苹果自动去皮机、水果去皮机、削皮机机械设计(含答辩ppt及CAD图纸)
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苹果自动去皮机摘要 现阶段我国苹果的生产相对较好,但是在加工方面和西方国家相比就有相当大的差距,在加工自动化方面更是落后。我国现在水果罐头行业的发展相对比较乐观,并且消费者对水果罐头的需求越来越大。水果罐头需求大,当然少不了苹果罐头,但我国现有的苹果去皮设备中存在着不少问题,比如大型设备体积庞大,加工过程苹果容易受污染,且不适合小型企业加工,另外有一部分设备需要靠人工将苹果逐个插到固定针上,这样很容易造成工人受伤事故。 本文设计的苹果自动去皮机主要适用于小型苹果罐头加工企业,不再需要人工将苹果逐个插到固定针上,而是采用自动检测系统,通过气缸将苹果插到固定针上。有手靠近苹果托盘是机器将不动作,这样就减少了不必要的人员事故。本设计内容主要包括苹果自动去皮机总体设计、零件设计、零件尺寸设计及计算、标准件的选择、重要部分强度校核等。并且还绘制了所需零件的所有CAD图和PROE整装图。关键词:水果罐头,苹果自动去皮机,设计AbstractAt the present stage, apple production in China is relatively good. But there is still a considerable gap in the aspect of processing compared with western countries, especially more backward in terms of process automation. In our country the development of canned fruit industry is recently boom recently, at the same time the demand for canned fruit is growing with more and more consumers loving them. Canned fruit is in great demand, so it is canned apple. However, there are still many troubles in our existing apple peeling devices, such as the large volume of large scale equipment, apple being vulnerable to pollution in the process procedure, as well as unsuitable for small business processing. Another drawback is that some devices depend on artificial to insert apple one by one into fixing pins, which is easy to cause injury accidents.Apple peeling machine automatically in this artical is mainly targeted at small apple canned food processing enterprises. Instead of depending on artificial to insert apples one by one into fixing pins, the design brings to automatic test system and apples are inserted into fixing pins through the cylinder. We can find out one advantage is that the machine doesnt work if workers hands close to apple tray so as to reduce the unnecessary accidents and improve the security. The design mainly includes the overall design of automatic apple peeling machine, detailing design, the design and calculation of component size, the choice of the standard component, and the intensity check to important part. Whats more, all CDA chart and PROE diagram of all necessary components are drawed well.Keywords: canned fruit, apple automatic peeling machine, designII目录摘要IAbstractII1 绪论11.1 本设计研究的目的与意义11.2 现阶段国内苹果去皮方式11.3 苹果自动去皮机的研究状况及存在问题21.3.1 苹果自动去皮机的研究状况21.3.2 苹果自动去皮机存在问题21.4 本设计研究内容、方法及方向31.4.1 本设计研究内容31.4.2 本设计采用的方法31.4.3 本设计未来发展方向32 苹果自动去皮机总体方案设计42.1 苹果自动去皮机方案确定42.2 苹果自动去皮机工作原理及结构组成42.2.1 苹果自动去皮机工作原理42.2.2 苹果自动去皮机结构组成42.3 苹果自动去皮机工作流程43 苹果自动去皮机运动机构确定63.1 送料机构的确定63.1.1 送料机构方案设计63.1.2 送料机构组件的确定63.2 工作台转动机构的确定83.2.1 直齿圆锥齿轮的设计93.2.2 直齿圆柱齿轮的设计123.3 苹果自动去皮机去皮及苹果固定装置193.3.1 刀架的设计193.3.2 刀片的设计193.3.2 苹果固定装置204电机的选择214.1 确定电机类型214.2 步进电机参数215 轴设计校核及轴承的选择255.1 短轴的设计255.2 短轴的校核265.3 轴承的选择296 苹果自动去皮机仿真图30结束语31参考文献32致 谢331 绪论1.1 本设计研究的目的与意义 由于水果罐头行业发展快速,且水果罐头行业发展前景相对较乐观,故不少小型水果罐头企业如雨后春笋般出现,企业要加工过罐头首要问题就是加工设备,对生产苹果罐头的企业而言,苹果自动去皮设备是重中之重,相对大型罐头企业应用的大型流水线型的生产方式,对小型加工企业并不适合,因此广大加工厂家就迫切需要有一种小型苹果自动去皮设备的出现,且该设备生产效率要高,安全性高。本设计就是响应广大厂家的要求,设计出能够很好适用于小型罐头加工企业。该设计产品还具有以下优点:1)能自动检测员工是否在手放于苹果固定针下,能防止员工误操作造成人工事故;2)该产品生产效率高,将苹果果肉损耗减少到最低;3)该产品还能对其他水果去皮,如梨。该产品的出现对小型水果罐头加工过厂家有着很大的帮助,对国内整个水果罐头行业的发展有个积极的推到作用。1.2 现阶段国内苹果去皮方式1)手工去皮 手工去皮有以下优点:苹果去皮彻底;果肉损耗小。但是手工去皮有不少缺点,如去皮效率低、人工去皮成本高、人工劳动强度大。因此手工去皮的方法并不适合于企业加工。图1-1 手摇去皮机2)半机械去皮 半机械去皮又可以分成两类:一是手摇式去皮机,二是机械带动式去皮机. (1)手摇式去皮机特点: 由人工将水果(如苹果、梨子等)插在不锈钢制的三叉上,插时花蒂对准中心线。摇动手柄使主齿轮传动,并传动三叉齿轮而使果实一起动。主动轮另一端的伞齿轮传动去皮伞齿轮而使果实去皮。去皮结束后,手动将苹果拔掉。该种方式去皮效率低,劳动强度大,不适合于生产使用,但适合于普通家庭及个人使用。 (2)机械带动式去皮机特点: 机械带动式去皮机与手摇去皮最大的区别在于动力来源。加工方式与手摇式相同,这种方式相对于手摇式效率有所提高,但仍然不适合于生产使用。1.3 苹果自动去皮机的研究状况及存在问题1.3.1 苹果自动去皮机的研究状况 现阶段国内外苹果自动去皮机送果方式分为单果和多果。 (1)单果自动去皮机 该种苹果自动去皮机一次只能加工一个苹果,首先人工在苹果放置于苹果托盘上,由托盘自动将苹果置于插针上,再完成去皮的过程。该苹果去皮机体积小,移动方便,而且加工效率较高。该种去皮方式是目前企业比较流行的去皮机种,特别是在小型企业中占一大部分份额。 (2)多果自动去皮机 多果自动去皮机工作原理是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、甚至两人负责放果和卸果,该去皮机效率相对来说不高,在目前的罐头行业中使用也较少。1.3.2 苹果自动去皮机存在问题 不同种类的去皮机有不同的优缺点,同样都存在或多或少的问题,如人摇去皮机,操作人员的体力劳动强度大,效率很低;电机带动的去皮机则减少了操作人员的体力劳动,但是在操作过程中在安装苹果时存在安全隐患,如果操作不当则会导致人身事故;多果自动去皮机则在效率上比之前的都要高,但操作机器时需要多个人员,成本高。上述自动去皮机想要提高生产效率就要加强操作者的熟练程度,对新手来说是一较大的挑战。1.4 本设计研究内容、方法及方向1.4.1 本设计研究内容 本设计研究的主要内容是既安全又高效的苹果自动去皮机,其中主要部分是苹果去皮。该机器还包括切瓣和去核功能。本论文的主要思路为苹果自动去皮机整机分析设计、各部分机构的设计及计算、主要部件的强度校核和干涉实验等。1.4.2 本设计采用的方法 经过查阅目前苹果自动去皮机的相关资料,互联网查看苹果去皮机工作视频,综合比较各种苹果去皮机的优缺点,厂家对产品的要求,类比之后设计了该苹果自动去皮机。1.4.3 本设计未来发展方向 因本设计集合了目前不同种类苹果自动去皮机的优点,但仍然会有局限性,如不适合大型企业加工,不是采用全自动方式而是需要人工放果。该去皮机的发展方向是提高生产效率,尽量减轻人工劳动量,提高苹果果肉损失率。2 苹果自动去皮机总体方案设计2.1 苹果自动去皮机方案确定 经过比较市场上现有的苹果去皮设备,还有该设计去皮机主要用途,确定设计一款小型的苹果自动去皮机。市场上大型的生产设备就是一整天生产线,从苹果的挑选,然后洗涤,再去皮去核,这种大型的设备可以减少人工,降低工人劳动量,但是这种不适合于小型企业的发展,因设备成本高,管理生产线对员工要求也高,还有就是设备需要维修时维修费用高。另外目前市场上也有小型的苹果去皮设备,机器可以完成去皮和去核两个过程的工作。这种设备能满足一般小型企业的生产要求,且价格也在小型企业的接受范围之内。本文设计的就是适合于小型企业的苹果自动去皮机。采用PLC及步进电机控制整个转台的间歇运动,插果则采用气缸,另外该去皮机能够检测是否有苹果置于托盘上,和操作人的手是否离开工作台,只有苹果托盘上有苹果且操作员手离开托盘设备才工作,这样能够很好确保操作员的人身安全,降低生产事故。2.2 苹果自动去皮机工作原理及结构组成2.2.1 苹果自动去皮机工作原理 首先操作员将挑选并洗涤好的苹果置于气缸轴上的托盘上,传感器检测到信号后传给PLC控制中心,同时还有个红外检测操作员手的设备,当检测到人手离开时,该信号也会传给控制中心,控制中心的接到两信号之后,大约1s后气缸动作,将苹果插入苹果固定架上,之后步进电机工作,苹果固定架上电机工作,完成整个去皮过程,下一个工作周期开始,新的苹果插入苹果固定架时,之前一个苹果在同样气缸的工作下完成切瓣、去核工作。就完成了一个苹果从去皮到切半的过程。2.2.2 苹果自动去皮机结构组成 该苹果自动去皮机主要包括送料装置气缸和苹果托盘;去皮装置刀架、刀片及转动齿轮;苹果旋转装置小型电机;动力装置步进电机。另外附属装置转动平台及轴承。2.3 苹果自动去皮机工作流程 整个设备的正确运行是在控制中心PLC程序的控制下完成的,程序指令控制着设备的每一步操作,其工作流程图如下:图2-1 苹果自动去皮机工作流程图3 苹果自动去皮机运动机构确定3.1 送料机构的确定3.1.1 送料机构方案设计传统方式的送料方式是人工将苹果插入苹果固定针上,然后在转盘带动下转动一定的位置,再进行去皮操作。传统方式效率低且苹果不容易插入固定针上,操作时需要操作员使用较大力气,这样操作人员体力劳动强度就较大。本设计的送料方式则采用气压装置,气压顶杆上有一个苹果托盘,操作员只需要将苹果置于托盘中即可。托盘中装有光电传感器,能检测到托盘中是否放置苹果。没有则气缸不会工作。另外再托盘的正上方装有红外检测装置,能够检测操作人员的手是否离开托盘,从而可以防止人身事故的发生,提高了产品的安全性。设计简图如下:苹果托盘气缸图3-1 送料装置简图3.1.2 送料机构组件的确定1) 确定气缸型号图3-2 气缸型号代码图3-3 气缸规格图3-4 气缸行程选择气缸主要参数是行程,因为要将苹果送往一定的高度,初步确定气缸型号为,该气缸带有感应磁石,可以用霍尔传感器来控制气缸行程。从而更好的实现自动化控制。2) 气缸的控制设计中没有对气缸其他设备进行确定,如气压泵,管道等。本设计中的苹果自动去皮机气缸控制采用PLC来控制与气缸连接的双电磁铁直动式换向阀,PLC通过采集光电传感器和红外检测装置的信号来控制气缸的整个工作。另外通过霍尔传感器来反馈气缸动作杆的位置,从而能够准确的将苹果送至工作台上的苹果固定针上。图3-5 双电磁铁直动式换向阀3) 苹果托盘苹果托盘的形状类似于生活中小孩子吃饭用的不锈钢碗,在也有不同的是在托盘底部有一个短小的钢针用来固定苹果,防止苹果在气缸上升的过程中掉落或者侧翻。大概形状如下:图3-6 苹果托盘该托盘采用不锈钢制作而成,底部通过焊接顶杆与气缸顶杆相连,从而实现托盘的上下运动,完成将苹果送至固定针上的动作。3.2 工作台转动机构的确定 工作台转动时有两个运动,一是工作台自身的转动,二是刀架固定杆的转动。且刀架固定杆转动比较特殊,两个刀架固定杆位置对称,但是运动方向却相反,因此采用直齿圆锥齿轮来实现该运动,工作台的转动则采用直齿圆柱齿轮。3.2.1 直齿圆锥齿轮的设计 直齿锥齿轮加工多为刨齿,不宜采用硬齿面。材料选用40Cr,调质处理,硬度为241HB286HB,取平均硬度为260HB。计算步骤如下(查图、表均来自于机械设计第四版 邱宣怀主编):1)齿面接触疲劳强度计算齿数z取z=24,由表12.6得精度等级选精度为8级精度查表12.9得使用寿命=1.0查图12.9得动载系数=1.1齿间载荷分配系数 (表12.19) (式12.6) (式12.10)齿向载荷分布系数,查表12.20及注3得载荷系数查表12.12得弹性系数,查图12.16得节点区域系数,查图12.17c得接触疲劳极限,查表12.14得接触最小安全系数为:设计时不考虑机器寿命因素得接触寿命系数许用接触应力 (式12.11)齿轮大端分度圆直径,取齿宽系数2) 确定传动主要尺寸大端模数查机械原理第七版附表5-6 锥齿轮模数(摘自GB12368-90)取实际大端分度圆直径为锥距齿宽取3) 齿根弯曲疲劳强度计算查图12.30得齿形系数,查图12.31得应力修正系数得重合度系数 (式12.18)齿间载荷分配系数载荷系数查图12.33c得弯曲疲劳极限,查表12.14得弯曲最小安全系数,不考虑寿命因素得弯曲寿命系数,查图12.25得尺寸系数为:许用弯曲应力 (式12.19)验算因此该齿轮满足强度要求。传动方式如图图3-7 锥齿轮传动3.2.2 直齿圆柱齿轮的设计 因传动尺寸无严格限制,无严重过载,固小齿轮选用材料为,调质处理,硬度为241HB286HB,平均取为260HB,大齿轮选用材料为45钢,调质处理,硬度为229HB286HB,平均取为240HB。计算步骤如下(查表、图来自于机械设计第四版 邱宣怀主编):1) 齿面接触疲劳强度计算1.初步计算查表12.13得齿宽系数查图12.17c得接触疲劳强度初步计算的许用接触应力查表12.16取初步计算的小齿轮直径 (式12.14)取初步齿宽取2. 校核计算查表12.6得精度等级选8级精度齿数和模数初步齿数查(机械原理第七版 郑文纬 吴克坚 主编)附表5-6 锥齿轮模数(摘自GB12368-90)得,则查表12.9得使用系数,查图12.9得动载系数齿间载荷分配系数由表12.10,先求 (式12.6) (式12.10)查表12.11得齿向载荷分布系数载荷系数查表12.12得弹性系数,查图12.16得节点区域系数,接触最小安全系数接触寿命系数许用接触应力验算 (式12.8)计算结果表明,接触疲劳强度较为合适,齿轮尺寸无需调整。3. 确定传动主要尺寸实际分度圆直径,因模数取标准时,齿轮已重新确定,但并未圆整,故分度圆直径不会改变,即中心距齿宽取2) 齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数齿间载荷分配系数查图12.14得齿向载荷分布系数载荷系数查图12.21得齿形系数,查图12.22应力修正系数,查图12.23c弯曲疲劳极限,查表12.14弯曲最小安全系数弯曲寿命系数尺寸系数许用弯曲应力验算 (式12.16)经验算强度合格。传动方式如图:图3-8 直齿轮传动3.3 苹果自动去皮机去皮及苹果固定装置3.3.1 刀架的设计苹果自动去皮机刀架工作时主要是自身的转动,其次还有跟着工作台一起转动。苹果固定在固定针上时,苹果以较快的速度旋转,此时刀架上的刀片贴着苹果,这样就达到了去皮的效果。刀架在去皮的过程中还有上下运动的一个过程,这样才能保证将苹果的皮去干净,如果刀架不能随着苹果的转动而上下运动的话,那只会在一个部位进行切削。这样就达不到去皮的作用。每将一个去皮后,刀架的位置都是在苹果的底部位置,因此需要用弹簧来将刀架复位才能进行下一次的苹果去皮。刀架在运动时不能与苹果托盘及苹果固定针发生干涉现象,另外也不能与苹果切瓣、去核装置发生干涉现象,需要调节安装在刀架上的两个弹簧,从而达到比较理想的效果。刀架的效果图如下:图3-9 刀架位置简图刀架会随着苹果的转动而上下摆动,因此设计了可以调节的装置,并配上弹簧。弹簧能够是刀片离开苹果时能恢复初始位置,且保持稳定。3.3.2 刀片的设计刀片在苹果去皮过程中有着非常重要的作用,且刀片角度对苹果去皮效果相当明显。刀片角度不合适时,会切掉很大部分的苹果果肉,这样就浪费原材料。刀片固定在刀架上,角度能够调节,合适的角度需要在实验中得到。在给苹果去皮的过程中,不断的调节刀片角度,知道去皮效果达到理想值时固定刀片。一般苹果首先需要经过粗略的挑选,因为有些苹果形状不适合固定角度刀片的切削,去皮时刀片对苹果大小要求不高,主要是形状要规则,不能有大的凸起或者凹陷。刀片的形状跟平常家用的手动去皮器具相同,平常家用的去皮器是依靠人来掌握去皮的厚度,速度也是由操作人控制,熟练的人很快就能将苹果削好,且切皮完整。该苹果自动去皮机要达到的效果是切皮完整且厚度均匀。图3-10 家用去皮工具3.3.2 苹果固定装置 苹果由气缸送至苹果固定针上,然后在电机的带动下,苹果以一定速度旋转,刀片贴紧苹果,通过相互运动,从而达到去皮的作用。固定针需要在旋转时提供一定的摩擦力,防止不能使苹果转动的情况发生。因此在设计时在苹果固定针周围刻一些花纹,用来增加苹果与固定针之间的作用力。固定针简图如下:图3-11 苹果固定针简图4 电机的选择4.1 确定电机类型 电机是整个设备的动力来源,该苹果自动去皮机工作台的运动直接由电机控制,工作台运动包括间歇运动,连续圆周运动,还有停止。因此对电动机的启动惯性,停止惯性要求非常高。而且电机的运动要容易控制。由于本苹果自动去皮机采用PLC进行控制,所以电机选用步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,即给电机加一个脉冲信号,电机则转过一个步距角。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲:当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。 图4-1 步进电机4.2 步进电机参数1)步进电机基本参数(1) 电机固有步距角(2) 步进电机的相数(3) 转矩2) 确定苹果自动去皮机工作台步进电机参数经过查阅相关资料后确定工作台电机选用110系列电机,110系列电机参数如下:表4-1 110系列步进电机参数110系列电机绝缘电阻: 500VDC 100MW Min轴向间隙: 0.10.3mm径向跳动: 0.02mm Max温 升: 65K Max绝缘强度: 550V 50Hz 1Minute环境温度: -20C+55C绝缘等级: B型号步距角()保持转矩(Nm)静态相电流(A)相电阻 (W)相电感 (mH)转动惯量(g.cm.s2)重量(Kg)110BH2A100-504 1.812.75.00.951555005.0110BH2A150-654 216.51.1518.9110008.4110BH2A165-604 266.00.6514130009.5110BH2A200-654 306.51.722.51620011.7型号长度:L110BH2A100-504 100mm110BH2A150-654 150mm110BH2A165-604 165mm110BH2A200-654 200mm选用110系列电机中110BH2A200-654这一型号电机,该电机步距角1.8,保持转矩30NM。长度L为150mm.3) 确定苹果去皮旋转电机苹果在固定针上随着工作台旋转时,自身也会快速的旋转。速度比工作台的转动速度快好几倍,但是也要能够及时停止,工作。因此对电机的运动状态要求也较高。最终也确定选用步进电机。由于苹果转动时需要的力比较小,所以对步进电机保持转矩要求相对较低。查阅步进电机手册确定选用以下系列电机。表4-2 57系列步进电机参数57系列电机绝缘电阻: 500VDC 100MW Min轴向间隙: 0.10.3mm径向跳动: 0.02mm Max温 升: 65K Max绝缘强度: 550V 50Hz 1Minute环境温度: -20C+55C绝缘等级: B型号步距角()保持转矩(Nm)静态相电流(A)相电阻 (W)相电感 (mH)转动惯量(g.cm.s2)重量(Kg)57BH2A41-1481.80.51.41.41.41350.457BH2A56-28812.80.751.23000.757BH2A76-2881.472.812.14801.057BH2A76-304231.35.04801.0单位:mmL: 57BH2A41-148=41L: 57BH2A56-288=56L: 57BH2A76-288=76L: 57BH2A76-304=76确定选用型号为57BH2A76-304的步进电机,其步距角为1.8,保持转矩2NM,机身长度L为76mm.5 轴设计校核及轴承的选择5.1 短轴的设计1) 短轴最小直径的确定选取轴的材料为45钢(调质),查资料得:轴的最小直径材料相关系数表16.2 轴强度计算公式的系数轴的材料Q235,20Q255,Q275,354540Cr,38SiMnMo等12152025303540455216014813512511811210610298资料来源:机械设计(第四版) 邱宣怀 主编求得输入轴的最小直径考虑轴要开键槽所以2) 短轴的结构设计采用以下轴上零件的装配方案:由于该轴最左端安装刀架,因此设计了的螺纹,便于固定刀架。安装齿轮处的轴段的直径齿轮采用轴肩和螺栓进行定位。圆锥齿轮的周向定位采用平键连接,由机械制图(第五版)附录附表15和附表16查得平键截面:键槽用键槽铣刀加工,长为24mm,同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性,故选择齿轮轮毂与轴的配合为;滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的,此处选轴的尺寸公差为。取轴端倒角为5.2 短轴的校核1)轴受力图2)水平面(xy平面)受力图3)水平弯矩图4)垂直(xz平面)受力图5)垂直面弯矩图6)合成弯矩图7) 转矩图8) 当量弯矩图9) 轴强度校核 = = 故轴安全。5.3 轴承的选择 1)短轴上轴承的选择因轴承同时受有径向力和轴向力,但由于此锥齿轮转速很慢,所以轴向力可以忽略,主要就是径向力,故选用深沟球轴承,参照工作要求并根据,由机械设计(第四版)附录 常用滚动轴承尺寸和主要性能参数附录表18.1 深沟球轴承 GB/T 276中初步选取轴承代号6304,其尺寸为,采用轴肩进行轴向定位,取中间一段轴直径。2) 长轴上轴承的选择由于工作筒全部有安装在长轴上一个轴承承担,所以该轴承承受的轴向力较大,深沟球轴承虽然可以承受小部分的轴向力,但是考虑寿命及经济因素,确定使用推力球轴承,该种轴承只能受单向轴向载荷。由机械设计(第四版)附录 常用滚动轴承尺寸和主要性能参数附录表18.5 推力球轴承 GB/T 1292确定选用轴承代号为7204C,其尺寸为。6 苹果自动去皮机仿真图图6-1图6-2结束语 经过一个多月的设计和查阅相关资料,终于完成了苹果自动去皮机的设计。从毕业选题开始到最终确定毕业设计题目,到开始方案设计,再到设计文章的完成,每一步都是自己对未知事物的探索和挑战。在大学期间能独立完成一个这么大的项目,对自己也是一个很大的挑战,设计过程中,查阅了大学期间专业课书籍,对大学所学的知识专业知识从头到尾重新整理了一遍。另外在设计过程中也查阅了机械手册及其他手册,学会了如何利用身边的工具书进行设计参数的选择。虽然设计过程中出现了一些小问题,但是在老师和同学的帮助下,很多问题都迎刃而解。 经过这次毕业设计使我受益颇多,我感受到要做好一件事就要真正的用心,只有自己用心之做了,不管结果怎么样,在做的过程中才是自己真正增长知识的过程,只有经历这样的过程自己才能够真正的成长。相信这次的毕业设计对我以后的工作及人生会有很大的帮助,使我终身受益。参考文献1 刘鸿文主编.材料力学M.第五版.北京:高等教育出版社,2011.12 邱宣怀主编.机械设计第四版M.北京:高等教育出版社,2011.73 成大先主编.机械设计手册.第1卷M.第五版.北京:化学工业出版社,2007.114 成大先主编.机械设计手册.第5卷M.第五版.北京:化学工业出版社,2007.115 何铭新,钱可强主编.机械制图.第五版M.北京:高等教育出版社.2004.16 郑文纬,吴克坚主编.机械原理.第七版M.北京:高等教育出版社7 陈于萍,周兆元主编.互换性测量技术基础.第2版M.北京:机械工业出版社.2005 何铭新,钱可强主编.机械制图.第五版M.北京:高等教育出版社.2005.108 汝元功,唐照民主编.机械设计手册M.北京:高等教育出版社.19959 郑文纬,吴克坚主编.机械原理.高等教育出版社1997年7月10 汝元功,唐照民主编.机械设计手册.高等教育出版社1995年12月11 哈尔滨工业大学理论力学教研室主编.理论力学I.高等教育出版社2009年7月12 简明机械零件设计实用手册。机械工业出版社,199913 机械设计课程设计,第3版。机械工业出版社,200014 机械设计综合课程设计。机械工业出版社,200315 机械零件。高等教育出版社,198716 机械设计课程设计。华中理工大学出版社,199517 齿轮手册。机械工业出版社,1990致 谢 这次毕业设计说明书、装配图及其PROE立体图的完成,首先要感谢我的指导老师在毕业设计装配图及其说明书编制过程中,给予了精心的指导,并讲解了各项专业要领,提出了宝贵的专业意见,苹果自动去皮机设计过程中,也要感谢曾经的科任教师,是他们的之前的精心指导和教学才使我的毕业设计能够按期完成,另外还要感谢同学的无私帮助。同时要感谢百忙之中参加毕业答辩的评审老师。祝老师们身体健康、事事顺利,同学们前程似锦。谢谢。34毕业设计(论文)任务书设计(论文)课题名称苹果自动去皮机机械设计学生姓名院(系)工学院专 业机制指导教师职 称讲师学 历博士毕业设计(论文)要求:1 设计要自己独立完成,不得抄袭,要具有一定的实用性;2 通过查阅资料,扩充知识面,进一步熟练AutoCAD ,Proe软件制图;3 自学习苹果自动去皮机方向的相关知识;4 初步完成对苹果自动去皮机工作原理,整体框架的设计;5 绘制苹果自动去皮机的装配图和非标准件的零件图;6 写毕业任务说明书。毕业设计(论文)内容与技术参数:1 完成对苹果自动去皮机整体方案的设计,完成相应的零件图纸,装配图纸折合A0号图纸1.5张以上。并需要用AutoCAD和Proe绘制。2 编写相应的说明书,字数不少于4000字,必须是打印稿,并提供电子文档。说明书必须包括苹果自动去皮机总体方案的设计,苹果自动去皮机运动机构的确定,电机的选择,轴的设计和轴承的选择。毕业设计(论文)工作计划:2.20-2.24毕业设计实习,包括去工厂对苹果自动去皮机的参观和学习。2.25-3.5 调研,收集资料3.6-3.17 绘制苹果自动去皮机结构草图,并讨论之3.18-3.25中期考核3.26-4.10 绘制苹果自动去皮机的装配图4.11-5.5 绘制苹果自动去皮机相应的非标准零件图5.5-5.10撰写设计指导书接受任务日期 2013 年 12 月 20 日 要求完成日期 2013 年 5 月 14 日学 生 签 名 2013 年 5月 14日指导教师签名 2013年 5月 14日院长(主任)签名 2013年 5月 14日翻译部分英文原文Gear mechanismsGear mechanisms are used for transmitting motion and power from one shaft to another by means of the positive contact of successively engaging teeth. In about 2,600B.C., Chinese are known to have used a chariot incorporating a complex series of gears like those illustrated in Fig.2.7. Aristotle, in the fourth century B .C .wrote of gears as if they were commonplace. In the fifteenth century A.D., Leonardo da Vinci designed a multitude of devices incorporating many kinds of gears. In comparison with belt and chain drives ,gear drives are more compact ,can operate at high speeds, and can be used where precise timing is desired. The transmission efficiency of gears is as high as 98 percent. On the other hand, gears are usually more costly and require more attention to lubrication, cleanliness, shaft alignment, etc., and usually operate in a closed case with provision for proper lubrication.Gear mechanisms can be divided into planar gear mechanisms and spatial gear mechanisms. Planar gear mechanisms are used to transmit motion and spatial gear mechanisms. Planar gear mechanisms are used to transmit motion and power between parallel shafts ,and spatial gear mechanisms between nonparallel shafts.Types of gears(1) Spur gears. The spur gear has a cylindrical pitch surface and has straight teeth parallel to its axis as shown in Fig. 2.8. They are used to transmit motion and power between parallel shafts. The tooth surfaces of spur gears contact on a straight line parallel to the axes of gears. This implies that tooth profiles go into and out of contact along the whole facewidth at the same time. This will therefore result in the sudden loading and sudden unloading on teeth as profiles go into and out of contact. As aresult, vibration and noise are produced.(2) Helical gears. These gears have their tooth elements at an angle or helix to the axis of the gear(Fig.2.9). The tooth surfaces of two engaging helical gears inn planar gear mechanisms contact on a straight line inclined to the axes of the gears. The length of the contact line changes gradually from zero to maximum and then from maximum to zero. The loading and unloading of the teeth become gradual and smooth. Helical gears may be used to transmit motion and power between parallel shaftsFig. 2.9(a)or shafts at an angle to each otherFig. 2.9(d). A herringbone gear Fig. 2.9(c) is equivalent to a right-hand and a left-hand helical gear placed side by side. Because of the angle of the tooth, helical gears create considerable side thrust on the shaft. A herringbone gear corrects this thrust by neutralizing it , allowing the use of a small thrust bearing instead of a large one and perhaps eliminating one altogether. Often a central groove is made around the gear for ease in machining.(3) Bevel gars. The teeth of a bevel gear are distributed on the frustum of a cone. The corresponding pitch cylinder in cylindrical gears becomes pitch cone. The dimensions of teeth on different transverse planes are different. For convenience, parameters and dimensions at the large end are taken to be standard values. Bevel gears are used to connect shafts which are not parallel to each other. Usually the shafts are 90 deg. to each other, but may be more or less than 90 deg. The two mating gears may have the same number of teeth for the purpose of changing direction of motion only, or they may have a different number of teeth for the purpose of changing both speed and direction. The tooth elements may be straight or spiral, so that we have plain and spiral bevel gears. Hypoid comes from the word hyperboloid and indicates the surface on which the tooth face lies. Hypoid gears are similar to bevel gears, but the two shafts do not intersect. The teeth are curved, and because of the nonintersection of the shafts, bearings can be placed on each side of each gear. The principal use of thid type of gear is in automobile rear ends for the purpose of lowering the drive shaft, and thus the car floor.(4) Worm and worm gears. Worm gear drives are used to transmit motion and ower between non-intersecting and non-parallel shafts, usually crossing at a right angle, especially where it is desired to obtain high gear reduction in a limited space. Worms are a kind of screw, usually right handed for convenience of cutting, or left handed it necessary. According to the enveloping type, worms can be divided into single and double enveloping. Worms are usually drivers to reduce the speed. If not self-locking, a worm gear can also be the driver in a so called back-driving mechanism to increase the speed. Two things characterize worm gearing (a) large velocity ratios, and (b) high sliding velocities. The latter means that heat generation and power transmission efficiency are of greater concern than with other types of gears.(5) Racks. A rack is a gear with an infinite radius, or a gear with its perimeter stretched out into a straight line. It is used to change reciprocating motion to rotary motion or vice versa. A lathe rack and pinion is good example of this mechanism.Geometry of gear toothThe basic requirement of gear-tooth geometry is the provision of angular velocity rations that are exactly constant. Of course, manufacturing inaccuracies and tooth deflections well cause slight deviations in velocity ratio; but acceptable tooth profiles are based on theoretical curves that meet this criterion.The action of a pair of gear teeth satisfying this requirement is termed conjugate gear-tooth action, and is illustrated in Fig. 2.12. The basic law of conjugate gear-tooth action states that as the gears rotate, the common normal to the surfaces at the point of contact must always intersect the line of centers at the same point P called the pitch point.The law of conjugate gear-tooth can be satisfied by various tooth shapes, but the only one of current importance is the involute, or, more precisely, the involute of the circle. (Its last important competitor was the cycloidal shape, used in the gears of Model T Ford transmissions.) An involute (of the circle) is the curve generated by any point on a taut thread as it unwinds from a circle, called the base circle. The generation of two involutes is shown in Fig. 2.13. The dotted lines show how these could correspond to the outer portion of the right sides of adjacent gear teeth. Correspondingly, involutes generated by unwinding a thread wrapped counterclockwise around the base circle would for the outer portions of the left sides of the teeth. Note that at every point, the involute is perpendicular to the taut thread, since the involute is a circular arc with everincreasing radius, and a radius is always perpendicular to its circular arc. It is important to note that an involute can be developed as far as desired outside the base circle, but an involute cannot exist inside its base circle.Let us now develop a mating pair of involute gear teeth in three steps: friction drive, belt drive, and finally, involute gear-tooth drive. Figure 2.14 shows two pitch circles. Imagine that they represent two cylinders pressed together. If slippage does not occur, rotation of one cylinder (pitch circle) will cause rotation of the other at an angular velocity ratio inversely proportional to their diameters. In any pair of mating gears, the smaller of the two is called the pinion and the larger one the gear. (The term “gear” is used in a general sense to indicate either of the members, and also in a specific sense to indicate the larger of the two.) Using subscripts p and g to denote pinion and gear, respectively.In order to transmit more torque than is possible with friction drive alone, we now add a belt drive running between pulleys representing the base circles, as in Fig 2.15. If the pinion is turned counterclockwise a few degrees, the belt will cause the gear to rotate in accordance with correct velocity ratio. In gear parlance, angle is called the pressure angle. From similar triangles, the base circles have the same ratio as the pitch; thus, the velocity ratio provided by the friction and belt drives are the same.In Fig. 2.16 the belt is cut at point c, and the two ends are used to generate involute profiles de and fg for the pinion and gear, respectively. It should now be clear why is called the pressure angle: neglecting sliding friction, the force of one involute tooth pushing against the other is always at an angle equal to the pressure angle. A comparison of Fig. 2.16 and Fig.2.12 shows that the involute profiles do indeed satisfy the fundamental law of conjugate gear-tooth action. Incidentally, the involute is the only geometric profile satisfying this law that maintains a constant pressure angle as the gears rotate. Note especially that conjugate involute action can take place only outside of both base circles.Nomenclature of spur gear The nomenclature of spur gear (Fig .2.17) is mostly applicable to all other type of gears.The diameter of each of the original rolling cylinders of two mating gears is called the pitch diameter, and the cylinders sectional outline is called the pitch circle. The pitch circles are tangent to each other at pitch point. The circle from which the involute is generated is called the base circle. The circle where the tops of the teeth lie is called the dedendum circle. Similarly, the circle where the roots of the teeth lie is called the dedendum circle. Between the addendum circle and the dedendum circle, there is an important circle which is called the reference circle. Parameters on the reference circle are standardized. The module m of a gear is introduced on the reference circle as a basic parameter, which is defined as m=p/. Sizes of the teeth and gear are proportional to the module m.The addendum is the radial distance from the reference circle to the addendum circle. The dedendum is the radial distance from the reference circle to the dedendum circle. Clearance is the difference between addendum and dedendum in mating gears. Clearance prevents binding caused by any possible eccentricity.The circular pitch p is the distance between corresponding side of neighboring teeth, measured along the reference circle. The base pitch is similar to the circular pitch is measured along the base circle instead of along the reference circle. It can easily be seen that the base radius equals the reference radius times the cosine of the pressure angle. Since, for a given angle, the ratio between any subtended arc and its radius is constant, it is also true that the base pitch equals the circular pitch times the cosine of the pressure angle. The pressure angle is the angle between the normal and the circumferential velocity of the point on a specific circle. The pressure angle on the reference circle is also standardized. It is most commonly 20(sometimes 15).The line of centers is a line passing through the centers of two mating gears. The center distance (measured along the line of centers) equals the sum of the pitch radii of pinion and gear.Tooth thickness is the width of the tooth, measured along the reference circle, is also referred to as tooth thickness. Width of space is the distance between facing side of adjacent teeth, measured along the reference circle. Tooth thickness plus width of space equals the circular pitch. Backlash is the width of space minus the tooth thickness. Face width measures tooth width in an axial direction.The face of the tooth is the active surface of the tooth outside the pitch cylinder. The flank of the tooth is the active surface inside the pitch cylinder. The fillet is the rounded corner at the base of the tooth. The working depth is the sum of the addendum of a gear and the addendum of its mating gear.In order to mate properly, gears running together must have: (a) the same module; (b) the same pressure angle; (c) the same addendum and dedendum. The last requirement is valid for standard gears only. Rolling-Contactbearings The rolling-contact bearing consists of niier and outer rings sepatated by a number of rolling elements in the form of balls ,which are held in separators or retainers, and roller bearings have mainly cyinndrical, conical , or barrelcage.The needles are retainde by integral flanges on the outer race, Bearigs with rolling contact have no skopstick effect,low statting torqeu and running friction,and unlike as in journal bearings. The coefficient of friction varies little with load or opeed.Probably the outstanding of a rolling-contant beating over a sliding bearing is its low statting friction.The srdinary sliding bearing starts from rest with practically metal to metal contact and has a high coefficient of friction as compared with that between rolling members.This teature is of particular important in the case of beatings whcch vust carry the same laode at test as when tunning,for example.less than one-thirtieth as much force is required to start a raliroad freight car equopped with roller beatings as with plain journal bearings.However.most journal bearing can only carry relatively light loads while starting and do not become heavily loaded until the speed is high enough for a hydrodynamic film to be built up.At this time the friction id that in the luvricant ,and in a properly designed journal bearing the viscous friction will be in the same order of magnitude ad that for a that for a rolling-conanct bearing.中文译文齿轮机构齿轮机构用来传递运动和动力,通过连续啮合轮齿的正确接触,从一根轴传动到另一根轴。大约公元前2600年,中国人就能够使用一系列战车而闻名复杂的齿轮机构而构成的。公元前4世纪,亚里士多德写的齿轮好象推动的是平凡的。在公元15世纪,Leonardo da Vinci 设计了能与许多种类的齿轮枢结合的大量装置。与皮带和链传动相比较,齿轮传动装置更加紧凑,能高速运行,也能够被运用在要求准确定时的场合。齿轮传动的传动效率高达98。另一方面,齿轮传动机构成本高,而且要求注意润滑、清洁度、轴的对中等等,经常用在提供准确箱体润滑的闭式情况下。齿轮机构能被分为平面齿轮机构和空间齿轮机构。平面齿轮机构被用于传递运动和动力,而平行轴间的运动和动力空间齿轮机构用于传递不平行轴间的运动和动力。齿轮的分类:一、 直齿轮 直齿轮有节轮表面和平行于轮的轴线的直齿轮,如图2.8所示。它们用于传递两平行轴间的运动和动力。两配合的直接齿面啮合在一条平行于其轴线的直线上,这意味着整个齿宽在同一时刻啮合脱开,这样在齿面上导致加载或卸载,当齿轮啮合或脱开时,结果推动和噪声就产生了。(1) 斜齿轮 这种齿轮的轮齿有一位角度或与其轴线旋转一定角度在平面齿轮机构中相互啮合,斜齿轮齿面相啮合于一条倾斜于轴承的直线上,啮合线的长度从0逐渐变化到最大再从最大变化到0,轮齿的加载和卸载变得平稳均匀的运动和动力。人字齿轮相当于右旋齿轮和左旋齿轮并在一起,因为轮齿存在一定角度,斜齿轮产生相当大的轴间推力,人字齿轮通过相互抵消纠正了这一推力,允许其使用以推力轴承代替大推力轴承,或不同推力轴承,为了加工方便经常沿着齿轮加工一个中心槽。(2) 伞状齿轮 伞状齿轮是依据平截头圆锥体分配的。圆柱齿轮的节圆柱成为分圆锥,齿轮的齿的横剖面的尺寸是不同的。为了方便起见,锥齿轮的大头端部的参数和尺寸作为标准值。习惯上锥齿轮相互作用的轴彼此不是平行的,通常两轴线彼此成为90度,有时会比90度或多或少。两个相互啮合的齿轮仅仅为了变向或许有一样的齿数,又或者为了改变速度和方向而齿数不同。锥齿轮可能是直齿的也可能是螺旋形齿轮,以便我们有简单的和螺旋形的齿轮。准双曲面来自于双曲面和齿面的放置的表面。准双曲面的齿轮属于锥齿轮,但是两轴不能横断,因为轴的材料,它的齿是曲线的,轴承可以位于各齿轮的各个侧面。这种齿轮主要用在汽车后方末端是为了降低传动轴并且用在汽车踏板处。(3) 蜗轮蜗杆齿轮 蜗轮传动惯于传递动力和功率,它的轴既不相交也不平行,通常都是垂直的,尤其是要求获得高的齿轮减速在一定的极限运算范围内。蜗杆是螺旋的,通常为了方便起见都是顺时针方向的,如果需要的话也可是左旋方向的。按照类型,可以是单螺旋的也可以是双螺旋的,螺杆通常用来降低速度的,即使不自动锁住,螺杆也能够被驱动,所以称作回力驱动机构,为了提高速度。下面是蜗轮蜗杆传动装置的两个特点:(a)有很高的传动速度(b)后者意思指和其它种类的齿轮相比中心有高的发热性和电力传输效率。齿轮轮齿形状轮齿几何形状的基本要求提供一个准确不变的角速度,当然制造端差和轮齿变形将会在速度比上产生微小的偏差,然而可接受的齿形依据基于满足这一判剧的理论曲线得出的。满足这要求的一对配合齿轮的运动被称为共轭齿轮传动。如图2.12所示,共轭齿轮传动的基本定律论述为当齿轮转动时,接触点表面的公法线总是与中心线交于一点P,这点叫节点。共轭齿轮传动原则能被各种齿形适应,目前最重要的一种是渐开线齿轮更精确地说一个圆的渐开线(与它相近的重要的竞争者是摆线齿轮,它被用在福特汽车厂模式中)是条曲线,当从一个基圆满开时,张紧线上每一点所形成的,两条渐近线轮齿右外形相对应,相应地,通过逆时针方向展开预先在右基圆上的线所产生的渐开线会形成轮齿左边的外形,该点在每一点上,渐开线始终垂直于这条张紧线,因为渐开线理一条半径不断增加的圆弧,值得注意的是渐开线能够在基圆外部产生并绘制,而不能在基圆里面。用以下三个步骤研究一对相配合的齿轮:摩擦传动,带传动和渐开线齿轮传动。如图2.14所示两个节圆,假设他们是两个压在一起的圆柱,如果不发生打滑,一个圆柱的旋转会引起另一个圆柱以一定角速度旋转,且这个速比反比于他们的直径比,任何一对相啮合的齿轮,两个中较小的叫小齿轮,较大的叫大齿轮,用下标p和g分别指明。为了使传动的扭矩比摩擦传动产生的扭矩大,要附加一个带有基圆的皮带办的皮带驱动装置。如图2.15所示,如图,小齿轮逆时针旋转一个小角度,皮带将带动大齿轮以相应的速比旋转,在齿轮传动中,角度为压力角,人相似三角形得,把基圆具有相同速度的点称为节点。如图2.16中皮带在c点被切断,两端分别形成了大齿轮和大齿轮上的渐开线齿形DE和FG,现在应该清楚了为什么称为压力角,忽略滑动摩擦,一个齿轮作用于另一个齿轮的力总是形成一个与压力角相同的角度。图2.16和2.12的比较表明了渐开线齿轮强调满足共轭齿轮传动的基本原则,附带的渐开线齿轮只是几何形状满足当齿轮旋转时压力角多产生这一原则,特别注意共轭渐开线齿轮传动只能发生在两基圆外面,从而摩擦传动和皮带传动所提供的速度三角开相同。直齿轮的专用术语直齿轮的术语大部分可用于其它种类的齿轮。两个相配合的齿轮的每个最初的圆柱直径被称为中径,并且圆柱体的横截面外形被称为节圆,两个节圆相切于节点。产生渐开线的圆称为基圆。位于齿的顶部的圆称为齿顶圆,同样的,位于齿的根部的圆称为齿根圆,在齿顶圆和齿根圆之间的重要的圆称为分度圆,分度圆的参数是标准化了的。用在齿轮分度圆的模数作为基本参数,m=p/,齿和齿轮的尺寸正比于模数m。齿顶是指由分度圆到齿顶圆的径向距离,齿根是指由分度圆到齿根圆的径向距离。相互啮合的齿轮的齿顶和齿根之间的间隙是有差异的,此间隙的存在是为了防止两齿轮相互啮合引起偏心。周节p是指相邻齿的相应边之间的距离,它是沿分度圆测量的。类似于周节的基节沿分度圆测量代替分度圆。很容易看出来基圆半径等于分度圆半径乘上压力角的余弦,因为对于给定的角度,任一相对的弧和半径之比为常数,它确实是基圆节距等于圆的节距乘上压力角的余弦。压力角是一确定的圆上法线和圆周速度相交点所在的角。在分度圆上的压力角是标准化的,它通常是20(有时15)。中心线是指通过相互啮合齿轮的中心线的那条线。中心距(沿中心线测量)等于小齿轮和大齿轮节圆半径的和。齿厚是指齿的宽度,是沿着分度圆测量的这段距离称之为齿厚。齿间宽是沿着分度圆测量相邻齿相对边之间的距离,齿厚加上齿间宽等于节距,齿侧是齿间宽减去齿厚的距离。齿面宽是沿轴线上测量出齿的宽度。齿顶面是在节圆作用之外的齿的作用面,齿根面是在节圆之内的作用面。齿根圆角是齿的根部处的圆角,工作深度是大齿轮齿顶高与其相啮合的齿轮的齿顶高之和。为了正确啮合,齿轮共同运转的准则是:(a)具有相同的模数;(b)有相同的压力角;(c)有相同的齿顶高和相同的齿根高。最后的一条准则只适用于标准齿轮。滚动轴承 滚动轴承包含了内外尾圈,他由许多滚动元件分开,如滚珠,圆柱或圆锥滚子,或者滚针。滚珠轴承具有球状滚动元件,他被保持在隔圈和保持架之间,棍子轴承主要由圆柱的,圆锥的,鼓形的磙子代替。球行的滚针轴承通常即设内滚道也设保持架。滚针被外圈滚道上构成整体的必须法点固定。 具有滚动轴承的滚道轴,不具有滑动粘着效应,低启动扭矩和速度摩擦力,不像滑动轴承,摩擦系数遂在和和速度变化不大,滚动接触轴承优于滑动轴承的有点是他的启动扭矩,普通滑动轴承从静止开始实际上伴随着金属的接触,和滚动元件之间的摩擦具有高摩擦系数,在轴承带恒定负荷启动的情况下,这个特点相当重要。
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