去鱼鳞机结构设计（全套含CAD图纸和三维模型）
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by is by of in of of is a so +81 059 at 2007) N - 211 2007 of It is a 007 of 0th of of a i*o. o. 202, 028145 007; in 007; 6 007a on of a A in 3D) of of A. A of in 8 (6) (1971) 387392 . of a 24 (3) (2002) 511517; S. of a of 2 (1) (2007) 88114 to a of of of EM It is in as it is a 5 kg m. It is of in of at an 030by in S. of a ., 2007), . 2007) N of it is to on in an to be to of to SO 46 of a of to of on on on of of of of of of of of of on iof 110), (220), .,(m (a (k (j (b .nn0)to or to or or a kof kin of of of kin of of a of in of of a of or of to a Y Y=., ., , , Xn+n, ., Xn+n+1I of n n, n is of of of of of F=., ., e of of of e=., ., e e = 1, 1, .,1,.,1T0 0 = 0, 0, .,0,.,0of of on a of of on of by to of of in S. of a ., 2007), . It of is of a of 8 of a 9 of 10 on of of 1 of to an to on 0 on of EM a EM in to of EM of of on It is in as in it is a 5 kg is of in of by It is is by It is of 2007) N is so is of is 1/(1) a of of be 1 is a of as in 1, of a of to is is of a Of is 1, is a of is is as of 1 is of is up Y 1,of 2is of e is of e = of 1. of of in S. of a ., 2007), of 2is of 1/(1), it be 1) is 1/(1) as 1, 1), so of is in be as be to of 180 1=49 50 236 1= 2= 2 2 in 0 1 20m e . 2007) N of of 2 is an of of in 2, it is on by in of of on of be of of of on of in 2. of in in S. of a ., 2007), 2007) N of of 2,is we do or is be in EM is to 3. of jkn4. of on of of it is to an to of of is a in of a is an of on it in in is on it is in on it is or is of of As it a a of on It is of in on a of on It is of a in 3 is as . 3, it is , 6, 7, 8 on of So to of of a of of i (j (knas 4 of of to be in at it be of to of EM in of of a of 1of a of 5,of an is to be is to in S. of a ., 2007), . 2007) N qnbe to (1) (2) of 3) of of be of 5, of of is as of of on s as 4. of 3mkjbma a) Pakjbk jbb) 5. of a of (a) b) in S. of a ., 2007), 5r k kk k of x 0 a 0 0jj ). q. (4) is q. (3), (5) be 2007) N q. (5) is in a of (6) be 52; .;.;.;.; .;1; .;1 0 0 0 0k be q. (4) by k 1;2; .;n 3s . is by of . is of a of is of it a . in is , . of to be in on ) is d 0 in (3) is to (1) 2):x x 0 e C0 d 0 d is of 12(5b)k k( of on k be to d, kk0)(x x 0 e ) be d. (1) 2) be to is in we of in of k of 110), (220), .,(m (a (k ( (b .n n is of 5b is a 5a in of a or a kof kin of k (It is of of in a is ; .;0; .;0g k;j 1;2; .;n; k ;j 1 ;2 ; .;n in S. of a ., 2007), is n 少齿差传动的啮合问题和计算方法 i. 限责任公司 。栎山 202 号 ，日置町7028津市市，三重县恳 514日本 2007年 7月 15日 收稿； 修 订稿 2007年 10月 2日 收到； 2007年 10月 16 日 录用 摘 要 本文叙述了关于少齿差行星齿轮传动（ 啮合问题和数值分析方法的理论研究。文中将数学规划方法 触弹性体设计的数学规划方法 报 ,应用力学学报 38(6)(1971)387 392和有限元方法 报 ,机械设计学报 ,124(3)(2002)511 517; 虑加工误差、装配误差和修形的一对直齿齿轮的接触强度和弯曲强度的有限元分析分析方法 42(1)(2007)88 114的概念引入到较为复杂的工程接触问题的处理中，通过一个力学模型和有限元方法（ 解决 三维（ 3D）的接触分析和载荷计算。有限元的方法已经经过了多年的发展。把成熟的有限元程序用于 完成 接触分析，使得 轮齿、销和轴承滚动体接触状态十分明确。研究 发现，当它承受 15 有四对齿参与啮合，并且这四对齿并不在外齿轮的偏移方向上，而是在与偏移方向成 20的位置。轮齿、销和滚动体各自承担的载荷差别很大，轮齿承载最大，远远大于销和滚动体上的载荷，这意味着对 说，轮齿的强度比其余两个重要得多。另外，销承担的载荷也只是相当于滚动体承载的一部分。 关键词： 齿轮；齿轮系统；行星传动；少齿差；接触分析；有限元法 1 在 20 世纪后期，随着工业自动化的发展，大减速比的齿轮传动系统得到广泛应用。少齿差行星齿轮传动（ 普遍用于自动化的工业生产。尽管每年要制造很多少齿差行星齿轮减速器，然而到目前为止， 专业用语符号： 少齿差行星齿轮传动 有限元法 有限元分析 3D 三维 国际标准化组织 齿面载荷 销轴载荷 动体载荷 外齿齿轮齿数 内齿齿轮齿 数 外齿齿轮变位系数 内齿齿轮变位系数 m 齿轮模数 1 内齿 齿 轮外径 2 外齿 齿 轮内径 3 外 齿 齿轮上销轴线所在圆直径 （ ） 假定的接触点对，同样的有（ 1，（ 2，（ ） ,(),(),(),(), () 表示一个弹性体或者外齿齿轮 表示另一个弹性体或内齿齿轮 k 任意一对啮合点啮合前的间隙（或齿侧间隙） ,同样的有 j 啮合点对之间在公法线方向的接触力，同样的有 k， k 假定的啮合点（ ）在接触力 j 接触点处的变形影响系数 0 一对弹性体在外作用力方向上初始的最小间隙 一对弹性体在外力作用下沿力方向的相对位移或者在力矩 齿轮相对于外齿轮的角偏移量 Y 随即变量， Y=2,.,., 定义变量，同样有 ， ， Xn+n ， Xn+n+1 2 I n n 矩阵 Z 目标函数 S 变形影响系数矩阵 F 啮合点的接触力矩阵， F= 啮合点对的间隙矩阵， = 1 ， 2 ， k ， nT e 单位矩阵， e=1,1,.,1,.,1T 0 0矩阵， 0=0,0,.,0,.,0T 内齿轮的基圆半径 P 作用于一对弹性体上的外力 齿面 啮合点接触力的合力 T 递的力矩 0 啮合角 为了完成 强度计算，我们有必要首先知道轮齿、销和滚动体上分布的载荷。由于目前对于 没有用来做接触分析和载荷计算的有效方法，所以齿轮设计人员不得不根据直齿齿轮和螺旋齿轮强度计算的 4近似计算 强度 7。众所周知， 接触问题完全不同于任何一种直齿和螺旋齿轮，所以 准不适合用于 应用摆线传动进行了位移分布和应 力的分析。 也研究了有一定加工误差的摆线传动的设计和应用的方法。 0对 1研究了 优化设计。 本文提出一种用于解决 于 20多年来对齿轮装置接触分析的经验和 件的发展，文中采用建立一个力学模型和 接触分析和载荷计算。相应的， 益于此， 和滚动体的接触状态已十分明确，也知道了 载荷在轮齿、销和轴承滚动体上的分布。研究发现，在大小为 15 m 的力矩作用下， 只有四对齿参与啮合，并且这四对齿并不在外齿轮的偏移方向上。 轮齿、销和滚动体上承担的载荷相互比较，可以发现，轮齿承受最大载荷，远远大于其余两个的载荷，同时，所有销的载荷也只相当于滚动体载荷的一部分。知道了轮齿、销和滚动体上的载荷以后就很容易完成 2传动系统的结构和原理 图 1是本文研究对象 图 1中，该 括一个直齿内齿轮，一个直齿外齿轮，两个球轴承，一个输入轴 ，一个输出轴， 8个用来传 3 递力矩的销，相当于中心轴承的 22个滚动体。为了使内外齿轮啮合，必须使外齿轮相对于内齿轮有一个偏心。这个偏心是通过曲轴的回转运动来实现的。这个曲轴就是一个能为外齿轮提供偏置运动的凸轮（在图 1 中，当曲轴旋转时，外齿轮就回交替产生偏心运动）。同时曲轴又是系统的输入轴。图 1显示的是曲轴的偏心方向与 +Y 方向重合时的位置。在图 1 中， e= 。 由于 “ 行星齿轮传动的一种， 内外齿轮的齿数差又很小，所以这种传动系统通常被称为少齿差行星齿轮传动。当内齿轮固定时，系统的传动比等于 其中 以看出，齿数差 (小的时候，传动比 很大。就图 1中的系统而言，齿数差 ( 1，则传动比等于 图 1少齿差传动的一种形式 表 1 齿轮参数 齿轮 1 齿轮 2 结构尺寸 齿轮类型 外齿轮 内齿轮 直径 1 80 齿数 9 0 直径 1 36 变位系数 直径 1 齿轮宽度 12 12 销轴数 8 螺旋角 0 0 销轴直径 4 模数（ ） 1 滚动体数目 22 压力角 20 滚动体直径 3 齿形 渐开线 刀具顶端半径 偏心方向 +Y 4 偏心距 e 由于在 必须像普通的渐开线内齿轮传动那样，要考虑齿顶和齿根的干涉问题。当然这种干涉问题可以通过轮齿的修形 来解决，如进行齿根和齿顶的变位。另外为了避免干涉，也可采用其他齿形，如改进渐开线、圆弧齿形、摆线形等。 3 载荷分析和轮齿啮合的面接触模型 图 2是 图中可以看出，外齿轮受三种载荷，分别是由轮齿啮合产生的齿面载荷 由中心轴承产生的滚动体载荷 P 。齿面载荷沿着内齿轮齿面啮合点的公法线方向，也即是沿着内齿轮齿廓上啮合点的运动方向。滚动体载荷是沿着外齿轮中心孔的半径方向。销轴载荷是沿着销中心所在圆的切线方向。尽管三种载荷已经在图 2 上表 示出来了，事实上，我们并不知道轮齿、销、滚动体是否分担载荷，这是文中必须解答的问题。用 图 2 在行星传动中外齿轮的受力图 图 3 啮合齿的面接触 图 4 内外齿轮上的饿啮合点对 在进行 必要注意一下这种特殊的传动形式的轮齿的 5 啮合状态。 齿的啮合状态不同于一般的内齿轮传动，一般的内齿轮传动有一条几何啮合线，理论上已经知道有多少齿参与啮合以及在不同的啮合位置哪个齿即将参与啮 合，而 啮合位置不在几何啮合线上，理论上也不知道哪里的齿齿廓将要接触，有多少齿参与啮合和哪个齿即将进入啮合。甚至不知道，对于 另外一个区别就是每对齿的接触状态不同。如前面所述，普通的内齿轮传动，一对齿在几何啮合线上接触，文中称做“轮齿线接触”。但是对于 齿像谐波传动一样是齿形上的一部分面在接触，文中称做“轮齿面接触”。图 3中是参数为表 1 的 轮齿的真实接触状态。从图 3 可以看出轮齿 5、 6、 7、 8、 9齿廓的大部分是面接触状态。所以利用 承载齿进行接触分析时，如图 4上给出的很多点对 （ 、 ()、（ ),()必须取在内外齿轮的齿廓之间。这些点对假设开始是处于啮合状态的，本文目的在于通过 成对 4用于一对弹性体接触分析的弹性接触理论的基本原理 4 1 一对弹性体的变形协调原理 在图 5中，和是在外力 儿讨论的接触问题受到普通表面承载能力的限制。 （ a）三维视图 （ b）剖视图 图 5 一对弹性体的接触模型 随即作用力可以表示为一定区域内的应力分布。先作如下假设：（ 1）变形量很小；（ 2）两个物体遵循线弹性规律；（ 3）接触面光滑并且具有连续的一阶导数。在上述假设下，可以在弹性理论的范围内对这对弹性体进行接触分析。 6 n j=1 n j=1 n j=1 在图 5中，这对弹性体的接触问题可以转化为在和的假定接触面上有很多点对在接触，如同图 4 中齿轮的接触一样。这些接触点对表示为（ 1，（ 2，（ ） ,(),(),(),(), (), 5中 中， )之间的间隙， k与 k 在载荷 它们公法线方向的啮合力（由于一般啮合区域通常非常狭小，在这里假定：所有啮合点对的公法线近似沿着外力 P 的方向。这种假设在工程领域是可行的，但文中将采用接触点对的真实方向）。 k ， k 分别是 k和 k 点啮合后在力 向上的变形量。 0 是和之间最小的初始间隙，是 图 5相对位移。 对任意一个接触 点对 ()，如果 ()接触，则 ()的位移和间隙的和（ k + k + k ）等于相对位移量；如果 ()没有接触，则（ k + k +k ）大于。用等式（ 1）、（ 2）表示上述关系，用等式（ 3）综合（ 1）、（ 2）： k + k + k 0 （不接触） （ 1） k + k + k 0 （接触） （ 2） 则 k + k + k 0 （ k=1， 2， 3， n） （ 3） 根据赫兹理论，在外力作用下的变形与接触面的外形和外力 P 有关，也就是接触变形由接触面的几何形状和外作用力 P 两个因素决定。当外力改变时，一对弹性体的接触区域也随之改变 ,这种变化表明外力 是由于这种非线性关系是由接触区域的变化得来的，因而它只能称做“几何非线性”，而不是“材料非线性”。所以，对于假定的处于接触的点对来说，计算弹性变形时，形变量与接触力（接触点对上的力，不是外力 P）仍然是线性关系。那么接触点对的弹性变形量 k 和 k 通过引入变形影响系数 j ，可以用等式（ 4）表示， k = j ； k = j （ 4） 其中 )之间的啮合力。把（ 4）代入（ 3）可以得到等式（ 5），若把（ 5）用矩阵的形式表达出来，可以得到等式（ 6）， （ j ） k 0 （ 5） SF+ e 0 （ 6） 其中 S= j F=， ， = 1 ， 2 ， k ， nT e=1,1,.,1,.,1T 0=0,0,.,0,.,0T （ k， j=1， 2， n； k， j =1， 2， n） 7 n j=1 4 2 弹性体接触的力平衡 文中假设所有啮合点对之间的啮合力与外力 于接触区域很小，所以这种假设在工程中可行。根据这个假设，可以认为外力 j（ j=1n）的总和，得到等式（ 7）。将（ 7）写成矩阵形式得到（ 8）， P= （ 7） eTF=P （ 8） 4 3 用数学规划法计算接触载荷 等式（ 6）和（ 8）是判断啮合点对是否接触的依据。两个弹性体和的接触问题可以看作是在已知变形影响系数 j ，间隙 的情况下，看接触力是否满足等式（ 6）和（ 8）。但是仅仅靠这两个限制条件是不能确定啮合力为没有一种数学方法可以处理这种只有两个限制方程而没有目标函数的问题。 上述问题可以采用数学规划理论的改进单纯形法来处理。根据改进单纯形法的理论，只有限制方程而没有目标函数的问题可以通过引入一些有利变量来建立一个人为的目标函数，进而当作数学规划 模型来处理。 所以，数学规划理论的改进单纯形法在这里可以建立一个数学规划模型并且解决一对弹性体的接触分析问题。 因为方程（ 6）是一个大于或等于 0 的不等式限制条件，为了把它变换成一个等式约束方程，依据改进单纯形法引入一个松弛系数 Y（一个正变量），于是得到等式（ 9）和（ 10）， SF+ e-IY=0 （ 9） 或者 -SF+ e+IY= （ 10） 其中 Y=2,.,.,（松弛系数， 0， k=1， 2， n）， I是 根据改进单纯形法引入一些正变量 ， ， Xn+n ， Xn+n+1（通常称做人为变量）得到目标函数 Z。那么基于改进单纯形法 12成对弹性体接触分析的改进单纯形法模型就建立起来了，如式（ 11） -（ 13）， 目标函数 Z= + + + Xn+n + Xn+n+1 （ 11） 约束条件 -SF+ e+IY+IZ = （ 12） 8 n eTF+ Xn+n+1=P （ 13） 其中 S= j ， k， j=1， 2， n Z = ， ， Xn+n T F= ， ， Y=.， .， = 1 ， 2 ， k ， nT 0， 0， k 0， 0， k=1， 2， n Xn+m 0， m=1， 2， n+1 等式（ 11）是根据改进单纯形法的原理引入的目标函数。式（ 12）是由式（ 10）得到的一个约束，在式（ 12）中， IZ 也是依据改进单纯形法引入的。式（ 13）是由（ 8）得到的另一个约束， Xn+n+1也是依据改进单纯形法引入的。 建立了上述数学规划法模型之后，弹性体的接触分析问题就可以看作是在式（ 12）、（ 13）约束下对目标函数（ 11）的数学规划。或者更具体的说，在知道变形影响系数矩阵 S，间隙矩阵 和外力 P 的情况下，通过数学规划法，把式（ 11）作为目标函数，式（ 12）和（ 13）作为约束条件求得接触载荷 F。上述的数学模型是数学规划法的标准形式，所以利用改进单纯形法 12以轻易求解方程（ 11） -（ 13）。 5. 触分析和载荷计算的 1 接触分析的力学模型 第 4章中讲述的方法不能直接用于 接触问题，因为 用渐开线齿形，如图 4 中所示，齿廓上不同的啮合点载荷方向不同。因此，如果仅仅认为一对弹性体的接触分析必须像图 5 中那样载荷在同一个方向才能进行，那么上述方法就不能用于 啮合分析。 但是如果改变思想，把上述方法中的一个载荷方向的接触引申为接触点所有载荷方向的接触，则第 4 章中的基本原理就可以用来解决 啮合问题。接下来介绍如何发展第 4章中的基本原理以解决 图 6合分析的力学模型。在图 6有的滚动体在啮合点都由支承代替， 这些支承称为滚动支承，它们只能承受径向载荷，在切线方向是游动的。同样，所有的销轴都用止推支承代替，它们只能承受切向载荷而在销中心圆的径向是游动的。 在图 6a 中，外加力矩 T 作用在内齿轮上，齿面上啮合点处的齿面载荷就产生了。图 6b 显示了内齿轮齿面上啮合点的位置和载荷方向。从图 6b 中可以发现不同位置的不同啮合点载荷方向不同，但是由于齿形为渐开线，不同位置啮合点的 9 n j=1 j=1 载荷方向沿着所在位置的运动方向。那么，啮合点的所有法线都和内齿轮的基圆相切，如图 6b。据此可以得到， T= （ 14） 其中， 意啮合点 图 6b 所示。 内齿轮的基圆半径。由于 一个常量，所以式（ 14）可以写成式（ 15）， T= （ 15） 式（ 15）中的 式（ 7）中的不同，前者有不同的载荷方向而后者载荷方向相同。 （ a） 力学模型 （ b） 啮合点及其运动 轨迹 图 6 10 在图 6 于代替销和滚动体的边界支承会受到因要平衡齿面载荷而产生的反作用力。由于滚动体只能承受径向载荷，销只能承受切向载荷，所以边界支承如图 6 么 力矩 面上的啮合点上将产生一个沿着各自运动轨迹的齿面载荷。外齿轮中心孔的边界支承受沿中心孔径向的载荷，由于有替代了销，还要承受沿销中心圆切向的载荷。 向的接触分析。当然进行承载齿的啮合分析时边界条件并不是已知的。这种特殊的边界条件不确定的承载齿的接触分析通过 5 2 假定的啮合齿对和点对 由于理论上对 多少对齿参与啮合，一对齿是否啮合预先不知道，所以当力矩 定有很多对齿在啮合。在图 6 做 齿轮的约一半的齿取在了 型中，这表示在图 6a 中取的所有齿都假设与外齿轮的轮齿接触。整个外齿轮都取在接触分析的 型中。 另一方面，假定的啮合齿齿面有很多对啮合点，这 些点对像图 4中给出的点对一样。在图 4中，只有四对啮合点 （ ）、 ()、 ()、 ()作为例子给出了。在实际计算中，为了得到正确的齿面载荷分布，必须取足够多的啮合点对。本文进行啮合分析计算时，假定啮合的每对齿轮的齿廓上取了13对啮合点。 在图 4中，接触点取在它们各自的轨迹线上。例如，啮合点 ()在点 j的轨迹线上， ()在点 k 的轨迹线上。所有的点对所在轨迹线的方向不同。 5 3 如何确定内外齿轮的边界条件 在图 1中，内齿轮通常是通过螺钉固定在电动机的法兰上。所以，当如 图7图 7a和 为 内齿轮这个边界并不转化到所有的计算。 对外齿轮而言，如图 8c，外齿轮由滚动体和销支承。滚动体只能对外齿轮提供径向支持而销只能提供切向支持。在外齿轮的 些滚动体和销支承着齿轮哪些没有并不清楚。所以在 开始，假设所有销都为齿轮提供切向支持，所有的滚动体都为齿轮提供径向支持。然后可以进行外齿轮的 些销和滚动体的反作用力在 下来就是要确定这些销和滚动体上反作用力的方向。如果这些反作用力是拉力，则它们在下一次计算时是不受力的，反过来，如果它们受到压力作用，那么下一次计算时他们将继续被固定。通过这种方法， 1 变化，则它们的正确的边界条件就得到了。这些边界条件最终被用于外齿轮的 图 8 5 4 计算变形影响系数和啮合点的间隙 所有假定啮合齿对及其上面的啮合点对取定后，计算变形影响系数和所有假定啮合轮齿上齿廓延长线上 啮合点之间的间隙。 （ a）作为边界条件的节点 （ b）内齿轮的 图 7 计算内齿轮齿面啮合点变形系数的 啮合点的位置认为确定后，啮合点的间隙可以运用几何计算。如图 4所示，j 是 ()之间的间隙， ()之间的间隙。 k 的方向不同，它们沿着各自的渐开线计算。 外齿轮和内齿轮啮合齿面的变形影响系数由 3D 和 别计算。如上所述，不同啮合点的变形影响系数有不同的方向。它们沿着各自的渐开线计算。例如，在图 4 中， j 点的变形影响系数沿着 j 点的渐开线 计算而 k 点的变形影响系数沿着 k 点的渐开线计算。这是将传统的数学规划法从一个接触方向发展到多个接触方向。 啮合齿面变形影响系数的计算内齿轮比外齿轮简单。图 7b 中给出的是计算内齿轮变形影响系数的 型。通过 3D 和 算变形影响系数时，图 7a 中给出的边界节点会被固定。由于内齿轮的边界条件不变，所以没有必要重新计算变 12 形影响系数。图 7a 是图 7b 中给出的内齿轮的边界条件的一个剖视。计算变形影响系数时，模型外圆面和两端面上的节点作为边界条件都被固定。 外齿轮啮合齿面上啮合点的变形影响系数的计算比内齿轮更复 杂。因为从理论上不能确定哪些销和滚动体在接触，所以通过 3了得到正确的外齿轮啮合点变形影响系数， 图 8 计算外齿轮变形影响系数的 运用图 8 中给出的模型计算外齿轮齿面啮合点变形影响系数。开始，按照图8c 所有的滚动支承和止推支承固定（如图 8b 中节点固定）作为边界条件，通过3然很可能有些销和滚动体并没有接触，这意味着开始给出的边界条件是错误的。但是由于啮合分析 后可以得到新的边界条件，所以变形影响系数的计算要在新的边界条件下不断重复计算，直到在正确 13 n j=1 的边界条件下得到正确的变形影响系数。 5 5 计算外力 P 从式（ 15）可以得到（ 16）， T/ （ 16） 这里， 7）中的 啮合点上各个不同方向载荷的和，这里载荷方向不包含 内。 5 6 计算所有假定啮合点的齿面载荷分布 式（ 11） -（ 13）可以不做改变直接用于 啮合分析。唯一的区别是变形影响系数 j ，间隙 和接触载荷 j ， ，和 齿载荷 F和可以通过改进单纯形法解方程（ 11） -（ 13）求得。这里是内外齿轮的相对偏移角度。基于 F的值可以计算出轮齿的接触形式和每个齿分担载荷的大小。因为齿轮传动效率较高，所以啮合齿面的摩擦不计。 5 7 销和滚动体的载荷分布计算 轮齿载荷分布已知，则可以利用图 2和 8 给出的模型运用外齿轮的 先，轮齿载荷作用在承载齿 齿面，然后通过 计算固定便捷边界节点（图 8 中所示的滚动支承和止推支承）的反作用力来计算销和滚动体载荷。 固定边界节点上的反作用力求出后，就可以知道销和滚动体的接触状态。如果销和滚动体上的反作用力为拉力，那么他们在下一次计算时不承担载荷；如果销和滚动体上的反作用力是压力，则他们承担载荷并在下一次计算时仍被固定。像这样，不断得到销和滚动体接触状态的边界条件，把这些边界条件反馈到 用于外齿轮齿面啮合点变形影响系数的下一次计算中。 一次计算 回到 ，重复 的计算过程直到销和 滚动体的接触状态与上次计算相比没有变化，然后输出轮齿、销、滚动体的载荷。 件的发展 言在个人电脑上应用的多年努力使得 件得到极大发展。超参数六面体单元 2， 3得到应用。下面给出 件运行的流程框图，框图中的每一步都做了相应解释。 1)、输入传动装置的参数和结构尺寸； 中列出齿轮参数和结构尺寸的 出变位系数后，它也可以分析非标准（正变位或负变位）齿轮。 14 2） 、输入 格划分模型，齿轮啮合位置参数和外力矩 一个轮齿从进入啮合到退出啮合的位置在文中作为一个变量。啮合中如果这个变量能不断确定，那么啮合位置也就能持续确定。显然，计算前这个变量必须给出。 内外齿轮网格的划分还受到其他参数的影响。根据这些参数来确定那些地方要细致划分而哪些地方可以粗略划分。通常轮齿接触的区域和齿根仔细划分网格。齿轮网格的划分可以随着这些参数的变化而变化。 啮合分析时传递得力矩也要给出。 3） 、自动划分内外齿轮的 结构尺寸、齿轮参数、啮合位置参数、 格划分参数给定后，程序就可以 15 自动为内外齿轮划分网格。 4） 、给出内齿轮 轮齿的啮合范围，生成内外齿轮齿面的啮合点对 内齿轮轮齿啮合范围如图 7所示。如图 4 中给出的内外齿轮齿面的啮合点对也是自动生成的。 5）、计算每对啮合点对的间隙 k 每个啮合点对的间隙是根据几何关系自动计算的。 6） 、给出内外齿轮的边界条件 图 8 7） 、利用 3啮合点对取定后，通过 3D 和 算假定啮合点的变形影响系数。例如，计算一对啮合点的变形影响系数时，模型如图 8 所示，将一个单位力沿着啮合 点所在渐开线作用在啮合点上，那么各啮合点沿着各自渐开线的变形量可以通过 3面上所有啮合点都重复这样的计算。然后将这些计算出来的变形量写成矩阵就得到外齿面啮合点的变形影响系数矩阵。内齿轮利用图 7 中给出的 8） 、建立方程（ 11） -（ 13），解方程求得轮齿载荷 建立方程（ 11） -（ 13）的数学模型，运用数学规划法中的改进单纯形法解方程求得轮齿载荷（啮合点对之间的接触力）。 9） 、运用 算销和滚动体的载荷 根据外齿轮的固定的边界节点的反作用力的计算，运用 滚动体的载荷。 10） 、根据销和滚动体的载荷方向确定新的边界条件 在第 6步中，所有的止推支承和滚动支承被固定作为计算外齿轮变形影响系数的边界条件。这些最初的边界条件并不是完全正确。正确的边界条件由止推支承和滚动支承上的载荷方向得到。如果销和滚动体上承受压力，则这个销或滚动体在下一次计算时仍被固定；反过来，如果销或滚动体受到拉力，说明它们不承受载荷，则下次就不用计算。销和滚动体上所有载荷的方向像这样核对之后就得到新的边界条件。得到的新的边界条件用在第 7 步中外齿轮的变形影响系数的下一次计算中。 11） 、判断边界条件是否改 变 在第 10 步中得到的外齿轮的新的边界条件与前一次计算的旧边界条件比较。如果没有变化则执行第 12步；如果边界条件变了，跳到第 7步，用新的边界条件重新计算。旧的边界条件指前面计算中使用的边界条件，新的边界条件指当前计算中使用的边界条件。 16 12） 、输出轮齿载荷，销和滚动体载荷 轮齿载荷、销和滚动体载荷由此输出。 13） 、结束 齿轮参数和结构尺寸如表 1 所示。在所有计算中，外齿轮的偏移方向沿着 +图 1、 2、 6。 图 9a 是计算中用到的三维 型。图 9b 是图 9a 的一个剖视图，它只显示了部分齿。在图 9 中， 啮合齿被细致地划分了网格。在外面齿宽方向有 16个网格（ 17 个节点），在齿廓上有 12 个网格，齿根圆角部分有 8 个网格。计算中输出力矩为 15m。计算结果如下。 （ a） （ b）啮合齿的剖视图 图 9 6 1 轮齿载荷的分布 图 10反映了每对齿的最小间隙与齿所处的位置之间的关系。在图 10中，每对齿的位置用一个角度 0 表示，如图 2。每对啮合的齿上的总载荷是根据所有节点 17 载荷计算的，每对齿的总载荷和它的位置之间的关系如图 10 所示。图 2 与图 10中显示的齿数一致 。从图 2可以看出齿 5、 6、 7、 8并不在外齿轮的偏移方向（图2中 0=90）上。它们在 是由于齿 4、 5、 6、 7、 8之间有很小的啮合间隙。在图 10中，可以看出 6、 7齿上的总载荷远大于 5、 8齿。 图 10 齿侧间隙和轮齿载荷分布 节点合力沿着齿廓方向，轮齿合力的纵向分布如图 11所示。从图 11可以看出轮齿载荷的纵向分布并不是平行于横坐标的直线，这是由于销只在左边支承，如图 8a和 b。在图 8a 中，力矩通过齿轮左边的销传递，所以在 点）被固定作为边界条件，如图 8b。如果嵌在齿轮中 的销不是悬臂结构，它们被外齿轮的两边支承着，那么图 11就成为关于齿宽中心对称的分布。 图 11 轮齿载荷的纵向分布 图 12齿表面啮合点载荷的等值线。图 12、 7、 8 齿齿面啮合点的载荷等值线图。在图 12中，横坐标是齿宽，纵坐标是啮合点在齿廓上的位置。纵坐标为 1则点在齿顶，纵坐标为 13则点在齿根。所以图 12、 6、 7、8齿轮齿载荷在整个齿面的分布。 18 （ a） 5齿载荷在齿面分布 （ b） 6齿载荷在齿面分布 （ c） 7 齿载荷在齿面分布 （ d） 8齿载荷在齿面分布 从图 12可以看出， 5、 6齿在齿顶处接触而 7、 8齿在齿中间接触。 6 2 销载荷分布 图 13是销的承载与其位置的关系。在图 13中，销的位置像图 2中一样用角度 0表示，纵坐标是销的载荷。图 2 中显示的销的数目图 13 中亦有给出。从图 13中可以发现 8个销都承受载荷，销 4载荷最大。 6 3 滚动体载荷分布 图 14是滚动体上的总载荷与其位置的关系。在图 14中，滚动体的位置同图 2也是用角度 0 表示的，纵坐标是滚动体上的总载荷。图 14 中滚动体数目由图 2得 到。从图 14中可以看出只有销 1、 2、 3、 4、 5、 6、 19、 20、 21、 22 承受载荷，其余滚动体不承载。从图 2 中可以发现，销 1、 2、 3、 4、 5、 6、 19、 20、 21、 22都位于 19 图 13 销上载荷分布 图 15是滚动体载荷的纵向分布图。从图中可以看出，滚动体 5承受最大载荷。 图 14 滚动体上载荷分布 图 15 滚动体载荷纵向分布 20 图 16 轮齿、销、滚动体载荷比较 图 16 是轮齿、销、滚动体载荷的一个比较。从图中可以看出，轮齿上的最大总载荷远大于销和滚动体上的最大载荷。同样，销的最大载荷 比滚动体的大。 （ 1） 由于对少齿差行星齿轮传动没有一个有效的方法来进行载荷分析和强度计算，本文提出用一个力学模型和有限元的方法来完成这种传动形式的啮合分析和强度计算。经过多年努力，三维有限元程序得到极大发展，可以完成少齿差行星传动的啮合分析，弄清楚轮齿、销和滚动体上的载荷分布。 （ 2） 当传动系统受到 15 m 的力矩作用时，有四对齿参与啮合。承载的齿并不在外齿轮偏移方向的上方，而是在与偏移方向成 20 方向上。承载齿齿侧间隙变小。 （ 3） 齿 7、 8的齿面中间区域承载而齿 5、 6的齿顶承载。齿 6、 7分担了总载荷的 大部分，并且齿 7 承受的载荷最大。轮齿载荷并不是由于销的悬臂结构而沿着齿宽的纵向分布。 （ 4） 轮齿承受载荷远大于销和滚动体。所有的销均承受载荷，且销 4载荷最大，而只有一部分滚动体承受载荷，滚动体 5载荷最大。 （ 5） 这里只给出 计算结果。需要用实验测试来验证这些计算结果。下一部分的研究将是少齿差行星齿轮传动的实验测试。 致 谢 感谢中国航空航天协会！作者于 1994年以前在中国西安西北工业大学工作时，该协会资助了这项研究。 注： 1、本任务书一式 一 份，院办留存，发给学生 电子稿 ，任务完成后附在 说明书内。 2、任务书均要求打印，打印字体和字号按照本科生毕业设计（论文）统一格式的规定执行。 3、以下标题为四号仿宋体、加粗，正文中文用小四宋体，英文用小四 期采用阿拉伯数字。 4、 “一、毕业设计（论文）的内容、要求 ”位于页面最顶端， “任务下达时间 ”位于新页面最顶端。 5、 请不要修改最后一页（即 “任务下达时间 ”所在页的内容） 一、 毕业设计（论文）的内容 1、 传动形式 为带轮，齿轮传动。 2、 主轴传动系统直接由电机带动，变速方式采用电机变速。 3、 润滑方式采用飞溅润滑。 4、 3 张 纸。 二、毕业设计（论文）的要求与数据 1、 画出各个部件的零件图，设计出去鱼鳞机的总装配图。 2、 计算出电动机的功率。 3、 计算出刮除力、刮除速度。 三、毕业设计（论文）应完成的工作 1、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文）；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的 300单词的英文摘要； 2、独立完成与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文）； 3、必须完成绘图工作量 3 张 上 的计算机绘图图纸； 4、 所有毕业设计的工作量要满足 16 周的工作量要求 。 四、应收集的资料及主要参考文献 列出至少 10 篇以上的参考文献，提供 1 篇以上的外文参考文献（不包括学生用的教材）。序号放在方括号中。 1 张均波 D中农业大学， 2004. 2 何伟 ,李威 J2005 年第五期 . 3 王玖玖 D中农业大学， 2011. 4 濮良贵 M高等教育出版社 ,5 徐中伟 J 6 徐灏 M. 北京：机械工业出版社 ,2002. 7 2008,03. 8 V of 006. 9 姚永明 M海交通大学出版社 ,1999. 10 张展 M国劳动出版社出版 ,1993. 11 西北工业大学机械原理及机械零件教研组编 M等教育出版社， 1996. 12 汪恺 M五、 试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件 所需设备： 计算机一台、 相关软件 。 任务下达时间： 2015 年 1 月 5 日 毕业设计开始与完成时间： 2015 年 1 月 5 日至 2015 年 05 月 26 日 组织实施单位： 教研室主任意见： 签字： 2015 年 1 月 5 日 院领导小组意见： 签字： 2015 年 1 月 5 日 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 要 为了对去鱼鳞机进行研究，对该机主要部件和机构进行系统地设计计算和理论探讨。去鱼鳞机总体结构设计：总体结构分为传动装置，除鱼鳞装置。整机结构主要由机器、底座、减速器、传动齿轮、圆辊等组件构成。该去鱼鳞机是根据市场需求而设计的一种操作简单、维修方便、效率高、自动化程度较高的设备。由于齿轮工作可靠，传动比稳定，传动效率高，因此本产品主动传动采用齿轮传动，多级齿轮传动系统，产生不同速比，上下毛刷速度不同，将鱼鳞刮除。由电动机产生动力通过减速器和齿轮将需要的动力传递到圆辊上，从而带动整个装置运动。 由于本 课题主要研究 去 鳞部分，检测、上料、运输机构不做详细分析。在这里只做简单阐述：首先让鱼通过运输传感检测系统，根据鱼的大小分类运送，数据反馈到去鱼鳞机的上辊升降设备上，进行调节，再通过上料机构输送鱼到鱼箱，然后通过 3 根圆辊（带有类似毛刷一样）互相摩擦，可以根据鱼体大小调节上辊的升降，上辊作为辅助，上下辊挤压鱼体，在下辊转动时，带动鱼进入双辊内，通过辊刷挤压摩擦将鱼鳞去除；除鳞完成后，开启水管，进行鱼的清洗，使鱼鳞和鱼分隔开，鱼箱底部带有过滤器，利用输送装置方便对鱼的收取还有对鱼鳞的回收利用。 关键词： 去鱼鳞 机；结构设计；摩擦； 去 鳞 购买后包含有 纸和说明书 ,咨询 n to on in to of In to of in to of is of is to of a of to so is in by to to As of is in to of in to to to a a , to as of to by is at of a to of on to 纸和说明书 ,咨询 买后包含有 纸和说明书 ,咨询 录 1 前言 . 1 . 1 内外发展状况 . 2 鱼鳞机应用展望 . 4 鱼鳞机设计意义 . 5 2 去鱼鳞机整机设计 . 6 鱼鳞机设计思路 . 6 鱼鳞机设计准则 . 8 . 8 . 8 体设计方案 . 9 动设计 . 9 . 11 . 11 电动机功率的确定 . 11 . 11 . 12 . 12 . 12 3 去鱼鳞机结构设计 . 12 . 12 动方案的分析和拟定 . 13 动装置的总传动比和传动比分配 . 13 . 13 . 13 设计和校核 . 15 . 15 . 15 . 16 . 16 轮蜗杆的设计计算 . 18 . 18 . 19 的设计校核计算 . 20 . 21 . 25 . 26 承的选择 . 28 承校核 . 29 . 29 . 29 . 29 的校核 . 30 机机构分析 . 30 4 结 论 . 31 谢 辞 . 33 参考文献 . 34 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 34 页 1 前言 鱼是一种不仅有营养而且很美味的产品 ,是在我们平时生活中常见的佳肴。鱼 类内含高品质的蛋白质、脂肪与维生素等营养物质，并能补充人体所需各种氨基 ,平衡体内营养比例 ,且容易吸收 1。经过市场上肉类价格对比，鱼类的价格相对其他肉类来说有一定优势，因此，鱼受到了广大群众的喜爱，在餐桌上的出现频率越来越频繁。通过走访市场，一般市场上的食用鱼类有草鱼、鲫鱼、鳝鱼等。然而有不少人抱怨鱼鳞的去除问题。 结合如今的鱼处理制备设备中 ,前处理大部分都是手动操作 ,手工生产效率很低、不能达到标准质量水准 ,特别是在处理量多的未处理过的鱼时 ,操作人员的 劳动强度大大提高。除鱼鳞属于未处理鱼的处理的头道工序。手工除鱼鳞不仅提高了劳动量与强度 ,还降低了制备效率。除掉的鳞、内脏等不可以回收进行二次利用 ,使环境被污染。手工除鳞的制备方法 ,远远比不上鱼类成品机械化制备。因此亟需研发一种符合国情、有着与时俱进的意义、可以达到机械化制备要求的高效的除鳞设备 1。 随着人们生活水平的不断提高，对鱼类产品的消费量也越来越大，然而传统的鱼的处理方法具有一定的缺陷。传统的去除鱼鳞效率低，不安全，容易对环境产 生污染，应用范围局限于小企业或者百姓生活圈。 传统的除鱼鳞方法有利用滚筒摩擦除鳞、刀具摩擦除鳞等，但是传统的除鱼鳞方法存在有一定的缺陷。 首先，批次除鳞的时候，鱼的数量不好控制，数量多了，容易超过机器承受载荷，数量少了则使除鳞效果受到一定程度的削弱。 其次，除鳞这个处理工序相对来说是单独的，对流水线的加工有影响。而针对大量的鱼需要加工的时候则需要考虑进去的问题就多了，比如：如何把除鳞工序和流水线工序衔接起来，减少工作时间，提高工作效率。所以根据摩擦原理的除鳞设备受到一定条件的拘束，并不适用于大批量鱼的前处理 加工制备 ,而可用在一般的摊点或者小企业。 还有就是经过搓擦，鱼体会受到一定程度的损伤。也就是说不管使用转动的底盘抛飞的鱼和内壁摩擦 ,还是使用转动的滚筒与鱼体的摩擦 ,又或者鱼频繁地和刀具摩擦，上述种种均会对鱼体有一定的损伤 ,更甚的是刮伤鱼体，非但不有助于后面的加工，还影响了鱼的保鲜效果。 基于上述内容，我国需要研发出一种能解决上述缺陷的集现代化、自动化于一体的去鱼鳞机。现代化自动化的去鱼鳞机能极大的改善了人们的生活，填补鱼的前处理这片空白，让吃鱼变得更为平常、方便；其次应用范围极大，大中型企业也可引进 自动化去鱼鳞机，对加工流水线进行改良，减少工作时间，大大提高经济效益，推动了社会的前桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 34 页 进。 内外发展状况 我国的水产品制备发展，是 1980年后慢慢起步的，通过引进外国高端技术，接着学习了解，根据我国水产制品的特色与老百姓的消费特点，研发符合我国国情的水产品制备机器。 除鳞设备是鱼加工前处理机器。考虑到我国的鱼类基本是零售为潮流 ,因此鱼鳞的去除大都是人工操作为主 ,很少见到正规的除鱼鳞设备。 国内的除鱼鳞设备有的是利用势能作用，使鱼体顺着布满菱形孔的板材滑下去，通过摩擦作用来除鱼鳞；还有的是利用翻滚的摩 擦作用，把鱼放到附有螺纹胶棒的转盘上，翻滚除鳞。 瑞典曾研发出一种通过鱼体的互相摩擦与清洗池内壁的凸点摩擦的除鳞设备 1,美国则研发一种利用滚筒转动摩擦来除鱼鳞。 根据 数据查询 ，国外 20 世纪初开始开发工具和设备规模。现代的发展，出现了一系列的仪器和设备可分为：手持式除鳞工具、分批式的去鳞设备、连续式的去鳞设备 3。便携式设备的广泛使用，是以手工、小型电机等作为动力源，完成计划产量，该设备是鱼投在设备中，除鳞完成后 ，可连续除鳞，所以加工设备的连续性和高效性均体现在加工流水线上。 针对处理量小的鱼，国外的用手把持的工具的规模逐渐增大。首先了解到的是 1902年提出的了一个 取决于 齿形的工具完成的除鳞，这个工具很容易使用。近期，还提出了相类似的工具，一个除鳞的工具，取决于齿形的包装工具除鳞，还有的提出了一个分布式结构，利用在刷体周围的齿形结构除鳞。而相似的除鳞工具，工作强度大，不能大量地除鳞，按照这种情况来看，利用小电机等一些工具应用在除鳞结构上，可让电机带动周围分布的旋转刷，利用离心力使弹簧刷变长，达到除鳞目的。 针对 中 小企业的需求，鱼加工发展到利用滚筒，金属网筒壁去鱼鳞。在转动过程中，鱼的不完全规则运动，还有鱼体和筒壁接触达到去鱼鳞效果，因此科研人员还研发了一个金属圆筒与内部结构倾斜的除鳞机，可以防止鱼皮的损伤。 针对需求量大的鱼的加工，通过国外的学者的研究和技术的不断发展，科研人员提出了一种大型除鳞机器，送鱼带具备三组去鳞刷，鱼在一边通过，接触鱼鳞，缓慢刮除。1994 年，日本科研人员研发出一种高压水机除鳞，三个工位中放一条鱼，通过其三个工位时，分别对不同的位置去除鱼鳞 3。 根据资料可得到 ,国外除鳞技术和设备研究的重要目标是海水鱼 ,发展趋势向手持式电动除鳞和连续性加工发展。虽然手持去鱼鳞机效率低 ,但易于使用 ,普遍用于家庭和小企业 ，而具有连续性加工的去鱼鳞机器则应用在大企业。我国一些企业引进国外的鱼加工流水线来处理淡水鱼 ,然而去鳞效果并不理想。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 34 页 随着时间的发展，中国渔业发展迅猛，和其他国家相比，尚存在很多缺点。具体表现在经济衰退的资源为基础的加工、处理和利用率较低，加工的产品低附加值，没有完善的质量体系标准 5。 如图 鳞机主要由转动滚筒、进料斗、出料斗、调节螺钉、除鳞部件等构成 2。 图 鳞机结构 16水管 转动滚筒式是由卷的厚度为 不锈钢冲孔后卷成圆柱，根据制造流程的设计要求分几段制造，并且焊接角钢连接增加筒体的刚度 2。 该除鳞装置研究结论如下： 1 用鱼体表面和筒壁搓擦来去除鳞片的原理，经过理论和实验证明 方便可行 2。 2 . 提出的水平旋转式滚筒除鳞装置，机构设计合理性好、设备经济性好、易操作性好。该机可以融去除鱼鳞、清洗鱼鳞、鱼鳞回收、运输等功能为一体 2。 3 行业内的前沿技术，针对鲢鳙等大部分低值的水产品，把去除鱼鳞、清洗鱼体等鱼类处理工序整合为一次性整体加工工序，有利于缩减鱼体和设备接触的次数 2，降低因鱼体结构损伤而影响加工成品的味道的风险，使生产效率有了极大的提高，能源方面也得到很大程度的节约，响应可持续发展的方针政策。该除鳞机适合大部分湖区、沿海、沿江地区的许多中小型鱼类食品处理加工厂使用，可见实用性之高 2。 4 筒可倾斜一定角度，适当增加工作长度延长工时，利于有用物质输送 2。实践证明：倾斜适宜角度为 2 3。 5 射运动进行有限元分析 ，结果表明：上述的过程中，鱼体的生物应力没有达到鱼体的生物屈服应力，所以鱼体内部没有损坏，保障鱼类的加桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 34 页 工质量 2。 除上面所提去鱼鳞设备，市场上出现了类似的鱼处理设备如图 鳞器作为鱼处理的新设备，在一个有效的，高质量的条件下能取代数个工人的手工除鳞，体现了结构的简化、使用方便、易于操作、稳定性好的效果；此外除鳞器可放在地上或挂在墙面，利用驱动系统，使手持除鳞器运作，进行除鳞，还具有防水装置，确保传动件正常运转，轻松除鳞。除鳞器应用不锈钢或铝合金等材料制 造，具有防腐防锈效果，更有利于鱼处理。 图 鳞器 本文设计的鱼鳞机可加工淡水湖的鱼类形体大概有几种，由于鱼的结构在进化的过程中，因为生活方式与生活环境的不同，鱼有着不同的体型，根据鱼的身体结构可分为：纺锤型、面扁型、圆筒型。 鱼鳞机应用展望 国内的水产制备设备引入后，经过进一步研发，这些年取得了极大的成果，水产制备品，或者与水产有关的制备品比比皆是，很大程度上适应了社会的需要。尽管水产品市场发展迅猛，但是我国水产市场的产品种类还是非常缺乏，远没有国外市场的产品种类丰富，比如说海水鱼 类等的制成品。中国水产虽然算起来还是规模较大的，但却称不上水产成品强大的国家，经过发展中国家和发达国家对比，我国在水产品前进的空间还有很大，要走的路还有很长。 21 世纪初我国水产制备品产量占总产量的 46%，而发达国家则达到了 65%89%，我国的冰冻食品、方便食品和熏制食品大概占总制备量的 66%。由此可以看出国内水产制备品加工并未达到先进的水准，社会价值高的产品也是极为稀少，屈指可数。结合我国国情，当前我国很多技术并未达到自动化的水平，特别是鱼的前处理这一块，通常企业都是进行简单的处理，并未有进一步的深层次的 处理，简单处桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 34 页 理后整理好进行冷冻保鲜。综上可知道我国水产品处理制备设备的发展还要经历一段时期，需要逐渐积累慢慢沉淀下来。 现如今我国的鱼的处理大部分都是用手来操作，自动化技术还不够成熟。由于技术的限制大大降低了生产效率；人的体力有限，在经过强度不小的工作后容易产生疲劳，导致引发安全事故，鱼处理的时间长了也会导致鱼体温度有所提高，温度高了容易使产品发生质变，降低产品价值。 尽管社会发展已经进入小康阶段，但是还是有很多地区的经济条件并不跟得上主流，我国国情决定了社会底层劳动成本较低，所以根据此类情况，国家应有相关 政策，大力投资发展自动化设备，自动化水平跟上了，再提高工作人员操作水平，这样将对鱼类前处理的发展大大的有益。基础打好了，迎来的就是我国鱼类前处理事业的高速发展，带来的好处将体现在国内水产品的种类丰富，质量上乘，经济成本低，带动地方经济发展。接下来，自动化将逐步代替手工操作，应用到社会各个领域，市场得到扩展，填补了市场高附加值产品的空白。 综上，去鱼鳞机的自动化、人性化、智能化可为社会带来一定的发展，随着自动化去鱼鳞机等鱼类前处理机械的发展，将普遍影响到很多领域，把我国打造成工业强国不再是梦。 鱼鳞 机设计意义 查阅资料可知道除鱼鳞有化学法和物理法两种 3。化学法就利用强酸强碱的原理特性进行去除鱼鳞。因为现在很多鱼肉罐头厂需要彻底去除鱼鳞，从经济成本和工作效益考虑，化学法不为一种不错的选择，既能满足彻底除鳞，又能满足规模比较大的设备加工制备，但是采用这种方法也有它的弊端，首先体现在强酸强碱对环境有一定的污染，不符合我国提倡的可持续发展方针；其次，强酸强碱把鱼鳞腐蚀掉的同时也会对鱼体造成一定的损伤，这样会对鱼的质量有一定影响；还有就是没能回收并重复利用鱼鳞。 物理方法存在的缺陷就是不可以彻底地去除鱼鳞，还有如今的除鱼鳞设备总会出现一系列的问题影响鱼鳞的去除。 去鱼鳞机的设计同时也是为了对鱼鳞的回收利用。鱼鳞是鱼的表皮发展过来的，大约是鱼总重的 2% 3%。因为鱼的形体不一样，鳞片可以分为楯鳞、硬鳞、圆鳞和栉鳞。（ 1）楯鳞由棘突与基板组成，为软骨鱼类特有，特点是： 质构成； 后伸出皮肤之外，手从后向前摸鱼鳞那，好像摸砂纸一样。（ 2）硬鳞是真皮形成的骨质板，表面覆有闪光质，鳞多为菱形，以对角线方式排列，为硬骨鱼类特有。（ 3）骨质鳞是真皮演变来的，具有硬骨鱼类特点，骨质鳞是皮上层和下层构成：上层脆薄，由骨质结构形成鳞；下层由纤维结缔组织交叉配置，鳞富有柔软性，从中心到边缘鳞，四周辐射排列的凹状槽槽沟呈放射线。骨鳞根据形状不同分两种：圆鳞和栉鳞，栉鳞是游离缘有很多排的齿状突出，多存在高等硬骨鱼类多具栉鳞鱼，比桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 34 页 如鲈形目；圆鳞是游离缘圆滑，硬骨鱼类居多，多见于鲤科鱼类。 根据鱼体不同，鳞片的特点不同，在除鳞的时候可以通过调节上辊，给鱼不同的压力，在不损坏鱼体的情况下，快速除鳞。鱼鳞含有人体所需的多种营养物质，是一种特殊的保健食品。它 的作用很大：增强记忆力、延缓细胞衰老、预防高血压和心脏病和防止动脉硬化。为了提高经济效益，处理环保的问题，可以对鱼鳞进行回收处理，鱼鳞的作用很大，市场的打开可带动经济高速发展。 本文意在研发一种应用范围广的机械除鱼鳞设备。为了让去除鱼鳞后的鱼的质量保证，并且能彻底去除鱼鳞，也能应用于不论大小的各种企业，同时也要求在除鳞的时候能实现鱼鳞的回收和污水的处理的功能。先进的自动化除鳞方法 ,不但降低了劳动人员的劳动强度 ,而且极为有效地提高了工作效率，创造了更多的经济效益，促进社会发展。 2 去鱼鳞机整机设计 鱼鳞机设计思路 目前市场上常见的杀鱼用手工钢刷摩擦鱼鳞。用手固定鱼腹，接着再把鱼剖开（示）。手工杀鱼的方法不仅效率很低，还容易出现安全上的问题；用手接触鱼体会残留有难闻的腥味；除此，鱼鳞等产品没有经过回收处理，到处丢弃的话将给环境带来污染。 图 鱼鳞器具 一般杀鱼程序应有除鳞、去内脏、清肠和清洗等功能。结合市场上对鱼的处理的运用，去鱼鳞机功能应包括：去鱼鳞部件，清洗部件。 目前我国除鱼鳞部件设计基本是根据搓擦原理设计除鳞，特别是那些用滚筒摩擦的除鳞设备。 2004 年，谢星 海和张景生研发出一种除鳞的设备，如图 设备主要利用盛装体的旋转，鱼体的鱼鳞和盛装体不断搓擦，达到除鳞的目的。在一般的去鱼鳞机参考下，2005 年，谢星海接着想办法改进除鳞设备，如图 了改进筒体结构，使用倾斜式的除鳞设备，如图 设备底部装上除鳞用的刀具，因为需要不间断供给原料鱼，桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 34 页 他们将除鳞圆筒改成有一定角度的结构 ,在内壁装备除鳞刀具，该设备能应用于种类各异，形体不同的鱼的除鳞。 图 鱼鳞机 图 进的去鱼鳞机 图 斜型去鱼鳞机 上面提到的 除鳞设备 ,结构不是很复杂却除鳞率高 ,除鳞效率得到了极大地提高，劳动强度也大大降低了。虽然部分设备已经在实际中得到使用，方便了老百姓的生活，但利用摩擦原理的一批一批地除鳞有着或多或少的缺陷。 为了可持续生产操作，减少工艺时间，提高生产效率，在不损坏鱼体的前提下，提高经济效益。谢星海于 2010 年研制的辊刷式去鱼鳞机去除鱼鳞能达到改进效果，去鱼鳞机主要利用上下辊刷和进出鱼板运行 ,其原理是进出鱼板之间留有缝隙 ,上辊刷、下辊刷设置在间隙上部和下部；上辊刷与下辊刷通过一端的啮合齿轮配合 ,下辊刷连接电机；出 鱼板上通过转轴设置有带拉簧的压板。利用两个辊刷的反向转动 ,来刮除鱼鳞 ,实现了连续加工生产 ,生产效率高 ,且不损伤鱼体。具有结构简单、使用方便、价格低的效果 ,鱼鳞清除干净 ,可广泛适用于鱼类市场、鱼类加工厂、宾馆、饭店等。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 34 页 经过上述方案的对比，联系实际，在这些除鱼鳞设备的基础上，对辊刷式去鱼鳞机进行改进设计。 图 刷式去鱼鳞机 鱼鳞机设计准则 （ 1）去鱼鳞机整机零件应设计合理，符合机械设计的技术性能； （ 2）去鱼鳞机和零件应符合可靠性指标和安全性准则； （ 3）去鱼鳞机和零件应易于维修与保养，使机器保持正常运转； （ 4）应有相应的润滑装置； （ 5）输入电源为 380V 通用交流电源。 （ 1）去鱼鳞机正常运转时，应达到噪音小，运转平稳； （ 2）形体大小不一的鱼，调节去鱼鳞机上辊控制装置，保证除鳞时的夹持压力； （ 3）除鳞机构运行时鱼体不能损伤； （ 4）清洗鱼体过后，应清洁无鱼鳞； （ 5）去鱼鳞机是全天运行设备，工作寿命应超过 5 年。 桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 34 页 体设计方案 图 鱼鳞机整机结构图 由于本课题只做除鳞部分，检测、上料、运输机构不做详细分析 。在这里只做简单阐述：首先让鱼通过运输检测系统，根据鱼的大小分类运送，数据反馈到去鱼鳞机的上辊升降设备上，进行调节，再通过上料机构输送鱼到鱼箱，进行除鳞，除鳞完成后，进行清洗，过滤掉鱼鳞，利用输送装置收取鱼和回收鱼鳞。 除鳞部分的详细过程：首先把新鲜的活鱼输送到鱼箱内，然后通过 3 根圆辊（带有类似毛刷一样）互相摩擦，可以根据鱼体大小调节上辊的升降，上辊作为辅助，上下辊挤压鱼体，在下辊转动时，带动鱼进入双辊内，通过辊刷挤压摩擦将鱼鳞去除，除鳞完成后，开启水管，进行鱼的清洗，使鱼鳞和鱼分隔开，鱼箱底部带有过滤器， 方便对鱼的收取还有对鱼鳞的回收利用。 动设计 通过电动机、联轴器、减速器和齿轮实现传动。如图 示。 A. 带传动的特点 带传动的基本组成零件为带轮（主动带轮和从动带轮）和传动带。当主动带轮转动时，利用带轮和传动带之间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递到从动带轮。 按传动带的截面形状不同，可分平带传动、圆带传动、 V 带传动和多楔带传动。由于普通 V 带应用最广， V 带基准长度已经
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