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基于Solidworks的核桃去殼器設(shè)計(jì)與三維建模
1前言
隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人民的生活水平不斷提高。以前是希望吃飽，然后是希望吃好，現(xiàn)在的希望是吃精，不是希望補(bǔ)脂肪而是希望補(bǔ)腦。藥物補(bǔ)腦不僅有副作用而且效果不明顯。在這樣的情況下，核桃以及其他及堅(jiān)果類食物就特別受到現(xiàn)代人的喜愛。但核桃和其他堅(jiān)果的外殼太過堅(jiān)硬，即使雜碎了也容易把里面的仁弄壞。在這樣的情況下剝核桃的工具就應(yīng)用而生，縱觀市面上的所有工具，臺(tái)式核桃夾深受廣大客戶的喜歡。
我設(shè)計(jì)的題目是基于solidworks的核桃去殼器設(shè)計(jì)與運(yùn)動(dòng)三維建模。在本次設(shè)計(jì)中我將對(duì)核桃破殼計(jì)算分析，改進(jìn)臺(tái)式核桃夾的構(gòu)成并對(duì)其進(jìn)行三維建模。
2主題
目前市場(chǎng)上撥核桃的工具分為兩類，一類為手鉗式，如下圖所示，這中核桃
圖一 手鉗式核桃夾
夾的工作原理是利用杠桿原理，在一個(gè)固定的位置上，手鉗的兩個(gè)鉗柄相對(duì)或者相向運(yùn)動(dòng)，用這個(gè)力壓碎核桃，這種核桃夾的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格便宜、便于攜帶。缺點(diǎn)也有，就是適合有力氣的人來用，老人小孩不適合用，因?yàn)樾枰艽罅?。有的時(shí)候力氣太大核桃會(huì)碎，容易滑落，并且距離不好調(diào)整，每次核桃的大小不一，不經(jīng)常用的人距離把握不準(zhǔn)，所以使用起來特別不方便，適合經(jīng)常用的人使用，不然想看到完整的核桃仁是難。
另一種撥核桃的工具是臺(tái)式核桃夾，也是我的設(shè)計(jì)與研究課題，如下圖：
圖二 臺(tái)式核桃夾模擬三維實(shí)體圖
從圖上可以看出，臺(tái)式核桃夾相對(duì)于手鉗式的比較復(fù)雜，臺(tái)式核桃夾的工作原理是在利用杠桿原理的基礎(chǔ)上在利用連桿機(jī)構(gòu)，手柄越長就越容易壓碎核桃。并且右邊的螺桿可以調(diào)節(jié)距離，當(dāng)核桃大時(shí)候，或者者小的時(shí)候都可以調(diào)節(jié)到一定的距離然后手柄壓到底也不會(huì)壓碎核桃。另外臺(tái)式核桃夾的好處是其他一些堅(jiān)果都可以用臺(tái)式核桃夾撥殼。另外老人和小孩都可以輕松的用。
2.1設(shè)計(jì)流程
目前最常用的核桃破殼方式是機(jī)械方法，利用擠壓或擊打方式使核桃果殼在機(jī)械外力作用下開裂或破壞，從而脫去果殼使核桃殼仁分離。研制核桃破殼機(jī)首先要解決的問題就是確定最佳施力的方位?，F(xiàn)應(yīng)用有限元受力分析軟件 ANSYS 對(duì)在不同位置上核桃受力應(yīng)力分布進(jìn)行分析和試驗(yàn)，尋找最佳施力方位，為核桃破殼機(jī)的研制提供理論依據(jù)。
利用有限元分析法，分別對(duì)溫185，扎343和新新2三種核桃進(jìn)行力學(xué)特性分析。三種核桃的被夾開所需要的力如圖1所示：
表1 夾開核桃所需力
核桃類型
溫185
扎343
新新2
最大力/N
704.23
716.58
707.21
有效力/N
103.51
114.41
87.66
所以，取最大力F=115N。
此外經(jīng)過校核桿1和桿2的強(qiáng)度得知設(shè)計(jì)符合要求。
2.2設(shè)計(jì)創(chuàng)新
本課題，我的主要任務(wù)是用Solidworks2010對(duì)臺(tái)式核桃夾進(jìn)行三維建模和設(shè)計(jì)改進(jìn)，具體設(shè)計(jì)方案是省力，所以用杠桿和連桿機(jī)構(gòu)。另外，因?yàn)楹颂見A屬于食品機(jī)械，所以對(duì)材料的選擇也是至關(guān)重要的。如下圖，臺(tái)式核桃夾有如下幾個(gè)零件組成。
l 底板
l 手柄組件
l 活動(dòng)桿
l 調(diào)整螺桿
l 連接架和連接桿
這個(gè)幾個(gè)零件的選材一般會(huì)選擇健康無毒的材料。其中在活動(dòng)桿和調(diào)整螺桿的兩個(gè)端面上加工的時(shí)候留有凸臺(tái)，如下圖：
這個(gè)凸臺(tái)的作用是在壓核桃的時(shí)候，防止核桃旋轉(zhuǎn)，另外有這個(gè)凸臺(tái)，核桃殼容易破碎，桃仁不容易碎掉。
臺(tái)式核桃夾的核心部分，也是區(qū)別臺(tái)式核桃夾和手鉗式核桃夾的主要區(qū)別地方，如下圖：
這個(gè)是利用了杠桿和連桿機(jī)構(gòu)，下壓手柄的時(shí)候，連接架會(huì)利用連桿的原理左右移動(dòng)，成一定角度。
但活動(dòng)桿成水平左右移動(dòng)，這樣的好處是使核桃受力均勻。有時(shí)候核桃大小不一樣，有時(shí)候夾的不一定是核桃，有可能是其他一些比核桃小的堅(jiān)果，這個(gè)時(shí)候就要需要有調(diào)整機(jī)構(gòu)，不然不是壓不到核桃就是容易把核桃壓碎。這個(gè)機(jī)構(gòu)如下圖所示：
將螺桿向前調(diào)整時(shí)可以撥掉一些比核桃小的堅(jiān)果，將螺桿向后調(diào)節(jié)，可以撥一些比核桃大一點(diǎn)的堅(jiān)果。差不多大小的堅(jiān)果，調(diào)節(jié)到一定距離后，手柄壓到底也不會(huì)壓碎果仁。
2.3臺(tái)式核桃夾各部件的選材
如下圖是臺(tái)式核桃夾的三維實(shí)體圖：
1底板；2調(diào)節(jié)螺桿；3 手柄；4 手柄桿；5 搖桿；6連桿；7本體；8活動(dòng)桿
圖 4-1 臺(tái)式核桃夾的三維實(shí)體圖
因?yàn)榕_(tái)式核桃夾是屬于食品機(jī)械，所以選材是食品機(jī)械設(shè)計(jì)的重要部分，在本次設(shè)計(jì)中，我將臺(tái)式核桃夾用三部分材料組成，件2、4、5、6、8用45鋼加工，然后電鍍硬鉻，既美觀又實(shí)惠；件7用材料厚4mm的SUS304板折彎然后加工而成；件1、3用木頭加工而成，既環(huán)保又自然。
以上選擇材料除了電鍍，其余都是我們所熟悉的，在這里不多講，重點(diǎn)講一下電鍍。電鍍就是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程。電鍍時(shí)，鍍層金屬做陽極，被氧化成陽離子進(jìn)入電鍍液；待鍍的金屬制品做陰極，鍍層金屬的陽離子在金屬表面被還原形成鍍層。為排除其它陽離子的干擾，且使鍍層均勻、牢固，需用含鍍層金屬陽離子的溶液做電鍍液，以保持鍍層金屬陽離子的濃度不變。電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層（deposit），改變基材表面性質(zhì)或尺寸。電鍍能增強(qiáng)金屬的抗腐蝕性（鍍層金屬多采用耐腐蝕的金屬）、增加硬度、防止磨耗、提高導(dǎo)電性、潤滑性、耐熱性、和表面美觀。
3結(jié)語
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們從大學(xué)畢業(yè)生走向未來工程師重要的一步。從最初的選題，開題到計(jì)算、繪圖直到完成設(shè)計(jì)。其間，查找資料、老師指導(dǎo)、與同學(xué)交流、反復(fù)修改圖紙，每一個(gè)過程都是對(duì)自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。
通過這次實(shí)踐，我了解了臺(tái)式核桃夾工作原理，熟悉了本裝置的設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了工程設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我專業(yè)知識(shí)和專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。
畢業(yè)設(shè)計(jì)收獲很多，比如學(xué)會(huì)了查找相關(guān)資料相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、分析數(shù)據(jù)，提高了自己的繪圖能力，懂得了很多關(guān)于電鍍的知識(shí)。
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