苹果大小分级机构设计

1苹果大小分级机构设计摘要：随着科学技术的飞速发展，各行各业都已不同程度的步入了机械化时代。而传统的人操纵机械已逐步被淘汰，取而代之的是科技含量更高的机电一体化。水果自动分拣系统是一种集机械传动，图像处理，PLC电路控制的机电结合的现代化设备。它主要可分为水果图象采集段和水果分级段，水果在摄像室内进行图象采集后，图象采集段输出信号给水果分级段，水果分级段的控制件根据信号做出相应的动作控制气泵喷气，将符合分级标准的水果吹离输送装置并完成分级。关键字：自动化；图像处理；气动；分拣；2ApplesizegradingmechanismdesignAbstract：Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,allwalksoflifehavedifferentdegreesofenteredmechanizationera.Andtraditionalmechanicalmanipulationhasgraduallybeeliminated,replacedbytheelectromechanicalintegrationwithhighercontentofscienceandtechnology.Fruitautomaticsortingsystemisacollectionofmechanicaltransmission,imageprocessingandPLCcontrolcircuitoftheelectricalandmechanicalcombinationofmodernequipment.Itmainlycanbedividedintofruitimageacquisitionandfruitgrading,fruitafterthecamerainsideforimageacquisition,imagecollectingsectionoftheoutputsignaltothefruitgradingperiod,fruitgradingperiodofcontrolbasedonsignalmakesthecorrespondingactioncontrolpumpjet,willconformtotheclassificationstandardoffruitblowawayfromtheconveyingdeviceandcompletethegrading.Keywords:Automation;ImageProcessing;Pneumatic;Sortin3目录摘要1关键字11前言21.1研究的目的及意义21.2国内外研究概况3121国内研究概况3122国外研究概况413研究特色与创新52概述621气动水果分级传输装置原理简介622传输分级机构工作原理62.2.1基本组成623设计任务73进料机构设计831进料机架的设计8311加工工艺的选择8312材料的选择8313进料机架结构932进料槽的设计9321加工工艺的选择9322材料的选择104323进料槽的结构1033进料筛选机构设计10331方案的确定10332筛选机构结构10333振动电机的选择1134支撑结构的设计12341进料支撑结构1235振动机架124主要技术参数和电机选择125传动系统设计145.1链条和链轮的设计145.1.1链轮的设计145.1.2链条的设计计算165.2滚子设计175.3轴的设计及校核185.3.1主动轴设计及校核195.3.2从动轴设计215.4同步带和同步带轮设计5225.4.1同步带选择235.4.2同步带带轮设计计算235.5轴承的设计245.5.1轴和轴承的安装方式246安装结构设计计算256.1机架设计256.1.1机架材料选择256.1.2机架连接方式257结论26参考文献26致谢2761前言1.1研究的目的及意义我国是苹果生产大国，苹果总量跃居世界第一位，而且品种丰富。但目前我国的苹果产后商品化处理的水平仍很低，在国际市场上竞争力很弱。目前国内外研究比较多的是农产品的品质检测。在苹果品质检测方面，国外除了进行外部品质（如大小、形状、颜色、表面缺陷等）检测外，还进行其内部品质的无损检测，有些检测项目已经商品化，且能达到实时速度。在国内，苹果的品质检测研究从90年代才开始，仅停留在外部的品质检测上，且远没达到实时检测分级的水平，我国苹果的生产在整个农产品的生产中占有很大的比例，是重要的外贸出口产品。但由于生产后处理不够，使得外销苹果的品质难以保证，在国际市场上缺乏竞争力。其原因首先是检测与分选的手段落后。在我国，苹果分级基本上仍由人工完成。人工分级的缺点主要有：劳动量大，生产率低，分级标准难以实现，分级精度不稳定。因为在苹果分级标准中，着色面积和缺陷面积的度量，仅凭人的视觉难以精确区分，且人长时间用眼，会造成疲劳及情绪的不稳定，从面造成分级误差的波动，其次，苹果的内部品质缺乏检测手段，使苹果的内外品质无法保证。因此，研究和开发苹果自动实时分级系统，选出高质量的苹果，为国家创取外汇，在我国具有重要的经济价值和广阔的应用前景1。随着果品贮藏加工业的发展和人们生活水平的提高，对水果质量的要求越来越高，水果采后处理工作显得日益重要，而采后处理工作时效性强，作业质量标准高，因此，实现机械化、自动化作业势在必行。水果采后商品化处理的主要技术环节包括挑选、清洗、打蜡、分级和包装。挑选是水果采后处理的第一个环节。目的是剔除有机械伤、病虫危害、着色度不够、外观畸形等不符合商品要求的产品，以利于下一步的分级、包装和贮运。挑选由于涉及到病虫、伤、残、色、畸形等多项指标，综合判断较复杂，目前还难做到机械化操作，所以无论是技术先进的国家还是发展中国家，基本靠手工完成，但必须根据不同水果的特点制定相应的标准清洗是商品化处理中的重要环节，是采用浸泡、冲洗、喷淋等方式水洗或用干（湿）毛巾、毛刷等清除果品表面污物，减少病菌和农药残留，使之清洁、卫生，符合商品要求和卫生标准，提高商品价值。打蜡（涂膜）是在果品表面涂上一层薄而均匀的透明薄膜，也称涂膜。涂膜多用于苹果、柑桔、油桃、李子等。经涂膜处理后，不仅可抑制水果的呼吸、减少水分蒸发和营养物质消耗，还可抑制病原菌侵染、减少腐烂，而且还可以增进果品表面光泽，使外皮洁净、美观、漂亮，提高商品价值。分级的目的是要实现农业产品的工业化，使果品成为标准化的商品。不同果品的分级，各个国家和地区都有各自的分法和标准，7我国现有16个果品分级标准，其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红枣已制定了国家标准。此外还制定了一些行业标准。随着生产的发展、品种的更新以及市场的要求，标准还应不断修订和完善。良好的包装，可以保证产品安全运输和贮藏、减少产品间的磨擦、碰撞和挤压造成的机械伤，减少病虫害的蔓延和水分蒸发，使水果在流通中保持良好的稳定性。设计精美的包装也是商品的重要组成部分，是贸易的辅助手段，为市场交易提供标准规格单位，并有利于充分利用仓储空间和合理堆放。水果分级是水果进入流通的第一个环节，并直接关系到水果的包装、运输、贮藏和销售的效果和效益。果树果实有优劣之分，形状、大小、着色程度等也不完全一致，甚至还有风蚀、病虫害等，采后如混在一起既不便于贮藏运输，也不便以质论价销售。在市场商品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，而今水果分级就是实现水果商品标准化的最基础的一步2。在作物生产和科研中，大量的工作而借助于对形态、色泽、纹理等外部特征的判断，如作物生长状况监测、形态识别与分类、病虫草害诊断等。对这些特征信息的获取目前主要靠人工记数、测量和目测。存在着速度馒、强度大、主观性强、误差大、适时性差等缺陷且一些特征还难以定量描述，制约了作物科学研究和生产上因苗分类管理及先进生产技术的推广，是实现农业信息化迫切需要研究和解决的问题。近年，随着信息技术的飞跃发展和计算机普及图像技术及机器(计算机)视觉技术已被广泛应用于多个学科，在作物领域也已取得许多进展并展示了广阔的应用前景。分级的目的是要实现农业产品的工业化，使果品成为标准化的商品。不同果品的分级，各个国家和地区都有各自的分法和标准，我国现有16个果品分级标准，其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红枣已制定了国家标准。此外还制定了一些行业标准。随着生产的发展、品种的更新以及市场的要求，标准还应不断修订和完善。因此，水果分级有着很强的重要性。该系统依据规定的质量品质分类标准，自动完成苹果的等级分类。该分组系统具有以下意义：降低劳动者的劳动强度；提高劳动生产率；提高产品分类质量；降低生产成本。1.2国内外研究概况121国内研究概况相对于国外的分级水平，国内水果分级市场比较落后。国内水果分级大部分还采用人工分级方法，只有少数企业采用半自动及自动化水果分级。虽然我国水果分级现状不容乐观，但也有一些企业的研究得到成功，浙江大学果8蔬智能化分级技术与装备课题组经过近10年的研究积累，在国家“863”计划国家自然科学基金和浙江省科技计划的支持下，与杭州杭挂机电有限公司合作于2004年研制成功国内第一条完全拥有自主知识产权的基于计算机视觉的水果品质智能化实时检测与分级生产线。项目至今已获国家发明专利2项、授权计算机软件著作登记2项、授权国家实用新型专利8项，另有国家发明专利10项待批。2004年6月16日，顺利通过国家863计划机器人技术主题专家组的验收。2004年12月28日，销往广东梅县的第一条生产线在当地正式调试成功，并投入正常生产用于当地特色水果脐橙的品质检测和分级，其工作性能得到用户的高度评价。2005年4月29日，由中国工程院汪懋华院士、蒋亦元院士等8位本领域的权威专家组成的鉴定委员会，对本生产线进行了鉴定，专家们对这一成果给予了高度评价：总体技术水平达到国际同类产品的先进水平，多项技术处于国际领先水平。日前，江苏省自主研制生产的电脑控制全自动水果分级流水生产线在陕西成功运行，并通过国家一级科技查新，填补了国内果品加工生产机械的空白7。该生产线由江苏牧羊集团研制，采用水果品质视觉系统测与分级，每条生产线每小时能检测分级25吨及3吨水果，适用于柑橘、胡柚、苹果、西红柿、土豆等多种水果及农产品的快速分级，部分指标达到世界先进水平。为配套新生产线，该集团同时研发出压榨机、榨汁机等饮料机械，以及去核机、打浆机等果汁生产线前处理设备与后道包装设备，具有良好的应用前景。122国外研究概况国外50%以上的水果实现了分级的完全自动化。近年，随着信息技术的飞跃发展和计算机普及图像技术及机器(计算机)视觉技术已被广泛应用于多个学科，在作物领域也已取得许多进展并展示了广阔的应用前景。目前较先进的微机控制的重量分级机，采用最新电子仪器测定重量，可按需选择准确的分级基准，分级精度高，使用特别的滑槽，落差小，水果不受冲击、不损伤。分级、装箱所需时间为传统的1/2。日本消费者对水果的消费是非常挑剔的，其水果上市前都要经过分级包装。有些价值较高的水果，如冬季上市的西瓜要在标签上标出糖度数值。目前，在日本许多高新技术在水果检测领域得到应用。计算机技术、无损伤检测技术以及自动化控制技术的发展为现代分级检测技术提供了广阔的空间，使分级检测技术正在由半自动化向全自动化、外部品质检测向内部品质检测、复杂化向简单化和方便化、规格标准的文字化向数字化、机械设备结构的复杂化向简单化、数据的人工管理向计算机管理方向转9化。在意大利的果品贮藏加工业生产中，使用颜色分级机较早，主要是对苹果进行颜色分级，其原理是按照绿色苹果比红色苹果的反射光强的道理进行的。工作时，果实在松软的传送带上跳跃移动，光线可照射到水果的大多部位，这样就避免了水果单面被照射。反射光传递给电脑，由电脑按照反射率的不同来将果实分开，一般分为全绿果、半绿（半红）果、全红果等级别。美国Penwalt公司Decco型分级机是一种新型果实分级机，具有速度快、性能好、通用性强的特点。它根据“体积”分级的原理进行工作，综合了大小和重量分级机最突出的优点，同时消除了二者的缺点，使分级作业真正得以柔和平缓地进行。Decco分级机工作原理是：提升机辊子将待分级的果实送入四星装料斗，星轮与提升机以链条驱动的各对定距辊子同步，辊子承载水果通过分级全程，这样的装置，星轮可以很柔和地将水果从提升机传送到由一对滚子形成的凹槽中，根据选用分级机规格的不同，分级部分包括6-9行高度可调的“摩擦指”，滚子从摩擦指下通过，缓缓地作反时针回转，水果则作顺时针转动，当水果遇到摩擦指（最大的水果首先接触摩擦指），由于转动与摩擦的组合，水果极柔和地从滚子上移动并落入弹性的摆动活动门上，水果自重足够使其滑出并滚到输送皮带上，然后由皮带送入包装槽中。由于水果没有摔落，也没有其他任何典型的引起损伤的动作，分级柔和。水果分级只有综合形状、大小、色泽、果面缺陷等各种因素，甚至是内部品质，才能排除其他因素，使分级质量得到保证11。法国的MAFFrance公司的水果分级包装设备，不仅能对果蔬进行分级包装，还可以利用电子、光学原理对果蔬表皮的瑕疵进行分选，全电脑监控，自动化程度相当高。在意大利的果品贮藏加工业生产中，使用颜色分级机较早，主要是对苹果进行颜色分级，其原理是按照绿色苹果比红色苹果的反射光强的道理进行的。工作时，果实在松软的传送带上跳跃移动，光线可照射到水果的大多部位，这样就避免了水果单面被照射。反射光传递给电脑，由电脑按照反射率的不同来将果实分开，一般分为全绿果、半绿（半红）果、全红果等级别。13研究特色与创新传统的水果品质检测、分级方法存在着分级结果受人主观因素的影响、精度低、视觉易疲劳、效率低;存在着不能对大小、重量、形状、尺寸、成熟度、表面缺陷、表面色泽等指标综合评判等问题。输送系统在输送水果的同时，使水果的中心轴始终保持垂直。同时保持水果围绕10其中心轴转动，以便拍摄到水果的不同位置，识别出花萼和梗，从而区别出缺损与花萼。计算机视觉技术是随着计算机技术的发展不断发展的一门技术。随着计算机硬件成本的下降和运行速度的大幅度提高，机器视觉技术在农业中也得到了空前的发展。通过建立计算机视觉系统采集水果外观图像，从分割的图像中提取特征，包括形状特征、颜色特征、大小特征参数等。在此基础上基于人工神经网络、分形理论和模糊分类等算法完成程序的编写，以提高计算机运行速，满足实时性的要求。完成水果的自动识别，从而发出控制信号。水果分级在国内尚属新兴产业，有关这方面的研究本身就是一种创新。对其内容的研究，一般而言，苹果分拣是把苹果输送到双锥式滚子上，不需知道苹果花萼/茎的位置。随着数字成像技术用于缺陷识别，鉴别花萼/茎位置的图像处理被测试以确保在图像分割之后，花萼/茎部被当作缺陷。本课题的创新是用一个倾斜的送料装置，把苹果输送到位于倾斜装置底端的检测用的图像采集室前进行大小尺寸图像采集，然后将采集的信息传输给气动装置的控制件对符合分级要求的苹果产生喷气动作，从而实现分级。进料机构能够使水果自动完成进料，并可以根据检测结果自动分级。112概述21气动水果分级传输装置原理简介带有气动分级机构的水果输送装置，该装置包括基架、固定在基架上的驱动机构和水果输送机构，水果输送机构分为水果图象采集段和水果分级段，水果在摄像室内进行图象采集后，图象采集段输出信号给水果分级段，水果分级段在基架的一侧边，固定设有一个以上气动机构，它主要由储气罐和控制件组成，在储气罐端部开设气体喷嘴，由控制件控制其动作，该控制件的输入与摄像室水果图象采集的分级输出信号相连，气动机构接收信号后产生喷气动作，将符合分级标准的水果，吹离输送装置并完成分级。本气动机构的气体压力可调节，分级操作简单准确，滚子的模具制造简单、成本低，便于推广和使用，且有效减小了机械力对水果的损伤。22传输分级机构工作原理本设计的设计目的是设计一种机构对苹果按大小进行分级，根据设计要求将苹果分成三个级别。此机构是通过气动进行分级。在此机构中主要由进料机构、基架、定制的双侧套筒传动链、双锥式滚子、双侧链轮、轴承、轴承套、同步带和同步带轮以及动力装置电动机组成。本装置是水平放置的横式传输机构，首先苹果由进料槽进入双侧链的锥式滚子上，在入口处装有毛刷挡板以确保苹果是逐个无重叠的在滚子上传输。链条以恒定的转速水平进行传动。动力装置通过同步带驱动链轮的主动轴驱使套筒链匀速转动，苹果由滚子传输至第一级出口处，此时空气压缩机和气泵根据要求进行喷气使苹果脱离滚子以达到分级的要求。下一等级的苹果传输至第二级出口时以同样的原理进行分级。剩下的第三级随着滚子直接进入位于机构末端的出口。整个过程中机构平稳的精确的根据要求将苹果分成了三个等级。进而达到设计目的。总装图如图112图1总装图Fig.1assemblydrawing2.2.1基本组成一套完整的苹果分级机构从整体上来看包括五大的部分，其框架图如下图2：图2机构框架图Fig.2bodyframe23设计任务在做本设计前，我将设计工作安排分为五个阶段。第一阶段，设计前期阶段。在此阶段的主要任务是，首先要清楚此设计的设计目的和任务以及整体装置的工作原理。根据原理估计设计的大致模型，构思简单的设计思路。其次是了解掌握必要的市场动向，借鉴类似前沿的产品以便产生必要的设计灵感，使设计达到最优化。第三，因为做此机构是用来对苹果进行分级的，所以必须对苹果的一些物理参数，形状大小进行提取。这也是第一阶段的重点工作。第二阶段，初模型设计阶段。此阶段的主要工作任务是在第一阶段的前提下大致的构思出机构的模型以及机构的大体组成部分。画出模型的大致草图，并最终确定设计思路。第三阶段，计算和必要零件选择阶段。此阶段的工作任务是计算出零件的尺寸以及机构的安装尺寸，并根据需要确定哪些零件是要定制件哪些是采用标准件。另外，通过计算从机械手册选择出标准件。第四阶段，画零件图和装配图阶段。此阶段的主要任务是根据第三阶段计算出的数据画出零件图和装配图，并将其转换成三维立体图像以便更准确直观的分析和改进。第五阶段，优化并编写设计说明书阶段。在此阶段可以参照二维和三维模型对设计的不合理以及有待进一步优化的地方进行改进和优化。在改进优化确认无误后编写出设计说明书。232设计要求13该装置能完成苹果的自动进料和自动出料，即苹果能够逐个进料，且能够从对应的等级出口出料，同时与苹果分选机输送机构进行装配，共同调试及分析输送机构速度对苹果定向的影响。143进料机构设计31进料机架的设计311加工工艺的选择铸造是将液态金属或合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型内，待其冷却凝固后，获得毛坯或零件的方法。在机械制造业中，铸造已成为制造零件和毛坯的主要方法，尤其适合于制造内腔和外形复杂的毛坯或零件；而且铸件的大小、重量、批量、及材质几乎都不限制，与其它加工方法比较，铸造具有适应性广、生产成本低的优点，但是铸造工序多，工艺复杂，铸件易出现组织疏松、晶粒粗大、缩孔、缩松和气孔等缺馅这些缺陷会导致铸件的冲击韧性降低。此外铸造的劳动环境差。焊接是通过加热或加压（或两者并用）、并且用（或不用）填充材料，使工件形成原子间结合的连接方法。焊接实现的连接是不可拆卸的永久性连接。它具有节约金属材料、产品密封性好、以小拼大、化复杂为简单，便于制造双金属结构，生产率高、连接质量优良、劳动条件好、易于实现自动化等优点。在机械制造工业中，焊接广泛用于制造各种金属结构件。基于铸造与焊接的特点比较，进料机架采用焊接。312材料的选择要进行焊接，则要求所用的材料具有焊接性。其焊接性是指金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接头的难易程度。它包括两个方面：一是工艺焊接性，主要指焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现各种裂缝的可能性；二是使用焊接性，主要指焊接接头在使用过程中的可靠性，包括焊接接头的力学性能及其他特殊性能。金属材料的焊接性不是一成不变的，同一种金属材料，采用不同的焊接方法、焊接材料和焊接工艺，其焊接性能有很大差别。焊接结构所用的金属材料绝大部分是钢材，影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。其中碳的影响最明显其他元素的影响可折合成碳的影响，因此可用碳当量方法来估算被焊钢材的焊接性。硫、磷对钢材焊接性能影响也很大，在各种合格钢材中都受到严格控制。所以根据设计的要求及其焊接要求，工作台和底座采用30号钢，支撑及其加强筋采用45号钢。313进料机架结构15根据焊接对材料的要求，选择20号钢板，板厚20mm进行焊接得到进料槽；根据弯曲对材料的要求，也选择20号钢板，板厚5mm进行弯曲得到出料槽。323进料槽的结构进料槽两侧挡板与底板采用焊接，右端为一个大圆盘，直径为200mm,便于上料，挡板两侧分别有3个M10的螺纹孔，用来安装调节螺杆。其结构如图3图3进料槽结构图Fig.3feedchannelstructure33进料筛选机构设计331方案的确定苹果从输送带运过来到进行检测分级需要实现从多个一起到一个个检测，所以要设计一装置实现苹果一个个进入检测模块。由于苹果是易受损物品，所以放弃低落选择方式，代替的是斜坡滚入式。从批量进入筛选机构到一个个出，中间设置一排序装16置，用三扇开的角度不同的门实现此功能，门的张开角度靠铰链和调节螺杆完成。其间防止苹果卡住，所以加一振动电机，加以适当振动。332筛选机构结构六块挡板与槽用铰链连接，每对挡板之间的距离通过调节螺杆进行调节，挡板之间的距离和槽的倾斜角度通过实验得到，主槽倾斜15，第一对挡板开口之间的距离为140cm左右,第二对挡板开口之间的距离为100cm左右,第三对挡板开口之间的距离为85cm左右，在槽的下方安装一个振动电机，防止苹果在挡板开口处卡住，使其逐个滚至输送装置的聚乙烯滚子上。其示意图如图4图4进料筛选机构Fig.4feedscreeningmechanism333振动电机的选择由于这里不需要太大震动，所以选择一小型电机。电机采用专用振动电机，由河南威猛振动设备股份有限公司生产。（1）特点：1、机体重量轻，体积小，结构简单，安装、维修方便；2、振频稳定，平稳回转产生低噪音振动，启动迅速，停车平稳；3、全封闭结构，适用于任何无防爆要求的工作环境；4、激振力可无级调整；5、多方位安装，多机单机使用均可。（2）基本参数：1、环境温度：不超过400；2、海拔：不超过1000米；3、电17压：380V；4、频率：50HZ；5、接法：Y；6、绝缘等级：B级；7、工作方式：连续；8、安装方式：任意方向。电机技术参数如下表1。34支撑结构的设计341进料支撑结构为了使筛选机构的倾斜角度便于调节，它与机架之间用一端带有螺纹的支撑杆进行连接，支撑杆用直径为20mm，材料为45的圆柱钢，一端与筛选机构焊接，另一端与机架螺纹连接，且用两个螺母进行锁紧。由于筛选机构上装有振动电机，所以要承受一定载荷，所以采用6根支撑杆，且赋有加强筋，确保支撑结构的稳定性。其结构如图5。表1技术参数表（卧式）Table1technicalparametertable(horizontal)主要结构尺寸(mm)重量序号型号激振力(KN)功率(KW)电流(A)LHABCDEFH1hM(KG)1YZO-1.5-21.50.150.3830020315021012418010070829830101918图5进料机架Fig.5incomingframe35振动机架由于机架结构比较简单，通过比较，采用弯曲直接可以成形，材料选择20mm厚的10号钢板进行弯曲。194主要技术参数和电机选择表2主要技术参数Table2maintechnicalparameters传输链轮传输速率v（m/s)0.25机架长度L（mm)2210整体高度H（mm)1850链轮传输功率P(KW)0.5（1）电机选择根据链轮的速率知整个系统的转速都非常小，且参照以往水果分级机构所选电机，估计在20-60之间.所以尽量选转速小的电机，以免使同步带带轮尺寸过min/ri/r大而不便设计和安装。下表是YCJ系列部分齿轮减速电动机基本型谱。表3电机参数Table3themotorparameters电动机减速机中心高H/mm电动机功率P/KWo输出转速n/()1minr输出转距)/(NM输出轴轴径机座号端盖序号极数5786529647.5104431151320.553613532801F24所以在这选择YCJ序列减速机中心高为132mm,输出转速为43的减速机。)min/(1r（2）苹果参数设计之前对苹果分成大，中，小三个等级，分别选20个测量出各项参数并分别求出平均值。个参数测量数据如下表4。从表中可以看出，苹果主要物理参数有两种，单在本机器中是通过图像处理来辨别它的大小。因此必须选择苹果的长径或锻径来进行分级。由数据可以以得出各级的20长径和短径比都接近1.5，故选长径或短径都可以，在这选择苹果的长径来作为标准进行分级。分级如下：第一级：长径小于60mm；第二级：长径介于60mm和70mm.之间；第三级：长径介于70mm和85mm.之间。表4苹果参数Table4parametersofapple级别类型测量样本数(个）测量平均长径（mm）测量平均段径(mm)大2084.160.3中2070.554.4小2060.147.0215传动系统设计经分析此机构主要包括机架，定制的双侧套筒传动链，滚子，双侧链轮，轴承，轴，轴承套，同步带和同步带轮要进行设计。5.1链条和链轮的设计在设计此机构的过程中，分别可以用带传动和链传动来传输载体苹果。但是由于带传动中传动带的材料不是完全的弹性体因而带在工作一段时间后会发生塑性伸长而松弛使张紧力降低，从而使传动不是匀速进行的。而在本机构中要求的是传动中需保持绝对的匀速。所以不用带传动。而链传动由于经济，可靠，它广泛用于各类制造业中的机械上来传递动力。它相对于带传动的优点是，没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比。需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，工况相同时，传动尺寸较紧凑。能在温度较高，湿度较大，有油污等恶劣的环境下工作。效率较高（=98%）。而且链传动的制造和安装精度要求不高，中心距较大时传动结构简单。链传动在传递功率，速度，传动比，中心距等方面范围很广。目前最大传动功率达到5000kw,最高速度达到40m/s,最大传动比达到15，最大中心距达到8m。而在本机构中中心距也很大16。故很适合选用链传动。传动链主要有套筒链，套筒滚子链和齿形链。它们都已经标准化。在本设计中要求用双侧的链条中间夹装有滚子，但在标准化的链中他们的尺寸偏大会使的机构过于庞大。所以根据设计需要，考虑尽可能的减小机构的体积和节省材料。在本设计中我采用定制的链条。在设计时取链的节距P=50.00mm.前后链轮中心距a=1375mm.05.1.1链轮的设计链轮轮齿的齿型应保证链节能够自由地进入和退出啮合，在啮合时应保证良好的接触，同时形状应尽可能简单，并便于加工。国家标准只规定了链轮的最大和最小齿槽形状。实际齿槽形状在最大和最小范围内都可用，因而链轮齿廓曲线的几何形状可以有很大的灵活性。在这采用的齿廓为“三圆弧一直线”齿形。链轮的尺寸计算如下：因为本机构的传动速率V=0.25m/s0.6m/s.速率很低，所以在齿数的选择上有很大的空间，在这里取齿数Z=17.所以，分度圆直径d=（5-zp180sin221）由（5-1）得d=272.1mm1780sin5m齿顶圆直径（5-180(.54cot)adpz2）由（5-2）得18050(.4cot)9.37admm齿根圆直径滚子外径）（5-frdrd(3）由（5-3）得27.1625.1fdmm最大齿根距离（5-90cosxrLdz4）由（5-4）得9027.1cos6254.xLm齿侧凸缘直径（5-gdmhzp2076.0.18ct5）链轮的结构如图6：23图6链轮结构图Fig.6chainwheelstructure5.1.2链条的设计计算由上面设计可知节距p=50mm，中心距=1375mm，链轮齿数z=17。oa1）.由以上数据确定链条的链节数：（5-21210()opzzpLa6）由（5-6）得节72pL所以整个链条的节数为72节。2）.链传动的受力分析：链传动安装时，所需的张紧力不大，主要是保证链条松边垂度不要过大，以免影响链条的正常退出啮合和产生震动，跳齿和脱节现象。不考虑传动中的动载荷，作用在链上的力有工作拉力F，离心拉力Fc和悬垂拉力。在这取链传动的效率。fF9.0工作拉力（N)取决于传动功率P(KW）和链速V（m/s)24F=1000（5-vP7）由（5-7）得F=1980N.smkw/25.091离心拉力（5-2cFqv8）由（5-8）得0.625cFN式中q表示单位长度链条的质量，kg/m,在这q=5kg/m.悬垂拉力可用求悬索拉力的方法近似求得（5-02ffFKqga9）由（5-9）得6.510.37589.fFN为垂度系数。与中心线和水平线的夹角有关。垂直分布时可取=1.0,水平fKfK布置时可取=6.5.在这是水平布置。故取=6.5。ffK由此得到链紧边和松边拉力为紧边拉力：。NFfc375.2841松边拉力：。f923）静强度校核：由于链条的速率v=0.25m/s小于0.6m/s，而链速低于0.6m/s的低速链传动，其主要失效形式是链条的静力拉断，故应进行静强度校核。静强度安全系数应满足下式要求（5-48QAcfmFSK10）式中表示单排链的极限拉伸载荷，在这取极限小值为60000N.表示工作QFAK情况系数，查表在载荷平稳的情况下取=1.0所以，AK25,故符合要求。另外，链条的形状和主要加工尺寸7.415.89362.019.S如下图7所示：5.2滚子设计在滚子设计中，技术要求不必要很高，它只是做承载作用。但是应该选择摩擦系数小的工程塑料作材料。以减小苹果在被吹离时的摩擦力。所以选用化学材料聚四氟乙烯。查简明机械零件设计手册表1-13工程材料的摩擦因数知聚四氟乙烯的动摩擦因数。在与链条的配合中可以用过盈配合使其固定在双侧链条的中间18。其05.主要有滚套和滚轴组成。简图如下图8：图7链条的形状和主要加工尺寸Fig.7istheshapeofthechainandthemaindimensions26图8滚子简图Fig.8rollerdiagram5.3轴的设计及校核轴的结构设计是根据轴上零件的安装，定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠度，还增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难。在本设计中，有连接前链轮以及同步带的主动轴和连接后链轮的轴。他们在结构和尺寸上都有一定的差异，后轴相对于前主轴来说要简单一些。而且在承受的扭转切应力要小一些。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛胚多数用轧制圆钢和锻件，有的直接用圆钢。由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理和化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故在这里采用碳钢制作轴。5.3.1主动轴设计主动轴连接的零件有链轮，同步带轮以及轴承。结构尺寸相对来说要复杂一些，因为他必须同时控制多个零件的轴向和径向移动，而且各零件的装配尺寸又有很大的差异。由于机械传输的功率不大，对其重量和尺寸也没有特殊要求故选择常用材料145号钢，调质处理。计算轴的最小许用轴径2（5-03min1pDA15）27由（5-15）得3min0.9513.76/inkwDmrA-为取决于轴材料的许用扭转切应力的系数，查表得45号钢的C值为107至T118之间。在这取A=110.-带传动效率；-电机功率。0p(3)主动轴的弯扭合成校核1）计算链轮受力：链轮分度圆直径d=272.1mm,链轮所受弯矩（5-9.5TpMn16）由（5-16）得,链轮作用在轴上的压轴力60.9.513142.67TMN（5-PFpeK17）式中：为有效圆周力，N；为压轴力系数，对于水平传动=1.15；对于垂直eFFpFpK传动=1.05。因为是水平传动所以=1.15。pKFpK由（5-16）得1.151980=2277N，链轮上作用力的大小、方向见图10（b）所示。P2）计算轴承反力（图c-e）水平面（5-1206PHdFR18）（5-21Hp19）由（5-18）得=1498.8N；由（5-19）得=778.2。垂直面1HR2HR10v3）绘制弯矩图。水平弯矩图10（d）截面b：（5-192HMR2820）（5-2pbHdMF21）由（5-20）得92148.379.6bHM由（5-21）得方向相反。垂直弯矩图21789.258（f）。合成弯矩图10（g）0bVR（5-2bbHM22）（5-2bbH23）由（5-22）得13789.6bMN由（5-23）得254)绘制转矩图10（h），由前述可知60.59.13142.967TN又根据得所以222-10bb650/=/=/bNmNmm和和50.89（5-.58TMT24）由（5-24）得0.583142.9642.16TM5)绘制当量弯矩图10（i），对于截面b（5-22()TMe25）由得（5-25）得228403.15N对于截面a、cbe（5-TaecM26）29由得（5-26）得,1824.56aecM17896.25beMN6)计算危险截面b处的直径（5-3-1b0.ed27）由（5-27）得d=14.3,截面虽有键槽削弱，但结构设计所确定的直径达到50mm，所以强度足够。在本设计中，零件的径向固定是通过键和键槽来实现的，这也是最简单有效的4方法，而轴向移动的控制是通过轴肩以及一端加紧固螺纹来实现的。根据链轮，轴承以及大同步带轮的尺寸设计出主动轴的结构和尺寸如下图9：图9主动轴的结构和尺寸Fig.9thestructureandsizeofthedriveshaft5.3.2从动轴设计从动轴跟主动轴尺寸和结构相比只是少了连接同步带轮的伸出部分，其他部分结构和尺寸相同。其结构和尺寸如下图11：图11从动轴结构和尺寸Fig.11drivenshaftstructureandsize30图10主动轴受力图及弯扭矩图Fig.10Driveshaftbydiagramandbendingtorquediagram5.4同步带和同步带轮设计在本设计中，链轮的主动轴是由电动机通过同步带来驱动的。不同于其他带传动同步带的工作面有齿，带轮的轮缘表面也有相应的齿槽，带与带轮是靠啮合进行传动的，故传动比恒定。同步带通常以钢丝绳或玻璃纤维作承载层，氯丁橡胶或聚胺脂作基体。带薄而且轻，可用于高速，传动效率最高可达98%，所以同步带的应用非常的广泛。其主要缺点就是制作和安装精度要求较高，中心距要求较严格。在规定张紧力下，相邻两齿中心线的直线距离叫节距，它是同步带传动的主要参数。同步带有单面带和双面带两种，单面带单面有齿，双面带两面均有齿。同步带也已经有标准化了，它的型号分为最轻型MXL，超轻型XXL,特轻型XL,轻型L,重型H，特重型XH,超重型XXH七中（GB11362-89）。同步齿形带带轮的齿形采用渐开线齿型，可以用范成法加工而成，也可采用直边31齿形。5.4.1同步带选择根据带传动的功率P=0.55KW.查简明机械零件设计手册带传动动设计同步带选型图，在这选择型号为H的同步带。同步带尺寸和形状如下图11：图11同步带尺寸和形状Fig.11synchronousbeltsizeandshape5.4.2同步带带轮设计计算根据链轮线速度v=0.25m/s.可以得出主链轮的角速度（5-2Wvd11）由（5-11）得20.5/1.8376/7msras得出大带轮的转速（5-12wn12）由（5-12）得1.8376/0.96/7./min24radsnrsr1.小带轮设计计算由于整个机构的转速都非常的小（n750r/min)。根据简明机械零件设计手册表7-26同步带最小许用齿数(GB11361-89)H型同步带的小带轮齿数选择为=14.minz1Z根据H型同步带尺寸表：带轮的节距。小带轮节圆直径d=56.60mmmpb70.12322.大带轮设计计算根据电机的转速/min,链轮转速/min可以得出小带轮和大带轮043nrrn6.17的传动比（5-01i13）由（5-13）得43/min2.417.6ri所以大带轮的节圆直径0.56.0143.dim由式（5-zp8sin14）得大带轮齿数为=353z5.5轴承的设计由苹果分级机结构和相关尺寸可知所设计的轴上装有带轮和链轮，需要选择轴承，又由d=40mm，初步选取用于支撑的深沟球轴承，在机械设计手册查的轴承的型号为6008，它的结构尺寸d*D*B为40、68、15，故取右边第一段与左边第三段的直径相等，即d=40mm.。选用滚动轴承中的深沟球轴承，因为其轴向紧固简单,支承结构的轴向尺寸小；密封性好润滑简单；自动调心内圈较宽便于装拆。5.5.1轴和轴承的安装方式轴承和轴承座以及轴和轴承的连接形式如下图12:33图12轴承和轴承座以及轴和轴承的连接形式Fig.12theconnectionformsofbearingandbearingandshaftandbearing346安装结构设计计算6.1机架设计机架是各种机器的基本部件，在一台机器的总质量中占有很大的比例。整个机构是固定在机架上实现运动和传输的，机架又是固定在底做上的，因此结构的工作精度及抗震性能，耐磨性和机构能否平稳安全的进行工作，都和机架有关联。因此，机架和底座的设计是至关重要的。所以正确选择机架零件的材料和正确设计其结构尺寸，对减小机器质量，节约材料，提高工作精度，增强机器钢度及耐磨性，曾加整个机器的美观性有很重要的作用。而在本设计中机架的精度和表面粗糙度方面要求不高。6.1.1机架材料选择机架主要有铸造机架，焊接机架，花岗岩机架和钢筋混凝土机架。考虑到经济实用性，在这我选择铸造机架。常用的铸造机架材料有铸铁，铸钢和铸造铝合金。为方便结构的美观和方便拆卸，选择铸造铝合金作为本设计机构的机架材料。铸造铝合金通过热处理强化可使其具有足够高的强度，较好的塑性，良好的低温韧性和耐热性。机架的横断面如下图13。6.1.2机架连接方式机架的连接方式如下图14。图13机架的横断面Fig.13framecross-section35图14机架的连接方式Fig.14framemodeofconnection367结论毕业设计对我来说，是对我大学四年所学知识的考核与巩固，同时也是一种挑战。整个设计过程涉及到方方面面的知识，我紧扣老师的课题，在图书馆和网上查阅了大量的资料，并且认真的对资料进行分类，然后与老师、同学进行讨论、交流。这些资料使我受到了不少的启发，在我的毕业设计过程中起到了很大