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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
電動(dòng)菠蘿削皮機(jī)的設(shè)計(jì)
THE DESIGN OF ELECTRIC PINEAPPLE PARING MACHINE
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
年級(jí)專業(yè)及班級(jí)：
指導(dǎo)老師及職稱：
學(xué) 部： 理工學(xué)部
湖南·長(zhǎng)沙
提交日期：2012年06月
?
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院全日制普通本科生
畢業(yè)設(shè)計(jì)誠(chéng)信聲明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。同時(shí)，本論文的著作權(quán)由本人與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院、指導(dǎo)教師共同擁有。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要 1
關(guān)鍵詞 1
1 概述 1
1.1 菠蘿削皮機(jī)研究意義及應(yīng)用前景 1
1.2 現(xiàn)在菠蘿削皮方式及所用工具 2
1.2.1 手動(dòng)菠蘿削皮方式 2
1.2.2 機(jī)械菠蘿削皮方式 4
2 機(jī)械菠蘿削皮機(jī)的方案的設(shè)計(jì)與確定 5
2.1 機(jī)械菠蘿削皮機(jī)-方案一 5
2.1.1 工作原理 6
2.2 機(jī)械菠蘿削皮機(jī)-方案二 7
2.2.1基本結(jié)構(gòu)介紹 7
2.2.2 工作原理 10
2.3 機(jī)械菠蘿削皮機(jī)-方案三 10
2.3.1 主要結(jié)構(gòu)介紹 10
2.3.2 工作原理 10
2.4 方案的確定 11
3 菠蘿削皮機(jī)的總體及部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核 12
3.1 菠蘿削皮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.1.1 運(yùn)動(dòng)的合成 12
3.1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.2 執(zhí)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.2.1 刀具的選擇 13
3.2.2 刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
3.2.3 刀具大彈簧的設(shè)計(jì) 14
3.2.4 刀具小彈簧的選擇 16
3.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 17
3.3.1 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算 17
3.3.2 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 19
3.3.3 螺桿端軸承的選擇與校核 20
3.4 電機(jī)的選擇 21
4 菠蘿夾具的設(shè)計(jì) 22
4.1 夾具的設(shè)計(jì) 22
4.2 軸承選擇與校核計(jì)算 22
4.3 鏈條的設(shè)計(jì) 24
4.3.1 螺桿間的鏈傳動(dòng)計(jì)算 24
4.3.2 鍵的校核 26
5 菠蘿削皮機(jī)的電氣控制 26
5.1 電氣控制設(shè)計(jì) 26
5.2 電氣控制原理圖 26
6 總結(jié) 27
參考文獻(xiàn) 28
致謝 29
電動(dòng)菠蘿削皮機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要:菠蘿去皮是所有菠蘿制品加工工藝過(guò)程的重要環(huán)節(jié)，目前存在的各種去皮方法都各自有其一定的局限性。隨著菠蘿產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步，如何尋找一種優(yōu)質(zhì)、高效、節(jié)能幾環(huán)保的菠蘿剝皮方法己成為菠蘿加工工藝過(guò)程中迫切需要解決的問(wèn)題。本文主要介紹了以切削原理為基礎(chǔ)的、適合食品加工工廠等場(chǎng)所使用的大型菠蘿去皮機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)、工作原理和設(shè)備組成。
關(guān)鍵詞：去皮機(jī)；切削；設(shè)計(jì)；菠蘿
THE DESIGN OF ELECTRIC PINEAPPLE PARING MACHINE
Abstract : skinning pineapple is the most important link in the production chain of pineapple products processing, The existing various skinning methods have their respective limitations. With the development of pineapple industry and the progress of china’s social economy, how to search for a high quality, highly effective method of skinning pineapple which is energy-saving and enviromental has become the problem requires to be solved immdiately. This paper mainly introduces the design features, operating principles and equipments composition of large-scale pineapple paring machine which is appropriate for food processing factories and on the basis of cutting theory
Keywords：paring machine；cutting；design；pineapple
1 概述
1.1 菠蘿去皮機(jī)研究意義及應(yīng)用前景
菠蘿原名鳳梨，原產(chǎn)巴西, 16世紀(jì)時(shí)傳入中國(guó), 有70多個(gè)品種, 嶺南四大名果之一。菠蘿含用大量的果糖，葡萄糖，維生素A、B、C，磷，檸檬酸和蛋白酶等物[1]。味甘性溫，具有解暑止渴、消食止瀉之功，為夏令醫(yī)食兼優(yōu)的時(shí)令佳果。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織目前公布一份研究報(bào)告顯示，全世界銷售量的熱帶水果中菠蘿排名第二，銷售量為1500萬(wàn)噸（其中中國(guó)大陸為40萬(wàn)噸）[5]。菠蘿除了當(dāng)水果鮮食外，還可以作美味的菜肴。菠蘿外觀如下圖：
圖1 原材料-菠蘿
FiguFig.1Raw material-pineapple
菠蘿雖好吃，但皮難削，由于菠蘿的皮為花苞片狀的硬皮，并呈現(xiàn)螺旋狀的排列，而且每個(gè)花苞片上面都有一個(gè)較深的“果眼”或“黑芯”。通常，人們手工削菠蘿皮的做法：一種是用鋒利的水果刀先削去菠蘿上的全部花苞片硬皮，然后再逐個(gè)挖去菠蘿上殘留的全部“果眼”；另一種是利用特制的U型刀沿著菠蘿花苞片和“果眼”排列的螺旋方向挖出一條深“溝”，連皮帶“眼”一塊去掉，需逐條螺旋線方向挖“溝”才能完成。所以手工削皮不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不安全，不衛(wèi)生，而且對(duì)菠蘿果肉的浪費(fèi)也較大。而隨著人民生活水平的提高，使得菠蘿的的需求量越來(lái)越大，上述手工去皮的方式已經(jīng)不能滿足如工廠、大酒店、零售商人的大批量快速去菠蘿皮的需要，因此，如設(shè)計(jì)一種快速、安全、方便、衛(wèi)生的菠蘿去皮機(jī)，應(yīng)用前景十分廣闊。
1.2 現(xiàn)在菠蘿去皮方式及所用工具
1.2.1 手動(dòng)菠蘿去皮方式
手動(dòng)菠蘿去皮方式為目前比較常用的一種菠蘿去皮方式，也是傳統(tǒng)的菠蘿去皮方式，首先通過(guò)削刀或者刮刀去除外皮，然后再用深V字形刀去除釘扣。
常用的手動(dòng)去除菠蘿外皮的刀具如下：
圖2 菠蘿刀
Fig.2 Pineapple knife
刮除外皮以后，再用去釘?shù)栋压蹆?nèi)清除干凈，就是我們常吃的菠蘿啦。
圖3 菠蘿去釘?shù)?
Fig.3 Pineapple nail-off knife
近年來(lái)也出現(xiàn)一種從菠蘿內(nèi)部取肉的便捷快速去皮刀。其原理是通過(guò)一把螺旋刀具旋緊菠蘿內(nèi)部，把菠蘿肉切削成螺旋狀一起提出來(lái)，但是此種方法浪費(fèi)較大，一般在出售菠蘿飯的飯店才采取此種做法，因?yàn)槭Ｏ碌墓麣た梢杂脕?lái)做菠蘿飯。其
切削過(guò)程如下：
此種刀具款式新穎，效率較快，比傳統(tǒng)方式速度要快3-5倍，但是缺點(diǎn)也較多，
圖4 菠蘿快速去皮刀
Fig.4 Pineapple paring knife
一是浪費(fèi)的果肉太多，二是還是要采取人工操作，衛(wèi)生難以控制，所以此類刀具在市面上，一般以賣菠蘿飯的飯店內(nèi)使用較多。
1.2.2 機(jī)械菠蘿去皮方式
由于手動(dòng)去皮存在耗時(shí)、費(fèi)工、衛(wèi)生難以控制等缺點(diǎn)，針對(duì)工廠、商家等需求
快速衛(wèi)生去皮的要求，現(xiàn)在市面上已經(jīng)生產(chǎn)出了快速菠蘿去皮機(jī)。下圖為廣州達(dá)橋食品設(shè)備有限公司生產(chǎn)的全自動(dòng)菠蘿快速去皮機(jī)機(jī)去皮效果圖：
此種產(chǎn)品采用PLC控制，機(jī)器由削皮刀、削眼刀、機(jī)械手、定果叉、PLC等組成。動(dòng)作電腦程序控制。由于削刀能自動(dòng)跟蹤菠蘿外形變化，因而去皮和去果眼帶肉少，菠蘿利用率高。機(jī)器去果眼能大幅降低成本。開(kāi)機(jī)前先測(cè)量果皮厚度和果眼深度，更換削刀，在觸摸屏上設(shè)定程序和參數(shù)，把菠蘿放進(jìn)料斗，機(jī)器就能同時(shí)將外皮、果眼削下并且分離開(kāi)來(lái)。
處理能力：400-600個(gè)/時(shí) 效果：同時(shí)除外皮和毛眼，
削皮厚度：2-6毫米可調(diào) 削毛眼層厚度：5-7毫米可調(diào)
菠蘿外形：粗、細(xì)、高、矮、彎、直均可
功率：1.5千瓦 電壓：220/380伏
重量：150公斤 外形尺寸：1200×700×1900
圖5 全自動(dòng)菠蘿快速去皮機(jī)
Fig.5 Full-automatic pineapple peeling paring machine
經(jīng)過(guò)了解，此類產(chǎn)品因?yàn)槭褂迷S多傳感器及需要PLC控制等，造價(jià)較貴，最便宜的需要1萬(wàn)余元，對(duì)于投資者來(lái)說(shuō)，投入太大，所以一般在大型食品工廠才使用，對(duì)于一般售賣點(diǎn)，不是很劃算，因此，我們將研究開(kāi)發(fā)一種成本較低的菠蘿削皮機(jī)。
2 機(jī)械菠蘿去皮機(jī)的方案的設(shè)計(jì)與確定
本章主要內(nèi)容是確定機(jī)械式菠蘿去皮機(jī)的幾種設(shè)計(jì)方案，然后通過(guò)論證選取一種最優(yōu)的方案。
2.1 機(jī)械菠蘿去皮機(jī)-方案一
本方案采用摩擦原理用于菠蘿去皮，簡(jiǎn)圖如下：
該機(jī)采用立式機(jī)型，主要包括工作圓筒，工作轉(zhuǎn)盤，機(jī)架和傳動(dòng)部分。
1..工作圓筒：工作圓筒部分包括圓柱形工作筒和倒梯形集皮槽。它由不銹鋼薄鋼板卷焊而成（采用不銹鋼是因?yàn)樗哂辛己玫哪透g性能承受一定的沖擊載荷，具有較高的硬度和耐摩性，特別是對(duì)于此類食品加工設(shè)備，食品安全衛(wèi)生狀況最佳）。筒內(nèi)壁為粗糙表面，以棕剛玉摻環(huán)氧樹脂澆注、烘干而成。圓筒的側(cè)壁開(kāi)有帶活門的出料口，物料塊莖在離心力的作用下甩出來(lái)，碰在出料門的內(nèi)壁上并改變方向，以便于物料的收集。出料口和排渣口的方位可根據(jù)接收容器的放置位置和方便操作來(lái)確定。
2.工作轉(zhuǎn)盤：工作轉(zhuǎn)盤是物料去皮過(guò)程中產(chǎn)生機(jī)械作用的主要部件。根據(jù)菠蘿的生物學(xué)特性及物理特性，吸收手工去皮的基本原理，確定轉(zhuǎn)盤的基本形狀為圓盤形，轉(zhuǎn)盤表面為中心向四周輻射的凸起波紋狀。為增大物料和轉(zhuǎn)盤的摩擦，用棕剛
1 菠蘿入口 2 簡(jiǎn)蓋 3 插板 4 圓筒 5 出料口 6 底座 7 機(jī)槊 8 聯(lián)軸器 9 電機(jī) 10 變速機(jī)構(gòu)
11 橡膠擋板 12 磨盤
1 pineapple entrance 2 simple lid 3 spile 4 cylinder 5 outlet 6 pedestal
7 machine spear 8 coupler 9 electrical machine 10 speed shifting machanism
11 rubber baffle 12 millstone
圖6 摩擦式菠蘿去皮機(jī)
Fig.6 Friction-type pineapple paring machine
玉摻環(huán)氧樹脂通過(guò)模型澆注在盤的頂面上，大概20mm厚，經(jīng)烘干制成。亦具有一定的去皮作用。轉(zhuǎn)盤下方設(shè)有隨盤一起轉(zhuǎn)動(dòng)的擋水環(huán)，以防止清洗水進(jìn)入軸承。
3.傳動(dòng)系統(tǒng)：該傳動(dòng)系統(tǒng)采用V帶一級(jí)傳動(dòng)。電機(jī)安裝在機(jī)架上水，整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊。工作圓筒下部設(shè)有排渣口，清洗水連同物料皮渣一起從這里排出。
2.1.1 工作原理
以電機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)齒輪帶動(dòng)圓筒底部的磨盤旋轉(zhuǎn)。磨盤上表面中間低、邊緣高，呈波浪形。塊莖加入圓筒內(nèi)，因離心力和相互碰撞作用，在圓筒內(nèi)上、下、左、右翻動(dòng)，并不斷地滾動(dòng)；而圓筒上的彈板，將塊莖彈回，在磨盤和彈板共同作用下菠蘿被均勻地磨去外皮，實(shí)現(xiàn)菠蘿去皮的目的。去皮結(jié)束時(shí)加入清水，再打開(kāi)側(cè)門，
1 磨盤 2 橡膠擋板 3 軸 4 齒輪
1 millstone 2 rubber baffle 3 axis 4 gear
圖7 軸上零件的裝配分析
Fig.7 Axis part assembly analysis
塊莖從側(cè)門排出，皮屑隨水流從磨盤的周圍間隙排出。該機(jī)為間歇生產(chǎn)。當(dāng)去皮
機(jī)工作時(shí)，工作轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)，物料由斗形進(jìn)料口加入，物料落到旋轉(zhuǎn)圓盤表面上的波紋凸起上時(shí)，受離心力的作用由工作圓盤的中心向外運(yùn)動(dòng)，同時(shí)被拋起向筒壁的粗糙表面并產(chǎn)生摩擦。物料不斷的沿工作圓筒壁運(yùn)動(dòng)，上升到頂蓋，又被頂蓋擋回落入工作盤表面。物料在這樣的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，被猛烈翻滾攪動(dòng)，從而形成了與盤、筒壁及顆粒之間的以翻轉(zhuǎn)、揉搓摩擦為主，撞擊為輔的綜合機(jī)械作用效果，從而達(dá)到去皮的目的。在摩擦去皮的同時(shí)，從進(jìn)水孔注入清水，及時(shí)將擦下的皮通過(guò)轉(zhuǎn)盤與筒壁的縫隙沖至排渣口排出機(jī)體。在不停機(jī)的情況下，打開(kāi)出料口的活門，物料利用離心力從出料口卸出。卸料前應(yīng)停止注水，以防止活門打開(kāi)后從出料口濺出。
本方案采用切削表皮的方式達(dá)到去皮的目的，采用“V”型刀具剔除果眼及外表皮，對(duì)于未長(zhǎng)果眼的部分則采取普通切削方法去除。簡(jiǎn)圖如下：
2.2 機(jī)械菠蘿去皮機(jī)-方案二
2.2.1基本結(jié)構(gòu)介紹
1 外殼 2 基座 3 上頂蓋 4 上頂蓋及對(duì)頂螺母 5 下頂蓋6 下頂釘 7 V型刀具1 8 V型刀具2 9 蝴蝶夾緊卡子 10 開(kāi)口槽1 11 夾緊滑動(dòng)梯形槽 12 夾緊T型銷 13 刀具夾緊法蘭盤體 14 刀片1 15 刀片2 16 進(jìn)給螺紋套管17 直齒圓錐齒輪1 18 直齒圓錐齒輪2
1 Case 2 Base 3 upper head cover 4 upper head cover and nuts 5 under headcover 6 The top was 7 V-type cutter1 8 V-type cutter2 9 The butterfly clamping clip 10 Open-slot 1 11 Clamping sliding trapezoid slot 12 Clamping T-type pin 13 cutter clamping flange constructed body 14 The blade1 15 The blade2 16 The thread casing 17 straight tooth cone gear1 18 straight tooth cone gear2
圖8“V”型刀具去釘示意圖
Fig.8 V-type nail-off cutter sketch map
1. 外殼：該機(jī)械的外殼
2. 基座：是該機(jī)械穩(wěn)定
3. 上頂蓋：用來(lái)遮擋切削渣飛濺
4. 上頂蓋及對(duì)頂螺母：上頂釘用來(lái)固定菠蘿度》對(duì)頂螺母用來(lái)固定上頂釘》兩螺母對(duì)頂擰緊后使旋合螺紋始受收到附加的壓力和摩擦力作用，，當(dāng)菠蘿再被切削有軸向跳動(dòng)時(shí)，該摩擦力仍然存在其特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,放松效果好。
5. 下頂蓋: 與下頂釘固連來(lái)支撐菠蘿
6. 下頂釘：用來(lái)固定菠蘿，與上頂釘共同固定菠蘿
7. V型刀具1：V型刀具為固定刀具，隨著動(dòng)力傳到刀具法蘭（13）帶動(dòng)V型刀“挖果眼”，V型刀具兩面均為刀刃，
8. V型道具2: V型刀具2為沿刀桿可上下移動(dòng)刀具，用來(lái)確定菠蘿兩層“果眼”之間的距離進(jìn)而確定轉(zhuǎn)速當(dāng)?shù)毒?定位于第一層“果眼”時(shí),松開(kāi)蝴蝶夾緊卡子(9),沿開(kāi)口槽1（10）移動(dòng)V型刀具2使其對(duì)準(zhǔn)第二層“果眼”，讀出開(kāi)口槽1（10）上的檔次，進(jìn)而調(diào)整搖動(dòng)手柄，選取合適轉(zhuǎn)速，切削菠蘿。
9. 蝴蝶夾緊卡子：用于配合V型刀具2選取正確位置。
10. 開(kāi)口槽1：V型刀具2沿開(kāi)口槽1上下移動(dòng)，上面的刻度用來(lái)選擇轉(zhuǎn)速。
11. 夾緊滑動(dòng)梯形槽：當(dāng)下頂蓋上放上待切削菠蘿時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)夾緊T型銷(12)使刀具夾緊法蘭盤體（13）上的刀架沿夾緊滑動(dòng)梯形槽向中心夾緊，實(shí)施對(duì)菠蘿的夾緊。
12. 夾緊T型銷: 轉(zhuǎn)動(dòng)夾緊T型銷，使刀具夾緊法蘭盤體（13）向內(nèi)夾緊實(shí)現(xiàn)定位。
13. 刀具夾緊法蘭盤體：刀具夾緊法蘭盤體上由四把可移動(dòng)的刀桿，上面有兩把“V”槽刀，V型刀具1（7）和V型刀具2（8）還有兩把與菠蘿表面平行的刀，片刀1（14）與片刀2（15）,其V型刀具1（7）與刀片1（14），片刀2（15）在同一水平面上。其外型類似于車床上的法蘭盤體。
圖9 刀具夾緊法蘭盤體
Fig.9 Cutter clamping flange constructed body
14. 片刀1：用來(lái)切削菠蘿表面的毛刺和菠蘿表面的皮。
15. 片刀2：與片刀1作用相同
16. 進(jìn)給螺紋套管：上面選用傳動(dòng)螺紋，用于傳遞功，實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)換。傳動(dòng)螺紋的牙型由梯形，矩形等。在這里我們選用矩形螺紋傳遞其中大徑D=14MM，螺距P=2mm，中徑D2=11.835mm進(jìn)給螺紋套管與刀具夾緊法蘭盤體（13）底部齒合傳遞動(dòng)力給刀架。
17. 直齒圓錐齒輪1：直齒圓錐齒輪1：與進(jìn)給螺紋套管固連
18. 直齒圓錐齒輪2：直齒圓錐齒輪2與直齒圓錐齒輪1嚙合傳遞動(dòng)力
19. 開(kāi)口槽2：該開(kāi)口槽2在外殼1上，當(dāng)下頂針插入菠蘿后另一端卡在外殼1已盡開(kāi)好的槽上與上頂針（4）一起起固定菠蘿的作用。
20. 齒輪變速機(jī)構(gòu)：對(duì)于不同大小的菠蘿提供三種變速，有一個(gè)三聯(lián)滑移齒輪合同軸上的三個(gè)齒輪構(gòu)成。
21. 搖動(dòng)手柄：用來(lái)提供動(dòng)力，可向外殼（1） 內(nèi)伸入拉出，控制某個(gè)齒輪和三聯(lián)滑移齒輪。
2.2.2 工作原理
由上頂蓋、上頂釘及對(duì)頂螺母、下頂蓋、和下頂釘、構(gòu)成菠蘿的夾持機(jī)構(gòu)，直齒圓錐齒輪與進(jìn)給螺紋套管固連，通過(guò)搖動(dòng)手柄和變速齒輪機(jī)構(gòu)將動(dòng)力經(jīng)直齒圓錐齒輪與進(jìn)給螺紋管道組成的傳遞機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力傳給的刀具夾緊法蘭盤，從而帶動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)刀具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而完成對(duì)菠蘿的去皮與“挖黒芯”的工作。
2.3 機(jī)械菠蘿去皮機(jī)-方案三
本方案提供一種菠蘿削皮去釘機(jī)器，該機(jī)器可以在一個(gè)工作程序中同時(shí)完成削皮和去釘兩種工作，提高了工作效率，最大限度的減少了削皮去釘時(shí)對(duì)菠蘿果肉的浪費(fèi)，而且可以適用于不同大小的菠蘿，經(jīng)濟(jì)適用性強(qiáng).簡(jiǎn)圖如下：
2.3.1 主要結(jié)構(gòu)介紹
本方案設(shè)計(jì)的菠蘿去皮機(jī)，包括環(huán)形固定體、管形活動(dòng)軸、活動(dòng)體、削皮絲、去釘?shù)?、小彈簧和大彈簧等多個(gè)活動(dòng)體組成漏斗形開(kāi)口裝置，用于放置菠蘿，環(huán)形固定體位于各活動(dòng)體外網(wǎng)，各活動(dòng)體通過(guò)管形活動(dòng)軸與環(huán)形固定體鏈接，活動(dòng)軸為空心腔體，空心腔體有小彈簧，小彈簧一段位于活動(dòng)軸臺(tái)階上，另一端設(shè)有一圓環(huán)，圍繞各活動(dòng)體內(nèi)側(cè)組成的圓周并進(jìn)入各管形活動(dòng)軸空心腔的削皮絲穿過(guò)圓環(huán)，各活動(dòng)軸前端設(shè)有三角形去釘?shù)?，可以從活?dòng)體圓周內(nèi)側(cè)深入圓周中心。
2.3.2 工作原理
本方案菠蘿削皮去釘器各活動(dòng)體在菠蘿向下移動(dòng)過(guò)程匯總推動(dòng)管形活動(dòng)軸向外張開(kāi)，又在大彈簧反作用力的對(duì)抗下，使菠蘿削皮去釘器的活動(dòng)體內(nèi)側(cè)緊靠菠蘿表皮，同時(shí)，削皮絲的長(zhǎng)度和張緊度也會(huì)隨活動(dòng)體組成的入口大小在小彈簧的作用
1 電動(dòng)機(jī) 2 聯(lián)軸器 3 傳動(dòng)螺桿 4 支承螺桿5 上夾具 6 傳動(dòng)鏈條 7 切削刀具體 8 下夾具
1 motor 2. coupling 3. Drive screw 4. Support screw 5. Fixture on 6. Transmission chain 7 Cutting tool
8 Next fixture
圖10 菠蘿去皮機(jī)示意圖
Fig.10 Pineapple skin-peeling-off machine schemes
下自動(dòng)調(diào)節(jié)，利于菠蘿削皮和去釘，并確保削皮的厚度保持一致，削皮去釘非常干凈，且保證最大限度地減少去釘時(shí)對(duì)菠蘿果肉的浪費(fèi)。本設(shè)備中的多根管形活動(dòng)軸，是根據(jù)大多菠蘿表面花器組成的螺旋紋數(shù)決定的，選用13根，也可以具體選擇，使用的時(shí)候，還可以適當(dāng)減少以及不裝去釘?shù)?，就能?shí)現(xiàn)對(duì)不同水果的削皮去釘工作，或者只削皮不去釘?shù)墓ぷ?，使用?jiǎn)單方便，用途廣泛。
2.4 方案的確定
在以上的三種方案中，方案一是采用摩擦式去皮，去皮效果一般，且表面不美觀，且需要除去的釘刺不能去掉，浪費(fèi)較多，此方案不予選用。方案二和方案三是基于切削原理的削皮機(jī)，其中方案二結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，缺點(diǎn)在于去釘不方便，不能自動(dòng)調(diào)整切削半徑，使得操作復(fù)雜性和難度加大，操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大，第三種方案的話只需操作人員上料和下料，勞動(dòng)強(qiáng)度降低，且具有自適應(yīng)菠蘿半徑大小切削的作用，對(duì)果肉浪費(fèi)較小，制造成本較方案二要稍貴，但是由于都是比較容易加工的零件，成本/價(jià)格還在合理的范圍以內(nèi)。
綜上所述，基于實(shí)用性、操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度和成本三個(gè)方面考慮，本次設(shè)計(jì)采用第三種方案。
3 菠蘿去皮機(jī)的總體及部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與校核
3.1 菠蘿去皮機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1.1 運(yùn)動(dòng)的合成
圖11 菠蘿幾何形狀示意圖
Fig.11 The sketch map of pineapple’s geomatrical shape
根據(jù)菠蘿的結(jié)構(gòu)，菠蘿表面的花苞片及“果眼”的分布形狀如圖1所示。菠蘿通常呈現(xiàn)未對(duì)稱性的左右螺旋線排列，左右螺旋線的螺旋線的螺旋升角均約為40，每條螺旋線繞菠蘿均為7/12圈，每個(gè)菠蘿的螺旋線數(shù)為13條左右，而菠蘿的高度與其直徑之比為1.5左右，其高度一般在160mm——280mm范圍之內(nèi)。
故水平方向轉(zhuǎn)動(dòng)7/12圈則豎直方向上升1.5D
設(shè)定每個(gè)菠蘿去皮時(shí)間為20s，則：
3.1.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
在方案三中已經(jīng)初步描述菠蘿去皮機(jī)的結(jié)構(gòu)，其中機(jī)器中去釘器包括環(huán)形固定體、管形活動(dòng)軸、活動(dòng)體、削皮絲、去釘?shù)?、小彈簧、大彈簧，用于放置菠蘿的活動(dòng)體是由多個(gè)活動(dòng)軸機(jī)構(gòu)組成漏斗形開(kāi)口裝置，所述活動(dòng)體由上大下小的半錐形體與一支離的圓弧體連接成一體，半錐形體向漏斗形開(kāi)口傾斜，半錐形體與圓弧之間的角度大于90°，環(huán)形固定體位于活動(dòng)體的外圍，與活動(dòng)體或自薦通過(guò)跟管形活動(dòng)軸連接，活動(dòng)軸為空心腔體，位于環(huán)形固定體與活動(dòng)體之間的活動(dòng)軸外周設(shè)置大彈簧，活動(dòng)體可向后擠壓大彈簧，從而擴(kuò)大由多個(gè)活動(dòng)體組成的用于放置菠蘿漏斗形開(kāi)口裝置的直徑。活動(dòng)軸空心腔體內(nèi)設(shè)有小彈簧，小彈簧一段通過(guò)活動(dòng)軸內(nèi)內(nèi)壁臺(tái)階固定，另一端與環(huán)繞活動(dòng)體內(nèi)側(cè)圓周并進(jìn)入各管形活動(dòng)軸空心腔體的削皮絲鏈接，各活動(dòng)軸前端設(shè)有三角形去釘?shù)?，從活?dòng)體圓周內(nèi)側(cè)伸入中心?；顒?dòng)軸穿過(guò)環(huán)形固定體，其外端設(shè)有螺紋，與螺母鏈接，放置管形活動(dòng)軸脫離環(huán)形固定體，便于小彈簧的裝入。大彈簧位于管形活動(dòng)軸外周，可以控制管形活動(dòng)軸的運(yùn)動(dòng)，使管形活動(dòng)軸的折面緊靠菠蘿表面。小彈簧位于管形活動(dòng)軸空腔內(nèi)，可以控制削皮絲的緊張度，以利于削皮絲對(duì)菠蘿表皮的切割。三角形去釘?shù)妒歉鶕?jù)菠蘿表皮的花器有序排列成螺旋形二設(shè)計(jì)去釘?shù)?的個(gè)數(shù)，根據(jù)每個(gè)花器中間有一個(gè)黑色的菠蘿釘?shù)囊?guī)律進(jìn)行挖去菠蘿釘，該裝置去釘?shù)稙?3個(gè)，活動(dòng)軸與活動(dòng)體制造成一體式結(jié)構(gòu)，活動(dòng)軸與活動(dòng)體也可以焊接處一體或者其他方式固定連接。各活動(dòng)軸前端也可以去除三角形去釘?shù)叮善矫婊蛘呋∶娣忾]，菠蘿削皮去釘器只削皮不去釘，削皮絲是由兼容細(xì)小的鋼絲穿過(guò)在各個(gè)管形活動(dòng)軸里面的小彈簧離心端，在小彈簧的作用下綁緊，以利對(duì)菠蘿削皮。
在使用本菠蘿去皮機(jī)時(shí)，先用水果刀卻去菠蘿頭尾部，固定在抓盤上，再放入活動(dòng)體組組成的漏斗形入口，使菠蘿表皮的花器對(duì)準(zhǔn)三角形去釘?shù)?，機(jī)械力旋轉(zhuǎn)菠蘿的同時(shí)菠蘿刀具沿著菠蘿釘?shù)穆菪y旋轉(zhuǎn)向上移動(dòng)，菠蘿削皮去釘器各活動(dòng)體在菠蘿轉(zhuǎn)動(dòng)，刀具上升的作用下，活動(dòng)體向外擴(kuò)張，擠壓大彈簧4，同時(shí)又在大彈簧的作用下自然調(diào)整，以利于菠蘿削皮去釘，并確保削皮的厚度保持一致，然后出來(lái)的將是削皮去釘后非常感激的菠蘿果肉，且保證最大限度地減少削皮去釘時(shí)對(duì)菠蘿果肉的浪費(fèi)。如果用于某些只削皮不去釘?shù)膱?chǎng)合，不用裝去釘裝置，使用時(shí)只要將菠蘿放入菠蘿削皮去釘器入口。
3.2 執(zhí)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.2.1 刀具的選擇
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，菠蘿削皮機(jī)要對(duì)菠蘿進(jìn)行削皮和去釘，削皮考慮用削皮絲完成指定削去2-3mm表皮的效果，去釘采用三角形去釘?shù)哆M(jìn)行去釘。
3.2.2 刀具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
下圖中5為去釘?shù)?，?duì)菠蘿進(jìn)行去釘動(dòng)作，3為削皮絲，用于切削菠蘿表皮。根據(jù)菠蘿的特點(diǎn)：每個(gè)菠蘿螺旋線數(shù)位13左右，而菠蘿的高度與直徑比值在1.5左右，菠蘿直徑在Φ85-Φ134之間。我設(shè)計(jì)菠蘿去釘?shù)稙?3個(gè)平均分撥在菠蘿的周圍，故只需對(duì)其中的一把刀進(jìn)行具體分析。
由于菠蘿大小不一致所以刀具設(shè)計(jì)為可自由調(diào)節(jié)距離，位于活動(dòng)體5的外圍環(huán)
1 去釘?shù)? 削皮絲
1 To nail the sword 2 Peeling silk
圖12 刀具前端結(jié)構(gòu)圖
Fig.12 The front end structure of cutter
形固定體與活動(dòng)體之間通過(guò)關(guān)系活動(dòng)軸連接，環(huán)形固定體與活動(dòng)體之間設(shè)有大彈簧，活動(dòng)軸空心腔體內(nèi)設(shè)有小彈簧，一端位于活動(dòng)軸臺(tái)階上，另一端設(shè)有一圓環(huán)，為要各活動(dòng)體內(nèi)側(cè)組成的圓周并進(jìn)入各管形活動(dòng)軸空心腔體的削皮絲穿過(guò)所述圓環(huán)，各活動(dòng)軸前端設(shè)有三角形去釘?shù)叮缟蠄D所示。刀具圖如下圖所示：
3.2.3 刀具大彈簧的設(shè)計(jì)
1.根據(jù)工作條件選擇材料并確定起許用應(yīng)力：根據(jù)要求選用普通圓柱螺旋彈簧根據(jù)刀具活動(dòng)軸2，根據(jù)活動(dòng)螺旋軸2的外徑，設(shè)定彈簧中徑D=20mm，外徑.當(dāng)彈簧壓縮變形量時(shí)，壓力;當(dāng)彈簧壓縮變形量時(shí)，壓力.因?yàn)閺椈稍谝话爿d荷條件下工作，可以按照第III類彈簧來(lái)考慮?，F(xiàn)選用碳素彈簧鋼絲C級(jí)。并根據(jù)，估取彈簧鋼絲2.0mm。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表16-3暫選[20]。則根據(jù)表16-2可知
（1）
2．根據(jù)強(qiáng)度條件計(jì)算彈簧鋼絲直徑
現(xiàn)選用螺旋比C=10，則由式(16-4)得
（2）
根據(jù)式（16-10）得
（3）
因此估算值符合要求，取彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)直徑。此時(shí)，為標(biāo)準(zhǔn)值，則有
1.銷 2.小彈簧3.大彈簧 4.削皮絲 5.去釘?shù)?
1 pin 2.small spring 3.big spring 4.peeling silk 5.nail-off knife
圖13 刀具整體結(jié)構(gòu)圖
Fig.13 The overall structure drawing of cutter
（4）
所得尺寸與題中條件相符，合適。
3.根據(jù)剛度條件計(jì)算彈簧圈數(shù)
由式（16-9）得彈力剛度為
（5）
由表16-2取G=82000Mpa，則彈簧圈數(shù)n為
（6）
則取n=11圈。此時(shí)彈簧剛度為
（7）
4.驗(yàn)算
彈簧初始?jí)毫?；初應(yīng)力即為0
極限工作應(yīng)力
（8）
則極限工作載荷為
（9）
5．彈簧長(zhǎng)度的計(jì)算
根據(jù)菠蘿的之境范圍因此彈簧的壓縮量為：
所以彈簧的總長(zhǎng)度：
取彈簧長(zhǎng)度為50mm。
3.2.4 刀具小彈簧的選擇
1.根據(jù)工作條件選擇材料并確定起許應(yīng)力
根據(jù)要求選用普通圓柱螺旋彈簧根據(jù)刀具活動(dòng)軸2和空腔大小設(shè)定小彈簧中徑，外徑。當(dāng)彈簧壓縮變形量時(shí)，壓力；當(dāng)彈簧壓縮變形量時(shí)，壓力，因?yàn)閺椈稍谝话阍诤蜅l件下工作，可以按照第Ⅲ類彈簧來(lái)考慮?，F(xiàn)選用碳素彈簧鋼絲C級(jí)。并根據(jù)。估取彈簧鋼絲1.0mm。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第八版表16-3暫選[19]，根據(jù)公式（1）可知。
2.根據(jù)強(qiáng)度條件繼續(xù)按彈簧鋼絲直徑
現(xiàn)選用旋繞比C=10，則由式公式（2）得
(10)
根據(jù)式（3）得
(11)
因此估算值符合要求，去掉彈簧鋼絲標(biāo)準(zhǔn)直徑。此時(shí)，為標(biāo)準(zhǔn)值，則由式（4）得
(12)
所的尺寸與題中條件相符，合適。
3.根據(jù)剛度條件計(jì)算彈簧圈數(shù)n
由式（5）得彈力剛度為
(13)
由表16-2取G=82000Mpa，則彈簧圈數(shù)n由公式（6）得
(14)
則取n=5圈。此時(shí)彈簧剛度為
(15)
4.驗(yàn)算
彈簧初始?jí)毫?；初應(yīng)力即為0
由公式（7）得極限工作應(yīng)力
由公式（8）得極限工作載荷為
(16)
5.彈簧長(zhǎng)度的計(jì)算
彈簧的長(zhǎng)度：
取小彈簧長(zhǎng)度為20mm
3.3 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.3.1 螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算
削皮機(jī)進(jìn)行工作是道具沿螺桿向上以一定的速度做上升運(yùn)動(dòng)，
1． 選作材料，螺栓材料等選用45號(hào)鋼。螺母材料選用ZCuA19Mn2,查表確定需用壓強(qiáng).
2． 確定螺紋牙型。梯形螺紋的工藝性好，牙根強(qiáng)度高，對(duì)中性好，本題采用梯形螺紋。
3． 按耐磨性計(jì)算初選螺紋的中徑。因選用梯形螺紋切螺母兼作支撐，根據(jù)教材式（5-43）得
(17)
按螺桿抗壓強(qiáng)度初選螺紋的內(nèi)徑。根據(jù)第四強(qiáng)度理論，其強(qiáng)度條件為
(18)
但對(duì)中小尺寸的螺桿，可認(rèn)為，所以上式可簡(jiǎn)化為
(19)
式中，A為螺桿螺紋段的危險(xiǎn)截面面積，；S為螺桿穩(wěn)定性安全系數(shù)，對(duì)于傳力螺旋，S=3.5-5.0;對(duì)于傳到螺旋，S=2.5-4.0;對(duì)于精密螺桿或水平螺桿，S>4.本題取為5.故有螺桿螺紋小徑
(20)
5.綜合考慮，確定螺桿直徑。比較耐磨性計(jì)算和抗壓強(qiáng)度計(jì)算結(jié)果，可知本題螺桿直徑的選定應(yīng)以抗壓強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果為準(zhǔn)，按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T5796-1986選定螺桿尺寸參數(shù)，螺紋外徑d=30mm，螺紋內(nèi)經(jīng)，螺紋中徑，螺紋線數(shù)n=1，螺距P=6mm.
6.校核螺旋自鎖能力。對(duì)傳力螺旋傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，一般應(yīng)確保自鎖性要求，以避免事故。本題螺桿的材料為鋼，螺母材料為青銅，鋼對(duì)青銅的摩擦系數(shù)f=0.09（查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》）[19]。因梯形螺紋牙型教，，，所以
(21)
(22)
所以可以滿足自鎖要求。
若自鎖性不足，可增大螺桿直徑或減沾上螺距進(jìn)行調(diào)整。
7.計(jì)算螺母高度H.因，因選，H=24mm，螺紋圈數(shù)計(jì)算：
螺紋圈數(shù)最好不要超過(guò)10圈，因此可以滿足要求。
當(dāng)條件不滿足的時(shí)候，一般手段是在不影響自鎖性要求的前提下，可適當(dāng)增大螺距，而本題螺桿直徑的選定以抗壓強(qiáng)度計(jì)算的結(jié)果為準(zhǔn)，耐磨性已相當(dāng)富裕，所以可適當(dāng)減低螺母高度。
現(xiàn)取螺母高度H=24mm，螺紋圈數(shù)z=4，滿足要求。
8.螺紋牙的強(qiáng)度計(jì)算。由于螺桿材料強(qiáng)度一般遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于螺母材料強(qiáng)度，因此只需校核螺母螺紋的牙根強(qiáng)度。根據(jù)教材表5-13，對(duì)于青銅螺母，這里取，由教材式（5-50）得螺紋牙危險(xiǎn)截面的剪切應(yīng)力為
(23)
滿足要求
螺母螺紋根部一般不會(huì)彎曲折斷，通?？梢圆贿M(jìn)行彎曲強(qiáng)度校核。
9.螺桿的穩(wěn)定性計(jì)算。當(dāng)軸向壓力大于某一臨界值時(shí)，螺桿會(huì)發(fā)生側(cè)向彎曲，喪失穩(wěn)定性。根據(jù)菠蘿高度暫選螺桿的工作長(zhǎng)度為l=220mm
螺桿危險(xiǎn)面的慣性半徑
螺桿的長(zhǎng)度：按一端自由，一端固定考慮，取v=2.0
螺桿的柔度：其失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷按歐拉公式計(jì)算得
(24)
(25)
所以滿足穩(wěn)定性要求。
10.螺桿上兩段的部件連接選擇用鍵聯(lián)接，根據(jù)州的直徑，則選擇鍵寬×鍵高=b×h=6mm×6mm。長(zhǎng)度l=10mm。
3.3.2 傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)
根據(jù)菠蘿呈現(xiàn)為對(duì)稱性的左右螺旋線的排列，左右旋線升角為40°，每條螺旋線繞菠蘿越為7/12圈，每個(gè)菠蘿旋線輸為13條左右，而菠蘿轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度為
線速度為
（26）
根據(jù)條件切削完一個(gè)菠蘿螺桿螺母上升了1.5d，則螺母的上升速度為
所以螺桿的轉(zhuǎn)速設(shè)定為定值。
所以選螺桿轉(zhuǎn)速為100r/min
傳動(dòng)比為
（27）
取i=57
減速器的選擇根據(jù)傳動(dòng)比i查表18-1選擇兩級(jí)圓柱齒輪減速器，考慮成本問(wèn)題要是加入此傳動(dòng)比的減速器則會(huì)大大提高成本，因此決定采用雙電機(jī)分控運(yùn)動(dòng)部件。
3.3.3 螺桿端軸承的選擇與校核
1．軸承的選用
根據(jù)螺桿傳動(dòng)一次在螺桿兩段設(shè)有軸承使其轉(zhuǎn)動(dòng)順暢，軸承的轉(zhuǎn)速n=101.25r/min，軸承徑向載荷可忽略不計(jì)。
主要受軸向力，裝軸承處軸頸直徑為，
所以在軸的兩端用的兩個(gè)角接觸球軸承，如圖所示13.2（b）正裝，工作中有中等沖擊，最大轉(zhuǎn)速n=101r/min,根據(jù)菠蘿切削用力設(shè)定兩軸承的徑向載荷分別為,,外加軸承向載荷，作用方向指向軸承1.
查滾動(dòng)軸承樣本可知要接觸球軸承7002AC的基本額定動(dòng)載荷C=5950N，基本額定靜載荷。
1. 初步計(jì)算派生軸向力根據(jù)教材表13-7得
(28)
(29)
2. 計(jì)算各軸承軸向力
(30) (31)
3. 確定X,Y的值。根據(jù)教材表13-5因?yàn)?，，所?
4. 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷取載荷系數(shù),則
(32)
5. 計(jì)算軸承壽命.
(33)
軸承壽命滿足使用期限。故所選軸承滿足要求。
3.4 電機(jī)的選擇
電動(dòng)機(jī)是專門工廠批量生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)部件，設(shè)計(jì)時(shí)要選出具體型號(hào)以便購(gòu)置，斷則電動(dòng)機(jī)包括類型，結(jié)構(gòu)，容量（功率）和轉(zhuǎn)速，并在產(chǎn)品目錄中查出其型號(hào)和尺寸。
1. 選擇電動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式：電動(dòng)機(jī)的選用，首先要了解電動(dòng)機(jī)的機(jī)械負(fù)載特性，根據(jù)機(jī)械負(fù)載的類型和特性來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的額定容量，額定轉(zhuǎn)速，額定電壓以及型式。
2. 要為某一生產(chǎn)機(jī)械選配一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，首先要合理選擇電動(dòng)機(jī)的功率，通常根據(jù)生產(chǎn)機(jī)械負(fù)載的需要來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)的功率，同時(shí)，還要考慮負(fù)載的工作制問(wèn)題，也就是說(shuō)，所選的電動(dòng)機(jī)應(yīng)適應(yīng)機(jī)械負(fù)載的連續(xù)，短時(shí)或間斷周期工作性質(zhì)，功率選用時(shí)不能太大，也不能太小，選小了，保證不了電動(dòng)機(jī)和生產(chǎn)機(jī)械的正常工作；選大了，雖然能保證正常運(yùn)行，但是不經(jīng)濟(jì)，電動(dòng)機(jī)容量不能被充分利用，而且電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不能滿載運(yùn)行，使得效率和功率因數(shù)不高。
3. 其次，根據(jù)電源電壓條件，要求所選用的電動(dòng)機(jī)的額定電壓與頻率同供電電源電壓與頻率相符合。電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速一定要按生產(chǎn)機(jī)械銘牌上的要求選擇，否則可能改變生產(chǎn)機(jī)械的性能，此外，電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)，防護(hù)，冷卻和安裝形式，應(yīng)適應(yīng)使用環(huán)境條件的要求，并且要力求安裝，調(diào)試，檢修方便，以保證電機(jī)能安全可靠的運(yùn)行。
4. 選擇電動(dòng)機(jī)的容量:電動(dòng)機(jī)的容量（功率）選得合適與否，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。容量小于工作要求，就不能保證工作機(jī)的正常工作，或使電動(dòng)機(jī)能勾起過(guò)載和功率因數(shù)都較低，增加電能消耗，造成很大浪費(fèi)。
電動(dòng)機(jī)容量主要根據(jù)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的發(fā)熱條件來(lái)決定。電動(dòng)機(jī)的發(fā)熱與其運(yùn)行狀態(tài)有關(guān)。運(yùn)行狀態(tài)有三類，即長(zhǎng)期連續(xù)運(yùn)行。短時(shí)運(yùn)行和重復(fù)短時(shí)運(yùn)行。變載下長(zhǎng)期運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)，短時(shí)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)（工作時(shí)間短，停歇時(shí)間長(zhǎng)）和重復(fù)短時(shí)運(yùn)行的電動(dòng)機(jī)（工作時(shí)間和停歇時(shí)間都不長(zhǎng)）的容量要按等效功率法計(jì)算并校驗(yàn)過(guò)載能力和起動(dòng)轉(zhuǎn)矩，其計(jì)算方法可參考看有關(guān)電力拖動(dòng)的書籍。
5. 電動(dòng)機(jī)的功率為
(34)
式中：-----------工作機(jī)所需工作功率，是指工作機(jī)主動(dòng)端運(yùn)輸帶所需功率，kw：--------由電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)主動(dòng)端運(yùn)輸帶的總效率。
6. 確定電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速:容量相同的同類型電動(dòng)機(jī)，有幾種不同的轉(zhuǎn)速系列供使用者選擇，如三相異步電動(dòng)機(jī)常用的有四種同步轉(zhuǎn)速，即3000，1500,1000,750r/min (相應(yīng)的電動(dòng)機(jī)定子繞組的極對(duì)數(shù)為2,4,6,8)，同步轉(zhuǎn)速為由電源頻率與極對(duì)數(shù)而定的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速，電動(dòng)機(jī)空載時(shí)才可能達(dá)到同步轉(zhuǎn)速，負(fù)載時(shí)的轉(zhuǎn)速都低于同步轉(zhuǎn)速。在設(shè)計(jì)中所需要的最大轉(zhuǎn)速；最小轉(zhuǎn)速因此選用三相異步電動(dòng)機(jī)需要配備大減速比減速器，三相異步電機(jī)產(chǎn)生的功率遠(yuǎn)大于削皮機(jī)所需功率，因此也會(huì)造成很大的浪費(fèi)，分析比較電動(dòng)機(jī)及傳動(dòng)裝置的性能，尺寸，重量和價(jià)格等因素，最終選用微型電動(dòng)機(jī)。
所以綜合以上我們查表選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為60KTYZ系列齒輪減速可控永磁同步電機(jī)來(lái)提供動(dòng)力。其主要性能如表1[19]
表1 電動(dòng)機(jī)主要性能參數(shù)
Table 1 The Main performance parameters motors
型號(hào)
額定頻率（Hz）
轉(zhuǎn)速（r/min）
工作電流（mA）
輸入功率（W）
噪音（dB）
絕緣等級(jí)
輸出力矩
旋轉(zhuǎn)方向
60KTYZ-A
50/60
1.75
<45
<14
35
E
31
雙向可調(diào)
60KTYZ-III
50/60
100
<45
<14
35
E
30
4 菠蘿夾具的設(shè)計(jì)
4.1 夾具的設(shè)計(jì)
菠蘿削皮過(guò)程中，果體主要做圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)速恒定為V=7/4（r/m）根據(jù)要求，水果特點(diǎn)，菠蘿高度不一致等特點(diǎn)因此設(shè)計(jì)由上下兩個(gè)抓盤固定菠蘿，下抓盤固定位置，上抓可上下移動(dòng)，有利于菠蘿的放入與固定。結(jié)果如圖所示：
夾具下端連接鍵的選擇：根據(jù)軸直徑d=18mm,根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-1選擇鍵寬鍵高h(yuǎn)=6mm×6mm。
4.2 軸承選擇與校核計(jì)算
根據(jù)菠蘿轉(zhuǎn)動(dòng)為恒定轉(zhuǎn)速特點(diǎn)，軸承的轉(zhuǎn)速n=1.75(r/min),軸承徑向力主要由
圖14.菠蘿夾具圖
Fig.14 Pineapple fixture drawing
刀具切削時(shí)產(chǎn)生。主要受軸向力，裝軸乘處得軸頸直徑為
所以在軸兩端選用的兩個(gè)角接觸球軸承，如圖所示13.2（b）正裝。工作中有中等沖擊，轉(zhuǎn)速n=1.75(r/min)，根據(jù)菠蘿切削用力設(shè)定兩軸承的徑向載荷分別為，外加軸向載荷作用方向指向軸承1.
查滾動(dòng)軸承樣本可知要接觸球軸承7003AC的基本額定載荷C=6300N，基本額定靜載荷。
1．初步計(jì)算派生軸向力，由公式（19）(20)可見(jiàn)
(35)
(36)
2．計(jì)算各軸承軸向力
(37)
3.確定X,Y的值。根據(jù)教材表13-5因?yàn)?，，所以，?
4.計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷取載荷系數(shù),則
(38)
5.計(jì)算軸承壽命.
(39)
軸承壽命滿足使用期限。故所選軸承滿足要求。
4.3 鏈條的設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)過(guò)程中有1個(gè)地方要用鏈傳動(dòng)，兩個(gè)螺桿直接的動(dòng)力傳動(dòng)。
4.3.1 螺桿間的鏈傳動(dòng)計(jì)算
有上述可知，電動(dòng)機(jī)額定功率P=14W，螺桿轉(zhuǎn)速為100r/min。兩螺桿的傳動(dòng)用鏈傳動(dòng)。主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速與從動(dòng)輪轉(zhuǎn)速相同。中心距水平傳動(dòng)，鏈速，靜強(qiáng)度安全系數(shù)S=6,電機(jī)驅(qū)動(dòng)，取工況系數(shù)。
1.選擇鏈節(jié)距p。鏈的工作拉力
(40)
初步選定用10A型滾子鏈，其鏈節(jié)距p=15.875mm，每米質(zhì)量q=1kg/m，極限拉伸載荷（單排）
(41)
由于是水平傳動(dòng)，所以傾斜角初選鏈條垂直度f(wàn)與中心距a的壁紙f/a=2%，由教材圖9-9得，則得懸垂拉力
(42)
緊邊總拉力
(43)
所以得到所需的極限載荷
(44)
所以選10A型鏈?zhǔn)呛线m的。
2.求鏈輪的齒數(shù)。根據(jù)教材表9-8取
驗(yàn)算鏈速
(45)
符合題目要求
3.校核安全系數(shù)，由公式（40）（41）（43）可得
計(jì)算安全系數(shù)
(46)
所以選用的10A型滾子鏈?zhǔn)呛侠淼摹?
4.求大小鏈輪的分度圓直徑
(47)
5.計(jì)算鏈節(jié)數(shù) 取=80
(48)
取=80
6.齒頂圓直徑da
(49)
(50)
取=92
7.齒根圓直徑
(51)
8.齒高
(52)
取=5
9.最大軸凸緣直徑
(53)
取=70
4.3.2 鍵的校核
由于要求等速傳遞一次兩螺桿上的帶輪尺寸相同，大帶輪參數(shù)參照小帶輪參數(shù)鍵的校核。
假設(shè)壓力在鍵長(zhǎng)度內(nèi)均勻分布，則根據(jù)擠壓強(qiáng)度或耐磨性的條件計(jì)算，求得聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩：
(54)
能完全滿足需要。
5 菠蘿去皮機(jī)的電氣控制
5.1 電氣控制設(shè)計(jì)
考慮到制造成本與使用環(huán)境工況較好，本設(shè)計(jì)決定采用繼電器控制方式，控制思路如下：電源開(kāi)關(guān)Q，斷路開(kāi)關(guān)SB1，電機(jī)控制開(kāi)關(guān)SB2，SB3.切削菠蘿時(shí)電機(jī)正轉(zhuǎn)，首先合上電源開(kāi)關(guān)Q，之后按下起動(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1的吸引線圈通電，其主接觸點(diǎn)KM1閉合，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)同時(shí)啟動(dòng)，由于接觸點(diǎn)的輔助接觸點(diǎn)KM1并聯(lián)于起動(dòng)按鈕，因此當(dāng)松開(kāi)手?jǐn)嚅_(kāi)起動(dòng)按鈕后，接觸器線圈KM通過(guò)其輔助常開(kāi)接觸點(diǎn)可以繼續(xù)保持通電，維持其吸合狀態(tài)，故電動(dòng)機(jī)不會(huì)停止。和起動(dòng)按鈕并聯(lián)的輔助常開(kāi)觸點(diǎn)成為自鎖觸點(diǎn)。
按停止按鈕SB1，接觸器KM1的吸引線圈失電釋放，所有KM1常開(kāi)觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電動(dòng)機(jī)失電停轉(zhuǎn)：KM輔助觸點(diǎn)斷開(kāi)，消除自鎖。
同樣當(dāng)退回刀具時(shí)按下啟動(dòng)按鈕SB3接觸器KM2的吸引線圈通電，其主接觸點(diǎn)KM2閉合，只有M1電動(dòng)機(jī)起動(dòng)，反轉(zhuǎn)運(yùn)行。由于接觸點(diǎn)的輔助接觸點(diǎn)KM2并聯(lián)于起動(dòng)按鈕，因此當(dāng)松開(kāi)手?jǐn)嚅_(kāi)起動(dòng)按鈕后，接觸器線圈KM通過(guò)其輔助常開(kāi)接觸點(diǎn)可以繼續(xù)保持通電，維持其吸合狀態(tài)，故電動(dòng)機(jī)不會(huì)停止。當(dāng)需要停機(jī)時(shí)同樣按下按鈕SB1即可。
5.2 電氣控制原理圖
圖15.菠蘿電氣控制原理圖
Fig.15 The electrical control principle diagram
6 總結(jié)
通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不進(jìn)掌握知識(shí)，而且也豐富了大腦，而在信息搜索過(guò)程中，也學(xué)到了很多額外的知識(shí)，開(kāi)拓了事業(yè)和對(duì)未來(lái)的發(fā)展方向的認(rèn)識(shí)，使我專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐能力有了質(zhì)的飛躍。
作為即將畢業(yè)的學(xué)生，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我四年大學(xué)學(xué)習(xí)的最好證明，它是我對(duì)大學(xué)四年學(xué)習(xí)的全面總結(jié)和應(yīng)用，并且為我今后的實(shí)際應(yīng)用創(chuàng)造了一個(gè)良好的開(kāi)端，畢業(yè)設(shè)計(jì)是我對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次檢驗(yàn)和總結(jié)，提高了我獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力，是我在校期間的最后一次作業(yè)。
畢業(yè)的日子一天一天臨近，畢業(yè)也接近尾聲。在我的不斷努力下，終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的大概總結(jié)，但是真的面對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)發(fā)現(xiàn)自己的想法基本是錯(cuò)誤的。畢業(yè)設(shè)計(jì)不只是對(duì)所學(xué)過(guò)知識(shí)的一次檢驗(yàn)，也是一種來(lái)提高自身能力的機(jī)會(huì)。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我認(rèn)識(shí)到了自己知識(shí)太理論化不能很好結(jié)合實(shí)際來(lái)運(yùn)用知識(shí)。學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程在今后的工作和生活，需要不斷地學(xué)習(xí)，努力提高自己的知識(shí)和綜合素質(zhì)。
總之，在我設(shè)計(jì)過(guò)程中我發(fā)現(xiàn)了自己的不足，并且進(jìn)行了彌補(bǔ)。使我明白在實(shí)際中能夠熟練應(yīng)用所學(xué)到的知識(shí)，才算是掌握。
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