毕业设计（论文）-水果分选机分选部分设计.doc

全套图纸加扣 3012250582 第50页 共50页目 录引言31 水果分选机的研究现状与发展状况31.1研究现状31.2课题研究的意义与发展52 本设计的内容与要求52.1内容52.2要求与数据52.3技术参数63 功能原理设计63.1分选机的工作方式63.2分选机构原理的设计73.3隔板的设计74 方案的选择与设计84.1 分选机整体装置的设计84.2电机的选择84.3传动比及主要装置运动参数计算105 重要零件的校核与计算115.1齿轮的设计与计算115.2 V带的设计145.2.1 带传动的选择145.2.2 V带传动的计算175.3 链传动的设计195.3.1 链传动的选择205.3.2 链传动的计算215.4 输出轴部分的设计225.4.1 输出轴的设计225.4.2 平键的设计275.5 输入轴部分的设计285.5.1 输入轴的设计285.5.2 平键的设计335.6 滚子轴的设计与计算345.7 箱体的设计365.8 螺栓组的设计与计算385.9 润滑密封的设计426 三维数字化建模426.1分选机整体的三维建模426.2带传动部分的三维建模446.2分级机构的三维建模456.2入料斗的三维建模467 总结47谢 辞48参考文献50引言 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。因此有必要要设计一种成本较低，容易操作，适合中小型企业和水果产地使用的水果分选机。目前，我国具备先进水果分选设备的企业很少，有大型生产线的企业也仅仅是对质量和大小进行分选,装备比较落后。因此，市场上销售的水果大多数依靠机械配合人工的方式实现分级。人工分级的主要缺点是：劳动量大、生产率低而且分选精度不稳定；水果分选难以实现快速、准确和无损化。截止到目前为止，国内外已有不少学者及科研人员在此领域取得了重大进展。根据水果检测指标的不同，水果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。1 国内外研究现状和意义1.1研究现状（1）大小分选机大小分选机是按照水果大小进行分选，在水果分选机中应用最为广泛。目前可用于苹果类圆形水果分选的方法有筛子分选法、回转带分选法、辊轴分选法、滚筒式分选法等。其中，前3种方法由于各自存在不同的缺点而未能推广使用。滚筒式分选法其分选装置主要由喂料机构、V型槽导果板、分选滚筒、接果盘及传动系统组成。工作时，水果由倾斜输送器提升后，先经手选装置由人工剔除伤残果，然后通过输送带送入果箱，打开料门，输送至导果槽板。在此，水果自然分行滚动，不会出现水果堆积和阻碍现象。分选滚筒开有孔径逐级增大的圆孔，水果从V型导果槽板流至滚筒外边进行自动校径的分选。小于分选孔的水果先从第一滚筒分选孔落入接果盘，大于分选孔的则经V型导果槽继续向前滚动，直至遇到相应分选孔落下，于是在不同的接果盘可得到不同等级的水果。此分选装置结构简单，对水果损伤小，成本较低，分选精度和效率较高，适用于球形和近似球形物料的分选，在国外应用较广。为了减少水果碰撞，提高好果率，有的大小分选机是利用浮力、振动和网格相配合的办法进行分选，但有关此方面的报道较少。由以上可知，水果大小机械式分选法中，滚筒式分选法是最优的一种。另外，随着电子技术和计算机图像技术的发展，采用光电传感器或CCD摄像机对水果的大小进行测量判别已成为此类分选机的研究热点。因为它们是对水果的大小进行不损伤的非接触性计量，适用于任何种类的水果。研究了一种基于计算机视觉的水果大小检测方法，试验表明该方法检测速度快、正确率高、适用范围宽，能够满足水果自动检测要求。（2）重量分选机按重量进行分选的分选机械早期是利用杠杆原理进行分选的。目前，机械式重量分选机主要有固定衡量秤体、运动输送盘式和固定限位装置、运动衡量秤体式两种机型。机械式重量分选对水果的损伤较小，而且具有较广的通用性，但是由于各种误差及摩擦影响等使分选精度不是很高。近年来，随着计算机和称重传感技术的迅速发展和现代科学技术的相互渗透，电子称重技术及应用有了新的发展。基于此，国内外已开始研制电子称重式分选机。电子称重式分选机一般采用压力传感器称量水果，微机系统对传感器输出信号进行采样、放大、滤波、模数转换、运算和处理，并控制机械执行机构进行分选。在现有电子称重式水果分选台的基础上，对其测控系统进行了重新研制，将原有的PC机控制替代为单片机控制。由于系统采用微机控制，可按需选择准确的分选基准，具有更高精度和更高的控制灵活度，在实际中具有更广的应用前景。但是由于该设备操作较为复杂，而且设备成本较高，难以在我国推广使用。我国对该类型水果分选机的研制尚处于起步阶段，需要科研人员充分利用国外已经取得的研究成果，研制适合于我国实际情况的电子称重式分选机。（3）外观品质分选机外观品质分选机是按水果的大小、表面缺陷、色泽、形状、成熟度等进行分选的分选机。其分选方法包括：光电式色泽分选法和计算机图像处理分选法。色泽分选法是根据颜色不同反射光的波长就不同的原理对水果颜色进行区分。而计算机图像处理分选法是利用计算机视觉技术一次性完成果梗完整性、果形、水果尺寸、果面损伤、成熟度等检测,可以测得水果大小、果面损伤面积等具体数值,并根据其数值大小进行分类。国内外学者在利用计算机视觉技术对水果外部品质检测方面进行了大量的研究，并取得了重大进展。（4）内部品质分选机内部品质包括水果的糖度、硬度、酸度和内部缺陷等指标，通常水果内部品质主要依靠破坏性检验方法。目前用于水果硬度的检测方法主要有变形法和声学法。但由于变形法只能测量水果的局部硬度，声学法易受噪音和机械振动的影响等而限制了其应用。而近红外法和核磁共振法可用于水果糖度、硬度的检测。近红外光谱技术在农产品内部品质检测方面发展较快，具有检测速度快、可同时检测多种内部成分等优点。其基本原理是当用近红外光照射水果时，不同的水果内部成分对于不同波长的光学吸收和散射程度不同，而内部光谱也会随着水果内部成分质量分数的不同而发生变化。利用这一特性，即可根据近红外光谱特征分析水果中的主要成分及其质量分数。何东健等利用近红外分光法检测水果内部品质，结果表明：近红外分光法不但能检测水果糖度、酸度，而且能检测内部缺陷，完全满足在线检测水果内部品质的要求。刘燕德等应用近红外漫反射光谱分析技术设计了一种近红外光谱水果内部品质自动检测系统，该系统能够快速地用于水果内部品质的无损检测和分级。核磁共振技术作为一项新的检测技术在水果内部品质检测方面也有着较大的发展潜力。1.2课题研究的意义与发展在众多场合下，大小和重量分选机应用较多。而且目前常用的大多数是机械式大小和重量分选机。基于计算机视觉的水果大小分选机虽已用于实际生产，但是由于价格昂贵，还未能推广使用。外部品质分选机和内部品质分选机还在进一步研究中，研究过程还存在着一些难题：水果外部品质检测方面，水果的尺寸和颜色检测技术已比较成熟，但是果面的缺陷检测确是水果实时分级的难点，要快速准确地测定水果表面的各种缺陷并与梗、萼凹陷区正确区分比较困难；内部品质检测方面，多是就一种产品某一单项项目进行检测，对果品多种内部品质的综合检测方面研究较少。同时，由于内部品质检测的方法比较复杂，所需设备成本较高，故用于实际检测中的还很少。另外，在水果在线检测分选机的研究中，水果品质的实时检测和分级还存在检测精度低、速度慢等问题，这就要求图像信息的处理和识别算法必须简单而有效，以满足在线高生产率的要求。计算机技术、数据处理技术、无损伤检测技术以及自动化控制技术的发展为现代及未来的分级检测技术提供了广阔的空间。机器视觉技术的应用已成为实现果蔬产品品质自动识别和分级的最有效的方法。可以预见，将人工智能技术和图像处理技术相结合，是今后应用计算机视觉技术进行水果品质评价的重要发展方向1。2 本设计的内容与要求2.1 内容水果分选机用于将水果按需要进行分类的机械，是水果供应企业进行水果自动化加工的关键设备之一。为实现将水果按大小（重量）进行分类的功能，设计水果分选机分选部分。具体任务如下：1. 分析水果分选的要求，研究系统的工作原理；2. 提出水果分选机分选部分的工作原理，进行结构设计；3. 绘制水果分选机分选部分的装配图及典型零件的零件图；4. 对水果分选机分选部分的关键参数进行计算和校核。2.2要求与数据1. 所提出水果分选的工作原理应符合按大小（重量）进行水果分类的要求，能实现高效的水果分选； 2. 用Solidworks建立水果分选机分选部分的3D装配模型； 3. 绘制水果分选机分选部分的装配图及典型零件的零件图；4设计说明书（毕业设计说明书）应包含中英文摘要、设计方案比较、结构设计等内容。2.3技术参数1. 按（重量）进行分选范围：0.35Kg ；0.35KgX0.3Kg ； 0.3KgX0.25Kg 0.25KgX0.2Kg ； 0.2Kg 2. 工作电压：380V3. 产品用途：按重量分选水果4. 包装：裸装5. 功率：0.75Kw6. 分选等级：5个7. 主要技术性能噪声：80dB（A） 8. 吨料电耗：0.25 kW.h/t 9. 纯工作小时生产率：3000kg/h 10. 碰压伤率：8 （%） 11. 分级合格率质量分级：95（%）3功能原理设计3.1分选机的工作方式如图1所示。杠杆式水果分级卸载装置直接安装在滚子式水果输送装置上，分选杠杆的分选臂正好处于、支撑在相邻滚子之间水果的正下方。纵向水平轴固定在输送链上，分选杠杆套装在纵向水平轴上并可绕其自由旋转，分级执行机构则固定在输送线上方的基体框架上。当输送链运转时，滚子、水果、纵向水平轴和分选杠杆随着输送链一起向运动。当水果经过分选机构时，杠杆臂上翘使得水果被翻转到相应的入料斗2。图1 分选卸载装置的结构示意图（a）主视图 （b）俯视图其动作逻辑关系图如下：清洗后的水果 滚轮传送 分级机构 翻转 进入料斗 不符合3.2 分级机构原理的设计杠杆式水果分级卸料机构的具体结构如图2所示。分选杠杆的中部有一个水平套筒，其一端为承压壁，另一端为分选臂。分选杠杆通过其水平套筒套装在纵向水平轴上并可绕其自由转动，上下限位销则用于限制其转动范围3。图2 分级机构原理示意图1、水果 2、分选杠杆 3、上限位销 4、下限位销 5、纵向水平轴 6、套筒 7、滚子3.3 隔板的设计水果从料斗进入机体后，通过隔板12导入分级器，为了使水果能顺利滚入分级器，设定隔板的倾角为。隔板左右两端应向上进行一定尺寸折边，保证水果顺利进入下一级分级器而不会从隔板两端掉落。并且，隔板靠近分级器一端应向下进行一定尺寸的折边，这样可避免损伤物料，同时是为了防止所需分选的物料未经分选直接进入下一分级器9。结构如图3图34方案选择与设计4.1分选机整体装置设计4(1) 组成:电动机、减速器、传动部分、分级部分、入料斗部分。(2) 特点:齿轮相对于轴承不均匀分布，故沿轴向载荷分布不均匀，要求轴有较大的刚度。(3)分选机机构简图:（如图4）图4 分选机机构运动简图1、电动机 2、带轮1 3、皮带 4、齿轮 5、输送链 6、滚子 7、分选杠杆 8、纵向水平轴 9、滚子轴 10、收集箱4.2电机的选择由本设计的技术要求和具体传动部分配合知:电动机的功率初定为0.75Kw，额定电压为380V。具体配合如图5所示:图5 电动机带动下的传动配合选择Y90S6型笼型异步电动机电动机采用B级绝缘，外壳防护等级IP44，冷却方式为I（014）即全封闭自扇冷却。额定电压为380V，额定功率为50HZ5。如表1 Y90S6型笼型异步电动机技术数据所示：(附图1) 型号额定功率KW满载时电流A 转速r/min效率功率因素Y90S60.7515.541000870.85由机械手册知:L=340mm ，AC=195mm ，E=500.310mm ，C=561.5mm B=125mm4.3传动比及主要装置运动参数的计算由本设计的技术参数知:减速器的传动比选择为2.5，即一级减速器。带传动部分的传动比为： 。因为两链轮尺寸相同，即1。电动机的额定功率为Kw。根据要求知，减速器所用的直齿轮精度如下，查机械设计手册知6，9级精度直齿轮的效率值:直齿轮=0.96，所以，减速器的传递效率为: 本设计为普通V带传动，由机械设计手册手册知，开式传动效率为：:由机械设计手册知，链传动与带传动相似，其主要特点是借助于中间挠性件链，在距离较远的轴之间传递运动和动力，结构简单、价格低廉。链传动的常用功率范围为100kW以下，传动比6（滚子链），开式链传动效率为：（1） 各轴转速减速器部分的传动比为2.5，则1000/2.5400r/min带传动部分的传动比为2.6，则400 /2.6154r/min链传动部分的传动比为1，则/154/1=154r/min=2.6r/s.（2）各轴输入功率Kw0.690.94=0.6486Kw=0.5837kW（3） 各主要轴转矩电动机的转矩：=9550 =95500.75/1000=7.1625Nm所以，电动机经过减速器输入轴的转矩：=7.16252.50.92=16.4738Nm带轮带动下输出轴的转矩=16.47382.60.94=40.2620Nm 链轮传动中从动轮上链轮轴的转矩：5重要零件的校核与计算5.1齿轮的设计计算 已知减速器所用到的齿轮齿数分别为:,。下面以加速器所用的低速直齿轮为例7:(一)标准直齿轮的计算1、齿轮材料，热处理及精度 材料选择由教材表10-1可知：大小齿轮材料均为钢调质。小齿轮齿面硬度为 250HBS ，取小齿齿数=17大齿轮齿面硬度为 220HBS ，则大齿轮齿数为: Z=iZ=2.517=42.5 取:Z=42 齿轮精度芯片拾取机构为一般机器,速度不高，按GB/T100951998，选精度等级为7级初步设计齿轮传动的主要尺寸（1）按齿面接触强度设计确定各参数的值:试选载荷系数为=1.8计算小齿轮的转矩 T=9.5510=9.55100.75/1000=7162.5N.mm 确定齿宽系数 小齿轮做不对称布置，查教材表10-7选取=1.0 确定弹性影响系数 查教材表10-6得 =189.8MP 确定区域载荷系数 按标准直齿圆柱齿轮传动设计Z=2.5 齿数比 =42/17=2.47 根据循环次数公式N=60nj 计算应力循环次数 N=60nj =601000112000=0.7210hN2=60n2j =60100042/17112000=1.7810h取接触疲劳寿命系数查教材图10-19中曲线1得K=0.93 K=0.96计算接触疲劳许用应力查教材图10-21(d)得=600，=570取失效概率为1%,安全系数S=1=0.93600=558=0.96570=547.2许用接触应力 （2）设计计算 由接触强度计算小齿轮的分度圆直径 =2.32计算齿轮的圆周速度计算齿宽b=1.030=30mm计算齿宽和齿高比 = = =7.56计算载荷系数齿轮的使用系数载荷状况以轻微冲击为依据查教材表10-2得KA=1.25。由教材图10-8查得KV=1.12。对于软齿面轮，假设KAFt/b100N/mm，由教材表10-3得K=1.2。由教材表10-4得K=1.32，由教材图10-13得K=1.28。接触强度载荷系数 KK K K K =1.251.121.21.32=2.22按实际的载荷系数校正分度圆直径 d=d=30=32.17计算齿轮的相关参数=取标准值m=2mm d=mz1=217=34mm d2=mz2=242=84mma=( d+ d2)/2=59mm进行圆整并最终确定齿宽 b = =15.78mm圆整后，取b2=15mm，b1=20mm。(3)校核齿根弯曲疲劳强度确定弯曲强度载荷系数KK K K K =1.251.161.11.12=1.7864查取齿形系数和盈利校正系数查教材表10-5得齿形系数Y2.97 Y2.37 应力校正系数Y1.52 Y1.675计算弯曲疲劳许用应力由教材图10-18得。取安全系数,由教材图10-20（c）得， 。按对称循环变应力确定许用弯曲应力校核弯曲强度根据弯曲强度公式条件进行校核108MPa如图6所示标准直齿轮零件图8图6 直齿轮5.2 V带的设计5.2.1带传动的选择传动的重要性:工作机一般都要靠原动机提供给一定的能量(绝大多数是机械能)才能工作。但是，把原动机和工作机直接连接起来的情况是很少的，往往需要在二者之间加入传递动力或者改变运动状态的传动装置。其主要原因是:1） 工作机所要求的速度，一般与原动机的最优速度不相符合，故需增速或减速（实用中多为减速）。此外，原动机的输出轴通常只作匀速回转运动，但工作机所要求的运动形式却是多种多样的，如直线运功、间歇运动等。2） 很多工作机都需要根据生产要求而进行速度调整，但依靠调整原动机的速度来达到这一目的往往是不经济的，甚至是不可能的。3） 在有些情况下，需要用一台原动机带动若干个工作速度不同的工作机。4） 为了工作安全及维护方便，或因机器的外廓尺寸受到限制等其他原因，有时不能把原动机和工作机直接连接在一起。由此可见，传动装置是大多数机器或机组的主要组成部分。实践证明，传动装置在整台机器的质量和成本中都占有很大的比例。机器的工作性能和运转费用也很大程度上取决于传动装置的优劣。因此，不断提高传动装置的设计和制造水平就具有极其重大的意义。传动分电传动和机械传动，本设计选择机械传动中的摩擦型传动，摩擦型带传动中，根据带传动的横截面的形状的不同，又可以分为：平带传动、圆带传动、V带传动和多楔带传动13。平带传动各设计参数附表1、平带传动传递功率的范围及效率概值传动类型功率P/kW效率（未计入轴承中摩檫损失）V带使用范围常用范围闭式传动开式传动可达100050-100-0.92-0.97平带1-350020-30-0.94-0.98表22、平带传动的最大允许速度、转速与传动比传动类型最大允许速度/(m/s)最大允许转速/(r/min)减速传动比普通平带传动(30)-（5）普通V带25-3012000（15）窄V带35-4015000（15）摩擦轮传动15-25-（15）表33、平带传动(功率P=75Kw，传动比i=n1 /n2=1000/250=4)的尺寸、质量和成本对比传动类型【圆周速度/（m/s）】 中心距/mm轮宽/mm质量概值/kg相对成本/%平带传动(23.6)5000350500106有张紧轮的平带传动（23.6）2300250550125普通V带传动（23.6）1800130500100滚子链传动（7）830360500140齿轮传动（5.85）280160600165表4带传动是一种挠性传动。带传动的基本组成零件为带轮（主动轮和从动轮）和传动带如图2。当主动轮转动时，利用带轮和传动带间的摩擦或啮合作用，将运动和动力通过传动带传递给从动带。带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸震等特点，在机械设计中应用广泛。图7 带传动机构运动示意图 因为，平带传动结构简单，传动效率高，带轮也容易制造，在传动中心距较大的情况下应用比较多。 圆带结构简单，但是多用于小功率传动。 多楔带兼有平带和V带的摩擦力大的优点，并解决了多根V带长短不一而使得各带受力不均匀的问题。但要求传递功率大，结构紧凑的场合。 V带的横截面呈等腰梯形，带轮上也做出相应的轮槽。传动时，V带的两侧面和轮槽接触。横面摩擦可以提供更大的摩擦力。另外，V带传动允许的传动比大，结构紧凑，大多数V带已标准化。V带传动的上述特点使它获得了广泛的应用。 所以，由本设计的技术参数及零件配合尺寸知，我们选择平通V带传动。 由机械设计手册知：选择普通V带的带型为C型。具体截面尺寸如下表5：（附图2） 普通V带的带型节宽顶宽高度h/mm横截面积A/楔角C19.022.014.0237表5 V带的横截面积5.2.2 V带传动的计算本设计的带式传送装置，其齿轮减速器与链轮轴之间用普通V带传动，电动机的功率为P=0.75Kw，减速器的传动比i=2.5,传动效率为：。减速器输出轴的转速为：262 r/min ，链轮的输入轴的转速为：100 r/min 。允许误差为，运输装置工作时有轻度冲击，两班制工作。则此带传动的设计如下：（1）确定计算功率 。查教材表8-7得工作情况系数=1.2。又因为0.750.92=0.69kW计算功率 =0.828Kw（2）选取V带型号。根据=0.828Kw，262 r/min，查教材图8-11选用A型 （3）确定带轮的基准直径并验算带速。 由教材表8-4a取主动轮计算直径=90mm ,从动轮直接 查教材表8-8取。 从动轮的实际的转速 转速合适。验算带的速度 带速合适。 （4）确定带的长度和中心距 根据0.7（）=20齿轮端面与内箱壁间的距离=10箱盖、箱座肋厚、,=7=7轴承座外径=125/90轴承端盖螺钉直径=6轴承旁联接螺栓距离S 一般取S=1505.8 螺栓的设计与计算。图26 箱体底板螺栓组连接示意图由设计要求的经验数据可知箱体固定在铸铁支架上，已知螺栓所受轴向