)便更換一塊外鏈板 換上特制的外鏈板 使其連接 PVC 塑料板與 鏈條 即在標(biāo)準(zhǔn)鏈條上稍加該裝 如圖 3 11 所示 24 圖 3 11 PVC 塑料板與鏈條的連接情況 該處特制鏈板其材料厚度 技術(shù)要求 制造精度均與 16A 套筒滾子鏈相同 其具體 尺寸與安裝尺寸見(jiàn)零件圖與裝配圖 3 4 軸系零 部件的設(shè)計(jì) 3 4 1 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 3 4 1 1 軸的功用和分類(lèi) 一 軸的功用 軸是機(jī)械中的重要零件之一 它主要功用是支承回轉(zhuǎn)零件 如齒輪 帶輪 鏈輪 凸輪等 以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞 二 軸的分類(lèi) 軸按受載情況分 1 轉(zhuǎn)軸 既支承傳動(dòng)件又傳遞動(dòng)力 即承受彎矩和扭矩兩種作用 2 心軸 只起支承旋轉(zhuǎn)機(jī)件作用而不傳遞動(dòng)力 即只承受彎矩作用 心軸又可分為 固定心軸 工作時(shí)軸不轉(zhuǎn)動(dòng) 和轉(zhuǎn)動(dòng)心軸 工作時(shí)軸轉(zhuǎn)動(dòng) 兩種 3 傳動(dòng)軸 主要傳動(dòng)動(dòng)力 即主要承受扭矩作用 按結(jié)構(gòu)形狀分 光軸 階梯軸 實(shí)心軸 空心軸等 按幾何軸線形狀分 直軸 曲軸 鋼絲軟軸 3 4 1 2 軸的材料 機(jī)械中的軸多數(shù)為轉(zhuǎn)軸 要同時(shí)承受彎曲正應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力兩種交變應(yīng)力的作用 25 因此要求軸具有高的靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度 足夠的韌性 即具有良好的綜合機(jī)械性能 此 外對(duì)于用滑動(dòng)軸承支承的軸 軸頸處還受到強(qiáng)烈的摩擦和磨損 因此軸頸處的局部表面 還要求有高的硬度和耐磨性 對(duì)于載荷不大 轉(zhuǎn)速不高的一些不重要的軸可采用 Q235 Q237 等碳素結(jié)構(gòu)鋼來(lái)制造 以降低成本 對(duì)于一般用途和較重要的軸多采用 45 鋼 等中碳的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼制造 這類(lèi)鋼對(duì)應(yīng)力集中的敏感性小 加工性和經(jīng)濟(jì)性好 且 經(jīng)過(guò)調(diào)制 或正火 處理后可獲得良好的綜合機(jī)械性能 軸頸處可進(jìn)行表面淬火處理 根據(jù)需求 從動(dòng)軸的材料選用 45 鋼 其力學(xué)性能見(jiàn)表 3 9 所示 表 3 9 軸的常用材料及其主要力學(xué)性能 抗拉 強(qiáng)度 b 屈服 點(diǎn) s 彎曲疲 勞極限 1 扭轉(zhuǎn)疲 勞極限 1 許用靜 應(yīng)力 1 許用疲勞 應(yīng)力 1 材 料 牌 號(hào) 熱 處 理 毛怌 直徑 mm 硬度 HB MPa 不小于 MPa MPa 備注 45 調(diào) 質(zhì) 100 170 217 600 300 240 140 240 160 184 應(yīng)用 最廣 泛 3 4 1 3 從動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)就是在強(qiáng)度計(jì)算 求得軸端直徑 的基礎(chǔ)上 合理地定出軸的各部分 的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸 所謂合理就是軸的結(jié)構(gòu)要滿(mǎn)足軸上零件 包括軸承 的可靠定位和 固定 以保證軸上零件和軸具有正確的工作位置 同時(shí)軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足軸的受力情況好 應(yīng)力集中小 強(qiáng)度 剛度 高的要求 此外 軸的結(jié)構(gòu)還應(yīng)具有良好的工藝性 便于軸 的加工和測(cè)量 便于軸承 軸 軸上零件的裝配 拆卸和調(diào)整等 為實(shí)現(xiàn)上述要求 一 般軸多設(shè)計(jì)成中間粗 兩端細(xì)的階梯形 稱(chēng)為階梯軸 一 軸上零件的布置 軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮合理布置軸上零件的要求 軸上零件布置合理 可以改善軸的受力 情況提高軸的強(qiáng)度 剛度 對(duì)于中間傳動(dòng)軸 其軸上傳動(dòng)零件應(yīng)盡量采取對(duì)稱(chēng)布置 對(duì)于動(dòng)力輸入軸和輸出軸 其外伸端的傳動(dòng)零件應(yīng)盡量靠近軸承布置 以減少外伸長(zhǎng)度 對(duì)于同以軸上多個(gè)零件受到軸向力作用時(shí) 應(yīng)使軸向力方向相反 互相抵消 二 軸上零件的定位和固定 26 1 軸上零件的軸向定位和固定 軸上零件的軸向定位通常均采用軸肩或軸環(huán) 這種定位方法簡(jiǎn)單 方便 可靠 軸 肩或軸環(huán)處應(yīng)有過(guò)渡圓角 且圓角半徑不宜太小 以減少應(yīng)力集中 為了使零件斷面能 與軸肩或軸環(huán)平面接觸到 零件孔口處的半徑 R 或倒角 C 應(yīng)大于軸上圓角半徑 r 為了使 零件端面能與軸肩或軸環(huán)平面具有一定的接觸面積 軸肩或軸環(huán)應(yīng)有足夠的高度 h 軸環(huán) 的寬度 b 可取 1 4h 受有軸向力的定位軸肩取大值 沒(méi)有軸向力的定位軸肩取小值 為 了拆卸滾動(dòng)軸承方便 安裝滾動(dòng)軸承處的軸肩高度另有規(guī)定 可直接由滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)中 查取 軸上零件除要求正確的軸向定位外 還要求可靠的軸向固定 以防止軸上零件在工 作時(shí)產(chǎn)生軸向移動(dòng) 軸上零件常用的軸向固定方式有多種 如套筒 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 不用 在軸上開(kāi)槽 鉆孔 固定可靠 承受軸向力大 多用于軸上兩零件相距不遠(yuǎn)的場(chǎng)合 2 軸上零件的周向固定 軸上零件的周向固定就是限制軸上零件和軸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng) 以實(shí)現(xiàn)兩者之間的運(yùn) 動(dòng)和動(dòng)力 轉(zhuǎn)矩 的傳遞 這種固定均通過(guò)軸與輪轂之間的聯(lián)接來(lái)實(shí)現(xiàn) 常用的方法有 普通平鍵聯(lián)接以及過(guò)盈配合聯(lián)接 此外 用緊定螺釘和圓錐銷(xiāo)作軸向向固定的同時(shí)也起 到周向固定的作用 綜上所述 軸上安裝鏈輪處其軸向固定用軸肩與套筒 其周向固定用平鍵 軸上安 裝軸承處其軸向固定用軸肩 軸肩或軸環(huán)處應(yīng)有過(guò)渡圓角 且圓角半徑 r 不宜太小 以減少應(yīng)力集中 為了使零 件端面能與軸肩或軸環(huán)平面接觸到 零件孔口處的圓角半徑 R 或倒角 C 應(yīng)大于軸上圓角 半徑 r 為了使零件端面能與軸肩或軸環(huán)平面具有一定的接觸面積 軸肩或軸環(huán)應(yīng)有足夠 的高度 h 軸環(huán)的寬度 b 可取為 1 4h 具體的 r R C 和 h 見(jiàn)表 3 10 27 表 3 10 軸上零件的孔口倒角 C 或圓角 R 軸肩 軸環(huán)處圓角半徑 r 和高度 h mm 軸徑 d 10 18 18 30 30 50 50 80 軸上圓角 r 1 1 5 2 2 5 零件倒角 C 或圓 角 R 1 5 2 2 5 3 軸肩高度 h 定位軸肩 h 1 2 2 C 或 h 1 5 2 R 非定位軸肩 h 1 3mm 或更小 三 軸的結(jié)構(gòu)工藝性 軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿(mǎn)足便于軸的加工 測(cè)量 軸上零件的裝配 拆卸等工藝要求 軸上車(chē)削螺紋處一般應(yīng)有螺紋退刀槽 在磨削處應(yīng)留有砂輪越程槽 同一軸上有多 個(gè)鍵槽時(shí) 各軸段上的鍵槽應(yīng)位于同以直線上 以便于加工 對(duì)于細(xì)長(zhǎng)軸和高精度要求 的軸 需要磨削 其軸端設(shè)計(jì)有中心孔 以便加工時(shí)可用頂尖頂住 既可使加工過(guò)程中 定位基準(zhǔn)統(tǒng)一 又可提高加工時(shí)支承的剛度 減少加工時(shí)軸的變形 從而顯著提高軸的 加工精度 為了便于軸上零件的裝配 減少壓配距離 并保證配合面的精度 在軸上相 應(yīng)部位也應(yīng)設(shè)計(jì)出軸肩 這種軸肩稱(chēng)為裝配軸肩 非定位軸肩 其高度 h 應(yīng)比定位軸肩 小 一般可取 1 3mm 四 軸的加工和裝配工藝性 軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工 測(cè)量 裝配和維修 因此在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)考慮以下幾 個(gè)主要問(wèn)題 1 考慮加工工藝所必須的結(jié)構(gòu)要素 如中心孔 螺尾退刀槽 砂輪越程槽等 2 合理確定軸與零件的配合性質(zhì) 加工精度和表面粗糙度 28 3 軸的配合直徑應(yīng)按 GB T2822 1981 圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 4 確定各軸段長(zhǎng)度時(shí) 應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)緊湊 同時(shí)要保證零件所需的滑動(dòng)距離 裝配 或調(diào)整所需空間 轉(zhuǎn)動(dòng)件不得與其他零件相碰撞 與輪轂配裝的軸段長(zhǎng)度 一般應(yīng)略小 于輪轂 2 3 mm 以保證軸向定位可靠 5 軸上所有零件 都應(yīng)無(wú)過(guò)盈地到達(dá)配合的部位 6 為便于導(dǎo)向和避免擦傷配合表面 軸的兩端及有過(guò)盈配合的臺(tái)階處都應(yīng)制成倒角 7 為減少加工刀具種類(lèi)和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率 軸上的倒角 圓角 鍵槽等應(yīng)盡可能取 相同尺寸 五 從動(dòng)軸上鍵槽的確定 從動(dòng)軸上安裝鏈輪處采用平鍵固定 根據(jù)需求選擇鍵的型號(hào)為 14 70 GB1096 90 其具體尺寸如表 3 11 表 3 11 鍵的尺寸 軸 鍵 鍵槽 深度公稱(chēng)直徑 d 公稱(chēng)尺寸 b h C 或 r l 范圍 軸 t 軸 1t 45 14 9 0 40 0 60 30 160 5 5 3 8 六 從動(dòng)軸的主要尺寸如圖 3 12 所示 29 圖 3 12 從動(dòng)軸的主要尺寸 3 4 2 滾動(dòng)軸承的選用 3 4 2 1 滾動(dòng)軸承的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu) 滾動(dòng)軸承是根據(jù)滾動(dòng)摩擦原理工作的 因而它具有摩擦系數(shù)小 啟動(dòng)靈活 活動(dòng)性 能好效率高 且能在較廣泛的負(fù)荷 速度和精度范圍內(nèi)工作等一系列的優(yōu)點(diǎn) 因而在各 種機(jī)器中得到廣泛的應(yīng)用 其缺點(diǎn)是承受沖擊載荷的能力較差 高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)易產(chǎn)生噪聲 徑向尺寸較大 使用壽命也較低 滾動(dòng)軸承的種類(lèi)較多 但其結(jié)構(gòu)大體相似 一般分為 深溝球軸承 圓柱滾子軸承 和推力球軸承 它們都是由內(nèi)圈 或軸圈 外圈 或座圈 滾動(dòng)體和保持架等四個(gè)部 分組成 軸承的套圈 內(nèi)圈和外圈的統(tǒng)稱(chēng) 或墊圈 軸圈和座圈的統(tǒng)稱(chēng) 是具有一個(gè)或 幾個(gè)滾道的滾動(dòng)軸承的環(huán)行零件 其功用是在依靠其滾道來(lái)承受負(fù)荷 并作為滾動(dòng)體的 滾動(dòng)軌道 防止?jié)L動(dòng)體沿套圈的軸向或墊圈的徑向移動(dòng) 滾動(dòng)體是在套圈或墊圈的滾道 間滾動(dòng)的球或滾子 其功用是在套圈或墊圈之間作滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) 以實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)摩擦并傳遞載 荷 滾動(dòng)體的形狀常見(jiàn)的有球 圓柱和圓錐等 保持架是部分地包裹全部 或一些 滾動(dòng)體 并與之一起運(yùn)動(dòng)的軸承零件 用以均 勻隔離滾動(dòng)體 并且通常還引導(dǎo)滾動(dòng)體和將其保持在軸承內(nèi) 30 通常滾動(dòng)軸承的的外圈安裝在基座孔中固定不動(dòng) 內(nèi)圈則裝在軸上與軸一起轉(zhuǎn)動(dòng) 而滾動(dòng)體則在內(nèi) 外圈的滾道之間滾動(dòng) 形成滾動(dòng)摩擦 3 4 2 2 滾動(dòng)軸承的選用 一 選擇軸承的類(lèi)型應(yīng)考慮以下因素 1 載荷的大小 方向和性質(zhì) 當(dāng)承受的載荷大或?yàn)闆_擊載荷時(shí) 應(yīng)選用承載能力大 剛性好 耐沖擊的滾子軸承 反之則應(yīng)選用球軸承 當(dāng)承受純徑向載荷時(shí) 應(yīng)選用向心軸承 如深溝球軸承 圓柱滾 子軸承等 當(dāng)承受純軸向載荷時(shí) 應(yīng)選用推力軸承 如推力圓柱滾子軸承 單向或雙向 推力球軸承 當(dāng)同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷時(shí) 若軸向載荷較小 則可選用深溝球軸 承 軸向載荷較大 則可選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承 當(dāng)軸向載荷很大 可選用 向心軸承和推力軸承的組合 以分別承受徑向載荷和軸向載荷 2 軸承的轉(zhuǎn)速 在滾動(dòng)軸承的產(chǎn)品樣本中 一般都列出了每個(gè)軸承在油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑時(shí)所允許的最 高轉(zhuǎn)速 稱(chēng)為軸承的極限轉(zhuǎn)速 用 表示 為了使軸承的工作轉(zhuǎn)速 n 故應(yīng)注意以limn limn 下幾點(diǎn) 1 當(dāng)軸承的工作轉(zhuǎn)速較高時(shí) 應(yīng)優(yōu)先選用球軸承 這是由于滾動(dòng)體球比滾子質(zhì)量小 離心慣性力也小 且摩擦系數(shù)小 轉(zhuǎn)動(dòng)靈活 因此具有較高的極限轉(zhuǎn)速 2 高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸承應(yīng)優(yōu)先選擇輕 窄系列的軸承 這是因?yàn)檩p 窄系列軸承較對(duì)應(yīng) 重 寬系列軸承具有較高的極限轉(zhuǎn)速 3 調(diào)心性能 對(duì)于彎曲剛度小的軸或多支點(diǎn)軸的軸承應(yīng)選用調(diào)心軸承 4 結(jié)構(gòu)尺寸的限制 當(dāng)徑向尺寸受限制時(shí) 可選用輕系列軸承或滾針軸承 當(dāng)軸向尺寸受限制時(shí) 應(yīng)選 用窄系列軸承 5 安裝與拆卸 對(duì)于采用整體式軸承座并需要經(jīng)常裝拆的軸承 應(yīng)優(yōu)先選用可分離型軸承 如圓錐 滾子軸承和圓柱滾子軸承 6 經(jīng)濟(jì)性 一般情況下 球軸承的價(jià)格低于滾子軸承 徑向接觸軸承價(jià)格低于角接觸軸承 0 級(jí) 31 精度軸承的價(jià)格遠(yuǎn)低于其他公差等級(jí)的軸承 為此在滿(mǎn)足軸承使用性能要求的前提下 應(yīng)盡量選用價(jià)格低廉的軸承 二 軸承的選用 根據(jù)需求從動(dòng)軸上可選用深溝球軸承 其主要性能及應(yīng)用 主要承受徑向載荷 也 能承受一定的軸向載荷 極限轉(zhuǎn)速較高 當(dāng)量摩擦因素最小 高轉(zhuǎn)速時(shí)可用來(lái)承受不大 的純軸向載荷 允許角偏差 承受沖擊能力差 適用于剛性較大的軸上 常用于 2 10 機(jī)床齒輪箱 小功率電機(jī)等 選用軸承型號(hào)為 61909 GB T276 1994 其尺寸如表 3 12 圖 3 13 所示 表 3 12 軸承尺寸 基本尺寸 安裝尺寸 基本額定載荷 極限轉(zhuǎn)速 重量 軸承代號(hào) d D B ad min max asr max rCor脂油 W 60000 型 mm mm kN r min kg 45 68 12 50 63 0 6 12 8 9 72 8500 11000 0 140 61909 圖 3 13 軸承 32 3 4 2 3 軸承的潤(rùn)滑 滾動(dòng)軸承部件中的各零件間相互傳遞載荷 并具有相對(duì)運(yùn)動(dòng) 因此工作時(shí)必須進(jìn)行 潤(rùn)滑 以減少摩擦和磨損 同時(shí)起冷卻 吸振 防銹和減少噪聲等作用 其常用的潤(rùn)滑 方式有油潤(rùn)滑和脂潤(rùn)滑兩類(lèi) 本次設(shè)計(jì)選用的是密封軸承 可不定期將其拆下加入潤(rùn)滑 脂潤(rùn)滑 3 4 3 軸承座的設(shè)計(jì) 軸承座是安裝在軸承上的一個(gè)零件 它起到了將軸及軸系零件固定在機(jī)架上的作用 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的需求 從動(dòng)軸上安裝的軸承座設(shè)計(jì)成整體式軸承座 此軸承座安裝在軸 承上 通過(guò)螺栓連接軸承端蓋起軸向固定的作用 通過(guò)螺栓與機(jī)架連接起到周向固定和 支承整個(gè)輸送裝置的作用 其具體尺寸與安裝尺寸見(jiàn)零件圖與裝配圖 圖 3 14 軸承座 3 4 4 軸承端蓋的設(shè)計(jì) 軸承端蓋是安裝在軸承座上的一個(gè)零件 屬軸系零件的一部分 通過(guò)螺栓與軸承端 蓋固定 起到對(duì)軸承端蓋軸向與周向固定的作用 它安裝在軸的尾端 其具體尺寸與安 裝尺寸見(jiàn)零件圖與裝配圖 33 圖 3 15 軸承端蓋 4 驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 整個(gè)輸送系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)與工作都由驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)完成 利用電動(dòng)機(jī)來(lái)完成動(dòng)力的輸出 通過(guò)凸緣聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞到鏈傳動(dòng) 使整個(gè)裝置能夠按需求運(yùn)行 從而達(dá)到蘋(píng)果順利 分級(jí)的結(jié)果 圖 4 1 凸緣聯(lián)軸器 圖 4 2 電動(dòng)機(jī) 5 機(jī)架的設(shè)計(jì) 整套設(shè)備均由機(jī)架支承 機(jī)架主體由槽鋼制成 其余連接部分的材料有角鋼 Z 型卷 剛等 機(jī)架上設(shè)計(jì)了安放電動(dòng)機(jī)等部件的鋼板等以系列零件 包括保證蘋(píng)果定位 傾斜 和旋轉(zhuǎn)的橡膠板 凸輪等零件 機(jī)架通過(guò)地角板安放在車(chē)間的地上 保證了整套設(shè)備的 牢固性與平穩(wěn)性 34 6 結(jié)論 本次設(shè)計(jì)的內(nèi)容是蘋(píng)果分級(jí)機(jī)械輸送機(jī)構(gòu) 我主要是設(shè)計(jì)蘋(píng)果輸送定位裝置 驅(qū)動(dòng) 裝置和機(jī)架的設(shè)計(jì) 輸送定位裝置分兩大部分 也就是 PVC 塑料模塊的設(shè)計(jì)和鏈傳動(dòng)的 設(shè)計(jì) PVC 塑料模塊完成的功能是 使蘋(píng)果在輸送的過(guò)程中其花萼 莖的軸線處于垂直位 置 主要靠模塊底部的小輪旋轉(zhuǎn) 同時(shí)使蘋(píng)果與之一起旋轉(zhuǎn) 直到花萼 莖轉(zhuǎn)到小輪處 蘋(píng)果定位成功 這是此次設(shè)計(jì)的精華所在 根據(jù)設(shè)計(jì)需求 驅(qū)動(dòng)裝置我最初考慮的方案 是利用帶傳動(dòng)直接將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳輸?shù)芥渹鲃?dòng) 但后來(lái)發(fā)現(xiàn)鏈傳動(dòng)所需的速度很低 用帶傳動(dòng)傳遞動(dòng)力是行不通的 后來(lái)與指導(dǎo)老師探討 最后選擇用帶有減速器的電動(dòng)機(jī) 來(lái)傳遞動(dòng)力 一下子達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求 整個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)均是根據(jù)需求自行設(shè)計(jì) 這其中包括驅(qū)動(dòng)軸 傳動(dòng)軸及軸系零部件的設(shè)計(jì) 機(jī)架的設(shè)計(jì)