【JX18-73】水果深加工机械设计（二维+三维+论文）
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【JX18-73】水果深加工机械设计（二维+三维+论文）,JX18-73
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学生用表1广东海洋大学 届本科生毕业论文（设计）开题报告学院： 系： 专业： 学号姓名班名毕业论文（设计）题目指导教师所在单位、部门职称（1、内容包括：研究的目的和意义；国内外研究（设计）发展状况、发展水平与存在问题；研究（设计）主要内容、预期目标及拟解决的关键问题；研究（设计）方案与技术路线；研究（设计）方法；参考文献。2、撰写要求：字体为5号宋体字，字数不少于1500字。）目的：近年来，随着农业科技的发展和人民生活水平的提高，国内外水果品种越来越多，人们对水果的品质也有了更高的要求。为了提高水果的加工质量和出品等级，需要对水果进行严格的质量分级和大小分级。现有的水果分选机大多结构较为复杂，一般多以大型生产线为主，制造成本较高，分选效率也较低，分选成本较高，现有的水果分选机又以重量分选机为主，而农产品基地的水果销售多以尺寸大小、质地为衡量标准，重量分选机就不适合在农产品基地使用。意义：水果分选是水果进入流通领域的一个重要环节，直接关系到水果生产的效益。在市场经济高度发达的今天，异地销售、大宗农产品交易和农产品国际贸易等均离不开标准化。而水果分选就是实现龙眼商品标准化的最基础的一步。我国是水果生产大国，但绝大部分龙眼来源于农村集体和个体种植户，其品质差别很大，加上采摘及运输过程中不同程度的损伤等影响，给水果的分选工作带来一定的困难。目前龙眼分选工作多由人工完成，缺点是劳动强度大，生产率低且分选精度不稳定。采用微机控制的机电一体化设备来代替人工作业，可以实现龙眼分选的自动化，有效地提高分选效率和分选精度。因此，研究开发水果采后的自动化处理设备，对龙眼进行分级筛选然后销售或加工。国内外水果机械化发展概况我国是世界水果生产消费大国，但还不是水果加工强国。水果的品质还难以完全满足国内外消费者的要求，水果市场主要还在国内。随着我国加入WTO，水果生产销售面临着激烈的全球市场竞争，因此必须尽快提升我国水果种植和加工的水平，缩短与国外的差距。近几十年来，我国的水果加工水平提高缓慢，主要是我国的水果机械加工技术水平落后造成的。20世纪50年代以前，我国几乎没有食品机械工业，更不用说水果加工。水果的生产加工主要以手工操作为主，基本属于传统作坊生产方式。仅在沿海一些大城市有少量工业化生产方式的水果加工厂，所用设备几乎是国外设备。进入20世纪5070年代，水果加工业及水果机械行业得到一定的发展，全国各地新建了一大批水果加工工厂。但这样依然没有从根本上改变水果加工落后的面貌，这些加工厂尚处于半机械半手工的生产方式，机械加工仅用于一些主要的工序中，而其他生产工序仍沿用传统的手工操作方式。到了20世纪80年代以后，水果工业发展迅速。这得益于80年代以后的改革开放政策。随着外资的引入，出现很多独资、合资等形式的外商水果加工企业。这些企业在将先进的水果生产技术引进国内的同时，也将大量先进的水果机械带入国内。再加上社会对水果加工质量、品种、数量要求的不断提高，极大地推进了我国水果工业以及水果机械制造业的发展。通过消化吸收国外先进的水果机械技术，使我国的水果机械工业的发展水平得到很大提高。20世纪80年代中期，我国水果工业实现了机械化和自动化。进入20世纪90年代以后，又进行了新一轮的技术改造工程。在这一轮的技术改造工程中，许多水果加工厂对设备进行了更新换代，或直接引进全套的国外先进设备，或采用国内厂家消化吸收生产出的新型机械设备。经过两轮的技术改造工程，极大推进了我国水果机械工业的发展，水果机械工业现已形成门类齐全、品种配套的产业，已经为机械工业中的重要产业之一。国内水果机械化未来发展方向水果在中国食品产业占有重要地位，随着社会发展和进步，水果不但是人们生活的必需品，而且对经济起了很好的作用，而水果分选机是水果生产中的一种主要机械。21世纪，中国将实现水果生产和加工全程机械化，以满足水果生产规模化、经营产业化、水果产品多元化、水果质量无公害化的要求。水果机械将集机、电、液于一体，向智能化、自动化跨越。工作计划进程表时 间工 作 内 容2、本人对课题任务书提出的任务要求及实现目标的可行性分析任务要求：1、完成水果输送大小分类的主要功能的工作原理方案制定。2、完成设计计算和结构设计。3、完成CAD装配图的绘制。4、完成重要零部件的图纸绘制可行性分析：目前，龙眼类圆形水果种类很多，但同一种类圆形水果的密度差异甚小，因此按大小对此类水果分级是科学的。通过大量调查，分析研究，目前可用于龙眼类圆形水果分级的分选机大致可分为大小分选机、重量分选机、外观品质分选机和内部品质分选机。该水果分级分选机是由分级滚筒、传动机构和电动机组成。采用电动机提供动力，通过带轮传动机构，将运动和动力传送到直齿圆柱齿轮减速器，然后再通过链轮传动机构，将所需的运动和动力传送至分级滚筒上，从而实现水果的分选。整个机构简单且易于操作，便于维护，提高了生产效率，降低了劳动强度，为实现水果加工机械化与规模化提供了前提。结合实际情况及需要，我们选择用大小分级法对水果进行分级工作，该分选设备简易，应用广，较容易实现。3、本课题的关键问题及解决问题的思路设计中参考了一些食品机械（如分选机）的结构设计，在这基础上我根据分选机的原理对整个机器的分选部分做了简单的设计。整体的设计涉及到水果分选方式的选择、电动机的选型、二级减速器结构设计、传感器选型、传动等方面的内容。本设计能实现分选这个主要方面的功能，能实现最基本的分选水果的动作要求。需要解决的问题：(1) 水果分选机分类方式的确定；(2) 如何实现该类分选方式对水果的自动分级；(3) 传动方式的设计，选择和计算；本设计的总体方案：1.进行水果自动分选机的结构设计，简单的受力分析；2.根据设计的需要合理布置分选机的空间位置；3.整体结构的安装方案；4.在设计中要综合考虑机构的设计，要针对客观实际综合进行设计。选题是否合适： 是 否方案是否可行： 是 否进程是否合理： 是 否任务能否完成： 能 不能指导教师（签字） 年 月 日选题是否合适： 是 否方案是否可行： 是 否进程是否合理： 是 否任务能否完成： 能 不能指导小组组长（签字） 年 月 日4学生用表广东海洋大学 届本科生毕业论文（设计）中期报告学院： 系： 专业： 学号姓名班名论文(设计)题目简述开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果已经完成前期查找文献，对课题相关资料进行汇总消化，完成了第一章设计概述，包括课题研究目的及意义，国内外研究现状及发展趋势等。完成了第二章总体结构方案构思，分选方式的选择、电动机的选型、二级减速器结构设计等。分选机上的分级装置的孔眼的大小和形状必须根椐水果的大小、形状和产品工艺要求确定。特别注意分级级数的设计计算，提高分选质量，以保证后序工序的顺利进行。水果分选机是由分选机构、传动机构和电动机组成。水果分选时将水果运送至进料斗，然后流入到分级滚筒或摆动筛中，使水果在滚筒里滚转和移动或在摆动筛中作相对运动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到分级目的。方案选择为了实现预定的功用，有两套方案可以实现：(参见图1、图2)方案一 采用摆动筛式进行水果的分选图1方案一 示意图方案二 采用滚筒式进行水果分选图2 方案二 示意图方案的比较方案一采用摆动筛式来进行水果的分选，其机械振动装置由皮带传动使偏心轮回转，偏心轮带动曲柄连杆机构实现机体的直线往返式摆动。摆动筛分选机的优点为：结构简单，制造、安装容易；筛面调整方便，利用率高；以直线往复摆动为主。振动为辅，对物料损伤少；适用多物料及同一物料多种不同规格的分级。缺点为：动力平衡困难，噪音大，清洗不方便等。方案二采用滚筒式来进行水果的分选，其滚筒由摩擦轮带动，物料通过料斗流入到滚筒时，在其间滚转和移动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到分级目的。滚动式分选机的优点为：结构简单，分级效率高，工作平稳，不存在动力不平衡现象。缺点为：机器占地面积大，筛面利用率低；由于筛孔调整困难，对原料的适应性差。本课题研究的主要目的是实现水果生产的规模化和机械化，而且主要针对单一物料进行分级，对水果的损伤情况不做过多要求，故采用方案二比较合理。存在的具体问题设计中参考了一些食品机械（如分选机）的结构设计，在这基础上我根据分选机的原理对整个机器的分选部分做了简单的设计。整体的设计涉及到水果分选方式的选择、电动机的选型、二级减速器结构设计、传感器选型、传动等方面的内容。本设计能实现分选这个主要方面的功能，能实现最基本的分选水果的动作要求。需要解决的问题：(1) 水果分选机分类方式的确定；(2) 如何实现该类分选方式对水果的自动分级；(3) 传动方式的设计，选择和计算；下一步工作具体设想与安排本设计的总体方案：1.进行水果自动分选机的结构设计，简单的受力分析；2.根据设计的需要合理布置分选机的空间位置；3.整体结构的安装方案；4.在设计中要综合考虑机构的设计，要针对客观实际综合进行设计。指导教师意见指导教师签名：年 月 日目 录 摘要1 关键词1 1 前言2 2 总体方案的拟定3 2.1 原理分析3 2.2 总体结构设计5 2.3 各执行机构主要参数的计算6 2.4 传动装置的运动和动力参数的计算13 3 主要零件的选择和设计15 3.1 皮带传动的设计计算15 3.2 直齿圆柱齿轮的设计计算17 3.3 滚子链传动的设计计算20 3.4 轴的设计计算21 3.4.1 高速轴的设计计算21 3.4.2 低速轴的设计计算24 3.5 轴承的校核27 3.6 键的设计计算与校核27 3.7 润滑与密封28 3.8 主要缺点和有待进一步改进的地方29 4 结束语29 参考文献31 致谢32 - 1 - 摘 要 本文分析了中国国内外桂圆分级分选机的研究和发展现状，对未来进行了展望， 设计出了一种新型桂圆分级分选机构。该桂圆分级分选机是由分级滚筒、传动机构和 电动机组成。采用电动机提供动力，通过带轮传动机构，将运动和动力传送到直齿圆 柱齿轮减速器，然后再通过链轮传动机构，将所需的运动和动力传送至分级滚筒上， 从而实现桂圆的分选。整个机构简单且易于操作，便于维护，提高了生产效率，降低 了劳动强度，为实现桂圆加工机械化与规模化提供了前提。 关键词：桂圆；形状；分选机构；分级滚筒； - 1 - Abstract This paper analyzes the present situation of the Chinese domestic and foreign fruit sorting machine research and development，on the future prospects，we design a new type of fruit sorting mechanism. The fruit sorting machine is composed of grading cylinder，transmission mechanism and a motor. The power provided by a motor，through a belt pulley transmission mechanism，the movement and power is transmitted to the straight tooth cylindrical gear reducer，and then through the chain wheel transmission mechanism，the required movement and power is transmitted to the classification on the drum，thereby we can realize the separation of fruit. The entire mechanism is simple and easy to operate，easy to maintain，improve production efficiency，reduce labor intensity，which help to achieve the fruit processing mechanization and scale and to provide the premise. Key Words: fruit; shape; the grading mechanism; grading cylinder - 1 - 1 前言 1.1 选题研究意义 桂圆分选是桂圆进入流通领域的一个重要环节，直接关系到桂圆生产的效益。在 市场经济高度发达的今天，异地销售、大宗农产品交易和农产品国际贸易等均离不开 标准化。而桂圆分选就是实现桂圆商品标准化的最基础的一步。我国是桂圆生产大国， 但绝大部分桂圆来源于农村集体和个体种植户，其品质差别很大，加上采摘及运输过 程中不同程度的损伤等影响，给桂圆的分选工作带来一定的困难。目前桂圆分选工作 多由人工完成，缺点是劳动强度大，生产率低且分选精度不稳定。采用微机控制的机 电一体化设备来代替人工作业，可以实现桂圆分选的自动化，有效地提高分选效率和 分选精度。因此，研究开发桂圆采后的自动化处理设备，对桂圆进行分级筛选然后销 售或加工。 1.2 国内外桂圆机械化发展概况 我国是世界桂圆生产消费大国，但还不是桂圆加工强国。桂圆的品质还难以完全 满足国内外消费者的要求，桂圆市场主要还在国内。随着我国加入 WTO，桂圆生产 销售面临着激烈的全球市场竞争，因此必须尽快提升我国桂圆种植和加工的水平，缩 短与国外的差距。近几十年来，我国的桂圆加工水平提高缓慢，主要是我国的桂圆机 械加工技术水平落后造成的。20 世纪 50 年代以前，我国几乎没有食品机械工业，更 不用说桂圆加工。桂圆的生产加工主要以手工操作为主，基本属于传统作坊生产方式。 仅在沿海一些大城市有少量工业化生产方式的桂圆加工厂，所用设备几乎是国外设备。 进入 20 世纪 5070 年代，桂圆加工业及桂圆机械行业得到一定的发展，全国各地新 建了一大批桂圆加工工厂。但这样依然没有从根本上改变桂圆加工落后的面貌，这些 加工厂尚处于半机械半手工的生产方式，机械加工仅用于一些主要的工序中，而其他 生产工序仍沿用传统的手工操作方式。到了 20 世纪 80 年代以后，桂圆工业发展迅速。 这得益于 80 年代以后的改革开放政策。随着外资的引入，出现很多独资、合资等形 式的外商桂圆加工企业。这些企业在将先进的桂圆生产技术引进国内的同时，也将大 量先进的桂圆机械带入国内。再加上社会对桂圆加工质量、品种、数量要求的不断提 高，极大地推进了我国桂圆工业以及桂圆机械制造业的发展。通过消化吸收国外先进 的桂圆机械技术，使我国的桂圆机械工业的发展水平得到很大提高。20 世纪 80 年代 - 2 - 中期，我国桂圆工业实现了机械化和自动化。进入 20 世纪 90 年代以后，又进行了新 一轮的技术改造工程。在这一轮的技术改造工程中，许多桂圆加工厂对设备进行了更 新换代，或直接引进全套的国外先进设备，或采用国内厂家消化吸收生产出的新型机 械设备。经过两轮的技术改造工程，极大推进了我国桂圆机械工业的发展，桂圆机械 工业现已形成门类齐全、品种配套的产业，已经为机械工业中的重要产业之一。 1.3 国内桂圆机械化未来发展方向 桂圆在中国食品产业占有重要地位，随着社会发展和进步，桂圆不但是人们生活 的必需品，而且对经济起了很好的作用，而桂圆分选机是桂圆生产中的一种主要机械。 21 世纪，中国将实现桂圆生产和加工全程机械化，以满足桂圆生产规模化、经营 产业化、桂圆产品多元化、桂圆质量无公害化的要求。桂圆机械将集机、电、液于一 体，向智能化、自动化跨越。 1.4 目前国内常见的桂圆分选机主要有以下几种类型 目前我国桂圆业生产上使用的分选机类型很多，大小不一。根据桂圆检测指标的 不同，桂圆分选机大致可以分为大小分选机、重量分选机、外观品质分选机和内部品 质分选机。本课题主要研究的是大小分选机，而根据其结构和工作原理的不同，大小 分选机可分为筛子分选机、回转带分选机、辊轴分选机、滚筒式分选机。 - 1 - 2 总体方案的拟定 2.1 原理分析 分选机上的分级装置的孔眼的大小和形状必须根椐桂圆的大小、形状和产品工艺 要求确定。特别注意分级级数的设计计算，提高分选质量，以保证后序工序的顺利进 行。桂圆分选机是由分选机构、传动机构和电动机组成。桂圆分选时将桂圆运送至进 料斗，然后流入到分级滚筒或摆动筛中，使桂圆在滚筒里滚转和移动或在摆动筛中作 相对运动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到分级目的。 2.1.1 方案选择 为了实现预定的功用，有两套方案可以实现：(参见图 1、图 2) 方案一 采用摆动筛式进行桂圆的分选 图 1 方案一 示意图 方案二 采用滚筒式进行桂圆分选 - 2 - 图 2 方案二 示意图 2.1.2 方案的比较 方案一采用摆动筛式来进行桂圆的分选，其机械振动装置由皮带传动使偏心轮回 转，偏心轮带动曲柄连杆机构实现机体的直线往返式摆动。摆动筛分选机的优点为： 结构简单，制造、安装容易；筛面调整方便，利用率高；以直线往复摆动为主。振动 为辅，对物料损伤少；适用多物料及同一物料多种不同规格的分级。缺点为：动力平 衡困难，噪音大，清洗不方便等。方案二采用滚筒式来进行桂圆的分选，其滚筒由摩 擦轮带动，物料通过料斗流入到滚筒时，在其间滚转和移动，并在此过程中通过相应 的孔流出，以达到分级目的。滚动式分选机的优点为：结构简单，分级效率高，工作 平稳，不存在动力不平衡现象。缺点为：机器占地面积大，筛面利用率低；由于筛孔 调整困难，对原料的适应性差。本课题研究的主要目的是实现桂圆生产的规模化和机 械化，而且主要针对单一物料进行分级，对桂圆的损伤情况不做过多要求，故采用方 案二比较合理。 2.2 总体结构设计 2.2.1 总体结构 总体结构分为以下主要部分（如图3所示）： 进料斗、滚筒、收集料斗、机架、传动装置、摩擦轮等。 - 3 - 图 3 桂圆分选机结构图 2.2.2 传动路线 桂圆分选机的传动路线如图 4 所示，该机构是通过电动机驱动皮带传动，将运动 和动力直齿圆柱齿轮减速器，通过减速器减速后，再由链轮传动机构将运动和动力传 递给摩擦轮，在摩擦轮的带动下，以实现对桂圆的分级。 1.电机 2.皮带轮 3.摩擦轮 4.摩擦轮轴 5.单级直齿圆柱齿轮减速器 6.链传动 图4 桂圆分选机的传动路线 2.3 各执行机构主要参数的计算 - 4 - 2.3.1 滚筒设计 考虑到桂圆大小形状的差异，将滚筒的分级情况定为 6 级。在实际分级中，可以 将相邻的两级料斗合为一级，以满足不同分级的需要。现在设计采用 5 节筛筒，6 级 分级。 2.3.2 滚筒孔眼总数的确定 生产能力 G 可由下式计算： G 3600zm10001000 （2- 1） 式中：z为滚筒上的孔眼总数；G为生产能力；为在同一秒内从筛孔掉下物料的 系数，因分选机型和物料性质不同而异，滚筒式可取1025；m为物料的平 均质量。 根据设计要求给定的参数G=12 t/h，m=400g，= 2.0 可求出z =10001000G3600m =100010001236000.02400 =417（个） 2.3.3 滚筒直径 D、长度 L 以及各级排数 P 和各排孔数 Z 的确定 在生产能力已知的情况下，通过式（2-1）求取的Z为滚筒上所需的孔数。但由于 各级筛孔孔径不同而滚筒直径相同，所以这个总孔数不能平均分配在各级中，而应根 据工艺的要求分成不同直径的若干级别，再依级数设每级排数以确定同一级每排筛孔 数。若把滚筒展开成平面，则其关系为 每级孔数=排数每排孔数 每级长度=（每级筛孔直径每排孔数）（筛孔间隙各排孔数） 则 滚筒的圆周长度=（排数各级孔径）（排数孔径） 理论上，每级的孔数之和等于总孔数Z，每级长度之和是所设计的滚筒长度，但 这样设计计算各级滚筒的直径各不相同，无法连接在一起。因此一般取滚筒中直径较 大的一级作为整个滚筒的直径。 初步确定滚筒直径和长度后，用D:L=1:46进行校核，若不在此范围内，就应重 新调整每级排数或孔数，直至达到此比例范围内为止。一般若L6D，则可适当增加 排数，减少每排孔数；若L6D，则应增加每排孔数，减少排数。 现在由分选所需桂圆的需求，对筛筒孔径作如下估计： 表1 筛孔孔径的参数 - 5 - 筛孔 孔径长宽（mm）孔隙（mm）粒径分布比例系数 ai 轴向分布比例系数 bi 第一级804020.41/81/2 第二级854522.41/21/4 第三级905024.41/41/8 第四级955526.41/81/8 第五级1006028.41/81/8 2.3.4 各级筛孔数的计算 （1）各级筛孔的孔数 Z1=ai bi Z （2-2） 式中：Z1每个筛孔的个数，个； ai原料粒径分布比例系数； bi原料沿滚筒轴向分布比例系数； Z基准孔数，个。 （2）基准孔数为 Z=Z/ai bi （2-3） 则 Z=417 /（ 1/81/21/21/41/41/81/81/81/81/8）=1668（个） 则，可求 Z1=aibiZ=1/81/21668=104 Z2=aibi Z=1/21/41668=209 Z3=aibiZ=1/41/81668=52 Z4=aibiZ=1/81/81668=26 Z5=aibiZ=1/81/81668=26 （3）筛孔排数与每排孔数的计算 已知u = L/D （2- 4） 式中：u长度与直径之比； L滚筒的长度，m； - 6 - D滚筒的直径，m。 又知滚筒的长度可表示为 L=Li =1/P0Zi/Ci(diei) （2-5） 式中：P0基准排数，通常以第一级为基准； di各级筛孔的直径，m； ei个级筛孔的孔径，m； Ci筛孔的直径及间隙对排数的影响比例系数。 又知CI= P1P0 （2- 6） 式中：P1各级筛孔的排数 因 Si= diei 故 Pi=2D / Si3 则将这些转换式对L=Li =1/P0Zi/Ci(diei)进行化简，得 L=2D/ SiZ1(d1e1)2Z2(d2e2)2Z3(d3e3)2Z4(d4e4)2Z5(d5e5)23 又估计u = L/D=4 则D= 1/4L 则L2=2/104(0.0800.015)2209(0.0850.020)252(0.0900.025)3 226(0.0950.030)226(0.1000.035)2 解得L=2.3 m 则D= 1/4L=0.575 m 则由 Pi=2D / Si ，得3 P1=20.575/ (0.0800.015)=233 P2=20.575/ (0.0850.020)=203 P3=20.575/ (0.0900.025)=183 P4=20.575/ (0.0950.030)=173 P5=20.575/ (0.1000.035)=153 由此可得各级滚筒每排孔数： - 7 - 由 ZPi=Zi/Pi 可得 ZP1= Z1/P1 = 104/23 =5 ZP2= Z2/P2 = 209/20 =10 ZP3= Z3/P3 = 52/18 =3 ZP4= Z4/P4 = 26/17 =2 ZP5= Z5/P5 = 26/15 =2 经圆整后，各级滚筒每排的孔数为： ZP1=4 ZP2=7 ZP3=3 ZP4=3 ZP5=2 （4）滚筒直径的确定 各级滚筒的周长为 li =/2 (diei)Pi （2-7）3 l1 = 3/2 (d1e1)P1=/2 (0.0800.015)23=1.892 m3 l2 = 3/2 (d2e2)P2=/2 (0.0850.020)20=1.819 m3 l3 = 3/2 (d3e3)P3=/2 (0.0900.025)18=1.793 m3 l4 = 3/2 (d4e4)P4=/2 (0.0950.030)17=1.840 m3 l5 = 3/2 (d5e5)P5=/2 (0.1000.035)15=1.754 m3 各级计算周长中，最长的作为整个滚筒的周长，则l=1.892 m。 （5）筛孔间隙修正 因为各级计算周长与确定的滚筒轴长l存在差值，则按下式修正： ei=2l/ Pidi （2-8）3 则 e1 =21.892/230.080 =0.0153 e2 =21.892/200.085 =0.0243 e3 =21.892/180.090 =0.0313 e4 =21.892/170.095 =0.0343 e5 =21.892/150.100 =0.0463 - 8 - （6）滚筒直径 D=l/ （2-9） 则 D=1.892/=0.60 m （7）长径比验算 总长度的确定，应将各级的一侧边缘尺寸fi计入，因此 L=Lifi （2-10） 又知 fi= Si 2=1/2(diei) （2-11） 则滚筒的长度为 L=ZPi(diei)1/2(diei) （2-12） 则 L=ZPi(diei)1/2(diei) （2-13） L=4(0.0800.015)7(0.0850.020)3(0.0900.025) 3(0.0950.030)2(0.1000.035)1/2(0.0800.015)(0.0850.020) (0.0900.025)(0.0950.030)(0.1000.035)=2.393 m 将计算出的滚筒长度和直径代入长径比公式中进行验算，若不超过规定长度比的 5，则可确定长度和直径；否则要重新进行校正。 由计算知 D=0.60 m L=2.393 m 则u = L/D=2.393/0.60=3.99 规定的u = L/D=4 则相差值为4-3.99=0.015，符合要求。 故可确定滚筒 D=0.60 m L=2.393 m 2.3.5 转速n及水平倾角a的确定 滚筒的转速影响分级效率及生产能力，而滚筒的转速取决于直径。滚筒一般呈倾 斜放置，则通常转速可由以下公式确定： n = 1214 /R （2- 14） 则由前面滚筒尺寸参数计算中，知D=0.60 m，根据公式可得本设计中的转速范围 n = 1214 /R=1214 /0.60=1518 r/min 又考虑滚筒的转速一般为1015 r/min，一般不超过30 r/min。在结合实际生产 需求，最终确定滚筒的转速n=18 r/min。 由上式可知，n与R成反比，即滚筒直径越大，其转速越小。 - 9 - 而滚筒的倾角a与滚筒的长度有关，一般约为3 o5 o，长的滚筒取小值，短的取 大值。本设计中滚筒的长度为L=2.393 m，结合实际生产的需要，取a=4 o。 2.3.6 滚轮和摩擦轮 滚轮和摩擦轮工作时，滚圈的动力是由摩擦轮与之摩擦所产生的，她们是一对相 对运动的部件。通常为了维修及更换零件的方便，在设计上，摩擦轮所选择的材料要 比滚圈耐磨性差，以便把磨损落在摩擦轮上。摩擦轮和滚圈的结构如图5所示。 滚圈的常用材料为Q235、Q255、40号碳素钢。摩擦轮的材料常为HT250、HT200等。 这里取滚圈的材料为Q235，摩擦轮的材料为HT200。 摩擦轮的宽度b一般比滚圈宽度B大3040 mm，以补偿筒体热胀冷缩和轴向窜动 的需要，经计算摩擦轮外径为d=375 mm，宽度为90 mm（由与滚圈宽60 mm关系式计 算得出）。 1.滚筒 2.摩擦轮 3.滚圈 图5 摩擦轮与滚圈 Fig5 The friction wheel and the rolling ring 2.3.7 功率计算 对于摩擦轮传动式，其功率可用下式计算： P=Rn(m113m2)g/60 （2- 15） 式中：P滚筒转动所需要的电动机功率，W； R滚筒内半径，m； - 10 - n滚筒转速，r/min； m1滚筒本身质量，kg； m2滚筒内原料质量，kg； 传动效率，一般取0.60.7。本设计中取=0.6。 m2=R2Lr1 （2- 16） 式中：L滚筒的长度，m； r1物料的密度，kg/m3； 物料在滚筒中的填充系数，一般为0.050.10。 在本设计中，所涉及的滚筒用来筛选桂圆，按其平均质量和半径，估算出物料密 度1.2103 kg/m3，填充系数选取=0.07，则 m2=R2Lr1=3.14（0.60-0.0022）/222.3931.21030.07=56 kg 将以上结果代入滚筒转动时所需的电动机功率P的计算公式中： P=Rn(m113m2)g/60 =（0.60-0.0022）/218(621356) 9.81/600.6=1155 W 2.3.8 筛孔的设计 筛孔是分选机械的主要工作部分，其优劣程度直接影响分级效果。筛孔有正方形、 矩形、正三角形等排列。经计算，正三角形排列筛面的有效系数比正方形排列增加 16，如图6所示，其有效筛面面积更大，故在设计中采取正三角形排列。 图6 正三角形排列 Fig6 The equilateral triangle arrangement - 11 - 2.3.9 选择电动机 （1）选择电动机类型和结构形式 生产单位一般用三相交流电源，如无特殊要求(如在较大范围内平稳地调速，经 常起动和反转等)，通常都采用三相交流异步电动机。我国已制订统一标准的 Y 系列 是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀 性气体和无特殊要求的机械，如金属切削机床、风机、输送机、搅拌机、农业机械和 食品机械等。由于 Y 系列电动机还具有较好的起动性能，因此也适用于某些对起动转 矩有较高要求的机械(如压缩机等)。在经常起动，制动和反转的场合，要求电动机转 动惯量小和过载能力大，此时宜选用起重及冶金用的 YZ 型或 YZR 型三相异步电动 机。 三相交流异步电动机根据其额定功率(指连续运转下电机发热不超过许可温升的 最大功率，其数值标在电动机铭牌上)和满载转速(指负荷相当于额定功率时的电动机 转速，当负荷减小时，电机实际转速略有升高，但不会超过同步转速磁场转速) 的不同，具有系列型号。为适应不同的安装需要，同一类型的电动机结构又制成若干 种安装形式。各型号电动机的技术数据(如额定功率、满载转速、堵转转矩与额定转 矩之比、最大转矩与额定转矩之比等)、外形及安装尺寸可查阅产品目录或有关机械 设计手册。 按已知的工作要求和条件，选用 Y 型全封闭笼型三相异步电动机。 （2）选择电动机类型的功率 由前面设计计算已知，工作机所需的电动机输出功率为 P工作输出=1.155 KW 电动机至运输带之间的总效率为 总=皮带齿轮3滚动轴承链轮2摩擦轮 =0.960.970.9930.960.902 =0.703 所以电动机的输入功率为 P电动机输入= P工作输出/总 =1.155/0.703 =1.64 kW - 12 - （3）初选同步转速为750 r/min的电动机 由P电动机输入P电动机额定，故根据机械设计课程设计手册表12-1，选择电动机型 号为Y132S-8，其额定功率为2.2 KW，满载转速为710 r/min，即 P电动机额定=2.2 kW n电动机额定=710 r/min 2.4 传动装置的运动和动力参数的计算 2.4.1 各传动装置的总传动比及各轴转速的计算的计算 分配各级传动比时应考虑的问题： （1）各级传动比机构的传动比应在推荐值的范围内，不应超过最大值，已利于 发挥其性能，并使其结构紧凑。 （2）应使各级传动的结构尺寸协调、匀称。例如：由 V 带传动和齿轮传动组成 的传动装置，V 带传动的传动比不能过大，否则会使大带轮半径超过变速器的中心高， 造成尺寸不协调，并给机座设计和安装带来困难。 （3）应使传动装置外廓尺寸紧凑，重量轻。在相同的总中心距和总传动比情况 下， 具有较小的外廓尺寸。 （4）在变速器实际中常使各级大齿轮直径相近，使大齿轮有相近的侵油深度。 高、 低速两极大齿轮直径相近，且低速级大齿轮直径稍大，其侵油深度也稍深些有利于侵 油润滑。 （5）应避免传动零件之间发生干涉碰撞。高速级大齿轮与低速轴发生干涉，当 高速级传动比过大时就可能产生这种情况。除考虑上诉几点还要理论联系实际，思考 机器的工作环境、安装等特殊因素。这样我们就可以通过实测与理论计算来分配各级 的传动比了。 电动机的满载转速为 710 r/min， 要求的输出为 18r/min，则总的传动比为： nm / n=710/1839.44 V 带传动比常用范围 i7； 圆柱齿轮传动单级减速器传动比的范围 i46； 链传动传动比的范围 i6； - 13 - 摩擦轮传动传动比的范围 i5。 故设计分配传动比如下： 第一级 V 带传动比 i1=3； 第二级齿轮传动传动比 i2=4； 第三级链传动传动比 i3=2； 第二级摩擦轮传动传动比 i4=1.6。 电动机轴为 0 轴，减速器高速轴为 1 轴，低速轴为 2 轴，摩擦轮轴为 3 轴，各轴 转速为： n0= nw=710 r/min n1= n0/ i1=710/3=237 r/min n2= n1/ i2=237/4=59 r/min n3= n2/ i3=59/2=30 r/min n4= n3/ i4=30/1.6=18 r/min 2.4.2各轴输入功率的计算 机械效率分布如下：V 带传动 1=0.96；滚动轴承 2=0.99；圆柱齿轮传动 3=0.97；链传动 4=0.96；摩擦轮传动 5=0.90。各轴输入功率按电动机额定功率计算， 各轴输入功率即： P0 = PW = 2.2 kW P1 = P01=2.20.96=2.11 kW P2 = P123=2.110.990.97=2.03 kW P3 = P24 =2.030.96=1.95 kW P4 = P325=1.950.990.90=1.74 kW 2.4.3 各轴转矩的计算 T0 = 9550 P0/ n0=95502.2/710 =29.59 Nm T1 = 9550 P1/ n1=95502.11/237 =85.02 Nm T2 = 9550 P2/ n2=95502.03/59 =325.58 Nm T3 = 9550 P3/ n3=95501.95/30 =620.75 Nm - 1 - 3 主要零件的选择和设计 3.1 皮带传动的设计计算 根据设计可知皮带轮传动比为3，因传动速度较快，处于高速端，故采用带传动 来提高传动的平稳性。并旋转方向一致 ，带轮的传动是通过带与带轮之间的摩擦来 实现的。带传动具有传动平稳，造价低廉以及缓冲吸振等特点。根据槽面摩擦原理， 在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。再加上V带传动允许 传动比较大，结构较紧凑，以及V带以标准化并且大量生产的优点，所以这里高速轴 传动选用V带传动。 3.1.1 确定计算功率 Pca 由机械设计表8-7 查得工作情况系数K A =1.1 故 Pca = K A P = 1.12.2=2.42 kW 3.1.2 选择 V 带的带型 根据Pca=2.42 KW，小带轮转速n1=710r/min，由机械设计图8-11选用A型。 3.1.3 确定带轮的基准直径 dd并验算带速 v （1）初选小带轮的基准直径 dd 由机械设计表 8-6 和表 8-8，取基准直径 dd1=140 mm。 （2）验算带速 v 按式 v=dd1 n1/601000 验算带的速度 v =dd1 n1/601000 =140 710/601000 = 5.20 m/s 因为 5 m/s0.07d，故取 h=6 mm，则轴环处的直径 d-=82 mm。轴环宽度 b1.4h，取 l-=12 mm。 d、轴承盖的总宽度为 20mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定） 。根据轴承 盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与小链轮左端面的距离 l=30mm，故 l-=50mm。 e、取齿轮距箱体内壁之距离 a=16mm。考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承 位置时，应距箱体内壁一段距离 s，取 s=8mm，已知滚动轴承宽度 T=22.75mm，则 l-=T+s+a+（70-66）=22.75+8+16+4=50.75 mm l-=s+a=8+16=24 mm 至此，已经确定了轴的各段直径和长度。 （4）轴上零件的周向定位 齿轮、小链轮的周向定位采用平键连接。按 d-由机械设计表 6-1 查得平键 截面 bh=20mm12mm，键槽用键槽铣刀加工，长为 56mm，同时为了保证齿轮与轴 配合良好的对中性，故选择小皮带轮轮毂与轴的配合为 H7/n6；同样，小链轮与轴的 连接，选用平键 12mm8mm22mm，小链轮与轴配合为 H7/k6。滚动轴承与轴的周向 定位是由过度配合来保证的，此处轴的直径尺寸公差为 m6。 （5）确定轴上圆角和倒角尺寸 参考机械设计表 15-2，取轴端倒角为 1.645 o，各轴肩处的圆角半径见表 15- 2。 （6）求轴上的载荷 首先根据轴的结构图（图 9）做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应 从手册中查取 a 值（参看机械设计图 15-23） 。对于 30211 型圆锥滚子轴承，由 机械设计课程设计手册查得 a=21mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距 60.75+60.75=121.5mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，如图 10 所示。 从轴弯矩和扭矩图中可以看出截面 B 是轴的危险截面。现将计算出的截面 C 处 的 MH、MV及 M 的值列与下表（参看图 10） 。 表3 截面B的支反力、弯矩及扭矩数值 载荷水平面 H垂直面 V - 13 - 支反力 FFNH1=1403.5N， FNH2=1403.5NFNV1=511N， FNV2=-511N 弯矩 MMH=85263 NmmMV1=31043.25Nmm MV2=-31043.25 Nmm 总弯矩M1= M2=852632+31043.252=90738 Nmm 扭矩 TT1=325580 Nmm 图 10 轴的载荷分析图 （7）按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面 C）的强 度。根据机械设计式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为 脉动循环变应力，取 a=0.6，轴的计算应力 ca=M12+(aT1)2 /W=907382+(0.6325580)2 /0.1703=1.4 MPa 前已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由机械设计表 15-1 查得-1=60 MPa。因此 ca-1，故安全。 3.5 轴承的校核 3.5.1 高速轴轴承的校核 - 14 - 由于同时承受轴向力和径向力的作用，且左右轴承受力大小相同，所以在这里 仅需校核其中任意一个轴承即可，现取右轴承进行校核，故 P=FNH22+FNV22 =14662+533.52 = 1560 N。 预期计算轴承寿命（按工作 10 年，年工作 200 天，4 小时工作制） ，则有： Lh =10 200 4=8000h 右轴承所需的基本额定动载荷 C = P60 n Lh/106=1560 10/360237 8000/106=6455 N 查机械设计课程设计 表 15-6 可知，30208 型滚动轴承的额定动载荷 Cr=63.0 kN。此，C， 故安全！同理左边轴承 C ，也安全！ r C r C 3.5.2 低速轴轴承的校核 由于同时承受轴向力和径向力的作用，且左右轴承受力大小相同，所以在这里仅 需校核其中任意一个轴承即可，现取左轴承进行校核，故 P=FNH22+FNV22 =1403.52+5112 = 1494 N。 预期计算轴承寿命（按工作 10 年，年工作 200 天，4 小时工作制） ，则有： Lh =10 200 4=8000h 右轴承所需的基本额定动载荷 C = P60 n Lh/106=1494 10/36059 8000/106=4074 N 查机械设计课程设计 表 15-6 可知，30208 型滚动轴承的额定动载荷 Cr=90.8 kN。此，C， 故安全！同理右边轴承 C ，也安全！ r C r C 3.6 键的设计计算与校核 3.6.1 高速轴上联接的键的校核 已知装小带轮处的轴径 d = 27，高速轴上的转矩是85.02 Nm，载荷有轻微冲 击。 （1）选择键联结的类型和尺寸 一般8级以上精度的带轮有定心精度要求，应选用平键联接。由于带轮在轴端， 故选用单圆头平键（A型）。 根据 d = 27，由机械设计 表6-1查得键的截面尺寸为：宽度 b = 8，高 度 h = 7。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长 L = 40（比轮毂宽度要小些） - 15 - 。 （2）校核键联接的强度 键、轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表6-2查得许用挤压应力p = 100 120MPa，取其平均值，p = 110 MPa。键的工作长度 l = L b/2 = 40 8/2 =36， 键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.57=3.5mm。由机械设计式（6-1）可得： p =2T103/kld=285.02103/3.53627=49.982 MPa p = 110 MPa 故合适。 键的标记为：键 840 GB/T 1096-2003。 3.6.2 电机上联接的键的校核 已知装大带轮处的轴径d =38，皮带轮轮毂宽度为46，需传递的转矩 T=29.59Nm，载荷有轻微冲击。 （1）选择键联结的类型和尺寸 一般8级以上精度的带轮有定心精度要求，应选用平键联接。由于带轮在轴端， 故选用单圆头平键（A型）。 根据 d = 38，由机械设计 表6-1查得键的截面尺寸为：宽度 b = 10，高 度 h = 8。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长 L = 40（比轮毂宽度要小些） 。 （2）校核键联接的强度 键、电机轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表6-2查得许用挤压应力p = 100120MPa，取其平均值，p = 110 MPa。键的工作长度 l = L b/2 = 40 10/2 =35，键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.58=4mm。由机械设计式（6-1）可得： p =2T103/kld=229.59103/43538=11.124 MPa p = 110 MPa 故合适。 键的标记为：键 1040 GB/T 1096-2003。 3.7 润滑与密封 因运动副间存在摩擦，摩擦是一种不可逆的过程，其结果必会存在能量的的损耗 - 16 - 和摩擦表面物质的丧失和迁移，为了更好的控制摩擦、磨损，减少能量的损失，降低 材料的消耗，这里采用润滑，下面是各运动副的润滑方式： 3.7.1 滚动轴承的润滑 高速轴上的滚动轴承由于转速相对来说比较高，由 dn=40237=948025104，且 此轴承安装在闭式齿轮传动装置中，因此选用油润滑中的飞溅润滑较为合适，查机 械设计课程设计手册中表 71，选用全损耗系统用油代号为 L-AN15，适用于小型 机床齿轮箱、传动装置轴承，中小型电机，风动工具等。低速轴上的轴承由于转速都 不太高，由 dn=55 59=32455 104 ，且也不好设计油沟，在此，采用脂润滑，查 机械设计表 72，选用钙基润滑脂代号为 1 号，因其有较好的抗水性，适用于工 业、农业等机械设备轴承的润滑，特别是有水或潮湿的场合。 3.7.2 直齿圆柱齿轮的润滑 为了改善齿轮的工作状况，确保运转正常及预期的寿命，且齿轮副为开式齿轮， 通常用人工周期性加润滑油，选用全损耗系统用油，牌号选用 L-AN100。 3.8 主要缺点和有待进一步改进的地方 缺点: （1）还需人工调节，劳动强度较大 （2）该机是间歇性工作，生产连续性不高 有待进一步改进的地方: （1）采用自动控制装置 （2）采用自动送料机构 （3）分机滚筒还需进一步的改进 - 1 - 4 清洗系统简述 进排水系统主要由电磁阀，软水装置，过滤芯，水位感应系统，进水管等等组成 8。打开二位二通阀后，自来水流入清洗槽，在达到一定水位后，水位感应开关启动， 清洗完毕后，废水经过滤芯，排水口排出。进水管材料选 PVC 管。 4.1 水位感应系统 在液面控制方面，选择采用连杆式浮球液位开关，见图 4-1。这种开关的工作原 理是将密封的非磁性金属或工程塑胶管内根据需要设置一点或多点磁簧开关，再将带 有内置磁性系统的浮球固定在本体管内磁簧开关相关位置上，使浮球在一定范围内上 下浮动，利用浮球内的磁性系统透过本体管去触发磁簧开关的闭合或断开，以产生开 关动作，达到控制液位的目的。开关采用干簧管，这是一种磁敏的特殊开关，簧片触 点被封闭在一个充满惰性气体的或真空的玻璃管内，簧片端部重叠，并留有一定间隙， 保持常开状态，磁簧端面触点镀有一层贵金属铑或钌，使开关性能稳定并延长使用寿 命。 当水位上升或下降时，磁性浮力小球随水平面高低上下浮动。当水位到达最高水 位时，位于高水位开关的干簧管闭合，清洗开始。当水位下降到低水位开关时，低水 位开关干簧管闭合，喷臂清洗流程开始。 图 4-1 干簧管 4.2 喷臂系统 喷臂系统采用 PP 导管，即聚丙烯。PP 的优点是稳定，安全，不易被酸碱腐蚀， 耐热性好。管件连接处用 PVC 胶进行密封，PVC 即聚氯乙烯，具有造价低，可回收， 强度高，性能稳定，安全卫生等优点。根据设计要求，选用二位二通电磁阀作为清洗 机的进水及排水控制系统。电磁阀是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动 化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。用在工业控制系统中调整介质的方 向、流量、速度和其他的参数。电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控 制的精度和灵活性都能够保证。电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位 置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。 - 2 - 因为在清洗机中，电磁阀的工作环境普通，不存在恶劣的环境条件，所做工作仅 是控制水的接通与切断，所以我们选择上海承信自动阀门有限公司的 2W-200-20 型号。 清洗时，水从喷臂孔里高速喷出，因为反力矩的作用，推动喷臂旋转。喷臂管和 进水管采用间隙配合，采用挡水环进行保护，上方用螺母限制喷臂向上的自由度。喷 臂管上有凸台，防止喷臂下滑，上盖板和进水管之间用螺栓连接。 图 4-2 喷臂结构图 - 1 - 5 结束语 这次毕业设计是我对大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业课的一次深 入的综合性的总复习，也是一次理论联系实际的训练，因此，它在我们四年的大学生 活中占有重要的地位。通过这次毕业设计对自己的四年的大学生活做出总结，同时为 将来工作进行一次适应性训练，从中锻炼了自己分析问题、解决问题的能力，为今后 自己的工作和生活打下一个良好的基础。这次设计其实是综合运用本专业知识，分析 并解决设计中遇到的问题，进一步巩固、加深和拓宽所学知识。通过这次设计实践， 使我逐步树立了正确的设计思想，增强了创新意识，熟悉并掌握了机械设计中的一般 规律和方法，培养了我的分析问题和解决问题能力。通过设计计算、绘图以及运用技 术标准、规范、设计手册等有关设计资料，使我进行了较全面的机械设计基本技能训 练。另外通过本次设计使我领悟出机械设计的一般进程：设计准备、传动装置总体设 计、传动零件设计计算、装配图设计、零件工作图设计、编写设计说明书。如果随意 打乱这个过程则在设计过程中定会多走弯路。在设计过程中在独立完成的同时，还要 及时跟指导老师沟通和请教。每个阶段完成后要认
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