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编号： 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计(论文)开题报告题 目： 苹果自动削皮机结构设计 院 （系）： 机 电 工 程 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 1353100427 指导教师单位： 姓 名： 职 称： 工程师 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究2018年3月30日毕业设计（论 文）开题报告1本课题的目的及研究意义随着我国水果罐头产业的发展以及世界其他国家对水果罐头越来越多的需求，我国水果罐头出口的发展面临着良好的机遇。我国果品罐头产品在国际市场上占据绝对优势和一定的市场份额。尽管高新技术在我国果品加工业得到了逐步应用，加工装备水平也得到了明显提高，但是由于缺乏有自主知识产权的核心技术与管家制造技术，造成了我国果品加工业总体与加工装备的最大问题就是加工过程中自动化、连续化程度低，对先进技术的掌握、使用、引进、消化能力差。以苹果罐头为例：目前苹果罐头加工的主要工序仍要停留在人工操作水平上，机械化水平极低，这将在很大程度上限制生产效率及企业的经济效益。相比于苹果生产，我国苹果加工业整体能力薄弱，发展明显弱势，机械自动化程度远远落后于西方国家。苹果削皮是罐头加工企业所必须的工艺流程，目前去皮设备大多都停留在手动去皮程度，靠人工转动手柄、手动将苹果逐个插到固定针上或者手工持刀去皮，不仅生产效率低，费时、费力、劳动强度大，而且很容易造成工伤事故；因此设计开发一种自动化苹果去皮能有效地解决加工过程自动化及连续化水平低的问题，降低劳动强度和事故率，对其他果品加工也同样适用。2本课题的国内外的研究现状在现阶段国内社会中，生活中已经存在了大量的苹果削皮机，但是，在生活中的只是个人应用的苹果削皮机，于工业上应用的大型苹果削皮机微乎其微。而工业上应用于水果罐头和饮料及饮食等水果加工的机械还是比较少的，随着我国的发展脚步前进，造成了我国果品加工总体加工技术与加工装备制造技术水平偏低。目前罐头及水果加工领域存在的最大问题就是加工过程中自动化、连续化程度低，对先进技术的消化能力差。去皮设备都停留在半自动程度，靠人工将苹果逐个插到固定针上，不仅生产效率低，而亲容易造成工伤事故； 毕业设计（论 文）开题报告3本课题的研究内容我设计的是苹果自动削皮机，苹果削皮是罐头加工企业所必须的工艺流程，目前去皮设备大多都停留在手动去皮程度，设计开发一种自动化苹果去皮能有效地解决加工过程自动化及连续化水平低的问题，降低劳动强度和事故率。设计主要内容有：（1) 根据技术参数要求设计苹果自动削皮机结构图；（2) 设计详细苹果自动削皮机结构设计图；（3) 对关键零件进行强度力学计算； （4) 机器工作原理及动画；（5) 写出符合规定要求的毕业设计说明书；提交符合规定要求的译文和工装图等相关文件。4本课题的实行方案、进度及预期效果实行方案：目前企业所用比较流行的机种，其产品有6GY-300型苹果削皮、挖核、制瓣机。该机主要由箱体、中间座、送进机构、走刀机构和夹具、液压及机械传动机构等组成。其外形结构见图4.1所示。该机在90年代初期可以说是一台自动化程度较高，加工质量较好的设备，它可以在一条主轴线上完成削皮、挖核和制瓣三道工序。图4.1 6GY-300型苹果削皮、挖核、制瓣机1油箱2中问座3箱体4走刀驱动齿条5果叉6走刀机构7扎钉8夹具驱动杆9夹具组合 10箱体11转轴削皮采用仿形机构，削皮刀的走刀轨迹为一固定的局部圆弧，刀具具有足够的浮动量，用以弥补固定圆弧轨迹与果实外形的差异，从而保证了对同一品种的多数果实的均匀削皮。制瓣采用固定刀座，当削皮结束后，机械手夹果离开果叉，推向破瓣刀，根据要求将果实破为两瓣或四瓣。本课题主要研究苹果自动削皮部分，参考6GY-300型去皮机，设计出用于苹果去皮、切瓣、去核的苹果去皮机，并给出各执行部件的选型计算以及关键工作部件的结构分析，具体可有如下几个方面：(1)去皮机的结构、功能设计；包括去皮机工作方式的选择，供料机构的设计和控制实现，主轴、圆盘的设计，主轴腔的设计，插果机构的设计，削皮机构的设计，切块机构的设计。(2)主要执行元件的选型；包括圆盘主轴伺服电动机的选择，插果机构的导柱弹簧的选择，插果机构执行元件气缸的选择。(3)整机的仿真及干涉分析；利用ProE软件对整机进行了虚拟装配，运动仿真和干涉分析，并保存动画，可以更好的了解去皮机的工作过程。进度：1. 查阅、收集相关资料，研究国内外各种苹果自动削皮机的现状与发展趋势，结合实际情况，拟定结构方案.（2018年3月15日2018年3月25日）；2. 完成开题报告（2018年3月25日2018年3月30日）；3. 总体参数计算及选择合适的电机（2018年4月5日2018年4月10日）；4. 关键零件的设计与校核（2018年4月10日2018年4月25日）；5. 控制系统设计（2018年4月25日到2018年5月5日）；6. 图纸的绘制（2018年5月5日到2018年5月15日）7. 编写设计说明书，准备答辩（2018年5月15日到2018年5月25日）。预期效果:能够实现苹果自动削皮，首次将苹果去皮机推向全自动无人监管形式，更好地提高了生产效率避免了工伤事故的发生，从某种程度上缓解了企业的研发及创新能力薄弱，技术落后的现状。用Pro/E、和CAD完成零件图和总装图还有机器工作原理及动画，达到基本的设计要求，同时尽量优化结构设计，减少设计成本保证工作效率。毕业设计（论 文）开题报告5、已查阅参考文献：（10篇以上中文，至少1篇英文）1 白雪宁.全自动苹果去皮机的开发与研究D.2010,29(4):53-57.2 曾珊琪，张翠珠，张建宁.全自动苹果去皮机的创新设计J.包装与食品机械2009,27(3)：27-31. 3 刘鸿文，2004，材料力学（第四版），北京：等教育出版社4 刘燕德，2007，无损智能检测技术与应用，武汉：华中科技大学出版社5 沈再春，1993，农产品加工机械与设备，北京：中国农业出版社6 杨子岐.柑，橙类水果去皮机的研制J.包装与食品机械.2006,24（1）：12-16.7 张建宁.全自动苹果去皮机的设计与仿真D.陕西科技大学学报.2009，5,(3)58-61.8 张星政，1994-04-13，水果分级机，中国发明专利9 张祖来，程玉来，陶栋材，2004，机械设计基础，北京：中国农业大学出版社10 周开勤，2001，机械零件手册，北京：高等教育出版社11 高海生，孙慧先，李润丰，2002，果实采后处理的机械化、自动化技术，世界农业12 白雪宁.全自动苹果削皮机传动系统设计D.陕西科技大学.2012,6,(3):77-81.13 Brosnan T，Sun Dawen，2004，Improving quality inspection of food products by computer vision-a review，Journal of food engineering 14 Taichi,1984-1-17,Method and apparatus for sorting fruit，vegetables or the like by weightUSPATENT 15 Kawano S，1992，Present condition of nondestructive quality evaluation of fruits and vegetables in JapanJ，JARQ，1992 指导教师意见 指导教师：年 月 日开题小组意见开题小组组长（签字）：年 月日系审查意见 系领导（公章）： 年 月 日编号： 桂林电子科技大学信息科技学院毕业设计(论文)任务书题 目：苹果自动削皮机结构设计 院 （系）： 机 电 工 程 系 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名： 学 号： 1353100427 指导教师单位：桂林航天工业学院 姓 名： 吕勇 职 称： 副教授 题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究2016年 12月 15日（此页打印在封面后面）注：1、本任务书一式两份，一份院或系留存，一份发给学生，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Times New Roman，日期采用阿拉伯数字。 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 “任务下达时间”所在页的内容。一、毕业设计（论文）的内容1.主要任务简述：（1) 根据技术参数要求设计苹果自动削皮机结构图；（2) 设计详细苹果自动削皮机结构设计图；（3) 对关键零件进行强度力学计算； （4) 机器工作原理及动画；（5) 写出符合规定要求的毕业设计说明书；提交符合规定要求的译文和工装图等相关文件。2. 要求简述：论文计算数据应包括如下数据：(1) 运动原理数据，自由度和力学比计算、输出转速和扭矩等数据；(2) 电机选择及其计算；(3) 安装尺寸计算分析；(4) 机构空间运动轨迹分析、干涉分析等数据；(5) 理论计算与CAE分析结果对比分析。二、毕业设计（论文）的要求与数据1.主要任务简述：(1) 根据技术参数要求设计机器结构总图和零件图；(2) 设计详细装配图；(3) 对关键零件进行强度力学计算；(4) 选择合适的电机； (5) 机器工作原理及动画； (6) 写出符合规定要求的毕业设计说明书；(7) 提交符合规定要求的译文和总图等相关文件；2. 要求简述：论文计算数据应包括如下数据：(1) 运动原理数据，自由度和力学比计算、输出转速和扭矩等数据；(2) 电机选择及其计算；(3) 安装尺寸计算分析；(4) 机构空间运动轨迹分析、干涉分析等数据；(5) 理论计算与CAE分析结果对比分析。三、毕业设计（论文）应完成的工作1、毕业生完成一万五千字左右的毕业设计（论文）说明书；2、非英语专业毕业生在毕业设计（论文）说明书中必须包括详细的300-500个单词的英文摘要；3、非英语专业毕业生依据指导教师或课题要求独立完成至少18000字符的英文资料翻译（附英文原文）；4、根据技术参数要求设计机器的结构总图；5、设计详细装配图；6、对关键零件进行强度力学计算；7、机构空间运动轨迹分析、干涉分析等数据；8、机器工作原理及动画；9、写出符合规定要求的毕业设计说明书；10、提交符合规定要求的译文和总图等相关文件；四、应收集的资料及主要参考文献1 郭洪红.工业机器人技术（第二版）M.北京：西安电子科技大学出版社，2012.03.2 成大先.机械设计图册M.北京：化学工业出版社，2000.3 张策.机械原理与机械设计M.北京：机械工业出版社，2003.4 闻邦椿.机械设计手册，北京：机械工业出版社.2010.5 康立东.DF8CJ型机车斜齿轮变速箱的设计J.机车车辆工艺，2010, 13.6 刘志峰.基于QFD的变速箱再制造设计要素分析 J.组合机床与自动化加工技术，2010.14.7 郑文伟.机械原理M.北京：高等教育出版社，2010.8 张克猛.理论力学M.北京：科学出版社，2008.9 Robert L Norton Machine Design An Integrated ApproachP M.2th ed.10 KHURMI RS,GUPTA JK.Theory of Machines.First Multicolor Revised and Updated Edition,published by Euras-Ia Publishing House Ltd.,2005.五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件 所需设备：计算机任务下达时间：2016 年 12月14日毕业设计开始与完成时间：2016年 12月 24日至 2017 年 5月 26日组织实施单位：桂林电子科技大学信息科技学院教研室主任意见：签字： 年 月 日系领导小组意见：签字： 年 月 日毕业设计（论文）进度计划表 学号：1353100128 姓名：陆佳琪序号起止日期计划完成内容实际完成内容检查日期检查人签名12016年12月14日至2016年12月30日查阅、收集相关资料，研究国内外各种柿子自动削皮机的现状与发展趋势。22017年1月11日至2017年3月13日结合实际情况，拟定结构方案。32017年3月13日到2017年3月18日完成开题报告42017年3月18日到2017年3月23日完成机器结构的结构设计52017年3月23日到2017年3月28日完成结构传动方案设计62017年3月28日到2017年4月5日电机选择及其计算72017年4月5日到2017年4月13日完成结构设计82017年4月13日到2017年4月18日完成结构的校核92017年4月18日到2017年4月23日结构传动系统设计102017年4月13日到2017年4月28日结构传动系统校核112017年4月28日到2017年5月3日其它关键零件设计122017年5月3日到2017年5月8日安装尺寸计算132017年5月8日到2017年5月13日图纸的绘制142017年5月13日到2017年5月18日理论计算与CAE分析结果对比分析152017年5月18日到2017年5月23日编写设计说明书162017年5月23日到2017年5月28日整理材料，准备答辩任务下达时间：2016年12月14日 编号： 毕业设计毕业设计( (论文论文) )说明书说明书题 目： 系 别： 专 业： 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 题目类型：题目类型：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发 应用研究2017 年 5 月 19 日独 创 性 声 明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名： 日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解桂林电子科技大学信息科技学院关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学院有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学院有权提供本学位论文全文或者部分内容的阅览服务；学院有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流；学院有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。学位论文作者签名： 日期：导 师 签名： 日期：I摘 要我国目前的苹果去皮设备大多都停留在手动去皮程度，靠人工转动手柄、手动将苹果逐个插到固定针上或者手工持刀去皮，不仅生产效率低，费时、费力、劳动强度大，而且很容易造成工伤事故；因此设计开发一种自动化苹果去皮能有效地解决加工过程自动化及连续化水平低的问题，降低劳动强度和事故率，对其他果品加工也同样适用。本次设计首先，调查了苹果去皮机的研究及发展现况；接着，通过现有苹果去皮机原理进行分析，在此分析基础上提出了总体结构方案；然后，对各主要机构及其零件进行设计；最后，绘制了本去皮机的装配图和主要零件图并采用 Pro/E 三维设计软件构建了三维模型。通过本次设计，巩固了大学所学专业知识，如：机械原理、机械设计、材料力学、公差与互换性理论、机械制图等；掌握了普通机械产品的设计方法并能够熟练使用AutoCAD、Pro/E 软件，对今后的工作与生活具有极大意义。关键词：苹果；去皮；设计；仿真IIAbstractAt present, most of the apple peeling equipment in our country are stuck in the degree of manual peeling. By manually turning the handle, manually inserting the apple to the fixed needle or hand holding the skin, not only is the production efficiency low, time-consuming, laborious, and the labor intensity is great, but also it is easy to cause industrial accidents. Therefore, a kind of automatic apple is designed and developed. Peeling can effectively solve the problem of low level of automation and continuity in processing, reduce labor intensity and accident rate, and also apply to other fruit processing. First, the research and development of apple peeling machine are investigated. Then, the principle of the existing apple peeling machine is analyzed. On the basis of the analysis, the overall structure scheme is put forward. Then, the main bodies and their parts are designed. Finally, the assembly drawings and main parts drawings of the peeling machine are drawn. Three dimensional model is built by using Pro/E 3D design software. Through this design, it has consolidated the professional knowledge of the University, such as mechanical principle, mechanical design, material mechanics, tolerance and interchangeability theory, mechanical drawing, and so on. It has mastered the design method of ordinary mechanical products and can use AutoCAD and Pro/E software skillfully, which is of great significance to the work and life of the future. Key words: Apple; Peeling; Pesign; SimulationIII目 录摘 要.IABSTRACT .II引言 .11 绪论 .11.1 课题背景及意义 .11.2 苹果去皮机国内外现状 .21.2.1 苹果去皮机发展现状 .21.1.2 几种典型的苹果去皮机 .22 总体方案设计 .32.1 动力类型的选择 .32.2 减速器类型的选择 .42.3 主要机构方案选择 .42.3.1 去皮动作机构选择 .42.3.2 插果机构选择 .42.3.3 间歇进排料机构选择 .42.3.4 切块机构和卸载机构设计 .52.4 苹果去皮机方案确定 .52.4.1 最终方案 .52.4.1 工作原理 .53 整机参数选择与计算 .63.1 电动机选择 .63.1.1 选择电动机系列 .63.1.2 选择电动机功率 .63.2 减速器选择 .73.3 运动和动力参数计算 .74 主要零部件的设计与校核 .8IV4.1 V 带传动的设计.84.1.1V 带的基本参数计算 .84.1.2 带轮结构的设计 .104.2 齿轮传动的设计 .104.2.1 选精度等级、材料和齿数 .104.2.2 按齿面接触疲劳强度设计 .104.2.3 按齿根弯曲强度设计 .124.2.4 几何尺寸计算 .134.3 槽轮机构 .134.3.1 槽轮机构运动 .134.3.2 槽轮机构运动参数 .144.4 分度转盘 .144.4.1 转材料.144.4.2 转盘尺寸.154.5 传动轴的设计 .154.5.1 尺寸与结构设计计算 .154.5.2 强度校核计算 .154.6 轴承及键的选用与校核 .174.6.1 轴承 .174.6.2 键 .185 基于 PRO/E 的三维设计及仿真 .185.1 PRO/E 三维设计软件概述.185.2 三维设计 .195.3 运动仿真 .196 结论 .19谢 辞 .21参考文献 .21 第 1 页 共 22 页1引言由 2010 年统计的数据得出，我们国家的苹果、梨、桔子的产量均稳居世界第一，水果总产量达到 21401 万多吨，果园面积也达到了 11543 千余公顷，两者均连续 8 年稳居世界第一，并且我国水果的种类很多，成色也很好，因此我国被称之为是一个水果超级大国，水果的发展有很大的前景。从国家的扶农政策下来之后，我们的水果产业经历了大约 20 年的快速发展，但是由于我国水果产业化发展起步比较晚，水果产后商品化手段仍然还是大大的落后于发达国家，一直以来的发展速度并不是很快速，可以说是很缓慢。多年来通过研究各方面的原因，水果的产后商品化处理成为了水果产业发展的瓶颈，而美国，日本等水果产业强国的经验表明水果产业的主要收益是由水果采后处理和采后加工获取的，然而我国水果采后简单商品化处理率仍不足 10%，大部分的水果都是没有经过任何的分级操作就进入市场供应，而水果发展强国的水果采后简单商品化处理率达到了 95%以上，这里就形成的了很大的对比，也是我们务必需要改进和完善的地方。最近几年随着人民生活水平的提高和食品安全意识的提高，国内外引进的水果品种愈来愈多，不但关系到广大消费者的食用安全和能否满足消费者对优质安全水果的需求，而且也将大大影响水果产业的出口贸易，提高我国水果的市场竞争力，将很大程度上促进我国水果产业的发展和农民收入的增加。自从上个世纪 90 年代，水果强国就开始大量应用水果削皮机，提高水果的削皮效率，在市场调研的基础上，通过对已有产品的特点进行比较与研究分析，开发了一种新的全自动苹果削皮机,实现了上料、削皮、去核与卸果整个工作过程的全自动。传动系统增加了全自动上料系统,可完成苹果自动输送、摆正、插果的动作；自仿形刀架驱动系统,可根据苹果椭圆度的不同，完成准确去皮，保留了原自动转位工作台机构。该全自动苹果削皮机机构紧凑，节省人力，生产率和制成率高。1 绪论1.1 课题背景及意义随着我国水果罐头产业的发展以及世界其他国家对水果罐头越来越多的需求，我国水果罐头出口的发展面临着良好的机遇。我国果品罐头产品在国际市场上占据绝对优势和一定的市场份额。尽管高新技术在我国果品加工业得到了逐步应用，加工装备水平也得到了明显提高，但是由于缺乏有自主知识产权的皮心技术与管家制造技术，造成了我国果品加工业总体与加工装备的最大问题就是加工过程中自动化、连续化程度低，对先进技术的掌握、使用、引进、消化能力差。以苹果罐头为例：目前苹果罐头加工的主要工序仍要停留在人工操作水平上，机械化水平极低，这将在很大程度上限制生产效率及企业的经济效益。相比于苹果生产，我国苹果加工业整体能力薄弱，发展明显弱势，机械自动化程度远远落后于西方国家。苹果削皮是罐头加工企业所必须的工艺流程，目前去皮设备大多都停留在手动去皮程度，靠人工转动手柄、手动将苹果逐个插到固定针上或者手工持刀去皮，不仅生产效率低，费时、费力、劳动强度大，而且很容易造成工伤事故；因此设计开发一种自动化苹果去皮能有效地解决加工过程自动化及连续化水平低的问题，降低劳动强度和事故率，对 第 2 页 共 22 页2其他果品加工也同样适用。1.2 苹果去皮机国内外现状1.2.1 苹果去皮机发展现状通过大量的阅读资料和调查网络上已有的苹果削皮机得出了结论。在现阶段国内社会中，生活中已经存在了大量的苹果削皮机，但是，在生活中的只是个人应用的苹果削皮机，于工业上应用的大型苹果削皮机微乎其微。而工业上应用于水果罐头和饮料及饮食等水果加工的机械还是比较少的，随着我国的发展脚步前进，造成了我国果品加工总体加工技术与加工装备制造技术水平偏低。目前罐头及水果加工领域存在的最大问题就是加工过程中自动化、连续化程度低，对先进技术的消化能力差。去皮设备都停留在半自动程度，靠人工将苹果逐个插到固定针上，不仅生产效率低，而亲容易造成工伤事故；因此设计开发一种全自动苹果去皮机能有效的解决加工过程自动化及连续化水平低的问题，对其他果品加工同样适用。朋友来时或自己需要品尝水果时，它可以给你带来方便和清洁卫生的感受。有了它，你的家居生活更加干净清爽；有了它，水果的滋味更加的清甜、美味。它能免去您削皮的麻烦，轻轻摇一摇，果皮不见了！人性化的设计让小孩老人都能安全操作。不再担心用水果刀削皮而削伤手指的危险了。水果削皮机外形雅致。是您家居理想装饰品。无论是苹果还是梨，三五秒钟自动削皮，为您节省时间，减少亲朋聚会及独自休闲的费时劳动。轻轻松松，闲情逸致。削皮机削的果皮薄不断线。不同于水果刀削皮时多削去果肉果皮满地，事后扫地及手掌贴果肉不卫生的情况，不浪费卫生省事。无论是个人食用还是招待亲朋；家居还是酒店餐饮及会议；整果还是水果拼盘。水果削皮机都是您必备的家居利器。1.1.2 几种典型的苹果去皮机 当前苹果去皮机大体分为如下几类：(1)单果手动削皮机，如图 1-1 所示。其插针冒内有用于插苹果的插针，机器不用时插针冒用于保护作用，防止扎伤。使用时将苹果插与插针上，手摇摇柄，插针带动苹果转动同时将苹果向右推进，其仿形刀具在弹簧的作用下紧压于苹果表皮，苹果一边转动，一边削皮。该机用于个人及家庭使用，由于其削皮速度极慢，劳动强度高，不宜生产使用。图 1-1 手动去皮机(2)多果自动去皮机，如图 1-2 所示。首先由人工将苹果以苹果梗垂直于水平面的方向放置于苹果槽内，气缸推杆伸出带动升降板及其上的电动机、插针等一同向下移动，直到将苹果插于插针，之后气缸推杆回缩，将苹果提升至月帔刀高度，电动机带动插针、苹果一起旋转，直到完成苹果削皮工作，最后由人工将苹果卸下。该类去皮机每台机器至少一人、甚至 第 3 页 共 22 页3两人负责放果和卸果，该机之劳动强度属三类去皮机中最大者，生产效率较低 H。1 气缸 2 升降板 3 电动机 4 插针 5 削皮刀 6 苹果槽图 1-3 第二类去皮机示意图(3)单果自动去皮机，其工作原理如图 1-3 所示。该类去皮机的转盘上设有数个苹果转动插针，均匀分布于圆盘的圆周之内。首先由人工将苹果插于苹果插针，圆盘转动一定角度，苹果被送于去皮工位，完成去皮工作，圆盘再转动一定角度，苹果完成切片工作，圆盘继续转动，苹果被送于去核工位，苹果核在该工位被除去，至此完成一个工作循环。此类去皮机较(1)去皮速度快，但其仍然依靠人工上果，生产速度多由人工的熟练程度决定。图 l-3 第三类去皮机原理图2 总体方案设计2.1 动力类型的选择在机械系统设计过程中，原动机的选择是非常重要的一个环节，因为它直接影响到动力输出的稳定性、系统运行效率和总体结构。现代机械中，常见的原动机有热机、电动机、液动机和气动机，各自具有不同的特点和应用。热机包括蒸汽机和内燃机，其应用范围相对单一，主要用于经常变换工作场所的机械设备和运输车辆。电动机在现代机械中应用最为广泛，尤其是交流异步电动机，其具有结构简单，价格低廉，动力源方便等优点，但功率系数较低，且调速不便，适用于运行环境比较稳定、调速范围窄的场合。液动机一般调速方便，且传动链较短，但需配备液压站，成本较高。当只需实现简单的运动变换时，气动机较为方便，其缺点是有一定的噪声。本设计中对原动机的要求为：运行环境稳定、结构简单、成本较低，综合以上各种原动机的特点，选择交流异步电动机作为苹果去皮机的原动机。2.2 减速器类型的选择 第 4 页 共 22 页4减速器是指原动机与工作机之间独立封锁式传动装置，用来减低转速并相应地增大转矩。减速器种类繁多，一般可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。齿轮减速器的优点是结构简单，运转平稳，安装方便，其缺点是传动比的分配比较麻烦；而蜗杆减速器具有结构紧凑，传动比大，噪音低等优点，但容易引起发热、漏油、涡轮磨损等问题。行星齿轮减速器的主要特点有：结构紧凑、重量轻、体积小、传动比大等优点，但其结构比较复杂，制造和安装较为困难，成本也高。在本设计中，对减速器要求为：传动比较大，结构尽量简单，成本低廉，制造安装方便。综合以上各种减速器的优缺点，选择蜗杆减速器作为苹果去皮机的减速器。2.3 主要机构方案选择2.3.1 去皮动作机构选择采用仿形刀具在弹簧的作用下紧压于苹果表皮，苹果一边转动，一边削皮。2.3.2 插果机构选择由人工将苹果以苹果梗垂直于水平面的方向放置于苹果槽内，气缸推杆伸出带动升降板及其上的电动机、插针等一同向下移动，直到将苹果插于插针，之后气缸推杆回缩，将苹果提升至月帔刀高度，电动机带动插针、苹果一起旋转。2.3.3 间歇进排料机构选择（1）槽轮机构进排料动作须由间歇机构完成，槽轮机构槽轮机构的特点是结构简单，工作可靠，易加工，转角准确，机械效率高。常被用来将主动件的连续转动转换成从动件的带有停歇的单向周期性转动。故进排料机构选取槽轮机构。但是其动程不可调节，转角不能太小，槽轮在起、停时的加速度大，有冲击，并随着转速的增加或槽轮槽数的减少而加剧，故不宜用于高速。图 2-1 单销四槽外槽轮机构（2）不完全齿轮齿条机构图 2-2 不完全齿轮齿条机构不完全齿轮齿条机构的优点是结构简单，容易制造，允许选择的范围比棘轮机构和槽轮机构的大，因而设计灵活。其缺点是从动轮在转动开始和终止时，角速度有突变，冲击较大， 第 5 页 共 22 页5故一般只适用于低速、轻载的工作条件。综合以上分析，结合去皮机的工作条件，选择槽轮机构实现间歇运动。2.3.4 切块机构和卸载机构设计切块机构、卸载机构均利用导向气缸或者滑动导轨组成直线运动机构来完成各自功能。切块刀设计为八片刀片放射型分布于大小圆环中间，刀具垂直于苹果轴线运动可将苹果切为八块，中间的圆形刀刃将苹果核切下留在苹果插针上。卸载机构卸载托板上开有圆形槽，导向气缸伸出可将苹果插针座上的苹果托板含入槽中，卸载气缸推杆伸出便将苹果核卸载。2.4 苹果去皮机方案确定 2.4.1 最终方案综合以上的分析，最终确定的系统运动方案见下表：表 2-1 系统运动方案原动机减速器去皮机构间歇进排料机构插果、卸载、切块交流异步电动机涡轮蜗杆减速器仿型刀具槽轮机构气缸苹果去皮机由插果机构、去皮机构、切块机构、卸料机构及对应的动力机构组成，如图2-3 所示。图 2-3 苹果去皮机结构图2.4.1 工作原理首先由人工将苹果以苹果梗垂直于水平面的方向放置于苹果槽内，气缸推杆伸出，压板把苹果压向插针，直到将苹果插于插针，之后气缸推杆回缩；接着，转盘带动被插针插上的苹果转动到去皮工位，此时在插针下方的齿轮与驱动电机的齿轮啮合，随之电动机通过齿轮传动带动插针、苹果一起旋转，与仿型刀片接触完成苹果削皮工作；然后，转盘再次带动去皮完的的苹果转动到切块工位，此时气缸推杆伸出带动切块刀片压向苹果，苹果果肉即被分 第 6 页 共 22 页6成多块需要的形状并掉落到传送带送走；最后转盘再次带动插针上剩下的苹果核转动到卸载工位，卡入与气缸连接的卸料板，此时气缸上升，卸料板把苹果核拔出落入废了箱。3 整机参数选择与计算3.1 电动机选择3.1.1 选择电动机系列电动机选择应保证：rPP0式中：P0电动机额定功率，kW； Pr工作机所需电动机功率，kW。所需电动机功率由下式计算：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； 电动机到工作机的总效率，%。皮带运输机的 PW 计算方法：PW=Fv/1000 (kW)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转盘转速，r/min。按工作要求及工作条件选用三相异步电动机，封闭式结构，电压 380V，Y 系列。3.1.2 选择电动机功率PW=0.27 kW，=0.990.950.960.950.9940.96=0.7698Pr1=PW/1=0.36 kW查表 4.12-1，可选 Y 系列三相异步电动机 Y802-4 型，额定功率 P0=0.75kW，或选 Y 系列三相异步电动机 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 4.12.1 查得电动机数据，计算出传动比如下表。表 3-1 电动机数据表方案电动机型号额定功率/kW同步转速/(r/min)满载转速/(r/min)总传动比质量/kg价格/元12Y802-4Y90S-40.750.7515001000139091057.9237.921823475570比较两方案可见，方案 1 选用的电动机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。电动机型号为 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。 第 7 页 共 22 页73.2 减速器选择（1）总传动比苹果定位转盘的转速应合理选择，过大会导致苹果甩出，过小去皮效率低，参考市场现有苹果去皮机，取转盘转速为，而：min/20rnw电机满载转速：。min/910rnm故总传动比为：5 .4520910nnwmi（2）分配传动比为使传动装置尺寸协调、结构匀称、不发生干涉现象，选 V 带传动比：；2带i则减速器的传动比为：75.2225 .45带减iii因此减速器传动比较大，为了保证结构紧凑性，本去皮机选用蜗杆减速器，查机械设计手册型号为：CW-80-22.53.3 运动和动力参数计算（1）各轴的转速：1 轴 ；min/9101rnnm2 轴 ；min/4 .405 .22910112rinn3 轴 min/2 .2024 .40223rinn转盘轴 min/2 .203rnnw（2）各轴的输入功率：1 轴 ；kwPP675. 099. 075. 01012 轴 ；kwPP506. 075. 0675. 032123 轴 ；kwPP456. 09 . 0506. 03223（3）各轴的输入转矩：电机轴 ；mNnPT87.791075.0955095500001 轴 ；mNnPT08.7910675.095509550111 第 8 页 共 22 页82 轴 ；mNnPT61.1194 .40506. 0955095502223 轴 ；mNnPT58.2152.20456.095509550333（4）整理列表轴名功率kwP/转矩mNT/转速min)/( rn传动比电机轴0.757.879101 轴0.6757.0891012 轴0.506119.6140.422.53 轴0.456215.5820.224 主要零部件的设计与校核4.1 V 带传动的设计4.1.1V 带的基本参数计算1）确定计算功率cP根据上述所选电机参数：；kwP506. 0min/4 .40 rnm查机械设计基础表 13-8 得工况系数：；25. 1AK则：kwkwPKPAc625. 05 . 025. 12）选取 V 带型号根据、查机械设计基础图 13-15 选用 A 型 V 带,cPmn3）确定大、小带轮的基准直径dd（1）初选小带轮的基准直径：；mmdd751（2）计算大带轮基准直径：；mmdiddd14775202. 0112）（带圆整取，误差小于 5%，是允许的。mmdd15024）验算带速，带的速度合适。smsmndvmd/)25, 5(/99. 7100060144010014. 310006015）确定 V 带的基准长度和传动中心距：中心距：)(2)(7 . 021021ddddddadd初选中心距mma350（2）基准长度： 第 9 页 共 22 页9mmaddddaLddddd1 .10103504)750150()15075(214. 335024)()(22202122100对于 A 型带选用mmLd10006）验算主动轮上的包角：1由adddd3 .57)(180121得1207 .1623503 .57)100150(1801主动轮上的包角合适。7）计算 V 带的根数：zLArKKPPPKPPzc)(00，查机械设计基础表 13-3 得：；min/910rnmmmdd751kwP35. 00（2），查表得：；2min/910带，irnmkwP17. 00（3）由查表得，包角修正系数7 .162195. 0K（4）由，与 V 带型号 A 型查表得： mmLd100001. 1lK综上数据，得68. 101. 195. 0)17. 035. 0(5 . 025. 1z取合适。102 z8）计算预紧力（初拉力）：0F根据带型 A 型查机械设计基础表 13-1 得：mkgq/1 . 0NqvkzvPFc4 .5299. 71 . 0195. 05 . 299. 72625. 050015 . 25002209）计算作用在轴上的压轴力：QF 第 10 页 共 22 页10NZFFQ20122 .160sin4 .52222sin210其中为小带轮的包角。110）V 带传动的主要参数整理并列表：带型带轮基准直径(mm)传动比基准长度(mm)B751dd1502dd21000中心距（mm）根数初拉力(N)压轴力(N)350252.42014.1.2 带轮结构的设计（1）带轮的材料采用铸铁带轮（常用材料 HT150）（2）带轮的结构形式V 带轮的结构形式与 V 带的基准直径有关。小带轮接减速机，较小，所以mmdd751采用腹板式结构带轮；大带轮接减速器，所以采用孔板式结构带轮。mmdd15024.2 齿轮传动的设计去皮机构由电机通过齿轮传动确定苹果旋转在仿型刀具压紧下实现去皮。4.2.1 选精度等级、材料和齿数采用 7 级精度由表 6.1 选择小齿轮材料为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢（调质） ，硬度为 240HBS。选小齿轮齿数201Z大齿轮齿数，取40202122ZiZ402Z4.2.2 按齿面接触疲劳强度设计由设计计算公式进行试算，即3211)(132. 2HEdttZuuTkd1） 确定公式各计算数值（1）试选载荷系数3 . 1tK（2）计算小齿轮传递的转矩mNT87.501 第 11 页 共 22 页11（3）小齿轮相对两支承对称分布，选取齿宽系数0 . 1d（4）由表 6.3 查得材料的弹性影响系数2/18 .189 MPaZE（5）由图 6.14 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限MPaH6001lim大齿轮的接触疲劳强度极限MPaH5502lim（6）由式 6.11 计算应力循环次数9111066. 1)2830010(15766060hjLnN8921003. 53 . 31066. 1N（7）由图 6.16 查得接触疲劳强度寿命系数 9 . 01NZ94. 02NZ（8）计算接触疲劳强度许用应力取失效概率为 1，安全系数为 S=1，由式 10-12 得MPaMPaSZHNH5406009 . 01lim11MPaMPaSZHNH51755094. 02lim22（9）计算试算小齿轮分度圆直径，代入中的较小值td1Hmmdt54.38)5178 .189(3 . 33 . 40 . 11087.503 . 132. 23231计算圆周速度 vsmndvt/58. 160000057654.5214. 310006011计算齿宽 bmmdbtd54.3854.380 . 11计算齿宽与齿高之比 b/h模数mmZdmtnt927. 12054.3811齿高89. 891. 5/54.52/91. 5627. 225. 225. 2hbmmmhnt计算载荷系数 K根据，7 级精度，查得动载荷系数smv/68. 105. 1VK假设，由表查得mmNbFKtA/100/ 第 12 页 共 22 页121FHKK由表 6.2 查得使用系数.051AK由表查得31. 1HK查得28. 1FK故载荷系数444. 131. 10 . 105. 105. 1HHVAKKKKK（10）计算模数mmZdm927. 120/42.54/114.2.3 按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为32112FSFdnYYZKTm（1）确定公式内的计算数值由图 6.15 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限MPaFE5001大齿轮的弯曲疲劳强度极限MPaFE3802由图 6.16 查得弯曲疲劳寿命系数 88. 01NZ92. 02NZ计算弯曲疲劳许用应力取失效概率为 1，安全系数为 S=1.3，由式得MPaSZFENF5 .3383 . 150088. 0111MPaSZFENF9 .2683 . 138092. 0222计算载荷系数41. 128. 10 . 105. 105. 1FFVAKKKKK（2）查取齿形系数由表 6.4 查得8 . 21FaY26. 22FaY（3）查取应力校正系数 由表 6.4 查得55. 11SaY74. 12SaY（4）计算大小齿轮的，并比较FSaFaYY 第 13 页 共 22 页1301462. 09 .26874. 126. 201282. 05 .33855. 18 . 2222111FSaFaFSaFaYYYY 大齿轮的数据大（5）设计计算mmm74. 101462. 0200 . 11087.5041. 12323对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，可取有弯曲强度算得的模数 1.74，并就近圆整为标准值 m2mm按接触强度算得的分度圆直径mmd54.381算出小齿轮齿数取3 .192/54.38/11mdZ201Z大齿轮齿数取40202122ZiZ402Z4.2.4 几何尺寸计算（1）计算分度圆直径mmmZdmmmZd80240402202211（2）计算中心距 mmdda602/ )8040(2/ )(21（3）计算齿宽宽度取 B2=18mm, B1=20mmmmdbd20405 . 01圆柱齿轮参数数据整理如下：序号名称符号计算公式及参数选择1齿数Z20，402模数m2mm3分度圆直径21ddmmmm 80,404齿顶高ahmm25齿根高fhmm5 . 26全齿高hmm5 . 47顶隙cmm5 . 08齿顶圆直径21ddmmmm 84,449齿根圆直径43ffddmmmm 75,3510中心距amm604.3 槽轮机构槽轮机构又称为马耳他机构，能把主动轴的匀速连续转动转换为从动轴的周期性间歇运 第 14 页 共 22 页14动。槽轮机构结构简单、紧凑、工作可靠；且转位时间与静止时间之比为定值，能平稳地改变从动件的角速度；在拔销进人和脱出槽轮时运动比较平稳，但槽轮的转角大小不能凋节，当精度要求较高时需另加定位装置。4.3.1 槽轮机构运动图 4-3 槽轮机构转位简图如图 4-3 所示，槽轮的圆弧面定位是最常用的定位方法。图 4-3(a)销轮滚子刚进入径向槽；图 4-3 0，Z 3，在工作时槽轮的角速度和角加速度变化很大，在拨销进人和脱出径向槽的瞬间，槽轮的角加速度发生突变，引起的震动和冲击力也很大。因 0.5，可采用多圆销槽轮机构，设均匀分布的圆销数目为 R，则一个运动循环中槽轮的运动时间是单圆销时的 R 倍，故 = R ( Z2 ) / ( 2Z )。又因为 1，故 R 2Z/ ( Z2 ) ，由此可知： Z = 3 时，R 可为 l 5；Z = 4 或 5 第 15 页 共 22 页15时，R 可为 1 3 ；Z 6 时，R 可为 1 2。中心距 a 和圆销半径 r 的确定要根据受力情况和该机构所占用空间位置大小。4.4 分度转盘 4.4.1 转材料由于苹果去皮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 号钢作为苹果定位盘的材料。4.4.2 转盘尺寸苹果分度盘如图 8 所示。考虑到人工放置苹果的舒适度问题以及作业的工作效率，本设计采用直径 900mm 的圆盘作为定位盘，圆盘上均匀分布 12 个直径 30mm 的苹果定位孔，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。4.5 传动轴的设计轴的设计以转盘轴为例，其他轴与之类似：4.5.1 尺寸与结构设计计算（1）转盘轴上的功率 P1,转速 n1 和转矩 T1，kwP456. 01min/2 .201rn mNT58.2151（2）初步确定轴的最小直径先按式初步估算轴的最小直径。选取轴的材料 45 钢，调质处理。根据机械3PdCn设计表 11.3，取，于是得：112C mmPC6 .182 .20456. 0110nd3322（3）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度该处开有键槽故轴径加大 510，且这是苹果定位转盘的直径，取 20mm。轴的结构设计：为了满足带轮的轴向定位，-轴段右端要有一轴肩，故取-段直径为 d-=24mm。初步选定滚动轴承，因轴承受径向力和轴向力，根据 d-=24mm，取用 6205 型深沟球轴承，其尺寸为 dDT=25mm62mm15mm，则有 d-=d-=25mm，L=15mm，轴承中间处用轴肩定位，这段取直径 d-=30mm。右端轴承与齿轮之间应有一套同固定，-长应为：取套同长 12mm，则 L-=32mm。取轴承端盖总宽为 32mm，外端面与大带轮右端面间距离为 10mm，故取 L-=42mm。结合箱体结构，取 L-=76mm。 第 16 页 共 22 页16（4）轴上零件的周向定位轴上零件的周向定位：联轴器与轴的周向定位均用平键联接。按 d-=20mm 查得平键截面 bh=6mm6mm，键槽用铣刀加工，长 28mm，同时为了保证转盘与轴配合有良好的对中性，故选择轮毂与轴配合为 H7/n6。4.5.2 强度校核计算（1）求作用在轴上的力根据机械设计 （轴的设计计算部分未作说明皆查此书）式(10-14)，则NFNtgFFNdTFantrt06 .613202 .1621costan2 .1621107591.86223NFp.61615（2）求轴上的载荷（详细过程以轴 2 为例，其他轴类似不一一复述）首先根据轴的结构图作出轴的计算简图。在确定轴承支点位置时，从手册中查取 a 值。对于 6207 型深沟球轴承，由手册中查得 a=17mm。因此，轴的支撑跨距为 L1=172mm。根据轴的计算简图作出轴的弯矩图和扭矩图。从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出截面 C 是轴的危险截面。先计算出截面 C 处的 MH、MV 及 M 的值列于下表。载荷水平面 H垂直面 V支反力F，NFNH11431NFNH12622，NFNV22371NFNV15162C 截面弯矩 MmmNLFMNHH8518532mmNMLFMaNVV14555132总弯矩mmNMMMVH168646145551851852222max扭矩mmNT 215580 第 17 页 共 22 页17（3）按弯扭合成应力校核轴的强度根据式(15-5)及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力，取，轴的计算应6 . 0力MpaMpaWTMca61.28401 . 0869106 . 0168646)(32222已选定轴的材料为 45Cr，调质处理。由表 15-1 查得。因此，故70MPa1 -1 -ca安全。4.6 轴承及键的选用与校核4.6.1 轴承1）.按承载较大的滚动轴承选择其型号，因支承跨距不大，故采用两端固定式轴承组合方式。轴承类型选为深沟球轴承，轴承的预期寿命取为：Lh29200h由上面的计算结果有轴承受的径向力为 Fr1=340.43N，轴向力为 Fa1=159.90N，2） 初步选择滚动轴承型号为 6205，其基本额定动载荷为 Cr=51.8KN，基本额定静载 第 18 页 共 22 页18荷为 C0r=63.8KN。3） 径向当量动载荷NFFFNVNHr43.3406 .1871 .5432221211 NFFFNVNHr8 .20552 .6711 .19432222222动载荷为，查得，则有arrYFFP4 . 06 . 1YNPr012.39290.1596 . 143.3404 . 0 由 式 13-5 得 ahrrhLPCnL104 .53012.3925180096060106010631066 满足要求。4.6.2 键1）选择键联接的类型和尺寸联轴器处选用单圆头平键，尺寸为mmmmmmlhb28662)校核键联接的强度键、轴材料都是钢，由机械设计查得键联接的许用挤压力为 MPaP120键的工作长度 mmbll252262821，合适 PPMPadlkT1 .63202565 . 0215580210213115 基于 Pro/E 的三维设计及仿真5.1 Pro/E 三维设计软件概述Pro/Engineer 操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的 CAD/CAM/CAE 一体化的三维软件。Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/Engineer 作为当今世界机械 CAD/CAE/CAM 领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的 CAD/CAM/CAE 软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/E 第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。Pro/E 采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。功能如下：（1）特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等） ；（2）参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等） ；（3）通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计；（4）支持大型、复杂组合件的设计（规则排列的系列组件，交替排列，Pro/PROGRAM 第 19 页 共 22 页19的各种能用零件