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中國地質大學長城學院2015屆畢業(yè)設計 中國地質大學長城學院 本 科 畢 業(yè) 設 計 題目 蘋果去皮結構設計 系 別 工程技術系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學生姓名 王東升 學 號 05211618 指導教師 牛博英 職 稱 講師 2015 年 04 月 20 日 摘 要 蘋果去皮是蘋果進行深加工的主要工序之一。目前，蘋果去皮雖然已經開始依靠機械進行生產，但勞動的強度也比較大、生產效率低下。結合當前對蘋果去皮技術的調研和分析,在目前技術和消費條件允許的情況下研究和設計改造一款操作更加簡單安全,使用壽命更長的蘋果去皮機，使之生產效率更高,以便于節(jié)省人力資源。本文設計了一種基于摩擦原理的小型機械式蘋果去皮結構設備。該設備主要由電動部分、傳動部分和存儲部分組成，該系統通過電動機連接一級減速器帶動滾刷和傳動結構摩擦旋轉，由進料口把物料放入滾筒進行工作，通過卸料口卸出物料，從而達到對蘋果去皮的目的，該設計通過對現有設備的數據進行分析、方案的研究和數據的計算,完成了該蘋果去皮機構的總體設計，通過蘋果去皮機的設計主要工作系統,這樣蘋果去皮機可以更安全,穩(wěn)定和正常運行,提高蘋果去皮過程的機械化程度。 關鍵詞： 蘋果去皮機； 摩擦；傳動； 去皮 ABSTRACT The potato skin is one of the main processes, deep processing of potato at present, peel the potatoes have begun to rely on mechanical production, but the production efficiency is low, and the labor intensity is relatively large. Combined with the mechanical knowledge of our university and the potato peeler to master technology, research and design a more simple and safe operation in the current technology and consumption conditions allow, potato peeling machine is longer, the higher production efficiency, in order to save human resources. This paper describes the design of a small friction principle of mechanical equipment based on the potato skin structure. The device is mainly composed of a power part, transmission part and the storage part, when the motor is energized, through a speed reducer drives the rolling brush and transmission structure of friction spinning, and feeding the materials into the cylinder to work, after work is completed, through the discharge port of discharge, so as to achieve the purpose of potato peel the design, calculation and analysis, research and data solutions through the existing equipment data, complete the overall design of the potato peeling mechanism, through the design of the main system of potato peeling machine, such as potato to skin machine can be more secure, stable and normal operation, improve the degree of mechanization of potato peeling process. The design of a reasonable structure, carried out at room temperature, the safe and reliable operation, low energy consumption, low cost, no damage, can protect the good food appearance, high rate of production material. Key words：The potato peeling machine； Friction； Peel； drive 目 錄 1 緒論 1 1.1 蘋果加工產業(yè)現狀與發(fā)展態(tài)勢 1 1.2 蘋果原料加工預處理工藝流程簡介 1 1.2.1 蘋果的分級 1 1.2.2 蘋果的清洗 1 1.2.3 蘋果的去皮 2 2 蘋果清洗去皮機的結構設計 2 2.1 工作原理 2 2.2 基本結構 3 2.2.1 去皮機構 3 2.2.2 清洗機構 3 3 撥料盤和刷輥的設計 4 3.1 撥料盤部件的設計 4 3.1.1 螺旋機輸送量的確定 5 3.1.2 螺旋機功率的確定 5 3.1.3 螺旋直徑的確定 5 3.1.4 螺旋軸轉速的確定 6 3.1.5 螺距的確定 7 3.1.6 物料輸送速度的確定 7 3.2 刷輥部件的設計 8 4 電動機的計算選型 9 4.1 電動機的選擇 9 4.1.1 選擇電動機類型和結構型式 9 4.1.2 選擇電動機的容量 9 4.2　傳動裝置的運動和動力參數的計算 9 4.2.1 各軸轉速 10 4.2.2 各軸輸入功率 10 4.2.3 各軸輸出功率 11 4.2.4 各軸輸入轉矩 11 4.2.5 各軸輸出轉矩 11 5 減速器設計計算 12 5.1 齒輪設計 12 5.2 減速器結構設計 16 5.2.1機體結構 16 5.2.2鑄鐵減速器機體的結構尺寸 16 5.3 軸設計 18 5.3.1 計算齒輪受力 18 5.3.2 計算支承反力 19 5.3.3 畫軸轉矩圖 19 5.3.4 許用應力 20 5.3.5 校核軸徑 20 5.4 軸承的選型 20 5.5 鍵的選型 21 5.5.1 輸入軸軸與帶輪的聯接 21 5.5.2 輸出軸與大齒輪的聯接 22 參考文獻 24 致 謝 25 1 緒論 1.1蘋果加工產業(yè)現狀與發(fā)展態(tài)勢 目前, 世界上有超過79%的國家種植蘋果,種植面積達到2000萬公頃,產量3億噸,居小麥、玉米、水稻產量之后位于世界第四名,蘋果種植在我國分布很廣,主要集中在山西、甘肅、四川、云南、黑龍江、內蒙古、河北、陜西、貴州等地,根據2010年的統計數據,中國的蘋果種植近7900萬畝,產量8200萬噸,居世界第一。 國外蘋果主要加工用于，小比例用于新鮮食品,美國80%的用于加工,在法國有62%,在荷蘭有41%,在英國有42%，而中國的蘋果用于蔬菜形式,用于加工處理所占的比例還不到12%。蘋果蔬菜味道很差,不是很受歡迎,所以價格很低,每年會有15%的蘋果腐爛,浪費,嚴重影響農民的經濟利益和發(fā)展的熱情,這種現象是不利于中國蘋果產業(yè)的發(fā)展。 蘋果產品主要在國外,比如薯條、薯片是一種流行的快餐,麥當勞,肯德基快餐店風靡全球,其旗艦產品全是蘋果產品。我國蘋果制品加工起步較晚,技術相對落后,還不能形成一個大規(guī)模,蘋果制品質量比外國產出水平較落后,照目前的發(fā)展來看，蘋果遠不能滿足市場的需求,從而加速我國蘋果產業(yè)的發(fā)展,提高蘋果的附加值,不僅要滿足消費者的需求,而且在中國貧困地區(qū)加快發(fā)展,特別是重要的經濟發(fā)展西部地區(qū)的蘋果帶來一個很好的機會來解決西部地區(qū)的發(fā)展蘋果產業(yè),蘋果產業(yè)將有一個輝煌的未來。 蘋果產品有薯片、薯條、脫水蘋果泥。不管什么樣的產品,原材料的處理是需要去皮加工,保證產品質量,外觀,顏色和味道?，F有的蘋果去皮方法有人工去皮、機械去皮、化學去皮等。人工去皮效果好,但效率低,損失率高,顯然不能滿足蘋果產業(yè)發(fā)展的需求,化學處理主要依賴于堿性液和特殊化學脫皮液,然后使用高壓水流沖洗實現去皮。這種去皮的方法脫皮液體消耗太大,成本高,嚴重影響產品的味道。機械去皮主要依賴蘋果的摩擦達到目的,這種方法具有良好的效果,并降低生產成本,減少環(huán)境污染,操作簡單,速度快,可以最大限度地操作,效率高,實現產品的好處。 1.2 蘋果原料加工預處理工藝流程簡介 1.2.1 蘋果的分級 蘋果根據不同的分級分類,包括成熟度分級,大小分級和顏色分級。常見的蘋果分級方法有手工分類和機械的分類。 1.2.2 蘋果的清洗 蘋果清洗的主要是清洗附加表面灰塵和沉積物中微生物和化學產品,確保清潔對農藥的殘留,主要有手工清洗和機械清洗兩種。 1.2.3 蘋果的去皮 基本上所有的蘋果皮膚粗糙、不規(guī)范應該削皮,提高蘋果去皮的質量方法目前,如下: 手工剝皮: 通過刀和工具達到人工去皮,去皮清潔、低損耗、低效率。 機械去皮: 主要用于常規(guī)的生水果和蔬菜的形狀。 化學去皮: 利用堿腐蝕表層溶解在蔬菜?；瘜W處理后的水果和蔬菜應浸泡在水里,清洗,反復修改直到表面是干凈的,沒有味道咸。 2 蘋果清洗去皮機的結構設計 在蘋果去皮過程中主要考慮摩擦表面光滑,沒有傷害,剝落的過程中沒有污染。同時,考慮到經濟和實用，用較少的投入獲得更好的經濟效益。 2.1工作原理 蘋果去皮機的結構如圖2-1所示： 圖2-1蘋果去皮機結構圖 蘋果去皮機工作時，轉盤旋轉,蘋果由進料口進入,蘋果在旋轉毛刷輥表面,從離心力的作用毛刷輥切方向,材料常沿滾筒壁運動,上升到頂部,轉到最高職位。粗糙表面和摩擦輥。材料的過程中輥的往復運動,實現摩擦去皮的目的。摩擦皮膚的同時,從進水口洞水同時,擦拭表面去除的污漬。最后材料從出料口卸出。 2.2基本結構 2.2.1 去皮機構 本次設計蘋果去皮機采用臥式機型，主要包括工作圓筒，工作轉盤，機架和傳動部分。（見原理圖） 一、機架 機架作為輔助材料 ,要有足夠的強度和剛度,可以整個鑄鐵鑄造,加工復雜。電機安裝在框架的下部,這樣整個結構緊湊合理。 二、撥料輸送裝置 材料從進料口加入,轉軸旋轉時,材料受到螺旋葉片沿軸向方向的作用力軸向移動。 三、傳動系統 常用的機械傳動方法又可供選擇： ① 帶傳動 通過皮帶傳動,它具有過載保護功能,緩沖吸收效果,穩(wěn)定操作,沒有噪音,適合長距離傳動,制造和安裝精度不高、低成本、傳動范圍通常是2～5。 ② 齒輪傳動 傳動效率高,恒定傳動比,結構緊湊,使用壽命長,但制造、安裝精度高,中心距較大,可以實現大傳動比(i = 60)。 ③ 鏈傳動 實現平行軸傳動,不能保持恒定傳動比操作,傳動不平穩(wěn),用于低速傳輸(i = 8)。 ④ 蝸桿傳動 結構緊湊，傳動平穩(wěn)，效率低，制造要求精度高，成本較高（i≤120）。 因為裝料裝置的設計和毛刷輥需要不同的速度,從整體和經濟因素考慮采用混合傳動皮帶傳動和齒輪傳動組合。因為不要求高轉速,預選8級電動機。 2.2.2 清洗機構 箱體采用不銹鋼材質、不腐蝕,干凈衛(wèi)生,下部有排渣口,經水洗系統不斷沖洗,皮屑脫落可以流到儲存器中，見圖2-2。 圖2-2蘋果去皮機清洗機構 3 撥料盤和刷輥的設計 3.1 撥料盤部件的設計 撥料盤如圖3 - 1所示,其結構由一個毛刷輥、半圓槽和其安裝軸承、螺旋旋轉驅動，材料通過入口進入,從另一端的卸料口取出。 圖3 - 1撥料盤 3.1.1 螺旋機輸送量的確定 螺旋機的輸送量是指在特定的時間內輸送完所需的物料量，由于去皮機構在摩擦去皮過程中，蘋果要不停翻滾碰撞摩擦，需要較大空間，以達到徹底清理。本設計選取的輸送量為：Q=100(kg/h)。 3.1.2 螺旋機功率的確定 螺旋機的功率由螺旋機制的運行阻力決定。其阻力包括以下幾類: 1）物料與刷輥的磨擦力 2）物料與螺旋葉片的磨擦力 3）物料被攪拌產生的阻力 4）軸承的磨擦力 因為這些阻力計比較抽象,一般根據以下公式計算: N0=kQ/367(ω0L+H) N0—螺旋軸上所需功率(kW) k—功率貯備系數(1.2～1.4) Q—輸送量(t/h) ω0—物料阻力系數 （選6.2） L —螺旋機進出口水平投影長度(m) H —螺旋機進出口垂直投影長度(m) N0=kQ/367·(ω0L+H)=1.4×2/367×（6.2×10.2）=45.8W 那么螺旋機驅動裝置的額定功率為 N1=N0/（η1η2） η1—減速機的傳動效率，η1=0.9 η2—三角帶的傳動效率，η2=0.95 N1=N0/（η1η2）=45.8/0.9/0.95=53.6W 3.1.3 螺旋直徑的確定 因為：Q=47 k1AψcρD2.5 （t/h） 所以：　　 令：　　　　　　　(m)　 　　　　　　　 式中，K值見表3-1。 表3-1 ψ、K、A值 物料塊度 物料的磨磋性 物料種類 填充系數ψ 推薦的螺旋葉片形狀 K A 粉 狀 無磨性、半磨磋性 石灰粉、石墨 0.35~0.40 全葉式 0.0415 75 粉 狀 磨磋性 干爐灰、水泥 0.25~0.30 全葉式 0.0565 35 粒 狀 無磨性、半磨磋性 谷物、泥煤 0.25~0.35 全葉式 0.0490 50 粒 狀 磨磋性 砂、型砂、爐渣 0.25~0.30 全葉式 0.0600 30 小塊狀 α＜60mm 無磨性、半磨磋性 煤、石灰石 0.25~0.30 全葉式 0.0537 40 小塊狀 α＜60mm 磨磋性 卵石、砂巖 0.20~0.25 全葉式或帶式 0.0645 25 中等及大塊 α＞60mm 無磨性、半磨磋性 塊煤、塊石灰 0.20~0.25 全葉式或帶式 0.0600 30 大塊度 α＞60mm 磨磋性 干粘土、硫礦石 0.125~0.20 全葉式或帶式 0.0795 15 表3-2 撥料盤傾斜修正系數c 傾斜角β 0° ≤5° ≤10° ≤15° ≤20° c 1.00 0.90 0.80 0.70 0.65 3.1.4 螺旋軸轉速的確定 輸送物料時,應控制在一定螺旋轉數,物料運動不影響其特性,如果速度太低運輸量達不到。因此,螺桿的旋轉速度是決定根據運輸能力和材料的特點,應該保證一定的輸送量,不使物料受力太大而被拋起,以致降低傳動效率,因此有一定的實際速度和最大速度之間的關系,即： 即： 式中： ----常數 （見表3-2）。 D----螺旋外徑 （m） 求得的螺旋軸轉速，應圓整為表3-3所列的螺旋軸標準轉速。 表3-3 撥料盤螺旋軸轉速系列(r/min) 20 30 35 45 60 75 90 120 150 190 3.1.5 螺距的確定 螺距h通常為： h=k1D (m) 式中：k1——螺距和螺桿直徑的比值,和材料的性質有關,通常k1 = 0.7 ~ 1。 h=k1D=0.7×0.5=0.35 (m) 3.1.6 物料輸送速度的確定 物料的軸向輸送速度ν的計算: (m/s) 式中：h---螺旋節(jié)距(m)； ns---螺旋轉速(r/min)。 (m/s) （1）螺旋直徑 (m) 根據上表選擇各參數 (m) 因為撥料盤的螺旋直徑應進行圓整，取D=500mm。 （2）螺距 h=0.7D h=k1D=0.7×0.5=0.35 [m] 所以螺距為350mm。 （3）軸徑 d=(0.2~0.35)D 取 d=0.2D=0.2×500=100mm 所以軸徑為100mm。 （4）進料口、出料口 進料口連接螺旋機和進料漏斗,進料口應該安裝在機蓋根據材料入口的大小。 出料口由鋼板焊接而成，直接開在輸入軸的對側。 3.2 刷輥部件的設計 刷輥材料通過特殊處理,耐用,耐磨性好,表面粗糙度旋轉清洗毛刷輥材料表面粗糙。 箱體內共18支刷輥，刷輥直徑為20mm，刷輥兩端由軸承支撐，兩側刷輥轉向相反，左側刷輥逆時針轉動，右側刷輥順時針轉動，保證物料受摩擦力切線方向向上。刷輥轉速初選650r/min。 根據設計要求：工作效率：100（kg/h）。工作時，物料分布在各刷輥上,刷輥與物料之間的摩擦系數為0.5，刷輥直徑100mm，刷輥所受最大扭矩T計算如下： T=FL=1000×0.5×0.05=25N·m 其所需功率： N=Tn/9550=25×650/9550=1.7KW 那么刷輥驅動裝置的額定功率為 N2=N/（η1·η2） η1—減速機的傳動效率，η1=0.9 η2—三角帶的傳動效率，η2=0.95 N2=N/（η1·η2）=1.7/0.9/0.95=1.99KW 4 電動機的計算選型 4.1 電動機的選擇 4.1.1 選擇電動機類型和結構型式 電動機有交流電機和直流電機。由于直流電機需要直流電源,,結構復雜,價格高,維護不方便,所以沒有特殊要求不應使用。 電動機類型根據電源類型、工作條件、負荷特性、起動、制動和起動性能,逆轉的頻繁程度、速度和速度性能要求確定。 4.1.2 選擇電動機的容量 電動機的容量是根據電動機運行時發(fā)熱條件下決定的。其發(fā)熱與電機的運行狀態(tài)。有三種運行態(tài),長期連續(xù)操作,短期操作和重復短期操作。根據等效功率法計算并檢查過載能力和起動轉矩,短期運行的長期運行加載和重復短時操作能力。 由上面計算可得： =N1+N2=0.536+1.99=2.436KW 該蘋果去皮機在常溫下工作,采用三相交流電,電壓380V。根據以上兩點選用Y2-132M-8型3KW電動機。 Y2-132M-8電動機的主要性能如下表格所示： 表4－1 Y2-132M-8電動機的主要性能 額定功率（kw） 轉速（r/min） 電流（A） 效率（%） 功率應數（cosφ） 額定轉矩 3 705 7.9 79 0.73 2 4.2 傳動裝置的運動和動力參數的計算 螺旋軸轉速，查設計手冊知Y2-132M-8型3KW電動機轉速 ，則總傳動比i=705/45=15.6。分配傳動比：傳動帶傳動比i1=3.3，齒輪傳動比i1=4.7。 因為設計減速器的傳動比為4.7,所以直齒圓柱齒輪傳動減速機可以滿足條件。 連接順序 1.電動機-2.平鍵-3.帶輪減速器-4.平鍵-5.齒輪減速器-6.花鍵-7.螺旋軸輸送機 軸承、齒輪等的效率查機械設計手冊得 表4-2 各零件間的傳動效率 項目 效率 滾動軸承（每對） 0.98~0.995 滑動齒輪（每對） 0.97~0.99 彈性聯軸器 0.99~0.995 齒輪聯軸器 0.99 萬向聯軸器 0.97~0.98 具有中間可動元件的聯軸器 0.97~0.99 一對齒輪（開式） 0.94~0.96 一對齒輪（閉式） 0.96~0.99 一對三角帶 0.95 4.2.1 各軸轉速 Ⅰ 軸 n1=nm/i1 =705/3.3 =213.6r/min Ⅱ軸 n2=n1/i2 =213.6/4.7 =45.4r/min 螺旋軸 n3=n2=45.4r/min 4.2.2 各軸輸入功率 Ⅰ 軸 P1 =P額·η帶輪 =3×0.95 =2.85KW Ⅱ 軸 P2 =P1·η軸承1·η軸承2·η齒輪 =2.85×0.98×0.99×0.96 =2.65KW 螺旋軸 P3=P2·η聯 =2.65×0.99 =2.62KW 4.2.3 各軸輸出功率 Ⅰ 軸 P1＇=P1·η軸承 =2.85×0.98 =2.793KW Ⅱ軸 P2＇= P2·η軸承 =2.65×0.98 =2.597KW 螺旋軸 P3＇= P3·η軸承 =2.62×0.98 =2.57KW 4.2.4 各軸輸入轉矩 電動機的輸出轉矩 Td=9550×Pd/nm =9550×3/705 =40.6N·m Ⅰ軸 T1= Td·η帶輪 =40.6×0.99 =40.2N·m Ⅱ軸 T2= T1·i·η軸承1·η軸承2·η齒輪 =40.2×4.7×0.98×0.99×0.96 =175.98N·m 主軸 T3= T2·η聯 =175.98×0.99 =174.22N·m 4.2.5 各軸輸出轉矩 Ⅰ 軸 T1＇= T1·η軸承 =40.2×0.98 =39.4N·m Ⅱ 軸 T2＇= T2·η軸承 =175.98×0.98 =172.46N·m 主軸 T3＇= T3·η軸承 =174.22×0.98 =170.74N·m 運動和動力參數計算結果整理于下表： 表4-3 運動和動力參數計算 軸 名 功 率 P (KW) 轉 矩 T（N·m） 轉速 n (r/min) 傳動比i 效 率 輸 入 輸 出 輸 入 輸 出 電動機軸 3 40.6 1440 1 0.99 Ⅰ 軸 2.85 2.793 40.2 39.4 1440 4.7 0.93 Ⅱ 軸 2.65 2.597 175.98 172.46 308.35 1 0.99 螺旋軸 2.62 2.57 174.22 170.74 308.35 5 減速器設計計算 5.1 齒輪設計 齒輪材料應滿足以下條件： 1) 齒面有足夠的硬度,為了獲得較高的點狀腐蝕和耐磨料磨損和塑性流動的阻力; 2) 有足夠的可變負荷和沖擊載荷下的彎曲疲勞強度; 3）具有良好的加工及熱處理工藝； 4）較低的價格。 根據以上條件使用合金鋼，硬齒面齒輪是目前的發(fā)展趨勢，以保證其齒根彎曲強度。 本次設計的任務是預期壽命10年，每年達到工作300個工作日，在投入使用期限內，工作時間占其20%。 根據以上要求，該設計選用的齒輪材料為20CrMnTi，滲碳淬火處理，硬度60HRC。齒數比u=i=4.7計算步驟如下： 表5-1 齒輪的校核計算 計算項目 計算內容 計算結果 齒面接觸疲勞強度計算 1.初步計算 轉矩T1 T1=40.2N·m T1=402000N·mm 齒寬系數Φd 取Φd=0.5 Φd=0.5 解除疲勞極限σHlim σHlim1=1650Mpa σHlim2=1400Mpa 許用接觸應力[σH] [σH1]≈0.9σHlim1=0.9×1650 [σH2]≈0.9σHlim2=0.9×1400 [σH1]=1485Mpa [σH2]=1260Mpa Ad值 取Ad=85 Ad=85 小齒輪直徑d1 d1≥Ad =85×=33.5 取d1=40mm 初步齒寬b b=ψd d1=0.5×40=20 b=20mm 2. 校核計算 圓周速度ν ν=πd1n1/(60×1000) =π×40×213.6/（60×1000） =0.5 ν=0.5m/s 精度等級 選8級精度 齒數z和模數m 初取齒數z1=10, z2= iz1=4.7×10=47 m= d1/z1=40/10=4 取m=4 則z1= d1/m=40/4=10 z2= iz1=4.7×10=47 m=4 z1=10 z2=47 使用系數KA KA=1.75 動載系數KV KV=1.18 齒向載荷分布系數 載荷系數K =1.75×1.18×1.21×1.23 =3.07 K=3.07 彈性系數ZE ZE=189.8MPa 節(jié)點區(qū)域系數ZH ZH=2.5 續(xù) 表 計算項目 計算內容 計算結果 接觸最小安全系數SHmin SHmin=1.05 總工作時間th th=10×300×8×0.2 th=4800h 應力循環(huán)系數NL 估計1071.2δ 10 齒輪端面與內機壁距離 Δ2 >δ 10 軸承端蓋凸緣厚度 t (1～1.2)d3 7 凸臺高度 h 根據低速軸承外徑確定 軸承旁聯接螺栓距離 s 盡量靠近 D2 軸承端蓋外徑 D2 軸承孔直徑（5～5.5）d3 D+40 窺視孔蓋螺釘直徑 d4 (0.3～0.4) df 6 定位銷直徑 d (0.7～0.8) d2 6 軸承旁凸臺半徑 R1 c2 11 外機壁至軸承座端面距離 l1 c1+c2+（8～12） 50 大齒輪頂圓與內機壁距離 Δ1 >1.2δ 10 齒輪端面與內機壁距離 Δ2 >δ 10 軸承端蓋凸緣厚度 t (1～1.2)d3 7 凸臺高度 h 根據低速軸承外徑確定 軸承旁聯接螺栓距離 s 盡量靠近 D2 軸承端蓋外徑 D2 軸承孔直徑（5～5.5）d3 D+40 表5-4 c值 螺栓直徑 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M30 C1min 13 16 18 22 26 34 40 C2min 11 14 16 20 24 28 34 沉頭座直徑 20 24 26 32 40 48 60 5.3 軸設計 輸入軸采用齒輪軸，材料是20CrMnTi。根據機械設計手冊表15-3 取A= 102 于是得： 輸入軸草圖如下： 圖5－1 小齒輪軸 輸出軸的材料為40Cr。抗拉強度σb= 980MPa抗拉強度，屈服強度σs= 785MPa，根據機械設計手冊表15-3 取A= 102 于是得 輸出軸草圖如下 圖5－2 輸出軸 5.3.1 計算齒輪受力 大齒輪直徑： d2=188mm 轉矩： T2=175980N·mm 圓周力： 徑向力： Fr= Ft·tanα=1872.1×tan20°=681.4N 軸向力： 因為直齒輪傳動，所以Fa=0 畫小齒輪軸受力圖（見圖a） 5.3.2 計算支承反力 水平面受力（見圖b） ×75+Fr×33=0 =－300N Fr×42－×75=0 =381.6N 垂直面受力（見圖d） ×75－Ft×33=0 =823.7N Ft×42－×75=0 =1048.4N 5.3.3 畫軸轉矩圖 水平彎矩圖(見圖c) Mxy 垂直彎矩圖(見圖e) Mxz 合成彎矩圖(見圖f) M合 軸受轉矩 T=T2=175980 N·mm 圖5-3 各軸的受力圖 5.3.4 許用應力 許用應力值 用插入法查表得： [σ0b]=140MPa [σ-1b]=82.5MPa 應力校正系數 當量轉矩 αT=0.59×175980=103828.2N·mm 當量彎矩 在小齒輪中間截面處 5.3.5 校核軸徑 齒根圓直徑 df2=d2－2(ha+c)mn =188－2(1+0.25)×4 =178mm 軸徑 所以軸徑檢驗合格。 5.4 軸承的選型 輸入軸的軸承選用一對GB/T276－6009的深溝球軸承。 輸出軸的軸承選用一對GB301－8208的推力球軸承和兩對GB/T276－6308的深溝球軸承。 輸出軸上深溝球軸承的選擇計算： 由于軸承型號未確定，C0r、e、X、Y值都沒有辦法確定，先采用試行計算。下面采用預選軸承的方法。(軸承預期使用壽命=24000h) 首先選取6208與6308兩種深溝球軸承進行計算，由機械設計手冊查得軸承數據如下表。 表5-4 軸承數據 方案 軸承型號 Cr/N C0r/N D/mm B/mm N0/(r/min) 1 6208 29500 18000 80 18 8000 2 6308 40800 24000 90 23 7000 計算步驟與結果列于下表 表5-5 計算步驟 計算項目 計算內容 計算結果 6208軸承 6308軸承 Fa/C0r Fa/C0r=0/ C0r 0 0 e 查機械設計手冊表18-7 -- -- Fa/Fr Fa/Fr=0 Fa/Fr≤e Fa/Fr≤e X、Y 查機械設計手冊表18-7 X=1,Y=0 X=1,Y=0 沖擊載荷系數fd 查機械設計手冊表18-8 1.2 1.2 當量動載荷P P=fd(XFr+YFa)=1.2(1×828.88+0) 994.66N 994.66N 計算額定動載荷 4002N 4002N 基本額定動載荷Cr 查機械設計手冊手冊 29500> 40800> 結論:選用6208和6308深溝球軸承都可以滿足軸承壽命的要求。 5.5 鍵的選型 5.5.1 輸入軸與帶輪的聯接 鍵的校核： 已知軸直徑d=42mm，鍵的尺寸為b×h×l=12×8×30mm,傳遞的扭轉力偶矩Me=40.2N·m,鍵的許用應力[τ]=100Mpa,許用壓強[σbs]=35Mpa. 首先校核一下該平鍵的剪切強度。將該平鍵沿n-n截面分成兩個部分，并把n-n下面和軸作為一個整體考慮。假設n-n截面上的切應力分布均勻，所以n-n截面上的剪力Fs為： Fs=Aτ=blτ 式(5.1) 對軸心取矩，由平衡方程,得 故有 圖5-5 鍵受力圖 因此平鍵滿足剪切強度條件。 再次校核該平鍵的擠壓強度?？紤]該平鍵在n-n截面以上的部分的力分布均勻平衡，在n-n截面上的剪力應為Fs= blτ，右側面上的擠壓力為 投影于水平方向，由平衡方程得 Fs=F 由此求得 所以該平鍵也滿足擠壓強度要求。 5.5.2 輸出軸與大齒輪的聯接 鍵的校核： 已知軸直徑d=40mm，鍵的尺寸為b×h×l=12×8×28mm,扭轉力偶矩Me=175.98N·m,平鍵的許用應力為[τ]=100Mpa,許用壓強為[σbs]=100Mpa。 首先校核一下該鍵的剪切強度。將該平鍵沿n-n截面分成兩個部分，并把n-n下面和軸作為一個整體考慮。假設n-n截面上的切應力分布均勻，所以n-n截面上的剪力Fs為： Fs=Aτ=blτ 對軸心取矩，由平衡方程, 得 所以 所以平鍵滿足剪切強度條件。 再次校核該平鍵的擠壓強度。考慮該平鍵在n-n截面以上的部分的力分布均勻平衡，在n-n截面上的剪力應為Fs= blτ，右側面上的擠壓力為 投影于水平方向，由平衡方程得 Fs=F 因此 所以平鍵也滿足擠壓強度要求。 參考文獻 [1] 楊高峰 主編. 本科畢業(yè)論文（設計）指導. --武漢：中國地質大學出版社有限責任公司.2013.2. 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[15] 徐灝 主編．機械設計手冊[M]．北京機械工業(yè)出版社．1999.1. 致 謝 本次畢業(yè)設計任務是完成蘋果去皮結構的設計。這次的設計涉及的內容非常全面，并鞏固在大學四年的學習知識的全面總結，幫助我了解和掌握從事設計的基本方法，通過這次設計把理論和實踐連接起來。貫穿大學四年的綜合知識，使理論與實踐緊密結合在一起，為我今后的工作奠定了堅實的基礎。這是一個非常全面的、系統的設計，很鍛煉人。從開始的搜集資料到最終的設計，涉及到的領域包括：機械制圖，機械原理，機械設計，工程材料，材料力學等等。通過設計實踐，提高自己的計算，繪圖能力；使我能夠熟練使用參考資料，計算圖表，設計手冊，熟悉相關的國家標準。主要內容包括蘋果去皮機的結構設計，材料的應力分析，主要參數的選擇，對主要零件進行了計算和分析，一個完整的理論和設計計算，結合組件和整個設計的零件圖，更加直觀的證明。一個蘋果去皮機的關鍵部件——驅動軸進行了詳細的力學分析和計算，得出彎曲扭矩圖，通過理論和大量的計算表明，該傳動軸結構的可行性和性能特點。結構設計也是基于的理論基礎，相應的計算，文獻閱讀，在出售其機械產品公司在線訪問，了解其相關知識。從以上搜集、論證和查閱蘋果去皮機的基本設計，本次設計方案是可行的。 我深深地意識到，要成為一個合格的工程技術人員只是僅僅掌握專業(yè)知識是不夠的，應該有一個更深刻的認識，如在計算機領域的應用，各種產品性能的認識，農業(yè)經濟的發(fā)展現狀和其他各種方面的能力。 本次畢業(yè)設計工作量巨大，從一開始的什么都不知道不了解到找到信息完成設計過程中，花費了我大量的時間和精力，從經驗中了解到作為一個工程的學生必須要有耐心、踏實、嚴謹的態(tài)度，持久穩(wěn)定，更對自己的職業(yè)情感和精神。通過幾個月的努力，這是我創(chuàng)作的設計要完成的任務，充滿了喜悅和成就感。在設計過程中，在老師的精心指導，從整個過程一步一步的話題總是細心指導我確定設計步驟，讓我從中受益很多，充實了許多教科書不扎實的知識，這樣的設計能夠按計劃完成在設計過程中也曾遇到很多的問題，但通過查閱相關的書籍、手冊以及老師的精心指導，都得到了解決，設計過程基本順利完成。 這最后的設計結果，不是我一個人的勞動，而是所有幫助過我的人和我的杰作。因此，在這種場合的成功完成的設計，我再次向所有給予指導，幫助和鼓勵我完成設計的人，致以最誠摯的感謝！同時也感謝百忙之中抽出時間來審閱我的老師致以親切的問候！當然，由于時間較短，我的設計還存在者許多不足，也希望老師給與指正！ 25