柚子剝皮切片取核機(jī)的設(shè)計(jì)

IIIIII摘要人們的生活品質(zhì)在不斷的攀升，柚子這種水果也進(jìn)入了千家萬戶，成為了人們?nèi)粘Ｊ秤玫乃?，延伸出來的水果深加工成為了現(xiàn)在水果消費(fèi)市場(chǎng)的趨勢(shì)，因此，研究一臺(tái)柚子剝皮切片取核機(jī)很有意義。論文中介紹了柚子剝皮切片取核機(jī)的整體性設(shè)計(jì)，送入部分、離心分離機(jī)構(gòu)、分塊機(jī)構(gòu)、皮帶傳送機(jī)構(gòu)、離心分離機(jī)構(gòu)、送出部分組成，送入部分是一個(gè)傳送長(zhǎng)帶。離心分離裝置是由抓緊裝置、去頂部裝置和果皮果肉分離刀具組成。在抓緊功能的實(shí)現(xiàn)中，是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)曲柄運(yùn)動(dòng)，同步運(yùn)動(dòng)軸帶動(dòng)抓緊裝置主體部分上下移動(dòng)，從而帶動(dòng)抓手的縮緊和松弛，主體部分往上移動(dòng)時(shí)，抓手會(huì)放開，主體部分往下移動(dòng)時(shí)，抓手會(huì)縮緊。在去除頂部部分中，運(yùn)用到搖桿機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)從而使頂部完成切除。在果皮果肉分離刀具的運(yùn)動(dòng)中，由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)當(dāng)中各部分機(jī)構(gòu)的連接緊湊，在將已經(jīng)分塊好的果皮果肉送入到離心分離機(jī)構(gòu)中運(yùn)用了帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳輸，最后運(yùn)用Creo4.0建立三維模型進(jìn)行仿真分析，實(shí)現(xiàn)整體機(jī)械的三維立體，了解各零部件間的裝配情況和相互干涉情況。本設(shè)計(jì)加入了離心分離裝置裝置和離心分離裝置，提高了剝皮和切片的成功率，提高了水果深加工的效率。關(guān)鍵詞：柚子剝皮；切片機(jī)構(gòu)；離心分離裝置；仿真分析目錄TOC\o"1-2"\h\u977第一章緒論 198121.1研究背景 138771.2國內(nèi)外對(duì)柚子剝皮取核的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題 1112911.3柚子剝皮切片取核機(jī)主要研究?jī)?nèi)容 2137381.4柚子剝皮切片取核機(jī)擬解決的問題 49201.5本章總結(jié) 430257第二章柚子剝皮切片取核機(jī)方案擬定 5298642.1設(shè)計(jì)技術(shù)要求及工作原理 5297362.2規(guī)格參數(shù)和主要設(shè)計(jì)要求 5194342.3主要設(shè)計(jì)思路 6115372.4本章總結(jié) 720167第三章機(jī)器主要零部件的設(shè)計(jì) 8242813.1離心分離裝置設(shè)計(jì)計(jì)算 8166313.2螺旋推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8199173.3離心分離機(jī)構(gòu)中的帶輪的設(shè)計(jì) 938783.4U型固定支座的設(shè)計(jì) 10202823.5曲柄搖桿切刀的設(shè)計(jì) 1039893.6滑塊的設(shè)計(jì) 12261023.8電機(jī)的主軸和聯(lián)軸器的選擇 1243323.9本章小結(jié) 1326735第四章關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 14288374.1電動(dòng)機(jī)的機(jī)型選用 1492014.2鍵連接的選擇與計(jì)算 17321784.3槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 18202794.4二級(jí)直齒圓柱齒輪減速器的計(jì)算 19207984.5錐齒輪的計(jì)算和校核 22283064.6本章小結(jié) 2622222第五章三維建模 2777125.1選擇Creo4.0進(jìn)行的機(jī)構(gòu)模型建立 27179285.2總體模型裝配圖 3068935.3本章總結(jié) 309176第六章總結(jié) 3127127參考文獻(xiàn) 3219941致謝 34第一章緒論1.1研究背景柚子是較為常見的一種熱帶、亞熱帶水果，中國南方多地均有栽植，因?yàn)閾碛斜容^高的食用品質(zhì)和優(yōu)質(zhì)的口感，所以獲得消費(fèi)者的購買熱潮[1]。我國是種植柚子的大國，北緯三十度以下的南方天氣炎熱，北回歸線陽光充足，有較為顯眼的季節(jié)轉(zhuǎn)換，我國四川、福建、廣東梅州、廣西玉林等地有著得天獨(dú)厚的自然環(huán)境條件，非常適合種植柚子，播植范圍廣范，產(chǎn)業(yè)開始急劇增長(zhǎng)。如果只是單一地依靠賣柚子來增加收入，那得到的利潤較低，而且對(duì)于消費(fèi)者來說，價(jià)格也是很難讓人接受，因?yàn)殍肿由砩嫌幸粚雍窈竦钠?，約占柚子總重量的1/4，并且在消費(fèi)者認(rèn)為，雖然知道柚子皮大有用處，但是大家都不太會(huì)利用他的價(jià)值，所以消費(fèi)者只吃柚子的果肉，柚子皮會(huì)被丟棄，所以大家都覺的柚子價(jià)格太高，屬于“貴族”水果。人民的個(gè)人消費(fèi)能力的提高和對(duì)舌尖美味的追求使得大家對(duì)柚子營養(yǎng)價(jià)值的認(rèn)識(shí)加深，而且市場(chǎng)上的柚子汁的價(jià)格是帶皮柚子的幾倍，所以對(duì)柚子進(jìn)行深加工是很有必要的：一是像其他水果類食品進(jìn)行深加工，利潤很高；二是現(xiàn)在食品養(yǎng)生概念深入人心，柚子的全身上下都是寶包括果核，果肉，果皮，其市場(chǎng)價(jià)值不可估量，各種品種的柚子的果皮部位和果肉中含有充足的抗壞血酸、多酚酶，植物蛋白等成分，做成飲料或者乳制品，有利于廣大農(nóng)民群眾獲得更高的利潤。柚子剝皮榨汁是柚子深加工的第一步，必須首先解決。在廣西玉林等柚子種植地區(qū)，為了柚子的完整性和存儲(chǔ)性，大多整只銷售，利潤低，食品工業(yè)利用程度低。所以研究一臺(tái)柚子剝皮切片取核機(jī)很有意義。1.2國內(nèi)外對(duì)柚子剝皮取核的發(fā)展現(xiàn)狀和存在的問題在我國廣東等等發(fā)達(dá)省市，柚子的加工絕大部分都經(jīng)過機(jī)械化流水線生產(chǎn)[3]，包括采摘、清洗、分揀、包裝等處理[4]，柚子果肉機(jī)械化加工[5]，通過剝皮機(jī)剝皮，從而鑒別甜度，在進(jìn)入不同的區(qū)域進(jìn)行包裝。非發(fā)達(dá)省份的種植地區(qū)柚子工業(yè)化方面的生產(chǎn)程度較輕，在一些農(nóng)家地方將柚子從果樹上取下之后直接銷售[6]。對(duì)地區(qū)特色農(nóng)業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)生態(tài)鏈的形成造成不利影響。一些對(duì)柚子進(jìn)行深加工的企業(yè)，一般都不會(huì)用機(jī)器進(jìn)行加工，而是用手工，用水果刀將柚子果皮部分按十字切法將柚子的皮撥開，然后進(jìn)行人工挑核，實(shí)現(xiàn)對(duì)柚子實(shí)現(xiàn)加工，這種加工方式比較傳統(tǒng)，比較費(fèi)時(shí)和造成較高的人工成本。人工剝皮方法：用水果刀將柚子額部頂端皮去除，將柚子劃成4分，然后用手將其掰開。用手掰開之后將拇指放到果核中空部位，發(fā)力將其掰開里面的果囊，最后只用一撐就能打開。柚子的皮切開后盡量食用，未能食用部分要進(jìn)行低溫保存。機(jī)器剝皮方法一（半剖分離法）：用刀具將柚子從中間部分往橫向旋轉(zhuǎn)切開，將柚子皮分成兩半，再將一個(gè)去核的工具從柚子中間插進(jìn)去，帶動(dòng)柚子旋轉(zhuǎn)，另外將一個(gè)V型的工具進(jìn)入柚子皮剛切的縫中進(jìn)入，移動(dòng)V型塊，柚子皮脫落，取核工具脫開，柚子皮和果核脫落，完成柚子剝皮和取核。機(jī)器剝皮方法二（十字分離法）：將柚子放進(jìn)待加工圓筒里，抓緊裝置和切片裝置同時(shí)移動(dòng)，配合完成了切除柚子皮頂部任務(wù)，將柚子皮的頂部去除之后，再進(jìn)行去皮處理。市場(chǎng)上的柚子去皮切片取核機(jī)發(fā)展中存在以下的幾個(gè)難點(diǎn)：去皮的動(dòng)作復(fù)雜，因此機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)柚子的大小有要求，僅能加工在符合一定尺寸范圍內(nèi)的柚果。我國的柚子機(jī)器加工工藝尚未成熟，自動(dòng)化水平較低，工藝水平不高，因此柚子加工的成本較高。柚子種植水平不高，范圍不大，受眾性不廣，因此制造機(jī)器的成本巨大，一般的小型企業(yè)不愿意購買。1.3柚子剝皮切片取核機(jī)主要研究?jī)?nèi)容1柚子的尺寸：針對(duì)不同品種的柚子，我們通過收集各項(xiàng)數(shù)據(jù)并且總結(jié)計(jì)算，總結(jié)出各種柚子品種的共同特點(diǎn)和個(gè)異特點(diǎn)，設(shè)計(jì)一臺(tái)較匹配市場(chǎng)較大的沙田柚、福建觀溪蜜柚的柚子去皮切片取核機(jī)。2柚子皮的厚度：通過不斷的農(nóng)業(yè)培育，柚子的品種越來越多，果皮在各類別的品種之間有著不同的厚度，柚子皮的柔韌性都有很大的差距，對(duì)去皮機(jī)器的運(yùn)動(dòng)構(gòu)造和去皮方式都具有深遠(yuǎn)影響。3柚子過囊的大小以及果囊瓣片之間的間隙：果囊的大小直接影響了機(jī)器的下刀力度，如果力度小了，則不能將其完全切成四份，所以離心分離裝置的切入深度，擠壓力度等需要慎重選擇。關(guān)于柚子剝皮切片取核機(jī)的主要研究?jī)?nèi)容研究：1.柚子的大小與形狀問題：由于根據(jù)生長(zhǎng)環(huán)境地域、施種方式的不同，柚子的尺寸和形態(tài)也會(huì)有一些差異，為了保證柚子的高去皮率和去核率，抓緊裝置部分采用了凸輪與彈簧構(gòu)成的彈性抓緊裝置和頂部去除部分同樣采用了凸輪與彈簧構(gòu)成的切除機(jī)構(gòu)。2.柚子的分離：柚子的分離是實(shí)現(xiàn)機(jī)械功能的重要的一步，是用果皮果肉分離刀對(duì)柚子進(jìn)行去皮，分離成四部分，對(duì)柚子進(jìn)行皮肉分離。3.柚子的分塊：柚子的分塊是實(shí)現(xiàn)去皮的重要部分，是實(shí)現(xiàn)去皮取核的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)功能簡(jiǎn)便方法。4.果皮果肉果核離心分離機(jī)構(gòu)：該機(jī)構(gòu)為整個(gè)機(jī)器功能的重要功能，擔(dān)負(fù)整個(gè)功能環(huán)節(jié)的關(guān)鍵機(jī)構(gòu)，因此該機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)尺寸和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要考慮到平穩(wěn)性和緊湊性問題。5.選擇設(shè)計(jì)的品種對(duì)象可以得出坪山柚、金香柚的果心不發(fā)達(dá)，果心空而大，因此較容易剝開。各種柚子品種的果皮厚度是有所不同的，有些會(huì)比較薄而有些會(huì)比較厚，果肉含量不一樣。水果的形態(tài)也大相徑庭，如在沙田柚品種中果的形態(tài)如同梨形或如羊額狀，坪山柚和金香柚果形都呈現(xiàn)橢圓形，并且內(nèi)部果心較小。由于沙田柚口感總體較好，柚子皮的厚度和果心的大小在所有的品種中中規(guī)中矩，因此，柚子可食用部分占比大于70%，市場(chǎng)廣闊，所以本次設(shè)計(jì)是以沙田柚的規(guī)格來進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)的。綜合上面的研究?jī)?nèi)容，以及目前市場(chǎng)的需要，提高柚子產(chǎn)業(yè)的自動(dòng)化生產(chǎn)和水果深層次加工，提升柚子產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)銷售效益，本次選用沙田柚為柚子剝皮切片取核機(jī)研究對(duì)象，通過機(jī)械結(jié)構(gòu)分析、計(jì)算、仿真，設(shè)計(jì)一款能夠高效地剝皮取核的機(jī)器，從而使得生產(chǎn)和加工的工業(yè)成本下降，提升柚子深加工的流水效率，為本次機(jī)械設(shè)計(jì)的重要方向與目標(biāo)。1.4柚子剝皮切片取核機(jī)擬解決的問題1離心分離裝置、抓緊裝置、傳送裝置、果皮果肉離心分離機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要滿足功能的要求。2解決果皮果肉離心分離機(jī)構(gòu)的緊湊和傳動(dòng)穩(wěn)定性的問題。3解決機(jī)架的設(shè)計(jì)布局問題。4利用Creo4.0或Pro/Engineer，進(jìn)行機(jī)構(gòu)建模仿真分析和動(dòng)畫演示。1.5本章總結(jié)本章通過對(duì)柚子的各品種的規(guī)格和市場(chǎng)因素的研究，綜合選擇出研究品種，分析實(shí)現(xiàn)功能所需要的機(jī)構(gòu)尺寸要求和設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，綜合確定和機(jī)器設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的總目的和總要求。

第二章柚子剝皮切片取核機(jī)方案擬定2.1設(shè)計(jì)技術(shù)要求及工作原理（1）柚子剝皮切片取核機(jī)的設(shè)計(jì)包括了送入部分，切除頂部部分、分離部分、離心分離機(jī)構(gòu)部分，和切片分離部分，其中傳輸部分中配置了三個(gè)伺服電動(dòng)機(jī)，每個(gè)電動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)的功能部分不同：第一個(gè)電動(dòng)機(jī)負(fù)責(zé)果子的抓緊，去頂部和用膨脹十字刀機(jī)構(gòu)對(duì)柚子進(jìn)行皮肉分離；第二個(gè)電機(jī)為傳動(dòng)帶的傳動(dòng)和壓輪的轉(zhuǎn)動(dòng)提供動(dòng)力支持；第三個(gè)電動(dòng)機(jī)需要有較高的傳動(dòng)速度，其結(jié)構(gòu)要緊湊，配合要精確，運(yùn)行要穩(wěn)定，離心分離機(jī)構(gòu)的工作原理就是利用高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力將分離的果皮和果核分離出去，進(jìn)入分別的收集器里完成機(jī)器的功能實(shí)現(xiàn)。此次設(shè)計(jì)還運(yùn)用了膨脹十字刀結(jié)構(gòu)對(duì)柚子進(jìn)行分離，膨脹刀的設(shè)計(jì)原理跟破開的竹筒的工作原理是一樣的，是根據(jù)人們用竹子籠子對(duì)高處的果子采摘的生活經(jīng)驗(yàn)去實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的。膨脹十字刀結(jié)構(gòu)所采用的材料是彈性、韌性和抗腐蝕性能好的45鋼，柚子剝皮切片取核機(jī)的總體結(jié)構(gòu)圖，如圖2-1所示。圖2-1柚子剝皮切片取核機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖1.電機(jī)12.減速器13.錐齒輪系14.滑塊機(jī)構(gòu)15.抓緊機(jī)構(gòu)6.傳送帶7.電機(jī)28.減速器29.齒輪系210.支座11.轉(zhuǎn)盤12.滑塊機(jī)構(gòu)213.連接桿14.果肉果皮分離一體刀15.推動(dòng)葉片16.送料管道17.傳動(dòng)帶218、19.離心分離機(jī)構(gòu)20.從動(dòng)帶輪21.出料口22.皮帶23.主動(dòng)帶輪24.旋轉(zhuǎn)切片裝置25.電機(jī)32.2規(guī)格參數(shù)和主要設(shè)計(jì)要求柚子剝皮切片取核機(jī)主要包括三部分的設(shè)計(jì)要求，第一個(gè)要求是曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與擋板運(yùn)動(dòng)之間配合的要求，第二個(gè)要求是曲柄滑塊運(yùn)動(dòng)與切刀和抓緊裝置之間的配合要求，第三個(gè)要求是離心分離機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)要求，綜合考慮設(shè)計(jì)參數(shù)要求如表2-1所示：表2-1整機(jī)的參數(shù)要求項(xiàng)目參數(shù)要求柚子切分合格率≧98%果皮果核分離合格率≧95%整機(jī)結(jié)構(gòu)形式落地機(jī)架式整體實(shí)現(xiàn)功能將柚子果皮和果核分離，并且將果皮切片機(jī)械尺寸（長(zhǎng)×寬×高）/mm1400×650×800機(jī)器效率1125kg/h2.3主要設(shè)計(jì)思路本設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下：1.離心分離機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案一：采用膨脹果肉果皮分離刀分離法進(jìn)行削皮果皮果肉分離部分又主要包含曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和膨脹果肉果皮分離刀組成，這兩個(gè)機(jī)構(gòu)連接的是電機(jī)1，速度經(jīng)過減速器之后變慢，穩(wěn)定地執(zhí)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，根據(jù)加工步驟，柚子放進(jìn)加工送入裝置之后按照循序首先抓緊裝置會(huì)將柚子抓緊，之后去頂部裝置會(huì)將柚子頂部的額去掉，之后會(huì)縮回去，當(dāng)去除頂部裝置回程之時(shí)，由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的膨脹果肉果皮分離刀慢慢下降，對(duì)柚子進(jìn)行分離，當(dāng)一體刀將柚子切成四份時(shí)（也就是滑塊的推程達(dá)到最大值時(shí)），有急回功能的曲柄滑塊能夠很快的往反運(yùn)動(dòng)，曲柄滑塊的推進(jìn)和退出帶動(dòng)擋板的開啟和關(guān)閉。方案二：采用旋轉(zhuǎn)刮刀削皮的的方式進(jìn)行削皮，該機(jī)器一般用在可以丟棄果皮的加工當(dāng)中。方法三：采用往返擠壓機(jī)構(gòu)，用膨脹果肉果皮分離刀分離刀具按曲柄滑塊往返運(yùn)動(dòng)對(duì)其進(jìn)行分離，其構(gòu)造簡(jiǎn)便，取材節(jié)約成本，作業(yè)產(chǎn)能好。綜合考慮，方案一的實(shí)際效果比方案二好，符合經(jīng)濟(jì)性和合理性，其加工方法簡(jiǎn)單，加工準(zhǔn)確，第三個(gè)方案又比第一個(gè)方案好，因此采用方案三。2.抓緊裝置的設(shè)計(jì)抓緊裝置主要包括了滑塊機(jī)構(gòu)、同步軸、切刀和抓緊機(jī)構(gòu)構(gòu)成，電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，傳動(dòng)軸連接曲柄，曲柄與滑塊連接在一起，將曲柄的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成上下的移動(dòng)，帶動(dòng)上下移動(dòng)的連桿移動(dòng)，從而促使抓緊抓盤按照固定路徑進(jìn)行滑行，實(shí)現(xiàn)抓緊裝置的抓緊功能，保證抓緊機(jī)構(gòu)將柚子的腰部緊緊的壓實(shí)之后切刀才可以進(jìn)行推程切除頂部。3.傳送裝置的設(shè)計(jì)通過將柚子分成四份的步驟，曲柄滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)膨脹果肉果皮分離刀退上的同時(shí)，曲柄滑塊連桿與擋板連桿相連接，當(dāng)曲柄滑塊帶動(dòng)連桿往上移動(dòng)的時(shí)候，會(huì)使擋板退開，柚子掉下來會(huì)被分塊機(jī)構(gòu)橫切成三分，通過電機(jī)2傳動(dòng)動(dòng)力的傳動(dòng)皮帶將分塊好的柚子送入到離心分離機(jī)構(gòu)。4.離心分離機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)離心分離機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將切塊和分塊后的柚子進(jìn)行高速旋轉(zhuǎn)，果核和果皮最終會(huì)通過分離機(jī)構(gòu)中的間隙分離出去，果肉會(huì)順著內(nèi)螺旋引導(dǎo)，推到果肉出口收集器里，從而完成果肉果核和果皮之間的分離。5.齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)齒輪尺寸大小傳動(dòng)比和齒數(shù)模數(shù)根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)計(jì)，要求齒輪具有正確的嚙合運(yùn)動(dòng)和準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，在工作性能和力學(xué)性能上根據(jù)實(shí)際需要來進(jìn)行設(shè)計(jì)。7.驅(qū)動(dòng)電機(jī)的設(shè)計(jì)電機(jī)的尺寸規(guī)格根據(jù)市場(chǎng)現(xiàn)有的產(chǎn)品同時(shí)結(jié)合機(jī)器的實(shí)際工作功能來進(jìn)行選擇，如執(zhí)行兩個(gè)帶傳動(dòng)的電機(jī)不是機(jī)器里最重要的功能，切帶傳動(dòng)的實(shí)現(xiàn)要求較低，因此在選擇執(zhí)行帶傳動(dòng)部分的電機(jī)應(yīng)選擇質(zhì)量好、功率和耗能較低的電機(jī)。8.支架的設(shè)計(jì)機(jī)架的設(shè)計(jì)按照結(jié)構(gòu)緊湊，功能平穩(wěn)，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，材料重量較輕，易于挪動(dòng)和安置等設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。2.4本章總結(jié)本章主要闡述了柚子剝皮切片取核機(jī)的各部分的設(shè)計(jì)方案，闡述機(jī)械的工作原理和機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)圖，由此對(duì)機(jī)械的性能配置剖析，為接下來的計(jì)算和仿真打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

第三章機(jī)器主要零部件的設(shè)計(jì)3.1離心分離裝置設(shè)計(jì)計(jì)算果肉分離果皮分離一體刀的整體規(guī)格設(shè)計(jì)如下表述：果肉分離果皮分離一體刀主要構(gòu)成包括中心圓形部分，用來初步分離果核。以沙田柚為例，橫徑通常有100mm以上，果心簇?fù)砑s10mm的果核繞果心軸線環(huán)形分布在瓢囊里，柚子整只重800g-2500g因此要分離果核果皮的重點(diǎn)是應(yīng)該要有較大的旋轉(zhuǎn)速度和較大的電機(jī)功率，果皮的厚度大約是6-8mm，因此，分離間隙約為10mm，果核和果皮都可以通過分離間隙進(jìn)入到收集區(qū)區(qū)域，離心分離器分離間隙距離入口77mm，寬約為10mm兩個(gè)頂點(diǎn)之間的距離為165mm兩間隙之間的最小距離約為15mm，總共有24個(gè)間隙口對(duì)稱分布在兩側(cè)，間隙分離區(qū)總共長(zhǎng)度為450mm，呈環(huán)形分布，間隙傾斜角度約為右傾80度。離心分離機(jī)構(gòu)大圓筒直徑為225mm，上下垂直空間距離38mm。間隙傾斜角度約為右傾80度時(shí)分離效果最好。因此通過柚子果皮的的大小尺寸，本次設(shè)計(jì)將分離滾筒長(zhǎng)度設(shè)置為450mm，間隙長(zhǎng)度為，間隙之間的距離為10-16mm一側(cè)的直徑為225mm，另一側(cè)的直徑為205mm，形成一個(gè)傾角，更加有益于將柚子皮往下面甩出，同時(shí)將離心分離機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速設(shè)為400r/min。3.2螺旋推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)螺旋推桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：根據(jù)柚子果的大小、厚度，以及加工情況，將推動(dòng)果片前進(jìn)并進(jìn)行分離工作，將推進(jìn)功能的機(jī)構(gòu)設(shè)置為螺旋推桿推動(dòng)機(jī)構(gòu)，螺旋推桿機(jī)構(gòu)可以將法向的傳動(dòng)轉(zhuǎn)化為橫向的傳動(dòng)，通過齒輪將力從電動(dòng)機(jī)平穩(wěn)的傳輸?shù)铰菪茥U推動(dòng)機(jī)構(gòu)中，螺旋推桿機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)將進(jìn)入到離心分離滾筒的柚子片進(jìn)行勻速的往前方推動(dòng)，不斷地將柚子里的果核果皮從間隙的中間里分離出去，往前推動(dòng)450mm之后，柚子片里的果核和果皮基本被分離出去，剩下的果肉則會(huì)繼續(xù)唄螺旋推桿機(jī)構(gòu)往前推動(dòng)，當(dāng)?shù)竭_(dá)離心分離機(jī)構(gòu)的出口時(shí)，螺旋推桿機(jī)構(gòu)會(huì)將其推出去從而實(shí)現(xiàn)就整個(gè)分離的流程。因?yàn)橐c旋轉(zhuǎn)滾筒配合，因此，尺寸配合的要求較高。最右邊是與齒輪配合的齒輪軸結(jié)構(gòu)，齒輪與軸之間的連接是平鍵連接，由于用于配合齒輪的軸的半徑為23.5mm，因此根據(jù)參考資料得出平鍵的主要尺寸表（GB/T1095,1906-2003）取得平鍵的寬和高是14×9。螺旋推桿機(jī)構(gòu)伸出較長(zhǎng)，因此設(shè)計(jì)需要將螺旋推桿機(jī)構(gòu)擁有兩處支撐部分，共同承擔(dān)螺旋推桿機(jī)構(gòu)所產(chǎn)生的里和轉(zhuǎn)矩。中間的支撐部分的長(zhǎng)度為42，螺旋推桿機(jī)構(gòu)與機(jī)架之間是軸承連接。連接處之間的周向固定是平鍵連接，此處配合軸段的直徑是φ30mm，長(zhǎng)度是28mm，軸承的承受面積是7935mm。由于離心分離滾筒的工作區(qū)域的長(zhǎng)度為450mm，且螺旋推桿機(jī)構(gòu)的螺旋推桿部分需要留足夠的的工作長(zhǎng)度，因此預(yù)算螺旋的總長(zhǎng)500mm?？紤]到螺旋旋葉承受的力不大，主要起到推動(dòng)作用，為了節(jié)省材料因此設(shè)計(jì)的葉片厚度為2.5mm，螺旋半徑為R70.25mm，被分塊后的柚子片的厚度約為30mm~40mm之間，設(shè)計(jì)螺旋的螺距為80mm，可使得螺旋葉片在同一位置上能夠同時(shí)推動(dòng)2~3片柚子片。螺旋推桿機(jī)構(gòu)每轉(zhuǎn)一圈，則推動(dòng)柚子片前行80mm，離心分離機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)速度400r/min，螺旋推桿機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度設(shè)置為10r/min，則通過計(jì)算得到螺旋推桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)的速度為13mm/s。如圖3-2所示，螺旋推桿機(jī)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)。圖3-2螺旋推桿機(jī)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)3.3離心分離機(jī)構(gòu)中的帶輪的設(shè)計(jì)離心分離機(jī)構(gòu)的主要作用是通過大功率的選中速度，使得分塊后的柚子滾筒的旋轉(zhuǎn)之中產(chǎn)生較大的離心力，使得柚子的果皮和果核在產(chǎn)生的離心力的作用下甩出去，從而達(dá)到分離的效果，在帶傳動(dòng)中皮帶的選用上，既要使得機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)的過程中能夠傳遞較大的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也要達(dá)到平穩(wěn)而不打滑的效果，去分塊后的柚子重約350g，在離心分離機(jī)構(gòu)中的角速度為π/4，旋轉(zhuǎn)半徑為70.25mm，根據(jù)參考文獻(xiàn)[7]得通過計(jì)算得到柚子分塊后加入離心分離機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的離心力約為151.5N，在之前的計(jì)算分析中，離心分離機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度是450r/min.在帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)中，考慮到皮帶的平穩(wěn)性和打滑問題，因此選用具有較大的摩擦系數(shù)的皮帶類型——V帶。由于V帶的橫截截面為等腰梯狀形態(tài)，其工作為與帶輪相接處的兩個(gè)斜工作面，在底部的部分不與帶輪相接處，因此兩個(gè)斜工作面是主要的受力工作面，查參考文獻(xiàn)[12]得各種截形普通V帶的基本參數(shù)和尺寸標(biāo)準(zhǔn)得ψ=40。查參考文獻(xiàn)[12]，V帶工作面的壓力計(jì)算公式計(jì)算皮帶兩側(cè)截面的受力為在該部分的設(shè)計(jì)中，考慮到V帶需要用較高速度去帶動(dòng)其從動(dòng)輪的旋轉(zhuǎn)，因此V帶傳動(dòng)主動(dòng)輪的輪轂設(shè)計(jì)為實(shí)心輪轂。根據(jù)實(shí)際工作的需要和機(jī)器整體結(jié)構(gòu)的平衡，在V帶規(guī)格的選用上嚴(yán)格執(zhí)行國家標(biāo)注，查參考文獻(xiàn)[12]中各種截形的普通V帶輪輪緣的基本參數(shù)中選擇C型截面，其截面類型的基本參數(shù)包括基準(zhǔn)寬度bd=19，基線向上的輪槽高度hamin=4.8，基線向下輪槽高度hfmax=14.3，槽與槽之間的距離為e=25.5，輪緣的厚度為10mm，查參考文獻(xiàn)[12]V帶輪的基本直徑選用中，按照設(shè)計(jì)中的實(shí)際需求選用V帶輪分度圓直徑132mm的帶輪，由于帶輪的直徑較小，并且無需安裝在高處，其輪轂無需開腹，選用實(shí)心輪轂。V帶的基本參數(shù)中，頂寬b=22.0mm，節(jié)寬bp=19mm，高度h=14mm。3.4U型固定支座的設(shè)計(jì)由于離心分離機(jī)構(gòu)的工作位置距離整體機(jī)架的下表面有一定的距離，根據(jù)設(shè)計(jì)的功能要求，滾筒的中心軸線距離機(jī)架大平臺(tái)平面306mm，其離心分離機(jī)構(gòu)中的滾筒半徑為112.5mm，機(jī)構(gòu)與平面之間的懸空的距離為187.5.要使得U型支架能夠支撐離心分離滾筒，則需要有足夠的支撐點(diǎn)，因此，使用軸承支架來支撐滾筒在固定位置，使得滾筒僅能擁有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的自由度，因此，要安裝一個(gè)內(nèi)徑為205mm的軸承，查參考文獻(xiàn)[12]，得出滾動(dòng)軸承直徑為205mm的代號(hào)查找公式A=D/5=205/5=41,其中D為滾動(dòng)軸承的預(yù)選直徑，A為計(jì)算出的軸承代號(hào)，通過計(jì)算得到軸承的代號(hào)為內(nèi)徑代號(hào)為41。因?yàn)檩S承仍需擔(dān)負(fù)徑直方向的工作載荷，與此同時(shí)也需要擔(dān)負(fù)輕微的對(duì)立雙向載荷，且考慮到的軸承需要擁有較小的摩擦系數(shù)，能夠適用于高速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，符合經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的要求，在眾多類型的軸承中，深溝球滾動(dòng)軸承既能夠承受較大的徑向載荷，并且能夠在高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候能夠代替推力軸承去承受較大的徑向力，且價(jià)格低廉，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，符合設(shè)計(jì)要求，因此選用深溝球軸承用于離心分離機(jī)構(gòu)與U型機(jī)架的銜接。因此選用的軸承代號(hào)為61841.U型固定支架與底座平臺(tái)機(jī)架之間的連接為螺釘連接，螺紋公稱直徑為M20，螺釘為標(biāo)準(zhǔn)件，參照國際標(biāo)準(zhǔn)ISO-4014-M20，在兩個(gè)連接側(cè)面分別裝載兩枚墊片，安裝后由螺母進(jìn)行緊固連接，螺紋孔的位置分別在距離左垂面17mm，法向垂面40mm。3.5曲柄搖桿切刀的設(shè)計(jì)3.5.1支座的設(shè)計(jì)平面曲柄擺桿機(jī)構(gòu)主要用于推動(dòng)裝有刀片的裝置進(jìn)行前后的往復(fù)移動(dòng)，從而達(dá)到對(duì)柚子分塊的功能。教練與曲柄和搖桿之間的連接為銷連接，保留一個(gè)平面旋轉(zhuǎn)的自由度。因此，支座的設(shè)計(jì)主要要考慮到支座是否能夠留有足夠大的半徑使得連桿能夠形成曲柄運(yùn)動(dòng)，考慮到搖桿部分不需要做大幅度的搖擺，因此，做周轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的連桿的長(zhǎng)短能夠直接決定曲柄半徑的大小，從而影響擺桿的擺動(dòng)幅度。通過計(jì)算，假設(shè)預(yù)留最大曲柄半徑70，則設(shè)計(jì)支座的配合銷的軸心距離支架大平面75mm。支座用于支撐曲柄連桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)柚子進(jìn)行分塊，因此所以該支座無需接受很多的軸向力和徑向力，設(shè)計(jì)時(shí)更多考慮的是其結(jié)構(gòu)性和經(jīng)濟(jì)性，設(shè)計(jì)成A型支座比較節(jié)省材料與空間，并且設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，制造工藝簡(jiǎn)單。3.5.2曲柄的設(shè)計(jì)曲柄設(shè)計(jì)：曲柄的作用是通過曲柄的圓周運(yùn)動(dòng)推動(dòng)搖桿進(jìn)行預(yù)定幅度的前后搖擺，從而使分塊裝置前后移動(dòng)，達(dá)到對(duì)柚子進(jìn)行分塊的目的。曲柄的安裝極限長(zhǎng)度不能大于支架平面到支座軸線的高度，即h<=80，考慮到曲柄半徑的大小，因此實(shí)際上h<=75，設(shè)計(jì)行程速比系數(shù)K=1.23，查參考文獻(xiàn)[13]極位夾角計(jì)算公式代入數(shù)值計(jì)算得因此曲柄在68°位置與連桿共線，得到擺桿最小角度，曲柄在176.56°與連桿共線，得到擺桿最大角度ψ=56°，其擺角大小為。查參考文獻(xiàn)[13],擺桿長(zhǎng)度為250mm。擺桿長(zhǎng)度為250mm，曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑為70mm，因?yàn)榍c連接軸來連接，故以39.5mm處為圓心，設(shè)置一直徑φ=22mm的孔和直徑為φ=22mm的半圓，所以曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)部分的長(zhǎng)度應(yīng)為39.5+16=55.5mm,厚度設(shè)為26mm。經(jīng)計(jì)算曲柄軸的直徑為φ=30mm，長(zhǎng)度設(shè)為100mm。3.5.3連接桿的設(shè)計(jì)連接桿的功用為連合四連桿機(jī)構(gòu)中的曲柄和搖桿，用于曲柄和搖桿之間的運(yùn)動(dòng)傳遞。因?yàn)檫B接桿需要需要同時(shí)連接曲柄和搖桿，并且起到至關(guān)重要的作用。連接桿的兩邊都是一個(gè)直徑為φ=100mm的穿透孔，考慮到要與曲柄和擺桿配合，查參考文獻(xiàn)[15],其表面粗糙度設(shè)計(jì)為去表面獲得的表面粗糙度Ra=1.6，搖桿的連接軸和曲柄連接軸的直徑與連接桿的孔的直徑相等，表面直徑為φ=12mm，其表面粗糙度為去除表面加工的方法獲得的表面粗糙度Ra=1.6，為減小其加工誤差導(dǎo)致出現(xiàn)的裝配誤差，其兩個(gè)圓孔和兩個(gè)外圓的同軸度限制在φ=0.03mm以內(nèi)，兩個(gè)孔的中心軸線與連接圓柱的中心軸線的垂直度限制在φ=0.06mm以內(nèi)，兩個(gè)孔的中心軸線連接的長(zhǎng)度是300mm。3.5.4搖桿的設(shè)計(jì)搖桿的設(shè)計(jì)：搖桿作為重要的受力部分和連接的重要部位[17]，部分地方要承受往復(fù)動(dòng)作帶來的磨損，所以選用的材料首先要求耐磨性好，其次是需要硬度高，并且要耐腐蝕，45#鋼符合該條件，因此選用經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的45#鋼。搖桿的作用是通過滑塊和滑軌推動(dòng)分塊機(jī)構(gòu)的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而將柚子分成三個(gè)部分，達(dá)到分塊的效果。經(jīng)過之前曲柄的計(jì)算，曲柄在極位夾角位置時(shí)，搖桿的擺動(dòng)幅度為ψ=56°，擺桿長(zhǎng)度為250mm，分別連接兩端的連桿和支座。搖桿的表面粗糙度的設(shè)計(jì)范圍與曲柄軸的相似，使得兩個(gè)連接孔表面粗糙度Ra=1.6。3.6滑塊的設(shè)計(jì)滑塊的設(shè)計(jì)：該機(jī)器中三個(gè)位置運(yùn)用了滑塊機(jī)構(gòu)，分別是加緊機(jī)構(gòu)中的曲柄帶動(dòng)聯(lián)動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)、加緊機(jī)構(gòu)中加緊元件和聯(lián)動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)、分塊機(jī)構(gòu)中擺桿往復(fù)擺動(dòng)和分塊裝夾裝置的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，主要作用是從一個(gè)簡(jiǎn)單的重復(fù)運(yùn)動(dòng)形式轉(zhuǎn)化為另一種簡(jiǎn)單的重復(fù)運(yùn)動(dòng)，第一個(gè)是將曲柄的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成聯(lián)動(dòng)軸的重復(fù)上下移動(dòng)，第二個(gè)是將聯(lián)動(dòng)軸的上下移動(dòng)轉(zhuǎn)換成加緊元件的松緊運(yùn)動(dòng)。因?yàn)榛瑝K是比較精準(zhǔn)的配合元件，對(duì)此，對(duì)滑塊的形位公差要求和加工表面粗糙度要求相對(duì)較高，以曲柄聯(lián)動(dòng)軸之間的滑塊元件為例，與曲柄連接的部分長(zhǎng)為12mm，圓柱表面粗糙度為Ra=1.6，直徑為的圓和直徑為φ=17.7mm的圓的同軸度為φ=0.05mm。直徑為φ=14mm的圓與兩個(gè)滑動(dòng)平面之間的對(duì)稱度為0.08。3.8聯(lián)軸器的選用依據(jù)聯(lián)軸器的作用是將電機(jī)的主軸與工作連接軸進(jìn)行連接。由前面計(jì)算可知，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸的直徑為φ=28mm，其旋轉(zhuǎn)速度為650r/mm。1.名義轉(zhuǎn)矩計(jì)算：查參考文獻(xiàn)[19]得2.外力偶距計(jì)算：查參考文獻(xiàn)[12]，工作機(jī)為皮帶傳動(dòng)時(shí)，可知道工作實(shí)際狀況系數(shù)KA=1.3，得出聯(lián)軸器的外力偶距：3選擇聯(lián)軸器的型號(hào)：選擇G15型聯(lián)軸器，其參數(shù)由表3-1所示.表3-1聯(lián)軸器參數(shù)表聯(lián)軸器種類長(zhǎng)度類別/mmYJG15250N.m80031502862--30、32、35、3882604011280其扭矩為250N.m，許用轉(zhuǎn)速在無裝殼的情況下為800r/min，在裝殼的情況下為3150r/min[11]，通過核算旋轉(zhuǎn)速度、公稱直徑等參數(shù)符合設(shè)計(jì)的所規(guī)定要求，為此論證可以選用本聯(lián)軸器合適。3.9本章小結(jié)本章將柚子剝皮切片取核機(jī)的軸承、離心分離裝置、螺旋推桿機(jī)構(gòu)、離心分離機(jī)構(gòu)中的帶輪等機(jī)械機(jī)構(gòu)元件都做了介紹，并計(jì)算了連接鍵和聯(lián)軸器的可行性，驗(yàn)證了其類型的選用是否正確。并且，本章對(duì)帶輪、U型機(jī)架的尺寸、形狀都做了詳細(xì)的介紹，做出了二維的圖紙。為柚子剝皮切片取核機(jī)的整體機(jī)器設(shè)計(jì)做好了結(jié)構(gòu)框架。

第四章重要部位的設(shè)計(jì)和計(jì)算4.1電動(dòng)機(jī)的機(jī)型選用4.1.1電動(dòng)機(jī)1的選用1.離心分離機(jī)構(gòu)所需的有效轉(zhuǎn)矩，通過前面的設(shè)計(jì)已經(jīng)知道離心分離機(jī)構(gòu)的規(guī)格為：φ225×270，所用旋轉(zhuǎn)速度為n=400r/min，其最大承載重量為30kg。2.傳動(dòng)效率η的選擇，根據(jù)參考文獻(xiàn)[12]查得（4-1）式中，η1—V帶傳輸?shù)墓ぷ餍师?—滾動(dòng)軸承的工作效率η3—齒輪副的傳動(dòng)效率查參考文獻(xiàn)[14]得各參數(shù)值如表4-1所示表4-1各零部件工作效率取值對(duì)數(shù)η10.961η20.982η30.941代入式（4-1）計(jì)算得到計(jì)算得電動(dòng)機(jī)1的工作功率Pd，查參考文獻(xiàn)[14]得（4-2）式中，Pw—傳遞功率η—傳動(dòng)效率預(yù)設(shè)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所設(shè)置的轉(zhuǎn)速為nw=400r/min，設(shè)電動(dòng)機(jī)1的傳遞功率是10kW，代入式（4-2）得4.傳動(dòng)比的確定皮帶輪的傳動(dòng)比為1:3,轉(zhuǎn)速的取值為根據(jù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速以及功率，查表4-2表4-2電動(dòng)機(jī)部分型號(hào)參數(shù)11146015002.21197010002.2總傳動(dòng)比為5.根據(jù)預(yù)定傳動(dòng)比，方案一的電機(jī)類型更為合適，因此選擇Y160M-4Y160M-4作為帶動(dòng)離心分離機(jī)構(gòu)的電動(dòng)機(jī)。6.離心分離機(jī)構(gòu)傳動(dòng)部分各軸的轉(zhuǎn)速：取V帶的傳動(dòng)比為i0=2.3，齒輪傳動(dòng)比為i1=i/i0=3.65/2.3=1.58，查參考文獻(xiàn)[14]得I軸II軸所以，兩軸的旋轉(zhuǎn)速度分別為7.輸入功率，查參考文獻(xiàn)[14]得I軸II軸各軸的轉(zhuǎn)矩計(jì)算，查參考文獻(xiàn)[19]得名義轉(zhuǎn)矩I軸II軸4.1.2電動(dòng)機(jī)2的選用設(shè)帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速為n帶=80r/min，電動(dòng)機(jī)2的傳遞功率為7kW。1.帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所需的有效功率，根據(jù)參考文獻(xiàn)[12]查得（4-3）式中，查參考文獻(xiàn)[14]得各參數(shù)值如表4-3所示表4-3各零部件工作效率取值對(duì)數(shù)η10.971η20.983η30.951η40.932通過代入公式計(jì)算得到將傳遞功率Pw和工作效率η代入公式得電動(dòng)機(jī)2的工作功率Pd為2.皮帶輪的傳動(dòng)比為1:2，其轉(zhuǎn)速為3.根據(jù)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)速以及功率要求，參考表4-4，選擇電動(dòng)機(jī)類型為Y132M-8.表4-4Y132M-8種類電動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)37107502.24.傳動(dòng)比的計(jì)算總傳動(dòng)比為取V帶的傳動(dòng)比為i0=2.3，齒輪傳動(dòng)比為i1=i/i0=4/2.3=1.745.計(jì)算各軸的旋轉(zhuǎn)速度I軸II軸因此，各軸的轉(zhuǎn)速為6.計(jì)算兩個(gè)輸入軸的功率，查參考文獻(xiàn)[19]得I軸II軸7.計(jì)算軸的轉(zhuǎn)矩，查參考文獻(xiàn)[19]得名義轉(zhuǎn)矩I軸II軸各軸的轉(zhuǎn)矩為TI=201.3N.m，TII=1.255×105N.mm4.2鍵連接的選擇與計(jì)算齒輪和軸的連接:由上面的設(shè)計(jì)可知：連接軸1的軸的直徑是28mm，對(duì)應(yīng)其長(zhǎng)度為50mm，選用的材料是45碳素鋼，安裝齒輪部分的軸段的直徑為D=38mm。齒輪選擇的材料為45碳素鋼，由于該傳動(dòng)系統(tǒng)無需承受較大的沖擊力，由參考文獻(xiàn)[10]查得：取[σ]=30MPa，齒輪和齒輪軸之間中心對(duì)稱度條件較高，因此選擇A型普通圓頭平鍵，根據(jù)參考文獻(xiàn)[12]，選擇公稱尺寸為10×8的平鍵，鍵的連接極限偏差取正常配合的偏差尺寸。由表4-2，從鍵的長(zhǎng)度系列中選擇56mm作為長(zhǎng)度。因此齒輪和軸配合的鍵選擇規(guī)格為寬度b=10mm，高度h=8mm，長(zhǎng)度L=25mm。強(qiáng)度校核：由前面的計(jì)算已知道[σ]=30MPa，輸入連接軸1的傳送功率是11.7kW，轉(zhuǎn)速為400r/min.平鍵的工作長(zhǎng)度為鍵與槽的工作高度為平鍵受壓的壓力計(jì)算，查參考文獻(xiàn)[12]得由此可見，齒輪與傳動(dòng)轉(zhuǎn)軸的平鍵接觸能夠符合所需的力學(xué)要求條件。所選鍵的類型為A型平鍵10×8×25GB/T1905,1096-20034.3槽輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與計(jì)算槽輪機(jī)構(gòu)：槽輪機(jī)構(gòu)的作用是使定位扇葉進(jìn)行有規(guī)律的間歇運(yùn)動(dòng)[18]。槽輪機(jī)構(gòu)選用的是一般類型的外槽輪機(jī)構(gòu)。1.基本參數(shù)設(shè)計(jì)根據(jù)工作運(yùn)動(dòng)要求，初步確定的槽輪的工作槽數(shù)為Z=4，主動(dòng)輪中的撥動(dòng)盤設(shè)計(jì)的銷數(shù)為n=1，根據(jù)機(jī)構(gòu)的限制和總體合理布局，選擇，確定兩個(gè)機(jī)構(gòu)的兩個(gè)圓心的連接長(zhǎng)度為L(zhǎng)=100mm，主動(dòng)輪盤的圓心到撥銷的距離為r=5mm。2.運(yùn)動(dòng)系數(shù)的計(jì)算根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì)要求，槽輪每轉(zhuǎn)動(dòng)一次所需的時(shí)間為t1=1s，主動(dòng)銷輪每轉(zhuǎn)一圈所需的時(shí)間為t2=4s，查參考文獻(xiàn)[13]，通過計(jì)算可得運(yùn)動(dòng)系數(shù)σ=0.25。3.尺寸參數(shù)計(jì)算：查參考文獻(xiàn)[13]得槽輪尺寸的計(jì)算公式，將初步設(shè)計(jì)的數(shù)值帶入到公式中。（1）主動(dòng)輪轉(zhuǎn)角角度計(jì)算（2）從動(dòng)輪轉(zhuǎn)角角度（3）從動(dòng)輪槽槽數(shù)（4）槽輪機(jī)構(gòu)主動(dòng)輪曲柄半徑（4）槽輪機(jī)構(gòu)凹弧直徑（6）槽中心距由以上的計(jì)算可知，可以得到各個(gè)系數(shù)：運(yùn)動(dòng)系數(shù)σ=0.25，從動(dòng)槽輪槽數(shù)Z=4，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)角角度2ψ1=90，從動(dòng)輪轉(zhuǎn)角角度2ψ1=45。主動(dòng)輪裝配軸孔d1=d2=15。如圖4-1所示，槽輪機(jī)構(gòu)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪裝配圖。4-1槽輪機(jī)構(gòu)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪裝配圖4.4兩級(jí)直齒圓柱型齒輪減速器的計(jì)算根據(jù)機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，設(shè)計(jì)為低速的齒輪傳動(dòng)，動(dòng)力源為電機(jī)1，單方向傳動(dòng)，載荷受力平穩(wěn)，轉(zhuǎn)動(dòng)比i=3，小輪的輸入轉(zhuǎn)速為330r/min，傳動(dòng)功率為P=11kW。4.4.1齒輪參數(shù)的選擇和初步參數(shù)的選擇確定1.齒輪的選擇以及材料性能處理，查參考文獻(xiàn)[21]，d得d1（小齒輪）：選用40號(hào)碳鋼，對(duì)其做調(diào)質(zhì)材料性能處理，使得材料性能為為285HBW，d2（大齒輪）：選用40號(hào)碳鋼，對(duì)其做調(diào)質(zhì)材料性能處理，使得材料性能為為276HBW。估算d1的直徑為d1估=63mm，查參考文獻(xiàn)[12]得ψd=0.5，則齒寬為計(jì)算齒輪圓周旋轉(zhuǎn)速度，查參考文獻(xiàn)[12]得（4-4）式中，d1估—小齒輪的估算直徑n1—小齒輪的輸入轉(zhuǎn)速將參數(shù)代入式（4-4）得查參考文獻(xiàn)[12]，。（4-5）式中，γ—小齒輪旋轉(zhuǎn)整圈相方位所嚙合次量n1—小齒輪輸入轉(zhuǎn)速th—設(shè)計(jì)使用年限將參數(shù)代入式（4-5）得d1的循環(huán)次數(shù)d2循環(huán)次數(shù)5.使用年限系數(shù)計(jì)算ZN，查參考文獻(xiàn)[12]得：ZN1=1，ZN2=16.接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim1，查參考文獻(xiàn)[12]得MQ線σHlim1=570Mpa，σHlim2=585MPa7.安全系數(shù)SH，取SH=1.38.許用接觸應(yīng)力[σH]，查參考文獻(xiàn)[12]得d1d24.4.21.計(jì)算各有關(guān)的參數(shù)值（1）計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩T1，查參考文獻(xiàn)[19]得（2）確定載荷系數(shù)K，查參考文獻(xiàn)[12]，各對(duì)象參數(shù)取值如表4-5所示表4-5確定載荷系數(shù)K的各參數(shù)選擇確定對(duì)象選擇條件得出參數(shù)使用系數(shù)KA按照電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，運(yùn)載平穩(wěn)KA=1.25Kv=1.15齒輪非對(duì)稱布置Kβ=1.05式中，KA—使用系數(shù)T1—小齒輪轉(zhuǎn)矩b—小齒輪估算齒寬d1—小齒輪估算直徑取Kα=1.2載荷系數(shù)K=KAKvKαKβ=1.25×1.15×1.2×1.05=1.74（3）選用彈性數(shù)值ZE=190MPa（4）選用節(jié)點(diǎn)范圍數(shù)值得ZH=2.5（5）選用，查參考文獻(xiàn)[12]得查參考文獻(xiàn)[12]，得擬合度數(shù)值2.求所需小齒輪直徑d1，查參考文獻(xiàn)[12]得（4-6）將參數(shù)代入公式得d13.中心距α（1）模數(shù)m（2）中心距（3）分度圓的直徑d1，d24.確定的齒寬b（1）大齒輪的齒寬（2）小齒輪的齒寬4.4.31.計(jì)算許用彎曲疲勞應(yīng)力（1）各參數(shù)確定，查參考文獻(xiàn)[12]，取值如表4-6所示表4-6彎曲疲勞應(yīng)力計(jì)算中的各參數(shù)的確定確定對(duì)象條件參考得出參數(shù)YN1=1.7YN2=1.7σFlim1=155MPaσFlim2=145MPaYX1=1YX2=1SF=1.6（2）許用彎力系數(shù)[σF].由參考文獻(xiàn)[12]得2.計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力（1）復(fù)合齒形數(shù)值YFs。查參考文獻(xiàn)[12]，取YFs1=4.5，YFs2=3.95（2）擬合度數(shù)值Yε齒根彎曲應(yīng)力。查參考文獻(xiàn)[12]得（4-7）將參數(shù)代入式（4-7）得彎曲應(yīng)力4.5圓錐齒輪的計(jì)算和校核在電機(jī)傳動(dòng)動(dòng)力給皮帶機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)閉式單級(jí)正交的直齒錐齒輪傳動(dòng)[24]，由上面計(jì)算已知，輸出軸的轉(zhuǎn)矩為TII=144N.m，輸入高速旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)速為n1=408r/min，傳動(dòng)比i=3，動(dòng)力來源為電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，用于單向傳動(dòng)，運(yùn)行載荷平穩(wěn)，使用壽命為20年（按照一年工作日為250天，每天工作8小時(shí)）。4.5.11.錐齒輪的選擇以及材料性能處理，查參考文獻(xiàn)[12]表8-1里選取小齒輪：選用40號(hào)碳鋼，對(duì)其做調(diào)質(zhì)材料性能處理，使得材料性能為為285HBW，大齒輪：選用40號(hào)碳鋼，對(duì)其做調(diào)質(zhì)材料性能處理，使得材料性能為為276HBW。取齒輪寬度數(shù)值ψR(shí)=0.4[11]初估小齒輪直徑d1估=110mm4.初步估算齒輪的平均圓周速度，將參數(shù)代入式（4-4）得查參考文獻(xiàn)[12]，選擇齒輪精度等級(jí)為8級(jí)5.計(jì)算許用接觸應(yīng)力將參數(shù)代入式（4-5）得小齒輪N1大齒輪（2）壽命系數(shù)計(jì)算ZN1，ZN2。按照20年壽命計(jì)算，ZN1=1，ZN2=1（3）接觸疲勞極限σFlim1，σFlim2，查參考文獻(xiàn)[12]MQ線得σHlim1=570Mpa，σHlim2=585MPa。（4）安全系數(shù)SH。查參考文獻(xiàn)[12]，取SH=1.3,（5）許用接觸應(yīng)力。查參考文獻(xiàn)[12]得4.5.21.計(jì)算小齒齒輪的轉(zhuǎn)矩T1確定載荷系數(shù)K，各參數(shù)確定如表4-7所示表4-7確定載荷系數(shù)K的各參數(shù)選擇確定對(duì)象選擇條件得出參數(shù)KA=1KV=1.4Kβ=1.05因此，載荷系數(shù)K=KAKVKβ=1×1.4×1.05=1.47。3.選擇彈性系數(shù)ZE，查找參考文獻(xiàn)[12]得ZE=190MPa4.確定節(jié)點(diǎn)的區(qū)域系數(shù)ZH，查參考文獻(xiàn)[12]得ZH=2.55.求錐齒輪中小齒輪的直徑d1，查參考文獻(xiàn)[12]得（4-8）將參數(shù)代入式（4-8）得6.驗(yàn)算平均圓周速度vm，將參數(shù)代入（4-4）得平均圓周速度vm與初估圓周速度v估基本接近。7.確定模數(shù)m.計(jì)算許用彎曲應(yīng)力，各參數(shù)查參考文獻(xiàn)[12]得數(shù)如表4-8所示表4-8錐齒輪彎曲疲勞應(yīng)力計(jì)算中的各參數(shù)的確定確定對(duì)象條件參考得出參數(shù)YN1=1YN2=1σFlim1=280MPaσFlim2=215MPaYX1=1YX2=11.25許用彎曲應(yīng)力[σF1]。查參考文獻(xiàn)[12]2.計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力（1）計(jì)算復(fù)合齒輪形狀系數(shù)錐角度數(shù)計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)復(fù)合齒形系數(shù)YFs查參考文獻(xiàn)[12]得YFs1=3.98，YFs2=4.05（2）計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力。查參考文獻(xiàn)[12]計(jì)算公式通過以上計(jì)算，齒根的彎曲疲勞強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求4.5.41.大端分度圓直徑2.錐角度數(shù)3.圓錐母線長(zhǎng)度R4.齒寬e因此，齒寬為e=76mm4.6本章小結(jié)本章對(duì)電機(jī)工作選擇、齒輪軸、減速機(jī)構(gòu)、直齒輪進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算，獲得了可靠的機(jī)械性能數(shù)據(jù)并且對(duì)有誤之處進(jìn)行了校核，對(duì)機(jī)器的設(shè)計(jì)、零部件的裝配提供了有力的數(shù)據(jù)支撐，對(duì)完成機(jī)械的設(shè)計(jì)具有非常大的幫助。

第五章三維建模隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，科技不斷進(jìn)步，現(xiàn)在計(jì)算機(jī)輔助制造技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)逐漸滲透到機(jī)械設(shè)計(jì)制造中，對(duì)于機(jī)械設(shè)計(jì)來說，能夠作出一個(gè)直觀、可仿真的機(jī)器模型對(duì)機(jī)械的設(shè)計(jì)有莫大的幫助，本次設(shè)計(jì)使用美國PTC公司推出的Creo4.0進(jìn)行建模仿真。5.1選擇Creo4.0進(jìn)行的機(jī)構(gòu)模型建立5.1.1模型仿真工作分析運(yùn)用creo4.0輔助制作機(jī)器零部件通過三維模型展示，可以直觀了解設(shè)計(jì)的整體尺寸和感官，了解各個(gè)運(yùn)動(dòng)、配合之間的關(guān)系，了解運(yùn)動(dòng)的自由度。三維機(jī)構(gòu)模型仿真建立的流程如圖5-1所示。零件圖形狀零件圖尺寸零件材料創(chuàng)建零件圖模型零件圖形狀零件圖尺寸零件材料創(chuàng)建零件圖模型建立連接連接軸設(shè)置運(yùn)動(dòng)副伺服電機(jī)零件連接方式零件調(diào)整零件連接方式零件調(diào)整檢查約束情況配置運(yùn)動(dòng)副創(chuàng)建裝配模型創(chuàng)建裝配模型質(zhì)量和屬性電動(dòng)機(jī)參數(shù)給定質(zhì)量和屬性電動(dòng)機(jī)參數(shù)給定重力設(shè)置給定條件參數(shù)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)結(jié)果機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)結(jié)果圖5-1三維機(jī)構(gòu)模型仿真建立的流程5.1.2抓緊裝置的三維機(jī)構(gòu)模型建立如圖5-2所示，抓緊裝置的目的是將送入的柚子將其抓緊，然后進(jìn)行分塊，抓緊裝置的動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)給予，通過曲柄和滑塊之后能夠?qū)B接桿進(jìn)行上下的移動(dòng)活動(dòng)，連接桿的上下移動(dòng)帶動(dòng)抓緊抓手的抓緊與放松。當(dāng)曲柄進(jìn)入下半圈之后，抓緊抓手松開。圖5-2抓緊裝置1-傳送帶；2-夾緊抓手；3-支撐骨架；4-銷連接桿；5-滑塊；6-連接桿；7-曲柄滑塊5.1.3離心分離裝置的三維建模如圖5-3所示，離心分離機(jī)構(gòu)利用高速旋轉(zhuǎn)的皮帶輪帶動(dòng)離心分離滾筒旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)離心分離的功能，螺旋推桿機(jī)構(gòu)推動(dòng)其未被分離的果肉前進(jìn)到出料口。螺旋推桿機(jī)構(gòu)由齒輪帶動(dòng)。圖5-3離心分離裝置1:-U型支座；2-離心滾筒；3-螺旋推桿機(jī)構(gòu)；4-皮帶；5-皮帶輪；6-齒輪系5.1.4四連桿機(jī)構(gòu)分塊裝置的三維建模如圖5-4所示，電機(jī)帶動(dòng)曲柄的旋轉(zhuǎn)，從而使得擺桿做往復(fù)角度的擺動(dòng)，滑動(dòng)桿凹槽部分為垂直滑軌，從而使得擺桿只傳遞左右運(yùn)動(dòng)的力給滑動(dòng)桿。滑動(dòng)桿與底座的橫向滑軌連接，使擺桿傳遞給滑動(dòng)桿的力能夠執(zhí)行。使得滑動(dòng)桿帶動(dòng)刀片左右移動(dòng)。圖5-4四連桿機(jī)構(gòu)分塊裝置1-支座；2-擺桿；3-連接桿；4-同步桿；5-縱向滑軌；6-刀片；7-滑動(dòng)桿；8-曲柄；9-橫向滑桿5.1.5曲柄滑塊機(jī)構(gòu)分塊裝置的三維建模如圖5-5所示，被切除頭部的果子進(jìn)入到螺旋線導(dǎo)軌，于間歇槽輪機(jī)構(gòu)連接的推動(dòng)葉片推動(dòng)果子往螺旋線導(dǎo)軌前進(jìn)，當(dāng)葉片將柚子推到第二個(gè)位置時(shí)，果肉進(jìn)入曲柄帶動(dòng)果肉分離果皮分離一體刀的上下移動(dòng)，對(duì)其進(jìn)行分離，分離后將會(huì)繼續(xù)被推動(dòng)葉片對(duì)到導(dǎo)料口，從而順著管道掉進(jìn)傳送帶。圖5-5曲柄滑塊機(jī)構(gòu)分塊裝置螺旋線導(dǎo)向軌道；2-推動(dòng)葉片；3-果肉分離果皮分離一體刀；4-曲柄滑塊機(jī)構(gòu)5.1.6槽輪機(jī)構(gòu)葉片裝置的三維建模如圖5-6所示，動(dòng)力源帶動(dòng)槽輪機(jī)構(gòu)主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)輪的撥銷帶動(dòng)槽輪進(jìn)行間歇運(yùn)動(dòng)，從而使得推動(dòng)葉片有規(guī)律的旋轉(zhuǎn)。圖5-6槽輪機(jī)構(gòu)葉片裝置主動(dòng)輪撥銷；2-槽輪；3-推動(dòng)葉片5.1.7往復(fù)運(yùn)動(dòng)切刀裝置的三維建模如圖2-7所示，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)帶動(dòng)傳動(dòng)軸運(yùn)動(dòng)，將電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力傳給曲柄軸，曲柄軸通過連桿帶動(dòng)切刀在軌道上往復(fù)移動(dòng)。由于搖桿機(jī)構(gòu)做的是弧度運(yùn)動(dòng)，因此在豎桿上設(shè)計(jì)縱向滑軌，連接桿上安裝滑塊，使擺桿在擺動(dòng)時(shí)能夠抵消上下運(yùn)動(dòng)的力，僅保持一個(gè)往復(fù)橫向運(yùn)動(dòng)的力，使得切刀能夠往復(fù)運(yùn)動(dòng)。圖5-7往復(fù)運(yùn)動(dòng)切刀裝置減速器；2-錐齒輪；3-曲柄軸；4-連接桿5.1.8旋轉(zhuǎn)切片裝置三維建模如圖5-8所示，是柚子剝皮切片取核機(jī)的切片裝置，小型電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)切片刀旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)刀片旋轉(zhuǎn)可以將落到待切區(qū)皮切成片狀或條狀。從而完成切片的步驟，果核由于果體的體積小，長(zhǎng)度等尺寸不大，不容易被切到，即使被切到由于果核的表面液體黏滑，使得在剪切擠壓時(shí)滑出擠壓區(qū)域，從而完成切片取核的工作。圖5-8旋轉(zhuǎn)切片裝置旋轉(zhuǎn)切刀；2-電動(dòng)機(jī)；3-支座5.1.9齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的三維建模如圖5-9所示為螺旋推桿機(jī)構(gòu)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，電動(dòng)機(jī)將力傳給傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸通過一定的傳動(dòng)比的齒輪將力傳送到螺旋推桿，從而實(shí)現(xiàn)了螺旋推桿緩慢運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)果肉往下一個(gè)工作區(qū)域移動(dòng)。齒輪系統(tǒng)包含了直齒與錐齒輪，圖5-9齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的裝配5.2總體模型裝配圖如圖5-7所示，由各個(gè)零件按機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)要求裝配起來，得到機(jī)器的總體模型，通過運(yùn)動(dòng)仿真實(shí)現(xiàn)功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的總體仿真。圖5-7總體結(jié)構(gòu)裝配圖5.3本章總結(jié)通過使用仿真建模軟件Creo4.0建立零件模型，再將模型進(jìn)行總裝配，實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)計(jì)的模型可視化，提高了建立模型水平和三維空間能力。在總體機(jī)構(gòu)仿真中起到了非常重要的作用。本設(shè)計(jì)的構(gòu)成簡(jiǎn)單，零件可靈活更換和拆裝，從而滿足不同類型的柚子加工工序。在機(jī)械結(jié)構(gòu)的衛(wèi)生清洗方面，機(jī)械結(jié)構(gòu)遵循非封閉式設(shè)計(jì)，從而使得機(jī)械結(jié)構(gòu)的更換，清洗和消毒

總結(jié)柚子深加工對(duì)柚子農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到，提高農(nóng)民的收益，降低勞動(dòng)成本，提高生產(chǎn)效率。目前柚子的加工主要依靠工人動(dòng)手操作，因此很難批量生產(chǎn)，通過本次課題研究，解決了柚子的自動(dòng)化加工的初步問題，對(duì)于柚子深加工的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)起到一定的幫助作用。柚子擁有許多礦物質(zhì)和必要元素物質(zhì)，通過初步加工，做成不同的好吃食物。柚子剝皮切片取核機(jī)設(shè)計(jì)的目的就是使得加工效益的最大化，是解決農(nóng)產(chǎn)品銷路很好的方法。本次課題主要研究完成了如下幾個(gè)內(nèi)容：1.對(duì)柚子的工業(yè)化加工循序進(jìn)行研究，獲得自己的加工方案，完成整體機(jī)型的機(jī)械原理構(gòu)造的研究。柚子深加工研究對(duì)柚子農(nóng)業(yè)生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈起著異其重要的作用，柚子剝皮切片取核機(jī)具有降低人工成本、提高工作效率，提高生產(chǎn)質(zhì)量統(tǒng)一性的作用。機(jī)器選用了平常所用的基本傳動(dòng)模式，一些零件為國家標(biāo)準(zhǔn)件，降低了設(shè)計(jì)、加工、配合的成本。另外一些零部件所選用的為非國家標(biāo)準(zhǔn)件，在設(shè)計(jì)該類零件時(shí)也通?？紤]的設(shè)計(jì)成本與加工成本，按照加工方便，易于安裝，零件使用壽命長(zhǎng)原則進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。2.使用計(jì)算機(jī)三維輔助設(shè)計(jì)出了柚子剝皮切片取核機(jī)的整機(jī)結(jié)構(gòu)，組裝出三維模型。3.運(yùn)用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的機(jī)械設(shè)計(jì)，機(jī)械原理知識(shí)設(shè)計(jì)機(jī)械運(yùn)動(dòng)零部件配合，實(shí)現(xiàn)特定的機(jī)械功能，計(jì)算柚子剝皮切片取核機(jī)的各零部件的機(jī)械性能并且進(jìn)行校核。