半自動蘋果套袋機
摘 要：蘋果是中國第一大水果，其產(chǎn)量和栽培面積均居我國第一。其生產(chǎn)在我國水果業(yè)中占有最重要的地位,其發(fā)展狀況對果區(qū)經(jīng)濟振興、市場供應和出口創(chuàng)匯影響巨大。因此，對蘋果進行包裝顯得至關重要，但是，當前對如此龐大數(shù)量的蘋果進行套袋還是人工套袋，這就大大降低了生產(chǎn)效率，而且增加了人們的勞動，也增加了蘋果的成本，為此，本文研發(fā)一種半自動蘋果套袋機，該機可無損傷的完成蘋果的包裝，并可進行連續(xù)工作，該機結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，減低人工勞動強度，提高了工作效率。
關鍵詞：半自動蘋果套袋機；發(fā)泡網(wǎng)；槽輪機構(gòu)；凸輪機構(gòu)；平型帶
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0 引 言
蘋果是世界四大水果之一, 同時也是中國第一大水果，其產(chǎn)量和栽培面積均居我國第一。蘋果生產(chǎn)在我國水果業(yè)中占有最重要的地位,其發(fā)展狀況對果區(qū)經(jīng)濟振興、市場供應和出口創(chuàng)匯影響巨大。
蘋果作為我國栽培面積和產(chǎn)量最大的樹種,在促進農(nóng)民脫貧致富,改善農(nóng)村經(jīng)濟狀況,促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化方面起到了重大作用;蘋果作為我國第一大果品,在繁榮果品市場,滿足消費者需求方面起到了基礎作用;蘋果作為我國少數(shù)具有國際市場競爭優(yōu)勢的農(nóng)產(chǎn)品,無論鮮食蘋果還是蘋果濃縮汁出口均取得了驕人的成績,在國際市場上顯示了舉足輕重的作用。目前,我國蘋果產(chǎn)業(yè)正進入一個由傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代產(chǎn)業(yè)、由世界蘋果生產(chǎn)大國轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果業(yè)強國的重大歷史階段。
根據(jù)我國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，2005年我國蘋果栽培面積為189萬，蘋果產(chǎn)量達到2400萬t，分別占世界蘋果總量的2/5和1/3，我國已經(jīng)成為世界最大的蘋果生產(chǎn)國。我國蘋果栽培經(jīng)歷了自1985—1995年10年大發(fā)展時期，從1997年進入調(diào)整階段,非適宜區(qū)和適宜區(qū)內(nèi)的非適宜品種，以及管理技術(shù)落后、長期不結(jié)果的果園面積持續(xù)減少，但蘋果優(yōu)生區(qū)及經(jīng)濟效益較高的地區(qū)蘋果面積穩(wěn)定發(fā)展，單位面積產(chǎn)量持續(xù)增長,由1995年的提高到了近年平均的12。蘋果產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)步增長,10年間蘋果總產(chǎn)量增長了71.5%。
隨著蘋果產(chǎn)業(yè)的迅速擴大，中國已成為世界最大的蘋果及蘋果汁生產(chǎn)國和出口國。加入WTO進一步促使中國蘋果走出國門，在世界水果市場上占有愈加重要的地位，對國內(nèi)外的果品市場均產(chǎn)生了較大的影響。而且，在物質(zhì)生活水平的不斷提高的今天，人們對蘋果的要求已經(jīng)從單純的數(shù)量轉(zhuǎn)向質(zhì)量，求的是“精”，不光是蘋果本身質(zhì)量上要精，而且要求包裝要精美，攜帶要方便。
因此，給蘋果進行包裝，不僅可以提高蘋果美觀程度，吸引消費者的眼球，更能提高果農(nóng)的收入，增強我國蘋果在全球市場的競爭力。好的包裝是商品的終身廣告和免費廣告，包裝直接針對產(chǎn)品，能兼起品牌商標、廣告宣傳等作用，是果品質(zhì)量的有機組成部分。新穎美觀、迎合消費者心理的包裝，不僅能傳達商品內(nèi)涵，而且能增加產(chǎn)品價值，提高產(chǎn)品附加值。根據(jù)權(quán)威資料統(tǒng)計，有50%-60%的消費者是受包裝影響而產(chǎn)生購買興趣的。所以，好的包裝對于推廣品牌、增加蘋果附加值具有重要作用。在蘋果銷售中清楚認識到包裝的作用，樹立包裝是商品第二質(zhì)量的意識，自然有助于蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
如今，蘋果包裝的有以下幾個顯著特點：
一是方便小巧型。目前，城鎮(zhèn)水果消費已逐步趨向買新吃鮮、少量多次的特點，方便是消費者永恒的追求，因此10公斤以上箱裝的水果已不能滿足消費者的需求，取而代之的是3-5公斤，甚至更少含量的小包裝水果。
二是精美高檔型。國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水果包裝高檔化將是占領國內(nèi)市場、走出國門參與國際競爭的必然選擇。
三是信任透明型。在包裝時采用部分透明材料，設計出一些可以透視的窗口，以吸引消費者的眼球，讓消費者能夠?qū)λ耐庑?、大小、顏色等一目了然，增強了自然親和力，促使消費者在進行同類比較后，較快地做出傾向性選擇，提高了消費者的購買欲和信任感。
四是綠色環(huán)保型。果品的包裝勢必向綠色包裝轉(zhuǎn)變?；貧w自然，追求健康，不單單是消費者對果品品質(zhì)的要求，也是對其包裝的必然要求。目前果品包裝材料已突破了普通紙箱包裝的單一格局，向精美竹編、藤制、木制、可回收瓦楞紙箱等綠色環(huán)保、生態(tài)性能的包裝材料發(fā)展。
而想要在低成本的情況下達到以上包裝效果，使用塑料發(fā)泡網(wǎng)無疑是最好的選擇。
塑料網(wǎng)套主要應用于怕擠壓、需隔離的水果、瓜類和蔬菜等包裝。由于其造價低廉，包裝效果好，已逐漸取代紙包裝，成為水果儲運包裝中的潮流。而且塑料網(wǎng)套包裝不僅有利于水果的儲運，對其貨架保鮮期也有較大的貢獻。
塑料發(fā)泡網(wǎng)套在水果包裝特別是單果包裝中應用非常廣泛，主要因其可以改善水果在運輸中的碰撞和擠壓等機械破損。其主要優(yōu)點有：
(1)具有一定的彈性和柔軟度，可以有效地起到緩沖和防振作用，從而避免水果在儲運中由于碰撞和擠壓造成的破損。
(2)重量輕，成本低，便于運輸，減少了運輸成本。
(3)塑料網(wǎng)套的色澤可以選擇潔白色，也可以通過加色料而改變其色澤，這樣有利于與水果形成顏色對比，增加了美觀效果，促進消費者購買。
(4)塑料網(wǎng)套是由塑料經(jīng)過發(fā)泡得到的，包裝使用很方便。一般采用發(fā)泡LDPE，因其具有較好的拉伸強度和彈性。
但是，在當前，對如此龐大數(shù)量的蘋果進行套袋還是人工套袋，這就大大降低了生產(chǎn)效率，而且增加了人們的勞動，也增加了蘋果的成本，為此，研發(fā)一種全自動套袋機或半自動套袋機勢在必行！
通過對手工套袋過程的研究，本課題提出研究制造一種小型輕便的半自動水果套袋機，簡單并且容易操作。在保證作業(yè)要求（對蘋果無損傷）的前提下，盡量降低成本，讓果農(nóng)容易接受，以達到減輕工作人員勞動強度，降低勞動危險系數(shù)和提高勞動生產(chǎn)率的目的。
1 設計原理及結(jié)構(gòu)
1.1 設計原理
半自動蘋果套袋機是一種手工結(jié)合機器實現(xiàn)蘋果套袋的機器。首先將發(fā)泡網(wǎng)套在套管上，并將套管安裝在機架上，運輸帶將蘋果送入套筒中，當蘋果落入底部后，凸輪機構(gòu)運動，帶動綁在剪刀上的繩子運動，將泡網(wǎng)剪斷；然后蘋果滾出來，手工將套好的蘋果拿出；兩個毛刷筒轉(zhuǎn)動，促使發(fā)泡網(wǎng)向下運動包裝一個蘋果所需發(fā)泡網(wǎng)的長度；此時第二個蘋果落下，至此完成一個蘋果的套袋過程。其中，剪刀的運動由凸輪機構(gòu)實現(xiàn)；毛刷筒的運動由平帶實現(xiàn)；剪刀和毛刷筒運動的先后順序由槽輪機構(gòu)實現(xiàn)。
1.2 總體設計
如圖1-1總裝圖所示
圖1-1 總裝圖
圖2-1槽輪機構(gòu)
2 主要零部件
2.1 槽輪機構(gòu)
如圖2-1所示,槽輪機構(gòu)由槽輪和圓柱銷組成的單向間歇運動機構(gòu),又稱馬爾他機構(gòu)。它被用來將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成從動件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動。槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易加工,工作可靠,轉(zhuǎn)角準確,機械效率高。但是其動程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時的加速度大,有沖擊,并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇,故不宜用于高速，多用來實現(xiàn)不需經(jīng)常調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)位角度的轉(zhuǎn)位運動。
槽輪機構(gòu)的工作原理，如圖2-2所示，它是由具有徑向槽的槽輪2、帶有圓銷A的撥盤1和機架組成的。撥盤1作勻速轉(zhuǎn)動時，驅(qū)使槽輪2作時轉(zhuǎn)時停的間歇運動。撥盤1上的圓銷A尚未進入槽輪2的徑向槽時，由于槽輪2的內(nèi)凹鎖住弧β被撥盤1的外凸圓弧ɑ卡住,故槽輪2靜止不動。圖中所示位置是當圓銷A開始進入槽輪2的徑向槽時的情況。這時鎖住弧被松開，因此槽輪2受圓銷A驅(qū)使沿逆時針轉(zhuǎn)動。當圓銷A開始脫出槽輪的徑向槽時，槽輪的另一內(nèi)凹鎖住弧又被撥盤1的外凸圓弧卡住，致使槽輪2又靜止不動，直到圓銷A再進入槽輪2的另一徑向槽時，兩者又重復上述的運動循環(huán)。
圖2-3凸輪機構(gòu)
圖2-2槽輪機構(gòu)原理示意圖
2.2 凸輪機構(gòu)
凸輪機構(gòu)是由凸輪，從動件和機架三個基本構(gòu)件組成的高副機構(gòu)。凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件,一般為主動件,作等速回轉(zhuǎn)運動或往復直線運動。
本凸輪機構(gòu)(如圖4)是由凸輪，從動件和機架三個基本構(gòu)件組成的高副機構(gòu)。本凸輪是一個具有凹槽的構(gòu)件，為主動件,等速回轉(zhuǎn)運動。
從動件為桿,與凸輪輪廓接觸，并傳遞動力和實現(xiàn)預定的運動規(guī)律,一般做往復直線運動。桿的末端加一滾子，以減少凸輪與從動件的摩擦,延長使用壽命。
凸輪機構(gòu)在應用中的基本特點在于能使從動件獲得較復雜的運動規(guī)律。因為從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線，所以在應用時，只要根據(jù)從動件的運動規(guī)律來設計凸輪的輪廓曲線就可以了。本凸輪機構(gòu)所要實現(xiàn)的功能是拉動剪刀剪斷發(fā)泡網(wǎng)為蘋果套袋。
凸輪機構(gòu)由凸輪的回轉(zhuǎn)運動或往復運動推動從動件作規(guī)定往復移動或擺動的機構(gòu)，本機構(gòu)中采用回轉(zhuǎn)運動。凸輪具有曲線輪廓或凹槽，本土論采用凹槽，有盤形凸輪、圓柱凸輪和移動凸輪等，其中圓柱凸輪的凹槽曲線是空間曲線，因而屬于空間凸輪。從動件與凸輪作點接觸或線接觸，有滾子從動件、平底從動件和尖端從動件等。尖端從動件能與任意復雜的凸輪輪廓保持接觸，可實現(xiàn)任意運動，但尖端容易磨損，適用于傳力較小的低速機構(gòu)中。
本凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設計方便，可實現(xiàn)從動件任意預期運動，由于凸輪容易磨損，主要原因之一是接觸應力較大，可在從動桿件軸端加一滾輪來減小磨損。
3 套袋機的缺陷及改進
雖然本套袋機能夠?qū)崿F(xiàn)蘋果的套袋，并且保證蘋果不受損傷，在一定程度上降低了人工勞動強度，但是本套袋機仍有不足之處，由于蘋果套袋和發(fā)泡網(wǎng)的特殊性，本套袋機無法實現(xiàn)蘋果的無限連續(xù)套袋，此套袋機在工作一定時間后，就必須重新更換圓筒或者重新將發(fā)泡網(wǎng)套在圓筒上；此外，當蘋果套好袋以后，不能運用機構(gòu)將蘋果送出，還是要依靠人工將包裝好的蘋果運出，所以蘋果的輸送機構(gòu)有待改進；除此之外，在蘋果的進料口處，可通過輸送帶實現(xiàn)蘋果的連續(xù)進入。
4 總 結(jié)
在畢業(yè)設計的二十四周時間里，我學習到了很多書本外的知識，深刻的理解了實踐和理論的區(qū)別。本設計主要根據(jù)現(xiàn)有的知識理論設計半自動蘋果套袋機，以實現(xiàn)蘋果的機器套袋，并進行軸，齒輪等的計算和校核。通過畢業(yè)設計，我學到了以下幾點:
1、綜合運用機械設計及其他先修課的知識，進行機械設計訓練，使已學知識得以鞏固、加深和擴展；
2、學習和掌握通用機械零件、部件、機械傳動及一般機械的基本設計方法和步驟，培養(yǎng)學生工程設計能力和分析問題，解決問題的能力；
3、提高在計算、制圖、運用設計資料（手冊、圖冊）進行經(jīng)驗估算及考慮技術(shù)決策等機械設計方面的基本技能和機械CAD技術(shù)以及solidworks技術(shù)
在設計中也出現(xiàn)了很多問題，但學習就是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題和不斷解決問題的過程，出現(xiàn)問題然后尋找原因，再想辦法解決，最終提升自己。
各種各樣的機械設備一般都要實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程和操作過程的自動化，這就要求進行各種機構(gòu)的創(chuàng)新設計和常見機構(gòu)的組合應用。因此，畢業(yè)設計對于培養(yǎng)學生對機械運動機構(gòu)的構(gòu)思和設計能力起到至關重要的作用。
通過此次畢業(yè)設計，我在學到新知識的同時，還深刻感受到自己知識儲備的不足，在今后的工作和學習中我會繼續(xù)努力，不斷提升自己，力爭自己運用機械知識有所作為！
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半自動蘋果套袋機的設計
蘋果是世界四大水果之一, 同時也是中國第一大水果，其產(chǎn)量和栽培面積均居我國第一。蘋果生產(chǎn)在我國水果業(yè)中占有最重要的地位,其發(fā)展狀況對果區(qū)經(jīng)濟振興、市場供應和出口創(chuàng)匯影響巨大。
蘋果作為我國栽培面積和產(chǎn)量最大的樹種,在促進農(nóng)民脫貧致富,改善農(nóng)村經(jīng)濟狀況,促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化方面起到了重大作用;蘋果作為我國第一大果品,在繁榮果品市場,滿足消費者需求方面起到了基礎作用;蘋果作為我國少數(shù)具有國際市場競爭優(yōu)勢的農(nóng)產(chǎn)品,無論鮮食蘋果還是蘋果濃縮汁出口均取得了驕人的成績,在國際市場上顯示了舉足輕重的作用。目前,我國蘋果產(chǎn)業(yè)正進入一個由傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代產(chǎn)業(yè)、由世界蘋果生產(chǎn)大國轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果業(yè)強國的重大歷史階段。
根據(jù)我國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，2005年我國蘋果栽培面積為189萬，蘋果產(chǎn)量達到2400萬t，分別占世界蘋果總量的2/5和1/3，我國已經(jīng)成為世界最大的蘋果生產(chǎn)國。我國蘋果栽培經(jīng)歷了自1985—1995年10年大發(fā)展時期，從1997年進入調(diào)整階段,非適宜區(qū)和適宜區(qū)內(nèi)的非適宜品種，以及管理技術(shù)落后、長期不結(jié)果的果園面積持續(xù)減少，但蘋果優(yōu)生區(qū)及經(jīng)濟效益較高的地區(qū)蘋果面積穩(wěn)定發(fā)展，單位面積產(chǎn)量持續(xù)增長,由1995年的4.7 t/提高到了近年平均的12 t/。蘋果產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)步增長,10年間蘋果總產(chǎn)量增長了71.5%。
從1995年至2005年我國蘋果產(chǎn)量已連續(xù)13年穩(wěn)居世界首位。近5年來,我國蘋果產(chǎn)量在2 000萬t上波動, 2005年達到24011081t創(chuàng)歷史新高,占世界蘋果總產(chǎn)35.8%以上。近年，我國蘋果生產(chǎn)經(jīng)調(diào)整，面積、產(chǎn)量逐漸穩(wěn)定;果品質(zhì)量逐年提高，優(yōu)質(zhì)果率已從30%提高到40%以上;價格回升,出口增加，再現(xiàn)生機，開始步入穩(wěn)步發(fā)展的軌道。
2008年全世界蘋果栽培面積和產(chǎn)量分別為484.76×104和6960.34×104,t僅次于柑橘(871.6×104,12 208.8×104t)、香蕉(481.7×104, 9070.6×104t)，居第三位。而中國是世界第一大蘋果生產(chǎn)國，栽培面積和產(chǎn)量分別占世界總面積和總產(chǎn)量的41.09%和42.88%。
近20年來，中國蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計，2008年全國蘋果栽培面積和產(chǎn)量為199.22×104和2984.66×104.t占全國水果總面積和總產(chǎn)量的18.56%和26.32%，面積和產(chǎn)量均居水果生產(chǎn)的首位。與2007年相比,2008年蘋果面積和產(chǎn)量分別增加3.04×104和198.67×104.t同比增長了1.55%和7.13%。
2010年，中國蘋果生產(chǎn)總量為3326.33萬t，占全國水果總產(chǎn)量的15.54%，是1990年蘋果產(chǎn)量的7.7倍。
2011年，據(jù)國家蘋果產(chǎn)業(yè)體系統(tǒng)計，我國蘋果栽植面積和總產(chǎn)量分別達到214萬公頃和3500萬噸，均占世界蘋果面積和產(chǎn)量的50%，居各國首位，已經(jīng)是世界蘋果生產(chǎn)、出口和消費大國。
隨著蘋果產(chǎn)業(yè)的迅速擴大，中國已成為世界最大的蘋果及蘋果汁生產(chǎn)國和出口國。加入WTO進一步促使中國蘋果走出國門，在世界水果市場上占有愈加重要的地位，對國內(nèi)外的果品市場均產(chǎn)生了較大的影響。而且，在物質(zhì)生活水平的不斷提高的今天，人們對蘋果的要求已經(jīng)從單純的數(shù)量轉(zhuǎn)向質(zhì)量，求的是“精”，不光是蘋果本身質(zhì)量上要精，而且要求包裝要精美，攜帶要方便。
因此，給蘋果進行包裝，不僅可以提高蘋果美觀程度，吸引消費者的眼球，更能提高果農(nóng)的收入，增強我國蘋果在全球市場的競爭力。好的包裝是商品的終身廣告和免費廣告，包裝直接針對產(chǎn)品，能兼起品牌商標、廣告宣傳等作用，是果品質(zhì)量的有機組成部分。新穎美觀、迎合消費者心理的包裝，不僅能傳達商品內(nèi)涵，而且能增加產(chǎn)品價值，提高產(chǎn)品附加值。根據(jù)權(quán)威資料統(tǒng)計，有50%-60%的消費者是受包裝影響而產(chǎn)生購買興趣的。所以，好的包裝對于推廣品牌、增加蘋果附加值具有重要作用。在蘋果銷售中清楚認識到包裝的作用，樹立包裝是商品第二質(zhì)量的意識，自然有助于蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
如今，蘋果包裝的有以下幾個顯著特點：
一是方便小巧型。目前，城鎮(zhèn)水果消費已逐步趨向買新吃鮮、少量多次的特點，方便是消費者永恒的追求，因此10公斤以上箱裝的水果已不能滿足消費者的需求，取而代之的是3-5公斤，甚至更少含量的小包裝水果。
二是精美高檔型。國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水果包裝高檔化將是占領國內(nèi)市場、走出國門參與國際競爭的必然選擇。
三是信任透明型。在包裝時采用部分透明材料，設計出一些可以透視的窗口，以吸引消費者的眼球，讓消費者能夠?qū)λ耐庑巍⒋笮?、顏色等一目了然，增強了自然親和力，促使消費者在進行同類比較后，較快地做出傾向性選擇，提高了消費者的購買欲和信任感。
四是綠色環(huán)保型。果品的包裝勢必向綠色包裝轉(zhuǎn)變?；貧w自然，追求健康，不單單是消費者對果品品質(zhì)的要求，也是對其包裝的必然要求。目前果品包裝材料已突破了普通紙箱包裝的單一格局，向精美竹編、藤制、木制、可回收瓦楞紙箱等綠色環(huán)保、生態(tài)性能的包裝材料發(fā)展。
而想要在低成本的情況下達到以上包裝效果，使用塑料發(fā)泡網(wǎng)無疑是最好的選擇。
塑料網(wǎng)套主要應用于怕擠壓、需隔離的水果、瓜類和蔬菜等包裝。由于其造價低廉，包裝效果好，已逐漸取代紙包裝，成為水果儲運包裝中的潮流。而且塑料網(wǎng)套包裝不僅有利于水果的儲運，對其貨架保鮮期也有較大的貢獻。
塑料發(fā)泡網(wǎng)套在水果包裝特別是單果包裝中應用非常廣泛，主要因其可以改善水果在運輸中的碰撞和擠壓等機械破損。其主要優(yōu)點有：
①具有一定的彈性和柔軟度，可以有效地起到緩沖和防振作用，從而避免水果在儲運中由于碰撞和擠壓造成的破損。
②重量輕，成本低，便于運輸，減少了運輸成本。
③塑料網(wǎng)套的色澤可以選擇潔白色，也可以通過加色料而改變其色澤，這樣有利于與水果形成顏色對比，增加了美觀效果，促進消費者購買。
④塑料網(wǎng)套是由塑料經(jīng)過發(fā)泡得到的，包裝使用很方便。一般采用發(fā)泡LDPE，因其具有較好的拉伸強度和彈性。
但是，在當前，對如此龐大數(shù)量的蘋果進行套袋還是人工套袋，這就大大降低了生產(chǎn)效率，而且增加了人們的勞動，也增加了蘋果的成本，為此，研發(fā)一種全自動套袋機或半自動套袋機勢在必行！
通過對手工套袋過程的研究，本課題提出研究制造一種小型輕便的半自動水果套袋機，簡單并且容易操作。在保證作業(yè)要求（對蘋果無損傷）的前提下，盡量降低成本，讓果農(nóng)容易接受，以達到減輕工作人員勞動強度，降低勞動危險系數(shù)和提高勞動生產(chǎn)率的目的。
本課題研究預采用發(fā)泡LDPE，因其具有較好的拉伸強度和彈性。其顏色為潔白色，這樣有利于與水果形成顏色對比，增加了美觀效果，促進消費者購買；具有一定的彈性和柔軟度，可以有效地起到緩沖和防振作用，從而避免水果在儲運中由于碰撞和擠壓造成的破損；最后，其重量輕，成本低，便于運輸，可減少了運輸成本。
通過查閱相關文獻與資料，發(fā)現(xiàn)目前在半自動蘋果套袋這一塊市場上還是空白，為此，簡要介紹與套袋相關的自動包裝機的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，以及自動包裝機存在的問題，以供本課題的參考和研究。
國外袋成型包裝機發(fā)展全面，主要特點有:結(jié)構(gòu)設計標準化、模組化；包裝速度高速化；結(jié)構(gòu)運動高精度化；控制智能化、彈性化；包裝形式多樣化等，其執(zhí)行機構(gòu)和傳動系統(tǒng)趨于簡單，橫封、縱封等動作的執(zhí)行機構(gòu)采用氣動元件，包裝動作簡捷快速，整機噪聲小;采用變頻，不僅調(diào)速范圍大、平滑性好、低速特性，而且可實現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，節(jié)調(diào)速裝置，實現(xiàn)無級變速電效果也十分明顯。
而我國包裝機械發(fā)展較晚，現(xiàn)有的袋成型自動包裝機有機型立式和臥式兩種，可包裝液體、糊狀物料、粉狀物料、顆粒和固體物料，包裝形式有枕形袋、三封袋、四封袋、磚形袋、屋形袋、角形自立袋等多種類型。并且我國生產(chǎn)的袋成型自動包裝機以普通型、通用型為主，即在同一臺設備上，同一豎直方向上自動完成包裝袋成型、計量、打印日期、充填、封口、切斷、輸出等工序?？陀^地說，我國生產(chǎn)的袋成型自動包裝機綜合性能指標與國外先進國家的產(chǎn)品相比還存在著很大差距。
我國袋成型自動包裝機存在的問題是;機械加工工藝技術(shù)水平低;機構(gòu)動作的同步、協(xié)調(diào)性差;關鍵零部件、易損件、電氣元件壽命短、可靠性差;生產(chǎn)速度一般都比較慢，自動化水平不高，自動化調(diào)節(jié)、自動化控制水平低;設備的可操控性差，維護保養(yǎng)較麻煩;充填精度低、速度慢;外觀造型和表面質(zhì)量差。
本課題主要研究一種半自動蘋果套袋機，組成部分有機架，填充機構(gòu)，撐袋機構(gòu)，切袋機構(gòu)，輸送機構(gòu)，傳動機動等，本課題主要研究機架，撐袋機構(gòu)以及切袋機構(gòu)，其工作原理是，由人手工將蘋果放入該套袋機中（此時撐袋機構(gòu)已將發(fā)泡網(wǎng)撐開），然后按下切袋按鈕，將發(fā)泡網(wǎng)切開，然后由輸送機構(gòu)將蘋果送出，同時完成撐袋過程，對下一個蘋果套袋做好準備，所以本課題研究的關鍵問題是如何實現(xiàn)發(fā)泡網(wǎng)的自動撐袋過程，以實現(xiàn)套袋的連續(xù)性。為了解決以上問題，我會查閱大量相關資料，并及時同老師溝通，與同學探討，爭取順利圓滿的完成此設計！
在接受此課題前，我已經(jīng)學過《機械設計》、《機械原理》、《材料力學》、理論力學》、《農(nóng)業(yè)機械學》等相關課程，除此之外，本人已配備一臺計算機，并且已連接互聯(lián)網(wǎng)，這樣可以方便查找資料，以及相關文獻，并且已安裝word，excle等軟件，可以處理文字與表格等。
為了完成此課題，特制定以下進度計劃：
2012年12月1日—12月20日，查閱相關資料、文獻，撰寫開題報告。
2012年12月21日—2013年1月20日，完成半自動套袋機框架結(jié)構(gòu)的設計。
2013年1月21日—4月17日，對撐袋機構(gòu)進行設計。
2013年4月18日，中期檢查。
2013年4月19日—5月9日，完成切袋機構(gòu)設計，撰寫設計說明書。
2013年5月10日，審閱畢業(yè)設計相關資料。
2013年5月11日—5月26日，修改設計，準備答辯。
主要參考文獻：
1. 農(nóng)業(yè)機械設計手冊.中國農(nóng)業(yè)科學技術(shù)出版社
2. 農(nóng)業(yè)機械學.中國農(nóng)業(yè)出版社
3. 機械設計手冊.機械工業(yè)出版社
4. 黃鐘.水果包裝中的塑料發(fā)泡網(wǎng)套技術(shù)[J].安徽新聞出版學院.2011（04）
5. 葛曉棠.半自動蘋果套袋機器人的研究[D].中國農(nóng)業(yè)大學.2005（03）
6. 劉軍弟；霍學喜.中國蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢分析[J].北方園藝.2012（10）
7. 王金政；薛曉敏.我國蘋果生產(chǎn)現(xiàn)狀與發(fā)展對策[J].山東農(nóng)業(yè)科學.2010（06）
8. 高微.蘋果包裝抓取搬運機械手的研究[J].西北農(nóng)林科技大學.2006（05）
9. 段潔利；陸華忠.水果采收機械的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].廣東農(nóng)業(yè)科學.2012（08）
10. 李瑾；仇煥廣.中國蘋果產(chǎn)品出口現(xiàn)狀、制約因素及其對策分析[J].世界農(nóng)業(yè)2012（05）
11. 周亮.袋成型自動包裝機控制系統(tǒng)的設計與研究[D].武漢理工大學.2009(04)
9
畢業(yè)論文（設計）任務書
學院
機械電氣化工程學院
班級
學生姓名
學號
課題名稱
半自動蘋果套袋機的設計
起止時間
指導教師
職稱
副教授
課題內(nèi)容
針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采摘下來的蘋果還是人工套袋的現(xiàn)狀，設計一種半自動蘋果套袋機，提高套袋的工作效率，要求對蘋果無損傷，結(jié)構(gòu)簡單，便于操作
擬定工作進度（以周為單位）
第1～2周 查閱相關資料、文獻，撰寫開題報告。
第3～4周 完成試套袋機機架的設計
第5～6周 繪制套袋機各零件圖。
第7～9周 運用AutoCAD、solidworks軟件，繪制二維零件圖和裝配圖。
第10～13周 審閱畢業(yè)設計相關資料
第14周 修改設計準備答辯
主要參考文獻
[1]農(nóng)業(yè)機械設計手冊，中國農(nóng)業(yè)科學技術(shù)出版社2005,（8）：43-45
[2] 農(nóng)業(yè)機械學，中國農(nóng)業(yè)出版社
[3]機械設計手冊，機械工業(yè)出版社
任務下達人（簽字）
年 月 日
任務接受人意見
任務接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務書由指導教師填寫，任務下達人為指導教師。
2、此任務書須在學生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學生本人。
3、此任務書一式三份，一份留學院存檔，一份學生本人留存，一份指導教師留存。
13 屆畢業(yè)設計
半自動蘋果套袋機
設計說明書
學生姓名
學 號
所屬學院
專 業(yè)
班 級
指導教師
日 期
教務處制
前 言
蘋果是世界四大水果之一, 同時也是中國第一大水果，其產(chǎn)量和栽培面積均居我國第一。蘋果生產(chǎn)在我國水果業(yè)中占有最重要的地位,其發(fā)展狀況對果區(qū)經(jīng)濟振興、市場供應和出口創(chuàng)匯影響巨大。
蘋果作為我國栽培面積和產(chǎn)量最大的樹種,在促進農(nóng)民脫貧致富,改善農(nóng)村經(jīng)濟狀況,促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化方面起到了重大作用;蘋果作為我國第一大果品,在繁榮果品市場,滿足消費者需求方面起到了基礎作用;蘋果作為我國少數(shù)具有國際市場競爭優(yōu)勢的農(nóng)產(chǎn)品,無論鮮食蘋果還是蘋果濃縮汁出口均取得了驕人的成績,在國際市場上顯示了舉足輕重的作用。目前,我國蘋果產(chǎn)業(yè)正進入一個由傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代產(chǎn)業(yè)、由世界蘋果生產(chǎn)大國轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果業(yè)強國的重大歷史階段。
隨著蘋果產(chǎn)業(yè)的迅速擴大，中國已成為世界最大的蘋果及蘋果汁生產(chǎn)國和出口國。加入WTO進一步促使中國蘋果走出國門，在世界水果市場上占有愈加重要的地位，對國內(nèi)外的果品市場均產(chǎn)生了較大的影響。而且，在物質(zhì)生活水平的不斷提高的今天，人們對蘋果的要求已經(jīng)從單純的數(shù)量轉(zhuǎn)向質(zhì)量，求的是“精”，不光是蘋果本身質(zhì)量上要精，而且要求包裝要精美，攜帶要方便。
所以要對蘋果進行套袋，而塑料發(fā)泡網(wǎng)套無疑是最好的選擇，主要因其可以改善水果在運輸中的碰撞和擠壓等機械破損。
但是，在當前，對如此龐大數(shù)量的蘋果進行套袋還是人工套袋，這就大大降低了生產(chǎn)效率，而且增加了人們的勞動，也增加了蘋果的成本，為此，本文致力研發(fā)一種半自動套袋機，該機簡單并且容易操作，在保證作業(yè)要求（對蘋果無損傷）的前提下，盡量降低成本，讓果農(nóng)容易接受，以達到減輕工作人員勞動強度，降低勞動危險系數(shù)和提高勞動生產(chǎn)率的目的。
關鍵詞：半自動蘋果套袋機；發(fā)泡網(wǎng)；槽輪機構(gòu)；凸輪機構(gòu)；平型帶
目 錄
1 緒論 1
1.1蘋果的意義 1
1.2我國蘋果的發(fā)展 1
1.3蘋果套袋的意義 1
2 設計內(nèi)容 2
2.1設計的內(nèi)容 2
2.2設計的依據(jù) 3
2.3設計的要求 3
2.4設計任務 3
3 設計簡介 3
3.1套袋機樣機 3
3.2工作原理 5
3.3主要零件介紹 5
4 電動機的選擇 6
4.1電動機類型和結(jié)構(gòu)的選擇 6
4.2選電動機類型 7
4.3選擇電動機容量 7
4.4確定主動軸工作轉(zhuǎn)速 8
5 傳動比的確定 8
5.1總傳動比 8
5.2分配傳動比 8
6 計算傳動裝置運動 8
6.2計算各軸的輸入功率 9
6.3計算各軸的轉(zhuǎn)距 9
6.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩計算 9
6.5運動和動力參數(shù)計算結(jié)果整理 10
7 齒輪的設計計算 10
7.1減速器箱內(nèi)的圓柱齒輪傳動的設計計算 10
7.2高速斜齒圓柱齒輪的設計計算 10
7.3低速直尺圓柱齒輪的設計計算 12
7.4設計匯總 13
7.5執(zhí)行機構(gòu)直齒圓柱齒輪的設計計算 13
8 軸的設計計算 15
8.1主動軸的設計 15
8.2求中間軸的功率和扭矩 15
8.3選擇材料 16
8.4對輸入軸進行設計校核 16
8.5主動軸的計算 16
8.6主動軸的校核 17
9 套袋機的缺陷及改進 18
總 結(jié) 19
致 謝 20
參考文獻 21
1 緒論
1.1蘋果的意義
蘋果是世界四大水果之一, 同時也是中國第一大水果，其產(chǎn)量和栽培面積均居我國第一。蘋果生產(chǎn)在我國水果業(yè)中占有最重要的地位,其發(fā)展狀況對果區(qū)經(jīng)濟振興、市場供應和出口創(chuàng)匯影響巨大。
蘋果作為我國栽培面積和產(chǎn)量最大的樹種,在促進農(nóng)民脫貧致富,改善農(nóng)村經(jīng)濟狀況,促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化方面起到了重大作用;蘋果作為我國第一大果品,在繁榮果品市場,滿足消費者需求方面起到了基礎作用;蘋果作為我國少數(shù)具有國際市場競爭優(yōu)勢的農(nóng)產(chǎn)品,無論鮮食蘋果還是蘋果濃縮汁出口均取得了驕人的成績,在國際市場上顯示了舉足輕重的作用。目前,我國蘋果產(chǎn)業(yè)正進入一個由傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)代產(chǎn)業(yè)、由世界蘋果生產(chǎn)大國轉(zhuǎn)變?yōu)樘O果業(yè)強國的重大歷史階段。
1.2我國蘋果的發(fā)展
根據(jù)我國農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計的數(shù)據(jù)，2005年我國蘋果栽培面積為189萬，蘋果產(chǎn)量達到2400萬t，分別占世界蘋果總量的2/5和1/3，我國已經(jīng)成為世界最大的蘋果生產(chǎn)國。我國蘋果栽培經(jīng)歷了自1985—1995年10年大發(fā)展時期，從1997年進入調(diào)整階段,非適宜區(qū)和適宜區(qū)內(nèi)的非適宜品種，以及管理技術(shù)落后、長期不結(jié)果的果園面積持續(xù)減少，但蘋果優(yōu)生區(qū)及經(jīng)濟效益較高的地區(qū)蘋果面積穩(wěn)定發(fā)展，單位面積產(chǎn)量持續(xù)增長,由1995年的提高到了近年平均的12。蘋果產(chǎn)量持續(xù)穩(wěn)步增長,10年間蘋果總產(chǎn)量增長了71.5%。
從1995年至2005年我國蘋果產(chǎn)量已連續(xù)13年穩(wěn)居世界首位。近5年來,我國蘋果產(chǎn)量在2 000萬t上波動, 2005年達到24011081t創(chuàng)歷史新高,占世界蘋果總產(chǎn)35.8%以上。近年，我國蘋果生產(chǎn)經(jīng)調(diào)整，面積、產(chǎn)量逐漸穩(wěn)定;果品質(zhì)量逐年提高，優(yōu)質(zhì)果率已從30%提高到40%以上;價格回升,出口增加，再現(xiàn)生機，開始步入穩(wěn)步發(fā)展的軌道。
2008年全世界蘋果栽培面積和產(chǎn)量分別為484.76×104和6960.34×104,t僅次于柑橘(871.6×104,12 208.8×104t)、香蕉(481.7×104, 9070.6×104t)，居第三位。而中國是世界第一大蘋果生產(chǎn)國，栽培面積和產(chǎn)量分別占世界總面積和總產(chǎn)量的41.09%和42.88%。
近20年來，中國蘋果產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛。據(jù)農(nóng)業(yè)部統(tǒng)計，2008年全國蘋果栽培面積和產(chǎn)量為199.22×104和2984.66×104.t占全國水果總面積和總產(chǎn)量的18.56%和26.32%，面積和產(chǎn)量均居水果生產(chǎn)的首位。與2007年相比,2008年蘋果面積和產(chǎn)量分別增加3.04×104和198.67×104.t同比增長了1.55%和7.13%。
2010年，中國蘋果生產(chǎn)總量為3326.33萬t，占全國水果總產(chǎn)量的15.54%，是1990年蘋果產(chǎn)量的7.7倍。
2011年，據(jù)國家蘋果產(chǎn)業(yè)體系統(tǒng)計，我國蘋果栽植面積和總產(chǎn)量分別達到214萬公頃和3500萬噸，均占世界蘋果面積和產(chǎn)量的50%，居各國首位，已經(jīng)是世界蘋果生產(chǎn)、出口和消費大國。
1.3蘋果套袋的意義
隨著蘋果產(chǎn)業(yè)的迅速擴大，中國已成為世界最大的蘋果及蘋果汁生產(chǎn)國和出口國。加入WTO進一步促使中國蘋果走出國門，在世界水果市場上占有愈加重要的地位，對國內(nèi)外的果品市場均產(chǎn)生了較大的影響。而且，在物質(zhì)生活水平的不斷提高的今天，人們對蘋果的要求已經(jīng)從單純的數(shù)量轉(zhuǎn)向質(zhì)量，求的是“精”，不光是蘋果本身質(zhì)量上要精，而且要求包裝要精美，攜帶要方便。
因此，給蘋果進行包裝，不僅可以提高蘋果美觀程度，吸引消費者的眼球，更能提高果農(nóng)的收入，增強我國蘋果在全球市場的競爭力。好的包裝是商品的終身廣告和免費廣告，包裝直接針對產(chǎn)品，能兼起品牌商標、廣告宣傳等作用，是果品質(zhì)量的有機組成部分。新穎美觀、迎合消費者心理的包裝，不僅能傳達商品內(nèi)涵，而且能增加產(chǎn)品價值，提高產(chǎn)品附加值。根據(jù)權(quán)威資料統(tǒng)計，有50%-60%的消費者是受包裝影響而產(chǎn)生購買興趣的。所以，好的包裝對于推廣品牌、增加蘋果附加值具有重要作用。在蘋果銷售中清楚認識到包裝的作用，樹立包裝是商品第二質(zhì)量的意識，自然有助于蘋果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
如今，蘋果包裝的有以下幾個顯著特點：
一是方便小巧型。目前，城鎮(zhèn)水果消費已逐步趨向買新吃鮮、少量多次的特點，方便是消費者永恒的追求，因此10公斤以上箱裝的水果已不能滿足消費者的需求，取而代之的是3-5公斤，甚至更少含量的小包裝水果。
二是精美高檔型。國產(chǎn)優(yōu)質(zhì)水果包裝高檔化將是占領國內(nèi)市場、走出國門參與國際競爭的必然選擇。
三是信任透明型。在包裝時采用部分透明材料，設計出一些可以透視的窗口，以吸引消費者的眼球，讓消費者能夠?qū)λ耐庑巍⒋笮?、顏色等一目了然，增強了自然親和力，促使消費者在進行同類比較后，較快地做出傾向性選擇，提高了消費者的購買欲和信任感。
四是綠色環(huán)保型。果品的包裝勢必向綠色包裝轉(zhuǎn)變。回歸自然，追求健康，不單單是消費者對果品品質(zhì)的要求，也是對其包裝的必然要求。目前果品包裝材料已突破了普通紙箱包裝的單一格局，向精美竹編、藤制、木制、可回收瓦楞紙箱等綠色環(huán)保、生態(tài)性能的包裝材料發(fā)展。
而想要在低成本的情況下達到以上包裝效果，使用塑料發(fā)泡網(wǎng)無疑是最好的選擇。
塑料網(wǎng)套主要應用于怕擠壓、需隔離的水果、瓜類和蔬菜等包裝。由于其造價低廉，包裝效果好，已逐漸取代紙包裝，成為水果儲運包裝中的潮流。而且塑料網(wǎng)套包裝不僅有利于水果的儲運，對其貨架保鮮期也有較大的貢獻。
塑料發(fā)泡網(wǎng)套在水果包裝特別是單果包裝中應用非常廣泛，主要因其可以改善水果在運輸中的碰撞和擠壓等機械破損。其主要優(yōu)點有：
(1)具有一定的彈性和柔軟度，可以有效地起到緩沖和防振作用，從而避免水果在儲運中由于碰撞和擠壓造成的破損。
(2)重量輕，成本低，便于運輸，減少了運輸成本。
(3)塑料網(wǎng)套的色澤可以選擇潔白色，也可以通過加色料而改變其色澤，這樣有利于與水果形成顏色對比，增加了美觀效果，促進消費者購買。
(4)塑料網(wǎng)套是由塑料經(jīng)過發(fā)泡得到的，包裝使用很方便。一般采用發(fā)泡LDPE，因其具有較好的拉伸強度和彈性。
但是，在當前，對如此龐大數(shù)量的蘋果進行套袋還是人工套袋，這就大大降低了生產(chǎn)效率，而且增加了人們的勞動，也增加了蘋果的成本，為此，研發(fā)一種全自動套袋機或半自動套袋機勢在必行！
通過對手工套袋過程的研究，本課題提出研究制造一種小型輕便的半自動水果套袋機，簡單并且容易操作。在保證作業(yè)要求（對蘋果無損傷）的前提下，盡量降低成本，讓果農(nóng)容易接受，以達到減輕工作人員勞動強度，降低勞動危險系數(shù)和提高勞動生產(chǎn)率的目的。
2 設計內(nèi)容
2.1設計的內(nèi)容
本設計是針對小型果農(nóng)使用的，機械式的，不使用機電自動控制及編程技術(shù)，是純機械式機器，采用純機械設計，是為了降低成本，使用方便，維修簡便，本設計原理可靠，結(jié)構(gòu)簡單，減低人工勞動強度，提高工作效率。并且保證不損傷蘋果。
(1)總體設計：使用電動機，減速器，軸，齒輪，槽輪機構(gòu)，凸輪機構(gòu)平帶等簡單機械的組合，通過槽輪機構(gòu)實現(xiàn)先后運動，從而保證蘋果可以連續(xù)包裝。(繪制總裝圖、繪制soildworks裝配圖呈現(xiàn)整機結(jié)構(gòu))
(2)零部件設計:
半自動蘋果套袋機機架 傳動軸、齒輪 槽輪機構(gòu)的設計
凸輪機構(gòu)的設計 平帶的設計 傳動軸的設計和校核
2.2設計的依據(jù)
(1)蘋果物理特性:蘋果為近似球形，直徑在40～80mm,厚度在35～60mm，質(zhì)量在150～200克。
(2)發(fā)泡網(wǎng)的特性：發(fā)泡網(wǎng)具有彈性，因此可以套在圓通外，發(fā)泡網(wǎng)是連續(xù)的，因此可以實現(xiàn)蘋果的連續(xù)套袋
(3)理論依據(jù)：槽輪機構(gòu)是間歇運動機構(gòu)，因此可以實現(xiàn)套袋機中剪斷及套袋的先后作業(yè)
2.3設計的要求
(1)對象為小規(guī)模的農(nóng)戶，因此需要產(chǎn)品體積小,體積小,移動方便,操作簡單,成本低
(2)部件設計時應盡量避免焊接及剛性固定,應多采用靈活的螺栓等方式固定，以方便安裝和拆卸，并有利于維修。
(3)設計時考慮加工工藝性和裝配工藝性,盡量使用標準件,通用件,降低制造成本。
(4)采用較為人性化的設計理念，方便勞動者的操作和使用,減少勞動者的體力消耗。
2.4設計任務
(1)根據(jù)工藝動作要求擬定運動循環(huán)圖；
(2)根據(jù)選定的原動機和執(zhí)行機構(gòu)的運動參數(shù)擬定機械傳動方案，分配傳動比，并在報告上畫出傳動方案圖；
(3)進行軸的設計及校核
(4)進行齒輪的設計及校核
(5)選擇合適的材料使蘋果從高處無損傷的落下
(6)使蘋果套袋，發(fā)泡網(wǎng)剪斷，蘋果運出，毛刷筒的運動之間相協(xié)調(diào)，時間差計算精確
(7)對機械傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)進行運動尺寸計算；
(8)編寫設計計算說明書。
3 設計簡介
3.1套袋機樣機
如圖3-1所示
圖3-1 總裝圖
圖3-2槽輪機構(gòu)
3.2工作原理
半自動蘋果套袋機是一種手工結(jié)合機器實現(xiàn)蘋果套袋的機器。首先將發(fā)泡網(wǎng)套在套管上，并將套管安裝在機架上，運輸帶將蘋果送入套筒中，當蘋果落入底部后，凸輪機構(gòu)運動，帶動綁在剪刀上的繩子運動，將泡網(wǎng)剪斷；然后蘋果滾出來，手工將套好的蘋果拿出；兩個毛刷筒轉(zhuǎn)動，促使發(fā)泡網(wǎng)向下運動包裝一個蘋果所需發(fā)泡網(wǎng)的長度；此時第二個蘋果落下，至此完成一個蘋果的套袋過程。其中，剪刀的運動由凸輪機構(gòu)實現(xiàn)；毛刷筒的運動由平帶實現(xiàn)；剪刀和毛刷筒運動的先后順序由槽輪機構(gòu)實現(xiàn)。
3.3主要零件介紹
(1)槽輪機構(gòu)
如圖3-2所示,槽輪機構(gòu)由槽輪和圓柱銷組成的單向間歇運動機構(gòu),又稱馬爾他機構(gòu)。它被用來將主動件的連續(xù)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成從動件的帶有停歇的單向周期性轉(zhuǎn)動。槽輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易加工,工作可靠,轉(zhuǎn)角準確,機械效率高。但是其動程不可調(diào)節(jié)，轉(zhuǎn)角不能太小，槽輪在起、停時的加速度大,有沖擊,并隨著轉(zhuǎn)速的增加或槽輪槽數(shù)的減少而加劇,故不宜用于高速，多用來實現(xiàn)不需經(jīng)常調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)位角度的轉(zhuǎn)位運動。
槽輪機構(gòu)的工作原理，如圖3-3所示，它是由具有徑向槽的槽輪2、帶有圓銷A的撥盤1和機架組成的。撥盤1作勻速轉(zhuǎn)動時，驅(qū)使槽輪2作時轉(zhuǎn)時停的間歇運動。撥盤1上的圓銷A尚未進入槽輪2的徑向槽時，由于槽輪2的內(nèi)凹鎖住弧β被撥盤1的外凸圓弧ɑ卡住,故槽輪2靜止不動。圖中所示位置是當圓銷A開始進入槽輪2的徑向槽時的情況。這時鎖住弧被松開，因此槽輪2受圓銷A驅(qū)使沿逆時針轉(zhuǎn)動。當圓銷A開始脫出槽輪的徑向槽時，槽輪的另一內(nèi)凹鎖住弧又被撥盤1的外凸圓弧卡住，致使槽輪2又靜止不動，直到圓銷A再進入槽輪2的另一徑向槽時，兩者又重復上述的運動循環(huán)。
圖3-4 凸輪機構(gòu)
圖3-3槽輪機構(gòu)原理示意圖
(2)凸輪機構(gòu)
凸輪機構(gòu)是由凸輪，從動件和機架三個基本構(gòu)件組成的高副機構(gòu)。凸輪是一個具有曲線輪廓或凹槽的構(gòu)件,一般為主動件,作等速回轉(zhuǎn)運動或往復直線運動。
本凸輪機構(gòu)(如圖3-4)是由凸輪，從動件和機架三個基本構(gòu)件組成的高副機構(gòu)。本凸輪是一個具有凹槽的構(gòu)件，為主動件,等速回轉(zhuǎn)運動。
從動件為桿,與凸輪輪廓接觸，并傳遞動力和實現(xiàn)預定的運動規(guī)律,一般做往復直線運動。桿的末端加一滾子，以減少凸輪與從動件的摩擦,延長使用壽命。
凸輪機構(gòu)在應用中的基本特點在于能使從動件獲得較復雜的運動規(guī)律。因為從動件的運動規(guī)律取決于凸輪輪廓曲線，所以在應用時，只要根據(jù)從動件的運動規(guī)律來設計凸輪的輪廓曲線就可以了。本凸輪機構(gòu)所要實現(xiàn)的功能是拉動剪刀剪斷發(fā)泡網(wǎng)為蘋果套袋。
凸輪機構(gòu)由凸輪的回轉(zhuǎn)運動或往復運動推動從動件作規(guī)定往復移動或擺動的機構(gòu)，本機構(gòu)中采用回轉(zhuǎn)運動。凸輪具有曲線輪廓或凹槽，本土論采用凹槽，有盤形凸輪、圓柱凸輪和移動凸輪等，其中圓柱凸輪的凹槽曲線是空間曲線，因而屬于空間凸輪。從動件與凸輪作點接觸或線接觸，有滾子從動件、平底從動件和尖端從動件等。尖端從動件能與任意復雜的凸輪輪廓保持接觸，可實現(xiàn)任意運動，但尖端容易磨損，適用于傳力較小的低速機構(gòu)中。
本凸輪機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、設計方便，可實現(xiàn)從動件任意預期運動，由于凸輪容易磨損，主要原因之一是接觸應力較大，可在從動桿件軸端加一滾輪來減小磨損。
4 電動機的選擇
4.1電動機類型和結(jié)構(gòu)的選擇
本套袋機用于帶式運輸機上的二級圓柱齒輪減速器，工作有輕微震動，經(jīng)常滿載，空載啟動，單向運轉(zhuǎn)，單班制工作，每年工作300天,使用壽命15年,運輸帶允許速度誤差±5%。
原始數(shù)據(jù)為：運輸帶拉力：F=0.1KN，主動軸圓周速度v=0.20m/s軸直徑Ｄ=30mm
因為本傳動的工作狀況是：工作機空載啟動，有輕微振動，經(jīng)常滿載，單向運轉(zhuǎn),單班制工作，使用期限15，每年工作300天,運輸機允許速度誤差5%。
4.2選電動機類型
按工作要求和條件,選用三相籠形異步電動機,封閉式結(jié)構(gòu),電壓380V,YS型。
4.3選擇電動機容量
電動機所需工作功率按式：P= kW (4-1)
P= kW (4-2)
因此： P=kW (4-3)
由電動機至運輸帶的傳動總效率為： (4-4)
式中：,,,,分別為聯(lián)軸器、軸承、齒輪傳動和卷筒的傳動效率。
取=0.99（聯(lián)軸器），=0.98（承軸），=0.97（齒輪傳動），=0.96（主動軸）
則
所以 (4-5)
由《機械設計課程設計手冊》P176表12－12查出的電動機型號 YS5014，其主要性能如表1：
表1 電動機性能
型號
額定
功率/W
轉(zhuǎn)速/(r/min)
滿載
電流/A
效率/%
功率
因數(shù)()
最大
轉(zhuǎn)矩
YS5014
25W
1400
0.17
42
0.53
2.3
該電動機的主要外型和安裝尺寸如表2：
表2 電動機安裝尺寸
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
50
155×110×125
80×63
5.8
9×20
3×7.2
4.4確定主動軸工作轉(zhuǎn)速：
(4-6)
按《機械設計課程設計設計指導書》P2表1，二級圓柱齒輪減速器的傳動比Ia=8-40
故電動機的轉(zhuǎn)速的可選范圍為：
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為：查《機械設計課程設計手冊》第155頁表12-1可知:
750r/min,1000r/min,1500r/min根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速,所選電動機為小功率電動機，功率為0.03kW，轉(zhuǎn)速為1500r/min。
5 傳動比的確定
5.1總傳動比
由選定的電動機滿載轉(zhuǎn)速 和工作機的主軸的轉(zhuǎn)速 n，可得傳動裝置的總的傳動比是：
(5-1)
5.2分配傳動比
查《機械設計課程設計指導書》圖12 P17得：
6 計算傳動裝置運動
6.1計算各軸的轉(zhuǎn)速
I軸
II軸 (6-1)
III軸
主動軸
IV軸
V軸
6.2計算各軸的輸入功率
I軸 (6-2)
II軸
III軸
主動軸
IV軸
V軸
6.3計算各軸的轉(zhuǎn)距
(6-3)
6.4各軸的輸入轉(zhuǎn)矩計算
(1)電動機輸出轉(zhuǎn)矩
I軸
II軸
III軸
主動軸輸入轉(zhuǎn)矩
IV軸
V軸
(2)各軸輸出轉(zhuǎn)矩：
I軸
II軸
III軸
主動軸輸入轉(zhuǎn)矩
IV軸
V軸
6.5運動和動力參數(shù)計算結(jié)果整理于表3：
表3 運動和動力參數(shù)
軸名
效率P（kW）
轉(zhuǎn)矩T（）
轉(zhuǎn)速n r/min
傳動比i
效率η
輸入
輸出
輸入
輸出
電動機軸
0.024
1.603
1430
Ⅰ軸
0.0238
0.0226
1.587
1.555
1430
1.00
0.99
Ⅱ軸
0.0226
0.0215
6.095
5.973
357.5
4.00
0.95
Ⅲ軸
0.0215
0.0209
17.27
16.29
120
2.98
0.95
主動軸
0.0209
0.0205
16.751
16.416
120
1.00
0.97
IV軸
0.0205
0.0199
32.826
32.169
60
1.00
0.99
V軸
0.0205
0.0109
32.826
32.169
60
1.00
0.99
7 齒輪的設計計算
7.1減速器箱內(nèi)的圓柱齒輪傳動的設計計算
由于斜齒輪的平穩(wěn)性較直齒輪傳動好，常用在高速級或要求傳動平穩(wěn)的場合，所以高速級用斜齒圓柱齒輪傳動，低速級用直尺圓柱齒輪傳動。
7.2高速斜齒圓柱齒輪的設計計算
(1)選擇材料及確定許用應力，采用硬齒面的組合：
查《機械設計基礎》表11-1得：
小齒輪用20CrMnTi滲碳淬火，齒面硬度為56～62HRC，大齒輪用20Cr滲碳淬火，齒面硬度為56～62HRC，。
查《機械設計基礎》表11-5：取
查《機械設計基礎》表11-4：取
(7-1)
(7-2)
(2)按齒輪彎曲強度設計計算
齒輪按8級精度制造。查《機械設計基礎》表11-3，表11-6，
取載荷系數(shù)K＝1，齒寬系數(shù)。
小齒輪上得轉(zhuǎn)矩 (7-3)
初選螺旋角
齒數(shù)取，則
齒形系數(shù) (7-4)
查《機械設計基礎》圖11-8得：
由圖11-9得： 。
因 (7-5)
故應對小齒輪進行彎曲強度計算。
法向模數(shù)：
由表4-1得，取。
中心距 。取a=50mm．
確定螺旋角 (7-6)
齒輪分度圓直徑
齒寬
取
(3)驗算齒面接觸強度
將各參數(shù)代入式11-8得
(7-7)
(4)齒輪的圓周速度
(7-8)
對照表11-2，選8級制造精度是合宜的。
7.3 低速直尺圓柱齒輪的設計計算
(1)選擇材料及確定許用應力：
查《機械設計基礎》表11-1得：
小齒輪用45Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217~286HRC，大齒輪用45鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為197~286HRC，。
查《機械設計基礎》表11-5：取
(7-9)
(2)按齒面接觸強度設計
齒輪按8級精度制造。查《機械設計基礎》表11-3，表11-6，表11-4
取載荷系數(shù)Ｋ＝１，齒寬系數(shù)，
小齒輪上得轉(zhuǎn)矩
(7-10)
齒數(shù) 取，則
模數(shù)
齒寬
取
由表4-1取。
實際的
中心距 。
(3)驗算輪齒彎曲強度
查圖11-8，11-9得：齒形系數(shù)
(7-11)
(4)齒輪的圓周速度
對照表11-2，選8級制造精度是合宜的。
7.4設計匯總
表4 齒輪參數(shù)
項目
低速級
高速級
大齒輪
小齒輪
大齒輪
小齒輪
z
72
24
76
19
d
216
72
80
20
b
94
98
25
20
df
208.5
64.5
79
19
da
222
84
82
22
a
144
50
m
3
1
7.5執(zhí)行機構(gòu)直齒圓柱齒輪的設計計算
(1)選擇材料及確定許用應力，采用硬齒面的組合：
查《機械設計基礎》表11-1得：
小齒輪用20CrMnTi滲碳淬火，齒面硬度為56~62HRC，大齒輪用20Cr滲碳淬火，齒面硬度為56~62HRC，。
查《機械設計基礎》表11-5：取
查《機械設計基礎》表11-4：取
(2)按齒輪彎曲強度設計計算
齒輪按8級精度制造。查《機械設計基礎》表11-3，表11-6，
取載荷系數(shù)K＝1，齒寬系數(shù)。
小齒輪上得轉(zhuǎn)矩
初選螺旋角
齒數(shù) 取，則
齒形系數(shù)
查《機械設計基礎》圖11-8得：
由圖11-9得： 。
因
故應對小齒輪進行彎曲強度計算。
法向模數(shù)：
由表4-1得，取。
中心距 。取a=50mm．
確定螺旋角
齒輪分度圓直徑
齒寬
取
(3)驗算齒面接觸強度
將各參數(shù)代入式11-8得
安全。
(4)齒輪的圓周速度
對照表11-2，選8級制造精度是合宜的。
8 軸的設計計算
8.1主動軸(II軸)的設計
擬定輸入軸齒輪旋向為右旋
8.2求中間軸的功率和扭矩
(1)
(2)求作用在齒輪軸上的力
(8-1)
(8-2)
(8-3)
(8-4)
8.3選擇材料
沒有特殊要求，軸的材料選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理HBS為217-255MPa，取210MPa
取120
所以 (8-5)
軸上有一個鍵糟
查手冊，取標準值，
8.4對輸入軸進行設計校核
(1)初步確定軸的最小直徑
(2)輸入軸的計算
取
(8-6)
(8-7)
(3)輸出軸的計算
取
8.5主動軸的計算
(1)各力的大小
圓周力 (8-8)
徑向力 (8-9) 法向力 (8-10)
為小齒輪上的轉(zhuǎn)矩， (8-11)
P為所傳遞的功率kW，
為小齒輪上的角速度
為小齒輪的轉(zhuǎn)速（r/min）
為小齒輪的分度圓直徑，mm;為壓力角。
圓周力的方向在主動輪上與運動方向相反，在從動輪上與運動方向相同。徑向力的方向與齒輪回轉(zhuǎn)方向無關，對兩輪都是由作用點指向各自的輪心。
8.6主動軸的校核
(1)求垂直面的支承反力
(8-12)
(2)求水平面的支承反力
(8-13)
(3)F力在支點產(chǎn)生的反力
外力F作用方向與帶傳動的布置有關，在具體布置尚未確定前，可按最不利的情況考慮
(4)繪垂直面的彎矩圖
(8-14)
(5)繪水平面的彎矩圖
(8-15)
(6)F力產(chǎn)生的彎矩圖
a-a 截面F力產(chǎn)生的彎矩圖為：
(7)求合成彎矩圖
考慮到最不利的情況，把與直接相加
(8-16)
(8)求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
(9)求危險截面的當量彎矩
最危險截面的當量彎矩為
如認為軸的扭切應力是脈動循環(huán)變應力，取折合系數(shù)，代入上式可得
(10)計算危險截面處軸的直徑
軸的材料選用45鋼，調(diào)制處理，由表14-1查得，由表14-3查得，則
考慮到鍵槽對軸的消弱，將d值加大5%，故
d=1.0512.12mm13mm
9 套袋機的缺陷及改進
雖然本套袋機能夠?qū)崿F(xiàn)蘋果的套袋，并且保證蘋果不受損傷，在一定程度上降低了人工勞動強度，但是本套袋機仍有不足之處，由于蘋果套袋和發(fā)泡網(wǎng)的特殊性，本套袋機無法實現(xiàn)蘋果的無限連續(xù)套袋，此套袋機在工作一定時間后，就必須重新更換圓筒或者重新將發(fā)泡網(wǎng)套在圓筒上；此外，當蘋果套好袋以后，不能運用機構(gòu)將蘋果送出，還是要依靠人工將包裝好的蘋果運出，所以蘋果的輸送機構(gòu)有待改進；除此之外，在蘋果的進料口處，可通過輸送帶實現(xiàn)蘋果的連續(xù)進入。
總 結(jié)
在畢業(yè)設計的二十四周時間里，我學習到了很多書本外的知識，深刻的理解了實踐和理論的區(qū)別。本設計主要根據(jù)現(xiàn)有的知識理論設計半自動蘋果套袋機，以實現(xiàn)蘋果的機器套袋，并進行軸，齒輪等的計算和校核。通過畢業(yè)設計，我學到了以下幾點:
1、綜合運用機械設計及其他先修課的知識，進行機械設計訓練，使已學知識得以鞏固、加深和擴展；
2、學習和掌握通用機械零件、部件、機械傳動及一般機械的基本設計方法和步驟，培養(yǎng)學生工程設計能力和分析問題，解決問題的能力；
3、提高在計算、制圖、運用設計資料（手冊、圖冊）進行經(jīng)驗估算及考慮技術(shù)決策等機械設計方面的基本技能和機械CAD技術(shù)以及solidworks技術(shù)
在設計中也出現(xiàn)了很多問題，但學習就是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題和不斷解決問題的過程，出現(xiàn)問題然后尋找原因，再想辦法解決，最終提升自己。
各種各樣的機械設備一般都要實現(xiàn)生產(chǎn)工藝過程和操作過程的自動化，這就要求進行各種機構(gòu)的創(chuàng)新設計和常見機構(gòu)的組合應用。因此，畢業(yè)設計對于培養(yǎng)學生對機械運動機構(gòu)的構(gòu)思和設計能力起到至關重要的作用。
通過此次畢業(yè)設計，我在學到新知識的同時，還深刻感受到自己知識儲備的不足，在今后的工作和學習中我會繼續(xù)努力，不斷提升自己，力爭自己運用機械知識有所作為！
致 謝
經(jīng)過近六個個月的努力，畢業(yè)設計終于可以截稿了，半自動蘋果套袋機的三維圖，二維圖，以及設計說明明書都完成了，在此期間，我查閱了大量的相關資料，不斷進行實踐嘗試和理論計算，在進行設計，畫圖及說明書的寫作過程中遇到了很多的困難和障礙，但在自己不懈的努力和老師、同學的幫助下順利解決了。尤其要感謝我的設計指導老師——馬少輝老師，他在我的設計過程中給予我耐心的指導和深刻的教誨，因此我在設計中始終能保持正確的方向，并最終順利完成，在此，對于不厭其煩幫助我修改和改進的老師和同學再次表示誠摯的感謝！
本設計從選題、方案論證到課題的研究都是在指導老師馬少輝的全面、悉心指導下完成的。在設計期間，導師在論文研究方面和設計過程中給予認真指導，大力支持和幫助。尤其是導師嚴謹?shù)目茖W研究精神，認真負責工作態(tài)度深深地影響了我，使我受益匪淺。在此表示衷心感謝，并致以崇高的敬意。感謝我的同學和朋友，在我寫論文的過程中給予我了很多素材，并在說明書的撰寫和排版過程中提供熱情的幫助。本次畢業(yè)設計的順利完成離不開老師和同學的協(xié)助指導,借此只言片語,對他們熱心而無私的幫助表示衷心的感謝。
最后，所寫設計與說明書難免有不足之處，懇請各位老師和學友批評和指正！
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