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1、1引言 1．1課題提出的背景 花生中富含脂肪和蛋白質(zhì)，既是主要的食用植物油來源，而且又可提供豐富的植 物蛋白質(zhì)。利用花生或脫脂后的花生餅粕的蛋白粉，可直接用于焙烤食用，也可作為 肉制品、乳制口、糖果和煎炸食品的原料或添加劑。以花生蛋白粉為原料或添加劑制 成的食品，既提高了蛋白質(zhì)含量，又改善了其功能特性?；ㄉ鞍追圻€可以通過高壓 膨化制成蛋白肉?；ㄉ鞘秤弥参镉凸I(yè)的重要原料，利用花生油可制造人造奶油、 起酥油、色拉油、調(diào)和油等，也可用作工業(yè)原料。花生除經(jīng)簡單加工就可食用外，經(jīng) 深加工還可以制成營養(yǎng)豐富，色、香、味俱佳的各種食品和保健品。花生加工副產(chǎn)品 花生殼和花生餅粕等可以綜

2、合利用，加工增值，提高經(jīng)濟(jì)效益。 花生在制取油脂、制取花生蛋白、生產(chǎn)花生儀器以及在花生貿(mào)易出口時(shí)，都需要 對花生進(jìn)行預(yù)處理加工。花生的預(yù)處理主要包括花生的剝殼和分級、破碎、軋胚和蒸 炒等。 花生在加工或作為出口商品時(shí)，需要進(jìn)行剝殼加工?；ㄉ谥迫∮椭瑫r(shí)，剝殼的 目的是為了提高出油率，提高毛油和餅粕的質(zhì)量，利于軋胚等后續(xù)工序的進(jìn)行和皮殼 的綜合利用。傳統(tǒng)的剝殼為人力手工剝殼，手工剝殼不僅手指易疲勞、受傷，而且工 效很低，所以花生產(chǎn)區(qū)廣大農(nóng)民迫切要求用機(jī)器來代替手工剝殼?；ㄉ鷦儦C(jī)的誕生 在很大程度上改變了這種局面，使花生產(chǎn)區(qū)的農(nóng)民不必再采用最原始的剝殼方法進(jìn)行 剝殼，從而大大地

3、減輕了農(nóng)民的體力勞動，同時(shí)還提高了花生剝殼的效率。 花生脫殼機(jī)是將花生莢果去掉外殼而得到花生仁的場上作業(yè)機(jī)械。由于花生本身 的生理特點(diǎn)決定了花生脫殼不能與花生的田間收獲一起進(jìn)行聯(lián)合作業(yè)，而只能在花生 莢果的含水率降到一定程度后才能進(jìn)行脫殼。隨著花生種植業(yè)的不斷發(fā)展，花生手工 脫殼已無法滿足高效生產(chǎn)的要求，實(shí)行脫殼機(jī)械化迫在眉睫。 1． 2花生脫殼機(jī)械的發(fā)展 我國花生脫殼機(jī)的研制自1965年原八機(jī)部下達(dá)花生脫殼機(jī)的研制課題以來，已有 幾十種花生脫殼機(jī)問世。只進(jìn)行單一脫殼功能的花生脫殼機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜，以 小型家用為主的花生脫殼機(jī)在我國一些地區(qū)廣泛應(yīng)用，能夠完成脫殼、分離、清選

4、和 分級功能的較大型花生脫殼機(jī)在一些大批量花生加工的企業(yè)中應(yīng)用較為普遍。國內(nèi)現(xiàn) 有的花生脫殼機(jī)種類很多，如6BHH60型花生剝殼機(jī)、6BHK20B?花生剝殼機(jī)、6BHH20型花生脫殼機(jī)等（技術(shù)參數(shù)見附表）,其作業(yè)效率為人工作業(yè)效率的2品60倍以上。 錦州俏牌集團(tuán)生產(chǎn)的TFHS150型花生除雜脫殼分選機(jī)組一次能實(shí)現(xiàn)花生原料的脫殼、除皮、分選，是一種比較先進(jìn)的花生后期生產(chǎn)機(jī)械。偉民牌6BH-720型花生脫殼機(jī)帶 有復(fù)脫、分級裝置，采用搓板式脫殼、風(fēng)力初選、比重分離精選等裝置，具有結(jié)構(gòu)緊湊、操作靈活方便、脫凈率高、消耗動力小等特點(diǎn)。6BQ22型花生脫殼機(jī)是一種一次 喂料就可完成花生脫殼工作

5、的機(jī)械，經(jīng)風(fēng)力初選、風(fēng)扇振動、分層分離、復(fù)脫精選分級后的花生仁可直接裝袋入庫。6BH-1800型花生脫殼機(jī)械采用了三軋輾混合脫殼結(jié) 構(gòu)，能夠進(jìn)行二次脫殼。而隨著我國花生產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步調(diào)整，花生產(chǎn)量逐年增加，花生的機(jī)械化脫殼程度將大幅提高，花生脫殼機(jī)械將擁有廣闊的發(fā)展前景。 花生剝殼的原理很多，因此產(chǎn)生了很多種不同的花生剝殼機(jī)械?；ㄉ鷦儦げ考腔ㄉ鷦儦C(jī)的關(guān)鍵工作部件，剝殼部件的技術(shù)水平?jīng)Q定了機(jī)具作業(yè)剛花生仁破碎率、花生果一次剝凈率及生產(chǎn)效率等重要的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。在目前的生產(chǎn)銷售中，花生仁破碎率是社會最為關(guān)心的主要指標(biāo)。 八十年代以前的花生剝殼機(jī)械，破碎率一般都大于8%有時(shí)高達(dá)15%以上。加工出

6、的花生仁，只能用來榨油，不能作種用，也達(dá)到出口標(biāo)準(zhǔn)。為了降低破碎率而探討新的剝殼原理，研制新式剝殼部件，便成為花生剝殼機(jī)械的重要研究課題。從六十年代初，開始在我國出現(xiàn)了封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式花生剝殼機(jī)。自198孫以來，在已有的花生剝殼部件的研制基礎(chǔ)上，我國又相繼研制了多種不同結(jié)構(gòu)型式的新式剝殼部件，其主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)，特別是破殼率指標(biāo)大有改善。 以下介紹一下我國上個(gè)世紀(jì)幾種主要的花生剝殼部件 1 .封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式花生剝殼部件 組瓜”姆旗 六十年代初，我國在吸收國外技術(shù)的基礎(chǔ)上，研制了TH-34C?花生剝殼機(jī)，其剝殼部件是在一個(gè)圓筒上鑲上若干根紋桿組成的封閉式紋桿滾筒

7、，下面裝有若干根圓鋼條組成的柵條式凹板，如圖1所示。 在該機(jī)構(gòu)中花生進(jìn)口大（3O-50毫米），出口?。?O-25毫米），工作時(shí)，花生果在滾筒的推動下由進(jìn)口向出口端運(yùn)動，在滾筒和凹板的沖擊、擠壓、揉搓作用下直接脫殼，花生受列剝殼機(jī)的直接搓擦作用，系強(qiáng)制脫殼，故破碎率高。剝殼時(shí)，直徑同凹板柵縫一樣大小的單粒果及雙粒果便從柵縫中分離出來，所以一次剝凈率低，最高80%。為了將混在一起的花生仁和未脫果分離開來，采用柵條式凹板的剝殼機(jī)一般要配置分離機(jī)構(gòu)。后來研制并生產(chǎn)的TH-47O!,6BH-570型等型式的剝殼機(jī)，結(jié)構(gòu)與其大同小異，剝殼質(zhì)量均不理想。 2 .封閉橡膠板滾筒，直立橡膠板式剝殼部件 該

8、機(jī)的剝殼部件是由封閉膠輾和直立膠板組成，剝殼原理系擠壓式，如圖2所示 圖2 作業(yè)時(shí)，花生果在膠輾的推動下，通過剝殼間隙（5—20毫米），由膠輾和膠板的擠壓作用脫殼，避開了剝殼部件的揉搓作用，破碎率有所降低，但仍在5%以上。另外，因直徑小于剝殼間隙的小果未經(jīng)剝殼便被分離出來，故一次剝凈率很低，只有30流右 所以不得不增設(shè)循環(huán)機(jī)構(gòu)，以使花生經(jīng)多次擠壓脫殼，致使機(jī)器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大，造價(jià)較高。 3 .開式紋桿滾筒，編織凹板式花生剝殼部件 剝殼部件采用了由兩根金屬紋桿組成的開式紋桿滾筒和用編織絲網(wǎng)制成的編織凹 板，具結(jié)構(gòu)如圖3所示 圖3 作業(yè)時(shí)，花生果在滾筒的推動下，受

9、擠壓揉搓脫殼，該結(jié)構(gòu)與封閉滾筒式不同，花生果受到開式滾筒的攪拌作用，剝殼力帶有柔性，故其破碎率較低，可控制在3%-5%另外，與柵條式凹板不同，因系編織網(wǎng)孔凹板，剝殼時(shí)，只有直徑小于網(wǎng)孔尺寸的單粒癟果末脫殼而被網(wǎng)孔分離，雙粒長果則漏不出來，仍被剝殼，故剝凈率較高。 4 .立式剝殼機(jī)構(gòu) 剝殼部件采用了由兩根扁鋼條焊接而成的立式轉(zhuǎn)子，下面裝著用編織絲網(wǎng)制成的編織平底篩，該剝殼部件如圖4所示。 圖4 在剝殼室內(nèi)，花生果受立式轉(zhuǎn)子的推動而相互磨擦，從而達(dá)到剝殼的目的，此方 法系柔性揉搓剝殼。實(shí)踐證明，該機(jī)破碎率較低，可控制在3%以下。其缺點(diǎn)是由于采用立式傳動，故傳動機(jī)構(gòu)較為復(fù)雜。 5

10、 .開式扁條滾筒，編織凹板式花生剝殼部件 采用了由三根扁鋼條制成的開式扁條滾筒，和用編織絲網(wǎng)制成的凹板結(jié)構(gòu)，如圖5所示。作業(yè)時(shí)，花生果在扁條的推動下隨滾筒轉(zhuǎn)動，在滾筒和凹板之間形 /褊姐區(qū) 圖5 成一個(gè)活動層，花生果在該活動層內(nèi)互相揉搓而脫殼。由于在該機(jī)構(gòu)中，避開了剝殼部件的直接擠壓，沖擊的作用，而是花生搓花生，系柔性剝殼，故破碎率較低，該機(jī)鑒定時(shí)實(shí)測破傷率（破碎率+損傷率）為0.91。另外脫凈率及生產(chǎn)效率等指標(biāo)亦較理想。 1.3花生脫殼機(jī)械的研究應(yīng)用現(xiàn)狀 目前國內(nèi)花生脫殼機(jī)從其脫殼原理、結(jié)構(gòu)和材料上基本可分為以打擊、揉搓為主 —鋼紋桿一一鋼柵條凹板以擠壓、揉搓為主的橡膠

11、滾筒一一橡膠浮動凹板兩大類，但脫殼質(zhì)量均不高，破損率都大于8%,剝出的花生米只能用于榨油和食用，滿足不了外貿(mào)出口和作種子的要求。探索先進(jìn)的脫殼原理是解決脫殼機(jī)現(xiàn)存問題的重要途徑。 1.3.1目前花生脫殼機(jī)采用的脫殼原理 目前應(yīng)用比較廣泛的花生機(jī)械脫殼原理有以下幾種。 撞擊法脫殼撞擊法脫殼是物料高速運(yùn)動時(shí)突然受阻而受到?jīng)_擊力，使外殼破碎而實(shí)現(xiàn)脫殼的目的。具典型設(shè)備為由高速回轉(zhuǎn)甩料盤及固定在甩料盤周圍的粗糙壁板組成的離心脫殼機(jī)。甩料盤使花生莢果產(chǎn)生一個(gè)較大的離心力撞擊壁面，只要撞擊力足夠大，莢果外殼就會產(chǎn)生較大的變形，進(jìn)而形成裂縫。當(dāng)莢果離開壁面時(shí)，由于外殼具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運(yùn)動

12、速度，莢果所受到的彈性力較小，運(yùn)動速度也不如外殼，阻止了外殼迅速向外移動而使其在裂縫處裂開，從而實(shí)現(xiàn)籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結(jié)合力小，仁殼間隙較大且外殼較脆的莢果。影響離心式脫殼 機(jī)脫殼質(zhì)量的因素有，籽粒的水分含量、甩料盤的轉(zhuǎn)速、甩料盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。 碾搓法脫殼花生莢果在固定磨片和運(yùn)動著的磨片間受到強(qiáng)烈的碾搓作用，使莢果 的外殼被撕裂而實(shí)現(xiàn)脫殼。其典型的設(shè)備為由一個(gè)固定圓盤和一個(gè)轉(zhuǎn)動圓盤組成的圓 盤剝殼機(jī)。莢果經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入定磨片和動磨片的間隙中，動磨片轉(zhuǎn)動的離心力使籽粒 沿徑向向外運(yùn)動，也使莢果與定磨片問產(chǎn)生方向相反的摩擦力；同時(shí)，磨片上的牙齒 不斷對外殼進(jìn)行切裂，在摩擦

13、力與剪切力的共同作用下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂，并 與殼仁脫離，達(dá)到脫殼的目的。該種方法影響因素有，莢果的水分含量、圓盤的直經(jīng)、 轉(zhuǎn)速高低、磨片之間工作間隙的大小、磨片上槽紋的形狀和莢果的均勻度等。 剪切法脫殼花生莢果在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓間受到相對運(yùn)動著的刀板的剪切力的作 用，外殼被切裂并打開，實(shí)現(xiàn)外殼與果仁的分離。其典型設(shè)備為由刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座 為主要工作部件的刀板剝殼機(jī)。在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板，刀板座呈凹形， 帶有調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，可根據(jù)花生莢果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當(dāng)?shù)栋遛D(zhuǎn) 鼓旋轉(zhuǎn)時(shí)，與刀板之間產(chǎn)生剪切作用，使物料外殼破裂和脫落。主要適用于棉籽，特 別是帶絨棉籽

14、的剝殼，剝殼效果較好。由于其工作面較小，故易發(fā)生漏籽現(xiàn)象，重剝 率較高。該種方法影響因素有，原料水分含量、轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速的高低、刀板之間的間隙大 小等。 擠壓法脫殼擠壓法脫殼是靠一對直徑相同轉(zhuǎn)動方向相反，轉(zhuǎn)速相等的圓柱輥，調(diào) 整到適當(dāng)間隙，使花生莢果通過間隙時(shí)受到輥的擠壓而破殼。莢果能否順利地進(jìn)入兩 擠壓輥的間隙，取決于擠壓輥及與莢果接觸的情況。要使莢果在兩擠壓輥間被擠壓破 殼，莢果首先必須被夾住，然后被卷入兩輥間隙。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒 破損率和脫殼率高低的重要因素。 搓撕法脫殼搓撕法脫殼是利用相對轉(zhuǎn)動的橡膠輥筒對籽粒進(jìn)行搓撕作用而進(jìn)行 脫殼的。兩只膠輥水平放置，分別以

15、不同轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)動，輥面之間存在一定的線速差， 橡膠輥具有一定的彈性．其摩擦系數(shù)較大。花生莢果進(jìn)入膠輥工作區(qū)時(shí)，與兩輥面相 接觸，如果此時(shí)莢果符合被輥?zhàn)訃说臈l件，即嚙人角小于摩擦角，就能順利進(jìn)入兩 輥問．此時(shí)莢果在被拉人輥間的同時(shí)，受到兩個(gè)不同方向的摩擦力的撕搓作用；另外， 莢果又受到兩輥面的法向擠壓力的作用，當(dāng)莢果到達(dá)輥?zhàn)又行倪B線附近時(shí)法向擠壓力 最大，莢果受壓產(chǎn)生彈性——塑性變形，此時(shí)莢果的外殼也將在擠壓作用下破裂，在 上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過程。影響脫殼性能的因素有，線速差、膠壓 輥的硬度、軋入角、軋輥半徑、軋輥間間隙等。 1 ．3．2新型脫殼技術(shù) 壓力膨脹

16、法原理是先使一定壓力的氣體進(jìn)入花生殼內(nèi)，維持一段時(shí)間，以使花生 莢果內(nèi)外達(dá)到氣壓平衡，然后瞬間卸壓，內(nèi)外壓力平衡打破，殼體內(nèi)氣體在高壓作用 下產(chǎn)生巨大的爆破力而沖破殼體，從而達(dá)到脫殼的目的。主要影響因素有，充氣壓力、 穩(wěn)定壓力維持時(shí)間、籽粒的含水率等。 真空法將花生莢果放在真空爆殼機(jī)中，在真空條件下，將具有相當(dāng)水分的莢果加 熱到一定溫度，在真空泵的抽吸下，莢果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā)而被移除，其 韌性與強(qiáng)度降低，脆性大大增加；真空作用又使殼外壓力降低，殼內(nèi)部相對處于較高 壓力狀態(tài)。殼內(nèi)的壓力達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，就會使外殼爆裂。 激光法用激光逐個(gè)切割堅(jiān)果外殼。試驗(yàn)顯示，用這種方法幾

17、乎能夠達(dá)到1009／6 的整仁率，但因其費(fèi)用昂貴、效率低下等原因，很難得到推廣。 2 ．3．3花生脫殼機(jī)械的工藝研究 在脫殼技術(shù)方面，除了在原理和設(shè)備上進(jìn)行研究外，人們還在工藝上進(jìn)行了研究 以提高籽粒的脫殼率及脫殼質(zhì)量。 分級處理物料的粒度范圍大，必須先按大小分級，再進(jìn)行脫殼，才能提高脫殼 率，減少破損率。 水分含量花生莢果的含水率對脫殼效果有很大的影響，含水率大，則外殼的韌 性增加；含水率小，則果仁的粉末度大。因此應(yīng)使花生莢果盡量保持最適當(dāng)?shù)暮剩? 以保證外殼和果仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異，即外殼含水率低到使其具有 最大的脆性，脫殼時(shí)能被充分破裂，同時(shí)又要保持仁

18、的可塑性，不能因水分太少而使 果仁在外力作用下粉末度太大，可減少果仁破損率。 3 ．3．4花生脫殼機(jī)械存在的問題 目前我國在花生脫殼技術(shù)研究方面一直沒有大的突破，資金投入也不足，脫殼部 件的研制仍在2刖紀(jì)90年代初的技術(shù)水平上徘徊，所以在脫殼性能上并沒有很大的提 高。由于機(jī)械脫殼時(shí)對花生仁的損傷率偏高，用于種子和較長期貯存的花生仁至今仍 是手工剝殼。脫殼機(jī)械在技術(shù)性能和作業(yè)環(huán)節(jié)上存在以下問題：①脫殼率低，脫殼后 的果仁破損率高，損失大。②機(jī)具性能不穩(wěn)定，適應(yīng)性差。③通用性差，利用率低。 ④作業(yè)成本偏高，多數(shù)是單機(jī)制造，制造的工藝水平較低，同時(shí)能耗較高。⑤有些產(chǎn)品僅進(jìn)行了樣機(jī)試制

19、或少量試生產(chǎn)，未進(jìn)行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用，作業(yè)性能 及商品性等方面還存在不少問題。 1． 4花生脫殼機(jī)械研究重點(diǎn) 我國加入WT◎來，國內(nèi)外關(guān)于花生脫殼機(jī)械的開發(fā)與推廣應(yīng)用日益增多，針對現(xiàn)有花生脫殼機(jī)械存在的優(yōu)點(diǎn)與不足，在未來的發(fā)展過程中，對花生脫殼機(jī)械在生產(chǎn)應(yīng) 用中的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，不斷完善其功能，使其呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。 1．4．1提高花生脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性 提高花生脫殼機(jī)械的通用性和適應(yīng)性仍是當(dāng)前的主要研究方向之一目前，許多花 生脫殼機(jī)械只是針對某一花生品種和所在地區(qū)的生長環(huán)境來設(shè)計(jì)，其通用性、兼容性 和適應(yīng)性較差。提高花生脫殼機(jī)械的通用性和兼容性，使研制的花生脫殼

20、機(jī)械通過更 換主要部件能夠同時(shí)對其他帶殼物料進(jìn)行脫殼加工。研制通過變換主要工作部件即能 滿足不同堅(jiān)果脫殼作業(yè)需要的脫殼機(jī)具，并提高制造工藝水平，降低制造成本，以適 應(yīng)不同加工企業(yè)的需要?；ㄉ摎C(jī)械能否適應(yīng)這種發(fā)展趨勢，將直接影響到花生脫 殼機(jī)械能否更好的推廣應(yīng)用與健康發(fā)展。 1．4．2提高機(jī)械脫殼率。降低破損率 對花生脫殼機(jī)械的關(guān)鍵技術(shù)與工作部件進(jìn)行重點(diǎn)攻關(guān)，改革傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，研究新的 脫殼機(jī)理，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；同時(shí)在整體配置上進(jìn)一步改進(jìn)和完善，提高脫殼率，降低 籽仁破損率。目前國內(nèi)外的花生脫殼機(jī)械均存在脫殼率和破損率之間的矛盾，處理好 這一關(guān)鍵技術(shù)將關(guān)系到花生脫殼機(jī)械的發(fā)展前景

21、。 1．4．3向自動控制和自動化方向發(fā)展大多數(shù)機(jī)具目前仍依賴人工喂料或定位， 影響了作業(yè)速度和作業(yè)質(zhì)量。因此應(yīng)通過機(jī)電一體化手段，開發(fā)設(shè)計(jì)自動喂料、自動 定位脫殼裝置，保證均勻喂料與有效定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)組自動化操作，進(jìn)一步提高作業(yè)精 確性和作業(yè)速度，提高產(chǎn)品質(zhì)量與生產(chǎn)率，滿足部分大、中型加工企業(yè)的需要，以開 拓國內(nèi)和國外市場。 新技術(shù)原理、新結(jié)構(gòu)材料、新工藝將不斷應(yīng)用于花生機(jī)械的研制開發(fā)中，隨著液 壓技術(shù)、電子技術(shù)、控制技術(shù)以及化工、冶金工業(yè)的發(fā)展，許多復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)、動 力傳遞、笨重的材料和落后的工藝將逐漸被取代。減輕重量，減少阻力，簡化操作， 減少輔助工作時(shí)間，延長使用壽命，

22、降低勞動使用費(fèi)用等將作為主要設(shè)計(jì)目標(biāo)應(yīng)用于 脫殼機(jī)械的設(shè)計(jì)制造。隨著國內(nèi)外高新技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，如何將這些高新技術(shù)更好 的應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，也是目前花生脫殼機(jī)械需要盡快解決的問題。 1． 5花生脫殼機(jī)械應(yīng)用前景展望 花生生產(chǎn)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要組成部分，是農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展 的重要保證，近年來，花生機(jī)械裝備總量不斷穩(wěn)步增長，作業(yè)水平進(jìn)一步提高，社會 化服務(wù)規(guī)模不斷擴(kuò)大，雖然目前花生脫殼機(jī)械化水平較高，但是多應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地 區(qū)與示范推廣區(qū)，并且小型機(jī)械多、大型機(jī)械少，低檔機(jī)械多、高性能機(jī)械少。在一 些地區(qū)，用作種子和特殊用途的花生仁仍采用傳統(tǒng)的手工剝殼，勞動生產(chǎn)率低

23、，區(qū)域 性發(fā)展不平衡。進(jìn)入21世紀(jì)，我國花生生產(chǎn)機(jī)械化開始了新的發(fā)展階段，農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào) 整發(fā)生了新的變化，也對花生機(jī)械的發(fā)展產(chǎn)生了積極而深遠(yuǎn)的影響，不僅拉動了新的 有效需求，而且構(gòu)筑了適合花生生產(chǎn)機(jī)械化發(fā)展的新舞臺，為花生生產(chǎn)機(jī)械化真正成 為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動器提供了廣闊的市場發(fā)展條件。在一些地區(qū)推進(jìn)花生生產(chǎn)機(jī)械 化的過程中，相繼出臺了鼓勵(lì)和扶持農(nóng)民購買花生機(jī)械、開展花生機(jī)械作業(yè)服務(wù)的優(yōu) 惠政策和措施，調(diào)動了農(nóng)民購買花生機(jī)械的積極性，形成了新的市場需求。隨著花生 種植業(yè)的不斷發(fā)展，國內(nèi)外對花生深加工產(chǎn)品的需求不斷增大，提高花生脫殼機(jī)械化 作業(yè)水平成為必然?；ㄉ摎C(jī)在提高勞動生產(chǎn)

24、率，減輕勞動強(qiáng)度方面起到了積極的 作用，促進(jìn)了花生加工業(yè)的科技進(jìn)步，為花生脫殼機(jī)械的發(fā)展提供了空間。 40 2刮板式花生去殼機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理 2． 1刮板式花生去殼機(jī)的結(jié)構(gòu) 根據(jù)刮板式花生去殼機(jī)的剝殼原理可知道，花生是從上至下依次經(jīng)過集料斗、剝殼箱、柵格、下箱出口、分選口，花生仁收集斗這些部件的，因此設(shè)計(jì)剝殼機(jī)的整體結(jié)構(gòu)的依據(jù)就出來了。 設(shè)計(jì)過程是從上往下，從花生的裝集開始，最上面是集料斗，集料斗下方是剝殼箱,集料斗可與剝殼箱設(shè)計(jì)為一個(gè)整體。在剝殼箱內(nèi)，花生必須經(jīng)過刮板的撞擊和擠壓作用才能進(jìn)行剝殼，因此，將刮板設(shè)計(jì)置在剝殼箱內(nèi)?；ㄉ?jīng)過刮板的撞擊和擠壓進(jìn)行剝殼后，要經(jīng)過位于剝

25、殼箱底部的柵格，于是可以把柵格設(shè)計(jì)成一個(gè)半圓柵籠，將其固定在剝殼箱的下半箱內(nèi)?；ㄉ┻^柵格后經(jīng)過剝殼箱底部的出口往下落，在下落過程中，設(shè)計(jì)一個(gè)風(fēng)機(jī)的吹入口，其作用是將經(jīng)過剝殼的花生殼與花生仁進(jìn)行分離，重量稍重的不被風(fēng)吹走，而重量較輕的花生殼將被風(fēng)機(jī)吹來的氣流帶入到花生殼收集通道，通道的底部設(shè)計(jì)成一定角度。經(jīng)過分離的花生仁往下落，落入花生仁收集通道，將此通道與花生殼收集通道的底面設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，這樣的設(shè)計(jì)可以讓被風(fēng)吹走的花生仁通過自身的重量往下回滾到花仁收集通道。 為保證整機(jī)的各部分的安裝，需設(shè)計(jì)一個(gè)機(jī)架，機(jī)架起到其它幾個(gè)部分的支承、定位、連接作用，并將電機(jī)安裝在機(jī)架里面，剝殼機(jī)安裝在機(jī)架的上

26、方。其結(jié)構(gòu)簡圖如圖2-1所小。 圖2-1 2. 2工作原理 刮板式花生去殼機(jī)以前也稱為刀籠剝殼機(jī)，是借助轉(zhuǎn)動軸上的刮板與籠柵的擠壓和打擊作用，將花生果外殼破碎的一種機(jī)械設(shè)備，具特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、操作方便。其結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。它主要由進(jìn)料機(jī)構(gòu)、剝殼機(jī)構(gòu)和支承機(jī)構(gòu)等部分組成。 圖1-1 花生果進(jìn)入存料斗后，經(jīng)下部的入料窄口形成薄層流落下來進(jìn)入剝殼箱內(nèi)，與高速旋轉(zhuǎn)的 刮板相互碰撞，在刮板的錘擊下，花生殼發(fā)生破裂，從而進(jìn)行第一次剝殼。部分花生果在下落過程中沒有與刮板發(fā)生碰撞，有些發(fā)生碰撞了而花生殼卻未撞裂，這部分花生落入到由圓鋼棒排列成的柵格上，由于柵格頂部與刮板的旋轉(zhuǎn)外徑間的間

27、距不足以容納一個(gè)花生果，因此花生果將在落入柵格的同時(shí)被刮板再次錘擊和擠壓，從而使這些花生果的果殼也 被壓碎。剝殼后的仁與殼通過柵格間的間隙落下，在下落的同時(shí)，受到風(fēng)機(jī)吹來的經(jīng)調(diào)節(jié)好的氣流作用，果殼因重量輕而被氣流送入集殼通道，而花生仁因重量大，繼續(xù)往下落，從而達(dá)到了殼仁分離的目的。 3刮板式花生去殼機(jī)主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 刮板式花生去殼機(jī)能否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，看的是其主要部件的設(shè)計(jì)，如果設(shè)計(jì)不合理，機(jī)器就不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)或者說不能運(yùn)轉(zhuǎn)，那么生產(chǎn)出來的這臺機(jī)器就是一堆費(fèi)品。設(shè)計(jì)合理,機(jī)器就能正常的運(yùn)轉(zhuǎn)對并對花生果進(jìn)行剝殼。因此，刮板式花生去殼機(jī)的主要部件的設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中顯得尤為重要，合理的設(shè)計(jì)將

28、提供給使用者更多的方便和實(shí)惠。 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)速初定 刮板的旋轉(zhuǎn)必須確保能將部分花生殼撞碎，當(dāng)花生果與鋼質(zhì)物體相對速度達(dá)到5m/s 時(shí)，可使花生殼破碎而不會破壞到花生仁，可根據(jù)此依據(jù)設(shè)計(jì)刮板的轉(zhuǎn)速與半徑。 如圖3-1所示，花生下落位置在RR之間，設(shè)計(jì)時(shí)采用最小碰撞半徑e為計(jì)算半22 徑 v2nr 取半徑R=250mm,則n=382.2r/min 結(jié)論：R=250mm, n=382.2r/min圖3-13.1.2刮板所需功率計(jì)算根據(jù)公式PQ可計(jì)算出刮板所需的功率t刮板對花生做功 Q Ek Ep Ek：刮板改變花生的動能 Ep

29、:刮板改變花生的勢能 1212 EkE1E2mv1-mv2 22 EpmghmgR -1,22 Q——（ViV2gR） 2m QIm,22 P—端viV2gR) 根據(jù)所給產(chǎn)量要求1500kg/h,即0.417kg/s,此為花生仁的產(chǎn)量，折合花生果產(chǎn)量 為0.417/純?nèi)事?根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，湖南所處地理位置可取花生的純?nèi)事蕿?9%折合花生 果產(chǎn)量為0.604kg/s,此即每秒進(jìn)入剝殼箱內(nèi)被破碎的花生果的重量。花生接觸刮板時(shí)初速度設(shè)為1m/s,方向向下，脫離刮板時(shí)速度為15m/s,方向向左，脫離刮板時(shí)相對初位置高度為500mm t=1s m=0.604kg/s v1=1

30、m/s v2=15m/s R=0.5m Q1m,22 P——(v1v2gR)=(0.302+67.95+2.96)W=71.212w 加上刮板與花生在柵格中擠壓所需要的能量，P也不會超過500w。為計(jì)算電動機(jī)的所需工率Pd,先要確定從電動機(jī)到工作機(jī)之間的總效率。設(shè)1、2分別為滾動軸承和V帶 傳動的效率，于是有 22 1 2=-0.8668 電動機(jī)所需功率PdPw不會超過700W,由于給定電動機(jī)的功率為1.5kW,遠(yuǎn)大于此計(jì) 算值，故所給電動機(jī)的功率完全符合要求。 3. 1.3傳動方案擬定 由于刮板式花生去殼機(jī)的工作軸旋轉(zhuǎn)速度較高，達(dá)到n2=382.2r/min可有兩種選

31、擇， 第一種是采用一級V帶傳動，第二種是采用兩級混合傳動，而很明顯的，若采用兩級傳動方案，將會致使機(jī)器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且成本升高，所以選用一級V帶傳動。 4. 1.4電動機(jī)的選擇 根據(jù)所給的功率及同步轉(zhuǎn)速，可選用的電機(jī)型號有兩種 Y90L-4型和Y100L-6型 根據(jù)電動機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和刮板轉(zhuǎn)速可算出總傳動比，現(xiàn)將此兩種電動機(jī)的數(shù)據(jù)和傳 動比列于下表 力殺方 電機(jī)型號 額定功率kw 同步轉(zhuǎn)速 r/min 滿載轉(zhuǎn)速 r/min 總傳動比i 1 Y100L-6 1.5 1000 940 2.459 2 Y90L-4 1.5 1500 1400 3

32、.663 由上表可知：方案1總傳動比雖小，轉(zhuǎn)速低，但價(jià)格高，作為家用機(jī)械的電機(jī)不是 太合算，故選擇方案2,即電機(jī)型號為Y90L-4。 查表得此種電動機(jī)的中心高H=90mm外伸軸徑為24mm軸的外伸長度為50mm 3.1.5傳動裝置的運(yùn)動和參數(shù)計(jì)算 軸的轉(zhuǎn)速 n11400r/min n2n1/i382.2r/min 軸的輸入功率 22 P2Pdf1.50.952=1.35kw 軸的轉(zhuǎn)矩 T29550P2/n233.732N.m 3.2V帶傳動 首先列出設(shè)計(jì)的基本條件 電機(jī)型號：Y90L-4 額定功率：1.5kw 轉(zhuǎn)速：n1=1400r/min 傳動比：i=

33、3.663 假設(shè)每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間t<10h 1 .確定計(jì)算功率Pca 查表得工作情況系數(shù)KA=1.1 Pca=KAP=1.1X1.5=1.65(kw) 2 .選擇V帶帶型 根據(jù)Pca、n1查得最適合的帶型為A型 3 .確定帶輪基準(zhǔn)直徑 由主動輪基準(zhǔn)直徑系中選取dd175mm,從動輪基準(zhǔn)直徑為 dd2idd13.66375mm274.725mm 驗(yàn)算帶的速度 dd1n1 v 60 1000 5.498m/s 751400, m/s 601000 v=5.498m/s

34、0 -(dd1 ddz) (dd2 dd1)2 =1972.36mm 4a0 由V帶的基準(zhǔn)長度系中選取基準(zhǔn)長度 Ld 2000mm 計(jì)算實(shí)際中心距a Ld Ld 1972.36 a a0 (700 )mm 2 2 5 .驗(yàn)算主動輪上的包角 1 280 75 1 180 57.5 160.68 713.82 主動輪包角合適 713.82mm 120 6.計(jì)算V帶的根數(shù)z 9(P° P°)k ki 根據(jù)0.7（dd〔dd?）a02（dd〔dd?）初步確定中心距a。700mm,計(jì)算帶的基準(zhǔn)長 由n11400r/min,dd175mm,i=3.663查

35、表得 P00.68kw,P00.17kw,K0.95,Ki1.03 代入數(shù)值，經(jīng)計(jì)算 Z=1.984 取z=2 7 .計(jì)算預(yù)緊力F° Pca2.52 F0500'a(——1)qv2125.436N vzK 8 .計(jì)算作用在軸上的壓軸力Fpp 1 Fp2zF0sin- P2 代入數(shù)值計(jì)算得 Fp=482.7N p 9 .V帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸計(jì)算及選用 帶輪材料選用HT200 根據(jù)基準(zhǔn)直徑的大小選用不同的帶輪類型，小徑帶輪采用實(shí)心式，大徑帶輪采用輪 輻式，主要結(jié)構(gòu)尺寸如下 單位：mm 尺寸類型 小帶輪 大帶輪 dd 75 280 基準(zhǔn)寬度bd

36、11.0 11.0 基準(zhǔn)線上槽深hamin 2.75 2.75 基準(zhǔn)線下槽深hf 8.7 8.7 槽間距e 15±0.3 15±0.3 第一槽對稱面全端面距離f 102 102 輪緣厚 12 12 帶輪寬B 35 35 外徑da 80.5 285.5 輪槽角 極限偏差 38 1 38 1 孔徑d0 26 16 輪轂長 50 35 d1 48 32 輪輻厚b1 8 h1 20 h2 16 Di 230.5 具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見零件圖 3.3 軸 軸的轉(zhuǎn)速 n2n1/i382.2r/mi

37、n 軸的輸入功率 P2Pdf1.50.952=1.35kw 軸的轉(zhuǎn)矩 T29550P2/n233.732N.m 1初步確定軸的最小直徑 先按經(jīng)驗(yàn)公式算郵軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表選取 A105,于是得 min 10531 1.35 15.99mm 382.2 2擬定軸上零件的裝配方案 通過對各種方案的比較，現(xiàn)選用圖3-2所示裝配方案 圖3-2 3根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 (1)為滿足V帶輪的軸向定位，1-2軸右端制一軸肩，故取2-3段直徑d23=22mm,左端用軸端擋圈定位，取直徑D=22mm。V帶輪與軸配合

38、的轂孔長試為35mm,為保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸端面上，故1-2段長度取為l1232mm (2)初步選擇滾動軸承因軸承只承受徑向力，故先用深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù)d2322mm,初步選取深溝球軸承6205，其基本參數(shù)如下表 6204 基本尺寸 安裝尺寸 極限轉(zhuǎn)速 D B rsmin da Da ras 脂潤滑 油潤滑 25 52 15 1 31 46 1 12000 16000 (3)安裝刮板架段軸直徑d4560mm。刮板架段安裝寬度取I45542mm, (4)軸承端蓋總厚度20mm,取端蓋外端與V帶輪右端面間的距離

39、l40mm,故 取l2360mm23 (5)取刮板距箱體內(nèi)壁a20mm,取l3440mm,15626mm。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 (6)軸上零件的周向固定 V帶輪與軸的周向定位采用平鍵聯(lián)接，按其直徑查手冊得平鍵截面如下 d1216mm bh55 長度l取22mm V帶輪與軸的配合為H7/n6,滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。 (7)確定軸上圓角和倒角尺寸 取軸端倒角245,各軸肩處圓角半徑見零件圖 3.4 刮板結(jié)構(gòu) 刮板結(jié)構(gòu)是整個(gè)機(jī)器的關(guān)鍵部分，它的作用就是對花生果進(jìn)行剝殼。此結(jié)構(gòu)采用四 鋼板十字交叉固

40、定在旋轉(zhuǎn)筒架上，具結(jié)構(gòu)如圖3-3所示 圖3-3 因?yàn)椴捎玫氖谴驌艉蛿D壓兩種方式配合進(jìn)行剝殼，所以對刮板的強(qiáng)度有一定要求，采用材料是45號鋼，而且刮板的表面必須進(jìn)行處理，表面滲碳1-1.5mm,熱處理硬度 HRC56-62。刮板選用四塊8mm厚鋼板，長寬=500mm129mm,刮板外緣距旋轉(zhuǎn)中心距離250mm。固定刮板的筒架結(jié)構(gòu)，其內(nèi)徑為26mm,外徑120mm,刮板固定支架長度為140mm,截面尺寸40mm20mm,每塊刮板由兩根固定支架固定，兩者間采用M10螺栓聯(lián)接。 3.5 半柵籠 半柵籠在機(jī)器中的作用是讓已經(jīng)被剝殼的花生與未被剝殼的花生進(jìn)行分離，其分離的原理就是“小個(gè)通過，

41、大個(gè)不過”。半柵籠的每一個(gè)柵格都只能容許一個(gè)花生仁大小的物體通過，被剝殼的花生由于花生殼的破裂，被變成破碎的花生殼和整粒的花生仁，花生仁的大小剛好可以穿過柵格，而花生果因?yàn)樘?，無法通過柵格，將被阻擋在剝殼箱內(nèi)，繼續(xù)進(jìn)行剝殼直到其外殼破碎為止。其結(jié)構(gòu)如圖3-4所示。 圖3-4 柵條是利用兩塊墻板對兩端進(jìn)行固定的，墻板材料為HT200,柵條材料為20號鋼 柵條采用10圓截面長條，長度為538mm,因其特殊的作用，還需對其進(jìn)行表面處理，要求滲碳1-1.5mm,熱處理硬度HRC56-62。柵條的兩頭裝砌在墻板的圓形槽內(nèi)，組成半圓柵籠，柵條間距為10mm,這樣可使剝出的花生仁能通過柵格，

42、而未剝殼的剛不能通過。 裝砌完成后要太上鎖緊條，防止柵條松動。半柵籠內(nèi)徑為516mm。 3.6 箱體 箱體的作用是提供給刮板一個(gè)封閉的剝殼環(huán)境，并對相關(guān)結(jié)構(gòu)起到支承和定位作用。 為了便于軸系部件的安裝和拆卸，將箱體做成剖分式，箱由箱座和箱蓋組成，，取軸 的中心線所在平面為剖分面。箱座和箱蓋采用普通螺栓聯(lián)接，用圓錐銷定位。箱體的材料 選用HT200,鑄造成型。具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見零件圖。 3.7 殼仁分離裝置 殼仁分離裝置分為兩個(gè)部分，一個(gè)是氣流通道，它的一端接風(fēng)機(jī)，另一端安裝在箱體 的下方，還有就是殼與仁的收集板，它同樣也安裝在箱體下方?；ㄉ?jīng)過箱體內(nèi)的剝殼過 程后，將由此裝置對

43、其進(jìn)行殼仁分離，分離的基本原理是利用花生殼與花生仁的重量及受 力面積的不同，用氣流對其進(jìn)行分離。重量稍重的不被氣流吹走，直接下落到花生仁收集 通道，而重量較輕的花生殼將被風(fēng)機(jī)吹來的氣流帶入到花生殼收集通道。具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。 3.8 機(jī)架 整個(gè)機(jī)架采用L63*63*6角鋼焊接而成，起到其它幾個(gè)部分的支承、定位、連接作用， 并將電機(jī)安裝在機(jī)架里面。剝殼機(jī)安裝在機(jī)架上面，聯(lián)接采用普通螺栓聯(lián)接。具體結(jié)構(gòu)見 裝配圖。 3.9 附件 刮板式花生去殼的附件包括裝料斗，軸承蓋，風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。 4總結(jié) 本文是圍繞農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品——花生去殼機(jī)的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了花生剝殼的機(jī)械化，應(yīng) 用本機(jī)器后，可

44、使廣大農(nóng)民群眾大大節(jié)省勞動量，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。該機(jī)的 關(guān)鍵部分是刮板結(jié)構(gòu)與半柵籠結(jié)構(gòu)，因?yàn)榛ㄉ鷦儦さ恼麄€(gè)過程都是由這兩部分完成的， 剝出來的花生能不能符合要求，完全是看刮板與半柵籠的性能能不能達(dá)到要求。本文 也介紹了目前各種花生剝殼原理及裝備，并對花生剝殼機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展前景 作出了簡明的概括和分析。 本次設(shè)計(jì)是對我的四年的大學(xué)生活做出的總結(jié),同時(shí)為將來工作進(jìn)行了一次適應(yīng)性 訓(xùn)練，從中鍛煉自己解分析問題、解決問題的能力，為今后自己的研究生生活打下一 個(gè)良好的基礎(chǔ)。 從這次設(shè)計(jì)也可以看出一些問題: 1 .心態(tài):應(yīng)該保持認(rèn)真的態(tài)度,堅(jiān)持冷靜獨(dú)立的解決問題 2 .基

45、本:認(rèn)真學(xué)好基本知識,扎實(shí)自己的基本知識,使面對問題時(shí)不會遇到很多挫折 從而打擊自己的信心,結(jié)果使自己很浮躁,越來越不想搞這設(shè)計(jì),故應(yīng)該好好學(xué)習(xí)基本知 識,一步一步的來,不要急功近利! 3 .樹立自己的良好形象,樂觀的面對生活,堅(jiān)持自己的想法和意識 總的說來,雖然在這次設(shè)計(jì)中自己學(xué)到了很多的東西,取得一定的成績,但同時(shí)也存 在一定的不足和缺陷,我想這都是這次設(shè)計(jì)的價(jià)值所在,以后的日子以后自己應(yīng)該更加 努力認(rèn)真,以冷靜沉著的心態(tài)去辦好每一件事情! 參考文獻(xiàn) 周瑞寶 段淑芬，胡文廣，李秀平，等．世界花生生產(chǎn)現(xiàn)狀分析 孟憲珍．花生脫殼機(jī)的設(shè)計(jì)和試驗(yàn) 尚書旗, 張效鵬， 王延

46、耀，張巖，尚書旗，等．氣爆式花生脫殼性能的試驗(yàn)研究 王智才．我國農(nóng)機(jī)市場需求及發(fā)展前景 石一兵 肖旭霖 花生加工技術(shù)[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社 胡文廣，李秀平，等.世界花生生產(chǎn)現(xiàn)狀分析 [J]．國外農(nóng)機(jī)。 2003.1 [J]．花生學(xué)報(bào)，1999，(增刊) 1980． 劉曙光，王方燕.花生生產(chǎn)機(jī)械的應(yīng)用現(xiàn)狀與進(jìn)展分析 張嘉玉．花生脫殼機(jī)的不同部件對花生脫殼性能的影響 張巖，尚書旗，等.氣爆式花生脫殼性能的試驗(yàn)研究 食品機(jī)械與設(shè)備[M] 食品機(jī)械與設(shè)備[M] 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第一編輯室 [J] [J] [J]．， [J]．農(nóng)機(jī)質(zhì)量與監(jiān)督， 北京：中國商業(yè)出版

47、社1992.6 北京：科學(xué)出版社，2006 [M]北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社， 唐增寶，何永然，劉安俊機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M]武漢：華中理工大學(xué)出版社 2003，(增刊) 萊陽農(nóng)學(xué)院學(xué)報(bào)，1990，7(1) 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 1998，14(1) 2002，(5) 2004 1999.3 濮良貴，紀(jì)名剛機(jī)械設(shè)計(jì)[M]北京：高等教育出版社，2001 成大先機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.單行本.機(jī)械傳動[M]北京：化學(xué)工業(yè)出版社2004.1 [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13]

48、 致謝 本文是在周善炳老師的精心指導(dǎo)和關(guān)懷下完成的，周老師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹? 學(xué)態(tài)度、精益求精的工作作風(fēng)、高度的責(zé)任心對我產(chǎn)生了深深的震撼。在周老師的培 養(yǎng)和教育不僅使我順利完成了論文，而且將繼續(xù)激勵(lì)我在今后的人生旅途上不斷進(jìn)取。 最后，謹(jǐn)向所有給我關(guān)心、理解、支持和幫助的人們表示最誠摯的謝意！ 付：外文翻譯 機(jī)械設(shè)計(jì) 摘要 機(jī)器是機(jī)構(gòu)與其他零件的組合，為了有益的用途而轉(zhuǎn)換、傳遞或利用能量、 力或者運(yùn)動實(shí)例有發(fā)動機(jī)、渦輪、車輛、卷揚(yáng)機(jī)、印刷機(jī)、洗衣機(jī)和電影攝影 機(jī).許多適用于機(jī)器

49、設(shè)計(jì)的原理和力法也適用于不是真正機(jī)器的制成品，從輪 轂蓋和檔案櫥柜到儀表和核壓力容器?！皺C(jī)械設(shè)計(jì)”這一術(shù)語比“機(jī)器設(shè)計(jì)” 更為廣義，它包括機(jī)器設(shè)計(jì)。而對于某些儀器，如用以確定熱、流動線路和體 積的熱力以及流體方面的問題要單獨(dú)考慮。但是，在機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)要考慮運(yùn)動和 結(jié)構(gòu)方面的問題以及保存和封裝的規(guī)定。在機(jī)械工程領(lǐng)域以及其他工程領(lǐng)域應(yīng) 用機(jī)械設(shè)計(jì)，都需要諸如開關(guān)、凸輪、閥門、容器和攪拌器等機(jī)械裝置。 關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)過程工差 設(shè)計(jì)過程 設(shè)計(jì)始于真正的或想象的需要?，F(xiàn)有的儀器可能需要在耐用性、效率、重 量、速度或成本上加以改進(jìn)?？赡苄枰碌膬x器來完成以前由人做的功能，如 裝

50、配或保養(yǎng)。目標(biāo)全部或部分地確定后，設(shè)計(jì)的下一步就是構(gòu)思能夠完成所需 功能的機(jī)構(gòu)及其布置為此，徒手畫草圖價(jià)值極大，它不但作為一個(gè)人想法的記 錄和與其他人討論的輔助手段，而且尤其適于與自己的想法交流，作為創(chuàng)造性 思路的興奮劑還需要有關(guān)于部件的廣泛知識，因?yàn)橐慌_新機(jī)器常常由熟知的各 類零件重新安排或替換而成，也許改變了尺寸和材料。無論在構(gòu)思過程中還是 之后，一個(gè)設(shè)計(jì)者都會進(jìn)行快速或粗略的計(jì)算或分析以確定一般尺寸和可行 性。當(dāng)些關(guān)于所需或可用空間量的想法確定后，可以開始按比例畫草圖。 最后，一項(xiàng)基于功能和可靠性的設(shè)計(jì)完成了，就可以制造樣機(jī)了。如果測試 滿意，而且如果裝置要大量生產(chǎn)，就要

51、對最初的設(shè)計(jì)進(jìn)行一定的修改以確保以 較低成本大量生產(chǎn)。在隨后幾年的制造和使用期間，設(shè)計(jì)有可能因構(gòu)思了新想 法或者基于測試和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的進(jìn)一步分析所顯示的改變而改變。銷售吸引 力、客戶滿意度和制造成本都與設(shè)計(jì)有關(guān)，設(shè)計(jì)能力與工程投資的成功密切相 關(guān)。 一些設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 在這一部分，有人建議運(yùn)用創(chuàng)造性的態(tài)度進(jìn)行的分析，這種分析可以引起重 大改進(jìn)以及對備用產(chǎn)品的構(gòu)思和完善，也許產(chǎn)品功能更多、更經(jīng)濟(jì)、更耐用。 創(chuàng)造階段無須是最初和獨(dú)立的階段。雖然分析人員可能并不負(fù)責(zé)整個(gè)設(shè)計(jì)，但 是他不僅僅是能從數(shù)字上提出要他解決的問題的正確答案，不僅僅是給出應(yīng)力 值、尺寸或者工作限制。他可以提出更廣泛

52、的見解，以便改進(jìn)規(guī)范或方案。由 于在分析前或分析過程中，他會熟悉裝置及其工作條件，他就處于一個(gè)構(gòu)思備 選方案的有利位置。最好他能提出建議改變形狀來消除力矩或應(yīng)力集中，而不 是允許構(gòu)建具有大截面和過多動態(tài)載荷的機(jī)構(gòu)最好是他報(bào)廢他的細(xì)致的設(shè)計(jì) 而不是后來看到機(jī)械報(bào)廢。 為了激發(fā)創(chuàng)造性思維，建議設(shè)計(jì)人員和分析人員使用以下準(zhǔn)則。前6條準(zhǔn)則 尤其適用于分析人員，雖然他可能涉及到所有這10項(xiàng)。 1. 創(chuàng)造性地利用所需的物理性能并控制不需要的。 2. 認(rèn)識實(shí)用載荷及其重要性。 3. 預(yù)先考慮沒有作用的載荷。 4. 發(fā)明更有利的加載條件。 5. 提供最小重量的最有利的應(yīng)力分布和剛性。

53、6. 用基本方程計(jì)算比例并使尺寸最優(yōu)化。 7. 選取材料以獲得性能組合。 8. 在備件和集成零件間仔細(xì)選擇。 9. 修改功能設(shè)計(jì)以適應(yīng)生產(chǎn)過程和降低成本。 10. 考慮裝配中使部件精確定位和互不干擾。 機(jī)械設(shè)計(jì) 整個(gè)機(jī)械設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程。設(shè)計(jì)人員必須在這樣的領(lǐng)域，如靜力學(xué)、 運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)和材料力學(xué)具有良好的素養(yǎng)，此外，還必須熟悉制造材料和制 造工藝。設(shè)計(jì)人員必須能夠組合所有相關(guān)的事實(shí)，進(jìn)行訓(xùn)渭、制作草圖和制圖 來把制造要求傳遞到車間。 任何產(chǎn)品設(shè)計(jì)的第一步工作之一是選擇用于制造每個(gè)部件的材料。今天的設(shè) 計(jì)人員可得到無數(shù)的。在選擇時(shí)，產(chǎn)品的功能、外觀、材料成本和制造成

54、本都 很重要。在任何計(jì)算之前必須仔細(xì)評估材料的性能。 有必要仔細(xì)計(jì)算以確保設(shè)計(jì)的有效性.計(jì)算從不出現(xiàn)在圖上,而是由十各種 原因被存起來。一旦任何一個(gè)部件失效，就要弄清楚在最初設(shè)計(jì)這個(gè)有缺陷的 零件時(shí)做了什么；而且，從對過去的項(xiàng)目的計(jì)算中可以獲得一份經(jīng)驗(yàn)文件。當(dāng)需要類似的設(shè)計(jì)時(shí)，過去的記錄會有極大的幫助。 計(jì)算（和圖上尺寸）的檢查最為重要。一個(gè)小數(shù)點(diǎn)放錯(cuò)位置可以毀掉一個(gè)本 來可以接受的項(xiàng)目。例如，如果一個(gè)人要設(shè)計(jì)一個(gè)能支撐100磅的托架，而它 本應(yīng)該能支撐1000磅，結(jié)果肯定會失敗。必須檢查再檢查設(shè)計(jì)工作的方方面 面。 計(jì)算機(jī)對于工作人員來講是一個(gè)很有用的工具，可以減輕乏味的計(jì)

55、算并且對 現(xiàn)有數(shù)據(jù)提供擴(kuò)展分析?；谟?jì)算機(jī)性能的交互系統(tǒng)使計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD） 和計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM成為可能。通過這樣的系統(tǒng)，就可能把一個(gè)初步構(gòu)思傳送到打孔紙帶用于數(shù)字加工控制而無須繪制正式的施工圖。 實(shí)驗(yàn)室測試、模型和樣機(jī)對于機(jī)械設(shè)計(jì)很有幫助。實(shí)驗(yàn)室提供了很多建立基 本概念所需的信息，然而，還可用它們獲得一些關(guān)于產(chǎn)品在現(xiàn)場會如何工作的 認(rèn)識 最后，一個(gè)成功的設(shè)計(jì)人員應(yīng)盡最大努力跟上時(shí)代步伐。每天都會出現(xiàn)新材 料和生產(chǎn)方法。繪圖和設(shè)計(jì)人員如果不熟悉現(xiàn)代方法和材料就可能失去作用。 一個(gè)好的設(shè)計(jì)人員應(yīng)經(jīng)常閱讀技術(shù)期刊以跟上新的發(fā)展 工程工差 固體由其表面邊界確定界限。典

56、型地，設(shè)計(jì)人員給一個(gè)零件指定公稱尺寸以 使其滿足其需要。實(shí)際上由于表面不規(guī)則以及固有的表面粗糙度，各個(gè)零件不 能重復(fù)地做成公稱尺寸必須允許尺寸有一些變化以確保能夠制造。但是，所允 許的變化一定不能太大以至于使裝配件的性能變差。單個(gè)零件所允許的變化稱 為公差。 公差這一術(shù)語不僅適用于由制造工藝產(chǎn)生的部件尺寸的可以接受的范圍，而 且適用于機(jī)械或加工的輸出。例如，一個(gè)給定型號的內(nèi)燃機(jī)的功率每臺都有所 變化。實(shí)際上，我們常常發(fā)現(xiàn)這種變化模型會是頻率分布曲線，例如t.態(tài)分 布（又叫高斯分布）。設(shè)計(jì)人員的工作之一就是給一個(gè)零件指定尺寸和允許的 變化，這個(gè)值能夠產(chǎn)生可以接受的性能。 零件

57、公差 當(dāng)圖中沒有指定確切尺寸時(shí)，大多數(shù)組織都有適用于尺寸的通用公差。對于 加工尺寸，通用公差可能是±0.5毫米。因此，被指定為15.0毫米的尺寸的 范圍可以是14.5毫米到15.5毫米之間。其他通用公差可以適用于如角度、鉆 孔和沖孔，鑄件、鍛件、焊縫和焊角等情形。 在給一個(gè)零件指定公差時(shí)，可以參考以前的圖或一般的工程實(shí)踐。典型的公 差被指定為英武成JSO標(biāo)準(zhǔn)所定義的幅度。對于一個(gè)給定公差，比如H7/s6, 對于正在研究的零件尺寸就有一組與圖表對應(yīng)的數(shù)值可用。下面這段將給出關(guān) 于裝入孔內(nèi)的軸或柱形配合的具體例子。 孔和軸的標(biāo)準(zhǔn)配合 一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的工程工作是確定一個(gè)柱形零件的公差，

58、比如安裝在一個(gè)相應(yīng)的筒 形零件或孔內(nèi)的．或者是在其內(nèi)部旋轉(zhuǎn)的軸配合的松緊取決于應(yīng)用例如，一個(gè) 定位在軸上的齒輪就需要“緊”的靜配合，這里軸的直徑實(shí)際上比齒輪毅的內(nèi) 徑稍微大一些以便能傳遞所需的扭矩。再者，滑動軸承的直徑必須大于軸的直 徑以使其旋轉(zhuǎn)。假定從經(jīng)濟(jì)上講不能把部件制造成精確的尺寸，軸和孔尺寸上 的大小變化就必須確定。但是，變化的范圍不應(yīng)太大以免裝配時(shí)受損 為了不至于有無窮無盡的被指定的公差尺寸，已經(jīng)制定了國家和國際標(biāo)準(zhǔn)確 定了公差帶，比如hll/cll。為了使用這一資料，給出了傳統(tǒng)公差使用中的定 義。通常使用的是基孔制，因?yàn)檫@會使公司內(nèi)部所需的鉆頭、絞刀、拉刀和計(jì) 量

59、工具種類的減少。 尺寸：以專用單位表示尺寸數(shù)字值的數(shù)。 實(shí)際尺寸：通過測量得到的部件尺寸。 尺寸極限：零件允許的最大和最小尺寸。 最大尺寸極限：兩個(gè)尺寸極限中較大的。 最小尺寸極限：兩個(gè)尺寸極限中較小的 基本尺寸：用以固定尺寸極限的參考尺寸 偏差：一個(gè)尺寸與其對應(yīng)的基本尺寸的代數(shù)差 實(shí)際偏差：實(shí)際尺寸與其對應(yīng)的基本尺寸的代數(shù)差。 上偏差：最大尺寸極限與其對應(yīng)的基本尺寸的代數(shù)差 下偏差：最小尺寸極限與其對應(yīng)的基本尺寸的代數(shù)差 公差：最大尺寸極限與最小尺寸極限的差值。 軸：指定一個(gè)部件所有外部特征的慣用術(shù)語 孔：指定一個(gè)部件所有內(nèi)部特征的慣用術(shù)語。 初步設(shè)計(jì)產(chǎn)生滿足指定

60、需求的解決方案。初步設(shè)計(jì)可以代表組成整個(gè)系統(tǒng)的 所有子系統(tǒng)和零部件的總和。Ion和Smith把初步設(shè)計(jì)描述為由一系列形成和 評估階段組成的一個(gè)反復(fù)的過程，各階段合在一起形成好的解決方案。在反復(fù) 的每一階段，構(gòu)思更加詳細(xì)，可以更全面的評估。 產(chǎn)生盡可能多的或經(jīng)濟(jì)便利的構(gòu)思和想法是重要的。有一種誘惑，讓你接受 第一個(gè)有希望的構(gòu)思并進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)直到最終產(chǎn)品。應(yīng)該抵抗這種誘惑，因 為這樣結(jié)果總會更好些。值得一提的是，或早或晚你的設(shè)計(jì)會不得不與那些來 自其他制造商的設(shè)計(jì)競爭，因此產(chǎn)生研制的思想應(yīng)謹(jǐn)慎。 產(chǎn)生了想法和構(gòu)思后，下一步就是對它們進(jìn)行評估并選擇最佳構(gòu)思．一種評 估方法是使用列

61、表矩陣。矩陣由一系列準(zhǔn)則組成．構(gòu)思必須借助它們打分。如 果合適，準(zhǔn)則的重要性可以加權(quán)，最適合的構(gòu)思會具有最高總分。這一方法提 供了組織的評估技術(shù)．而且使團(tuán)隊(duì)內(nèi)的個(gè)人很難推行他們自己的不合理的想 法。 產(chǎn)生了初步的解決方案，下一步就是表達(dá)它們，以便它們能與所有涉及總體 設(shè)計(jì)過程的人交流實(shí)際上，這一步可以采用繪制草圖或三維模型的形式，既可 是物理模型也可是計(jì)算機(jī)生成的模型。到總草圖己經(jīng)完成并進(jìn)行計(jì)算來確定解 決方案對于產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)范的兼容性時(shí)，細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)階段的基礎(chǔ)就已建立起來了。 MechanicalDesign Abstract: Amachineisacombinationof

62、mechanismsandothercomponentswhichtransforms,transmits,orutilizesenergy,force,ormotionforausefulpurpose.Examplesareengines,turbines,vehicles,hoists,printingpresses,washingmachines,andmoviecameras.Manyoftheprinciplesandmethodsofdesignthatapplytomachinesalsoapplytomanufacturedarticlesthatarenottruemach

63、ines,fromhubcapsandfilingcabinetstoinstrumentsandnuclearpressurevessels.Theterm"mechanical design"isusedinabroadersensethan"machinedesign"toincludetheirdesign.Forsomeapparatus,thethermalandfluidaspectsthatdeterminetherequirementsofheat,flowpath,andvolumeareseparatelyconsidered.However,themotionands

64、tructuralaspectsandtheprovisionsforretentionandenclosureareconsiderationsinmechanicaldesign.Applicationsoccurinthefieldofmechanicalengineering,andinotherengineeringfieldsaswell,allofwhichrequiremechanicaldevices,suchasswitches,cams,valves,vessels,andmixers. Keywords:MechanicalDesignmechanismsDesign

65、ProcessTolerance Designprocess Thedesignbeginsfromrealoforthedemandofimagination.Theexistinginstrumentmayneedtotakeintoimproveontheenduring,efficiency,weight,speedorthecost.Mayneednewinstrumenttocompletebeforefunctiondonebyperson,suchasAssembleormaintain.Thetargetisallorpartlyaftermakingsure,desig

66、nofthenextmoveistoconceiveoutlinetheorganizationthatcancompletethefunctionneededanditarrangesforthis,drawinggrassdiagramtobeworthbarehandedbiggest,itisn'tonlyonepersonalrecordofviewpointwithwithothersdiscussionofassistancemeans,andbesuitablefortocommunicatewithownviewpointparticularly,isthestimulantwhichcreatessexwayofthinkingtostillneedextensiveknowledgeconcerningparts,becauseathesetnewmachineusuallyfrombefamiliarwithofeachkindofspare partsrescheduleorsubstitutebutbecome,changedsizeandmaterial