堅果破殼機(jī)設(shè)計含SW三維及8張CAD圖,堅果,破殼機(jī),設(shè)計,sw,三維,cad 摘要 減輕人工堅果破殼的工作量繁重、人工成本高的麻煩是我此設(shè)計的最終目的用破殼機(jī)代替人工來節(jié)約破殼成本和提高工廠的效益。因為堅果種類繁多，這里我選用榛子來作為研究對象。開發(fā)深加工技術(shù),拓寬榛子利用方法是提高榛子商品價值的主要途徑,而解決這一問題的前提條件就是對榛子進(jìn)行去殼。榛子剝殼機(jī)的設(shè)計是我本次的審計題目,以前人們的剝殼方法都是通過用手去剝的，這種方法剝出來的榛子仁雖然質(zhì)量比較高但是生產(chǎn)率比較低，但我設(shè)計出來的這款剝殼機(jī),榛子得主動剝殼可以得到實現(xiàn),面且和人工用手剝殼相比,生產(chǎn)效率得到了大大提升。然而該產(chǎn)品與發(fā)達(dá)國家的榛子剝殼機(jī)相比,還是有很大的差距的,所以設(shè)計出新型的榛子剝殼機(jī)是比較迫切的事。 關(guān)鍵詞：堅果破殼機(jī)，結(jié)構(gòu)設(shè)計 Abstract It is the ultimate purpose of our design to save the cost and improve the efficiency of the factory by replacing the manual sheller with the shell breaker for the final purpose of reducing the heavy workload of manual shell breaking and the trouble of high labor cost. Because of the variety of nuts, here I choose hazelnut as the object of study. Developing the deep processing technology and widening the utilization method of hazelnut is the main way to improve the value of hazelnut commodity, and the precondition to solve this problem is to remove the shell of hazelnut. The design of hazelnut sheller is my audit topic. People used to peel the shell by hand. Although the quality of hazelnut peeled by this method is relatively high, but the productivity is relatively low. I designed this sheller, the hazelnut has to take the initiative shell can be achieved, and compared with manual shelling, the production efficiency has been greatly improved. However, compared with the hazelnut sheller in developed countries, there is still a big gap between the product and the hazelnut sheller, so it is urgent to design a new type of hazelnut sheller. Key words: nut sheller, structure desig 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國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 6 1.3堅果主要產(chǎn)品工藝 7 1.4傳統(tǒng)堅果脫殼去衣技術(shù) 9 1.5堅果的加工現(xiàn)狀 9 1.6研究內(nèi)容 14 第2章 堅果破殼機(jī)總體參數(shù)的設(shè)計 15 2.1 堅果破殼機(jī)的工作原理 15 2.2 螺旋輸送機(jī)設(shè)計參數(shù)的確定 15 2.3 螺旋輸送機(jī)外形及尺寸 20 2.4 螺旋輸送機(jī)外形長度組合及各節(jié)重量 20 2.5電動機(jī)選型計算 21 第3章 帶傳動的計算 24 3.1帶傳動設(shè)計 24 3.2選擇帶型 25 3.3確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗證帶速 26 3.4確定中心距離、帶的基準(zhǔn)長度并驗算小輪包角 27 3.5確定帶的根數(shù)z 28 3.6確定帶輪的結(jié)構(gòu)和尺寸 28 3.7確定帶的張緊裝置 29 3.8主軸結(jié)構(gòu)圖 32 3.9主軸組件的驗算 32 3.9.1支承的簡化 32 3.9.2主軸的撓度 33 3.9.3主軸傾角 34 第4章 鍵的選擇與校核 41 4.1帶輪1上鍵的選擇與校核 41 4.1.1鍵的選擇 41 4.1.2鍵的校核 41 4.2帶輪2上鍵的選擇與校核 42 4.2.1鍵的選擇 43 4.2.2鍵的校核 43 第5章 Solidwork虛擬樣機(jī)設(shè)計 45 結(jié)論 47 參考文獻(xiàn) 48 致謝 49 IV 第1章 緒論 1.1課題研究的目的和意義 堅果富含維生素、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。堅果可以益氣血、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。由于堅果富含柔軟的膳食纖維，糖尿病患者也可適量品嘗。但堅果生吃難消化，熟食又易滯氣，所以，一次不宜多食。最好在兩餐之間把堅果當(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。民間驗方多用堅果，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。堅果含有大量淀粉、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、動脈硬化、骨質(zhì)疏松等疾病。同時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)為堅果能補(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國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國是從20世紀(jì)后期才開始著手堅果破殼機(jī)的研發(fā)而且我國堅果剝殼機(jī)具發(fā)展緩慢,堅果質(zhì)量無法與國外的堅果加工生產(chǎn)鏈的生產(chǎn)質(zhì)量相比。利用傳統(tǒng)剝殼方法,我國積極研制和開發(fā)了新的破殼方案。我們的母校就利用堅果殼的內(nèi)部有氣孔,在密閉環(huán)境下施以高壓使堅果自我爆破的新型堅果破殼機(jī)。在多年的研發(fā)中,我們開發(fā)出數(shù)種新型破克法，下面我舉幾個例:(1)利用微波加熱形成高壓水汽的微波法; (2)利用堅果在高壓室中停留適當(dāng)時間后瞬間泄壓的高壓膨脹法;(3)利用堅果在高壓高壓室中停留適當(dāng)時間后瞬間脫離高溫高壓環(huán)境使堅果自我爆破的能量法。(4)將堅果放置于真空高溫的環(huán)境中,由于堅果失水使果殼變脆,殼內(nèi)部有相對外界的高壓使堅果自我爆破的高真空度法。(5) 采用超聲波產(chǎn)生與外在環(huán)境發(fā)生的連鎖反應(yīng)來破殼的超聲波法。(6) 用化學(xué)溶劑來腐蝕堅果外殼的化學(xué)腐蝕法。但是我國的大部分的堅果破殼機(jī)依然依靠人工喂料和定位。在使用堅果破殼設(shè)備是使用剪切法,研磨法,撞擊法。種植業(yè)和堅果加工業(yè)缺乏合作,應(yīng)采用鄉(xiāng)與鄉(xiāng)的聯(lián)合而且我國沒有形成大規(guī)模的生產(chǎn)帶,中間產(chǎn)了人力、物力的浪費。 1.2.2國外研究現(xiàn)狀 在西歐諸國的第三次工業(yè)革命時期就已經(jīng)有機(jī)械破殼的方法研發(fā)出來了。國外利用噴灑乙烯對堅果進(jìn)行崔熟,使果實脫落不是用人工操作而是使用機(jī)械手臂來震動果樹果木。在加上國外是高度機(jī)械化而且是種植堅果是密集分布,例如美國就分有玉米種植區(qū)、大豆種植區(qū)、甜菜種植區(qū)等等。他們使用對地的機(jī)械收集器來- -次性收獲完畢,然后集合大量農(nóng)業(yè)車統(tǒng)- -運(yùn)輸 到加工廠加工,農(nóng)廠沒有在儲存上消耗太多的成本。而目前，國內(nèi)由于堅果種植區(qū)不密集多坡度無法機(jī)械快速收集,個體農(nóng)廠產(chǎn)量少無法形成大規(guī)模的同一種植采取儲存加工的完備的生產(chǎn)鏈。浪費了大量成本。 1.3堅果主要產(chǎn)品工藝 1.3.1風(fēng)味堅果研究了各種輔助配料對炒制堅果風(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。堅果預(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,投入堅果(溫度設(shè)置高—中—低)、過篩、檢驗、包裝。 1.3.2酥脆營養(yǎng)堅果脆片技術(shù)關(guān)鍵是護(hù)色和油炸溫度、時間設(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→包裝(與適量蘋果、香蕉脆片搭配)→成品 1.3.3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→包裝→成品對此成品進(jìn)行冷水、溫水、沸水溶解試驗,均取得滿意效果。 1.3.4堅果果醬工藝流程原料→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，不時加以攪拌，以確保受熱均勻，濃縮接近折光計66%時，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，無敗壞變質(zhì)者即可裝箱入庫。 1.3.5糖水堅果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汞柱時封口，后者則是加熱排氣，待罐中心溫度達(dá)90℃時封口。⑦密封合格后立即殺菌，分段冷卻后即得成品。 1.4傳統(tǒng)堅果脫殼去衣技術(shù) 堅果外有堅硬致密的果殼,內(nèi)有薄薄的紅衣緊貼果肉,因此,剝殼去衣就成了堅果加工的首道工序。目前還沒有成熟的堅果專用的剝殼機(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堅果脫殼方法，它借助于雙手將堅硬的外殼剝離，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)，也有人先將堅果蒸煮、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，一個人l天最多只能處理10kg堅果?；馃ㄊ窍扔靡夯瘹饣鹧嬖诟邷叵聦怨鈿?，然后對未燒盡的堅果進(jìn)行擠壓刮皮，使堅果的仁、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，很容易使堅果熟化，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)堅果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。熱處理的具體時間以果殼開裂為準(zhǔn)。試驗表明,用上述第三種方法剝殼的堅果果肉色澤好,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,先將去殼的堅果投入濃度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。 1.5堅果的加工現(xiàn)狀 世界堅果加工歷史悠久，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，堅果的消費方式呈多樣化，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。我國堅果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堅果作為食物的補(bǔ)給。約2300年前，堅果已被列為名果。但是，我國堅果的加工業(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的消費需求。我國市場出售的堅果主要是以鮮食為主。最常見的消費方式是糖炒堅果、肉燒堅果，傳統(tǒng)名菜為子雞燒堅果。我國消費方式與堅果加工同世界發(fā)達(dá)國家相比尚有一定的差距。堅果在開花結(jié)果和采收去苞過程中，不可避免的會感染微生物，從而導(dǎo)致堅果極易腐爛變質(zhì)，不耐貯藏。我國堅果每年因霉?fàn)€、蟲害、失水和發(fā)芽而造成的損失達(dá)總產(chǎn)量的20%-30%，原料資源浪費極大。另外，我國每年堅果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，因此影響了堅果市場的發(fā)展，進(jìn)而影響了堅果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。所以，堅果行業(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)模化發(fā)展。在堅果加工行業(yè)中，深加工產(chǎn)品均要對堅果進(jìn)行脫殼去衣。堅果的脫殼去衣是其加工過程中的技術(shù)瓶頸，已成為發(fā)展堅果深加工的制約因素。因此，研究與發(fā)展堅果脫殼去衣方法，對提高堅果加工的生產(chǎn)效率， 推動堅果加工業(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)歐洲堅果脫殼去衣技術(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)械式堅果脫殼去衣技術(shù)的工藝流程圖，其采用的是先火燒后機(jī)械擠壓脫去堅果外殼和紅衣的方法，堅果由提升機(jī)9加入特制燃燒室8，在其中高溫液化氣火焰對堅果外殼進(jìn)行短時間燒灼，然后堅果進(jìn)入堅果擠壓機(jī)對未燒盡外殼的堅果進(jìn)行擠壓刮殼，使堅果的仁、衣分開，接著堅果殼、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。這種堅果脫殼技術(shù)是機(jī)械式脫殼去衣技術(shù)中比較獨特的技術(shù)，具有脫殼效率高，自動化程度高的優(yōu)點。但是，整套設(shè)備的堅果損耗率較高，而且由于采用高溫燃燒將堅果外殼、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，價格十分昂貴，只適合大型的堅果精加工廠使用，因此不是機(jī)械式堅果脫殼去衣技術(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，先將鮮堅果用提升機(jī)7輸送到脫殼機(jī)上方進(jìn)入刮料機(jī)9，堅果在刮料機(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把堅果外殼切破，而高速擊打鋼片8則高速擊打己被切破外殼的堅果，將堅果外殼打掉或打松。然后堅果進(jìn)入旋轉(zhuǎn)殼仁分離機(jī)10(結(jié)構(gòu)見圖2.3，在這里堅果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沖入，讓堅果在管子內(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，堅果則在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的推動下進(jìn)入下部的堅果收集裝置3，此時堅果只剩下紅衣未脫去。最后帶有紅衣的堅果將進(jìn)入到專門的堅果紅衣脫皮裝置(見圖2.4)，這是一種采用高壓蒸汽快速旋轉(zhuǎn)脫去堅果紅衣的旋轉(zhuǎn)脫皮機(jī)，其工藝流程是堅果進(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下旋轉(zhuǎn)，將堅果表面的紅衣磨去。此裝置為非連續(xù)工作機(jī)構(gòu)，每批堅果在脫皮筒中停留60-90s，筒上蓋和下蓋在2的作用下打開，壓縮空氣沖入，脫去紅衣的堅果靠自重落到傳送帶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)計將脫堅果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，提高了堅果的剝殼率，其栗仁破碎率較低。但是，此設(shè)備的堅果紅衣去凈率仍較低，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)備的價格昂貴，其出口型價格高達(dá)十幾萬美元，不適合在我國推廣使用。 2.3國內(nèi)技術(shù) 我國堅果機(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，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，以下舉出幾種最有代表性的機(jī)械。 2.3.1廣東堅果剝殼設(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，而且不需要將堅果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)撕脫堅果外殼的剝殼原理，將帶齒鉤的組合刀具4鑲?cè)雱儦さ侗P6中，工作時通過剝殼刀盤的高速轉(zhuǎn)動，使堅果在剝殼刀盤內(nèi)自由翻滾鉤削撕扯，將堅果殼鉤碎撕脫達(dá)到剝殼的目的。撕脫式堅果剝殼機(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)的堅果剝殼均勻而設(shè)置的，為使不同品種、大小的堅果均能剝殼，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)及剝殼時間來實現(xiàn)。這種設(shè)備的缺點是適用范圍窄，加工能力低，因此僅僅應(yīng)用于小工廠的堅果加工生產(chǎn)上，沒有廣泛推廣價值。 2.3.2云南林業(yè)科學(xué)院新型堅果脫皮機(jī) 這是云南省林業(yè)科學(xué)院開發(fā)的一種獨具一格的新型堅果脫皮機(jī)(見圖2.6)該機(jī)有一可轉(zhuǎn)動的水平刀盤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，工作時由電機(jī)巧帶動刀盤11高速旋轉(zhuǎn)，同時堅果自進(jìn)料斗8落到刀盤中部，因離心力的作用，堅果在水平導(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推進(jìn)，堅果在不斷滾動向前的過程中，高速旋轉(zhuǎn)的刀片10與滾動的堅果存在同向速度差，從刀片刨削堅果(刨削量在0.2-O.Smm之間)，因堅果沿螺旋導(dǎo)向槽19不斷翻滾滾動，堅果周身都受到刨削，經(jīng)刨削后的堅果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)動的柔性摩擦物4的作用下，自上而下作螺旋運(yùn)動，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)，堅果外殼紅衣脫盡率)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，僅適用于中小堅果加工企業(yè)使用的缺點。 2.3.3遼寧堅果脫皮機(jī) 如圖2.7所示，這是一種比較有特點的脫除堅果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)。由于采用滾動擠壓原理進(jìn)行脫殼去種衣，因此堅果須先進(jìn)行干燥處理，使堅果的含水量降到5%-10%，然后再進(jìn)入脫殼機(jī)進(jìn)行處理，這樣處理的原因是堅果干燥后，外皮脆硬，栗仁縮水變堅硬與紅衣相脫離，為脫皮機(jī)進(jìn)行脫皮處理創(chuàng)造了條件。脫皮時滾筒上的滾牙，對脫水干燥后的堅果進(jìn)行滾動擠壓，使其外殼和紅衣破碎，然后在風(fēng)機(jī)的吹動下將殼仁分離開來。該機(jī)的特點是脫皮效率高，而且可一次性脫除堅果外殼和紅衣，但是由于脫殼采用滾動擠壓式，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 脫殼去衣機(jī)是堅果脫殼設(shè)備的核心部分，在機(jī)械式堅果脫殼設(shè)備中，有些采用的是同時脫去堅果外殼與紅衣的技術(shù)，如歐洲的擠壓刮殼去衣技術(shù)以及中國農(nóng)機(jī)院的堅果加工成套設(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堅果外殼，而由專門的紅衣脫皮裝置脫去紅衣;還有一些只是將堅果外殼脫去，并沒有脫去栗仁上的紅衣，如廣東的堅果剝殼設(shè)備。無論是從設(shè)備的實用性，還是從設(shè)備的成本考慮，采用同時脫殼去衣技術(shù)的設(shè)備都優(yōu)于另外兩種技術(shù)形式，因為其具有可以單機(jī)操作，無須其他中間環(huán)節(jié)，一次性脫去堅果外殼與紅衣的優(yōu)點。因此，在考慮堅果脫殼去衣設(shè)備的技術(shù)時首選這種加工形式。 3.1機(jī)械形式的優(yōu)化設(shè)計 機(jī)械式堅果脫殼去衣設(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堅果外殼、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是技術(shù)要求較低，脫殼去衣率高，但缺點是栗仁上容易產(chǎn)生刀傷，影響栗仁成品品質(zhì)。第二種機(jī)械形式是采用堅果的高速滾擦碰撞將堅果外殼、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堅果外殼、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，堅果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 機(jī)械式堅果脫殼去衣機(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)計將直接影響堅果的脫殼去衣效果。因此，工作部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在整個設(shè)計開發(fā)中就十分重要。方案Ⅰ:參考日本堅果脫殼技術(shù)以及中國農(nóng)機(jī)院堅果劃口機(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)計也解決了方案工中的堅果切削不均勻，破殼不完全的缺點。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，堅果脫殼去衣的效果也較方案Ⅰ好，因此本設(shè)計的機(jī)械式堅果脫殼去衣機(jī)的工作部分采用方案Ⅱ。本文是以新型堅果脫殼技術(shù)與機(jī)械為研究對象，就現(xiàn)有的堅果脫殼去衣技術(shù)設(shè)備進(jìn)行了較為全面的調(diào)查研究，對各種堅果脫殼去衣術(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)提出了一些新型堅果脫殼去衣工藝流程和設(shè)備的優(yōu)化設(shè)計。在堅果脫殼去衣設(shè)備方面，本文完成了新型堅果脫殼去衣機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，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，為進(jìn)一步完成新的脫殼機(jī)械設(shè)備提供了基礎(chǔ)。 1.6研究內(nèi)容 （1）堅果破殼機(jī)的需求分析。 （2）堅果破殼機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （3）確定堅果破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，設(shè)計主要零部件并進(jìn)行強(qiáng)度計算。 （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)計圖及設(shè)計說明書的撰寫。 第 49 頁 共 49 頁 第2章 堅果破殼機(jī)總體參數(shù)的設(shè)計 2.1 堅果破殼機(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，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，堅果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)計機(jī)械式堅果脫殼去衣機(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)計將直接影響堅果的脫殼去衣效果。因此，工作部分的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計在整個設(shè)計開發(fā)中就十分重要。 2.2 螺旋輸送機(jī)設(shè)計參數(shù)的確定 1. 螺旋輸送機(jī)設(shè)計參數(shù)的確定 Ⅰ原始資料 輸送物料堅果，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)系兩個條件，來確定最合理的螺距尺寸。 通?？砂聪率接嬎懵菥? 〔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性較差時，: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)，因為兩者共同決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。所以在輸送能力計算時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)，所以計算結(jié)果取D=200mm，n=150轉(zhuǎn)/分 Ⅵ 傳動功率 螺旋輸送機(jī)的驅(qū)動功率，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)動消耗的功率。 這樣 ，螺旋輸送機(jī)的電動機(jī)驅(qū)動功率，就由機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中所產(chǎn)生的阻力來決定的。阻力主要由以下幾個部分組成： (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; 在計算功率的時候，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)帶入公式計算得：=0.5886；=0.120；=0。 所以，P0=P1+P2+P3=0.7086KW 電動機(jī)的驅(qū)動功率按下式計算： = 〔3-9〕 式中：——功率備用系數(shù)，根據(jù)滿足起動的要求及電動機(jī)的啟動能力值在1.2～1.4范圍內(nèi)選取。 ——驅(qū)動裝置總傳動效率，對于圓柱齒輪減速器可取0.85～0.9。取=1.2，=0.85，帶入公式計算得：=1.00。 由于采用浮動聯(lián)軸器將驅(qū)動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 實體式螺旋葉片的展開尺寸 將一個螺距的標(biāo)準(zhǔn)型實體式螺旋面展開，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?。? 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電動機(jī)選型計算 由于帶在傳動過程中，存在著功率的損失，查《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊》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)計課程設(shè)計手冊》得： 選擇，其銘牌如下表2-1： 表2-1Y系列三相異步電動機(jī) 電動機(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電動機(jī)的安裝及外形尺寸示意圖 表2-2電動機(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 帶傳動的計算 3.1帶傳動設(shè)計 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) 原動機(jī) ⅰ類 ⅱ類 一天工作時間/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)；振動篩 1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4 載荷 變動較大 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），查《機(jī)械設(shè)計》P296表4， 取KA＝1.1。即 3.2選擇帶型 普通V帶的帶型根據(jù)傳動的設(shè)計功率Pd和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1按《機(jī)械設(shè)計》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)直徑并驗證帶速 由《機(jī)械設(shè)計》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》P295表13-4查“V帶輪的基準(zhǔn)直徑”，得=250mm ① 誤差驗算傳動比：（為彈性滑動率） 誤差符合要求 ②帶速 滿足5m/s300mm，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計算壓軸力 由《機(jī)械設(shè)計》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)速高時要進(jìn)行動平衡，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）實心帶輪：用于尺寸較小的帶輪(dd≤(2.5～3)d時)，如圖3-2a。 （2）腹板帶輪：用于中小尺寸的帶輪(dd≤300mm時)，如圖3-2b。 （3）孔板帶輪：用于尺寸較大的帶輪((dd－d)＞100mm時)，如圖3-2c。 （4）橢圓輪輻帶輪：用于尺寸大的帶輪(dd＞500mm時)，如圖3-2d。 （a）（b）（c）（d） 圖3-2帶輪結(jié)構(gòu)類型 根據(jù)設(shè)計結(jié)果，可以得出結(jié)論：小帶輪選擇實心帶輪，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，因此主軸的計算主要是剛度的驗算，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，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算包括：主軸端部撓度和主軸傾角的計算。 3.9.1支承的簡化 對于兩支承主軸，若每個支承中僅有一個單列或雙列滾動軸承，或者有兩個單列球軸承，則可將主軸組件簡化為簡支梁，如下圖2-8所示；若前支承有兩個以上滾動軸承，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)計的主軸，前支承選用了一個雙列向心短圓柱滾子軸承和兩個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， I=。此處，D=35 故可計算出，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齒輪處的傾角，稱為主軸的傾角。此次設(shè)計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， I=。此處，D==133 故可計算出，主軸傾角為： =-2.3×10rad 查《特殊磨頭設(shè)計》第一冊中機(jī)械部分的第670頁，可知： 當(dāng) x≤0.0002Lmm ≤0.001rad 時，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，同時為了