毕业设计（论文）-不同尺寸赣南脐橙滚筒式分选装置结构设计说明书

湖北工业大学不同尺寸赣南脐橙滚筒式分选装置结构设计镇江市高等专科学校毕业设计（论文）第1章绪论1.1研究背景意义随着农业技术的不断创新和发展，水果的类型也逐渐增加，花样百出，随着人民群众生活质量的提高，民众对水果的品质和口感也越来越重视。显然在水果推出市场的时候，需要严格的把控水果的品质和口感，提快水果推入市场的速度，让人民群众吃到品质一流、口感更加的优质水果。为了实现上市水果品质的高级化和优质化，必须对水果按照品质的好坏分好等级。目前市场上的的水果分选机都是适应大型企业的流水线作业，而且组成结构复杂精密，这就导致出现了一系列的问题。首先大型的水果分选机有着极高的生产制造成本，分级拣选的争取率也难以保证，这样就更加降低了企业的经济效益，这类分级机构又大多是根据重量作为分级依据，但是当分拣对象变成了苹果，更加看重水果的整体尺寸和品质，以尺寸参数作为分级依据的分级拣选的机器，为了在后期方便检测水果的糖度和口感，为了迎合市场，经过市场调研以后，发现赣南脐橙比较合适作为分级拣选设备的拣选对象。水果需要进行分级拣选以后才可以引入市场，按照品质不同有不同的价格因此分级拣选这一个环节可以直接提高果农的经济效益。国内的果农主要都是散户，大多都是以家庭为单位，大型的水果合作组织不多，水果商人也大多都是中型或者小型的规模，大规模的龙头企业现在也出现的不多。在水果上市之前，小农户果农和果商均发现了分级拣选的重要性和经济价值，但是在生产水果规模和经济条件的限制下，所做出的决策也有所不同。果农受到自身的经济条件限制基本很难有实力使用分选设备进行分级操作；规模较小的果商虽然有了一定的经济实力，但也只能进行初步的拣选作业；果品龙头企业规模巨大，经济实力毋庸置疑，可以大规模的使用先进的分拣设备，销售周期长，具有很大的销量，销售网络遍及国内外。基于此，对水果的分级拣选装置优化精简，降低生产制造的成本，对中小果农的有着十分重要的经济意义，可以大幅度的降低人工成本，提高分拣速度和分拣质量，提高经济收入，获得良好的竞争能力。赣南脐橙的主要原产地在在江西省，赣南脐橙的口碑很好，受到了国内外消费者的一致认可，具有很高的评价，因此市场对品质上佳的赣南脐橙有着极高的需求，这加速促成了脐橙产业的形成和良性的发展。市场对实用性强的赣南脐橙拣选分级装置的需求日益增加，所以设计一种具有很高正确率的辊轴式赣南脐橙分级拣选装置是十分有必要的。具有很高精度脐橙拣选分级设备，很大程度上可以提高原产自江西省的赣南脐橙的的，品质和观感，极大的增加在市场上的竞争优势，提高竞争力，增加在国际上的知名度，增加获得的经济利益，在一定程度上促进江西省的经济发展。1.2国内外分级机械的研究与发展1.2.1国外分级机构的发展现状国外是使用CCD相机技术，使用计算机处理相机传递来的信息，实现对每一个水果的正确检测，同时尽量客观和准确的分析水果的尺寸进行等级评估，这种技术在国外已经有了很长时间的历史了。在分级拣选设备上使用视觉系统，完成农业产品的品质分级和检测，这是国内外学者研究的一个很热门的方向。而随着技术的不断更新和迭代，在对水果的品质进行检测和评估的时候，已经较多的使用了很多的先进的光学检测技术完成水果的等级评估，这些先进的探测检验技术结合计算机的信息分析手段正在水果检测的领域大展身手。在水果的检验中，已将使用了神经网络技术对水果进行检验和分级，所谓神经网络技术就是使用计算机模仿人类的大脑结构和功能，让机器尽量的像人类那样去处理问题，在拣选分级设备中的视觉系统中应可以增加网络神经技术使得在水果分拣中更加的智能化，提高分拣的正确率。德意志联邦共和国的某企业发明了一种具有很高的精度的使用分级拣选设备，并且这种设备的各组分的布局合理，能顾很好的保护好水果，使其在分拣的过程中避免被损坏，他的最关键技术是使用了新发明的传感探测仪器，很好的收集水果的信息和状态，使得水果从采摘到运输到市场上进行售卖的时间变成了原来的一半。美利坚合众国的一家大规模的公司生产出了一种在世界上都处于领先地位的水果分级拣选设备，并且已经将该设备标准系列出五个型号，该设备可以可以按要求依据重量、颜色、形状等不同的指标进行分级，有9个传输运送通道，出口数量达到了惊人的60个，每个通道的传输速度都可以达到每秒十二个，可以传输运送的水果尺寸多样，形状各异，在视觉系统中使用两架单色相机进行信息捕捉，能够分析获取水果的全方位尺寸。西班牙的一种检测设备Aleixos，其上安装的相机具有多种光谱的检测功能，相机收集到的信息，可以放在两个DSR中做并行计算，能够正确的识别检测水果的颜色，正确率在九成以上，同时根据损伤的水果表面的热辐射表现和正常水果具有很大的差别，因此使用红外热成像检测技术可以很灵敏的就检测出具有表皮破损或者具有损伤的水果能够百分百检测出来。在水果受到损伤的后三十秒到三分钟内，受到损伤的水果和正常完整的水果相比至少能够达到1-20度的温度差别，这已经通过多次试验被证实了，但是使用红外线热成像技术检测的时候环境的温度必须有变化才能够检测的出来。代号为taly-001-A的一种水果分级设备是一种具有国际先进水平的水果分级拣选设备，他主要是根据按照水果的体积和几何尺寸作为分级的依据，它是使用一条具有很多孔的传送带进行检测的，传送带上的孔的直径是按照从小到大不断变化的，在刚进入筛选传送带的时候，孔的直径最小，随着传送带的运动行进，孔的直径依次增大，然后还可以改变传送带的方向，使得传送带在传送过程中的可以由大到小变化，可以通过控制系统轻松的实现由小到大还是由大到小运动。然后果实在传送带中运动时，体积比较小的水果先从空洞中掉落，随着传送带的不断运动，逐渐经过大的孔径，果实就也按照大小不同从相应的孔洞中掉落，这就实现了对果实的分级，让尺寸相似的果实能够聚在一起。美利坚合众国的Kavdir等利用人工智能和神经网络算法等新发展的计算机技术设计对水果的分级方法，他是使用水果的缺陷和物理特征来对水果进行分析和识别，从而能够满足对水果的分级任务，能够有效的实现对橘子或者橙子的分级，分级的正确率超过了95%。它的主要原理就是，通过ANN的泛化功能，能够识别橙子的颜色，并把橙子的颜色以RGB的形式表示，在将水果的颜色和果实的体积和几何形状综合分析，获得水果的特性，可以实时对水果进行分级。日本著名的设备制造商三菱电器公司也研发制造了一种对梨子拣选机器，他可以按照水果的成熟程度实现对水果的分级。他的实现原理是：首先人工选择出大量的成熟梨子，并将梨的表皮颜色、某个固定波长的光的透光性能、果实的几何形状和几何尺寸等信息数字化储存在计算机中，然后在将分拣机器安装的传感器收集并处理被检测梨子的各种信息并和计算机中储存的信息进行比对（主要还是梨子的尺寸大小），就能分析出梨子的成熟水平和含糖量等，这就实现了对梨子按照成熟程度的分级。[1]1.2.2国内分级机构的发展现状分级技术在我国的发展则是先引进国外的设备，然后透彻分析设备的构成和技术原理，在发展自己的分级设备。在上个世纪的80年代以前主要是引进国外的设备用于国内的生产，具有自主知识产权的分级设备几乎没有；随着国内越来越重视科学技术和制造业结快速发展，国内的一批技术人员终于意识到了分级拣选设备的重大作用，在引进国外设备和技术的基础上，开始发展和研究国外的分拣技术，然后用于生产制造当中，这一步虽然是照猫画虎，通过逆向工程分析引进的设备结构组成，也使得我国的相关技术迅猛发展起来，上个世纪九十年代以后，从市场分拣机构应用情况的反馈来看，国内已近有了不小的技术实力，研制生产的很多产品都有了自主知识产权，但是中国在水果分级行业的技术储备仍然难以达到发达国家的水平，国内仍然缺少很过大型的制造设备、工艺技术落后、生产出的产品的磨损和消耗较快，进行分级拣选作业时消耗的能源也较高、难以对特殊形状的设备进行分级拣选，工艺设备也难以跟紧时代的潮流。[2]在今年来的分级研究中，已经提高了很多的技术实力，取得了很多的研究成果，国内的生产的分级设备已经能够在国外站得住脚了，有些甚至已经超过了国外的某些产品。我国在水果分级机器人的研究上获得的胜利果实，能够改变水果市场上的一些固有弊病，比如水果或者农产品的外观质量难以令人满意，同一批次售卖的水果好坏掺杂，不同等级的水果混杂在一起等。假设我国的苹果产量总产量的一半，大约3000万吨，能够使用自动分级设备处理的化，每公斤就可以增加两毛的产值，根据全国这么大的总产量来算的化，能够增加6亿元的产值，这还只是苹果这一种水果。由此可知，这对于增加我国水果的品质，提高知名度，增强在复杂的国际竞争的中的生存能力，还能够减少人工的参与程度，减少劳动汗水，对于农产品的智能化和自动化生产有着重要的意义，还能够很大程度上提高经济效益。1.3水果分级方式现状1.3.1分级方式现状（1）按重量分级图1-1不同重量的水果，对于结构产生的力矩不同来进行分级的。具有转动功能的托架上安装链板，将容纳果实的杯子安装在杆的另一头的端部，随着转动可以将其传递到下一个果实容纳杯子。随着配重的不同，改变导向臂的配重，不断向轴的方形压入，因为重量的原因，杯子就会失去平衡而倾倒，将所示卸载到正确的分级位置上。还有一种用来分级的办法，按照水果的重量不同，就可以改变弹簧发生倾倒时的力矩，如图1-2所示。链传动皮带在驱动器的作用下可以带动托盘一起移动，当果实的重量合适，弹簧就会发生向下的倾斜。当链条移动到上方时，就会使得拉伸托盘那边的弹簧，使得托盘不能保持平衡状态，完成水果的分级任务。（2）按大小分级可以使用不同的方法对水果按照大小来对水果进行分类。普遍的情况，可以分成很多类别，下面来一点点介绍：具有孔结构的传送带和具有圆形的栅状的辊筒分级装置，对水果按照大小来分级。他使用的材料和网络宽带光纤产品使用的材料具有类似性，都有帆布、橡胶和金属以及其他的材料组成。可以只设置一个输送装置，但是不会进入筛网从而发生水果的脱落现象。也可以将或传送带分成不同的几个部分，使用筛子对水果进行筛选，将筛子不同部分的孔径逐渐增大，如下图1-3。由三个间隙不同栅栏的轧辊滚筒筛按照间隙从左到右依次增大的方式排列，当栅格之间的间隙大于水果的直径时，就会从这些间隙中漏出进入料斗，如图1-4所示。但因为这种方式水果可能会对造成损伤，因此它只适用于那些机械负载较小的水果装置分拣，防止水果在相互的激烈碰撞中发生较大的损坏和损伤，降低经济效益。叉式分拣机又被称之为皮带或者链条分拣机，由两个圆环形状的输送带或者输送链和一对分级旋转机构组成。上述的组成部分互相之间不是平行状态而是倾斜相交构成“八”字形。分家从两个靠近的部位开始，然后两个传送带之间的距离不增加，使该起始端的产品中较小的部分落下进入收集容器中，然后两个传送带之间的传动速度可以不同，就会导致水果在两个带式的输送器之间发生一定程度的滚动或者说是转动，所以最好用它分拣比如梨子等不是近似于球的形状的水果。挡板式的分拣机构，分拣机的的挡板和传动带之间的距离是可以认为调节的，从传送带在开始部位到结束部位的高度是旋转这增加的，水果在传送带的运输下根据挡板之间的距离不同逐渐从小到大的甩出水果，但是这个过程很容易造成水果的磨损，水果在从挡板上甩出后落在收集容器里。挡板分拣机器的简图如下1-6所示，在平台不断的旋转过程中的，使大小相同水果通过环形的挡板，挡板的倾斜角度可以调节，不同尺寸的水果通过间隙，就达到了分级的目的。为了有利于水果通过间隙，在旋转工作台上安装有一定数量的刷子。该设备适合对球形的水果和蔬菜进行分级，比如西红柿什么的。料斗光圈分级设备，又称花瓣分级器，如图1-7所示。分级器是通过传动带连接参数会改变的料斗进行分级的。料斗是由很多个部件组成的，输送机向前运动的时候，自动料斗的某个部件，缓慢增加，如同一朵花在绽放，使得分级料斗开口逐渐扩大。料斗传送带向前移动，自动漏斗不断扩大，输送机的电源佛功率维持在一个不大的程度上。传送带传输过程中是连续的扩张的，可以按照水果的大小逐级增加。双辊筒大小分拣机是具有一对圆锥滚子的，两个辊筒之间的具有一定的距离，如图1-8所示。水果在两个辊筒之间，位于向前的输送的传送装置之上，当果实的尺寸小于辊筒之间的距离，果实的大小低于辊筒。由于辊筒间隙间隙在于锥形的增加，根据间隙的不同形成不同的分级等级。（3）光电式分级还有一种利用光电技术进行分级的设备，既可以对产品按照大小分级，还可以按照产品的美观程度及其内部质量进行分级。光电分级机是使用光的透光性和图像采集识别技术，在不会触碰到水果的情况下就能够对水果进行分级和测量。如果被检测的水果品质不能达到等级的要求，检测信号就会发送到控制装置，然后控制推板或者强劲的气体弄到传送带上，重新进行下一个等级的检测。1.3水果分级装置存在的问题上面讲述的国内外的分级设备能够很好的帮助人们完成对水果的分级，还可以为以后的水果分级设备的研制开发提供一些经验和参考，但还是难以满足对江西省的赣南脐橙分级的要求，造成这种的原因主要有：（1）江西省的果农对赣南脐橙的销售主要还是将不同品质的脐橙一起销售，没有对脐橙的加工有较高的需求，没有专门的针对脐橙的分级拣选机构。（2）江西省的赣南脐橙的品质一流，口感香甜，并且已经远销国内外，这就需要低脐橙的质量严格把控，提高加工技术和加工质量。（3）现有的赣南脐橙的分机设备，主要是使用栅条滚筒式分级拣选设备，难以有较高的的分级精度，这在一定程度上影响了赣南脐橙在国际上的地位和评价，继而限制了脐橙在国外的销售量。（4）所以要结合我国水果分级设备的技术水平，吸收和借鉴国内外先进的分机设备的技术和宝贵经验，设计一种适应江西省的赣南脐橙生产状况的辊轴式赣南脐橙分级设备。不同尺寸赣南脐橙滚筒式分选装置结构设计第2章总体方案设计2.1设计要求本次课题要求能够各种尺寸的赣南脐橙进行分级和拣选，设计采用一种滚筒式的拣选装置装置，完成对其的结构的构建。2.2方案选择根据本次的设计目标，决定选择滚筒式的分级手段，滚动式的分拣机采用栅条漏出的方式对赣南脐橙进行分拣。它和目前主流的振动滚筒式分级拣选机器相比具有很多有点，具体如下：①结构组成不是很复杂②分级拣选速度快③生产制造的成本较低④消耗的电力少⑤不容易对水果造成损伤。但是栅条滚筒式分级机也有一些缺点，主要是难以达到很高的分级精度。[3]2.3滚筒式分级装置结构及原理分析2.3.1结构构成滚筒式分级机从布局上来看，主要是由总体支承装置、分级滚筒、传动系统、容纳赣南脐橙的料斗等部分组成。图2-1滚筒式分级机（1）分级滚筒它是体现该设备功能的主要组成成分，他是由直径固定为10mm的管状钢才使用焊接的连接手段制作成的圆柱形选装筒。旋转筒因为要实现对赣南脐橙的分级，需要设计间隙不同的几节。节数按照分的等级确定，不同的节的需要在设计的之时要保证不同的分级部分之间的栅条和栅条的之间的距离要按照一定的次序发生变化。转筒的整个部分在靠近送料口的那一端的直径小，越靠近出料口一端的部分孔的直径则越来越大。各节之间为了加强连接的可靠程度，选择使用使用一种滚圈装置使得各节之间的连接更加牢靠。在每个等级分级完成的时候，都会安排一个装置用来储存经过分级漏下的水果。（2）支持承接的机构支承装置是将轴承、摩擦轮4、滚圈3、机架7等几个部分通过各种方法组合在一起就形成了该装置。把滚圈3和滚筒2上紧密结合在一起，不会发生松动，然后把因为地球对筒体万有引力作用给摩擦轮4，设备的机架全部都是使用使用角钢7制作的，而且是使用焊接的成型工艺。（3）传动装置随着技术历史的发展，已经有很多种传动的装置的设计方法了。①电动第一种方案是使用电动机作为提供动力的装置，在皮带轮的带动下，通过一系列装置，使得链轮、齿轮获得动力从而动作起来，传动系统的大齿轮，被传动系统上面的小齿轮带着运动起来，然后大齿轮是和滚筒连接在一起的，这就实现了带动分级滚筒转动实现了分级的目的。但是这一类的传动方法，对工厂的加工技术和加工设备的要求比较高，不是那么容易生产出来的。费时费力，还会因为滚筒的直径较大难以稳定可靠的转动，在齿轮上使用的润滑油也难以吸附在齿轮上，难以避免因为漏油带来的对分级对象的污染，影响经济效益，现在已经逐渐没人使用了。②采用中间轴的形式进行传动。不在滚筒的中心线上面设置设置传动轴，使用支持臂和滚筒连成一个整体，在传动系统各个部分的作用下，让中心轴开始作旋转形式的运动，然后就也带动滚动轴一起作旋转形式的运动。这种方案相比第一种方案虽然有很多的优势，但也有一些很明显的缺陷和短板，比如专门用来受到弯矩的心轴长度数值也很大，在滚筒里面也不是很容易就能放置一个中间轴承，一旦中心轴的刚度不能达到标准，就会很容易就发生扰动，使得滚筒的运行状态变得不稳定，发生摇晃。与此同时，水果在辊筒中搅动的时候有会接触到中心轴和支臂，然后因为水果较为柔软，碰撞也会产生较大的碰撞力从而发生机械损伤，所以设计界的主流也不太使用这种传动方式。③借助摩擦力进行传动。摩擦轮4（见图2-1）装在一根传动轴的上面，滚筒的两侧设置两个呈相互对称结构的摩擦轮，并且他们的夹角为90°互相垂直，在使用那个长的轴作为主动轴起到传动作用，在安装一个拖轮，不会触碰到传动系统，动力经过主动轴后在传递给摩擦轮使得摩擦轮获得动力转动，摩擦轮紧紧的和滚圈3贴近，摩擦轮转动是，在摩擦力的作用下，和转轴连接在一起的滚圈，摩擦轮就能够和滚圈一起发生转动了。然后借助压力就会在滚圈旋转时产生和相对运动方向的摩擦力，通过这个和摩擦轮的运动方向相反，却和滚筒的运动方向相同的摩擦力，使得滚筒转动起来。把水果送进滚筒以后要想要完成入口到出料口的运动，有两种方案：一是在滚筒中设计一个螺旋的卷带实现。方案2是在滚筒内设置一个合理的倾斜角度来实现。如果水果是圆形可以很好的滚动的化最好是采用方案2。如果水果的形状不规则或者是方形，则使用方案1。在辊筒运转的时候，滚筒上的空洞会被较大的水果堵塞，影响分级的效率和速度，所以需要一些方法来防止这种情况的发生，通常采用在滚筒的外壁设置一个平行于辊筒轴线的木制滚轴，并且使用一个弹簧进行挤压，由于这种作用就可以把水果进入滚筒之中。2.3.2工作原理滚筒式的分级设备由专门执行把脐橙送进滚筒动作的装置、用来对脐橙进行分级的筛筒、收集已经分级好的水果的收集装置，专门提供动能和把动能进行传递的装置组成组成，滚筒整体的倾斜角度β可在人工的干预下进行调整。栅条滚筒式分级机的筛体为了实现对水果的分级，所以分成三个部分，根据每一个部分滚筒的的栅条之间的缝隙大小不一来进行分级，从最左边到最右边，栅条间隙逐级增加。脐橙会各个部分的滚筒之间一起运动，因为是滚筒在旋转的运动，所以脐橙也是一起在做圆周运动；在沿着轴的法线方向上，脐橙则是在和水平面有一定的夹角所以即可能做直线运动，也可能做曲线运动。使用专门的装置，把橙子给放在进行分级的旋转筛筒之中，这样生长发育程度不同的橙子，在筛筒的旋转运动中获得的离心力作用下被从第一段间隙最小的筛筒甩出，而体积处于中间位置的脐橙在经过滚筒的旋转作用移动到下一个部分被甩出，一级接一级，一直到体积最大的脐橙在最后一段被全部分离结束，这样就在下方的收料容器中得到了大小不同的脐橙。在分级机构正常发挥作用的时候，用来筛选的脐橙被送料装置送入筛筒里面，随着筛筒的旋转在力的作用下，会贴着内壁不断向上运动，在上升的位置过高的时候落下，就这样循环往复的运动，在筛筒内的脐橙相互挤压的情况下，会一点点朝着出料口移动；与此同时，如果赣南脐橙的尺寸较小，就会通过栅条的间隙漏出，然后通过振动输送装置运把脐橙给送到收料口中收取，尺寸较大不能从栅条间隙漏出的进入下一级，从栅条漏出被容器接收完成对脐橙的分级。2.4总体参数选择2.4.1设计参数的确定经过合理的分析和选择，使用不锈钢板作为料斗材料，将其厚度控制在0.5毫米到1毫米之间，为了能够在清洗干净水果和防止料斗口被堵塞水果泥污堵塞，还需要安装一个用来对水果进行清洗的装置，然后使用铰链的形式使得上面板和料斗板结合在一起。目前很多工厂都在使用滚筒式的分级机对水果进行分级拣选，但分级的效率和正确率却不一样，导致提升的经济效益也大不一样。综合分析后发现，是因为没有掌握合理的运动参数，水果的各个等级之间也没有实现有效的配合。本次通过实际分析和合理计算，找到了一组效果比较能够令人满意的数据：滚筒的倾斜角度取控制在3度到5度之间；滚筒的直径取滚筒长度的六分之一到四分之一；滚筒筛孔的排列使用三个内角都是60°的三角形排列方式；滚筒的转速控制10～15r/min，不可比30r/min还高；滚筒筛孔的直径就需要根据水果的尺寸大小和分级的相关数据来确定。2.4.3总体尺寸选择从上述计算分级拣选速度的公式(2.1)可知，G是和Z、和m保持正比关系的。在确定参数时，G是预期就确定好了的，对什么样的农产品分级也是已经知道到了的，也能使用统计的方法测定知道m，然后就能计算出来(2-1)得到Z，代表的意义是滚动上栅条的数量。但是因为各级别的滚筒直径是一样的，不一样的是栅条之间的间隙，所以水果拣选的各个等级中的间隙数量是不一样的，需要依据设计的要求按照分类的级别，确定要分成的等级系列，再根据分级的等级数目确定栅条间隙的数目。在确定橙子的平均直径时，可以一定数目的赣南脐橙称重确定总重量，在除以脐橙的数量，这样就得到了脐橙的平均重量了，然后计算直径的平均值，和直径的最大最小值的差，依据上述数据绘制下表：表2.1分级机各个等级的直径与孔径系列因为栅栏的是一个圆环排列，钢管数按道理讲应该和间隙数Z相等的关系，各个分级的长度的和就应该是和滚筒从左到右的距离是同样的。但在实际的制造当中，长度之和总是会多多少少的不一样，因为误差难以进行连接。在经过分析后，可以取滚筒的分级部分圆心到边缘距离最大的数值作为滚筒整体的直径数值，着是在变相的把其他部分的直径一起变得比原来大，此时只需要使用比原来更粗的钢管或者使得栅条之间距离在设计的时候变得更远也相应的合理增加就行了。在粗略的选择好滚筒的直径和长度数据以后，检测一下直径是否在长度六分之一到四分之一之间，按照这个标准进行校核，尽量在经过调整后控制在这个范围。2.4.2生产能力计算分级的速度G可以使用下面的这个公式处理：（2-1）上述公式中的出现的符号代表的具体含义G——单位时间内的分级数量，t／h；Z——滚筒之间在设计的时候确定的栅条间隙个数；A——在计算分级拣选的速度时根据实际情况确定的影响分级的系数。根据分级的水果种类的不同和分级机器的实现原理不同而改变的，对于滚筒式的分级机来说可取1.0%～2.5%；对于分级的物品体积较大就取得大一点，分级的物品体积小就取得小一点。m——滚筒内使用统计学确定的质量的平均数，g。第3章主要零部件的设计与校核3.1动力装置计算与选择3.1.1对滚筒的转速选择转速选择通多设计的滚筒式分级装置和分级的对象，保持滚筒的转速每分钟10到15转最为适合，本次设计的分级装置不设计专门的水果移动设备，通过将滚筒倾斜一定的角度，使得水果在重力的作用下向出口移动，因此并不太需要很高的转速，经过分析确定转速为8r/min。3.1.2电动机的选择计算电动机需要提供的功率式中A——，；——，m；—，N／。式中R——，m；L——，m；——，N／；——，0.05～0.10。式中D——m；本次初步确定为W——。由于不一样的传动方式会影响到功率的计算方法。对于采用中间轴，计算它的功率P为式中P——电动机的功率，W；n——滚筒的转速，r／min；M——使得滚筒转动起来的力矩大小，N·m——传动的效率，保持在0.6～0.7之间。在相关的设计手册中查询得到，在传动装置中的传动效率是这样的，如果是使用两队齿轮，每对齿轮的传动效率η1=0.97，如果是使用四对轴承的情况，则每对的传动比为，如果是使用的话联轴器每个。链传动的传动效率为那么总的效率就可以计算为：就可以得到电动机对外界做工的功率考虑到在电动机启动的时候需要极其巨大的惯性转矩，所以一定要使用功率较大的电动机，通过研究现在的主流水果分级装置的电机使用情况，使用型号为Y112M-4发热电动机，它的额定能够达到功率，电动机的转速最大的时候转速的数值是。3.2动力及传动参数计算3.2.1分配传动比（1）总传动比的结果获得（2）分级机的各个组成部分的传动比数值的确定减速器的传动比在经过严格的计算和分析后得到：；然后根据减速器的传送比计算得到滚筒的传动比的大小为因为齿轮在运动中需要避免摩擦力，要降低摩擦，这就需要使用润滑油，所以还需要让大齿轮在润滑油中的浸油深度应该保持在相似的水平。那么两个等级的齿轮的高速级与低速级的传动比选择成1.3最能够适应分级的需求，确定为最终得到的数值是：；；3.2.2各轴的转速第1根轴第2根轴第3根轴由上述轴的转速计算滚筒的转速，得到结果3.2.3各轴的输入功率第1根轴第2根轴第3根轴由上述轴的功率可以计算滚筒的功率为3.2.4各轴的输入转矩第1根轴第2根轴第3根轴由上述数据计算得到滚筒的转矩3.2.5整理列表3.3减速器设计3.3.1高速级齿轮传动确定齿轮的各个位置的误差、制造齿轮的材料性质和相关的数据齿轮的精度保持在IT7的等级根据上表6.1，经过慎重的分析，决定使用40Cr制造小齿轮，使用淬火后高温回火的热处理工艺，硬度能够达到280HBS，大齿轮的材料使用45钢，热处理工艺个小齿轮的热处理工艺一样，硬度比小齿轮低了40HBS。小齿轮的齿数根据生产资料选择为大齿轮的齿数量根据公式以及上述小齿轮的齿数计算得到根据齿面在接触时候受到多次冲击的时候的强度设计由根据工程力学和机械原理，有如下校核公式1）根据分析，获得上述表达式各个符号的实际数值（1）载荷系数的先使用估计的方法初步确定为，在进行校核（2）下级传动装置可以从小齿轮处获得的扭矩数值（3）小齿轮在分布上并没有特别明显的几何特征，比如对称性之类的，那么就得到关于齿宽的计算系数（4）材料在变形时有一种恢复原来形状的能力，由表6.3可以知道影响这种性质的系数为（5）根据齿轮的齿面硬度这一参数，在查阅了很多的相关手册得到以下数值：小齿轮的齿面经受循环冲击的在不会发生失效的极限大齿轮的齿面经受循环冲击的在不会发生失效的极限（6）由相关的公式6.11确定校核时候应力的冲击数量（7）由相关的文献可以确定能够改变齿面在承受循环冲击时的强度极限和齿轮的有效使用时间的参数数值：（8）确定齿轮在工作时候，承受循环冲击的时候，不能超过的应力数值：假设齿轮有百分之一的可能会损坏，我们把安全系数定成，由机械原理的相关公式得到：（9）带入数据之后进行计算先通过估计的方法得到分度圆直径，将中比较小的参数带入由上述的各种数据计算圆周的线速度v再对齿宽b的数值计算得到然后将齿宽与齿高之比b/h计算出来，获得结果模数计算为齿高在代入各项数据由公式得到综合计算出的各种数据可以得到和载荷相关的系数为使用数据，公差等级根据生产制造需求选择为7级，通过相关的技术手册，可以确定在这种生产情况下动载荷系数的数值为由校核条件，根据表格查询到：由于载荷不会瞬间发生较大程度的改变，由表5.2查得使用系数查阅技术手册可以得到参数的值还可以查阅得到所以在代入数据后就可以计算出整体的总载荷系数了（10）按照在进行分级拣选的实际载荷系数，检验分度圆直径，有：（11）根据机械原理中的相关公式可以得到齿轮的模数ｍ根据齿根在受到弯曲应力时候抵抗弯曲不断裂的要求校核弯曲强度大小的确定是通过下式确定的（1）确定上面的公式的各个符号的具体数值从书中可以查得下面的重要数据小齿轮承受循环冲击抵抗弯曲不断裂的强度极限大齿轮承受循环冲击抵抗弯曲不断裂的强度极限从书中可以获得在承受弯曲应力循环冲击下的寿命系数计算在承受循环的弯矩冲击下的最大应力对齿轮可能因为变形等原因失效的概率合理估计，确定为1％，根据生产制造的案例把安全系数定为S=1.3，由上式得根据下面的公式得到载荷系数的数值为（2）在各种机械手札中找到齿形的一系列参数：（3）在同一本机械制造手册中查询得到：（4）带入符号的实际数值，计算出各个齿轮的，然后比对这两个数值的大小通过比较，在数值上大齿轮要高于小齿轮（5）带入数据进行计算然后仔细分析得出结论通过齿面的弯曲强度和齿根的弯曲强度的计算结果比较发现，在按照齿面在接触时承受疲劳循环冲击时候的强度计算获得的齿轮模数m要大一些，那所以从理论上讲，模数应该取其中的较小值，所以应该使用抵抗弯曲变形时候不断裂的强度，得到的模数1.89mm，经过合理的近似后选择模数的数值为m＝2mm按照接触强度的校核条件，对分度圆直径进行求解得到的数值为由此就可以根据上面的数据功通过机械原理的相关公式计算得到小齿轮的齿数使用生产制造中的合理方法进行近似，取得：带入小齿轮齿数计算得到大齿轮的齿数近似后确定为几何尺寸计算（1）带入相关的数据计算两个齿轮的分度圆直径：通过公式代入相关数据计算中心距的数值：代入数据计算齿轮的齿宽数值取60mm3.1.5验算满足生产制作时的需求高速级齿轮优化设计（1）确定齿轮的各个位置的误差、制造齿轮的材料性质和相关的数据生产制造中的公差精度根据实际，将其精度确定为为7级。根据机械手册记载的相关的材料的力学性能，选择使用30CrMnSi作为小齿轮的制造材料，并且选择合适的热处理工艺，使用布氏硬度作为单位，可以达到320，大齿轮选择使用30CrMnSi钢制作，然后使用合适的热处理工艺进行处理，布氏硬度不低于300。（2）按照接触时候能够承受的循环冲击的最大应力校核从机械手册中可以查到相关的参数为：小齿轮在承受循环冲击时候的不失效的强度极限确定的数值大齿轮在承受循环冲击时候的不失效的强度极限确定的数值在承受循环冲击的时候，抵抗失效的许用应力数值：对齿轮可能因为变形等原因失效的概率合理估计，确定为1％，根据生产制造的案例把安全系数定为S=1.3，由相关的公式得与3.1.1使用相同的方法计算，在合理的改进后，得到对应的数据列在下表：3.3.2低速级齿轮传动在合理的分析以后，确定公差级别等信息：经过慎重的分析，决定选择的公差代号为IT7，使用40Cr制作小齿轮，使用淬火后高温回火的热处理工艺，硬度能够达到280HBS，大齿轮的材料使用45钢，热处理工艺和小齿轮的热处理工艺一样，硬度比小齿轮低了40个布氏硬度。合理的确定小齿轮的轮齿数量，代入数值后计算大齿轮得轮齿齿数，近似后处理后得到那么代入数据后计算传动比数为：通过比较得到传动误差在合理的范围内，不影响使用。按照齿面在接受循环冲击抵抗变形和失效的要求计算由机械原理中的相关校验公式进行计算，得到1）计算公式中各个符号的数值：（1）根据生产情况确定载荷系数为，然后在进行合理性校验：（2）带入数据根据相关的公式得到小齿轮的下一级得到的转矩（3）小齿轮的分布没有如对称性之类的几何特征，可以将齿宽系数定位（4）从机械材料的相关手册中得到影响弹性的相关系数（5）由机械原理的书籍和相关参数，按齿面硬度查得小齿轮在承受循环冲击时候的不失效的强度极限确定的数值大齿轮在承受循环冲击时候的不失效的强度极限确定的数值（6）根据机械设计的相关公式应力循环次数（7）根据机械设计的相关公式得到齿面接受循环冲击时候的寿命系数（8）计算在齿面承受循环冲击的许用应力对齿轮可能因为变形等原因失效的概率合理估计，确定为1％，根据生产制造的案例把安全系数定为S=1，择有（9）代入数据进行计算，代入中的较小值代入数据计算圆周速度v得数值带入相关的数据得到齿宽b的相关参数代入数据之后，计算模数代入相关数据计算齿高代入相关的数据之后计算载荷系数K由，使用的公差的等级为7级，在机械设计手册中查动载荷系数假设，由机械设计手册获得使用系数在相关的机械设计手册中可以得出代入数据后就可以得到载荷系数（10）（11）计代入数据算模数ｍ因为齿根抵抗弯曲不变形的强度设计从机械原理中得到判断弯曲强度是否合理：（1）分析得到公式里面各个符号的实际数值根据机械设计手册可以查得小齿轮抵抗弯曲不变形的强度极限大齿轮抵抗弯曲不变形的强度极限从机械设计手册中查得在承受导致弯曲的循环冲击时候的寿命系数：在循环冲击下抵抗弯曲不失效的许用应力为对齿轮可能因为变形等原因失效的概率合理估计，确定为1％，根据生产制造的案例把安全系数定为S=1.3代入数据后得到（2）在相关的机械设计手册中，可以查得在相关的机械设计手册中，可以查得应力校正系数（4）代入数据后可以计算大小齿轮的，并进行比较代入公式后得到大齿轮的数据大（5）代入相关的数据后计算对比计算结果，应该使用通过弯曲强度计算得到的模数3.23mm，在很好的近似后取得m＝4mm。根据在接触时承受循环冲击强度算得的分度圆直径代入数据后可以计算出小齿轮齿数近似后取得代入数据计算得到大齿轮齿数近似后取得几何尺寸计算（1）代入相关的数据后计算分度圆的直径代入相关的数据计算齿轮的中心距（3）代入相关的数据后得到齿宽宽度的数值，合理的近似后可取100mm3.2.5校验和计算满足设计的需求低速级齿轮优化设计（1）选精度等级、材料和齿数经过分析以后，选择公差精度的等级为7级，选择使用30CrMnSi制造小齿轮，然后选择调质的热处理工艺进行合理的处理，布氏硬度的数值为320，使用30CrMnSi钢材制作大齿轮，使用和小齿轮相同的热处理工艺，但是布氏硬度可以达到300HBS。（2）在承受循环冲击的时候抵抗变形不失效的许用应力计算根据机械设计的相关手册，按齿面硬度查得小齿轮在承受循环冲击时候的不失效的强度极限确定的数值大齿轮在承受循环冲击时候的不失效的强度极限确定的数值计算在接触时承受循环冲击时候抵抗变形不失效时候的许用应力对齿轮可能因为变形等原因失效的概率合理估计，确定为1％，根据生产制造的案例把安全系数定为S=1：与3.1.2使用同样的方法进行分析和计算，得到了齿轮的各项数据：3.3.3轴的设计与校核输入轴的设计和选取（1）确定轴的尺寸以及结构1）高速轴上有关的各个数据，，2）先计算轴最小处的直径轴的材料45钢，进行调质的热处理工艺以后，按照公式对轴的最小直径估计。由机械设计表11.3，取，于是得：因为这个地方开有键槽，会影响强度，所以需要加大轴径5％～10％，在联轴器所处的位置，轴的直径是最小的。为了使得轴可以与联轴器的能够正确的配合，；。3）为了在轴的轴线方向上的定位，选择轴每段的直径和每段的长度（a）需要在2轴的左边上设置一个轴肩，这是为了更好的为半联轴器定位，轴肩高度可计算为，可以确定，所以低2段轴的直径可以通过公式确定为，带入数据得到长度。(b)在确定好符合设计要求的轴承之后，在进行判断他是不是符合强度、刚度等要求。轴承可以在同一时间承受径向力和轴向力，根据这种性质选择深沟球轴承是最合适的。根据，通过机械设计手册上面的各种参数，可以确定基本游隙组的代号为0，根据国家的相关标准和相关的技术，最终选择代号为6206的深沟球轴承，然后有，，轴承为了要确定在轴向上的准确位置，需要在设计时在结构上增加一个轴肩，轴肩的高度需要满足，确定为，由这些数据，计算得。(c)齿轮得分度圆直径数据是，=所以还是使用齿轮轴结构，得到的齿轮宽度是B=50mm。然后距离齿轮端面十毫米的地方就是箱体，又发现两个等级的齿轮间的相互位置，选择数据为，。4）轴上零件的周向定位通过相关的技术手册能够确定平键截面的厚度长度宽度参数为。（2）判断轴的强度能不能满足要求1）求施加在轴上的力的数值在通过分析和计算之后，转速较高的齿轮的分度圆直径确定=52，根据机械原理相关的理论和公式，有下列计算2）求得作用在轴上载荷的大小在得到了轴的结构性质以后，画出轴的受力简图。选择好轴的支承位置，通过设计手册查询可得，6206型号的深沟球轴承的a=15mm。据此算出，轴支撑点之间的位置L1=72mm。从轴的受力性质出发，绘制轴的各项力学分析图表示弯矩和扭矩。根据上述的各种力学分析图形，看能够发现在截面C这个地方最容易发生事故。着重关注C处的各个力学参数的数值。3）按照弯矩和扭矩合应力的数值检验轴的强度是否合格综合公式(15-5)和表中的各项参数，和轴的旋转方式是单一的，扭转切应力的相关参数，取，代入上述数据得到轴的应力数值为：根据要求是需要使用45Cr作为制造轴的最佳材料，在进行热处理是需要先淬火在使用高温回火。从书中查得。所以有，可以满足相关的设计要求。4）键的选择键的类型在经过思考后，圆头普通平键A型最适合生产的需求，作为连接件的平键截面的厚度乘以长度乘以宽度，。齿轮和轴之间的配合代号为为，过度配合，轴的径向公差代号为。中间轴1）轴2的相关参数为：2）根据各种数据计算齿轮受到的力（1）先进行低速小齿轮的受力分析齿轮受到的圆周力：齿轮受到的径向力：齿轮受到的轴向力：（2）分析出来具有转动速度的大型齿轮上各种力的数值。大齿轮上面受到的力和主动轮上面的相关的力的大小虽然相同，但是方向却是反的。齿轮受到的圆周力：齿轮受到的径向力：齿轮受到的轴向力：3）根据各种数据确定轴最细的轴段的直径然后进行校核轴的强度是否满足要求有公式大体估计轴最小部分的直径。轴需要使用45号的钢材进行制造，使用合适的热处理工艺进行处理。根据机械设计书籍中的参数，取，有如下计算：轴上的键槽会影响轴的使用寿命，设计的时候直径应该增加百分之五到百分之十，Ⅱ轴的最小直径和轴承处轴的直径和是相等的，有4）合理确定轴的结构（1）确定轴零件的装配方式（2）设计的轴要能够方便的实现定位(a)使用深沟球轴承，不会有轴向力施加给他。根据，选取0基本游隙组，由上述可知，可以选择的轴承代号为，标准精度级的深沟球轴承30206型，其尺寸为，得：轴段取安装齿轮处的Ⅱ-Ⅲ、Ⅳ-Ⅴ取，结合齿轮的宽度情况，因为要保证齿轮在定位时有正确的位置，使用缩减1~2mm轴段长度的方案，故：，轴段Ⅲ-Ⅳ的定位采用定位轴环的方案定位，，结合箱体的几何数据。(3)轴上零件的周向定位齿轮在经过慎重的的分析后，选择平键作为连接件，按，平键截面的厚度长度和宽度为，将小圆柱齿轮的连接件的长度数据是40mm，连接大圆柱齿轮的平键长度是50mm.5）求根据有关的数据计算轴上的载荷6207的深沟球轴承的，计算可得：，，根据轴的受力分析图画出轴的弯矩图和扭矩图。如下图所示6）按弯扭合成应力检验轴的强度是否满足要求进行校核时，理论上来讲只需要计算出危险截面上的各种参数即可，即圆柱齿轮的截面，取，对轴的应力计算：在此前选择轴的材料为45钢，使用合适的工艺进行热处理，根据机械设计的相关参数，得到，因为强度条件，满足设计的要求。输出轴的数据校核（1）尺寸和结构数据的计算1）低速轴上的各个参数：，，2）初步确定轴的最小直径先按式估计轴的最小直径。使用45钢制作轴，调质的工艺处理。有机械原理的知识，取，代入数据计算为：轴上的键槽会影响轴的使用寿命，设计的时候直径应该增加百分之五到百分之时，且Ⅲ轴的最小直径和联轴器的直径保持一致。为了使轴与联轴器的形成配合，需要合理选择联轴器。计算转矩，取。按照计算转矩相关的规定，翻阅机械手册后，确定使用HL3型弹性套柱销联轴器作为连接件，公称转矩为。半联轴器的孔的直径为，所以取，半联轴器长度为，半联轴器与轴配合那一段的距离。3）根据轴向定位的设计要求，确定轴的各项参数（a）应该在2轴段左端制作轴肩来进行定位，轴肩高度，所以，然后2段的直径就可以确定为，它的长度。(b)选择合理的轴承。轴承会在承受径向力的同时，承受轴向力径向力两个力，所以需要选择深沟球轴承最为合适。根据，通过查阅技术手册得到基本游隙组的系列代号为0，轴承代号为6213的深沟球轴承，它的各项如下尺寸为，故，因为要设置一个档油环的原因，轴承的定位手段依然是选择制作一个轴肩，轴肩的高度可以定位，确定为，因此，近似处理后。(c)轴在安装齿轮的直径处；齿轮在最左边到使用套筒定位。齿轮轮毂的宽度为75mm，轴段按照设计要求需要需要小于轮毂宽，数据为。齿轮右边经过分析后使用轴肩定位，高度，，那么有。三根轴在箱内长度一样，那么有，。4）轴上零件的周向定位根据机械设计相关的参考手册，平键截面的厚度宽度长度；平键截面的厚度宽度长度（2）计算强度是否符设计要求1）通过计算确定轴上的力的数值，根据公式有2）求轴上的载荷根据轴的受力性质画出相关的图形。确定轴承支撑点a值，通过手册查得a=21mm。所以，轴的支撑点之间的距离应该是为根据受力分析得到轴在各个部分的扭矩和弯矩。然后从弯矩和扭矩在轴上面的分布情况发现，截面B最容易发生事故。截面B的力学数据如下各部分的各个参数如下3）按弯扭应力的合力确定轴是否合格根据相关的公式和表中的数据，轴的旋转方向也不会改变，所以扭转切应力的数值为，，带入数据后计算出轴的各种应力经过慎重的分析，决定使用45Cr制造轴，热处理在是在淬火胡高温回火。由表。因此，所以强度可以满足要求。4）键的类型确定（a）选择圆头A型普通平键，查机械设计表，联接联轴器的平键截面厚度长度宽度为；对圆柱齿轮进行连接的平键截面，。使用基轴制：，过渡配合，轴径尺寸公差等级。3.3.4轴承的选择与校核确定轴的相关的强度是否满足要求（1）根据设计的要求选择合适的轴承的类型，安装轴承时的支承之间的距离过小，多以只需要对他两端进行固定就可以了。使用深沟球轴承，轴承能够可靠的发挥作用的时长：轴向力可以计算得到，（2）根据轴承的承受载荷的大小和方形，可以初步选择深沟球轴承，最为生产生产实际，它的代号为6206，他的动载荷通过查询技术手册得到，恒定不会变得载荷具体数值是。（3）沿着直径方向的当量动载荷带入数据计算得到随着时间变化的载荷为，根据技术手册由，将数据带入公式计算得到由eq\o\ac(○,a)公式13-5带入数据后计算得到数据较为合理，校验以后合格，能够满足设计的要求。中间轴和输出轴的轴承类型的分析（1）根据轴承承受载荷的情况，使用6207型号的深沟球轴承最为符合实际的工作要求，尺寸为，基本额定动载荷。（2）选择的深沟球轴承的代号为6213，尺寸为，基本额定动载荷。使用同样的方法进行判断，能够满足预期的使用时间。3.3.5键的选择与校核输入轴的键1）选择连接用的键的类型联轴器的类型按照设计要求哈可靠性的要求最终确定为单圆头平键，厚度长度宽度为2)对使用键连接的情况判断是否合理键、轴的材料都是各种钢材，根据相关的技术要求指导在工作时候的最大压力不能超过整体的长度，强度满足设计要求，安全可靠作为轴的连接件的键的类型选择（1）中间轴的连接件将比较小的那个圆柱齿轮和大圆柱齿轮连接起来的地方都是使用选用圆头平键，尺寸分别为，（2）输出轴的键这个时候选择单圆头平键进行连接，尺寸为圆柱齿轮处就选择选用普通平头圆键进行连接，尺寸为。（3）校核经过检验以后，强度可以满足要求。3.4链传动的设计3.4.1链传动的工作原理所谓链传动，就是使用由主动轮、从动轮和链条组成的，链条的形状是环形，主从动轮均安装在平行的轴上（图3.16），链与链轮可以很好的配合，可以通过啮合的方式进行传动图3.16链传动的二维图形链轮传动在制造业的很多地方都被优先考虑使用。3.4.2链传动的种类按照使用链传动的目的可以分成起重链、牵引链和传动链三个基本类别。起重链主要是提升重量较大的物品，提升速度v≤0.25m/s；牵引链的作用是用来改变货物的地址，其工作速度v≤4m/s；传动链一般被用来将动力从上一个结构传递到下一个结构，在正常工作的时候。传动链既可以使用套筒滚子链结构，也可以使用齿形链的结构，具体还需要经过分析才能确定使用哪种形式。链传动是由内外链板、连接用的销轴、定位用的套筒和滚子5等结构合理组合（图3.17），在制造业中也有人称呼这种传动方式为套筒滚子链。内链板向内侧施压，仅仅的靠在套筒的侧面上，把销轴跟外链板使用铆接的方式连接牢固，合成为一个分为内、外链节，在直观上看来就是一个铰链结构。链传动的各个组件之间大多数都是使用间隙配合。在链条啮合的同时两个连接就开始了转动，带动滚子的滚动，这种传动方式可以稍微的加强结构的强度和使用寿命。两个链板需要在降低重量的时候，不会削减结构的强度所以经过分析以后决定在生产制造的时候将内外链板制作成和“8”相似的形状。这种链传动的方式自重要小于齿形链、并且制造不需要太大的成本，使用的时间长，所以使用范围较为广泛。常使用的链轮制造材料介绍如下：在制造业中，普遍使用有碳素钢、灰铸铁等材料制作链轮，使用合金钢生产对稳定性和可靠性影响较大的链轮。直径不大的链路制作成无空心的形状；直径不是很大的的链轮采取孔板式的制作最为合适；直径的数值非常大的时候也可以使用组合式的设计方法，这样在轮齿长时间使用损坏的时候，只需要重新安装一个具有相同技术参数的齿圈。图3.21链轮的简略结构图通过分析我们有如下结论：3.4.3链传动设计计算通过上面的计算得到了主动链轮的