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世界最新機械設(shè)計理念
來源:中國科技期刊
摘要:根據(jù)目前國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者進行機械產(chǎn)品設(shè)計時的主要思維特點，將產(chǎn)品方案的設(shè)計方法概括為系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)模塊化、基于產(chǎn)品特征知識和智能。這幾種方法的特點及其相互間的有機聯(lián)系，提出產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)的努力方向。
關(guān)鍵詞：機械產(chǎn)品方案設(shè)計方法發(fā)展趨勢
設(shè)計文件是將語義設(shè)計網(wǎng)作為設(shè)計工具，在其開發(fā)的活性語義設(shè)計網(wǎng)ASK中，采用結(jié)點和線條組成的網(wǎng)絡(luò)描述設(shè)計，結(jié)點表示元件化的單元(如設(shè)計任務(wù)、功能、構(gòu)件或加工設(shè)備等)，線條用以調(diào)整和定義結(jié)點間不同的語義關(guān)系，由此為設(shè)計過程中的所有活動和結(jié)果預(yù)先建立模型，使早期設(shè)計要求的定義到每一個結(jié)構(gòu)的具體描述均可由關(guān)系間的定義表達，實現(xiàn)了計算機輔助設(shè)計過程由抽象到具體的飛躍。
系統(tǒng)化設(shè)計方法
系統(tǒng)化設(shè)計方法的主要特點是：將設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的一個系統(tǒng)，每個設(shè)計要素具有獨立性，各個要素間存在著有機的聯(lián)系，并具有層次性，所有的設(shè)計要素結(jié)合后，即可實現(xiàn)設(shè)計系統(tǒng)所需完成的任務(wù)。
系統(tǒng)化設(shè)計思想于70年代由德國學(xué)者Pahl和Beitz教授提出，他們以系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，制訂了設(shè)計的一般模式，倡導(dǎo)設(shè)計工作應(yīng)具備條理性。德國工程師協(xié)會在這一設(shè)計思想的基礎(chǔ)上，制訂出標(biāo)準(zhǔn)VDI2221技術(shù)系統(tǒng)和產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計方法。
1. 將用戶需求作為產(chǎn)品功能特征構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件設(shè)計、工藝規(guī)劃、作業(yè)控制等的基礎(chǔ)，從產(chǎn)品開發(fā)的宏觀過程出發(fā)，利用質(zhì)量功能布置方法，系統(tǒng)地將用戶需求信息合理而有效地轉(zhuǎn)換為產(chǎn)品開發(fā)各階段的技術(shù)目標(biāo)和作業(yè)控制規(guī)程的方法。
2. 將產(chǎn)品看作有機體層次上的生命系統(tǒng)，并借助于生命系統(tǒng)理論，把產(chǎn)品的設(shè)計過程劃分成功能需求層次、實現(xiàn)功能要求的概念層次和產(chǎn)品的具體設(shè)計層次。同時采用了生命系統(tǒng)圖符抽象地表達產(chǎn)品的功能要求，形成產(chǎn)品功能系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
3. 將機械設(shè)計中系統(tǒng)科學(xué)的應(yīng)用歸納為兩個基本問題：一是把要設(shè)計的產(chǎn)品作為一個系統(tǒng)處理，最佳地確定其組成部分（單元）及其相互關(guān)系；二是將產(chǎn)品設(shè)計過程看成一個系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)計目標(biāo)，正確、合理地確定設(shè)計中各個方面的工作和各個不同的設(shè)計階段。
由于每個設(shè)計者研究問題的角度以及考慮問題的側(cè)重點不同，進行方案設(shè)計時采用的具體研究方法亦存在差異。下面介紹一些具有代表性的系統(tǒng)化設(shè)計方法。
4. 設(shè)計元素法
用五個設(shè)計元素（功能、效應(yīng)、效應(yīng)載體、形狀元素和表面參數(shù)）描述“產(chǎn)品解”，認為一個產(chǎn)品的五個設(shè)計元素值確定之后，產(chǎn)品的所有特征和特征值即已確定。我國亦有設(shè)計學(xué)者采用了類似方法描述產(chǎn)品的原理解。
5. 圖形建模法
研制的“設(shè)計分析和引導(dǎo)系統(tǒng)”KALEIT，用層次清楚的圖形描述出產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)及其相關(guān)的抽象信息，實現(xiàn)了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能關(guān)系的圖形化建模，以及功能層之間的聯(lián)接。
將設(shè)計劃分成輔助方法和信息交換兩個方面，利用Nijssen信息分析方法可以采用圖形符號、具有內(nèi)容豐富的語義模型結(jié)構(gòu)、可以描述集成條件、可以劃分約束類型、可以實現(xiàn)關(guān)系間的任意結(jié)合等特點，將設(shè)計方法解與信息技術(shù)進行集成，實現(xiàn)了設(shè)計過程中不同抽象層間信息關(guān)系的圖形化建模。
6. “構(gòu)思”—“設(shè)計”法
將產(chǎn)品的方案設(shè)計分成“構(gòu)思”和“設(shè)計”兩個階段?！皹?gòu)思”階段的任務(wù)是尋求、選擇和組合滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。“設(shè)計”階段的工作則是具體實現(xiàn)構(gòu)思階段的原理解。
將方案的“構(gòu)思”具體描述為：根據(jù)合適的功能結(jié)構(gòu)，尋求滿足設(shè)計任務(wù)要求的原理解。即功能結(jié)構(gòu)中的分功能由“結(jié)構(gòu)元素”實現(xiàn)，并將“結(jié)構(gòu)元素”間的物理聯(lián)接定義為“功能載體”，“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”間的相互作用又形成了功能示意圖(機械運動簡圖)。方案的“設(shè)計”是根據(jù)功能示意圖，先定性地描述所有的“功能載體”和“結(jié)構(gòu)元素”，再定量地描述所有“結(jié)構(gòu)元素”和聯(lián)接件(“功能載體”)的形狀及位置，得到結(jié)構(gòu)示意圖。Roper，H.利用圖論理論，借助于由他定義的“總設(shè)計單元(GE)”、“結(jié)構(gòu)元素(KE)”、“功能結(jié)構(gòu)元素(FKE)”、“聯(lián)接結(jié)構(gòu)元素(VKE)”、“結(jié)構(gòu)零件(KT)”、“結(jié)構(gòu)元素零件(KET)”等概念，以及描述結(jié)構(gòu)元素尺寸、位置和傳動參數(shù)間相互關(guān)系的若干種簡圖，把設(shè)計專家憑直覺設(shè)計的方法做了形式化的描述，形成了有效地應(yīng)用現(xiàn)有知識的方法，并將其應(yīng)用于“構(gòu)思”和“設(shè)計”階段。
7. 鍵合圖法
將組成系統(tǒng)元件的功能分成產(chǎn)生能量、消耗能量、轉(zhuǎn)變能量形式、傳遞能量等各種類型，并借用鍵合圖表達元件的功能解，希望將基于功能的模型與鍵合圖結(jié)合，實現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)的自動生成和功能結(jié)構(gòu)與鍵合圖之間的自動轉(zhuǎn)換，尋求由鍵合圖產(chǎn)生多個設(shè)計方案的方法。
提倡在產(chǎn)品功能分析的基礎(chǔ)上，將產(chǎn)品分解成具有某種功能的一個或幾個模塊化的基本結(jié)構(gòu)，通過選擇和組合這些模塊化基本結(jié)構(gòu)組建成不同的產(chǎn)品。這些基本結(jié)構(gòu)可以是零件、部件，甚至是一個系統(tǒng)。
本結(jié)構(gòu)應(yīng)該具有標(biāo)準(zhǔn)化的接口(聯(lián)接和配合部)，并且是系列化、通用化、集成化、層次化、靈便化、經(jīng)濟化，具有互換性、相容性和相關(guān)性。我國結(jié)合軟件構(gòu)件技術(shù)和CAD技術(shù)，將變形設(shè)計與組合設(shè)計相結(jié)合，根據(jù)分級模塊化原理，將加工中心機床由大到小分為產(chǎn)品級、部件級、組件級和元件級，并利用專家知識和CAD技術(shù)將它們組合成不同品種、不同規(guī)格的功能模塊，再由這些功能模塊組合成不同的加工中心總體方案。
以設(shè)計為目錄作為選擇變異機械結(jié)構(gòu)的工具，提出將設(shè)計的解元素進行完整的、結(jié)構(gòu)化的編排，形成解集設(shè)計目錄。并在解集設(shè)計目錄中列出評論每一個解的附加信息，非常有利于設(shè)計工程師選擇解元素。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的蓬勃發(fā)展，異地協(xié)同設(shè)計與制造，以及從用戶對產(chǎn)品的功能需求→設(shè)計→加工→裝配→成品這一并行工程的實現(xiàn)成為可能。但是，達到這些目標(biāo)的重要前提條件之一，就是實現(xiàn)產(chǎn)品方案設(shè)計效果的三維可視化。為此，不僅三維圖形軟件、智能化設(shè)計軟件愈來愈多地應(yīng)用于產(chǎn)品的方案設(shè)計中，虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及多媒體、超媒體工具也在產(chǎn)品的方案設(shè)計中初露鋒芒。目前，德國等發(fā)達國家正著力于研究超媒體技術(shù)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)STEP，以及標(biāo)準(zhǔn)虛擬現(xiàn)實造型語言上基于虛擬環(huán)境的標(biāo)準(zhǔn)交換格式)在產(chǎn)品設(shè)計中的應(yīng)用。
機械產(chǎn)品的方案設(shè)計正朝著計算機輔助實現(xiàn)、智能化設(shè)計和滿足異地協(xié)同設(shè)計制造需求的方向邁進，由于產(chǎn)品方案設(shè)計計算機實現(xiàn)方法的研究起步較晚，目前還沒有成熟的、能夠達到上述目標(biāo)的方案設(shè)計工具軟件。作者認為，綜合運用文中四種類型設(shè)計方法是達到這一目標(biāo)有效途徑。雖然這些方法的綜合運用涉及的領(lǐng)域較多，不僅與機械設(shè)計的領(lǐng)域知識有關(guān)，而且還涉及到系統(tǒng)工程理論、人工智能理論、計算機軟硬件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等各方面的領(lǐng)域知識，但仍然是產(chǎn)品方案設(shè)計必須努力的方向。國外在這方面的研究已初見成效，我國設(shè)計學(xué)者也已意識到CAD技術(shù)與國際交流合作的重要性，及其應(yīng)當(dāng)采取的措施。
基于產(chǎn)品特征知識設(shè)計方法的主要特點是：用計算機能夠識別的語言描述產(chǎn)品的特征及其設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗，建立相應(yīng)的知識庫及推理機，再利用已存儲的領(lǐng)域知識和建立的推理機制實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品的方案設(shè)計。
機械系統(tǒng)的方案設(shè)計主要是依據(jù)產(chǎn)品所具有的特征，以及設(shè)計領(lǐng)域?qū)＜业闹R和經(jīng)驗進行推量和決策，完成機構(gòu)的型、數(shù)綜合。欲實現(xiàn)這一階段的計算機輔助設(shè)計，必須研究知識的自動獲取、表達、集成、協(xié)調(diào)、管理和使用。為此，國內(nèi)外設(shè)計學(xué)者針對機械系統(tǒng)方案設(shè)計知識的自動化處理做了大量的研究工作，采用的方法可歸納為下述幾種。
板栗脫殼機設(shè)計
The machine design of chestnut off
目錄
目 錄
設(shè)計總說明 I
INTRODUCTION II
1 概述 1
1.1 背景 1
1.1.1 板栗脫殼機的現(xiàn)狀與發(fā)展 1
1.2 產(chǎn)品設(shè)計依據(jù) 2
2 主要設(shè)計內(nèi)容 3
2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 3
2.2 電機的選擇 4
2.3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算 4
2.4 V帶輪的設(shè)計 5
2.4.1 電機與輥輪的帶輪設(shè)計 5
2.4.2 振動篩帶輪與風(fēng)機帶輪設(shè)計 7
2.5 軸的設(shè)計與計算 7
2.5.1 輥輪軸的設(shè)計 7
2.5.2 振動篩軸的設(shè)計 8
2.5.3 輥輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 10
2.6 振動篩的設(shè)計 11
2.7 連桿機構(gòu)的設(shè)計 12
2.8 箱體的設(shè)計 13
3 強度校核 14
3.1 軸的強度校核 14
3.2 楔鍵的強度校核 15
4 使用注意事項 16
5 設(shè)備的維護與保養(yǎng) 16
鳴謝 18
參考文獻 19
設(shè)計總說明
設(shè)計總說明
板栗是人們都很喜歡吃的零食，需求量很大，然而板栗被包藏在長滿刺毛的總苞內(nèi)，苞內(nèi)有1-7個板栗堅果。到了收獲的季節(jié)因為表面的毛刺難以去除，導(dǎo)致農(nóng)民手工脫蓬勞動強度大，生產(chǎn)效率低。
本課題設(shè)計的板栗脫殼機，通過全機械解放了農(nóng)民的雙手，大大地提高了生產(chǎn)效率。該機器由Y100L1-4電動機驅(qū)動，通過皮帶的傳動，實現(xiàn)主要工作部件棍子、振動篩、風(fēng)機的運作，板栗苞經(jīng)過棍子的敲打、與桶壁的摩擦、自身的摩擦實現(xiàn)板栗拖蓬，脫蓬后的板栗和外苞經(jīng)過柵籠掉落到振動篩中，振動篩把板栗堅果和板栗蓬分離，板栗堅果和板栗蓬小碎末掉落到下一層振動篩中，上層的板栗蓬和下層的小碎末走到振動篩末端的時候因為重量太輕而被風(fēng)機吹走，實現(xiàn)了板栗堅果和板栗蓬間的分離。
關(guān)鍵詞：板栗；棍子；振動篩；風(fēng)機
II
ABSTRACT
INTRODUCTION
Chestnut is that people liked to eat snacks, great demand, however, is a riddle wrapped in chestnut covered with bristles within the involucre with 1-7 bud chestnut nut inside. The harvest season because the surface is difficult to remove burrs, resulting in farmers hand-off Punta labor-intensive, low productivity.
This topic designed chestnut Punta machine off by the whole machinery of the liberation of the hands of farmers, greatly improving production efficiency. The machine is driven by a motor Y100L1-4, through the belt drive, to achieve the main working parts of the stick shaker, fan operation, chestnut bud after beating stick, friction with the barrel wall, its friction drag Punta achieve chestnut, off Punta after the chestnut and the outer shell through the gate to the cage fall shaker, and the shaker bottle isolated chestnut nuts and chestnut, chestnut and chestnut Punta nuts fall to the next layer of very fine small shaker, the upper and lower chestnut Punta Unqualified small shaker come the end of time because the weight is too light and was blown away by the fan, to achieve the separation of chestnut nuts and chestnut between Punta.
KEYWORDS: Chestnut；Stick；Shaker；Fan
畢業(yè)設(shè)計題目
畢業(yè)設(shè)計說明書
1 概述
1.1 背景
板栗是殼斗科栗屬植物，又名栗子、風(fēng)栗，現(xiàn)已多為人工種植。板栗一直是人們青睞的營養(yǎng)食物，加上近些年來人們對健康的要求越來越高，板栗自然成為被熱捧的營養(yǎng)食物，板栗中含有大量的植物蛋白、維生素、胡蘿卜素、鉀、鋅、鐵礦物質(zhì)和多種微量元素，能夠起到養(yǎng)顏、養(yǎng)胃、健脾、補腎等功效。板栗適合多種多樣的加工方法，所以關(guān)于板栗的加工品也越來越多，例如板栗蛋糕、板栗醬、板栗餅、板栗糕等。加上這幾年一些地方政府發(fā)展旅游業(yè)，對于板栗糕。板栗餅等手信類食品需求較大，如湖北省和河南省就是生產(chǎn)板栗的大省，他們的種植出來的板栗和有關(guān)板栗的副食品出口到國外，農(nóng)民以前都是依靠手工來脫蓬，生產(chǎn)節(jié)奏已經(jīng)跟不上時代的步伐了，所以提高板栗的生產(chǎn)效率顯得尤為的重要。
1.1.1 板栗脫殼機的現(xiàn)狀與發(fā)展
板栗脫殼機是通過機械加工去除外苞從而獲得板栗堅果的機器，板栗脫蓬不能在采摘的時候一同完成的原因是板栗本身的生理特性，只能在板栗堅果水分在一定標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)才能進行高效地脫蓬。
近些年來由于人們對板栗的需求量大，我國板栗產(chǎn)量逐年攀升，帶動了以板栗為中心的很多產(chǎn)業(yè)，板栗，作為我國歷史悠久的農(nóng)作物，已成為國家生態(tài)經(jīng)濟林樹種，而且國家林業(yè)局已經(jīng)把板栗定位為全國六大戰(zhàn)略性干果和五大優(yōu)勢經(jīng)濟林之一，板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展已受到越來越多人的關(guān)注。為了解放生產(chǎn)力，解決農(nóng)民板栗脫蓬的難題，板栗脫殼機的研究成為了關(guān)鍵。
現(xiàn)在農(nóng)業(yè)已經(jīng)開始全面推進自動化生產(chǎn)，普通的小型生產(chǎn)戶也開始使用機械來代替人工，減少體力勞動，生產(chǎn)效益也大大地提升。近些年來圍繞著板栗脫蓬的研究也越來越被重視，推廣的力度也逐年增大，但是前些年脫蓬機存在的一些問題使得推廣有些難度，第一：價格普遍偏高，一臺脫蓬機價格大概在2000元左右，作為一名普通農(nóng)民來說，這個價格難以接受，第二：推廣的地區(qū)多為經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)，一些偏遠的地方，農(nóng)民依然是使用原始的人工脫蓬的方法進行脫蓬，難以實現(xiàn)脫貧。但是經(jīng)過這幾年的推廣，廣大農(nóng)民都可以自己在家通過網(wǎng)絡(luò)來購買自己需要的板栗脫殼機了，普及率大大上升，實現(xiàn)了農(nóng)民真正的解放雙手，而機械造福了人類。同時，板栗脫殼機的發(fā)展不但符合了現(xiàn)在人們對板栗需求量大的剛需，還為板栗生產(chǎn)自動化的進步推了一把，在一些地方，已經(jīng)有圍繞著板栗而研究的一系列自動化生產(chǎn)機械，如板栗采摘升降臺，采摘器等等。
1.2 產(chǎn)品設(shè)計依據(jù)
通過查閱大量關(guān)于板栗脫殼機的產(chǎn)品，發(fā)現(xiàn)六十年代的產(chǎn)品普遍存在脫蓬的破壞率高，有些機器破壞率高達15%，生產(chǎn)出來的板栗無法出售，只能用作壓榨食用油，或者農(nóng)戶自己加工成板栗的加工品，如板栗糕，板栗餅等。進入到二十一世紀(jì)，推廣面最廣的，農(nóng)民使用數(shù)量最多的脫蓬機大概分為下面兩種形式：立式和橫式板栗脫殼機。
立式脫蓬機利用板栗的自身重力和錐度螺旋揉搓式原理原理，在螺旋片和桶壁的作用下進行板栗果和板栗蓬的分離，優(yōu)點是單相電源、耗電低、體積小、重量輕，便于安裝和移動，但其缺點也比較明顯，就是脫蓬率不高，沒有板栗蓬和板栗的分離裝置，導(dǎo)致使用后的后續(xù)工作量大，使用體驗差。
橫式板栗脫殼機可分為單輥輪和雙輥輪。
雙輥輪利用兩個輥輪見的轉(zhuǎn)動差來實踐對板栗的摩擦擠壓，達到脫蓬的目的，因采用軟硬輥輪，所以破殼率較低，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本和維修成本高，不適合家庭式農(nóng)戶使用。
單棍子式采用打擊、擠壓、摩擦原理達到脫蓬目的，成本低，維修方便，但是市面上這種脫蓬機制造較粗糙，棍子的釘末端沒有封口，而且采用鐵等硬材料，使得板栗果的破碎率較高。
2 主要設(shè)計內(nèi)容
2
2.1 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
該脫蓬機主要由機架、輥輪、打釘、篩網(wǎng)、風(fēng)機、電機、連桿機構(gòu)、柵欄等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)示意圖如下：
該板栗脫殼機的工作原理是板栗苞通過進料斗，首先經(jīng)過在輥輪、打釘和柵欄的摩擦擠壓、打擊，已經(jīng)破碎后的板栗果和外苞經(jīng)過下面的柵欄下落到篩網(wǎng)，篩網(wǎng)的運動由連桿機構(gòu)控制，篩網(wǎng)有一定的斜度，震動下會讓質(zhì)量較輕，表面積較大的外苞留在篩網(wǎng)上，當(dāng)走到篩網(wǎng)末端時由于風(fēng)機的作用，質(zhì)量較輕的板栗外苞會被吹到外面，而板栗果和比較小的外苞碎屑通過篩網(wǎng)上的孔下落到下面的送料機構(gòu)上，由于質(zhì)量大不會被風(fēng)機吹走，下落到下面的收集盤上，而外苞碎屑就會隨風(fēng)機而被吹走，這樣就完成了一次板栗的脫蓬。
2.2 電機的選擇
輥輪、振動篩、風(fēng)機的動力源依靠電機輸出，因此電機的選擇需要保證各個部分能共正常工作，經(jīng)過查閱其他設(shè)計文獻、和商家進行交流，確定輥輪的轉(zhuǎn)速范圍在450-650r/min時，板栗脫蓬的效率最高，脫蓬率高，板栗果破碎率低，最終選定了輥輪的轉(zhuǎn)速為597r/min，需要分配的功率為1.5KW。振動篩的震動頻率為15HZ，所以振動篩帶輪的轉(zhuǎn)速為900r/min，需要分配的功率為0.29kW。
風(fēng)機功率的確定：設(shè)定風(fēng)機轉(zhuǎn)速為1800r/min、流量Q=2006m3/h、全壓P=501Pa，此時產(chǎn)生的風(fēng)力能最大限度地滿足分離需求：
風(fēng)機的功率：P=Q?P3600×1000×η0×η1=2006×5013600×1000×0.8×0.92=0.38kW
其中 風(fēng)機的內(nèi)效率 η0=0.8；
機械效率 η1=0.92
脫蓬機總功率P=1.5+0.28+0.38=2.17kW
通過查閱《機械設(shè)計基礎(chǔ)課程設(shè)計指導(dǎo)書》確定選用的電機為：
電動機型號
額定功率/KW
滿載轉(zhuǎn)速/(r/min)
額定轉(zhuǎn)矩Nm
最大轉(zhuǎn)矩Nm
Y100L1-4
2.2
1420
2.2
2.2
2.3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算
電機的轉(zhuǎn)速n1=1420r/min；輥輪的轉(zhuǎn)速n2=597r/min；振動篩的轉(zhuǎn)速n3=900r/min；風(fēng)機的轉(zhuǎn)速n4=1800r/min
電機與輥輪間的傳動比i1=n1n2=1420597=2.4；
輥輪與振動篩間的傳動比i2=n2n3=597900=0.67；
電機與風(fēng)機間的傳動比i3=n1n4=14201800=0.79
2.4 V帶輪的設(shè)計
設(shè)計：采用普通V帶傳動，每天工作8h。
2.1
2.2
2.3
2.4
2.4.1 電機與輥輪的帶輪設(shè)計
1.確定計算功率Pca
通過《機械設(shè)計》查表得工作情況系數(shù)KA=1，故
Pca=KAP=1×1.88=1.88KW
2.選擇V帶的帶型
根據(jù)Pca、n1查圖8-11選用A型皮帶。
其輪槽截面尺寸：
bd=11.0mm; hamin=2.75mm; hfmin=8.7mm; e=15±0.3mm; fmin=9mm
3.帶輪基準(zhǔn)直徑dd的計算與驗算帶速v
1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1。
由表8-7和8-9取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=106mm
2）驗算帶速v
v=πdd1n160×1000=π×106×142060×1000=7.88m/s
因為5m/s
120°
6確定V帶根數(shù)z
單根V帶的額定功率Pr
由dd1=106mm和n1=1420r/min，查表8-4得P0=1.465kW；
根據(jù)n1=1420r/min，i1=2.4，和A型帶，查表8-5得ΔP0=0.17kW;
查表8-6得Kα=0.98，查表8-2得KL=1.02
所以：
Pr=P0+ΔP0?Kα?KL=1.465+0.17×0.98×1.02=1.6kW
確定V帶根數(shù)z
z=PcaPr=1.881.6=1.175
取2根。
7.計算確定單根V帶的初拉力F0
查表得A型帶的單位長度質(zhì)量q=0.105kg/m
F0=500(2.5-Kα)PcaKαzv+qv2=500×2.5-0.98×1.880.98×2×7.88+0.105×7.882=99N
2.4.2 振動篩帶輪與風(fēng)機帶輪設(shè)計
振動篩帶輪和風(fēng)機帶輪的設(shè)計步驟與輥輪帶輪設(shè)計相仿，具體關(guān)鍵參數(shù)如下:
帶輪
A型普通V帶根數(shù)z
帶基準(zhǔn)長度/mm
帶輪基準(zhǔn)直徑/mm
中心距范圍/mm
單根帶初拉力/N
振動篩帶輪
1
1600
160
452-524
32
風(fēng)機帶輪
1
1120
85
393-434
44
2.5 軸的設(shè)計與計算
2.5
2.5.1 輥輪軸的設(shè)計
2.5.1.1 輥輪軸最小直徑的確定
已知輥輪的轉(zhuǎn)速n2=597r/min；
取皮帶輪的傳動效率η2=0.96
輸出軸上的功率P2=Pη2=1.88×0.96=1.8kW
電動機軸的輸出轉(zhuǎn)矩Td=9550×1.881420=12.6N?m
輥輪轉(zhuǎn)矩T3=Tdi1η3=12.6×2.4×0.96=29N?m
軸的材料選取45鋼，進行調(diào)制處理，根據(jù)《機械設(shè)計》中表15-3，取A0=112
所以初步軸的最小直徑：
dmin=A03P2n2=112×31.8597=23mm
為了使軸的直徑與帶輪的配合孔徑相適應(yīng)，取軸的最小直徑為30mm。
2.5.1.2 輥輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1） 擬定軸上零件裝配及各軸段長度與直徑
輥輪軸的結(jié)構(gòu)如下圖所示：
1） 軸段1-2與皮帶輪配合，長度依據(jù)皮帶輪設(shè)計，所以左軸端L1-2=50mm，d1-2=30mm。
2） 初步選擇采用GB／T7810-1995帶立式座軸承UCP208 ，此軸承帶頂絲，軸向固定方便，而且配有油杯，潤滑較為方便，軸承與軸心線允許有偏斜5°?？讖綖?0mm，所以d3-4=d7-8=40mm，為了和軸承配合，L3-4=L7-8=50mm。
3） 3）輥輪長度為580mm，故軸L5-6=580mm，d5-6=45mm。
4） 4）其余軸段2-3和6-7為過渡軸段，其長度分別取L2-3=40mm，d2-3=35mm，L6-7=30mm，d6-7=43mm。
（2）鍵的選擇
左軸端與皮帶輪配合，采用楔鍵連接，鍵的上表面和輪轂鍵槽的底面有1:100的斜度，用楔鍵連接，軸和輪轂槽接觸部分產(chǎn)生很大的預(yù)緊力，工作時靠摩擦力傳遞扭矩，并能夠承受單向的軸向力，輥輪與皮帶輪的連接采用GB／T1564-2003普通C型楔鍵8×28。
2.5.2 振動篩軸的設(shè)計
2.5.1.3 振動篩軸最小直徑的確定
已知振動篩軸的轉(zhuǎn)速n2=900r/min；
取皮帶輪的傳動效率η2=0.96
輥輪與振動篩間的傳動比i2=0.67；
輥輪消耗的功率P3=1.5kW
輥輪軸上輸出的功率P4=P2-P3η2=(1.8-1.5)×0.96=0.29kW
輥輪轉(zhuǎn)矩T4=T3i2η2=29×0.67×0.96=19 N?m
軸的材料選取45鋼，進行調(diào)制處理，根據(jù)《機械設(shè)計》中表15-3，取A0=112
所以初步軸的最小直徑：
dmin=A03P4n3=112×30.29900=15mm
為了使軸的直徑與帶輪的配合孔徑相適應(yīng)，取軸的最小直徑為25mm。
2.5.1.4 振動篩軸結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1） 擬定軸上零件裝配及各軸段長度與直徑
振動篩軸結(jié)構(gòu)如下圖所示：
1） 軸段1-2與皮帶輪配合，長度依據(jù)皮帶輪設(shè)計，所以左軸端L1-2=25mm，d1-2=25mm。
2） 初步選擇采用GB／T7810-1995帶立式座軸承UCP206 ，此軸承帶頂絲，軸向固定方便，而且配有油杯，潤滑較為方便，軸承與軸心線允許有偏斜5°。孔徑為30mm，所以d2-3=d5-6=30mm，考慮到裝配尺寸以及合理性，定L2-3=44mm，L3-4=38mm，L4-5=257mm。
3） 軸端5-6是與連桿配合，具體如右視圖所示，其軸向長度L5-6=5mm，方形軸的邊長為20mm，在右軸末端鉆有一直徑為8mm的螺紋孔，與GB／T70．3-2000內(nèi)六角沉頭螺釘配合，確定連桿的軸向定位。
2.5.3 輥輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
輥輪機構(gòu)通過摩擦擠壓和打擊的方法板栗脫蓬，其構(gòu)造形式如下圖：
輥輪設(shè)計成空心，可以減少材料的同時，還可以減輕輥輪的質(zhì)量，降低電動機的負荷，輥輪的直徑為300mm，長度為584mm。輥輪上的釘直徑為20mm，長度為67.5mm，均采用電焊焊接在輥輪上，末端做成球面，在其外面套一個厚度為2.5mm的軟橡膠套。末端球型是為了防止板栗在脫蓬的時候被打壞，軟橡膠套能夠保護板栗果不被蓬刺刺傷，降低了板栗脫蓬時的破碎率。
打釘平均分為4排，在一排內(nèi)的打釘距離為70mm，排與排之間打釘逐漸錯開10mm，這樣有利于板栗苞在滾筒里面運動充分，增加板栗脫蓬的時間，一定程度上保證了脫蓬率。
市面上大多數(shù)的板栗脫殼機內(nèi)部都是做成空心的，但是輥輪里面沒有支撐的結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)強度欠缺，此次設(shè)計的輥輪內(nèi)部焊有6個支架，支架兩端與主軸焊接，三邊與輥輪的內(nèi)壁焊接上，這樣子輥輪的整體強度就會增強，保證了脫蓬機構(gòu)使用的可靠性和提高了脫蓬機的耐用性。
1
2
3
2.6 振動篩的設(shè)計
振動篩機構(gòu)如下圖所示：
振動篩主要由篩網(wǎng)、篩盤、連桿機構(gòu)、振動篩支撐條、振動篩支撐側(cè)板組成。經(jīng)過調(diào)研板栗的尺寸，確定篩網(wǎng)的孔徑大小為30mm，這尺寸會使板栗順利落下到篩盤，而比較大的外苞則留在篩網(wǎng)。篩網(wǎng)和篩盤的傾斜角度約為5度，有利于外苞和板栗落下和傳送到振動篩出口處，振動篩的工作頻率定為15Hz。
工作原理：皮帶輪帶動振動篩軸轉(zhuǎn)動，帶動連桿機構(gòu)的運動，在連桿機構(gòu)的帶動下，篩網(wǎng)和篩盤一起做往復(fù)運動，板栗苞通過上面的輥輪機構(gòu)和柵欄被分離成板栗和外苞下落到振動篩，較輕的板栗苞會浮在上面，質(zhì)量較重的板栗和一些比較小的小碎屑就會通過篩網(wǎng)下落到篩盤，由于帶有斜切角度和振動的作用下，板栗和外苞會順利被輸送到振動篩口，達到傳送和分離的效果。
2.7 連桿機構(gòu)的設(shè)計
連趕機構(gòu)如圖所示：
上圖所顯示的連桿機構(gòu)只是其中較為重要的一部分，其機構(gòu)由連桿1、擋塊、內(nèi)六角沉頭螺釘、連桿2、連桿座等組成。由振動篩軸的動力帶動連桿1運動，從而帶動連桿2和連桿座做往復(fù)運動，連桿座固定在振動篩盤上，但振動盤可在一定范圍內(nèi)進行擺動，達到了振動的效果。
連桿1與軸的軸向定位初始是設(shè)計成用楔鍵作為其定位的，但是考慮到連桿運動頻率較大，且不是很穩(wěn)定，用楔鍵連接會讓機器用就后出現(xiàn)松動的情況，并且楔鍵連接會影響連桿2的運動的正常性，所以設(shè)計成用擋塊和沉頭螺釘作為軸向定位，能夠很可靠地確定連桿1的軸向定位。
2.8 箱體的設(shè)計
箱體結(jié)構(gòu)如下圖所示：
箱體安裝在板栗脫殼機的支架上，由箱座、箱蓋、進料斗、柵欄組成。箱體兩邊和支架各用5顆C級M8六角頭螺栓連接。進料斗設(shè)計在箱蓋上，開口有一定的斜度，方便把板栗苞放進脫蓬機箱體內(nèi)。上下箱體長均為600mm，直徑為500mm，箱座兩側(cè)面均有直徑為50mm的通孔，而箱蓋除了有50mm的通孔外，由于箱蓋的高度與帶立式座軸承的中心高度有關(guān)，所以箱蓋下端有50mm的過渡區(qū)域。
柵欄焊接在箱座內(nèi)壁，柵欄的材料為直徑是16mm，長度為578mm的螺紋鋼，其表面有螺紋，能夠增加板栗苞與柵欄間的摩擦力，提高脫蓬率，柵欄間距為30mm，柵欄能讓已經(jīng)脫蓬的板栗和外苞下落到振動篩上，而還沒有被脫蓬的板栗苞則被打釘繼續(xù)進行脫蓬運動，直到脫蓬完成。
3 強度校核
3
3.1 軸的強度校核
板栗脫殼機共有三根軸，分別為輥輪軸，震動篩軸和風(fēng)機軸，這里只對受力較大的輥輪軸進行強度校核。其余兩個軸受力較小，不作詳細進行強度校核。
輥輪自重m1=8kg，進料斗喂料量m2=1kg/s
所以輥輪軸中間所受徑向力F1=m1+m2g=8+1×9.8=88.2N
V型帶作用于輥輪軸的壓力：
F2=2zT0sinα2=2×2×sin1692=71N
其中：z為皮帶輪需要v帶的根數(shù)；
T0為單根v帶的初拉力；
α為帶輪包角
根據(jù)計算繪制出軸的彎矩圖和扭矩圖如下：
從軸的彎矩圖和扭矩圖可以看出截面C為危險截面，所以校核時只校核危險截面C的強度：
取α=0.6
軸的抗彎截面系數(shù)W≈0.1d3=0.1×453=9112.5
σca=M12+（αT3）2W=145002+（0.6×29000）29112.5=25.4MPa
軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，查《機械設(shè)計》表15-1得σ-1=60MPa，因此σca<σ-1，故輥輪軸安全。
3.2 楔鍵的強度校核
輥輪軸與帶輪的連接采用GB／T1564-2003普通C型楔鍵8×28楔鍵連接，故：
楔鍵連接的擠壓強度條件為：
σp=2Fbl=12T×103bl(b+6fd)≤[σp]
其中:
傳遞轉(zhuǎn)矩 - T3=19Nm；
軸的直徑 - d1-2=30mm；
鍵的寬度 - b=8mm；
鍵的工作長度 - l=28mm；
摩擦系數(shù) –f=0.15；
[σp]查表6-2得σp=60MPa
故：
σp=2Fbl=12T3×103bl(b+6fd1-2)=12×29×1038×28×（8+6×0.15×30）=44MPa<[σp]
故楔鍵強度合格。
風(fēng)機、振動篩與帶輪連接的楔鍵強度校核同理。
4 使用注意事項
1. 板栗脫蓬需要板栗中還水量達到一定范圍，經(jīng)過實踐結(jié)果表明，含水量在90%為最佳，水分過高時，脫蓬的破碎率會提高；
2. 使用板栗脫殼機脫蓬前，需要把脫蓬機先打開，先讓輥輪空轉(zhuǎn)一會，確定運轉(zhuǎn)正常后方把板栗苞放進進料斗；
3. 當(dāng)脫蓬機開始工作后，嚴(yán)禁把身體任何部分放進進料斗，以免被高速旋轉(zhuǎn)的輥輪和打釘打到；
4. 脫蓬機工作時，嚴(yán)禁把硬物放進進料斗，如石頭，粗樹枝等，以免硬物反彈弄傷操作者和使機器損壞；
5. 在脫蓬的過程中，如發(fā)現(xiàn)振動篩上的物料有積累，排料不順時，需停機后在處理堆積的物料，并檢查振動篩工作是否正常；
6. 往進料斗放板栗苞要注意均與，不能一次放進太多的板栗苞，建議20-30kg/min；
7. 如發(fā)現(xiàn)板栗不能通過篩網(wǎng)順利下落到篩盤時，停機觀察，若是篩網(wǎng)孔徑過小的，及時更換孔徑較大的篩網(wǎng)；
8. 機器工作時，發(fā)現(xiàn)有異響時，需停機，通知相關(guān)維修人員維修，嚴(yán)禁私自拆裝，以免發(fā)生事故；
9. 確定機器連接在有漏電保護開關(guān)的電源上，且機器工作時，以免發(fā)生漏電事故；
10. 機器的清洗需要避開電動機，等機器完全風(fēng)干后方可使用，以免發(fā)生漏電事故。
11. 按下機器開關(guān)停機后，需等輥輪完全停止、隔離電源后方可進行清除物料等操作；
12. 脫蓬機工作不能連續(xù)工作超過6個小時，在連續(xù)工作4個小時候需要停機，讓發(fā)動機和皮帶休息，不然會縮短發(fā)動的壽命和加快皮帶的老化。
5 設(shè)備的維護與保養(yǎng)
1. 機器的運動件大部分是高速旋轉(zhuǎn)的部件，工作時間長了后，零件間的配合會出現(xiàn)松動、配合不佳等情況，需要定時檢查各零件配合是否正常；
2. 機器采用的軸承為帶立式座軸承，帶立式座軸承配有油杯，需要定期注入新的潤滑油，保證脫蓬機工作的可靠性；
3. 打釘上的軟塑料套磨損后或者使用時間過長發(fā)生老化后需要及時更換，以免脫蓬時把板栗打碎；
4. 機器的傳遞動力靠帶輪實現(xiàn)，若發(fā)現(xiàn)帶輪與皮帶配合不緊，或出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時，需要調(diào)節(jié)中心距，必要時增加一張緊機構(gòu)；、
5. 定期通知維修保養(yǎng)人員上門保養(yǎng)機器，排除安全隱患，達到安全生產(chǎn)的目的。
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鳴謝
鳴謝
“歲月如箭，時光如梭”，四年大學(xué)生活猶如夜空中的流星轉(zhuǎn)瞬即逝?；仡欉@段人生中最美好的時光，想想自己的得失，不僅發(fā)人深思。再過幾個星期，我們就要各奔東西，大江南北，長城內(nèi)外，都會有同學(xué)們的身影。俗話說“失去的才是最美好的”，的確是這樣的，這是我想每個人心里也許都會發(fā)出這樣的感慨！在我們心中不僅是同學(xué)，更重要的是在四年當(dāng)中無私培育我們的恩師。他們不辭辛苦的工作，無私的奉獻，為把我們培養(yǎng)成一個合格的大學(xué)生付出了艱辛的努力，我們由衷的感謝他們，真誠地道一句：老師，您辛苦了！
畢業(yè)設(shè)計是我們在大學(xué)期間完成的最后一次作業(yè)，也是我們走向工作崗位的橋梁，在此過程中，各個方面我們都會得到鍛煉和提高，特別是實踐與動手能力的培養(yǎng)。理論與實踐相結(jié)合，這是我們應(yīng)當(dāng)大力提倡的學(xué)習(xí)方法，而這次畢業(yè)設(shè)計為們提供了一個舞臺，為我們快速進入工作狀態(tài)提供了一次難得的機會。
在這次畢業(yè)設(shè)計中，我的指導(dǎo)老師為我們提供了極大的幫助與指導(dǎo)，為我們順利完成這次畢業(yè)設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。指導(dǎo)老師的諄諄教導(dǎo)和敬業(yè)精神、無私的奉獻精神與嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)精神深深感染了我們每一個人。在這次設(shè)計中，我們不僅學(xué)到了知識，更重要的收獲是積極樂觀的態(tài)度，做人的道理和嚴(yán)謹?shù)闹螌W(xué)精神與團結(jié)協(xié)作的團隊精神，這對我們以后來說無疑是一筆巨大的財富。
允許我再一次向指導(dǎo)老師以及在畢業(yè)設(shè)計當(dāng)中給予我們幫助的老師和我的同組成員表示誠摯的謝意！
參考文獻
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附錄