壓縮包內含有CAD圖紙和說明書,均可直接下載獲得文件，所見所得，電腦查看更方便。Q 197216396 或 11970985
多功能水果削皮機的設計
畢業(yè)設計說明書
多功能水果削皮機的設計
學 院： 機械工程學院
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
學生姓名：
學 號：
指導教師：
摘要
通過對蘋果加工企業(yè)的市場的初步調研，分析了國內外蘋果削皮機的發(fā)展，發(fā)現(xiàn)國內的蘋果加工企業(yè)較國外的蘋果加工企業(yè)在蘋果削皮工序存在自動化、連續(xù)化程度不高、生產效率低下、工人勞動強度高、次品率高等缺點。對于國內的蘋果加工企業(yè)來說，亟需一套具有自主知識產權、創(chuàng)新性、新穎性的蘋果削皮設備。這套生產設備的設計包括產品全新的設計理念、總體傳動方案設計、零部件設計、控制系統(tǒng)等的設計。
全自動蘋果削皮機的設計應該遵循簡單實用、結構緊湊，性能穩(wěn)定、學習成本低、經濟性高、易于拆裝等特點，實現(xiàn)生產的自動化，提高工作效率和良品率，使生產過程更加安全衛(wèi)生，同樣要具有一定的通用性。通過這套設備可以提高企業(yè)的創(chuàng)新能力，解決技術難題。
關鍵詞：全自動，蘋果去皮機，傳動系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，切削刀，切削刀架
IV
Abstract
Based on the preliminary investigation of Apple processing enterprises in the market, analyzes the development of Apple peeler, found Apple processing enterprises in the country than in other countries of processing Apple in Apple Peel processes automation, continuous level is not high, low productivity, high labor intensity and high rejection rate disadvantage. For Apple-processing enterprises in the country, needs a set of independent intellectual property rights, innovation, novelty Peel the Apple device. This new production equipment design, including product design, overall transmission design, component design, design of control systems. Automatic Apple peeler should follow simple and practical design, compact structure, stable performance, low cost and easy to Assembly and disassembly, economic characteristics, production automation, productivity and yield, makes the production process more safety and health, and also has some versatility. Through this device can improve the innovation ability of enterprises, solving technical problems.
Key words: automatic, Apple peeling machines, drive systems and control systems, cutters, cutting tool.
目錄
第一章 引言 1
1.1 課題的背景 1
1.2 課題的意義 2
1.3 研究現(xiàn)狀： 4
1.3.1 單果手動削皮機 4
1.3.2 多果自動削皮機 6
1.3.3單果自動去皮機 6
1.4本次課題研究內容 7
1.4.1綜合分析 7
1.4.2全自動水果削皮機的研發(fā)流程 7
1.4.3 設計步驟 8
1.5全自動水果削皮機設計思路 9
1.6全自動蘋果削皮機的性能要求 9
1.6.1基本目標： 10
1.7全自動蘋果削皮機整機功能結構圖 12
第二章 全自動蘋果削皮機旋轉刀架結構及其傳動系統(tǒng)結構設計 14
2.1全自動蘋果削皮機構旋轉刀架及其傳動系統(tǒng)結構設計背景 14
2.2全自動蘋果削皮機旋轉刀架設計 14
2.3全自動蘋果削皮機構傳動系統(tǒng)結構設計 16
第三章 削皮刀架及其結構設計 22
3.1削皮刀架及其結構設計 22
3.2傳動結構設計： 23
第四章 退刀結構設計 26
4.1退刀架結構設計背景 26
第五章 總結 28
參考文獻： 30
致謝 31
第一章 引言
1.1 課題的背景
我國是農副產品出口大國，根據(jù)國家統(tǒng)計局數(shù)據(jù)：2014年我國水果總產量增長至26142.24萬噸，較去年數(shù)據(jù)分析水果產量同比增長4.5%左右，與往年水果產量數(shù)據(jù)比較，我國的水果產量正逐年穩(wěn)步提高。隨著水果產量的提高，除去一部分水果經簡單的加工直接銷售以外，大部分的水果被精加工制作成罐頭制品。在我國水果產量大幅提升的大背景下，我國的罐頭行業(yè)正逐漸成為我國農副產品加工的重要產業(yè)之一，另外我國的罐頭行業(yè)也是傳統(tǒng)的出口行業(yè)之一，在改革開放以來，中國出口行業(yè)發(fā)展迅猛，罐頭出口借此大展身手，為我國經濟的發(fā)展起到重要的作用，2010年，我國罐頭出口銷售額達到34.56億美元，我國儼然已經成為世界水果罐頭加工制造與出口大國。水果罐頭是我國食品工業(yè)加工制造、出口的重要產品，在國內銷售量也逐年攀高。除去很大的經濟價值外，因為其食用方便、安全，風味獨特，便于攜帶等優(yōu)點深受人們的喜愛。我們知道，水果中含有大量的維持我們生命的糖、維生素、礦物質、無機鹽、纖維素等營養(yǎng)成分。隨著時代的遷移和人們生活水平的提高，消費者最關注的話題逐漸從吃什么到怎么吃健康上來。但是現(xiàn)代科技發(fā)展迅速，為提高水果產量和提升果質，果農們有時候不得不使用一定量的化肥、激素和農藥，這些化肥、激素和農藥會在水果表面形成一定量的殘留，很多農藥、化肥中含有的有機磷等化學成分，這些化學成分在清洗過程中很難祛除，進入人體后會引發(fā)人體中毒，長期慢性的接觸會對人體的神經系統(tǒng)造成無法修復的損害。若在食用水果時不削皮，經常食用帶有化肥、農藥殘留的水果以及水果制品輕則會引起消化系統(tǒng)的各種病癥，造成惡心、腹瀉，重則會危及生命。
談及罐頭生產，我國的罐頭行業(yè)興起于1906年，發(fā)展經歷了三個階段，已經逐步趨于成熟，加工水平、效率較以前得到了顯著的提高，但由于在自主知識產權方面的不足，缺少核心、關鍵的技術，導致我國的生產設備比其他發(fā)達國家落后，自動化程度較低。另外我國的一些傳統(tǒng)罐頭加工企業(yè)存在生產工藝比較原始、工序復雜、生產效率普遍偏低、標準化程度不是很高等不足之處，很難適應現(xiàn)代市場的競爭環(huán)境。在市場經濟作為主導的今天，企業(yè)要想有良好的發(fā)展前景，必須有前瞻的意識，自動化程度較高的生產設備，以便能夠實現(xiàn)生產的自動化連續(xù)化的生產過程，這樣才能在激烈的競爭中穩(wěn)住腳跟。在我國的很多中小企業(yè)中因為生產成本的限制，很多企業(yè)在水果削皮時采用化學處理的方法，例如為了去除果皮很多企業(yè)在去皮時選擇用氫氧化鈉溶液浸泡的方法，利用氫氧化鈉的強堿性使果皮與果肉分離。這種加工方法會使化學制品滲入果肉，這樣化學制品隱藏在果肉中根本清洗不掉，一方面嚴重破壞了水果營養(yǎng)成分，果肉發(fā)生質變使口感變差，另一方面果肉中清洗不掉的殘留化學藥物成分嚴重影響了消費者的身體健康。對于國外引進的先進生產設備，雖然數(shù)字化、自動化、連續(xù)化程度比較高，但這種設備一般體型巨大占據(jù)大量的空間，學習成本、維護成本也比較高。生產設備發(fā)生故障時需要請廠家專門的維修人員，維修不方便。所以引進國外的生產設備從小的方面講一方面維護花費巨大，從大的方面講另一方面不是我國的自主知識產權，不利于國內企業(yè)的長遠發(fā)展。國外的生產設備不適合現(xiàn)階段中國的中小企業(yè)應用環(huán)境。另外我國的中小企業(yè)也需要完全自主知識產權的設備以應對難以琢磨的經濟風暴。
市場對水果罐頭制品的要求越來越高，另外，水果在削皮之后，果肉與空氣中的氧氣接觸發(fā)生氧化反應，影響果肉的色澤，同時也不利于果肉的深加工，給企業(yè)造成巨大的經濟損失。因此水果必須快速的完成削皮切塊過程，以免造成氧化。在國內，亟需研發(fā)一套數(shù)字化、自動化、連續(xù)化程度高的水果削皮設備供給中小型企業(yè)，支持其生產。保證高效率的生產和優(yōu)質的果肉質量。為我國廣大的中小型企業(yè)發(fā)展提供強有力的技術支持。
1.2 課題的意義
現(xiàn)代世界各國之間的競爭，歸根結底是創(chuàng)新的競爭、科技的競爭，對于核心技術的掌握程度是判斷一個國家在世界中競爭力強弱的根本，也是衡量一個企業(yè)能否在競爭激烈的市場中能否存活的依據(jù)。如果一個國家或者企業(yè)在自主知識產權方面存在嚴重的不足，先進的制造設備全靠引進，那這個國家或者企業(yè)在規(guī)劃中是很難能有長遠的發(fā)展的，他們的制造水平和制造工藝完全是在別人的引導之下，很難靈活的改變生產方針，調整生產模式。如果他們能在技術和科技的創(chuàng)新上超前一步，那么他們就能在新的世界分工格局中掌握主動權。自改革開放以來，我國的科學技術有了質變的飛躍，經濟體制逐漸完善，經濟長足發(fā)展并取得了很大的成就，但隨著全球經濟一體化進程步伐的加快，國際經濟貿易與發(fā)展的競爭店逐漸轉移到科技與創(chuàng)新上來，所以需要具備自主創(chuàng)新意識，提高自主創(chuàng)新能力，研發(fā)大量具備自主知識產權的產品，是快速提升國家在世界經濟格局地位的關鍵。想要實現(xiàn)中華民族的偉大復興，振興國民經濟，富國強民，必須扎扎實實做實、做好、做強創(chuàng)新工作，要有一種工匠精神不能空想空談，端正態(tài)度完善體制鼓勵創(chuàng)新，掌握更多的自主知識產權，積累更多的核心關鍵的先進技術，從中國制造模式逐步過渡到中國創(chuàng)造模式上來，以強有力的創(chuàng)新、科技優(yōu)勢在激烈的國際競爭中占據(jù)有利地位，實現(xiàn)中華民族的偉大復興。現(xiàn)今的世界格局錯綜復雜，要想在新的國際形勢中尋求科技的發(fā)展，掌握大量的先進的核心的科技，根本的立足點和落腳點在于創(chuàng)新，我們要想前人之不敢想做前人之不敢做，創(chuàng)前人沒有創(chuàng)的經驗。于此同時，要吸收借鑒國外的先進經驗，主動學習創(chuàng)新性知識，另外也不能盲目的套用他人的創(chuàng)新模式，要量力而行，如若盲目的跟從他人的創(chuàng)新模式容易顧此失彼，學到的只是模仿方式，不能從根本上實現(xiàn)創(chuàng)新，所以必須要結合自身所在的環(huán)境，找準自身特點，發(fā)掘適合自身的創(chuàng)新方法，準確的找到切入點，瞄準創(chuàng)新發(fā)展的前沿，加大投入成本，對重點、難點實施攻關，緊緊抓住制約國民經濟發(fā)展的瓶頸問題，不放手、多渠道地尋找突破口，以理論創(chuàng)新牽引實踐創(chuàng)新，爭取早日成為前沿科技下的創(chuàng)新性國家，提高綜合國力，屹立于世界民族之林。
傳統(tǒng)食品現(xiàn)代化是指傳統(tǒng)食品由原來落后的傳統(tǒng)形態(tài)向先進的現(xiàn)代形態(tài)轉變的過程，是實現(xiàn)加工過程定量化、標準化、機械化和工業(yè)化?？梢愿爬槲鍌€方面的內容：一是用現(xiàn)代工業(yè)裝備傳統(tǒng)食品，打破手工、機械水平低的傳統(tǒng)加工的局面；二是用現(xiàn)代科學技術武裝傳統(tǒng)食品，逐步取代或提高傳統(tǒng)的生產技術和加工經驗；三是由掌握現(xiàn)代科學技術知識的勞動者從事傳統(tǒng)食品行業(yè)，是勞動技能和創(chuàng)造力大為提高；四是在充分認識和掌握傳統(tǒng)食品內涵的基礎上，合理利用自然資源，不斷挖掘傳統(tǒng)食品的附加潛力；五是采用現(xiàn)代化的經營體系管理傳統(tǒng)食品行業(yè)，實行專業(yè)化、商品化、社會化、工業(yè)化生產，充分發(fā)揮人類智慧的能動作用和物質條件作用。
本課題的探討正是順應上述要求，謀求以科技強國、創(chuàng)新強國的一小步。我們從生活中要善于發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新點，逐漸提升自己的創(chuàng)新意識，創(chuàng)新來源與生活服務于生活，另外創(chuàng)新并沒有什么深層次難以理解的內容，創(chuàng)新在生活中的意義就是用一種新穎的模式讓生活變得更容易。在工業(yè)加工中的意義就是用盡可能簡單的方法加工制造出符合要求、實用性強的產品。本課題中，柔性刀具的設計，退刀結構的設計，自動上料結構的設計是結合生活中的實例和自己的想法自主設計的產品，為我國的創(chuàng)新事業(yè)做出自己的小小貢獻。
本次課題設計的全自動水果削皮機除適用于蘋果、梨等水果的加工制造以外，同樣適用于馬鈴薯、紅薯等的削皮切塊加工，實用性強。另外該設備主要面向國內眾多的中小型企業(yè)。它具有體積下、結構緊湊、加工效率高、自動化和連續(xù)化強，性價比高等優(yōu)點，完全適用于當今中國社會中小型企業(yè)的發(fā)展模式?？梢源蠓档凸と说膭趧訌姸?，降低生產成本。另外也可以提高加工質量，使加工過程更加安全衛(wèi)生，減少化學制品的使用。
1.3 研究現(xiàn)狀：
1.3.1 單果手動削皮機
圖1.1 手動水果削皮機（1）
圖1.2 手動水果削皮機（2）
功能與原理：如圖所示，單果手動削皮機有插針結構，機器需要工作時將蘋果等水果插在插針上固定住，手動搖動削皮機的手柄，插針帶動蘋果發(fā)生轉動。另一方面，單果手動削皮機配備了仿形刀具，在插針帶動蘋果發(fā)生轉動的同時仿形刀具在彈簧的拉動下緊緊貼在蘋果表面。仿形刀具在彈簧拉動的同時內部也有齒輪傳動系統(tǒng)帶動仿形刀具緊緊貼在蘋果表面圍繞蘋果的腰線發(fā)生移動將果皮削下。
特點：這種機器使用的材料是鋁鎂合金支架，機構隱蔽，用的是真空原理的塑膠吸盤固定機子，方便而牢固，設計的彈性削皮刀具仿形能力很強能適應切削不同的橢圓度和凹凸面。整機有鋁合金和不銹鋼刀具等材料組成。另部件經過電鍍、電刨、噴涂等工藝處理，加工后切成的無皮、無芯的薄片果肉，食用時松脆、不傷牙齦。特別社和老年人嬰幼兒食用新鮮、衛(wèi)生的水果及家庭廚房制作果醬、果汁、果片等食品創(chuàng)造了許多便利，是文明生活的好幫手。由于弧形削皮刀的支撐桿配置課伸縮式彈簧，在削皮的過程中，不論蘋果大小，是否規(guī)則，都是中緊貼果皮進行工作，所以完全不必要擔心果皮未被切削干凈，課放心食用。不足之處：該類去皮機需人工查過，削完后人手取下，故插、取果時易傷手。手搖式，費勁，速度慢，效率低。切削寬度較大，已加工的蘋果幾何都變成了“梯田”狀。 結構簡單，易操作，勞動強度不高，但是工作效率很低不能在工廠大規(guī)模量產的情況下使用。
1.3.2 多果自動削皮機
圖1.3 多果自動削皮機
如圖所示，首先人工將蘋果以蘋果梗垂直于水平面的方向放置于蘋果內，氣缸推桿回縮，將蘋果提升至削皮刀高度，電動機帶動插針、蘋果一起旋轉，直到完成蘋果削皮工作，左后人工將蘋果卸下。該類去皮機每臺機器至少一人甚至兩人負責放果和卸果。勞動強度較大生產效率較低。刀片裝在彈性刀架上，課自動與被加工表面吻合，故對于表面不規(guī)則的蘋果也能很好的加工。該機構的不足之處：削掉的果皮全在地板散落，故影響環(huán)境衛(wèi)生，插果、卸果需要人工來完成，而且一臺機器最少需要一個人來負責放果、卸果。該機構雖屬于多果切削，但工作能力較低，工人的勞動強度較大。
1.3.3單果自動去皮機
圖1.4 單果自動去皮機
其工作原理如圖所示，該類去皮機的轉盤上設有數(shù)個蘋果轉動插針，均勻分布在果盤的圓周之內。首先由人工將蘋果插于蘋果插針，圓盤轉動一定角度，蘋果被送于去皮工位，完成去皮工作，圓盤再轉動一定的角度，蘋果完成切片工作，圓盤繼續(xù)轉動。蘋果被送于去核工位，蘋果核在該工位被除去，至此完成一個工作循環(huán)。此類去削皮機較其他去皮機速度較快，但仍然需要人工上果，生產速度多由人工的熟練程度決定。
1.4本次課題研究內容
1.4.1綜合分析
在此次的課題中我們首先把研究的重點放在對于蘋果全自動去皮的工藝流程上，通過仔細的分析，主要對工作臺工位自動轉換系統(tǒng)、切削刀架系統(tǒng)、退刀系統(tǒng)、刀架插刀工作臺旋轉架主傳動系統(tǒng)進行了全方位的研究。在工作臺旋轉架工位自動轉換系統(tǒng)中,主要是插刀的運動，其動作是實現(xiàn)插刀的間歇性旋轉運動。在刀架系統(tǒng)中設計有柔性刀具，可以根據(jù)蘋果的形狀進行刀具誤差補償，是使切削更加均勻的關鍵所在。
1.4.2全自動水果削皮機的研發(fā)流程
1.4.3 設計步驟
根據(jù)實際需求進行方案規(guī)劃：
通過對市場上現(xiàn)有的全自動水果削皮設備進行全面調研與結構分析，根據(jù)實際需要，包括經濟性、可行性原則，初步確定設計方案。在本課題中，全自動水果削皮機的結構設計分為6個部分，分別是，削皮刀結構設計、削皮刀架結構及其傳動機構設計、退刀結構設計、切塊刀設計、旋轉刀架結構及其傳動機構設計。
總體方案研究：
針對課題研究的需要，在不同的傳動方案均可實現(xiàn)動作的情況下，綜合考慮各種影響因素，分析出一種最合理的總體傳動線路
設計結構，畫出圖紙
從實際需求出發(fā)，根據(jù)第一步完成的工作，分別對削皮刀、削皮刀架、切塊刀、旋轉刀架、箱體、以及三部分的傳動機構（削皮刀兩部分傳動、轉刀架傳動）根據(jù)所學的機械知識進行機構設計。
用SolidWorks進行干渉性檢驗，比進行可行性分析
用SolidWorks進行三維建模，用SolidWorks的干渉性檢測功能進行干渉性檢查，保證設計的構件沒有干涉。分析比較設計方案、設計原理及結構，總結歸納出設計結構的優(yōu)缺點，留與后續(xù)的開發(fā)與改進。
1.5全自動水果削皮機設計思路
雖然我國蘋果產量逐年升高，但在國內，蘋果深加工行業(yè)普遍偏弱，究其原因，是因為生產設備上的落后。相比其他的西方國家，我國的蘋果削皮設備還是上一代的老產品，生產效率低下，工人的勞動強度大，加工質量很難符合現(xiàn)代化的加工制造標準。目前在蘋果加工行業(yè)中廣泛使用的蘋果削皮結構自動化、連續(xù)化程度低，費時費力，并且容易產生差錯乃至事故。為了解決上一代老產品的技術性不足，提供一套高效率，自動化、連續(xù)化程度高，事故率低的現(xiàn)代化產品，同時加入數(shù)字化PLC控制，使機器可控性強，學習成本低，功能性適應性能力強。
1.6全自動蘋果削皮機的性能要求
全自動蘋果去皮機應滿足自動化、連續(xù)化程度高、工作效率高、系統(tǒng)穩(wěn)定、工作穩(wěn)定、功耗低、安全可靠、實用性強等特點，另外還要有先進的技術，就夠緊湊而巧妙，符合現(xiàn)代國內中小企業(yè)長期的發(fā)展需要，并要有很強的經濟性。
全自動蘋果去皮機應具有的性能要求：
方便的操作使用性能；
(1)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，即運動平穩(wěn)準確，能保證規(guī)定的運動精度；
工作的可靠性即能實現(xiàn)根據(jù)功能要求完成既定的動作，且動作應協(xié)調穩(wěn)定；
結構簡單，制造容易，成本低；
(2)成產效率高，能耗少；
(3)減輕勞動強度，不污染環(huán)境，創(chuàng)造文明生產條件；
(4)留有發(fā)展的余地，需用改進是不至于造成整機浪費。
1.6.1基本目標：
設計全自動的工位旋轉刀架，使其能實現(xiàn)自動間歇運動，在削皮刀進行切削運動時，旋轉刀架必須保持靜止。削皮動作完成，削皮刀進行退刀動作時，旋轉刀架再次進行旋轉動作，然后由切塊刀具完成沖核和切塊動作。
技術要求：
生產能力：15個/分鐘
去皮用時（旋轉刀架靜止時間）：3秒
轉位用時（退刀、工作臺轉動時間）：1秒
去皮厚度：0.6毫米
圖1.5 全自動水果削皮機三維圖
圖1.6 全自動水果去皮機關鍵傳動部分三維圖
1.7全自動蘋果削皮機整機功能結構圖
一部完整的、自動化、連續(xù)化程度較高的蘋果削皮機包含了如圖所示的各種結構（裝置）。它擁有現(xiàn)代化的設計過程，先進的生產工藝，運行平穩(wěn)，生產的產品良品率高。
仿形刀架系 統(tǒng)
控制系 統(tǒng)
自動旋轉刀 架
自動供料系 統(tǒng)
X方向進給
削皮機構
沖核切塊刀 具
旋轉刀 架
間歇機 構
減速機 構
插果機械手
蘋果輸送系 統(tǒng)
振動輸送系 統(tǒng)
全自動蘋果去皮 機
36
第二章 全自動蘋果削皮機旋轉刀架結構及其傳動系統(tǒng)結構設計
2.1全自動蘋果削皮機構旋轉刀架及其傳動系統(tǒng)結構設計背景
蘋果削皮機旋轉刀架接收到來自動送料系統(tǒng)的蘋果后，蘋果被插到了旋轉刀架的插針上，跟隨插針做間歇性旋轉運動，隨著旋轉運動的進行，削皮機先后完成對蘋果的削皮、沖核、切塊動作。
全自動旋轉刀架通過PLC控制，步進電機驅動器主旋轉運動，完成其間歇性運動，使每個工位能按照加工要求完成相應的動作。技術參數(shù)如下：
（1） 根據(jù)實際生產任務，其生產效率為15個/分鐘，確定插果運動、削皮動作、沖核運動、切塊動作均為3秒，工作臺轉位時間為1秒；
（2） 在削皮工位，蘋果隨著插針自轉，柔性削皮刀進行切削；
（3） 在插果工位、沖核工位、切塊工位均保持靜止，其中在本次課題中沖核動作和切塊動作同時進行，大幅提高了生產效率。
2.2全自動蘋果削皮機旋轉刀架設計
圖2.1 旋轉刀架主視圖
圖2.2 旋轉刀架二維圖左視圖
圖2.3旋轉刀架三維圖
如圖2.1和圖2.2 所示，旋轉刀架設計有1、2、3共三個工位,主軸帶動旋轉刀架進行順時針旋轉。1工位用于未加工蘋果的固定，保持靜止；2工位為削皮工位，由一個齒輪與2工位的齒輪進行嚙合，使2工位的插針自轉，帶動蘋果進行自轉，柔性削皮刀緊貼在蘋果表面進行切削；3工位是進行沖核和切塊的工位，保持靜止。加工流程為：1工位接收蘋果---2工位自轉削皮---3工位進行沖核和切塊。在本機構中，插果工序、削皮工序、沖核切塊工序同時進行，大大提高了工作效率，降低了工人的勞動強度。如圖2.1所示，旋轉刀架通過鍵在主軸上進行周向固定，通過軸肩和螺母進行周向固定，蘋果插放在插刀架對側的齒輪帶動發(fā)生自轉。旋轉刀架的控制選用plc控制。
因為2工位的齒輪在于其嚙合的齒輪接觸時會發(fā)生一定的碰撞，所以插刀架上的齒輪不宜采用金屬材料。所以在此考慮塑料材料的齒輪結構。用于加工塑料齒輪的材料有很多種，例如：聚甲醛（POM）、尼龍（PA66和PA46等）、聚碳酸酯（PC）、聚對苯二酞對苯二胺（PPA）、聚酯（PBT）、液晶聚合物（LCP）、ABS和LDPE材料、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK 450G）等材料。其中因為聚甲醛（POM）材料雖然各項性能良好，但在使用過程中會有少量的甲醛等有毒氣體產生，故不能用于本設備的設計中。尼龍（PA66和PA46等）材料吸濕性強，會引起塑料性能和尺寸發(fā)生變化；聚碳酸酯（PC）、聚對苯二酞對苯二胺（PPA）、聚酯（PBT）、液晶聚合物（LCP）、ABS和LDPE材料、聚苯硫醚（PPS）、聚醚醚酮（PEEK 450G）等材料均有一定的毒性，切價格較高，不適合用于食品加工機械的零部件。所以選用聚碳酸酯材料，聚碳酸酯（PC）材料具有優(yōu)良的康沖擊性和耐候性，硬度較高，另外具有收縮率小、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點，適用于此次的設計環(huán)境。
2.3全自動蘋果削皮機構傳動系統(tǒng)結構設計
圖2.3 傳動系統(tǒng)結構設計圖
如圖2.3所示，1為步進電機，2為制動器，3為聯(lián)軸器、4為旋轉刀架。步進電機由PLC控制，外加調頻器調速。電機輸出軸通過連接軸和聯(lián)軸器與三級變速箱的輸入軸相連接，中間設置一個制動器為靜止工位提供工作條件，單級變速箱上的輸出軸通過聯(lián)軸器與旋轉刀架相連接。其中單級變速箱的作用是為了防止電機的輸出軸直接與負載相連接，因啟動轉矩較大從而影響電動機的壽命。
聯(lián)軸器的種類：
（1）凸緣聯(lián)軸器。凸緣聯(lián)軸器（也稱法蘭聯(lián)軸器）是利用螺栓連接兩凸緣盤式半聯(lián)軸器，兩個半聯(lián)軸器分別用鍵與兩軸連接，以實現(xiàn)兩軸的連接，傳遞扭矩和運動。凸緣聯(lián)軸器結構簡單，制造方便，成本較低，工作可靠，拆裝、維護均較方便，傳遞轉矩較大，能保證兩軸具有較高的對中精度，一把用于再喝平穩(wěn)，高速或傳動精度要求較高的軸系傳動。凸緣聯(lián)軸器不具有徑向、軸向和角向補償性能，食用時如果不能保證被連接兩軸對中精度，將會降低聯(lián)軸器的使用壽命，傳動精度和傳動效率，并引起振動和噪聲。凸緣聯(lián)軸器分為：YL型、YLD型。
（2）滑塊聯(lián)軸器?；瑝K聯(lián)軸器與十字滑塊聯(lián)軸器結構相似，不同之處在于中間十字滑塊為方形，利用中間滑塊在其兩側半聯(lián)軸器端面的相應徑向槽內滑動，以實現(xiàn)兩半聯(lián)軸器聯(lián)接。滑塊聯(lián)軸器噪聲大，效率低，磨損快，一般盡量不選用，只有轉速很低的場合使用。其型號為：WH型。
（3）鏈條聯(lián)軸器。鏈條聯(lián)軸器利用公用的鏈條，同時與兩個齒數(shù)相同的并列鏈輪嚙合，不同結構形式的鏈條聯(lián)軸器主要區(qū)別是采用不同的鏈條，常見的有雙排滾子鏈聯(lián)軸器，單排滾子鏈聯(lián)軸器，齒形鏈聯(lián)軸器，尼龍鏈聯(lián)軸器等。雙排滾子鏈聯(lián)軸器的性能優(yōu)于其他結構形式軸器，他具有結構簡單，裝拆方便，拆卸時不用移動被聯(lián)接的兩軸，尺寸緊湊，質量輕，有一定補償能力，對安裝精度要求不高，工作可靠，壽命較長，成本較低等優(yōu)點。主要型號有：GL型（不帶罩殼）、GLF型（帶罩殼）。
（4）齒式聯(lián)軸器。齒式聯(lián)軸器是有齒數(shù)相同的內齒圈和帶外齒的凸緣半聯(lián)軸器等零件組成。外齒分為直齒和鼓形齒兩種，所謂鼓形齒即為將外齒制作成球面，球面中心在齒輪軸線上，齒側間隙較一般齒輪大，鼓形齒聯(lián)軸器可允許較大的角位移（相對直齒聯(lián)軸器），可改善齒的接觸條件，提高傳遞轉矩的能力，延長使用壽命。齒式聯(lián)軸器在工作時，兩軸產生相對角位移，內齒的齒面周期性作軸向相對滑動，必然形成齒面磨損和功率消耗，因此，齒式聯(lián)軸器需要良好的潤滑和密封的狀態(tài)。齒式聯(lián)軸器的徑向尺寸小，承載能力大，常用于低速重載工況條件的軸系傳動，高精度并經動平衡的齒式聯(lián)軸器可用于高速傳動。由于鼓形齒式聯(lián)軸器角向補償大于直齒聯(lián)軸器，被廣泛選用。
（5）萬向聯(lián)軸器。萬向聯(lián)軸器有多種結構形式，常見的有十字軸式萬向聯(lián)軸器和球籠式萬向聯(lián)軸器。萬向聯(lián)軸器的共同特點是角向補償量較大，不同結構形式萬向聯(lián)軸器兩軸線夾角不同，一般在5到45度之間。其主要分為：SWC型萬向聯(lián)軸器、SWP型萬向聯(lián)軸器、SWZ型萬向聯(lián)軸器、WSD型萬向聯(lián)軸器、WS型萬向聯(lián)軸器、WSH型滑動軸承萬向聯(lián)軸器。
（6）膜片聯(lián)軸器。膜片聯(lián)軸器是由幾組膜片（不銹鋼）用螺栓交錯的與兩半聯(lián)軸器聯(lián)接，每組膜片由數(shù)片疊集而成，膜片分為連桿式和不同形狀的整片式。膜片聯(lián)軸器靠膜片的彈性變形來補償做聯(lián)兩軸的相對位移，是一種高性能的金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，不用潤滑，結構較緊湊，強度高，使用壽命長，無旋轉間隙，不受溫度和油污影響，具有耐酸、堿，防腐蝕的特點，適合于高溫、高速、有腐蝕介質工況環(huán)境的軸系傳動，廣泛用于各種機械裝置的軸系傳動。
圖2.4 聯(lián)軸器三維圖
聯(lián)軸器的選擇：
（1）對于大功率重載工作條件下的負載運動，可選用齒式聯(lián)軸器；
（2）對于嚴重沖擊的再喝或要求消除軸扭振動的傳動，可選用橡膠金屬環(huán)的聯(lián)軸器；
（3）對于高速傳動軸，應選平衡度較高的聯(lián)軸器，不宜選用偏心的滑塊聯(lián)軸器；
（4）安裝調整后，難以保證兩軸嚴格對中或工作過程中，兩軸將產生附加的相對位移時，應選用撓性聯(lián)軸器，角位移較大時應選用萬向節(jié)聯(lián)軸器。
根據(jù)本課題中傳遞載荷、主軸轉速、被連接兩部件的精度等綜合考慮，在此選用GT2套筒聯(lián)軸器。
制動器的選擇：
制動器是用于機構或機器減速或使其停止的裝置。有時也用于調節(jié)或限制機構或機器的運動速度。它是保證機構或機器正常安全工作的重要部件。制動器類型的選擇應考慮以下幾點：?
（1）對于水平運行的起重機機械的運行，為了控制動轉矩的大小以便準確停車，則應多采用常開式制動器。?
（2）應充分注意制動器的任務。對于安全性有高度要求的機構，需裝設雙重制動器。?
（3）應考慮應用的場所。例如安裝制動器的地點有足夠的空間時，則可選擇外抱式制動器，空間受限制處，則可采用內蹄式﹑帶式或盤式制動器。?
（4）運行機構的制動器，應安裝在電動機的軸端。這是因為車體質量和慣性大，制動時高速軸能起一部分緩沖作用，以減少制動時的沖擊。
圖2.5 電力液壓塊式制動器三維圖
電動機的選擇：
圖2.6 步進電機
步進電機和驅動器的選擇方法：
判斷需多大力矩：靜扭矩是選擇步進電機的主要參數(shù)之一。負載大時，需采用大力矩電機。力矩指標大時，電機外形也大。判斷電機運轉速度：轉速要求高時，應選相電流較大、電感較小的電機，以增加功率輸入。且在選擇驅動器時采用較高供電電壓。選擇電機的安裝規(guī)格：如57、86、110等，主要與力矩要求有關。確定定位精度和振動方面的要求情況：判斷是否需細分，需多少細分。根據(jù)電機的電流、細分和供電電壓選擇驅動器。
在本次設計中選用150BF002型反應式步進電動機
調頻器調速的優(yōu)點是：無極調速；啟動電流小、啟動轉矩大；調速精度高；容易實現(xiàn)自動化控制；效率高；節(jié)省能源。但也有成本較高，會降低電機軸壽命之類的缺點。3是制動器，旋轉刀架在需要保持靜止的工位時，制動器通電,制動器的兩個墊片將電機輸出軸抱死，使旋轉刀架在上述需要靜止的工位上保持靜止。當旋轉刀架需要做旋轉運動時，制動器斷電，墊片松開電機輸出軸，使旋轉刀架能夠發(fā)生旋轉運動。
第三章 削皮刀架及其結構設計
3.1削皮刀架及其結構設計
削皮刀調節(jié)螺栓
活動架
削皮刀彈簧
Y
X
擋桿
削皮刀架
削皮刀
圖3.1 削皮刀架結構簡圖
削皮刀的結構原理如圖3所示，當機床工作時，削皮刀上傳來壓力，削皮刀彈簧受力拉伸，給削皮刀提供切削力，供其工作。其中活動架隨著架構的運行做往復運動（下述）。削皮刀調節(jié)螺栓的作用是為了增加機構的切削范圍，因為在實際生產中不同批次和質量的水果形狀、尺寸、果肉硬度存在差異，如果沒有該結構作為調節(jié)則可能會導致果皮的切削厚度過大造成浪費，也可能會造成切削厚度太小導致切削質量不合格。擋桿主要在退刀過程中起作用，以免劃傷切削好的水果。
三維建模效果展示
圖3.2 削皮刀架三維圖
3.2傳動結構設計：
圖3.3削皮刀架傳動結構簡圖
刀架結構尺寸設計以及位置分析：
選行程速比系數(shù)，則極位夾角：
設,，則
由①②兩式代入數(shù)值得：，
可行性分析：
根據(jù)設計要求，蘋果的果高為80～110mm之間，所以削皮刀具的走刀行程必須大于這個范圍在一個合適的范圍內。如果走刀行程太小則加工過程不可能進行，如果走刀行程太大，又會增加單果加工的時間，降低生產效率。
具體設計過程：此結構的設計采用一個導桿機構，曲柄BC的設計采用一個圓錐齒輪（記為A）代替其完成圓周運動。代替曲柄BC的圓錐齒輪的驅動力來自于另外一個與其嚙合的圓錐齒輪（記為B），結構設計和傳動設計如下圖所示：
圖3.4 傳動結構二維圖
圖3.5 傳動結構三維圖
第四章 退刀結構設計
4.1退刀架結構設計背景
在蘋果的切削過程中，削皮刀緊貼果皮表面，蘋果在插刀的旋轉運動帶動下做勻速圓周運動隨之果皮被切下。當削皮刀走刀結束完成削皮動作時，如若不進行退刀動作則削皮刀會按照原來的行刀路線返回，此時，加工完成的水果會被削皮刀重新切削，造成果肉的浪費。所以應該設置合理的退刀結構。
擋桿
擋桿
擋刀塊 扭簧
扭簧
機架 擋刀塊
機架
X Y
Z X
圖4.1退刀架結構簡圖
退刀結構的原理如圖4所示，在切削過程中擋桿對擋刀塊有一個很小的壓力。當削一個蘋果完成時，擋桿運動到擋刀塊末端，擋桿原有的施加在擋刀塊得以釋放，擋桿回到擋刀塊內側，完成退刀動作。開始另一個切削過程時，削皮刀隨著活動架運動來到擋刀塊外側，實現(xiàn)復位動作。
第五章 總結
此次的畢業(yè)設計已經結束了，我在本次畢業(yè)設計中學到了很多東西，發(fā)掘出很多問題，發(fā)現(xiàn)自身存在很多的不足。通過這次的畢業(yè)設計，我熟悉了產品設計研發(fā)的基本步驟，掌握了機械設計的各種方法，為以后參加工作提供了寶貴的設計經驗。從全局來說，這次畢業(yè)設計的預期目標已經基本達到，完成了全自動蘋果削皮機的三維建模，二維圖紙的轉換，相關的結構計算和關鍵的零部件的設計。
本文在充分調研國內外蘋果削皮機研究現(xiàn)狀的基礎上，對于國內蘋果加工企業(yè)削皮工序自動化、連續(xù)化程度低等現(xiàn)狀，設計了全自動蘋果去皮機。研究了基于特征技術的SolidWorks建模、裝配、各零部件之間的干涉情況。同時對設計中各零部件的運動規(guī)律進行了詳細的設計，有效的提高了工作效率，同時保證了削皮機零部件之間不相互干涉。
最后，本文的幾個部分并不是孤立分塊的，利用SolidWorks的參數(shù)化設計使它們之間有密切的聯(lián)系。本文的總體目標是把全自動蘋果去皮機的整個設計工作納入到SolidWorks的體系當中，形成了一個系統(tǒng)，所有的設計數(shù)據(jù)和資料以SolidWorks為基礎實現(xiàn)無縫連接，從而大大提高設計的效率和設計的準確性、可靠性。
當然，本課題設計意義深遠，此次的設計也還有很多不足之處，有很多需要改善的地方需要我們在以后的工作中解決。
對多功能水果削皮機的展望：
隨著生活水平的提高，人們看重的逐漸從吃什么到怎么吃健康上來。但是傳統(tǒng)食品生產企業(yè)普遍存在生產工藝原始、繁雜，生產效率偏低、標準化程度不高等劣勢，難以適應現(xiàn)代市場環(huán)境對產品的要求。例如果脯產業(yè)等。因此，傳統(tǒng)食品的發(fā)展首先要現(xiàn)代化，所謂現(xiàn)代化就是要引進現(xiàn)代食品加工的理念、賦予現(xiàn)代食品加工的技術，只有在這樣的基礎上，傳統(tǒng)食品的發(fā)展才能規(guī)模化、產業(yè)化。另外，有的企業(yè)為了降低成產成本，存在用化學制品去除水果果皮的現(xiàn)象。一方面與企業(yè)文化有關系另一方面顯示出現(xiàn)在市場尚缺少一套數(shù)字化加工設備。設計蘋果去皮機的意義在于采用現(xiàn)代化的經營體系管理傳統(tǒng)食品行業(yè)，實行專業(yè)化、商品化、社會化、工業(yè)化生產，充分發(fā)揮人類智慧的能動作用和物質條件作用。
另外，全自動蘋果去皮機結構簡單，易操作，可以大大提高產品的生產效率，降低操作人員的勞動強度，節(jié)省成本。用蘋果自動去皮機加工的成品切削下來的果皮厚度均勻，去皮果損少，果肉利用率高，因為加工效率高，可以將加工完的果肉迅速包裝，防止果肉氧化變黑，并且能保證果肉的新鮮防止變質。同時也提高了同行業(yè)競爭力。
全自動蘋果削皮機參數(shù)化的零部件有待豐富，爭取實現(xiàn)各類水果削皮機相關的零件總參數(shù)化。結構分析需要繼續(xù)做下去，最終實現(xiàn)整機的優(yōu)化設計，做到可靠性，成本和效益的最優(yōu)結合。蘋果在輸送帶與插果機機構的銜接需要繼續(xù)研究最優(yōu)方案。工程圖的研究也是一個重點，工程圖就是把三維實體圖轉化為二維生產加工圖紙與資料，本文沒有涉及，由于國內目前主要采用二維平面圖來指導生產，這也是我們今后研究的一個關鍵點。
參考文獻：
[1] 鞏云鵬、田萬祿等主編. 機械設計課程設計 . 沈陽：東北大學出版社
[2] 孫志禮，冷興聚，魏嚴剛等主編. 機械設計. 沈陽：東北大學出版社
[3] 劉鴻文主編. 材料力學. 北京：高等教育出版社1991
[4] 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研組編. 理論力學. 北京：高等教育出版社
[5] 大連理工大學工程畫教研室編. 機械制圖. 北京：高等教育出版社
[6] 孫桓，陳作模主編. 機械原理. 北京：高等教育出版社 2000
[7] 高澤遠，王金主編. 機械設計基礎課程設計.沈陽：東北工學院出版社
[8] 喻子建，張磊、邵偉平、喻子建主編. 機械設計習題與解題分析.沈陽：東北大學出版社
[9] 張玉，劉平主編. 幾何量公差與測量技術 .沈陽：東北大學出版社
[10] 成大先主編.機械設計手冊(減(變)速器.電機與電器)化學工業(yè)出版社
[11]Soon Chong Johnson Lim,Ying Liu,Wing Bun Lee. Multi-facet product information search and retrieval using semantically annotated product family ontology. Information Processing and Management 46 (2010) 479–493.
[12]Petri Helo,Qianli Xu,Kristianto,Roger Jianxin Jiao. Product Family Design And Logistics Decision Support System.
致謝
值此論文定稿之際，深深感謝陳海真老師在畢業(yè)設計上給予我的諄諄教導。陳老師在我的整個研究過程中給我提供了良好的學習、科研環(huán)境，特別是在論文的選題、課題的研究和論文的撰寫的整個過程中，陳老師給予了我精心的知道和熱情的鼓勵。陳老師嚴禁求實的治學作風、扎實勤勉的工作態(tài)度、誨人不倦的高尚品德，都使我終身難忘。
最后向在百忙之中抽出寶貴時間的各位老師致以崇高的敬意！