毕业设计（论文）-小型往复式甘蔗削皮机的设计

绪论1.1研究背景与意义我国是世界主要产糖国之一。2021年度世界原糖产量1.59亿吨，其中我国食糖总产量1350万吨，是世界第三产糖大国。且当前我国甘蔗种植面积已超160万公顷，甘蔗产量高，收益大，是我国制糖的主要原料。广西是中国最大的食糖生产省，年种植面积占该国总种植面积的61.4％，总产量占全国甘蔗总产量的64.4。在世界食糖总产量中，蔗糖产量约为65％，而在中国就占了80％。甘蔗汁多味甜，营养丰富，素有秋日甘蔗赛过参之说，生甘蔗汁性甘寒，可以治疗热病伤津，心烦口渴，身热尿赤，肺燥咳嗽。生甘蔗汁被称为“天生复肠汤”，热性病患者饮用最好。甘蔗汁加热后则性转温，有补益功效，具有益气补脾、和中下气、滋养保健的功能。甘蔗汁中含有丰富的蔗糖、果糖、葡萄糖，还含有钙、磷、铁等矿物质及天门冬酸、天门冬氨酸、丙氨酸、柠檬酸等氨基酸。饮用甘蔗汁，能生津止渴，补充水分及热量。但吃甘蔗却是个辛苦活，对于喜欢它的人来说，蔗皮坚硬粗糙，十分容易刺破口腔，引发溃疡。甘蔗除了是制糖的主要原料外，它还直接作为水果食用。除了糖和水丰富之外，甘蔗还包含各种维生素，脂肪，蛋白质，有机酸，钙，铁和其他对人体新陈代谢非常有益的物质。它不仅可以在食物中添加糖果，还可以提供人体所需的营养和卡路里。食用甘蔗可以保护牙齿，脾脏，肝脏和癌症。它以其美味，甜美，多汁和丰富的食物而在公众中广受欢迎。然而，甘蔗脱皮是困扰人们很长时间的严重问题。甘蔗皮坚韧而不可食。长期以来，甘蔗用刀削皮手动清洁。剥皮速度不仅缓慢，费时又费劲，而且不卫生，还有可能刮伤手部。皮难削，垃圾多，变质快是甘蔗销售的重要限制因素。甘蔗皮质坚硬，食用部分只是其汁液，食用前必须用专用刨刀斩根、去梢、刨皮，食用后又留下大量残渣，废弃率高达65%左右。因此，甘蔗上市会明显影响市容，增加垃圾，污染环境。为之，目前大部分城市都限制甘蔗入城销售。甘蔗去皮后上市销售则是解决上述问题的有效途径。甘蔗斩根、去梢、刨皮后包装上市销售，一方面极大地减少了进城的甘蔗垃圾，另一方面也方便了消费者的购买、携带和食用。在此背景下，本文进行了小型往复式甘蔗削皮机的设计，通过查阅相关资料，掌握甘蔗削皮机械设计的主要技术参数，充分考虑已有的甘蔗削皮机优缺点来确定甘蔗削皮机总体设计方案，对现有装置的不足进行分析，对设计的甘蔗削皮机机进行修改和优化。最终设计出能满足使用要求的小型往复式甘蔗削皮机。1.2甘蔗去皮机的研究现状化学药品对果蔬的削皮可留有残液，蒸气削皮对果蔬品质损失较大，因此，国外食品加工企业多采用机械削皮的方法对苹果、桔子等果蔬削皮。机械式削皮在国外应用较多。在德国，已经大规模地采用机械削皮的方法生产水果和蔬菜。日本和美国等加工制造业发展程度较高，其果蔬加工设备开发尤为成功，已普遍实现了果蔬加工生产机械化。果蔬削皮技术在我国起步较晚，但经过多年的引进、吸收、消化、再创新，我国果蔬加工设备的技术水平和生产效率已大大提高，特别是随着果蔬深加工产品需求量的增加和菜籽油的需求量的增加，市场对果蔬削皮机械的需求也在不断增加，我国果蔬削皮机械的发展取得了较大进展[1]。通过对柑橘深加工关键技术的分析，杨子岐根据柑橘的果皮特性，设计了能模拟手工削皮的去皮装置。接着用运动链副3带动夹头向前移动。当夹持头移动时，装在夹持头上的4个齿轮与齿条5啮合，使夹持头一边向前移动一边滚动，柑橙在夹持头的推动下向前滚动前进，先接触皮刀，7将皮刀切出一个缝口（刀刃形状为前尖，然后逐渐变大，切口变大）。在切割完毕后，橙子在夹头的带动下进入到6号削皮刀，6号削皮刀是由一对倾斜的、逐渐分开的刀子组成的，这样当橙子向前滚动的时候，它会沿着切口向两边削皮。最终夹头脱离夹紧，压盘下压使皮肉完全分离。机器创新性能好，削皮效率高[2]。田元（2016）在《胡萝卜自动削皮机虚拟样机设计》一文中提出随着生活方式的改变，挑选简易包装的净菜已成为人们购买果蔬的一种方式。目前超市等的果蔬去皮与包装仍采用人工操作，卫生差、劳动强度大、生产效率低。通过引进、吸收与创新，我国的果蔬加工业已取得巨大进步，但面向超市、菜场应用的小型自动果蔬去皮包装设备还滞后于市场需求。针对超市、菜场、配菜公司等对胡萝卜等块茎类蔬菜去皮的实际需求，论文研发了一种胡萝卜自动削皮机，开展机器虚拟样机关键技术的研究[3]。邓乐阳，张静，张兵兵，龚晓峰，袁磊（2016）在《基于SolidWorks的水果自动削皮机创新设计》一文中提出三维设计具有形象、直观、精确、快速等特点，为提高设计效率和质量提供了强有力的技术支持。分析应用SolidWorks进行三维设计的优势，并以水果自动削皮机的三维设计为例，阐述应用SolidWorks进行三维设计的方法和过程，以及其对于提高设计效率和质量的作用[4]。李华廷（2016）在《山药全自动削皮机装置与控制系统研究》一文中提出，目前，对于山药等根茎类果蔬，在自动去皮方面国内尚没有成熟的设备。市场上比较流行的去皮机多为毛辊式去皮机，去皮后的山药表面存在大量划痕，产品极不美观，并且会浪费大量的水资源，还需要配置排污设施，无法满足当今社会绿色生产的需求。为此，本论文设计了一种全自动削皮机及削皮方法。机械部分包括传送装置（带卡槽的皮带装置与链传送装置）、运料小车、对心装夹机构、削皮装置。运料小车安装在链传送装置上，跟随链条装置循环运行；对心装夹机构和削皮装置固定在机架上，位于运料小车上方，运料小车循环运行，依次经过对心装夹机构和削皮装置；从上一级流水线输送过来的已经完成切段的根茎类物料经进料口掉入对心装夹机构，运料小车通过夹紧顶针装夹物料，将物料运入削皮刀具组进行削皮，削皮完成后将物料运出，在恰当位置物料掉落到出料输送带上并被送出[5]。康玉辉（2020）在《水果自动削皮机的设计与试验》一文中提出，随着生活水平的提高，各种水果加工制品的需求越来越高，而现在的水果削皮机普遍存在效率低、浪费严重的问题。针对这一问题，设计一款小型往复式甘蔗削皮机，具有自动送料、位置矫正，去皮、去核和切瓣等功能。主要对其基本结构和关键部件进行分析介绍，运用单片机作为其主控系统，通过试验得到削皮组件的最佳转动角度和刀片的最佳倾斜角，调试完成后试验其削皮厚度在1.2mm以内，平均单果加工速度4s，且削皮效果良好，设备运转性能稳定，非常适合用于苹果、梨等水果的去皮加工，为水果削皮机的进一步设计研究提供设计基础[6]。何晓芬（2020）在《甘蔗自动削皮机送料机构的改进设计》一文中提出，一台高效的甘蔗自动削皮机需适应不同直径的甘蔗。针对不同直径的甘蔗削皮适应问题，对不同甘蔗自动削皮机的送料机构进行研究分析，然后对其中最优的方案进行结构设计优化，利用成对的弹簧配合橡胶滚轮实现对不同直径甘蔗的送料工作。得到改进后的整个送料装置结构，能实现对甘蔗自动削皮机的整体优化，对不同直径的甘蔗进行自动送料[7]。综上所述，国内外相关研究多集中于果蔬削皮，在甘蔗削皮技术方面所进行的研究尚存在很大的局限性，甘蔗在我国的销量很大，目前国内还没有成熟的甘蔗削皮机。农副产品深加工是中国十五期间重点扶持行业，随着经济条件的改善和人们对绿色新鲜饮料需求的增加，该课题市场前景广阔，具有重要的研究应用价值。1.3存在的问题国内现有的甘蔗去皮设备仍存在许多问题：（1）功率消耗大现有的甘蔗去皮装置的结构设计比较复杂，需要的动力大，这就会导致整个装置的功率消耗大。（2）生产率不高目前甘蔗去皮的多数机型是间歇式工作，只有较少部分能连续工作且需要后期人工处理，这样不仅生产率低下而且还需要较高的成本。1.4研究的意义目前，我国的甘蔗产量排在世界的前茅，但是我国在甘蔗深加工方面相对于国外的深加工设备及技术都显得十分落后，因此甘蔗去皮清洗机的研究有利于我国甘蔗深加工设备和技术的进步及发展；本文主要对小型往复式甘蔗削皮机设计，通过查阅相关资料，掌握削皮机械设计的主要技术参数，充分考虑已有的削皮机械的优缺点来确定总体设计方案，对现有装置的不足进行分析，对设计的小型往复式甘蔗削皮机进行修改和优化，不仅可以满足当前人们对于甘蔗的消费需求，还能改观人们对于传统削皮机笨重的观点，为削皮机的设计提供参考与借鉴，具有一定的理论和现实意义。

2甘蔗去皮机的结构设计2.1甘蔗自动化生产线流程我们组所设计的甘蔗自动化生产线是把甘蔗从原料经过清洗削皮后进行切段、榨汁、包装的一系列工序。首先，通过设计的甘蔗采摘设备把甘蔗从原产地采摘出来对其清理去杂；然后通过所设计的去皮清洗装置对其进行去皮和清洗；最后使用设计的设备对已经去皮及清洗后的甘蔗进行切段、榨汁和包装等工序。流程图如下：切段清洗去皮去杂原料切段清洗去皮去杂原料采摘包装消毒滤渣榨汁沥水漂洗包装消毒滤渣榨汁沥水漂洗图2.1甘蔗自动化生产线流程2.2设计方案的选择通过查阅资料以及对国内甘蔗去皮机市场的了解，目前国内市场甘蔗去皮机存在较多的类型为：摩擦式滚筒去皮机、小型往复式甘蔗削皮机。因此，设计时选用以下几种方案进行结构设计。方案一：采用摩擦式滚筒去皮机，该去皮机通过电动机与传动装置相连带动拨料盘不断翻动甘蔗并与甘蔗摩擦去皮。方案二：采用小型往复式甘蔗削皮机，该去皮机由电动机通过传动装置带动安装在转轴上的毛刷辊转动与摩擦去皮。摩擦式滚筒去皮机的价格较便宜，效率不高；小型往复式甘蔗削皮机的价格同样较便宜，效率相对较高。综合经济及效率的考虑，最终决定选用小型往复式甘蔗削皮机。2.3甘蔗去皮机的结构以及其工作原理2.3.1小型往复式甘蔗削皮机的结构设计本设计的小型往复式甘蔗削皮机基于目前现有的小型往复式甘蔗削皮机的前提下对其进行改进及创新设计，该去皮机的创新设计体现在于在毛刷辊的传动端添加了便于安装及拆卸的中间板块，毛刷辊的一端通过中间板块安装在靠电动机的侧板上、另一端固定安装在出料端侧板上；依靠电动机这边的侧板上设定一些孔，这些孔的大小略比毛刷辊外径大。该创新设计能够在设备安装或者需要变换毛刷辊的时候更为简单方便，明显地增加安装以及变换毛刷辊的效率，而且该创新设计不会对其他部件产生不良的影响，同时不会使设备造成损坏。图2.2去皮机结构简图2.3.2工作原理本设计中的去皮清洗机包含电动机，机架，毛刷辊，喷嘴等部件构成，每个毛刷辊之间通过链传动，由电动机带动。在开启机器之后，甘蔗通过皮带运输装置进到去皮机里，去皮机开始快速转动对甘蔗进行去皮处理，在甘蔗去皮的同时上面的喷嘴也开启对甘蔗进行初步清洗；甘蔗在滚动去皮清洗时，杂物会随水从下面流出；当去皮完成时，出料口打开，甘蔗从出料口滚出进入清洗装置。2.4甘蔗去皮机的相关计算2.4.1原始给定参数（1）工作轴转速：250r/min；（2）甘蔗粒径<80mm；（3）连续生产；2.4.2生产能力G=3600t1为进料时间（秒），设计中取20秒t2为去皮时间（秒），设计中取240秒t3为进料时间（秒），设计中取40秒V为装放甘蔗的最大有效容积ρ为物料的容积密度，取1000kg/m3ψ为物料充填系数，设计中选取0.5则G360020+240+40π×（0.5π×0.182+0.2×0.36）×1×0.5×1000≈2.4.3去皮机功率的计算因为去皮机的工作形式主要是以工作轴转动，所以可粗略计算轴的功率来估算去皮机的功率Pw=T为工作轴的转矩（N.m）n为工作轴的转速（初设计为250r/min）T=μGAμ为摩擦系数，设计中取0.8G为每次投放进加工甘蔗的重量A为摩擦臂距，A取为1.0m假设每个甘蔗的平均体积为V1=250cm3，其密度为ρ=1.0~1.2g/cm3，设计中取ρ=1.1g/cm3所以单个甘蔗的质量m1m1=V1·ρ=250×1.1=275g=0.275kg每次投放甘蔗的个数为NN=VδV1ψ=(0.5π·T=μG·A2π=μNm1g·A2π=0.8Pw=T.n9550

3传动方案的设计及选用3.1电动机的选择3.1.1电动机常见类型的特点Y系列电动机是全封闭自冷式鼠笼型三相异步电动机。Y系列的电动机具备效率高、能源消耗低、安全性能好、寿命较长等优点。其采取B级绝缘，防护等级为IP4。Y系列的电动机通常在一些没有特别要求的机械设备中使用。YCT系列电磁调速三相异步电动机是由三相异步电动机、电磁转差离合器、测速发电机、电器控制装置组成的，主要在恒转矩无级调速的各种机器设备中使用。YZ、YZR系列电动机一般在大型机械设备以及其它的专用设备中使用，其过载能力较高和机械强度较大。3.1.2选择电动机的容量甘蔗去皮机所需的功率为Pw=1.663kW，整个传动过程中由一个带传动、一个链传动和2对轴承组成。所以总传动效率为η0=η带η链η2轴承P1=P3.1.3电动机的选型考虑实际使用情况，选择清洗设备的驱动机为电动机。双螺旋清洗机的电机驱动功率即输送清洗过程中的各种阻力所消耗的能量，主要包括：①甘蔗与毛刷之间的摩擦阻力：②甘蔗旋转时产生的阻力；③轴承摩擦阻力。由于本装置为双螺旋，两侧完全相同，所以总功率P应包括甘蔗运行所需要的功率P1，空载运转所需的功率2P2。式中：螺旋输送机驱动功率（kw）；输送量；输送距离；螺旋毛刷外径；物料运行阻力系数，根据厂家提供的数据并结合甘蔗数据得；清洗甘蔗运行功率，空载运转功率电动机驱动功率为：式中：为功率储备系数，取值电机传动功率，取值；试验台需要产量，代入公式得。由于清洗机工作过程中，各个数值处于不稳定状态，所以选取电机功率应，本装置选择电机，具体参数如图表3.1所示。表3.1电机主要参数参数功率电压效率电流转速频率数值1.1380V85%36A800r/min50Hz3.2传动方案的设计3.2.1传动的类型（1）带传动带传动的优点是在工作传动时平稳、构造简易、制造的价格便宜、使用及维护简单。其缺点是其传动比不精确、皮带会打滑且使用寿命不长、工作效率不高。（2）链传动链传动不会出现打滑而且不存在弹性滑动，其传动比相对精确；链传动可以在各种的场合中使用；生产和装配要求不高。链传动工作的时候不是很稳定，会产生异响。（3）齿轮传动齿轮传动的传动精度比较好，能在不同领域里使用，能够在任何不同的两根轴之中传动，齿轮传动能够使用较长的时间而且其传动的效率也相当高；但是其生产和装配的要求相对高而且价格也高，对使用的环境条件要求也较严格。（4）蜗轮蜗杆传动蜗轮蜗杆传动的传动比能够做到很大，有相当大的承载能力。3.2.2传动方案的选择所设计的设备的转速n=250r/min，电动机的转速为1000r/min，满载转速为940r/min，所以总传动比为i=3.76。综合考虑各传动方式的特点，最终决定选择的传动方案为：电机带传动链传动工作转轴3.2.3安装形式本设计是卧式去皮清洗装置，为使设计结构美观，因此安装形式以安装在工作区域的左右两侧如下图所示。图3.1安装简图3.3V带的设计选用带传动整个结构包含了两个带轮、两个轴和皮带（如下图）。动力从主动轮通过皮带传递给从动轮。带传动的构造比较简易、在工作运动中也相对平稳，也能同时多轴传动还可以在轴径较大的轴中传递动力，而且其制造成本低，也不用润滑、维护简单。图3.2带传动示意图（1）V带轮初选根据《机械设计第七版》，选取工作情况系数：（2）选取皮带类型皮带的类型有多种多样，通常最常用的有平带、V带和同步带这三种。平带比较光滑些，V带则比较粗糙，因此V带的摩擦力较大些，所以其传递的功率要大于平带。V带的结构比较紧凑，因而其传动也相对稳定，V带是带传动当中应用比较广的一种带。V带可分为不同的种类如普通V带和窄、宽V带等。同步带实际是由平带和多根V带构成，因此同步带的特点会包含前两者的特点，它主要用于一些功率比较大传动中。由于甘蔗去皮机的功率较小，综合考虑，选择采用普通V带A型。（3）确定带轮基准直径取主动轮基准直径，。从动轮基准直径，取：，验算带的速度带的速度没有超过，故带的速度合适。（4）确定普通型带的基准长度和传动中心距根据：取计算带所需的基准长度由《机械设计第七版》表8-2，选取带的基准长度查得长度系数。计算实际中心距（5）验算主动轮上的包角故主带轮上的包角合适。（6）计算V带的根数Z由，，查《机械设计第七版》表8-5a，8-5b，8-8得，基本额定功率，单根普通型带，小带轮包角，，代入计算得根，取根。（7）计算预紧力查《机械设计第七版》表8-4得，，已知，代入计算计算作用在轴上的压轴力（8）带轮结构设计电机轴，已知：，，带轮宽表3-2主电动机主从动轮结构列表mm主动轮从动轮100400105.5405.5505050703.5链传动的设计计算GT5A9型刷果机纵向毛刷辊轴上所传递的功率，轴的转速，传动比，载荷平稳。（1）选择链轮齿数，假定链速，查《机械设计第七版》表9-8选取小链轮齿数，从动链轮齿数（2）计算功率查《机械设计第七版》表9-9，选取工作情况系数，故（3）确定链条链节数初定中心距，则链节数为由于链节数通常是偶数，故选取节。（4）确定链条的节距由，查《机械设计第七版》图9-13按小链轮转速估计，链在功率曲线顶点左侧时，可能出现链板疲劳破坏。由《机械设计第七版》表9-10查得小链轮齿数系数选取单排链，由《机械设计第七版》表9-11查得多排链系数，故得所需传递的功率为根据小链轮转速及功率，由《机械设计第七版》图选链号为08A单排链。同时也证实原估计链工作在额定功率曲线顶点左侧是正确的。查《机械设计第七版》表得链节距。（5）确定链长及中心距中心距减小量实际中心距，经圆整后取（6）验算链速与原假设相符。（7）验算小链轮轮牫孔查《机械设计第七版》表9-4，小链轮轮链孔的许用最大直径，大于安装轴直径故合适。（8）作用在轴上的压轴力有效圆周力：按水平布置取压轴力系数，故3.6键的选择3.6.1键的类型键的类型一般可分为平键、楔向键、半圆键、切向键和花键等。（1）平键平键的上下两个表面为平滑表面，两个侧表面作为工作面用于确定零件圆周方向的位置及转送转动力矩。平键有容易安装及拆装、构造简单、定位精度高等优点。（2）半圆键半圆键的外形为一半圆柱的形状，工作面为两个侧表面。这种键安装以及加工都很容易。（3）楔向键楔键的上下表面是工作面，键的上表面和轮毂键槽的底面有l:100的斜度。（4）切向键切向键是由一对楔键构成，该键可以传递较大的扭矩,普遍用于较大型的机械设备。（5）花键花键的表面是带有齿状的，齿在外表面为外花键，齿在内表面为内花键。3.6.2各轴上键的选型综合分析，在本轴设计中选用圆头普通平键（A型），普通平键构造比较简单，在安装和拆卸时十分容易，同时该键可适用速度快、能承受可变的载荷及冲击载荷的场合。由已知的电动机轴径、大带轮轴径及链轮轴径可查表6.3-4选择键的尺寸：小带轮上的键：键8x7x45GB/T1095-2003大带轮上的键：键10x8x40GB/T1095-2003链轮上的键：键10x8x40GB/T1095-20033.6.3平键强度的校核P=2Tdklτ=2TT为传递的转矩N·m；d为轴的直径mm；l为键的工作长度mm；k为键与轮毂的接触高度mm，k=0.4h，此h为键的高度；b为键的宽度mm；由表5-3-17可查得P=40MPa，τ=90MPa（1）校核键8x7x45GB/T1095-2003T1=9550×P=2Tτ=2（2）校核键10x8x40GB/T1095-2003T2=9550×P=2Tτ=2

4轴的设计4.1链轮轴I的设计（1）轴上传递的功率、转速和转矩链传动的传动效率，滚动轴承的传动效率，链轮所在链轮轴I上所传递的功率，链轮轴的转速，于是：（2）初步确定轴的最小直径先按《机械设计第七版》式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据《机械设计第七版》表，取，于是得轴上的最小直径应当是轴的两端安装轴承处的直径。选择的轴承是滚动轴承6006，因此，选择轴的最小直径。（3）轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案装配方案如图4.1。1.6006轴承座2.6006轴承3.链轮轴14.单圆头普通楔键5.链轮Z66.链轮Z7图4.1链轮轴I的装配简图2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初步选择滚动轴承。因轴承只受到径向力的作用，故选用深沟球轴承6006。轴承处直径，，滚动轴承的内侧采用轴肩进行轴向定位。由《机械设计课程设计第3版》表，查得轴承内侧轴的直径，，，，。3）链轮与轴的轴向定位外侧采用楔键联接。按由《机械设计课程设计第3版》表查得平头普通楔键公称尺寸，GB1564-79，键槽用键槽铣刀加工，长为（标准键长见）。内侧靠轴肩定位，。4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考《机械设计课程设计第3版》表，取轴端倒角为，各轴肩处圆角半径见零件图：链轮轴I。求轴上的载荷械设计课程设计第3版》表15-3，。因此，作为简支梁的轴的支承跨距，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。如图4.2。图4.2轴的载荷分析图从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面B是轴的危险截面。现将计算出的截面B处的，及的值列于表4.1。表4.1危险截面弯矩、扭矩载荷水平面H垂直面V支反力F弯矩M总弯矩.扭矩T5）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面B）的强度。根据《机械设计课程设计第3版》式及上表中的数值，并取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由《机械设计课程设计第3版》表15-1查得。因此，故安全。4.2链轮轴II的设计（1）轴上传递的功率、转速和转矩链传动的传动效率，滚动轴承的传动效率，轴上所传递的功率，链轮轴II的转速，于是：（2）初步确定轴的最小直径先按《机械设计第七版》式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据《机械设计第七版》表，取，于是得：轴上的最小直径应当是轴的右端安装链轮处的直径。设计时仿照链轮轴I的设计，选择轴的最小直径（3）轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案，如图4.3。1.6006轴承座2.6006轴承3.链轮Z114.链轮轴5.链轮Z86.单圆头普通楔键7.链轮Z98.单圆头普通楔键图4.3链轮轴Ⅱ装配方案简图2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度初步选择滚动轴承。因轴承只受到径向力的作用，故选用深沟球轴承6006。轴承处直径，，滚动轴承的内侧采用轴肩进行轴向定位。由《机械设计课程设计第3版》表，查得轴承内侧轴的直径，长度。安装轴承处的长度为，链轮安装处的直径，，，。3）链轮与轴的轴向定位外侧采用楔键联接按由《机械设计课程设计第3版》表查得平头普通楔键公称尺寸（GB1564-79），键槽用键槽铣刀加工，长为（标准键长见。按由《机械设计课程设计第3版》表查得钩头楔键公称尺寸，键槽长度，用键槽铣刀加工。4）确定轴上圆角和倒角尺寸参考《机械设计课程设计第3版》表，取轴端倒角为，各轴肩处的圆角半径参照零件图：链轮轴II。5）求轴上的载荷根据零件图一链轮轴II作出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，查《机械设计课程设计第3版》表15-3，。因此，作为简支梁的轴的支承跨距，根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图。见下图。图4.4轴的载荷分析图从轴的结构图以及弯矩图和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的，及M的值列于表4.2。表4.2危险截面弯矩、扭矩载荷水平面H垂直面V支反力F，弯矩M总弯矩.扭矩T6）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据《机械设计课程设计第3版》式15-5及上表中的数值，并取，轴的计算应力前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由《机械设计课程设计第3版》表15-1查得。因此，故安全。

5主要零部件设计5.1清洗机构设计清洗机构是甘蔗无水清洗试验装置的关键零部件，主要实现甘蔗的输送翻转清洗功能，由两根同样大小的空心铁质托辊、承载轴承、相同方向和螺距的螺旋毛刷组成，如图5.1所示。毛刷通过螺栓固定，均匀的缠绕在两托辊上，轴承与托辊的伸出轴固定在机架上，托辊与轴承留有一定间隙，防止托辊在工作时与机架发生运动干涉。工作时甘蔗从一端的入口进入，自然的放在两根毛刷托辊之间，两根毛刷托辊绕轴转动，甘蔗由于受到推力的作用，在翻转过程中前进，在前进中，甘蔗表皮与毛刷摩擦，刷掉甘蔗表皮污物，进而实现清洗目的。图5.1清洗机构图5.2角度调节机构设计由于毛刷为尼龙材质，为提高清洗效果，本装置选用的尼龙毛刷较为柔软，尽量减少对甘蔗表皮损伤。但是这样容易导致甘蔗推力不足、毛刷刷丝折弯，最终甘蔗造成原地打转。为此在装置下方安装了剪式千斤顶，通过手摇助力杆旋转控制千斤顶螺纹的旋转来控制整个机架的倾斜角度，推动甘蔗前进，具体结构如图5.2所示。图5.2角度调节机构设计5.3传动支架的设计传动支架位于机构最下方，用于支撑整个辊刷机构，应满足以下设计要求：（1）其设计要考虑到与轴承立支架配合（如图3.7中标号3所示），根据前面的设计，螺栓光孔直径为中10.5mm，每侧两个，中心距为30mm，孔中心到底端距离22.5mm。（2）要有与机架连接的螺栓光孔（如图3.7中标号2所示），根据要求设计成三个均匀分布的U型光孔，则孔两端中心距离为60mm，孔宽为10.5mm，孔对称中心到底端距离为19.5mm。（3）要有与压辊轴承座连接的螺栓孔（如图3.7中标号1所示），根据要求，该孔设计成四个U型光孔，两两一组，两组对称：孔两端中心距离为50mm，孔宽为8.5mm，每组中孔的中心间距为20mm。（4）选材要有防腐蚀性和防氧化性。（5）要有足够的强度、刚度，防止受力过大而变形。（6）结构设计应布局合理、简单可靠。图5.3传动支架的设计简图根据设计需求和结构需求，传动支架的设计尺寸如下表：表5.1传动支架的设计尺寸LHB设计尺寸（mm）3007939.5根据设计要求，在满足强度的情况下压辊轴承座的材料必须具有防腐蚀和防氧化性，故选用不锈钢0Cr18Ni9。5.4导轴的设计导轴是对整个毛刷辊部分调节和固定的关键，为达到能根据不同情况容易调节毛辊轴承座的目的，同时考虑到整个辊刷机构的布置，故对本零件采用螺纹设计。图5.4导轴设计简图根据要求，设计如下：（1）光轴端（如图5.4中标号1所示）安装在毛辊轴承座对应的孔内定位，故直径定为9mm，长度为7.5mm，为使其连接牢固，同时考虑与毛辊轴承座装配后不在拆卸，故将其焊接于毛辊轴承座上。（2）螺纹端（如图3.8中标号2所示）配合两个14mm的螺母，故螺纹外径为14mm，根据设计要求，长度为70mm，导轴穿过轴承横支板的中心孔，两螺母分别安装在轴承横支板的上下两侧，通过旋转两侧螺母，可以轻松调节导轴高度，同时也调节了整个毛辊的高度。（3）导轴的材料选择仍需满足防腐蚀性和抗氧化性，同时还要拥有足够的强度，故材料选用不锈钢0Cr18Ni9。5.5垫块的设计由于本机构采用了同步带传动，且结构紧凑，为使从动压辊能有良好的定位在传动支架上，必须在从动压辊与传动支架之间加一垫块。图5.5垫块设计简图根据要求，设计如下：（1）垫块的设计应尽可能简单，考虑到加工的要求，故垫块设计成直径D为中38mm圆柱型，根据装配要求，厚度H定为27mm。（2）端面上设计两个贯穿的直径为8.5mm螺栓光孔，用于配合从动压辊的安装，两个光孔中心距为20mm。（3）虽然垫块不是受力的重要零件，但考虑到整个机构工作环境的特殊性，故材料的选择仍须有防腐蚀性和抗氧化性，故材料选用不锈钢0Cr18Ni9。5.6轴承滑道设计轴承滑道用于毛辊轴承座以及整个毛辊的轴向定位，同时在调节毛辊高度时，也起到了引导毛辊轴承座上下移动的作用。图5.6轴承滑道设计简图根据要求，设计如下：（1）轴承滑道可用螺钉固定在轴承立支架的侧面。根据设计要求，每个轴承立支架上都应有一个轴承滑道，分别用两个中4mm的沉头螺钉连接，图示5.6中标号1所示为沉头螺钉用沉孔，沉孔直径为中9mm，沉孔深度为6mm，螺钉用光孔直径为5.5mm，两沉孔间距为80mm。（2）轴承滑道的设计应考虑到与毛辊轴承座上滑道的配合关系（如图5.6中标号2所示），每个毛辊轴承座须有两个轴承滑道来配合引导，故其宽度和厚度的设计应从装配角度出发。参考毛辊轴承座滑道的设计尺寸，轴承滑道的宽度B=12mm，厚度H=8mm，长度L=112mm。（3）根据设计要求，轴承滑道选用的材料需满足防腐蚀性和抗氧化性，故选材料为不锈钢0Cr18Ni9。5.7轴承横支板设计两轴承立支架的底端用螺栓连接在传动支架上，则顶端须用轴承横支板固定，防止在整个机构工作时，受力引起轴承立支架的变形，同时与导轴的配合也起到引导和定位毛辊轴承座的作用。图5.7轴承横支板的设计简图根据设计要求，初步设计如下：（1）轴承横支板与轴承立支架采用两个8mm的螺栓连接，故图5.7中标号1所示采用中9mm的螺栓光孔；两螺栓光孔到对称中心距离为57mm，如图，光孔中心到上侧面距离16mm。（2）根据设计要求，导轴用光孔（如图5.7中标号2所示）直径为14.5mm，位于支板中心距上侧面22mm的位置。（3）轴承横支板厚度为7mm，其它尺寸如图所示长为154mm，宽为39mm。（4）根据设计要求，轴承横支板选用的材料需满足防腐蚀性和抗氧化性，故选用材料为不锈钢0Cr18Ni9。5.8毛刷辊轴承盖设计毛辊轴承盖用于轴承的轴向定位和紧固，根据设计要求，两个毛辊连接轴的轴端处各装配一个，且在毛辊连接轴B轴端处装配的轴承盖要开一个轴孔，以便毛辊连接B与联轴器装配。图5.8毛辊轴承盖设计简图根据设计要求，初步设计如下：（1）毛辊轴承盖与毛辊轴承座采用4个M4的螺栓连接，故图5.8中标号1所示采用4.5mm的螺栓光孔，4个螺栓光孔，均匀分布，光孔中心到对称中心距离为29mm。（2）根据设计要求，毛辊轴承盖的伸出部分（如图5.8中标号2所示）外直径为中47mm，内直径为41mm，装配到毛辊轴承座的轴承孔内，用于定位和固定轴承，轴承盖与轴承间留有一定的间隙，目的是为保证毛辊在工作和安装时不被卡死，伸出部分长度为4.5mm。（3）带轴孔的轴承盖，轴孔直径为30mm。（4）轴承盖的总厚为8mm，外直径为70mm。（5）根据设计要求，轴承横支板选用的材料需满足防腐蚀性和抗氧化性，故选材料为不锈钢0Cr18Ni9。

6结论本次对小型往复式甘蔗削皮机的设计，基本上完成了设计的要求。该小型往复式甘蔗削皮机利用毛刷辊实现甘蔗的清洗和去皮和输送功能。本设计首先根据小型往复式甘蔗削皮机的结构需求对主电动机V带轮型、皮带轮、带轮基准直径等基本参数的计算，然后，完成了毛刷辊和传动链设计以及链轮轴的设计，并对主要零部件清洗机构、角度调节结构、传动支架、毛刷辊轴承盖等设计。本设计的优点体现在于其结构简单、操作容易、对其安装进行优化使其安装时更为简单容易，符合目前甘蔗去皮设备的性能要求。尽管如此，本设计装置也还存在一些不足之处，还有待改善，如小型往复式甘蔗削皮机的设计中采用了许多特殊的机械机构实现自动操作，所以这些结构的强度在以后的机器生产中需要计算出应力大小来选择合适的材料等。

参考文献康玉辉，李景阳.水果自动削皮机的设计与试验[J].食品工业，2020，41(10)：232-234.唐鹏辉，康颖安，汪侃炎，钱程，陈思涵.一种智能水果切削装置的设计与仿真[J].科技风，2020，(24)：2-3.何晓芬，杨清，李永湘.甘蔗自动削皮机送料机构的改进设计[J].贵州工程应用技术学院学报，2020，