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煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)作品及畢業(yè)設(shè)計(jì) 原創(chuàng)性聲明和答辯申請 學(xué)生姓名： 李爽 學(xué)號： 201604501153 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師： 申剛（副教授） 論文（設(shè)計(jì)）題目： 手持式花椒采摘機(jī)設(shè)計(jì) 本人鄭重聲明： 所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立工作取得的成果，所涉及到的其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果均已經(jīng)在設(shè)計(jì)中注明引用。對我提供指導(dǎo)的教師和與我共同工作的同學(xué)已在設(shè)計(jì)中作了說明并表示謝意。 供驗(yàn)收的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品符合下面第 1 的情形： 1、完全獨(dú)立完成，所使用的平臺、工具及資源（包括商業(yè)的和開源的）均已經(jīng)在論文（設(shè)計(jì)）中說明； 2、與他人合作完成，或者是作為 中的一部分，與團(tuán)隊(duì)成員共同完成，本人負(fù)責(zé)的部分是 ； 3、在他人工作（來源： ）的基礎(chǔ)上，本人作了擴(kuò)充，擴(kuò)充的部分是 ； 4、在他人工作（來源： ）的基礎(chǔ)上，本人對其中的部分工作進(jìn)行了改寫，改寫的部分是 ； 5、其他 。 本人完全清楚學(xué)院及本系針對學(xué)術(shù)不端行為處理的有關(guān)規(guī)定，并對以上聲明負(fù)完全的責(zé)任。 鑒于本人認(rèn)真完成了畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）的各個(gè)環(huán)節(jié)，以此為基礎(chǔ)撰寫了畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)），并如實(shí)地對作品的原創(chuàng)性進(jìn)行了聲明，特提出畢業(yè)答辯申請，請予以批準(zhǔn)。 學(xué)生： 李爽 （簽名） 2020 年 5 月 30 日 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告 學(xué)生姓名： 李爽 學(xué) 號： 201604501153 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 設(shè)計(jì)題目： 手持式花椒采摘機(jī) 指導(dǎo)教師： 申剛 （副教授） 2019 年3 月12日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 1．本課題的研究意義，國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、水平和發(fā)展趨勢 本課題的研究意義： 手持式花椒采摘機(jī)是用來幫助椒農(nóng)進(jìn)行采摘工作?；ń吩a(chǎn)我國，它主要種植在丘陵、山坡、岸邊和地頭，花椒產(chǎn)業(yè)已成為特殊區(qū)域農(nóng)民致富新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)?；ń肥俏覀兩铒嬍持幸环N幾乎必不可少的調(diào)味料。花椒還可以做中藥治療各種病癥，但是，花椒的采摘并不簡單，并且莖干和枝上都生有短刺。椒農(nóng)在采摘中被刺傷流血甚至過敏都是常見的現(xiàn)象。 主要作用：用機(jī)器代替人工手動(dòng)采摘花椒，從而避免采摘花椒過程中可能帶來的刺傷、過敏等對人人體的傷害。 機(jī)器的價(jià)值：花椒采摘機(jī)可以有效地提高花椒采摘的效率，降低高額的雇傭資金。并且具有安全不傷手、便于攜帶的優(yōu)點(diǎn)。提高經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。 發(fā)展趨勢：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，自動(dòng)化漸漸代替手工已經(jīng)成為國際趨勢，手工采摘的方是目前國內(nèi)外最主要的采集方法,手工采摘的采收速度慢工作效率低，費(fèi)工,工作的時(shí)間長，如果不能及時(shí)采摘，果實(shí)很容易成熟掉落，造成經(jīng)濟(jì)上的損失。 5 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告 2．本課題的基本內(nèi)容，預(yù)計(jì)可能遇到的困難，提出解決問題的方法和措施 基本內(nèi)容： 1.機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.傳動(dòng)比的計(jì)算 3.電機(jī)的選擇 4.考慮電機(jī)的重量 5.能源的選擇 6.工作的效率 7.對花椒采摘機(jī)進(jìn)行二維或三維建模。 可能遇到的困難： 1. 花椒因樹枝伸展長、帶刺以及果實(shí)小而致使采摘十分困難。同時(shí)，花椒的收獲要求不傷葉、不傷芽、不傷枝。對椒樹花芽、花葉的損傷 ， 以免影響椒樹來年的產(chǎn)量。 2. 機(jī)構(gòu)間的運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)化，比如，如何將電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為刀具的移動(dòng)。 3.機(jī)器體型要便于攜帶。并且噪音小。 解決問題的方法和措施： 通過查閱關(guān)于花椒采摘機(jī)器論文、期刊，合理的利用現(xiàn)有的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化性，突破性設(shè)計(jì)。 積極與老師進(jìn)行密切的交流，及時(shí)更近自己的不足之處。 密切與同學(xué)交流自己在設(shè)計(jì)中的問題，互相解決。 3．本課題擬采用的研究手段（途徑）和可行性分析 研究手段（途徑）： 1.通過學(xué)習(xí)《機(jī)械原理》與《機(jī)械設(shè)計(jì)》分析不同機(jī)構(gòu)的選擇可能帶來的優(yōu)缺點(diǎn)。 2.對市面上現(xiàn)有的采摘器械進(jìn)行合理的采納。 3.進(jìn)行二維或三維建模進(jìn)行仿真。 4.給出圖紙。 可行性分析： 1.在大學(xué)的學(xué)習(xí)中，已經(jīng)有了對機(jī)械的課程有所學(xué)習(xí)能力與知識的儲備。比如《機(jī)械設(shè)計(jì)》《機(jī)械原理》《solidworks》《cad》《機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)》等等。 2.可以向身邊參加過機(jī)械設(shè)計(jì)大賽取得名次的請教。 3.可以向大學(xué)老師請教在射進(jìn)中遇到的困難。 所以，對花椒采摘機(jī)的設(shè)計(jì)是一個(gè)可以辦得到并且走的通的設(shè)計(jì)。 畢 業(yè) 論 文 開 題 報(bào) 告 指導(dǎo)教師意見： （對本課題的深度、廣度及工作量的意見） 論文選題與專業(yè)結(jié)合緊密，選題的范圍比較適中，該選題的研究具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。開題報(bào)告中研究的基本內(nèi)容、研究的主要問題、研究的方向明確；研究的方法及措施可行；研究工作的步驟、進(jìn)度安排合理。 同意開題。 指導(dǎo)教師： 2020年 3 月 14 日 教研室審查意見： 同意開題 教研室負(fù)責(zé)人： 2020年 3 月 15 日 分類號 編號 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 手持式花椒采摘機(jī)設(shè)計(jì) Design of machinery to pick Chinese prickly ash in hand 申請學(xué)位： 工學(xué)學(xué)士 系 別： 機(jī)電工程系 專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級： 文機(jī)1601-1 姓 名： 李爽 學(xué) 號： 201604501153 指導(dǎo)老師： 申剛（副教授） 2020年5月30日 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院 手持式花椒采摘機(jī)設(shè)計(jì) 姓名：李爽 導(dǎo)師：申剛 2020年5月30日 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書 系（部）：機(jī)電工程系 姓名 李爽 學(xué)號 201604501153 畢業(yè) 屆別 2020 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目 手持式花椒采摘機(jī) 指導(dǎo)教師 申剛 學(xué)歷 研究生 職稱 副教授 所學(xué)專業(yè) 導(dǎo)彈地面設(shè)備 1、具體要求(主要內(nèi)容、基本要求、主要參考資料等)： 主要內(nèi)容： 1、主要技術(shù)指標(biāo):總重量2kg之內(nèi)，連續(xù)工作時(shí)間12h； 2、結(jié)合任務(wù)要求確定動(dòng)力元件，并進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)， 3.要求有裝配圖和主要零件的零件圖紙; 4.最后進(jìn)行答辯。 2、主要參考資料 《理論力學(xué)》哈爾濱工業(yè)大學(xué)第八版、《機(jī)械制造工藝基礎(chǔ)》第二版周世權(quán)、《機(jī)械設(shè)計(jì)》第一版許立忠、《機(jī)械原理》第二版安子軍等。 3、進(jìn)度安排 1、完成開題報(bào)告;2、掌握結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，工作過程中的性以及常用的設(shè)計(jì)原則和方法。完成論文書寫，準(zhǔn)備答辯。 指導(dǎo)教師（簽字）： 2020年 1月 10日 系（部）意見： 同意 系主任（簽字）： 2020年 1 月 11 日 備注： [摘 要] 手持式花椒采摘機(jī)是幫助農(nóng)民完成高效率的采集花椒和保護(hù)農(nóng)民安全的機(jī)械。它可以解決由人工采摘帶來的高勞動(dòng)成本，花椒收獲效率低的問題。該設(shè)備采用擺動(dòng)搖桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)刀具完成剪切動(dòng)作，具有收集裝置和機(jī)器伸縮桿裝置，實(shí)現(xiàn)了對剪切枝干，花椒的收集和裝備的伸長與縮短功能。足夠應(yīng)對各種工作環(huán)境，方便農(nóng)民采摘不同高度，朝著不同方向生長的的花椒。其次，手持式花椒采摘機(jī)屬于小型機(jī)械，具有操作簡便，機(jī)構(gòu)緊湊經(jīng)濟(jì)性好。能夠帶入各種復(fù)雜的地理環(huán)境中，適用于不同品種的花椒采摘。 [關(guān)鍵詞] 手持式；花椒采摘機(jī)； Abstract：Machinery to pick Chinese prickly ash in hand is a machine that help farmers to improve work efficiency and protect farmers' safety.It can solve the problems of high labor cost and low harvest efficiency caused by manual picking.First,Considering the actual working environment and job demand of farmers, a hand held Chinese prickly ash picking machine was designed here.This equipment uses the oscillating guide-bar mechanism to drive the cutting tool to complete the shearing work, and has the collection device and the device of the telescopic rod, which is extremely convenient to operate and has a compact mechanism with good economy.Sufficient to cope with a variety of working environments, it is convenient for farmers to pick peppercorns of different heights and growing in different directions.Secondly, Machinery to pick Chinese prickly ash in hand is a small machine with simple operation and good economy. Can be brought into a variety of complex geographical environment, suitable for different varieties of Chinese prickly ash picking . Key words：Portable;Chinese prickly ash picking machine; 目 錄 第一章 緒論 1 1.1. 課題背景及意義 1 1.2. 課題的主要工作 1 第二章 手持式花椒采摘機(jī)總體方案 2 2.1. 課題的主要工作 2 2.2. 工作需求及結(jié)構(gòu)參數(shù) 2 2.3. 手持式花椒采摘機(jī)總體方案 2 2.4. 設(shè)備的主要裝置及工作原理 3 2.5. 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 3 第三章 剪切機(jī)構(gòu)的原理及設(shè)計(jì) 5 3.1. 剪切結(jié)構(gòu)原理 5 3.2. 剪切機(jī)構(gòu)的刀具設(shè)計(jì) 5 3.3. 刀具間隙補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5 第四章 動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)的原理及設(shè)計(jì) 6 4.1. 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的基本要求 6 4.2. 動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)原理 6 4.3. 極位夾角的的取值范圍 6 4.4. 各桿長度的確定原則 8 第五章 伸縮結(jié)構(gòu)裝置的原理及設(shè)計(jì) 10 5.1. 伸縮結(jié)構(gòu)的基本要求 10 5.2. 伸縮機(jī)構(gòu)的原理 10 第六章 設(shè)計(jì)收集裝置 12 第七章 螺紋及螺母計(jì)算和校核 13 7.1. 螺母的參數(shù)的計(jì)算 13 7.2. 螺紋牙強(qiáng)度的計(jì)算 13 7.3. 螺母強(qiáng)度的計(jì)算 14 第八章 標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇 15 8.1. 機(jī)器整體的材料選擇 15 8.2. 電動(dòng)機(jī)的選擇 15 結(jié)論 17 參考文獻(xiàn) 18 致謝 19 2 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第1章 緒論 1.1. 課題背景及意義 在花椒收獲的季節(jié)的用雙手進(jìn)行采摘花椒仍是我國采摘花椒的主要方式。這種方式非常耗費(fèi)人力和時(shí)間，但是如今的社會(huì)已經(jīng)不同往日，伴隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)器取代勞動(dòng)力已經(jīng)是時(shí)代的潮流，花椒果實(shí)的人工采摘過程是農(nóng)民用手指甲對花椒穗處進(jìn)行剪切，長時(shí)間的采摘極易在手指甲處產(chǎn)生疼痛，并且花椒樹的樹枝和樹身生長有濃密的尖刺，農(nóng)民在采摘過程中還要保證果實(shí)的完整性，影響了采摘的速度，這極大的提高了采摘的難度，使農(nóng)民無法快速完成采摘的動(dòng)作，導(dǎo)致工作效率極低。雖然農(nóng)民用雙手采摘在一定程度上提高了對花椒樹枝葉的保護(hù)，并它們提高了采摘果實(shí)的質(zhì)量。如果面臨大規(guī)模的采摘花椒時(shí)，單單僅靠人工徒手采摘可能無法滿足要求實(shí)際的需求。目前我國所擁有的大型的采摘機(jī)器的購買要花費(fèi)大量的財(cái)力，由于花椒生長的地形復(fù)雜大型機(jī)器無法使用，故沒有在全國普及開來，僅僅能專門的地形中使用。為了解決我國缺少輕便，轉(zhuǎn)移方便的設(shè)備，因此特別設(shè)計(jì)手持式花椒采摘機(jī)解決上述的問題。 手持式花椒采摘機(jī)的設(shè)計(jì)主要解決了由于花椒樹枝存在密集的尖刺和小果實(shí)長而造成的采摘困難既不損害葉子，芽或枝條，又要及時(shí)對果實(shí)收集的問題。為了以花椒為主要農(nóng)作物的農(nóng)民，提供了方便的機(jī)器，促進(jìn)椒農(nóng)的經(jīng)濟(jì)增長， 1.2. 課題的主要工作 本該設(shè)計(jì)完成了對機(jī)器核心傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，采用最優(yōu)的尺寸設(shè)計(jì)方案，完善了對采摘花椒產(chǎn)品無污染的設(shè)計(jì)，使符合國家的食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。具有優(yōu)異的耐磨性和超長的機(jī)器壽命。手持式花椒采摘機(jī)使用過程方便、尺寸小巧，實(shí)現(xiàn)了根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)整，輕松的對各種位置花椒進(jìn)行采摘并可以進(jìn)入各種復(fù)雜的環(huán)境的設(shè)計(jì)。 第2章 手持式花椒采摘機(jī)總體方案 2.1. 課題的主要工作 手持式花椒采摘機(jī)設(shè)計(jì)的主要工作如下： （1） 手持式花椒采摘機(jī)整體尺寸不應(yīng)該太大，機(jī)器的材質(zhì)要輕盈： （2）手持式花椒采摘機(jī)需要有適當(dāng)大小的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)和工作部位(刀具)的剪切力； （3）手持式花椒采摘機(jī)刀具的擺動(dòng)應(yīng)該有一定的角度； （4）手持式花椒采摘機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中應(yīng)當(dāng)考慮適應(yīng)惡劣環(huán)境與操作簡單的要求。 （5）手持式剪切花椒應(yīng)當(dāng)具有一定的位置精度； 2.2. 工作需求及結(jié)構(gòu)參數(shù) 下面本文對手持式花椒采摘機(jī)由基本工作條件產(chǎn)生的基本設(shè)計(jì)參數(shù)如下： （1）手持式花椒采摘機(jī)用兩個(gè)刀片交錯(cuò)嚙合實(shí)現(xiàn)對果實(shí)的采摘； （2）剪切粗細(xì)即刀口的張口為1-5毫米，，剪切的速度為㎜/次。 由上述實(shí)際工作條件決定的設(shè)計(jì)要求，本文對手持式花椒采摘機(jī)進(jìn)行了總體的設(shè)計(jì)。 2.3. 手持式花椒采摘機(jī)總體方案 本文以花椒采摘機(jī)的傳動(dòng)原理和刀具的設(shè)計(jì)主要的研究對象，并分析目前已有的花椒采摘機(jī)與本人大學(xué)期間的知識的學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)了對手持式花椒采摘機(jī)的設(shè)計(jì)。具體內(nèi)容如下: 手持式花椒采摘機(jī)的總體方案如下。其中包括：剪切機(jī)構(gòu)、動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)（擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)）、花椒收集裝置和伸縮桿加長裝置。設(shè)備的核心通過剪切機(jī)構(gòu)對花椒穗進(jìn)行剪切，且不能對樹干造成過大傷害。比如：不過分損傷枝葉、不傷花椒芽、農(nóng)民操作要簡單、設(shè)備要輕便小巧。還要并且對已經(jīng)采摘下來的花椒進(jìn)行收集。總體的設(shè)計(jì)如圖2-1。 圖2-1機(jī)器總體方案 1- 上刀片；2-固定下刀片；3-導(dǎo)桿；4-轉(zhuǎn)盤；5-伸長機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)軸；6-伸長臂；7-手柄；8-剪切機(jī)構(gòu)固定支架；9-直流電動(dòng)機(jī)；10-電源； 2.4. 設(shè)備的主要裝置及工作原理 花椒采摘器工作原理是動(dòng)力源9-直流電動(dòng)機(jī)，帶動(dòng)4-轉(zhuǎn)盤與3-導(dǎo)桿形成移動(dòng)副繞著固定端做來回?cái)[動(dòng)，同時(shí)3-導(dǎo)桿的左端連接著1-上刀片。上刀片與2-固定下刀片左右錯(cuò)動(dòng)對花椒果實(shí)采摘處進(jìn)行剪切。此時(shí)刀具錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生的剪切力將花椒與樹枝分離。花椒因?yàn)橹亓Χ袈?，最后落在花椒采摘器上的花椒倒入收集裝置；從而完成一個(gè)花椒收獲。收集裝置需要提前固定在花椒樹干下方。 在其后部有5、6、7形成旋轉(zhuǎn)伸縮機(jī)構(gòu)，目的是實(shí)現(xiàn)對不同高度和不同方位花椒的采摘， 實(shí)際操作過程：農(nóng)民工人操作時(shí)，首先按照工作需求用機(jī)器長短進(jìn)行調(diào)整。然后只需啟動(dòng)開關(guān)后通過手持機(jī)器瞄準(zhǔn)果實(shí)需要剪切的部位做進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，即可完成采摘工作。掉落的果實(shí)通過收集裝置對果實(shí)進(jìn)行收集。完成整個(gè)采集過程。 2.5. 設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 接下來對動(dòng)力、機(jī)構(gòu)原理、刀具設(shè)計(jì)、伸縮裝置、收集裝置詳細(xì)說明。 第二章:通過查閱相關(guān)資料和所學(xué)知識積累，了解了目前花椒采摘機(jī)中采摘機(jī)構(gòu)與收集系統(tǒng)的相關(guān)方法和方向。 第三章第四章第五章第六章：查閱機(jī)械原理的書籍，設(shè)計(jì)花椒采摘機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理。對機(jī)器的主要機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和對機(jī)構(gòu)進(jìn)行校核。為了加長農(nóng)民有效的的工作半徑而對伸長機(jī)構(gòu)進(jìn)行的設(shè)計(jì)和校核。 第七章：對比一般螺母螺紋的校核步驟進(jìn)行計(jì)算。 第八章：查詢書籍完成對材料與電機(jī)的選擇。  第3章 剪切機(jī)構(gòu)的原理及設(shè)計(jì) 3.1. 剪切結(jié)構(gòu)原理 剪切結(jié)構(gòu)的原理:通過上刀片與固定下刀片相互錯(cuò)動(dòng)產(chǎn)生的剪切力對花椒枝干進(jìn)行剪切。如圖3-1。 圖3-剪切機(jī)構(gòu)示意圖 3.2. 剪切機(jī)構(gòu)的刀具設(shè)計(jì) 剪切機(jī)構(gòu)的刀具由固定下刀片和上刀片組成，下刀片是一個(gè)固定在固定支架上，切割上鋸是一個(gè)擺動(dòng)刀具。通過兩個(gè)刀具的相互錯(cuò)動(dòng)達(dá)到切割的作用。 刀具的尺寸與形狀由實(shí)際的工作要求有關(guān)：一般花椒樹枝的直徑在1-5㎜之間，為了保證可以將花椒的樹枝完全放入刀口中，所以將刀齒間的距離定為為5㎜左右，刀具切割部位的長度定為20㎜，寬度定為20㎜。 3.3. 刀具間隙補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 兩個(gè)刀具之間相互錯(cuò)動(dòng)摩擦是不可避免的，如果刀具之間的間隙很小，劇烈的摩擦將會(huì)加速刀頭磨損，還會(huì)在采摘過程中產(chǎn)生熱量，降低刀具的塑性，影響機(jī)器的壽命。間隙過大時(shí)會(huì)影響剪切，造成無法剪斷的現(xiàn)象，影響效率。所以需要補(bǔ)償它們之間的間隙。 刀具間隙補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的原理是通過螺紋可以使用螺栓與螺母通過旋緊的方式，完成對刀具的壓緊，實(shí)現(xiàn)對間隙進(jìn)行補(bǔ)償。 第4章 動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)的原理及設(shè)計(jì) 4.1. 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的基本要求 在進(jìn)行擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，我們不僅僅要保證從動(dòng)件（刀具）能夠滿足實(shí)際的采摘功能工作的需要，還要保證擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)要有良好的工作穩(wěn)定性和良好的工作效率。因此，本節(jié)核心討論有關(guān)擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的尺寸選取的最優(yōu)化，選用最為合理尺寸進(jìn)一步提高機(jī)械效率而設(shè)計(jì)的基本參數(shù)的理論依據(jù)。 4.2. 動(dòng)力傳輸機(jī)構(gòu)原理 本整個(gè)手持式花椒采摘機(jī)的設(shè)計(jì)中最為核心的工作就是將如何把直流電動(dòng)機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為機(jī)構(gòu)的連續(xù)移動(dòng)或擺動(dòng)問題。經(jīng)過《機(jī)械原理》課本知識的查詢與市面上流通的商品的研究，最終確定了采用擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)具有優(yōu)良的特殊性質(zhì)。機(jī)構(gòu)傳動(dòng)就越有保障。傳動(dòng)角始終為90度，機(jī)器的工作性能良好。如圖4-1 圖4-1 擺動(dòng)搖桿機(jī)構(gòu)原理圖 對擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)的選擇，對于能否發(fā)揮機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)，提高機(jī)構(gòu)的工作效率，對設(shè)備的設(shè)計(jì)極其重要。 4.3. 極位夾角的的取值范圍 下面介紹了急回特性行程比系數(shù)對擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)效率的影響。以此來選取最佳的機(jī)構(gòu)尺寸。 圖4-2為機(jī)構(gòu)的簡化原理圖 圖4-2 擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)原理圖 設(shè)、、分別表示AD、AC、擺桿CB的長度。B長度為刀頭擺動(dòng)的距離,A為電機(jī)的輸出端，AC機(jī)構(gòu)的曲柄完成定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，∠CDC為極位夾角θ。在運(yùn)行電動(dòng)機(jī)后，直流電機(jī)曲帶動(dòng)AC做主動(dòng)件世家驅(qū)動(dòng)力給滑塊C,使滑塊在導(dǎo)桿中不斷的移動(dòng),帶動(dòng)導(dǎo)桿繞著定點(diǎn)D不斷擺動(dòng)，導(dǎo)桿BC另一端B處安裝刀頭，刀頭做往復(fù)運(yùn)動(dòng),于固定的下刀齒滑動(dòng)完成剪切的工作，要求擺桿速度穩(wěn)定，選用合適的機(jī)構(gòu)尺寸將能夠充分利用機(jī)構(gòu)自帶的急回特性,大大的提高工作效率。 根據(jù)定義,急回特性的行程速比系數(shù)的公式為 （4-1） 其中θ為極位置夾角，K為急回特性的行程速比系數(shù) 公式為； （4-2） 式中---------極位置夾角，l為桿長。 由式(4-1)、式(4-2)可知，式子中K值越大，機(jī)構(gòu)的急回特性越明顯。 并且極位夾角K值在K值隨的增大而增大,隨減小而減小。 他們的關(guān)系近似成正比的關(guān)系,說明AC的越長，急回運(yùn)動(dòng)特性越突出，即工作的效率也就相應(yīng)的提高了。它們之間的關(guān)系如圖4-3所示。 圖4-3曲柄長度與形成比系數(shù)關(guān)系 經(jīng)過推導(dǎo)公式，滑塊在左右晃動(dòng)時(shí)的速度不均勻系數(shù)公式為 （4-3） 其中θ為極位夾角 因此，根據(jù)式(4-3)可以得到速度不均勻系數(shù)與極位夾角的關(guān)系,如圖4-4所示。 圖4-4極為夾角與運(yùn)動(dòng)不均勻系數(shù)的關(guān)系 所以最佳的極位夾角試取在這里，由于擺動(dòng)范圍不太大，所以取 4.4. 各桿長度的確定原則 根據(jù)機(jī)構(gòu)的曲柄存在的條件及滿足擺動(dòng)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)的桿長條件,需要滿足 即形成搖桿機(jī)構(gòu)條件。 且.),但是一般用公式: ( (4-4) 比較合理。 根據(jù)前述θ=30°，由直角三角形可以算出ED與DB的距離。如圖4-5 圖4-5桿件構(gòu)成的直角三角形 ㎜，㎜ 由上式可得,成正比關(guān)系。 為了保護(hù)人的手與花椒樹枝之間保持一定的距離 暫定CA=130㎜. 同理可求出曲柄AC的長度㎜ 第5章 伸縮結(jié)構(gòu)裝置的原理及設(shè)計(jì) 5.1. 伸縮結(jié)構(gòu)的基本要求 （1）功能要求 伸縮臂的操作方式要簡單，能夠保證一定的的位置精度。 （2）使用壽命的要求 產(chǎn)品的壽命是指由于正常的磨損（例如摩擦和磨損）而導(dǎo)致連續(xù)工作時(shí)間降低了產(chǎn)品性能（在允許的范圍內(nèi)）并且不需要大修。 因?yàn)楹茈y將每個(gè)組件設(shè)計(jì)成具有相同的壽命，因此對于比較容易磨損的部件的設(shè)計(jì)應(yīng)該便于制造和易于更換。 （3）經(jīng)濟(jì)性要求 要求主要有兩點(diǎn)：工藝過程的經(jīng)濟(jì)性，實(shí)際工作的經(jīng)濟(jì)性。設(shè)計(jì)要盡量減小制造精度和安裝精度還有尺寸精度，使經(jīng)濟(jì)性上升。 下面是由實(shí)際工作確定的伸縮臂的基本參數(shù)： （1）整體長度變化范圍為：20-100mm； （2）完成整個(gè)長度變化的時(shí)間為：5-10S； （3）位置精度：要有保證保證位置精度的機(jī)構(gòu)，且產(chǎn)生的位置誤差要不大于3mm； 5.2. 伸縮機(jī)構(gòu)的原理 伸縮機(jī)構(gòu)的方案是采用導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)方法，將手柄插入到伸縮桿中，通過螺母螺栓進(jìn)行位置固定。有需要時(shí)可以拔出來。實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的伸縮。 設(shè)計(jì)伸縮機(jī)構(gòu)的目的是為了解決受樹的高度的限制和花椒果實(shí)生長方向朝向四面八方的限制，工人夠不到果實(shí)無法按完成采摘這一情況而設(shè)計(jì)。具體裝置如圖5-1 圖5-1伸縮桿機(jī)構(gòu)簡圖 圖中1為旋轉(zhuǎn)支架 2為伸縮桿 3為手柄 在工作時(shí)農(nóng)民工人只需要松開螺母，抽動(dòng)手柄拉伸到滿意位置，旋緊螺母即可。 下圖是伸縮機(jī)構(gòu)的極限位置狀態(tài)，如圖5-2 圖5-2機(jī)構(gòu)處于最長與最短位置圖 將手柄的長度定為120 寬度為140㎜，每隔20㎜打一個(gè)孔。 第6章 設(shè)計(jì)收集裝置 花椒采摘下來顆粒較小，掉落在地上將很難全部回收，根據(jù)花椒樹枝干，設(shè)計(jì)網(wǎng)狀兜，將收集網(wǎng)包圍在花椒樹枝下，剪落得花椒將落入網(wǎng)內(nèi)，通過收集器收集。如圖6-1 圖6-1收集裝置 第7章 螺紋及螺母計(jì)算和校核 7.1. 螺母的參數(shù)的計(jì)算 首先下文對與螺母外徑為： （7-1） 已知，所以 ，取㎜ 螺母凸緣外徑D4為 （7-2） 將D帶入（7-2），所以 ㎜， 取mm ，所以為㎜ 7.2. 螺紋牙強(qiáng)度的計(jì)算 選取螺母的材料為青銅。強(qiáng)度的校核是對比較脆弱的零件進(jìn)行計(jì)算，其中螺母的材料較差，故對螺紋牙強(qiáng)度的校核。 式中--------梯形螺紋的螺紋牙根部寬度 式中--------為青銅螺母的許用切應(yīng)力 對于螺母的剪切強(qiáng)度可以按下式確定： （7-3） 由于機(jī)器受力不大，定，，內(nèi)螺紋大徑D=24.5mm， 將上式代入得： ， 故設(shè)計(jì)合理。 7.3. 螺母強(qiáng)度的計(jì)算 對于使用青銅作螺母材料，一般取，取 式中--------許用拉伸應(yīng)力 首先我們要對螺母外徑進(jìn)行校核和強(qiáng)度的計(jì)算 （7-4） 利用上式已知的條件進(jìn)行計(jì)算 其中取㎜比較合理。 下面將對材料的許用擠壓應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算 根據(jù)手冊 （7-5） 式中為----------螺母凸緣與底座接觸表面的擠壓強(qiáng)度 把F=1000,D=62㎜,D條件代入，得 所以滿足條件。 第8章 標(biāo)準(zhǔn)零件的選擇 8.1. 機(jī)器整體的材料選擇 對于機(jī)器外殼來說，考慮手持式機(jī)器的要求要保證重量輕盈，這樣農(nóng)民工人勞動(dòng)強(qiáng)度會(huì)大大降低，采故用pvc高分子材料制作外表面，具有良好的塑性。刀刀頭部位采用不銹鋼304制作，原因是有較強(qiáng)的抗氧化能力。采摘后在果實(shí)之上不會(huì)殘留刀具廢屑對人體產(chǎn)生傷害，并且承載能力強(qiáng)，可以抵抗較大的載荷。有一定的剛度, 擺動(dòng)導(dǎo)桿采用45#鋼，由于轉(zhuǎn)動(dòng)受到較大的扭力。伸縮機(jī)構(gòu)同外殼一樣采用pvc高分子材料，來降低勞動(dòng)強(qiáng)度。收集裝置材料的選擇需要具有經(jīng)濟(jì)性安全性，所以采用可使用級別尼倫材質(zhì)作為收集裝置。 8.2. 電動(dòng)機(jī)的選擇 手持式花椒采摘機(jī)的動(dòng)力原件選擇為直流電電機(jī)帶動(dòng)機(jī)構(gòu)，實(shí)際需求：負(fù)載相對穩(wěn)定、連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)不改變方向，野外工作，粉塵多有多種枝葉等雜物，另外擺動(dòng)導(dǎo)桿的轉(zhuǎn)速度不能太高，兩刀具交錯(cuò)速度太快，會(huì)使花椒果實(shí)剪切部位不能送到道口，出現(xiàn)剪不斷的現(xiàn)象。另外快速摩擦產(chǎn)生的熱量使得刀鋸變?yōu)榧t熱狀態(tài)，塑性降低，如果更進(jìn)一步刀具受熱量增高會(huì)發(fā)生退火，使刀具失去其鋒利的特性，使工作過程變難，工作效率變低。在這里電動(dòng)機(jī)選用。 作為動(dòng)力源，為了確保能使機(jī)構(gòu)的功率和速度，以保證順利完成花椒的剪切。 通過計(jì)算傳動(dòng)比還有功率，來實(shí)現(xiàn)直流電機(jī)的選取。由課本和查閱相關(guān)電動(dòng)機(jī)的選擇，大致選取參數(shù)如表8-1。 表8-1 脫殼輥相關(guān)參數(shù) 項(xiàng)目 代號 參數(shù)值 擺動(dòng)導(dǎo)桿直徑 dk 60mm 擺動(dòng)導(dǎo)桿轉(zhuǎn)速 nk 3000r/min 刀鋸最大間隙 lj 10mm N=＝75W 式中G-------花椒采摘機(jī)的采摘能力，。 W--------將花椒采摘下所用能量，其值與刀片往復(fù)次數(shù)有關(guān)，并且d與w成反比，當(dāng)㎜，取。 ------傳動(dòng)效率，選定 表7-2 主電機(jī)參數(shù) 型號 額定功率/kW 轉(zhuǎn)速/( r/min) 電流/ A 效率/ % 功率因數(shù) cosφ 775 0.075 3000 12 84 0.73 最大轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩額定轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)電流額定電流 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)量GD2 / N?m2 重量/kg 2.0 2.0 6.0 0.753 118 所以根據(jù)，通過課本查詢，最終選用775，如圖8-1 圖8-1 直流電機(jī) 結(jié)論 這一學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)馬上就要結(jié)束了，這次的設(shè)計(jì)不僅讓我對原先已經(jīng)學(xué)習(xí)的只是進(jìn)行了很好的復(fù)習(xí)，還學(xué)到了許多新的知識。通過查閱書籍等相關(guān)資料，使我對手持式花椒采摘機(jī)的設(shè)計(jì)有了更多的了解。 在本次設(shè)計(jì)中主要是對傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行的設(shè)計(jì)，順利完成了手持式花椒采摘機(jī)采摘工作的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對果實(shí)的采摘和花椒果實(shí)的收集還具有重量輕、操作方便等優(yōu)勢。同時(shí)也對機(jī)構(gòu)的主要零件做了繪制，使論文的表達(dá)的更加清晰。 同樣它也有著一些不可避免地不足之處，比如伸長機(jī)構(gòu)顯得太過笨重，由于技術(shù)不足，收集裝置也不是太過于智能。雖然就目前而言還存在著一些缺陷，但是我相信在我們不斷地努力下，以后的設(shè)計(jì)將會(huì)變得更加完善。  參考文獻(xiàn) [1] 劉鴻文.材料力學(xué)I，第五版[M]. 北京：高等教育出版社，2011.1: 112-117 [2]大連理工大學(xué)工程圖學(xué)教研室.機(jī)械制圖，第六版[M]. 北京：高等教育出版社，2006.2: 21-23 [3]鄒慧君主編《機(jī)械原理課程設(shè)計(jì)手冊》高等教育出版社1998 [4] 陳秀寧，施高義.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M]. 杭州：浙江大學(xué)出版社，2012.7: 27-29 [5] 孔凌嘉.簡明.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊[M]. 北京：北京理工大學(xué)出版社，2008.2: 66-69 [6] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊委員會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊—單行本（連接與緊固）[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.3: 28-35 [7]安子軍.機(jī)械原理.第二版[M] 國防工業(yè)出版社 致謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過成中遇到了不少的困難和挑戰(zhàn)，感謝申剛老師的細(xì)心的教導(dǎo)，申老師在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，善于啟發(fā)和誘導(dǎo)。經(jīng)常性的提出精彩設(shè)計(jì)方案，并且呂老師耐心地回答我的各種問題，教導(dǎo)我如何讓完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。感謝老師，感謝老師對我畢業(yè)設(shè)計(jì)的細(xì)心指導(dǎo)。對于此次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中存在的問題的解答，也學(xué)到了新的知識和方法，感謝老師的指導(dǎo)和付出讓我順利完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。 在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我不僅鞏固了以前學(xué)過的知識，又學(xué)到了一些新的知識。大大的提高了實(shí)踐動(dòng)手能力。讓我對于所學(xué)知識的理解更加透徹和深刻并能夠加以運(yùn)用。 畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成也就意味著大學(xué)四年的生活即將結(jié)束，新的未來也即將開啟最后再次感謝老師對我的幫助，也非常感謝那些幫助我的同學(xué)，才使我在圓滿順利的完成本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。 21 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評審表（指導(dǎo)教師用） 題 目 手持式花椒采摘機(jī) 學(xué)生姓名 李爽 學(xué)號 201604501153 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 姓 名 申剛 職稱 副教授 所學(xué)專業(yè) 導(dǎo)彈地面設(shè)備 是否同意參加答辯：同意答辯 得分 83 評語： 本文選題符合機(jī)械類畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求。針對設(shè)計(jì)任務(wù)，該生文獻(xiàn)查閱量較大，分析論證充分，設(shè)計(jì)圖紙規(guī)范，設(shè)計(jì)過程完整，設(shè)計(jì)結(jié)果合理可行，具有較好的參考價(jià)值。論文格式規(guī)范，邏輯層次合理，表述流暢。 該生專業(yè)知識扎實(shí)，分析問題、解決問題的能力強(qiáng)，較好地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。 同意該同學(xué)參加畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯。 指導(dǎo)教師（簽字）： 2020年 5 月 28 日 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評審表(評閱人用) 題 目 手持式花椒采摘機(jī) 學(xué)生姓名 李爽 學(xué)號 201604501153 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 姓 名 申剛 職稱 副教授 所學(xué)專業(yè) 導(dǎo)彈地面設(shè)備 是否同意參加答辯：同意答辯 得分 88 評語： 該生學(xué)習(xí)態(tài)度比較端正，完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書規(guī)定的工作量。對所設(shè)計(jì)的題目有較深入的了解，能夠進(jìn)行本專業(yè)要求的計(jì)算，理論依據(jù)基本正確，很好地掌握了有關(guān)基礎(chǔ)理論與專業(yè)知識。能夠利用繪圖軟件進(jìn)行工程圖紙的設(shè)計(jì)，視圖布局合理，尺寸標(biāo)注完整，符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。論文論述層次清晰，語言準(zhǔn)確，格式準(zhǔn)確。符合本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯條件。 同意答辯。 評閱人（簽字）： 2020年 5 月 29 日 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評審表(評閱人用) 題 目 手持式花椒采摘機(jī) 學(xué)生姓名 李爽 學(xué)號 201604501153 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 姓 名 申剛 職稱 副教授 所學(xué)專業(yè) 導(dǎo)彈地面設(shè)備 是否同意參加答辯：同意答辯 得分 82 評語： 該生論文選題難度適中，符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，工作量較大，選題具有一定的應(yīng)用推廣價(jià)值，該生具有較好的查閱文獻(xiàn)能力，能全面綜述和分析文獻(xiàn)信息和資料，綜合運(yùn)用知識解決問題能力較好。論文內(nèi)容較為完整，前后邏輯得當(dāng)，層次結(jié)構(gòu)安排合理，主要觀點(diǎn)突出。該生論文語言表達(dá)流暢，格式符合要求；完全符合本科生畢業(yè)答辯條件，同意答辯。 評閱人（簽字）： 2020年 5 月 29 日 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)評審表（答辯小組用） 題 目 手持式花椒采摘機(jī) 學(xué)生姓名 李爽 學(xué)號 201604501153 指導(dǎo)教師 姓 名 申剛 職稱 副教授 得分 79 評語： 自述表達(dá)思路清楚，突出重點(diǎn)，回答問題正確。答辯時(shí)，能夠簡明和正確的闡述設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，思路清晰，方案基本正確，能準(zhǔn)確回答主要問題，有較好的語言表達(dá)能力。 圖紙圖面整潔，視圖布局合理，結(jié)構(gòu)表達(dá)完整，尺寸標(biāo)注基本完整，基本符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)；論文思路清晰，語言簡潔，格式規(guī)范。 答辯委員會(huì)（小組）（全體成員簽字）： 2020年 5 月 30 日 煙臺大學(xué)文經(jīng)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)綜合評定成績表 指導(dǎo)教師評分 83 評閱人評分 85 答辯評分 79 綜合評定成績(按4：2：4) 82 答辯委員會(huì)負(fù)責(zé)人（簽字）： 2020年 5 月 30 日 機(jī)電工程系2019屆本科畢業(yè)論文(設(shè)計(jì)) 中期檢查情況統(tǒng)計(jì)表（學(xué)生用表） 專業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 檢查時(shí)間： 2019年 5 月 5 日 論文題目 手持式花椒采摘機(jī) 指導(dǎo)教師 申剛 學(xué)生姓名 李爽 班級 機(jī)1601-1 學(xué)號 201604501153 目 前 已 完 成 的 任 務(wù) 了解手持式花椒采摘機(jī)的工作要求及設(shè)計(jì)原理; 確定動(dòng)力元件，并進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 完成畢業(yè)設(shè)計(jì)初稿； 是否符合任務(wù)書要求的進(jìn)度 √ 是 否 尚 需 完 成 的 任 務(wù) 1. 裝配圖和主要零件的零件圖紙; 2. 最后答辯的準(zhǔn)備。 能否按期完成任務(wù) √ 能 不能 存 在 的 問 題 及 擬 采 取 的 辦 法 存在的問題 1. 論文的格式及其排版； 2. 對各種機(jī)構(gòu)的校核計(jì)算； 擬采取的辦法 1. 與同學(xué)交流解決的辦法； 2. 查閱課本，了解主要的計(jì)算內(nèi)容； 對 指 導(dǎo) 教 師 的 建 議 老師細(xì)心地教導(dǎo)學(xué)生，對各種問題給予了全面的解答。希望老師可以多一點(diǎn)與學(xué)生的交流。 學(xué)生（簽名）： 李爽 2019年 5 月 5 日