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摘 要
為了對(duì)去魚鱗機(jī)進(jìn)行研究，對(duì)該機(jī)主要部件和機(jī)構(gòu)進(jìn)行系統(tǒng)地設(shè)計(jì)計(jì)算和理論探討。去魚鱗機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：總體結(jié)構(gòu)分為傳動(dòng)裝置，除魚鱗裝置。整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由機(jī)器、底座、減速器、傳動(dòng)齒輪、圓輥等組件構(gòu)成。該去魚鱗機(jī)是根據(jù)市場(chǎng)需求而設(shè)計(jì)的一種操作簡(jiǎn)單、維修方便、效率高、自動(dòng)化程度較高的設(shè)備。由于齒輪工作可靠，傳動(dòng)比穩(wěn)定，傳動(dòng)效率高，因此本產(chǎn)品主動(dòng)傳動(dòng)采用齒輪傳動(dòng)，多級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，產(chǎn)生不同速比，上下毛刷速度不同，將魚鱗刮除。由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過減速器和齒輪將需要的動(dòng)力傳遞到圓輥上，從而帶動(dòng)整個(gè)裝置運(yùn)動(dòng)。
由于本課題主要研究去鱗部分，檢測(cè)、上料、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)不做詳細(xì)分析。在這里只做簡(jiǎn)單闡述：首先讓魚通過運(yùn)輸傳感檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)魚的大小分類運(yùn)送，數(shù)據(jù)反饋到去魚鱗機(jī)的上輥升降設(shè)備上，進(jìn)行調(diào)節(jié)，再通過上料機(jī)構(gòu)輸送魚到魚箱，然后通過3根圓輥（帶有類似毛刷一樣）互相摩擦，可以根據(jù)魚體大小調(diào)節(jié)上輥的升降，上輥?zhàn)鳛檩o助，上下輥擠壓魚體，在下輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)魚進(jìn)入雙輥內(nèi)，通過輥刷擠壓摩擦將魚鱗去除；除鱗完成后，開啟水管，進(jìn)行魚的清洗，使魚鱗和魚分隔開，魚箱底部帶有過濾器，利用輸送裝置方便對(duì)魚的收取還有對(duì)魚鱗的回收利用。
關(guān)鍵詞： 去魚鱗機(jī)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；摩擦；去鱗
Abstract
In order to study on the machine design in addition to scale, calculation and theoretical analysis of the main components and mechanism system. In addition to the overall structure design: scale machine consists of driving device, in addition to scale device. The structure of the machine is composed of machine, base, reducer, transmission gear and roller. The fish scale remover is designed according to the requirements of the market, a simple operation, convenient maintenance, high efficiency, high degree of automation equipment. Due to the reliable working gear, transmission ratio stable, high transmission efficiency, so this product is driving the gear transmission, multistage gear transmission system, resulting in different speed ratios, brush with different speed, scraping scales. Powered by the motor through the reducer and the gear will need to pass the power to the roller, thereby driving the whole device movement.
由于本課題主要研究除鱗部分，檢測(cè)、上料、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)不做詳細(xì)分析。在這里只做簡(jiǎn)單闡述：首先讓魚通過運(yùn)輸傳感檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)魚的大小分類運(yùn)送，數(shù)據(jù)反饋到除魚鱗機(jī)的上輥升降設(shè)備上，進(jìn)行調(diào)節(jié)，再通過上料機(jī)構(gòu)輸送魚到魚箱，然后通過3根圓輥（帶有類似毛刷一樣）互相摩擦，可以根據(jù)魚體大小調(diào)節(jié)上輥的升降，上輥?zhàn)鳛檩o助，上下輥擠壓魚體，在下輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)魚進(jìn)入雙輥內(nèi)，通過輥刷擠壓摩擦將魚鱗去除；除鱗完成后，開啟水管，進(jìn)行魚的清洗，使魚鱗和魚分隔開，魚箱底部帶有過濾器，利用輸送裝置方便對(duì)魚的收取還有對(duì)魚鱗的回收利用。
As the main part of the research except the scale, the detection, feeding and transportation mechanism is not analyzed in detail. Only briefly here: first,the fish through the transport sensing system, transport classification according to the size of the fish, in addition to data feedback to the lifting device and scale machine, adjust to the fish tank through a feeding mechanism for conveying fish, and then through the three round rollers’ friction (with a similar brush like each other) , according to lift fish size adjusting roller, roller as auxiliary, upper and lower roller extrusion of fish, the roller rotates, to drive the fish into double roller, roller brush by extrusion and friction will remove the scales; descaling is completed, open water, cleaning the fish, the fish and fish separated the fish at the bottom of the box with a filter, the conveying device to facilitate the collection of fish and fish on the recovery.
Keywords: to scale machine;structure design;friction; descaling
目 錄
1 前言 1
1.1去魚鱗機(jī)研發(fā)背景 1
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r 2
1.3 去魚鱗機(jī)應(yīng)用展望 4
1.4 去魚鱗機(jī)設(shè)計(jì)意義 5
2 去魚鱗機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì) 6
2.1 去魚鱗機(jī)設(shè)計(jì)思路 6
2.2 去魚鱗機(jī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 8
2.2.1設(shè)計(jì)基本要求 8
2.2.2整機(jī)性能要求 8
2.3 總體設(shè)計(jì)方案 9
2.4 傳動(dòng)設(shè)計(jì) 9
2.4.1主傳動(dòng)系統(tǒng) 11
2.4.2副傳動(dòng)系統(tǒng)的確定 11
2.5 主電動(dòng)機(jī)功率的確定 11
2.5.1刮除力 11
2.5.2刮除速度 12
2.5.3計(jì)算功率 12
2.5.4電機(jī)功率 12
3 去魚鱗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.1主電機(jī)的選擇 12
3.2 傳動(dòng)方案的分析和擬定 13
3.3 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和傳動(dòng)比分配 13
3.3.1總的傳動(dòng)比 13
3.3.2減速器的選型 13
3.4 輥設(shè)計(jì)和校核 15
3.4.1輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
3.4.2輥的剛度校核 15
3.4.3輥的彎曲強(qiáng)度校核 16
3.4.4輥的疲勞強(qiáng)度校核 16
3.5 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 18
3.5.1材料選擇 18
3.5.2參數(shù)的設(shè)計(jì) 19
3.6 軸的設(shè)計(jì)校核計(jì)算 20
3.6.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
3.6.2軸的校核計(jì)算 25
3.7齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 26
3.8 軸承的選擇 28
3.9 軸承校核 29
3.9.1參數(shù) 29
3.9.2求軸承受到的徑向力 29
3.9.3驗(yàn)算軸承壽命 29
3.10 鍵的校核 30
3.11 整機(jī)機(jī)構(gòu)分析 30
4 結(jié) 論 31
謝 辭 33
參考文獻(xiàn) 34
第 35 頁(yè) 共 34頁(yè)
桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙
1 前言
魚是一種不僅有營(yíng)養(yǎng)而且很美味的產(chǎn)品,是在我們平時(shí)生活中常見的佳肴。魚類內(nèi)含高品質(zhì)的蛋白質(zhì)、脂肪與維生素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并能補(bǔ)充人體所需各種氨基,平衡體內(nèi)營(yíng)養(yǎng)比例,且容易吸收[1]。經(jīng)過市場(chǎng)上肉類價(jià)格對(duì)比，魚類的價(jià)格相對(duì)其他肉類來(lái)說(shuō)有一定優(yōu)勢(shì)，因此，魚受到了廣大群眾的喜愛，在餐桌上的出現(xiàn)頻率越來(lái)越頻繁。通過走訪市場(chǎng)，一般市場(chǎng)上的食用魚類有草魚、鯽魚、鱔魚等。然而有不少人抱怨魚鱗的去除問題。
結(jié)合如今的魚處理制備設(shè)備中,前處理大部分都是手動(dòng)操作,手工生產(chǎn)效率很低、不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量水準(zhǔn),特別是在處理量多的未處理過的魚時(shí),操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大大提高。除魚鱗屬于未處理魚的處理的頭道工序。手工除魚鱗不僅提高了勞動(dòng)量與強(qiáng)度,還降低了制備效率。除掉的鱗、內(nèi)臟等不可以回收進(jìn)行二次利用,使環(huán)境被污染。手工除鱗的制備方法,遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上魚類成品機(jī)械化制備。因此亟需研發(fā)一種符合國(guó)情、有著與時(shí)俱進(jìn)的意義、可以達(dá)到機(jī)械化制備要求的高效的除鱗設(shè)備[1]。
1.1去魚鱗機(jī)研發(fā)背景
隨著人們生活水平的不斷提高，對(duì)魚類產(chǎn)品的消費(fèi)量也越來(lái)越大，然而傳統(tǒng)的魚的處理方法具有一定的缺陷。傳統(tǒng)的去除魚鱗效率低，不安全，容易對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染，應(yīng)用范圍局限于小企業(yè)或者百姓生活圈。
傳統(tǒng)的除魚鱗方法有利用滾筒摩擦除鱗、刀具摩擦除鱗等，但是傳統(tǒng)的除魚鱗方法存在有一定的缺陷。
首先，批次除鱗的時(shí)候，魚的數(shù)量不好控制，數(shù)量多了，容易超過機(jī)器承受載荷，數(shù)量少了則使除鱗效果受到一定程度的削弱。
其次，除鱗這個(gè)處理工序相對(duì)來(lái)說(shuō)是單獨(dú)的，對(duì)流水線的加工有影響。而針對(duì)大量的魚需要加工的時(shí)候則需要考慮進(jìn)去的問題就多了，比如：如何把除鱗工序和流水線工序銜接起來(lái)，減少工作時(shí)間，提高工作效率。所以根據(jù)摩擦原理的除鱗設(shè)備受到一定條件的拘束，并不適用于大批量魚的前處理加工制備,而可用在一般的攤點(diǎn)或者小企業(yè)。
還有就是經(jīng)過搓擦，魚體會(huì)受到一定程度的損傷。也就是說(shuō)不管使用轉(zhuǎn)動(dòng)的底盤拋飛的魚和內(nèi)壁摩擦,還是使用轉(zhuǎn)動(dòng)的滾筒與魚體的摩擦,又或者魚頻繁地和刀具摩擦，上述種種均會(huì)對(duì)魚體有一定的損傷,更甚的是刮傷魚體，非但不有助于后面的加工，還影響了魚的保鮮效果。
基于上述內(nèi)容，我國(guó)需要研發(fā)出一種能解決上述缺陷的集現(xiàn)代化、自動(dòng)化于一體的去魚鱗機(jī)?，F(xiàn)代化自動(dòng)化的去魚鱗機(jī)能極大的改善了人們的生活，填補(bǔ)魚的前處理這片空白，讓吃魚變得更為平常、方便；其次應(yīng)用范圍極大，大中型企業(yè)也可引進(jìn)自動(dòng)化去魚鱗機(jī)，對(duì)加工流水線進(jìn)行改良，減少工作時(shí)間，大大提高經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)了社會(huì)的前進(jìn)。
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r
我國(guó)的水產(chǎn)品制備發(fā)展，是1980年后慢慢起步的，通過引進(jìn)外國(guó)高端技術(shù)，接著學(xué)習(xí)了解，根據(jù)我國(guó)水產(chǎn)制品的特色與老百姓的消費(fèi)特點(diǎn)，研發(fā)符合我國(guó)國(guó)情的水產(chǎn)品制備機(jī)器。
除鱗設(shè)備是魚加工前處理機(jī)器?？紤]到我國(guó)的魚類基本是零售為潮流,因此魚鱗的去除大都是人工操作為主,很少見到正規(guī)的除魚鱗設(shè)備。
國(guó)內(nèi)的除魚鱗設(shè)備有的是利用勢(shì)能作用，使魚體順著布滿菱形孔的板材滑下去，通過摩擦作用來(lái)除魚鱗；還有的是利用翻滾的摩擦作用，把魚放到附有螺紋膠棒的轉(zhuǎn)盤上，翻滾除鱗。
瑞典曾研發(fā)出一種通過魚體的互相摩擦與清洗池內(nèi)壁的凸點(diǎn)摩擦的除鱗設(shè)備[1],美國(guó)則研發(fā)一種利用滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦來(lái)除魚鱗。
根據(jù)數(shù)據(jù)查詢，國(guó)外20世紀(jì)初開始開發(fā)工具和設(shè)備規(guī)模?，F(xiàn)代的發(fā)展，出現(xiàn)了一系列的儀器和設(shè)備可分為：手持式除鱗工具、分批式的去鱗設(shè)備、連續(xù)式的去鱗設(shè)備[3]。便攜式設(shè)備的廣泛使用，是以手工、小型電機(jī)等作為動(dòng)力源，完成計(jì)劃產(chǎn)量，該設(shè)備是魚投在設(shè)備中，除鱗完成后，可連續(xù)除鱗，所以加工設(shè)備的連續(xù)性和高效性均體現(xiàn)在加工流水線上。
針對(duì)處理量小的魚，國(guó)外的用手把持的工具的規(guī)模逐漸增大。首先了解到的是1902年提出的了一個(gè)取決于齒形的工具完成的除鱗，這個(gè)工具很容易使用。近期，還提出了相類似的工具，一個(gè)除鱗的工具，取決于齒形的包裝工具除鱗，還有的提出了一個(gè)分布式結(jié)構(gòu)，利用在刷體周圍的齒形結(jié)構(gòu)除鱗。而相似的除鱗工具，工作強(qiáng)度大，不能大量地除鱗，按照這種情況來(lái)看，利用小電機(jī)等一些工具應(yīng)用在除鱗結(jié)構(gòu)上，可讓電機(jī)帶動(dòng)周圍分布的旋轉(zhuǎn)刷，利用離心力使彈簧刷變長(zhǎng)，達(dá)到除鱗目的。
針對(duì)中小企業(yè)的需求，魚加工發(fā)展到利用滾筒，金屬網(wǎng)筒壁去魚鱗。在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，魚的不完全規(guī)則運(yùn)動(dòng)，還有魚體和筒壁接觸達(dá)到去魚鱗效果，因此科研人員還研發(fā)了一個(gè)金屬圓筒與內(nèi)部結(jié)構(gòu)傾斜的除鱗機(jī)，可以防止魚皮的損傷。
En vista de la demanda de grandes cantidades de peces de transformación, los investigadores en el extranjero, la investigación y el desarrollo continuo de la escala.FranklinPO
針對(duì)需求量大的魚的加工，通過國(guó)外的學(xué)者的研究和技術(shù)的不斷發(fā)展，科研人員提出了一種大型除鱗機(jī)器，送魚帶具備三組去鱗刷，魚在一邊通過，接觸魚鱗，緩慢刮除。1994年，日本科研人員研發(fā)出一種高壓水機(jī)除鱗，三個(gè)工位中放一條魚，通過其三個(gè)工位時(shí)，分別對(duì)不同的位置去除魚鱗[3]。
根據(jù)資料可得到,國(guó)外除鱗技術(shù)和設(shè)備研究的重要目標(biāo)是海水魚,發(fā)展趨勢(shì)向手持式電動(dòng)除鱗和連續(xù)性加工發(fā)展。雖然手持去魚鱗機(jī)效率低,但易于使用,普遍用于家庭和小企業(yè)，而具有連續(xù)性加工的去魚鱗機(jī)器則應(yīng)用在大企業(yè)。我國(guó)一些企業(yè)引進(jìn)國(guó)外的魚加工流水線來(lái)處理淡水魚,然而去鱗效果并不理想。
隨著時(shí)間的發(fā)展，中國(guó)漁業(yè)發(fā)展迅猛，和其他國(guó)家相比，尚存在很多缺點(diǎn)。具體表現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)衰退的資源為基礎(chǔ)的加工、處理和利用率較低，加工的產(chǎn)品低附加值，沒有完善的質(zhì)量體系標(biāo)準(zhǔn)[5]。
如圖1.1的除鱗機(jī)，除鱗機(jī)主要由轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒、進(jìn)料斗、出料斗、調(diào)節(jié)螺釘、除鱗部件等構(gòu)成[2]。
圖1.1 除鱗機(jī)結(jié)構(gòu)
1.出料斗 2.回收槽 3.機(jī)架 4.調(diào)節(jié)螺釘 5.電動(dòng)機(jī) 6.帶傳動(dòng) 7.軸承座 8.進(jìn)料斗
9.刀孔 10.刀具 11.滾筒 12.閥門 13.插銷 14.噴頭 15.悶頭 16．水管
轉(zhuǎn)動(dòng)滾筒式是由卷的厚度為1.5 或2.0mm的不銹鋼沖孔后卷成圓柱，根據(jù)制造流程的設(shè)計(jì)要求分幾段制造，并且焊接角鋼連接增加筒體的剛度[2]。
該除鱗裝置研究結(jié)論如下：
1 .提出運(yùn)用滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，利用魚體表面和筒壁搓擦來(lái)去除鱗片的原理，經(jīng)過理論和實(shí)驗(yàn)證明方便可行[2]。
2 . 提出的水平旋轉(zhuǎn)式滾筒除鱗裝置，機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性好、設(shè)備經(jīng)濟(jì)性好、易操作性好。該機(jī)可以融去除魚鱗、清洗魚鱗、魚鱗回收、運(yùn)輸?shù)裙δ転橐惑w[2]。
3 .本除鱗機(jī)是一種不僅用量大而且有著高應(yīng)用性的淡水魚除鱗的機(jī)械，是行業(yè)內(nèi)的前沿技術(shù)，針對(duì)鰱鳙等大部分低值的水產(chǎn)品，把去除魚鱗、清洗魚體等魚類處理工序整合為一次性整體加工工序，有利于縮減魚體和設(shè)備接觸的次數(shù)[2]，降低因魚體結(jié)構(gòu)損傷而影響加工成品的味道的風(fēng)險(xiǎn)，使生產(chǎn)效率有了極大的提高，能源方面也得到很大程度的節(jié)約，響應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的方針政策。該除鱗機(jī)適合大部分湖區(qū)、沿海、沿江地區(qū)的許多中小型魚類食品處理加工廠使用，可見實(shí)用性之高[2]。
4 .提高除鱗機(jī)工作可靠性，滾筒可傾斜一定角度，適當(dāng)增加工作長(zhǎng)度延長(zhǎng)工時(shí)，利于有用物質(zhì)輸送[2]。實(shí)踐證明：傾斜適宜角度為2°～3°。
5 .通過對(duì)魚體在滾筒中翻滾、拋射運(yùn)動(dòng)進(jìn)行有限元分析，結(jié)果表明：上述的過程中，魚體的生物應(yīng)力沒有達(dá)到魚體的生物屈服應(yīng)力，所以魚體內(nèi)部沒有損壞，保障魚類的加工質(zhì)量[2]。
除上面所提去魚鱗設(shè)備，市場(chǎng)上出現(xiàn)了類似的魚處理設(shè)備如圖1.2。除鱗器作為魚處理的新設(shè)備，在一個(gè)有效的，高質(zhì)量的條件下能取代數(shù)個(gè)工人的手工除鱗，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化、使用方便、易于操作、穩(wěn)定性好的效果；此外除鱗器可放在地上或掛在墻面，利用驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使手持除鱗器運(yùn)作，進(jìn)行除鱗，還具有防水裝置，確保傳動(dòng)件正常運(yùn)轉(zhuǎn)，輕松除鱗。除鱗器應(yīng)用不銹鋼或鋁合金等材料制造，具有防腐防銹效果，更有利于魚處理。
圖1.2 除鱗器
本文設(shè)計(jì)的魚鱗機(jī)可加工淡水湖的魚類形體大概有幾種，由于魚的結(jié)構(gòu)在進(jìn)化的過程中，因?yàn)樯罘绞脚c生活環(huán)境的不同，魚有著不同的體型，根據(jù)魚的身體結(jié)構(gòu)可分為：紡錘型、面扁型、圓筒型。
1.3 去魚鱗機(jī)應(yīng)用展望
國(guó)內(nèi)的水產(chǎn)制備設(shè)備引入后，經(jīng)過進(jìn)一步研發(fā)，這些年取得了極大的成果，水產(chǎn)制備品，或者與水產(chǎn)有關(guān)的制備品比比皆是，很大程度上適應(yīng)了社會(huì)的需要。盡管水產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展迅猛，但是我國(guó)水產(chǎn)市場(chǎng)的產(chǎn)品種類還是非常缺乏，遠(yuǎn)沒有國(guó)外市場(chǎng)的產(chǎn)品種類豐富，比如說(shuō)海水魚類等的制成品。中國(guó)水產(chǎn)雖然算起來(lái)還是規(guī)模較大的，但卻稱不上水產(chǎn)成品強(qiáng)大的國(guó)家，經(jīng)過發(fā)展中國(guó)家和發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)比，我國(guó)在水產(chǎn)品前進(jìn)的空間還有很大，要走的路還有很長(zhǎng)。21世紀(jì)初我國(guó)水產(chǎn)制備品產(chǎn)量占總產(chǎn)量的46%，而發(fā)達(dá)國(guó)家則達(dá)到了65%~89%，我國(guó)的冰凍食品、方便食品和熏制食品大概占總制備量的66%。由此可以看出國(guó)內(nèi)水產(chǎn)制備品加工并未達(dá)到先進(jìn)的水準(zhǔn)，社會(huì)價(jià)值高的產(chǎn)品也是極為稀少，屈指可數(shù)。結(jié)合我國(guó)國(guó)情，當(dāng)前我國(guó)很多技術(shù)并未達(dá)到自動(dòng)化的水平，特別是魚的前處理這一塊，通常企業(yè)都是進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，并未有進(jìn)一步的深層次的處理，簡(jiǎn)單處理后整理好進(jìn)行冷凍保鮮。綜上可知道我國(guó)水產(chǎn)品處理制備設(shè)備的發(fā)展還要經(jīng)歷一段時(shí)期，需要逐漸積累慢慢沉淀下來(lái)。
現(xiàn)如今我國(guó)的魚的處理大部分都是用手來(lái)操作，自動(dòng)化技術(shù)還不夠成熟。由于技術(shù)的限制大大降低了生產(chǎn)效率；人的體力有限，在經(jīng)過強(qiáng)度不小的工作后容易產(chǎn)生疲勞，導(dǎo)致引發(fā)安全事故，魚處理的時(shí)間長(zhǎng)了也會(huì)導(dǎo)致魚體溫度有所提高，溫度高了容易使產(chǎn)品發(fā)生質(zhì)變，降低產(chǎn)品價(jià)值。
盡管社會(huì)發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入小康階段，但是還是有很多地區(qū)的經(jīng)濟(jì)條件并不跟得上主流，我國(guó)國(guó)情決定了社會(huì)底層勞動(dòng)成本較低，所以根據(jù)此類情況，國(guó)家應(yīng)有相關(guān)政策，大力投資發(fā)展自動(dòng)化設(shè)備，自動(dòng)化水平跟上了，再提高工作人員操作水平，這樣將對(duì)魚類前處理的發(fā)展大大的有益?；A(chǔ)打好了，迎來(lái)的就是我國(guó)魚類前處理事業(yè)的高速發(fā)展，帶來(lái)的好處將體現(xiàn)在國(guó)內(nèi)水產(chǎn)品的種類豐富，質(zhì)量上乘，經(jīng)濟(jì)成本低，帶動(dòng)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展。接下來(lái)，自動(dòng)化將逐步代替手工操作，應(yīng)用到社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域，市場(chǎng)得到擴(kuò)展，填補(bǔ)了市場(chǎng)高附加值產(chǎn)品的空白。
綜上，去魚鱗機(jī)的自動(dòng)化、人性化、智能化可為社會(huì)帶來(lái)一定的發(fā)展，隨著自動(dòng)化去魚鱗機(jī)等魚類前處理機(jī)械的發(fā)展，將普遍影響到很多領(lǐng)域，把我國(guó)打造成工業(yè)強(qiáng)國(guó)不再是夢(mèng)。
1.4 去魚鱗機(jī)設(shè)計(jì)意義
查閱資料可知道除魚鱗有化學(xué)法和物理法兩種[3]?；瘜W(xué)法就利用強(qiáng)酸強(qiáng)堿的原理特性進(jìn)行去除魚鱗。因?yàn)楝F(xiàn)在很多魚肉罐頭廠需要徹底去除魚鱗，從經(jīng)濟(jì)成本和工作效益考慮，化學(xué)法不為一種不錯(cuò)的選擇，既能滿足徹底除鱗，又能滿足規(guī)模比較大的設(shè)備加工制備，但是采用這種方法也有它的弊端，首先體現(xiàn)在強(qiáng)酸強(qiáng)堿對(duì)環(huán)境有一定的污染，不符合我國(guó)提倡的可持續(xù)發(fā)展方針；其次，強(qiáng)酸強(qiáng)堿把魚鱗腐蝕掉的同時(shí)也會(huì)對(duì)魚體造成一定的損傷，這樣會(huì)對(duì)魚的質(zhì)量有一定影響；還有就是沒能回收并重復(fù)利用魚鱗。物理方法存在的缺陷就是不可以徹底地去除魚鱗，還有如今的除魚鱗設(shè)備總會(huì)出現(xiàn)一系列的問題影響魚鱗的去除。
去魚鱗機(jī)的設(shè)計(jì)同時(shí)也是為了對(duì)魚鱗的回收利用。魚鱗是魚的表皮發(fā)展過來(lái)的，大約是魚總重的2%～3%。因?yàn)轸~的形體不一樣，鱗片可以分為楯鱗、硬鱗、圓鱗和櫛鱗。（1）楯鱗由棘突與基板組成，為軟骨魚類特有，特點(diǎn)是：1.基板大多是在真皮皮膚中，牙質(zhì)構(gòu)成；2.鱗棘露在外面，向后伸出皮膚之外，手從后向前摸魚鱗那，好像摸砂紙一樣。（2）硬鱗是真皮形成的骨質(zhì)板，表面覆有閃光質(zhì)，鱗多為菱形，以對(duì)角線方式排列，為硬骨魚類特有。（3）骨質(zhì)鱗是真皮演變來(lái)的，具有硬骨魚類特點(diǎn)，骨質(zhì)鱗是皮上層和下層構(gòu)成：上層脆薄，由骨質(zhì)結(jié)構(gòu)形成鱗；下層由纖維結(jié)締組織交叉配置，鱗富有柔軟性，從中心到邊緣鱗，四周輻射排列的凹狀槽槽溝呈放射線。骨鱗根據(jù)形狀不同分兩種：圓鱗和櫛鱗，櫛鱗是游離緣有很多排的齒狀突出，多存在高等硬骨魚類多具櫛鱗魚，比如鱸形目；圓鱗是游離緣圓滑，硬骨魚類居多，多見于鯉科魚類。
根據(jù)魚體不同，鱗片的特點(diǎn)不同，在除鱗的時(shí)候可以通過調(diào)節(jié)上輥，給魚不同的壓力，在不損壞魚體的情況下，快速除鱗。魚鱗含有人體所需的多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，是一種特殊的保健食品。它的作用很大：增強(qiáng)記憶力、延緩細(xì)胞衰老、預(yù)防高血壓和心臟病和防止動(dòng)脈硬化。為了提高經(jīng)濟(jì)效益，處理環(huán)保的問題，可以對(duì)魚鱗進(jìn)行回收處理，魚鱗的作用很大，市場(chǎng)的打開可帶動(dòng)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展。
本文意在研發(fā)一種應(yīng)用范圍廣的機(jī)械除魚鱗設(shè)備。為了讓去除魚鱗后的魚的質(zhì)量保證，并且能徹底去除魚鱗，也能應(yīng)用于不論大小的各種企業(yè)，同時(shí)也要求在除鱗的時(shí)候能實(shí)現(xiàn)魚鱗的回收和污水的處理的功能。先進(jìn)的自動(dòng)化除鱗方法,不但降低了勞動(dòng)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度,而且極為有效地提高了工作效率，創(chuàng)造了更多的經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。
2 去魚鱗機(jī)整機(jī)設(shè)計(jì)
2.1 去魚鱗機(jī)設(shè)計(jì)思路
目前市場(chǎng)上常見的殺魚用手工鋼刷摩擦魚鱗。用手固定魚腹，接著再把魚剖開（圖2.1所示）。手工殺魚的方法不僅效率很低，還容易出現(xiàn)安全上的問題；用手接觸魚體會(huì)殘留有難聞的腥味；除此，魚鱗等產(chǎn)品沒有經(jīng)過回收處理，到處丟棄的話將給環(huán)境帶來(lái)污染。
圖2.1除魚鱗器具
一般殺魚程序應(yīng)有除鱗、去內(nèi)臟、清腸和清洗等功能。結(jié)合市場(chǎng)上對(duì)魚的處理的運(yùn)用，去魚鱗機(jī)功能應(yīng)包括：去魚鱗部件，清洗部件。 目前我國(guó)除魚鱗部件設(shè)計(jì)基本是根據(jù)搓擦原理設(shè)計(jì)除鱗，特別是那些用滾筒摩擦的除鱗設(shè)備。
2004年，謝星海和張景生研發(fā)出一種除鱗的設(shè)備，如圖2.2，該設(shè)備主要利用盛裝體的旋轉(zhuǎn)，魚體的魚鱗和盛裝體不斷搓擦，達(dá)到除鱗的目的。在一般的去魚鱗機(jī)參考下，2005年，謝星海接著想辦法改進(jìn)除鱗設(shè)備，如圖2.3，為了改進(jìn)筒體結(jié)構(gòu)，使用傾斜式的除鱗設(shè)備，如圖2.4，在設(shè)備底部裝上除鱗用的刀具，因?yàn)樾枰婚g斷供給原料魚，他們將除鱗圓筒改成有一定角度的結(jié)構(gòu),在內(nèi)壁裝備除鱗刀具，該設(shè)備能應(yīng)用于種類各異，形體不同的魚的除鱗。
圖2.2 去魚鱗機(jī)
圖2.3 改進(jìn)的去魚鱗機(jī)
圖2.4 傾斜型去魚鱗機(jī)
上面提到的除鱗設(shè)備,結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜卻除鱗率高,除鱗效率得到了極大地提高，勞動(dòng)強(qiáng)度也大大降低了。雖然部分設(shè)備已經(jīng)在實(shí)際中得到使用，方便了老百姓的生活，但利用摩擦原理的一批一批地除鱗有著或多或少的缺陷。
為了可持續(xù)生產(chǎn)操作，減少工藝時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，在不損壞魚體的前提下，提高經(jīng)濟(jì)效益。謝星海于2010年研制的輥刷式去魚鱗機(jī)去除魚鱗能達(dá)到改進(jìn)效果，如圖2.5，該去魚鱗機(jī)主要利用上下輥刷和進(jìn)出魚板運(yùn)行,其原理是進(jìn)出魚板之間留有縫隙,上輥刷、下輥刷設(shè)置在間隙上部和下部；上輥刷與下輥刷通過一端的嚙合齒輪配合,下輥刷連接電機(jī)；出魚板上通過轉(zhuǎn)軸設(shè)置有帶拉簧的壓板。利用兩個(gè)輥刷的反向轉(zhuǎn)動(dòng),來(lái)刮除魚鱗,實(shí)現(xiàn)了連續(xù)加工生產(chǎn),生產(chǎn)效率高,且不損傷魚體。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用方便、價(jià)格低的效果,魚鱗清除干凈,可廣泛適用于魚類市場(chǎng)、魚類加工廠、賓館、飯店等。
經(jīng)過上述方案的對(duì)比，聯(lián)系實(shí)際，在這些除魚鱗設(shè)備的基礎(chǔ)上，對(duì)輥刷式去魚鱗機(jī)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。
圖2.5 輥刷式去魚鱗機(jī)
2.2 去魚鱗機(jī)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
2.2.1設(shè)計(jì)基本要求
（1）去魚鱗機(jī)整機(jī)零件應(yīng)設(shè)計(jì)合理，符合機(jī)械設(shè)計(jì)的技術(shù)性能；
（2）去魚鱗機(jī)和零件應(yīng)符合可靠性指標(biāo)和安全性準(zhǔn)則；
（3）去魚鱗機(jī)和零件應(yīng)易于維修與保養(yǎng)，使機(jī)器保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)；
（4）應(yīng)有相應(yīng)的潤(rùn)滑裝置；
（5）輸入電源為380V通用交流電源。
2.2.2整機(jī)性能要求
（1）去魚鱗機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)達(dá)到噪音小，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)；
（2）形體大小不一的魚，調(diào)節(jié)去魚鱗機(jī)上輥控制裝置，保證除鱗時(shí)的夾持壓力；
（3）除鱗機(jī)構(gòu)運(yùn)行時(shí)魚體不能損傷；
（4）清洗魚體過后，應(yīng)清潔無(wú)魚鱗；
（5）去魚鱗機(jī)是全天運(yùn)行設(shè)備，工作壽命應(yīng)超過5年。
2.3 總體設(shè)計(jì)方案
圖2.6 去魚鱗機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)圖
由于本課題只做除鱗部分，檢測(cè)、上料、運(yùn)輸機(jī)構(gòu)不做詳細(xì)分析。在這里只做簡(jiǎn)單闡述：首先讓魚通過運(yùn)輸檢測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)魚的大小分類運(yùn)送，數(shù)據(jù)反饋到去魚鱗機(jī)的上輥升降設(shè)備上，進(jìn)行調(diào)節(jié)，再通過上料機(jī)構(gòu)輸送魚到魚箱，進(jìn)行除鱗，除鱗完成后，進(jìn)行清洗，過濾掉魚鱗，利用輸送裝置收取魚和回收魚鱗。
除鱗部分的詳細(xì)過程：首先把新鮮的活魚輸送到魚箱內(nèi)，然后通過3根圓輥（帶有類似毛刷一樣）互相摩擦，可以根據(jù)魚體大小調(diào)節(jié)上輥的升降，上輥?zhàn)鳛檩o助，上下輥擠壓魚體，在下輥轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)魚進(jìn)入雙輥內(nèi)，通過輥刷擠壓摩擦將魚鱗去除，除鱗完成后，開啟水管，進(jìn)行魚的清洗，使魚鱗和魚分隔開，魚箱底部帶有過濾器，方便對(duì)魚的收取還有對(duì)魚鱗的回收利用。
2.4 傳動(dòng)設(shè)計(jì)
通過電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、減速器和齒輪實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)。如圖2.7所示。
A. 帶傳動(dòng)的特點(diǎn)
帶傳動(dòng)的基本組成零件為帶輪（主動(dòng)帶輪和從動(dòng)帶輪）和傳動(dòng)帶。當(dāng)主動(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，利用帶輪和傳動(dòng)帶之間的摩擦或嚙合作用，將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力通過傳動(dòng)帶傳遞到從動(dòng)帶輪。
按傳動(dòng)帶的截面形狀不同，可分平帶傳動(dòng)、圓帶傳動(dòng)、V帶傳動(dòng)和多楔帶傳動(dòng)。由于普通V帶應(yīng)用最廣，V帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。
帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)：
a 傳動(dòng)平穩(wěn)，緩沖吸；
b 有良好的撓性和彈性，過載打滑，可防止損壞其他零件；
c 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，使用維護(hù)方便。
圖2.7 傳動(dòng)系統(tǒng)
帶傳動(dòng)的缺點(diǎn)：
a 傳動(dòng)比不準(zhǔn)確；
b 軸上載荷較大；
c 傳動(dòng)裝置外部尺寸大；
d 帶壽命低，效率低。
分析上面所列特性，帶傳動(dòng)應(yīng)用在：
a 電動(dòng)機(jī)輸出的傳動(dòng)中，帶速一般為5～25m/s；
b 中小功率傳動(dòng)，傳動(dòng)比i7；
c 中心距比較大。
B. 齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)
齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最重要的傳動(dòng)之一，形式很多，應(yīng)用廣泛。最常用的是漸開線齒輪傳動(dòng)。
齒輪傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：
a 瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定；
b 速度和傳遞功率的范圍大，可用于高速，中速和低速的傳動(dòng)；
c 傳動(dòng)效率高，一對(duì)高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達(dá)99%以上；
d 結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動(dòng)。
齒輪傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：
a 制造成本高；
b 精度不高的齒輪，傳動(dòng)時(shí)的噪聲，振動(dòng)和沖擊大，污染環(huán)境；
c 無(wú)過載保護(hù)作用。
由以上分析得出去魚鱗機(jī)整機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動(dòng)比不大，要求結(jié)構(gòu)緊湊，因此我選擇使用齒輪傳動(dòng)方式。
2.4.1主傳動(dòng)系統(tǒng)
傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2.8所示：
上輥傳動(dòng)壓下系統(tǒng)
下輥傳動(dòng)系統(tǒng)
圖 2.8 傳動(dòng)系統(tǒng)圖
根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)所需條件，選擇減速器減速，經(jīng)過聯(lián)軸器、齒輪副，使下輥按設(shè)定參數(shù)運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.4.2副傳動(dòng)系統(tǒng)的確定
副傳動(dòng)系統(tǒng)主要是用來(lái)調(diào)節(jié)上下輥之間距離，使上輥和下輥之間保持一定的壓力，方便進(jìn)魚。為了調(diào)節(jié)上下輥之間的距離，增加了一個(gè)升降機(jī)構(gòu)，用電機(jī)配合離合器控制渦輪蝸桿傳動(dòng)達(dá)到升降目的。
2.5 主電動(dòng)機(jī)功率的確定
2.5.1刮除力
主刮除力：
(2—1)
式中： m——魚的質(zhì)量(kg)
f——摩擦系數(shù)（N/kg）
—— 修正系數(shù)
擬定一次處理20kg，其中f=0.4，取1.1
kN
2.5.2刮除速度
結(jié)合實(shí)際情況，去除魚鱗的速度不能太快，否則會(huì)影響除鱗效果。通過市場(chǎng)了解到淡水魚的體型不會(huì)太大，所以我選用的刮除速度V為5m/min～7m/min。
2.5.3計(jì)算功率
(2—2)
式中Fz的單位為N，V刮除速度的單位為m/s，取刮除速度為6m/min，即0.1m/s
kW
2.5.4電機(jī)功率
(2—3)
根據(jù)網(wǎng)上表格查詢本機(jī)的機(jī)械傳動(dòng)類型和效率得出：
式中 0.75～0.83 取 0.80
kW
3 去魚鱗機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1主電機(jī)的選擇
結(jié)合整機(jī)的安全性準(zhǔn)則，電動(dòng)機(jī)功率根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇11kw。
電機(jī)特性說(shuō)明：
Y系列電機(jī)為全封閉自扇冷式三相鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，使用非常普遍。Y系電動(dòng)機(jī)具有機(jī)械特性軟、線性好、調(diào)速范圍寬等獨(dú)特電氣性能，當(dāng)負(fù)載增加時(shí)，其轉(zhuǎn)速隨之下降而轉(zhuǎn)矩增加，較小的負(fù)載變化即可引起轉(zhuǎn)速的相應(yīng)變化，供電電壓的微小變化可使轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩有相應(yīng)的改變。YD為是Y系列電機(jī)的派生產(chǎn)品，為多級(jí)多速三相異步電動(dòng)機(jī)。
YZR、YZ系列電動(dòng)機(jī)適用于驅(qū)動(dòng)各種起重機(jī)械及冶輔助設(shè)備，具有較高的過載能力和機(jī)械強(qiáng)度，特別適用于短時(shí)或斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，頻繁起動(dòng)、制動(dòng)及有顯著振動(dòng)及有沖擊的設(shè)備。
綜上，可選擇YZ系列電機(jī)，其工作特性明顯優(yōu)于Y系列電機(jī)，故查詢電機(jī)型號(hào)選擇YZ160L—6型電機(jī)，其參數(shù)如下：
N=11kw； r=953r/min。
升降電動(dòng)機(jī)選用YD系列電動(dòng)機(jī)，利用它的變速能力更好地實(shí)現(xiàn)運(yùn)轉(zhuǎn)。故選擇YD90S—6/4，其參數(shù)如下：
N=0.65kw； r=1000r/min。
3.2 傳動(dòng)方案的分析和擬定
本文所設(shè)計(jì)的去魚鱗機(jī)結(jié)構(gòu)應(yīng)該正確合理，零件之間不應(yīng)該有干涉發(fā)生，所以使用結(jié)構(gòu)相對(duì)對(duì)稱的減速器，再考慮到總傳動(dòng)比略大，本著經(jīng)濟(jì)性原則，展開式的圓柱齒輪減速器。傳動(dòng)方案示意圖如圖3.1：
圖3.1 減速器結(jié)構(gòu)示意圖
3.3 傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比和傳動(dòng)比分配
3.3.1總的傳動(dòng)比
n0=7.958r/min ni=953r/min
聯(lián)軸器效率：0.98 各軸齒輪效率：0.97 軸承效率：0.98
可確定減速器各軸傳動(dòng)比：i=5.81； i=4.52； i=4.56。
由于減速器可以直接從市場(chǎng)上購(gòu)買，減速器設(shè)計(jì)不是本課題的重點(diǎn)，故在此只做選型設(shè)計(jì)。
3.3.2減速器的選型
通過因特網(wǎng)查詢減速器資料可得：
參考網(wǎng)站http://www.tx1983.com/ProductShow3_2.html
圖3.2 所選減速器外形參數(shù)
（a）
（b）
圖3.3 減速器傳動(dòng)比比較
根據(jù)傳動(dòng)比和圖3.3（a）、（b）選擇型號(hào)為ZQ-1000+250型IX減速器。
3.4 輥設(shè)計(jì)和校核
3.4.1輥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
輥的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.4
圖3.4 輥的結(jié)構(gòu)示意圖
軸的材料選擇比較常用的40Cr合金鋼，查閱相關(guān)資料可以知道其的一些材料特性，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力:35～55MPa，此軸在工作中除了受到扭矩作用外還受到軸向載荷，所以取=35MPa。
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
(3—1)
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa
T——軸所受的扭矩，N﹒mm
W——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3
d——計(jì)算截面處的直徑，mm
由上式可得軸的直徑
(3—2)
因?yàn)樗x取的計(jì)算截面有一個(gè)鍵槽，所以最終的結(jié)果要再在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上加3%，即是；
最后可以得出: =232.26mm,取=240mm。
受力：N 主電機(jī)kw
齒輪嚙合效率： 聯(lián)軸器效率： 軸承效率：
總傳動(dòng)效率： m/min r/min
轉(zhuǎn)矩： N·mN·mm
N·mm
N·mm
3.4.2輥的剛度校核
撓度： (3—3)
I為軸截面的慣性矩： mm4
N mm N/m mm
mm mm
故：安全。
3.4.3輥的彎曲強(qiáng)度校核
分析受力圖可得到危險(xiǎn)截面在Ⅱ、Ⅲ處：
Ⅱ處： N·mm N·mm
N·mm （）
N·mm
N·mm
安全系數(shù)：
Ⅲ處：
N·mm
N·mm
安全系數(shù)；故安全，彎曲強(qiáng)度符合。
3.4.4輥的疲勞強(qiáng)度校核
初選Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ截面：
Ⅰ、Ⅲ同類；Ⅳ、Ⅴ同類；Ⅱ、Ⅳ處：；Ⅰ、Ⅳ處：
顯然 ， 故僅校核Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ即可。
疲勞強(qiáng)度校核公式 (3—4)
N·mm
Ⅱ截面： N·mm N·m
應(yīng)力集中系數(shù)； 安全系數(shù)； 表面質(zhì)量系數(shù)
尺寸影響系數(shù)； 彎曲平均應(yīng)力
MPa
應(yīng)力集中系數(shù)； 表面質(zhì)量系數(shù)； 尺寸影響系數(shù)
彎曲平均應(yīng)力和應(yīng)力副
所以：截面Ⅱ處符合疲勞強(qiáng)度的要求。
Ⅲ截面： N·mm N·mm
應(yīng)力集中系數(shù)； ；表面質(zhì)量系數(shù)
尺寸影響系數(shù)； 彎曲平均應(yīng)力 MPa
應(yīng)力集中系數(shù)； 表面質(zhì)量系數(shù)； 尺寸影響系數(shù)
彎曲平均應(yīng)力和應(yīng)力副
故符合疲勞強(qiáng)度要求。
Ⅳ截面：
N·mm N·m
mm3
，
應(yīng)力集中系數(shù)； ； 表面質(zhì)量系數(shù)
尺寸影響系數(shù)； 彎曲平均應(yīng)力
MPa
應(yīng)力集中系數(shù)； 表面質(zhì)量系數(shù) ； 尺寸影響系數(shù)
彎曲平均應(yīng)力和應(yīng)力副
〉
故:安全，該輥符合疲勞強(qiáng)度要求。
3.5 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算
蝸桿傳遞功率為8.4kW，轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)比。環(huán)面蝸桿傳動(dòng)有以下特點(diǎn)：對(duì)數(shù)、齒，形勢(shì)已經(jīng)通過齒輪的力大大提高，它的容量是高于普通圓柱蝸桿傳動(dòng)，所以選擇了環(huán)面蝸桿傳動(dòng)。
3.5.1材料選擇
蝸桿：40Cr，淬火處理，硬度50HRC
蝸輪：ZCuSn10P1，時(shí)效處理，防止變形，8f
3.5.2參數(shù)的設(shè)計(jì)
1. 求傳動(dòng)的中心距：
kw
式中，K1、K2、K3、K分別為： 1、1.0、0.8、1
由手冊(cè)得a=175mm，取成標(biāo)準(zhǔn)值a=180mm
2. 主要幾何尺寸計(jì)算：
蝸輪喉圓直徑：mm
蝸輪齒寬：mm
蝸輪咽喉母圓半徑：mm
蝸輪端面模數(shù)： mm
徑向間隙：mm
齒根高：mm
齒頂高：mm
蝸輪分度圓直徑 ：mm
蝸輪齒根圓直徑 ：mm
蝸桿分度圓直徑 ：mm
蝸桿齒根圓直徑 ：mm
蝸桿喉部齒頂圓直徑 ：mm
蝸桿齒頂圓弧半徑 ：mm
蝸桿齒根圓弧半徑 ：mm
周節(jié)角 ：
蝸桿包容蝸輪齒數(shù) ：
蝸桿工作包角之半 ：
蝸桿工作部分長(zhǎng)度 ：mm
蝸桿最大根徑：
mm
蝸桿最大外徑 ：
mm
蝸桿喉部螺旋導(dǎo)角 ：
分度圓壓力角 ：
蝸輪法面齒厚：
mm
蝸輪弦齒高 ：
=4.78mm
蝸桿喉部法面弦齒厚 ：
=10.629mm
蝸桿弦齒高 :
mm
確定蝸桿螺旋修形量及修緣量：
mm
mm
mm
3.6 軸的設(shè)計(jì)校核計(jì)算
3.6.1軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由電機(jī)功率和總的傳動(dòng)比可得表3.1：
表3.1各軸的傳動(dòng)參數(shù)
軸
傳動(dòng)比i
轉(zhuǎn)速n（r/min）
功率P（kW）
扭矩T（N﹒m）
I
5.81
953
10.78
108.03
II
4.52
164
10.25
598.88
III
4.56
36.29
9.74
2563.16
IV
7.958
9.35
11220.47
各軸材料為40Cr，軸的材料選擇比較常用的40Cr合金鋼，查閱相關(guān)資料可以知道其的一些材料特性，許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力:35～55MPa，此軸在工作中除了受到扭矩作用外還受到軸向載荷，所以取=35MPa。
軸I（輸入軸）：
軸I的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.5
圖3.5 軸Ⅰ結(jié)構(gòu)示意圖
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
(3—5)
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa
T——軸所受的扭矩，N﹒mm
W——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3
d——計(jì)算截面處的直徑，mm
由上式可得軸的直徑
(3—6)
因?yàn)樗x取的計(jì)算截面有一個(gè)鍵槽，所以最終的結(jié)果要再在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上加3%，即是；
最后可以得出: =24.26mm,取=30mm。
通過扭矩計(jì)算鍵槽長(zhǎng)度L
查閱相關(guān)資料可選用鍵寬10mm，鍵高8mm的普通圓頭平鍵。選鋼作為鍵的材料；因?yàn)樵诠ぷ髦羞B續(xù)運(yùn)作，并無(wú)沖擊，所以許用擠壓應(yīng)力取=150MPa。
普通平鍵的連接的強(qiáng)度條件為
(3—7)
式中：T——鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩，N﹒mm；
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，數(shù)值為鍵的高度一半，mm；
l——鍵的工作長(zhǎng)度，圓頭平鍵l=L-b，L為鍵的公稱長(zhǎng)度，b是鍵寬，mm；
d——軸的直徑，mm；
——鍵、輪轂、軸中三者的材料中最低的許用擠壓應(yīng)力，MPa。
依據(jù)上式可得
(3—8)
計(jì)算結(jié)果為：l≥11.903mm；所以鍵的工作長(zhǎng)度選用12mm。所以所選用的普通圓頭平鍵尺寸為：10×8×12。
軸II（中間軸）：
軸II結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.6 ，
圖3.6 軸Ⅱ結(jié)構(gòu)示意圖
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
(3—9)
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa
T——軸所受的扭矩，N﹒mm
W——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3
d——計(jì)算截面處的直徑，mm
由上式可得軸的直徑
(3—10)
因?yàn)樗x取的計(jì)算截面有一個(gè)鍵槽，所以最終的結(jié)果要再在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上加3%，即是；最后可以得出=42mm，取=45mm。
通過扭矩計(jì)算鍵槽長(zhǎng)度L
查閱相關(guān)資料可選用鍵寬14mm，鍵高9mm的普通圓頭平鍵。選鋼作為鍵的材料；因?yàn)樵诠ぷ髦羞B續(xù)運(yùn)作，并無(wú)沖擊，所以選許用擠壓應(yīng)力取=150MPa。
普通平鍵的連接的強(qiáng)度條件為
(3—11)
式中：T——鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩，N﹒mm；
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，數(shù)值為鍵的高度一半，mm；
l——鍵的工作長(zhǎng)度，圓頭平鍵l=L-b，L為鍵的公稱長(zhǎng)度，b是鍵寬，mm；
d——軸的直徑，mm；
——鍵、輪轂、軸中三者的材料中最低的許用擠壓應(yīng)力，MPa。
依據(jù)上式可得
(3—12)
計(jì)算結(jié)果為：l≥39.43mm；所以鍵的工作長(zhǎng)度選用40mm。所以所選用的普通圓頭平鍵尺寸為：14×9×40。
軸III（中間軸）：
軸III的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.7
圖3.7 軸Ⅲ結(jié)構(gòu)示意圖
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
(3—13)
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa
T——軸所受的扭矩，N﹒mm
W——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3
d——計(jì)算截面處的直徑，mm
由上式可得軸的直徑
(3—14)
因?yàn)樗x取的計(jì)算截面有一個(gè)鍵槽，所以最終的結(jié)果要再在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上加3%，即是；最后可以得出=69.43mm，取=80mm。
通過扭矩計(jì)算鍵槽長(zhǎng)度L
查閱相關(guān)資料可選用鍵寬22mm，鍵高14mm的普通圓頭平鍵。選鋼作為鍵的材料；因?yàn)樵诠ぷ髦羞B續(xù)運(yùn)作，并無(wú)沖擊，所以選許用擠壓應(yīng)力取=150MPa。
普通平鍵的連接的強(qiáng)度條件為
(3—15)
式中：T——鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩，N﹒mm；
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，數(shù)值為鍵的高度一半，mm；
l——鍵的工作長(zhǎng)度，圓頭平鍵l=L-b，L為鍵的公稱長(zhǎng)度，b是鍵寬，mm；
d——軸的直徑，mm；
——鍵、輪轂、軸中三者的材料中最低的許用擠壓應(yīng)力，MPa。
依據(jù)上式可得
(3—16)
計(jì)算結(jié)果為：l≥61.03mm；所以鍵的工作長(zhǎng)度選用63mm。所以所選用的普通圓頭平鍵尺寸為：24×12×63。
軸Ⅳ（輸出軸）：
軸Ⅳ的結(jié)構(gòu)示意圖如圖3.8，并對(duì)各截面進(jìn)行標(biāo)記
圖3.8 軸Ⅳ結(jié)構(gòu)示意圖
軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
(3—17)
式中：——扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa
T——軸所受的扭矩，N﹒mm
W——軸的抗扭截面系數(shù)，mm3
d——計(jì)算截面處的直徑，mm
由上式可得軸的直徑
(3—18)
因?yàn)樗x取的計(jì)算截面有一個(gè)鍵槽，所以最終的結(jié)果要再在計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上加3%，即是；最后可以得出=113.58mm，取=120mm
通過扭矩計(jì)算鍵槽長(zhǎng)度L
查閱相關(guān)資料可選用鍵寬32mm，鍵高18mm的普通圓頭平鍵。選鋼作為鍵的材料；因?yàn)樵诠ぷ髦羞B續(xù)運(yùn)作，并無(wú)沖擊，所以選許用擠壓應(yīng)力=150MPa。
普通平鍵的連接的強(qiáng)度條件為
(3—19)
式中：T——鍵傳遞的轉(zhuǎn)矩，N﹒mm；
k——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，數(shù)值為鍵的高度一半，mm；
l——鍵的工作長(zhǎng)度，圓頭平鍵l=L-b，L為鍵的公稱長(zhǎng)度，b是鍵寬，mm；
d——軸的直徑，mm；
——鍵、輪轂、軸中三者的材料中最低的許用擠壓應(yīng)力，MPa。
依據(jù)上式可得
(3—20)
計(jì)算結(jié)果為：l≥138.51mm；所以鍵的工作長(zhǎng)度選用140mm。所以所選用的普通圓頭平鍵尺寸為：32×18×140
因軸直徑dⅠ－Ⅱ與聯(lián)軸器的孔徑需要進(jìn)行配合，所以需要選擇聯(lián)軸器。計(jì)算聯(lián)軸器矩：Tca=KAT3=1.3×1.122×104=14586 N·m。
選用GL聯(lián)軸器（GB6069－85 ），其公稱轉(zhuǎn)矩為16000N·m。
3.6.2軸的校核計(jì)算
1. 軸的彎矩計(jì)算
因?yàn)棰糨S的轉(zhuǎn)速小，扭距大，因所以僅進(jìn)行Ⅳ軸的校核。Ⅳ軸的支承跨距L=155+14+108=277mm。
B面受力分析：
a) 轉(zhuǎn)矩：T＝1.122×107 N·mm
b) 直徑：已知d=270mm
c) 求圓周力：N
d) 求徑向力Fr： Fr=Ft.tanα=39211×tan200=16091.316N
e) 求支反力：RV1 、RV2、RH1、RH2
RV1＝11579.063N RV2＝4512.253N
RH1＝31813.555N RH2＝12397.455N
f)彎矩： MH=3.706×106 N.mm MV= 1.349×106 N·mm
g)總彎矩： N·mm
h)扭矩： N·mm (α＝0.6)
i) 計(jì)算當(dāng)量彎矩： N·mm
將上述結(jié)果列表3.2：
表3.2 軸Ⅳ彎矩扭矩計(jì)算結(jié)果
載荷
水平面H
垂直面V
支反力R(N)
RH1=31813.553N RH2=12397.455N
RV1=11579.063N RV2=4512.253N
彎矩M(N·mm)
MH=1.094×106 N·mm
MV= 3.006×106 N·mm
總彎矩(N·mm)
M＝3.199×106 N·mm
扭矩T(N·mm)
T＝7.56×106 N·mm
當(dāng)量彎矩Mca
Mca＝7.927×106 N·mm
2. 軸的強(qiáng)度校核
MPa
[σ-1]=70MPa，因<[σ-1]=70MPa，所以安全。
3.7齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
通過一些已知參數(shù)對(duì)齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。
預(yù)選小齒輪齒數(shù)為14，大齒輪齒數(shù)為22，齒數(shù)比為1.57,；用7級(jí)精度，小齒輪用40Cr（調(diào)質(zhì)）制造，硬度290HBS，大齒輪用45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為260HBS，材料的硬度差距為30HBS。
按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
計(jì)算公式
(3—21)
式中：——小齒輪分度圓直徑，mm；
——載荷系數(shù)，取1.3；
——小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，N﹒mm；
——齒輪的傳動(dòng)比；
——齒寬系數(shù)，取為0.6；
——齒輪材料的彈性影響系數(shù)；
——齒輪的接觸疲勞許用應(yīng)力。
小齒輪的傳遞的轉(zhuǎn)矩為：
N﹒m=1632590N﹒mm
查閱資料可以得：
=189.8 MP
齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限通過查詢，小齒輪為σHlim1=600MPa；大齒輪為σHlim2=550MPa。
齒輪的接觸疲勞壽命系數(shù)取KHN1=0.90；KHN2=0.95。安全系數(shù)S=1.
則
==0.9×600 MPa=540 MPa
==0.95×550 MPa=522.5 MPa
由上面所給式子可計(jì)算得出≥190.45mm
齒寬為 b==190.45mm
模數(shù) m1===13.60 mm
齒高 h=2.25m1=30.61mm
查閱資料可得動(dòng)載系數(shù)=1.12；直齒輪中；使用系數(shù)；不是堆成分布，確定=1.432；由圖及已算出參數(shù)可得=1.35；所以實(shí)際的載荷系數(shù)
=1.594
則可以算出實(shí)際載荷系數(shù)下的分度圓直徑為
=203.64 mm
則模數(shù)為
m1===14.56 mm
按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)公式用