核桃破壳机设计

1、核桃破壳机设计核桃破壳机设计 I #摘要核桃的营养价值很高，不论是在国内还是在国外具有很广阔的市场空间, 人们的需求量还是很大的；在我国核桃的品种种类很多，形状大小不一，靠 人工破壳很难达到预期的要求，这就需要机械来实现；我国核桃栽培面积大， 产量高，加工技术落后，没有较成熟的核桃破壳机械，在一些农家地区，大 都还在采用人工破壳取仁的方法，生产力低下，而我国的核桃种植面积和产 量每年逐渐增加等问题；本文主要简单介绍我国核桃破壳加工状况，针对核 桃破壳机的基本特点及要求，对已有的破壳方法进行反复的方案对比，最终 确定击打破壳加工原理方案。针对现有的破壳装置优化处理，设计出适合杂 核桃的破壳利器。

2、目前核桃破壳机械装置存在较大的地域差异性，在不同的 地方产不同种类的核桃，即大小不一，这样就造成了核桃破壳机械的局限性， 现设计的新型核桃破壳机械要能改善地域的差异性，能被多种品种的核桃； 分级装置的改进，能使生产效率提高和降低碎仁率；调节装置的改进，可以 针对不同品种的核桃。该装置主要机构有：分级装置、导向装置、破壳装置、 减速装置、传动装置和调节装置等装置构成。关键词：核桃破壳机械；装置优化；分级装置；导向装置；破壳装置；减速 装置；传动装置；调节装置 # IIABSTRACTThe walnut high nutritional value, whether at home or abr

3、oad has a very broad market space, peoples demand is still very large; kind of variety in Chinas walnut, shapes and sizes, by artificial broken shell is difficult to achieve expected requirements, which require mechanical implementation; Chinas walnut cultivation area, high yield, processing technol

4、ogy is backward, not more mature walnut broken shell mechanical, in some farm areas, most are still using artificial broken shell to take the kernel method low productivity of walnut acreage and production increases year over year and other issues; In this paper, a brief introduction to Chinas walnu

5、t broken shell processing conditions, repeated walnut shell breaking the basic characteristics and requirements, have the broken shell program contrast, and ultimately determine the strike to break the principle of shell processing program. Optimization process for existing broken shell, the broken

6、shell tool designed for hybrid walnut. Walnut broken shell mechanism there is a big regional differences, different types of walnut production in different places, large and small, would have resulted in a the walnut broken shell mechanical limitations, the current design of the new walnut broken sh

7、ell mechanical to improve the geographical differences, can break the varieties of walnut; improvement of the classification device, enabling production efficiency and reduce the rate of broken kernels; improved adjustment device for different varieties of walnut. The apparatus main body: classifyin

8、g means, the guide means, breaking the shell means, the reduction gear device, the drive means and adjusting means constituting.Keywords: The walnut broken shell mechanical; Device optimization;Classification device; guiding device; broken shell device;deceleration devices; gear; adjustment deviceii

9、i V IV TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 第一章绪论 1 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 课题研究背景 1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 核桃破壳机发展现状 2国外核桃破壳机发展现状 2国内核桃破壳机发展现状 3 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 课题研究的意义 4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 第二章核桃的基本

10、性能 6 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 核桃的分类 6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 核桃的三维尺寸的测定 7 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 核桃的受力分析 11 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 第三章核桃破壳机总体结构设计 12 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 核桃破壳机械的研究重点 12 HYPERLINK l bookmark

11、30 o Current Document 设计思路来源 13 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 设计要求 13 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 核桃破壳机机构设计 14弹簧的设计及计算 15电机的选择 17减速机构的设计 18凸轮的设计及计算 22撞击执行装置设计 30撞击头和调节装置设计 31分级装置设计 34机架设计 37核桃破壳装置整体装配图 38 HYPERLINK l bookmark134 o Current Document 第四章总结与展望 40 HYPERLINK l bo

12、okmark136 o Current Document 设计总结 40设计成果归纳 40设计创新点 40 HYPERLINK l bookmark138 o Current Document 未来工作展望 40 HYPERLINK l bookmark140 o Current Document 参考文献 42附录A核桃破壳装置结构示意图 43致 ft 错误！未定义书签。 第一章绪论课题研究背景由于核桃的果壳坚硬，内有多个分隔，核桃肉深嵌在坚硬的壳里，食用 时很不方便，通常需要借助于核桃钳等一些专用的辅助工具。近年开发的“手剥山核桃”深受市场的青睐。手剥山核桃属于开袋即食休闲食品，食用时，

13、像剥花生一样，使壳仁分离。传统加工方法是把山核桃放在特制的模子里， 用特制的锤子人工敲击，生产效率低，且产生二次污染。同时，因劳动力紧 缺，造成市场供不应求。所以，手剥山核桃生产迫切需要机械化10破壳机的显著特点和重要性有以下三点：(1)提高生产效率；(2)保证保证被破出的核桃仁卫生清洁度；(3)提高和完善破壳机械自动化程度。我国的核桃栽培面积约130万hm2以上，主要种植区域在西南和西北。 在 国际市场上，核桃与杏仁、腰果、榛子一起并列为世界 4大干果，核桃作为保 健食品早已被国内外所认识。我国核桃总产量约31万吨，全国人均占有0.24kg。这与国际上一些国家相比相差甚远，如美国人均占有核桃

14、1.5kg,是我国的6倍。针对核桃加工存在的问题和市场的需求，确定核桃加工工艺， 除脱青皮、分级、清洗、脱水、烘干、去壳、仁壳分离与包装外，还可进一 步深加工。在加工中，存在的问题是核桃脱壳比较困难，主要由人工完成。人 工剥壳难以满足生产发展的要求，故研制高效剥壳机已成当务之急。核桃也是我国干果类传统出口商品之一，加工和出口的季节性比较强。 作为传统的出口商品，我国的核桃一直以品质好，等级细享誉世界。当前， 我国核桃出口的对象主要为德国、加拿大、英国、叙利亚、科威特、约旦、 澳大利亚、瑞士和新加坡等国家。当前我国核桃的销售仍以内销为主，我国 核桃年产量大约为15万到18万吨，消费的方式基本上还

15、是直接食用，消耗 量不大，而随着我国西部大开发战略的实施，西部将为我们提供更多的核桃 产量2。核桃取仁我国历来靠手工，一人一天平均仅能砸30斤核桃，取仁约 12斤，以天津口岸年出口核桃仁 5000吨计，仅取仁一项需占用劳力 80多万个劳动日，而且，加工和出口的时间正值三秋和农田基本建设大忙季节，任 务重，时间紧，形成与农业争劳力的局面，所以，实现核桃取仁机械化，对 解放劳动力，支援农业生产有重要意义。核桃出口国家较多，进口国家比较 集中，国际市场斗争十分激烈，实现核桃加工机械化，有利于我们抢时间， 争速度，支援外贸。从经济上说，国际市场核桃仁各质量等级的差价甚大。 机械取仁有希望提高取仁质量，

16、增加外汇，同时，大规模集中加工，便于综合 利用。核桃仁中约占5%勺碎末可以集中榨油，大量的核桃壳是做活性炭的好 原料。手工分散加工，这些碎末和壳都浪费了。研制核桃取仁机的具体任务 是寻找适当的、特别是保证取仁质量的破壳工艺方法，研究实现这一工艺方 法所要求的机器。核桃破壳机发展现状国外核桃破壳机发展现状核桃年产量在20万t以上的国家仅有中国和美国。中美两国的核桃产量 占世界核桃总产量的50%右，而最有代表性、生产水平最高和市场占有份额 最大的当数美国。在美国、澳大利亚以及欧洲等发达国家，核桃绝大部分都 经过机械化生产线进行商品化处理。采收通过机械振荡器将核桃果实振落到 地面上，再由机械将果实收

17、集起来，运到加工厂进行脱青皮、漂洗、烘干和 带壳包装等处理。核桃仁加工也全部机械化，通过破壳机破壳，机械、气流 分选机进行壳仁分离，然后用分色机将果仁分为深色和浅色3,最后在根据核 仁大小分级，包装即可销售。在国外，核桃生产技术水平、生产率最高的国家，最具代表性的要数美 国。在技术方面，不管是采收阶段还是后续的破壳工艺机械化程度很高。他 们在采摘前，先喷洒果实催熟药剂乙烯利，然后再用震落机采收，再用脱青 皮机脱皮，用清洗机清洗，用烘干机烘干、利用冷库进行干燥处理和贮藏。 待核桃水分脱到一定程度后，再用破壳机破壳，最后壳仁分离是用气流分选 机分离。主要核桃破壳机类型有4:Larry H.Hemr

18、y研制的专利号为6098530机 械式核桃破壳机。该机的主要结构由机架、料斗、可调节定位板、破碎装置、 传动机构以及动力所组成。机械式核桃破壳机通过调节可调节定位板和破碎装置间的间隙能够适应各类坚果的破壳。 Kenneth R.Evans研制的专利号 4201126核桃破壳机。该机主要由喂料斗、输送装置、破壳装置和出料口等组 成。工作时由输送装置把待破壳的核桃从料箱运送到破壳装置，然后对其进 行破壳。(3)Clarence Lloyd Warmack 和 Barry Shawn Warmack 等研制的专 利为6516714核桃破壳机。该机主要由机架、箱体、滚筒、旋转破壳装置和 出料口等组成。

19、该机可以成功有效地击打核桃将其壳仁分离。 John W.Brazil发明的专利号为4255855核桃钳。该钳由把手、可调柱塞、夹头、底座和固定套等组成。使用时将核桃放置在底座上，然后通过操纵把手推动可调柱塞在固定套内滑动，可调柱塞伸出从而使火头将核桃推到刚性砧底座上 把核桃夹紧并破壳。 Michael P.Filice , Robert Lemos 和 Robert P.Baker 等研制的专利号为5325769核桃破壳机。该机主要由机架、喂料斗、输送装 置、击打装置和传动装置等组成。工作时，料箱中的核桃由输送装置逐一运 送到击打装置，然后由凸轮控制击打打头将核桃壳打破使其壳仁分离。国内核桃破

20、壳机发展现状核桃要完成破壳的工序是要等青皮脱落后，一定时间内核桃本身脱去水 分后才进行。在过去，我国核桃碳壳主要是靠人工来完成，在一些农家地方 用专用的小孔模具来撞击完成破壳工序。随着核桃业的不断发展，手工破壳 已经不能完全满足社会的需要。因此，采用机械式的破壳方式是满足社会和 生产率唯一选择。当前核桃破壳取仁的方法主要有：离心式碰撞破壳。化学腐蚀。真空破壳取仁。超声波破壳。定间隙挤压破壳5。其中采用第一种方法破6o壳时会产生大量的碎仁，所以此方法很少被应用；第二种方法，由于在实际 操作中仁易受到腐蚀不好控制，产生的废水废液还有可能污染环境，所以应 用的也很少；第三、四种破壳方法，需要的破壳设

21、备昂贵，这无疑增加了破 壳成本，并且破壳效果也不能达到人们的要求；只有第五种方法值得探索70我国坚果剥壳机具发展缓慢，远远落后于种植业的发展，在一些生产应 用的机具中，存在如下几个突出的问题，因而，难以推广应用(1)剥壳率低。不少剥壳机漏剥或剥壳不完全，果仁去净率不高，有些剥 壳机剥壳率只有50%这是坚果剥壳机推广使用的最大障碍。(2)损失率高。由于参数选择不合理，造成剥壳不完全现象严重，碎仁夹在在碎壳中难以回收而被弃除。有些机具果仁损失率高达20%(3)果仁完整性差。有些机具的设计，为了减少漏剥或剥壳不完全现象， 一味追求剥壳率的提高，导致高的破碎率，从而降低了产品的商品价值。(4)通用性差

22、。一般剥壳机仅能用于某一品种坚果的剥壳作业，对于不同 品种的坚果，不能通过更换主要零部件来实现一机多用。(5)机具性能不稳定，适应性差。为某类坚果专门开发的专用机型，在该 坚果品种、大小规格、外壳形状和含水量等因素出现变化时，剥壳机具剥壳 性能就变差。(6)作业成本偏高。我国坚果剥壳机具尚未形成规模和系列，多数是单机 制造，制造的工艺水平低、成本高、也因为通用性差，不能一机多用，使得 生产企业设备配置的成本高，致使加工坚果的作业成本增加。课题研究的意义面对国内核桃破壳技术现状以及市场需求，对核桃破壳机的设计进行深 入的研究有很强的现实意义与迫切性。现在剥核桃的方法很多比说门缝里夹，锤子砸等等，

23、都解决不了批量剥 壳的问题，核桃破壳是核桃深加工的第一步，必须首先解决。经实测发现核 桃形状的不规则、壳仁的间隙小，试验证明核桃壳完全破裂所需的变形量大 于壳仁的间隙，用一般的机械挤压方法破壳必然会造成大量的碎仁，随着逐 年核桃产量的猛增加如何对核桃深加工问题也就随而来之，核桃破壳取仁技 术也突显出来了。实际上人工剥壳速度难以满足生产发展的要求，故研制高 效剥壳机已经成当务之急1。针对核桃加工存在的问题和市场需求 确定核桃加工的工艺 除脱青 皮、分级、清洗、脱水、烘干、去壳、仁壳分离与包装外，还可进一步的深 加工。在加工中，存在的问题是核桃脱壳比较困难，主要都由人工完成。人 工剥壳难以满足生产

24、的发展的要求，故研制高效剥壳机已成当务之急8 0我国的核桃栽培面积约130万hm2以上，主要种植区域在西南与西北。在国际的市场上，核桃与杏 仁、腰果、榛子一起并列为世界的4大干果，核 桃作为保健食品早已经被国内外所认识。我国核桃总产量约 1万t全国人均占有为0.24kg。这与国际上一些国家相比相差很远，如美国人均占有核桃量 为1.5kg是我国国民的6倍。核桃系胡桃科核桃属。原产我国的有 4个种和 1个杂交种栽 培较多的有普通核桃和云南薄壳核。目前我国核桃面积约为66.7公顷，年产量约20多万吨。核桃出仁率达50面右，优质的核桃仁为 淡黄色或琥珀色，营养丰富而味美，可以生食，是很好的滋养品，也是

25、制作 糕点的好原料。很多国家有消费核桃的习惯，美国的膳食指南将核桃与大豆 列为同类食物。近些年来，核桃除销售干果或核桃仁外，核桃乳、核桃速食 粉、核桃精等加工品也进入市场，另有少量的核桃油产品的销售，但是核桃 的深加工产品很少见，随着核桃生产的发展，其后续产品的开发和加工迫在第二章 核桃的基本性能核桃的分类我国核桃品种分为核桃类群和铁核桃累群。通常称前者为北方核桃，后 者为南方核桃。北方核桃外表近似球形，壳表面沿纵径方向分布着长条沟纹， 结合线下半部平，上半部微隆起，约 12mm；南方核桃外表也近似球形，壳 表面分布较深的坑点，结合线宽而隆起约23mm核桃壳厚薄，含仁率高低相近似的一些品种称为

26、品种群。我国核桃品种 基本上可划为四个种群，划分标准间表 2-1和图2-1。表2-1核桃品种群划分标准品种 群核桃 壳厚 度含仁 率横隔壁内褶壁取出 仁2氏皮 卜亥桃65退化退化全仁蹲壳 卜亥桃11.55060呈膜质退化半仁中壳 卜亥桃1.62 .04149呈膜质不发达1/4仁享壳 卜亥桃2.141呈膜质发达碎仁注：横隔壁是指分隔开两半仁的十字架式的薄膜;内褶壁是指凹凸不平的内壁图2-1核桃的内部结构从表2-1中可以看出纸皮核桃和薄壳核桃机械化碳壳易于得到全仁，。中壳核桃和厚壳核桃机械化被壳意得到碎仁，原因在于这两种厚壳核桃的横隔 壁和内褶壁比较发达，核仁镶嵌比较细密，要想取出这两种厚壳的仁，

27、只能 用锥子取出。根据核桃的破壳难易程度，可将核桃分为两类：棉核桃和夹核桃。前者 核桃壳厚小于2mm横膈膜退化或成膜质、革质，内褶壁退化或不发达，可取 得1/4或半仁；目前，绵核桃的总量占全部核桃的 80%90%它包括纸皮、薄 壳和中壳核桃品种群。后者核桃壳厚超过2mm横膈膜呈骨质，内褶壁发达的 厚壳核桃品种群。核桃的三维尺寸的测定云南核桃的种类很多，常见的三种常见核桃，分别是产自漾潺的白皮大麻 权、大姚的白皮103果和一种皮的厚度很大的杂果。从市场上购买可即食的此三种核桃，市场上销售的核桃大都达到了干燥要求，含水率比较低，壳与仁完全分离，外壳脆硬而仁具有一定的韧性1309 ,市场上销售的核桃

28、大都可以达到试验要求。实验选取漾潺的白皮大麻权作为研究对象， 随机取50个核桃, 用游标卡尺对核桃的长轴直径、短轴直径和棱径进行测量 ，尺寸单位为毫米，核桃的外形见图2.2 o对核桃的统计结果进行处理。表2.2为漾潺核桃的统计 处理结果。图2-2核桃外形对测量的结果分析，得出：大多的漾潺核桃的三围尺寸都在2738之间,其数量占总量的95%右。表2-2漾潺核桃的三维尺寸序号长轴尺寸/mm短轴尺寸/mm棱径尺寸/mm138.2232.528243.2235.430.1335.9631.326.8436.7530.8827.36539.2831.8428.14640.5233.6429.38735.

29、0628.6425.22833.0828.2223.96937.423228.241038.2432.628.46114133.829.21238.832.9229.741338.0630.828.81437.53228.31539.1431.6428.121635.0827.8425.61737.329.625.71837.630.826.81936.830.3427.462038.432.8427.862138.831.728.42235.9428.2225.122341.9232.9427.582435.6829.0425.82536.7431.2425.642638.531.7828.

30、42736.7629.5426.822835.9629.3426.08293831.8828.943036.0830.2827.763138.2233.2229.83235.8429.4826.643337.0831.0827.383429.7227.0423.863539.4833.5828.283632.9628.3425.33734.327.325.383834.4228.6424.943935.629.3826.524038.6232.729.184136.3430.4226.24236.2829.6425.524327.7425.7422.384438.2430.3828.44453

31、4.1629.225.6463829.627.64731.2227.3344837.0230274935.3833.4829.55035.631.8228.4总和1838.01533.91365.7iiii3平均 值36.76630.67827.314从上表2-2中可以看出，此种核桃的三维尺寸近似球形，近似程度用球度表示，球度Q等于近似球体直径除以最大直径，其公式为：Q=(ABC)/3/A,其中A B、C分别为长轴尺寸、短轴尺寸和棱径尺寸，即该品种核桃的近似 球体直径平均值为31.5838mm核桃的受力分析核桃的形状是不规则体，在各个方向上的受力是不一样的，见表 2-3漾潺 白皮大麻权核桃的各

32、方向上的受力平均值。表2-3漾潺白皮大麻权核桃各方向上的受力平均值10受力方 向长轴短轴棱径平均压 力/N224.6979214.2057182.3 021 第三章核桃破壳机总体结构设计核桃破壳机械的研究重点现阶段，随着工农业的发展，核桃产业逐年递增，相应的破壳机械种类 也有很多，特别是国外的技术已经很先进，在破壳流程中几乎不用人工的参 与，但国内的破壳机械还存在一系列的问题，为了使破壳机械在生产中发挥 高效率作用，需要对各个破壳机械装置进行比较，进行完善其功能。现阶段 我国核桃破壳机械的研究重点是11:(1)提高机械的兼容性和适应性。当前，相当多的核桃破壳机械设计有局 限性，它们只能应用在具

33、有特定的地区生长环境的某类核桃中，其兼容性和适 应性较差。提高机械的通用性和适应性，通过变换核桃破壳机械的主要部件 达到同时具备对其他带壳坚果进行脱壳加工的功能已成为核桃破壳机械发展 的一个趋势和新的挑战，如何研制出满足兼容性和适应性的要求的工作部件, 改进技术工艺，提高生产效率，给核桃破壳机械作业的发展提出了新的难题。(2)提高机械脱壳率，降低破损率。核桃机械破壳存在的破碎率高、整仁 率低的问题是一直制约核桃实现机械化生产加工的重要问题，对我国核桃产业 的发展造成了一定影响。处理好这一关键技术将关系到核桃破壳机械在未来 的发展和应用。一方面，提高核桃破壳机械的核心技术，改进工作部件，改 革传

34、统结构，研发新的脱壳机理，优化结构设计；另一方面，进一步改进和 完善整体配置，提高脱壳率，降低核桃仁破损率。(3)提高机械自动化，加强自动控制。目前，多数机械仍脱离不了人工喂 料和人工定位，一定程度上降低了生产作业速度和质量，增加了生产成本。为 此，需要研发以一种新的人工智能系统，通过机电一体化的手段使脱皮壳机械设 备自动喂料、自动定位。并且保证喂料的均匀和定位的有效性，实现自动化操作，进一步提高作业的速度和质量，提高科学性和精确度，满足脱壳机械 的发展要求，不断拓宽国内外市场，改变现有的生产结构。(4)提高技术、改进工艺、增加新材料。在这个科技飞速发展的时代，伴 随着电子技术、数控技术的发展

35、，核桃剥壳机机械结构复杂、材料笨重、工艺 落后等问题将被淘汰，随之而来的是简单的操作流程、较小的阻力、较长的 使用寿命、较少的劳动力、轻便的材料等等，类似的高新技术将会被应用到 实际的生产中，这也是核桃脱壳机械在未来发展中应重点研发的主要课题。设计思路来源思路来源于CCTV10我爱发明，主题为破壳利器的节目，破壳利器 原理图如图3-1。他的的设计主要的破壳对象是单一山核桃种群。 山核桃的个 头大体一致，在破壳之前不需要分级。但我们国家的核桃种类很多，提别是 杂果，他们的个头三维尺寸差距很大，所以基于破壳对象的局限性，现在设 计出一种能破核桃尺寸差异大的破壳装置。图3-1破壳利器原理图设计要求目

36、前核桃破壳机械装置存在较大的地域差异性，在不同的地方产不同种 类的核桃，即大小不一，这样就造成了核桃破壳机械的局限性。现设计的新 型核桃破壳机械要能改善地域的差异性，能被多种品种的核桃；分级装置的 改进，能使生产效率提高和降低碎仁率；调节装置的改进，可以针对不同品 种的核桃。核桃破壳装置具体技术要求如下：(1)破壳对象：云南漾潺的白皮大麻权、大姚的白皮 103果和一种皮的 厚度很大的杂果；(2)核桃尺寸：云南大多的核桃的三围尺寸都在 2738之间，其数量占 总量的95面右，其中漾潺白皮大麻权近似球体直径平均值为31.5838mm(3)凸轮转数：165转/分钟；(4)破壳能力：39600个/小时

37、(450公斤以上)；(5)装置大小：长、宽、高分别为 1193mm 608.5mm左右、1390mmfc右 (核桃的大小不一样，改变调节装置的位置之后，总体的尺寸会变化，但变化不大，大致变化在120mn问)。(2)导向装置设计；(4)执行机构设计；(6)带轮、凸轮的选择和设(8)减速机构和原动力的选本设计主要通过以下几个方面来完成:(1)核桃分级装置设计；(3)撞击头和调节机构设计；(5)传动轴的设计和固定；计；(7)机架设计；择。核桃破壳机机构设计本设计的核桃破壳机组成部分包括：分级装置、导向装置、破壳装置、 减速装置、传动装置和调节装置等装置构成。其核心装置为分级装置、导向 装置和破壳装置

38、。工作时依靠核桃自身的重力自上而下形成了一个系统作业 的流水线；核桃经过分级装置后被分为两个级，在经导向装置后，把核桃送 到破壳装置处；破壳是利用压缩弹簧的力来实现的。破壳装置设计为一次只 对一个核桃破壳，这样可以大大提高全仁率。撞击头和执行部件的距离可调的设计，可实现对不同尺寸大小核桃的破壳。弹簧的设计及计算弹簧是一种弹性元件，它可以承载作用力产生较大的弹性变形，弹簧在 各种接卸中应用都非常广泛。按照所承载的载荷的不同，弹簧可分为拉伸弹 簧、压缩弹簧，扭转弹簧和弯曲弹簧等 4种；按照弹簧的形状不同，又可分 为螺旋弹簧、环形弹簧、蝶形弹簧、板簧和平面涡卷弹簧等。螺旋弹簧用弹 簧丝卷制而成，由于

39、制造简单，成本低，另外在本机构中所使用的弹簧是起到复位的作用，所以选用圆柱螺旋压缩弹簧。.选择弹簧材料根据实际用途和使用环境，结合表16-212所选用的弹簧材料为碳素弹簧钢丝B级，m类弹簧许用应力为Q0.5 OBMPa.计算曲度系数K4c -1 . 0.6154C-4 C(3-1)C旋绕比值C值通常取5-8 ,在这里取6.4 ,代入式（3-1 ）:25.6-1 0.615 TOC o 1-5 h z K= 1.23446.4D3根据安装控件初设弹簧中径D=16mm根据C=?，得到弹簧钢丝直径D 16 .d=-=一=2.5mm 由表16-3暂选仃B=1570MPa根据表16-2可知许用 C 6.

40、4应力=0.5x 0.5x1570=785MPa.拟设弹簧最大工作载荷Fma产255N,根据 d 之 1.6 JFmaxKC =1.6 J255* 1.234*1Z =2.50 ,查表改取 785d=2.5mm 由表 16-34,仃 B=1370MPa 故t =0.5x 仃 B=0.5x1370=685MPq 取D=16mm C=162.5= 6.24,计算的 K=1.24,于是d _ 1.6FmaxKC =1.6255X1.24X6.24685=2.72mm上值和估算接近，取弹簧钢丝标准直径为 2.5mm此时D=16mm所以外 径D2=D+d=16+2.5=18.5mm内径 D=D-d=13

41、.5mm因为压缩弹簧长细比 b在 1-5.3之间取值，这里取5。根据b=? 得到，H0=5x16=80mm经过查表符合 GB/T 1358-1993.工作圈数的计算对于压缩弹簧n=Gd8FmaxC3max(3-2)G一弹簧材料的切变模量，根据表 16-213选的G=83000G/MPad一弹簧丝直径，d=2.5mm设最大变形量, max =50mm代入式(3-2)得到n=83000 x2.538x255x6.24350 = 22.自由高度H由表16-513选择弹簧自由长度为130mm弹簧的二维示意简图见图3-13, 三维示意简图简图3-14。图3-2二维复位弹簧示意简图图3-3三维复位弹簧示意

42、简图3.4.2电机的选择.选择电动机的类型一般破壳场所灰尘很大，电动机应该选择具有防止灰尘或其他杂物侵入 的。Y系列三相交流电动机是按照电工委（IEC）标准设计的，安装尺寸和功 率等级符合国际标准（IEC）,具有国际互换性的特点，Y系列三相交流异步电 动机具有高效、节能、噪声小、振动小、运动安全可靠的特点，适合无特殊 要求的机械，如机床、鼓风机、传输机等小型设备中。另外三相交流异步电 动机还有结构简单、工作可靠、维护方便、价格便宜等优点，在此设计中， 工作环境等一系列条件没特殊要求，所以在此系统中的电动机类型选择为：Y系列三相交流异步电动机。.电机型号的选择根据前面的主轴设计要求，电机的选择型

43、号如下表3-1 13所示：3-ijB：tmfflMaB型号额定 功率转速步速 同转效率取大 转矩重量Y90L1.1K750r/77.52.-6W910min%025kgY90L-6型电动机的机座号为160M安装尺寸如下表：表3-2电动机安装尺寸及外形尺寸180E：ACABHD4842.5122792816161703.4.3减速机构的设计.减速器的选择电机同步转速为 750r/min ,减速器输出转速为 165r/min,即电机与带轮 的传动比为4.54 ,根据表18-112,减速器选择单级齿轮减速器。根据国标JBT 8853-2001选择减速器的尺寸大小如下表3-3所示，装配形式示意图如图3

44、-4 所示。表3-3减速器尺寸及外形尺寸ABHad1Lb1125195330 1125488214图3-4减速器装配形式示意图.联轴器的选择电动机与减速器的链接选择联轴器，被连接轴的最大转速不能超过联轴 器所允许的最大转速max,即：n W n max上式中n 一被连接轴的转速；nmax 一所选联轴器允许的最大转速；表3-4联轴器J/J1J/J10.YL4014115060125066800D9根据联轴器国标 GB 5843-86,所选的联轴器的示意图和规格入上表3-4所示。.带轮的设计带轮是依靠带与带轮接触面间的摩擦传动的，它可以吸收和缓冲震动, 结构简单，价格低廉。(1)确定计算功率Ra。

45、由表8-713查得工作情况系数Ka =1.1 ,故PCa=KAp=1.1x1.1=1.21kw(2)选择V带的带型根据Pca、ni由图8-10选用B型(3)确定带轮的基准直径dd,并验算带速v 。初选小带轮的基准直径 ddi0由表8-6和表8-8,取小带轮的基准直径 ddi= 140mm验算带速v。按式(8-13)验算带的速度。-ddmnv = = 5.27m/ s60 x1000因为5m/sv30m/s,故带速合适。计算带的根数z。计算单根 V带的额定功率Pr,由dd1=140mmffi n二720r/min ,查表8-4a 得：p0=1.64KW根据 n1=720r/min , i= 1

46、和 A 型带，查表 8-4b 得：zp 0=0Kw 查表 8-4 和 8-5 得：k a =0.89, kL =1.01于是：Pr=(p 0+-A p)k a kL =0.89计算 V带的根数 z, Z=pca/pr =1.21/0.89=1.352 取 z=3按照设计要求两个带轮的设计大小一致，转速均为m=n2=165r/min。带轮的材料选择HT150,由带轮的基准直径dd1=170mm300mm此小带轮可采用腹 板式。(5)带轮轮槽截面尺寸如图3-5所示，三维实体建模如图3-6所示: 图3-5带轮轮槽截面尺寸示意图图3-6带轮三维实体建模3.4.4凸轮的设计及计算(1)凸轮类型的选择凸轮

47、机构可实现从动件各种预期的运动规律要求，在各种机械，特别 是自动机械和自动控制装置中获得广泛的应用。适当地设计凸轮的轮廓曲线 可实现各种运动规律，且能实现相同功能的机构中，凸轮机构的结构简单、 紧凑、效率较高。另外由于凸轮轮廓线与从动件间为点、线接触，易磨损、 承载能力低，凸轮轮廓加工困难，所以在设计凸轮机构时要对接触部分进行 必要的改变，从而达到设计使用要求的目的。凸轮机构的形状多种多样，按凸轮的形状可分为盘型凸轮、移动凸轮、 圆柱凸轮等；如根据推杆的形状这可分为顶尖推杆、滚子推杆、平底推杆； 其中顶尖推杆结构最简单，但易磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场 合，滚子推杆结构由于滚子与凸轮

48、轮廓之间为滚动摩擦，故磨损小，可用来 传递较大动力，应用较广；平底推杆机构由于凸轮与平底接触面间形成油墨, 润滑较好，故常用于高速传动中。在设计中凸轮的作用就是压缩弹簧的作用，但要达到设计要求，凸轮和 一般常见的凸轮不一样。撞击核桃他是靠压缩弹簧之后，弹簧驱动撞击杆做功的过程。所以凸轮做功原理和平底推杆形凸轮一致(2)凸轮的设计凸轮结构推杆的多项式运动规律的一般表达式为：S = C。CFC2 2 .Cn n(3 3(3-3)其中：6为凸轮转角；S为推杆位移；C0, C, G.为待定系数，可利用边界条件等来确定。 TOC o 1-5 h z 常见的有几种运动规律，在此机构中选择用一次多项式运动规

49、律19:设凸轮以等角速度与转过一个推程角(凸轮的运动角)6时，推杆完成 行程h,则运动方程为： HYPERLINK l bookmark85 o Current Document S = C0+C16，vqds/dt = C1。 (3-4).a =dv/dt =0设取边界条件为(由于待定系数只有两个，顾边界条件也只能设定两个：在始点处,6=0,S=0;在终点处,0 =1,S = h。由以上假设可求的：C0=0,Ci = h/6。，将其带入运动方程，则推杆推程 的运动方程为：S = h6/601v = h6/60 0 05a = 0,如图3-93-11所示，假设下移动为推程，则上移动为回程，推程

50、和回程 关于中心对称。则回程的运动方程为：S = -h6/60 -v = -h0/60 卜 0 6 $0a = 0但在本设计中为了考虑撞击的速度和力度，所以回程运动选为直线加速运动。根据前面设计压缩弹簧的设计，可知推杆推程h=1520mm根据公式：S = h、. /、0设已知凸轮半径 Ro=25mmg距e=8,凸轮以等角速度 W沿逆时针方向回 转，推杆的行程h=15mm其运动规律为：6=0130推杆等速上升h;6=130 210推杆远休；6=210 280直线加速下降h;6=280 360推杆近休。即在推程阶段：表3-5凸轮推程阶段的角度与位移关系8/(。1020 3；0 40 506070

51、)809010011012 0130)S/.0.11131415mm1 578935凸轮的三维实体建模如图3-7所示:图3-7凸轮三维实体建模(3)凸轮轴设计根据设计需要，轴上链接件有四个凸轮和两个轴承，即轴的三维实体建模如下图3-8所示。图3-8凸轮轴三维实体建模轴的的直径计算轴受的实际扭矩为2.0N.m ,作为轴受转矩作用段最细处的直径dmin,般是轴端直径。9549 P(3-5)式中的转速n =720 (r/min )、扭矩T =2.0N.m均为选定电机确定,于是由式(3-5)可得:Tn95492.0 72095496.4 kW(3-6)根据

52、扭转强度条件确定的最小直径为:(3-7),9550000P A 。 P /、dmin = 3r-r- a Ao3/ (mm0. 2T nn式中：P为轴所传递的功率(kWn 为轴的转速(r/min )A。为计算系数由式(3-7)可得：dmin = A；/P ( mm1 n6.4 /、= 160 M3 (mn)I 165之 40 (mm轴承的选择根据国标 GB/T 297-4 ,选择圆锥棍子轴承 30000型系列，该类 型能够同时承受径向和轴向载荷。圆锥滚子轴承30000型结构图如下图3-9所示，选择的轴承外形尺寸见下表3-6 ,三维实体建模如下图3-10所示。图3-9圆锥滚子轴承30000型表3

53、-6圆锥滚子轴承外形尺寸代号dDTBr minR2amincaE30191654080181.5， 020.7614.785图3-10圆锥滚子轴承三维实体建模轴承支座设计轴承支座是用来固定转动轴的，根据轴承的大径为80mm设计尺寸和三维建模如下：(b)立体图图3-11轴承座的设计 (b)爆炸图1一带轮2 凸轮3 轴承4 一轴承支座 5 一轴6 螺钉 7 一键图3-12轴上零件三维装配示意图轴上四个凸轮的安装分布相差90度，这样安装是基于轴的平衡和扭矩的 相互抵消。撞击执行装置设计设计要求：核桃进料口径直径设为 50mm撞击杆头部刀头口径为42mm 的半球径。该执行部件的工作原理为：凸轮压缩撞击

54、杆的滚轮，使之向后压 缩弹簧，凸轮急速回程是，撞击杆在弹簧的作用下会向前加速运动，即完成 撞击过程。因撞击杆工作时常常处于高速运动和撞击的状态，所以需要对撞击杆的 头部做特殊处理，使之强度增大。撞击杆材料选为45钢，撞击杆热处理工艺路线：坯料(铸、锻)一预先 热处理一机加工一最终热助理一精磨一成品，其中退火或正火常作为预先热 处理，淬火、回火常作为最终热处理。而本设计的撞击杆头部要求表面硬度 高、心部韧性好的零件，只需要表面强化处理。撞击执行装置三维建模如下图3-13所示:(a)装配图(b)爆炸图1导向套2 一撞击杆3 一销4 滚轮5 弹簧6 固定端盖 7 一套簧杆图3-13撞击执行装置三维建

55、模撞击头和调节装置设计1、现状现有的核桃分级装置主要有：对辗窝眼式破壳装置、圆盘式破壳装置和 内外磨核挑破壳装置三种140(1)对辗窝眼式破壳装置图3-14为对辗窝眼式开口装置简图，每个辗上的同一个圆周仁平均 分布着8个窝眼。窝眼在整个挤压辗表面上呈交错排列，窝眼纵向间距为 54mm所有窝眼开口半径均为 30mm但不在同一圆周上的窝眼的深度都不相 同，H从13mms次增加0 .5mm直至I 20mm止，对辗的长度L=870 mm该装 置能对大小不同的核桃进行定距离挤压，因此，很好地满足了挤压要求。同 时挤压时用窝眼抓取核桃，抓取可靠，核桃挤压时不会窜动，能进行可靠的 挤压。为了便于核桃食品加工

56、时的入味或使核桃易于剥食，该装里能在核桃 外壳上挤压出多条裂纹。虽然这种破壳装世在一定程度上减轻了手工剥壳的 劳动强度,但还孺进行手工剥壳。该装里的性能指标如下：生产能力150kg / h,核桃按粒径大小自动分级的准确率 95 %,开口率 95 %,破碎率 2%。1一窝眼辐2 一核桃图3-14对辐窝眼式开口装置简图(2)圆盘式破壳装置图3-15是圆盘破壳装置结构简图。该装置由一对端面呈倾斜、上宽下窄 的碳壳盘组成的。两破壳盘用等速万向节偶合。狭缝角度通过动轴承组件可 调，狭缝宽度通过破壳盘上的固定蛛钉可调。落人破壳盘狭缝一侧的核桃， 随盘旋转经级窄处破亮后从另一侧甩出。该机可破大小混杂在一起的

57、核桃。1主动轴2 螺钉3 一破壳盘 4 主动轴5 一等速万向节 6 一核桃图3-15对辐窝 眼式开口装置简图(3)内外磨核挑破壳装置图3-16是带有齿槽的内外磨核挑破壳装置的破壳原理图。外磨1固定在机架上，内磨3在电机的带动下转动。核桃在内外磨之间的间隙内破裂脱亮， 当破碎到合适的粒度后，由挡板 4与内磨3下底之间的缝隙落到落料扳上。 因该机不能自动适应核桃的大小，又由于目前核挑的品种不纯、大小不一，因此该机在实际使用中存在一定缺陷，破裂果径不同的核挑，需更换尺寸大 小不同的内外磨。1外磨 2 一核桃 3 内磨 4 一挡板图3-16对辐窝眼式开 口装置简图2、撞击头设计该破壳装置主要是针对云南

58、漾潺大白皮大麻权核桃设计的，设计的理念:逐个破壳、受力均匀破壳和在剪切力作用下破壳。受力均匀和剪切力作用破 壳功能主要设计在撞击的刀头上，整体撞击刀头装配如图3-17所示，单个撞击刀头如图3-18所示。1 .调节间隙机构 2 一固定撞击头部件 3 一撞击头图3-17整体撞击刀 头三维装配爆炸图1一刀面2 一调节位置图3-18单个撞击刀头三维结构图撞击头和撞击杆头部工作时配合工作，即该撞击头也需要向撞击杆头部 一样热处理。核桃撞击头的进口直径为42mm进口7知变为18mm核桃的大小不一，需 要调节核桃撞击的间隙距离。3、调节装置设计如图3-17中1所示，该调节机构可根据核桃的大小调节。分级装置设

59、计1、现状现有的核桃分级装置主要有：锥辗式分级装置、圆孔筛分级装置和栅式 滚筒分级装置三种14 0(1)锥辗式分级装置锥辗式分级装置，采用一对相对转动的锥形辗，如图 3-19,核桃在两锥 形辗的带动下不停地上升和下落，同时，核桃在重力和上端核桃对其侧向挤 压力的共同作用下沿锥形辗向下移动，直至两锥形辗的间隙大于核桃的直径时，核桃通过间隙落下。该装置分级效果不好，原因 核挑大最喂入时，上层的核挑无法及时地 与下层的核桃进行交换，造成前一级的核挑在后一级甚至后儿级才被分离出 去，出现分级混杂现象。由于有相当一部分位桃是椭球形的，这些核桃在 下滑时，会因下滚姿态的不同，而在不同的位置下落，从而造成分

60、级误差。1锥辐2 核桃图3-19锥辐式 分级原理器(2)圆孔筛分级装置图3-20是圆孔筛分级原理图，该圆孔筛与水平线的夹角为 a。筛孔由右 往左逐渐变大，核桃在重力和离心力的共同作下沿筛壁下滑并通过合适的孔 口落下。该装置的一个缺点是，在分级的过程中，有时会出现孩桃堵塞筛孔的现 象，尤其是在核桃大量喂人时。1一滚筒2 一核桃图3-20圆孔筛分级原理图(3)栅式滚筒分级装置图3-21是栅式分级装置简图。该装置是由具有一定锥度的栅条组成的, 滚简的转动带动核桃不停地上升、下落，并在重力和离心力的驱动下向前移 动，直至从滚简中脱出。该装置结构简单，能耗低、分级均匀度高。1栅条2 核桃图3-21栅式分