毕业设计（论文）-小型菠萝削皮机的设计（含全套CAD图纸）

年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化(3)班学部：理工学部提交日期：2012年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。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在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。摘要 关键词 21.1菠萝削皮机的概述 22菠萝削皮机的研究现状 23论文的主要任务和内容内容 24菠萝削皮机的系统设计思路 34.1菠萝削皮机的性能要求 35菠萝削皮机的基本结构及工作原理 35.1整机机构 35.2液压控制系统 45.3电气控制系统 45.4传感器与检测系统 55.5传动机构 56工作机构的设计与计算 66.1运行阻力的计算 66.2电动机功率的计算 67传动机构的设计与计算 67.1丝杆的设计与计算 67.1.1设计选择丝杆传动的原因 67.1.2丝杆的运动形式及其载荷分析 77.1.3丝杆设计的基本尺寸等参数计算 87.1.4丝杆的材料与许用应力 7.2齿轮机构的设计与计算 7.2.1设计选择齿轮传动的原因 7.2.2齿轮的设计及其参数的计算 7.2.3主轴齿轮的设计 7.3皮带轮的设计与计算 7.4联轴器的选择 7.4.1联轴器的分类 7.4.2联轴器的选用 207.4.3确定联轴器的型号 218结论 22参考文献 23致谢 24小型菠萝削皮机的设计学生：何凯(湖南农业大学东方科技学院，长沙410128)摘要：在我们日常生活中，水果是必不可少的一部分，菠萝就是其中的一种。所以无论是国内市场还是国外市场，它的前景都是相当广阔的。菠萝除了水果鲜食外，还可以作为美味的菜肴，设计一种安全卫生的削皮去刺工具，已越来越成为人们的迫切需求。本文设计一种机器，由皮带轮传动、齿轮传动、三角爪和丝杆传动实现菠萝的削皮去刺，代替目前人工削皮，操作方便，使用简单，提高了生活效率。关键词：削皮去刺；皮带轮传动；齿轮传动；三角爪；丝杆传动Student:Hekai(OrientalScience&TechnologyCollegeofHunanAgriculturalUniversity,Changsha410128)Abstract:Inourdailylife,thefruitisanessentialpartofthepineapple,isoneofakind.Sowhetheritisdomesticorforeignmarket,itsprospectsareverybroad.Inadditiontofreshpineapplefruit,canalsobeusedasatastydish,designasafeandsanitarypeelingdeburringtools,hasincreasinglybecomethepeople'surgentneeds.Thispaperdesignedamachine,composedofabeltpulleydrive,geardrive,thetriangularclawandascrewroddrivetoachievethepineapplepeeltothethorn,replacetheartificialskin,convenientoperation,simpletouse,improvetheefficiencyofKeyword:peelingdeburring;pulleydrive;geardrive;triangularclaw;screwdrive1前言菠萝成为了人们在生活中很好的一种水果之一，菠萝的去皮不仅仅是必须2菠萝削皮机的研究现状随着食品加工工业的发展，食品深入加工已越来越受到各种餐饮行业的重视，特别是高级的餐饮行业酒店，这更要求原材料的深入加工。其中菠萝的原料的削皮加工就收到了人们的高度重视。但是目前国内还没有这样的大型去皮设备，所以值得我们去研究，设计开发设计背景分析→总体方案分析→结构与案例分析→系统适用性分析(1)系统的稳定性及运动的平稳性准确，能保证规定的运动精度和运动位移(2)工作的可靠性即能根据功能要求完成既定的动作，而且各个动作必需稳(3)结构简单，制造容易，成本低；(4)生产效率高，能耗少；(5)减轻劳动强度，不污染环境，创造文明生产条件；(6)留有发展余地，需要改进时而不至于造成全机废弃。5.1整机机构图1机构示意图Fig1Organizationchart如图1所示，菠萝削皮机工作时，由工作人员将菠萝放在下爪上，踩下液压缸1号脚踏板，上爪下降爪掐住菠萝，在将刀头手柄推进，是刀头贴在菠萝表面。按下启动按钮，菠萝在自身旋转运动和刀头在丝杆作用下的上下运动的配合中完成削皮动作。削皮完成后，踩下液压缸2号脚踏板，上爪上升放开菠萝，再由工作人员取下菠萝，完成一个菠萝的削皮工作。5.2液压控制系统液压控制系统的原理图：图2液压原理图Fig2Hydraulicschematicdiagram这里我选用的是一个单向减压回路，用以保证三角爪的上下抓紧活动可以顺利的进行。液压缸的主要尺寸的确定1)工作压力P的确定。工作压力P可根据机器的类型来初步确定，这里的工作压力P取1500N。2)确定液压缸内径D和活塞杆直径d。查液压与气压传动表2-3可知液压缸的内径D为100mm,活塞杆直径d为20mm。3)计算在各个工作阶段液压缸所需的流量所以液压缸选择单作用液压缸，可以选用单作用活塞缸。5.3电气控制系统该菠萝削皮机采用的是照明用220伏交流电作为动力源，其负载只由一个交流电动机组成。电气控制系统由简单的plc电路组成，其主要功能是控制电动机的正反转和实现正反转的互锁。为了使电机能够实现正反转，可以采用两只接触器KM1,KM2换接电动机三相电源的相序，为了防止短路事故，电路中应采取按钮和接触器的双重互锁。正反转电路如图3所示。图3正反转电路图Fig3Positiveinversioncircuitdiagram5.4传感器与检测系统传感器与检测系统在本设计中的主要作用是起一个限位的作用，即限制刀架的上极限位移和下极限位移。5.5传动机构该装置机箱内部轴之间的所有传动均采用圆柱齿轮传动。因为它具有瞬时传动比恒定，传动效率高，寿命长结构紧凑等特点。因为这些优点为菠萝加工提供了很好的条件，加工效率高，加工质量好，不会出现削去果肉过多或是削皮不完全等现象。在设计过程中要求齿轮在传动过程中瞬时角速度比01/o2恒定不变，以免产生动载荷，冲击，振动和噪声。这与齿轮的齿廓形状和制造安装精度等因素有齿轮的承受载荷能力要强，要求齿轮在传动过程中有足够的强度，刚度并能传动较大的动力，在使用寿命内不出现断齿，点蚀，过度磨损等现象。这与齿轮的材料，尺寸和热处理等很多因素有关。6工作机构的设计与计算6.1运行阻力的计算该装置的运行阻力主要是上下爪所在轴旋转时的运行静阻力，即为摩擦总运行静阻力(摩擦总阻力)p。为：G,---菠萝及旋转轴的自重N,N取500NK---滚动摩擦系数，由菠萝直径D=150mm取K=0.0004β---附加阻力系数，取β=2P=2×2×500×(0.0004+0.02×0.02/2)/0.156.2电动机功率的计算n,--------齿轮减速器效率，取0.95n:--------带传动效率，取0.96N=1400×1/1000×0.82≈1.15KW7传动机构的设计与计算7.1.1设计选择丝杆传动的原因2)当螺纹升角小于摩擦角时能实现自锁。对于一般的螺旋传动，其主要失效形式是丝杆表面的螺旋的磨损，,螺杆的主要尺寸参数3。荷分析如图4所示。图4丝杆载荷分析图设计选择的丝杆是M48,由表1可知，其螺距可选择5.00mm,由表2可知，丝杆的公称直径可选择48.00mm,由表3可知，丝杆的余程可选择20.00mm。标准规格(mm)螺距545464表2丝杆公称直径表Table2Nominaldiameterofwirerodsurface螺距34568公称直径(mm)表3丝杆的余程23456余程Le(mm)丝杆螺纹的有效长度Lu计算公式为：Lu=L-2Lu=L-2Le=840-2x20=800mmL为丝杆的螺纹长度，Le为丝杆的余程，其代表意义如图5所示Fig5Wirerod查机械设计手册表11-1“由所设计的参数可知，丝杆的中径D2或d2为44.752mm,丝杆的小径为42.587mm。螺母的轴向位移L为：x------螺纹线数螺母的轴向移动速度v为：驱动功率的计算P1为：P1=p。V/1000ηn---------传动系统总效率，n=n,n₃n₂n,--------齿轮减速器效率，取0.95n₃--------带传动效率，取0.96n=0.9×0.95×0.96=0.82丝杆螺纹的中径D2或d2由查机械设计手册表11-9表可知为44.752mmw------设计时根据螺母的形式选定⑤),整体式螺母取1.2-2.5基本牙型高度H1计算：梯形螺纹(GB5796-1986)规定H1=0.5P(mm)工作强度p的计算：7.1.4丝杆的材料与许用应力滑动螺旋传动的主要零件是丝杆和螺母。丝杆的材料应具有足够的强度耐磨性，以及良好的加工性。本设计的丝杆要求不是很高，不需要淬硬处理，可选用T12为材料。螺母为低速轻载，所以螺母材料可选择35刚或球墨铸铁。剪应力r。如表5所示。螺纹副材料速度范围，m/s许用压强p,钢对青铜钢对耐磨铸铁钢对铸铁钢对钢淬火钢对青铜低速小于0.5小于0.04低速材料许用拉应力σ,许用弯曲应力σ许用剪应力t丝杆钢一螺母青铜耐磨铸铁—铸铁—钢机构内部各个齿轮之间的装配关系如图5所示Fig6Gearassembly选取传动比i=3,工作寿命10年，每天工作1小时，每年工作300天，小齿P=0.5225×0.95=0.496375kW。选大齿轮齿数z,=iz,=3×24=72查机械设计表10-3得材料的弹性影响系数z=189.8MPa按齿面硬度中值查机械设计表12-6得小齿轮的接疲劳强度极限为=565MPa,大齿轮的接疲劳强度极限为三、计算应力循环次数N₁=60n₁jL=60×192.3×1×(1×300×10)=3.46×10⁷N,=3.46×10⁷/3=1.15×10⁷由机械原理表12-8查得接触疲劳寿命系数K=0.95;K=1.0取失效概率为1%,安全系数S=1[l]1)试算小齿轮分度圆直径d,代入[o]中较小值2)计算圆周速度v3)计算齿宽bb=φ·d=0.5×50.58=25.29mm模数m,=d,,l=₁=50.58/24=2.1mm齿高h=2.25m,=2.25×2.1=4.725mmb/h=25.29/4.725=5.35根据v=0.51m/s,8级精度，查机械设计表9-5得动载荷系数kv=1.08由参考资料机械设计表9-6查得使用系数k=1由参考资料机械设计表10-5查得8级精度，小齿轮相对支承皮悬臂时，=1.278由故载荷系数K=K₄K,KKg=1×1.08×1.2×1.278=1.656d,=a,√k1k,=50.58×√1.656/1.3=54.83mm(17)2)计算模数mm=d₁1z₁=54.83/24=2.28mm由参考资料机械原理表12-7查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限。=550MPa,大2)由参考资料机械设计原理表12-8查得弯曲疲劳寿命系数Kv₁=0.95,KN₂=0.98由参考资料机械设计原理表12-7得4)计算载荷系数KK=K₄K,KaKrp=1×1.08×1.2×1.22=1.58112(21)由参考资料机械设计基础表6-8查得γ。=2.65,Y=2.236由参考资料机械设计基础表6-8查得γ。=1.58,Y=1.757)计算大、小齿轮的,并加以比较小齿轮齿数z,=d,1m=54.83/1.5=36.5大齿轮齿数z₂=u=3×36=108=··=36×1.5=54mma=(d₁+d2)/2=(54+162)/2=108mmb=φ,d₁=0.5×54=27mm取B,=15mm,B₁=20mm(考虑到实际需要7.3皮带轮的设计设计皮带轮时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好，无过大的铸造内应力，质量分布均匀，转速高时要经过动平衡，轮槽工作面要经过精细加工(表面粗糙度一般应为3.2)以减带的磨损，各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，已知电动机的额定功率为1.15KW,转速n1=1500r/min,选取传动比为i=3.9,采用普通皮带传动.由参考资料机械设计基础表11-9查得工作情况系数KA=1.1,故P=KA×P=1.1×1.15=1.265KW(28)取主动轮基准直径d=91mm则从动轮基准直径d=i×d=3.9×91=354.9mm根据参考资料机械设计基础表11-13取d=360mm6)计算根数ZK=0.92三、皮带轮的结构设计7.4联轴器的选择n-----轴的转速，单位为r/实际计算时，应将公称转矩T乘以工作情况系数k,工作情况系数k,如下表6所示。得到计算转矩T。=KT。原动机I类Ⅲ类工作机IV类V类VI类电动机、汽轮机四缸及四缸以上内燃机双缸内燃机单缸内燃机I类转矩变化很小的机械，如发电机、小型通风机、小型离心泵IV类转矩变化和冲击载荷中等的机械，如织布机、水泥搅拌机、拖拉机。V类转矩变化和冲击载荷大的机械，如造纸机、挖掘机、起重机、碎石机。7.4.2确定联轴器的型号联轴器工作过程中的最高转速n,不应超过其允许的最高转速错误!未找到机器外形收尺寸长为1166mm,宽为700mm,高为2089mm,并且该装置具备特点一：采用旋转式去皮原理，脱皮时间3-6个/分钟，特点二：时产200公斤以上，产品重量1.5千克左右，毕业设计是在我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及大部分专业等等一系列课程表)的理论知识，解决一个本次设计几乎融汇大学几年来我们学到各门专业知识，使我们有了一个综合运用以往所学知识的机会。在设计过程中我发现自己以往所学的知识不够扎实，在设计过程中，遇到了许多的困难，但在攻克这些困难的同时，不仅加深了我对已所学知识的熟悉程度，提高了实际动手能力，更