机械毕业设计（论文）-山楂去核机的设计（全套图纸）

山楂去核机的设计山楂去核机的设计 学生姓名 学 号 8031212407 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 16-4 指导老师 日 期 2016.05 塔里木大学机械电气化工程学院制 16 届毕业设计 前言前言 我国目前的山楂山楂机械的发展情况比较落后，由于缺少良好的设备，加工手段落后， 生产效率低，致使一些地区出现水果积压腐烂现象，给果农造成很大的经济损失。 山楂去核手工作业现在在中国仍然是主要的加工手段， 不仅占用大量的劳动力、 劳动强 度大、生产率低，而且卫生安全也得不到有效保障。去核作业是山楂加工工序中十分重要的 前处理工序。以往的手工操作远不能满足现代山楂加工的需求，不仅占用大量的劳力，劳动 强度大，生产效率低，且产品质量难以控制。本设计主要是为了解决山楂去核作业的劳动强 度大，安全卫生，提高生产效率，降低山楂果实破损率，保证山楂产品的质量。因此，小型 山楂山楂机有非常好的应用前景。 关键词关键词：山楂；山楂机；刀具设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 目目 录录 1 前言 1 1.1 本论文研究的目的和意义 1 1.2 国内外果核类山楂机械的发展情况 . 1 1.3 山楂的特性和山楂山楂机的应用前景 . 2 2 山楂山楂机设计 3 2.1 马达的选择 . 4 2.2 传动装置的选择. 6 3 山楂山楂机关键部件设计. 9 3.1 去核的刀具 9 3.2 山楂定位盘 10 3.3 山楂机定位盘主轴 . 10 3.4 山楂机主轴间歇轮 . 12 3.5 山楂机传动圆盘. 13 3.6 山楂机传动盘的轴 . 13 3.7 轴承选择 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 总 结 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 塔里木大学毕业设计 1 1 前言前言 1.1 本论文研究的目的和意义本论文研究的目的和意义 我国的地域辽阔、资源丰富。具有得天独厚的发展水果加工业的良好条件。水果深加工 已成了农民致富的一条主要途径， 不论社会效益还是经济效益都是十分可观的。 果核类水果 主要是指桃、杏、李、山楂、红枣及橄榄等。它们在水果总产量中占有较大比例，以它们为 原料，加工成饮料、罐头、果脯及果干制品时，去核作业是水果加工业中十分重要的前处理 工序。 以前的手工操作远不能满足现代水果加工的需求， 不仅占用大量的劳力， 劳动强度大， 生产效率低，且产品质量难以控制。但是我们也看到，在果树种植业蓬勃发展的今天，由于 缺少性能良好的设备， 加工的手段落后， 生产效率低， 有些地区还出现鲜果品积压腐烂现象， 给果农造成不应有的经济损失。 许多地区的果品加工厂， 其前处理生产环节， 如去核、 去皮、 清洗等，至今基本上仍靠手工或十分简陋的工具完成。因此，在我国发展山楂机械等前处理 设备，取代手工作业是必然趋势。针对中国水果资源丰富、分布广泛的特点，特别要加大对 中小型山楂去核机具的研制，以适应广大果农及小型果品加工厂的需求。只有这样，才会有 丰富多样的食品来满足人们的需求，才能保护果农种植的积极性1。 1.2 国内外果核类山楂机械的发展情况国内外果核类山楂机械的发展情况 国外 20 世纪 60 年代着手研制水果山楂机，至 20 世纪 80 年代初美国、意大利、荷兰等 国已相继推出了粘核桃山楂机、橄榄山楂机等。去核工序基本上实现了自动化。数十年的发 展，已日趋完善、成熟。目前，正向着节能型和机电一体化方向发展，以电脑自控作业为主。 但中国的水果山楂机具发展缓慢，远远落后于种植业的发展。 日本生产的一种刮板式山楂机，去核后的果肉可达 5 毫米左右，由筛孔排出，桃核从尾 端排出， 该机适用于粘核型桃的去核加工， 它具有成本较低， 生产率高， 去核效果好等特点。 国外也研制出了橄榄山楂机，它可以依靠果模组装在链条或滚筒上，形成输送和定位，并采 用一排刀具（包括上刀和下刀），对橄榄进行多刀去核作业，其生产效率比使用单刀的设备 高得多。 美国 FMC 公司 80 年代初向市场推出一种自动转矩式粘核桃山楂机。每分钟可加工 80 个桃子，其生产率约 800 kg/h 左右。该机采用 14 个小杯对桃子进行定位和输送。每个杯子 底部有一带凸起的小转轴。 小轴在链条带动下始终旋转着， 只要杯内桃子的凹部不在小凸起 的上方，桃子外圈就会与凸起接触并被其带动旋转着，直到图示正确位置为止。这时，桃子 保持直立状态，劈刀将果内劈成两半后，夹持挑子的两个橡胶夹板相向转动 150使果肉与 桃核分离。该机可以整个加工季节连续工作而不必停机润滑，调节与清洗也十分方便。由于 它保持了去核后果肉的完整性，因此比较适合于罐头、果脯和果干加工厂使用。由于该机结 构较复杂，成本较高，而国内罐头、果脯等食品均属微利产品，因此，在我国推广起来存在 一些难度 塔里木大学毕业设计 2 中国研制出的核果水果山楂机具， 按其结构特点和工作部件的不同， 大体可分为剖分式、 对辊式和捅杆式等几大类。目前中国的山楂机械有剖分式山楂机、对辊式山楂机、捅杆式山 楂机、打浆式山楂机、刮板式山楂机、凸齿滚筒分离凹板式山楂机几种形式。中国山楂机械 存在突出的问题有果肉损失率较高、去核后果实破损率高、机械性能不稳定、通用性差、作 业成本高、科技含量低、生产效率低等。 1.3 山楂的特性和山楂山楂机的应用前景山楂的特性和山楂山楂机的应用前景 山楂，是可食用植物，果核类水果，质硬，果肉薄，味微酸涩。落叶灌木，枝密生，有 细刺，幼枝有柔毛。小枝紫褐色，老枝灰褐色。能防治心血管疾病。山楂是我国特有的药果 兼用树种。山楂的主要成分：可食用部分 76%。每 100g 中含能量 397kJ、水分 73g、蛋白质 0.5g、脂肪 0.6g、膳食纤维 3.1g、碳水化合物 22g、胡萝卜素 100g、维生素 A 17g； 硫胺素 0.02mg、 核黄素 0.02mg、 尼克酸 0.4mg； 维生素 C 53mg、 维生素 E 7.32mg； 钾 299mg、 钠 5.4mg、钙 52mg、镁 19mg、铁 0.9mg、锰 0.24mg、锌 0.28mg、铜 0.11mg、磷 24mg、硒 1.22g。含解脂酶、鞣质等以及对大肠杆菌、绿脓杆菌、痢疾杆菌有抑制作用的成分。 山楂能防治心血管疾病，具有扩张血管、强心、增加冠脉血流量、改善心脏活力、兴奋 中枢神经系统、降低血压和胆固醇、软化血管及利尿和镇静作用；防治动脉硬化，防衰老、 抗癌的作用。山楂酸还有强心作用，对老年性心脏病也有益处。它能开胃消食，对消肉食积 滞作用更好，很多助消化的药中都采用了山楂；山楂对子宫有收缩作用，在孕妇临产时有催 生之效，并能促进产后子宫复原；能增强机体的免疫力，有防衰老、抗癌的作用。山楂中有 平喘化痰、抑制细菌、治疗腹痛腹泻的成分。 近年来，随着人民生活水平的不断提高，人民对食品质量的要求也越来越严格。生产厂 家也意识到前处理工序对产品质量有着不可忽视的影响，各厂家纷纷寻找合适的前处理设 备。由于许多前处理设备在国内尚属空白，因此，开发性能优良的山楂机及其它前处理设备 是形势所需。果核类水果主要指桃、李、杏、山楂、红枣及橄榄等，它们在水果总产量中占 有较大的比例。在以它们为原料加工饮料、罐头、果脯及果干制品时，去核作业是一项十分 重要的前处理工序。以往所采用人工作业，不仅占用大量劳动力、劳动强度大、生产率低， 并且产品质量难以控制。 因此， 实行水果去核的机械化作业是水果加工业中必然的发展趋势， 所以山楂山楂机的应用有非常良好的前景。 塔里木大学毕业设计 3 2 山楂山楂机设计山楂山楂机设计 如图 2-1 所示为小型山楂山楂机， 主要包括 1 去核刀具、 2 山楂定位盘、 3 定位盘主轴、 4 传动间歇轮、5 传动圆轮、6 传动轴、7 连杆、8 转盘、9 挡板。其中，去核刀具能够去掉 山楂的内核，且保证山楂不破碎；山楂定位盘能够给山楂定位，确保去核刀具能够准确的去 掉山楂的内核；传动间歇轮，能够在传动圆轮的运转过程中，每 30转动一下，进而使山 楂定位盘间歇转动；传动圆轮，每转动一圈，带动间歇轮转过 30一次；转动轴保证传动 圆轮平稳传动； 连杆在转盘圆周运动过程中， 分别带动传动圆轮转动和去核刀具的上下运动； 转盘做圆周运动带动连杆运动；挡板的作用是收集去核后的山楂。山楂山楂机工作原理是： 发动机发动后，通过皮带轮把动力传给减速器，减速器减速后带动转盘转动，转盘转动带动 连杆做往复运动， 一边连杆带动刀具上下运动完成山楂的去核工作， 另一边连杆带动传动盘， 传动盘每转动一周，带动间歇轮转动一次(30)，在主轴的转动下使山楂定位盘转动。(当 转盘带动连杆运动到最上方的时候， 传动的转动装置带动间歇轮转动， 进而使定位盘带动山 楂转动到刀具下方，当转盘向下运动时，传动装置离开间歇轮做圆周运动，刀具在连杆作用 下，向下运动完成山楂的去核工作，如此反复。山楂随刀具向上时，遇到挡板脱落到定位盘 上随定位盘转动，当遇到第二个挡板的时候被剥落下去，掉落到收集带中。) 图 2- 1 塔里木大学毕业设计 4 山楂去核机零件 2- 2 图 1：电机 2：减速齿轮 3：曲柄连杆 4：道具模块 5：转盘 6：山楂挡板 7：间隙机构 8：轴心 9:皮带 10：转盘轴承组 11：大皮 带轮 2.1 马达的选择马达的选择 2.1.1 选择马达系列 马达选择应保证： r PP 0 2-1 式中：P0马达额定功率，kW； Pr工作机所需马达功率，kW。 所需马达功率由下式计算： 塔里木大学毕业设计 5 Pr=Pw/ 式中：Pr工作机所需有效功率，由工作机的工艺阻力及运行参数确定； 马达到工作机的总效率，%。 皮带运输机的 PW 计算方法： PW=Fv/1000 (kW) 2-2 式中：F工作机的圆周力，例如运输机上运输带的有效拉力，N； v工作机的线速度，例如运输带的带速，m/s； D带运输机主动滚筒的直径，mm； n工作机卷筒轴的转速，r/min。 按工作要求及工作条件选用三相异步马达，封闭式结构，电压 380V，Y 系列。 2.1.2 选择马达功率 PW1=0.27 kW，1=0.990.950.960.950.9940.96=0.7698 Pr1=PW/1=0.36 kW PW2=0.15 kW，2=0.950.8250.9820.990.90=0.6885 Pr2=PW/2=0.22 kW 查表 2-3，可选 Y 系列三相异步马达 Y802-4 型，额定功率 P0=0.75kW，或选 Y 系列 三相异步马达 Y90S-4 型，额定功率 P0=0.75kW。 以同步转速为1500r/min及1000r/min两种方案进行比较， 由表2-3查得马达数据， 计算出传动比如下表。 塔里木大学毕业设计 6 表 2- 3 马达数据表 方 案 马达型 号 额 定 功率 /kW 同 步 转速 /(r/mi n) 满 载 转速 /(r/mi n) 总 传 动比 质 量 /k g 价 格 / 元 1 2 Y802- 4 Y90S- 4 0.75 0.75 1500 1000 1390 910 57.92 37.92 1 8 2 3 4 75 5 70 比较两方案可见，方案 1 选用的马达虽然质量和价格较低，但总传动比大。为使传动装 置结构紧凑，决定选用方案 2。马达型号为 Y90S-4，额定功率为 0.75 kW，同步转速为 1000 r/min，满载转速为 910 r/min。由机械设计课程设计表 4.12-2 查得马达中心高 H = 90mm， 外伸轴段 D E = 24mm 50mm。 2.2 传动装置的选择传动装置的选择 2.2.1 传动的选择 (1)带传动：带传动是具有中间挠性件、靠摩擦工作的传动，如图 4 所示，所以具有如 下优点：能缓冲吸振；传动平稳，噪声小；过载时，带将在带轮上打滑，可防止其他零件损 坏；结构简单、成本低；允许有较大的中心距(可达 15m)。 带传动的缺点：由于带与带轮面之间的滑动，不能保证定传动比；在传递相同大小的圆 周力时，结构尺寸和轴上压力都比啮合传动大；效率低、带的寿命短。 图 2-4 带传动 塔里木大学毕业设计 7 (2)链传动：链传动是一种用链条做中间挠性件的啮合传动，它由链条、主动轮和从动 轮组成，如图 5 所示。链传动具有如下优点：无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确；效 率较高，0.98；结构尺寸比较紧凑；由于不需要很大的张紧力，所以作用在轴上的载荷 较小；可以在温度较高及灰尘较大的环境下工作。 链传动的缺点：a.不能保证恒定的瞬时传动比；b.只能用于平行轴间同向回转的传动； c.不适宜在载荷变化很大和急促反向的传动中应用； d.工作时存在噪声； e.制造费用比带传 动高；f.磨损链节伸长后运转不稳定，易跳齿等。 (3)齿轮传动：如图 6 所示，齿轮传动优点主要有：a.传动效率高；b.结构紧凑；c.工 作可靠、传动比稳定、寿命长。 齿轮传动缺点：a.制造和安装精度要求高；b.不宜远距离传动；c.成本高。 综合以上三种传动的优缺点，结合本设计的山楂山楂机的特点，选择具有传动平稳、噪 声小、结构简单、成本低的带传动作为传动装置比较适合。 2.2.2 V 带传动的设计 (1)选择 V 带型号 V 带传动的功率计算公式为： Pca=KAP 2-3 式中：Pca计算功率，kW； P传递的额定功率(如：电机的额定功率)，kW； KA 工作情况系数(表 6-9)。 由表 6-9 查得工作情况系数 KA=1.2，所以计算功率： Pca=KAP=1.20.75=9 kW 根据 Pca 和 n1 由图 6-9 确定选用 Z 型带。 (2)确定带轮基准直径 取主动轮基准直径 dd1=67mm。 塔里木大学毕业设计 8 验算带速： v= dn 601000 =6.3825(m/s) 2-4 带速合适。 计算从动轮基准直径 dd2： dd2=idd1=2.3767=158.79 mm 根据表 6-10，取 dd2=160 mm。 (3)确定 V 带的基准长度和传动的中心距 根据 0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)，得到 158.9a454。 初定中心距 a0 = 350mm。 由基准长度公式： Ld=2a0+(dd1 + dd2)/2+(dd2-dd1)2/4a0 Ld=2350+(67+160)/2+(160-67)2/4350=1062.7(mm) 根据表 6-5 选取带的基准长度 Ld=1120mm。 实际中心距 aa0+(Ld-Ld)/2=350+(11201062.7/2=378.7(mm) (4)验算主动带轮上的包角 1 1=180-(dd2-dd1)57.3/a=165.9120 主动带轮上的包角合适。 (5)确定带的根数 z 根据1=165.9，得 Ka=0.966； 根据 Ld=1120mm，得 KL=1.08； 由 n1=910r/min、i=2.37、dd1=67mm； 查表 2-3 得，P0=0.15kW，P0=0.02kW。 z=Pca/(P0+P0)KKL=0.9/(0.15+0.02)0.9661.08=5.07=6 取 z=6 根。 塔里木大学毕业设计 9 (6)确定带的张紧力 F0 查表 6-6，Z 型普通 V 带单位长度质量 q=0.06kg/m。 F0=500Pca(2.5/K-1)/(zv)+ qv2 F0=5000.9(2.5/0.966-1)/66.38+0.066.382 = 90.0(N) (6)计算带传动作用在轴上的载荷 FQ FQ=2zF0cos(r/2)=2zF0sin(1/2) 2-5 式中：z带的根数； F0单根带的张紧力，N； 1主动带轮上的包角，rad。 FQ=2690.0sin 165.9 2 =1071.8(N) 2-6 3 山楂山楂机关键部件设计山楂山楂机关键部件设计 3.1 去核的刀具 由于山楂山楂机刀具用于直接接触山楂果实， 材料的选择应考虑材料容易加工切削、 干 净卫生、成本低且容易清洗等特点，所以本设计选用 45 号钢作为山楂定位盘的材料。 查阅资料得到我国北方山楂直径在 10mm-14mm 之间， 根据山楂直径本设计选取刀具的外 径为 8mm，详细尺寸如 3-1。弹簧选择不锈钢丝（1Cr18Ni91Cr18Ni9Ti），耐腐蚀性好，工 艺性好，弹簧中径为 5mm。 图 3-1 去核的刀具 塔里木大学毕业设计 10 3.2 山楂定位盘山楂定位盘 3.2.1 山楂定位盘材料 由于山楂山楂机属于常用食品加工类机械， 材料的选择应考虑到材料易得、 材料容易加 工切削、干净卫生、成本低且容易清洗等特点，所以本设计选用 45 号钢作为山楂定位盘的 材料。 3.2.2 山楂定位盘尺寸 山楂定位盘如图 8 所示。 考虑到人工放置山楂的舒适度问题以及作业的工作效率， 本设 计采用直径 300mm 的圆盘作为定位盘， 圆盘上均匀分布 12 个直径 10mm 的山楂定位孔， 为了 使定位盘工作稳定可靠不产生倾斜本设计采用双键连接轴，基孔制配合为 H7。 3.3 山楂机定位盘主轴山楂机定位盘主轴 3.3.1 轴的材料选择 该轴的无特殊要求，选用 45 钢调质处理 230-280，查表得B=640MPa。 3.3.2 初步估算轴径 N P Cd 5 3- 1 mmmmd19 20 34. 0 110 5 min = 3- 2 图 3-2 山楂定位盘 塔里木大学毕业设计 11 取轴 d=20 mm。 3.3.3 轴的结构设计 根据估算轴径和轴上零件的布置， 进行轴的结构设计， 确定轴上与定位盘联接键截面尺 寸为 bh=8mm7mm 配合为 H7/r6。 滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制， 轴的尺寸公差 m6。 在轴的两端均制成 245倒角。轴的详细尺寸如图 9 所示。 3.3.4 轴的强度验算 (1)主轴间歇轮上的作用力的大小 转矩： T=95.5105P n =95.5105 0.34 20 =81170(Nmm) 3-3 圆作用直径： d1=39.9(mm) 圆周力： Ft=2T/d1=281170/39.9=4069(N) 3-4 径向力： Fr=Ft/2.653=1534(N) 图 3-3 定位盘主轴 塔里木大学毕业设计 12 轴向力： F=Ft/3.734=1090(N) (2)求垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩 FBV=(Fr29.5+Fd1/2)/210.5+29.5=279(N) 3-5 FDV=Fr-FBV=1534-279=1255(N) 截面 C 处弯矩为: MCV 左=FBV210.5=58730(Nmm) 3-6 MCV 右=FDV 29.5=37023(Nmm) 3-7 (4)按弯扭合成应力校核轴的强度 进行校核时，只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面的强度，由公式： 1 22 )( + = W TM v 3-8 式中：应力折算系数； Mv轴上危险截面处的当量弯矩，Nmm； W 轴上危险截面处的抗弯矩截面系数，mm3； -1 轴在对称循环状态下的许用弯曲应力,MPa，见表 11-1； d 轴上危险截面处直径，mm。当此段轴上有一个键槽时，直径应加大 3%； 有两个键槽时，应加大 7%。 取=0.6，计算截面上的应力： () )(56.37 261 . 0 811706 . 0120527 3 2 2 MPa V = + = 3-9 前面已选定轴的材料为 45 钢，调质处理，由表 11-1 查得-1=60MPa，由于v -1，故安全。 3.4 山楂机主轴间歇轮山楂机主轴间歇轮 山楂山楂机主轴间歇轮如图 10 所示， 材料选用容易加工的 45 号钢， 该轮总直径 100mm， 确定轴上与定位盘联接键截面尺寸为 bh=8mm7mm 配合为 H7/r6，间歇轮与轴的配合采用 基孔制，轴的尺寸公差为 r6，粗糙度要求为 1.6。 塔里木大学毕业设计 13 图 10 山楂机主轴间歇轮 3.5 山楂机传动圆盘山楂机传动圆盘 山楂山楂机传动圆盘如图 11 所示，材料选择 45 号钢，传动圆盘外圆直径为 70mm，确 定轴上与传动盘联接键截面尺寸为 bh=6mm6mm 配合为 H7/r6。传动圆盘与轴的配合采用 基孔制，轴的尺寸公差 r6，传动圆盘孔的粗糙度 1.6，其余 6.3。 图 11 山楂机传动圆盘 3.6 山楂机传动盘的轴山楂机传动盘的轴 图 12 定位盘主轴 3.6.1 轴的材料选择 该轴的无特殊要求，选用 45 钢调质处理 230-280，查表得B=640MPa。 塔里木大学毕业设计 14 3.6.2 初步估算轴径 N P Cd 5 3- 12 mmmmd18 24 36 . 0 110 5 min = 3- 11 取轴 d = 20 mm。 3.6.3 轴的结构设计 根据估算轴径和轴上零件的布置， 进行轴的结构设计， 确定轴上与传动盘联接键截面尺 寸为 bh=6mm6mm 配合为 H7/r6。 滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制， 轴的尺寸公差 m6。 在轴的两端均制成 245倒角。