水果清洗机设计【全套设计含CAD图纸、SW三维模型】

材料加工技术 167（2005）515-528应用超精密机床的设计制造的小型和微型元件摘要：目前，潜在的必需品的可预测性，产能和生产力的基本生活必需品大问题仍然在超精密加工的微型/微型产品上。快速的需求和经济制造形状复杂的小型/微型产品在超精密机床设计也提出了新的挑战。在本文中，超精密机床的设计介绍描述其关键的机械元件和机床设计程序。重点是审查和评估国家的最先进的超精密加工工具。这也说明了微型/微型产品的应用前景。指出了机床开发，模具，工件材料和加工工艺的发展趋势。关键词：超精密机器的设计；超精密加工；小型和微型元件制造；三维微观结构和设备；台式超精密机1 介绍它被广泛称赞，精密制造的发展极大地改变我们的生活，提高人民生活水平方面。制造精度高，不仅提供常规产品的质量和可靠性，但也使得可能的全新产品，尤其是在机电一体化，小型化和高性能是重要的。令人印象深刻的例子是数码相机，手机，微创医疗器械作为生物技术或化学处理设备。高功能密度和减少尺寸和重量，使小型和微型产品更具竞争力。作为结果，小型和微型元件和产品的市场保持了高增长的潜力。最近已经出现了新的要求，在制造微型/微型产品，如三维复杂形状或自由曲面的微观结构和组件的制造。据发现，这些微观结构具有一些特殊的功能，包括导光，抗反射和自我清洁等的微观结构将进一步提高性能，实时三维微型结构和自由曲面的制造小型和微型。此外，真正的 3D 微型结构和自由曲面的加工也带动多种功能于一体，产品的集成。目前，MEMS 是微型元件的主要动力之一。硅是一种 MEMS 或微古典材料，但许多其他材料也同时出现了越来越多的应用领域，这是成为微电子产品.例子有关，作为一个新兴的 MEMS 应用领域的生命科学需要玻璃，陶瓷金属和塑料，而不是作为唯一的硅原料的微型元件。虽然传统的机械式超精密加工已被用于制造小型和微型组件/产品的一个重要手段，它仍然在制造微型/微型产品的可预测性，可生产性和生产力的大问题，特别是对于那些小型和微型元件/与复杂的表面形式/形状的产品。超精密机床的设计和加工技术，将不得不进行更改，以便实现快速和经济的制造，并确保这些组件和各种工程材料产品的机器和技术方便更广泛的受众（包括中小型企业）精密工程。在本文的重点将是超精密机床的设计，特别是小型和微型组件/产品的制造。设计准则机及其关键要素，将和市售机开始严格审查。微捏造的应用将说明和设计替补型超精密机及其应用，将进一步探讨。这些论文将结束了在学科领域的未来发展趋势的讨论。2 超精密机床的设计图 1 说明了一个三轴超精密铣机（芬欧汇川），设计和建立在亚琛的 IPT3。至于其他的超精密机床，它包括四大子系统。他们是机械结构，主轴及驱动系统，控制器和系统，测量和检验系统。这些子系统是必不可少的，即使是在模具及加工技术也同样重要的。2.1机械结构机械结构包括固定和移动机构。固定机构包括机底座，立柱和主轴箱住房等，它们通常都带有移动的物体，如工作表，幻灯片，纱锭和车厢。结构设计是至关重要的，因为一台机器的结构提供了机器的所有部件的机械支撑。当考虑在机械设计作为一个系统的背景下，一些主要的设计问题，包括 4：刚度和阻尼;结构配置;结构连接;结构的动态性能（如热稳定性和响应外部势力）。与移动轴和运行的稳定性的正常运作方面的结构设计将遵循以下原则：结构性高环刚度：结构循环包括主轴，轴承和住房，滑道和车架，驱动器，刀具和工夹具。所有的机械部件，并在传播路径中加入从驱动器中的反应来看，如最终效应（刀具）或重心，必须具有较高的刚度，根据负载变化 5，以避免变形。良好的阻尼性能，这可以通过选择机床导轨材料高阻尼能力的材料或结构的空腔填充铅粘性和质量阻尼或质量阻尼混凝土杆和油。如剪力板和调谐质量阻尼器的一些方法，也可以应用到潮湿的结构 4。对称性和闭环结构配置：“T”型配置普遍用于超精密车削和研磨机。近日，在英格兰的不良贷款提出了一种新的四面体结构已被应用在超精密研磨机 Tetraform 的 C。它采用闭环进行所有负载的内部阻尼的空间框架。设计产生非常高的静态刚度，加上出色的动态刚度 6。热弹性结构的循环：最大限度地减少空间热梯度系统的影响，使系统迅速达到和保持一种稳定的平衡。最大限度地减少热变形：通过使用控制技术的补救办法，而不是结构设计的角度来看，减少热变形。该方法包括分离机和流程的热源，迅速驱逐机内产生的热量，并保持使用的液体在一个恒定的温度，使用零或低的热膨胀材料热去除。在 LLNL 开发 LODTM 采用一些巧妙的方法，消除热相关的错误。例如，LODTM 是封闭在一个容器内的空气温度保持在 200.010C。测量帧从 Superinva 和壳中的水保持在 200.001C 被分发覆盖。为主轴轴承的外壳采用了冷却水的导体，在温度控制水发给删除之前，它会导致过度变形，轴承产生任何热量。由于采取了这些措施的结果，由于热变形在 24 小时内的最大漂移小于 25 纳米 4。隔离：环境影响封闭加工环境是必不可少的隔离来自外部周边机器的情况下的干扰，例如：从地板的震动，波动的室温，热转移7从其他机器，浮尘等。机床材料的选择是在确定最终的整机性能的关键因素之一。很多标准，可以考虑，包括稳定的时间，比刚度，同质化，制造难易和成本等 5。铸铁和花岗石是最广泛用于机器的基础材料和滑道，因为其良好的耐磨性，低的热膨胀，低应力引起的变形和高减振能力，尽管在过去几年有越来越多的使用聚合物混凝土花岗岩的缺点是，它可以吸收潮湿，所以它在干燥的环境中使用。对于这个原因，许多建设者用环氧树脂密封的花岗岩。为了获得高阻尼能力和刚性，重量轻，聚合物混凝土的普及，特别是一些精密仪器小规格机床。在某些应用情况下，较低的热膨胀系数和高维稳定的结构材料已使用在那些超级因瓦，合成花岗岩，陶瓷和，ZERODUR 8。图 1超精密铣床原理图.2.2.工作主轴主轴是精密机床主轴运动误差的关键因素，因为将有显着的影响表面质量和加工components.The 最常用的精密机床主轴的精度空气静压主轴和静压主轴。它们都具有高运动精度和高转速 speed.An 空气静压主轴低于油水压的刚度主轴，但低于油静压主轴的热变形。静压主轴广泛用于中小负荷能力而静压主轴往往在大型重载精密机床在机床应用。近日，槽技术已被用于在空气轴承的设计。沟槽的混合空气轴承结合了空气静力和空气动力学的设计原则，以优化超高速性能。静压电梯喂养加压空气轴承在传统的轴承设计 9通过孔板节流产生的。气动升力控制的额外螺旋沟槽到轴的加工，或轴颈表面。在轴承凹槽的好处包括显着改变轴承内的压力分布和提高承载能力和刚度。槽也改变轴承的空气速度梯度影响的旋转不稳定的基本机制，通常会提高门槛燕麦从不稳定发生 9。图 2 显示了空气轴承主轴的 IPT 弗劳恩霍夫，飞利浦，蔡司和克兰菲尔德大学精密芬欧汇川 10。结合外部加压型轴承，最高转速 100,000 rpm 和 30 N / m 的径向刚度与总运动误差小于 100 nm10在径向方向取得的螺旋槽技术。空气轴承导轨，空气/磁轴承滑道，油静压轴承滑道和空气轴承转台被广泛使用，因为他们在国家的最先进的超精密机床是高的议案的精确性。静压轴承的能力，通常用在因为他们的高负荷能力的大型机床，虽然额外的抽水系统，环境和散热问题需要考虑。图 2.芬欧汇川混合空气轴承铣削主轴.2.3.驱动器分为机床主轴和进给驱动的运行机制。主轴驱动器提供足够的角速度，扭矩和功率磁性或空气轴承主轴住房持有一个旋转的主轴。电动交流电动机和直流无刷电机的高速主轴始终建成主轴，以减少由主轴电机联轴器产生的惯性和摩擦。空气涡轮主轴也适用于超精密机床。压电致动器是一种短行程执行机构。这是非常有前途的应用在转盘驱动和导轨的驱动器，因为其高的议案精度和广泛的响应带宽。目前，压电陶瓷驱动器已应用于设计的优良工具定位为了获得高精度的议案刀具。结合机械柔性铰链的压电致动器经常被用于定位控制的钻石刀具。最近，快工具伺服（FTS）系统已经推出，如激光反射镜的结构和非旋转对称表面金刚石车削部件和产品，眼科镜片和镜片模具等 11。直线电机直接驱动和摩擦驱动两种超精密机床工具.Friction 驱动器上使用的长冲程驱动器是非常可预测和可重复性，由于规定水平的预紧力，在静定轮接触，从而在光滑的表面加工光学优越。摩擦驱动器之一，是很好的应用与摩擦轮驱动为 X 轴，形状精度小于 0.2 m/100mm 作为实现对芬欧汇川 11。直线电机驱动器可提供系统设计者一个优雅的替代它们产生的直接直线运动，因此消除了转换机制，如需要作为导致刚度，加速度，速度，平滑议案，准确性和可重复性方面可能更好的性能，螺丝，皮带传动和齿条和小齿轮，等 28。2.4.控制控制子系统包括电机，放大器，开关和激发在一个受控的顺序和时间的电气部件所使用的控制器。高速，多轴 CNC 控制器是必不可少的有效控制，不仅在轮廓的高精度位置环同步伺服驱动器，但也热和几何误差补偿，优化工具设置和形状方程（避免冗长的后处理直接进入）8。应用反馈控制的决议控制在纳米甚至亚纳米尺度可以得到的。利用先进的基于 PC 的控制系统将在未来的发展趋势是低成本的超精密机床。2.5.计量和检测系统计量和检测系统是超精密加工的基础上，在工业上得到广泛应用。另一方面，更高层次的计量和检测精度保证，也是对未来工程行业要求的精度更高的驱动超精密加工。快速，准确的定位刀具对工件表面和监测工具条件由操作者的视觉，应纳入检查制度，尤其是上线运行的目的。激光计量纳入机床被广泛用于饲料和位置控制在该决议纳米或亚纳米级水平。电容计，线性可变差动传感器（LVDT）和 photoeletronic 传感器通常是在小的工作距离的纳米位移检测 8。在这里，它采用激光的干涉测量系统如图 3，作为一个案例研究。刀尖必须精确图 3 建设 LODTM 表面滑动位移测量装置：（1）上光学框 3 干涉仪在真空系统;（2）探测器（三），（3）分光镜（4）摆动镜（5）波纹管，真空系统内的 6 个地点;干涉盖（6）（4）和探测器（4）内;（7）梁盖（8）光学台（9）Z 轴直尺（10）X 轴直尺;（11 激光光学单元）晚餐（12）SP125 氦/氖激光（13）氦/氖激光与稳定碘（14）中的 X 和 Z 方向的反馈平衡。为了满足阿贝原理图，激光干涉仪。 3 用于刀具位置控制。为 X 方向，一双的直尺，一个工具栏的每一侧，作为运动学引用。要测量的位置在 X方向，两束是针对每个直尺（即共四梁）。工具栏使用上下激光俯仰角误差被纠正梁，而平均测量值来自双方是用来消除轴对称造成的错误框架 12扩展。在 Z 方向的测量工具的高度，1 针对激光束对一双的直尺平行运动平衡和镜表（尽可能靠近底部的工具栏尽可能的刀尖）第三，在 Z 方向的激光束测量工具的位置。早期的激光束对在 Z 方向是用来消除错误的工具栏 X 轴旋转 12。除了纳入阿贝的原则，这种激光干涉仪具有精度高的另一个特殊的设计测量，即激光束管道包含一个真空 12。图 3.建设 LODTM 表面滑动位移测量装置：（1）上光学框 3 干涉仪在真空系统;（2）探测器（三），（3）分光镜（4）摆动镜（5）波纹管，真空系统内的 6 个地点;干涉盖（6）（4）和探测器（4）内;（7）梁盖（8）光学台（9）Z 轴直尺（10）X 轴直尺;（11 激光光学单元）晚餐（12）SP125 氦/氖激光（13）氦/氖激光与稳定碘（14）反馈探测器。2.6.超精密机床的主要特点超精密机床的主要特征被列为：高环刚度，固有频率高和良好的阻尼特性的工具机结构;高的热稳定性和机械稳定性;低震动;轴;运动精度高；控制精度高。2.7.超精密机床的设计过程正如图所示 4 超精密机床的设计要求五个基本步骤：任务的定义，概念设计，布局设计，详细设计和设计后续 4，但完整的设计过程中，总是反复的，并行的，非线性的，多学科和不限成员名额，任何创新和理性思考和任务定义提高的目的是，以确定本机的功能和规格。超精密机床的功能要求可能解决几何学，运动学，动力学，电力需求的考虑，材料，传感器和控制，安全，经济生产，装配，质量控制，运输，维护，成本和日程等，在这个阶段，它需要进行评估的国家的最先进的技术，使设计更加竞争力和成本是合理的。几个规格迭代后，将确定最终规格。以下的概念设计，机械设计的创新是非常重要的。脑力激荡是最通常被认为产生概念设计的方法4。在这个阶段这是由运动学分析，热机械分析，可以提出几个设计方案静态分析，动态分析和控制系统的分析。分析的结果，连同错误的预算和成本估算，将被用于检查一致性机器的规格，并最终选择最佳的设计方案。一旦完成概念设计的设计方案可以制定详细的设计。在详细设计阶段，它将完成机械系统设计，控制器，传感器和电子系统，电气，液压和气动支持系统的设计。详细设计完成后，仍有许多工作需要做为了使设计的成功，包括开发测试和用户的支持方案，更新设计和文件等。 4。的应用需求和应用于模具和加工技术的不断投入到设计过程中。3. 目前的超精密机床本节将简要介绍几个商业提供典型的超精密机床，光展示最先进的超精密机床的状态在同行业中应用的工具。3.1.金刚石车床单点金刚石车削一直稳定性好且使广泛的非铁金属，晶体和聚合物制造技术。 nanotch350 转换发光（摩尔纳米技术系统有限公司）和 NANOFORM“350（Precistech有限公司）是两种广泛使用的金刚石车削机 350 毫米摆幅能力。在这里，作为一个例子 NANOFORM 350 转换发光解释其特点.这种两轴超精密车床的特点是“T”型轴配置。正如图所示。 5 x 滑动沿 X 方向移动，主轴箱，而金刚石刀具沿 Z 方向移动，由 Z 幻灯片 13，是建立在机器底座和垂直两个幻灯片给对方。他们也都在同一高度，从而提高运动精度。 350 纳米转换发光采用高刚度静压导轨，国家的最先进的线性与正弦驱动放大器和 6000 转速重型槽补偿与长期热稳定性的液体冷却空气轴承的工作主轴电机14。随着纳米技术在电光学 350UPL 组件，航空航天，消费电子和计算机产业可以被加工表面光洁度好（在几个纳米）和形状精度高（几十纳米）。上转换发光纳米 350 可选磨光学元件和微粉磨直接系统在非金刚石切削材料磨镜片模具金属和陶瓷等。3.2.金刚石研磨机金刚石砂轮允许获得更多的材料，比金刚石车削。它是有能力制造了一系列包括光学玻璃，晶体，有色金属材料，聚合物和陶瓷。纳米 500FG（摩尔纳米技术系统有限公司）是一个典型的多轴金刚石砂轮机。它是能够产生任意形光表面（包括非球面和非轴对称）在 250 毫米脳 250 毫米脳 300 毫米加工形状信封。正如图 6 所示，纳米技术 500FG 有三个线性轴。他们是独立安装的 X 和 Z 轴用淭配置和 Y 轴安装的组成部分Z 轴，以消除鈥渟上涨鈥轴。滑道刚度为 350 牛顿/米。工作主轴的运动精度是低于 50纳米。回转工作台（B 轴）被用来进行磨削主轴。当更换磨削主轴用金刚石工具，机器也能转动操作 15。纳米 500FG 能够生成组件非轴对称和轴对称的几何图形，如球面，非球面，圆柱形光学，锥形几何;镜头和模内镶件，F- 镜片，非球面镜片和镜衍射元素;多边形和棱镜 15。为了追求更多的刚性结构，超精密磨床鈥摈 icoAce 机新型锥体空间框架结构的载入点有限公司委托最近。 PicoAce 移平磨适合或凸工作台面最大脴 305 毫米直径的或暴跌的平面磨削最大直径脴 200 毫米。一般安排 PicoAce 如图 7 16，主要机元素：杯形砂轮磨削主轴，旋转工作台上，X 和 Z 轴导轨安装在一个闭环结构。结构需要金字塔形帧的形式固定了坚实的矩形基地。杯砂轮主轴有一个垂直的轴和安排在圆柱 滑道滑动定位在基地集中。砂轮主轴的下方直接是转台安装在 X 轴的旁边。有了这本小说结构的静态 PicoAce 环刚度为 100 牛顿/米垂直方向。取得高 1 NMIS 议案的决议在 Z轴。它可以产生光学品质表面光洁度硬而脆的一系列地下损害低水平材料 16。为了追求更多的刚性结构，超精密磨床摈 icoAce 小说锥体空间框架结构的机器被载入点委托 Ltd.recently。PicoAce 是适合移动平或凸的工作表面磨削脴 305 毫米直径或暴跌的平面磨削的最大的脴 200 毫米，最大直径。一般安排 PicoAce 如图.7 16，主要机元素：杯形砂轮磨削主轴，旋转工作台上，X 和 滑道安装在一个闭环结构。结构需要一个金字塔形状的形式固定了坚实的长方形基地的框架。杯砂轮主轴有一个垂直的轴，并安排到集中在基础定位在一个圆柱形 滑道上下滑动。砂轮主轴的下方直接是转台安装在 X slidway。随着这种新型结构的静态 PicoAce 环刚度是在垂直方向的100 牛顿/米。 Z 轴达到 1 NMIS 高的议案的决议。它可以产生一系列硬而脆的材料 16地下损害低水平光学质量的表面光洁度。图 5. 350 纳米转换发光 .3.3.微型铣床库格勒 MICROMASTER 的 MM是一种高精度数控五轴铣床。据在亚琛 andKugler 有限公司开发，以满足特殊的要求和微加工和机械微小结构的要求弗劳恩霍夫的 IPT。其配置如图 8.MICROMASTER MM 是配备静压直线导轨的刚度和阻尼特性的改善。两个幻灯片（X 和 Y）是由直线电机驱动，以避免进给驱动系统和运动部件之间的机械耦合，高分辨率的线性表纳入这些轴。两个附加旋转轴（B 和 C 轴），使一个真正的五轴铣削机器上进行的 3。图 6.纳 500FG 米技术. 图 7.PicoAce 研磨机.本机的基础上细粒花岗岩，确保最高的长期稳定。气动振动绝缘系统是用来有效地抑制频率振荡5 Hz 的范围内。根据选择加工主轴和工具，各种有色金属，硬脆材料可以加工精度高。任意可编程数控控制过程序列和加工路径，也使制造几乎微观结构和自由曲面光学质量 17。FANUC Robonano 0iA 另一家知名的 5 个轴的铣床。机器配置如图 918.回转工作表（Baxis）进行在 X 轴。幻灯片是垂直运动，这招 20 毫米。 幻灯片可以切割系统在正常 X-Y 平面方向移动铣床。 罗伯安机的特点在平移和旋转轴采用气体静压轴承无摩擦伺服机制。空气静压导轨连接通过空气静压丝杠的浮动螺母滑机制。一纳米定位和流畅的饲料，实现了由 64 万脉冲编码器和空气静压轴承交流伺服电机。另一个的罗伯安机的特点是高速空气涡轮主轴和高精度夹持机制。在罗伯安钻石铣刀机高速空气涡轮主轴，由空气驱动，设置在 B 或 C 轴表。涡轮叶片和主轴的径向两端一边是从气体静压设备支持是建立在细微控制尖端的位置，主轴及支架之间。由于涡轮机驱动器只能在一个狭窄的范围内发展的有用功率该机采用三锭涵盖广泛的速度范围内（20,000-100,000 转）。罗伯安机已应用于三维精密机械加工和光学模具制造（模具光栅和非球面镜片） 18。图 8.MICROMASTER MM 五轴铣床.图 9.robonano0iA 和其运动轴布局.图 10.microproducts 应用市场3.4.超精密机床的主要规格工具超精密机床的主要规格上文所述的工具列于表 1。数据表 1 中列出的信息提供了一个良好的比较设计，规格，应用及特点市售超精密机工具。4.微型和小型产品中的应用图 10 说明了有前途的应用领域微型和小型产品和微 19。它还预计，微型产品将有越来越多的应用周围世界之窗。这是非常有趣地看到，IT 外设仍然是微型产品的最大市场。在 2005 年，微型产品的总营业额预计达到美国$ 38 亿美元，这是总营业额的2 倍在 2000 年。可应用于超精密加工散装硅加工，计算机铝基板内存磁盘等，在其他地区，如生物医学，汽车，家庭和电信总微产品的失误仍然稳步增长。超精密加工也是非常有前途的生产传感器，加速度传感器，执行器，微反射镜，纤维光学连接器和微显示器。虽然到 2006 年，预计将失去其主导地位，由于新基于 MEMS 技术的应用，如生物技术行业和通信（光纤和射频开关，例如，将成为一个主要的增长区域） 20。 “微型产品通常是一些集成产品子，机械部件和光学部件，而在小型或微型的尺寸。事实上，只有少数微型产品完全依赖电子产品。机械具有重大意义的微型光学零件产品。图 11 明显的失误，机械和光学部件在总占主导地位微型产品的营业额。它提供了信心，超精密技术市场的身影，甚至采取考虑到科技产品的不可预见的未来的应用，会很高。因此，纳米/微米加工趋势将是微机械和光学制造复杂的几何特征的组成部分（自由格式和微观）和其复制模具。主要的小型和微型产品将是 MEMS，机械元件，光学器件，微型模具和模具和其他3D 微设备等。MEMS 仍是一个微型产品的主要推动力。微加工提供一个符合成本效益的解决方案为低批量生产或 MEMS 的原型，因为没有昂贵口罩是需要的。它也可以用来制作三维复杂 MEMS 的大规模生产的口罩。图 12 说明硅片结构。将导致的微观结构通过增加表面活性，在太阳能电池的效率，增加多次反射光（光陷阱） 10。图 11 microproducts 学科的应用市场图 12.硅片结构 图 13.地面球形端面光纤连接器超精密加工，可以有效地制造微机械部件，如微型传感器（压力，流量和天然气），微致动器，微电机，微泵，微阀，编码器的磁盘和光纤镜组机械部件，等等。图.13显示了一个球形端面对光纤连接器，这是地面用树脂结合剂金石磨轮 21。平均表面粗糙度 Ra 为 6.9 nm，而在光纤连接器上的面积地面套圈表面粗糙度（氧化锆）30 纳米。使用单点金刚石车削金刚石砂轮许多微光学元件，可以加工高形状精度和表面光洁度好。这些光学组件包括微光学元件，如相机镜头，CCD 镜头;自由形式的光学如眼科镜头，扫描仪镜，棱镜反射器用于路牌，警告标志和服装，手机，TFT 面板显示器，等图 14 显示了表面结构的一面镜子，通过快速转身刀具超精密车床的伺服 11。表面的镜组成的旋转对称的一部分其中 1 非旋转对称的 90 面表面的叠加。镜子是用来作为一个集成光学加强在高功率激光器的光束质量 11。单点金刚石的不可缺少的优势车削，微铣削和纳米研磨适用于大规模生产的光学和三维复杂形状/形式的微模具，模具，压花模具制造机械零件。事实上，这应该是微焦点加工。据预计，将微加工集中用于中压模具制造注塑模具。图 15 显示了注射成型招商引资的工具加工微型铣削 22。 “模具材料淬硬钢（54 HRC），其位置在工件公差的形式是卤 5 米，表面完成镭0.25 中号。最小的铣刀直径是 0.2 毫米。总的加工时间是 50 分钟 22。图 14.快速转动工具：多方面的积 图 15.注塑模具制表.分镜激光束整形.5.制造小型和微型产品的发展趋势加工精度高，表面质量产生取决于机床的精度，模具，工件材料这同样适用于操作因素小型和微型元件和产品的制造。 5.1.超精密机床的发展趋势在超精密加工的发展趋势将被削减加工的成本，同时保持较高的精度。然而，迄今为止最微加工使用常规进行尺寸超精密机床。这当然会增加的投资和运行费用，这使制造业中小企业很难获得高附加值技术/业务。特别是在发展超精密工作台型机床及相关的纳米微细加工技术可能会导致更广泛地应用超精密在制造加工技术及其应用小型及微组件产品。型台式机的好处可能包括：机生产成本低;狭小的空间和能源效率;缓解局部环境控制（温度和振动等）和友好，因而运营成本低;实惠的制造技术图 16.一个替补型微型铣床的设计布局.图 16 说明了一个台式的微细机，目前正在由作者开发的欧盟 MASMICROproject 支持的设计布局 30本机旨在制造小型和微型元件在各种工程材料，如：（1） MEMS（硅）复杂的微观结构和微沟槽。（2） 光学元件（玻璃，聚合物，铝）复杂形状或自由曲面光学（透镜，反射镜，棱镜）和镜头百叶窗，显示器，光指导微观。（3） 医疗元件（聚合物，玻璃）隐形眼镜牙科。（4） 机械部件（铝，钢）微型传感器（压力，流量，气）光纤的机械部件（过滤器，波片）。（5） 模具（高强度铝，铜合金，钢）模具光学镜头和光纤元件反射箔模具。图 17.一些小型和微型元件图 17 显示了一些上面列出的小型和微型元件。5.2.模具金刚石刀具超精密加工中被普遍用于高导热，高硬度和耐磨性和高弹性和剪切模量，减少加工过程中刀具变形切割钻石晶体结构，可以产生非常锋利的切削刃。现在在几十尖端纳米可以实现的。此外，用于车削的专用工具，可能需要一些复杂的表面。一个例子是半半径钻石刀具大型加工步骤衍射镜子。边缘锐度是加工表面质量的关键。钻石微铣削可用于加工的微观结构。在弗劳恩霍夫的 IPT 金刚石立铣刀的直径 300米已被用于制造微沟槽。一个可调的钻石球头立铣刀用于制造曲面几何光学表面质量 3。如果一个光学表面质量不是必需的，其他类型的工具可以使用。正如图 18 所示.微铣刀直径 0.2-1.5MM 碳化钨直径。很多工作也已进行开发的 CVD 涂层更好的耐磨性和改善热性能等 24。图 18.微铣削工具 图 19.CVD 涂层磨料铅笔纳米磨削用金属结合剂或树脂结合剂金刚石砂轮，CBN 砂轮，已被广泛应用于制造的玻璃或陶瓷光学。眼镜的纳米金刚石研磨的理论和实验研究表明，平均晶粒尺寸的车轮是最重要的因素，影响加工表面粗糙度。如果小于 10 米，平均晶粒尺寸的车轮磨韧性模式的光学眼镜可以获取和很好的控制过程中的裂纹将被删除 25。最近，一些工作已经进行单一或多层，微磨料工具的使用 CVD 涂层。图 19 显示了一个非常小的巩固与化学气相沉积层 26硬质合金柄涂层磨料铅笔制造。这些微磨料工具的主要优点是灵活的形状和大约 2“M 3小钻石晶粒尺寸。因此韧性研磨模式可以实现。使用这些工具的不同硬而脆的材料，如硅，氧化铝，陶瓷和玻璃已成功实现 3高表面质量的接地。在微加工的最小特征尺寸是有限的工具的大小。有了这样一个商场工具的机械稳定性微型工具本身将成为维持的关键产品的精度。因此，在研究趋势微型工具似乎是：为最大限度地减少微模具制造方法;微型模具的几何和涂层性能的优化，以提高刀具寿命和精度的过程;刀柄平衡以及微型工具设置设备;微加工特性（特别是可加工）;工具，在这个过程中的状态监测。5.3.工件材料工件材料的性能将在微细加工中发挥的重要作用。在工件材料研究的趋势将是：尺寸效应和微加工过程中的微观结构的影响。各种工程材料和新型复合材料，如玻璃，陶瓷，金属，塑料，聚合物和碳纤维复合材料，可加工性。工作举行，即刚性夹紧工件的内最低的失真和难以处理的小型和微型，小型部件 8。5.4.加工工艺微加工力学，热学和化学的加工接触区的负荷影响。它需要建立一个较完整的理解生成的表面加工工艺和质量上的负荷。此外，微加工工艺，已成为经济合理和大规模生产的方法进行调查。在加工过程中的研究趋势，但不限于：多尺度建模方法（有限元分析与分子动力学模拟相结合）为更好地理解的过程和表面生成 27,29。优化加工过程和它的变量。控制在加工工艺方面的产能，效率和可预见性。6.结束语小型和微型产品的市场，尤其是对那些与微观结构和自由曲面，小型和微型产品市场保持较高的增长潜力。可以利用传统的机械式超精密加工，在一个更可控的方式制作复杂形状的小型和微型元件和产品。超精密加工中不可缺少的优点是它适用于制造三维复杂组件/设备，包括微型模具，模具，压印模具的光学和机械部件的批量生产。它还提供了一个更具成本效益的解决方案，小批量生产或 MEMS 的原型。加工精度取决于机床的精度，刀具，工件材料和操作因素。超精密机床的性能取决于精度的关键要素，包括工作主轴和运动轴。替补型超精密机将是未来的发展趋势之一，因为它们可能使小型和微型产品经济和超精密加工制造业中小企业更广泛的观众可以负担的技术。努力也将需要进行微模具制造方法，处理过程中的微型工具和组件，工具和组件，控股和夹具，刀具状态监测。为了更好地理解的 MICO 加工过程中还需要可加工各种工程材料和多尺度建模方法的研究。致谢笔者想感谢的合作伙伴，在欧盟第六框架的 IP MASMICRO 财团/项目（合同编号：NMP2-CT-2004-500095-2）和有效的讨论，特别是在其 RTD 的 5 个小组的合作伙伴及其商讨，这对本文的形成非常有帮助。 任务书一、毕业设计（论文）的内容水果清洗机用于进行水果清洗的机械，是水果供应企业进行水果自动化加工的关键设备之一。为实现将水果自动清洗的功能，设计水果清洗机。具体任务如下：1. 分析水果清洗的要求，研究系统的工作原理；2. 提出水果清洗的工作原理，进行结构设计；3. 绘制水果清洗机的装配图及典型零件的零件图；4. 对水果清洗机的关键参数进行计算和校核。二、毕业设计（论文）的要求与数据1. 所提出水果清洗的工作原理应能实现高效的水果清洗； 2. 用 Solidworks 建立水果清洗机的 3D 装配模型； 3. 绘制水果清洗机的装配图及典型零件的零件图；4设计说明书（毕业设计说明书）应包含中英文摘要、设计方案比较、结构设计等内容。三、毕业设计（论文）应完成的工作1、完成二万字左右的毕业设计说明书（论文） ；在毕业设计说明书（论文）中必须包括详细的 300-500个单词的 英文摘要；2、独立完成与课题相关，不少于四万字符的指定英文资料翻译（附英文原文） ；3、绘制水果清洗机的装配图及典型零件的零件图（所有图纸均采用计算机绘制，折合 A0 图纸 3 张以上） 。四、应收集的资料及主要参考文献1 孙桓, 陈作模 . 机械原理M. 北京：高等教育出版社, 2001.2 徐灏. 机械设计手册 . 机械工业出版社, 1991.3 濮良贵, 纪名刚. 机械设计M. 北京：高等教育出版社, 20054 杨叔子. 机械加工工艺师手册M. 北京：机械工业出版社, 2002.5 吴宗泽. 机械设计实用手册M. 北京：机械工业出版社, 2002.6 张云华, 刘守祥,许登旭. 喷刷式水果清洗机的设计J. 包装与食品机械, 2007, 25(2): 23-24.7程军红. 水果加工中的水果清洗提升装置 J. 包装与食品机械, 2001, 19(4): 22-23.8SolidWorks 公司著. SolidWorks 装配体建模M. 北京：机械工业出版社, 2005.9胡仁喜等. SolidWorks 2005 机械设计及实例解析M. 北京：机械工业出版社, 2005.10 Juan G. S, Jos D. M, Emilio S. O, Marcelino M. S, Rafael M. B, Jos B. Detecting rottenness caused by Penicillium genus fungi in citrus fruits using machine learning techniques J. Expert Systems with Applications, 20*, 39: 780-785.五、试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件计算机一台任务下达时间：20*年 1 月 12 日毕业设计开始与完成时间：20*年 3 月 1 日至 20*年 6 月 20 日组织实施单位：教研室主任意见：签字： 20* 年 1 月 8 日院领导小组意见：签字： 20* 年 1 月 11 日- 0 -开题报告1毕业设计的主要内容、重点和难点等主要内容水果清洗机用于水果清洗的机械，是水果供应企业进行水果自动化的关键设备之一。为实现将水果自动清洗的功能，设计水果清洗机。主要任务如下：1、分析水果清洗的要求，研究系统的工作原理；2、提出水果清洗的工作原理，进行结构设计；3、绘制水果清洗机的装配图及典型零件的零件图；4、对水果清洗机的关键参数进行计算和校核。5、了解相关的国家标准的应用。其重点和难点在于动力传动系统的设计、水循环系统的设计、机械结构设计及主要零部件设计与计算，对水果清洗机的关键参数进行计算和校核。2准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）查阅过的文献资料：1 张云华, 刘守祥, 许登旭. 喷刷式水果清洗机的设计J. 包装与食品机械, 2007, 25(2): 23-24. 2 程军红 . 水果加工中的水果清洗提升装置J. 包装与食品机械, 2001, 19(4): 22-23.3 长弓. “个性化”的水果清洗法J. 民防苑, 2007, 2, 37-38.4 陈扬祥, 余亚白. 我国果品加工的现状与发展趋势J. 福建农业学报, 2006, 21(4):436440.5 梁声记. 广西水果加工现状及其持续发展对策J. 中国热作科技, 1998, 3: 5-8.调研情况：果品加工业是农产品加工业的重要组成部分。1980 年我国果品总产量只有 679万吨，排名世界第 10 位。从 1993 年开始，我国果树栽培面积和果品总产量稳居世界第 1 位，并逐年增长。但果品中用于加工的仅占 10%。而发达国家果品加工占果品产量的比例一般都在 35%以上。而果品加工能力的提高可直接增加经济效益。因此，发展果品加工业，加强采后减损增值，以促进果业迅速发展,是保证农民增产增收的重要措施。水果清洗机是水果加工设备的重要组成部分之一。设计一台水果清洗机，它主要是适合清洗柑橘、橙子等质地比较硬的物料。其工作原理是转动+冲洗。将原料置于清洗滚筒中，借着洗滚筒的转动，是物料在其中不断地翻转，同时用水管射水来冲洗翻动的物料，达到清洗的目的。一个完整的清洗设备包含有进出料机构,- 1 -滚筒式清洗系统,烘干系统,控制系统,PLC 控制系统,清洗液循环系统,机架等组成。试验、测试、试制加工所需主要仪器设备及条件：计算机一台、电脑中安装有 Solidworks 三维绘图软件及 Excel 等软件，以便及时记录设计数据及三维模型。3、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料实施方案根据设计目的及内容，需要参考相关的文献资料着重分析水果清洗机系统的工作原理，并对其进行动力和结构设计及关键零部件的强度计算与校核，根据所计算的数据，借助 Solidworks 三维绘图软件及 Excel 2003 数据处理软件绘制水果清洗机的典型零件图和装配图，最后编写设计说明书。速度实施计划 项目设计时间：3 月 1 日至 5 月 31 日。1、3 月 1 日至 3 月 20 日，查阅相关资料并完成英文翻译；2、3 月 21 日至 3 月 27 日，设计方案的比较分析与确定、传动系统的设计；3、3 月 28 日至 4 月 18 日，总体设计、动力系统的选择与设计、水循环系统设计、绘制结构总图；4、4 月 19 日至 5 月 2 日，机械结构设计及主要零部件设计与计算、绘制零件图与装配图；5、5 月 2 日至 5 月 13 日，进行计算、校核、优化、图纸修改及论文撰写；6、5 月 14 日至 5 月 21 日，论文撰写检查、修改；7、5 月 22 日至 5 月 27 日，将论文送予指导老师审阅8、5 月 28 日至 5 月 31 日，完成毕业设计，提交论文。预期能提交毕业设计资料1、绘制水果清洗机的装配图及典型零件的零件图；2、包含中英文摘要、设计方案比较、结构设计及二万字左右的毕业设计说明书。- 2 -指导教师意见指导教师（签字）：20*年 2 月 日开题小组意见开题小组组长（签字）：20*年 月 日院（系、部）意见主管院长（系、部主任）签字：20*年 3 月 日 摘 要水果清洗机是用于清洗水果的机械，是水果供应企业进行水果自动化加工的关键设备之一。为实现将水果自动清洗的功能，设计一种网链式输送水果清洗机，以利于水果的保鲜储藏和后续加工。本设计基于清洗机械的研究现状和发展状况，根据清洗机的类型、结构特点和工作原理，结合相关设计手册,通过对清洗机工艺参数及动力学参数的选择计算，电动机的选择，联轴器的选择，链轮的设计，完善清洗机的总体设计。该水果机具有启动平稳、工作可靠和效率高等特点，适合苹果、桃、橘子和红枣等水果的清洗加工。动力部分由电动机、减速器，输入轴为主，其余部分参考外购件的参数加以整合设计。而重点设计的是水果清洗结构。在计算过程中，轴的设计是重点。首先提出水果清洗的工作原理，进行结构设计；然后确定一些原始数据，计算出各个轴的转速、功率、转矩。最后绘制水果清洗机的装配图及典型零件的零件图，对水果清洗机的关键参数进行计算和校核。零件将全部采用 solidworks 软件进行计算机辅助设计，设计过程中经过较为精确的测量和计算后将所得的数据进行三维建模，利用模型进行模拟装配和干涉检查。构想通过创建三维模型这样一个平台来验证所做的设计，以便于对设计中的细节进行改进。设计完成后，利用 Solidworks 建立水果清洗机的 3D 装配模型；较为逼真地体现外型设计的效果及水果清洗机的主要结构及尺寸关系，绘制二维的零件图，装配图。关键词：网链式；水果清洗机； 3D 装配模型AbstractFruit washing machine for fruit cleaning machinery, is one of the key equipment of the fruit supply enterprises in the processing of fruits and automation. In order to facilitate fresh fruit storage and subsequent processing, a network chain conveyor fruit washing machine is designed to implement the function of fruits automatic cleaning.The design is based on the research status and development of cleaning machinery, according to the type of washing machine, structural characteristics and working principle, combined with related design manuals, selection and calculation of process parameters and the kinetic parameters of the washing machine, the choice of motor, coupling the choice of the design of the sprocket, and improve the overall design of the washing machine. The fruit machine has to start a smooth, reliable operation and high efficiency, suitable for cleaning and processing of apple, peach, orange and red dates and other fruits.The dynamic part consists of motor, reducer, the input shaft main, the rest of the reference parameters of the purchased parts to integrate design. Focused on the design is the fruit cleaning structure. In the calculation process, the design of the shaft is the key. First proposed the fruit cleansing works, for the structural design; and then determine some of the original data to calculate the shaft speed, power, torque. Finally, draw fruit washing machine assembly drawing and typical component graphs, calculation and verification of the key parameters of the fruit washing machine.Its parts will be using solidworks software for computer-aided design, data more atccurate measurements and calculations will be obtained in the design process, 3D modeling, using the model to simulate the assembly and interference checking. in order to improve on the details of the design ,Idea to verify the design done by creating three-dimensional model of such a platform. Design is complete, the use of Solidworks 3D assembly model to establish the fruit washing machine; more realistically reflect the effect of the exterior design and fruit washing machine, structure and size relations, drawing two-dimensional part drawings, assembly drawings.Keywords: Network chain； Fruit washing machine；3D assembly model.目 录引言.11 清洗机的概况及现状分析21.1 概况 .21.2 现状分析31.3 清洗工艺及设备设计的要求32 方案的设计42.1 论述 .42.1.1 清洗机方案选择 .42.1.2 结构 .52.2 机械结构的设计62.2.1 传动方案的分析拟定 .62.2.2 设计方案的选择 .92.3 电动机的选择102.3.1 电动机功率的选择 .102.3.2 确定电动机的转速 .112.3.3 电动机的型号的确定 .112.4 减速机的选择113 传动机构的设计计算.133.1 链轮的选择计算133.2 链轮几何尺寸计算143.3 主要失效形式154 辅助设备的选择.174.1 输送带的选择174.2 张紧机构的设计.174.3 调整机构的设计.174.4 整体槽体的设计.174.5 泵的选择.184.6 减速器的选择.185 主要部分零件的设计计算及校核.195.1 轴的设计计算195.1.1 初算轴的直径 .195.1.2 轴的结构设计 .205.2 轴的受力分析及强度校核215.2.1 水果清洗机的轴用键受力分析 .215.2.2 按弯扭合成应力校核轴的强度条件计算 .215.3 键的选择及其校核225.3.1 减速机轴上键的选择 .235.3.2 水果清洗机的轴用键校核 .245.4 联轴器的选择275.4.1 联轴器的选用 .275.4.2 联轴器的型号和主要尺寸 .275.5 滚动轴承及轴承座的选择275.5.1 类型选择 .275.5.2 型号选择 .295.5.3 轴承的结构和定位方法 .295.5.4 滚动轴承润滑和密封 .295.5.5 滚动轴承座的选择及其配置 .306 水果清洗机的三维建模与设计.306.1 Solidworks 软件概述.306.2 水 果清洗机三维模型的组装30总结34谢 辞36参考文献370引言随着工农业生产的不断发展，人们生活水平的不断提高，对食物质量的要求也在不断的提高，尤其是对水果的食用，不再仅仅满足于原始的食用方法，对水果的深加工产品如果汁、果酱、果酒的使用数量及质量的要求也越来越高。在进行水果的加工中，如何将大量的水果清洗干净，快速输送于下步加工工序中，是保证产品质量、生产效率的关键一步。本文对这一问题有针对性的设计一种利用水和水果的螺旋流动，使水果清洗干净，并同时将清洗干净的水果立刻送人输送带进行下步加工的设备。为适应我国农产品快速发展需要，农产品清洗设备在我国逐步发展起来，许多农作物由于生产过程中必然会带有泥土和农药，所以清洗农作物的大量劳动是影响我国农作物的一个重要问题，如果采用大量人力的话必然导致劳动力资源的浪费，所以生产一种农作物清洗机械对提高生产力有重要影响。随着我国水果果品加工业的迅速发展，水果清洗机的应用越来越广泛。而水果清洗机用于进行水果清洗的机械，是水果供应企业进行水果自动化加工的关键设备之一。为实现将水果自动清洗的功能，设计水果清洗机。11 清洗机的概况及现状分析1.1 概况食品机械行业是直接为食品工业服务的行业。 食品工业的发展带动了食品机 械的发展；而食品机械行业的科技进步与发展，又为食品工业发展创造了有利的 物质条件，大大推动食品工业向前发展。随着食品工业的发展，食品机械在食品工业中的地位越来越重要。现代化的食品机械不仅可以生产出高附加值的产品，而且可以提高资源的利用率。由于食品工业原料和产品的品种繁多，加工工艺各异，因此食品机械也相应 是门类各异，品种多样。目前，中国的食品机械分类是按机械工业部制定的分类 标准（JB3750-80）进行的，分为食品加工专用机械和食品加工通用设备。专用机械按加工对象或生产品种不同分为 23 类， 通用设备按功能不同分为 10 类， 据 有关部门 1995 年统计，全国专业食品加工机械企业，约有 1920 多家，工业总产 值 110 亿元，产品品种 1700 多种，近十几年来，全国食品机械行业保持年增长 率 20%以上的水平。 近年来，在食品机械行业中已经形成一批不仅能够满足国内市场的需要，而 且能打入国际市场的优良产品，出口创汇约 5000 万美元。 全国食品机械行业发展比较快的有北京、上海、天津、江苏、浙江、山东、 辽宁、广东、福建、四川等省市。 中国许多部委都有一批力量在从事食品机械研究和开发工作。 其中原机械工 业部， 原国内贸易部和原轻工总会下属从事食品机械的企业数量最多， 规模最大， 力量最强，代表了中国食品机械发展总体水平，形成了科研、生产、销售的完整 体系 1。果品加工业是农产品加工业的重要组成部分。1980 年我国果品总产量只有 679 万吨，排名世界第 10 位。从 1993 年开始，我国果树栽培面积和果品总产量稳居世界第1 位，并逐年增长。但果品中用于加工的仅占 10%。而发达国家果品加工占果品产量的比例一般都在 35%以上。而果品加工能力的提高可直接增加经济效益。因此，发展果品加工业，加强采后减损增值，以促进果业迅速发展,是保证农民增产增收的重要措施 2。清洗可以从不同的角度进行分类，根据清洗范围的不同，目前通常将清洗分为民用清洗和工业清洗两类。在日常生活中，与个人和家庭生活密切相关的洗涤，包括衣物清洗，人体皮肤，头发清洗，家庭用品，房屋的清洗等，通常称为民用清洗。在工业生产劳动过程中涉及到的清洗都属于工业清洗的范畴。食品工业。纺织工业。造纸工业。印刷工业石油加工业。交通运输业，电力工业、金属加工业、机械工业汽车制造，仪器仪表，电子工业、邮电通讯、家用电器、医疗仪器。光学产品、军事装备，航空航天，原子能工业等都大量应用到清洗技术 3。21.2 现状分析按照清洗精度的要求不同，主要分为一般工业清洗，精密工业清洗和超精密工业清洗三大类。一般工业清洗包括车辆，轮船、飞机表面的清洗，一般只能去掉比较粗大的污垢；精密工业清洗包括各种产品加工生产过程中的清洗，各种材料及设备表面的清洗等，以能够去除微小的污垢粒子为特点；超精密清洗包括精密工业生产过程中对机械零件、电子元件，光学部件等的超精密清洗，以清除极微小污垢颗粒为目的。近年来，干式清洗发展迅速如激光清洗、紫外线清洗、等离子清洗、干冰清洗、真空清洗等。在高,精，尖工业技术领域得到快速发展尤其是碳氢真空清洗技术的引入已在形成现在精密五金零件的主要清洗趋势，是目前替代 ODS 最好工艺路线。中国清洗行业的现状我国到处都在建设新的工厂和生产线正在逐步成为“世界加工厂”，巨大的市场需求，为工业清洗设备制造商和专业清洗剂生产供应商提供了快速发展的良机。目前，各种清洗设备生产制造经营企业已达 1000 多家，其中，超声波清洗机生产企业已从 20 世纪 90 年代初的几家发展到现在的 200 多家，从而形成了一个巨大的产业清洗行业概念的首次出现，是在 1992 年由原国家环保局现国家环保总局组织北京大学等单位编制，并得到国务院批准的中，按照国务院的分工，清洗行业由原电子工业部(现信息产业部)负责 4。1.3 清洗工艺及设备设计的要求在选择清洗工艺及设备，必须考虑清洗要求达到的洗净程度。对不同洗净程度要求的清洗应选择不同的清洗工艺和设备。洗净程度要求越高，清洗成本也越高，而且生产成本是以几何级数递增的。在设计清洗工艺及清洗设备时，主要从以下几个方面进行考虑：1.可靠性 要求选用的清洗工艺及设备有稳定的清洗质量，能达到所要求的清洗程度。2.对待清洗对象的影响 要求在清洗过程中对待清洗对象造成的损伤尽可能的小，并且不能对待清洗对象产生新的二次污染。3.对于自然环境的保护 要求清洗工艺及设备能够防止或尽可能减少清洗废液、噪声、废气对环境造成的破坏。4.效率 具有效率高节约劳动力的特点。5.良好的作业环境 能够有良好的作业环境，对工人的作业环境有保证。6.经济性 采用既能达到洗净程度要求，成本又低的清洗工艺及要求。食品加工原料在其成熟阶段及运输、贮藏过程中常常受尘埃、沙粒及微生物等污染，因此，在加工前必须认真清洗，并清除杂物及不合格部分，以便后道工序加工。32 方案的设计2.1 论述针对水果的形状特点，确定清洗机的工艺流程为浸泡清洗喷淋清洗输送出料。在浸泡清洗阶段主要是对水果进行浸泡，为粘附于水果表面上的污物进行初步清洗，并对较难分离的杂质进行浸泡，使杂质在水浸泡变得松脱，以利于在以后清洗过程中容易容易冲洗。在接下来的阶段开始进行喷淋式清洗，在这一阶段中，水果通过不锈钢网传送带传送，由一排喷头进行冲洗，使水果的各部位都能清洗到，从而达到比较好的清洗效果 5。关于水采用了循环重复利用。2.1.1 清洗机方案选择根据该工况目前比较成熟清洗机的有超声波清洗机以及浸泡清洗机两种。1、超声波清洗机工作原理：利用电子方式产生超声波 U(ultrasonic) 和强氧化剂O3 的 SO (Ozone Super Oxidation 简称：OSO )，OSO 通过布气盘施放到水中；超声波U 产生 40KHZ 的机械震荡和空化作用，它可大大增加 OSO 在水中的溶解度，最关键的是超声波 U 提供了物质反应所需的能量， UOSO 对浸泡在水中的果菜、肉类及其它物品一方面起到降解农药、分解毒素，消毒杀菌的作用。同时还产生等离子可对处理过物质的分子进行修补，完全解决了人们对解毒和保健的需要，通过超声波 U 换能后的果蔬原质地完好无损，不会象电机旋转那样破坏丢损果蔬营养元素。2、浸泡清洗机工作原理：原料在水槽高压作用下,被充分打散,翻流、清洗、传送。从物料表面脱洗的泥沙沉入底部隔离仓,不会发生翻扬回流造成再度污染,漂浮水中杂质、小虫,通过去杂机构网孔收集,下次过毛辊清理掉,洗净后物料出水后再经喷淋清洗,送至下到工序。经过比较我们得知，一是超声波清洗机一般为小型家用，二是我们所要的设计的是批量生产使用。显然超声波清洗机无法满足我们的设计要求，所以我们只能选取后一种方案。浸泡清洗机的图片如下：4图 1 浸泡清洗机的图片2.1.2 结构 由于浸泡清洗过程为打散、翻流、清洗、传送，所以机械结构的设计也将是从这几个方面进行的。因为整个过程涉及到清洗所以整台设备必须是安装于密闭的空间内，但又要满足操作人员操作及查看需要，所以初步计划将整机安装于焊接而成的水槽中，该水槽是整个设备的基础；关于输送采用链式输送机，考虑到水果本身特点，所以该输送机采用网链结构，网采用钢丝编织而成，这样有一定的强度，同时长期浸泡在水中又不至于生锈；至于水路采用循环水路，采用卧式安装的水泵，进口直接连接于水槽之上，出口则分为两路，其一连接于水槽，另一连接于喷头管路上，这样在水果清洗完成之后，便于喷头将水果表面的杂物清洗干净。总结起来该机就是网链输送机和水泵加喷嘴组合而成的 6。具体讲来其驱动方式为采用摆线针轮减速机采用二级直连的，电机采用普通三相异步电动机，减速机和主机之间采用短节距精密滚子链连接，这是因为链传动效率高，同时结构简单。其三维结构图如下：5图 2 水果清洗机的三维结构图如图2所示，本机主要由清洗系统、输送系统、泵循环过滤系统、清洗通道等组成，其中清洗系统、输送系统为本机的设计难点。设计的网链式水果清洗机主要由摆线针轮减速器、传动装置、喷淋、水箱池、电机、水泵等组成。该装置结构紧凑，占地面积小，可以实现水果加工生产线中清洗和提升两个任务，水果的清洗利用水和水果的螺旋流动，清洗质量优于其它方式，清洗和提升过程不间断，提高了生产效率。该装置可广泛应用于各种水果加工的前道工序。在使用过程中发现该装置也存在有不尽人意之处，比如下轴端因一直浸在水中所以只能采用滑动轴承，轴承寿命短，需要不断更换轴承。随着下端轴承材料及结构的完善，该装置会有更广阔的应用前途 13。2.2 机械结构的设计2.2.1 传动方案的分析拟定传动方案的选择分析可以从以下三个表格开始：表 1-1 传递连续回转运动常用机构的性能和适用范围6表 1-2 实现其他特定运动常用机构的特点与应用7表 1-3 常用减速器的型式、特点及应用另外，传动系统应有合理顺序和布局，除必须考虑各级传动机构所适应的速度范围外，还要考虑到以下几点：(1) 带传动承载能力较低，在传递相同转矩时结构尺寸较啮合传动大；但带传动平稳，能缓冲吸震，应尽量置于传动系统的高速级(2) 一般滚子链传动运转不均匀，有冲击，宜布置在低速级。(3) 蜗杆传动的传动比大，承载能力较齿轮低，常布置在传动系统的高速级，以获得较小的结构尺寸；同时，由于有较高的齿面相对滑动速度，易于形成液体动压润滑油膜，也有利于提高承载能力及效率。(4) 轮(特别是大模数锥齿轮)的加工比较困难，一般宜置于高速级，以减小其直径和模数。但需注意，当锥齿轮的速度过高时，其精度也需相应提高，此时还应考虑能否达到所需制造精度以及成本问题(5) 斜齿轮传动较直齿轮传动平稳，相对应用于高速级。(6) 开式齿轮传动一般工作环境较差，润滑条件不良，外廓紧凑性可低于闭式传动，应布置在低速级。(7) 制动器通常设在高速轴。传动系统中位于制动装置后面不应出现带传动，摩擦传动和摩擦离合器等重载时可能出现摩擦打滑的装置。(8) 为简化传动装置，一般总是将改变运动形式的机构(如连杆机构、凸轮机构)布置在传动系统的末端或低速处；对于许多控制机构一般也尽量放在传动系统的末端或低速处，以免造成大的累积误差，降低传动精度。(9) 传动装置的布局应使结构紧凄、匀称，强度和刚度好并适合车间布8置情况和工人操作，便于装拆和维修。(10) 在传动装置总体设计中，必须注意防止因过载或操作疏忽而造成机器损坏和人员工伤，可视具体情况在传动系统的某一环节加设安全保险装置。(11) 如一台机器中各工作构件的运动彼此无需协调配合，则可由多台原动机分别驱动，亦可共用一台原动机通过传动链并联分支驱动各个工作构件。综上所述，根据本机工作情况的传递方案如下简图所示。采用电动机、摆线针轮减速器、链传动的组合方案 14。图 3 传动方案的机构简图2.2.2 设计方案的选择方案一 ：清洗机器传动：由电动机经皮带轮传动主轴使摩擦轮高速旋转。传动滚筒传动：由电动机经链轮传动带动托轮，再以摩擦传动滚筒。 方案二： 清洗机器传动：由电动机经齿轮传动主轴使摩擦轮高速旋转。传动滚筒传动：由电动机经由皮带轮传动带动托轮，再以齿轮传动滚筒 方案三 ：清洗机器传动：由电动机经链轮主轴使得摩擦轮高速旋转。传动滚筒传动：由电动机经由齿轮传动带动托轮，再以齿轮传动滚筒。 在如今市场经济的大潮中，成本低，经济性好是产品占领市场的一个首要因素，这一概念必须是每一设计者都应具有的。故在毕业设计的全过程要考虑到影响产品成本的诸多因素。方案一结构紧凑， 布局合理， 传动简单， 可靠性高， 使用寿命可以得到保障， 制造成本低，加工简单。方案二、三效率比较低，加工成本高。经过三个方案的比较，选用方案一。2.2.3 初步估算功率若设计产量达到每小时清洗 2-3T,初定传送带输送距离为 3 米，水果在放进去再到清洗完毕所经过的时间为 3 分钟，初定输送速度为 0.03m/s。传动滚筒的功率：P0=(K1 v+K2 Q0.0273QH) hLh 3K9K1-空载运行功率系数 K 1=0.0192-输送带水平投影长度 =3mhL hLV -带速 v =0.03m/sK2-物料水平运行功率系数 K 2=9.5510-5Q-输送量(t/h) Q=2t/hK3-附加功率系数 K 3=2.8代入公式求得: P 0=1.06kw电动机功率计算: P=KP0/ P=1.5 kw取 K=1.25 =0.88滚筒可以分为传动滚筒和该向滚筒。传动滚筒：传动滚筒是传递动力的主要部件，可以为钢制表面滚筒，包胶滚筒，一般为铸造或薄钢板卷制而成，在此用薄钢板卷制而成。改向滚筒：用于改变输送带的运行方向和增加输送带与传动滚筒间的围包角。2.3 电动机的选择 2.3.1 电动机功率的选择原动机是机器中运动和动力的来源，其种类很多，有电动机、内燃机、蒸汽机、水轮机、汽轮机、液动机等。电动机构造简单、工作可靠、控制简便、维护容易，一般生产机械上大多数均采用电动机驱动。电动机已经系列化，通常由专门工厂，按标准系列成批或大量生产。机械设计中应根据工作载荷(大小、特性及其变化情况)、工作要求(转速高低、允差和调速要求、起动和反转频繁程度)、工作环境(尘土、金属屑、油、水、高温及爆炸气体等)、安装要求及尺寸、重量有无特殊限制等条件，从产品目录中选择电动机的类型和结构型式、容量(功率)和转速，确定具体型号。选择电动机包括选择电动机的类型、结构、功率、转速和型号。在工业上一般采用三相交流电动机，Y系列三相交流异步电动机由于具有结构简单、价格低廉、维护方便等特点，故一般应优先考虑。当转动惯量和启动力矩较小时，可选用Y系列三相交流异步电动机，在经常启动、制动和反转、间歇或短时工作的场合，要求电动机的转动惯量小和过载能力大，应选用YZ和YZR系列三相交流异步电动机，电动机的结构有开启式、防护式、封闭式、防爆式 7。在此可选用封闭式的电动机。所以选用Y系列全封闭式笼型三相异步电动机。选择原则：功率选的过小，不能保证工作机的正常工作或使电动机长期过载而过早损坏；功率选的过大，则电动机价格高，且常不在满载下运行，功率因素很低，造10成浪费.对于长期连续工作负荷较稳定的负载机械，可根据电动机所需要的功率 来选择，dP选择时应使电动机的额定功率 PN 稍大于电动机的所需功率 。由计算已知电动机所需dP功率为： =1.5 kw ,所以我们可选择电动机功率为 1.5 kw 。dP2.3.2 确定电动机的转速同一功率的异步电动机的同步转速有3000r/min、1500 r/min、1000 r/min和750 r/min四种。一般来说，电动机的同步转速高，磁极对数少，轮廓尺寸小、价格低；反之，转速愈低，外轮廓尺寸愈大，价格愈高。由于工作机滚筒的转速很低，所以不易选用高速电动机，一般应选择同步转速为1500或1000 r/min 的电动机。2.3.3 电动机的型号的确定根据所要求的的转速和功率选择 Y 系列三相异步电动机，由机械设计课程设计手册查得可选用电动机 Y100L-6，功率 1.5kw，转速 940r/min。因为工作环境，如果不加防护，水有可能进入电动机中导致电机短路而烧坏，于是在设计中选择电机的防护等级为 IP44。现在将这种电动机的数据列于下表二中 7。表2、电动机型号(Table 2)，Motor model 电动机型号 额定功率 （kW ） 最大转矩 堵转转矩 满载转速（r/min） 额定转矩 质量（kg ）Y100L-6 1.5 2.0 2.0 940 2.0 332.4 减速机的选择因为喷淋清洗机中传动带线速度很小，根据水果自身的性质和特点，选择传动比较大的摆线针轮减速机。摆线针轮减速机适用范围：本标准分为单级和两级别。其中又分立式和卧式；双轴型和直联型。适用于矿山，冶金，建筑，化工，纺织，轻工等行业，其适用条件如下：输入功率 P1：单级 0.6-75KW两级 0.052-13.41KW;传动比 i： 单级 11-87，共 9 种两级 121-7569，共 18 种高速轴的转速不大于 1500r/min,减速机可用于正反两向运转。根据前面的设计要求，输送带速度 v=0.03m/s,故我们选用双级卧式摆线针轮减速器，11型号为：XWD8125-4317-1.5KW此减速器的输出转速为 2.05r/min，P=1.5KW123 传动机构的设计计算常用的传动方式有链传动和带传动，在此我们选用链传动，链传动有以下一些优点:（1）没有滑动；（2）工况相同时，传动尺寸比较紧凑；（3）不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；（4）效率较高；（5）能在温度较高以及湿度较大的环境中使用。3.1 链轮的选择计算已知:减速器的轴输出转速为 2.05r/min，P=1.5kw, 输出轴径 d=55mm，因为工作载荷较平稳，所以链轮直接安装于减速机轴上。（1）链轮齿数：减速器轴上链轮齿数为 Z1=19，从动轴链轮齿数为 Z2=199。传动比 i: i= Z1/ Z2=1（2）转速：主动轴链轮转速 n1=2.05r/min，从动链轮转速 n2=2.05r/min（3）设计功率 ：dP P/( ) =1.35kwdaKzp dP式中： =1.0 =1.11 =1 zKpK（4）链条节距 P：由设计功率 P0=1.35kw 和主动轮链轮转速 n1=2.05r/min在手册中查得节距 P=12A，即 19.05mm。（5）初定中心距 a： 暂取 a=30P注：a 计算式可保证小链轮上包角大于 120，且大小链轮不会相碰。（6）链节数 ：PL=812121()pzzappaPL注：取整数并宜取偶数,故取 68 取 =80 节（7）链实际中心距：221211()()8()4ppzzzaLL13取 a=542mm （8）链速：v= Z1P/1000 v=1m/min=0.017m/s n与估算相符（9） 验算小链轮轮毂孔径（即轴孔直径）maxkd由支承轴的设计确定链轮轮毂孔的最大许用直径 查表 8-2-10 得 45mmaxk（10）有效拉力：F1=1000P/v F1=14117.6N （11）轴上载荷： FQ=1.2KAF1 FQ=16941N 取 KA=1（12）润滑方式选定：根据滚子链节距 P=19.05 和链条的速度 v=0.017m/s 查图选用润滑方式为用油刷或油壶人工定期润滑。（13）链条标记：根据设计计算结果采用单排 12A 滚子链，节距为 19.05mm，节数为 80 节。（14）链轮材料及热处理：链轮轮齿应有足够的接触强度和耐磨性，常用材料为中碳钢，（c3545 钢）不重要场合用 Q235A、Q275A 钢，高速重载时采用合金钢，低速时大链轮可采用铸铁，由于小链轮的啮合次数多，小链轮的材料应优于大链轮，并进行热处理。在本机中，由场合和速度可选用：材料为 45 钢，热处理渗碳、淬火、回火。齿面硬度为 HRC4052。表 3 滚子链的基本尺寸3.2 链轮几何尺寸计算链轮外形尺寸结合设计手册 8计算可得，其具体形状如下;链 号 节 距 P(mm) 排 距 (mm)tP滚子直径(mm)12A 19.05 22.78 11.9114图 4 小链轮的简图其具体尺寸为;Z=19 ；P=19.05 （1）主动链轮孔径：=50mm =72mmhdmaxh（2）分度圆直径：d=116mm 018sinpdz（3）齿顶圆直径：=124mm 08(0.54c)adptgzad（4）齿根圆直径：=d- =120mm frdf（5）最大齿根距离：=119.5mm 018cotxLzxL（6）齿轮凸缘直径：111.2mm 018cot.4.76gdPhzgd查表得： h=15.0 （查机械设计手册上册表 11-1）取 =100mmg3.3 主要失效形式链轮和链条相比,链轮的强度高,使用寿命较长,所以链传动的失效,主要是链条的失效,其主要失效形式是: 15(1) 链条疲劳破坏. 链条各元件在变应力作用下,经过一定循环次数,链板发生疲劳断裂,滚子,套筒表面出现疲劳点蚀和疲劳裂纹.在正常润滑条件下,链板的疲劳强度是决定链传动承载能力的主要因素. (2) 链条铰链的磨损. 铰链磨损会使链节距增大而产生跳齿和脱链.该失效形式一般发生在开式或润滑不良的链传动中. (3) 链条铰链胶合. 在润滑不当或链轮转速过高时,链条铰链的销轴和套筒的工作表面会因润滑油膜破坏,在高温,高压下直接接触导致两表面粘结,相对运动使粘结部位撕开,形成表面撕开而损坏,称为胶合.因而要限制链传动的极限转速. 为使链传动能工作正常，应注意其合理布置，布置的原则简要说明如下： 1）两链轮的回转平面应在同一垂直平面内，否则易使链条脱落和产生不正常的磨损。 2）两链轮中心连线最好是水平的，或与水平面成 以下的倾角，尽量避免垂直传动，以免与下方链轮啮合不良或脱离啮合。 2. 链传动的张紧 链传动中如松边垂度过大，将引起啮合不良和链条振动，所以链传动张紧的目的和带传动不同，张紧力并不决定链的工作能力，而只是决定垂度的大小。 164 辅助设备的选择4.1 输送带的选择输送带是输送装置中的曳引构件和承载输送构件，本清洗机中输送带采用不锈钢丝编织而成，钢丝直径为 1.5mm，钢丝骨架由连接轴组成，输送带总长度为 6.8 米，其中输送带上链式结构为自行设计钢丝网采用外购。其中钢丝直径 d=1.5mm，网格大小为10mm10mm。输送带总长度 C6.8m。4.2张紧机构的设计输送带张紧装置：使输送带具有足够的张力，并限制输送带在个托辊间的垂度。在该清洗机中采用调节螺母调整改向滚筒横向移动来张紧输送带。链轮张紧装置：链传动张紧的目的是为了避免在链条的松边垂度过大时产生啮合不良和链条的振动现象，同时也为了增加链条与链轮的啮合包角。采用张紧轮张紧，使它从外向内压紧链条，从而达到张紧目的，另外还可以使链条与链轮的包角增大，使传动效率提高。4.3调整机构的设计输送带必须有调整机构以调整其松紧程度，本设计采用固定框架选用 UCK 轴承底部配有滑道，通过对调整螺栓调整实现对输送带调整的目的。4.4整体槽体的设计在喷射清洗工艺中，缸体的主要作用是容纳输送带在其中输送水果，并且容纳喷淋头所喷射出来的大部分水。缸体的尺寸决定了水果清洗的产量，由于本清洗设备不但在自动化联系清洗上有要求，而且在产量规模化也有一定的标准，所以缸体也有一定的设计要求，应该主要根据实际情况来确定。根据经过我们的分析与计算，确定缸体的内壁尺寸为 1500mm1202mm4mm。外壁与框架进行焊接。由于输送链必须有稳固的基础，采用 4mm 钢板为其制作一槽体，该槽体焊接而成，所有的框架均安装于该槽体之上，该槽体在制作完成之后进行带水试验，以保证其没有泄露点 10。网链式水果清洗机的槽体可谓是机器构造中较为重要的一个部分，其焊接工艺的要求也较为严格。其要有选择合适的焊接方法；合理控制焊接参数；还有接头的设计要合理。这样才能保证水果清洗机的使用寿命，尽量做到外形美观。材料的选择：17经查资料，我们选用不锈钢，经查资料选用材料为 2Cr13，主要用于较重要的钢结构和构件，渗碳零件，压力容器等。从材料性能和经济因素各方面来说，对壁厚的设计为 4 毫米。在下面一排喷头的进水口，我们在缸体壁上开了一个与水管管道同一直径的圆孔，并焊接一同直径的水管，可用弯头实现与泵出水口的连接。在缸体底部设计了两个出水口，用来排放缸内的废水，废水通过专门的管道流到处理系统，经过一系列的处理达到可重复使用的标准，重新回到泵的进水口。4.5泵的选择根据实际生产情况，选用离心泵型号为 11/2BL-6A Y9OS-16 -1.5KW，该离心泵扬程为 16m，流量为 5m3/h。11/2BL-6A 型泵为单级单吸悬臂式直连离心清水泵，转速为 n=2900r/min，功率1.5KW。轴封有填料密封及机械密封两种，通过爪型弹性联轴器与电机联接。按耐磨和耐腐蚀及使用温度，泵的主要部件材料来选择我们所需要机型。为了适应清洗不同种类的水果，我们通过对离心泵的电机进行无机调速，从而达到调压的目的。4.6减速器的选择减速器是在原动机和工作机之间的独立传动部件,减速器多用来作为原动机与工作机械之间的减速传动。根据传动型式，减速器可分为齿轮、蜗杆和齿轮蜗杆减速器，根据形状不同，可分为圆柱、圆锥和圆锥圆柱齿轮减速器，根据传动级数，可分为单级和多级减速器。在本设计选择减速器的类型时，首先根据传动装置总体配置的要求，结合减速器的效率、外廓尺寸或质量、制造及运转费用等指标进行综合的分析比较，以期获得最合理、效果最好的结果。本设计因为是中心轴式的传动，省去了皮带轮等传动部件，所以选用摆线针轮减速器，根据前面计算可知选择功率 1.5kw，综合分析选择传动比 43 的型号比较合适，满足设计要求。通过查阅机械工程师手册表 19-114 选择型号为 XWD 8125-4317-1.5KW 的摆线针轮减速器。185 主要部分零件的设计计算及校核5.1 轴的设计计算5.1.1 初算轴的直径（1）联轴器和滚动轴承的型号是根据轴端直径确定的，而且轴的结构设计是在初步计算轴径的基础上进行的，故要初算轴径。轴的直径可按扭转强度法进行估算，即 10：(336)3p/ncd式中：P轴传递的功率，kw；n轴的转速，r/min； c由轴的材料和受载情况确定的系数。表 4 各种材料系数 c 的取值范围Table 4, various materials coefficient of c scope轴的材料 Q235 120 35 45 40Cr,35siMnc 160135 135118 118107 10798轴的材料一般为优质碳素钢。c 取值时应考虑轴上弯矩对轴强度的影响，当只受转矩或弯矩相对转矩较小时，c 取小值；当弯矩相对转矩较大时，c 取大值。由于滚筒的转速低转矩较大且弯矩小，故 c 应取较小值，在这里我们取 c 为 100。所以： =42.55 mm 318/5.0d初算轴径还要考虑键槽对轴强度的削弱影响。当该轴段截面上有一个键槽时，d 应增大 5% ；两个键槽时，d 应增大 10% 。在本轴的设计中，轴上有一个键槽。所以： = 42.55(1+5%)=44.67 mm d圆整取轴的直径为 45mm。（2）轴的类型和功用阶梯轴，转轴（传递扭矩又承受弯矩）（3）轴的材料45# 碳素钢；特点：具有较好的综合力学性能，价格便宜，没满足本设备要求。热处理方法：调质或正火处理。19轴的毛坯：圆钢（直径较小而又不太重要时） 。5.1.2 轴的结构设计1) 设计成阶梯轴，此轴的装配简单（先右后左） ，形状如设计图纸所示。另外，为便于轴上零件装拆，在轴的设计时考虑在轴的两头加工倒角：45。各键槽设计在同一圆柱母线上，且尽量选用同一截面尺寸的键。2) 轴上零件的定位 轴向定位：轴肩 特点：结构简单，定位可靠 ，可承受较大的轴向力轴端挡板 特点：可承受剧烈振动和冲击。周向定位：键共有定位：紧定螺钉 注意： 轴肩或轴环圆角半径 R 必须小于相配零件的倒角 C1 或圆角半径 R1。 轴肩定位、轴环定位、套筒定位、弹性挡圈定位、螺母定位高度大于相配零件的倒角 C1 或圆角半径 R1。 对于标准件的定位尺寸要查标准件标准。3）减速器轴轴段直径和长度的确定各轴段所需的直径与轴上的载荷大小有关。初步求出的直径作为承受扭矩的轴段的最小直径 dmin，然后再按轴上零件的装配方案和定位要求，从 dmin 处起逐一确定各段轴的直径。=100(0.750.7/16)1/3=34.65mm61133319.502TPAn=1000.314=31.4mm6223332.TdP功率，n转速，A材料系数。 查手册取标准直径 d1=35mm；d2=32mm则这两个直径即为链轮轮毂部的轴径，而在链轮设计时查表知轮毂的孔径必须小于 34mm，所以满足要求；而选用的减速器的出轴孔径为 28mm，也符合要求。再由轴肩的高度规则我们选用 30mm 的过渡轴。考虑到加工和装配等问题，我们采用同样轮毂孔径的链轮，也就是说，减速器伸出轴与链轮轮毂联接部的轴径亦是 28mm。极限偏差为 j6.根据减速器的尺寸参数可知，伸出轴的装配孔长度分别为 112mm 和 92mm，再由以上的原则可以设计与减速器装配的长度分别为 110 和 90mm；又链轮的轮毂孔长度分别为 40mm 和 25mm，则与链轮装配的轴长分别为 38mm 和 23mm；而由链轮之间的装配空间可知，链轮的右侧距离减速器出轴断面 70mm 和 37mm，则中间轴的长度分别为 37mm 和2012mm。形状及其结构尺寸如图纸 4-2 所示 11。5.2 轴的受力分析及强度校核5.2.1 水果清洗机的轴用键受力分析水果清洗机上主要传递扭矩处为：两链轮与主轴处，该处轴径为 d=45mm，从机械设计书本中的表 6-1 可以查出在此处所用键为 bxh=14x9，下面对此处键进行受力分析及强度校核 7。图 5 主轴的简图根据轴的使用情况，可知该轴为转动轴，主要承受扭矩。则按扭矩强度条件计算。考虑还受有不大的弯矩，则用降低许用扭矩切应力的方法予以考虑1.轴的扭矩强度条件为： TTdnPW32.095式中： 扭转切应力，单位为 MPa；T轴所受的扭矩，单位为 ；mNW T轴的抗扭截面系数，单位为 mm ；3n轴的转速，单位为 r/min；P轴传递的功率，单位为 KW；d计算截面处轴的直径，单位为 mm许用扭转切应力，单位为 MPaT此轴选用 45 号钢， 值为 2545MP a之间T而通过对轴的计算， 5.1MP a; =8.5MPaminmxT,故轴的扭转条件符合要求。T5.2.2 按弯扭合成应力校核轴的强度条件计算此轴的图 4-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21面）的强度，由 2 简图可知，其危险截面为链轮所在支点处截面，根据机械设计书中式（15-5）及上表中的数值，并取 ，轴的计算应力3.07651.0)920(187)( 32222 WTMca aMP60a以选定的轴的材料是 45 号钢，调制处理。由表 15-1 查得 60MP a。故安全。15.2.3 轴的扭转刚度校核计算轴的扭转变形用每米长的扭转角 来表示ZPILTLG141073.5式中：T轴所受的扭矩，单位为 mNG轴的材料的剪切弹性模量，单位为 MPa，对于钢材，G MPa410.8轴截面的极惯性矩，单位为 mm ，对于圆轴，PI 4PI32dL阶梯轴受扭转作用的长度，单位为 m.分别代表阶梯轴第 段上所受的扭矩、长度和T, 极惯性矩，单位同上 Z阶梯轴受扭转作用的轴段数 综合上式计算出 =0.32(。 )/m为轴每米长的允许扭转角，与轴的使用均合有关，对于一般的传动轴，可取=0.5-1(。 )/m；对于精密传动轴可取 0.25-0.5( 。 )/m。对于精度要求不高的轴， 可大于 1(。 )/m。 显然对于本设计中所涉及的轴为一般的传动轴， ，符合扭转刚度要求。综上所述，设计的轴满足工作要求。 5.3 键的选择及其校核键联接时，通常被联接的材料构造和尺寸已被初步决定，联接的载荷也已求得。因此，可根据联接的结构特点使用要求和工作条件来选择键的类型，再根据轴的径从标准中选出截面尺寸并考虑毂长选出键的长度，然后用适当的校核计算公式强度验算。尺寸根据轴径从相应标准中选取。键的长度按轮毂长度选取。根据工况条件，在轴和联轴器的联结时主要传递转矩且无轴向的窜动，所以选择此处选择半圆键联接即能满22足要求。普通平键主要靠两侧面的挤压来传递转矩，平键连接具有结构简单，对中性良好，装拆方便，应用极其最广，并在市场中占据较大市场，它也适应于高速、高精度或承受循环、冲击载荷的场合。普通平键按构造分，有圆头（A 型） 、平头（B 型）及单圆头（C 型）三种。单圆头（C 型）常用于轴端与毂类零件的连接。由于联接为轴头开槽联接，与之适用应选用C 型普通平键，国家标准代号为键 149 GB 1096。联轴器的轮毂的长度为 60mm ,从机械传动装置设计手册表 18-4 中，我们查得键的公称尺寸 10：bh =149 b键宽,单位 mmh键高,单位 mm键的材料采用抗拉强度不小于 600Mpa 的钢，常用 45 号钢。键槽表面的粗糙度：轴槽，键槽宽度 b 两侧的表面粗糙度参数 Ra 值推荐 1.6-3.2um。平键连接传递转矩要求强度的校核，选择好的键，便是校核其强度是否满足实际工作的需要。一般在传动过程中受的是剪力，所以选择的键是否合适就是校核剪切应力是否满足要求。5.3.1 减速机轴上键的选择根据减速机轴径和轮毂长度从标准中选择键的尺寸如下表和图中所示。表 5 键的各参数轴 键 键槽宽度 b 深度 半径 r公 称直径d/mm公称尺寸bh/mm公称尺寸b/mm极 限偏 差轴t/mm毂t1/mm最小/mm最大mm3087 8 -0.015-0.0514.0 3.3 0.16 0.2523图 6 键的结构图假设压力在键长度内均匀分布，则根据挤压强度或耐磨性的条件计算，求得联接所能传递的转矩：1124ppThldhld=1/4x7x40x28x150=588 N.m 20 N.m故能满足电动机在满载荷时所需转矩。5.3.2 水果清洗机的轴用键校核1）输入轴上键的选择及校核输入轴伸出的输出端与小带轮联结需用键实现周向固定。输入轴传递的转矩为 T=9.55 160/980=1.56 Nmm,与轴的周向定位可610610用 A 型普通平键联接, 按 d=14mm 进而从相关手册中查得到平键的尺寸为: bhl=14960 , 为保证输入轴与带轮具有较好的对中性,取带轮与输入轴的配合为 H7/r6.键联接选择计算,普通平键在轴上传递转矩 T 时,键的工作面受到压力 N 的作用,工作面受挤压,键受剪切,失效形式是键、轴槽和轮毂槽三者中最弱的工作面被压溃和平键被剪坏。当键用 45钢制造时，主要失效形式为压溃，所以通常只进行挤压强度计算。假定挤压应力在键的接触面上是均匀分布的，此时挤压强度条件是：N/mm2 ppdklT2键的受力简图如下图所示：24图 7 轴键设计参数示意图其中 k 是键与轮毂（或轴槽）的接触高度，mm，k=h/2 ,查设计手册得到 k=7 mm, 为键的工作长度， b 为键的宽度 。l查手册得到45 钢在冲击载荷静联接下键的许用挤压应力 为p60100 2/mN此时联结带轮和输入轴的键的挤压强度为 621.5097()34.8/ppTdkl从上面计算可得出输入轴键的强度能够满足强度要求。2）输出轴上键的选择及校核输入轴上有两处需布键以实现动力的传输：输入端的链轮与轴以及减速机输出端的轴与链轮。键材料用#45 钢，其 =60100 。P2/mN1.输入轴即带轮轴上的转矩 T=2.43 Nmm,带轮与轴的周向定位可用 A610型普通平键联接, 按 d=45mm 进而从相关手册中查得到平键的尺寸为: bhl=14960 。键的选择计算,与上面的一样，普通平键在轴上传递转矩 T 时,键的工作面受到压力 N 的作用,工作面受挤压,键受剪切,失效形式是键、轴槽和轮毂槽三者中最弱的工作面被压溃和平键被剪坏。带轮与轴的连接的键可采用45 钢，所以它的主要失效形式为压溃，所以通常只进行挤压强度计算。假定挤压应力在键的接触面上是均匀分布的，此时挤压强度条件是：pdklT10*22/mN将已知数据代入挤压强度公式得25p62.43108()33.0 P从上面计算可得出链轮处轴上键的强度能够满足强度要求。查机械设计书本中表 6-1 可知，选用 A 型普通平键，其尺寸为：bhl=14960,为了确保证链轮与轴具有合适的对中性,取链轮与轴的公差配合为 H7/r6。将已知数据代入挤压强度公式，有pdklT22/mN6.43108(2)114 /P由上述计算得到单个平键的强度不够，但差得不多，故采用双键联接。3）链轮轴键的选择及校核链轮轴上总共有两处需要布键：链轮与轴的采用轴向固定轴上的扭矩：T1.24 10 N.mm7键材料用#45 钢，其 =60100 。与链轮配合的轴直径 d35mm，查P2/mN相关手册，键联结的强度计算公式如下：20p pgmTzhlD2/N式中 T转矩（Nm） ；各齿间载荷不均匀系数，通常 0.70.8；Z 齿数； 齿的工作高度（mm）, =（D-d）/2-2c，c 为倒角尺寸；ghgh齿的工作长