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摘 要
蘋果大小分級和裝箱，不但關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。
本次設計的蘋果大小分級機構主要由：自動進料裝置，分成單排裝置，分級裝置，稱重及卸料裝置，收集裝置等組成。本文首先調(diào)查了蘋果分級機構的研究背景及現(xiàn)況；接著，在分析蘋果分級機構功能要求的基礎上提出了本次設計的總體方案；然后，對各裝置及主要零部件進行了詳細設計及校核；最后，應用AutoCAD制圖軟件繪制了蘋果大小分級機構的裝配圖和主要零件圖。
通過本次設計鞏固了大學所學專業(yè)知識，如：機械原理、機械設計、互換性理論、機械制圖、材料力學等；也掌握了普通機械的設計理論和流程，熟悉了AutoCAD制圖軟件的使用。
關鍵詞：蘋果，分級 ，機構，設計
Abstract
Apple size grading and packing, not only related to the food safety of consumers and the ability to meet consumer demand for quality and safety of fruit, but also will greatly affect the fruit industry exports, improve the market competitiveness of our fruit, will be promote the development of China's fruit industry and the increase of farmers' income to a large extent on.
Apple's size classification mechanism of this design consists of: automatic feeding device, into a single row of devices, grading equipment, weighing and unloading device, collecting devices and other components. This paper investigated the background and current status of apple grading agencies; then, based on the analysis of the functional requirements of apple grading agencies on proposed design of the overall program; then, for each device and a detailed design of major components and school nuclear; Finally, AutoCAD drawing software to draw the assembly drawing apple size grading agencies and major parts diagram.
Mechanical principles, mechanical design, interchangeability theory, mechanical drawing, materials, mechanics, etc; also mastered the general mechanical design theory and process, using familiar AutoCAD drawing software: expertise, such as through this university is designed to consolidate .
Keywords: Apple, Classification, Organization, Design
IV
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第一章 緒論 1
1.1研究背景及意義 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)況及發(fā)展趨勢 2
1.1.1國外研究與發(fā)展 2
1.1.2國內(nèi)研究與發(fā)展 3
第二章 總體方案設計 6
2.1蘋果大小分級機構功能分析 6
2.2總體方案設計 6
2.2.1自動進料裝置方案設計 6
2.2.2分成單排裝置方案設計 7
2.2.3分級傳送裝置方案設計 7
2.2.4自動卸料裝置方案設計 8
第三章 各裝置的結構及尺寸設計 10
3.1自動進料裝置 10
3.1.1電動機的選擇 10
3.1.2傳動及動力參數(shù)計算 12
3.1.3 V帶傳動的設計 13
3.1.4輸送帶的設計 15
3.1.5托輥的設計 16
3.1.6張緊裝置 17
3.1.7托輥軸的設計與校核 17
3.2分成單排裝置設計 22
3.3分級傳送裝置 23
3.3.1主要技術參數(shù)和電機選擇 23
3.3.2鏈條和鏈輪的設計 25
3.4支架設計 28
3.4.1支架設計的要求 28
3.4.2支架的設計 28
3.4.3支架的剛度校核 29
3.4.4機架連接螺栓的校核 30
總 結 32
參考文獻 33
致 謝 34
蘋果大小分級機構設計
第一章 緒論
1.1研究背景及意義
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，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用水果自動分級設備實現(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和設備，并在大型水果企業(yè)和水果合作組織中進行推廣應用具有十分重要的現(xiàn)實和經(jīng)濟意義。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)況及發(fā)展趨勢
1.1.1國外研究與發(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。國外水果分級機的輸送系統(tǒng)大多是采用輥子傳動結構,蘋果在一邊移動的同時一邊還在自身轉動,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。
國外50%以上的水果實現(xiàn)了分級的完全自動化。近年，隨著信息技術的飛躍發(fā)展和計算機普及．圖像技術及機器(計算機)視覺技術已被廣泛應用于多個學科，在作物領域也已取得許多進展．并展示了廣闊的應用前景。
目前較先進的微機控制的重量分級機，采用最新電子儀器測定重量，可按需選擇準確的分級基準，分級精度高，使用特別的滑槽，落差小，水果不受沖擊、不損傷。分級、裝箱所需時間為傳統(tǒng)的1/2。
日本消費者對水果的消費是非常挑剔的，其水果上市前都要經(jīng)過分級包裝。有些價值較高的水果，如冬季上市的西瓜要在標簽上標出糖度數(shù)值。目前，在日本許多高新技術在水果檢測領域得到應用。計算機技術、無損傷檢測技術以及自動化控制技術的發(fā)展為現(xiàn)代分級檢測技術提供了廣闊的空間，使分級檢測技術正在由半自動化向全自動化、外部品質(zhì)檢測向內(nèi)部品質(zhì)檢測、復雜化向簡單化和方便化、規(guī)格標準的文字化向數(shù)字化、機械設備結構的復雜化向簡單化、數(shù)據(jù)的人工管理向計算機管理方向轉化。
在意大利的果品貯藏加工業(yè)生產(chǎn)中，使用顏色分級機較早，主要是對蘋果進行顏色分級，其原理是按照綠色蘋果比紅色蘋果的反射光強的道理進行的。工作時，果實在松軟的傳送帶上跳躍移動，光線可照射到水果的大多部位，這樣就避免了水果單面被照射。反射光傳遞給電腦，由電腦按照反射率的不同來將果實分開，一般分為全綠果、半綠（半紅）果、全紅果等級別。
美國Penwalt公司Decco型分級機是一種新型果實分級機，具有速度快、性能好、通用性強的特點。它根據(jù)“體積”分級的原理進行工作，綜合了大小和重量分級機最突出的優(yōu)點，同時消除了二者的缺點，使分級作業(yè)真正得以柔和平緩地進行。Decco分級機工作原理是：提升機輥子將待分級的果實送入四星裝料斗，星輪與提升機以鏈條驅動的各對定距輥子同步，輥子承載水果通過分級全程，這樣的裝置，星輪可以很柔和地將水果從提升機傳送到由一對滾子形成的凹槽中，根據(jù)選用分級機規(guī)格的不同，分級部分包括6-9行高度可調(diào)的“摩擦指”，滾子從摩擦指下通過，緩緩地作反時針回轉，水果則作順時針轉動，當水果遇到摩擦指（最大的水果首先接觸摩擦指），由于轉動與摩擦的組合，水果極柔和地從滾子上移動并落入彈性的擺動活動門上，水果自重足夠使其滑出并滾到輸送皮帶上，然后由皮帶送入包裝槽中。由于水果沒有摔落，也沒有其他任何典型的引起損傷的動作，分級柔和。水果分級只有綜合形狀、大小、色澤、果面缺陷等各種因素，甚至是內(nèi)部品質(zhì)，才能排除其他因素，使分級質(zhì)量得到保證[11]。
法國的MAF France公司的水果分級包裝設備，不僅能對果蔬進行分級包裝，還可以利用電子、光學原理對果蔬表皮的瑕疵進行分選，全電腦監(jiān)控，自動化程度相當高。在意大利的果品貯藏加工業(yè)生產(chǎn)中，使用顏色分級機較早，主要是對蘋果進行顏色分級，其原理是按照綠色蘋果比紅色蘋果的反射光強的道理進行的。工作時，果實在松軟的傳送帶上跳躍移動，光線可照射到水果的大多部位，這樣就避免了水果單面被照射。反射光傳遞給電腦，由電腦按照反射率的不同來將果實分開，一般分為全綠果、半綠（半紅）果、全紅果等級別。
1.1.2國內(nèi)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，在過去30多年中水果分級技術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、水果分級設備結構的復雜化向簡單化，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，稱重式水果分級機以其結構簡單、工作可靠、制造容易和成本較低的優(yōu)點成為目前國內(nèi)外應用最為廣泛的水果分級設備。目前稱重式水果分級設備主要有機械稱重式水果分級機和電子稱重式水果分級機兩種。
（1）機械稱重式水果分級機
機械稱重式水果分級機在早期時候一般是基于杠桿原理進行分級卸料的。水果分級設備在運行過程中，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，當水果托盤中的水果重量超過平衡砝碼重量的時候就會導致杠桿傾斜，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級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用。
（2）電子稱重式水果分級機
近年來計算機技術和稱重傳感技術的快速發(fā)展，以及相關技術的促進，電子式稱重技術及應用有了長足的發(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級機采用最新的電子設備測量水果重量，可以根據(jù)需要選擇準確的分級標準，分級精度較高，基于此電子稱重式水果分級機已經(jīng)得到比較廣泛的應用。
相對于國外的分級水平，國內(nèi)水果分級市場比較落后。國內(nèi)水果分級大部分還采用人工分級方法，只有少數(shù)企業(yè)采用半自動及自動化水果分級。
雖然我國水果分級現(xiàn)狀不容樂觀，但也有一些企業(yè)的研究得到成功，浙江大學果蔬智能化分級技術與裝備課題組經(jīng)過近10年的研究積累，在國家“863”計劃?國家自然科學基金和浙江省科技計劃的支持下，與杭州杭掛機電有限公司合作于2004年研制成功國內(nèi)第一條完全擁有自主知識產(chǎn)權的基于計算機視覺的水果品質(zhì)智能化實時檢測與分級生產(chǎn)線。項目至今已獲國家發(fā)明專利2項、授權計算機軟件著作登記2項、授權國家實用新型專利8項，另有國家發(fā)明專利10項待批。2004年6月16日，順利通過國家863計劃機器人技術主題專家組的驗收。2004年12月28日，銷往廣東梅縣的第一條生產(chǎn)線在當?shù)卣秸{(diào)試成功，并投入正常生產(chǎn)用于當?shù)靥厣毘鹊钠焚|(zhì)檢測和分級，其工作性能得到用戶的高度評價。 2005年4月29日，由中國工程院汪懋華院士、蔣亦元院士等8位本領域的權威專家組成的鑒定委員會，對本生產(chǎn)線進行了鑒定，專家們對這一成果給予了高度評價：總體技術水平達到國際同類產(chǎn)品的先進水平，多項技術處于國際領先水平。
日前，江蘇省自主研制生產(chǎn)的電腦控制全自動水果分級流水生產(chǎn)線在陜西成功運行，并通過國家一級科技查新，填補了國內(nèi)果品加工生產(chǎn)機械的空白[7]。 該生產(chǎn)線由江蘇牧羊集團研制，采用水果品質(zhì)視覺系統(tǒng)測與分級，每條生產(chǎn)線每小時能檢測分級2．5噸及3噸水果，適用于柑橘、胡柚、蘋果、西紅柿、土豆等多種水果及農(nóng)產(chǎn)品的快速分級，部分指標達到世界先進水平。為配套新生產(chǎn)線，該集團同時研發(fā)出壓榨機、榨汁機等飲料機械，以及去核機、打漿機等果汁生產(chǎn)線前處理設備與后道包裝設備，具有良好的應用前景。
第二章 總體方案設計
2.1蘋果大小分級機構功能分析
蘋果分級機機械系統(tǒng)設計主要結構組成：蘋果的自動進料裝置，分成單排裝置，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果精度影響較，所以電子稱重式蘋果分級機的通用性比較好，可以應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級機的機械系統(tǒng)設計，自動進料裝置的設計，分成單排裝置的設計，分級傳送裝置的設計，卸料裝置的設計，最終實現(xiàn)蘋果分級卸料。因此蘋果大小分級機構為滿足功能要求需要具有如下裝置：
（1） 自動進料裝置：完成蘋果的大批量輸送，與分級傳送裝置配合；
（2）分成單排的裝置：使蘋果整齊有序的分成單排，來完成與分級裝置的配合；
（3）分級傳送裝置：分級裝置傳動包括傳送鏈、蘋果托盤、托盤與鏈的鏈接、稱重模塊；
（4）卸料裝置：完成對不同等級的蘋果進行正確的分級卸料操作，分級箱的結構來應與分級卸料裝置配合。
（5）動力及傳動系統(tǒng)：提供動力并實現(xiàn)動力的傳送，使機構運轉。
2.2總體方案設計
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。所以在這次的設計中，采用的是以下的設計方案：
2.2.1自動進料裝置方案設計
圖2-1 自動進料裝置的三維結構示意圖
自動進料裝置如圖2-1所示主要采用的是帶輪和帶的傳動來輸送蘋果前進，電機驅動V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。
2.2.2分成單排裝置方案設計
1底板, 2調(diào)節(jié)片, 3調(diào)節(jié)螺釘, 4蘋果
圖2-2 分成單排裝置的結構示意圖
分成單排裝置如圖2-2 所示,蘋果經(jīng)皮帶自動進料裝置自動進料后, 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。當蘋果進料后到達定節(jié)拍自動進料裝置, 首先經(jīng)過一級定量輸送調(diào)節(jié)機構, 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。
2.2.3分級傳送裝置方案設計
1電動機 2皮帶 3主動鏈輪 4鏈條 5蘋果托盤機構 6稱重模塊7分級箱 8蘋果 9卸料裝置
圖2-3 分級傳送裝置的結構示意圖
分級傳送裝置如圖2-3所示，通過電動機來傳遞動力，實現(xiàn)整個機構鏈條的運轉，當放著蘋果的托盤經(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)。
稱重模塊和蘋果托盤的設計方案
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2-4 蘋果托盤和稱重實現(xiàn)機構的結構示意圖
蘋果托盤和稱重實現(xiàn)機構如圖2-4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。
2.2.4自動卸料裝置方案設計
1上升板 2上升板支架 3旋轉撥片 4彈簧 5電動機
圖2-5（a）卸料裝置的結構示意圖 （b）蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結構示意圖
蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結構示意圖如圖2-5(b)所示，當信號傳輸?shù)叫读涎b置時，旋轉撥片3會在電機5的控制下按照傳輸?shù)墓?jié)拍旋轉與上升板1的側面相齊，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，從而導致托盤的傾斜來實現(xiàn)蘋果的卸料。當沒有信號的時候，彈簧4的作用下，旋轉撥片3會復原，使其他托盤順利從上升架1的下面走過。
第三章 各裝置的結構及尺寸設計
3.1自動進料裝置
參照市場上現(xiàn)有蘋果分級機選定自動進料裝置主要參數(shù)如下：
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3-1：
圖3-1自動進料裝置示意圖
3.1.1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）確定電機轉速nd?
①計算托輥轉速：r/min
②確定電機同步轉速?
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,其相關參數(shù)如下：額定功率3.0kW，轉速1430r/min，電流6.82A，效率82.5%，功率因素0.81。
（4）電機固定座
電機固定座起承載電機的作用。根據(jù)設計要求，經(jīng)查國家標準，在本次設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。
3.1.2傳動及動力參數(shù)計算
（1）傳動比分配
i總
取i帶=3，則i齒=i總/i帶=14.97/3=4.99
（2）各軸轉速
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
（3）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
（4）各軸輸入轉矩
電動機輸出轉矩Td
各軸輸入轉矩
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
3.1.3 V帶傳動的設計
（1）確定計算功率Pca
由教材《機械設計》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）軸徑的設計
取45號鋼時，按下式估算：
， 圓整為20mm
（10）V帶輪的結構設計
1）選擇帶輪材料：大小帶輪材料均為 HT200
2）選擇帶輪的結構形式：根據(jù)帶輪直徑，大帶輪采用孔板式，小帶輪采用腹板式。
3）計算基本結構尺寸
（11）小帶輪基本結構尺寸
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。
3.1.4輸送帶的設計
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。主要應用的行業(yè)：煙草、物流、包裝、印刷、水果、木材等。
本次設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?？紤]到使用安全，要求輸送帶有足夠的抗拉強度安全儲備，此次設計的運輸帶的安全系數(shù)為8。
3.1.5托輥的設計
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，應采取相應的措施。
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3-2托輥
3.1.6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。
3.1.7托輥軸的設計與校核
（1）軸的最小直徑的確定
本次設計的托輥軸如圖3-3所示：
圖3-3 托輥軸零件圖
托輥軸長度為1404mm
；
許用應力 用插入法查得：
許用應力值
應力校正系數(shù)
當量彎矩
設計的最小直徑
托輥軸直徑
； 驗算合格。
（2）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。
（3）托輥軸的疲勞強度校核
Ⅰ截面直徑最小，且有應力集中；Ⅱ截面為連接處，由于直徑發(fā)生實然變化，產(chǎn)生明顯的應力集中；由于直徑最大且無應力集中，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
因為Ⅰ截面受扭矩作用，所以
由于變化形成的理論應力集中系數(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
彎曲應力
所以 ，
扭轉應力
所以
由于軸徑變化形成的理論應力集中系數(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）托輥軸的接觸應力校核
最大壓應力
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
3.2分成單排裝置設計
分成單排裝置如圖2 所示,蘋果經(jīng)皮帶自動進料裝置自動進料后, 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。當蘋果進料后到達定節(jié)拍自動進料裝置, 首先經(jīng)過一級定量輸送調(diào)節(jié)機構, 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。
六塊擋板與槽用鉸鏈連接，每對擋板之間的距離通過調(diào)節(jié)螺桿進行調(diào)節(jié)，擋板之間的距離和槽的傾斜角度通過實驗得到，主槽傾斜15°，第一對擋板開口之間的距離為140cm左右,第二對擋板開口之間的距離為100cm左右,第三對擋板開口之間的距離為85cm左右，在槽的下方安裝一個振動電機，防止蘋果在擋板開口處卡住，使其逐個滾至輸送裝置的聚乙烯滾子上。其示意圖如圖4
1底板, 2調(diào)節(jié)片, 3調(diào)節(jié)螺釘, 4蘋果
圖3-4分成單排裝置的結構
3.3分級傳送裝置
經(jīng)分析此機構主要包括機架，定制的雙側套筒傳動鏈，滾子，雙側鏈輪，軸承，軸，軸承套，同步帶和同步帶輪要進行設計。
3.3.1主要技術參數(shù)和電機選擇
表2 主要技術參數(shù)
傳輸鏈輪傳輸速率v（m/s)
0.25
機架長度L（mm)
2210
整體高度H（mm)
1850
鏈輪傳輸功率P(KW)
0.5
（1）電機選擇
根據(jù)鏈輪的速率知整個系統(tǒng)的轉速都非常小，且參照以往水果分級機構所選電機，估計在20-60之間.所以盡量選轉速小的電機，以免使同步帶帶輪尺寸過大而不便設計和安裝。下表是YCJ系列部分齒輪減速電動機基本型譜。
表3 電機參數(shù)
減速機中心高H/mm
電動機功率P/KW
輸出轉速
n/()
輸出轉距
電 動 機
輸出軸軸徑
機座號
端蓋序號
極數(shù)
132
0.55
57
86
801
F2
4
52
96
47.5
104
43
115
36
135
所以在這選擇YCJ序列減速機中心高為132mm,輸出轉速為43的減速機。
（2）蘋果參數(shù)
設計之前對蘋果分成大，中，小三個等級，分別選20個測量出各項參數(shù)并分別求出平均值。個參數(shù)測量數(shù)據(jù)如下表4。
從表中可以看出，蘋果主要物理參數(shù)有兩種，單在本機器中是通過圖像處理來辨別它的大小。因此必須選擇蘋果的長徑或鍛徑來進行分級。由數(shù)據(jù)可以以得出各級的長徑和短徑比都接近1.5，故選長徑或短徑都可以，在這選擇蘋果的長徑來作為標準進行分級。分級如下：第一級：長徑小于60mm；第二級：長徑介于60mm和70mm.之間；第三級：長徑介于70mm和85mm.之間。
表4 蘋果參數(shù)
級別類型
測量樣本數(shù)(個）
測量平均長徑
（mm）
測量平均段徑
(mm)
大
20
84.1
60.3
中
20
70.5
54.4
小
20
60.1
47.0
3.3.2鏈條和鏈輪的設計
傳動鏈主要有套筒鏈，套筒滾子鏈和齒形鏈。它們都已經(jīng)標準化。在本設計中要求用雙側的鏈條中間夾裝有滾子，但在標準化的鏈中他們的尺寸偏大會使的機構過于龐大。所以根據(jù)設計需要，考慮盡可能的減小機構的體積和節(jié)省材料。在本設計中我采用定制的鏈條。在設計時取鏈的節(jié)距P=50.00mm.前后鏈輪中心距a=1375mm.
（1）鏈輪的設計
鏈輪輪齒的齒型應保證鏈節(jié)能夠自由地進入和退出嚙合，在嚙合時應保證良好的接觸，同時形狀應盡可能簡單，并便于加工。
國家標準只規(guī)定了鏈輪的最大和最小齒槽形狀。實際齒槽形狀在最大和最小范圍內(nèi)都可用，因而鏈輪齒廓曲線的幾何形狀可以有很大的靈活性。在這采用的齒廓為“三圓弧一直線”齒形。
鏈輪的尺寸計算如下：
因為本機構的傳動速率V=0.25m/s<0.6m/s.速率很低，所以在齒數(shù)的選擇上有很大的空間，在這里取齒數(shù)Z=17.
所以，分度圓直徑
d= （5-1）
由（5-1）得d ==272.1mm
齒頂圓直徑
（5-2）
由（5-2）得
齒根圓直徑
滾子外徑） （5-3）
由（5-3）得
最大齒根距離
（5-4）
由（5-4）得
齒側凸緣直徑
（5-5）
鏈輪的結構如圖3-6：
圖3-6鏈輪結構圖
（2）鏈條的設計計算
由上面設計可知節(jié)距p=50mm，中心距=1375mm，鏈輪齒數(shù)z=17。
1）.由以上數(shù)據(jù)確定鏈條的鏈節(jié)數(shù)：
（5-6）
由（5-6）得節(jié)
所以整個鏈條的節(jié)數(shù)為72節(jié)。
2）.鏈傳動的受力分析：
鏈傳動安裝時，所需的張緊力不大，主要是保證鏈條松邊垂度不要過大，以免影響鏈條的正常退出嚙合和產(chǎn)生震動，跳齒和脫節(jié)現(xiàn)象。不考慮傳動中的動載荷，作用在鏈上的力有工作拉力F，離心拉力Fc和懸垂拉力。在這取鏈傳動的效率。
工作拉力（N)取決于傳動功率P(KW）和鏈速V（m/s)
F=1000 （5-7）
由（5-7）得F==1980N.
離心拉力 （5-8）
由（5-8）得
式中q表示單位長度鏈條的質(zhì)量，kg/m,在這q=5kg/m.
懸垂拉力可用求懸索拉力的方法近似求得
（5-9）
由（5-9）得
為垂度系數(shù)。與中心線和水平線的夾角有關。垂直分布時可取=1.0,水平布置時可取=6.5.在這是水平布置。故取=6.5。
由此得到鏈緊邊和松邊拉力為
緊邊拉力 ： 。
松邊拉力 ： 。
靜強度校核：
由于鏈條的速率v=0.25m/s小于0.6m/s，而鏈速低于0.6m/s的低速鏈傳動，其主要失效形式是鏈條的靜力拉斷，故應進行靜強度校核。靜強度安全系數(shù)應滿足下式要求
（5-10）
式中 表示單排鏈的極限拉伸載荷，在這取極限小值為60000N. 表示工作情況系數(shù)，查表在載荷平穩(wěn)的情況下取=1.0所以：
,故符合要求。
3.4支架設計
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。
3.4.1支架設計的要求
在滿足支架設計準則的前提下，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）結構合理，便于制造。
（3）結構應使支架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。
（4）結構設計合理，工藝性好，還應使支架本身的內(nèi)應力小，由于溫度變化引起的變形應力小。
（5）抗振性能好。
（6）耐腐蝕，使支架結構在服務期限內(nèi)盡量少修理。
（7）有導軌的支架要求導軌面受力合理，耐磨性良好。
3.4.2支架的設計
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3-5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3-5支架的外形結構
3.4.3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。
右端連接處最大應力
左端連接處的最大應力
根據(jù)機架一的設計高度為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。
3.4.4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模型如圖3-6：
圖3-6 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計時螺栓連接處預緊力一般取以上，所以螺栓的總受力為安全起見下面就可以根據(jù)公式求拉應力：
——螺栓受到的拉應力 單位；
S ——螺栓的截面積 單位。
由于我們選的是M16的螺栓，危險截面對應螺紋小徑處的面積約為140，根據(jù)公式（3-8）得43，除拉應力外，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，動載情況下許用應力安全系數(shù)為S=2.5～4，我們?nèi)?計算得到許用應力[]==82.5Mpa，由于，所以滿足要求。
總 結
畢業(yè)設計是對大學中所學知識的回顧，是對以往所學知識的綜合運用，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)實際的轉變。在這之前，雖然經(jīng)過四年的學習學到了很多知識，但是還沒有機會來運用和掌握這些東西。通過這次實踐，我對蘋果分級機機械系統(tǒng)的總體結構、安裝工藝和機械設計過程都有了全面的了解，設計、計算和繪圖方面的能力都得到了全面的訓練和提高，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。在總體結構設計的過程中，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。設計期間得到了我的指導老師的幫助，我覺得從與老師的溝通過程中，我能學到很多東西，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。通過這段時間的設計，我已基本按照設計要求完成蘋果分級機機械系統(tǒng)的設計，但是由于本人知識水平有限，又沒有實際工作經(jīng)驗，本設計中定存在不足之處，敬請老師同學批評指正，提出寶貴意見，以便及時糾正。
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致 謝
四年大學生活即將結束，畢業(yè)設計是本科教育的一個重要的關鍵性的環(huán)節(jié)，能順利地完成這次畢業(yè)設計離不開各位老師和同學的幫助。
首先應該感謝我的指導老師，在我們畢業(yè)設計階段，他工作認真負責的態(tài)度讓我十分敬佩。此外，他對待學生和藹可親，不厭其煩的為學生解決設計中遇到的困難，指導我們?nèi)绾卫砬逅悸罚樌倪M行設計。在設計的整個過程中，給予我精心的指導與幫助，為我們的畢業(yè)設計付出了辛勤的勞動，傾注了大量時間和精力。沒有老師的幫助就沒有今天的設計成果，在此向他表示誠摯的敬意和衷心的感謝。
通過這次設計使我意識到遇到問題首先應該獨立思考問題并解決問題，同時在此過程中還讓我明白了一些做人的道理。在此表示真誠的感謝，同時也感謝在設計過程中幫助過我的老師和同學。
最后，感謝我的同窗好友，四年來我們朝夕相處，共同進步，感謝你們在大學四年里給予我的所有關心和幫助。
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