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摘 要
因?yàn)榛ㄉ枨蟮脑黾訉?dǎo)致了花生種植面積增加，花生產(chǎn)量也在逐年增加。市面上的花生深加工產(chǎn)品也越來(lái)越多，將花生剝殼后深加工提高產(chǎn)品附加值。所以市面上的花生剝殼機(jī)也是越來(lái)越多。機(jī)器也是層次不齊，市面上花生剝殼機(jī)普遍存在的穩(wěn)定性不好、不能適應(yīng)條件不好環(huán)境和剝率較低等問(wèn)題，所以設(shè)計(jì)了刮板式花生剝殼機(jī)。
根據(jù)花生剝殼機(jī)剝殼部件的轉(zhuǎn)速和功率，選擇了皮帶傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)。然后再根據(jù)刮板半徑設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)軸、半柵篩、箱體等零部件; 本文首先介紹了剝殼機(jī)的國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及研究意義。其次，本文確定了花生剝殼機(jī)的整體方案設(shè)計(jì)，以及介紹了剝殼機(jī)的分類和主要組成，以及現(xiàn)狀存在的問(wèn)題。根據(jù)現(xiàn)狀問(wèn)題確定了主體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和布置。然后，本文介紹了花生剝殼機(jī)主體結(jié)構(gòu)詳細(xì)設(shè)計(jì)，其中包括帶輪，主軸，刮板，電動(dòng)機(jī)，等具體設(shè)計(jì)和計(jì)算。圖文并茂的討論了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后對(duì)整體設(shè)計(jì)過(guò)程做出總結(jié)，分析了設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到的問(wèn)題，從設(shè)計(jì)過(guò)程中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。
關(guān)鍵詞: 花生；花生剝殼機(jī)；剝殼機(jī)械化；刮板剝殼；三維建模
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Abstract
With the continuous development of peanut farming, peanut production increased year by year. Peanut processing products available in the market, more and more, the deep processing of peanut sheller higher value added products. So the market is more and more peanut sheller. Machine is uneven levels, poor stability of the market peanut sheller exist, can not meet the conditions of the poor environment and stripping rate and other issues, the design of the scraper peanut sheller.
According sheller parts speed and power, the choice of a belt drive, electromagnetic motor, based on the design speed and radius of the shaft, half grizzly, cabinet and other components; This paper describes the current situation of domestic development Sheller and significance. Peanut Sheller is from the hopper, the guide mechanism, broken shell body, transmission and other components, is relying on the material by its own gravity to form a top-down system of pipeline operations. Secondly, we determined the overall program design peanut sheller, and introduced the existing classification sheller and main components, and the status of the problem. Finalized the design and layout of the main structure. Then, the paper describes the main structure of the peanut sheller detailed design, including pulleys, spindle, scraper, motors, and other specific design and calculation. Comprehensive and detailed discussion of the structural design of the transmission mechanism and the actuator. Finally, make a summary of the overall design process, analyzes the problems encountered in the design process, summarize experiences and lessons learned from the design process.
Keywords: Peanut; peanut sheller; peel mechanization; scraper peel; dimensional modeling
目錄
目錄 1
1緒論 1
1.1課題提出的背景 1
1.2 花生脫殼機(jī)械的發(fā)展 1
1.3 花生脫殼機(jī)械的研究應(yīng)用現(xiàn)狀 3
1.3.1 當(dāng)前花生剝殼機(jī)使用的脫殼技術(shù) 3
1.3.2 新型脫殼技術(shù) 3
1.3.3 花生脫殼機(jī)械的工藝研究 4
1.3.4 花生脫殼機(jī)械存在的問(wèn)題 4
1.4 花生脫殼機(jī)械研究重點(diǎn) 5
1.4.1 研究剝殼機(jī)械的常用性和適應(yīng)性 5
1.4.2 提高花生機(jī)剝殼率,降低破損率 5
1.4.3 提高剝殼自動(dòng)化程度 5
2 刮板式花生剝殼機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 6
2.1 選擇刮板花生去殼機(jī)理由 6
2.2刮板式花生剝殼機(jī)主體結(jié)構(gòu) 6
2.2.1破殼部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7
2.2.2風(fēng)機(jī)分離部分的設(shè)計(jì) 7
3 刮板式花生剝殼機(jī)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 9
3.1設(shè)計(jì)前各項(xiàng)參數(shù)的確定 9
3.1.1 刮板的半徑及轉(zhuǎn)速確定 9
3．1．2 刮板所需功率計(jì)算 9
3.1.3可用傳動(dòng)部件的分析 10
3.1.4可用傳動(dòng)部件的選擇 10
3.1.5電動(dòng)機(jī)的選擇 11
3.2 電機(jī)與軸之間的V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 13
3.2.1 V帶計(jì)算 13
3.2.2 V帶輪的設(shè)計(jì) 14
3.3主軸的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算 16
3.4 軸承和鍵的選擇 19
3.4.1軸承的選擇 19
3.4.2鍵的選擇 20
3. 5刮板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
3.6半柵篩的設(shè)計(jì) 21
3.7慣性篩分選系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22
3.7.1慣性篩原理分析 22
3.7.2篩網(wǎng)運(yùn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu) 22
3.7.3、設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu) 22
3.7.3曲柄軸設(shè)計(jì) 24
3.7.4連桿設(shè)計(jì) 26
3.7.5慣性篩的曲柄軸與刮板軸間的V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 27
3.8篩網(wǎng) 29
3.9風(fēng)機(jī)分離部分的設(shè)計(jì) 29
3.10 機(jī)架的模態(tài)分析 30
3.10.1 模態(tài)建立過(guò)程 30
3.10.2 模態(tài)分析 31
4 使用花生脫殼機(jī)的要求 35
4.1花生脫殼機(jī)操作方法與注意事項(xiàng) 35
4.2花生剝殼機(jī)的保存方法 35
5 總結(jié) 36
5.1 本文總結(jié) 36
5.2 設(shè)計(jì)遇到問(wèn)題 36
參考文獻(xiàn) 37
1緒論
1.1課題提出的背景
花生含有大量的脂肪和蛋白質(zhì)，它是我們?nèi)粘Ｉ町?dāng)中最要的植物油來(lái)源之一。也是我們?nèi)粘z取植物植物蛋白重要來(lái)源。在平時(shí)的烘培食品當(dāng)中，經(jīng)常含有使用花生或脫脂后花生餅粕蛋白質(zhì)的使用。在我們?nèi)粘５娘嬍澈团胝{(diào)當(dāng)中可以起到原料或添加劑?，F(xiàn)在我們把花生蛋白質(zhì)作為原料或者食品添加劑不僅可以提高食品的蛋白質(zhì)，還可以改變食物的味道和形態(tài)。日常的人造奶油、起酥油、色拉油、調(diào)和油等都是花生油重要組成?；ㄉ粌H經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單加工就可食用，而且還可以加工成各種營(yíng)養(yǎng)豐富、色香味俱全食品和營(yíng)養(yǎng)品?；ㄉ庸こ筛碑a(chǎn)品產(chǎn)生的花生殼和花生餅粕可以用作飼料，提高花生的經(jīng)濟(jì)效益。
一般花生作為出口產(chǎn)品或深加工產(chǎn)品，都需要進(jìn)行剝殼加工這道工序，花生在榨取花生油的時(shí)候，為了提高出油率。都會(huì)對(duì)花生去殼。傳統(tǒng)花生剝殼是手工剝殼，手工剝殼不僅效率低，而且手容易起水泡，長(zhǎng)繭。因此在主產(chǎn)區(qū)的廣大農(nóng)民急需一種工具來(lái)代替他們手工剝殼。使花生生產(chǎn)地的農(nóng)民不必浪費(fèi)勞動(dòng)力用手工剝殼方式剝殼，提高花生剝殼的速度滿足需求。
花生剝殼機(jī)就是把花生的外殼利用擠壓剪切等方法把外殼去掉從而得到花生仁一種農(nóng)業(yè)機(jī)械。但是由于花生的物理特性決定花生不能再收獲的時(shí)候就發(fā)明一種機(jī)器把花生給去殼。只有花生的含水量降到一定程度的時(shí)候才能剝殼保證剝殼后花生質(zhì)量，由于近幾年花生附加產(chǎn)品多，需求大，種植面積不斷增加?；ㄉ止儦ひ呀?jīng)無(wú)非滿足社會(huì)需要。實(shí)現(xiàn)花生剝殼機(jī)械自動(dòng)化是一種大勢(shì)所趨，刻不容緩。
1.2 花生脫殼機(jī)械的發(fā)展
中國(guó)最早的花生剝殼機(jī)產(chǎn)生和研究可以追查到1965年原八部下達(dá)的花生剝殼機(jī)的課題研究，至此之后陸陸續(xù)續(xù)就有各式各樣的不同功能的花生剝殼機(jī)問(wèn)世?？钍接邪üδ軉我坏幕ㄉ鷦儦C(jī)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單價(jià)格低，廣泛應(yīng)用于家庭。具有剝殼、分離和清選功能等多種功能的的花生剝殼機(jī)特點(diǎn)是體積比較大，分級(jí)功能多,基本用于花生深加工企業(yè)。國(guó)產(chǎn)花生剝殼機(jī)的種類很多，比如6BH-60型、6BH-20B型等，其工作效率都可以達(dá)到為人工工作效率的2O到60倍以上。
接下來(lái)讓我介紹我國(guó)近幾年的花生剝殼產(chǎn)品:
1）封閉柵條凹板、紋桿滾筒式花生剝殼機(jī)
早期我國(guó)的花生剝殼機(jī)研發(fā)主要是借鑒國(guó)外已有的一些技術(shù)成果，在此基礎(chǔ)上研制出的有TH-340型的花生剝殼機(jī)，剝殼部分是將若干根紋桿鑲嵌到圓筒上來(lái)組成封閉式的紋桿滾筒，然后下面則由鋼條來(lái)組成的柵條形式的凹板。該機(jī)器的入料口比較大，出料口比較小。機(jī)器工作的時(shí)候，花生在滾筒的推動(dòng)下有入口滾動(dòng)到出口。花生在滾筒和凹板中收到了沖擊，擠壓下進(jìn)行剝殼。因?yàn)榛ㄉ饕艿饺啻甑挠绊懼苯觿儦ぃ曰ㄉ钠茡p率比較高。同時(shí)為了將花生仁和未剝殼的花生分離開(kāi)來(lái)，通常這種剝殼機(jī)構(gòu)都需要一個(gè)分離裝置。所以在之后陸陸續(xù)續(xù)研制出TH-47O型和BH-570型等各種剝殼機(jī)都有比較的改進(jìn)。
2）直立橡膠板與封閉的橡膠板滾筒組成的剝殼機(jī)
該機(jī)器的剝殼裝置是封閉膠輥和直立膠板，采用了擠壓的剝殼原理。機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，是膠輥?zhàn)尰ㄉ苿?dòng)，過(guò)程中通過(guò)間隙為5-20mm。由膠輥和膠板之間相互作用的擠壓作用下脫殼，這樣可以很好地避開(kāi)了剝殼部件的揉搓作用,相同的破碎率就有所降低，但仍可在保持在5％以上。原因是由于直徑小的花生在還沒(méi)有剝殼的時(shí)候就已經(jīng)被分選出來(lái)了，所以剝殼的效率很低，只有30%左右。所以不得不在后面增設(shè)一個(gè)循環(huán)機(jī)構(gòu)，以使花生在經(jīng)多次擠壓來(lái)提升脫殼率，但這樣機(jī)器結(jié)構(gòu)就變得復(fù)雜、體型就變得很龐大。
3）開(kāi)式的紋桿滾筒和編織凹板式花生剝殼機(jī)
剝殼機(jī)采用了編制的絲網(wǎng)來(lái)編制凹板和使用兩個(gè)金屬條紋桿組成的開(kāi)式滾筒。作業(yè)時(shí)，滾筒的推動(dòng)著花生前進(jìn)，受執(zhí)行部件的擠壓揉搓來(lái)達(dá)到剝殼作用，該結(jié)構(gòu)與封閉滾筒式是很不同的，花生主要是受到開(kāi)式條紋滾筒的攪拌作用進(jìn)行剝殼，但是有個(gè)弊端是這個(gè)力是柔性的。也因此破損率比較低，還只可控制在3%-5% 。但是他的剝凈率比較高，其原因是凹板是編制網(wǎng)孔凹板，在剝殼的時(shí)候只有直徑小于網(wǎng)孔的花生在沒(méi)有剝殼的情況下被分離出來(lái)。長(zhǎng)果的花生則沒(méi)有別分離。
4）立式剝殼機(jī)械
立式的剝殼機(jī)是采用了由兩根扁鋼在條經(jīng)過(guò)焊接的情況下而制成立式的轉(zhuǎn)子，下面裝著用編織絲網(wǎng)而制成的具有編織平底篩網(wǎng)，在剝殼機(jī)內(nèi)部，花生在立式的轉(zhuǎn)子的推動(dòng)下進(jìn)行相互的磨擦，因此花生就可以這樣剝殼了。該方法叫做柔性的揉搓法。經(jīng)過(guò)多次的實(shí)踐證明，該機(jī)對(duì)花生仁的破碎率很低，可以控制在3％以下的。但其所有的缺點(diǎn)就是因采用立式傳動(dòng)則傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是比較復(fù)雜的。
5）編織凹板滾筒與開(kāi)式扁條滾筒組合而成的剝殼機(jī)
該機(jī)器用的是開(kāi)式扁條滾筒（三根用剛制成扁條）和凹板結(jié)構(gòu)（用編織絲網(wǎng)制成）。該機(jī)器在使用時(shí)候，是扁條推動(dòng)花在其滾動(dòng)行轉(zhuǎn)動(dòng)，凹板與扁條形成活動(dòng)層?；ㄉ谠撨\(yùn)動(dòng)層內(nèi)進(jìn)行著互相揉搓而使其達(dá)到剝殼作用。由于在該機(jī)構(gòu)中，避開(kāi)了剝殼部件擠壓沖擊的直接作用，使用該機(jī)器優(yōu)點(diǎn)是：避開(kāi)了剝殼部件直接沖擊作用。是花生搓花生的作用，這樣花生破損率比較低屬于柔性剝殼。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明該機(jī)器破傷率(破碎率+損傷率)僅僅只有0.91。
1.3 花生脫殼機(jī)械的研究應(yīng)用現(xiàn)狀
當(dāng)前國(guó)內(nèi)的花生剝殼機(jī)其的剝殼原理、材料和構(gòu)造基本可分為擠壓、揉搓鋼紋桿-鋼柵條與凹板。打擊、揉搓為主的橡膠滾筒與橡膠浮動(dòng)凹板兩大類。普遍存在脫殼質(zhì)都不高情況，破損率大9%的情況。所以剝殼出來(lái)的花生一樣用于榨油。沒(méi)有達(dá)到出口貿(mào)易的標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)在主要是研究先進(jìn)的脫殼原理來(lái)解決花生剝殼機(jī)現(xiàn)在存在主要問(wèn)題的一種方法。
1.3.1 當(dāng)前花生剝殼機(jī)使用的脫殼技術(shù)
當(dāng)前花生脫殼機(jī)使用的脫殼技術(shù)分以下幾種。
①撞擊法脫殼：花生受到高速運(yùn)轉(zhuǎn)的沖擊力的阻撓，導(dǎo)致花生殼產(chǎn)生破裂已達(dá)到破殼的目的。
②碾搓法脫殼：花生固定在定磨片上受到了來(lái)自動(dòng)磨片碾搓的作用，導(dǎo)致花生外殼像是被外殼撕裂樣子可以實(shí)現(xiàn)脫殼。
③剪切法脫殼：花生固定在刀架上受到來(lái)至刀板的剪切力的作用，花生外殼瞬間被切裂打開(kāi)，使花生和果仁能夠分開(kāi)。
④擠壓法脫殼：在兩根輪轂中間放入花生，然后是兩個(gè)輪轂的轉(zhuǎn)速相同方向相反，期間在調(diào)整間隙?；ㄉ釉陂g隙收到旋轉(zhuǎn)擠壓的力使花生殼破裂。
⑤搓撕法脫殼：和擠壓脫殼有點(diǎn)相識(shí)是用橡膠輥筒進(jìn)行搓撕作用進(jìn)行脫殼
1.3.2 新型脫殼技術(shù)
①壓力膨脹法：首先用一定的壓力氣體沖入花生殼內(nèi)，讓他們保持一段時(shí)間。當(dāng)花生內(nèi)外氣壓達(dá)到一致的時(shí)候。之后再瞬間卸壓，在內(nèi)外平衡被打破的時(shí)候，殼體的氣壓因與外部差的作用下產(chǎn)生了巨大的爆破力而使得沖破殼體，從而使其達(dá)到脫殼的目的。
②真空法：它與壓力膨脹法相反，是把花生放在真空爆殼機(jī)里，然后加熱具有水分的花生到達(dá)一定程度的溫度時(shí)，再用真空泵抽吸?；ㄉ谖鼰嵬瑫r(shí)外殼的水分逐漸蒸發(fā)，其外殼的韌性和強(qiáng)度都在降低，但是它的脆性卻不斷在增加。在真空的作用殼外壓力也在下降，殼內(nèi)的壓力還保持在較高的水平。當(dāng)這樣保持到一定數(shù)值的時(shí)候，就會(huì)使外殼爆炸進(jìn)行剝殼。
③激光法 使用激光切割每個(gè)花生的外殼。有數(shù)據(jù)表明，這個(gè)方法可以使花生達(dá)到100%的完整率。但是這個(gè)費(fèi)用高昂，效率也不高等特點(diǎn)。所以不容易被使用。
1.3.3 花生脫殼機(jī)械的工藝研究
花生剝殼機(jī)我們除了在設(shè)備和原理研究外，我們也在研究剝殼工藝來(lái)提高花生剝殼的效率和剝殼質(zhì)量，有以下兩種工藝。
分級(jí)處理：首先把花生按大小分級(jí)，在根據(jù)大小相同進(jìn)行脫殼，可以提高脫殼率和減少破損率。
水分含量：花生果的含水量對(duì)剝殼質(zhì)量有很大影響，通?；ㄉ鷼ず蚀?，它的韌性比較大，也不容易搓破。但是花生的含水少，它剝殼的時(shí)候容易破損。所以要讓花生殼含水少而花生含水多一點(diǎn)。這樣有利于提高剝殼質(zhì)量。也就是說(shuō)讓外殼含水率低可以保證它具有最大脆性，仁不能因?yàn)樗偃菀灼屏?，要讓仁有一定的水分。保證讓人有一定的塑性變形，減少人的破損率。
1.3.4 花生脫殼機(jī)械存在的問(wèn)題
現(xiàn)在我國(guó)的花生剝殼機(jī)還是停留在90年代的階段。主要是資金投入不足，花生剝殼機(jī)的關(guān)鍵部件還是停留在以前水平。。所以基本上剝殼性能也沒(méi)有什么大的突破。因此機(jī)械剝殼對(duì)花生仁的損傷率都很高，用來(lái)作為種子的和長(zhǎng)期保存的都用手工剝殼。機(jī)械剝殼主要存在幾點(diǎn)問(wèn)題：① 脫殼率低，破損率大。② 性能不穩(wěn)定。③ 適應(yīng)環(huán)境差④ 剝殼成本還是有點(diǎn)高。⑤ 沒(méi)有進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，性能和商品還有待時(shí)間上考慮。
1.4 花生脫殼機(jī)械研究重點(diǎn)
從我過(guò)加入wto之后，剝殼機(jī)需求增多，導(dǎo)致國(guó)內(nèi)外對(duì)花生剝殼機(jī)重視和研究，現(xiàn)在花生剝殼機(jī)存在問(wèn)題，在以后發(fā)展中對(duì)花生剝殼機(jī)的生產(chǎn)產(chǎn)生的問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，不斷完善性能和功能。
1.4.1 研究剝殼機(jī)械的常用性和適應(yīng)性
當(dāng)前研究花生剝殼機(jī)的適應(yīng)性和常用性是主要研究方向，現(xiàn)在的許多花生剝殼機(jī)專門針對(duì)一個(gè)地區(qū)或者專門的品種來(lái)設(shè)計(jì)，其通用性和兼容性比較差。所以提高花生剝殼機(jī)的通用性和兼容性可以通過(guò)更換重要部件就能對(duì)其他帶殼物料進(jìn)行脫殼加工。研究通過(guò)更換重要部件就能滿足不同堅(jiān)果脫殼需要，同時(shí)提高工藝水平，降低機(jī)器的生產(chǎn)成本。適應(yīng)不同企業(yè)加工需求，如果花生剝殼機(jī)械能夠適應(yīng)這種發(fā)展方向，可以影響該機(jī)械能否更好推廣。
1.4.2 提高花生機(jī)剝殼率,降低破損率
現(xiàn)在花生剝殼機(jī)均存在脫殼率和破損率的之間矛盾，怎么提高剝殼率，降低破損率一直都是剝殼機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)。探討新的關(guān)鍵技術(shù)，提升結(jié)構(gòu)的方便性。重點(diǎn)攻關(guān)這項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)可以影響花生剝殼機(jī)的發(fā)展前景。
1.4.3 提高剝殼自動(dòng)化程度
和自動(dòng)化方向發(fā)展的大多數(shù)機(jī)器仍然依賴于人工喂養(yǎng)和定位的自動(dòng)控制，影響運(yùn)行速度和運(yùn)行質(zhì)量，因此運(yùn)動(dòng)電氣，新技術(shù)等方面，進(jìn)一步提高加工精度和運(yùn)行速度，提高脫殼產(chǎn)品質(zhì)量和效率，滿足加工企業(yè)的需求，增加國(guó)內(nèi)外的市場(chǎng)占有率。
隨著人類社會(huì)發(fā)展，將有不斷有新的技術(shù)、結(jié)構(gòu)、工藝不斷被研究出來(lái)。運(yùn)用于花生剝殼機(jī)械當(dāng)中。當(dāng)液壓傳動(dòng)技術(shù)、電子電力技術(shù)、等行業(yè)的發(fā)展。一些低效率的傳動(dòng)和笨重材料將被淘汰。同時(shí)新的技術(shù)運(yùn)用將會(huì)提高機(jī)械的運(yùn)行效率，提高機(jī)械的使用時(shí)間，怎么使用這些新的技術(shù)運(yùn)用到機(jī)械當(dāng)中是我們當(dāng)前研究的題目。
2 刮板式花生剝殼機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1 選擇刮板花生去殼機(jī)理由
由于當(dāng)前花生剝殼機(jī)都存在性能不穩(wěn)定，脫殼率與破損率想矛盾，環(huán)境適應(yīng)能力差通用性和利用率低等問(wèn)題，所以設(shè)計(jì)了刮板式花生剝殼機(jī)，通過(guò)改進(jìn)花生剝殼機(jī)的技術(shù)方案，使它的穩(wěn)定性和通用性利用率提高。
設(shè)計(jì)的刮板式花生去殼機(jī)具備撞擊法，碾搓法，剪切法和擠壓法的特點(diǎn)，所以脫殼效率很高，效果好.［1］
2.2刮板式花生剝殼機(jī)主體結(jié)構(gòu)
刮板式花生脫殼機(jī)主要由進(jìn)料箱脫殼轉(zhuǎn)軸部件（包括刮板架和刮板） 慣性篩、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、支 架、花生殼收集斗等組成。如圖2-1所示。
圖2-1
1剝殼箱 2.風(fēng)機(jī) 3.花生仁出口 4.電機(jī) 5.機(jī)架 6.花生殼收集箱7.傳動(dòng)裝置
運(yùn)行過(guò)程是從上往下，從花生收集開(kāi)始，花生進(jìn)入剝殼箱。經(jīng)過(guò)刮板的擠壓和撞擊后才能進(jìn)行剝殼，有些沒(méi)有被剝殼的花生留在柵格上面再次經(jīng)過(guò)刮板碾搓和擠壓進(jìn)行剝殼。刮板和柵格間隙稱為剝殼間隙，剝殼間隙影響破碎率和生產(chǎn)率。半籠篩柵條與柵條間隙影響破碎率和脫凈率。把柵條做成半籠篩固定在剝殼箱內(nèi)，剝殼后花生殼和花生仁經(jīng)過(guò)半籠篩下落，同時(shí)受到風(fēng)機(jī)吹來(lái)的風(fēng)，把花生殼吹到收集斗?；ㄉ突ㄉ室?yàn)楸容^重下落到慣性篩上，慣性篩把花生和花生仁分開(kāi)?；ㄉ试趹T性篩的作用下從過(guò)濾網(wǎng)一邊收集起來(lái)。收集起來(lái)的花生在換一次間距小一點(diǎn)的半籠篩進(jìn)行剝殼。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-2所示。
圖2-2
2.2.1破殼部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
破殼機(jī)構(gòu)是使用刮板與花生的撞擊來(lái)實(shí)現(xiàn)花生的破碎工作的，如下示意圖就很清楚地表達(dá)了花生在工作機(jī)構(gòu)中是如何被破除外殼的。（圖2-2）這個(gè)結(jié)構(gòu)很充分地利用了柵籠和刮板之間的配合，柵籠中兩鐵棒之間的距離經(jīng)過(guò)很合理的設(shè)計(jì)，這樣?xùn)呕\就可以當(dāng)做花生破殼的支撐點(diǎn)，而且還未破殼的花生就不會(huì)從柵籠之間掉下，同時(shí)刮板與柵籠之間的距離也是經(jīng)過(guò)合理的設(shè)計(jì)使得不同尺寸的花生都可以被刮板敲擊到而達(dá)到破殼的目的，而在破殼完成后花生在刮板旋轉(zhuǎn)情況下達(dá)到殼仁分離同時(shí)也因?yàn)槌叽绲臏p少而可以順利通過(guò)柵籠進(jìn)入下一道工藝。
圖1 柵籠與刮板的配合進(jìn)行花生的破殼
2.2.2風(fēng)機(jī)分離部分的設(shè)計(jì)
在上一部分花生與仁分離后經(jīng)過(guò)柵籠進(jìn)入了風(fēng)力分離部分，其利用花生殼與花生仁的質(zhì)量不同則，則選擇適當(dāng)型號(hào)的風(fēng)機(jī)將花生殼吹離（風(fēng)力太小則沒(méi)效果，風(fēng)力過(guò)大會(huì)將花生仁也吹走），從下圖（圖2-3）的示意圖就可以看出由風(fēng)機(jī)直接送風(fēng)將花生殼吹離，但是從中也能看出風(fēng)機(jī)并不能完全的解決花生殼雜質(zhì)問(wèn)題，還是有些不能清除。
圖2-3 花生剝殼機(jī)風(fēng)機(jī)部分示意圖
3 刮板式花生剝殼機(jī)關(guān)鍵部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
刮板式花生剝殼機(jī)能否正常運(yùn)行，關(guān)鍵是要看重要部件的設(shè)計(jì)。如果設(shè)計(jì)的合理規(guī)范，機(jī)器才能正常運(yùn)行。假如設(shè)計(jì)不合理，機(jī)器是不能正常運(yùn)行，設(shè)計(jì)出來(lái)就是一堆廢品，所以花生剝殼機(jī)的關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)起到重中之重，規(guī)范人性化設(shè)計(jì)可以給我們使用機(jī)器帶來(lái)許多方便。
3.1設(shè)計(jì)前各項(xiàng)參數(shù)的確定
3.1.1 刮板的半徑及轉(zhuǎn)速確定
根據(jù)期刊可以知道當(dāng)刮板轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)速度要達(dá)到確保能夠?qū)⒒ㄉ鷼ねㄟ^(guò)打擊作用撞碎。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，當(dāng)刮板和花生果的相對(duì)速度達(dá)到4-5m/s時(shí)候，能夠比較好的破碎花生殼的效果。根據(jù)這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)設(shè)計(jì)刮板軸的轉(zhuǎn)速和刮板旋轉(zhuǎn)半徑。[1]
如圖3-1，當(dāng)花生下落的位置基本都在板軸半徑的0.5R至R之間。設(shè)計(jì)是用0.5R的最小半徑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。
為了有較高的生產(chǎn)效率，取半徑R=260mm ，v=4-5m/s由
，r=0.5R，
得n=294~367.5 r/min；
圖3-1
3．1．2 刮板所需功率計(jì)算
因?yàn)楣伟迨交ㄉ鷦儦C(jī)剝殼原理是高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)刮板，對(duì)花生果進(jìn)行反復(fù)打擊與碰撞以及刮板和半籠篩對(duì)花生果產(chǎn)生摩擦和碾搓，剪切，擠壓下進(jìn)行的。所以脫殼功率不是簡(jiǎn)單的動(dòng)能能夠計(jì)算。還要考慮到空氣阻力和摩擦對(duì)剝殼的功率的影響。所以在就算功率的時(shí)候不能忽略。應(yīng)該按照以下公式計(jì)算。
Rd——每脫1kg物料所需功（N.m/kg）
K ——花生與刮板的摩擦系數(shù)；
A——運(yùn)轉(zhuǎn)消耗的功率系數(shù)
Q——脫殼機(jī)的加工量（kg/h）
——機(jī)械效率；
P=(KW)
首先根據(jù)設(shè)計(jì)要求取Q=1000kg/h，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取K=2，A=1.4 ，Rd=300 N.m/kg， =0.7計(jì)算出結(jié)果功率等于1.2kw，所以刮板花生剝殼機(jī)的需要的功率應(yīng)該不低于1.2kw。[2］。
3.1.3可用傳動(dòng)部件的分析
花生剝殼機(jī)在電機(jī)動(dòng)力出來(lái)后的傳送過(guò)程中可以通過(guò)的方式有直齒輪、斜齒輪、帶輪和渦輪蝸桿傳動(dòng)等的傳送方發(fā)。如下表（表3-1）所示的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較分析：如表3-1
表3-1目前可供選擇的常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)
帶傳動(dòng)
特點(diǎn)是：傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲低、有利于清潔，同時(shí)具備有緩沖減振和過(guò)載保護(hù)的作用，維修方便。而且與鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)相比較，帶傳動(dòng)的強(qiáng)度較低還有就是及疲勞壽命較短
齒輪傳動(dòng)
效率高、傳動(dòng)比穩(wěn)定、工作可靠、壽命長(zhǎng)、結(jié)構(gòu)緊湊、比帶、鏈傳動(dòng)
所需的空間尺寸小
渦輪蝸桿傳動(dòng)
傳動(dòng)比較大，且體積小，單頭的渦輪蝸桿還具有的能自鎖，不需要另加制動(dòng)裝置就羅任意德停在任意位置，但其不足之處就是它的效率太低
3.1.4可用傳動(dòng)部件的選擇
1、 齒輪的傳動(dòng)
電動(dòng)機(jī)通過(guò)一個(gè)有保護(hù)作用的聯(lián)軸器將扭距帶出引入，并傳入一個(gè)帶有分配著傳動(dòng)比的減速器，接著通過(guò)聯(lián)軸器傳人開(kāi)式的齒輪副，這樣同時(shí)帶動(dòng)兩軸的傳動(dòng)。如下圖（圖3-2）所示。
圖3-2 齒輪式傳動(dòng)的系統(tǒng)圖
用齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)是：工作很是可靠，壽命也比較長(zhǎng)，傳動(dòng)精確且具備著效率高和結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)，還有就是功率和速度適用范圍廣等，但是其成本相對(duì)地來(lái)說(shuō)是較高的，對(duì)于制造這種小型的花生剝殼機(jī)是很不合算的。
2、 V帶傳動(dòng)
由電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)距通過(guò)如下圖所示（圖3.6），皮帶使用皮帶輪傳人了沖壓機(jī)并直接傳人主動(dòng)軸。
圖3-3 皮帶式傳動(dòng)系統(tǒng)圖
這種帶輪的傳動(dòng)方式就是傳動(dòng)平穩(wěn)，噪音低的特點(diǎn)，同時(shí)還可以起到過(guò)載保護(hù)的作用。帶傳動(dòng)的成本是比較低的，對(duì)于刮板式花生剝殼機(jī)這種對(duì)傳動(dòng)比的要求并不是很高的機(jī)器就可以選擇使用帶傳動(dòng)來(lái)達(dá)到減速作用，帶的傳動(dòng)方式還可以使制造更方便且達(dá)到比較經(jīng)濟(jì)。
3.1.5電動(dòng)機(jī)的選擇
電機(jī)的選擇包括的類型，選擇結(jié)構(gòu)，功率和速度，并確定類型的。最常用為三相交流異步電動(dòng)機(jī)。所以一般來(lái)說(shuō)盡量選擇Y系列類型的三相異步交流電動(dòng)機(jī)。特點(diǎn)是啟動(dòng)性能好，所以一般應(yīng)用于要求較高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩機(jī)械。最主要的是它價(jià)格低廉，工作效率也高，可靠性好且穩(wěn)定。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單有利于維修。但是不適合在易燃易爆有腐蝕的場(chǎng)所。
根據(jù)計(jì)算的轉(zhuǎn)軸需要的功率和轉(zhuǎn)速，可以確定兩種電機(jī)型號(hào):
分別是Y90L-4型 和Y100L-6型
根據(jù)電機(jī)全負(fù)荷的速度和刮板速度可以計(jì)算總傳動(dòng)比，在下表3-2中的數(shù)據(jù)和兩個(gè)電機(jī)傳動(dòng)比。
表3-2 傳動(dòng)比
方案號(hào)
電機(jī)型號(hào)
額定功率kw
同步轉(zhuǎn)速r/min
滿載轉(zhuǎn)速r/min
總傳動(dòng)比 i
1
Y100L-6
1．5
1000
940
2．459
2
Y90L-4
1．5
1500
1400
3.81
從表中可以看出方案一：總傳動(dòng)比小，但價(jià)格高，不適用于家庭小農(nóng)業(yè)機(jī)械，所以方案選擇2，電機(jī)型號(hào)Y90L-4。結(jié)構(gòu)如圖3-4。
圖3-4 電機(jī)
查看機(jī)械手冊(cè)可知電機(jī)的中心距H=90mm，軸外徑為24mm，軸的外伸長(zhǎng)度為50mm?？倢挒?80mm
軸的轉(zhuǎn)速：，，
軸的輸入功率：
軸的轉(zhuǎn)矩：
3.2 電機(jī)與軸之間的V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.2.1 V帶計(jì)算
通過(guò)上面電動(dòng)機(jī)的選擇和一些相關(guān)值的計(jì)算并確定了本機(jī)械的電動(dòng)機(jī)運(yùn)用Y90L-4型的電動(dòng)機(jī)，在上面我們已知的它的額定功率為1.5kw；同步轉(zhuǎn)速為1500r/min；滿載轉(zhuǎn)速為1400r/min；傳動(dòng)比=3.81。由此將這些數(shù)據(jù)運(yùn)用到通過(guò)查手冊(cè)所得的計(jì)算公式，可以得到：
1、確定計(jì)算功率Pca：查手冊(cè)得知=工況系數(shù) KA=1.1則Pca=KAP=1.1×1.5=1.65kw
2．V帶輪的型號(hào)選擇
V帶分有普通的V帶和窄V帶，這些帶的型號(hào)都是已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了。其中普通的V帶含有7中不同的型號(hào)分別是：Y、Z、A、B、C、D、E七種；而另一種窄的V帶輪標(biāo)準(zhǔn)的型號(hào)就只有四種他們分別是：SPZ、SPA、SPB、SPC，根據(jù) Pc、n1查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的書的找到最適合的帶為A型。
3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑
為了減小帶在工作時(shí)的彎曲應(yīng)力應(yīng)集中過(guò)大而采用較大的帶輪直徑，從而使主帶輪和從帶輪的尺寸都偏大些。一般我們都取≥dmin，根據(jù)主動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑系中進(jìn)行選取帶輪直徑=75mm[3]，則根據(jù)傳動(dòng)比可以算出從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑為：
從動(dòng)輪直徑:
由已知的功率公式P=Fv/1000可道，當(dāng)要傳遞的功率P達(dá)到一定值時(shí)，帶的速度v就會(huì)越高，根據(jù)公式可以看出所需要的圓周力F則越小，因而V帶的根數(shù)就不需要那么多。由公式
所以符合設(shè)計(jì)要求
4．確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：
初取中心距a0=700m符合0.7（d1+d2）
120°
6.計(jì)算V帶的根數(shù)z:
已知,,=3.81 查表得：，，，代入公式，計(jì)算得:Z=1.99.所以根數(shù)取2
7. 通過(guò)計(jì)算求出帶作用在帶輪軸上的壓力FQ
查文獻(xiàn)[3]表得
8.計(jì)算作用在軸上的壓軸力
代入數(shù)值計(jì)算得=678.04N。
3.2.2 V帶輪的設(shè)計(jì)
1、V帶輪的材料：
在V型帶輪的材料選用時(shí)，最經(jīng)常用的是HT150和HT200這兩種，當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較高時(shí)（也就是帶輪的尺寸較大時(shí)）可以采用鑄鋼或者用鋼板沖壓加工后再焊接而成。當(dāng)功率不那么大的時(shí)候材料的選擇上就比較松，可以使用鑄鋁或者塑料來(lái)進(jìn)行。關(guān)于刮板式花生剝殼機(jī)的設(shè)計(jì)所需要的載荷不大，所以可以選擇HT150來(lái)作為帶輪的材料。
2、帶輪的結(jié)構(gòu)形式：
根據(jù)所使用帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸的不同，V帶輪通常使用的形式有：石心式、孔板式、腹板式以及橢圓輪廓的形式。小帶輪由于d1<2.5d，其中d為帶輪實(shí)際安裝時(shí)的軸的軸徑，因?yàn)槌叽缙∷钥刹捎脤?shí)心式。當(dāng)然看大帶輪，由于大帶輪由于d2<400mm。則要采取措施降低其重量，所以可以可采用腹板式的帶輪。
3、V帶輪的輪槽設(shè)計(jì)
V帶輪的輪槽尺寸是與前面所選用的V帶的型號(hào)相互對(duì)應(yīng)得起來(lái)的，大小帶輪的輪槽與V帶輪的A型相應(yīng)的尺寸如下表所示（表3-3）。
表3-3 輪槽尺寸
尺寸類型
小帶輪
大帶輪
輪槽類型
A
A
d（mm)
75
286
基準(zhǔn)寬度bd（mm)
11.0
11.0
基準(zhǔn)線上槽深hamin（mm)
2.75
2.75
基準(zhǔn)線下槽深hfmin（mm)
8.7
8.7
槽間距e（mm)
15±0.3
15±0.3
第一槽對(duì)稱面到端面距離
fmin（mm)
輪緣厚d（mm)
12
12
4、V帶輪的技術(shù)要求：
V帶輪的各部分鑄造時(shí)（輪、腹板、輪輻及輪轂）不允許有氣泡、縮孔、裂縫和砂眼，在鑄造過(guò)程中允許在應(yīng)力不提高的前提下可以加一些凸臺(tái)、腹板等部件等表面有缺陷的部件進(jìn)行修補(bǔ)。
5、V帶的張緊、安裝及維護(hù)：
V型帶輪的膠帶層在工作一段時(shí)間后，就會(huì)因?yàn)樗苄宰冃魏凸ぷ髂p使得V型帶松弛開(kāi)來(lái)，從而使張緊力變小，帶輪的傳動(dòng)能力也隨之下降，所以要定期地對(duì)膠帶層進(jìn)行檢查，如果發(fā)現(xiàn)其中有一根的松緊帶有損壞，則應(yīng)該將全部帶輪都換上新的，不能只換其中一根，因?yàn)樾屡f帶的張緊不一會(huì)使得帶輪傳動(dòng)不平穩(wěn)。如果舊帶還可以使用，應(yīng)測(cè)量其長(zhǎng)度，然后再選擇與其長(zhǎng)度相同的帶進(jìn)行組合使用。此處應(yīng)該注意的還有帶不能與礦物油酸堿等物質(zhì)接觸，免得使帶變質(zhì)；也不要把教導(dǎo)放在陽(yáng)光下暴曬。
3.3主軸的設(shè)計(jì)及參數(shù)計(jì)算
在花生剝殼機(jī)殼部分設(shè)計(jì)中最主要的部分就是軸的設(shè)計(jì)，這軸的作用是用來(lái)支撐刮板，并使其旋轉(zhuǎn)起來(lái)的機(jī)械零件同時(shí)還具有傳遞轉(zhuǎn)矩的功能。軸在設(shè)計(jì)時(shí)組要要考慮的設(shè)計(jì)因素有力學(xué)需求和制造工藝等，其中要做的事有選擇可用的合適材料，對(duì)軸的各個(gè)部分的形狀尺寸進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。并使用前面已經(jīng)得出的結(jié)果主軸的參數(shù)：轉(zhuǎn)速n=367.5r/min、輸入功率為P2=1.35kw、轉(zhuǎn)矩為35.08N.m來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
1、選擇主軸的材料
通常的軸選材上多用碳素鋼與合金鋼。因?yàn)檫@軸沒(méi)有其余特殊的要求，因此根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可以選用調(diào)制處理的45號(hào)鋼，并在其中的性能參數(shù)如下表3-4所示
表3-4材料的性能參數(shù)
毛坯直徑mm
硬度
HBS
強(qiáng)度極限
σB
屈服極限
σS
彎曲疲勞極限
σ-1
[σ0b]
[σ-1b]
≤200
217~255
650
360
300
102.5
60
2、初步估算最小軸徑
由公式查書得知取A0=105，于是得
3、主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的設(shè)計(jì)包含了輸出軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和全部尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)。首先要確定的是軸上各個(gè)零件的專配方案；其次是要對(duì)軸上零件的定位方式進(jìn)行確定；接著第三步是要計(jì)算并選定各個(gè)軸段的直徑和長(zhǎng)度尺寸。
軸的設(shè)計(jì)首先從V帶輪的安裝開(kāi)始的，取d1=22。為了滿足帶輪的安裝帶輪需要固定則可以使用一端軸肩定位，此處的直徑可以選擇d2=28mm，V帶輪的大小尺寸為50，要考慮到軸端擋圈跟V帶配合而不是軸端面配合，可以減少一些尺寸故取第一段長(zhǎng)度l1=49mm；第二段要經(jīng)過(guò)軸承端蓋，軸承端蓋的總長(zhǎng)度為25mm，此時(shí)端蓋外端與V帶輪間的距離為32.5mm，故l2=57.5mm；第三段安裝軸承，根據(jù)尺寸要求選擇深溝球軸承6207，故取d3=35mm， l3=17mm，第四段為軸承和刮板軸向定位，取d4=60mm，考慮刮板與壁厚距離所以取l4=28。第五段主軸上安裝執(zhí)行機(jī)構(gòu)刮板，去刮板的直徑d5=60mm，刮板架安裝長(zhǎng)度l5=500mm，因?yàn)檩S的兩端軸承必須一樣軸承，且滿足軸承的定位需要所以第6段取d6=35mm，l6=30mm。如圖3-3和表3-5所示。
圖3-3 主軸簡(jiǎn)圖
表3-5 主軸各段的尺寸設(shè)計(jì)
軸端名
軸I
軸II
軸III
軸IV
軸V
軸VI
直徑（mm）
22
28
35
65
60
35
長(zhǎng)度（mm）
34
57.5
27
18
500
30
3、軸強(qiáng)度的校核
由結(jié)構(gòu)圖和彎矩的計(jì)算得出第五段軸是危險(xiǎn)截面，載荷分析如圖3-5所示，則受力計(jì)算：轉(zhuǎn)矩：T＝35.081 N.mm ，直徑：已知d=60mm。
圓周力Ft：Ft=2T/d=35.081×2/0.06=1169.37N
徑向力Fr：Fa=Ft×tanα/cosβ=1415.2N
軸向力Fa：Fa =Ft×tanβ=634.4N
已知AB=271.50mm，BC=286.50mm，CD=115.00mm。
水平面上支撐反力：RH1=Ft×LBC/LAC=2367.7×286.5/558=1215.7N
RH2=Ft×LAB/LAC=2367.7×271.5/558=1152.0N
垂直面上支撐反力：
RV1=(Fr×LBC+Fa×d/2)/LAC=(1415.2×286.5+634.4×60/2)/558=760.7N
RV2=(Fr×LAB-Fa×d/2)/LAC=(1415.2×271.5-634.4×60/2)/558=654.4N
水平面上的彎矩： MH=660.0N.m
垂直面上的彎矩： MV=394.0N.m
總彎矩： = =768.7N.m
扭矩： αT=0.6×71.03=42.618 N.mm
計(jì)算當(dāng)量彎矩： ==768.7N.m
校核軸的強(qiáng)度，由公式
σe=Me/W=768.7×103/（0.1×603）=35.59Mpa<[σ-1b]=75Mpa
所以符合要求。
圖3-5載荷分析
3.4 軸承和鍵的選擇
3.4.1軸承的選擇
主軸上軸承的最主要作用就是對(duì)軸和軸上零件起到支撐作用，用軸承來(lái)保持軸承旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)精度和減少軸與支撐件之間因摩擦和磨損而降低軸的使用壽命，而是用滾動(dòng)軸承因其實(shí)滾動(dòng)摩擦，所以摩擦系數(shù)很低，其中阻力很小等特點(diǎn)，這類軸承在精度要求不太高的性價(jià)比好的機(jī)器中得到了廣泛的運(yùn)用。
軸承的選擇是根據(jù)軸上與軸承配合處的軸直徑以及軸承所承受的載荷大小與載荷的方向，此外還有考慮到軸向的定位方式：如固定式，調(diào)心式的性能要求，其他的還有剛度、轉(zhuǎn)速、工作環(huán)境的要求等。當(dāng)然在這里主軸的軸承只承受徑向力，所以可以直接選用深溝球軸承即可，根據(jù)上面所提到的軸承選擇翻閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得使用6207軸承。（GB/T276-1994）查閱的軸承具體參數(shù)看下表3-6。
表 3-6 軸承參數(shù)
6207
基本尺寸/mm
安裝尺寸/mm
極限轉(zhuǎn)速/(r/min)
基本額定動(dòng)載荷Cr
基本額定靜載荷C0r
d
D
B
ramin
da
min
Da
max
ra
max
脂潤(rùn)滑
油潤(rùn)滑
/kN
35
72
17
1.1
42
65
1
8500
11000
25.5
15.2
軸承的校核：由上表可知深溝球軸承6207的基本參數(shù)：Cr=25.5kN Cor=15.2kN
由前面計(jì)算可知n=367.5r/min T=35.081 N·mm P=1.35kw
軸承受到的徑向力：
= =1434.08N
= =1324.89N
因Fr1>Fr2，所以只要對(duì)左側(cè)的軸承校核即可。查書得，fp=1.0~1.2，取中間值fp=1.1。
則有當(dāng)量載荷：p=fp×Fr2=1.1×1434.08N
軸承預(yù)期壽命：Lh′=10×360×8=28800h
軸承壽命計(jì)算：Lh=106/60n×(Cr/p)3=106/（60×183.73）×(25.5/1.43408)3=509998h>28800
由上面的計(jì)算可以看出6027深溝球軸承是可以滿足要求的
3.4.2鍵的選擇
鍵的作用是將軸和軸上零件之間進(jìn)行轉(zhuǎn)矩的傳遞。有些軸的作用還有使得零件的軸向固定與移動(dòng)。
此處我們選用平鍵來(lái)將帶輪的轉(zhuǎn)矩傳遞到軸上。平鍵的工作面試在兩側(cè)面上，鍵的上表面與輪轂槽的下表面之間留有一定的間隙。由于前面我們?cè)O(shè)計(jì)的軸的直徑d1=22mm，根據(jù)查GB/T 1096-2003，所以取鍵尺寸：b×h=8×7，L=18~90mm。
根據(jù)軸的直徑我們?nèi)℃I長(zhǎng)度L=25mm。
3. 5刮板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
考慮到花生剝殼機(jī)是利用打擊和擠壓脫殼原理，所以對(duì)刮板的要求比較嚴(yán)格，需要一定剛度和強(qiáng)度。況且刮板式收到斷斷續(xù)續(xù)的沖擊。經(jīng)常磨損。［1］根據(jù)期刊實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，刮板使用木板和橡膠板的剝殼效果差，剝凈率在70%左右。使用鋼板的剝凈率可以控制在95%以上。所以刮板的零件都是使用45鋼制造然后用m10螺栓和刮板架相連接，讓刮板有利于調(diào)整和更換。刮板結(jié)構(gòu)是采用四個(gè)直鋼板組合成十字型并與連接桿用螺栓連接，而連接桿則是焊接固定在旋轉(zhuǎn)筒上其三維如圖3-6.
圖3-6 刮板
鋼板的長(zhǎng)和寬分別是500和130，刮板的內(nèi)徑和外徑分別是60和70，旋轉(zhuǎn)中心距是260。
3.6半柵篩的設(shè)計(jì)
半柵籠作用有兩點(diǎn)，一是讓剝殼的花生掉落，而是讓未剝殼花生繼續(xù)留在剝殼箱繼續(xù)剝殼。但是我國(guó)的品種比較多，尺寸大小不相同。一般來(lái)說(shuō)花生仁的尺寸在7-14mm之間。所以為了提高花生剝殼機(jī)的通用性，所以我們?cè)O(shè)計(jì)的時(shí)候可以設(shè)計(jì)不同尺寸的半籠篩來(lái)適應(yīng)不同品種花生。在剝殼的時(shí)候可以根據(jù)不同的花生選擇合適的花生。
脫殼時(shí)，刮板和半籠篩形成一個(gè)活動(dòng)層，該層的厚度就是刮板和半龍篩之間的距離，稱為剝殼間隙。剝殼間隙越小,破碎率和生產(chǎn)效率越高。為了降低破碎率,應(yīng)適當(dāng)增大剝殼間隙。經(jīng)試驗(yàn)證明,剝殼間隙最佳值30mm左右?？紤]到不同品種的花生果大小的差異,我們將剝殼間隙定為25-40mm可調(diào),脫小果時(shí)調(diào)為25-30mm,脫大果時(shí)可調(diào)為30-35mm。［4］
半籠篩的柵條是用兩塊墻板進(jìn)行固定的。柵條的材料是HT150墻板材料是HT200，柵條的直徑為10，長(zhǎng)度為576mm，因?yàn)樘厥庾饔?，還需對(duì)其表面進(jìn)行表面處理，可以滲碳和熱處理，組成半圓籠篩，間距為。這樣可以使剝出來(lái)的花生仁能夠過(guò)柵格，為剝花生繼續(xù)留在剝殼箱繼續(xù)剝殼。半籠柵的內(nèi)徑為。如圖3-7
圖3-7 半籠柵
3.7慣性篩分選系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.7.1慣性篩原理分析
當(dāng)設(shè)計(jì)慣性篩的時(shí)候，為了使花生沿工作表面不斷的來(lái)回運(yùn)動(dòng)，必須是篩網(wǎng)用一定頻率來(lái)振動(dòng)。慣性篩的動(dòng)力源是電機(jī)的轉(zhuǎn)速經(jīng)過(guò)兩次帶輪減速后傳遞到曲柄軸，然后曲柄軸通過(guò)連桿連接篩網(wǎng)，組成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)作為慣性篩執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
3.7.2篩網(wǎng)運(yùn)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)
這部分結(jié)構(gòu)是通過(guò)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)讓讓電機(jī)旋轉(zhuǎn)力變成前后擺動(dòng)，從而使得花生仁和剩余的花生果在不斷震動(dòng)的情況下分離開(kāi)來(lái)（因?yàn)樵谡饎?dòng)情況下大顆粒的花生會(huì)到最上面來(lái)）如圖3-8.
圖3-8篩網(wǎng)運(yùn)動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
3.7.3、設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)
先依照給定的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和尺寸參數(shù)來(lái)建立出機(jī)構(gòu)的方程。根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)要求建立的方程式也是不一樣的，接著再用不同的數(shù)學(xué)方法和解法來(lái)對(duì)其進(jìn)行求解并得到需要的尺寸。
確定曲柄長(zhǎng)a和連桿長(zhǎng)b現(xiàn)給定滑塊行程h=1，導(dǎo)路偏距e=0.3，而機(jī)構(gòu)的最大壓力角amax=[a]=30o，接下來(lái)使用解析法來(lái)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)計(jì)算偏置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，來(lái)確定曲柄長(zhǎng)a和連桿長(zhǎng)b，如圖3-9所示。
圖3-9 曲柄滑塊簡(jiǎn)圖
在上圖中作出曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的兩個(gè)極限位置及機(jī)構(gòu)具有最大壓力角的位置。從圖中就可以做出滑塊在兩極限位置的坐標(biāo)為x1和x2。即可得到以下三個(gè)方程：
再看上圖中最大壓力角的位置，還可得到以下關(guān)的系式：
為方便設(shè)m=，則上式可簡(jiǎn)化為
以上的四個(gè)方程就可以解出所需的參數(shù)：a、b、x1、x2。
用校園發(fā)簡(jiǎn)化上面的公式得：
但由于以上為二元二次方程組要計(jì)算的話就比較困難，所以就使用近似的計(jì)算方法來(lái)求解a和x1。
①選定a的初始值=0.5h，a的變化步長(zhǎng)=0.002，設(shè)定允許的誤差值d=0.001；
②第一次迭代，先選擇一個(gè)a的初始值，代入式(3.6.1-4)中求得第一次近似值。然后將和代入式(3.6.1-3)中，一般不能滿足此式，會(huì)出現(xiàn)誤差，即?
第二次迭代，先確定a的變化步長(zhǎng)，從而獲得第二次迭代的a值為將代入式(3.6.1-4)中求得。然后將和代入式(3.6.1-3)中得第二次迭代的誤差。
第三次迭代……（后面依次循環(huán)計(jì)算）得出的數(shù)據(jù)整理后如下表所示（表3-7）
表3-7 五次迭代的結(jié)果
迭代次數(shù)
a
x1
dx
1
0.3
0.968246
-0.06351
2
0.298
0.96618
-0.04767
3
0.296
0.964114
-0.0319
4
0.294
0.962048
-0.01619
5
0.292
0.959981
-0.00055
③由計(jì)算結(jié)果可以看出，第5次迭代結(jié)束d就小于給定的誤差值了。由此可將和值代入式得b=1.98,? x2=1.9599812 。
而我們這兒實(shí)際的滑塊運(yùn)動(dòng)距離為h=100mm， 則按照比例計(jì)算得偏心距為e=0.3×10=30mm， 曲柄長(zhǎng)度a=0.292×100=29.2mm，連桿長(zhǎng)度為 b=1.98×100=198mm。
3.7.3曲柄軸設(shè)計(jì)
軸的轉(zhuǎn)速：
軸的輸入功率：
軸的輸入轉(zhuǎn)矩：
1. 查書估算最小的軸徑算出軸的最小直徑，查機(jī)械手冊(cè)選取。
2.根據(jù)計(jì)算確認(rèn)主軸結(jié)構(gòu)如圖3-10所示。
圖3-10
（1）由于曲軸的設(shè)計(jì)從v帶輪開(kāi)始，V帶輪軸配合的轂孔長(zhǎng)34。根據(jù)計(jì)算軸的最小直徑取d7=22由于定位要求，應(yīng)在5-7段之間加一段軸肩，故d6=24，綜合考慮花生剝殼機(jī)支架的長(zhǎng)度由于v帶輪的專配需要，所以L6=28.5。
（2）曲柄滑塊機(jī)構(gòu)配合在支架的中間，取曲柄的偏心距為30、 L3=40，中間曲軸直徑去d3=20。
（3）曲軸跟軸承座之間有段距離，軸承座也需要軸向定位，所以d4=28，根據(jù)專配的需要保證曲軸在專配的中間，所以L4=240。
（4）曲軸需要兩個(gè)軸承座固定，且保準(zhǔn)安裝的穩(wěn)定，所以d1=25，L1=37，軸承座也需要一個(gè)定位，也需要滿足對(duì)稱需要，所以d2=28，所以L2=240。如
表3-8主軸各段的尺寸設(shè)計(jì)
軸端名
軸I
軸II
軸III
軸IV
軸V
軸VI
軸VI
直徑（mm）
22
24
25
28
20
28
25
長(zhǎng)度（mm）
34
28.5
38
40
40
240
37
3.選擇滾動(dòng)軸承
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，由于該軸沒(méi)有受軸向載荷的作用，考慮到軸承的性價(jià)比較高，選用軸承座來(lái)固定曲柄軸是最經(jīng)濟(jì)劃算的方案。外球面球軸承實(shí)際上是深溝球軸承的一種變型，特點(diǎn)是它的外圈外徑表面為球面，可以配入軸承座相應(yīng)的凹球面內(nèi)起到調(diào)心的作用。根據(jù)曲柄軸d1和d5=25，初步選用UCP205外球面軸承。具體參數(shù)如圖3-11和表3-9
圖3-11 軸承座
表3-9 參數(shù)表
帶座軸承型號(hào)Bearing Unit
No.
軸徑
Shaft Dia
外型尺寸Dimensions(mm)
重量
Weight
(kg)
d
mm
h
a
e
b
S1
S2
g
w
n
Bi
UCP205
25
36.5
140
105
38
13
19
15
71
14.3
34.1
0.80
（4）軸上零件的周向固定
V帶輪與軸7的周向定位采用平鍵聯(lián)接，
表平鍵參數(shù)如下：
長(zhǎng)度取25mm
3.7.4連桿設(shè)計(jì)
連桿在連桿機(jī)構(gòu)中兩端分別與主動(dòng)和從動(dòng)構(gòu)件連接以傳遞運(yùn)動(dòng)和力的桿件，為了保證連桿在結(jié)構(gòu)輕巧的條件下有足夠的剛度和強(qiáng)度，連桿材料采用精選含碳量的優(yōu)質(zhì)中碳結(jié)構(gòu)鋼45模鍛，表面噴丸強(qiáng)化處理，提高強(qiáng)度。剛制連桿的毛坯一般都是鍛造，其毛坯形式有兩種；一種是體、蓋分開(kāi)鍛造；另一種是將體、蓋鍛成一體，在加工過(guò)程中再切開(kāi)或采用脹斷工藝將其脹斷。采用整體模鍛的加工方式，具有原材料消耗少，勞動(dòng)生產(chǎn)率高、成本低等優(yōu)點(diǎn)。其圖3-12
圖3-12 連桿
根據(jù)曲軸設(shè)計(jì)出連桿，連桿的大端孔內(nèi)徑為Φ20外徑為Φ25，小端孔內(nèi)孔為Φ10外徑為Φ15。兩個(gè)中心距為200。
3.7.5慣性篩的曲柄軸與刮板軸間的V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
首先列出設(shè)計(jì)的基本條件：
曲柄軸輸入功率 P=1.323KW，轉(zhuǎn)速：=150r/min傳動(dòng)比：，假設(shè)每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間t<10h
1.確定計(jì)算功率
工作情況系數(shù) =1.1得
2.選擇V帶帶型
根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速查文獻(xiàn)確定帶型為A型
3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由主動(dòng)輪直徑選取，
從動(dòng)輪直徑為：，取得
驗(yàn)證v帶的速度
有
得=<=所以選的v帶合適
4.計(jì)算中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
初步確定中心距 根據(jù)
帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度：
=1820mm
選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度
實(shí)際中心距a：
由式得
5.驗(yàn)算主動(dòng)輪上包角
由式得
得出合適
6.計(jì)算V帶的根數(shù)z：
有參數(shù),,=2.45查表得
，，，代入數(shù)值，
得Z=1.56，取z=2。
7.計(jì)算預(yù)緊力
，得
8.計(jì)算作用在軸上的壓軸力
=896.9N
9.V帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表
表3-10 結(jié)構(gòu)參數(shù)
尺寸類型
小帶輪
大帶輪
輪槽類型
A
A
d（mm)
75
184
基準(zhǔn)寬度bd（mm)
11.0
11.0
基準(zhǔn)線上槽深hamin（mm)
2.75
2.75
基準(zhǔn)線下槽深hfmin（mm)
8.7
8.7
槽間距e（mm)
15±0.3
15±0.3
第一槽對(duì)稱面至端面距離fmin（mm)
輪緣厚d（mm)
12
12
3.8篩網(wǎng)
此花生剝殼機(jī)的篩網(wǎng)主要作用是把未剝殼的花生和花生仁分離出來(lái)。一般花生仁的尺寸一般是7-14mm，所以設(shè)計(jì)的篩網(wǎng)的孔的尺寸大小我設(shè)計(jì)為10mm。
花生剝殼機(jī)中選用鋼絲編織篩網(wǎng)，因?yàn)樗暮Y分效果較好，而且花生因自重較小故對(duì)它的損壞較小，故使用壽命較長(zhǎng)在這里使用比較合適。結(jié)構(gòu)如圖3-13。
圖3-13 篩網(wǎng)
3.9風(fēng)機(jī)分離部分的設(shè)計(jì)
這部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，就是利用花生仁與花生殼的重量相差很大所以就是用風(fēng)的作用把質(zhì)量較輕的花生殼從下圖所標(biāo)的花生殼出口吹出，可以看到這里設(shè)置了個(gè)當(dāng)板，把飛馳而出的花生殼擋住，使其落在一定方位內(nèi)，也可以在出口裝上麻袋，這樣方便打掃。工作時(shí)步驟也是使得花生殼與花生仁分離，即只要設(shè)計(jì)出合理的管道使得風(fēng)可以通過(guò)通道傳到花生與花生殼下落的位置，如下圖所示就可以很好的表示去其結(jié)構(gòu)如圖3-14。
圖3-14 風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)圖
3.10 機(jī)架的模態(tài)分析
機(jī)架在花生剝殼機(jī)當(dāng)中承受著復(fù)雜的載荷，使用有限元分析可以了解機(jī)架的頻率和振型，從而更好地的設(shè)計(jì)機(jī)架。使用的機(jī)架是用焊接而成，專配比較簡(jiǎn)單。跟鑄件相比有一定的內(nèi)應(yīng)力，使用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析難以保證其安全性。所以要對(duì)它進(jìn)行模態(tài)分析以了解其結(jié)構(gòu)，提高安全性。
3.10.1 模態(tài)建立過(guò)程
根