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塔里木大學畢業(yè)設計
對輥式紅棗分級機的設計
目 錄
1 緒論 1
1.1 課題來源及研究的目的和意義 1
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析 1
2 系統(tǒng)總體方案的確定 2
2.1 系統(tǒng)方案的確定 2
2.2 結(jié)構(gòu)特點及工作原理 2
2.3 系統(tǒng)總體方案設計 3
3 主要部件的設計計算及校核 3
3.1 電動機的選擇 3
3.2 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比 4
3.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算 4
3.4 V帶及V帶輪的選擇計算 5
3.5 傳動軸的設計計算 6
3.6 鍵的選擇 9
3.7 聯(lián)軸器的選擇 9
3.8 齒輪的設計 9
4.其他部件的設計 13
4.1入料斗 13
4.2出料斗 13
4.3 機架底座 14
4.4分級輥 14
結(jié) 論 15
致 謝 16
參 考 文 獻 17
1 緒論
1.1 課題來源及研究的目的和意義
紅棗，又名大棗。自古以來就被列為“五果”(桃、李、梅、杏、棗)之一，歷史悠久。大棗最突出的特點是維生素含量高。在國外的一項臨床研究顯示：連續(xù)吃大棗的病人，健康恢復比單純吃維生素藥劑快3倍以上。因此，大棗就有了“天然維生素丸”的美譽。紅棗為溫帶作物，適應性強。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種．近些年紅棗價格年年攀升，紅棗產(chǎn)業(yè)在一些地區(qū)有了較快的發(fā)展，對帶動地區(qū)經(jīng)濟增長，尤其在帶動農(nóng)牧民增收上起到了重要作用。
南疆地區(qū)是世界上最適宜種植優(yōu)質(zhì)紅棗的區(qū)域,是國家農(nóng)業(yè)部確認的國家級綠色食品基地.南疆地區(qū)光照時間長,每年4-10月累計日照時數(shù)達2027.1小時,平均每天的日照時數(shù)達到10小時以上,且光照度強,十分有利于紅棗果實生長;該地區(qū)8-10月平均日較差在17.5—18.2℃,最大日較差可達27.8℃,特別有利于棗果可溶固形物和糖分積累,這也是造就南疆地區(qū)紅棗品質(zhì)極優(yōu)的根本原因。
“十一五”期間，隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，紅棗種植面積大不斷擴大。截至2009年底，紅棗種植面積達481.08萬畝，約占全國的21.38%；產(chǎn)量26.32萬噸，約占全國的8.63 %。紅棗種植主要分布在南疆的阿克蘇、喀什、和田、巴州等地。紅棗栽培歷史悠久，建國后，特別是60-80年代引進品種42個，加之古、近代的引入，共計49個品種。目前從各地州規(guī)模發(fā)展的主栽品種構(gòu)成來看：絕大多數(shù)為干、鮮兩類的灰棗、駿棗及贊皇紅棗等品種。紅棗種植模式主要有棗農(nóng)間作和成片建園兩種方式，間作模式有棗樹+小麥、棗樹+豆類、棗樹+棉花、棗樹+蔬菜、棗樹+西（甜）瓜。成片建園的棗樹株行距多以2 x 3米或1.5 x 4米，每畝110株較為普遍。
由于獨特的區(qū)位優(yōu)勢，紅棗品質(zhì)受到追捧，國內(nèi)外出現(xiàn)熱銷紅棗的態(tài)勢，紅棗龍頭加工企業(yè)紛紛向集中，紅棗形成了產(chǎn)銷兩旺。目前，紅棗主要以制干初加工銷售，紅棗加工企業(yè)將半干紅棗經(jīng)過篩選、分級、哄干、包裝后銷售。
其中，紅棗分級是紅棗制干過程中的一個重要環(huán)節(jié)，紅棗分級質(zhì)量的好壞，尺寸的大小直接影響紅棗的經(jīng)濟效益。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及分析
國外公司較早開始對水果自動分級技術(shù)進行研究并將研究成果產(chǎn)品化，意大利、日本和美國是果品分級分選設備研究的倡導者，目前來看，歐洲果品分級分選設備的研究集中在果品分級生產(chǎn)線的研制；美國和亞洲的日本、韓國則是著重研究尖端的分級分選技術(shù)，比如核磁共振成像分級、內(nèi)部品質(zhì)檢測分級，如成熟度分級等。 我國對智能化程度較高的果品分選機的研制尚處于起步階段，對水果品質(zhì)檢測及自動分級研究時間不長，國內(nèi)目前能生產(chǎn)的水果分級設備基本還限于機械分級階段，主要進行大小、重量的分級，自動分級設備基本還處于實驗室研發(fā)階段。我國水果質(zhì)量檢測中使用的水果品質(zhì)自動檢測生產(chǎn)線多為進口設備，由于引進設備操作較為復雜，設備成本較高，且這種進口設備是針對大農(nóng)場生產(chǎn)所設計的，在我國小農(nóng)戶生產(chǎn)方式的農(nóng)產(chǎn)品的檢測中并不實用。
目前國內(nèi)主要的紅棗分級機構(gòu)有以下幾種：一是差速帶式紅棗分級機。差速帶式紅棗分級機，由差速帶式紅棗分級機構(gòu)組成，包括機架、電機、喂料斗及其傳動裝置，其特征在于機架上至少設有兩級的差速帶式紅棗分級裝置，機架下方的電動機輸出軸上設有傳動軸，傳動軸的前后兩端均設有錐形齒輪，與其相嚙合的錐形齒輪軸上均設有皮帶輪，且前端的皮帶輪直徑比尾端的皮帶輪直徑大，兩個皮帶輪通過皮帶分別與機架上方的兩個直徑相同的皮帶輪相接，軸上間隔均布有與方軸連為一體的、和不連為一體的兩種軸套，前后兩個軸上的兩種軸套相錯而設，前后兩個軸套間設有分級皮帶，每根分級皮帶的下方設有擊打裝置。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、無卡棗現(xiàn)象、紅棗破損率低的優(yōu)點。缺點是效率低，分級不均，造價較高。二是重疊式篩籠紅棗分級機。該紅棗分級機，解決現(xiàn)有紅棗分級機分級效果差、破損率較高以及結(jié)構(gòu)復雜等問題，包括箱體，箱體一側(cè)設有進料口，箱體內(nèi)貫穿設置轉(zhuǎn)動軸，轉(zhuǎn)動軸上至少固定有兩個互相套接且一端面呈階梯狀分布的篩籠，篩籠另一端面與環(huán)形圓板固定，篩籠上各篩條之間的間隙尺寸由內(nèi)向外逐漸減小，其中內(nèi)層篩籠一端與進料口相通，另一端與設置在箱體另一側(cè)的一級出料口相通，每個篩籠下方均設有出料口。本實用新型將多個篩籠呈重疊式且端面呈階梯狀安裝，整體結(jié)構(gòu)簡單、造價低、效率高，可一次將紅棗分成多個等級，分級均勻，在設備中的行程較短，在實際使用中效果顯著，可廣泛用于紅棗產(chǎn)地的規(guī)?；庸ぁＨ秉c是有卡棗現(xiàn)象，破損率較大。
針對上述兩種紅棗分級機存在的問題，課題提出一種對輥式紅棗分級機，該機械可連續(xù)做業(yè)，各將紅棗按企業(yè)要求分成多個級別。
2 系統(tǒng)總體方案的確定
2.1 系統(tǒng)方案的確定
輥式分級機主要有以下輥帶式和對輥式。輥帶式尺寸分級一般由分級滾軸和輸送帶組成。根據(jù)分級滾軸直徑是否變化又可以分為等徑輥帶式尺寸分級機和變徑輥帶式尺寸分級，如下圖：
圖2-1 等徑輥帶式分級機原理圖
1.輸送帶主帶輪 2.待分級物料 3.分級隔板
對輥式尺寸分級機分級間隙的改變一般靠對輥之間的空間位置變化來來改變分級間隙分為以下幾種:
按對輥之間的相對角度變化分級:
a) b)
圖2-2 按對輥角度變化分級原理圖
1.待分物料 2.分級輥
按對輥之間的相對高度變化分級:
圖2-3 按對輥相對高度變化分級原理圖
1.定輥 2.浮動輥 3.待分物料
由于對輥式分級的結(jié)構(gòu)簡單，分級范圍較廣，對棗子的破壞比較小，所以本次設計采用對輥式分級，按照對輥之間的角度相對變化來分級。
2.2 結(jié)構(gòu)特點及工作原理
2.2.1 結(jié)構(gòu)特點
本設計吸收了當前的設計優(yōu)勢，主要由原動機、傳動系、工作系、機架系四部分構(gòu)成。原動機采用電動機帶動，傳動系選擇V帶傳動，齒輪傳動，工作系由滾筒和刀片組成，其中工作系由圓形錐輥和卡位鐵皮組成，機架系由底座、架身、進料斗、出料斗組成。此外采用全損耗系統(tǒng)用油進行潤滑，橡膠密封。主運動軸、軸承、鍵、聯(lián)軸器都采用標準件，易于更換。
2.2.2 工作原理
電動機運轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器將動力傳到V帶輪，通過V帶輪將發(fā)動機轉(zhuǎn)速降低，經(jīng)過減速的動力通過V帶將動力傳到主運動軸，帶動錐輥開始工作。在確認機器啟動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)后開始喂料，喂料要及時均勻，要觀察入料口，如有堵塞及時清除。
工作原理簡圖（總體方案圖）
圖2-4 對輥式紅棗分級機方案圖
1—入料斗，2—輥子1，3—輥子2，4—齒輪，5—V帶，6—機架，
7—電動機，8—聯(lián)軸器，9—出料斗
2.3 系統(tǒng)總體方案設計
組成：傳動裝置由電機、減速器、工作機組成。
確定傳動方案：考慮到電機轉(zhuǎn)速高，傳動功率大，在工作中要承受輕微沖擊等實際要求，故采用一級斜齒輪減速器，初步確定傳動系統(tǒng)總體方案如圖2。選擇帶傳動和一級圓柱斜齒輪減速器。
傳動裝置的總效率：
；
為聯(lián)軸器的效率，為高速軸齒輪的效率，
為高速軸承的效率，為第二對軸承的效率，
為第三對軸承的效率，為第四對軸承的效率，為V帶的效率（齒輪為9級精度，油脂潤滑。因是薄壁防護罩,采用半開式效率計算)。
3 主要部件的設計計算及校核
3.1 電動機的選擇
電動機所需工作功率為：
--工作裝置的功率；—總效率；
執(zhí)行機構(gòu)的轉(zhuǎn)速為100~200r/min
經(jīng)查表按推薦的傳動比合理范圍，帶傳動的傳動比，圓柱齒輪減速器傳動比，則總傳動比合理范圍為，電動機轉(zhuǎn)速的可選范圍為。
根據(jù)容量和轉(zhuǎn)速，由設計手冊查出的電動機型號，因此有以下三種傳動比選擇方案，如下
表3-1 電動機型號
方案
電動機型號
額定功率
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
電動機質(zhì)量
參考價格
傳動裝置傳動比
1
Y-112M-2
4
3000
2890
45
5.00
22.40
2
Y112M-4
4
1500
1440
43
3.48
20.42
3
Y132M1-6
4
1000
960
73
2.22
13.61
下面的表格就是電動機的技術(shù)參數(shù)、性能以及外形尺寸的數(shù)據(jù)：
表3-2 電動機外形尺寸
中心高
外型尺寸
L×（AC/2+AD）×HD
底腳安裝尺寸A×B
地腳螺栓孔直徑K
軸伸尺寸D×E
裝鍵部位尺寸F×GD
112
38×265×190
190×140
12
28×60
8
圖3-1 電動機主要外形安裝尺寸
3.2 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比
3.2.1 總傳動比
由選定的電動機轉(zhuǎn)速和工作裝置主動軸轉(zhuǎn)速，可得傳動裝置總傳動比為。
3.2.2分配傳動裝置傳動比
式中分別為帶傳動和減速器的傳動比。
為使帶傳動外廓尺寸不致過大，初步取，則減速器傳動比為
3.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)計算
3.3.1 各軸轉(zhuǎn)速
?
??
??
3.3.2 各軸的輸出功率
3.3.3 因電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩所以:
運動和動力參數(shù)結(jié)果如下表:
表3-3 運動和動力參數(shù)表
軸 名
功率P/ KW輸出
轉(zhuǎn)矩T /Nm輸出
轉(zhuǎn)速r/min
電動機軸
1軸
2軸
3.6
3.42
3.02
22.92
65.36
304.3
1500
500
100
3.4 V帶及V帶輪的選擇計算
3.4.1 V 帶的選擇
因為小帶輪（主動輪）的轉(zhuǎn)速為500轉(zhuǎn)/分,輸出功率為3.42千瓦，根據(jù)設計要求，經(jīng)查《機械設計基礎(chǔ)》得到小帶輪初選的基準直徑為140mm。初步確定選普通V帶B型，基準長度為1800mm。
實際工作時，應對V帶的基本額定功率值加以修正。修正后既得實際工作條件下V帶所能傳遞的功率，稱為許用功率[]：[]=(+)
式中：-功率增量。
-包角修正系數(shù)。
-帶長修正系數(shù)。
經(jīng)查表；；。
符合要求。 所以小帶輪的基準直徑因選擇140mm。
根數(shù)的確定
設為傳動的額定功率（Km），為工作情況，則計算功率為：；
式中：--工作情況系數(shù),查表得1.5。則：
V帶的根數(shù)由式：計算確定，帶入數(shù)據(jù)計算得；確定為兩根。
3.4.2 帶輪的設計計算
1）大小帶輪直徑的確定
由3.4.1可知小V帶輪的直徑為140mm，設大帶輪為，由經(jīng)驗公式：
帶入數(shù)據(jù)計算得：
由《機械設計基礎(chǔ)》表13-9取
2）中心距的確定
初步選定中心距：取=650mm，符合，得帶長：
經(jīng)查《機械設計基礎(chǔ)》表8-2得B型帶基準長度=2240mm。再由計算實際中心距：
綜上所述，可以確定V帶選用普通V帶A型，，中心距為716mm；大帶輪直徑為400mm，小帶輪直徑為140mm。由于，所以采用輪輻式，小帶輪可采用孔板式。
3.5 傳動軸的設計計算
3.5.1 主運動軸（從動軸）的設計
1）求主運動軸上的功率，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩。
由上述可知，，
2）求作用在從帶輪上的力
已知低速帶輪的基準圓直徑為
而初步知道：
圓周力：
徑向力:
軸向力：
3）初步確定主運動軸的最小直徑
先按課本初步估算軸的最小直徑,選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,根據(jù)《機械設計基礎(chǔ)》的公式14-2：
式中：C—由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)；
P—傳遞的功率；
n—軸的轉(zhuǎn)速。
帶入數(shù)據(jù)：
軸的最小直徑取24mm，顯然是安裝在軸承上的直徑,為了使所選的軸與軸承吻合,故需同時選取軸承的型號。
4）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
初步設計主運動軸（從動軸）如圖：
圖3-2 軸簡圖
1） 如上圖，ab段為螺紋，用以安裝橡膠輥，bc段安裝軸承，cd段安裝齒輪，ef段安裝另一軸承，fg安裝帶輪,在左側(cè)應鉆螺紋孔，起軸向固定作。
2）初步選擇滾動軸承 因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用,但軸向力相對較小，故選用單列深溝球軸承。參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組標準精度級的單列深溝球軸承6005型，如表：
表3-4 軸承參數(shù)表
D
B
軸承代號
17
35
10
19.4
32.6
6003
20
42
12
25
37
6004
25
47
12
30
42
6005
30
55
13
36
49
6006
3.5.2 主運動軸各軸段長度直徑的確定
對于選取的單向深溝球軸承其尺寸為的,故直徑
長度，，，，考慮到實際工作情況，將軸的總長380mm。
3.5.3 求主動軸上載荷及校核
首先根據(jù)結(jié)構(gòu)圖作出軸的計算簡圖, 確定頂軸承的支點位置時,查《機械設計手冊》得對于6005型的深溝球軸承,做為簡支梁的軸的支承跨距.
由上述可知，圓周力：，徑向力：，軸向力：
1）求垂直面的支承反力(圖3-3 b）
2）求水平面的支承反力（圖3-3c）
3)F力在支點產(chǎn)生的反力（圖3-3d）
外力F作用方向與帶傳動的布置有關(guān)，在尚未確定具體布置前，可按最不利情況考慮。
4)繪垂直面的彎矩圖（3-3圖b）
5）繪水平面的彎矩圖（圖3-3c)
6）F力產(chǎn)生的彎矩圖(圖3-3d）
截面F產(chǎn)生的彎矩圖為：
7)求合成彎矩圖（圖3-3e）
考慮到最不利的情況，把M與直接相加。
8）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（圖3-3f）
9） 求危險截面的當量彎矩（圖3-3g）
從圖可見，a-a截面最危險，其當量彎矩為
取折合系數(shù)=0.6，代入上式得
10) 計算危險截面處軸的直徑
軸材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表14—1查得σ=650 MP，由
表14-3查的許用應力=60 MP，則
傳動外廓尺寸不致過