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上海電機學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
課題名稱 __蘋果分選機機械系統(tǒng)設(shè)計_ _
學(xué) 院 機械學(xué)院
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化（數(shù)控方向）
班 級 BJ1004
學(xué) 號 101002050441
姓 名 周佳偉
指導(dǎo)教師 歐陽華兵
定稿日期： 2014 年 02月20日
9
蘋果分選機機械系統(tǒng)設(shè)計
1 選題背景及其意義
本課題主要設(shè)計一種稱重式蘋果分級生產(chǎn)線的機械系統(tǒng)設(shè)計，它克服了目前電子稱重式水果分選機存在的問題和不足，提出以蘋果重量作為分級標(biāo)準，實現(xiàn)水果自動分級、卸料。按重量分級法來保證蘋果托盤與蘋果間不存在相對運動，避免對水果造成嚴重的機械損傷。
由2010年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)得出，我們國家的蘋果、梨、桔子的產(chǎn)量均穩(wěn)居世界第一，水果總產(chǎn)量達到21401萬多噸，果園面積也達到了11543千余公頃，兩者均連續(xù)8年穩(wěn)居世界第一，并且我國水果的種類很多，成色也很好，因此我國被稱之為是一個水果超級大國，水果的發(fā)展有很大的前景。從國家的扶農(nóng)政策下來之后，我們的水果產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了大約20年的快速發(fā)展，但是由于我國水果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步比較晚，水果產(chǎn)后商品化手段仍然還是大大的落后于發(fā)達國家，一直以來的發(fā)展速度并不是很快速，可以說是很緩慢。多年來通過研究各方面的原因，水果的產(chǎn)后商品化處理成為了水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，而美國，日本等水果產(chǎn)業(yè)強國的經(jīng)驗表明水果產(chǎn)業(yè)的主要收益是由水果采后處理和采后加工獲取的，然而我國水果采后簡單商品化處理率仍不足10%，大部分的水果都是沒有經(jīng)過任何的分級操作就進入市場供應(yīng)，而水果發(fā)展強國的水果采后簡單商品化處理率達到了95%以上，這里就形成的了很大的對比，也是我們務(wù)必需要改進和完善的地方。
最近幾年隨著人民生活水平的提高和食品安全意識的提高，國內(nèi)外引進的水果品種愈來愈多，因此能否對水果無損分級和裝箱，不但關(guān)系到廣大消費者的食用安全和能否滿足消費者對優(yōu)質(zhì)安全水果的需求，而且也將大大影響水果產(chǎn)業(yè)的出口貿(mào)易，提高我國水果的市場競爭力，將很大程度上促進我國水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)民收入的增加。
自從上個世紀90年代，水果強國就開始大量應(yīng)用水果自動分級設(shè)備實現(xiàn)水果自動分級，提高水果的附加值，降低水果的人工成本，獲得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益。最近幾年國內(nèi)迫于人力成本壓力和市場壓力，部分水果生產(chǎn)者和經(jīng)營者從國外引進了一些國外比較先進的水果分級生產(chǎn)線，但是價格比較昂貴，而且由于我國水果的種類和品質(zhì)的差異性比較大，因此在中國應(yīng)用和推廣這些生產(chǎn)線有一定的局限性，因而面向全國特色水果研究和開發(fā)適合的水果在線無損分級技術(shù)和設(shè)備，并在大型水果企業(yè)和水果合作組織中進行推廣應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實和經(jīng)濟意義。
2 文獻綜述（國內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢）
2.1國外水果分選機的研究與發(fā)展
國外研究者20世紀80年代中期開始了水果品質(zhì)自動檢測和分級的研究, 并成功研制了一些水果自動化分級系統(tǒng)裝置, 在20世紀90年代開始研究基于計算機視覺技術(shù)的水果分級系統(tǒng), 到現(xiàn)在已有部分實用的產(chǎn)品, 如美國的OSCARTM 型和MERLIN型高速水果分級生產(chǎn)線就可用于各類水果的分級和品質(zhì)檢測操作。國外水果分選機的輸送系統(tǒng)大多是采用輥子傳動結(jié)構(gòu),蘋果在一邊移動的同時一邊還在自身轉(zhuǎn)動,同時安裝在輸送輥上方的攝像機需要采集蘋果多個表面的圖像,才能采集到蘋果全圖,而且在采集的過程中,容易重采或漏采;另外,蘋果的果梗和花萼區(qū)與缺陷圖像相似,圖像處理時需要將其從真實缺陷中區(qū)分出來,這就會造成圖像處理時間的增加和識別精度的降低，對圖像處理裝置的要求也會變的更高，成本就會更大。
2.2國內(nèi)水果分選機的研究與發(fā)展
改革開放以來，經(jīng)濟和科技等都得到了快速的發(fā)展，于是我國從上個世紀80年代開始研究水果分級技術(shù)，在過去30多年中水果分級技術(shù)正在由半自動化向全自動化、水果外部品質(zhì)檢測向水果內(nèi)部品質(zhì)檢測、水果分選設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化向簡單化，水果單一參數(shù)檢測向水果綜合品質(zhì)檢測轉(zhuǎn)化，基于此而研制出來的水果產(chǎn)品的自動化分級裝備大大的減少了水果產(chǎn)品在分級、包裝、儲存、加工和運輸過程中造成的損失。在大量的水果分級裝備中，稱重式水果分選機以其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、制造容易和成本較低的優(yōu)點成為目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的水果分選設(shè)備。目前稱重式水果分選設(shè)備主要有機械稱重式水果分選機和電子稱重式水果分選機兩種。
（1）機械稱重式水果分選機
機械稱重式水果分選機在早期時候一般是基于杠桿原理進行分級卸料的。水果分選設(shè)備在運行過程中，杠桿兩端分別為水果托盤和平衡砝碼，水果托盤與杠桿鉸接，平衡砝碼下面有支撐，確保杠桿能處于水平位置，當(dāng)水果托盤中的水果重量超過平衡砝碼重量的時候就會導(dǎo)致杠桿傾斜，完成分級卸料。調(diào)節(jié)平衡砝碼的大小和位置就能將水果按重量不同分為若干個等級，目前機械稱重式水果分選機主要有固定衡量秤體運動輸送托盤式和固定限位裝置運動衡量秤體式兩種機型得到了比較廣泛的應(yīng)用。
（2）電子稱重式水果分選機
近年來計算機技術(shù)和稱重傳感技術(shù)的快速發(fā)展，以及相關(guān)技術(shù)的促進，電子式稱重技術(shù)及應(yīng)用有了長足的發(fā)展。稱重傳感器已經(jīng)在各個行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，能夠輕松實現(xiàn)對被測物準確、快速的測量，特別是單片機技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度的越來越高，稱重傳感器己經(jīng)成為過程控制中的一種必需的裝置，目前比較先進的單片機控制的電子稱重式水果分選機采用最新的電子設(shè)備測量水果重量，可以根據(jù)需要選擇準確的分級標(biāo)準，分級精度較高，基于此電子稱重式水果分選機已經(jīng)得到比較廣泛的應(yīng)用。
3 研究內(nèi)容
蘋果分選機機械系統(tǒng)設(shè)計主要結(jié)構(gòu)組成：蘋果的輸送裝置，定節(jié)拍裝置，分級裝置，稱重及卸料裝置，收集裝置等。
本課題以蘋果的質(zhì)量不同分成不同的等級，實現(xiàn)蘋果自動分級的裝置。按重量分級的方法保證了蘋果在運行時不與托盤之間碰撞，避免了對水果分級時造成的損傷，而且蘋果形狀對分級結(jié)果精度影響較，所以電子稱重式蘋果分選機的通用性比較好，可以應(yīng)用于不同種類的水果。本論文研究重點為電子稱重式蘋果分選機的機械系統(tǒng)設(shè)計，輸送裝置的設(shè)計，定節(jié)拍裝置的設(shè)計，分級傳送裝置的設(shè)計，卸料裝置的設(shè)計，最終實現(xiàn)蘋果分級卸料。主要研究內(nèi)容如下：
（1） 輸送裝置的設(shè)計。根據(jù)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計輸送裝置來完成蘋果的大批量輸送，與分級傳送裝置配合；
（2）定節(jié)拍裝置的設(shè)計。根據(jù)分級裝置傳送的要求，設(shè)計定節(jié)拍裝置來完成蘋果整齊有序的排列運動，來完成與分級裝置的配合；
（3）分級傳送裝置的設(shè)計。設(shè)計分級裝置傳動的方式，蘋果托盤的類型，托盤與鏈的鏈接方式，稱重模塊的設(shè)計（稱重傳感器的選擇、稱重底板和稱重底板的設(shè)計，以及螺栓和螺釘?shù)倪x擇）；
（4）卸料裝置的設(shè)計。根據(jù)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)要求和稱重要求，設(shè)計卸料的方式，來完成對不同等級的蘋果進行正確的分級卸料操作，設(shè)計分級箱的結(jié)構(gòu)來與分級卸料裝置配合；
（5）蘋果分選機關(guān)鍵零部件的校核。對決定生產(chǎn)線可行性影響較大的輸送帶輪主軸，分級稱重裝置鏈輪、鏈以及鏈輪主軸進行強度校核等。
4 研究方案
隨著國內(nèi)外水果種類和品種愈來愈多，對優(yōu)質(zhì)水果的需求量越來越大。所以在這次的設(shè)計中，采用的是以下的設(shè)計方案：
（1） 輸送裝置的設(shè)計方案
圖1輸送裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖
輸送裝置如圖1所示主要采用的是帶輪和帶的傳動來輸送蘋果前進，電機驅(qū)動皮帶，皮帶安裝在左邊的帶輪上，在通過軸的傳動來帶動輸送帶。
（2）定節(jié)拍裝置的設(shè)計方案
1底板, 2調(diào)節(jié)片, 3調(diào)節(jié)螺釘, 4蘋果
圖2定節(jié)拍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
定節(jié)拍裝置如圖2 所示,蘋果經(jīng)皮帶輸送裝置自動進料后, 必須按照一定的節(jié)拍輸送到分級傳送鏈上, 該過程由定節(jié)拍系統(tǒng)完成。當(dāng)蘋果進料后到達定節(jié)拍輸送裝置, 首先經(jīng)過一級定量輸送調(diào)節(jié)機構(gòu), 通過調(diào)節(jié)片2開合的角度來控制蘋果輸送, 目的是實現(xiàn)蘋果整齊有序的排列成一列，使蘋果按分級傳送鏈的節(jié)拍輸送到傳送鏈上。
（3）分級傳送裝置的設(shè)計方案
1電動機 2皮帶 3主動鏈輪 4鏈條 5蘋果托盤機構(gòu) 6稱重模塊7分級箱 8蘋果 9卸料裝置
圖3分級傳送裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
分級傳送裝置如圖3所示，通過電動機來傳遞動力，實現(xiàn)整個機構(gòu)鏈條的運轉(zhuǎn)，當(dāng)放著蘋果的托盤經(jīng)過稱重傳感器8來發(fā)送信號到托盤上的卸料裝置，從而實現(xiàn)托盤到達分級箱6的時候按照給出的信號將蘋果倒入相信等級的箱內(nèi)。
（4）稱重模塊和蘋果托盤的設(shè)計方案
1限位鐵條 2支撐板支架 3支撐板 4輸送鏈條 5水果托盤支架 6水果托盤 7稱重臺 8鋼球
圖4蘋果托盤和稱重實現(xiàn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖
蘋果托盤和稱重實現(xiàn)機構(gòu)如圖4所示，其中水果托盤6安裝方向與輸送鏈條4運動方向垂直，水果托盤6與限位鐵條1緊固聯(lián)接，水果托盤6可與限位鐵條1繞水果托盤支架翻轉(zhuǎn)一定角度，鋼球8在稱重位置與稱重臺7接觸，實現(xiàn)線上快速的稱重與信號傳輸。
（5）托盤卸料裝置的設(shè)計方案
1上升板 2上升板支架 3旋轉(zhuǎn)撥片 4彈簧 5電動機
圖5（a）卸料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 （b）蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖
（c）蘋果托盤在正常狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖
蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5(b)所示，當(dāng)信號傳輸?shù)叫读涎b置時，旋轉(zhuǎn)撥片3會在電機5的控制下按照傳輸?shù)墓?jié)拍旋轉(zhuǎn)與上升板1的側(cè)面相齊，正好能使放著要被分級的蘋果的托盤沿著上升板的路徑運動，從而導(dǎo)致托盤的傾斜來實現(xiàn)蘋果的卸料。當(dāng)沒有信號的時候，彈簧4的作用下，旋轉(zhuǎn)撥片3會復(fù)原，使其他托盤順利從上升架1的下面走過。
5 進度計劃
2013.12.02---2013.12.06?? ???按照任務(wù)書收集、研究資料
2013.12.07---2014.01??????? ?擬訂總體設(shè)計方案
2014.02.01---2014.03.09???? ?修改、完善開題報告；參加開題答辯
2014.03.09---2014.03.31???? ?系統(tǒng)有關(guān)設(shè)計計算，繪制總裝配圖
2014.04.01---2014.04.15??? ??修改完善總裝配圖,準備中期檢查
2014.04.16---2014.04.30??? ??繪制主要零件的零件施工圖
2014.05.01---2014.05.05??? ??修改完善主要零件的零件施工圖
2014.05.06---2014.05.20??? ??撰寫設(shè)計計算說明書
2014.05.21---2014.05.25??? ??修改及準備答辯
參考文獻
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指導(dǎo)教師意見
課題對蘋果分選機的設(shè)計及研究中所涉及到的相關(guān)問題進行調(diào)研，深入分析了目前設(shè)計中存在的主要問題。并根據(jù)調(diào)查結(jié)果，提出了蘋果分選機的機械設(shè)計方案。
該學(xué)生態(tài)度端正,課題立意較為明確，對蘋果分選機相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀有一定的了解和認識，蘋果分選機機械設(shè)計方案可行，能夠緊扣蘋果分選機設(shè)計中的主要內(nèi)容展開分析，工作進度計劃基本合理，做了不少為完成課題方面的前期基礎(chǔ)工作，相信能夠完成課題并撰寫出達到學(xué)士學(xué)位論文要求的畢業(yè)論文。
同意開題。
指導(dǎo)教師簽名：
年 月 日
開題答辯小組意見
1、論文選題：□有理論意義；□有工程背景；□有實用價值；□意義不大。
2、論文的難度：□偏高；□適當(dāng)；□偏低。
3、論文的工作量：□偏大；□適當(dāng)；□偏小。
4、設(shè)計或研究方案的可行性：□好；□較好；□一般；□不可行。
5、學(xué)生對文獻資料及課題的了解程度：□好；□較好；□一般；□較差。
6、學(xué)生在論文選題報告中反映出的綜合能力和表達能力：
□好；□較好；□一般；□較差。
7、學(xué)生在論文選題報告中反映出的創(chuàng)新能力：
□好；□較好；□一般；□較差。
8、對論文選題報告的總體評價：□好；□較好；□一般；□較差
（在相應(yīng)的方塊內(nèi)作記號“√”）
建議結(jié)論
評議小組組長簽名：
評議小組組員簽名：
年 月 日
摘 要
最近幾年隨著人民生活水平的提高和食品安全意識的提高，國內(nèi)外引進的水果品種愈來愈多，因此能否對水果無損分級和裝箱，不但關(guān)系到廣大消費者的食用安全和能否滿足消費者對優(yōu)質(zhì)安全水果的需求，而且也將大大影響水果產(chǎn)業(yè)的出口貿(mào)易，提高我國水果的市場競爭力，將很大程度上促進我國水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)民收入的增加。 本課題主要設(shè)計一種稱重式蘋果分級生產(chǎn)線的機械系統(tǒng)設(shè)計，它克服了目前電子稱重式水果分選機存在的問題和不足，提出以蘋果重量作為分級標(biāo)準，實現(xiàn)水果自動分級、卸料。按重量分級法來保證蘋果托盤與蘋果間不存在相對運動，避免對水果造成嚴重的機械損傷。
關(guān)鍵詞：蘋果，分級 ，生產(chǎn)線
1
Abstract
In recent years with the increase and food safety awareness of people's living standards improve, more and more fruit varieties introduced at home and abroad, so to lossless grading and packing of fruit, not only in relation to the consumers of food safety and can meet consumer demand for the quality and safety of fruit, but will also significantly affect the fruit industry's export trade, to improve China's fruit market competitiveness, will largely increase the development of fruit industry in China and the income of farmers. This paper design a weighing type apple grading production line of mechanical system, the existing electronic weighing type fruit grading machine problems and the insufficiency, proposed to Apple's weight as grading standards, to achieve discharge automatic grading of fruits. According to the weight grade method to ensure the apple tray and apple does not exist between the relative motion, to avoid mechanical damage serious on fruit.
Keywords: Apple；Classification；Production Line
1
目 錄
摘 要 2
第一章 前言 5
1.1蘋果分選機機械國內(nèi)外發(fā)展趨勢 5
1.1.1國外水果分選機的研究與發(fā)展 5
1.1.2國內(nèi)水果分選機的研究與發(fā)展 6
1.2蘋果分選機機械系統(tǒng)的研究內(nèi)容 6
1.3蘋果分選機機械系統(tǒng)的原理方案設(shè)計 7
第二章 蘋果分選機機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11
2.1輸送帶 11
2.2傳動裝置設(shè)計 11
2.2.1 托輥 12
2.2.2 電動機的選擇 13
2.2.3 計算總傳動比和分配傳動比 15
2.2.4 傳動動力系數(shù) 15
2.2.5 V帶的選用 15
2.3張緊裝置 18
2.4電機固定座 18
2.5支架設(shè)計 18
2.5.1支架結(jié)構(gòu)的選擇 19
2.5.2支架設(shè)計計算的準則和要求 19
2.5.3支架設(shè)計的一般要求 20
2.5.4支架的設(shè)計 20
2.5.5支架的剛度校核 21
2.5.6機架連接螺栓的校核 22
2.6托輥軸的設(shè)計校核 24
4.4 托輥軸的設(shè)計及強度校核 26
4.4.1 托輥軸強度計算 26
4.4.2 托輥軸的疲勞強度校核 27
4.4.3 托輥軸的接觸應(yīng)力校核 29
第三章 總結(jié)和展望 31
致 謝 32
參考文獻 33
5
第一章 前言
本課題主要設(shè)計一種稱重式蘋果分級生產(chǎn)線的機械系統(tǒng)設(shè)計，它克服了目前電子稱重式水果分選機存在的問題和不足，提出以蘋果重量作為分級標(biāo)準，實現(xiàn)水果自動分級、卸料。按重量分級法來保證蘋果托盤與蘋果間不存在相對運動，避免對水果造成嚴重的機械損傷。由2010年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)得出，我們國家的蘋果、梨、桔子的產(chǎn)量均穩(wěn)居世界第一，水果總產(chǎn)量達到21401萬多噸，果園面積也達到了11543千余公頃，兩者均連續(xù)8年穩(wěn)居世界第一，并且我國水果的種類很多，成色也很好，因此我國被稱之為是一個水果超級大國，水果的發(fā)展有很大的前景。從國家的扶農(nóng)政策下來之后，我們的水果產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了大約20年的快速發(fā)展，但是由于我國水果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步比較晚，水果產(chǎn)后商品化手段仍然還是大大的落后于發(fā)達國家，一直以來的發(fā)展速度并不是很快速，可以說是很緩慢。多年來通過研究各方面的原因，水果的產(chǎn)后商品化處理成為了水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，而美國，日本等水果產(chǎn)業(yè)強國的經(jīng)驗表明水果產(chǎn)業(yè)的主要收益是由水果采后處理和采后加工獲取的，然而我國水果采后簡單商品化處理率仍不足10%，大部分的水果都是沒有經(jīng)過任何的分級操作就進入市場供應(yīng)，而水果發(fā)展強國的水果采后簡單商品化處理率達到了95%以上，這里就形成的了很大的對比，也是我們務(wù)必需要改進和完善的地方。
最近幾年隨著人民生活水平的提高和食品安全意識的提高，國內(nèi)外引進的水果品種愈來愈多，因此能否對水果無損分級和裝箱，不但關(guān)系到廣大消費者的食用安全和能否滿足消費者對優(yōu)質(zhì)安全水果的需求，而且也將大大影響水果產(chǎn)業(yè)的出口貿(mào)易，提高我國水果的市場競爭力，將很大程度上促進我國水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)民收入的增加。自從上個世紀90年代，水果強國就開始大量應(yīng)用水果自動分級設(shè)備實現(xiàn)水果自動分級，提高水果的附加值，降低水果的人工成本，獲得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益。最近幾年國內(nèi)迫于人力成本壓力和市場壓力，部分水果生產(chǎn)者和經(jīng)營者從國外引進了一些國外比較先進的水果分級生產(chǎn)線，但是價格比較昂貴，而且由于我國水果的種類和品質(zhì)的差異性比較大，因此在中國應(yīng)用和推廣這些生產(chǎn)線有一定的局限性，因而面向全國特色水果研究和開發(fā)適合的水果在線無損分級技術(shù)和設(shè)備，并在大型水果企業(yè)和水果合作組織中進行推廣應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實和經(jīng)濟意義。
1.1蘋果分選機機械國內(nèi)外發(fā)展趨勢
1.1.1國外水果分選機的研究與發(fā)展
國外研究者20世紀80年代中期開始了水果品質(zhì)自動檢測和分級的研究, 并成功研制了一些水果自動化分級系統(tǒng)裝置, 在20世紀90年代開始研究基于計算機視覺技術(shù)的水果分級系統(tǒng), 到現(xiàn)在已有部分實用的產(chǎn)品, 如美國的OSCARTM 型和MERLIN型高速水果分級
上海電機學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書
課 題 蘋果分選機機械系統(tǒng)設(shè)計
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
年 級 2010級
姓 名 學(xué) 號
指 導(dǎo) 教 師 （簽字）
學(xué) 院 院 長 （簽字）
年 月 日
課題
來
源
企業(yè)項目
課
題
的
目
的
、
意
義
國外研究者20世紀 80年代中期開始了水果品質(zhì)自動檢測的研究, 并成功研制了一些水果自動化分級系統(tǒng),90年代開始研究基于計算機視覺技術(shù)的水果分級系統(tǒng), 到現(xiàn)在 已有部分實用的產(chǎn)品, 如美國的 OSCARTM型和MERLIN型高速水果分級生產(chǎn)線就可用于蘋果、梨、橘子、桃子等水果的分等定級和品質(zhì)檢測。
本課題根據(jù)目前電子稱重式水果分選機存在的問題和不足，提出以蘋果重量作為分級標(biāo)準，實現(xiàn)水果自動分級、卸料。按重量分級法來保證蘋果托盤與蘋果間不存在相對運動，避免對水果造成嚴重的機械損傷。因此，電子稱重式水果分選機的通用性比較好，還可以應(yīng)用于不同種類的水果和蔬菜。
通過本課題的鍛煉，使學(xué)生綜合運用的工程制圖、機械原理、機械設(shè)計等機械專業(yè)理論知識，讓學(xué)生熟練運用UG、SOLIDWORKS或AUTOCAD等軟件進行產(chǎn)品設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生查閱科技文獻及運用文獻的能力，提高學(xué)生綜合運用所學(xué)知識分析解決實際問題的能力，為學(xué)生將來更好地從事專業(yè)工作奠定基礎(chǔ)。
要
求
課題的主要技術(shù)要求：
分選對象重量不超過500g，直徑不大于100mm的蘋果，生產(chǎn)線運行速度為0.3m/s-0.6m/s
課題工作量要求：
1、按照指導(dǎo)老師要求，定期進行設(shè)計指導(dǎo)、信息反饋，按時保質(zhì)保量完成任務(wù)。
2、要求完成總裝配圖和主要零件圖，設(shè)計圖紙折合不少于0號2張；
3、設(shè)計計算說明書不少于1.5萬字。
課
題
主
要
內(nèi)
容
及
進
度
課題主要內(nèi)容：
1、蘋果分選機的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計；
2、蘋果分選機生產(chǎn)線支架設(shè)計；
3、蘋果分選機傳動系統(tǒng)設(shè)計；
4、蘋果分選機鏈傳動設(shè)計
5、稱重模塊機械部分設(shè)計
4、分選機各關(guān)鍵部件及裝配圖的繪制。
工作進度：
1、熟悉現(xiàn)有資料，進行調(diào)研，對課題進行分析； 2周
2、蘋果分選機總體結(jié)構(gòu)方案分析； 2周
3、蘋果分選機總體方案設(shè)計，必要的設(shè)計、計算； 6周
4、蘋果分選機生產(chǎn)線支架、傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算； 2周
5、鏈傳動與稱重模塊設(shè)計與計算； 2周
6、撰寫設(shè)計說明書并定稿，準備答辯。 1周
本科畢業(yè)設(shè)計說明書
題 目： 蘋果分選機機械系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計
院 （系）：
班 級：
姓 名：
學(xué) 號：
指導(dǎo)教師：
教師職稱：
摘 要
最近幾年隨著人民生活水平的提高和食品安全意識的提高，國內(nèi)外引進的水果品種愈來愈多，因此能否對水果無損分級和裝箱，不但關(guān)系到廣大消費者的食用安全和能否滿足消費者對優(yōu)質(zhì)安全水果的需求，而且也將大大影響水果產(chǎn)業(yè)的出口貿(mào)易，提高我國水果的市場競爭力，將很大程度上促進我國水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)民收入的增加。 本課題主要設(shè)計一種稱重式蘋果分級生產(chǎn)線的機械系統(tǒng)設(shè)計，它克服了目前電子稱重式水果分選機存在的問題和不足，提出以蘋果重量作為分級標(biāo)準，實現(xiàn)水果自動分級、卸料。按重量分級法來保證蘋果托盤與蘋果間不存在相對運動，避免對水果造成嚴重的機械損傷。
關(guān)鍵詞：蘋果，分級 ，生產(chǎn)線
1
Abstract
In recent years with the increase and food safety awareness of people's living standards improve, more and more fruit varieties introduced at home and abroad, so to lossless grading and packing of fruit, not only in relation to the consumers of food safety and can meet consumer demand for the quality and safety of fruit, but will also significantly affect the fruit industry's export trade, to improve China's fruit market competitiveness, will largely increase the development of fruit industry in China and the income of farmers. This paper design a weighing type apple grading production line of mechanical system, the existing electronic weighing type fruit grading machine problems and the insufficiency, proposed to Apple's weight as grading standards, to achieve discharge automatic grading of fruits. According to the weight grade method to ensure the apple tray and apple does not exist between the relative motion, to avoid mechanical damage serious on fruit.
Keywords: Apple；Classification；Production Line
2
目 錄
摘 要 2
第一章 前言 5
1.1蘋果分選機機械國內(nèi)外發(fā)展趨勢 5
1.1.1國外水果分選機的研究與發(fā)展 5
1.1.2國內(nèi)水果分選機的研究與發(fā)展 6
1.2蘋果分選機機械系統(tǒng)的研究內(nèi)容 6
1.3蘋果分選機機械系統(tǒng)的原理方案設(shè)計 7
第二章 蘋果分選機機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11
2.1輸送帶 11
2.2傳動裝置設(shè)計 11
2.2.1 托輥 12
2.2.2 電動機的選擇 13
2.2.3 計算總傳動比和分配傳動比 15
2.2.4 傳動動力系數(shù) 15
2.2.5 V帶的選用 15
2.3張緊裝置 18
2.4電機固定座 18
2.5支架設(shè)計 18
2.5.1支架結(jié)構(gòu)的選擇 19
2.5.2支架設(shè)計計算的準則和要求 19
2.5.3支架設(shè)計的一般要求 20
2.5.4支架的設(shè)計 20
2.5.5支架的剛度校核 21
2.5.6機架連接螺栓的校核 22
2.6托輥軸的設(shè)計校核 24
4.4 托輥軸的設(shè)計及強度校核 26
4.4.1 托輥軸強度計算 26
4.4.2 托輥軸的疲勞強度校核 27
4.4.3 托輥軸的接觸應(yīng)力校核 29
第三章 總結(jié)和展望 31
致 謝 32
參考文獻 33
4
第一章 前言
本課題主要設(shè)計一種稱重式蘋果分級生產(chǎn)線的機械系統(tǒng)設(shè)計，它克服了目前電子稱重式水果分選機存在的問題和不足，提出以蘋果重量作為分級標(biāo)準，實現(xiàn)水果自動分級、卸料。按重量分級法來保證蘋果托盤與蘋果間不存在相對運動，避免對水果造成嚴重的機械損傷。由2010年統(tǒng)計的數(shù)據(jù)得出，我們國家的蘋果、梨、桔子的產(chǎn)量均穩(wěn)居世界第一，水果總產(chǎn)量達到21401萬多噸，果園面積也達到了11543千余公頃，兩者均連續(xù)8年穩(wěn)居世界第一，并且我國水果的種類很多，成色也很好，因此我國被稱之為是一個水果超級大國，水果的發(fā)展有很大的前景。從國家的扶農(nóng)政策下來之后，我們的水果產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了大約20年的快速發(fā)展，但是由于我國水果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步比較晚，水果產(chǎn)后商品化手段仍然還是大大的落后于發(fā)達國家，一直以來的發(fā)展速度并不是很快速，可以說是很緩慢。多年來通過研究各方面的原因，水果的產(chǎn)后商品化處理成為了水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，而美國，日本等水果產(chǎn)業(yè)強國的經(jīng)驗表明水果產(chǎn)業(yè)的主要收益是由水果采后處理和采后加工獲取的，然而我國水果采后簡單商品化處理率仍不足10%，大部分的水果都是沒有經(jīng)過任何的分級操作就進入市場供應(yīng)，而水果發(fā)展強國的水果采后簡單商品化處理率達到了95%以上，這里就形成的了很大的對比，也是我們務(wù)必需要改進和完善的地方。
最近幾年隨著人民生活水平的提高和食品安全意識的提高，國內(nèi)外引進的水果品種愈來愈多，因此能否對水果無損分級和裝箱，不但關(guān)系到廣大消費者的食用安全和能否滿足消費者對優(yōu)質(zhì)安全水果的需求，而且也將大大影響水果產(chǎn)業(yè)的出口貿(mào)易，提高我國水果的市場競爭力，將很大程度上促進我國水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)民收入的增加。自從上個世紀90年代，水果強國就開始大量應(yīng)用水果自動分級設(shè)備實現(xiàn)水果自動分級，提高水果的附加值，降低水果的人工成本，獲得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟效益。最近幾年國內(nèi)迫于人力成本壓力和市場壓力，部分水果生產(chǎn)者和經(jīng)營者從國外引進了一些國外比較先進的水果分級生產(chǎn)線，但是價格比較昂貴，而且由于我國水果的種類和品質(zhì)的差異性比較大，因此在中國應(yīng)用和推廣這些生產(chǎn)線有一定的局限性，因而面向全國特色水果研究和開發(fā)適合的水果在線無損分級技術(shù)和設(shè)備，并在大型水果企業(yè)和水果合作組織中進行推廣應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實和經(jīng)濟意義。
1.1蘋果分選機機械國內(nèi)外發(fā)展趨勢
1.1.1國外水果分選機的研究與發(fā)展
國外研究者20世紀80年代中期開始了水果品質(zhì)自動檢測和分級的研究, 并成功研制了一些水果自動化分級系統(tǒng)裝置, 在20世紀90年代開始研究基于計算機視覺技術(shù)的水果分級系統(tǒng), 到現(xiàn)在已有部分實用的產(chǎn)品, 如美國的OSCARTM 型和MERLIN型高速水果分級生產(chǎn)線就可用于各類水果的分級和品質(zhì)檢測操作。國外水果分選機的輸送系統(tǒng)大多是采用輥子傳動結(jié)構(gòu),蘋果在一邊移動的同時一邊還在自身轉(zhuǎn)動,同時安裝在輸送輥上方的攝像機需要采集蘋果多個表面的圖像,才能采集到蘋果全圖,而且在采集的過程中,容易重采或漏采;另外,蘋果的果梗和花萼區(qū)與缺陷圖像相似,圖像處理時需要將其從真實缺陷中區(qū)分出來,這就會造成圖像處理時間的增加和識別精度的降低，對圖像處理裝置的要求也會變的更高，成本就會更大。
1.1.2國內(nèi)水果分選機的研究與發(fā)展
改革開放以來，經(jīng)濟和科技等都得到了快速的發(fā)展，于是我國從上個世紀80年代開始研究水果分級技術(shù)，在過去30多年中水果分級技術(shù)正在由半自動化向全自動化、水果外部品質(zhì)檢測向水果內(nèi)部品質(zhì)檢測、水果分選設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化向簡單化，水果單一參數(shù)檢測向水果綜合品質(zhì)檢測轉(zhuǎn)化，基于此而研制出來的水果產(chǎn)品的自動化分級裝備大大的減少了水果產(chǎn)品在分級、包裝、儲存、加工和運輸過程中造成的損失。在大量的水果分級裝備中，稱重式水果分選機以其結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、制造容易和成本較低的優(yōu)點成為目前國內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的水果分選設(shè)備。目前稱重式水果分選設(shè)備主要有機械稱重式水果分選機和電子稱重式水果分選機兩種。
（1）機械稱重式水果分選機
機械稱重式水果分選機在早期時候一般是基于杠桿原理進行分級卸料的。水果分選設(shè)備在運行過程中，杠桿兩端分別為水果托盤和平衡砝碼，水果托盤與杠桿鉸接，平衡砝碼下面有支撐，確保杠桿能處于水平位置，當(dāng)水果托盤中的水果重量超過平衡砝碼重量的時候就會導(dǎo)致杠桿傾斜，完成分級卸料。調(diào)節(jié)平衡砝碼的大小和位置就能將水果按重量不同分為若干個等級，目前機械稱重式水果分選機主要有固定衡量秤體運動輸送托盤式和固定限位裝置運動衡量秤體式兩種機型得到了比較廣泛的應(yīng)用。
（2）電子稱重式水果分選機
近年來計算機技術(shù)和稱重傳感技術(shù)的快速發(fā)展，以及相關(guān)技術(shù)的促進，電子式稱重技術(shù)及應(yīng)用有了長足的發(fā)展。稱重傳感器已經(jīng)在各個行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，能夠輕松實現(xiàn)對被測物準確、快速的測量，特別是單片機技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程自動化程度的越來越高，稱重傳感器己經(jīng)成為過程控制中的一種必需的裝置，目前比較先進的單片機控制的電子稱重式水果分選機采用最新的電子設(shè)備測量水果重量，可以根據(jù)需要選擇準確的分級標(biāo)準，分級精度較高，基于此電子稱重式水果分選機已經(jīng)得到比較廣泛的應(yīng)用。
1.2蘋果分選機機械系統(tǒng)的研究內(nèi)容
蘋果分選機機械系統(tǒng)設(shè)計主要結(jié)構(gòu)組成：蘋果的輸送裝置，定節(jié)拍裝置，分級裝置，稱重及卸料裝置，收集裝置等。
本課題以蘋果的質(zhì)量不同分成不同的等級，實現(xiàn)蘋果自動分級的裝置。按重量分級的方法保證了蘋果在運行時不與托盤之間碰撞，避免了對水果分級時造成的損傷，而且蘋果形狀對分級結(jié)果精度影響較，所以電子稱重式蘋果分選機的通用性比較好，可以應(yīng)用于不同種類的水果。本論文研究重點為電子稱重式蘋果分選機的機械系統(tǒng)設(shè)計，輸送裝置的設(shè)計，定節(jié)拍裝置的設(shè)計，分級傳送裝置的設(shè)計，卸料裝置的設(shè)計，最終實現(xiàn)蘋果分級卸料。主要研究內(nèi)容如下：
（1） 輸送裝置的設(shè)計。根據(jù)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)要求，設(shè)計輸送裝置來完成蘋果的大批量輸送，與分級傳送裝置配合；
（2）定節(jié)拍裝置的設(shè)計。根據(jù)分級裝置傳送的要求，設(shè)計定節(jié)拍裝置來完成蘋果整齊有序的排列運動，來完成與分級裝置的配合；
（3）分級傳送裝置的設(shè)計。設(shè)計分級裝置傳動的方式，蘋果托盤的類型，托盤與鏈的鏈接方式，稱重模塊的設(shè)計（稱重傳感器的選擇、稱重底板和稱重底板的設(shè)計，以及螺栓和螺釘?shù)倪x擇）；
（4）卸料裝置的設(shè)計。根據(jù)生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)要求和稱重要求，設(shè)計卸料的方式，來完成對不同等級的蘋果進行正確的分級卸料操作，設(shè)計分級箱的結(jié)構(gòu)來與分級卸料裝置配合；
（5）蘋果分選機關(guān)鍵零部件的校核。對決定生產(chǎn)線可行性影響較大的輸送帶輪主軸，分級稱重裝置鏈輪、鏈以及鏈輪主軸進行強度校核等。
1.3蘋果分選機機械系統(tǒng)的原理方案設(shè)計
隨著國內(nèi)外水果種類和品種愈來愈多，對優(yōu)質(zhì)水果的需求量越來越大。所以在這次的設(shè)計中，采用的是以下的設(shè)計方案：
（1） 輸送裝置的設(shè)計方案
圖1輸送裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖
輸送裝置如圖1所示主要采用的是帶輪和帶的傳動來輸送蘋果前進，電機驅(qū)動皮帶，皮帶安裝在左邊的帶輪上，在通過軸的傳動來帶動輸送帶。
（2）定節(jié)拍裝置的設(shè)計方案
1底板, 2調(diào)節(jié)片, 3調(diào)節(jié)螺釘, 4蘋果
圖2定節(jié)拍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
定節(jié)拍裝置如圖2 所示,蘋果經(jīng)皮帶輸送裝置自動進料后, 必須按照一定的節(jié)拍輸送到分級傳送鏈上, 該過程由定節(jié)拍系統(tǒng)完成。當(dāng)蘋果進料后到達定節(jié)拍輸送裝置, 首先經(jīng)過一級定量輸送調(diào)節(jié)機構(gòu), 通過調(diào)節(jié)片2開合的角度來控制蘋果輸送, 目的是實現(xiàn)蘋果整齊有序的排列成一列，使蘋果按分級傳送鏈的節(jié)拍輸送到傳送鏈上。
（3）分級傳送裝置的設(shè)計方案
1電動機 2皮帶 3主動鏈輪 4鏈條 5蘋果托盤機構(gòu) 6稱重模塊7分級箱 8蘋果 9卸料裝置
圖3分級傳送裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
分級傳送裝置如圖3所示，通過電動機來傳遞動力，實現(xiàn)整個機構(gòu)鏈條的運轉(zhuǎn)，當(dāng)放著蘋果的托盤經(jīng)過稱重傳感器8來發(fā)送信號到托盤上的卸料裝置，從而實現(xiàn)托盤到達分級箱6的時候按照給出的信號將蘋果倒入相信等級的箱內(nèi)。
（4）稱重模塊和蘋果托盤的設(shè)計方案
1限位鐵條 2支撐板支架 3支撐板 4輸送鏈條 5水果托盤支架 6水果托盤 7稱重臺 8鋼球
圖4蘋果托盤和稱重實現(xiàn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖
蘋果托盤和稱重實現(xiàn)機構(gòu)如圖4所示，其中水果托盤6安裝方向與輸送鏈條4運動方向垂直，水果托盤6與限位鐵條1緊固聯(lián)接，水果托盤6可與限位鐵條1繞水果托盤支架翻轉(zhuǎn)一定角度，鋼球8在稱重位置與稱重臺7接觸，實現(xiàn)線上快速的稱重與信號傳輸。
（5）托盤卸料裝置的設(shè)計方案
1上升板 2上升板支架 3旋轉(zhuǎn)撥片 4彈簧 5電動機
圖5（a）卸料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 （b）蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖
（c）蘋果托盤在正常狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖
蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖如圖5(b)所示，當(dāng)信號傳輸?shù)叫读涎b置時，旋轉(zhuǎn)撥片3會在電機5的控制下按照傳輸?shù)墓?jié)拍旋轉(zhuǎn)與上升板1的側(cè)面相齊，正好能使放著要被分級的蘋果的托盤沿著上升板的路徑運動，從而導(dǎo)致托盤的傾斜來實現(xiàn)蘋果的卸料。當(dāng)沒有信號的時候，彈簧4的作用下，旋轉(zhuǎn)撥片3會復(fù)原，使其他托盤順利從上升架1的下面走過。
第二章 蘋果分選機機械系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.1輸送帶
輸送帶在膠帶輸送機中既是承載部件又是牽引部件，它不僅僅要有承載能力，還要有足夠的抗拉強度。選擇合適的輸送帶品種規(guī)格可以延長輸送帶的使用壽命，保證生產(chǎn)的持續(xù)穩(wěn)定，降低生產(chǎn)成本和維護費用。防滑輸送帶耐用使用壽命長。主要有普通人字形、外凸人字形、橫格、圓釘形等類型。該產(chǎn)品適合于大傾角輸送塊狀、粒狀、袋包裝、粉末狀的多種物料，如煤炭、炭焦、木料，砂石、水泥袋，水果等物料。主要應(yīng)用的行業(yè)：煙草、物流、包裝、印刷、水果、木材等。
本次設(shè)計選用的是防滑輸送帶（花紋輸送帶），扯斷強度為100N/mm﹒層，選用材質(zhì)：NN-100尼龍帆布，每層厚度1.0mm，每層質(zhì)量1.02kg/m2，帶寬B=290mm，帆布層數(shù)為3層，上覆蓋膠厚度為2mm，下覆蓋膠厚度為1.5mm。輸送帶接頭方式采用熱硫化接頭法，即將接頭部位的膠布層和覆蓋膠用硫化法搭接成無接縫的硫化接頭。實踐證明這是最理想的一種接頭方法，能夠保證高的接頭效率，同時也非常穩(wěn)定，接頭壽命也很長，容易掌握。這種接頭的強度能達到膠帶強度的85-90%，且能防止帶芯腐蝕，帶芯的壽命較強。考慮到使用安全，要求輸送帶有足夠的抗拉強度安全儲備，此次設(shè)計的運輸帶的安全系數(shù)為8。
2.2傳動裝置設(shè)計
輸送帶的帶速：V=0.3-0.6m/s
帶寬：B=290mm
輸送長度：L=2.2m
輸送機年工作時間一般取4500~5500小時。當(dāng)二班工作和輸送剝離物，且輸送環(huán)節(jié)較多，宜取下限；傳動裝置示意圖如下圖1：
圖1輸送裝置示意圖
2.2.1 托輥
托輥是傳遞動力的主要部件。
本系列托輥根據(jù)承載能力分輕型、中型和重型三種。同一種托輥直徑又有幾種不同的軸徑和中心跨距供設(shè)計者選用。
輕型：軸承孔徑80~110mm。
中型：軸承孔徑120~180mm。
重型：軸承孔徑200~220mm。
托輥表面有裸露光鋼面、人字形和菱形花紋橡膠覆面。小功率、小帶寬及環(huán)境干燥時可采用裸露光鋼面托輥。人字形花紋膠面磨擦系數(shù)大，防滑性和排水性好，但有方向性。菱形膠面用于雙向運行的輸送機。用于重要場合的滾筒，最好采用硫化橡膠覆面。用于阻燃，隔爆條件，應(yīng)采取相應(yīng)的措施。
最小托輥直徑D按下式選取。
D=cd
式中：d—芯層厚度或鋼繩直徑mm;
c—系數(shù)，棉織物=80，尼龍=90，聚酯=108，鋼繩芯=145。
軸的最小直徑的確定
托輥示意圖如下
圖2 托輥
2.2.2 電動機的選擇
（1）選擇電動機的類型
由于帶式運輸機不需要大范圍的調(diào)速，故選用一般用途的Y 系列三相異步電動機。
（2） 選擇電動機功率
1）根據(jù)《膠帶輸送機功率的簡易算法》計算輸送機總驅(qū)動功率
①根據(jù)L = 2.2m 查附圖得K =5.5
計算LC = KL=5.5 × 2.2=12.1m
②根據(jù)LC = 66m, B = 650mm 查表1 得
P 1=1.15kW
③根據(jù)LC= 66m、Q =15t/ h, 查表2 得
P2= 0.117kW
④根據(jù)Q = 15t / h,
查表3 得P 3= 0.245kW
則輸送帶總驅(qū)動功率
P w= 1.2（P 1+ P2+ P 3) =1.2×(1.15+0.117+0.245)=1.8144 kW
式中：
P 1-膠帶輸送機驅(qū)動功率, 根據(jù)膠帶輸送機帶寬和修正長度L C 在《膠帶輸送機功率的簡易算法》表1 中查出所需功率P 1。
P2-根據(jù)膠帶輸送機輸送能力和修正長度L C,查出所需功率。
P 3-根據(jù)膠帶輸送機輸送能力和提升高度在表3中查出所需功率。
2）計算電機功率： kW
式中:η－電動機至工作機的傳動裝置的總效率 η＝η帶η軸承2η齒η聯(lián)
η帶 －帶傳動傳動效率，查機械傳動效率?表取η帶＝0.96
η軸承－一對滾動軸承效率，查機械傳動效率?表取η軸承＝0.99
η鏈－一對圓柱齒輪傳動效率，查機械傳動效率?表取η齒＝0.97?（初選8級精度）
η聯(lián)－彈性聯(lián)軸器效率，查機械傳動效率?表取η聯(lián)＝0.99
傳動裝置總效率η=0.96×0.992×0.97×0.99=0.9
（3）確定電機轉(zhuǎn)速nd?
①計算托輥轉(zhuǎn)速：r/min
②確定電機同步轉(zhuǎn)速?
一般V帶傳動傳動比 i帶=2～4，單級圓柱齒輪傳動比的范圍i齒=3～5，則合理總傳動比i總= i帶×i齒=6～20。
故電動機轉(zhuǎn)速可選范圍為
nd=i總×nw=（6～20）×95.54r/min=（573.25～1910.83）r/min
查機械手冊，綜合考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動和減速器的傳動比，選取較合適的方案，現(xiàn)選用型號為 Y100L2-4的電動機,其相關(guān)參數(shù)如下：額定功率3.0kW，轉(zhuǎn)速1430r/min，電流6.82A，效率82.5%，功率因素0.81。
2.2.3 計算總傳動比和分配傳動比
i總
取i帶=3，則i齒=i總/i帶=14.97/3=4.99
2.2.4 傳動動力系數(shù)
(1) 各軸轉(zhuǎn)速
n1=nd/i帶=1430/3=476.7/min
n2=n1/i齒=476.7/4.99=95.53r/min
n滾=n2=95.53r/min
(2) 各軸輸入功率
P1=Pdη帶=2.016×0.96=1.94kW
P2=P1η2η3=1.94×0.99×0.97=1.86kW
P滾=P2η2=1.86×0.97=1.80kW
(3) 各軸輸入轉(zhuǎn)矩
電動機輸出轉(zhuǎn)矩Td
各軸輸入轉(zhuǎn)矩
T1=Td i帶η1=1346.35×3×0.96=3877.49N.mm
T2=T1i齒η2η3=3877.49×4.99×0.99×0.97=18580.53N.mm
T滾=T2η2=18580.53×0.97=18023.11N.mm
2.2.5 V帶的選用
（1）.確定計算功率Pca
由教材《機械設(shè)計》表8-7查得工作情況系數(shù)KA=1.2，故
Pca=KAPd=1.2×2.016=2.4kW
（2）確定V帶類型
根據(jù)Pca, n1由教材《機械設(shè)計》圖8-11、選用Z型帶
（3）確定帶輪的基準直徑dd,并驗算帶速υ
1）初選小帶輪的基準直徑dd1。由教材表8-6，表8-8，取小帶輪的基準直徑dd1=90mm
2）驗算帶速υ。按式（8-13）驗算帶的速度
υ =
因為5m/s<υ<30m/s，故帶速合適。
3）計算大帶輪的基準直徑。根據(jù)式（8-15a），計算大帶輪的基準直徑dd2
dd2=i帶dd1=3×90=270mm
根據(jù)教材《機械設(shè)計》表8-8，圓整為dd2=280mm。
（4）確定V帶的中心距a及基準長度Ld
1）根據(jù)式（8-20），初定中心距a0
因為0.7（dd1+dd2）≤a0≤2(dd1+dd2)
0.7×（90+280）≤a0≤2×（90+280）
即259≤a0≤740初選a0=400mm
2）由式（8-22）計算帶所需的基準長度
由教材《機械設(shè)計》表8-2，選帶的基準長度Ld=1400mm
3）按式（8-23）計算實際中心距a
a≈a0+=400+=398mm
則中心距a的變動范圍為：377～440mm
amin=a-0.015Ld=398-0.015×1400=377mm
amax=a+0.03Ld=398+0.03×1400=440mm
（5）驗算小帶輪的包角α1
符合要求
(6)計算帶的根數(shù)z
1）計算單根V帶的額定功率Pr。
由dd1=90mm和nd=1430r/min，查表8-4a得P0=0.3576kW。
根據(jù)nd=1430r/min，i=3和Z型帶，查表8-4b得△P0=0.03kW。
查表8-5得Kα=0.93，表8-2得KL=1.14，于是
Pr=（P0+△P0）·Kα·KL=(0.3576+0.03)×0.93×1.14kW=0.41kW
2)計算V帶的根數(shù)z
取z=6
(7)計算單根V帶的初拉力的最小值（F0)min
由表8-3得Z型帶的單位長度質(zhì)量q=0.06kg/m，所以
應(yīng)使實際初拉力F0＞（F0)min
(8)計算壓軸力Fp
壓軸力的最小值(Fp)min=2z（F0)min sin()
=2×6×52.8×sin()=615.57N
(9)軸徑的設(shè)計
取45號鋼時，按下式估算：， 圓整為20mm
(10)V帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
1）選擇帶輪材料：大小帶輪材料均為 HT200
2）選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式：根據(jù)帶輪直徑，大帶輪采用孔板式，小帶輪采用腹板式。
3）計算基本結(jié)構(gòu)尺寸
(11)小帶輪基本結(jié)構(gòu)尺寸
da=94mm dd=90mm bd=8.5 mm hamin=2.00mm
hfmin=8.7 mm e= 12mm fmin =7 mm
B=（z-1）e+2f=（6-1）×12+2×7=74mm
da= dd +2 hamin =90+2×2.00=94 φ=38°
根據(jù)B=74mm和裝配時的余量，選用L=78mm。
2.3張緊裝置
(1) 保證輸送帶在傳動滾筒分離點具有足夠的張力, 滿足傳動滾筒的摩擦傳動要求。
(2) 保證輸送帶最小張力點的張力, 滿足輸送帶的垂度限制條件。
(3) 滿足輸送帶張力引起的彈性伸長要求的拉緊行程。
(4) 補償輸送帶的永久伸長。
(5) 為輸送帶接頭提供必要的行程。
2.4電機固定座
電機固定座起承載電機的作用。根據(jù)設(shè)計要求，經(jīng)查國家標(biāo)準，在本次設(shè)計中電機固定座選用型號為6.3號的熱軋普通槽鋼和4號熱扎等邊角鋼。6.3號熱軋普通槽鋼尺寸：h×b×d=63×40×4.8，截面面積8.444cm2，理論重量6.63kg/m。4號熱扎等邊角鋼號尺寸：b×d=40×5，截面面積3.791cm2，理論重量2.976kg/m。
2.5支架設(shè)計
在機器中支承或容納零部件稱為支架。如支承罐的塔架、容納傳動齒輪的減速器的殼體，機床的床身等等統(tǒng)稱為支架。按支架外形分類：網(wǎng)架式、框架式、梁柱式、板塊式和箱殼式。按制造方法，支架可分為鑄造支架、焊接支架和螺栓或鉚接支架。按支架材料可分為金屬支架、非金屬支架。非金屬支架又可分為混凝土支架、素混凝土機座平臺、花崗巖支架、塑料支架等。鑄造支架常用材料為鑄鐵、鑄鋼和鑄鋁。小型設(shè)備（如儀表等）的支架則有銅制或塑料制造。
2.5.1支架結(jié)構(gòu)的選擇
進行支架結(jié)構(gòu)形式的選擇是一個較復(fù)雜的過程，對結(jié)構(gòu)形式、構(gòu)件截面和結(jié)點構(gòu)造等均需要結(jié)合具體的情況進行仔細的分析。對結(jié)構(gòu)方案要進行技術(shù)經(jīng)濟比較。由于各種設(shè)備有不同的規(guī)范和要求，制定統(tǒng)一的支架結(jié)構(gòu)選擇方法較困難。但是，可以利用結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識提出下列一般的規(guī)則。這些規(guī)則是為了節(jié)約材料在選擇形式時應(yīng)遵守的一般規(guī)律。
1．結(jié)構(gòu)的內(nèi)力分布情況要與材料的性能相適應(yīng)，以便發(fā)揮材料的優(yōu)點。軸力較彎矩能更充分地利用材料。桿件受軸力作用時，截面上的材料分布是均勻的，所有材料都能得到充分利用。但在彎矩作用下截面的應(yīng)力分布是不均勻的，所以材料的應(yīng)力分布不夠經(jīng)濟。
機械結(jié)構(gòu)中許多構(gòu)件所受的都是沿垂直于桿軸的方向作用的。彎矩沿桿變化很迅速。有垂直載荷處，彎矩曲線有曲率，且曲率與載荷集度成正比。最大的彎矩限于一小段內(nèi)，在較長段內(nèi)材料不能充分利用，這是彎曲構(gòu)件不經(jīng)濟的另一原因。
2.結(jié)構(gòu)的作用在于把載荷由施力點傳到基礎(chǔ)。載荷傳遞的路程愈短，結(jié)構(gòu)使用的材料愈省。
3.結(jié)構(gòu)的連續(xù)性可以降低內(nèi)力，節(jié)省材料。
2.5.2支架設(shè)計計算的準則和要求
1．工況要求 任何支架的設(shè)計首先必須保證機器的特定工作要求。例如，保證支架上安裝的零部件能順利運轉(zhuǎn)，支架的外形或內(nèi)部結(jié)構(gòu)不致有阻礙運動件通過的突起；設(shè)置執(zhí)行某一工況所必須的平臺；保證上下料的要求、人工操作的方便及安全等。
2．剛度要求 在必須保證特定外形條件下，對支架的主要要求是剛度。例如機床的剛度決定了機床的效率和加工的精度；在齒輪減速器中，箱殼的剛度決定了齒輪的嚙合性及運轉(zhuǎn)性能。
3．強度要求 對于一般的支架，剛度達到要求，同時也能滿足強度的要求。但對于重載設(shè)備的強度要求必須引起足夠的重視。其準則是在機器運轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下，支架上任何點的應(yīng)力都不得大于容許應(yīng)力。此外，還要滿足疲勞強度的要求。
4．穩(wěn)定性 對于細長的或薄壁的受力結(jié)構(gòu)及受彎—壓結(jié)構(gòu)存在失穩(wěn)問題，某些板殼結(jié)構(gòu)也存在失穩(wěn)問題或局部失穩(wěn)問題。失穩(wěn)對結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生很大的破壞，設(shè)計時必須校核。
5．美觀 目前對機器的要求不僅要求能完成特定的工作，還要使外形美觀。
6．其他 如散熱的要求；防腐蝕及特定環(huán)境的要求；對于精密機械儀表等熱變形小的要求，等等。
2.5.3支架設(shè)計的一般要求
在滿足支架設(shè)計準則的前提下，必須根據(jù)支架的不同用途和所處環(huán)境，考慮下列各項要求，并有所偏重。
1.支架的重量輕，材料選擇合適，成本低。
2.結(jié)構(gòu)合理，便于制造。
3.結(jié)構(gòu)應(yīng)使支架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。
4.結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，工藝性好，還應(yīng)使支架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由于溫度變化引起的變形應(yīng)力小。
5.抗振性能好。
6.耐腐蝕，使支架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。
7.有導(dǎo)軌的支架要求導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。
2.5.4支架的設(shè)計
經(jīng)過多方面的考慮后，決定選用焊接式的金屬支架。在下圖3中，鋼材，通過桿件和主支架連成一整體，由支架的立柱支撐。
圖3支架的外形結(jié)構(gòu)
2.5.5支架的剛度校核
機架的剛度決定了機架在工作過程中變形的大小，其實對于機架的設(shè)計而言，剛度的研究比強度更有意義，因為機架由于壓力的作用而被破壞的情況是比較少的。但機架隨著工作時間的增加會慢慢的變形，這就要求機架有足夠的剛度，否則隨著機架的變形而導(dǎo)致傳動件位置的變動，機器的工作能力就會降低。根據(jù)壓桿保持平衡能力的最小臨界力公式
——臨界力 單位N；
E ——材料的彈性模量 單位Gpa，對槽鋼材料為205GPa；
I ——慣性矩 單位，對18號槽鋼為1369.9；
——機架高度 單位m。
在實際工作機架只受到支撐力的作用，因此只要校核機架的支撐應(yīng)力即可。機架在連接處的面積最小，即屬于危險截面。
右端連接處最大應(yīng)力
左端連接處的最大應(yīng)力
根據(jù)機架一的設(shè)計高度為0.46m，再由公式（3-4）及已知數(shù)據(jù)得13.1，比較可知機架一受到的力遠遠小于，也就是機架具有足夠的強度，滿足要求。機架二、機架三所受的力較機架一而言要小，幾何尺寸也相差無幾，根據(jù)機架一校核所的數(shù)據(jù)知道，無論是強度還是剛度都遠遠滿足，所以據(jù)經(jīng)驗判斷肯定滿足。反而是機架一與二之間的連接螺栓由于皮帶對軸拉力作用產(chǎn)生彎矩，受拉一邊的螺栓受力比較大需要進行校核。
2.5.6機架連接螺栓的校核
在校核之前我們必須算出皮帶通過帶輪作用于軸上的力，因為這個力是直接通過機架傳遞給螺栓的。下面是求對軸作用力的公式：
——軸所受的拉力 單位N：
z ——皮帶根數(shù)，從同組人員那得到的數(shù)據(jù)為5根；
——單根皮帶初拉力 單位N；
——小帶輪的包角；
——計算功率=，工況系數(shù)，P實際功率；
——帶輪的圓周速度 單位m/s；
——小帶輪的包角系數(shù)；
q——每米帶長的質(zhì)量 單位kg/m。
根據(jù)機架的受力位置我們得到這樣一個力學(xué)模型如圖4：
圖 4 機架的受力模型
——螺栓對機架的作用力 單位 。
由于是四個螺栓作用我們根據(jù)關(guān)系可以得到：
由公式及已知的數(shù)據(jù)我們可以得到。再參照選粉機電機機架設(shè)計時螺栓連接處預(yù)緊力一般取以上，所以螺栓的總受力為安全起見下面就可以根據(jù)公式求拉應(yīng)力：
——螺栓受到的拉應(yīng)力 單位；
S ——螺栓的截面積 單位。
由于我們選的是M16的螺栓，危險截面對應(yīng)螺紋小徑處的面積約為140，根據(jù)公式（3-8）得43，除拉應(yīng)力外，在螺栓受拉的過程中還受到螺紋副間摩擦阻矩的作用產(chǎn)生切應(yīng)力，對于M10～M64的螺栓=0.5，再根據(jù)第四強度理論：
57Mpa
螺栓的抗拉伸強度極限為，動載情況下許用應(yīng)力安全系數(shù)為S=2.5～4，我們?nèi)?計算得到許用應(yīng)力[]==82.5Mpa，由于，所以滿足要求。
2.6托輥軸的設(shè)計校核
本次設(shè)計的托輥軸如圖5所示：
圖5：托輥軸零件圖
托輥軸長度為1404mm
；
許用應(yīng)力 用插入法查得：
許用應(yīng)力值
應(yīng)力校正系數(shù)
當(dāng)量彎矩
設(shè)計的最小直徑
托輥軸直徑
； 驗算合格。
4.4 托輥軸的設(shè)計及強度校核
4.4.1 托輥軸強度計算
式中：——托輥軸的均布載荷；
——力；
——寬度。
式中： ——均布載荷；
——反力；
——長度
式中： ——前后均布載荷
式中： ——平面上附加的均布力矩
按扭轉(zhuǎn)條件計算Ⅰ－Ⅰ截面的強度
因此Ⅰ－Ⅰ截面安全。
按彎扭合成條件計算Ⅳ－Ⅳ截面
因此截面安全。
4.4.2 托輥軸的疲勞強度校核
Ⅰ截面直徑最小，且有應(yīng)力集中；Ⅱ截面為連接處，由于直徑發(fā)生實然變化，產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中；由于直徑最大且無應(yīng)力集中，故不必對其他地方處進行校核，而只需對Ⅰ、Ⅱ截面進行校核。
截面Ⅰ右側(cè)
因為Ⅰ截面受扭矩作用，所以
由于變化形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)由表查取。因，，經(jīng)插值后可查得
軸的材料的敏性系數(shù)為
有效應(yīng)力集中系數(shù)為
尺寸系數(shù)
表面質(zhì)量系數(shù)為
處未經(jīng)表面強化處理，即，則得綜合系數(shù)值為
取
計算安全系數(shù)
可知其安全。
截面Ⅱ左側(cè)
彎曲應(yīng)力
所以 ，
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
所以
由于軸徑變化形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)因，，經(jīng)插值后可查得
，
軸的材料的敏性系數(shù)為
，
有效應(yīng)力集中系數(shù)為
尺寸系數(shù)
尺寸系數(shù)
表面質(zhì)量系數(shù)為
此處未經(jīng)表面強化處理，即，則得綜合系數(shù)值為
取 ，
計算系數(shù)值
故安全。
4.4.3 托輥軸的接觸應(yīng)力校核
最大壓應(yīng)力
式中：——均布載荷；
——接觸區(qū)寬度的一半。
式中：——模數(shù)；
——半徑；
——半徑。
所以
最終設(shè)計的蘋果分選機機械系統(tǒng)如圖6所示：
第三章 總結(jié)和展望
畢業(yè)設(shè)計是對大學(xué)中所學(xué)知識的回顧，是對以往所學(xué)知識的綜合運用，鍛煉了我們的獨立思考能力、獨立解決工程實際問題的能力、畫圖能力，更是從課本中的理論知識到生產(chǎn)實際的轉(zhuǎn)變。在這之前，雖然經(jīng)過四年的學(xué)習(xí)學(xué)到了很多知識，但是還沒有機會來運用和掌握這些東西。通過這次實踐，我對蘋果分選機機械系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、安裝工藝和機械設(shè)計過程都有了全面的了解，設(shè)計、計算和繪圖方面的能力都得到了全面的訓(xùn)練和提高，也使我對機械產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，更堅定了我從事機械行業(yè)的信心。設(shè)計初期，我去圖書館的網(wǎng)站內(nèi)下載了許多相關(guān)的文獻資料，對蘋果分選機機械系統(tǒng)有所了解，然后開始準備我的開題報告、任務(wù)書和文獻綜述。在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，我也遇到了很多困難，經(jīng)過多次的數(shù)據(jù)修改才把總體方案給確定下來，開始畫圖等工作。設(shè)計期間得到了我的指導(dǎo)老師的幫助，我覺得從與老師的溝通過程中，我能學(xué)到很多東西，老師可以從另外一個角度來啟發(fā)我，給了我很多幫助、鼓勵和指導(dǎo)。通過這段時間的設(shè)計，我已基本按照設(shè)計要求完成蘋果分選機機械系統(tǒng)的設(shè)計，但是由于本人知識水平有限，又沒有實際工作經(jīng)驗，本設(shè)計中定存在不足之處，敬請老師同學(xué)批評指正，提出寶貴意見，以便及時糾正。當(dāng)然，我知道整個畢業(yè)設(shè)計還沒有結(jié)束，因為還需要答辯，還要有答辯老師的提問與意見，我的畢業(yè)設(shè)計才能最終畫上句號。因此，我還需要繼續(xù)努力，認真準備答辯，仔細檢查我的論文，更好的完善，為我的大學(xué)畫上一個圓滿的句號。
致 謝
在整個畢業(yè)設(shè)計的過程中，要特別感謝我的指導(dǎo)老師。在我們畢業(yè)設(shè)計階段，老師經(jīng)常為了我們同學(xué)畢業(yè)設(shè)計工作到深夜，他工作認真負責(zé)的態(tài)度讓我十分敬佩。此外，他對待學(xué)生和藹可親，不厭其煩的為學(xué)生解決設(shè)計中遇到的困難，指導(dǎo)我們?nèi)绾卫砬逅悸?，順利的進行設(shè)計。在設(shè)計的整個過程中，給予我精心的指導(dǎo)與幫助，為我們的畢業(yè)設(shè)計付出了辛勤的勞動，傾注了大量時間和精力。在設(shè)計細節(jié)方面上，特別是圖紙方面盡量做到精益求精，同時教給了我許多分析問題和解決問題的思路及方法，使我能保質(zhì)保量的完成設(shè)計任務(wù)。沒有老師的幫助就沒有今天的設(shè)計成果，在此向他表示誠摯的敬意和衷心的感謝。
感謝大學(xué)四年來曾經(jīng)幫助過我的老師和同學(xué)，他們的教授與幫助，使我獲得了大量的知識，圓滿的完成了學(xué)業(yè)，在此我深深地表示敬意和由衷的感謝之情。本次設(shè)計過程參考了大量的文獻資料，在此向各學(xué)術(shù)界的前輩們致敬！
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