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附表8
畢業(yè)設計中期教學檢查表
二級學院： 機械工程學院 班級： 學生姓名：
畢業(yè)設計（論文）題目： 菠蘿削皮機的設計
一、 選題內容
1.題目的來源：生產實際（ ）；社會實際（√ ）；實驗實習（ ）；科研課題（ ）；其它（ ）。
2.題目與專業(yè)的結合程度：好（√ ）； 較好（ ）； 中 （ ）； 差 （ ）。
3.題目的難易程度：較難（ ）； 適中（√ ）； 較易（ ）。
二、文獻查閱和文獻綜述情況
1.文獻查閱與資料總結：好（√ ）； 較好（ ）； 中（ ）； 差（ ）。
文獻查閱 18 篇。
2.外文文獻內容與課題的相關性：好（ √）； 較好（ ）； 中（ ）； 差（ ）。
外文獻翻譯質量：好（ ）； 較好（ √）； 中（ ）； 差（ ）。
譯文數量 1 篇。
3.文獻綜述書面材料準備情況：好（√ ）； 較好（ ）； 中（ ）； 差（ ）。
三、開題報告情況：好（√ ）； 較好（ ）； 中（ ）； 差（ ）。
四、畢業(yè)設計（論文）進展情況
1.是否按原定計劃進程執(zhí)行： 是（√）； 基本是（ ）； 否（ ）。
2.已完成總任務 60 ％。
3.畢業(yè)實習報告或實地考察報告進展情況：好（ √）； 較好（ ）； 中（ ）； 差（ ）。
4.指導教師對階段性工作的評語：好（√）； 較好（ ）； 中（ ）； 差（ ）。
五、學生前階段工作態(tài)度和紀律情況
1.指導教師對學生工作態(tài)度的評價： 認真（√ ）； 一般（ ）； 不認真（ ）。
2.是否經常在設計場所（實驗室、設計院（所）、機房等）工作： 是（√ ）； 不是（ ）。
每天平均工作時間 8 ；每周平均工作時間 45 ；
3.有否請假 否 ，請假天數 ；有否曠課 ，曠課天數 ；
主要原因 。
六、總體評價：好（√ ）； 較好（ ）； 中（ ）； 差（ ）。
七、對下一階段工作的意見和建議： 在中期設計的基礎上，對細節(jié)方面更加嚴格要求，增大設計中的計算量，要求論文、圖紙盡量同步，便于在發(fā)現錯誤時修改。
檢查人：
年 月 日
附表6
畢業(yè)設計工作指導卡
學院 機械工程學院 專業(yè) 機械設計制造及其自動化 班級
姓 名
指 導 教 師
計劃進程表
日 期
工 作 內 容
完 成 情 況
2016/9/18
參加小組會議，加入畢業(yè)設計交流群
良好
2016/10/18
接受畢業(yè)設計任務書，擬定需要查閱的資料清單
良好
2016/11/18
擬定開題報告
良好
2016/12/18
上交開題報告，聽取指導老師的修改意見
良好
2017/1/5
正式開題，開始設計
良好
2017/2/20
提交已完成部分
良好
2017/3/23
上交初稿，根據指導老師的修改意見進行修改
良好
2017/4/23
上交定稿，做答辯準備
良好
指導教師檢查答疑記錄
日 期
檢查答疑內容
指導教師簽名
2016/12/19
解答開題報告填寫中存在的細節(jié)問題
2017/1/6
解答螺紋絲杠設計中的技術問題
2017/2/20
解答畢業(yè)設計中傳動機構的設計問題
2017/3/12
確定畢業(yè)論文中的計算任務
2017/3/23
提出對初稿的修改意見
2017/4/32
指出終稿中的細節(jié)問題，督促修改
學生請假記錄
日 期
請 假 原 因
指導教師簽名
本科畢業(yè)設計開題報告
學 院
機械工程學院
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
班 級
設計題目
菠蘿削皮機設計
學生姓名
指導教師
課題來源
1.選題背景(含國內外相關研究綜述及評價)與意義
菠蘿是我國南亞熱帶地區(qū)最具特色和優(yōu)勢的熱帶水果品種之一，在國際熱帶水果貿易中菠蘿年均貿易量排行第二，我國是世界五大菠蘿出口國之一，而且除了出口量大，國內對于菠蘿產品的需求也很龐大，在此基礎上，我國菠蘿加工業(yè)經歷了屢次調整，已經進入穩(wěn)定發(fā)展階段。上世紀，在世界范圍內，菠蘿產品以糖水菠蘿罐頭為主，近些年以來，菠蘿罐頭的產量已逐漸下降，而鮮果交易和菠蘿濃縮汁的交易比例卻在逐年遞增。而且隨著現代通訊技術的發(fā)展，跨國公司或不同國家之間的公司的聯(lián)系也越來越方便，也使世界菠蘿貿易架局穩(wěn)定，泰國菲律賓、印尼、巴西等國的菠蘿出口略有減少，但因為西方進口國家的需求龐大，所以這些國家的主要出口國地位并未改變，除了這些國家，中國大陸、哥斯達黎加、比利時等國的菠蘿出口量也是逐年增長，說明我國的菠蘿產業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好。
我國菠蘿產業(yè)不僅在國際上嶄露頭角，在國內的相關產業(yè)發(fā)展也很喜人，因為交通運輸業(yè)的發(fā)展，如今生活在溫帶寒帶地區(qū)的人們，也能夠品嘗到很多熱帶地區(qū)的特產水果，菠蘿就是其中之一。菠蘿味道鮮美，新鮮的菠蘿含水量較高，約為85%。其成分包括糖類、蛋白質、脂肪、維生素A、B1、B2、C、蛋白質分解酵素及鈣、磷、鐵、有機酸類、尼克酸等，尤其以維生素C含量最高。而且菠蘿含有一種叫“菠蘿朊酶”的物質，它能分解蛋白質，這種酶除了能夠促進消化之外，還能分解血管中的纖維蛋白和血塊。綜合來說，菠蘿有很大的藥用、食用價值，但在食用菠蘿時，卻需要削皮食用，而且菠蘿表皮上密布著深深的果眼，為削皮增加了難度，所以人，們在進行削皮作業(yè)時，采用了多種削皮方式。
現有的菠蘿削皮方式，有機械削皮和手工削皮兩種，小作坊、飯店、家用等場景中，都以手動削皮為主，在削皮時使用削皮刀，去丁器（用來去除果眼）等手動加工工具；大批量生產場景中，如菠蘿罐頭廠、菠蘿榨汁廠等多使用自動加工生產線，生產線所需人工少，節(jié)約勞動力，而且加工能力可以達到20t/h。但是諸如上文提到的加工方式，手動加工耗時、耗力、效率低下，而且衛(wèi)生條件、安全條件方面都存在隱患，大型生產線造假昂貴，占地面積龐大，又不適合家庭、酒店、小作坊等小批量加工場景使用，而且我國菠蘿加工業(yè)相對落后、機械化水平低，綜合利用率低，加工出的產品較單一，未能將菠蘿各個部分有效加以利用，而且小個體戶加工多是少量加工，即時出售。小個體戶加工時一般都是采用人工作業(yè)的方式，工作效率低，果肉利用率不高，而且手工加工方式耗時長、浪費人力、衛(wèi)生條件差，現有市場又發(fā)展快速，對加工的效率和可靠性要求都越來越高，并且在城市生活中，年輕的父母們都很想從繁重的家務中解脫出來，所以各種去皮機應運而生。在這種情況下，設計一臺適合小批量加工的菠蘿削皮機成為當務之急，在市場上，已經有了手搖式的家用削皮機，這種削皮機質量優(yōu)劣不一，多為塑料制成，塑料的強度不大，而且在溫度稍高的環(huán)境中使用，還會析出有害物質，對于削皮機使用者和菠蘿食用者來說，并不衛(wèi)生可靠。所以市場上需要一種安全高效的菠蘿削皮機，這種削皮機應該能填補現有小批量機械加工菠蘿的市場空白，應用范圍廣，市場前景好，并且在設計中要盡可能多的采用標準件，保證零件的互換性，使該機器便于維修，并且控制造價，以便迎合小批量加工者對機器造價不高、便于使用、維護的需求。
綜上所述，課題確定為菠蘿削皮機的設計，也是順應市場和現實所需，可以提高菠蘿加工業(yè)的機械化普及率，傳播先進的現代加工理念，解放勞動力，改善生產環(huán)境，提高衛(wèi)生條件，也與我國現代化建設的要求不謀而合。
2.選題的主要任務及目標
主要任務：
設計一個電動菠蘿削皮機，同時要消除皮和毛眼，達到每小時100個以上。
主要目標：
1.撰寫開題報告；
2.畫出菠蘿削皮機的機械結構裝配圖及核心零件圖；
3.寫出設計說明書（不少于80削00字）；
4.設計出電氣原理圖。
3.選題研究的主要內容及擬解決的主要問題
（1）分析設計參數和設計技術要求，查閱文獻資料，開展調查研究。
（2）分析設計產品工藝方案，制定畢業(yè)設計題目設計方案，進行方案比較，優(yōu)化設計方案，撰寫開題報告。?
（3）裝配圖機構設計，整機的運動參數計算，相關零部件結構參數選擇、校核及尺寸計算。
（4）根據裝配圖，進行各個零件結構設計，繪出全部零件結構設計圖紙。
（5）按照畢業(yè)設計說明書內容、格式及要求，撰寫畢業(yè)設計說明書。?
擬待解決的主要問題有：?
國內企業(yè)都有著自己的生產工藝，參差不齊嚴重影響菠蘿削皮機的質量，例如：如何在精密熱處理環(huán)節(jié)選擇材料使其有綜合機械性能，耐磨、耐腐蝕性能及拋光亮度更為優(yōu)越。如何實現設計制造過程和加工產品方式。
4.主要參考文獻(須包括書名、作者、出版年和出版社名稱等)
[1] 鄭同政,張燕,曲高峰.胡椒脫粒去皮機的設計[J].湖北農業(yè)科學. 2014(21)
[2] 孫志磊,陵軍成.祁連圓柏種子人工和機械去皮效果研究[J].青海農林科技. 2014(03)
[3] 張燕,羅林輝,廖宇蘭.芒果去皮機的設計及其控制研究[J].農機化研究. 2012(06)
[4] 曾珊琪,張翠珠,張建寧.全自動蘋果去皮機的創(chuàng)新設計[J].包裝與食品機械. 2009(03)
[5] 楊子岐.柑、橙類水果去皮機的研制[J].包裝與食品機械.2006(01)
[6] 胡真,李志誠.南薺自動去皮機的研究[J].天津輕工業(yè)學院學報.2000(01)
[7] 劉守江,張艷來,茍明成.JL─Ⅱ型馬鈴薯切屑去皮機的研制[J].農機化研究. 1995(02)
[8] 陳功,何伯軍,江立.大蒜快速脫皮及其系列產品的研制(續(xù))[J].中國調味品. 1990(05)
[9] 楊宛章.哈密瓜刨削去皮機主要結構參數的試驗研究[J]. 八一農學院學報. 1990(01)
5.在規(guī)定時間段內,設計 (論文)內容進度計劃
第1-2周：選題，搜集資料
第3-4周：撰寫開題報告
第5-8周：形成初稿
第9-10周：修改初稿，形成二稿
第11周：定稿
第12周：準備答辯
指導教師意見
指導教師簽字:
年 月 日
教研室意見
教研室主任簽字:
年 月 日
備注:1.課題類型：論文、設計
2.課題來源分為生產實際、社會實際、實驗實習、科研課題和其他等。
- 3 -
附表4
本科畢業(yè)設計文獻綜述
學 院
機械工程學院
專 業(yè)
機械設計制造及其自動化
班 級
設計(論文)題目
菠蘿削皮機設計
學生姓名
指導教師
文獻綜述正文
菠蘿是我國南亞熱帶地區(qū)最具特色和優(yōu)勢的熱帶水果品種之一，在國際熱帶水果貿易中菠蘿年均貿易量排行第二，我國是世界五大菠蘿出口國之一，而且除了出口量大，國內對于菠蘿產品的需求也很龐大，在此基礎上，我國菠蘿加工業(yè)經歷了屢次調整，已經進入穩(wěn)定發(fā)展階段。上世紀，在世界范圍內，菠蘿產品以糖水菠蘿罐頭為主，近些年以來，菠蘿罐頭的產量已逐漸下降，而鮮果交易和菠蘿濃縮汁的交易比例卻在逐年遞增。而且隨著現代通訊技術的發(fā)展，跨國公司或不同國家之間的公司的聯(lián)系也越來越方便，也使世界菠蘿貿易架局穩(wěn)定，泰國菲律賓、印尼、巴西等國的菠蘿出口略有減少，但因為西方進口國家的需求龐大，所以這些國家的主要出口國地位并未改變，除了這些國家，中國大陸、哥斯達黎加、比利時等國的菠蘿出口量也是逐年增長，說明我國的菠蘿產業(yè)發(fā)展態(tài)勢良好。
我國菠蘿產業(yè)不僅在國際上嶄露頭角，在國內的相關產業(yè)發(fā)展也很喜人，因為交通運輸業(yè)的發(fā)展，如今生活在溫帶寒帶地區(qū)的人們，也能夠品嘗到很多熱帶地區(qū)的特產水果，菠蘿就是其中之一。菠蘿味道鮮美，新鮮的菠蘿含水量較高，約為85%。其成分包括糖類、蛋白質、脂肪、維生素A、B1、B2、C、蛋白質分解酵素及鈣、磷、鐵、有機酸類、尼克酸等，尤其以維生素C含量最高。而且菠蘿含有一種叫“菠蘿朊酶”的物質，它能分解蛋白質，這種酶除了能夠促進消化之外，還能分解血管中的纖維蛋白和血塊。綜合來說，菠蘿有很大的藥用、食用價值，但在食用菠蘿時，卻需要削皮食用，而且菠蘿表皮上密布著深深的果眼，為削皮增加了難度，所以人，們在進行削皮作業(yè)時，采用了多種削皮方式。
現有的菠蘿削皮方式，有機械削皮和手工削皮兩種，小作坊、飯店、家用等場景中，都以手動削皮為主，在削皮時使用削皮刀，去丁器（用來去除果眼）等手動加工工具；大批量生產場景中，如菠蘿罐頭廠、菠蘿榨汁廠等多使用自動加工生產線，生產線所需人工少，節(jié)約勞動力，而且加工能力可以達到20t/h。但是諸如上文提到的加工方式，手動加工耗時、耗力、效率低下，而且衛(wèi)生條件、安全條件方面都存在隱患，大型生產線造假昂貴，占地面積龐大，又不適合家庭、酒店、小作坊等小批量加工場景使用，而且我國菠蘿加工業(yè)相對落后、機械化水平低，綜合利用率低，加工出的產品較單一，未能將菠蘿各個部分有效加以利用，而且小個體戶加工多是少量加工，即時出售。小個體戶加工時一般都是采用人工作業(yè)的方式，工作效率低，果肉利用率不高，而且手工加工方式耗時長、浪費人力、衛(wèi)生條件差，現有市場又發(fā)展快速，對加工的效率和可靠性要求都越來越高，并且在城市生活中，年輕的父母們都很想從繁重的家務中解脫出來，所以各種去皮機應運而生。在這種情況下，設計一臺適合小批量加工的菠蘿削皮機成為當務之急，在市場上，已經有了手搖式的家用削皮機，這種削皮機質量優(yōu)劣不一，多為塑料制成，塑料的強度不大，而且在溫度稍高的環(huán)境中使用，還會析出有害物質，對于削皮機使用者和菠蘿食用者來說，并不衛(wèi)生可靠。所以市場上需要一種安全高效的菠蘿削皮機，這種削皮機應該能填補現有小批量機械加工菠蘿的市場空白，應用范圍廣，市場前景好，并且在設計中要盡可能多的采用標準件，保證零件的互換性，使該機器便于維修，并且控制造價，以便迎合小批量加工者對機器造價不高、便于使用、維護的需求。
綜上所述，課題確定為菠蘿削皮機的設計，也是順應市場和現實所需，可以提高菠蘿加工業(yè)的機械化普及率，傳播先進的現代加工理念，解放勞動力，改善生產環(huán)境，提高衛(wèi)生條件，也與我國現代化建設的要求不謀而合。
參考文獻（12—15篇）
[1] 尤鳳，孟聞遠. 滾動軸承選用計算中的問題解析[J].裝備制造技術.2011,7：47-50
[2] 董定超 李玉萍 梁偉紅 劉燕群 古小玲 宋啟道. 中國菠蘿產業(yè)發(fā)展現狀[J].熱帶農業(yè)工程 2009
[3] M.K. Siti Mazlina, A.R. Nur Aliaa,?H. Nor Hidayati, M.S. Intan Shaidatul Shima W.H. Wan Zuha. Design and Development of an Apparatus for Grating and Peeling Fruits and Vegetables[D]. American Journal of Food Technology.2013
[4] 吳季安.三軸交換齒輪變速機構[J].常州工業(yè)技術學院學報.1993
[5] 楊宛章 林運樂. 哈密瓜削皮機之仿形機構的研究[J]. 八一農學院學報.1990(04)
[6] 鄭同政,張燕,曲高峰.胡椒脫粒去皮機的設計[J]. 湖北農業(yè)科學. 2014(02)
[7] 孫志磊,陵軍成.祁連圓柏種子人工和機械去皮效果研究[J]. 青海農林科技. 2014(03)
[8] 張燕,羅林輝,廖宇蘭.芒果去皮機的設計及其控制研究[J]. 農機化研究. 2012(06)
[9] 曾珊琪,張翠珠,張建寧.全自動蘋果去皮機的創(chuàng)新設計[J]. 包裝與食品機械. 2009(03)
[10] 楊子岐.柑、橙類水果去皮機的研制[J]. 包裝與食品機械. 2006(01)
[11] 成大先.機械設計手冊[M]. 2008
[12] 王軍,田同海.機械設計[M]. 2015
[13] 王昆,何小柏,汪信遠.機械設計基礎課程設計[M]. 1995
[14]房亞東.果削皮機的工業(yè)工程設計[D].陜西·西安 西北工業(yè)大學機電工程學院，2015
[15] 高敏 方園園 包俊凌 蔡惠琴 方玲玲 馬振華 張慧超 呼格吉樂.菠蘿去皮器[J].科技資訊，2011
指導教師意見
指導教師簽字:
年 月 日
附表11
本科畢業(yè)設計辯及成績評定總表
學 院
學生姓名
指導教師
題目
菠蘿削皮機設計
指導教師評分
評閱教師評分
答辯時間
2017年4月 日
時 分～ 時 分
答辯地點
答
辯
記
錄
答辯委員會提出的問題及學生回答要點：
1. 刀具在切削完后回到初始點嗎？
答：并不需要回到初始點，直接上料后按下反轉按鈕就可以繼續(xù)切削。
2. 怎么保證菠蘿在切削過程中不掉落？
答：菠蘿的上卡盤有3-5厘米的活動活動量，在遇到過大的障礙導致切削不動時會有退讓效果。
3. 刀具怎么運動？
答：在主動齒輪上，嚙合兩個齒輪，一連接菠蘿卡盤部分，二連接絲杠部分，刀桿末端與絲杠螺母相連，并且在后部有導桿保證刀具的穩(wěn)定運動，主動輪旋轉帶動絲杠順時針或逆時針旋轉，絲杠螺母就會做上升或下降運動，以此帶動刀具。
記錄人簽名:
年 月 日
答辯委員會評語:
答辯委員會主任簽字:
年 月 日
答辯成績
(滿分50分,最終得分以四舍五入取一位小數)
答辯委員會成員
簽 名
年 月 日
學院工作委員會審核設計 (論文)最終成績(五級分制):
總分: 等級:
學院(蓋章) 工作委員會主任簽字:
年 月 日
- 1 -
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摘要
本設計一種小型菠蘿削皮機，由電動機為動力源，采用正-停-反控制電路以實現菠蘿削皮。本機器使用齒輪減速機構，絲杠和刀具等切削部件，同時設計了一個方便上料的卡盤作為菠蘿夾具，而且該卡盤可以有一定的退讓效果，能使刀具繞過難以切削的部分。本設計計算、校核了軸的各項數據，計算了齒輪的各項參數，設計了控制電路，繪制出了整機的裝配圖。本設計目的為：在“一果一上料”間歇工作前提下，實現菠蘿削皮的機械化，代替小批量加工者手動勞動，操作簡便，實用性強，可以很好的提高生產效率。
關鍵詞：菠蘿削皮;齒輪傳動;絲杠;電氣控制;間歇工作
Abstract
This is the design of a small pineapple peeling machine, the main source of power comes from the motor. It uses a run and stop relay circuit to efficiently peel pineapples. The machine works by using cutting tools that are powered by the gears to swiftly peel pineapples. The machine is also designed to have a mechanism that feeds in chunks of pineapple to make the process work adequately.The cutting tool can also provide more advanced maneuvers that could make harder cuts easily accessible. The pineapple peeling machine works by calculating the data of pineapple. It uses smart camera technology to calculate the pineapple’s size, shape, and the axis of how the pineapples are being placed in. That’s not all about this machine, this machine can be used on many types of fruits. The design of this machine is to help by greatly lowering the need of manual labor. This machine is easy to operate, it would also be very cost efficient, and would greatly improve production efficiency.
Key words: Pineapple peeling; gear drive; screw; electrical control; intermittent work
目 錄
1 引言 1
2.菠蘿削皮機的研究現狀 2
2.1 手動去皮 2
2.2 機械加工去皮 3
3.菠蘿去皮機的設計與校核 6
3.1 菠蘿的各項數據 6
3.2 菠蘿削皮機的方案確定 6
3.3 刀具設計 7
3.4 計算與校核 7
3.4.1 螺旋副 7
3.4.2 傳動系統(tǒng) 12
3.4.3 電動機功率計算和電機選擇 14
3.4.4 齒輪設計校核 14
3.4.5 聯(lián)軸器的選用 21
3.4.6 軸的設計計算 22
3.4.7 軸承的校核 28
4. 電氣控制原理闡述和電氣原理圖 30
結論 31
總結 32
致謝 33
參考資料 34
X
1 引言
菠蘿在生活中為人們所喜愛，不僅因為它外形獨特味道甜美，更因為它富含A、B、C等多種維生素，還有鈣、磷、菠蘿酶等多種對人體有益的成分。中醫(yī)認為，菠蘿可以健胃、去熱、解暑、加快酒精代謝。而現代醫(yī)學也證明了適量食用菠蘿對高血壓、腎炎患者有益。
菠蘿有這么多的優(yōu)點，卻需要削皮食用或加工，而菠蘿的外皮構成比較復雜，除了硬質表皮包裹，在表面還均勻分布有深深的果眼，在日常生活中，人們已經習慣手動削皮，一般在削皮過程中，需要用特制的V型刀具沿著果眼的分布螺旋線來運動以去除果眼，或者先用削皮刀削去果皮，再用特制刀具去除果眼，而隨著人們生活水平的提高，這種低效率的加工方式已經逐漸不被接納。大型加工廠如罐頭廠果脯廠有專用的菠蘿加工流水線，占地面積大設備造價高昂，不適合小批量加工者使用，但手動去皮也很難滿足飯店、酒店、零售商快速去皮的加工需要。因此，設計一臺能快速安全削皮且方便搬運的小型菠蘿削皮機，對市場而言，意義重大。
2.菠蘿削皮機的研究現狀
近年來，我國菠蘿種植和加工業(yè)都取
得顯著成果，物流運輸的發(fā)展，也為菠蘿的運輸銷售保駕護航，更有優(yōu)良產品早已遠銷海外，然而菠蘿加工過程中使用的機器研究進展卻無法與連年增長的菠蘿產量與加工量相匹配，以下將列舉日常生活中經常采用的菠蘿加工方式。
2.1 手動去皮
手工去皮主要是利用各種去皮刀來進行加工，圖2.1中的V型刀使用時是沿著菠蘿果眼分布的螺旋線走刀，挖出一道溝槽，將果眼和連帶的果肉一起挖掉，可以一次性去除果皮和毛眼但是加工用時長、效率低，稍不注意就會劃傷手，安全性很差。
圖2.2中的刀具是用來去除果眼的，使用時，使用者只需將刀具尖端插入菠蘿果眼位置，捏緊向外拉即可將果眼去除，缺點是需要逐個動作，每次只能去除一個果眼。
圖2.3中為水果削皮刀，不僅僅用于菠蘿削皮，還可以用于其他薄皮水果的削皮，該刀具無法單一使用，一般都要配合2.1和2.2中的V型刀或者去果眼刀。
圖2.4中快速去皮刀使用時只需將菠蘿頂端削平，再將削皮刀按照逆時針方向旋入菠蘿，待切削到恰當的時候向外拉就能將切削好的果肉帶出，這種加工方式對菠蘿果肉的切削并不充分，浪費很大。除此之外，還有很多手動加工單個菠蘿的方式和工具，都擺脫不了安全性不高、原料利用率不高、效率低、衛(wèi)生條件差的缺陷。
圖2.1 V型去皮刀及去皮后菠蘿
圖2.2 菠蘿去釘刀 圖2.3水果削皮刀
圖2.4 旋轉快速去皮刀及去皮后菠蘿
2.2 機械加工去皮
由于手工加工方式耗時長、浪費人力、衛(wèi)生條件差，現有市場又發(fā)展快速，對加工的效率和可靠性要求都越來越高，而且在城市生活中，年輕的父母們都很想從繁重的家務中解脫出來，所以各種去皮機應運而生，以下將列舉市場上已有的機械設備，并闡述加工方式。
圖2.5中電動菠蘿去皮機，一果一上料，人工上料取料，加工速度在15s/個，加工時，工人手動將待加工產品橫向放置在機器中部的空間中，開動機器后，機器自動夾緊原料，刀具貼近原料進行切削，該機器還兼具通芯功能，然而設備較大，不宜安放，不適合小型加工者采用，并且小型加工場景中常用的加工速度要求為100個/小時，如果采用本機器，那么多余的生產力將浪費，不符合改善生產力、提高生產效率的設計目標。
圖2.6中全自動菠蘿去皮通芯生產線，只需管理者在上料口上料，機器會有傳送帶自動運輸原料至加工位置，加工位置有4或5個旋轉工位，可以實現不間斷加工，處理能力為80個/分鐘，加工效率極高，除了去皮通芯，還兼具碎皮、清洗等功能，這種全自動菠蘿生產線，機器龐大，占地面積大，耗能高，適合大加工廠使用，對小批量加工者來說造價昂貴且不利于安放，故不采用此方案。
圖2.7中小型立式菠蘿削皮機，加工者只需將原料立式放置在加工的爪盤上，開動機器后機器自動壓緊原料，刀具運動至原料附近進行切削，切削完畢需要人工下料，該設備便于搬運，耗能小，加工效率基本滿足小批量加工的要求，但是可改進空間也很大，可以使機器更小更方便，本設計課題也從這方面著手，設計一臺方便加工、挪運的小型菠蘿削皮機。
圖2.5 電動菠蘿去皮機
圖2.6 全自動菠蘿去皮通芯產線
圖2.7 立式電動菠蘿去皮機
3.菠蘿去皮機的設計與校核
3.1 菠蘿的各項數據
圖3.1 菠蘿果眼分布
如圖3.1所示，菠蘿果眼為螺旋線分布，分布螺旋與水平面夾角范圍為40°-60°,分布條數為7-13條，每條螺旋線所占圓周的比例為3/5，而菠蘿的高度H與直徑D的比例關系一般為H/D=1.5，菠蘿高度范圍在160毫米至280毫米之間。
3.2 菠蘿削皮機的方案確定
本方案設計的小型菠蘿去皮機，以電動機作為動力源，鏈轉動或皮帶傳動、齒輪傳動結合作為傳動系統(tǒng)，仿行刀具作為切削工具，絲杠和菠蘿裝夾部分通過齒輪傳動作為刀具運動的動力，用多用夾具來固定原料，需要手工上下料。其中仿行刀具后端與絲杠螺母部分相連，以這種方式來實現加工時刀具的上下運動，切削刀具的仿行運動來源于刀具的刀桿，刀桿采用彈性材料，這樣在加工原料時，刀具就會根據原料的外形自動調整，減少加工時原材料的浪費。切削時因為螺紋絲杠副上絲杠螺母的運動帶動刀具，只要切削時的速度選用得當，去皮刀就會沿著菠蘿上果眼分布的螺旋線來切削，最大限度的利用原料，在兩者運動到上限或下限時，需要按動按鈕使電機往初始旋轉方向的相反方向旋轉，以便完整的為菠蘿削皮、去毛眼。
原料的裝夾部分，可以設計一個多用夾具，初步方案是使用一個有插齒的圓形轉盤來作為原料加工時的放置位置，且該裝置由兩部分組成，上下部分都帶有插齒，上半部分為可以上下活動的彈性機構，以達到自動夾緊的目的，并且兩部分都需要在加工時可以旋轉。
使用本機器時，上料過程，需要人工將菠蘿兩端削平，提起菠蘿夾具的上半部分，再插在插齒上，上半部分會在松開時自動壓緊菠蘿，削皮刀具的位置應處于最上端或最下端，切削時放置菠蘿的轉盤旋轉運動，帶動與其相連的螺紋絲杠，絲杠轉動又帶動（推動）絲杠螺母上下運動，連帶的刀具也會運動，在菠蘿旋轉的同時刀具上下運動在菠蘿上留下的軌跡即為一條螺旋線，這種加工方式可以最大程度的減少果肉的浪費。
3.3 刀具設計
首先確定菠蘿削皮機所用削皮刀具的樣式：刀具后端和螺紋絲杠螺母相連，以便于讓螺母運動帶動刀具運動，切削部分與絲杠螺母連接可以使用彈性金屬材料，這樣在進行切削時，X軸方向上的作用力推動刀具左右搖擺，而中段連接部分的彈性材料使刀桿形變維持在一定范圍內，這也是刀具等仿行能力的來源。如下圖所示
圖3.2 切削刀具
3.4 計算與校核
3.4.1 螺旋副
削皮機工作時，絲杠螺母在絲杠上運動帶動刀具上下運動，刀具位置在菠蘿一側，刀具只做上下運動，菠蘿旋轉時即可完成切削。
因為是小型機械，對于加工精度并無太大要求，選擇滾珠絲杠代價高昂，沒有必要，因此選擇結構簡單成本低廉加工方便的螺紋絲杠作為切削部分的組成。螺桿的螺紋類型有梯形、矩形、鋸齒形等，在此選用常用的梯形螺紋，梯形螺紋的牙型為等腰梯形，牙型角30°，其內外螺紋以錐面貼近不易松動，與其它牙形相比雖然傳動效率不占優(yōu)勢，但是易于制造，牙根強度很高，工藝性好，比其它類型的螺紋更耐磨，是一種非常常用的傳動螺紋。
1.螺旋傳動材料的選擇
螺旋傳動的常用螺桿材料有Q235、Q275、45、50、42Cr、65Mn、T1、18CrMnTi等，考慮到本機械工作場景腐蝕性較低，受力不大，轉速較低，兼具加工工藝性，故選擇45鋼作為螺桿材料。螺母材料常用的有ZCu10P1、ZCuA19Mn2等，這兩種材料適用于一般傳動，在此選擇ZCuA19Mn2作為螺母材料。45鋼屈服強度σs≥355MPa，抗拉強度σb≥600MPa,抗剪強度為178MPa（剪切力=178×D22π，單位為N），螺母材料ZCuA19Mn2的許用壓強P=15MPa。
2.螺桿相關的計算
刀具的切削寬度為10mm，意為菠蘿轉過一周，刀具的移動距離應為10mm，而螺桿旋轉一圈刀具移動一個螺距的距離。
根據耐磨性計算數據初步確定螺紋中徑，φ的值查機械設計手冊表12-1-4得剖分式螺母的取值范圍為2.5~3.5，故在此取φ=2.5，故螺母所受力F=刀具重量和螺母重量之和=40N，由公式
d2≥0.8FφP （3·1）
代入數值可得
d2≥0.8FφP=0.8402.5×15≈2.6mm
按照螺桿抗壓強度數據選擇螺紋內徑。根據莫爾強度理論，其強度條件為
σca=σ2+3τ2=1AF2+34Td12≤σ （3·2）
因為對于中尺寸或小尺寸的螺桿，可認為τ≈0.5σ，故
σca=F2+34Td12=1.3σ=1.3QA≤σ=σSS （3·3）
由上文計算數據所示
A=πd124mm （3·4）
d2 ----------------------螺紋中徑
σca ---------------------復合應力，包含拉伸和扭轉應力
τ ------------------------常數值
F ----------------------作用于絲杠上的力
A ----------------------螺紋段危險截面積
S ---------------------- 螺桿穩(wěn)定性安全系數
傳力螺旋S=3.5~5.0，傳導螺旋S=2.5~4.0，調整螺旋(精密或水平螺桿)S>4，所以在此取值S=5，所以螺桿螺紋小徑：
d2≥4×1.3SQπσS=4×1.3×5×4003.14×300≈3.32mm （3·5）
3.絲杠各項數據的確定
綜上所述，比較兩種計算結果，本課題應以抗壓強度所計算的結果為準選擇大、中、小徑，查機械設計手冊5-22頁GB/T5796.3-2005選擇，螺紋小徑d3=20.5mm，螺紋中徑d2=23.5mm，螺紋大徑D4=26.5mm，螺紋公稱直徑d=26mm，螺紋線數n=1，螺距p=5mm。
4.校核該螺旋副自鎖能力
圖3.3 螺旋副受力示意圖
如圖3.4所示，傳力螺旋需要確保自鎖性，以避免事故發(fā)生。在此我選擇的螺桿材料為45鋼，螺母材料為青銅，由機械設計手冊表12-1-7得兩者的摩擦系數f=0.08~0.10，此處選取f=0.09。
且梯形螺紋的牙型角為
α=30°，β=α2=15°
螺桿自鎖條件：
ψ<ρv
ψ=arctannp/πd2=arctan63.14×23.5=3.904° （3·6）
ρv=arctanfv=arctanμv=5.1428° （3·7）
ψ -------------------- 螺紋升角
ρv -------------------- 螺紋的當量摩擦角
μv ------------------螺桿的當量摩擦系數
因此滿足自鎖要求。
5.螺桿各部分長度確定
表3.1 絲桿螺距表[11]
標準規(guī)格（mm）
M45
M48
M52
M56
M64
螺距
4.5 4
5 4
5 4
5.5 4
6 4
表3.2絲桿公稱直徑表[11]
螺距
3
4
5
6
8
公稱直徑
10-60
16-80
22-100
30-100
32-100
表3.3 絲桿的余程[11]
螺距P
2
3
4
5
6
余程Le（mm）
10
12
16
20
24
因為螺距P=5mm，螺紋總長度Ls，余程為Le
Ls=Lu+2Le （3·8）
查表3.1表3.2表3.3中各數據可得P=5mm時，余程為20mm。因為單個菠蘿高度在160mm-280mm，所以工作長度Lu為320mm較合適，則：
Ls=320mm+40mm=360mm
圖3.4 絲杠余程與螺紋總長示意
6.螺紋強度校核
因為螺母材料為青銅，查機械設計手冊表12-1-10取τp=30MPa，σbp=40MPa，b=0.65p=0.65×5=3.25mm，D4=d+2ac≈d=26.5mm，查表12-1-4得剪切強度:
τ=FπD4bn=4003.14×26.5×3.25×80=1.26MPa （3·9）
τ --------------剪切強度
F --------------螺母承受的力
D4--------------螺紋中徑
彎曲應力[11]：
σb=3FH1πD4b2n=3×400×2.53.14×28×3.252×80=2.907MPa （3·10）
σb -------------螺母螺紋所承受的彎曲應力
H1[11]-------------常數
結果τ≤τ’p、σb=σbp，且因為螺桿材料強度遠大于螺母材料強度，所以只校核螺母即可，螺紋強度足夠。
7.螺桿的穩(wěn)定性計算
表3.4 螺桿穩(wěn)定性系數[11]
螺桿端部結構
μ
μ1
兩端固定
0.5
（如一端為不完全固定時為0.6）
4.730
一端固定，一端鉸支
0.7
3.927
兩端鉸支
1
3.142
一端固定，一端自由
2
1.875
采用滑動支承時，若令l0為支承長度，d0為支承直徑，則當l0/d0<1.5時，認為是鉸支；l0/d0=1.5~3時，是不完全固定；l0/d0>3時，是固定端。采用滾動支承是，當只有徑向約束是，是鉸支；當徑向和軸向都有約束時，是固定端。
螺桿危險面慣性半徑
i=d14=5.625mm （3·11）
螺桿兩端固定，根據表3.4可得μ=0.5 μ1=4.730
螺桿柔度：
因為螺桿材料為45鋼，由表3.5可得
a=461MPa，b=0.2568MPa，λ=μ1i=102.85
因
λ≥λ1
所以采用歐拉公式求實際穩(wěn)定性系數SC：
Fc=π3Ed3464μ12=1927KN （3·12）
SC=FCF=19270.5=3854>S=3.5~5.0
滿足穩(wěn)定性要求。
因為螺桿的一端要連接齒輪，另一端要連接軸承，為便于選擇零件和加工，螺桿和齒輪連接段加工成?=20mm。查機械設計基礎表14-1選擇齒輪連接端的鍵為A型鍵b×h=6×6。
表3.5材料直線公式系數[11]
材料
（σb、σa的單位為N/cm2）
a
b
λ1
λ2
N?cm-2
Q235
σb≥37200 σb=23500
30400
112
105
61
優(yōu)質碳鋼σb≥47100 σa=30600
46100
256.8
100
60
硅鋼
σb≥51000 σa=35300
57800
374.4
100
60
鉻鉬鋼
98070
529.6
≥55
鑄鐵
33220
145.4
硬鋁
37300
215
≥50
松木
3870
19
≥59
3.4.2 傳動系統(tǒng)
作為小型機械，可選的傳動方式很多，比如齒輪傳動帶傳動鏈傳動等，為了保證傳動平穩(wěn)，本人決定以齒輪傳動作為傳動系統(tǒng)的主要組成，齒輪傳動的傳動速度和功率可調節(jié)性大，傳動平穩(wěn)且效率高，和螺旋副組成刀具傳動的部分非常合適，裝配和更換零件都極為方便，所需空間比帶傳動、鏈傳動少，平穩(wěn)性也比其它傳動方式好，能夠在削皮機的制造、使用、維修過程中發(fā)揮重要作用。
因為菠蘿最高為280mm，為了保證課題要求的100個/小時的切削速度，單個菠蘿的切削時長不能超過36s，則絲杠螺母的運動速度為：
280mm36s=7.78mm/s
取整數值運動速度為8mm/s，螺距P=5mm，所以在切削時，螺桿的轉速為96r/min，因為刀具的切削部分寬度為10mm，那么刀具每運動10mm，菠蘿至少要旋轉一圈，所以可以算出菠蘿裝夾部分旋轉一周的時間不得多于10÷8=1.25s，即轉速至少為48r/min。在此我選擇角接觸球軸承作為菠蘿夾具的所用軸承，因為該處轉速低，角接觸球軸承也可以少量承受軸向力，并且摩擦阻力小、轉動效率高、成本低。螺桿和菠蘿裝夾部分的傳動比：
i=9648=2
此處傳動比數據意為，按照菠蘿果眼分布的螺旋線切削果眼，絲杠轉速和原料裝夾處的轉速比為2。
該機械運行時，菠蘿夾具的旋轉軸會有較大的運行靜阻力，這個運行阻力可以近似的等于
摩擦的總阻力。
運行靜阻力Pm[11]。
Pm=2βG0K+μ2Dc （3·13）
G0---------------- 菠蘿+旋轉軸重量前文計算得出為400N
K----------------- 滾動摩擦系數， K=0.04
μ----------------- 軸承摩擦系數 μ=0.02
β------------------附加阻力系數，β=2
Pm=2×2×400×（0.04+0.02×0.022）0.15=1130N
發(fā)動機和主動軸的動力傳輸采用聯(lián)軸器，減速器和菠蘿裝夾部分、菠蘿裝夾部分和螺桿之間都為齒輪傳動，并且因為傳動需要在一個平面內，所以應該選擇圓柱形齒輪。
傳動原理圖如下：
圖3.5 齒輪傳動裝配關系
各傳動部分效率查機械設計基礎表2-4得：
聯(lián)軸器
η1=0.99
開式圓柱齒輪傳動
η2=0.94-0.96,此處取0.95
傳動系統(tǒng)總效率：
η=η1η2=0.99×0.95=0.9405
3.4.3 電動機功率計算和電機選擇
求實際輸入總功率Nc
Nc=PmV1000η （3·14）
Nc=1130×11000×0.9405≈1.063KW
所需的最小電機功率
Pd=Ncη=1.063KW0.9405=1.13KW （3·15）
表3.6 Y型異步電動機數據摘錄[11]
型號
功率
（kW）
馬力（hp）
電流（A）
轉速（r/min）
效率η（%）
功率因數（cosφ）
堵轉轉矩
額定轉矩
堵轉電流
額定電流
Y90S-6
0.75
1
2.2
910
72.5
0.70
2.0
6.8
Y90L-6
1.1
1.5
3.2
910
73.5
0.72
2.0
6.9
Y100L-6
1.5
2
4.0
940
77.5
0.74
2.0
5.5
Y112M-6
2.2
3
5.6
940
80.5
0.74
2.0
5.5
Y132S-6
3
4
7.2
960
83
0.76
2.0
6.0
Y132M2-6
4
5.5
9.4
960
84
0.77
2.0
6.0
由表6可選擇電機型號為Y100L-6
3.4.4 齒輪設計校核
菠蘿削皮機齒輪傳動系統(tǒng)主動軸輸入功率為1.5×0.99=1.485kW，設計工作壽命10年，每年工作300天，每天工作時間10小時。已知單級齒輪減速器總傳動比為8-60。上文已計算得出絲桿轉速為n2 =96r/min，原料裝夾處轉速為n3=48r/min。因為所需的減速器為低速級，所以可以采用直齒輪，總傳動比范圍較大，結構簡單，適應性廣。而Y100L-6電動機轉速n=940r/min。取單級齒輪減速,原料裝夾處轉速/主動軸轉速=4，絲杠處轉速/主動軸轉速=2。
可得出如下數據：
①主動齒輪轉速n1=940r/min
⒈選擇齒輪傳動類型、精度等級、齒數和材料，并確定許用應力。
⑴齒輪傳動類型 使用正常齒制直齒圓柱齒輪傳動，壓力角α=20 °。
⑵精度等級確定 該機械為小型農用機械，查《機械設計》表10-3可知應選擇精度等級為8
⑶選擇齒數 初選主動齒輪齒數z1=20，則可得z2=80，z3=40
⑷選擇材料 由機械設計書表10-1選擇各齒輪均用40Cr調質后淬火，齒面硬度為48~55HRC
⑸許用應力的確定
①查機械設計書圖10-23d和圖10-25d得齒輪彎曲疲勞極限σFlim=600MPa，接觸疲勞極限σHlim=1100MPa。
②應力循環(huán)次數由公式
N1=60n1jLh （3·16）
N1------------------應力循環(huán)次數
n1------------------轉速
j-------------------每年工作天數
Lh------------------每天工作時長
代入數值求得
N1=60n1jLh=60×940×10×300×10=1.692×109
N2=z1z2N1=16×1.692×109=2.82×108
③查機械設計書圖10-24得KFN1=0.91,KFN2=0.94。
查圖10-26得KHN1=0.92,KHN2=0.98。
④彎曲疲勞強度安全系數SF、接觸疲勞強度安全系數SH，取SF=1.3，SH=1。
⑤許用應力[σ]計算，由公式
σF1=KFN1σFlimSF （3·17）
σH1=KHN1σHlimSH （3·18）
σF1、σH1-----------許用應力
KFN1、KHN2-----------常數
SF、SH---------------常數
代入數值計算可得：
σF1=KFN1σFlimSF=0.91×6001.3MPa=546MPa
σF2=KFN2σFlimSF=0.94×6001.3MPa=564MPa
σH1=KHN1σHlimSH=0.92×11001=1012MPa
σH2=KHN2σHlimSH=0.98×11001MPa=1078MPa
1. 按照齒根彎曲疲勞強度計算
⑴計算模數
m≥32KT1Y??dz12?YFaYSa[σF] （3·19）
m------------------齒輪模數
Y?------------------重合度系數
T1------------------齒輪轉矩
?d-----------------齒寬系數
z1------------------齒數
YFa-----------------齒形系數
YSa-----------------應力修正系數
⑵確定各數值
①載荷系數初選Kt=1.3
②主動輪轉矩T1。
T1=9.55×106P1n1=9.55×106×1.485940N?mm=1.5087×104N?mm
③齒寬系數?d，該處齒輪為非對稱分布，硬齒面，查機械設計手冊表14-1-69得?d=0.5
④彎曲疲勞強度重合度系數Yε
Yε=0.25+0.75εα （3·20）
εα=12π[z1（tan∝a1-tanα，）+z2（tanαa2-tanα，）] （3·21）
計算齒頂圓壓力角，由公式
αa=arccosmzcosαmz+2ha*m （3·22）
代入數值：
αa1=arccosmz1cosαmz1+2ha*m=arccos20×cos20°20+2=31.325°
αa2=arccosmz2cosαmz2+2ha*m=arccos120×cos20°120+2=22.438°
αa3=arccosmz3cosαmz3+2ha*m=arccos60×cos20°60+2=24.580°
嚙合角 α,=α=20°
重合度系數，由公式
εα1=12πz1tanαa1-tanα,+z2tanαa2-tanα, （3·23）
代入數值計算可得：
εα1=12πz1tanαa1-tanα,+z2tanαa2-tanα,
=12π20tan31.325°-tan20°+80tan22.438°-tan20°
=1.7141
εα2=12πz1tanαa1-tanα,+z3tanαa3-tanα,=12π20tan31.325°-tan20°+40tan24.580°-tan20°
=1.6710
重合度系數
Yε1=0.25+0.75εα1=0.25+0.751.7141=0.6875
Yε2=0.25+0.75εα2=0.25+0.751.6710=0.6988
⑤齒形系數YFa1、應力修正系數YSa。查機械設計書圖10-17得YFa1=2.65，YFa2=2.18，YFa3=2.22；查圖10-18得YSa1=1.55，YSa2=1.78，YSa3=1.75。
YFa1YSa1[σF1]=2.65×1.55546=0.00752>YFa2YSa2[σF2]=2.18×1.78564=0.00688
可知主動齒輪和螺桿處齒輪相比，數值較大，彎曲疲勞強度低，應代入計算；而主動齒輪和絲杠處齒輪相比數值較小，所以也應將絲杠處齒輪彎曲疲勞強度代入計算。
⑶初算模數
mt≥32KtT1Yε1?dz12?YFa1YSa1σF1=32×1.3×1.5087×104×0.68750.5×202×0.00752=1.0046mm
⑷修正模數，計算載荷系數所需的數據。
①根據上述數據計算主動齒輪分度圓直徑
d1t=mtz1=1.0046×20=20.092mm
②圓周速度υ
υ=πd1tn160×1000=π×20.092×94060×1000m/s=0.9889m/s
⑸計算載荷系數。
①查機械設計書表10-4得使用系數KA=1。
②由圖10-11可得，速度0.9889m/s，8級精度，動載系數KV=1.06。
③由公式
KAFtb=2KAT1?ddt12 （3·24）
KA-----------------使用系數
b------------------齒寬
Ft-----------------分度圓上的圓周力
計算可得
KAFtb=2KAT1?ddt12=2×1×1.5087×1040.5×20.0922N/mm=149.49N/mm>100N/mm
可查機械設計書表10-5得，8級精度，直齒輪齒面硬化應選齒間載荷分配系數Kα=1.2。
④由公式
bd1t （3·25）
計算可得：
bd1t=?d=0.5
齒輪非對稱布置，硬齒面，軸的剛度較小，由圖10-14b可得齒向載荷分布系數Kβ=1.03。
計算載荷系數公式
K=KAKvKαKβ （3·26）
代入數值計算：
K=KAKvKαKβ=1×1.06×1.2×1.03=1.310
K--------------------載荷系數
KA-------------------使用系數
Kv-------------------動載系數
Kα-------------------齒間載荷分配系數
Kβ-------------------齒向載荷分配系數
⑹按照實際載荷系數修正模數。
按照公式
m=mt3KKt （3·27）
代入數值求得
m=mt3KKt=1.004631.311.3mm=1.0072mm
查機械設計手冊表14-1-5取標準模數m=2mm
⑺小齒輪分度圓直徑。
d1=mz1=2×20=40mm
4．按齒面接觸疲勞強度計算
⑴計算式
d1≥32KT1?d?u+1uZHZEZεσH2 （3·28）
d1------------------分度圓直徑
u-------------------常數
ZH------------------節(jié)點區(qū)域系數
ZE------------------彈性影響系數
Zε------------------接觸疲勞強度的重合度系數
⑵確定各值 T1數據同前所述，齒寬系數?d=0.5。
①計算載荷系數K。
查機械設計書表10-4得使用系數KA=1
②速度
υ=πd1tn160×1000=π×40×94060×1000m/s=1.969m/s
8級精度，查機械設計書圖10-11可得動載系數Kv=1.13
③由
KAFtb=2KAT1?ddt12=2×1×1.5087×1040.5×402N/mm=37.7175N/mm<100N/mm
可查機械設計書表10-5得，8級精度，直齒輪齒面硬化應選齒間載荷分配系數Kα=1.2。
④
bd1t=?d=0.5
齒輪非對稱布置，硬齒面，軸的剛度較小，由圖10-14b可得齒向載荷分布系數Kβ=1.03。
計算載荷系數：K=KAKvKαKβ=1×1.13×1.2×1.03=1.3967
⑶材料的彈性影響系數ZE。查機械設計書表10-6得ZE=189.8MPa。
⑷節(jié)點區(qū)域系數ZH。由圖10-20得ZH=2.5。.
⑸齒面接觸疲勞強度的重合度系數Zε。由公式
Zε=4-εα3 （3·29）
代入數值可得：
Zε=4-εα3=4-1.71413=0.8729
⑹許用應力σH=minσH1，σH2=1012MPa
⑺主動齒輪分度圓直徑
d1≥32KT1?d?u+1uZHZEZεσH2
=32×1.3967×1.5087×1040.5×3.1905+13.19052.5×189.8×0.872910122
=26.46mm
5.確定齒數
既滿足彎曲疲勞強度的模數m=2mm，同時又滿足接觸疲勞強度的主動齒輪分度圓直徑d1=26.46mm，可確定主動齒輪齒數
z1=d1m=26.462=13.23
取z1=24，z2=uz1=4×24=96，z3=2×24=48
6.計算傳動比誤差
?i1=4-96244×100%=0<3%
?i2=2-48242×100%=0<3%
7.計算幾何尺寸
⑴分度圓直徑 d1=mz1=2×24mm=48mm，因為48mm大于接觸疲勞強度計算出的26.46mm，故滿足接觸疲勞強度。
d2=mz2=2×96mm=192mm
d3=mz3=2×48mm=96mm
⑵齒寬 b=?dd1=0.5×48mm=24mm
取b2=b3=25mm，b1=b2+5~10mm=29~34mm，取b1=30mm
齒數大于初選值，齒形系數和應力修正系數的乘積YFa?YSa減小、重合度增大其系數YεZε減小、齒寬圓整后實際齒寬系數增大，這些因素均有利于傳動，關于分度圓致敬增大引起圓周速度增大對動載系數Kv的影響很小，可以忽略不計。故無需修正計算。
⑶中心距
a1=m2z1+z2=2224+96mm=120mm
a2=m2z1+z3=2224+48mm=72mm
根據中心距確定的方案，優(yōu)先選用0、5作為個位數，或就近選擇2、4、6、8，此處兩組中心距數據均符合要求，無需通過變位加工或改變齒數等方式實現湊配中心距。
8.計算圓周速度
υ=πd1tn160×1000=π×48×94060×1000m/s=2.3625m/s
參照機械設計書表10-2可得直齒圓柱齒輪圓周速度≤6m/s選用8級精度是合適的。
9.變位齒輪設計
⑴變位系數
此處兩組中心距數據均符合要求，無需通過齒輪變位或改變齒數等方式實現湊配中心距。所以變位系數
x1=x2=0
⑵計算幾何尺寸
①齒頂圓直徑
由公式
da=mz1+2ha*+x1-?ym （3·30）
da-------------------齒頂圓直徑
ha*-------------------齒頂高系數
x1-------------------變位系數
?y-------------------降低齒頂高系數
代入數據可得：
da1=mz1+2ha*+x1-?ym=2×24+2×1+0-0mm=52mm
da2=mz2+2ha*+x2-?ym=2×96+2×1+0-0mm=196mm
da3=mz3+2ha*+x3-?ym=2×48+2×1+0-0mm=100mm
②齒根圓直徑
由公式
df1=mz1-2ha*+c*-x1m （3·31）
df---------------------齒根圓直徑
c*---------------------頂隙系數
代入數據可得：
df1=mz1-2ha*+c*-x1m=2×24-2×1+0.25-0mm=43mm
df2=mz2-2ha*+c*-x2m=2×96-2×1+0.25-0mm=187mm
df3=mz3-2ha*+c*-x3m=2×48-2×1+0.25-0mm=91mm
因為沒用使用齒輪變位的方式湊配中心距，也沒有改變嚙合參數、幾何尺寸等，因此不需要重新校核齒輪強度。
10.齒輪設計計算結果
采用直齒圓柱齒輪傳動，三個齒輪均選用40Cr調質后淬火；精度等級為8級；齒數z1=24，z2=96，z3=48；模數為m=2mm,壓力角α=20°；無變位；中心距a1=120mm，a2=72mm；齒寬b1=30mm，b2=b3=25mm。
11.結構設計及制圖
由機械設計書圖10-32a可知，da<160mm的適合選用實心式結構，160mm
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