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編號：
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題 目： 板栗去皮機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化卓越班
學(xué)生姓名： 李俊尤
學(xué) 號： 1100110610
指導(dǎo)教師單位： 機(jī)電工程學(xué)院
姓 名： 楊孟杰
職 稱： 助教
題目類型：¨理論研究 ¨實(shí)驗(yàn)研究 t工程設(shè)計(jì) ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā)
2015年1月15日
摘要
整機(jī)結(jié)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、機(jī)架、傳動(dòng)帶、偏心輪構(gòu)成。由電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生動(dòng)力通過帶輪減速器將需要的動(dòng)力傳遞到帶輪上，帶輪帶動(dòng)V帶，從而帶動(dòng)整機(jī)裝置運(yùn)動(dòng)
本論文研究內(nèi)容摘要：
(1)板栗去皮機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(2)板栗去皮機(jī)工作性能分析。
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(4)對板栗去皮機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機(jī)架設(shè)計(jì)。
(5)對設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。
關(guān)鍵詞：板栗去皮機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
V
Abstract
The structure is mainly composed of the motor, frame, transmission belt, an eccentric wheel. The power generated by the motor through the belt wheel speed reducer will need to transfer the power to the belt wheel, belt wheel drive V, so as to drive the movement of the whole device
Abstract this dissertation studies:
(1)板栗去皮機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
(1) the overall structure design of chestnut peeling machine.
(2)板栗去皮機(jī)工作性能分析。
(2) analysis of chestnut peeling machine performance.
(3)電動(dòng)機(jī)的選擇。
(3) the choice of motor.
(4)對板栗去皮機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行部件及機(jī)架設(shè)計(jì)。
(4) transmission system, execution unit and frame design of chestnut peeling machine.
(5)對設(shè)計(jì)零件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算分析和校核。
(5) the design of parts of the design calculation and check.
(6)繪制整機(jī)裝配圖及重要部件裝配圖和設(shè)計(jì)零件的零件圖。
(6) the assembly drawing and parts drawing assembly drawings and parts drawings design.
關(guān)鍵詞：板栗去皮機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Keywords: chestnut peeling machine, structure design
目錄
摘要 II
Abstract III
第1章 緒論 6
1.1課題研究的目的和意義 6
1.2板栗主要產(chǎn)品工藝 6
1.3傳統(tǒng)板栗脫殼去衣技術(shù) 8
1.4板栗的加工現(xiàn)狀 8
1.2研究內(nèi)容 13
第2章 板栗去皮機(jī)總體參數(shù)的設(shè)計(jì) 14
2.1 板栗去皮機(jī)的工作原理 14
2.2 螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 14
2.3 螺旋輸送機(jī)外形及尺寸 19
2.4 螺旋輸送機(jī)外形長度組合及各節(jié)重量 19
2.5電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算 20
第3章 帶傳動(dòng)的計(jì)算 23
3.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 23
3.2選擇帶型 24
3.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速 25
3.4確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長度并驗(yàn)算小輪包角 26
3.5確定帶的根數(shù)z 27
3.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 27
3.7確定帶的張緊裝置 28
3.8主軸結(jié)構(gòu)圖 31
3.9主軸組件的驗(yàn)算 31
3.9.1支承的簡化 31
3.9.2主軸的撓度 32
3.9.3主軸傾角 33
第4章 鍵的選擇與校核 40
4.1帶輪1上鍵的選擇與校核 40
4.1.1鍵的選擇 40
4.1.2鍵的校核 40
4.2帶輪2上鍵的選擇與校核 42
4.2.1鍵的選擇 42
4.2.2鍵的校核 42
第5章 Solidwork虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì) 44
結(jié)論 46
參考文獻(xiàn) 47
致謝 48
第1章 緒論
1.1課題研究的目的和意義
板栗富含維生素、胡蘿卜素、氨基酸及鐵、鈣等微量元素，長期食用可達(dá)到養(yǎng)胃、健脾、補(bǔ)腎、養(yǎng)顏等保健功效。栗仁的蛋白質(zhì)含量是香蕉的3倍，荔枝的4倍，為蘋果的近40倍;含磷量是香蕉、荔枝的3倍，蘋果的8倍、鐵、核黃素和維生素的含量也高過一般硬果和水果類，足見栗子的營養(yǎng)十分豐富。板栗可以益氣血、養(yǎng)胃、補(bǔ)腎、健肝脾；生食還有治療腰腿酸疼、舒筋活絡(luò)的功效。它所含高淀粉質(zhì)可提供高熱量，而鉀有助維持正常心跳規(guī)律，纖維素則能強(qiáng)化腸道，保持排泄系統(tǒng)正常運(yùn)作。由于板栗富含柔軟的膳食纖維，糖尿病患者也可適量品嘗。但板栗生吃難消化，熟食又易滯氣，所以，一次不宜多食。最好在兩餐之間把板栗當(dāng)成零食，或做在飯菜里吃，而不是飯后大量吃，以免攝入過多的熱量，不利于保持體重。中醫(yī)學(xué)認(rèn)為，栗性甘溫，無毒，有健脾補(bǔ)肝，身壯骨的醫(yī)療作用。經(jīng)常生食可治腰腿無力，果殼和樹皮有收斂作用；鮮葉外用可治皮膚炎癥；花能治療瘰瘍和腹瀉，根治疝氣。民間驗(yàn)方多用板栗，每日早晚各生食一至二枚，可治老年腎虧，小便弱頻；生栗搗爛如泥，敷于患處，可治跌打損傷，筋骨腫痛，而且有止痛止血，吸收膿毒的作用。板栗含有大量淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、B族維生素等多種營養(yǎng)素，素有“干果之王”的美稱。能防治高血壓病、冠心病、動(dòng)脈硬化、骨質(zhì)疏松等疾病。同時(shí)常吃對日久難愈的小兒口舌生瘡和成人口腔潰瘍有益。中醫(yī)認(rèn)為板栗能補(bǔ)脾健胃、補(bǔ)腎強(qiáng)筋、活血止血。對腎虛有良好的療效，故又稱為“腎之果”，特別是老年腎虛、大便溏泄更為適宜，經(jīng)常食用有強(qiáng)身愈病。
1.2板栗主要產(chǎn)品工藝
1.2.1風(fēng)味板栗研究了各種輔助配料對炒制板栗風(fēng)味的影響,確定了炒制工藝參數(shù)。關(guān)鍵技術(shù)是炒制過程的溫度程序控制。板栗預(yù)處理:選料→分級→去雜→清洗砂子預(yù)處理:砂子→洗凈→過80目篩→炒熱變黑備用風(fēng)味配料:桂花、丁香、八角、甘草、食鹽,按比例混合,待細(xì)沙預(yù)熱后,放入炒鍋或滾筒,炒2～3分鐘,加上色配料:飴糖、菜油或棕櫚油,投入板栗(溫度設(shè)置高—中—低)、過篩、檢驗(yàn)、包裝。
1.2.2酥脆營養(yǎng)板栗脆片技術(shù)關(guān)鍵是護(hù)色和油炸溫度、時(shí)間設(shè)置。護(hù)色液:0.25%Na2HS2O5、0.1%檸檬
酸、1%VC。配料:栗粉(大于50%)、玉米淀粉、Ca2Cl2、食用油、麥芽糊精、香料。
加工流程如下：選料→去殼漂燙→脫皮→切碎→護(hù)色液浸煮→加調(diào)料→拌勻→壓片→成型→油炸→成品檢驗(yàn)→包裝(與適量蘋果、香蕉脆片搭配)→成品
1.2.3速溶營養(yǎng)栗粉關(guān)鍵技術(shù)是膨化工藝參數(shù)(壓力、溫度)的確定。工藝流程如下：大豆粉、玉米淀粉、麥芽糊精、食鹽、味精、蔗糖酯、香料↓蕎麥粉→栗粉→微波干燥→粉碎→加工調(diào)勻(含水量<30%)→擠壓膨化→干燥→磨粉→檢驗(yàn)→包裝→成品對此成品進(jìn)行冷水、溫水、沸水溶解試驗(yàn),均取得滿意效果。
1.2.4板栗果醬工藝流程原料→清洗，去皮精選→預(yù)蒸軟化→磨漿→配料濃縮→裝罐密封→殺菌→成品操作要求①栗子原料的清洗、去皮精選均同栗子全粉的操作。②精選后的栗果仁放入籠屜內(nèi)用蒸汽加熱5分鐘左右，使其達(dá)到軟化且果心呈粉質(zhì)狀為準(zhǔn)。③軟化后的栗仁轉(zhuǎn)入不銹鋼磨或石磨內(nèi)，加約2倍的水進(jìn)行磨漿。④漿體轉(zhuǎn)入夾層鍋內(nèi)熬煮，不時(shí)加以攪拌，以確保受熱均勻，濃縮接近折光計(jì)66%時(shí)，加入0.2%-0.3%的羧甲基纖維素鈉、0.03環(huán)的山梨酸等充分?jǐn)噭?。⑤醬體轉(zhuǎn)入裝填機(jī)內(nèi)趁熱裝罐(80℃以上)，并立即密封。⑥采用常壓滅菌對密封后的栗果醬進(jìn)行滅菌，條件為100℃下30分鐘，涼至38℃保溫檢驗(yàn)，無敗壞變質(zhì)者即可裝箱入庫。
1.2.5糖水板栗罐頭工藝流程原料挑選→剝殼除內(nèi)衣→護(hù)色修整→真空預(yù)煮→裝罐→密封→殺菌→成品操作要求①選用新鮮良好，無病蟲害、干枯、霉?fàn)€及風(fēng)味異常的栗果。②裝罐用的栗果，最好采用手工去皮，以避免機(jī)械去皮造成對栗果仁的損傷。剝殼的方法，一是爆裂法，將原料送入溫度為150℃的鏈條式烘箱內(nèi)，栗果因受熱，皮殼自行爆裂;二是漂燙法，將原料在沸水中燙3分鐘，趁熱剝皮;三是手工生剝法，用不銹鋼小刀細(xì)心將栗殼削除，避免傷及栗內(nèi)。脫去外殼的栗果采用化學(xué)去內(nèi)衣法，即將500~1000氫氧化鈉溶液加熱到近沸，倒入栗果，略做攪拌，幾分鐘后試劑腐蝕內(nèi)衣，內(nèi)衣與栗仁分離。③除凈內(nèi)衣的栗仁要立即轉(zhuǎn)入一定濃度的酸溶液中，避免栗肉與空氣接觸發(fā)生氧化而變色，隨即人工用不銹鋼刀對殘皮、栗肉斑點(diǎn)等進(jìn)行修整，然后倒入流水中沖洗徹底。④漂洗干凈的栗仁于680-720mmHg柱下預(yù)煮30-40分鐘，以煮熟為宜，其目的在于保證顏色和栗仁完整不破碎。⑤預(yù)煮后的栗仁按顆粒大小均勻、色澤較一致的進(jìn)行裝罐，裝量應(yīng)為內(nèi)容物的55%，注入事先配制好的含有檸檬酸和護(hù)色劑的糖液。⑥采用真空封
口或排氣封口，前者是將真空封罐機(jī)抽到350-500mm汞柱時(shí)封口，后者則是加熱排氣，待罐中心溫度達(dá)90℃時(shí)封口。⑦密封合格后立即殺菌，分段冷卻后即得成品。
1.3傳統(tǒng)板栗脫殼去衣技術(shù)
板栗外有堅(jiān)硬致密的果殼,內(nèi)有薄薄的紅衣緊貼果肉,因此,剝殼去衣就成了板栗加工的首道工序。目前還沒有成熟的板栗專用的剝殼機(jī)或去衣機(jī)。傳統(tǒng)剝殼方式較多，在此介紹手工法、火燒法以及生剝和熱剝。手工法是最早被使用的板栗脫殼方法，它借助于雙手將堅(jiān)硬的外殼剝離，再經(jīng)過燙煮和手工搓揉將其內(nèi)皮去掉。作為對手工法的改進(jìn)，也有人先將板栗蒸煮、鍋炒或烘烤，再手工脫殼，此法可稱為熱力手工法。這兩種方法不但工序復(fù)雜，生產(chǎn)效率非常低，不衛(wèi)生，無法進(jìn)行規(guī)?；墓I(yè)生產(chǎn)，而且在燙、蒸煮過程中將造成栗仁營養(yǎng)成分損失，易氧化褐變，產(chǎn)品質(zhì)最低劣。另外，手工脫殼成本較高，一個(gè)人l天最多只能處理10kg板栗。火燒法是先用液化氣火焰在高溫下將板栗外殼燒掉，然后對未燒盡的板栗進(jìn)行擠壓刮皮，使板栗的仁、衣分開，再將擠壓刮皮后的殼、衣、仁混合物一起通過分離器，把栗仁分離出來；最后，將分離出的栗仁進(jìn)行碾磨、清洗，得到清潔的栗仁。這種方法脫殼率很高，仇燃燒溫度難以控制，很容易使板栗熟化，甚至焦化，故必須將處理后的栗仁的表面磨去，以獲得干凈整沽的外表，因此有一定程度的栗仁損耗。生剝法是在栗子的端部用特制的鋼刀切除一小塊果殼,切口不傷及果肉,然后用鋼鉗將其余的果殼剝除。熱剝法是當(dāng)板栗果殼在高溫下自然開裂后,
借助于鋼鉗進(jìn)行人工去殼。熱剝法的具體方法有：①太陽下暴曬6-10h；②60-70℃下烘烤1-2h；③70-90℃下烘烤1-2h；④沸水（100℃）熱燙3-5h；⑤60℃溫水下料,在4-5h內(nèi)升溫至90℃；⑥150-180℃下烘烤20-25s。熱處理的具體時(shí)間以果殼開裂為準(zhǔn)。試驗(yàn)表明,用上述第三種方法剝殼的板栗果肉色澤好,生產(chǎn)效率高。第四種剝殼方法可降低果肉的破碎率,剝殼、去衣一次完成,效果較好。傳統(tǒng)的去衣方法是用熱堿法,先將去殼的板栗投入濃度6%-10%、溫度90-95℃的燒堿溶液中（栗果與堿液比為1∶2）,浸泡2-3min后撈出,用清水沖洗后轉(zhuǎn)入旋轉(zhuǎn)式磨光機(jī)內(nèi)磨去內(nèi)衣,之后再用自來水充分沖洗后,再用2%-4%鹽酸中和4-6min。這種方法的明顯弊端是果肉明顯褐變,也污染環(huán)境,所以目前已很少使用。將已去殼的栗果在95-100℃熱水中燙漂數(shù)分鐘,撈出趁熱除衣是比較理想的去衣方法。燙漂液中可加人0.02%EDTA（乙二胺四乙酸二鈉）、0.01%異抗壞血酸鈉、1%食鹽和0.1%檸檬酸,以達(dá)到護(hù)色的效果。
1.4板栗的加工現(xiàn)狀
世界板栗加工歷史悠久，其加工業(yè)尤以歐洲最為發(fā)達(dá)。意大利、法國、西班牙等國
每年生產(chǎn)大量品種繁多的栗加工品，供應(yīng)國內(nèi)外市場。在國外，板栗的消費(fèi)方式呈多樣化，如歐洲的栗子多加工成栗泥、栗乳、罐頭、蜜餞、果汁等，亞洲許多國家也多將其加工成栗汁、栗粉、栗冰淇淋、鹽水栗肉等。我國板栗利用的歷史十分悠久。早在6000年前，我們的祖先就以采集野生板栗作為食物的補(bǔ)給。約2300年前，板栗已被列為名果。但是，我國板栗的加工業(yè)如今尚屬起步階段，加工品種少，產(chǎn)品質(zhì)量不高，不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的消費(fèi)需求。我國市場出售的板栗主要是以鮮食為主。最常見的消費(fèi)方式是糖炒板栗、肉燒板栗，傳統(tǒng)名菜為子雞燒板栗。我國消費(fèi)方式與板栗加工同世界發(fā)達(dá)國家相比尚有一定的差距。板栗在開花結(jié)果和采收去苞過程中，不可避免的會(huì)感染微生物，從而導(dǎo)致板栗極易腐爛變質(zhì)，不耐貯藏。我國板栗每年因霉?fàn)€、蟲害、失水和發(fā)芽而造成的損失達(dá)總產(chǎn)量的20%-30%，原料資源浪費(fèi)極大。另外，我國每年板栗加工制品還不到總產(chǎn)量的30%，加工方式單一，并且有些加工產(chǎn)品多是低水平的重復(fù)，不能適應(yīng)現(xiàn)代市場的需要，因此影響了板栗市場的發(fā)展，進(jìn)而影響了板栗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所以，板栗行業(yè)急需進(jìn)一步研究開發(fā)新產(chǎn)品，向著多樣化、方便快捷、美味優(yōu)質(zhì)方向發(fā)展，并努力開拓國內(nèi)、國際市場，以謀求規(guī)?；l(fā)展。在板栗加工行業(yè)中，深加工產(chǎn)品均要對板栗進(jìn)行脫殼去衣。板栗的脫殼去衣是其加工過程中的技術(shù)瓶頸，已成為發(fā)展板栗深加工的制約因素。因此，研究與發(fā)展板栗脫殼去衣方法，對提高板栗加工的生產(chǎn)效率，
推動(dòng)板栗加工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步具有重要意義。
2機(jī)械式脫殼去衣法
2.1歐洲技術(shù)歐洲板栗脫殼去衣技術(shù)
主要以法國為代表，圖2.1所示是法國具有代表性的機(jī)械式板栗脫殼去衣技術(shù)的工藝流程圖，其采用的是先火燒后機(jī)械擠壓脫去板栗外殼和紅衣的方法，板栗由提升機(jī)9加入特制燃燒室8，在其中高溫液化氣火焰對板栗外殼進(jìn)行短時(shí)間燒灼，然后板栗進(jìn)入板栗擠壓機(jī)對未燒盡外殼的板栗進(jìn)行擠壓刮殼，使板栗的仁、衣分開，接著板栗殼、仁、衣的混合物一起進(jìn)入到分離器2，栗仁在此被分離出，最后分離出的栗仁由栗仁研磨機(jī)4進(jìn)行碾磨、清洗，從而得到光潔的栗仁。這種板栗脫殼技術(shù)是機(jī)械式脫殼去衣技術(shù)中比較獨(dú)特的技術(shù)，具有脫殼效率高，自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)。但是，整套設(shè)備的板栗損耗率較高，而且由于采用高溫燃燒將板栗外殼、紅衣先行去除的預(yù)加工法，而燃燒的溫度較難控制，栗仁很容易熟化，甚至焦化，因此整套設(shè)備配備了栗仁研磨機(jī)4，將栗仁表面磨去以獲得干凈整潔的外表，有一定損耗。另外，擠壓機(jī)在去除殘余殼、衣時(shí)也很容易將部分熟化的栗仁擠碎，造成很大損耗。由于這套設(shè)備的技術(shù)相當(dāng)復(fù)雜，價(jià)格十分昂貴，只適合大型的板栗精加工廠使用，因此不是機(jī)械式板栗脫殼去衣技術(shù)的發(fā)展方向。
2.2日本技術(shù)
日本技術(shù)主要是JP59-156275公開的技術(shù)，采用不加熱干燥的常溫機(jī)械剝殼原理，其結(jié)構(gòu)如圖2.2所示，先將鮮板栗用提升機(jī)7輸送到脫殼機(jī)上方進(jìn)入刮料機(jī)9，板栗在刮料機(jī)中被從一端推到另一端，這樣在其下方的脫殼機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)輥刀6把板栗外殼切破，而高速擊打鋼片8則高速擊打己被切破外殼的板栗，將板栗外殼打掉或打松。然后板栗進(jìn)入旋轉(zhuǎn)殼仁分離機(jī)10(結(jié)構(gòu)見圖2.3，在這里板栗被分配到一定大小的許多管子1內(nèi)，壓縮空氣氣流由管底高速?zèng)_入，讓板栗在管子內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)，殼隨氣流從管子的上端流出，進(jìn)入垃圾回收器，板栗則在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的推動(dòng)下進(jìn)入下部的板栗收集裝置3，此時(shí)板栗只剩下紅衣未脫去。最后帶有紅衣的板栗將進(jìn)入到專門的板栗紅衣脫皮裝置(見圖2.4)，這是一種采用高壓蒸汽快速旋轉(zhuǎn)脫去板栗紅衣的旋轉(zhuǎn)脫皮機(jī)，其工藝流程是板栗進(jìn)入專門的種衣脫皮筒3，脫皮筒的內(nèi)襯塑制層(上有脫皮用小突起)在高溫高壓蒸汽的推動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，將板栗表面的紅衣磨去。此裝置為非連續(xù)工作機(jī)構(gòu)，每批板栗在脫皮筒中停留60-90s，筒上蓋和下蓋在2的作用下打開，壓縮空氣沖入，脫去紅衣的板栗靠自重落到傳送帶1上，而紅衣則被壓縮空氣吹走。這套日本脫殼設(shè)備的設(shè)計(jì)將脫板栗的外殼與去紅衣分開，由兩組設(shè)備組成聯(lián)合作業(yè)機(jī)組，提高了板栗的剝殼率，其栗仁破碎率較低。但是，此設(shè)備的板栗紅衣去凈率仍較低，一般需要增設(shè)專門的紅衣二次去除設(shè)備。另外，這種機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對部件的制造精度要求高。因此，整套設(shè)備的價(jià)格昂貴，其出口型價(jià)格高達(dá)十幾萬美元，不適合在我國推廣使用。
2.3國內(nèi)技術(shù)
我國板栗機(jī)械式脫殼去衣技術(shù)研究起步較晚，但發(fā)展較快，而且吸收了歐洲日本先進(jìn)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展出了適合我國國情的脫殼機(jī)，其中已獲得發(fā)明專利就有十幾項(xiàng)，以下舉出幾種最有代表性的機(jī)械。
2.3.1廣東板栗剝殼設(shè)備
廣東省農(nóng)機(jī)研究所研制開發(fā)的這種設(shè)備主要面向栗子粉、栗子醬和栗子露等對栗仁完整性要求較低，而且不需要將板栗紅衣完全脫掉的加工場合。其結(jié)構(gòu)原理(見圖2.5)是采用直接機(jī)械鉤削(切削)撕脫板栗外殼的剝殼原理，將帶齒鉤的組合刀具4鑲?cè)雱儦さ侗P6中，工作時(shí)通過剝殼刀盤的高速轉(zhuǎn)動(dòng)，使板栗在剝殼刀盤內(nèi)自由翻滾鉤削撕扯，將板栗殼鉤碎撕脫達(dá)到剝殼的目的。撕脫式板栗剝殼機(jī)的工作部件是由剝殼刀盤6和組合刀具4組成的，并且采用雙刀盤、雙工位剝殼形式，剝殼刀盤用鑄鋁合金材料制成，其上均布8組組合刀具和2塊拋料板。拋料板是為使盤內(nèi)的板栗剝殼均勻而設(shè)置的，為使不同品種、大小的板栗均能剝殼，并降低破碎率，還可通過調(diào)整刀具到盤面的高度、剝殼刀盤的轉(zhuǎn)速(變頻調(diào)速)及剝殼時(shí)間來實(shí)現(xiàn)。這種設(shè)備的缺點(diǎn)是適用范圍窄，加工能力低，因此僅僅應(yīng)用于小工廠的板栗加工生產(chǎn)上，沒有廣泛推廣價(jià)值。
2.3.2云南林業(yè)科學(xué)院新型板栗脫皮機(jī)
這是云南省林業(yè)科學(xué)院開發(fā)的一種獨(dú)具一格的新型板栗脫皮機(jī)(見圖2.6)該機(jī)有一可轉(zhuǎn)動(dòng)的水平刀盤11，其上是一帶有螺旋導(dǎo)向槽19的導(dǎo)向盤7和進(jìn)料斗8，刀盤上有放射布置的刀片10和排渣槽，其外緣還設(shè)有帶柔性摩擦物的內(nèi)、外摩擦筒。該機(jī)的工作原理十分簡單，與工業(yè)用刨床的原理基本相同，工作時(shí)由電機(jī)巧帶動(dòng)刀盤11高速旋轉(zhuǎn)，同時(shí)板栗自進(jìn)料斗8落到刀盤中部，因離心力的作用，板栗在水平導(dǎo)向盤7上螺旋導(dǎo)向槽的引導(dǎo)下由刀盤中部向外緣滾動(dòng)推進(jìn)，板栗在不斷滾動(dòng)向前的過程中，高速旋轉(zhuǎn)的刀片10與滾動(dòng)的板栗存在同向速度差，從刀片刨削板栗(刨削量在0.2-O.Smm之間)，因板栗沿螺旋導(dǎo)向槽19不斷翻滾滾動(dòng)，板栗周身都受到刨削，經(jīng)刨削后的板栗自刀盤邊緣拋出后落入內(nèi)摩擦筒5和外摩擦筒之間，在重力和高速轉(zhuǎn)動(dòng)的柔性摩擦物4的作用下，自上而下作螺旋運(yùn)動(dòng)，摩擦物將栗仁上的殘余紅衣進(jìn)一步清除。此脫殼機(jī)與傳統(tǒng)的脫殼機(jī)原理有所不同，采用刨切原理，使得加工效率提高，可連續(xù)作業(yè)，板栗外殼紅衣脫盡率)80，栗仁破損率<20。但是，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)決定該機(jī)不能大型化，而且加工后的碎屑不易排出，影響加工能力。因此，仍存在加工能力差，僅適用于中小板栗加工企業(yè)使用的缺點(diǎn)。
2.3.3遼寧板栗脫皮機(jī)
如圖2.7所示，這是一種比較有特點(diǎn)的脫除板栗外殼及紅衣的脫皮裝置，其結(jié)構(gòu)組成包括進(jìn)料斗1、滾筒機(jī)構(gòu)2、出料流道3、殼仁分離機(jī)構(gòu)4、支撐架體5、滾筒6和風(fēng)機(jī)7,其中脫皮工作部分為表面制有統(tǒng)一引向出料流道的斜向滾牙的滾筒(結(jié)構(gòu)見圖2.7)。由于采用滾動(dòng)擠壓原理進(jìn)行脫殼去種衣，因此板栗須先進(jìn)行干燥處理，使板栗的含水量降到5%-10%，然后再進(jìn)入脫殼機(jī)進(jìn)行處理，這樣處理的原因是板栗干燥后，外皮脆硬，栗仁縮水變堅(jiān)硬與紅衣相脫離，為脫皮機(jī)進(jìn)行脫皮處理創(chuàng)造了條件。脫皮時(shí)滾筒上的滾牙，對脫水干燥后的板栗進(jìn)行滾動(dòng)擠壓，使其外殼和紅衣破碎，然后在風(fēng)機(jī)的吹動(dòng)下將殼仁分離開來。該機(jī)的特點(diǎn)是脫皮效率高，而且可一次性脫除板栗外殼和紅衣，但是由于脫殼采用滾動(dòng)擠壓式，且工作空間較小，很容易引起阻塞，影響機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不適合連續(xù)加工。
3.優(yōu)化設(shè)計(jì)
脫殼去衣機(jī)是板栗脫殼設(shè)備的核心部分，在機(jī)械式板栗脫殼設(shè)備中，有些采用的是同時(shí)脫去板栗外殼與紅衣的技術(shù)，如歐洲的擠壓刮殼去衣技術(shù)以及中國農(nóng)機(jī)院的板栗加工成套設(shè)備中的剝殼去衣技術(shù);有些則是將脫外殼與去紅衣分開進(jìn)行，如日本的技術(shù)中由高速輥刀和高速擊打鋼片脫去板栗外殼，而由專門的紅衣脫皮裝置脫去紅衣;還有一些只是將板栗外殼脫去，并沒有脫去栗仁上的紅衣，如廣東的板栗剝殼設(shè)備。無論是從設(shè)備的實(shí)用性，還是從設(shè)備的成本考慮，采用同時(shí)脫殼去衣技術(shù)的設(shè)備都優(yōu)于另外兩種技術(shù)形式，因?yàn)槠渚哂锌梢詥螜C(jī)操作，無須其他中間環(huán)節(jié)，一次性脫去板栗外殼與紅衣的優(yōu)點(diǎn)。因此，在考慮板栗脫殼去衣設(shè)備的技術(shù)時(shí)首選這種加工形式。
3.1機(jī)械形式的優(yōu)化設(shè)計(jì)
機(jī)械式板栗脫殼去衣設(shè)備的機(jī)械形式可分為三種形式，第一種就是采用刀具將板栗外殼、紅衣切掉，也是目前國內(nèi)外普遍采用的技術(shù)形式。比較有代表性的是日本設(shè)備采用了高速輥刀和擊打鋼片，國內(nèi)的如廣東和云南的設(shè)備則是采用了旋轉(zhuǎn)刀盤，以及福建設(shè)備采用的是縱向切刀。這種形式的主要特點(diǎn)是技術(shù)要求較低，脫殼去衣率高，但缺點(diǎn)是栗仁上容易產(chǎn)生刀傷，影響栗仁成品品質(zhì)。第二種機(jī)械形式是采用板栗的高速滾擦碰撞將板栗外殼、紅衣去除，主要以國內(nèi)北京林業(yè)大學(xué)研制的設(shè)備為代表。由于這種形式技術(shù)要求較高，脫殼去衣率較低，因此國內(nèi)外較少采用。另外一種形式是采用揉搓或擠壓將板栗外殼、紅衣去掉，法國設(shè)備采用的就是擠壓刮殼的形式，而國內(nèi)具有代表性的中國農(nóng)機(jī)院研制的設(shè)備也是采用揉搓形式。但是相對前兩種形式，這種脫殼去衣形式的栗仁破碎率、損耗率較高，脫殼去衣率也較低，只是其完整脫出的栗仁損傷較少，外觀較好。從以上三種脫殼去衣形式的比較可以看出，第一種由于實(shí)用性好，較為適合我國國情，只要采用相應(yīng)措施減少栗仁上的刀傷，其應(yīng)用前景較為廣闊。因此，本次脫殼去衣機(jī)的脫殼去衣機(jī)械形式選用刀具切削、機(jī)械滾打形式。具體結(jié)構(gòu)形式參考日本技術(shù)的結(jié)構(gòu)形式，工作部分采用下位式高速旋轉(zhuǎn)切削刀輥以及高速旋轉(zhuǎn)滾打器，板栗的推料裝置則采用的是螺旋推料裝置，其結(jié)構(gòu)示意見圖3.1。
3.2工作部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
機(jī)械式板栗脫殼去衣機(jī)的工作部分，即下位式高速旋轉(zhuǎn)切削刀輥、高速旋轉(zhuǎn)滾打器的結(jié)構(gòu)形式以及與螺旋推料器的配合形式的設(shè)計(jì)將直接影響板栗的脫殼去衣效果。因此，工作部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)開發(fā)中就十分重要。方案Ⅰ:參考日本板栗脫殼技術(shù)以及中國農(nóng)機(jī)院板栗劃口機(jī)的結(jié)構(gòu)形式，采用刮料輸送器配合單軸下位式高速旋轉(zhuǎn)切削刀輥、高速旋轉(zhuǎn)滾打器的結(jié)構(gòu)形式，具體結(jié)構(gòu)見圖3.2。方案分析:方案Ⅰ的刮料輸送器結(jié)構(gòu)笨重，能耗較大，而且其矩形刮板結(jié)構(gòu)直接導(dǎo)致了與單軸下位式高速旋轉(zhuǎn)切削刀輥和高速旋轉(zhuǎn)滾打器的配合不合理，使刀輥和滾打器得不到充分的利用(圖3.2所示)，因此生產(chǎn)效率較低。方案Ⅱ:將方案Ⅰ中的刮料器換為螺旋推料器，而刀輥與滾打器采用雙平行反向旋轉(zhuǎn)長軸結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式如圖3.3所示。方案分析:方案Ⅱ是方案工的改進(jìn)形式，使其結(jié)構(gòu)上更合理，效率更高。首先，將方案工中的刮料輸送器改為螺旋推料器，后者的結(jié)構(gòu)簡單合理，能耗較少;其次，原來的單軸下位式高速旋轉(zhuǎn)切削刀輥、高速旋轉(zhuǎn)滾打器結(jié)構(gòu)改為雙平行長軸式結(jié)構(gòu)，此雙軸結(jié)構(gòu)更好的與螺旋推料器的螺旋頁的圓形外輪廓配合(圖3.3所示)，充分利用推料器內(nèi)的空間，提高生產(chǎn)效率;另外，雙平行軸反向旋轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)也解決了方案工中的板栗切削不均勻，破殼不完全的缺點(diǎn)。從方案Ⅰ與方案Ⅱ的分析對比中可以看出，方案Ⅱ的結(jié)構(gòu)合理，空間及能源利用率高，板栗脫殼去衣的效果也較方案Ⅰ好，因此本設(shè)計(jì)的機(jī)械式板栗脫殼去衣機(jī)的工作部分采用方案Ⅱ。本文是以新型板栗脫殼技術(shù)與機(jī)械為研究對象，就現(xiàn)有的板栗脫殼去衣技術(shù)設(shè)備進(jìn)行了較為全面的調(diào)查研究，對各種板栗脫殼去衣術(shù)工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析比較，并以此為基礎(chǔ)提出了一些新型板栗脫殼去衣工藝流程和設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在板栗脫殼去衣設(shè)備方面，本文完成了新型板栗脫殼去衣機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，其中主要是對核心工作部分的結(jié)構(gòu)以及刀具、滾打器的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為進(jìn)一步完成新的脫殼機(jī)械設(shè)備提供了基礎(chǔ)。
1.2研究內(nèi)容
（1）板栗去皮機(jī)的需求分析。
（2）板栗去皮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。
（3）確定板栗去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計(jì)主要零部件并進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。
（4）繪制主要零件圖和裝配圖。
（5）整理并組織相關(guān)材料，完成設(shè)計(jì)圖及設(shè)計(jì)說明書的撰寫。
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第2章 板栗去皮機(jī)總體參數(shù)的設(shè)計(jì)
2.1 板栗去皮機(jī)的工作原理
螺旋輸送機(jī)利用帶有螺旋葉片的螺旋軸的旋轉(zhuǎn)，使物料產(chǎn)生沿螺旋面的相對運(yùn)動(dòng)，物料受到料槽或輸送管壁的摩擦力作用不與螺旋一起旋轉(zhuǎn)，從而將物料軸向推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)物料的輸送。在水平螺旋輸送機(jī)中，料槽的摩擦力是由物料自身重力引起的；而在垂直螺旋輸送機(jī)中，輸送管壁的摩擦力主要是由物料旋轉(zhuǎn)離心力所引起的。本次脫殼去衣機(jī)的脫殼去衣機(jī)械形式選用刀具切削、機(jī)械滾打形式。具體結(jié)構(gòu)形式參考日本技術(shù)的結(jié)構(gòu)形式，工作部分采用下位式高速旋轉(zhuǎn)切削刀輥以及高速旋轉(zhuǎn)滾打器，板栗的推料裝置則采用的是螺旋推料裝置，工作部分結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)機(jī)械式板栗脫殼去衣機(jī)的工作部分，即下位式高速旋轉(zhuǎn)切削刀輥、高速旋轉(zhuǎn)滾打器的結(jié)構(gòu)形式以及與螺旋推料器的配合形式的設(shè)計(jì)將直接影響板栗的脫殼去衣效果。因此，工作部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在整個(gè)設(shè)計(jì)開發(fā)中就十分重要。
2.2 螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
1. 螺旋輸送機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)的確定
Ⅰ原始資料
輸送物料板栗，粉狀磨琢性較大，其生產(chǎn)量為Q=15t/h。物料松散密度為=0.85t/m
表3—1 螺旋輸送機(jī)內(nèi)物料
物料名稱
粉煤
松散密度
0.6
填充系數(shù)
0.4
物料阻力系數(shù)
12
Ⅱ螺旋葉片直徑
螺旋直徑可初步按下式計(jì)算： 〔3-1〕
式中 ——輸送能力，t/h；
——物料特性系數(shù)，
——填充系數(shù)，
——傾斜系數(shù)，
查表得 K=0.0415 =0.35 =1.0。將以上數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算得
=0.2m。 〔3-2〕
螺旋直徑應(yīng)圓整到標(biāo)準(zhǔn)系列，標(biāo)準(zhǔn)系列為：0.100，0.125，0.160，0.200，0.250，0.315，0.400，0.500，0.630，0.800，1.00，1.25 。
Ⅲ 螺旋軸螺距
螺距不僅決定著螺旋的升角，還決定著在一定填充系數(shù)下物料運(yùn)行的滑移面，所以螺距的大小直接影響著物料輸送過程。
要考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量間的適當(dāng)分布關(guān)系兩個(gè)條件，來確定最合理的螺距尺寸。
通?？砂聪率接?jì)算螺距: 〔3-3〕
對于標(biāo)準(zhǔn)的螺旋輸送機(jī)，k值一般取為0.8～1。當(dāng)傾斜布置或輸送物料流動(dòng)性較差時(shí)，:當(dāng)水平布置，可取k值等于0.8～1.
故取 k=0.8 那么螺距為s=0.160。
Ⅳ 螺旋軸直徑
螺旋軸徑的大小與螺距有關(guān)，因?yàn)閮烧吖餐瑳Q定了螺旋葉片的升角，也就決定了物料的滑移方向及速度分布，所以應(yīng)從考慮螺旋面與物料的摩擦關(guān)系以及速度各分量的適當(dāng)分布來確定最合理的軸徑與螺距之間的關(guān)系。 經(jīng)綜合分析可得螺旋軸直徑d=200mm。
Ⅴ 螺旋軸轉(zhuǎn)速
由于螺旋輸送機(jī)屬于小型的連續(xù)輸送設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單。在輸送物料的時(shí)候，對于螺旋軸徑所占據(jù)的截面，對輸送能力有一定的影響。所以在輸送能力計(jì)算時(shí)不能忽略軸徑所占的截面:
轉(zhuǎn)/分 〔3-4〕
式中，D一螺旋直徑(m)，A-物料綜合特性系數(shù)。
計(jì)算可得：極限轉(zhuǎn)速=170（）。圓整為下列轉(zhuǎn)速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190。
校核填充系數(shù)
〔3-5〕
由于校核得到的值低于推薦數(shù)值0.35~0.45，所以螺旋軸轉(zhuǎn)數(shù)可降低一級以提高其使用壽命，n=150轉(zhuǎn)/分，所以
此值正好在推薦的范圍之內(nèi)，所以計(jì)算結(jié)果取D=200mm，n=150轉(zhuǎn)/分
Ⅵ 傳動(dòng)功率
螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率，是用于克服在物料輸送過程中的各種阻力所消耗的能量，主要包括以下幾個(gè)部分：
①使被運(yùn)物料提升高度H(水平或傾斜)所需的能量:
②被運(yùn)物料對料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗;
③物料內(nèi)部顆粒間的相互摩擦引起的能量消耗;
④物料沿料槽運(yùn)動(dòng)造成在止推軸承處的摩擦引起的能量消耗;
⑤中間軸承和末端軸承處的摩擦引起的能量消耗。
從另外的角度，可以這樣分:物料與料槽間摩擦消耗的功率;物料與螺旋葉片間摩擦消耗的功率;軸承處摩擦消耗的功率;提升物料及物料顆粒間相互運(yùn)動(dòng)消耗的功率。
這樣 ，螺旋輸送機(jī)的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)功率，就由機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中所產(chǎn)生的阻力來決定的。阻力主要由以下幾個(gè)部分組成：
(1) 物料與料槽之間的磨擦力阻力:
(2) 物料對螺旋的摩擦阻力;
(3) 物料傾斜向上輸送時(shí)的阻力;
(4 )物料懸掛軸承下的堆積阻力;
(5) 物料被攪拌所產(chǎn)生的阻力;
(6) 軸承的摩擦阻力;
在計(jì)算功率的時(shí)候，為簡便起見，可以總結(jié)螺旋輸送機(jī)功率為：總的軸功率應(yīng)包括物料運(yùn)行需要功率 ，空載運(yùn)轉(zhuǎn)所需功率 ，以及由于傾斜引起的附加功率 ,三個(gè)部分，且：
； 〔3-6〕
〔3-7〕
〔3-8〕
式中 ， ——生產(chǎn)能力(t/h),
——輸送距離(m)，
——傾斜高度(m)，
——螺旋外徑(m)，
——物料運(yùn)行阻力系數(shù)。
已知：=15t/h =12m =0m =0.20 =1.2，將數(shù)據(jù)帶入公式計(jì)算得：=0.5886；=0.120；=0。
所以，P0=P1+P2+P3=0.7086KW
電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率按下式計(jì)算：
= 〔3-9〕
式中：——功率備用系數(shù)，根據(jù)滿足起動(dòng)的要求及電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)能力值在1.2～1.4范圍內(nèi)選取。 ——驅(qū)動(dòng)裝置總傳動(dòng)效率，對于圓柱齒輪減速器可取0.85～0.9。取=1.2，=0.85，帶入公式計(jì)算得：=1.00。
由于采用浮動(dòng)聯(lián)軸器將驅(qū)動(dòng)裝置與螺旋軸直接相連，在其軸上下部存在有懸臂負(fù)荷，故只需校驗(yàn)千瓦轉(zhuǎn)速比。
〔3-10〕
查得螺旋軸直徑為200的千瓦轉(zhuǎn)速比為0.30，上式得出的值遠(yuǎn)小于0.30，故是安全的。
Ⅶ 實(shí)體式螺旋葉片的展開尺寸
將一個(gè)螺距的標(biāo)準(zhǔn)型實(shí)體式螺旋面展開，其下料尺寸為：
〔3-11〕
〔3-12〕
〔3-13〕
式中：——螺旋軸直徑，；
——螺旋面展開圖圓環(huán)內(nèi)徑，；
——螺旋面展開圖圓環(huán)外徑，；
——展開圓環(huán)切除部分的周心角，。
圖3—1 實(shí)體式螺旋葉片的展開圖
螺旋葉片的厚度可根據(jù)物料性質(zhì)和螺旋直徑按下表選取：
表3-2 螺旋葉片厚度
輸送 物料
mm
粉煤
D=200-300mm
4-5
故取螺旋葉片厚度=4.5mm。
Ⅷ 螺旋軸的連接
螺旋軸一般由2m～4m的各個(gè)節(jié)段連接而成，以利于制造與裝配。螺旋軸的連接要求要求結(jié)構(gòu)簡單緊湊，便于安裝和更換。圖示為管形螺旋軸常用的一種連接方式，各個(gè)節(jié)段利用內(nèi)襯套和圓軸節(jié)段通過穿透螺栓加以連接，其中圓軸節(jié)段剛好可以作為中間懸置軸承和端部軸承的軸頸。
圖3—2 管形螺旋軸各節(jié)段的連接
1——管形螺旋軸；2——螺旋葉片；3——螺栓；4——內(nèi)襯套；5——圓軸節(jié)段
2.3 螺旋輸送機(jī)外形及尺寸
LS型螺旋輸送機(jī)外形尺寸如下表：
表3-3 螺旋葉片厚度
規(guī)格型號
F
E
W
G
Q
Y
N
K
LS200
2500
2500
2500
2480
2500
2640
2000
2000
225
180
112
180
R
S
Z
O
H
V
J
e
P
T
d
h
225
180
60
320
160
200
14
280
60
212
40
82
12
經(jīng)過計(jì)算我們選擇LS200型螺旋輸送機(jī)，其外形尺寸：F=2500，E=2500，W=2500，=2480，l1=2500mm，l3=2640，，，Q=225mm，N=112mm，K=180mm，R=225mm，S=180mm，Z=60mm，O=320mm，H=160mm，V=200m，J=14mm，e=280mm，，T=212mm，d=40mm，，b=12mm。
2.4 螺旋輸送機(jī)外形長度組合及各節(jié)重量
ⅠLS200螺旋輸送機(jī)長度組合如下表：
表3-4 螺旋輸送機(jī)長度組合
螺旋輸送機(jī)長度（m）
頭節(jié)（m）
L=2.5m
中 間 節(jié)（m）
尾節(jié)（m）
L=2.5
L=2.5
L=2
L=1.5
12
1
2
1
0
1
Ⅱ LS200螺旋輸送機(jī)各節(jié)重量組合如下表：
表3-5 螺旋輸送機(jī)重量組合
螺旋直徑
螺旋節(jié)規(guī)格
重量（kg）
S制法
D制法
200
頭節(jié)
L=2500
L=2000
L=1500
142.7
122.9
103.2
142.1
131.8
102.6
中間節(jié)
L=2500
L=2000
L=1500
111.4
91.6
73.7
110.8
90.4
71.3
尾節(jié)
L=2500
L=2000
L=1500
140.9
120.1
100.4
139.8
110.6
100.4
2.5電動(dòng)機(jī)選型計(jì)算
由于帶在傳動(dòng)過程中，存在著功率的損失，查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》可得，
為V帶的效率,為第一、二對軸承的效率，為聯(lián)軸器的效率。
則電機(jī)所需功率為P=6.5160.876=7.436KW
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊》得：
選擇，其銘牌如下表2-1：
表2-1Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)型號
額定功率KW
滿載轉(zhuǎn)速r/min
堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
最大轉(zhuǎn)矩/額定轉(zhuǎn)矩
質(zhì)量Kg
Y132M-4
7.5
同步轉(zhuǎn)速1500r/min,4級
1440
2.2
2.2
81
（a）
（b）
圖2-14電動(dòng)機(jī)的安裝及外形尺寸示意圖
表2-2電動(dòng)機(jī)的安裝技術(shù)參數(shù)
中心高/mm
外型尺寸/mm
L×（AC/2+AD）×HD
底腳安裝
尺寸A×B
地腳螺栓孔直徑K
軸伸尺
寸D×E
裝鍵部位
尺寸F×GD
132
515×345×315
216×178
12
38×80
10×43
第3章 帶傳動(dòng)的計(jì)算
3.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)
輸出功率P=7.5kW,轉(zhuǎn)速n1=1440r/min,n2=500r/min
表3-1工作情況系數(shù)
工作機(jī)
原動(dòng)機(jī)
ⅰ類
ⅱ類
一天工作時(shí)間/h
10~16
10~16
載荷
平穩(wěn)
液體攪拌機(jī)；離心式水泵；通風(fēng)機(jī)和鼓風(fēng)機(jī)（）；離心式壓縮機(jī)；輕型運(yùn)輸機(jī)
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷
變動(dòng)小
帶式運(yùn)輸機(jī)（運(yùn)送砂石、谷物），通風(fēng)機(jī)（）；發(fā)電機(jī)；旋轉(zhuǎn)式水泵；金屬切削機(jī)床；剪床；壓力機(jī)；印刷機(jī)；振動(dòng)篩
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷
變動(dòng)較大
螺旋式運(yùn)輸機(jī)；斗式上料機(jī)；往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)；鍛錘；磨粉機(jī)；鋸木機(jī)和木工機(jī)械；紡織機(jī)械
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷
變動(dòng)很大
破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式、顎式等）；球磨機(jī)；棒磨機(jī)；起重機(jī)；挖掘機(jī)；橡膠輥壓機(jī)
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
根據(jù)V帶的載荷平穩(wěn)，兩班工作制（16小時(shí)），查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P296表4，
取KA＝1.1。即
3.2選擇帶型
普通V帶的帶型根據(jù)傳動(dòng)的設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按《機(jī)械設(shè)計(jì)》P297圖13－11選取。
圖3-1帶型圖
根據(jù)算出的Pd＝8.25kW及小帶輪轉(zhuǎn)速n1＝1440r/min，查圖得：dd=80～100可知應(yīng)選取A型V帶。
3.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)證帶速
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P298表13－7查得，小帶輪基準(zhǔn)直徑為80～100mm
則取dd1=90mm>ddmin.=75mm（dd1根據(jù)P295表13-4查得）
表3-2V帶帶輪最小基準(zhǔn)直徑
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
20
50
75
125
200
355
500
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P295表13-4查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得=250mm
① 誤差驗(yàn)算傳動(dòng)比：（為彈性滑動(dòng)率）
誤差符合要求
②帶速
滿足5m/s
300mm，所以宜選用E型輪輻式帶輪。
總之，小帶輪選H型孔板式結(jié)構(gòu)，大帶輪選擇E型輪輻式結(jié)構(gòu)。
帶輪的材料：選用灰鑄鐵，HT200。
3.7確定帶的張緊裝置
選用結(jié)構(gòu)簡單，調(diào)整方便的定期調(diào)整中心距的張緊裝置。
3.8計(jì)算壓軸力
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P303表13－12查得，A型帶的初拉力F0＝133.46N，上面已得到=153.36o，z=4，則
對帶輪的主要要求是質(zhì)量小且分布均勻、工藝性好、與帶接觸的工作表面加工精度要高，以減少帶的磨損。轉(zhuǎn)速高時(shí)要進(jìn)行動(dòng)平衡，對于鑄造和焊接帶輪的內(nèi)應(yīng)力要小,帶輪由輪緣、腹板（輪輻）和輪轂三部分組成。帶輪的外圈環(huán)形部分稱為輪緣，輪緣是帶輪的工作部分，用以安裝傳動(dòng)帶，制有梯形輪槽。由于普通V帶兩側(cè)面間的夾角是40°，為了適應(yīng)V帶在帶輪上彎曲時(shí)截面變形而使楔角減小，故規(guī)定普通V帶輪槽角為32°、34°、36°、38°（按帶的型號及帶輪直徑確定），輪槽尺寸見表7-3。裝在軸上的筒形部分稱為輪轂，是帶輪與軸的聯(lián)接部分。中間部分稱為輪幅（腹板），用來聯(lián)接輪緣與輪轂成一整體。
表3-5普通V帶輪的輪槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）
項(xiàng)目
符號
槽型
Y
Z
A
B
C
D
E
基準(zhǔn)寬度
bp
5.3
8.5
11.0
14.0
19.0
27.0
32.0
基準(zhǔn)線上槽深
hamin
1.6
2.0
2.75
3.5
4.8
8.1
9.6
基準(zhǔn)線下槽深
hfmin
4.7
7.0
8.7
10.8
14.3
19.9
23.4
槽間距
e
8±0.3
12±0.3
15±0.3
19±0.4
25.5±0.5
37±0.6
44.5±0.7
第一槽對稱面至端面的距離
fmin
6
7
9
11.5
16
23
28
最小輪緣厚
5
5.5
6
7.5
10
12
15
帶輪寬
B
B=(z-1)e+2fz—輪槽數(shù)
外徑
da
輪槽角
32°
對應(yīng)的基準(zhǔn)直徑dd
≤60
-
-
-
-
-
-
34°
-
≤80
≤118
≤190
≤315
-
-
36°
60
-
-
-
-
≤475
≤600
38°
-
＞80
＞118
＞190
＞315
＞475
＞600
極限偏差
±1
±0.5
V帶輪按腹板（輪輻）結(jié)構(gòu)的不同分為以下幾種型式：
（1）實(shí)心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時(shí))，如圖3-2a。
（2）腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤300mm時(shí))，如圖3-2b。
（3）孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞100mm時(shí))，如圖3-2c。
（4）橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞500mm時(shí))，如圖3-2d。
（a）（b）（c）（d）
圖3-2帶輪結(jié)構(gòu)類型
根據(jù)設(shè)計(jì)結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實(shí)心帶輪，如圖（a）,大帶輪選擇孔板帶輪如圖（c）
3.8主軸結(jié)構(gòu)圖
根據(jù)以上的分析計(jì)算，可初步得出主軸的結(jié)構(gòu)如圖4-7所示：
圖4-7主軸結(jié)構(gòu)圖
3.9主軸組件的驗(yàn)算
主軸在工作中的受力情況嚴(yán)重，而允許的變形則很微小，決定主軸尺寸的基本因素是所允許的變形的大小，因此主軸的計(jì)算主要是剛度的驗(yàn)算，與一般軸著重于強(qiáng)度的情況不一樣。通常能滿足剛度要求的主軸也能滿足強(qiáng)度的要求。
剛度乃是載荷與彈性變形的比值。當(dāng)載荷一定時(shí)，剛度與彈性變形成反比。因此，算出彈性變形量后，很容易得到靜剛度。主軸組件的彈性變形計(jì)算包括：主軸端部撓度和主軸傾角的計(jì)算。
3.9.1支承的簡化
對于兩支承主軸，若每個(gè)支承中僅有一個(gè)單列或雙列滾動(dòng)軸承，或者有兩個(gè)單列球軸承，則可將主軸組件簡化為簡支梁，如下圖2-8所示；若前支承有兩個(gè)以上滾動(dòng)軸承，可認(rèn)為主軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為固定端梁，如圖2-9所示：
圖4-8主軸組件簡化為簡支梁
圖4-9主軸組件簡化為固定端梁
此次設(shè)計(jì)的主軸，前支承選用了一個(gè)雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個(gè)推力球軸承作為支承，即可認(rèn)為主軸在前支承處無彎曲變形，可簡化為上圖2-9所示。
3.9.2主軸的撓度
查《材料力學(xué)I》第188頁的表6.1，對圖2-9作更進(jìn)一步的分析，如下圖2-10所示：
根據(jù)圖2-10，可得此時(shí)的最大撓度
=
其中，
F—主軸前端受力。此處，F(xiàn)=F=1213.1N
l—A、B之間的距離。此處，l=a=12cm
圖4-10固定端梁在載荷作用下的變形
E—主軸材料的彈性模量。45鋼的E=2.1×10N/cm
I—主軸截面的平均慣性矩。當(dāng)主軸平均直徑為D，內(nèi)孔直徑為d時(shí)，
I=。此處，D=35
故可計(jì)算出，主軸端部的最大撓度：
=-1.87×10mm
3.9.3主軸傾角
主軸上安裝主軸和安裝傳動(dòng)齒輪處的傾角，稱為主軸的傾角。此次設(shè)計(jì)的主軸主要考慮主軸前支承處的傾角。若安裝軸承處的傾角太大，會(huì)破壞軸承的正常工作，縮短軸承的使用壽命。
根據(jù)圖2-10，可得此時(shí)的最大傾角
=
其中，
F—主軸前端受力。此處，F(xiàn)=F·z=1213.1N
l—A、B之間的距離。此處，l=a=12cm
E—主軸材料的彈性模量。45鋼的E=2.1×10N/cm
I—主軸截面的平均慣性矩。當(dāng)主軸平均直徑為D，內(nèi)孔直徑為d時(shí)，
I=。此處，D==133
故可計(jì)算出，主軸傾角為：
=-2.3×10rad
查《特殊磨頭設(shè)計(jì)》第一冊中機(jī)械部分的第670頁，可知：
當(dāng)
x≤0.0002Lmm
≤0.001rad
時(shí)，剛性主軸的剛度滿足要求。
此處的x，即為最大撓度和最大傾角，L為主軸支承跨距。
將已知數(shù)據(jù)和代入，即可得：
初步設(shè)計(jì)的主軸滿足剛度要求。
1求作用在帶輪上的力
因已知低速級帶輪的直徑為
＝500
而F＝＝＝8926.93N
F＝F＝＝3356.64N
F＝Ftan＝4348.16×＝2315.31N
圓周力F，徑向力F及軸向力F的方向如圖5.1所示。
圖4-11軸的載荷分布圖
2初步確定軸的最小直徑
（1）先按課本式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)課本，取，于是得
＝112×＝60.36
（2） 軸上的零件的周向定位
帶輪、半聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵連接。按＝90mm由課本表6-1查得平鍵截面b×h＝25mm×14mm，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為70mm，同時(shí)為了保證帶輪與軸配合有良好的對中性，故選擇帶輪轂與軸的配合為；同樣，半聯(lián)軸器與軸的連接，選用平鍵為20mm×12mm×90mm，半聯(lián)軸器與軸的配合為。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
（3） 確定軸上圓周和倒角尺寸
參考課本表15-2，取軸左端倒角為2×，右端倒角為2.5×。各軸肩處的圓角半徑為:Ⅱ處為R2，其余為R2.5。
4求軸上的載荷
首先根據(jù)結(jié)構(gòu)圖(圖7.2）作出軸的計(jì)算簡圖（圖7.1）。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí),應(yīng)從手冊中查得a值。對于30217型圓錐滾子軸承，由手冊中查得a＝29.9mm。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距＝57.1+71.6＝128.7mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖7.1）。
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面Ｃ是軸的危險(xiǎn)截面。計(jì)算步驟如下：
＝57.1+71.6＝128.7mm
＝＝＝4966.34N
＝＝＝3960.59N
＝＝＝2676.96N
＝＝3356.64-2676.96＝679.68N
＝＝4966.34×57.1＝283578.014
＝＝2676.96×57.1＝152854.416
＝＝679.68×71.6＝48665.09
＝＝＝322150.53
＝＝＝287723.45
表4-2低速軸設(shè)計(jì)受力參數(shù)
載荷
水平面H
垂直面V
支反力
＝4966.34N，＝3960.59N
＝2676.96N，＝679.68N
彎矩M
＝283578.014
＝152854.416
＝48665.09
總彎矩
＝322150.53,＝287723.45
扭矩T
1410990
5按彎曲扭轉(zhuǎn)合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。根據(jù)課本式(15-5)及表7.2中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，?。?.6，軸的計(jì)算應(yīng)力
＝＝MPa＝12.4MPa
前已選軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查課本表15-1得[]＝6