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差動(dòng)分級(jí)式齒輥式破碎機(jī)
使用遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)
摘要：我們的差分級(jí)齒輥式破碎機(jī)結(jié)合了齒輥式破碎機(jī)，顎式破碎機(jī)的破碎比高，破碎效率高，多篩分的優(yōu)點(diǎn)，克服齒輥式破碎機(jī)的缺憾。動(dòng)顎破碎機(jī)采用曲柄搖桿機(jī)制，從而優(yōu)化動(dòng)態(tài)性能和改善破碎機(jī)的抗裂能力，我們建立了一個(gè)數(shù)學(xué)模型來(lái)優(yōu)化傳輸角ｒ，以盡量減少行程特性值m。使用遺傳算法優(yōu)化的破碎機(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)多對(duì)象的設(shè)計(jì)獲得最佳的結(jié)果。根據(jù)實(shí)驗(yàn)，顯示出動(dòng)顎式破碎機(jī)和裂解能力的性能得到改善。
關(guān)鍵詞：差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)遺傳算法多目標(biāo)優(yōu)化。
1.引言
在許多行業(yè)中，物料粉碎過(guò)程是不可缺少的（如采礦，金屬
冶煉的，化工等行業(yè)）。傳統(tǒng)式破碎機(jī)（例如，顎式破碎機(jī)，沖擊式破碎機(jī)，回轉(zhuǎn)式破碎機(jī)，錘式粉碎機(jī)），實(shí)現(xiàn)物資的粉碎破碎能力，主要取決于工作沖擊壓力的部分。這些破碎機(jī)效率低，能耗高。我們已經(jīng)不能滿足傳統(tǒng)的破碎機(jī)。在最近幾年，一個(gè)英國(guó)MMD齒輥式破碎機(jī)大量被使用。但是，從平時(shí)的調(diào)查來(lái)看，我們發(fā)現(xiàn)在這些齒輥式破碎機(jī)的一些不足之處：1）通過(guò)齒嚙合來(lái)破碎物料。所有需要被粉碎的原料礦物被輸送到一個(gè)粉碎腔，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)嚙合齒粉碎成微粒排出。破碎機(jī)未能完成實(shí)際的分級(jí)破碎，不僅使用了大量的能量，而且效率低下，破碎齒還會(huì)迅速出現(xiàn)損壞和金屬疲勞。 2）兩種情況下發(fā)生堵塞現(xiàn)象。一個(gè)是一種高流動(dòng)大塊的煤混有較小條的情況，另一種是濕潤(rùn)的煤會(huì)導(dǎo)致堵塞。齒輥式破碎機(jī)由于沒(méi)有有效的分級(jí)機(jī)制，結(jié)果是不令人滿意的，我們不能單靠齒嚙合。根據(jù)使用MMD齒輥式破碎機(jī)的一些煤礦區(qū)的調(diào)查，我們發(fā)現(xiàn)，他們大多數(shù)煤礦沒(méi)有要求的干燥度。 3）MMD破碎機(jī)的破碎能力通過(guò)提高傳動(dòng)部分的力來(lái)增加破碎的能力，從而導(dǎo)致高功耗和高成本?；谶@些考慮，并結(jié)合中國(guó)神華能源有限責(zé)任公司和神東煤炭分公司的需求，我們的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一個(gè)新的，高效的差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)破碎機(jī)的缺陷。
如圖1所示，破碎機(jī)破碎部分組成的牙齒和曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。動(dòng)顎曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的草圖如圖2。在搜索的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中，
似乎有很多的文獻(xiàn)研究的目的只是在優(yōu)化的傳輸角度ｒ。例如，李等人只是選擇減少圖[2-3]中的行程特性值m。但是，在一個(gè)實(shí)際的和典型的破碎機(jī)設(shè)計(jì)中，動(dòng)顎的破碎能力和傳動(dòng)角，行程特性值m都有密切的聯(lián)系。我們已經(jīng)使用了GA（遺傳算法），以便優(yōu)化曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的差動(dòng)齒輥式破碎機(jī)的傳動(dòng)角ｒ，和最小行程值m。
1．電機(jī)組裝篩分機(jī)制；2.齒輥屏軸; 3.傳動(dòng)齒輪：4.粉碎齒; 5.動(dòng)顎 6. 調(diào)整機(jī)制
7.機(jī)殼 8. 裝配曲軸 9. 齒輥軸電機(jī)
圖1齒輥式破碎機(jī)結(jié)構(gòu)圖
圖2 齒輥式破碎機(jī)斷裂機(jī)制示意圖
2．曲柄搖桿的動(dòng)力學(xué)分析
一個(gè)鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)的性能依賴其連桿相對(duì)長(zhǎng)度。如果我們把搖臂?的長(zhǎng)度等于1，那么相對(duì)長(zhǎng)度的曲柄，連桿和身體幀分別為a，b和d。數(shù)學(xué)模型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是獨(dú)立的的實(shí)際長(zhǎng)度，這使得它更普遍。
2.1 最佳傳動(dòng)角ｒ
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳輸力主要取決于傳動(dòng)角ｒ。輸送傾角更大，就能更好的傳輸力。在傳輸過(guò)程中，傳輸角度時(shí)刻變化。每個(gè)組件的選擇具有合適的尺寸，可以優(yōu)化得到最小傳動(dòng)角。因此，有必要增加傳輸角度，以提高傳輸力和破碎力。
兩個(gè)最小傳動(dòng)角的可能位置如圖所示。
圖3.最小傳動(dòng)角位置示意圖
2.3 行程特征值m
動(dòng)顎的行程，被分成水平和垂直的兩個(gè)部分。水平部分的功能是粉碎材料，垂直行程不能幫助粉碎，但也可以加速粉碎。遞減m的值既可以降低能耗和耐磨耗，同時(shí)，可以提高生產(chǎn)效率和提高破碎比。應(yīng)采取一些措施，以減少m的值。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，C點(diǎn)被取出進(jìn)行分析。幾何關(guān)系如圖所示。
圖4.曲軸和連桿路線圖
因此，行程特征值到C 點(diǎn)的距離是：m=h/s. 肘板的角度是:β=γ+α-90°，肘板的擺動(dòng)角度：
傾角大小取決于連桿機(jī)制和動(dòng)顎的力。它的取值范圍通常15°到20°之間。 s是水平行程，h是垂直行程。
3差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)的動(dòng)顎的數(shù)學(xué)模型
根據(jù)動(dòng)力學(xué)分析，無(wú)論是傳動(dòng)角γ和行程特性C點(diǎn)的值都可以表示為相對(duì)長(zhǎng)度的曲柄，連桿和身體幀的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。設(shè)計(jì)變量是：
動(dòng)顎的目標(biāo)函數(shù)最大化的最小傳動(dòng)角γ：
動(dòng)顎的目標(biāo)函數(shù)最小化的行程特征m值??是：
適用以下約束：
1） 設(shè)計(jì)變量的邊界約束條件：
其中aimax和bimax是設(shè)計(jì)變量的上限和下限設(shè)計(jì)變量。
2） 擁有一個(gè)曲柄的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的條件：
3） 約束的傳輸角度：增加傳輸角度可以提高傳輸效率和增強(qiáng)水平行程。但是，過(guò)多大傳動(dòng)角具有相反的效果。
一種常見(jiàn)的情況是：
4）約束的行程特征值：根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，通常m的范圍是1.5和2.5之間。
5）動(dòng)顎的水平行程S對(duì)生產(chǎn)力有明顯的影響。如果s是太小會(huì)降低生產(chǎn)率，但與此相反，它會(huì)加大破碎力，并導(dǎo)致過(guò)載損壞設(shè)備。水平行程的范圍：
其中dmin是排放口的最小尺寸。
6）肘板的角度約束。通常情況下，γ的范圍是18°至23°。綜上所述，優(yōu)化問(wèn)題的可以歸結(jié)為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的問(wèn)題：
其中
多目標(biāo)優(yōu)化問(wèn)題的傳統(tǒng)解決方案，導(dǎo)致了低效率，并很容易導(dǎo)致一個(gè)明顯得局部問(wèn)題。但遺傳算法的方法是迭代運(yùn)行得到一個(gè)局部最優(yōu)解。通過(guò)可能的傳輸規(guī)則來(lái)指導(dǎo)搜索方向，GA搜索空間（如連通性，凸性等），并沒(méi)有特殊要求，不需要任何額外的信息。我們已應(yīng)用遺傳算法優(yōu)化了差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)的
多對(duì)象設(shè)計(jì)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。
4遺傳算法
遺傳算法是一種隨機(jī)搜索方法，它模仿自然演化規(guī)律。GA第一次是在1975年由荷蘭提出，它有以下主要特點(diǎn)：它直接運(yùn)行在結(jié)構(gòu)化對(duì)象，沒(méi)有任何限制函數(shù)求導(dǎo)和連續(xù)性;它擁有隱式并行和改進(jìn)的能力全局優(yōu)化;通過(guò)使用隨機(jī)優(yōu)化方法，它可以自動(dòng)獲取和引導(dǎo)優(yōu)化的搜索空間，并且還可以調(diào)整沒(méi)有具體的自適應(yīng)搜索方向和規(guī)則。 GA具有的后期，一個(gè)重要技術(shù)OGY智能計(jì)算。主要方法是：1）編碼前的數(shù)據(jù)中搜索解空間，GA的數(shù)據(jù)表示，作為一個(gè)基因型表型的字符串結(jié)構(gòu)和各種組合獲得不同的點(diǎn)。 2）創(chuàng)建一個(gè)初始化的GE-菜單組：GA隨機(jī)生成N初始化字符串?dāng)?shù)據(jù)，其中每個(gè)數(shù)據(jù)被稱為一個(gè)單獨(dú)UAL和這些人形成一個(gè)屬組。 GA開(kāi)始使用的字符串?dāng)?shù)據(jù)作為初始迭代點(diǎn)。 3）個(gè)體適應(yīng)值估計(jì)的適應(yīng)性函數(shù)表示的質(zhì)量個(gè)人或溶液。針對(duì)不同的問(wèn)題，本一個(gè)適應(yīng)性函數(shù)的定義是不同的。 4）選擇：選擇的目的是選擇前CELLENT目前屬群和個(gè)人之間允許他們有機(jī)會(huì)繁殖后代的父母。選擇是這一思想的體現(xiàn)為GA。選擇的原則是，指示高適應(yīng)性viduals將有較大貢獻(xiàn)一個(gè)或多個(gè)后代的概率。 5）分頻點(diǎn)：這是最重要的操作GA。交叉操作可以生成新的屬具備的特點(diǎn)與前面的蒸發(fā)散一代。它體現(xiàn)了思想的信息交換。 6）基因突變：第一，GA隨機(jī)選擇個(gè)人從組屬。然后改變一個(gè)數(shù)據(jù)的值從字符串?dāng)?shù)據(jù)與給定的概率為選定的個(gè)人。類似生物宇宙，突變的概率GA是也很低，通常取值范圍為0.001至0.01，也就是說(shuō)，突變提供了一個(gè)機(jī)會(huì)產(chǎn)生新的個(gè)體。
5基于遺傳算法的多目標(biāo)優(yōu)化
我們采取了不同的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)與差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)我們的優(yōu)化對(duì)象壓榨能力為4000噸/小時(shí)。為了決定在曲軸的長(zhǎng)度，濃度曲柄搖桿桿與主體框架的連接獲得機(jī)制，當(dāng)目標(biāo)函數(shù)（9）的最大值，該值的條件下行程速比系數(shù)為1.25時(shí)，連桿行程300毫米，傾角18°。我們使用遺傳算法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，通過(guò)設(shè)置屬群規(guī)模等于50，交叉概率性為0.8，變異概率為0.005和數(shù)代的演變?cè)?000。傳統(tǒng)的二進(jìn)制編碼方法比較相對(duì)方便的使用時(shí)，在理論分析。但對(duì)于多維和高精度數(shù)值校準(zhǔn)的問(wèn)題，它往往效率低，不準(zhǔn)確。我們用一個(gè)自然數(shù)編碼方法設(shè)置三個(gè)變量a，b和d的基因，有序的結(jié)合入染色體。例如
就包含在其中。
在初始化期間，GA將產(chǎn)生一個(gè)屬基團(tuán)，其中50個(gè)個(gè)體上產(chǎn)生的根據(jù)一個(gè)變量的范圍。我們選擇了式（9）為總目標(biāo)函數(shù)的值表示個(gè)人適應(yīng)性。作為例子，我們把個(gè)人的p和q被取代的式（9），即，（P）=0.8145，F(xiàn)（Q）=0.7887，F(xiàn)（P）> F（Q）。這表明，指示的p適應(yīng)性比q的更好。
輪盤賭的方法用于在選擇操作中，在輪盤賭的游戲，我們模仿和計(jì)算的總的適應(yīng)性和在同一時(shí)間的相對(duì)并累計(jì)每一個(gè)人的適應(yīng)性。然后，輪盤變成為50倍，和一個(gè)隨機(jī)號(hào)0和1之間的每個(gè)時(shí)間。一個(gè)數(shù)比較，可以選擇由個(gè)人的累積，為每個(gè)單獨(dú)的適應(yīng)性。例如，如果我們讓r是一個(gè)隨機(jī)數(shù)，然后FC（I）累計(jì)適應(yīng)性個(gè)體iFC（i +1）的累計(jì)個(gè)體適應(yīng)性I +1。如果FC（I）<=γ<=（i +1）的話，那么個(gè)體i+1將選擇。依此類推，所有選定的個(gè)人我們可以組成一個(gè)新屬組，并開(kāi)展交叉和變異操作。
單點(diǎn)雜交方法采用的是交叉操作，生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)介于01時(shí)屬組。如果數(shù)少于交叉概率和個(gè)人選擇一個(gè)偶數(shù)，那么配對(duì)后，可以實(shí)現(xiàn)交叉操作隨機(jī)的。以個(gè)人的p和q為配對(duì)例如，我們的交叉點(diǎn)設(shè)置為2，這意味著我們選擇了第二個(gè)基因跨越。后交叉操作，個(gè)人成為
方法是通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的突變操作，生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)介于0和1之間時(shí)屬組。如果的數(shù)量小于變異概率，當(dāng)前個(gè)人會(huì)發(fā)生變異。突變運(yùn)算的方思是類似初始化我們重建設(shè)計(jì)的邊界中的一個(gè)單獨(dú)的基因變量。
經(jīng)過(guò)選擇，交叉和變異操作，評(píng)價(jià)函數(shù)被調(diào)用，以確保最好的個(gè)人可以被保存。優(yōu)化結(jié)果（轉(zhuǎn)換）示于表1。
最優(yōu)化的結(jié)果，這已被應(yīng)用于在生產(chǎn)實(shí)踐中，能滿足約束情況。鄭州長(zhǎng)城冶金設(shè)備廠，與我們的合作廠家，產(chǎn)生了相應(yīng)的破碎機(jī)已經(jīng)在中國(guó)大量出售。根據(jù)實(shí)際工作情況，不同的差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)具有破碎強(qiáng)度大的特點(diǎn)，高突破效率，穩(wěn)定的工作狀態(tài)，高能力清除堵塞和抗粘連和穩(wěn)定粒度破碎產(chǎn)品，所有這些都達(dá)到了他們預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)。
6結(jié)論
我們已經(jīng)用遺傳算法進(jìn)行了多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)。我們可以聲明如下：
1）我們的差分和分級(jí)齒輥式破碎機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，具有很大的破碎比，破碎效率高。
2）由于它不同于傳統(tǒng)的優(yōu)化方法，GA可以開(kāi)展啟發(fā)式全局優(yōu)化。這是一個(gè)并行，并發(fā)和逐漸進(jìn)化搜索過(guò)程，在這過(guò)程中，避免局部最優(yōu)。
3）優(yōu)化的結(jié)果已在實(shí)踐中應(yīng)用的實(shí)際破碎機(jī)的工作狀態(tài)是穩(wěn)定的。工業(yè)上的應(yīng)用已被證明效果良好。也已表明，以優(yōu)化破碎機(jī)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)
多目標(biāo)設(shè)計(jì)與優(yōu)化傳動(dòng)角γ和動(dòng)顎m作為目標(biāo)函數(shù)最小化的行程特性，能獲得最佳效果。
致謝
作者向黃教授表達(dá)自己最真摯的感謝以及感謝嘉興集團(tuán)提供的寶貴意見(jiàn)。編者還要感謝鄭州長(zhǎng)城冶金設(shè)備廠免費(fèi)提供的有用的材料。
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塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中期檢查記錄表
2012年 4 月 25 日
學(xué)生姓名
班級(jí)
課題名稱
雙齒盤-齒板式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)
課題完成進(jìn)度（學(xué)生自述）
1、查找相關(guān)文獻(xiàn)資料，對(duì)雙齒盤-齒板式破殼裝置進(jìn)行了解。
2、確定整體設(shè)計(jì)方案，定下整機(jī)的組成部分，畫出結(jié)構(gòu)草圖。
3、對(duì)破殼裝置的性能進(jìn)行分析，確定參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。
4、對(duì)破殼部分進(jìn)行力學(xué)分析，完成軸的設(shè)計(jì)，和電動(dòng)機(jī)的選擇。
5、繪制核桃破殼機(jī)的裝配圖。
6、繪制破殼機(jī)的零件圖，并開(kāi)始撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。
存在的問(wèn)題及整改措施（學(xué)生自述）
1、對(duì)核桃的分級(jí)和受力分析了解不夠。
2、軸的受力和校核需進(jìn)一步完善。
3、破殼部分還要進(jìn)行研究設(shè)計(jì)。
4、在以后的工作中，設(shè)法知道齒盤-齒板間的最優(yōu)間隙以及相關(guān)尺寸，查找到核桃的受力分析實(shí)驗(yàn)，對(duì)軸進(jìn)一步校核設(shè)計(jì)，完善裝配圖。
指導(dǎo)教師意見(jiàn)（課題進(jìn)展情況、優(yōu)缺點(diǎn)、整改措施等）
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
學(xué)院意見(jiàn)
負(fù)責(zé)人簽名
年 月 日
1.緒論 1
1.1選題的意義和目的 1
1.2本課題所涉及的問(wèn)題及國(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析 2
2.設(shè)計(jì)方案的選擇 3
2.1確定研究方案 3
2.2核桃分級(jí)裝置的設(shè)計(jì) 3
2.2核桃破殼部分的設(shè)計(jì) 3
2.4齒盤的設(shè)計(jì) 5
2.4.1 齒盤直徑的選擇 5
2.4.2 齒盤長(zhǎng)度的設(shè)計(jì) 5
2.5.1軸的設(shè)計(jì) 6
2.5.2軸的校核 6
3.關(guān)鍵零件的選擇、定位和校核
3.1軸系零件的定位 7
3.2軸承的選擇 7
3.3鍵聯(lián)結(jié)的選擇與校核 8
3.4.1鍵的選擇 8
3.4.2鍵的安裝 8
3..4.3校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 8
3.5聯(lián)軸器的選擇 10
3.6軸承端蓋的設(shè)計(jì) 8
4.電動(dòng)機(jī)的選擇 9
4.1確定總的傳動(dòng)比 9
4.2確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)
4.3選擇材料 9
總結(jié) 10
致 謝 11
參考文獻(xiàn) 12
塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
學(xué)院
機(jī)械電氣化工程學(xué)院
班級(jí)
學(xué)生姓名
學(xué)號(hào)
課題名稱
雙齒盤—齒板式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)
起止時(shí)間
2011年12月10日—— 年 月 日（共 14 周）
指導(dǎo)教師
職稱
課題內(nèi)容
雙齒盤—齒板相互擠壓的方式集合了四點(diǎn)擠壓與滾動(dòng)擠壓的優(yōu)點(diǎn)，破殼后能得到較多的高路仁， 并且核桃殼較碎， 有利于實(shí)現(xiàn)核桃的機(jī)械破殼， 破殼的綜合效果較好。 該機(jī)主要由輸送機(jī)構(gòu)、 破殼機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、 電機(jī)及機(jī)架等組成，具有破殼效果好，碎仁率低的優(yōu)點(diǎn)。
擬定工作進(jìn)度（以周為單位）
第1周—第2周 通過(guò)查找文獻(xiàn)資料，了解核桃破殼的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀。
第2周—第5周 設(shè)計(jì)雙齒盤—齒板式核桃破殼機(jī)的總體方案。
第6周—第9周 雙齒盤—齒板式核桃破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。
第10周—第12周 撰寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書，對(duì)部分問(wèn)題修改、調(diào)整。
第13周—第14周 整理資料準(zhǔn)備答辯。
主要參考文獻(xiàn)
[1] 史建新等。國(guó)內(nèi)外核桃破殼取仁機(jī)械的現(xiàn)狀及問(wèn)題探討，農(nóng)機(jī)化，2011，6：29-33。
[2] 張仲欣。對(duì)輥窩眼式核挑開(kāi)口機(jī)設(shè)計(jì).洛陽(yáng)工學(xué)院學(xué)報(bào)，1999，20(4):8一11。
[3] 趙正江。新型固體食品籟粒等級(jí)分選機(jī)。機(jī)械與設(shè)計(jì)2001，(l):35一36。
[4] 史建新等。6PH一150型核桃破殼機(jī)，娘油加工與食品機(jī)械，2000，（1）：28-29。
[5] 王高平。一種新型核桃加工設(shè)備的研究，南方農(nóng)機(jī),2002(2):29-32。
[6] 董遠(yuǎn)德等。核桃不同破殼方式的破殼取仁效果，農(nóng)產(chǎn)品加工，2007，9（9）:4-7.
[7] 李忠新等。核桃破殼取仁工藝及關(guān)鍵設(shè)備，農(nóng)機(jī)化研究，2008，12（12）：27-30。
任務(wù)下達(dá)人（簽字）
年 月 日
任務(wù)接受人意見(jiàn)
任務(wù)接受人簽名 王鵬飛
2011年 12 月 20 日
注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達(dá)人為指導(dǎo)教師。
2、此任務(wù)書須在學(xué)生畢業(yè)實(shí)踐環(huán)節(jié)開(kāi)始前一周下達(dá)給學(xué)生本人。
3、此任務(wù)書一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。
目 錄
1.緒論 1
1.1選題的意義和目的 1
1.2本課題所涉及的問(wèn)題及國(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析 2
1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀及分析 2
1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析 3
2.設(shè)計(jì)方案的選擇 3
2.1確定研究方案 4
2.2核桃進(jìn)料口的設(shè)計(jì) 4
2.3核桃分級(jí)裝置的設(shè)計(jì) 5
2.4桃破殼部分的設(shè)計(jì) 5
2.5齒盤的設(shè)計(jì) 6
2.6軸的設(shè)計(jì) 8
2.6.1軸的校核 8
3.鏈傳動(dòng)的計(jì)算 9
3.1鏈輪的選定 9
3.2小鏈輪的計(jì)算 9
3.3大鏈輪的計(jì)算 11
4.關(guān)鍵零件的選擇、定位和校核 12
4.1軸系零件的定位 12
4.2軸承的選擇 12
4.3鍵聯(lián)結(jié)的選擇與校核 12
4.4聯(lián)軸器的選擇 13
4.5軸承端蓋的設(shè)計(jì) 13
5.電動(dòng)機(jī)的選擇 14
5.1選擇調(diào)速電動(dòng)機(jī) 14
5.2電動(dòng)機(jī)的尺寸及安裝 14
6.裝配質(zhì)量 14
7.總結(jié) 14
致 謝 15
參考文獻(xiàn) 16
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
1.緒論
1.1選題的意義和目的
核桃又名胡桃，與扁桃、腰果、榛子并列為世界四大干果。原產(chǎn)我國(guó)的有4個(gè)種和1個(gè)雜交種，栽培較多的有普通核桃和云南薄殼核桃。優(yōu)質(zhì)的核桃仁為淡黃色或琥珀色，營(yíng)養(yǎng)豐富而味美，可生食，是很好的滋補(bǔ)品，也是制作糕點(diǎn)的原料。許多國(guó)家有消費(fèi)核桃的習(xí)慣，美國(guó)的膳食指南將其與大豆列為同類食物。近年來(lái)，核桃除銷售干果或核桃仁外，核桃乳、核桃速食粉、核桃精等加工品也已進(jìn)入市場(chǎng)，另有少量的核桃油產(chǎn)品銷售，但是核桃的深加工產(chǎn)品較少見(jiàn)，隨著核桃生產(chǎn)的發(fā)展，其后續(xù)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)和加工也迫在眉捷。我國(guó)核桃栽培面積在世界最大，約為1266．67khm2，超過(guò)世界其它國(guó)家栽培面積的總和，居世界之首，2006年全國(guó)核桃總產(chǎn)量已達(dá)499．1kt。核桃在我國(guó)分布極為廣泛，因其適應(yīng)性強(qiáng)，南、北20多個(gè)省、市、自治區(qū)均有栽植?！笆晃濉逼陂g，云南規(guī)劃核桃種植面積2400khm2，規(guī)劃核桃種植面00khm2，甘肅隴南規(guī)劃核桃種植面積666．67khm2，可以預(yù)計(jì)，中國(guó)的核桃產(chǎn)量在5年后將超過(guò)1000kt，是目前的2倍。
用于核桃初加工工藝的機(jī)械統(tǒng)稱為核桃初加工機(jī)械。我國(guó)每年都有大量核桃需要進(jìn)行初加工。目前為止，我國(guó)核桃初加工中大部分仍沿用傳統(tǒng)的人工加工模式，只有一少部分使用了青皮脫皮機(jī)、清洗機(jī)。而破殼、取仁、殼仁分離、核桃仁分級(jí)多是由人工完成。人工加工不僅效率低，加工周期長(zhǎng)，衛(wèi)生條件差，核桃仁易被二次污染，而且加工過(guò)程不容易被管理，隨著城市化進(jìn)程的加快，農(nóng)村剩余勞動(dòng)力的轉(zhuǎn)移，勞動(dòng)力緊缺，用人成本增加將是一個(gè)不爭(zhēng)的事實(shí)，傳統(tǒng)人工核桃初加工模式越來(lái)越不經(jīng)濟(jì)，也不能適應(yīng)日益增長(zhǎng)的核桃需求。核桃破殼取仁是核桃深加工的第一道工序， 而目前市售的核桃仁幾乎全部是手工砸取，勞動(dòng)生產(chǎn)率極其低下，這就迫切需要設(shè)計(jì)生產(chǎn)出能進(jìn)行機(jī)械或半機(jī)械化加工的核桃破殼機(jī)， 以提高核桃剝殼取仁的生產(chǎn)效率。
針對(duì)上述問(wèn)題，研制高效破殼機(jī)已成當(dāng)務(wù)之急。為實(shí)現(xiàn)核桃機(jī)械破殼取仁，陜西、山西等地曾研制過(guò)核桃破殼機(jī)。現(xiàn)有核桃破殼機(jī)采用擠切，擠搓原理破殼取仁，存在的主要問(wèn)題是性能指標(biāo)（破殼率80%左右，高路仁率約60%不高，生產(chǎn)率低[2]。由于雙齒盤齒板相互擠壓的方式集合了四點(diǎn)擠壓與滾動(dòng)擠壓的優(yōu)點(diǎn)，核桃在擠壓破裂過(guò)程中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，并沿著核桃殼表面施加細(xì)密的多個(gè)克壓力，使初始裂紋擴(kuò)展，這樣既使殼完全破裂，又避免對(duì)仁的擠壓破碎，提高破殼取仁性能。破殼后能得到較多的高路仁，并且核桃殼較碎，有利于實(shí)現(xiàn)核桃的機(jī)械破殼，破殼的綜合效果較好。所以有很高的研究?jī)r(jià)值，對(duì)核桃的機(jī)械化破殼，以及機(jī)械化加工具有重大意義。
1.2本課題所涉及的問(wèn)題及國(guó)內(nèi)（外）研究現(xiàn)狀及分析
1.2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀及分析
目前核桃生產(chǎn)國(guó)中最有代表性、生產(chǎn)水平最高、市場(chǎng)占有份額最大的當(dāng)數(shù)美國(guó)。美國(guó)可謂核桃生產(chǎn)上年輕而又強(qiáng)大的王國(guó)。美國(guó)核桃采收的機(jī)械化程度很高，先是噴灑乙烯利(一種果實(shí)催熟藥劑)，然后用振落機(jī)采收，再用脫青皮機(jī)脫皮，用清洗機(jī)清洗，用烘干機(jī)烘干、利用冷庫(kù)進(jìn)行干燥處理和貯藏。如加工果仁，采用破殼機(jī)破殼，通過(guò)氣流分選機(jī)進(jìn)行殼仁分離，然后用分色機(jī)將果仁分為深色和淺色，再分出全仁和碎仁，最后分別稱重包裝銷售。
國(guó)外早在20世紀(jì)60年代初,就著手研制堅(jiān)果剝殼機(jī)具,至80年代初,美國(guó)、意大利、法國(guó)等已相繼推出了各種堅(jiān)果剝殼機(jī),如夏威夷果剝殼機(jī)、杏仁剝殼機(jī)等。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展,堅(jiān)果剝殼機(jī)具已日趨成熟,目前,正朝著機(jī)電一體化方向發(fā)展。由于美國(guó)的主栽品種只有強(qiáng)特勒、哈特利、希爾、維納、土萊爾、豪沃迪這 6 個(gè)，其品質(zhì)優(yōu)良，規(guī)格劃一，有利于機(jī)械化破殼，因此核桃破殼機(jī)在美國(guó)發(fā)展較早。主要的核桃破殼機(jī)類型有[4]：①Larry H. Hemry 研制的專利號(hào)為 6098530 機(jī)械式核桃破殼機(jī)。該機(jī)的主要結(jié)構(gòu)由機(jī)架、料斗、可調(diào)節(jié)定位板、破碎裝置、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及動(dòng)力所組成。機(jī)械式核桃破殼機(jī)通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)節(jié)定位板和破碎裝置間的間隙能夠適應(yīng)各類堅(jiān)果的破殼。②Kenneth R. Evans 研制的專利號(hào)為 4201126 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由喂料斗、輸送裝置、破殼裝置和出料口等組成。工作時(shí)，由輸送裝置把待破殼的核桃從料箱運(yùn)送到破殼裝置，然后對(duì)其進(jìn)行破殼。③Clarence Lloyd Warmack 和 Barry Shawn Warmack等研制的專利號(hào)為 6516714 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由機(jī)架、箱體、滾筒、旋轉(zhuǎn)破殼裝置和出料口等組成。該機(jī)可以成功有效地?fù)舸蚝颂覍⑵錃と史蛛x。④John W. Brazil 發(fā)明的專利號(hào)為 4255855 核桃鉗。該鉗由把手、可調(diào)柱塞、夾頭、底座和固定套等組成。使用時(shí)，將核桃放置在底座上，然后通過(guò)操縱把手推動(dòng)可調(diào)柱塞在固定套內(nèi)滑動(dòng)，可調(diào)柱塞伸出從而使夾頭將核桃推到剛性砧底座上把核桃?jiàn)A緊并破殼。⑤MichaelP.Filice，Robert Lemos 和 Robert P.Baker 等研制的專利號(hào)為 5325769 核桃破殼機(jī)。該機(jī)主要由機(jī)架、喂料斗、輸送裝置、擊打裝置和傳動(dòng)裝置等組成。工作時(shí)，料箱中的核桃由輸送裝置逐一運(yùn)送到擊打裝置，然后由凸輪控制擊打打頭將核桃殼打破使其殼仁分離。
1.2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及分析
我國(guó)堅(jiān)果剝殼機(jī)具發(fā)展緩慢,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于種植業(yè)的發(fā)展,在一些生產(chǎn)應(yīng)用的機(jī)具中,存在如下幾個(gè)突出的問(wèn)題,因而,難以推廣應(yīng)用。
(1)剝殼率低。不少剝殼機(jī)漏剝或剝殼不完全,果仁去凈率不高,有些剝殼機(jī)剝殼率只有50%。這是堅(jiān)果剝殼機(jī)推廣使用的最大障礙。
(2)損失率高。由于參數(shù)選擇不合理,造成剝殼不完全現(xiàn)象嚴(yán)重,碎仁夾帶在碎殼中難以回收而被棄除。有些機(jī)具果仁損失率高達(dá)20%。
(3)果仁完整性差。有些機(jī)具的設(shè)計(jì),為了減少漏剝或剝殼不完全現(xiàn)象,一味追求剝殼率的提高,導(dǎo)致高的破碎率,從而降低了產(chǎn)品的商品價(jià)值。
(4)通用性差。一般剝殼機(jī)僅能用于某一品種堅(jiān)果的剝殼作業(yè),對(duì)于不同品種的堅(jiān)果,不能通過(guò)更換主要零部件來(lái)實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。
(5)機(jī)具性能不穩(wěn)定,適應(yīng)性差。為某類堅(jiān)果專門開(kāi)發(fā)的專用機(jī)型,在該堅(jiān)果品種、大小規(guī)格、外殼形狀和含水量等因素出現(xiàn)變化時(shí),剝殼機(jī)具剝殼性能就變差。
(6)作業(yè)成本偏高。我國(guó)堅(jiān)果剝殼機(jī)具尚未形成規(guī)模和系列,多數(shù)是單機(jī)制造,制造的工藝水平低、成本高、也因?yàn)橥ㄓ眯圆?不能一機(jī)多用,使得生產(chǎn)企業(yè)設(shè)備配置的成本高,致使加工堅(jiān)果的作業(yè)成本增加。
目前，核桃破殼取仁方法有離心碰撞式破殼法、化學(xué)腐蝕法、真空破殼取仁法、超聲波破殼法和定間隙擠壓破殼法。離心碰撞方法碎仁太多，應(yīng)用很少；化學(xué)腐蝕方法由于在實(shí)際操作中不好控制，仁易受到腐蝕，處理不好還會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染；真空破殼和超聲波破殼方法設(shè)備昂貴，破殼成本高，且破殼效果不夠理想；定間隙擠壓破殼方法值得探索。核桃破殼裝置是核桃破殼取仁機(jī)的核心裝置。機(jī)械剝殼常用方法有借助粗糙表面碾搓作用的碾搓剝殼、借助撞擊作用撞擊剝殼、利用剪切作用的剪切剝殼和利用成對(duì)軋輥擠壓作用的擠壓剝殼。常見(jiàn)的破殼裝置有圓盤剝殼裝置、齒輥剝殼裝置、離心剝殼裝置、錘擊式剝殼裝置、軋輥式剝殼裝置、對(duì)輥窩眼式開(kāi)口裝置、沖壓式破殼裝置、核桃鋸口破殼裝置、核桃破殼挖核裝置及平板擠壓式破殼裝置。由于核桃品種繁雜、尺寸差異較大、形狀不規(guī)則、殼仁間隙小，所以核桃的破殼取仁難度較大。破殼后還需進(jìn)行殼仁分離，鑒于殼仁密度相差不大[5]，加之碎殼、碎仁上有許多毛刺，所以殼仁分離也有相當(dāng)難度。解決以上難題的方法就是將破殼取仁分解為分級(jí)、導(dǎo)向、擠壓破殼(多點(diǎn))、殼仁分離四部分，逐一加以解決。
本課題重點(diǎn)研究核桃破殼機(jī)的破殼部分，以改善現(xiàn)存的剝殼率低、損失率高、果仁完整性差、通用性差、機(jī)具性能不穩(wěn)定、適應(yīng)性差、作業(yè)成本偏高等問(wèn)題。關(guān)鍵問(wèn)題解決思路：對(duì)核桃破殼機(jī)的主要部件齒盤、弧齒板進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究，確定了核桃在齒盤齒板間的導(dǎo)入條件，擠壓間隙，以及弧齒板直徑、齒盤間距的確定方法。
2.設(shè)計(jì)方案的選擇
2.1研究方案的確定
經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)資料和老師、同學(xué)探討，最終確定該機(jī)包括機(jī)架、喂入部件、分級(jí)裝置、破殼部件、電動(dòng)機(jī)等組成。破殼部件采用雙齒盤——齒板式結(jié)構(gòu)，由齒盤、軸承、弧齒板、軸等組成。齒盤旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)核桃邊旋轉(zhuǎn)邊擠進(jìn)由齒盤、偏心圓孤齒扳組成的剝殼區(qū)域，受到擠壓作用，核桃表面產(chǎn)生裂紋并逐漸擴(kuò)展，直至最終完全破裂，碎殼和仁從最小間隙處掉下。由于該裝置很好地滿足了“四點(diǎn)加壓”原理，而且實(shí)現(xiàn)了核桃的滾動(dòng)擠壓，因此破裂效果好、碎仁率低。
其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：
1進(jìn)料斗2分級(jí)滾筒3大鏈輪4 傳動(dòng)鏈條5 雙齒盤 6小鏈輪 7電動(dòng)機(jī)8檔輪9導(dǎo)向槽
圖2-1 核桃破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖
2.2核桃進(jìn)料口的設(shè)計(jì)
要核桃以一定量進(jìn)入分級(jí)滾筒，那就要求進(jìn)料口與滾筒有一個(gè)很好的空間連接。并且要使進(jìn)料口與滾筒保持一定的角度?？紤]到，要使核桃進(jìn)入滾筒，所以將滾筒右端的支架向內(nèi)放置，離邊界20cm左右。這樣滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不致影響進(jìn)料，進(jìn)料口與滾筒保持一定的傾斜，以便核桃進(jìn)入滾筒。傾斜角度在37～45[7]之間。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示:
圖2-2進(jìn)料口的結(jié)構(gòu)示意圖
2.3核桃分級(jí)裝置的設(shè)計(jì)
由于該裝置采用的方法是定間隙擠壓破殼，所以對(duì)核桃的大小有一定的要求，故破殼前要對(duì)核桃進(jìn)行分級(jí)，可分為小中大三級(jí)。根據(jù)所分核桃的大小來(lái)確定擠壓間隙。分級(jí)滾筒設(shè)計(jì)為圓筒錐形，并且分為三段，每段通過(guò)柵條連接，柵條之間的間距由小變大，滾筒用支架固定在軸上。為不影響核桃進(jìn)料，靠近進(jìn)料口的滾筒支架應(yīng)向里放置離滾筒邊界20cm左右。第一段滾筒柵條間距為32mm，第二段滾筒柵條間距為36mm，第三段滾筒柵條間距為40mm。支撐滾筒的軸通過(guò)鏈條傳動(dòng)，轉(zhuǎn)速在20r/min~25r/min之間。其結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示：
圖2-3 核桃分級(jí)滾筒的結(jié)構(gòu)示意圖
2.4核桃破殼部分的設(shè)計(jì)
其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-4所示1
3
：
2
1核桃 2齒盤 3弧齒板
圖2-4 核桃破殼機(jī)破殼部分的結(jié)構(gòu)示意圖
圓盤和偏心圓弧板表面制造成齒鼓狀，這樣作用在殼上的是間距較小的多個(gè)克壓力，所產(chǎn)生的裂紋區(qū)域比單個(gè)擠壓力作用所產(chǎn)生的裂紋區(qū)域要大得多，并且裂紋條數(shù)也較多。這說(shuō)明采用齒紋表面有利于裂紋的產(chǎn)生和擴(kuò)展，殼的破裂比較完全。在每個(gè)齒盤和弧齒板上，分別車削成兩個(gè)倒角面，其長(zhǎng)度為8mm，在每盤(板)的兩個(gè)倒角面上分別制造大齒紋、小齒紋(圖2－5)。
大齒 小齒
齒數(shù)=100 齒數(shù)=175
圖2-5 齒盤和弧齒板倒角面上的齒紋
試驗(yàn)時(shí)調(diào)換安裝．就可試驗(yàn)齒的大小對(duì)核桃破殼取仁性能的影響。將核桃的擠壓破裂過(guò)程近似簡(jiǎn)化為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)和勻速平動(dòng)．當(dāng)核桃開(kāi)始受擠壓時(shí)，旋轉(zhuǎn)的圓盤帶動(dòng)核桃一邊轉(zhuǎn)動(dòng)一邊向下平動(dòng), 齒盤轉(zhuǎn)角為，核桃的旋轉(zhuǎn)角度為 ，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單運(yùn)算可推導(dǎo)得出
（2-1）
式中r為齒盤半徑，r=100mm
d為簡(jiǎn)化了的核桃直徑，即相應(yīng)兩接觸點(diǎn)間的實(shí)際距離,d與橫徑均值D的關(guān)系為
（2-2）
理想的擠壓破裂過(guò)程要求核桃從擠壓開(kāi)始到破裂結(jié)束轉(zhuǎn)過(guò)半周，即=180°。 保證核桃在整個(gè)圓周上都產(chǎn)生裂紋，使得殼的破裂全面而均勻．提高剝殼質(zhì)量。固此，理想的擠入角
（2-3）
這里考慮到核桃在擠壓破裂過(guò)程中速度要發(fā)生變化．取修正角為3°[8]。
表2-1 核桃不同尺寸等級(jí)的和
橫徑范圍mm
30-32
32-34
34-36
36-38
38-40
近似直徑Pmm
31
33
35
37
39
簡(jiǎn)化了的圓半徑mm
9.0
9.7
10.1
11.1
11.8
理想擠入角
17.8
18.9
19.9
21.0
22.0
從圖2-4可知,偏心圓弧板的半徑R不同，產(chǎn)生的最大壓縮變形量也不同，限于篇幅，這里僅給出最終計(jì)算公式
（2-4）
計(jì)算結(jié)果如表2-2所示
表2-2 不同R、D下的
R:mm
31
33
35
37
39
130
0.72
0.79
0.88
0.93
1.11
170
1.61
1.79
1.98
2.17
2.33
180
1.81
2.02
2.24
2.46
2.69
190
2.00
2.32
2.57
2.83
3.08
230
2.61
2.95
3.28
3.62
3.97
設(shè)計(jì)了R值分別為130 mm、180 mm、230 mm 的三塊齒板一進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。經(jīng)過(guò)驗(yàn)證得出R=180mm時(shí)，剝殼率和高露仁率是最高的，R為130 mm和230 mm 時(shí)，擠壓變形量過(guò)小或過(guò)大，因而造成剝殼率較低或高露仁率較低，這說(shuō)明理論分折和試驗(yàn)結(jié)果是一致的。
通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了剝殼裝置的最優(yōu)參數(shù)，即齒盤上的齒形采用小齒，間距L和最小間隙S根據(jù)核桃尺寸等級(jí)在理論值(表2-3)附近加以調(diào)節(jié)運(yùn)動(dòng)參數(shù)：齒盤轉(zhuǎn)速75～80r／min，最大生產(chǎn)率為l80 kg／h。
表2-3 間距L和最小間隙S與核桃直徑D的關(guān)系
D/mm
31
33
35
37
39
L/mm
10.6
12.0
13.4
14.8
16.3
S/mm
16.0
17.2
18.4
19.5
23.7
2.5雙齒盤的設(shè)計(jì)
經(jīng)過(guò)查找資料和分析[9]，選擇齒盤半徑r=100mm,材料可選45號(hào)鋼，為減小轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，加工出d=40mm的四個(gè)小孔。齒盤上加工齒厚為0.5mm，齒距為6.1mm的齒100個(gè)。
2.6軸的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)的軸長(zhǎng)為880mm，軸分為4段。其結(jié)構(gòu)示意圖如下所示：
圖2-6 破殼軸示意圖
第一段軸與電動(dòng)機(jī)用聯(lián)軸器連接，其直徑為40mm；另一端用來(lái)固定軸承，第二、三、四
段安裝雙齒盤，軸上裝有齒盤、擋圈、軸承等。
軸的材料：軸的材料主要是碳剛和合金剛。由于碳剛比合金剛價(jià)格便宜，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，所以本設(shè)計(jì)采用45號(hào)剛作為軸的材料，調(diào)制處理。
2.6.1軸的校核
經(jīng)過(guò)分析，主軸軸的受力最大，而且軸的周向受力是主要的，因此，對(duì)該軸進(jìn)行扭矩校核。軸的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-6
(1) 軸的扭矩計(jì)算
由于帶動(dòng)齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)的軸的轉(zhuǎn)速要在75~80r/所以將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)至80r/min.
電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩：
T==
式中：為電動(dòng)機(jī)額定功率，為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
主軸輸入轉(zhuǎn)矩：
為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率根據(jù)設(shè)計(jì)指導(dǎo)書參考表1初選
為軸承的傳動(dòng)效率初選
為齒盤的傳動(dòng)效率初選
根據(jù)要求，軸要滿足下列條
(2)軸的強(qiáng)度條件：
式中：為軸的切應(yīng)力，MPa;T為轉(zhuǎn)矩，N.mm;為抗扭截面系數(shù)，;為許用扭切應(yīng)力，MPa.
表2-4 常用材料的值和C值
軸的材料
Q235,20
35
45
40Cr，35SiMn
12-20
20-30
30-40
40-52
C
160-135
135-118
118-107
107-98
該軸的材料為45號(hào)鋼，則滿足強(qiáng)度條件，軸是安全的 。
(3)軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
軸的扭矩圖：
由于每段軸的軸徑不一樣，所以承受的轉(zhuǎn)矩也不一樣，又由于都帶的是雙齒盤則計(jì)算過(guò)程一樣。這里僅給出第一段的計(jì)算過(guò)程。畫出各段扭矩圖如下圖所示：
（4）軸的剛度計(jì)算
式中：T為轉(zhuǎn)矩；為受轉(zhuǎn)矩作用的長(zhǎng)度， mm；G為材料的切變模量，MPa；d為軸徑，mm；為軸截面的極慣性距。,，故軸是安全的。
3.鏈傳動(dòng)的計(jì)算
3.1鏈輪的選定
鏈輪的選用有兩個(gè)，且傳動(dòng)比為1:4，鏈輪的齒形設(shè)計(jì)為目前比較通用的的三圓弧鏈輪材料選用45鋼。熱處理工藝：滲碳、淬火、回火,熱處理后的硬度為50-60HRC。
3.2小鏈輪的計(jì)算
小鏈輪齒數(shù) （鏈速為0.6-3m/s, ，優(yōu)選17）；
且所用傳動(dòng)比i=4
設(shè)計(jì)功率 （查書機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)）
P- 傳動(dòng)功率（）
- 工作情況系數(shù)
- 小齒輪齒數(shù)系數(shù)
- 軸長(zhǎng)系數(shù)，
- 多排鏈排數(shù)系數(shù)
由設(shè)計(jì)功率為3kw，選用鏈條型號(hào)為12A，節(jié)距為P=19.05的標(biāo)準(zhǔn)鏈條。選用三圓弧一直線齒形。
ISO鏈號(hào)12A節(jié)距P=19.05 滾子直徑
鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸
分度圓直徑：==103
齒頂圓直徑： = 103+19.05（1-1.6/17）-11.91=108.24
=103=1.25×19.05-11.91=114.91
取
齒根圓直徑：=103-11.91=91.09 取整數(shù)值=90
齒高：= 3.57
=0.625×19.05-0.5×11.91+=6.85
取值r=6
最大軸凸緣直徑： 確定=58
齒槽形狀
齒面圓弧半徑：
最大齒槽形狀 =44.69
最小齒槽形狀 =27.15
齒溝圓弧半徑：
出溝角：
滾子鏈鏈輪軸向齒輪尺寸
單排齒寬
齒側(cè)倒角=2.48
齒側(cè)半徑=19.05
3.3 大鏈輪的計(jì)算
因?yàn)?1：4 所以大鏈輪齒數(shù)為68齒
選用 ISO鏈號(hào)12A節(jié)距P=19.05 滾子直徑
分度圓直徑：==381
齒頂圓直徑： = 381+19.05（1-1.6/68）-11.91=388.5
=381+1.25×19.05-11.91=392.9
取
齒根圓直徑：=392-11.91=380.09 取整數(shù)值=380
齒高：= 3.57
=0.625×19.05-0.5×11.91+=4.05
取值r=4
最大軸凸緣直徑： 確定=60
齒槽形狀
齒面圓弧半徑：
最大齒槽形狀 =146.91
最小齒槽形狀 =68.58
齒溝圓弧半徑：
出溝角： =116.19
=136.79
滾子鏈鏈輪軸向齒輪尺寸
單排齒寬
齒側(cè)倒角=2.48
齒側(cè)半徑=19.05
4.關(guān)鍵零件的選擇、定位和校核
4.1軸系零件的定位
為了防止軸上零件發(fā)生沿軸向的移動(dòng)，必須對(duì)其進(jìn)行定位，來(lái)保證齒輪的正確嚙合，根據(jù)軸上零件的的安裝要求和對(duì)軸的結(jié)構(gòu)要求，要選擇不同的定位方式，常用的定位方式主要有軸肩定位、套筒定位、軸端擋圈和彈性擋圈，軸間定位方式在本設(shè)計(jì)中有用到，具體的結(jié)構(gòu)和參數(shù)見(jiàn)零件圖和明細(xì)表。
鍵主要是為了實(shí)現(xiàn)軸上零件的周向定位來(lái)傳遞轉(zhuǎn)距，鍵的形式用多種，因此要根據(jù)不同的要求來(lái)選擇不同型號(hào)的鍵，根據(jù)傳動(dòng)的要求，本設(shè)計(jì)全部采用圓頭普通平鍵（A型），它的兩個(gè)側(cè)面是工作面，上表面與輪轂槽底之間留有間隙，其主要特點(diǎn)是定心性好、拆裝方便。
4.2軸承的選擇
兩端由軸承固定在機(jī)架上。根據(jù)軸受力和軸徑的不同，本設(shè)計(jì)選用的軸承是：深溝球軸承。
已知此處軸徑，所以選內(nèi)徑為40mm的軸承，在機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中選擇深溝球軸承；查表6-1，選擇型號(hào)為6007 GB/T276—94的軸承。另一處已知軸徑為，所以選內(nèi)徑也為40mm的軸承，選擇型號(hào)也為6007 GB/T276—94的軸承。所選的軸承基本參數(shù)如下：
軸承外徑： b=35mm
D=62mm
B=14mm
基本額定動(dòng)載荷：C=16.2KN
基本額定靜載荷：C=10.5KN
4.3鍵聯(lián)結(jié)的選擇與校核
（1）鍵的選擇
根據(jù)軸的直徑的不同，應(yīng)該選擇不同型號(hào)的鍵，另外，鍵的長(zhǎng)度也有一系列的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)該優(yōu)先選用第一系列，在以上的說(shuō)明書中知道安裝鍵的軸有四處，分別是第一段和第二段。第一段的直徑為32mm，第二段的直徑為36mm，根據(jù)以上的數(shù)據(jù)選擇鍵：GB/T1096 鍵
從機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表4-1中查得鍵的截面尺寸為：寬度，高度。由聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)并參考鍵的長(zhǎng)度系列，可以確定取此鍵的長(zhǎng)度（比伸入到聯(lián)軸器的深度短一些）。
（2）鍵的安裝
鍵的安裝位置見(jiàn)零件圖。
（3）校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
軸和聯(lián)軸器的材料是鋼和鑄鐵，且屬于靜聯(lián)接由文獻(xiàn)12的表6-2查得許用擠壓應(yīng)力為[σp]=120-150MPa,取其平均值，[σp]=135MPa。鍵的工作長(zhǎng)度為，鍵與輪轂的鍵槽的接觸高度為。由的式6-1可得
M—傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.M）
d—軸的直徑（mm）
l—鍵的工作長(zhǎng)度（mm）;A型，l=L－b
k—鍵與輪轂的接觸高度（mm）;k=h－t,h為鍵的高度，
b—鍵的寬度（mm）
t—切向鍵工作面寬度（mm）
—鍵的許用切應(yīng)力（MPa）
—鍵連接的許用擠壓應(yīng)力，/ MPa
可見(jiàn)聯(lián)接的擠壓強(qiáng)度滿足，即該鍵可以正常工作。
4.4聯(lián)軸器的選擇
本設(shè)計(jì)的聯(lián)軸器是電動(dòng)機(jī)軸與破殼軸的輸入主軸的聯(lián)結(jié)，可知電動(dòng)機(jī)的輸出主軸的外伸部分的長(zhǎng)度E和直徑D分別是60和28。又本設(shè)計(jì)的蝸輪軸的直徑計(jì)算最小值為36.91mm和蝸桿的計(jì)算最小直徑為14.69mm。又軸上都裝有鍵，要將尺寸擴(kuò)大7%左右。最終確定的蝸輪軸的直徑和蝸桿軸的直徑分別是42mm和28mm，G 根據(jù)文獻(xiàn)12表8-2選擇凸緣聯(lián)軸器。
4.5軸承端蓋的設(shè)計(jì)
所選軸承外徑為62mm,在45-65的范圍內(nèi)，所以選擇螺釘直徑 d=6mm，螺釘數(shù)4個(gè)
b=5~10 b取5mm
h=（0.8~1）b=8mm
5．電動(dòng)機(jī)的選擇
5.1選擇電機(jī)
經(jīng)過(guò)多方查閱資料，確定齒盤的轉(zhuǎn)速為75-80r/min，選擇80r/min,破殼及傳動(dòng)部分所需功率為3KW，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為：查機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)第1277頁(yè)表10-7-3可知
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)查出電動(dòng)機(jī)型號(hào)，有以下三種選擇方案，如下表5-1。
表5-1 電動(dòng)機(jī)的類型
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
標(biāo)稱功率
調(diào)速范圍
額定轉(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)質(zhì)量
1
YCT160-6A
1.5
760~76
14.5
135
2
YCT160-6B
2.2
760~76
21.0
135
3
YCT200-6A
3
760~76
28.4
248
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸，質(zhì)量，以及功率，調(diào)速范圍可見(jiàn)第三種方案比較合適，因此選定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是YCT200-6A。
5.2電動(dòng)機(jī)的尺寸及安裝
該電動(dòng)機(jī)的主要外型和安裝尺寸如下表5-2：
表5-2 電動(dòng)機(jī)主要外形尺寸
中心高
外形尺寸
地腳安裝尺寸
地腳螺栓孔直徑
軸伸尺寸
裝鍵部位尺寸
112
38×265×190
190×140
12
28×60
8
其主要外形安裝尺寸如圖5-1所示：
圖5-1 電動(dòng)機(jī)主要外形安裝尺寸
電動(dòng)機(jī)底座安放在的等邊角鋼的平面上，角鐵通過(guò)四根的全螺線螺栓固定在總機(jī)架上。
6.裝配質(zhì)量
（1）整機(jī)零部件完整，無(wú)缺件，安裝方便；
（2）運(yùn)動(dòng)件操作靈活，無(wú)有卡死、磕碰現(xiàn)象；
（3）非運(yùn)動(dòng)件無(wú)明顯偏移、翹曲等現(xiàn)象；
（4）緊固件緊固可靠；
（5）電動(dòng)機(jī)、帶輪、鏈輪安裝牢固、可靠。
7 總結(jié)
通過(guò)此次設(shè)計(jì)使我掌握了科學(xué)研究的基本方法和思路，為今后的工作打下了基礎(chǔ)，在以后的日子我將會(huì)繼續(xù)保持這份做學(xué)問(wèn)的態(tài)度和熱情。
我所選設(shè)計(jì)題目是“平板擠壓式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)”，之所以選擇這個(gè)題目，是因?yàn)槲覍?duì)這個(gè)課題比較的感興趣。在我的生活里，核桃破殼主要是在門縫里夾碎，這樣力道不容易把握，不是夾得太碎就是破裂程度很小，同時(shí)對(duì)門也造成了一定程度的破壞。因此，就想設(shè)計(jì)一款既省力又快速且破殼完整的機(jī)械。
經(jīng)過(guò)查找資料和老師的指導(dǎo)，以及上網(wǎng)搜集更多的相關(guān)學(xué)術(shù)論文、核心期刊、書籍等，終于對(duì)核桃破殼機(jī)有了一定得了解，心里有了大體的思路。最終確定的核桃破殼機(jī)有平板擠壓式破殼機(jī)。對(duì)于這一破殼機(jī)械有以下的結(jié)論：
（1）通過(guò)對(duì)核桃物理機(jī)械特性的測(cè)定和內(nèi)力分析，提出了剝殼取仁原理破裂核桃殼，并研制了入料裝置 ，使得核桃成排狀向下落，有利于擠壓，有利于裂紋的產(chǎn)生與擴(kuò)展，提高剝殼性能。
（2） 設(shè)備結(jié)構(gòu)參數(shù)：定板和破板一樣大其尺寸為長(zhǎng)600mm，寬400mm。間距L和最小間隙s根據(jù)核桃尺寸等級(jí)在理論最佳值附近加以選擇。最佳運(yùn)動(dòng)參數(shù)：偏心軸轉(zhuǎn)速300 r／min，以每個(gè)核桃10g計(jì)，則最大生產(chǎn)率為18Okg/h。
致 謝
首先感謝我的指導(dǎo)老師蘭海鵬老師。本設(shè)計(jì)是在蘭海鵬老師的悉心指導(dǎo)下完成的。他無(wú)論是在資料的整理，還是在設(shè)計(jì)的畫圖等各個(gè)方面都給予了我大量的指導(dǎo)和幫助，在他的精心指導(dǎo)下，才使得我的設(shè)計(jì)一步一步的有序的完成，同時(shí)也學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識(shí)，受益匪淺，特致以深深的感謝。同時(shí)也要感謝學(xué)科組每一位老師們不僅在“授業(yè)、傳道、解惑”方面給予了精心培養(yǎng)和指導(dǎo)，也給我提供了充足完備的條件和寶貴的學(xué)習(xí)交流機(jī)會(huì)，而且在生活方面還給予我極大的關(guān)懷，學(xué)生深表謝意！
隨著畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，畢業(yè)答辯的臨近，我的大學(xué)生活也即將結(jié)束。心中的感覺(jué)無(wú)法表達(dá)。記得陳海濤博士說(shuō)過(guò)，畢業(yè)設(shè)計(jì)也許是我們最后一次允許犯錯(cuò)誤。這也真實(shí)的體現(xiàn)在了我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)中，計(jì)算一遍遍的改，圖一遍遍的畫，經(jīng)過(guò)老師的無(wú)數(shù)次指導(dǎo)，無(wú)數(shù)次的和同學(xué)探討，無(wú)數(shù)次的修改，終于定型！
四年的大學(xué)生活即將結(jié)束，在這四年里，我體會(huì)頗多。首先感謝所有老師，尤其是這四年來(lái)帶過(guò)我課的老師，沒(méi)有你們就沒(méi)有今天的我，你們不僅教會(huì)了我書本上的知識(shí)，而且還教會(huì)了我做人的道理。在這里，學(xué)生真誠(chéng)的向你們說(shuō)聲感謝。再次感謝農(nóng)機(jī)班的所有同學(xué)們，謝謝你們?cè)谄饺绽锝o我的幫助和照顧，祝愿你們?cè)谝院蟮墓ぷ骱蜕钪卸寄芤环L(fēng)順！
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