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12 屆畢業(yè)設計 機械擊打式核桃破殼機的設計 設計說明書 學生姓名 ： 學 號 ： 所屬學院 ： 機械電氣化工程學院 專 業(yè) ： 農業(yè)機械化及其自動化 班 級 ： 12-2 指導教師 ： 日 期 ： 2012.06 塔里木大學教務處制 前 言 核桃又名胡桃，系胡桃科核桃屬。與扁桃、腰果、榛子并列稱為世界四大干果 [1]。核桃在我 國大部分地區(qū)都有分布，并且我國已經具有幾千年的栽培歷史，近年來在核桃的種植、生產、加 工、出口等方面，都具有很大的增長趨勢。核桃果實內的核仁含有很高營養(yǎng)價值，其蛋白質含量 達 15﹪ 左右，最高可達 29.7﹪ ，其含脂肪約 63﹪，最高可達 76.34﹪，且核桃油中飽和脂肪酸 即豆寇酸、棕桐酸和硬脂酸總量小于 10﹪，而不飽和脂肪酸中的油酸、亞油酸、亞麻酸和花生烯 酸總量高達 90﹪，為人體必需的脂肪酸。此外，核桃仁還含有人體必需的多種氨基酸、微量元素 和維生素，其中微量元素鋅和錳是腦垂體的重要組成部分，常食有益于腦的營養(yǎng)補充，同時對大 腦神經很有益處，對神經衰弱，頭昏健忘等癥有輔助治療作用 [2]。 核桃是林果業(yè)中最具市場競爭力的特色果品，也是近年來南疆林果業(yè)中發(fā)展速度最快的 樹種。隨著核桃產量的日益增加，市場上對核桃深加工產品的需求也越來越迫切，將核桃破殼后 深加工不僅可以增加核桃的附加值，而且還能帶動整個核桃產業(yè)的發(fā)展。核桃破殼是核桃深加工 中必須首先解決的重要工序。 核桃是主要的名特優(yōu)林果樹種之一，種植歷史悠久，種質資源豐富。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn) 略的貫徹落實，自治區(qū)將農業(yè)產業(yè)結構調整的著力點，放在提高農產品的質量、效益和產品競爭 力上，將林果業(yè)作為農業(yè)增效、農村經濟發(fā)展、農民增收的支柱產業(yè)培育，使核桃生產向著基地 化、規(guī)?；?、產業(yè)化方向發(fā)展。核桃是林果業(yè)中最具市場競爭力的特色果品，也是近年來南 疆林果業(yè)中發(fā)展速度最快的樹種。 據統(tǒng)計，2009 年全疆核桃種植面積已達 300 萬畝，比 2000 年（40 萬畝）增加了 260 萬 畝，平均每年增加 24.5 萬畝核桃面積。約占全疆林果業(yè)總面積（1600 萬畝）的近五分之一，約 占全國核桃栽培總面積(3000 萬畝)的十分之一，為第二大果樹。全疆 300 萬畝核桃，其中 投產面積約 100 萬畝，年產核桃堅果 8 萬噸，總產值約 20 億元。核桃年產值位于自治區(qū)干、 堅果樹種之首，僅次于葡萄、杏，名列全疆林果樹種年產值第三位 [3]。 但是我們不能只靠賣原料來增收，而要走農產品深加工，一是取仁或取仁后加工飲料等，二 是制油來提高核桃的附加值使農民增收。核桃破殼取仁是核桃深加工的第一步，必須首先解決。 破殼后的核桃殼有著廣泛的用途，它可以制成活性碳、過濾器中的濾料、堵漏材料等等。核桃破 殼取仁將大大提高核桃的附加值。 的核桃以個大、皮薄、質優(yōu)聞名全國，由于薄殼和中殼核桃的橫隔膜退化或呈膜質、革 質，內褶壁退化或不發(fā)達，較易于用機械剝殼取仁，核桃品種性狀的改良也為機械化破殼取 仁提供了有利條件。 目 錄 1.緒論 .1 1.選題的意義和目的 1 1.1 本課題所涉及的問題及國內（外）研究現狀及分析 1 1.2 核桃破殼機的技術現狀及存在的問題 3 1.3 方案的確定 4 2.設計方案的選 擇 .4 2.2 核桃破殼部分的設計 5 2.3 核桃破殼機箱體設計 5 2.4 軸的設計 7 2.4.1 凸輪軸的設計 7 2.4.2 軸的校核 9 2.4.3 軸系零件的定位 .10 2.5 軸承的選擇 .10 2.6 鍵聯結的選擇與校核 .11 2.6.1 鍵的選擇 .11 2.6.2 鍵的安裝 .11 2.6.3 校核鍵聯接的強度 .11 2.7 軸承端蓋的設計 .11 3.電動機的選擇 12 4.減速器的設計 13 4.1 確定總的傳動比 .13 4.2 減速器的選擇 .13 4.2.1 選擇蝸桿的傳動類型 .13 4.2.2 選擇材料 .13 5 .聯軸器的選擇 .13 6.總結 13 致 謝 14 參考文 獻 15 塔里木大學畢業(yè)設計 1 1.緒論 1.選題的意義和目的 核桃，又稱胡桃，為胡桃科植物。核桃仁含有豐富的營養(yǎng)素，每百克含蛋白質 15～20 克， 脂肪 60～70 克，碳水化合物 10 克；并含有人體必需的鈣、磷、鐵等多種微量元素和礦物質，以 及胡蘿卜素、核黃素等多種維生素。核桃中所含脂肪的主要成分是亞油酸甘油脂，食后不但不會 使膽固醇升高，還能減少腸道對膽固醇的吸收，因此，可作為高血壓、動脈硬化患者的滋補品。 此外，這些油脂還可供給大腦基質的需要。核桃中所含的微量元素鋅和錳是腦垂體的重要成分， 常食有益于腦的營養(yǎng)補充，有健腦益智作用。 科學家們發(fā)現，每 100 克核桃肉中含有 20.97 個單位的抗氧化物質，它比柑桔高出 20 倍， 菠菜的抗氧化成份為 0.98 個單位，胡蘿卜為 0.04 個單位，西紅柿為 0.31 個單位。 核桃營養(yǎng)豐 富，含有豐富的蛋白質、脂肪，礦物質和維生素。每 100 克中含蛋白質 15.4 克，脂肪 63 克，碳 水化物 10.7 克，鈣 108 毫克，磷 329 毫克，鐵 3.2 毫克，硫胺素 0.32 毫克，核黃素 0.11 毫克， 尼克酸 1.0 毫克。脂肪中含亞油酸多，營養(yǎng)價值較高，此外，還含有豐富的維生素 B、E。核桃含 有豐富的維生素 B 和 E，可防止細胞老化，能分健腦、增強記憶力及延緩衰老。核桃中還含有特 殊的維生素成分，不但不升高膽固醇，還能減少腸道對膽固醇的吸收，適合動脈硬化、高血壓和 冠心病人食用。核桃仁含有亞麻油酸及鈣、磷、鐵，是人體理想的肌膚美容劑，經常食用有潤肌 膚、烏須發(fā)，及具有防治頭發(fā)過早變白和脫落的功能。 核桃仁還含有多種人體需要的微量元素， 是中成藥的重要輔料，有順氣補血，止咳化痰，潤肺補腎等功能。當感到疲勞時，嚼些核桃仁， 有緩解疲勞和壓力。 目前我國核桃面積約 66．7 公頃，年產量約 20 多萬噸。核桃出仁率達 50％左右，優(yōu)質的核 桃仁為淡黃色或琥珀色，營養(yǎng)豐富而味美，可生食，是很好的滋補品，也是制作糕點的原料。許 多國家有消費核桃的習慣，美國的膳食指南將其與大豆列為同類食物。近年來，核桃除銷售干果 或核桃仁外，核桃乳、核桃速食粉、核桃精等加工品也已進入市場，另有少量的核桃油產品銷售， 但是核桃的深加工產品較少見，隨著核桃生產的發(fā)展，其后續(xù)產品的開發(fā)和加工也迫在眉 [4] 。 我國的核桃栽培面積約 130 萬 hm2以上，主要種植區(qū)域在西南和西北。在國際市場上，核桃 與杏仁、腰果、榛子一起并列為世界 4 大干果，核桃作為保健食品早已被國內外所認識。我國核 桃總產量約 1 萬 t，全國人均占有 0.24kg。這與國際上一些國家相比相差甚遠，如美國人均占有 核桃 1.5kg，是我國的 6 倍。 核桃是主要的名特優(yōu)林果樹種之一，種植歷史悠久，種質資源豐富。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn) 略的貫徹落實，自治區(qū)將農業(yè)產業(yè)結構調整的著力點，放在提高農產品的質量、效益和產品競爭 力上，將林果業(yè)作為農業(yè)增效、農村經濟發(fā)展、農民增收的支柱產業(yè)培育，使核桃生產向著基地 化、規(guī)?；?、產業(yè)化方向發(fā)展。核桃是林果業(yè)中最具市場競爭力的特色果品，也是近年來南 疆林果業(yè)中發(fā)展速度最快的樹種。據統(tǒng)計，2009 年全疆核桃種植面積已達 300 萬畝，比 2000 年（40 萬畝）增加了 260 萬畝，平均每年增加 24.5 萬畝核桃面積。約占全疆林果業(yè)總面積 （1600 萬畝）的近五分之一，約占全國核桃栽培總面積 (3000 萬畝)的十分之一，為第二大 果樹。全疆 300 萬畝核桃，其中投產面積約 100 萬畝，年產核桃堅果 8 萬噸，總產值約 20 億 元。核桃年產值位于自治區(qū)干、堅果樹種之首，僅次于葡萄、杏，名列全疆林果樹種年產值第三 位 [5]。 針對核桃加工存在的問題和市場的需求，確定核桃加工工藝，除脫青皮、分級、清洗、脫水、 烘干、去殼、仁殼分離與包裝外，還可進一步深加工。在加工中，存在的問題是核桃脫殼比較困 難，主要由人工完成。人工剝殼難以滿足生產發(fā)展的要求，故研制高效剝殼機已成當務之急 [6]。 塔里木大學畢業(yè)設計 2 1.1 本課題所涉及的問題及國內（外）研究現狀及分析 目前，國內外一些企業(yè)和科研院所已研制出了一些剝殼加工設備，就其機具的結構特點與工 作原理大致可分為以下幾種： (1)擠壓法破殼是利用一對直徑相同轉速相等但轉向相反的圓柱輥子，圓柱輥子之間的間隙可調， 當物料通過適當的輥子間隙時受到輥子的擠壓力作用而達到破殼效果 [7]。 (2)撞擊法破殼是利用物料在高速運動過程中突然受到阻礙時受到沖擊力作用，使物料的外殼破 碎從而達到破殼目的。撞擊法破殼常用的設備主要是由一個作高速回轉運動的甩料盤和固定在甩 料盤周圍的內壁組成。高速回轉運動的甩料盤使物料產生一個很大的離心力使其撞擊周圍的內壁， 當離心撞擊力大于物料外殼的極限承載力時，物料外殼將會破裂，從而實現破殼。 (3)剪切法破殼是指將物料放在固定的刀架和相對旋轉的轉鼓之間，在相對運動著的刀具的剪切 力作用下，物料的外殼被切裂從而實現殼仁分離的。剪切法破殼裝置主要是由刀板座和以刀板轉 鼓為工作部件組成的破殼機。該裝置的刀板轉鼓和刀板座上均裝有凹形刀板，并且可以根據物料 的大小調節(jié)刀板轉鼓和刀板座之間的間隙以適應于不同尺寸大小的物料。工作時，物料受到旋轉 的刀板與固定的刀板間產生剪切力作用，使其外殼破裂從而實現破殼。 (4)碾搓法破殼是將物料放在固定的磨片和運動著的磨片之間，利用定磨片和動磨片產生的碾搓 作用，迫使物料的外殼被撕裂，從而達到破殼目的。碾搓法破殼的主要裝置是由一個固定的圓盤 和一個相對轉動的動圓盤組成。當物料由喂入裝置進入定圓盤和動圓盤之間的間隙中時，動圓盤 轉動產生的離心力時物料沿著沿徑向方向向外運動的同時，也使物料與定圓盤之間產生方向相反 的摩擦力；與此同時，圓盤上的齒形結構不斷地對物料外殼進行切割作用。物料在摩擦力和剪切 力的雙重作用下，最終使外殼產生裂痕直至完全破裂，從而達到破殼的目的。 (5)摩擦法破殼是指對于本身質量很大的物料，可以利用物料與設備之間直接接觸相互摩擦的方 法破殼，而對于本身質量很小的物料，即使是調節(jié)設備間隙也不能使物料與設備全部都直接接觸， 這時主要就是靠物料與物料、物料與機構之間的摩擦力作用使其破殼。 (6)搓撕法破殼是指利用兩個轉速不同的相對轉動的橡膠輥筒轉動時對物料進行搓撕作用而實現 破殼的。搓撕法破殼的主要部件是由兩個水平放置的摩擦系數較大的彈性橡膠輥筒組成。工作時， 兩個橡膠滾筒分別以不同速度做相對轉動，兩輥面之間存在著一定的線速度差，當物料進入橡膠 滾筒的工作區(qū)時，與兩輥面相接觸，當嚙入角小于摩擦角時，物料就可以順利進入兩輥之間的間 隙。物料在進入兩輥間的間隙同時受到兩個不同方向的摩擦力撕搓作用和兩輥面的法向擠壓力的 作用，當物料到達兩個輥子中心連線附近時法向擠壓力最大，物料受壓產生塑性變形，與此同時， 擠壓力也會將物料外殼擠破，從而完成物料的破殼。 (7)真空法破殼指將物料放在真空爆殼機中，在真空狀況下將物料加熱到一定的溫度，利用真空 泵抽吸水分；同時，真空作用使得物料殼外部壓力降低，而殼內部則相對處在高壓狀態(tài)，當內外 壓力差到達一定程度時，就會使得物料外殼破裂到達破殼效果。 (8)壓力膨脹法破殼是指預先將具有一定壓力的氣體壓入物料的殼內，保持一定的時間后，當物 料的內外氣壓達到平衡，然后突然瞬間減壓，此時物料的內外壓力平衡被打破，在高壓作用下， 殼體內部的氣體產生非常巨大的爆破力從而沖破殼體，以實現破殼效果。 (9)激光法破殼是利用激光逐個切割物料的外殼以實現破殼目的的。雖然采用這種方法能夠達到 幾乎 100%的整仁率，但是由于該方法費用十分昂貴、效率比較低等原因，很難得到應用和推廣。 (10)能量法破殼是指將物料放置在一個高溫高壓的環(huán)境中，經過一段時間的高溫高壓作用，使 得物料殼體內部聚集大量的熱量，然后瞬間將物料脫離高溫高壓的環(huán)境，這時，物料的殼與仁之 間的壓力瞬時爆破，從而達到破殼效果。 (11)超聲波法破殼是指采取超聲波發(fā)生器產生大于 20kHz 的超聲波作用于物料的外表面，經碰 撞、摩擦等多種力綜合作用實現破殼的。 國外研究現狀及分析 塔里木大學畢業(yè)設計 3 國外早在 20 世紀 60 年代初,就著手研制堅果剝殼機具,至 80 年代初,美國、意大利、法國等 已相繼推出了各種堅果剝殼機,如夏威夷果剝殼機、杏仁剝殼機等。經過數十年的發(fā)展,堅果剝殼 機具已日趨成熟,目前,正朝著機電一體化方向發(fā)展 [8]。 目前，核桃破殼取仁方法有離心碰撞式破殼法、化學腐蝕法、真空破殼取仁法、超聲波破殼 法和定間隙擠壓破殼法。離心碰撞方法碎仁太多，所以應用很少；化學腐蝕方法由于在實際操作 中不好控制，仁易受到腐蝕，處理不好還會對環(huán)境造成污染；真空破殼和超聲波破殼方法設備昂 貴，破殼成本高，且破殼效果不夠理想；定間隙擠壓破殼方法值得探索。核桃破殼裝置是核桃破 殼取仁機的核心裝置。機械剝殼常用方法有借助粗糙表面碾搓作用的碾搓剝殼、借助撞擊作用撞 擊剝殼、利用剪切作用的剪切剝殼和利用成對軋輥擠壓作用的擠壓剝殼。常見的破殼裝置有圓盤 剝殼裝置、齒輥剝殼裝置、離心剝殼裝置、錘擊式剝殼裝置、軋輥式剝殼裝置、對輥窩眼式開口 裝置、沖壓式破殼裝置、核桃鋸口破殼裝置、核桃破殼挖核裝置及平板擠壓式破殼裝置。 國內研究現狀及分析 我國堅果剝殼機具發(fā)展緩慢,遠遠落后于種植業(yè)的發(fā)展,在一些生產應用的機具中,存在如下幾 個突出的問題,因而,難以推廣應用 [9]。 (1)剝殼率低。不少剝殼機漏剝或剝殼不完全,果仁去凈率不高,有些剝殼機剝殼率只有 50%。這 是堅果剝殼機推廣使用的最大障礙。 (2)損失率高。由于參數選擇不合理,造成剝殼不完全現象嚴重,碎仁夾帶在碎殼中難以回收而被 棄除。有些機具果仁損失率高達 20%。 (3)果仁完整性差。有些機具的設計,為了減少漏剝或剝殼不完全現象,一味追求剝殼率的提高, 導致高的破碎率,從而降低了產品的商品價值。 (4)通用性差。一般剝殼機僅能用于某一品種堅果的剝殼作業(yè),對于不同品種的堅果,不能通過更 換主要零部件來實現一機多用。 (5)機具性能不穩(wěn)定,適應性差。為某類堅果專門開發(fā)的專用機型,在該堅果品種、大小規(guī)格、外 殼形狀和含水量等因素出現變化時,剝殼機具剝殼性能就變差。 (6)作業(yè)成本偏高。我國堅果剝殼機具尚未形成規(guī)模和系列,多數是單機制造,制造的工藝水平低、 成本高、也因為通用性差,不能一機多用,使得生產企業(yè)設備配置的成本高,致使加工堅果的作業(yè)成 本增加。 本課題重點研究核桃破殼機的破殼部分，以改善現存的剝殼率低、損失率高、果仁完整性差、 通用性差、機具性能不穩(wěn)定、適應性差、作業(yè)成本偏高等問題。 關鍵問題解決思路：對核桃破殼機的主要部件擠壓輥進行了設計研究，確定了核桃在擠壓輥中 的導入條件, 給出了擠壓輥之間間隙、直徑、長度的確定方法。 1.2 核桃破殼機的技術現狀及存在的問題 目前，雖然我國已研制開發(fā)出了一些堅果破殼機械，但是核桃破殼機的發(fā)展相當緩慢，并且 能進行批量生產的成熟機型不多，遠不能滿足實際生產需要。具有代表性的核桃破殼機主要有： ①農業(yè)大學史建新、喬園園、董遠德等研究人員研制的新型核桃破殼機。該機主要由喂料斗、 喂料撥輪、機架、物料輸送圓盤、導向摩擦盤、觸點開關、氣缸、供氣組件、時間繼電器和電磁 閥等組成。工作時，物料輸送圓盤外圓周上均布的導向輥子在摩擦盤的驅動下推動核桃轉動實現 其導向，時間繼電器通過電磁閥控制活塞桿對核桃進行擊打。該新型核桃破殼機結構簡單、破殼 效率高，能實現核桃的機械化破殼取仁 [10]。②王琦祥研制的核桃破殼機，該機由一對保持一定夾 角的工作盤、儲料斗、出料斗、帶爪鉤鏈條等所構成。通過鏈條運行，其上以一定間距分布的爪 鉤便將核桃從儲料斗一個一個抓起送入一對保持一定夾角的工作盤中，隨工作盤的旋轉將核桃外 殼壓碎而保持核桃仁的完整，被已壓碎的外殼和核桃仁一起落入有斜面的出料斗，借該斜面作用 使已破碎外殼和核桃仁在出料斗出口處分開。該機可對大小混在一起的核桃進行破殼 [11]。③南京 農業(yè)大學農業(yè)工程學院吳子岳通過對綿核桃物理機械特性的測定和內力分析，提出了剝殼取仁原 塔里木大學畢業(yè)設計 4 理破裂綿核桃殼，并研制了雙齒盤—弧齒板式剝殼裝置和綿核桃剝殼取仁機，該機主要由機架、 喂入裝置、剝殼裝置、調速電機、出料斗等組成。該機的最佳運動參數是：齒盤轉速 70～80r/min，喂入輪轉速 25r/min 左右，最大生產率為 180kg/h[12]。④馮光旭、馮昱、李琳娜 等人員研制的核桃破殼機。該機包括底座、破殼組件，其中破殼組件包括活動塊和固定塊，固定 塊設置在底座一端，活動塊設置在蝸桿一端，蝸桿另一端外套彈簧，蝸桿與蝸輪配合，蝸輪軸下 端固定在底座上，蝸輪軸上端安裝手柄。該機省力效果明顯，破殼效果好，容易掌握施力的大小 [13]。 雖然許多科研人員對核桃破殼的機理及設備做了大量的分析和研究，也獲得了很多寶貴的經 驗和成果，但是在有些方面依然存在著不足。主要存在以下幾方面的問題： 第一，在簡化核桃的幾何物理模型進行理論分析時，并沒有從不同方位分別分析核桃殼的受 力情況。 第二，目前存在的核桃破殼機構在進行核桃破殼時，對加載力的方位、載荷大小以及加載行 程等綜合因素對破殼效果的影響卻少有研究。如果加載力太大，則很有可能將核桃殼打破的同時 把核桃仁也打爛甚至打碎，這樣就會影響破殼效果，降低一路仁和二路仁比率；若加載力很小， 就不足以將核桃殼打破，從而降低一次性破殼率，同時還會影響破殼后核桃殼、仁的順利分離。 第三，在輸送核桃過程中可能產生堆積現象，但是擊打裝置在擊打核桃破殼時只能一對一地 將核桃進行擊打，因此如何保證將輸送裝置中的核桃單一化還沒有得到較好的解決。 第四，核桃在輸送的過程中可能出現跳動和偏出，不利于擊打裝置的擊打破殼，這也是一個 亟待解決的重要問題。 1.3 方案的確定 打擊方式破殼能得到較多的高路仁， 破殼后的核桃殼較碎， 有利于實現核桃的機械破殼， 破殼的綜合效果優(yōu)與擠壓破殼。該機主要由輸送機構、 破殼機構、傳動機構、 電機及機架等組 成， 不受山核桃形狀和大小限制， 免除了分級步驟。 其結構示意圖如下圖所示： 圖 1—1 核桃破殼機的結構示意圖 工作過程：電機 1 通過帶輪鏈接將動力輸送給減速器 2，減速器經過減速輸入適合的轉速， 由聯軸器 3 連接凸輪軸 4，推動打擊桿 5 帶動打擊板，將由輸送裝置輸送的預先分級好的核桃 （33~35mm）破殼，再由輸送機將破殼的核桃送走。 2.設計方案的選擇 經過查閱相關資料和同學探討，最終確定設計的部分包凸輪軸、打擊桿、打擊板、電動機、 減速器等等，其中電動機和減速器只要選用合適的就可以了，主要設計的是核桃破殼裝置的，破 塔里木大學畢業(yè)設計 5 殼后的由人工去殼。 2.2 核桃破殼部分的設計 其結構示意圖如圖 2—1 所示： 圖 2—1 核桃破殼機的破殼部分的結構示意圖 打擊板在凸輪軸的帶動下，由打擊桿傳動，打擊桿帶著打擊板將傳送帶上的核桃殼打破，完 成核桃破殼的目的。工作時先調整好打擊板與輸送裝置的距離，以便提高核桃破殼的質量和效率。 2.3 核桃破殼機箱體設計 表 2—1 箱體設計 設計項目 計算與說明 結果 箱座壁厚 ?805.???a? 取 =8?m 箱蓋壁厚 1 12.1 取 =81 箱蓋凸緣厚度 b=1.5 =1.5×8＝12b?取 =12b 箱座凸緣厚度 =1.5 =1.5×8＝12 取 =12m 箱座底凸緣厚度 2=2.5 ＝2.5×8＝202 取 =202 地腳螺釘直徑 fd=0.036a+12＝0.036×163.75＋12＝17.9fd 取 =18fd 地腳螺釘數目 n=4n 取 =4n 軸承旁連接螺栓直徑 1=0.75 ＝0.75×18＝13.5f 取 =141m 蓋與座連接螺栓直徑 2d=〔0.5 ～0.6〕 ＝ 0.5×18～0.6×18＝9～10.8f 取 =102d 連接螺栓 的距離2l=125～200l 取 =160l 軸承端蓋螺釘直徑 3d=(0.4～0.5)3 取 =83dm 塔里木大學畢業(yè)設計 6 ＝ 0.4×18～0.5×18＝7.2～9fd 檢查孔蓋螺釘直徑 4=〔0.3 ～0.4〕4 ＝ 0.3×18～0.4×18＝5.4～7.6f 取 =64dm 定位銷直徑 d=〔0.7～0.8〕d ＝0.7×10 ～ 0.8×10＝7～ 82 取 =7.5 、 、 至外箱壁f12 距離 查表 4-7（ 28） 取P?mCf16042?取 mCf16204? 、 至凸緣邊距離fd2查表 4-7（ 28） 取?f42 取 f42 軸承旁凸臺半徑 1RmCf12? mRf12? 凸臺高度 h根據低速軸座外徑確定，以便于扳手操作為 準 取 外箱壁至軸承座端面距離 1l 56~1)0(2??lC取 =541l 齒輪頂圓與內箱壁距離 1?Δ 11.2 =1.2×8＝9.6?取 =16.51lm 齒輪與箱體內壁距離 2? ＝8 取 =102? 箱蓋，箱座肋厚 、1m=0.85 ＝0.85×8＝6.8 11? =0.85 ＝0.85×8＝6.8 取 =6.81 ， =6.8m 軸承端面外徑 2D查表 4-9（ ） ，3P?md1502.???取 =1802D1302?? 塔里木大學畢業(yè)設計 7 mdD18025.32???d105.293?????mdD13085.23????? 軸承旁連接螺栓距離 Sd15~484).2(1???mDS2).(901? 取 =150，Sm120?? 箱座深度 dH=（260+2.5×2×1）)50~3(/??sd ／2+（30～50）=162.5～182.5 取 =170dHm 箱座高度 ＝170＋8＋〔5～10)1(?dH 〕=183～188 取 箱座寬度 aB由內部傳動件位置結構及壁厚確定 2.4 軸的設計 2.4.1 凸輪軸的設計 設計的軸長為 488mm，軸分為 8 段。其結構示意圖如下： 塔里木大學畢業(yè)設計 8 圖 2—2 傳動軸結構示意圖 第一段軸用軸承與箱體連接，其直徑為 30mm；第二段連接第一段與凸輪，其直徑為 32mm，第 三段是凸輪，也是與打擊桿連接的傳動部分，是凸輪軸的主要部分；第四段是連接第五段下一個 凸輪軸的，其直徑為 32mm，第六段直徑為 32mm，第七段裝軸承與箱體連接，其直徑為 30mm，最 后一段是連接聯軸器的，其直徑為 25mm。 軸的材料：軸的材料主要是碳剛和合金剛。由于碳剛比合金剛價格便宜，對應力集中的敏感 性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，所以本設計采用 45 號剛作為軸的材料。調制處理。 凸輪的設計 首先應該根據工作要求確定從動件的運動規(guī)律，然后按照這一運動規(guī)律設計凸輪軸的輪廓。 凸輪軸剖面圖如下所示： 圖 2—3 凸輪軸凸輪結構示意圖 凸輪的設計原理：根據從動件的運動規(guī)律圖 2-4 設計合適的凸輪。 塔里木大學畢業(yè)設計 9 圖 2—4 凸輪從動件的運動規(guī)律 根據機械擊打式核桃破殼機的運動規(guī)律，以及運動的特點，從動件選用等速運動的規(guī)律，凸輪的 運動可以頂起挺桿的上下運動，挺桿的上下運動可以帶動行程開關的開閉；將余弦加速度運動規(guī) 律代入壓力角公式 （2-)cos1(2 inarct1???????hRb 1） 的 函 數 關 系和 bmR? （2-21)(arctnhRbm??? 2） 令 ，求出][??mbR （2—21[()146m2tan[]bh?????? 3） 為簡化計算，對于對心移動從動件盤形凸輪機構，可按俠士公式計算基圓半徑 bR （假定 發(fā)生在推程的中點 處，且具有最大速度 ，這樣假定2]tan[1hvRmb????m2hsmv 的誤差一般不會很大） 塔里木大學畢業(yè)設計 10 （2—1 46mtan[]2mbhvR????? 4） 2.4.2 軸的校核 經過分析，主軸的受力最大，而且凸輪軸的凸輪部分受力是主要的，因此，對該軸進行扭矩校核。 軸的結構見圖 3-3 (1)軸的扭矩計算 電動機輸出轉矩： Td= m dnp950 = NM46.2510?? （2— 5） 式中： dp為電動機額定功率， 為電動機轉速 主軸輸入轉矩： 1235.4620.96.7084.5dTi N??????? （2— 6） 1 為聯軸器的傳動效率根據設計指導書參考表 1 初選 .?2 為軸承的傳動效率初選 98.03?3 為齒輥的傳動效率初選 64 根據要求，軸要滿足下列條 (2)軸的強度條件： ][053.2.047.533 ?? ????MPadWT （2— 7） 式中： ?為軸的切應力， MPa;T 為轉矩，N.mm; T為抗扭截面系數， 3m; ][?為許用扭切應力， MPa. 表 2—2 常用材料的 ][?值和 C 值 軸的材料 Q235,20 35 45 40Cr，35SiMnMPa/][? 12-20 20-30 30-40 40-52 C 160-135 135-118 118-107 107-98 該軸的材料為 45 號鋼，則滿足強度條件，軸是安全的。 [11] (3)軸傳遞的轉矩 mNdFT.5203.2131 ???? （2— 塔里木大學畢業(yè)設計 11 8） mNdFT.52037.22 ???? （2— 9） （4）軸的剛度計算 ][689.035.10.84.7344 ???? ?????radGlIlP （2— 10） 式中：T 為轉矩； l為受轉矩作用的長度， mm;G 為材料的切變模量，MPa;d 為軸徑，mm; PI為軸 截面的極慣性距。 1][??, ，故軸是安全的。 2.4.3 軸系零件的定位 (1)軸向定位 為了防止軸上零件發(fā)生沿軸向的移動，必須對其進行定位，根據軸上零件的的安裝要求和對軸的 結要求，要選擇不同的定位方式，常用的定位方式主要有軸肩定位、套筒定位、軸端擋圈和彈性 擋圈，軸間定位方式在本設計中有用到，具體的結構和參數見零件圖和明細表。 (2)周向定位 鍵主要是為了實現軸上零件的周向定位來傳遞轉距，鍵的形式用多種，因此要根據不同的要求來 選擇不同型號的鍵，根據傳動的要求，本設計全部采用圓頭普通平鍵（A 型） ，它的兩個側面是工 作面，上表面與輪轂槽底之間留有間隙，其主要特點是定心性好、拆裝方便。 2.5 軸承的選擇 主軸通過箱體內腔，其兩端由軸承固定在箱體上。根據軸受力和軸徑的不同， ，本設計選用的軸承 是：深溝球軸承 已知此處軸徑 d=30mm，所以選內徑為 30mm 的軸承，在機械設計手冊中選擇深溝球軸承；查表 6- 1，選擇型號為 61906 GB/T276—1994 的軸承。 基本額定動載荷：C r =16.2KN 基本額定靜載荷：C 0=10.5KN 2.6 鍵聯結的選擇與校核 2.6.1 鍵的選擇 根據軸的直徑的不同，應該選擇不同型號的鍵，另外，鍵的長度也有一系列的標準，應該優(yōu)先選 用第一系列，在以上的說明書中知道安裝鍵的軸有一處，直徑為 30mm。 GB/T1096 鍵32810? [13] 從機械設計手冊表 4-1 中查得鍵的截面尺寸為：寬度 mb10?，高度 h8?。由聯軸器的 標準并參考鍵的長度系列，可以確定取此鍵的長度 l32（比伸入到聯軸器的深度短一些） 。 2.6.2 鍵的安裝 鍵的安裝位置見零件圖。 2.6.3 校核鍵聯接的強度 軸和聯軸器的材料是鋼和鑄鐵，且屬于靜聯接由文獻 12 的表 6-2 查得許用擠壓應力為[σp]=120- 150MPa,取其平均值，[σp]=135MPa。鍵的工作長度為 mbLl 321032???，鍵與 輪轂的鍵槽的接觸高度為 mhk485.0.???。由文獻 1 的式 6-1 可得 塔里木大學畢業(yè)設計 12 ???cpckldT???1032 （2— 11） MPa1354.354.? M—傳遞的轉矩（N.M） d—軸的直徑（mm） l—鍵的工作長度（mm）;A 型，l=L－b k—鍵與輪轂的接觸高度（mm）;k=h－t,h 為鍵的高度， b—鍵的寬度（mm） t—切向鍵工作面寬度（mm）c? —鍵的許用切應力（MPa）p —鍵連接的許用擠壓應力，/ MPa 可見聯接的擠壓強度滿足，即該鍵可以正常工作。 2.7 軸承端蓋的設計 所選軸承外徑為 62mm,在 45-65 的范圍內，所以選擇螺釘直徑 d 3=6mm，螺釘數 4 個m7130?? （2— 12） 0Dd65.2.3? （2— 13） m9.7.302 ??? （2— 14） D52106)5~1(4?? （2— 15） md937305 ??? （2— 16） D602)4~2(6? （2— 17） mde.7.13? （2— 18） e?1 b=5~10 b 取 5mm h=（0.8~1）b=8mm 塔里木大學畢業(yè)設計 13 3.電動機的選擇 經過查閱資料，確定凸輪軸的轉速為 70-80r/min，選擇 70r/min,齒輥所需功率為 3KW，符合這一 范圍的同步轉速為：查機械設計文獻３第 155 頁表 12-1 可知min750r in10r min150r 根據容量和轉速，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 表 3—1 電動機的類型 方 方 案 電動機型 號 額定功 率 kw 同步轉速 inr滿載轉速 inr電動機 質量 kg 參考價 格 傳動裝置傳動比 1 Y-160M1-8 4 750 720 118 5.00 10.21 2 Y132M1-6 4 1000 960 73 3.48 13.61 3 Y112M-4 4 1500 1440 43 2.22 20.42 ①本參考價格為 4 極，同步轉速為 1500r\min,功率為 4kw 的電動機價格為 1 計算，表中數值為相 對值，僅供參考。 綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸，質量，價格以及傳動比，可見第三種方案比較合適，因此選 定電動機的型號是 Y112M-4。 該電動機的主要外型和安裝尺寸如下表 3—2： 表 3—2 電動機主要外形尺寸 其主要外形安裝尺寸如圖 3—1 圖 3—1 電動機主要外形安裝尺寸 4.減速器的設計 4.1 確定總的傳動比 由 選定的電動機滿載轉速 mn 和工作機的主軸的轉速 n，可得傳動裝置的總的傳動比是：42.071?ia （ 4—1） i 在 15—30 范圍內可以選用雙頭閉式傳動。 中心高 外形尺寸 地腳安裝尺寸 地腳螺栓孔直 徑 軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸 112 38×265×190 190×140 12 28×60 8 塔里木大學畢業(yè)設計 14 4.2 減速器的選擇 4.2.1 選擇蝸桿的傳動類型 根據 GB\T 10085-1988 的推薦，采用漸開線蝸桿（ZI） 4.2.2 選擇材料 根據蝸桿傳動傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿采用 45#鋼，因希望效率高些，采用 雙頭蝸桿。 剩余的計算省略 5 .聯軸器的選擇 本設計的聯軸器的選擇主要包括了一個聯軸器的選擇，電動機軸與減速器的輸入主軸的聯結， 根據文獻 12 中的表 12-23Y 系列電動機的外型尺寸，本設計所選用的電動機的型號為 Y112M-4， 可知電動機的輸出主軸的外伸部分的長度 E 和直徑 D 分別是 60 和 28。又本設計的蝸輪軸的直徑 計算最小值為 36.91mm 和蝸桿的計算最小直徑為 14.69mm。又軸上都裝有鍵，要將尺寸擴大 7%左 右。最終確定的蝸輪軸的直徑和蝸桿軸的直徑分別是 42mm 和 28mm，G 根據文獻 12 表 8-2 凸緣 聯軸器,最后確定電動機與減速器的輸入軸間的聯軸器選擇為 GY5 型。 6.總結 通過此次設計使我掌握了科學研究的基本方法和思路，為今后的工作打下了基礎，在以后的 日子我將會繼續(xù)保持這份做學問的態(tài)度和熱情。 我所選設計題目是“機械擊打式核桃破殼機的設計” ，之所以選擇這個題目，是因為我對這個 課題比較的感興趣。在我的生活里，核桃破殼主要是在門縫里夾碎，這樣力道不容易把握，不是 夾得太碎就是破裂程度很小，同時對門也造成了一定程度的破壞。因此，就想設計一款既省力又 快速且破殼完整的機械。 通過這段時間的努立，我基本上按要求完成了機械設計課程設計中指定的各項任務，通過這 次設計，進一步提高了我的機械知識水平，鞏固了所學課程；無論是看圖能力還是畫圖能力都得 到了較大的提高，使我們對機械有了更深刻的理解和認識，培養(yǎng)了我綜合運用所學知識解決工程 實踐問題的能力。 由于實踐經驗和資料的缺乏，加之時間緊迫，在設計過程中遇到了許多問題，大部分問題在 老師的指導和同學們的幫助下下得以解決。但也有很多地方設計的不近人意，例如所繪制的圖紙 有些地方表達的不是很清楚，希望各位老師給予諒解。 致 謝 對于這次設計的完成,，首先感謝母?！锬敬髮W的辛勤培育，感謝學校給我提供了如此難 得的學習環(huán)境和機會，使我學到了許多新的知識、知道了知識的可貴與獲取知識的辛勤。 承蒙張宏老師的耐心指導，我順利地完成了我的畢業(yè)設計。在此深深感謝我的指導老師給予 了我耐心的指導和幫助,表現了他對工作高度負責的精神。在我的設計過程中，還得到了眾多同學 的支持和幫助，在此，我對這些同學表示我衷心的感謝和永遠的祝福！ 對于這次畢業(yè)設計，還有許多美好的設想由于時間緊湊和自身因素無法得以實現，這不能不 說是本次設計的遺憾之處。不過，至少它啟發(fā)了我的的思維，提高了我的動手能力，豐富了我為 塔里木大學畢業(yè)設計 15 人處世的經驗，進一步鞏固了所學知識，這為我在以后的學習過程當中奠定了堅實的基礎 。同時 為以后在自己的工作崗位上發(fā)揮才能奠定了堅實的基礎。 最后，再一次衷心的感謝贈與我知識、給予我?guī)椭乃欣蠋熍c同學，你們傳遞的知識使我 受用一生，你們的恩情我會銘記一生！雖然說謝謝二字不足以表達我的感情，但是仍然對你們說 聲“謝謝”。 參考文獻 [1] 吳子岳.綿核桃剝殼機的研制[J]包裝與食品機械,1995,(02):54～56. 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