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國內外研究狀況綜述 發(fā)達國家在農產品品質檢測與分級方面，于20世紀80年代中期就開始了水果品質自動檢測的研究,并成功制造了一些水果自動化分級系統(tǒng)。 比如，日本消費者對水果的消費是非常挑剔的，其水果上市前都要經過分級包裝。有些價值較高的水果，如冬季上市的西瓜要在標簽上標出糖度數值。日本三菱電器公司研制的水果成熟度分級機，就是利用傳感器綜合測出梨的表面顏色、對特定光的透光率、形狀和大小，并與事先貯存在計算機中的優(yōu)良梨的數據進行對比，推算出成熟度和糖分。 意大利的果品貯藏加工業(yè)生產中，很早就使用了顏色分級機，主要是對蘋果進行顏色分級，是按照綠色蘋果比紅色蘋果的反射光強的道理進行的。工作時，果實在松軟的傳送帶上跳躍移動，光線可照射到水果的大多部位，這樣就避免了水果單面被照射。反射光傳遞給電腦，由電腦按照反射率的不同來將果實分開，一般分為全綠果、半綠（半紅）果、全紅果等級別。 再有，美國Penwalt公司Decco型分級機是一種新型果實分級機，具有速度快、性能好、通用性強的特點，根據“體積”分級的原理進行工作，綜合了大小和重量分級機最突出的優(yōu)點，同時消除了二者的缺點，使分級作業(yè)真正得以柔和平緩地進行。Decco分級機工作原理是：提升機輥子將待分級的果實送入四星裝料斗，星輪與提升機以鏈條驅動的各對定距輥子同步，輥子承載水果通過分級全程，這樣的裝置，星輪可以很柔和地將水果從提升機傳送到由一對滾子形成的凹槽中，根據選用分級機規(guī)格的不同，分級部分包括6-9行高度可調的“摩擦指”，滾子從摩擦指下通過，緩緩地作反時針回轉，水果則作順時針轉動，當水果遇到摩擦指（最大的水果首先接觸摩擦指），由于轉動與摩擦的組合，水果極柔和地從滾子上移動并落入彈性的擺動活動門上，水果自重足夠使其滑出并滾到輸送皮帶上，然后由皮帶送入包裝槽中。由于水果沒有摔落，也沒有其她任何典型的引起損傷的動作，分級柔和。水果分級只有綜合形狀、大小、色澤、果面缺陷等各種因素，甚至是內部品質，才能排除其它因素，使分級質量得到保證。 還有就是法國的MAF France公司的水果分級包裝設備，不僅能對果蔬進行分級包裝，還可以利用電子、光學原理對果蔬表皮的瑕疵進行分選，全電腦監(jiān)控，自動化程度相當高。 相對于國外的分級水平，國內水果分級市場就比較落后了。國內水果分級大部分還采用人工分級方法，只有少數企業(yè)采用半自動及自動化水果分級。 隨著國民企業(yè)的不斷發(fā)展，人們生活水平的逐漸提高，人們對生活質量也有了更高的要求。于是，有關水果分級的研究也有了很大的進展。我國于20世紀90年代開始研究利用計算機視覺進行蘋果品質的檢測。杭州杭掛機電有限公司與浙江大學合作 ,在國家“863”計劃項 目的支持下 ,成功研制了國內第一套基于機器視覺技術 、擁有自主知識產權的 “智能化水果實時檢測與分級生產線” 。該生產線可從快速運動的水果中提取有效圖像信息并對其進行矯正和分析處理 ,以完成水果按國家標準所要求的大小、形狀、色澤、果面缺陷和損傷進行分級。在用于柑桔品質實時檢測與分級時,每條生產線每小時可處理水果2—3噸（二軌道） ,并可根據用戶對生產規(guī)模的需求 ,組合多套 （4—16軌道 ）協同工作,所設計的硬件系統(tǒng)具有廣泛的適應性 ,只需對軟件進行適當修改 ,即可用于蘋果、梨 、桃子 、西紅柿和土豆等水果 、農產品的分檢 ,其技術水平達到國際同類先進水平。應用于實際生產中將減輕農民勞動強度 ,提高勞動生產率和水果、農產品附加值 ,并可增加農民收人 ,具有巨大的經濟效益和社會效益。江蘇省自主研制生產的電腦控制全自動水果分級流水生產線在陜西成功運行，并通過國家一級科技查新，填補了國內果品加工生產機械的空白。 該生產線由江蘇牧羊集團研制，采用水果品質視覺系統(tǒng)測與分級，每條生產線每小時能檢測分級2．5噸及3噸水果，適用于柑橘、胡柚、蘋果、西紅柿、土豆等多種水果及農產品的快速分級，部分指標達到世界先進水平。為配套新生產線，該集團同時研發(fā)出壓榨機、榨汁機等飲料機械，以及去核機、打漿機等果汁生產線前處理設備與后道包裝設備，具有良好的應用前景。 由以上的信息，我發(fā)現蘋果分級機的輸送裝置在整個分級機中占有重要的位置，對輸送機構的設計是否合理關系到蘋果分級機的科學性和效益性。因此，此項課題的研究室十分有價值和必要的。 附件2： 開題報告 學生姓名 學 號 專 業(yè) 指導教師姓名 職 稱 所在學院 選題來源 科研課題√ 生產實踐 其它 / 選題類型 畢業(yè)設計√ 畢業(yè)論文 / 選題名稱 蘋果分級系統(tǒng)——輸送機構設計 研究的目的 及意義 對蘋果分級機的輸送裝置的合理優(yōu)化的設計可以使蘋果在輸送過程中沒有明顯的碰撞，保證蘋果的質量，而且輸送速度平穩(wěn)沒有沖擊，能夠快速迅捷的實現蘋果的輸送，提高生產效率，產生相應的經濟效益。使水果生產商品化、標準化，這樣才能提高整個水果產業(yè)的水平，增強市場競爭力，使既能使果農從商品化處理的增值中獲得效益，又能滿足不同消費者的需要。 國內外同類 研究概況 國外公司早在20 世紀80 年代中期開始了水果品質自動檢測的研究,并成功研制了一些水果自動化分級系統(tǒng),20 世紀90 年代開始研究基于計算機視覺技術的水果分級系統(tǒng),到現在已有部分實用的產品如美國Penwalt公司Decco型高速水果分級生產線就可用于蘋果、梨、橘子、桃子等水果的分等定級和品質檢測。我國于20 世紀90 年代開始研究利用計算機視覺進行蘋果品質的檢測。如浙江大學研制的水果品質機器視覺實時檢測與分級生產線，每小時能檢測和分級3至6噸水果，適用于柑橘、胡柚、蘋果、西紅柿和土豆等多種水果及農產品。 研究內容 及計劃 研究內容： 1擬定蘋果分級機械輸送裝置的總體方案 2確定輸送裝置所需要的材料和輸送機構的傳動設計 3進行各零部件的重要參數的設計和機構設計 4繪制所有非標零件，做出設計說明書 研究計劃： 1．設計準備階段 2周 2．擬定總體方案 2.5周 3．輸送裝置材料選擇和所需要的數量 1.5周 4．主要零部件的機械結構設計 5周 5．設計說明書撰寫 3周 6．準備答辯講稿、進行答辯 1周 特色與創(chuàng)新 本設計課題對于蘋果分級研究提供機械上的支持，是總體生產線的一個重要組成部分，創(chuàng)新在于用一個帶有定位輪的杯子輸送裝置進行定位與輸送，輸送系統(tǒng)在輸送水果的同時，使水果的中心軸始終保持與水平面保持垂直。當蘋果經過攝像機時，攝像機可拍攝到不含有果萼和果梗的圖像，識別出果萼和果梗，從而區(qū)別出缺損和果萼并進行顏色分揀。 指導教師 意 見 指導教師簽名： 年 月 日 題 目 蘋果分級系統(tǒng) 輸送機構設計 學 院 專 業(yè) 學 號 學生姓名 指導教師 職 稱 二 O 年 月 日 摘要 當今水果分級市場 全自動分級流水生產線已成為發(fā)展的趨勢 而人工分級及半機 械分級是目前國內普遍采用的分級方法 在水果市場日益發(fā)達的商品貿易化時代 全自 動分級流水線以其生產效率高 精度高 分級全面等優(yōu)點正逐漸被重視和采用 所以水 果分級的發(fā)展水平會直接影響我國水果類商品標準化的實施 并且會影響水果商品在國 際貿易中的競爭 對蘋果分級機的輸送裝置的合理優(yōu)化的設計可以使蘋果在輸送過程中沒有明顯的碰 撞 保證蘋果的質量 而且輸送速度平穩(wěn)沒有沖擊 能夠快速迅捷的實現蘋果的輸送 提高生產效率 產生相應的經濟效益 本次設計的內容是 設計一個輸送裝置 用一個帶有輪子的模塊定向并輸送蘋果 把蘋果輸送到位于傾斜裝置頂端的檢測攝像機前進行等級分揀 輸送機構的關鍵之一是 在輸送水果的同時 使水果的中心軸始終保持垂直 同時保持水果圍繞其中心軸轉動 以便拍攝到水果的不同位置 關鍵詞 蘋果分級 輸送裝置 鏈傳動 輸出動力 機架 Abstract In the classification of fruit market totally automatic pipelining has becoming a current nowadays But in our coutry machine grading and semi manual classification is currently widely used in fruit grading Increasingly developed in the fruit market and in the era of trade in goods Automatic classification line with its high efficiency high precision differential advantages of full attention and are increasingly being used Therefore the level of development of fruit grading will directly affect our fruit products standardized implementation of fruits in international trade competition A proper design of the conveyor of the apple grader can avoid obvious crash in the transmission and ensure the quality of apples The speed of transmission is quick and stable All these can improve the production efficiency significantly and generate corresponding economic benefits The content of this graduate design is transportation equipment A module with wheels can use to transport the fruit It can transport the fruit to the top of the acclivitous device The systematic linchpin was when the apple was feeding the apple s center mandrel keep upright And the apple turn embay the center mandrel The camera can shoot the apple s different situation Keywords Apple Grading Conveyor Chain Transmission Power Output Stander 目錄 1 前言 1 1 1 研究目的及意義 1 1 2 研究產品的國內外發(fā)展狀況 2 1 2 1 國內同類研究的情況 2 1 2 2 國外同類研究的概況 3 1 3 研究的特色與創(chuàng)新 4 2 總述 5 2 1 設計要求 5 2 2 工作原理 5 2 3 組成部分 5 3 輸送裝置 8 3 1 PVC 塑料模塊的設計 8 3 1 1 方案確定 8 3 1 2 目標 8 3 1 3 材料和方法 9 3 1 4 實驗和討論 9 3 1 5 結論 10 3 1 6 PVC 塑料模塊的具體設計 10 3 2 鏈傳動設計 13 3 2 1 鏈傳動的特點 13 3 2 2 鏈傳動的選擇 13 3 2 3 滾子鏈傳動的設計計算 14 3 2 4 滾子鏈傳動的失效形式 17 3 2 5 齒形的計算 17 3 2 6 滾子鏈鏈輪常用材料及熱處理 22 3 2 7 鏈傳動的布置 張緊 潤滑和平穩(wěn) 22 3 3 PVC 塑料模塊與鏈條的連接 22 3 4 軸系零 部件的設計 23 3 4 1 從動軸的設計 23 3 4 2 滾動軸承的選用 28 3 4 3 軸承座的設計 31 3 4 4 軸承端蓋的設計 31 4 驅動裝置的設計 32 5 機架的設計 32 6 結論 33 7 致謝 34 8 參考文獻 35 1 1 前言 1 1 研究目的及意義 傳統(tǒng)的水果品質檢測 分級方法存在著分級結果受人主觀因素的影響 精度低 視 覺易疲勞 效率低 存在著不能對大小 重量 形狀 尺寸 成熟度 表面缺陷 表面色 澤等指標綜合評判等問題 我國是一個水果生產大國 但我國的水果出口量卻很低 與國外水果的分級銷售相 比 中國水果市場不容樂觀 國外進口水果的價格會高于國內水果幾倍甚至幾十倍 同 樣都是水果 就因為國外的水果采取了分級后出售 其價格就大大提高 而中國的水果 則不分大小好壞混裝出售 其價格就大打折扣 這一方面是由于果園總體管理水平低 另一方面是水果的商品化處理落后 水果生產的產業(yè)化 使實現水果采后處理的機械化與自動化技術成為可能 隨著果 品貯藏加工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高 對水果質量的要求越來越高 水果采后處 理工作顯得日益重要 而采后處理工作時效性強 作業(yè)質量標準高 因此 實現機械化 自動化作業(yè)勢在必行 水果采后商品化處理的主要技術環(huán)節(jié)包括挑選 清洗 打蠟 分級和包裝 挑選是 水果采后處理的第一個環(huán)節(jié) 目的是剔除有機械傷 病蟲危害 著色度不夠 外觀畸形 等不符合商品要求的產品 以利于下一步的分級 包裝和貯運 挑選由于涉及到病蟲 傷 殘 色 畸形等多項指標 綜合判斷較復雜 目前還難做到機械化操作 所以無論 是技術先進的國家還是發(fā)展中國家 基本靠手工完成 但必須根據不同水果的特點制定 相應的標準清洗是商品化處理中的重要環(huán)節(jié) 是采用浸泡 沖洗 噴淋等方式水洗或用 干 濕 毛巾 毛刷等清除果品表面污物 減少病菌和農藥殘留 使之清潔 衛(wèi)生 符 合商品要求和衛(wèi)生標準 提高商品價值 打蠟 涂膜 是在果品表面涂上一層薄而均勻 的透明薄膜 也稱涂膜 涂膜多用于蘋果 柑桔 油桃 李子等 經涂膜處理后 不僅 可抑制水果的呼吸 減少水分蒸發(fā)和營養(yǎng)物質消耗 還可抑制病原菌侵染 減少腐爛 而且還可以增進果品表面光澤 使外皮潔凈 美觀 漂亮 提高商品價值 分級的目的 是要實現農業(yè)產品的工業(yè)化 使果品成為標準化的商品 不同果品的分級 各個國家和 地區(qū)都有各自的分法和標準 我國現有 16 個果品分級標準 其中蘋果 梨 香蕉 龍眼 核桃 板栗 紅棗已制定了國家標準 此外還制定了一些行業(yè)標準 隨著生產的發(fā)展 品種的更新以及市場的要求 標準還應不斷修訂和完善 良好的包裝 可以保證產品安 2 全運輸和貯藏 減少產品間的磨擦 碰撞和擠壓造成的機械傷 減少病蟲害的蔓延和水 分蒸發(fā) 使水果在流通中保持良好的穩(wěn)定性 設計精美的包裝也是商品的重要組成部分 是貿易的輔助手段 為市場交易提供標準規(guī)格單位 并有利于充分利用倉儲空間和合理 堆放 水果分級是水果進入流通的第一個環(huán)節(jié) 并直接關系到水果的包裝 運輸 貯藏和 銷售的效果和效益 果樹果實有優(yōu)劣之分 形狀 大小 著色程度等也不完全一致 甚 至還有風蝕 病蟲害等 采后如混在一起既不便于貯藏運輸 也不便以質論價銷售 在 市場商品經濟高度發(fā)達的今天 異地銷售大宗農產品交易和農產品國際貿易等均離不開 標準化 而今水果分級就是實現水果商品標準化的最基礎的一步 分級的目的是要實現農業(yè)產品的工業(yè)化 使果品成為標準化的商品 不同果品的分 級 各個國家和地區(qū)都有各自的分法和標準 我國現有 16 個果品分級標準 其中蘋果 梨 香蕉 龍眼 核桃 板栗 紅棗已制定了國家標準 此外還制定了一些行業(yè)標準 隨著生產的發(fā)展 品種的更新以及市場的要求 標準還應不斷修訂和完善 因此 水果 分級有著很強的重要性 1 2 研究產品的國內外發(fā)展狀況 1 2 1 國內同類研究的情況 雖然我國大多數水果均是通過人工分級 只有少量的水果實現了部分自動化 但是隨 著國民企業(yè)的不斷發(fā)展 人們生活水平的逐漸提高 人們對生活質量也有了更高的要求 于是 有關水果分級的研究也有了很大的進展 我國于 20 世紀 90 年代開始研究利用計 算機視覺進行蘋果品質的檢測 杭州杭掛機電有限公司與浙江大學合作 在國家 863 計劃項 目的支持下 成功研制了國內第一套基于機器視覺技術 擁有自主知識產權的 智能化水果實時檢測與分級生產線 該生產線可從快速運動的水果中提取有效圖像 信息并對其進行矯正和分析處理 以完成水果按國家標準所要求的大小 形狀 色澤 果面缺陷和損傷進行分級 在用于柑桔品質實時檢測與分級時 每條生產線每小時可處理 水果 2 3 噸 二軌道 并可根據用戶對生產規(guī)模的需求 組合多套 4 16 軌道 協同工作 所設計的硬件系統(tǒng)具有廣泛的適應性 只需對軟件進行適當修改 即可用于蘋 果 梨 桃子 西紅柿和土豆等水果 農產品的分檢 其技術水平達到國際同類先進 水平 應用于實際生產中將減輕農民勞動強度 提高勞動生產率和水果 農產品附加值 并 可增加農民收人 具有巨大的經濟效益和社會效益 江蘇省自主研制生產的電腦控制全 3 自動水果分級流水生產線在陜西成功運行 并通過國家一級科技查新 填補了國內果品 加工生產機械的空白 該生產線由江蘇牧羊集團研制 采用水果品質視覺系統(tǒng)測與分級 每條生產線每小時能檢測分級 2 5 噸及 3 噸水果 適用于柑橘 胡柚 蘋果 西紅柿 土豆等多種水果及農產品的快速分級 部分指標達到世界先進水平 為配套新生產線 該集團同時研發(fā)出壓榨機 榨汁機等飲料機械 以及去核機 打漿機等果汁生產線前處 理設備與后道包裝設備 具有良好的應用前景 水果分級形式包括有體積分級和重量分級兩大類 由于分級的目的主要為統(tǒng)一產品 外觀規(guī)格 以便包裝和提升銷售檔次 因此以體積分級應用最廣泛 傳統(tǒng)的體積分級設 備有滾筒式分級機 三輥筒式分級機和帶式分級機等 其原理大同小異 均利用若干級 別尺寸的孔框或縫隙進行篩選 當物料的外形稍小于孔隙時 可依靠其本身重力穿過或 跌落輸出 從而實現分級 孔隙式篩選分級是一種簡單實用的形式 不但生產效率較高 而且可設置多個級別 但這種分級形式存在一定的缺陷 主要表現在 1 物料全程機 械式翻轉篩分 難免造成鮮果表皮碰傷 擦傷及壓傷 2 分級精度不高 級差不可設 置過小 一般不小于 5mm 3 容易出現大小 串級 的混亂現象 4 適應性較差 只對近圓形 硬皮類水果 如柑桔等適用性較好 而對于蘋果 梨 桃 柿 芒果等表 皮薄弱的水果須慎用 根據上述 廣東省農業(yè)機械研究所張聰經深入研究 運用光幕測 量技術 構思一種創(chuàng)新的體積分級形式 設計新型的水果分級選別設備 于機上實現高 速連續(xù)的單個辨別分級 這種分級技術特別適應外形不勻稱的鮮果分級 較之傳統(tǒng)的孔 徑分級方式 是一個質的飛躍 因為它實現了非接觸式的分級形式 根本杜絕了孔框傷 果的缺點 而且精確 高速 1 2 2 國外同類研究的概況 發(fā)達國家在農產品品質檢測與分級方面 于 20 世紀 80 年代中期就開始了水果品質 自動檢測的研究 并成功制造了一些水果自動化分級系統(tǒng) 比如 日本消費者對水果的消費是非常挑剔的 其水果上市前都要經過分級包裝 有些價值較高的水果 如冬季上市的西瓜要在標簽上標出糖度數值 日本三菱電器公司 研制的水果成熟度分級機 就是利用傳感器綜合測出梨的表面顏色 對特定光的透光率 形狀和大小 并與事先貯存在計算機中的優(yōu)良梨的數據進行對比 推算出成熟度和糖分 意大利的果品貯藏加工業(yè)生產中 很早就使用了顏色分級機 主要是對蘋果進行顏 4 色分級 是按照綠色蘋果比紅色蘋果的反射光強的道理進行的 工作時 果實在松軟的 傳送帶上跳躍移動 光線可照射到水果的大多部位 這樣就避免了水果單面被照射 反 射光傳遞給電腦 由電腦按照反射率的不同來將果實分開 一般分為全綠果 半綠 半 紅 果 全紅果等級別 再有 美國 Penwalt 公司 Decco 型分級機是一種新型果實分級機 具有速度快 性 能好 通用性強的特點 根據 體積 分級的原理進行工作 綜合了大小和重量分級機 最突出的優(yōu)點 同時消除了二者的缺點 使分級作業(yè)真正得以柔和平緩地進行 Decco 分 級機工作原理是 提升機輥子將待分級的果實送入四星裝料斗 星輪與提升機以鏈條驅 動的各對定距輥子同步 輥子承載水果通過分級全程 這樣的裝置 星輪可以很柔和地 將水果從提升機傳送到由一對滾子形成的凹槽中 根據選用分級機規(guī)格的不同 分級部 分包括 6 9 行高度可調的 摩擦指 滾子從摩擦指下通過 緩緩地作反時針回轉 水果 則作順時針轉動 當水果遇到摩擦指 最大的水果首先接觸摩擦指 由于轉動與摩擦的 組合 水果極柔和地從滾子上移動并落入彈性的擺動活動門上 水果自重足夠使其滑出 并滾到輸送皮帶上 然后由皮帶送入包裝槽中 由于水果沒有摔落 也沒有其她任何典 型的引起損傷的動作 分級柔和 水果分級只有綜合形狀 大小 色澤 果面缺陷等各 種因素 甚至是內部品質 才能排除其它因素 使分級質量得到保證 還有就是法國的 MAF France 公司的水果分級包裝設備 不僅能對果蔬進行分級包裝 還可以利用電子 光學原理對果蔬表皮的瑕疵進行分選 全電腦監(jiān)控 自動化程度相當 高 1 3 研究的特色與創(chuàng)新 果分級在國內尚屬新興產業(yè) 有關這方面的研究本身就是一種創(chuàng)新 對去其內容的 研究 一般而言 蘋果分揀是把蘋果輸送到雙錐棍子上 不需知道蘋果花萼 莖的位置 隨著數字成像技術用于缺陷識別 鑒別花萼 莖位置的圖像處理被測試以確保在圖像分割 之后 花萼 莖部被當作缺陷 本設計課題對于蘋果分級研究提供機械上的支持 是總體生產線的一個重要組成部 分 創(chuàng)新在于用一個帶有定位輪的杯子的輸送裝置進行定位與輸送 輸送系統(tǒng)在輸送水 果的同時 使水果的中心軸始終保持與水平面保持垂直 當蘋果經過攝像機時 攝像機 可拍攝到不含有果萼和果梗的圖像 識別出果萼和果梗 從而區(qū)別出缺損和果萼并進行 顏色分揀 5 2 總述 2 1 設計要求 1 鏈傳動的設計 輸送 PVC 塑料板的輸送裝置選用鏈傳動 根據需求選用合適的鏈條與鏈輪型號 并 設計其鏈輪張緊裝置 設計完整的從動軸的設計 以及軸上零件的設計 如軸承 軸承 座 套筒 軸承端蓋等的選用和設計 鏈條輸送過程中要保證 PVC 塑料板運輸蘋果的平 穩(wěn)性 于是要設計托板與托架以保證蘋果的平穩(wěn)運輸 2 PVC 塑料模塊的設計 設計一種裝置 可使蘋果的花萼 莖置于一個固定的位置 即使蘋果轉正 在蘋果圖 像捕獲期間 使其旋轉 輸送裝置零件必須在攝像機的視場之外 定向必須在很短的時 間完成并且始終如一 在圖像捕獲期間輸送裝置的速度必須保持穩(wěn)定 圖像捕捉之后 蘋果應自動緩慢回落 機構必須構造簡單 3 驅動裝置的設計 4 機架的設計 2 2 工作原理 由進料裝置輸送進需要分級的蘋果 使其逐個落在設計好的 PVC 塑料模塊上 模塊 由鏈條輸送以 0 4 米 秒的速度前進 在模塊前進的過程中 模塊上的小輪與機架上的托 條接觸 實現不停的旋轉 同時與小輪接觸的蘋果由于摩擦力的作用也在不停的旋轉 當蘋果的花萼或花莖部分轉到小輪處 小輪與蘋果不再接觸 此時蘋果停止旋轉 定位 完成 這一過程大概耗時 7 8 秒 當 PVC 由鏈傳動傳至燈箱下時 有箱內的相機給蘋果 拍照 并通過兩面的反射鏡及兩邊的磨砂玻璃的到較好較完整的蘋果的圖像 由計算機 對拍攝到的圖像進行處理 處理完畢之后 由計算機發(fā)出指令 實現蘋果的分級 2 3 組成部分 此套蘋果分級裝置主要由三大部分組成 其具體內容和作用如下 一 傳動部分 傳動部分選擇電動機作為動力輸出 由于此套蘋果分級裝置要求輸送速度較低 只 有 0 4m s 因此選用 YCJ 系列電動機 此電動機轉速調節(jié)范圍較大 即 6 15rad min 600rad min 其結構相對較簡單 輸出功率等一些參數都比較符合輸送部分 的設計需求 電動機通過聯軸器與驅動軸連接 驅動軸再將動力傳到鏈輪上 實現動力 的傳送 二 輸送部分 輸送部分選用鏈傳動來實現 驅動軸上裝有兩個鏈輪 與裝在從動軸上的兩個鏈輪 用兩根 16A 的套筒滾子鏈條聯接起來 共同完成輸送任務 因為在整個輸送過程中 我 們要完成蘋果的定位 傾斜和旋轉等一系列工作 所以我們設計了一個特制的 PVC 塑料 模塊 模塊固定在鏈條上 而蘋果是落在模塊上的 此 PVC 塑料模塊主要由模塊外圈和模塊內圈組成 模塊外圈的主要作用是在輸送的 過程中擋住蘋果防止蘋果掉落 同時模塊上的四個螺紋孔起到了與鏈條固定的作用 蘋 果落在模塊內圈上 模塊內圈和外圈配合起來 在輸送的過程中要保證蘋果的定位 傾 斜和旋轉等一系列工作 以便最終實現蘋果的分級 定位過程主要由內圈中心的定位輪 來實現 在模塊前進的過程中 定位輪與機架上的托條摩擦實現旋轉 從而帶動蘋果的 滾動 直到定位成功 內圈上有一個傾斜輪 其主要作用是實現模塊內圈的傾斜 從而 使蘋果完全暴露在攝像機的鏡頭前 模塊內圈上的旋轉輪在蘋果實現傾斜之后與機架上 的凸輪作用 實現蘋果的旋轉 以便攝像機拍攝到蘋果的各個部分 保證蘋果分級的準 確性 三 機架 傳動部分與輸送部分固定在機架上 保證整套設備工作的順利完成 四 設備示意圖 7 圖 2 1 總裝圖 8 3 輸送裝置 3 1 PVC 塑料模塊的設計 3 1 1 方案確定 PVC 塑料板 其上包含兩個防止蘋果滑落的擋輪及旋轉體 在模塊的中部有凹下去的 地方 使蘋果固定 并有定位輪當蘋果的花萼或花莖部分轉到小輪處 小輪與蘋果不再 接觸 此時蘋果停止旋轉 定位完成 方便拍攝 其外形如圖所示 圖 3 1 模塊示意圖 3 1 2 目標 用一個下面帶有小輪子的杯形物體進行蘋果定向的觀念是簡單的 而且經過時間證 明不管是任何蘋果品種都能很好地工作 然而 當輸送和使蘋果定向用于蘋果表面和內 部缺陷檢測時 某些設計標準需要仔細考慮 1 在蘋果圖像捕獲期間 輸送裝置零件必須在攝像機的視場之外 2 設計中必須考慮在圖像捕獲期間允許有適當的距離以便照明穿過 9 3 定向必須在很短的時間完成并且始終如一 4 在圖像捕獲期間輸送裝置的速度必須保持穩(wěn)定 5 機構必須構造簡單 重量輕 6 必須適合各種不同尺寸的蘋果 7 設計必須適應蘋果長莖及由于長莖所帶來的問題 3 1 3 材料和方法 此 PVC 塑料模塊由長 98mm 寬 120mm 的長方形 41mm 厚的 PVC 塑料板組成 中心有直 徑為 76mm 的洞 板固定在相互平行的 16A 號套筒滾子鏈條之間 板間間距為 101 6mm 當 PVC 由鏈傳動傳至燈箱下時 有箱內的相機給蘋果拍照 并通過兩面的反射鏡及兩邊 的磨砂玻璃的到較好較完整的蘋果的圖像 燈箱的內部如圖 圖 3 2 燈箱的結構 3 1 4 實驗和討論 對于我們設計的 PVC 塑料模塊 自行做了一個模型 屬手搖式 通過此實驗 可測 得蘋果定向所需時間及其路程 并確定了所處理的蘋果的極限尺寸 定向蘋果中 最大和最小的蘋果直徑分別為 92 7mm 和 59 2mm 從觀察中可以看出 能定向直徑為 90 的蘋果是本次定向設計的極限 在定向期間旋轉蘋果的輪子上方支撐蘋果的環(huán)的設計 允許莖移動而不接觸機構 成功定向的長莖蘋果品種的定向成功并沒有顯著的區(qū)別 觀察到莖移動到環(huán)的空處而沒 有打斷蘋果旋轉 盡管表面缺陷檢測裝置的一段包括很多繞軸旋轉及自傳的零件 全部的機構是用 CNN 機床來加工 PVC 板 這可以方便的用注射塑料膜來制造 注射膜也能制造 2 個圓柱輥子 和 3 個聚氨酯覆蓋的輥子 在輪子的周圍的小環(huán)從 PVC 標準管上切割 PVC 和聚氨酯表面 10 沒有聚積明顯的蠟 即使旋轉了多個蘋果后 3 1 5 結論 輸送裝置的一段設計成能使蘋果在表面缺陷攝像機前花萼 莖處于一個已知的位置 經過多次實驗 大部分蘋果都能完成定位 在定向過程中 輸送裝置的一段的設計特點為 允許在定向過程中蘋果旋轉時留空 隙給莖 蘋果的直徑 90mm 及直徑 63 5mm 定向成功率相當 沒有明顯的蠟聚積在輸送裝 置的零件上 輸送裝置的一段比較輕 且在圖像拍攝過程中 在攝像機視野之外 照明 設備有一些影子出現作為表面缺陷 經過計算 實驗分析確定基本參數如下表所示 表 3 1 基本參數 小模板板間間距 101 6mm 鏈輪角速度 30 91rad min 鏈傳動傳輸速度 24 38m min PVC 塑料模塊小輪轉速 271rad min 每秒鐘傳輸蘋果數 4 個蘋果 s 蘋果定位用長 2908 3mm 蘋果傾斜旋轉分級用長 1422 4mm 模板總數 93 個 輸送裝置總長 4 3307m 3 1 6 PVC 塑料模塊的具體設計 一 PVC 塑料模塊總體的設計 PVC 塑料模塊主體由模塊外圈和模塊內圈組成 模塊外圈是一個長 98mm 寬 120mm 的 PVC 塑料板 中間有一個直徑為 76mm 的半圓 其主要作用是防止蘋果的滾落 模塊內圈 11 是是安裝在模塊外圈中的 對蘋果起支承作用 模塊內圈中間安裝一小輪 作用是實現 蘋果的定位 兩個零件通過軸連接 二 旋轉軸的設計 旋轉軸是安裝在模塊內圈上 其主要作用是靠底部旋轉輪的作用帶動軸頂端的棍子 轉動 從而使蘋果旋轉 也起到防止蘋果掉落的 其具體尺寸如圖 3 3 所示 圖 3 3 旋轉軸的尺寸 軸兩端分別用螺釘與開口銷連接旋轉輪與旋轉體 因此軸兩端分別有螺紋孔和光孔 三 擋圈的選擇 用于軸端的擋圈 其作用是對軸進行固定 固選擇軸用彈性擋圈 其型號為 GB 894 2 86 6 用于旋轉輪和定位輪處的擋圈選用孔用彈性擋圈 其型號為 GB893 1 86 17 四 彈簧的設計 當 PVC 塑料模塊由鏈傳動帶動轉到輸送裝置下面時 小模塊處于反向狀態(tài) 此時小 模塊內圈由于重力作用會向下傾斜 擋在機架上 影響前進 因此設計一扭轉彈簧 安 裝在模塊內圈與外圈連接處 防止模塊向下運動時模塊內圈向下傾斜 彈簧具體尺寸如 圖所 3 4 示 12 圖 3 4 彈簧的尺寸 彈簧右旋 有效圈數 3 圈 熱處理后硬度要求 40 50 HRC 彈簧展開長度 L 41mm 五 輪子的設計 1 定位輪的設計 定位輪的作用是利用摩擦力帶動蘋果旋轉 使蘋果旋轉到其花萼 莖與小輪接觸 完 成蘋果的定位 小輪內端要安裝一軸承和擋圈 其具體形狀與尺寸如圖 3 5 所示 圖 3 5 定位輪的尺寸 旋轉體是安裝在旋轉軸頂端的 靠抓走旋轉帶動與蘋果摩擦 從而實現蘋果的旋轉 也起到固定蘋果的作用 其具體尺寸如圖 3 6 所示 圖 3 6 旋轉體的尺寸 13 3 2 鏈傳動設計 3 2 1 鏈傳動的特點 鏈傳動由兩個或兩個以上的鏈輪和連接它們的傳動鏈鎖組成 是一種具有中間繞性 件的嚙合傳動 它兼有齒輪傳動和帶傳動的一些特點 由于它具有結構簡單 傳力大 效率高 傳動比準確 適應性強 緊湊 經濟耐用和維修保養(yǎng)方便等主要特點 因而鏈 傳動在金屬切削機床 農業(yè)機械 礦山機械 輸送設備起重機械 紡織機械 汽車船舶 及日用品機械等許多方面得到了廣泛應用 此次課程設計主要是輸送蘋果 因此選用鏈 傳 鏈傳動具有以下優(yōu)缺點 與齒輪傳動相比 因為鏈傳動是一種具有中間繞性的嚙合傳動 所以對鏈輪齒形的 加工與安裝精度要求為低 安裝和維修方便 兩鏈輪的中心距適應范圍大 有較好的緩 沖及吸振能力 鏈輪齒受力較小 強度較高 鏈輪結構簡單 緊湊 成本較低 具有較 好的經濟性 運動時存在瞬時速度不均勻 兩輪中心距較小的場合不能采用 沖擊 振 動和噪音較大 只能傳遞平行軸之間的運動和動力 與帶傳動相比 能獲得準確的平均傳動比 鏈傳動不存在彈性滑動及打滑 因此和 帶傳動相比 有較高的機械效率 鏈傳動不存在彈性滑動及打滑 因此和帶傳動相比 有較高的機械效率 鏈傳動不象帶傳動那樣需要較大的預緊力 因而作用于軸和軸承的 載荷為小 減少了軸承的摩擦損失 有利于提高傳動效率 在相同功率的條件下 鏈條 的寬度比帶傳動中的帶寬為窄 鏈輪也比帶輪的直徑為小 容易實現結構緊湊的要求 能在較小中心距下工作 由于鏈傳動允許鏈條在鏈輪上的包角可小一些 其傳動比范圍 比帶傳動大 鏈條的磨損伸長較膠帶拉伸變形伸長緩慢 不需要經常調節(jié)預緊力 鏈條 比膠帶容易裝拆 使用比帶傳動安全 不會產生引燃現象 比帶傳動噪聲大 需要潤滑 轉速不如帶傳動高 只能傳遞平行軸之間的運動和動力 3 2 2 鏈傳動的選擇 鏈傳動的類別及應用 如表 3 2 14 表 3 2 鏈傳動類別及應用 名稱 特點及應用 傳動用套筒 滾子鏈 它由許多鏈節(jié)構成 每個鏈節(jié)由內鏈板 外鏈板 銷軸 套筒和滾子組成 內外鏈節(jié)逐節(jié)交替 最后接頭形成封閉無端的鏈條整體 根據所傳遞功率 的需要可以組裝成單排 雙排及多排形式 套筒滾子鏈主要用于動力傳動 如配上各種附件也可供輸送機械使用 傳動用套筒 鏈 種鏈除沒有滾子外 其余結構與套筒滾子鏈相同 其節(jié)距較小 常用于輕 載傳動中 特種套筒鏈的套筒可用粉末冶金制作 可自行潤滑 多用于食 品 紡織等需要潔凈傳動的場合 傳動用齒形 鏈 由多個鏈板交接而成 為防止鏈從鏈輪上脫落 再鏈節(jié)兩側設置有外導板 鏈片與輪齒作楔入嚙合 因而具有傳動平穩(wěn)無噪聲等特點 齒形鏈多用于 高速或運動精度要求高的傳動 鏈速可達 35m s 在汽車 磨床上應用較廣 銷軸鏈 具有結構簡單 成本低廉 轉動靈活 可在較少齒數的鏈輪上工作等特點 但鏈片易伸長 造成沖擊及噪聲增大 銷軸鏈多用于農業(yè)機械 輸送提升 機械或中低載荷及工作環(huán)境臟污的場合 綜上所述 選用傳動用套筒滾子鏈 3 2 3 滾子鏈傳動的設計計算 1 傳動比 i i 1 1 1n2z1 2 主動鏈輪齒數 1Z 表 3 3 傳動比與齒數 i 1 2 3 4 5 61Z 31 27 25 23 21 17 1 Z 15 3 從動鏈輪齒數 2Z i 1 31 31 120 2z 4 鏈條節(jié)距 p mm P 25 4mm 5 鏈輪輪轂直徑 mm kd kd maxk 48 mm k 6 鏈輪中心距 mm 0a 4330 7mm 0a 7 鏈長節(jié)數 pL 2 2 c p 0pa12z 0pa p 0p0 C 2 2z1 372 節(jié) pL 8 鏈條長度 L m L P 1000 p L 9 4488 m 9 鏈速 v m s v 0 406 m s v 0 6m s 低速傳動 v 0 6 8m s 中速傳動 16 v 8m s 高速傳動 10 如上計算分析 選取 16A 1 372 GB T1243 1997 套筒滾子鏈 其參數如表 3 4 所 示 表 3 4 傳動用滾子鏈基本參數和尺寸 摘自 GB1243 1 83 節(jié)距 滾子 外徑 內鏈 節(jié)內 寬 銷軸 直徑 套筒 內徑 內鏈 節(jié)外 寬 外鏈 節(jié)內 寬 銷軸 長度 鏈條 通道 高度 內連 扳高 度 外鏈 板高 度 單排 重量 p 1d max 1b min 2d max 3 min 2b max 3 min 4b max 1h min 2 max 3h max q 鏈號 mm Kg m 16A 25 40 15 88 15 75 7 92 7 97 22 61 22 66 33 5 24 39 24 13 20 83 2 60 滾子鏈鏈條是由若干組件 鏈節(jié)以鉸鏈副形式串接起來的撓性件 因此 鏈節(jié)是 組成鏈條的基本結構單元 鏈節(jié)一般可分為外鏈節(jié) 內鏈節(jié)和接頭鏈節(jié) 連接鏈節(jié)或過 渡鏈節(jié) 幾種 其中內鏈節(jié)和外鏈節(jié)稱為基本鏈節(jié) 它們交替串接排列 形成兩端 再 用一個接頭鏈節(jié)將兩端連接成閉合的鏈條 鏈條如圖所示 圖 3 7 鏈條裝配 17 3 2 4 滾子鏈傳動的失效形式 由于設計 制造 使用等多方面的差異 鏈傳動的失效形式是多種多樣的 主要有 1 鏈條疲勞破壞 在閉式鏈條傳動中 鏈條元件受變應力作用 經過一定循環(huán)次數 鏈板發(fā)生疲勞斷裂 滾子套筒發(fā)生沖擊疲勞破裂 在潤滑得當的條件下 疲勞破壞是決 定鏈傳動能力的主要因素 2 鏈條鉸鏈磨損 是常見的失效形式之一 磨損使鏈條總長伸長 從而使鏈條垂度 變大 增大動載荷 發(fā)生振動 引起跳齒 加大噪聲以及其它破壞 如打壞鏈箱 鏈邊 互相碰撞 銷軸因磨損削弱而斷裂等 開式傳動 工作條件惡劣 潤滑不良 鏈條鉸鏈 比壓過大等均會加劇鏈條鉸鏈的磨損 降低其使用壽命 3 鏈條鉸鏈膠合 潤滑不當或轉速較高時 組成鉸鏈副的銷軸和套筒的摩擦表面易 發(fā)生膠合破壞 4 鏈條靜強度破斷 低速重載的鏈條過載時 易發(fā)生靜強度不足而破斷 3 2 5 齒形的計算 1 滾子鏈與鏈輪的嚙合屬非共軛嚙合 其鏈輪齒形的設計可以有的 較大的靈活性 試驗和使用表明 齒槽形狀在一定范圍內變動 在一般工況下對鏈傳動的性能不會有很 大影響 因此選擇三圓弧一直線齒形 符合 GB1244 85 標準規(guī)定的齒形范圍 且使用相 應的標準刀具加工 即 齒形按 3R GB1244 85 規(guī)定制造 其參數如表 3 5 所示 18 表 3 5 三圓弧一直線齒槽形狀參數表 摘自 GB1244 85 19 名稱 代號 單位 計算公式 齒溝圓弧半徑 irmm 0 5025 0 05ir 1d 齒溝半角 2 度 2 Z5 60 M mm M 0 8 d sin 2 工作段圓弧中心 的坐標2o T mm T 0 8 d cos 2 工作段圓弧半徑 2rmm 1 3025 0 052r 1 工作段圓弧中心角 度 Z8 56 W mm W 1 3 cos Z 1d80 齒頂圓弧中心 的3o 坐標 V mm V 1 3 sin Z 1 齒形半角 2 度 2 Z 7 64 齒頂圓弧半徑 3rmm 1 3cos 2 0 8cos 1 3025 0 053r1d 工作段直線部分長 度 ebmm 1 3sin 2 0 8sin eb1 E 點至齒溝圓弧中心 連線的距離 H mm H 223 rdp 2 選用腹板式 單排鑄造鏈輪 滾子鏈鏈輪基本參數和主要尺寸 如表 3 6 圖 3 8 所示 20 表 3 6 鏈輪的直徑及齒高 參數名稱 代號 計算式 單位 說明 結果 分度圓直徑 d d p sin Z 180 mm P 鏈輪節(jié)距 與配用鏈條同 Z 鏈輪齒數 根據計算求出 251 2 齒頂圓直徑 ad p 0 54 ctg Z 180 mm 選用三圓弧一直線齒形 264 分度圓弦齒 高 a h 0 27 p mm 輔助尺寸 6 86 齒根圓直徑 fd d f1dmm 235 2 圖 3 8 滾子鏈鏈輪的主要尺寸 3 軸向齒廓結構 如表 3 7 圖 3 9 所示 21 表 3 7 鏈輪軸向齒廓參數表 摘自 GB T1243 1997 名稱 符號 單位 計算公式 備注 結果 單排尺寬 1fbmm 0 951fb1適用于 p 12 7 15 齒側倒角 amm 0 13pa適用除 081 083 084 外的 A 或 B 系列鏈條 3 3 齒側半徑 xrmm pxr公 稱 28 圖 3 9 軸向齒廓尺寸 4 腹板單排式鑄造鏈輪 如表 3 8 圖 3 10 所示 22 表 3 8 腹板式 單排鑄造鏈輪主要結構尺寸 名稱 符號 單位 結構尺寸 結果 h K 6 0 01dhd 輪轂厚度 h mm 常數 K d 150 K 3 2 4 8 6 4 9 5 h 20 01 輪轂長度 l mm l 4h l 80 04 輪轂直徑 hdmm 2hhdk 88 02hd 圓角半徑 R mm R 2 4 R 3 圖 3 10 腹板式 單排鑄造鏈輪主要結構尺寸 3 2 6 滾子鏈鏈輪常用材料及熱處理 材料選用 45 號鋼 熱處理 淬火 回火 齒面硬度 40 50 HRC 應用范圍 23 無劇烈沖擊振動和要求耐磨損的主 從動鏈輪 3 2 7 鏈傳動的布置 張緊 潤滑和平穩(wěn) 1 鏈傳動的布置 鏈傳動合理布置的原則是 兩鏈輪應位于同一垂直平面內 并保 持兩輪軸線相互平行 兩輪中心線與水平線的夾角應小于 并盡量采用水平布置 一45 般情況下 鏈傳動應緊邊在上 松邊在下 與帶傳動相反 有利于防止咬鏈或兩邊鏈條 相碰 2 鏈傳動的張緊 鏈傳動張緊的目的 主要是為了避免在鏈條的垂度過大時產生嚙 合不良和鏈條的振動現象 同時也為了增加鏈條與鏈輪的嚙合包角 當兩輪中心軸連線 于 60 度時設有張緊裝置 因為此次設計的鏈傳動要求一個 PVC 塑料板對應 4 節(jié)鏈節(jié) 不可改變其個數 可通 過調節(jié)其中心距來控制張緊程度 3 鏈傳動的潤滑 鏈傳動的潤滑十分重要 良好的潤滑可緩和沖擊 減輕磨損 延 長鏈條使用壽命 潤滑方式采用人工潤滑 潤滑方法 用刷子或油壺定期在鏈條松邊內 外鏈板間隙中注油 供油量 每班注抽一次 潤滑油推薦采用牌號 L AN32 L AN46 L AN68 的全損耗系統(tǒng)用油 4 鏈條的平穩(wěn)性 當蘋果輸送到攝像機前拍照時 應保證 PVC 塑料板上的蘋果保持 平穩(wěn) 這就要求鏈條輸送時要有一定的平穩(wěn)性 采用托板和托架以保證鏈條平穩(wěn) 它適 用于鏈輪中心距較大的場合 材料選用耐油橡膠 3 3 PVC 塑料模塊與鏈條的連接 輸送鏈共有 372 節(jié)鏈節(jié) 93 個 PVC 塑料板 平均 4 節(jié)鏈節(jié)固定一個 PVC 塑料板 加 工鏈條時 每四節(jié)鏈節(jié)便更換一塊外鏈板 換上特制的外鏈板 使其連接 PVC 塑料板與 鏈條 即在標準鏈條上稍加該裝 如圖 3 11 所示 24 圖 3 11 PVC 塑料板與鏈條的連接情況 該處特制鏈板其材料厚度 技術要求 制造精度均與 16A 套筒滾子鏈相同 其具體 尺寸與安裝尺寸見零件圖與裝配圖 3 4 軸系零 部件的設計 3 4 1 從動軸的設計 3 4 1 1 軸的功用和分類 一 軸的功用 軸是機械中的重要零件之一 它主要功用是支承回轉零件 如齒輪 帶輪 鏈輪 凸輪等 以實現運動和動力的傳遞 二 軸的分類 軸按受載情況分 1 轉軸 既支承傳動件又傳遞動力 即承受彎矩和扭矩兩種作用 2 心軸 只起支承旋轉機件作用而不傳遞動力 即只承受彎矩作用 心軸又可分為 固定心軸 工作時軸不轉動 和轉動心軸 工作時軸轉動 兩種 3 傳動軸 主要傳動動力 即主要承受扭矩作用 按結構形狀分 光軸 階梯軸 實心軸 空心軸等 按幾何軸線形狀分 直軸 曲軸 鋼絲軟軸 3 4 1 2 軸的材料 機械中的軸多數為轉軸 要同時承受彎曲正應力和扭轉切應力兩種交變應力的作用 25 因此要求軸具有高的靜強度和疲勞強度 足夠的韌性 即具有良好的綜合機械性能 此 外對于用滑動軸承支承的軸 軸頸處還受到強烈的摩擦和磨損 因此軸頸處的局部表面 還要求有高的硬度和耐磨性 對于載荷不大 轉速不高的一些不重要的軸可采用 Q235 Q237 等碳素結構鋼來制造 以降低成本 對于一般用途和較重要的軸多采用 45 鋼 等中碳的優(yōu)質碳素結構鋼制造 這類鋼對應力集中的敏感性小 加工性和經濟性好 且 經過調制 或正火 處理后可獲得良好的綜合機械性能 軸頸處可進行表面淬火處理 根據需求 從動軸的材料選用 45 鋼 其力學性能見表 3 9 所示 表 3 9 軸的常用材料及其主要力學性能 抗拉 強度 b 屈服 點 s 彎曲疲 勞極限 1 扭轉疲 勞極限 1 許用靜 應力 1 許用疲勞 應力 1 材 料 牌 號 熱 處 理 毛怌 直徑 mm 硬度 HB MPa 不小于 MPa MPa 備注 45 調 質 100 170 217 600 300 240 140 240 160 184 應用 最廣 泛 3 4 1 3 從動軸的結構設計 軸的結構設計就是在強度計算 求得軸端直徑 的基礎上 合理地定出軸的各部分 的結構形狀和尺寸 所謂合理就是軸的結構要滿足軸上零件 包括軸承 的可靠定位和 固定 以保證軸上零件和軸具有正確的工作位置 同時軸的結構應滿足軸的受力情況好 應力集中小 強度 剛度 高的要求 此外 軸的結構還應具有良好的工藝性 便于軸 的加工和測量 便于軸承 軸 軸上零件的裝配 拆卸和調整等 為實現上述要求 一 般軸多設計成中間粗 兩端細的階梯形 稱為階梯軸 一 軸上零件的布置 軸的結構應考慮合理布置軸上零件的要求 軸上零件布置合理 可以改善軸的受力 情況提高軸的強度 剛度 對于中間傳動軸 其軸上傳動零件應盡量采取對稱布置 對于動力輸入軸和輸出軸 其外伸端的傳動零件應盡量靠近軸承布置 以減少外伸長度 對于同以軸上多個零件受到軸向力作用時 應使軸向力方向相反 互相抵消 二 軸上零件的定位和固定 26 1 軸上零件的軸向定位和固定 軸上零件的軸向定位通常均采用軸肩或軸環(huán) 這種定位方法簡單 方便 可靠 軸 肩或軸環(huán)處應有過渡圓角 且圓角半徑不宜太小 以減少應力集中 為了使零件斷面能 與軸肩或軸環(huán)平面接觸到 零件孔口處的半徑 R 或倒角 C 應大于軸上圓角半徑 r 為了使 零件端面能與軸肩或軸環(huán)平面具有一定的接觸面積 軸肩或軸環(huán)應有足夠的高度 h 軸環(huán) 的寬度 b 可取 1 4h 受有軸向力的定位軸肩取大值 沒有軸向力的定位軸肩取小值 為 了拆卸滾動軸承方便 安裝滾動軸承處的軸肩高度另有規(guī)定 可直接由滾動軸承標準中 查取 軸上零件除要求正確的軸向定位外 還要求可靠的軸向固定 以防止軸上零件在工 作時產生軸向移動 軸上零件常用的軸向固定方式有多種 如套筒 其結構簡單 不用 在軸上開槽 鉆孔 固定可靠 承受軸向力大 多用于軸上兩零件相距不遠的場合 2 軸上零件的周向固定 軸上零件的周向固定就是限制軸上零件和軸之間的相對運動 以實現兩者之間的運 動和動力 轉矩 的傳遞 這種固定均通過軸與輪轂之間的聯接來實現 常用的方法有 普通平鍵聯接以及過盈配合聯接 此外 用緊定螺釘和圓錐銷作軸向向固定的同時也起 到周向固定的作用 綜上所述 軸上安裝鏈輪處其軸向固定用軸肩與套筒 其周向固定用平鍵 軸上安 裝軸承處其軸向固定用軸肩 軸肩或軸環(huán)處應有過渡圓角 且圓角半徑 r 不宜太小 以減少應力集中 為了使零 件端面能與軸肩或軸環(huán)平面接觸到 零件孔口處的圓角半徑 R 或倒角 C 應大于軸上圓角 半徑 r 為了使零件端面能與軸肩或軸環(huán)平面具有一定的接觸面積 軸肩或軸環(huán)應有足夠 的高度 h 軸環(huán)的寬度 b 可取為 1 4h 具體的 r R C 和 h 見表 3 10 27 表 3 10 軸上零件的孔口倒角 C 或圓角 R 軸肩 軸環(huán)處圓角半徑 r 和高度 h mm 軸徑 d 10 18 18 30 30 50 50 80 軸上圓角 r 1 1 5 2 2 5 零件倒角 C 或圓 角 R 1 5 2 2 5 3 軸肩高度 h 定位軸肩 h 1 2 2 C 或 h 1 5 2 R 非定位軸肩 h 1 3mm 或更小 三 軸的結構工藝性 軸的結構應滿足便于軸的加工 測量 軸上零件的裝配 拆卸等工藝要求 軸上車削螺紋處一般應有螺紋退刀槽 在磨削處應留有砂輪越程槽 同一軸上有多 個鍵槽時 各軸段上的鍵槽應位于同以直線上 以便于加工 對于細長軸和高精度要求 的軸 需要磨削 其軸端設計有中心孔 以便加工時可用頂尖頂住 既可使加工過程中 定位基準統(tǒng)一 又可提高加工時支承的剛度 減少加工時軸的變形 從而顯著提高軸的 加工精度 為了便于軸上零件的裝配 減少壓配距離 并保證配合面的精度 在軸上相 應部位也應設計出軸肩 這種軸肩稱為裝配軸肩 非定位軸肩 其高度 h 應比定位軸肩 小 一般可取 1 3mm 四 軸的加工和裝配工藝性 軸的結構應便于加工 測量 裝配和維修 因此在軸的結構設計時 應考慮以下幾 個主要問題 1 考慮加工工藝所必須的結構要素 如中心孔 螺尾退刀槽 砂輪越程槽等 2 合理確定軸與零件的配合性質 加工精度和表面粗糙度 28 3 軸的配合直徑應按 GB T2822 1981 圓整為標準值 4 確定各軸段長度時 應盡可能使結構緊湊 同時要保證零件所需的滑動距離 裝配 或調整所需空間 轉動件不得與其他零件相碰撞 與輪轂配裝的軸段長度 一般應略小 于輪轂 2 3 mm 以保證軸向定位可靠 5 軸上所有零件 都應無過盈地到達配合的部位 6 為便于導向和避免擦傷配合表面 軸的兩端及有過盈配合的臺階處都應制成倒角 7 為減少加工刀具種類和提高勞動生產率 軸上的倒角 圓角 鍵槽等應盡可能取 相同尺寸 五 從動軸上鍵槽的確定 從動軸上安裝鏈輪處采用平鍵固定 根據需求選擇鍵的型號為 14 70 GB1096 90 其具體尺寸如表 3 11 表 3 11 鍵的尺寸 軸 鍵 鍵槽 深度公稱直徑 d 公稱尺寸 b h C 或 r l 范圍 軸 t 軸 1t 45 14 9 0 40 0 60 30 160 5 5 3 8 六 從動軸的主要尺寸如圖 3 12 所示 29 圖 3 12 從動軸的主要尺寸 3 4 2 滾動軸承的選用 3 4 2 1 滾動軸承的特點和結構 滾動軸承是根據滾動摩擦原理工作的 因而它具有摩擦系數小 啟動靈活 活動性 能好效率高 且能在較廣泛的負荷 速度和精度范圍內工作等一系列的優(yōu)點 因而在各 種機器中得到廣泛的應用 其缺點是承受沖擊載荷的能力較差 高速運轉時易產生噪聲 徑向尺寸較大 使用壽命也較低 滾動軸承的種類較多 但其結構大體相似 一般分為 深溝球軸承 圓柱滾子軸承 和推力球軸承 它們都是由內圈 或軸圈 外圈 或座圈 滾動體和保持架等四個部 分組成 軸承的套圈 內圈和外圈的統(tǒng)稱 或墊圈 軸圈和座圈的統(tǒng)稱 是具有一個或 幾個滾道的滾動軸承的環(huán)行零件 其功用是在依靠其滾道來承受負荷 并作為滾動體的 滾動軌道 防止?jié)L動體沿套圈的軸向或墊圈的徑向移動 滾動體是在套圈或墊圈的滾道 間滾動的球或滾子 其功用是在套圈或墊圈之間作滾動運動 以實現滾動摩擦并傳遞載 荷 滾動體的形狀常見的有球 圓柱和圓錐等 保持架是部分地包裹全部 或一些 滾動體 并與之一起運動的軸承零件 用以均 勻隔離滾動體 并且通常還引導滾動體和將其保持在軸承內 30 通常滾動軸承的的外圈安裝在基座孔中固定不動 內圈則裝在軸上與軸一起轉動 而滾動體則在內 外圈的滾道之間滾動 形成滾動摩擦 3 4 2 2 滾動軸承的選用 一 選擇軸承的類型應考慮以下因素 1 載荷的大小 方向和性質 當承受的載荷大或為沖擊載荷時 應選用承載能力大 剛性好 耐沖擊的滾子軸承 反之則應選用球軸承 當承受純徑向載荷時 應選用向心軸承 如深溝球軸承 圓柱滾 子軸承等 當承受純軸向載荷時 應選用推力軸承 如推力圓柱滾子軸承 單向或雙向 推力球軸承 當同時承受徑向載荷和軸向載荷時 若軸向載荷較小 則可選用深溝球軸 承 軸向載荷較大 則可選用角接觸球軸承或圓錐滾子軸承 當軸向載荷很大 可選用 向心軸承和推力軸承的組合 以分別承受徑向載荷和軸向載荷 2 軸承的轉速 在滾動軸承的產品樣本中 一般都列出了每個軸承在油潤滑和脂潤滑時所允許的最 高轉速 稱為軸承的極限轉速 用 表示 為了使軸承的工作轉速 n 故應注意以limn limn 下幾點 1 當軸承的工作轉速較高時 應優(yōu)先選用球軸承 這是由于滾動體球比滾子質量小 離心慣性力也小 且摩擦系數小 轉動靈活 因此具有較高的極限轉速 2 高速運轉的軸承應優(yōu)先選擇輕 窄系列的軸承 這是因為輕 窄系列軸承較對應 重 寬系列軸承具有較高的極限轉速 3 調心性能 對于彎曲剛度小的軸或多支點軸的軸承應選用調心軸承 4 結構尺寸的限制 當徑向尺寸受限制時 可選用輕系列軸承或滾針軸承 當軸向尺寸受限制時 應選 用窄系列軸承 5 安裝與拆卸 對于采用整體式軸承座并需要經常裝拆的軸承 應優(yōu)先選用可分離型軸承 如圓錐 滾子軸承和圓柱滾子軸承 6 經濟性 一般情況下 球軸承的價格低于滾子軸承 徑向接觸軸承價格低于角接觸軸承 0 級 31 精度軸承的價格遠低于其他公差等級的軸承 為此在滿足軸承使用性能要求的前提下 應盡量選用價格低廉的軸承 二 軸承的選用 根據需求從動軸上可選用深溝球軸承 其主要性能及應用 主要承受徑向載荷 也 能承受一定的軸向載荷 極限轉速較高 當量摩擦因素最小 高轉速時可用來承受不大 的純軸向載荷 允許角偏差 承受沖擊能力差 適用于剛性較大的軸上 常用于 2 10 機床齒輪箱 小功率電機等 選用軸承型號為 61909 GB T276 1994 其尺寸如表 3 12 圖 3 13 所示 表 3 12 軸承尺寸 基本尺寸 安裝尺寸 基本額定載荷 極限轉速 重量 軸承代號 d D B ad min max asr max rCor脂油 W 60000 型 mm mm kN r min kg 45 68 12 50 63 0 6 12 8 9 72 8500 11000 0 140 61909 圖 3 13 軸承 32 3 4 2 3 軸承的潤滑 滾動軸承部件中的各零件間相互傳遞載荷 并具有相對運動 因此工作時必須進行 潤滑 以減少摩擦和磨損 同時起冷卻 吸振 防銹和減少噪聲等作用 其常用的潤滑 方式有油潤滑和脂潤滑兩類 本次設計選用的是密封軸承 可不定期將其拆下加入潤滑 脂潤滑 3 4 3 軸承座的設計 軸承座是安裝在軸承上的一個零件 它起到了將軸及軸系零件固定在機架上的作用 根據本次設計的需求 從動軸上安裝的軸承座設計成整體式軸承座 此軸承座安裝在軸 承上 通過螺栓連接軸承端蓋起軸向固定的作用 通過螺栓與機架連接起到周向固定和 支承整個輸送裝置的作用 其具體尺寸與安裝尺寸見零件圖與裝配圖 圖 3 14 軸承座 3 4 4 軸承端蓋的設計 軸承端蓋是安裝在軸承座上的一個零件 屬軸系零件的一部分 通過螺栓與軸承端 蓋固定 起到對軸承端蓋軸向與周向固定的作用 它安裝在軸的尾端 其具體尺寸與安 裝尺寸見零件圖與裝配圖 33 圖 3 15 軸承端蓋 4 驅動裝置的設計 整個輸送系統(tǒng)的運轉與工作都由驅動裝置來完成 利用電動機來完成動力的輸出 通過凸緣聯軸器將動力傳遞到鏈傳動 使整個裝置能夠按需求運行 從而達到蘋果順利 分級的結果 圖 4 1 凸緣聯軸器 圖 4 2 電動機 5 機架的設計 整套設備均由機架支承 機架主體由槽鋼制成 其余連接部分的材料有角鋼 Z 型卷 剛等 機架上設計了安放電動機等部件的鋼板等以系列零件 包括保證蘋果定位 傾斜 和旋轉的橡膠板 凸輪等零件 機架通過地角板安放在車間的地上 保證了整套設備的 牢固性與平穩(wěn)性 34 6 結論 本次設計的內容是蘋果分級機械輸送機構 我主要是設計蘋果輸送定位裝置 驅動 裝置和機架的設計 輸送定位裝置分兩大部分 也就是 PVC 塑料模塊的設計和鏈傳動的 設計 PVC 塑料模塊完成的功能是 使蘋果在輸送的過程中其花萼 莖的軸線處于垂直位 置 主要靠模塊底部的小輪旋轉 同時使蘋果與之一起旋轉 直到花萼 莖轉到小輪處 蘋果定位成功 這是此次設計的精華所在 根據設計需求 驅動裝置我最初考慮的方案 是利用帶傳動直接將電動機的動力傳輸到鏈傳動 但后來發(fā)現鏈傳動所需的速度很低 用帶傳動傳遞動力是行不通的 后來與指導老師探討 最后選擇用帶有減速器的電動機 來傳遞動力 一下子達到了設計的要求 整個驅動裝置的設計均是根據需求自行設計 這其中包括驅動軸 傳動軸及軸系零部件的設計 機架的設計