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畢業(yè)設(shè)計
課題： 帶式紅棗分級設(shè)備的設(shè)計
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 生 姓 名
班 級
學(xué) 號
指 導(dǎo) 教 師
專 業(yè) 系 主 任
發(fā) 放 日 期 2017年 月 日
摘要
隨著紅棗市場的進一步拓展，紅棗已經(jīng)成為提升農(nóng)村經(jīng)濟、增加農(nóng)民收入的支柱性產(chǎn)業(yè)的一部分。紅棗的生產(chǎn)近年來逐漸向著基地化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。紅棗產(chǎn)業(yè)化及產(chǎn)業(yè)化過程中的關(guān)鍵技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展主題及重大技術(shù)專項，而紅棗分級分選技術(shù)是其產(chǎn)業(yè)化過程中進行流通、貯藏保鮮、深加工、提高產(chǎn)品檔次和附加值的關(guān)鍵技術(shù)之一。
針對我國西部紅棗分級勞動強度大、機械化程度低的現(xiàn)狀，設(shè)計了帶式紅棗自動分級機。該分級機的設(shè)計思路為：小于分級皮帶之間間隙的棗便落進出棗斗進入集棗箱,不會出現(xiàn)卡棗、破棗現(xiàn)象。留在一級分級皮帶上的紅棗由后面的溜棗板迸入下一級差速帶式紅棗分級裝置,后一級的皮帶間的間隙大于上級的間隙,故落下的紅棗大于上一級的紅棗,依此將紅棗分成大小不同的級別。
關(guān)鍵字：紅棗、分級機、減速機
- 40 -
Abstract
As the red jujube market to further expand, red jujube has become the rural economy and increase farmers' income increased part of backbone industry. Red jujube production in recent years gradually toward base, scale, industrialization direction. Red jujube industrialization and key technologies in the process of industrialization as a subject priority to the development and major technology projects, and red jujube grade separation technology is the industrialization process of circulation, fresh-keeping, processing and improve the product grade and added value of one of the key technologies.
In view of the western China jujube grading the present situation of the labor intensity, low degree of mechanization, belt type automatic jujube grading machine is designed. The classifier design idea is: less than grade belt clearance between the date they fall in and out of date into the set date box, there will be no card jujube, jujube phenomenon. On level 1 grade belt of the red date by the slip behind the plate into the next level differential belt type red jujube grading device, after the clearance between the level of the gap between belt is greater than the superior, so the falling red date is greater than the higher level of red jujube, in accordance with the level of red jujube can be divided into different sizes.
Keywords: Red jujube, classifier, reducer
目 錄
摘要 - 2 -
Abstract - 3 -
第一章 緒論 - 6 -
1.1 課題研究背景 - 6 -
1.2 紅棗分級設(shè)備國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 - 7 -
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 - 7 -
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 - 7 -
1.3紅棗分級設(shè)備的分類 - 8 -
1.3.1滾筒式分級機 - 8 -
1.3.2 滾杠式分級機 - 9 -
1.3.3 離心式紅棗分級機 - 10 -
1.4 本課題研究的意義 - 11 -
第二章 分級機的整體設(shè)計分析 - 13 -
2.1分級裝置設(shè)計依據(jù) - 13 -
2.2 紅棗分級機方案的設(shè)計 - 13 -
第三章 整體動力參數(shù)的確定設(shè)計 - 15 -
3.1 篩選機構(gòu)電機的設(shè)計選擇 - 15 -
3.1.1 篩選機構(gòu)傳動效率分析 - 15 -
3.1.2 篩選機構(gòu)的電機選擇 - 15 -
3.2 減速機傳動比及運動參數(shù)的確定 - 16 -
3.2.1確定各級傳動比 - 16 -
3.2.2 確定各軸的功率 - 16 -
3.2.3確定各軸的輸入功率 - 17 -
3.2.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩 - 17 -
第四章 篩選機構(gòu)傳動部件的設(shè)計 - 19 -
4.1 減速機的設(shè)計 - 19 -
4.1.1高速級及中間軸齒輪的設(shè)計及校核 - 19 -
4.1.2 低速級齒輪的設(shè)計及校核 - 23 -
4.2 帶傳動的設(shè)計 - 28 -
第五章 紅棗分級機其他機構(gòu)的設(shè)計以及模型的建立 - 30 -
5.1 SolidWorks軟件介紹 - 30 -
5.1.1 SolidWorks背景 - 30 -
5.1.2 SolidWorks軟件建模途徑 - 31 -
5.2 進料斗的設(shè)計 - 32 -
5.3 進料網(wǎng)帶機構(gòu)的設(shè)計 - 33 -
5.4 篩選機構(gòu)機架的設(shè)計 - 33 -
5.5 篩選機構(gòu)主軸的設(shè)計 - 34 -
5.6 篩選機構(gòu)出料斗的設(shè)計 - 34 -
5.7 出料網(wǎng)帶機構(gòu)設(shè)計 - 35 -
5.8 整機模式的設(shè)計 - 36 -
結(jié) 論 - 37 -
致 謝 - 38 -
參考文獻 - 39 -
第一章 緒論
1.1 課題研究背景
紅棗，又名大棗。自古以來就被列為“五果”(桃、李、梅、杏、棗)之一，歷史悠久。大棗最突出的特點是維生素含量高。在國外的一項臨床研究顯示：連續(xù)吃大棗的病人，健康恢復(fù)比單純吃維生素藥劑快3倍以上。因此，大棗就有了“天然維生素丸”的美譽。紅棗為溫帶作物，適應(yīng)性強。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種．近些年紅棗價格年年攀升，紅棗產(chǎn)業(yè)在一些地區(qū)有了較快的發(fā)展，對帶動地區(qū)經(jīng)濟增長，尤其在帶動農(nóng)牧民增收上起到了重要作用。
當(dāng)前，棗產(chǎn)業(yè)正處于蓬勃發(fā)展階段。從全球角度來看，中國棗產(chǎn)業(yè)的超強地位進一步得到鞏固。近年來，我國棗樹面積和產(chǎn)量每年都以10%以上的速度增長。據(jù)中國農(nóng)業(yè)年鑒統(tǒng)計資料，2003年我國棗產(chǎn)量為171萬噸，估計2008年總產(chǎn)量可達300多萬噸，面積約150萬公頃，占全世界的99%左右。正憑借其得天獨厚的自然條件優(yōu)勢打造中國和世界上最大的優(yōu)質(zhì)干棗生產(chǎn)基地，僅阿克蘇地區(qū)就要在3~5年內(nèi)發(fā)展10萬公頃棗樹；另外，北方的鮮食棗、貯藏加工和營銷產(chǎn)業(yè)正在崛起!但是，近年來一些發(fā)達國家進軍我國棗產(chǎn)業(yè)特別是棗加工業(yè)的勢頭正在顯現(xiàn)。
的地理位置，特別是南疆的地理位置，氣候干燥，降雨量少，晝夜溫差大，光照時間長，熱量資源非常豐富，這些特殊的氣候環(huán)境都造就了紅棗的勝產(chǎn)。紅棗屬于耐旱作物，種植簡單，收益高又便于管理。近年來，隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，國內(nèi)外紅棗的加工品種越來越多，人們對紅棗的的品質(zhì)也有了更高的要求。但紅棗的加工工業(yè)卻沒跟上時代的步伐，紅棗的很多加工環(huán)節(jié)還是傳統(tǒng)的手工作業(yè)。其重要原因是我國紅棗采后處理加工技術(shù)和加工設(shè)備落后，而紅棗分級加工和分選是采后處理加工技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，這一方面制約了紅棗產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，同時也阻礙了紅棗產(chǎn)品檔次的提高。為了提高紅棗的加工質(zhì)量和出品等級，需要對紅棗進行嚴(yán)格的質(zhì)量分級和大小的分級。目前，我國具備先進紅棗分選設(shè)備的企業(yè)很少，因此市場上銷售的紅棗大多數(shù)依靠機械配合人工的方式實現(xiàn)分選。人工分選的主要缺點是：勞動量大、生產(chǎn)率低而且分選精度不穩(wěn)定；紅棗分選難以實現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和無損壞制約了紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此實行紅棗智能分選機機械化作業(yè)是紅棗發(fā)展的一種必然趨勢。利用智能機械化作業(yè)來分選紅棗大大提高了紅棗產(chǎn)品的質(zhì)量、降低了人工分選作業(yè)的勞動強度和提高了生產(chǎn)率分選精度。
1.2 紅棗分級設(shè)備國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
國外公司較早開始對水果自動分級技術(shù)進行研究并將研究成果產(chǎn)品化，意大利、日本和美國是果品分級分選設(shè)備研究的倡導(dǎo)者，目前來看，歐洲果品分級分選設(shè)備的研究集中在果品分級生產(chǎn)線的研制；美國和亞洲的日本、韓國則是著重研究尖端的分級分選技術(shù)，比如核磁共振成像分級、內(nèi)部品質(zhì)檢測分級，如成熟度分級等。 我國對智能化程度較高的果品分選機的研制尚處于起步階段，對水果品質(zhì)檢測及自動分級研究時間不長，國內(nèi)目前能生產(chǎn)的水果分級設(shè)備基本還限于機械分級階段，主要進行大小、重量的分級，自動分級設(shè)備基本還處于實驗室研發(fā)階段。我國水果質(zhì)量檢測中使用的水果品質(zhì)自動檢測生產(chǎn)線多為進口設(shè)備，由于引進設(shè)備操作較為復(fù)雜，設(shè)備成本較高，且這種進口設(shè)備是針對大農(nóng)場生產(chǎn)所設(shè)計的，在我國小農(nóng)戶生產(chǎn)方式的農(nóng)產(chǎn)品的檢測中并不實用。
1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國水果檢測與分選的手段相對落后， 水果分級目前仍主要由人工完成。 人工分級是憑人的視覺判斷， 按果實的大小將產(chǎn)品分為若干級。 用人工分級的方法， 不但勞動量大、 生產(chǎn)率低， 而分級標(biāo)準(zhǔn)難以實現(xiàn)、 分級精度不穩(wěn)定， 主要是因為分級級別標(biāo)準(zhǔn)容易受人心理因素的影響， 長時間用眼， 會造成疲勞及情緒的不穩(wěn)定， 從而造成分級誤差的波動， 使分級精度下降。 國內(nèi)目前能生產(chǎn)的水果分級設(shè)備基本還限于機械式分級階段，主要進行大小、重量的分級。
我國的水果品質(zhì)檢測研究始于 20 世紀(jì) 90 年代，僅停留在外部的品質(zhì)檢測上， 且遠沒達到實時檢測分級的水平。國內(nèi)學(xué)者對基于機器視覺的水果自動分級技術(shù)的研究， 主要集中于軟件算法上，即研究水果圖像的獲取、 圖像處理、 分析等， 而水果位置的確定、缺陷的查找、 分類等工作均需要計算機完成。 由于計算機需要完成所有工作且受硬件條件的限制，分級精度、 速度等均存在很大問題， 不能滿足實時處理的需要。進口國外成套分選設(shè)備，價格昂貴，不適合我國國情和經(jīng)濟發(fā)展需求。因此， 借鑒國外果品檢測分選先進技術(shù)， 結(jié)合我國國情和果品生產(chǎn)特點，自主研發(fā)水果自動檢測分級設(shè)備，對提高我國水果自動分級技術(shù)水平和果品國際競爭力具有重要意義。
1.3紅棗分級設(shè)備的分類
市面上比較常見紅棗分級機大概有如下幾種：
1.3.1滾筒式分級機
目前滾筒式分級設(shè)備的滾筒形式主要有兩種：一種是板式?jīng)_孔滾筒。即薄鋼板沖孔后卷成圓柱形或圓臺形，孔為圓孔或長圓孔，排列方式多為正三角形排列或整齊的交錯孔排列。由于這種篩面光滑平整，棗在篩面上容易滾動，易產(chǎn)生嚴(yán)重級，影響分級質(zhì)量。另一種是柵條式滾筒。柵條式滾筒按照實現(xiàn)紅棗在滾筒內(nèi)軸向移動方式的不同，又可以分為 2 種：一種是柵條滾筒軸線與地面呈一定夾角，紅棗根據(jù)自身重力由高向低移動；另一種是沿滾筒內(nèi)壁焊接有螺旋形式的窄葉片（圖1.1所示在滾筒轉(zhuǎn)動過程中，窄葉片能夠起到攪龍的作用，輔助紅棗軸向移動。
圖1.1滾筒式分級機
1.3.2 滾杠式分級機
滾杠式分級設(shè)備在現(xiàn)行紅棗分級設(shè)備中是種類比較多的一類機型。按照滾杠排列形式的不同，可以將此類設(shè)備分為以下幾種：多層嵌套式、雙滾杠式和單層滾杠式。2007 年，江蘇揚州福爾喜果蔬機械有限公司發(fā)明了水果滾杠分選機，該機包括傳輸鏈條、鏈條導(dǎo)條、轉(zhuǎn)動摩擦條和托管組件，其特征是托管組件的兩托管之間設(shè)有隔套，隔套穿套在托管上，如圖1.2 所示。通過在兩托管之間設(shè)隔套，使得相鄰兩托管之間間距保持基本衡定的尺寸。工作時，兩組平行同步鏈條沿著鏈條導(dǎo)條帶動托管組件移動，在移動的同時，托管組件在轉(zhuǎn)動摩擦條的作用下繞鏈條伸出的銷軸轉(zhuǎn)動，在限距隔套與托管組件上水果的共同作用下使托管一邊移動，一邊進行間距不變的轉(zhuǎn)動，從而帶動水果轉(zhuǎn)動，使尺寸小于托管最小間距的水果從相鄰?fù)泄荛g隙之間漏下，提高分級質(zhì)量。
圖1.2滾杠式分級機
1.3.3 離心式紅棗分級機
離心式紅棗分級機是利用離心原理，根據(jù)紅棗質(zhì)量的不同，在高速離心力的作用下，紅棗能按質(zhì)量不同，從各出口排出，從而達到分級的目標(biāo)。該機構(gòu)主要由螺旋槽、機架、出料收集槽、傳動機構(gòu)等組成。初步設(shè)定將紅棗分為三級，螺旋槽壁有一傾斜角，紅棗在高速離心力作用下沿螺旋槽內(nèi)壁旋轉(zhuǎn)，相對螺旋槽壁靜止，并且靠離心力對螺旋槽內(nèi)壁產(chǎn)生的摩擦力克服自身重力，隨螺旋槽旋轉(zhuǎn)做螺旋線運動。在相同轉(zhuǎn)速下，質(zhì)量大的紅棗受到的離心力大，先于質(zhì)量小的紅棗移動到上層，質(zhì)量小的紅棗因為受到的離心力小無法擠到上層，因而?分布在質(zhì)量大的紅棗的下層，這樣，在傾斜的螺旋槽壁上，質(zhì)量大的紅棗在上層，質(zhì)量小的紅棗在下層。當(dāng)紅棗運動到螺旋槽下面的出口時，不同質(zhì)量的紅棗從不同的螺旋槽壁出口排出，同時，此時紅棗以一定的速度進入出料收集槽。出料收集槽與水平面有2度的夾角，并且出料收集槽上下面是傾角為5度的圓錐面，保證紅棗從出料斗的出口排出而不是從出料收?集槽掉下去。最終紅棗從不同出料口口排出，達到分級目的。該機的結(jié)構(gòu)如圖：
圖1.3離心式分級機
1.4 本課題研究的意義
消費者對紅棗品質(zhì)需求的提高和紅棗市場的開拓,給紅棗產(chǎn)業(yè)帶來巨大的機遇的同時也帶來了新的挑戰(zhàn)。紅棗企業(yè)要在最短時間內(nèi)生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)新鮮、包裝精美和標(biāo)準(zhǔn)化的產(chǎn)品,就要首先實現(xiàn)紅棗采后處理自動化和產(chǎn)品高檔化,其中的關(guān)鍵技術(shù)問題就是紅棗采后無損檢測及標(biāo)準(zhǔn)化分級。
棗果有優(yōu)劣之分,不同棗果的形狀、大小和著色程度并不完全一致,部分棗果甚至有碰傷和病蟲傷害等。不同的棗果采后混在一起既不便于貯藏和運輸,也不便于以質(zhì)定價。在市場經(jīng)濟高度發(fā)達的今天,異地銷售、大宗農(nóng)產(chǎn)品交易和農(nóng)產(chǎn)品國際貿(mào)易均離不開標(biāo)準(zhǔn)化,紅棗分級就是實現(xiàn)其商品標(biāo)準(zhǔn)化的第一步。
然而,由于我國紅棗采后處理技術(shù)水平低下,部分紅棗采后仍由人工分選,其分選過程依靠人工感官進行識別判斷。受分選者的情緒、色彩分辨力、疲勞程度和能力等條件影響,這種主觀評判效率低且誤差較大,紅棗的標(biāo)準(zhǔn)化分級難以實現(xiàn);且操作人員與棗果直接接觸,不符合食品加工生產(chǎn)的要求。
部分地區(qū)使用機械式紅棗分級設(shè)備,如滾筒式分選機、軸輥式分選機和重量分級機等,仍需要配合以繁重的體力勞動;此類設(shè)備僅能按尺寸大小等單一指標(biāo)分級,無法滿足現(xiàn)階段對于紅棗分級的需求。同時機械式分選所帶來的棗果損傷降低了紅棗品質(zhì),使得其市場銷售價格低于應(yīng)有價值,極大地?fù)p害了棗農(nóng)和相關(guān)企業(yè)的利益,阻礙了我國紅棗產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。因此,紅棗的快速無損分級己成為提高其市場競爭力的關(guān)鍵因素。
第二章 分級機的整體設(shè)計分析
2.1分級裝置設(shè)計依據(jù)
紅棗(干棗)在外觀特征上基本呈現(xiàn)圓臺形，少數(shù)呈現(xiàn)較規(guī)則的圓柱形。針對本分級機的結(jié)構(gòu)特點和原理，紅棗在分級的過程中實際依據(jù)的是紅棗腰徑方向的最大尺寸。通過對大批量紅棗最大腰徑的觀察和尺寸檢測后，利用MATLAB軟件的圖像處理和曲線模擬技術(shù)對紅棗最大腰徑尺寸進行分析，可以知道紅棗的最大腰徑主要呈現(xiàn)3種特征。曲線部分即為紅棗最大腰徑截面的輪廓線。紅棗最大腰徑截面的形態(tài)特征大致可以分為以下3種：:紅棗的最大腰徑截面的長徑和短徑尺寸比較接近;紅棗的最大腰徑截面的長徑和短徑尺寸相差較大;紅棗的最大腰徑截面的長徑和短徑尺寸沒有固定的差別關(guān)系。
紅棗分級機主要是利用分級皮帶之間的間隙與紅棗腰徑的最大尺寸差來實現(xiàn)分級的。經(jīng)過對大量紅棗進行實際測量得知，各種形態(tài)特征的紅棗的長短徑的范圍在10到50之間。所以將分級皮帶分為4組，第1組分級皮帶之間間隙為16mm，第2組分級皮帶之間間隙為26 mm，第3組分級皮帶之間間隙為36mm，第4組分級皮帶之間間隙為46mm，即將紅棗分為4個等級。
2.2 紅棗分級機方案的設(shè)計
結(jié)合本文的設(shè)計任務(wù)，本文打算將紅棗的分級機分為四級進行篩選，每一級篩選的出口設(shè)置有出棗漏斗和輸棗網(wǎng)帶，在第一級的篩選網(wǎng)帶前有進料漏斗和進料網(wǎng)帶。每一級的篩選網(wǎng)帶都是通過獨立的電機驅(qū)動，帶動減速機進行減速后有鏈傳動驅(qū)動后帶動篩選主軸轉(zhuǎn)動，隨之篩選皮帶會伴隨一起移動，第一級到第四級的網(wǎng)帶間隙會越來越大，也就是先篩選小紅棗后篩選大紅棗。本文的紅棗分級機的方案圖如示：
圖2.1 帶式紅棗分級機平面方案圖
第三章 整體動力參數(shù)的確定設(shè)計
3.1 篩選機構(gòu)電機的設(shè)計選擇
3.1.1 篩選機構(gòu)傳動效率分析
確定傳動方案:考慮到電機轉(zhuǎn)速高，傳動功率大，在工作中要承受輕微沖擊等實際要求，選擇帶傳動和二級圓柱斜齒輪減速器。
傳動裝置的總效率:
==0.97×0.97×0.984×0.96=0.83314；
為聯(lián)軸器的效率，為高速軸齒輪的效率，
為高速軸承的效率，為第二對軸承的效率，
為第三對軸承的效率，為第四對軸承的效率，為V帶的效率(齒輪為9級精度，油脂因是薄壁防護罩，采用半開式效率計算)。
3.1.2 篩選機構(gòu)的電機選擇
電動機所需工作功率為:
（6-1）
：工作裝置的功率；：總效率；
執(zhí)行機構(gòu)的轉(zhuǎn)速n為80-200r/min
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由設(shè)計手冊查出的電動機型號，因此有以下三種傳動比選擇方案，如下：
表2.1電動機型號
方案
電動機型號
額定功率kw
同步轉(zhuǎn)速r/min
滿載轉(zhuǎn)速r/min
電動機質(zhì)量kg
參考價格
傳動裝置傳動比
1
Y112M-2
4
3000
2890
45
5.00
22.40
2
Y112M-4
4
1500
1430
43
3.48
20.42
3
Y132M1-6
4
1000
960
73
2.22
13.61
本設(shè)計選用的電動機型號為Y112M-4。
3.2 減速機傳動比及運動參數(shù)的確定
3.2.1確定各級傳動比
1. 滾筒轉(zhuǎn)速的確定
===99.36r/min
2. 計算總傳動比
?。剑剑?4.39
3.分配傳動比
取1.4
則=4.5
所以中間軸的轉(zhuǎn)速
==4.5×1430r/min=457.6r/min
3.2.2 確定各軸的功率
電動機軸的轉(zhuǎn)速nd=1430r/min
1. 輸入軸Ⅰ的轉(zhuǎn)速
n1=1430r/min
2 .中間軸Ⅱ的轉(zhuǎn)速
n2=5.54×1430r/min=457.6r/min
3.輸出軸的轉(zhuǎn)速
99.36r/min
3.2.3確定各軸的輸入功率
1.電動機軸的輸出功率為
Pd=3 kW
2.輸入軸Ⅰ的功率
P1=Pdη1ηⅠⅡ=3×0.98×0.995×0.97=2.84 kW
3.中間軸Ⅱ的功率
P2= P1ηⅡηⅡⅢ=2.84×0.995×0.97=2.74 kW
4.輸出軸的功率
P3= PⅡηⅢ=2.84×0.995=2.72kW
5.皮帶軸的功率
P卷= P3η2ηⅣηw=2.72×0.98×0.995×0.94=2.20kW
3.2.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
1.電動機軸的實際輸出轉(zhuǎn)矩為
＝9550×N·m＝9550× N·m＝20034.69 N·mm
2.高速軸的轉(zhuǎn)矩
＝9550×＝9550× N·m＝19325.42 N·mm
3.中間軸的轉(zhuǎn)矩
＝9550×＝9550×N·m＝57162.26N·mm
4.輸出軸的轉(zhuǎn)矩
＝9550×＝9550× N·m＝398477.14 N·m
5.卷筒的轉(zhuǎn)矩
T卷=9550× =9550× N·m=365.57225 N·m
第四章 篩選機構(gòu)傳動部件的設(shè)計
4.1 減速機的設(shè)計
4.1.1高速級及中間軸齒輪的設(shè)計及校核
一.選擇齒輪的精度等級材料和齒數(shù)
1. 材料及熱處理
查參考資料［2］表10-1選小齒輪的材料均為40Gr,并經(jīng)調(diào)制處理及表面淬火后齒面硬度為48-55HRC。
2.查參考資料［1］表10-4選用7級精度
3.選小齒輪的齒數(shù)為Z1=22，則大齒輪齒數(shù)=22×4.5=99
4.為提高齒輪傳動的平穩(wěn)性和承載能力選用斜齒輪傳動，初選螺旋角β=
一.按齒面接觸強度設(shè)計
按查參考資料［2］式（10-21）計算，即
1.確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)=1.6。
2）查參考資料［2］圖10-30選取區(qū)域系數(shù)=2.425
3）查參考資料［2］圖10-6選取材料的彈性系數(shù)=189.8
4）查參考資料［2］圖10-26查得=0.75，=0.895，則1.645。
5）由于兩齒輪均采用硬齒面，故選稍小的齒寬系數(shù)查參考資料［2］表10-7選取齒寬系數(shù)=1.0
6）查參考資料［2］圖10-21d按齒面硬度查得大小齒輪的接觸疲勞強度極限=1100 MPa，大齒輪的接觸疲勞強度極限=550 MPa。
7）查參考資料［2］式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
=6014301（836510）=2.50×109
=4.52×108
查參考資料［2］圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)=0.91，=0.955。
8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，查參考資料［2］式（10-12）得
=0.881100=968
=0.9661100=525.25
==535.6
9)第三章已求得=57162.26N·m
2.計算
1)試算高速級齒輪分度圓直徑，由計算公式得
=21.19mm
2）計算圓周速度
==1.59 m/s
3)計算齒寬b及模數(shù)。
b==0.821.19=16.95 mm
===0.93mm
h=2.25mnt=2.250.93=1.49mm
==8.06
4)計算縱向重合度。
=0.318=0.318×0.822tan15=1.49
5)計算載荷系數(shù)K。
根據(jù)v=1.59m/s，7級精度，由參考資料［2］圖 10-8查得動載系數(shù)=1.05；參考資料
［2］表10-3查得=1.2使用系數(shù)=1；由參考資料［2］表10-4中的硬齒面齒輪欄查得小齒輪相對支撐（非對稱布置，7級精度）用插值法求得=1.270； 故載荷系數(shù)
K==11.051.21.27=1.6014
另由圖10-3查得=1.18
6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由查參考資料［2］式（10—10a）得
==25.4=25.8 mm
7）計算模數(shù)mn。
mn==1.005 mm
三.按齒根彎曲強度設(shè)計
由參考資料［2］式（10—17）計算
mn
1.確定計算參數(shù)
1）計算載荷系數(shù)
K==11.051.21.18=1.4868
2）根據(jù)縱向重合度=1.4996，由參考資料［2］圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)=0.85
3)計算當(dāng)量齒數(shù)
===24.9
===105.3
4）查取齒型系數(shù)
由參考資料［2］表10-5查得齒形系數(shù)YFa1=2.75； YFa2=2.165。
5）查取應(yīng)力校正系數(shù)
由參考資料［2］表10-5查得Ysa1=1.5725； Ysa2=1.815
6）由參考資料［2］圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限等于大齒輪的彎曲強度極限= =620MPa
7） 由參考資料［2］圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=0.82； KFN2=0.88。
8）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.2，由參考資料［2］式（10-12）得
==423.67 MPa
==454.67 MPa
9）計算大、小齒輪的并加以比較
=
=
比較可以看出小齒輪的數(shù)值大。
2.計算
mm
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)mn大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取mn=1.0 mm，已可滿足彎曲強度。但為了同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 d1=22.72mm來計算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有
取Z1=29，則大齒輪齒數(shù)，為使大小齒輪齒數(shù)互質(zhì)，取Z2=131
這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
四.幾何尺寸計算
1.計算中心距
mm
將中心距圓整為94 mm。
2.將圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，故參數(shù)、、ZH等不必修正。
3.計算大、小齒輪的分度圓直徑
===29.99 mm
===158.39 mm
4.計算齒輪寬度
mm
圓整后取B1=34mm；B2= 29 mm
4.1.2 低速級齒輪的設(shè)計及校核
一選擇齒輪的精度等級材料和齒數(shù)
1. 材料及熱處理
查參考資料［2］表10-1選大小齒輪的材料均為40Gr,并經(jīng)調(diào)制處理及表面淬火后齒面硬度為48-55HRC
2.查參考資料［1］表10-4選用7級精度
3.第一節(jié)求得高速級和中間軸大齒輪的傳動比為==4.52,
為?？倐鲃颖葹椋?1.92，則中間軸和輸出軸之間的傳動比應(yīng)為 ==3.17
選小齒輪的齒數(shù)為Z3=30，則大齒輪齒數(shù)=30×4.01=120.30
4.為提高齒輪傳動的平穩(wěn)性和承載能力選用斜齒輪傳動，初選螺旋角β=
二.按齒面接觸強度設(shè)計
按查參考資料［2］式（10-21）試算，即
1.確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值
1）試選載荷系數(shù)KT=1.3。
2）查參考資料［2］圖10-30選取區(qū)域系數(shù)ZH=2.433。
3）查參考資料［2］圖10-6選取材料的彈性系數(shù)ZE=189.8
4）查參考資料［2］圖10-26查得=0.8，=0.90，則1.7
5）由于兩齒輪均采用硬齒面，故選稍小的齒寬系數(shù)查參考資料［2］表10-7選取齒寬系數(shù)=0.8
6）查參考資料［2］圖10-21d按齒面硬度查大小齒輪的接觸疲勞強度極限等于齒輪的接觸疲勞強度極限即==1100 MPa
7）查參考資料［2］式10-13計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。
=60457.61（836510）=4.52×109
=1.14×109
查參考資料［2］圖10-19取接觸疲勞壽命系數(shù)KHN3=0.93，KHN4=0.915。
8）計算接觸疲勞許用應(yīng)力。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由查參考資料［2］式（10-12）得
=0.931100=1023
=0.951100=1045
==1034
9)第三章已求得T2=57162.26 N·mm
2.計算
1)試算高速級齒輪分度圓直徑d3t，由計算公式得
=36.51mm
2）計算圓周速度。
=m/s=0.50 m/s
3) 計算齒寬b及模數(shù)。
b==0.836.51=29.21 mm
===1.21mm
h=2.25mnt=2.251.21=2.64mm
==11.04
4)計算縱向重合度。
=0.318=0.318×0.830tan15=2.04
5)計算載荷系數(shù)K。
根據(jù)v=0.50m/s，7級精度，由參考資料［2］圖 10-8查得動載系數(shù)KV=1.008；參考資料［2］表10-3查得KHa=KFα=1.2使用系數(shù)KA=1；由參考資料［2］表10-4中的硬齒面齒輪欄查得小齒輪相對支撐（非對稱布置，7級精度）用差值法求得=1.279；
故載荷系數(shù) K==11.0081.21.279=1.547
另由圖10-3查得KFβ=1.19
6）按實際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑，由參考資料［2］式（10—10a）得
==36.51=38.69 mm
7)計算模數(shù)mn
mn==1.28 mm
三.按齒根彎曲強度設(shè)計
由參考資料［2］式（10—17）計算
≥
1.確定計算參數(shù)
1）計算載荷系數(shù)
K==11.081.21.19=1.439
2）根據(jù)縱向重合度=1.499，由參考資料［2］圖10-28查得螺旋角影響系數(shù)=2.045
3)計算當(dāng)量齒數(shù)
===33.29
===106.5
4）查取齒型系數(shù)
由參考資料［2］表10-5查得齒形系數(shù)YFa3=2.52； YFa4=2.175
5）查取應(yīng)力校正系數(shù)
由參考資料［2］表10-5查得Ysa3=1.625； Ysa4=1.81
6）由參考資料［2］圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限等于大即=620MPa
7）由參考資料［2］圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN3=0.89； KFN4=0.91；
8）計算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.2，由參考資料［2］式（10-12）得
==459.83MPa
==470.17 MPa
9）計算大、小齒輪的并加以比較
=
=
中間軸小齒輪的數(shù)值大。
2.設(shè)計計算
對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)mn小于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，取mn=1.5 mm，已可滿足彎曲強度,但為了 同時滿足接觸疲勞強度，需按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑 d3=38.69mm來計算應(yīng)有的齒數(shù)。于是有
取Z3=29，則大齒輪齒數(shù)
=3.18×29=92.8
為使大小齒輪齒數(shù)互質(zhì)，取Z4=93
這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費。
四.幾何尺寸計算
1.計算中心距
mm
將中心矩圓整到94mm
2）將圓整后的中心距修正螺旋角
因值改變不多，故參數(shù)、、ZH等不必修正。
3）計算大、小齒輪的分度圓直徑
===45.13 mm
===181.79 mm
4）計算齒輪寬度
36.12 mm
圓整后取B3=42mm；B4= 37 mm。
4.2 帶傳動的設(shè)計
在本文的研究設(shè)計中，皮帶僅僅是將減速機的運動形式傳遞給篩選的主軸機構(gòu)，其傳動比為1，即兩個帶輪的大小直徑是相同的。具體的結(jié)構(gòu)見模型三維圖。
1、確定設(shè)計功率
設(shè)計功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動機類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素共同確定的，表達式如下：
式中 ——需要傳遞的名義功率
——工作情況系數(shù)，按參考文獻[1]表5.7工作情況系數(shù)選取=1.2；
考慮到本裝置的工作環(huán)境，值不變
所以
2、選擇帶的型號
查看參考文獻[1]圖5.17可選取A型帶。
3、確定帶輪的基準(zhǔn)直徑
查參考文獻[1]表5.8. V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑知A型帶=75mm,又由參考文獻[1]表5.4選取
帶輪1基準(zhǔn)直徑：；
帶輪2基準(zhǔn)直徑：由于僅僅傳遞運動形式，故其直徑也是125mm
4、驗算帶的速度
式中 n主帶輪轉(zhuǎn)速；
——小帶輪基準(zhǔn)直徑；
即v=6.15m/s< =25m/s,符合要求。
5、確定中心距a和V帶基準(zhǔn)長度
根據(jù)：初步確定中心距
0.7（100+224）=262.5 2（100+224）=750;
考慮到應(yīng)使結(jié)構(gòu)緊湊，選取中心距=350mm
初算帶的基準(zhǔn)長度：
式中 ——帶的標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)長度；
——帶的初算基準(zhǔn)長度；
——初選中心距；
查參考文獻[1]表5.2普通帶基準(zhǔn)長度及長度系數(shù)確定
帶的基準(zhǔn)長度=1400mm；
6、計算小輪包角
由于僅僅傳遞運動形式，故包角大小為180度。
第五章 紅棗分級機其他機構(gòu)的設(shè)計以及模型的建立
5.1 SolidWorks軟件介紹
5.1.1 SolidWorks背景
SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，由于技術(shù)創(chuàng)新符合CAD技術(shù)的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWorks公司于兩年間成為CAD/CAM產(chǎn)業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務(wù)狀況和用戶支持使得SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術(shù)創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統(tǒng)評比第一名；從1995年至今，已經(jīng)累計獲得十七項國際大獎，其中僅從1999年起，美國權(quán)威的CAD專業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks的創(chuàng)新、活力和簡明。至此，SolidWorks所遵循的易用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設(shè)計師大大縮短了設(shè)計時間，產(chǎn)品快速、高效地投向了市場。
Solidworks軟件功能強大，組件繁多。 Solidworks有功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點，這使得SolidWorks 成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks 能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks 不僅提供如此強大的功能，而且對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。
對于熟悉微軟的Windows系統(tǒng)的用戶，基本上就可以用SolidWorks 來搞設(shè)計了。SolidWorks獨有的拖拽功能使用戶在比較短的時間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ，用戶能在比較短的時間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場。
5.1.2 SolidWorks軟件建模途徑
針對組件模型，SolidWorks有兩者建模方法，分別是自頂向下設(shè)計和自底向上設(shè)計。
1.自頂向下設(shè)計
該設(shè)計方式有力而穩(wěn)定地擴展了參數(shù)設(shè)計，使產(chǎn)品設(shè)計更為有效。自頂向下設(shè)計使您可以在產(chǎn)品組件的環(huán)境中創(chuàng)建零件，并在創(chuàng)建新零件特征時參照現(xiàn)有幾何。示意圖如下所示：
圖5.1 自頂向下設(shè)計
2. 自底向上設(shè)計
該設(shè)計方法不同于傳統(tǒng)的自底向上設(shè)計方法，在自底向上設(shè)計方法中，各個元件是獨立于組件進行設(shè)計的，然后再將這些元件組合到一起來開發(fā)頂級組件。
圖5.2自底向上設(shè)計
5.2 進料斗的設(shè)計
進料斗是整機物料進入口，通過進料斗將紅棗送入進料網(wǎng)帶上，進料斗的整體結(jié)構(gòu)如下所示：
圖5.3 進料斗三維結(jié)構(gòu)圖
5.3 進料網(wǎng)帶機構(gòu)的設(shè)計
進料網(wǎng)帶主要起到進料斗和篩選機構(gòu)的中間橋梁作用，將紅棗均勻的送入第一級的篩選機構(gòu)當(dāng)中，進料網(wǎng)帶機構(gòu)是通過私服電機將帶動皮帶運動予以傳送，機構(gòu)整體結(jié)構(gòu)如下所示：
圖5.4 進料網(wǎng)帶機構(gòu)三維結(jié)構(gòu)圖
5.4 篩選機構(gòu)機架的設(shè)計
篩選機構(gòu)的機架的主要作用是用來支撐整個篩選機構(gòu)，包括電機、減速機、帶傳動以及傳動軸等等，機架的總體結(jié)構(gòu)圖如下所示：
圖5.5 篩選機構(gòu)機架三維結(jié)構(gòu)圖
5.5 篩選機構(gòu)主軸的設(shè)計
篩選機構(gòu)主軸主要用于將運動形式傳遞給篩選網(wǎng)帶，其總體結(jié)構(gòu)圖如下所示：
圖5.6 篩選機構(gòu)主軸三維結(jié)構(gòu)圖
5.6 篩選機構(gòu)出料斗的設(shè)計
篩選機構(gòu)出料斗主要將沒級篩選出來的紅棗送到每一級的出料網(wǎng)帶中，其總體結(jié)構(gòu)圖如下所示：
圖5.7 篩選機構(gòu)出料斗三維結(jié)構(gòu)圖
5.7 出料網(wǎng)帶機構(gòu)設(shè)計
出料網(wǎng)帶機構(gòu)是用來將每級篩選出來的紅棗送到指定的位置，其整體結(jié)構(gòu)和進料網(wǎng)帶類似，其總體結(jié)構(gòu)圖如下所示：
圖5.8 出料網(wǎng)帶機構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)圖
5.8 整機模式的設(shè)計
圖5.9 整機三維圖
結(jié) 論
在當(dāng)今的社會發(fā)展中，工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)自動化程度越來越高，制造業(yè)飛速發(fā)展。特別是發(fā)達國家在這方面有為明顯，我國雖然和他們比有一定的差距，但最近幾年通過引進外資和繼續(xù)加大科研投入力度。因此，也取得了較大的發(fā)展，這種差距也在慢慢地減小。我設(shè)計的紅棗分級設(shè)備在一定程度上促進了自動化生產(chǎn)，降低了工人的勞動力度，提高了生產(chǎn)效率，可以說具有十分重要的意義。
通過資料收集、整理和設(shè)計，我設(shè)計的紅棗分級設(shè)備終于完成了。在我所設(shè)計的這段時間里，我通過對資料的搜集、查找，找到了很多對設(shè)計有用的參考資料，從而保證了設(shè)計的順利進行?？梢哉f這次設(shè)計是對我大學(xué)四年所學(xué)知識的一次綜合檢驗和全面總結(jié)，在這個過程中我學(xué)會了獨立思考、在實踐中找答案、在前人的基礎(chǔ)上求創(chuàng)新。通過畢業(yè)設(shè)計，使我的綜合能力大大的提高，為將來參加工作打下了堅實的基礎(chǔ)。
致 謝
從論文的選題到今天，論文的說明書的編寫和圖紙的繪制基本算完成了，本人心里感覺到十分的開心和釋然。在此我從心底向在論文的寫作中給我?guī)椭睦蠋熞约巴嗟耐瑢W(xué)表示由衷的感謝，在老師不厭其煩的教誨下，我才學(xué)習(xí)到了很多的知識以及書本上學(xué)不到的做事做人的道理，所以我在此特別感謝我的畢業(yè)設(shè)計導(dǎo)師，您不僅在學(xué)習(xí)上、論文上給與了我無私的幫助，對我的論文給與了很多的靈感，還在生活中給了我很多的照顧。所以導(dǎo)師是我人生的啟明燈。
同時也感謝和我同窗的大學(xué)同學(xué)，我們互相幫助互相學(xué)習(xí)，不管在學(xué)習(xí)上生活上都互相關(guān)心毫無保留，這些幫助我都十分地感謝，同時我們一起度過了人生中最難忘的階段，這也將留給我最深刻的印象，在這次畢業(yè)設(shè)計過程中，我搜索了很多文獻和資料，這讓我接觸到了許多新的理論和知識，同時我也對文獻和資料作了很多學(xué)習(xí)思考，讓我從中領(lǐng)悟和懂得了很多科學(xué)知識，讓我受益匪淺，最后我也通過自己的努力終于順利完成了此次畢業(yè)設(shè)計。
最后，我要感謝養(yǎng)育我這么多年的父母以及對我關(guān)心幫助的親人，正是有你們的關(guān)心與支持，讓我能夠有克服一切困難的勇氣，順利完成自己的學(xué)業(yè)。未來我將更加努力，不辜負(fù)你們的期望！
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