畢業(yè)設計任務書
設計題目 水果自動分揀機的設計
院 (系)
專 業(yè)
學生姓名
起迄日期
設計地點
指導教師
填寫日期: 年12月 30 日
1．畢業(yè)設計任務的內容和要求（包括技術要求、設計條件、工作要求等）：
畢業(yè)設計是學生完成本專業(yè)教學計劃的最后一個極為重要的實踐性教學環(huán)節(jié)，是使學生綜合運用所學過的基本理論、基本知識與基本技能去解決專業(yè)范圍內的工程技術問題而進行的一次基本訓練。這對學生即將從事的相關技術工作和未來事業(yè)的開拓都具有一定意義。
其主要目的：
一、 培養(yǎng)學生綜合分析和解決本專業(yè)的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識。
二、 培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想，設計構思和創(chuàng)新思維，掌握工程設計的一般程序規(guī)范和方法。
三、 培養(yǎng)學生樹立正確的設計思想和使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計計算，數據處理，編寫技術文件等方面的工作能力。
四、 培養(yǎng)學生進行調查研究，面向實際，面向生產，向工人和技術人員學習的基本工作態(tài)度，工作作風和工作方法。
本課題研究的內容是一個水果自動分揀機的研究與設計，需要完成水果自動分揀機的功能、運動過程、承載能力等進行設計與計算，對應分別要對這些機構要進行設計和計算，以及對零件及其部件的選擇、控制回路和電氣控制的設計。在整個過程中，要求理論知識與實際相結合，鞏固和深化了所學過的專業(yè)理論知識。
總體設計方案：
?(1)傳動方案設計：傳動方案采用減速器減速或電動機直接帶動；?
?(2)結構設計：聯(lián)軸器選擇要合適，軸的設計計算，軸承的選擇與驗算；
?(3)整機設計：機座、軸承座主要尺寸計算，滾動軸承潤滑與密封方式的選擇。
2．畢業(yè)設計應提交的成果（明細列出計算書、設計說明書、圖紙、計算成果、硬件實物、實驗報告及工作過程中應提交的材料等）：
a、機械結構設計圖、裝配圖、各主要零件圖（一套）
b、設計計算說明書（一份）
c、外文翻譯資料（一份）。
注： 圖紙數份。設計圖紙折合0號圖紙不少于2.5張，且60%以上需用計算機繪圖。
3．主要參考文獻：
[1] 許林成，彭國勛，包裝機械，長沙:湖南大學出版社,1989.
[2] 高德，包裝機械設計，北京:化學工業(yè)出版社，2005.
[3] 曹國榮等，灌裝機灌裝時間的計算研究，包裝工程，1996.
[4] 趙淮，包裝機械選用手冊（ 上冊），北京:化學工業(yè)出版社，2001.
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[6] 機電工程手冊編輯委員會，工程手冊，第二版，北京:機械工業(yè)出版社，1996.4
[7] 徐灝，機械設計手冊，北京:機械工業(yè)出版社，1991.
[8] 吳宗澤．機械設計師手冊．北京：機械工業(yè)出版社,2002.1
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[12] 李振清，機械零件，北京:北京理工大學出版社，1986.
[13] 許福玲，陳堯明，液壓與氣壓傳動，第2版，北京:機械工業(yè)出版社,2004.
4．畢業(yè)設計工作進度安排：（包括序號、起迄日期、工作內容）：
（1）2018年3月05日～3月22日 查閱文獻資料，確定畢業(yè)設計工作任務，撰寫開題報告；
（2）2018年3月23日～4月14日 翻譯外文文獻，分析任務目標，確定總體方案；
（3）2018年4月15日～4月30日 重要零件設計、繪制設計草圖；
（4）2018年5月01日～5月13日 裝配方案確定、完成中期檢查；
（5）2018年5月14日～5月29日 繪制全部圖紙并修改，論文資料收集，撰寫論文提綱；
（6）2018年5月30日～6月06日 整理設計文檔；撰寫畢業(yè)論文；
（7）2018年6月07日～6月10日 提交論文，準備畢業(yè)答辯。
指導教師簽字： 教研室/系 主任簽字：
年 月 日
注：表格的大小可視內容的多少自行調整
水果自動分揀機的設計
摘 要
進入21世紀，科技與時代的快速更新，純機械化已經被每個行業(yè)不同程度的掌握，而面臨淘汰的則是人工操作的半機械化。隨著人們的生活水平的提高，對于吃水果，人們現(xiàn)在更傾向于去超市買質量好的水果，那么如何將質量好的水果與質量一般的水果區(qū)分出來，這需要很多的勞動力。為了解決這一情況，設計研發(fā)出一款水果自動分揀機就顯得很有必要。
我所設計的水果分揀機就是利用控制電路，傳動機構，圖像的處理為一體的新一代設備。該機器主要包括采集圖像以及水果分揀兩部分。圖像采集部分是通過光電傳感器感應到有蘋果通過，攝像頭拍攝圖片，通過軟件分析出蘋果的大小尺寸，將結果以信號的方式傳遞到控制部分?？刂撇糠肿龀鱿鄳姆磻琍LC控制空壓機以及對應的氣泵噴嘴工作。我所設計的是蘋果大小分揀機構，結構簡單，而且可以實現(xiàn)分揀過程全自動化，大大的提高了生產效率，而且自動化部分全部采用的是當前行業(yè)里比較先進的部分，所以機構工作的精度也有很大程度的保證。
關鍵字：分揀；自動化；圖像處理；氣動；
Design of fruit automatic sorting machine
Abstract
In the 21st century, with the rapid renewal of science and technology and The Times, pure mechanization has been mastered to varying degrees by every industry, while the semi-mechanization of manual operation is facing elimination. With the improvement of people's standard of living, for to eat fruit, people are more inclined to go to the supermarket to buy good quality fruit, so how to distinguish good quality fruit and general quality of fruit, it needs a lot of Labour. In order to solve this problem, it is necessary to design and develop an automatic fruit sorting machine.
The fruit sorting machine I designed is a new generation of equipment integrating control circuit, transmission mechanism and image processing. The machine mainly consists of two parts: image collection and fruit sorting. Image acquisition part is through the photoelectric sensor sensing by apple, camera images, the size of an apple through the software analysis, the results in the form of the signal to the control part. The control section responds accordingly. PLC controls the air compressor and the corresponding air pump nozzle. I sorting mechanism is designed by apple size, simple structure, and can realize automatic sorting process, greatly improve the production efficiency, and automation parts are all made of the current industry in the advanced part, so the precision of the work has a greater degree of assurance.
Keywords： sorting; Automation; Image processing; Pneumatic;
III
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 研究的目的及意義 1
1．2 研究特色與創(chuàng)新 2
第二章 概述 3
2．1 蘋果分揀氣動裝置原理簡介 3
2．2 傳輸分級機構工作原理 3
2．3 設計要求 4
第三章 進料機構設計 6
3．1 進料機架的設計 6
3．1．1 加工工藝的選擇 6
3．1．2材料的選擇 6
3．1．3進料機架結構 6
3．2進料槽的設計 6
3．2．1 加工工藝的選擇 6
3．2．2 材料的選擇 6
3．2．3 進料槽的結構 7
3．3 進料篩選機構設計 7
3．3．1 方案的確定 7
3．3．2篩選機構結構 7
3．3．3 振動電機的選擇 8
3．4 支撐結構的設計 8
3．5振動機架 9
第四章 參數的計算以及電機選擇 10
第五章 傳動部分的計算和設計 12
5.1 設計鏈條和鏈輪 12
5.1.1 設計鏈輪 12
5.1.2 設計鏈條 13
III
5.3 軸的設計及校核 16
5.3.1設計主動軸 16
5.3.2設計從動軸 19
5.4 同步帶和同步帶輪設計 20
5.4.1選擇同步帶 20
5.4.2 設計帶輪 21
5.5 設計軸承 22
5.6 滾動軸承潤滑與密封方式選擇 22
第六章 檢測控制部分的設計 23
6.1 檢測器件的選擇 23
6.1.1 傳感器的選擇 23
6.1.2 視覺系統(tǒng)的選擇 24
6.2 控制部分的設計 24
第七章 安裝結構設計 25
7.1機架設計 25
7.1.1機架材料選擇 25
7.1.2 連接方式 25
第八章 結論 26
致 謝 27
參考文獻 28
附錄A
附錄B
IV
第一章 緒論
1.1 研究的目的及意義
我國地大物博，其中，蘋果的生產總量躍居世界前列。改革開放之后，我國受國際市場經濟的影響，水果開始走向國際化。但是，由于對蘋果產后處理的科技水平比較低，對于國際市場的競爭力還是有所欠缺。糧食是生命的本錢，目前，國外許多研究機構還是將研究重點放在農產品的檢測上。國內在蘋果的檢測還僅僅局限于表面品質的檢測，但是國外已經開始對蘋果內部的無損品質檢測的技術開始研究并且投入使用。所以，由于科技力量的欠缺，盡管我國蘋果的生產總量很大，但是不能保證外銷的蘋果的質量保證，在國際市場上的競爭力尚不足。在我國，由于人口眾多，科技力量匱乏，蘋果的分揀目前大部分還是由人工完成，生產率低，精度不夠，成本較高，不能保證內外品質達到標準。所以，根據這一情況，研究開發(fā)出一款蘋果自動分揀機是應對國情的必要項目。市場經濟的主導地位要求了我們提供的產品質量必須得到保證，只有這樣才能在市場經濟的大潮下有一個棲身之地，我國果農的辛苦勞動的成果才能得到最大化的利益。
隨著經濟的快速增長，工業(yè)技術的發(fā)展，人民日益提高的生活水平，對于水果的質量要求也隨之愈高，水果售前的分揀處理顯得更加重要，而且，水果采摘后為了保持新鮮性，采后工作必須效率與質量并行。因此，機械化作業(yè)在工作中不可或缺。高端商品和低端商品的區(qū)別最直接的體現(xiàn)就在于質量的好壞，因此優(yōu)質的蘋果一定是比一般的蘋果價格要高的，所以我們要對蘋果進行采后處理。蘋果處理一共包含四個必要環(huán)節(jié)。第一環(huán)節(jié)就是區(qū)分開優(yōu)質蘋果與一般蘋果，俗稱挑選，剔除品相不好，有缺陷的蘋果，保留優(yōu)質的蘋果進行下一步的包裝和運輸。第一環(huán)節(jié)由于涉及到多個標準，情況判斷相對比較復雜，運用機器很難實現(xiàn)完美的挑選，所以目前在大部分國家，這一環(huán)節(jié)還是依靠手工挑選。清洗環(huán)節(jié)必須嚴格按照蘋果清洗的標準，使用相應的清洗工具進行表面清洗，去除污漬及農藥殘留，使蘋果達到衛(wèi)生標準，提高優(yōu)質蘋果的價值。打蠟是指在蘋果表面涂抹一層均勻透明的薄膜，不僅可以有效抑制水分散失，保留蘋果內的營養(yǎng)物質，還可以防止病菌蟲害的侵蝕，不易腐爛，有效延長保質期。分級包裝是蘋果商品化的一個重要環(huán)節(jié)，通過分級可以將優(yōu)劣的蘋果分開包裝，使包裝出來的蘋果標準化，有利于運輸以及不同價格的分開出售，最大化經濟效益。
1．2 研究特色與創(chuàng)新
回顧一下水果分揀機的發(fā)展歷史，起初人們是利用手工分揀蘋果，這有很多的弊端，比如分揀過程中受人為主觀的限制，分揀的質量得不到全面的保證，而且勞動力需求比較大，勞動成本高，勞動的效率也很低。
蘋果分揀機在輸送蘋果的同時，由于傳送帶是勻速運動，蘋果在上面是時刻處于相對靜止的狀態(tài)，這就便于攝像頭對每一個蘋果進行全方位的檢測，沒有遺漏，而且機器檢測要比人工分揀效率高很多。
這里不得不提到機器視覺技術，隨著科技的發(fā)展，計算機技術的不斷成熟，機器視覺技術開始被廣泛運用，其時效性與準確性滿足了很多行業(yè)的工作需求。機器視覺技術就是利用攝像頭對產品進行檢測分析，并將檢測的圖像結果以信號的方式傳遞到控制部分，由控制部分做出分析反應，并將分析的結果以信號的形式傳遞到下一部分，做出相應的反應。
提到創(chuàng)新，我覺得當前無論國內還是國外，在這一領域投入的研究還不足，所以對這一方面進行研究，能夠設計出獨有的一款機器，這就是一種創(chuàng)新。 本設計中的創(chuàng)新之處在于利用了當前較為先進的光電對射傳感器以及機器視覺技術，可以實時對蘋果進行檢測，效率比較高，滿足了生產需要。另外，我所涉及的機構框架簡單，而且可以實現(xiàn)脫離人工，進行全自動化工作，降低了生產成本。
第二章 概述
2．1 蘋果分揀氣動裝置原理簡介
蘋果分揀氣動裝置主要由以下幾個部分組成：機架、驅動機構以及水果傳送機構。水果傳送機構又分為攝像頭采集圖像機構和水果分級機構，水果經過攝像頭的識別，采集信號，然后經過控制部分將信號水果分級機構，水果分級機構裝在機架的一邊，水果分級機構又裝有一個或多個氣動件，氣動件主要包括存儲氣罐和控制機構，在存儲氣罐的端口裝有氣泵噴嘴，并且受控制機構控制，攝像頭采集到水果的圖像信號之后，通過控制機構輸入，控制機構接收到信號，控制氣泵噴嘴噴氣，將對應的水果吹送到相應的位置完成動作。該機構設計較為簡單，且有效的提高了生產效率，實現(xiàn)了自動化分揀的目的，所以其便利性值得推廣以及應用。
2．2 傳輸分級機構工作原理
此機構設計的初衷是對蘋果的大小進行分揀，同樣是通過氣動傳動進行。該機構主要組成部分包含：進料槽、機架、兩側的套筒傳送鏈、雙錐式滾子、雙側鏈輪、軸承、軸承套、同步帶和同步帶輪以及電動機組成。
該裝置放置在橫式傳動機構中，第一步，蘋果通過進料槽進入滾子上，使蘋果在滾子上一個接一個按順序滾動。鏈條的驅動速度是恒定的。動力系統(tǒng)通過同步帶傳動鏈輪傳動由傳動軸套以固定速度驅動，蘋果從滾子轉到第一個出口，空壓機和泵根據需要從滾輪上噴射出的蘋果來達到分類要求。蘋果的下一個級別以同樣的方式傳輸到出口的第二層。剩下的第三階段是在機械裝置的末端直接進入出口。整個過程有條不紊的進行，將蘋果精確的分入到三個等級出口處。然后實現(xiàn)設計的最初目標。
圖1為總裝圖
圖1 總裝圖
一套完整的蘋果分揀機構包括五個部分，如圖2：
圖2 機構框架圖
2．3 設計要求
該機構可以自動進行蘋果的進料和出料，也就是說，蘋果能夠在這一裝置一個一個進料，在輸送機構上進行攝像頭檢測然后從相應的出料槽出來。
做這項設計之前，根據準備的材料把我的設計的內容分成了如下幾個部分。第一部分，設計初期。在這一期間，我需要明確此項設計的用途以及意義，通過翻閱文獻以及資料，確定好整體機構的模型以及工作原理，勾畫出初期的思路，以便于下面工作的進展。其次，通過網絡搜索相應的產品以及去本地的機械廠參觀，結合目前市面上的水果分揀機，設計出一款集簡便和實用為一體的機構。這一階段的最后還要研究一下蘋果的一些參數，以便我接下來的設計能夠順利進行。第二部分，畫框架圖，通過第一階段的準備，利用自己所學知識，畫出框架草圖，確定自己的最終方案。第三部分，進行數據的計算然后選擇合適的零部件，此階段時間最長，工作內容也比較多。通過計算，確定出機構以及的零件的尺寸，再根據要求，選出哪些是標準件。第四部分，根據上一階段的計算，以及選材，畫出裝配圖和零件圖，由于我使用CAD畫的圖，所以并沒有將其轉換成三維模型。第五部分，就是根據前面所有的材料，編寫說明書，并且不斷改進設計中不足的地方。
第三章 進料機構設計
3．1 進料機架的設計
3．1．1 加工工藝的選擇
我選擇鑄造，是因為鑄造在機械廠里用的多，技術成熟，做出來的東西效果好。鑄造技術可以讓你自行選擇鑄件的材料，不限制你鑄件的體積大小以及它的重量,生產成本低,但鑄造過程,過程復雜,鑄造一個組織疏松、縮孔、氣孔等，這些缺陷可以降低鑄件的韌性，此外，鑄造的工作環(huán)境與其他相比比較差。
其次，對于零件之間的連接，我選擇了焊接，眾所周知，在制造機器的時候，或多或少的都會利用到焊接這項技術，焊接作為一項應用性很高的技術，其自身的優(yōu)點也是我考慮的方面，就比如連接性強，穩(wěn)定，不容易出現(xiàn)問題。
3．1．2 材料的選擇
為了使焊接后，焊接處不易出現(xiàn)裂縫，氣泡等缺陷，且具有良好的力學性能，所選材料必須具備較好的焊接性。并且，目前市場中用的最多最普遍的就是鋼。所以，工作臺和底座采用30號鋼，支撐處和加強筋采用45號鋼。
3．1．3 進料機架結構
進料機架主要包括：底座、支撐和加強筋三大組成部分。底座留有六個螺孔，所以底座和機架之間通過地腳螺栓進行安裝連接。由于整個機架裝備了振動電機，所以機架的穩(wěn)定性尤其重要，兩個縱向的支撐擁有兩個加強筋，每個橫向的支撐擁有一個加強筋，加強筋依照上面的選擇采用45號鋼。
3．2 進料槽的設計
3．2．1 加工工藝的選擇
在選擇加工工藝的時候，我同時也考慮了彎曲這個工藝方法，但是結合了所學到的彎曲的優(yōu)缺點以及我的機構制作中選擇的材料性能，我在一部分機構設計中采用了彎曲，具體下面會提到。
考慮到實際應用，由于進料槽的下面裝備了振動電機，具備了負載，所以進料槽壁的厚度不宜太薄，所以不適合采用彎曲成形，應當采用焊接；而出料槽沒有負載，槽壁偏薄，所以選擇彎曲的方法成形。
3．2．2 材料的選擇
根據焊接的要求，進料槽應選取20號鋼，厚2cm的鋼板進行焊接；而根據彎曲的特點，出料槽則選取20號鋼，厚0.5cm的鋼板進行彎曲。
3．2．3 進料槽的結構
進料槽兩側的擋板與底板之間通過焊接連接，右邊為一個直徑為20cm的大圓盤，擋板的兩側分別打有三個M10的螺孔，用來安裝螺桿。 結構如圖3
圖3 進料槽結構圖
3．3 進料篩選機構設計
3．3．1 方案的確定
蘋果從傳送帶檢測和分級系統(tǒng)，需要實現(xiàn)從多個一起檢測轉變?yōu)橹饌€檢測，因此，需要設計一個裝置能夠使蘋果一個一個進入檢測系統(tǒng)。但是由于蘋果傳送過程中容易損壞，所以選擇用斜坡滾入的方式。從批量進入篩選機制到一個接一個，用不同角度開的三扇門實現(xiàn)這一功能。門的開啟角度是可以調控的，因為上面裝了鉸鏈和螺桿。為了防止這期間蘋果有被卡住的情況發(fā)生，所以加了一個可以適當振動的振動電機。
3．3．2篩選機構結構
槽通過鉸鏈與擋板進行連接，由于擋板都是成對的，所以，每一對擋板之間的距離調整可以通過調節(jié)螺桿，根據實驗可以得出槽的傾斜角度和擋板之間的距離，槽傾斜15度，第一對擋板開口之間的距離約為1.4m，第二對約為1m，第三對約為0.85m。由于擔心蘋果被卡住，槽的下方安裝了一個振動電機，這樣就可以保證蘋果能夠一個一個的滾到聚乙烯滾筒上。其示意圖如圖4
圖4 進料篩選機構
3．3．3 振動電機的選擇
本設計中由于只要小幅度的振動，所以我選擇了一款小型振動電機，型號為YZO-1.5-2。
（1） 特點：1、結構簡易，質量輕，體積很小，便于安裝以及維修；2、頻率穩(wěn)定，產生的噪音小，啟動速度快；3、結構封閉，適用多種工作環(huán)境；4、無級調整更方便。
（2） 基本參數：1、環(huán)境溫度：小于等于400°；2、海拔：小于等于1km；3、電壓： 380V；4、頻率： 50HZ；5、接法： Y接法；6、絕緣等級： B級；7、工作方式：連續(xù)工作；8、安裝方式：任意方向。電機技術參數如下表1。
3．4 支撐結構的設計
進料支撐結構與機架之間用一端帶有螺紋的支撐桿（直徑為0.2cm，材料為45號圓柱鋼）進行連接，一端與篩選機構焊接，另一端與機架連接，并且用兩個螺母鎖緊，就是為了使篩選機構的傾斜角度便于調節(jié)。因為機構上裝有振動電機，具備一定負載，所以為了其穩(wěn)定性，選用六根賦有加強筋的支撐桿。其結構如圖5。
表1 技術參數表（臥式）
Table 1 technical parameter table (horizontal)
序號
型號
激振力(KN)
功率(KW)
電流(A)
主要結構尺寸(mm)
重量
L
H
A
B
C
D
E
F
H1
Ф
h
M
(KG)
1
YZO-1.5-2
1.5
0.15
0.38
300
203
150
210
124
180
100
70
82
98
30
10
19
圖5 進料機架
3．5振動機架
因為振動機架的結構較簡單，經過對比，可以直接使用材料為2cm厚的10號鋼板直接進行彎曲成形。
第四章 參數的計算以及電機選擇
表2 主要技術參數
傳輸鏈輪傳輸速率v（m/s)
0.25
機架長度L（mm)
2210
整體高度H（mm)
1850
鏈輪傳輸功率P(KW)
0.5
（1）電機選擇
依據鏈輪的傳輸功率可知整個系統(tǒng)的轉速都很慢，并且參照以前水果分級機構所選的電機，大概在20-60之間.所以盡量選擇轉速小的電機，避免使同步帶帶輪尺寸過大而不方便設計。下表是YCJ系列部分齒輪減速電動機基本型譜。
表3 電機參數
減速機中心高H/mm
電動機功率P/KW
輸出轉速
n/()
輸出轉距
電 動 機
輸出軸軸徑
機座號
端蓋序號
極數
132
0.55
57
86
801
F2
4
52
96
47.5
104
43
115
36
135
所以在這選擇YCJ序列減速機中心高為13.2cm,輸出轉速為43的減速機。
（2）蘋果參數
設計之前可對蘋果分成三個等級，并分別選擇30個蘋果測量出它們的參數取其平均值。參數測量數據如下表4。
從表中可以看出，蘋果主要物理參數有兩種。我們需要選擇蘋果的長徑或短徑來進行分級。由數據可以得出各級的長徑和短徑比都接近1.5，故選長徑或短徑都可以，在這選擇蘋果的短徑作為標準進行分級。分級如下：第一級：短徑小于4.7cm；第二級：短徑4.7cm到5.5cm之間；第三級：短徑在5.5cm到6.1cm之間。
表4 蘋果參數
級別類型
測量樣本數(個）
測量平均長徑
（mm）
測量平均的短徑
(mm)
大
30
84.1
60.3
中
30
70.5
54.4
小
30
60.1
47.0
第五章 傳動部分的計算和設計
通過設計方案得知，傳動部分包括主動軸和從動軸、軸承、鏈輪、聚乙烯滾子、軸承套、同步帶、傳動鏈以及同步帶輪。
5.1 設計鏈條和鏈輪
選擇傳動方式的時候，我對帶傳動和鏈傳動做了對比。但是通過仔細思考可以知道帶傳動中帶的材料不完全具有彈性，所以在機器工作中，帶會發(fā)生塑性變化從而使張力變低，進而導致帶傳動不能以勻速進行。但是在本設計中，為了保證蘋果分揀的質量，傳動過程必須時刻保持勻速，所以我們舍棄帶傳動，選擇了傳動效果更好的鏈傳動。鏈傳動相對于帶傳動的優(yōu)點有很多，對軸的壓力很小，可以在多種惡劣環(huán)境下工作，結構簡單，精度要求低，便于安裝，效率高（η=98%），因此被廣泛應用于機械工業(yè)中。綜合以上，故我們選擇鏈傳動。
傳動鏈主要包括齒形鏈，套筒滾子鏈和套筒鏈三部分。需要注意的是，這三個部分都是標準件。在這個設計中，兩側的鏈條中間需裝有滾子，但是標準件的鏈條會使我設計出來的機構尺寸太大，考慮到盡可能的節(jié)約耗材以及最小化機構的體積。此次設計我決定放棄標準件，采用定制的鏈條，取前后鏈輪的中心距，鏈條的節(jié)距。
5.1.1 設計鏈輪
鏈輪齒的齒形必須保證鏈節(jié)之間能夠完美的嚙合，并且為了方便加工，形狀最好盡可能的簡易。
國家標準只規(guī)定了鏈輪的最大和最小齒槽形狀。實際的齒槽形狀不小于最小形狀，不大于最大形狀即可，所以鏈輪齒廓曲線的幾何形狀沒有什么約束。我們在此次設計中采用的齒廓為“一直線三圓弧”。
下面是鏈輪的計算：
經計算得傳動速率，速率很低，所以在齒數的選擇上范圍很大，我取。
齒頂圓直徑
（1）
由（1）式可算出
分度圓直徑
（2）
（2）式代入數據得
齒根圓直徑
滾子外徑） （3）
根據（3）式得
最大齒根距
（4）
由（4）式得
齒側凸緣直徑
（5）
圖6為鏈輪的結構圖：
圖6 鏈輪結構圖
5.1.2 設計鏈條
（1）. 通過前面可知，，。鏈節(jié)數可算出：
（6）
由（6）得。
即鏈條的節(jié)數為72節(jié)。
（2）. 鏈傳動受力分析：
取鏈傳動效率。忽略傳動中形成的動載荷，，和為作用在鏈上的力，其中為工作拉力，為離心拉力，為懸垂拉力。
通過計算
（7）
由（7）得.
（8）
代入數據得
（8）式中，表示單位長度鏈條的質量。
（9）
由（9）得
與水平線和中心線的夾角有關，表示垂度系數。水平分布時,垂直分布時.由于此處為水平分布。所以。
所以，可以算出鏈的緊邊拉力以及松邊拉力，
即
（3) 鏈條的靜強度校核：
原因：因為鏈條傳動速度為，而鏈傳動速度低時，靜力拉斷為其主要失效形式。
靜強度安全系數應滿足下式
（10）
式中取極限小值為，表示單排鏈的極限拉伸載荷.查表在載荷平穩(wěn)的情況下，表示工作情況系數，所以，,滿足（10）式，所以安全。圖7所示為鏈條的尺寸：
5.2滾子設計
由于滾子只是作負載作用，所以技術要求比較低。但是為了減小蘋果在上面的摩擦力，所以在材料選擇方面，我們還是選擇了摩擦系數比較小的工程塑料。通過對比，選聚四氟乙烯。查簡明機械零件設計手冊表1-13該材料的動摩擦因數。在與鏈條的配合中可以用過盈配合使其固定在雙側鏈條的中間[18]。如圖8：
圖7 鏈條的形狀和主要加工尺寸
圖8 滾子簡圖
5.3 軸的設計及校核
軸作為機器的關鍵性零件，設計軸時，一定要注意合理，要結合實際情況，它關系著機器能否正常運轉。如果設計出現(xiàn)偏差，安裝的零件契合度就會不符合要求，進而會影響機器的工作性能。
在本次設計中，有前主軸和后軸。他們的結構大小都不太一樣，前主軸要比后軸來的復雜一些，扭轉切應力要大一點。碳鋼以及合金鋼是制造軸的主要材料，由于合金鋼相較于碳鋼，價格比較昂貴，而且結合二者的材料性能，最終軸材料選擇性價比較高的碳鋼。
5.3.1 設計主動軸
鏈輪，同步帶輪以及軸承都需要靠主動軸連接，所以相對而言，主動軸的結構尺寸必然要比其它的要復雜一點。
材料為45號鋼，調質處理。
（11）
由（11）得，其中表示最小許用軸徑，
為電機功率,為帶傳動效率,為軸材料的許用扭轉切應力的系數，查表得45號鋼的C值為,所以取。
(3)主動軸的彎曲扭轉合成校核
1）計算軸承反力
垂直面
水平面
（12）
（13）
由（12）得；由（13）得。
2）計算鏈輪受力：
鏈輪對軸上的壓軸力
（14）
其中為壓軸力系數，垂直傳動；水平傳動。這里是水平傳動，所以；為有效圓周力。
由（14）得 ，圖10（b）為鏈輪上作用力。
由,鏈輪所受彎矩
（15）
由（15）得.
3）畫轉矩圖10（h）
又根據 得 所以
（16）
由（16）得
4)畫彎矩圖
垂直彎矩圖8（f）。
水平彎矩圖10（d）截面b：
（17）
（18）
由（17）得
由（18）得方向相反。
合成彎矩圖10（g）
（19）
（20）
由（19）得
由（20）得
5) 畫當量彎矩圖10（i）
對于截面a、c
（21）
由得（21）得,
對于截面b
（22）
由得（22）得,
6）計算危險截面b處的直徑
（23）
由（23）得，截面雖然有鍵槽的削弱，但是直徑超過了5cm，所以強度滿足要求。
在此次設計里，考慮到最簡單有效的方法，是通過鍵和鍵槽來實現(xiàn)零件的徑向固定。圖9為主動軸得尺寸結構：
圖9 主動軸的結構和尺寸
5.3.2 設計從動軸
下圖11為從動軸的結構尺寸：
圖11 從動軸結構和尺寸
圖10 主動軸受力圖及彎扭矩圖
5.4 同步帶和同步帶輪設計
在本次設計中，由于要求勻速運動，意味著傳動比要恒定不變，我們采用了表面帶有齒的同步帶以及表面帶有齒槽的帶輪，他們依靠嚙合傳動。
節(jié)距是同步帶傳動的主要參數。同步帶的標準化型號參照（GB11362-89）。
5.4.1選擇同步帶
根據帶傳動功率.查簡明機械零件設計手冊，選擇H型同步帶。
圖11為帶形狀和尺寸：
圖11 同步帶尺寸和形狀
5.4.2 設計帶輪
由鏈輪線速率為.得主鏈輪角速度
（24）
由（24）求得
大帶輪的轉速
（25）
由（25）得
1. 設計大帶輪
小帶輪和大帶輪傳動比
（26）
由（26）得，其中電機轉速,鏈輪轉速。
所以大帶輪節(jié)圓直徑
由式 （27）
大帶輪齒數為。
2. 設計小帶輪
根據，可知機構整體轉速很小。查簡明機械零件設計手冊表7-26小帶輪齒數選擇為。
查閱H型同步帶尺寸表：小帶輪節(jié)圓直徑，帶輪的節(jié)距。
5.5 設計軸承
根據所設計的機構，軸上裝有鏈輪和帶輪，所以軸承是必不可少的零件，且，所以我選擇了深溝球軸承，查機械設計手冊軸承型號為6008，尺寸為、、，故取右邊第一段與左邊第三段的直徑相等，即。
該軸承的優(yōu)點有很多：摩擦系數小，噪音低：結構簡單便于裝卸：價格低廉：密封性高潤滑效果好。
軸承和軸承座以及軸和軸承的連接形式如下圖12:
圖12 軸承和軸承座以及軸和軸承的連接形式
5.6 滾動軸承潤滑與密封方式選擇
潤滑對于滾動軸承具有重要意義，軸承中的潤滑劑不僅可以降低摩擦阻力，還可以起著散熱，減小接觸應力、吸收振動、防止銹蝕等作用。
這里根據實際工作條件選取脂潤滑:通用鋰基潤滑脂GB/T 7324─1994 。潤滑脂形成的潤滑膜強度高，能承受較大的載荷，不易流失，容易密封，一次加脂可以維持相當長的一段時間。對于不允許潤滑油流失而致污染產品的工業(yè)機械來說，這種潤滑方式十分適宜。對于密封，我選用了擋圈密封。
第六章 檢測控制部分的設計
檢測控制部分每個模塊關系如圖所示：
電源
對射型光電傳感器
CCD視覺檢測
PLC控制模塊
空壓機
氣泵噴嘴1
氣泵噴嘴2
氣泵噴嘴2
6.1 檢測器件的選擇
6.1.1 傳感器的選擇
在目前的市場上，傳感器的種類有很多，在本次設計中，根據機構運行的要求，我選擇了光電傳感器。由于我們要檢測的是蘋果的大小，所以在輸送帶上裝上對射型光電傳感器更直觀迅速。由于對射型光電傳感器的發(fā)光器和收光器之間的距離可以調控，所以對于被測物體的尺寸沒有很大的限制，同時因為它的響應速度比較快，更有利于接下來圖像分析以及蘋果的分級。
6.1.2 視覺系統(tǒng)的選擇
由于蘋果需要逐個檢測然后進行分揀，那么捕捉的圖像信息量很大，靠人眼識別可能效率比較低，而且時間長會出現(xiàn)主觀識別錯誤，同時成本也會比較高。為了解決這一情況，同時提高設計的機構的自動化程度，我采用了機器識別代替了人眼識別。目前市面上比較常用的就是CCD，該系統(tǒng)的組成包含了照明、攝像頭以及相應的處理軟件。原理主要是通過攝像頭拍攝到物體的圖像，軟件將圖像分析過后，處理成數字信號傳遞到控制部分。
6.2 控制部分的設計
由于本機構中控制部分比較簡單，PLC只需要根據CCD傳遞的信號數據控制空壓機的工作，以及氣泵噴嘴的開關，所以只需要選擇小型PLC。而且一般I/O模塊是PLC價格比重最高的一個部分，結合實際情況，同時也為了節(jié)約成本，只需要選擇開關量I/O模塊。綜合考慮，對比了每個品牌PLC的性價比，我選擇的PLC是三菱的FX2N-64MR-001型號。該型號PLC的I/O點數足夠多，并且留了一定余量I/O點數以備以后技術的更新。
PLC根據檢測系統(tǒng)傳遞的數據做出反應，如果檢測的蘋果符合第一等級出口的條件，PLC控制空壓機工作，同時打開第一個氣泵噴嘴噴氣，將符合條件的蘋果吹離滾輪傳送帶，第二個等級出口依照同樣的原理控制，若沒有符合第一和第一等級出口的，PLC控制空壓機關閉，蘋果直接進入到第三等級出口。
第七章 安裝結構設計
7.1 機架設計
機架做為每個機器的基本部分，占總機器質量的很大比重。機架作為機構的載體，是機器能夠正常運行的保證，因此整個機構的穩(wěn)定性，工作精度，以及抗震性能，都和機架密不可分。而底座又是用來承載機架，所以，設計出合理化的機架和底座也是工作的重點。為了使制造出來的機器性價比更高，我們需要合理的設計機架和底座的尺寸結構。此外，我們還需要考慮這幾個問題：如何節(jié)約材料，減輕機器的整體質量，如何提高機器的穩(wěn)定性。但是在本次設計中，由于設計的機器工作模式簡單，所以對于的機架的表面粗糙度以及精度方面要求就顯得不是那么重要。
7.1.1 機架材料選擇
常用的小型機器的機架制造，一般都選擇焊接或者鑄造。綜合多個方面考慮，我選擇鑄造機架。為了使機器外表的美觀，以及今后機器的拆解便利性，我選擇了鋁合金。
如圖13為機架的橫斷面。
7.1.2 連接方式
如下圖14。
圖 14
圖13
第八章 結論
四個月來，我查閱了大量資料，咨詢過許多前輩，再結合了書本的知識完成了這次畢業(yè)設計。此次畢業(yè)設計對我來說意義深遠，它讓我明白了“學以致用”的重要性。在設計過程中，也遇到過許多問題，在結構的設計以及尺寸的計算的期間，一度很迷茫，但是通過自己的不懈努力，還是一一化解了這些難題，所以這次設計也讓我懂得了在面臨困難的時候如何堅持下去。我發(fā)現(xiàn)沉下心去做一件事，最后可能會有意想不到的收獲，雖然設計過程中，因為信心不足，時間不夠，導致我壓力很大，一度認為以自己的能力完不成這份設計，但是最終我還是堅持了下來。這段經歷很難忘，第一次憑著自己完成了一份設計，從中真的學到了很多，掌握了很多省時省力的好方法。大學四年，所學的內容如果不經常用到的話，或多或少會有些遺忘，畢業(yè)設計就好像一根線，幫我把大學四年所學到的知識重新捋了一邊，并且串了起來。讓我在今后走向社會工作的時候，不會迷茫，不會手足無措。
我設計的這款蘋果自動分揀機，是在保證不損壞蘋果的情況下，讓蘋果滾到由鏈輪傳動的滾子上，然后逐一進行圖像采集檢測，檢測結果以信號傳遞的方式通過控制部分傳遞到氣動部分，利用氣泵噴嘴將蘋果吹到對應的出口，從而達到了分級的目的。雖然這款產品已有先例，但是做為一名還沒有參加工作的學生而言，能夠獨立自主的完成這項設計，我覺得還是很有意義。
總結這次畢業(yè)設計，我覺得還是有很多不足的地方，比如裝了振動電機，可能會對整體機構的運行產生影響：機構的整體布局還不是很完善，分揀部分占了太大比重；由于進料槽為了不損傷蘋果，我選擇的使斜坡滾入的方法，也就導致了進料部分高度偏高，不利于進料。
致 謝
在做這項設計的時候，說到最想感謝的就是我的老師汪幫富老師，汪老師為人隨和，工作認真，是一位難得的好老師，他經常仔細查看我的工作進度，并會在一些關鍵問題上提出一些寶貴的建議供我參考，在設計過程中，遇到的一些疑問，汪老師也會跟我認真耐心的講解。同時，在我設計初期比較迷茫無從下手的時候，汪老師給我推薦了一些文獻和資料供我參考，使得我的設計有了方向，大大節(jié)省了時間和精力。比如有一次，有一個問題一直困擾著我，向汪老師請教，老師在深夜查資料及時的給我回復，并且還給我認真的講解，我很慶幸有汪老師擔任我的畢業(yè)設計老師。在做設計的時候，汪老師一直給我加油打氣，讓我不要緊張，我在心里很感激他?？梢哉f，汪老師就是我此次設計的引路人，因為有了汪老師的悉心幫助，我的設計才能按質按量的完成。
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