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摘要 花椒采摘是花椒生產的一個非常重要的部分 選用的勞動力占整個生產過 程的 1 3 1 2 不僅季節(jié)性較強而且復較雜 花椒采摘機的使用給我們帶 來很大的好處 手工采摘花椒時可以解決高成本 低效率和勞動強度的問題 另外 現在所用到的比較大型的采摘機械耗資比較大 而且攜帶也不太方便 所以并沒有廣泛普及 而是用在一些投資規(guī)模比較大的農場中使用 針對于少 量種植花椒的農戶來講 應用起來不太現實 本次設計則解決的是這樣的問題 本著簡單實用的目的 在這里設計了一款新型的花椒采摘機構 該設計所 用的支撐桿為可伸縮型的薄壁結構 一端連接固定把手 并且在下端固定有控 制線的伸縮滑輪 方便操作 另一個伸縮端則固定了采摘機構 本設計所用到 的控制線選擇從伸縮桿內部通過 可以避免掛在樹枝上 或者線頭纏繞鎖死的 情況 另外采用了三級伸縮的設計 每一級伸縮的長度是一米 全部伸開則為 三米 1 3 米的設計 則方便采摘生長在不同高度的花椒 關鍵詞 采摘機 機械 設計 Abstract Pepper picking is a very important part of the production of peppercorns The selected labor force accounts for 1 3 1 2 of the entire production process which is not only seasonal but also more complex The use of pepper picking machines has brought us great benefits When picking peppers manually it can solve the problems of high cost low efficiency and labor intensity In addition the relatively large scale picking machines currently used are relatively expensive and are not convenient to carry so they are not widely used but are used in some farms with relatively large investment scale For a small number of farmers planting pepper the application is not realistic This design solves this problem For a simple and practical purpose a new type of pepper picking mechanism was designed here The support rod used in this design is a retractable thin walled structure One end is connected with a fixed handle and a telescopic pulley with a control wire is fixed at the lower end to facilitate the operation Another telescopic end holds the picking mechanism The control line used in this design is chosen to pass through the interior of the telescopic rod which can avoid hanging on the branch or the situation that the thread end is locked and locked In addition a three stage retractable design is adopted The retractable length of each level is one meter and all the extensions are three meters The design of 1 3 meters is convenient for picking peppers grown at different heights Keywords mechanical design of picking machine 目錄 1 緒論 4 1 1 項目背景 4 1 2 選題意義 4 2 1 花椒采摘機簡介 4 2 2 花椒采摘機技術簡介 5 1 3 花椒采摘機在國內外發(fā)展現狀 7 1 4 本文的主要內容 9 2 花椒采摘器結構的設計 11 2 1 引言 11 2 2 花椒采摘器設計的基本要求 11 2 3 花椒采摘器方案設計 11 2 4 本章小結 13 3 花椒采摘器各結構原理 14 3 1 花椒采摘器工作原理 14 3 2 力矩傳輸結構 15 3 3 伸縮桿結構 16 3 4 材料分析及選擇 17 3 5 電動機的選擇 18 第四章 主要零部件的結構設計 計算及校核 21 4 1 偏心輪機構的設計及強度校核計算 21 4 2 伸縮機構設計及校核 26 3 3 旋轉軸螺紋及螺母計算 31 3 4 鍵的選擇與設計 37 3 5 影響采摘能力的主要因素 37 第四章 總結與展望 39 4 1 總結 39 4 2 展望 39 參考文獻 40 致謝 42 1 緒論 1 1 項目背景 隨著人口的快速增長 對高效生活的需求越來越高 人工效率也不能滿足 我們的需求 今天是 21世紀的科學技術發(fā)展時期 隨著社會的高速發(fā)展 機 械已經慢慢取代了人工 機械憑借高效率的工作模式 為這個社會創(chuàng)造了更多 的效益 現在的新型機械設備越來越多 功能也越來越多 但有一些地區(qū)大量 種植花椒 采摘過程中既費時 又費力 本文就這個現象 特設計采摘機 來 解決這些現象 1 2 選題意義 花椒種植是一項極具挑戰(zhàn)性和復雜性的操作 但目前我國大部分果實采摘 主要是挑選效率低 不能滿足花椒的發(fā)展需要 性農產品在收集過程中需要大 量的勞動力 隨著我國老齡化不斷發(fā)展 勞動力不斷增加 終端產品不斷增加 影響了整個花椒行業(yè)的發(fā)展 缺乏節(jié)約勞動力成本 提高采摘效率是非常重要 的 2 1 花椒采摘機簡介 隨著中國人民生活水平的提高和國民經濟的快速發(fā)展 人民對食品制造業(yè) 提出了更高更新的要求 現在食品的發(fā)展基本可分為健康 快速 綠色 無污 染 人們對食品工業(yè)的要求使得食品機械工業(yè)快速發(fā)展 花椒加工花椒加工水 平與發(fā)展密切相關 整個食品加工現狀現代化水平有了很大提高 食品的發(fā)展 主要依靠機械的現代化改進 應該使工藝和設備達到最佳匹配 使新設備不斷 創(chuàng)新創(chuàng)新 有效促進工藝的改進和發(fā)展 要向國內花椒制品快速發(fā)展 就要讓 相配套設備快速的發(fā)展完善 花椒采摘機是目前提高采摘效率的一類先進機械 裝置 特點 采用優(yōu)質 高分子材料 或不銹鋼制造 對采摘花椒產品無污染 符合食 品衛(wèi)生標準 收藏裝置經特殊高分子材料編制而成 耐磨性優(yōu)越 使用壽命長 該機機操作簡單 拆裝方便 易于清洗 采摘迅速 采摘后的花椒能很好地保 持其原有的多種營養(yǎng)成分 保存效果好 剪切的頻率可依據現場的實際使用要 求進行相應幅度調整 用途 用于花椒的采摘 花椒采摘機最大的優(yōu)點是采摘速度快 方便快捷 具有結構緊湊 體積合 理 節(jié)能減排 用電量小 清潔保養(yǎng)容易 安全衛(wèi)生等優(yōu)點 花椒采摘機采用 電機傳動 機械設計緊湊 運轉平穩(wěn) 采摘花椒質量好 花椒采摘機身機頭及 接觸食品的機械部件全采用對人體無害的金屬材料 對人體無傷害 設計外形 無棱角 無鋒利邊角 不傷人 清潔方便 易于清潔 一些國內的種花椒農民 都是從德國 日本等國家進口的 技術設備先進 但價格昂貴 目前我國一些 農民使用的花椒采摘機為國內企業(yè)開發(fā)設計產品 2 2 花椒采摘機技術簡介 2 2 1 花椒采摘機概述 花椒采摘機為一種花椒采摘機械 主要使用于我國生產基地的花椒收獲工 作 目前以國內廠家制造花椒采摘機為主 其規(guī)格型號也完全不同 花椒采摘機的優(yōu)勢 收獲花椒效率高 費時少 花椒大小能夠得到保證 能夠保采摘的完好性 為農業(yè)花椒節(jié)約了人力物力以及成本 隨著越來越多人 關注花椒采摘機技術 相關機構也對花椒采摘術進行研究 從而完成花椒的精 細化采摘 這種方式可以大量節(jié)約人力 使成本降低 減少勞動輸出強度 對 企業(yè)增產增收有相當大的幫助 機械將采摘效率可達到人工的 5 10 倍 花椒為我 國廣泛種植 的一種經濟作物 一般種植在山 坡 丘陵 地頭或 岸邊 因樹枝生展長 帶刺 果實小 在我 國 它作為特色辛香料和中藥材 有著悠久的歷史淵源 全國 有 20多個省區(qū)都有花椒栽培的歷史 其中 四 川漢源 重慶 江津 陜西韓城 鳳縣 山西芮城 甘肅武都 秦安 貴州 山東 萊蕪 河北涉縣等地區(qū)為我國主要花椒主要集中產 區(qū) 其中 陜西韓城 山東萊蕪和甘肅隴南地 區(qū)產量為大 其總產量超 全國的 1 2 以上 近年來 隨著農業(yè)結構調整 各地 區(qū)花椒 產業(yè)均有較大的發(fā)展 我國花椒種植 面 積 175 10hm 年產花椒 25 10 45 10t 年產值 32億元 目前 種 植面積每年正 以 20 30 的速度增加 花椒產業(yè)已成為特殊區(qū)域農 民 致富的新經 濟增長點 花椒因樹枝伸展長 帶刺以及果實小而致使采摘 十分 困難 同時 花椒收獲的農藝要求很高 既要不傷葉 不 傷芽 不傷枝 又 要適時收獲 并且針對 目前使用化學藥劑 噴灑 高枝剪切 機械振動 負壓 吸收等采收方法都不同程度 地存在一些 問題 因此人工采 摘仍是 當前采 收 的主要方 法 目前研制的機械式花椒采摘器 主要集 中在手動采摘 機和半 自動收獲機的采摘頭上 采摘原理基本上采用的是切 割辦法 此類機械生產率 較低 采收率不高 且對花椒枝葉 的損傷較大 因此 花椒的機械化收獲仍 是待解決的一個 技術難題 1 2 2 花椒采摘機的作用 可以完成大面積的花椒采摘作業(yè) 1 2 3 花椒采摘機器組成 小型花椒采摘機主要由剪切機構 伸縮機構和驅動機構等組成 圖 1 1 1 3 花椒采摘機在國內外發(fā)展現狀 1 3 1 國內花椒采摘機的現狀 采摘設備的研發(fā)和設計是當前我國生產過程中的一大難題 現今 中國的 花椒果采摘工具主要依靠人工作業(yè)進行采摘 根據現實因素由于所需的人力較 多 并且其采摘效率低下 花椒的采摘工作已經成為目前我國農業(yè)發(fā)展關注的 對象 國外有許多關于機械化采摘技術的研究 美國 西班牙 俄羅斯 意大 利 英國 德國 丹麥 匈牙利等國家的花椒機械采摘更為普遍 根據目前現 狀 花椒樹中存在花椒 葡萄 甜橙 桃 李子 杏 櫻桃 藍莓 橄欖樹 核桃 杏仁等 他們采用機械收集的方法 振動法 梳刷法 沖擊法 水力法 半機械化回收法 但是 花椒收獲的收獲設備相對較少 不專業(yè) 根據資料記載 美國的綜采機械化采摘 美國的花椒采摘的問題也較好解 決 意大利生產收獲新鮮花椒的新鮮花椒收割機 雖然這種花椒收獲機需要人 工幫助采摘果實 但考慮花椒運輸和包裝的整個過程后是機械化作業(yè) 大大提 高了收獲果實的效率 還能防止和減少在收獲果實機械損傷 除了收割機之外 還需要引入適合機械化收割和修剪花椒的控制技術 例如在法國和意大利 花 椒的采摘技術突破 為此他們并且付出了巨大的努力 連續(xù)種植樹木 樹木 良好的空氣和光線 舒適的拖拉機進入松散的土壤 施肥 噴灑和收獲 在此 基礎上 法國 Brettiard 研究所開發(fā)了高架花椒收獲機 成功解決了收獲高大花 椒的問題 國際果樹機械化經驗值得深入研究 日本的花椒種植地形與我國南部地形相似 許多用于丘陵地帶的花椒機械 不適用 因此 本世紀初 日本開始研究陡坡花椒的機械化 四國農業(yè)試驗站 研制的擺式搖擺機構自行式拾起車輛和行人懸掛系統采用電視攝像機與無線電 控制相結合的方式 踏步寬重心低 因此 采用局部攀爬能力來扭轉車輪的車 體 因此在旋轉能力上 采用了旋轉懸掛機構 使身體擺動小 步行穩(wěn)定 適 合在斜坡地區(qū)使用 目前 外國回收研究是以收藏家為基礎的 20 世紀 70 年代后期 隨著計 算機和自動化控制技術的飛速發(fā)展 美國首先開始研究各種農業(yè)機機人 超過 20 年的科研和實驗的經驗 因為在美國的第一次選舉當局在 1983 年日本成立 已經確立 美國 法國 荷蘭 英國 西班牙等國的發(fā)達國家代表的無數次實 驗成功采摘機機人 如花椒 花椒采摘機機人拿起主要機機人末端執(zhí)行機 視 覺識別系統和移動設備 諸如四個主要組成部分 在 80 年代中期 京都大學創(chuàng) 建五個自由度關節(jié)型機機人 但機機人工作區(qū)不包括機機人的所有位置和操作 的結果 可操作性低 同時 韓國科學家研制出一種采用極坐標機機人的花椒 采摘機 可以上下移動螺桿連接 上下 3 米的工作空間移動 20 世紀 90 年代 日本的山形大學設計了一種機機人 可以在 7 度番茄采摘機上采摘指定的姿勢 自由度越高 手部運動越復雜和靈活 總之 國外花椒采摘設備的研究主要集中在新鮮花椒的收獲上 側重于廣 泛的市場化研發(fā)和采摘技術 他們不僅強調機械必須符合當地農業(yè) 園藝 藝 術的要求 而且從生物學角度看 加強科研 加強農業(yè) 園藝 藝術 開發(fā)新 品種 新農業(yè) 園藝 藝術是有利于機械化機械化創(chuàng)造條件 這增加了花椒的 機械化收獲 據國家調查數據顯示 中國的花椒采摘設備只停留在人工采摘 花椒采摘 設備仍然是非常小的 我國的采摘花椒只有幾種 機械化設備的大量使用是低 的 只有少數半自動機機被使用 例如 移動梯子采用人工剪刀收獲花椒 可 伸縮的高分支拿起這臺改進的機機 徒手采摘等方法雖然這些機機在某種程度 上提高了生產效率 但卻提高了采果的質量 但是 花椒采摘大面積或不能滿 足要求 如結果花椒果實的數量 花椒是在果樹的不同部分 所以如果你想提 高工作效率要求更高程度的機械化設備的必經之路 花椒采摘是花椒生產過程中最重要的環(huán)節(jié) 花椒采收勞動強度大 勞動強 度大 傳統的手工收割方法每公頃需要數百工時 約占花椒生產過程勞動力的 50 目前 我國花椒的采收主要依靠手工采摘 輔以梯子 撿拾刀等簡單工 具 我國花椒收獲機械的研究還處于起步階段 成熟先進的實用設備鮮有報道 隨著各地花椒樹的大規(guī)模 產業(yè)化發(fā)展 簡易手工采摘的方式已不能適應花椒 等工業(yè)化生產的需要 近年來 花椒作為調味食品的收獲還沒有完全機械化 這是因為果樹上生 長的果實生長方式不適合機械化采摘 市場對商品果實外觀要求較高 不能有 瘀傷 劃傷等機械損傷 雖然這種花椒收獲機需要人工輔助采摘花椒 但是收 獲后采摘花椒的過程都是機械化的 可以大大提高花椒收獲的效率 并且可以 避免和減少收獲時果實的機械損傷好 因此 花椒的機械化一直是國內研究的重點 根據采摘原理 采摘機械主 要有兩大類 一是氣動式振動收獲機 另一個是機械剪切收割機 機械式振動收 割機可以分為機械式收割機和機械式收割機兩種 圖 1 2 YD 1500 型花椒采摘機 1 4 本文的主要內容 本文以花椒采摘機的動力和收集機構為研究對象 具體研究目前市場上花 椒采摘機上動力機構與收集機構分析 論文通過對目前公開的花椒采摘機設計 方法的研究 實現對花椒采摘機初步設計 具體內容如下 第一章 通過查閱相關資料和所學知識積累 了解了目前花椒采摘機中采摘 機構與收集系統的相關方法和方向 第二章 設計花椒采摘機結構及工作原理 第三章 關鍵零部件選型及校核計算 第四章 總結及展望 2 花椒采摘器結構的設計 2 1 引言 本文以花椒采摘器設計為例 對花椒采摘器的結構設計及驗算 強度計算 進行論述 本章對花椒采摘器進行了方案設計 花椒采摘器主要包括剪切結構 力矩 傳輸結構 以及伸縮桿結構等 2 2 花椒采摘器設計的基本要求 花椒采摘器設計的具體要求如下 1 花椒采摘器應當有合適的驅動力和剪切力 2 花椒采摘器往復剪切應有一定開閉范圍 3 花椒采摘器結構應當盡量緊湊 減少重量 提高夾持效率 4 剪切花椒應當具有一定的剪切精度 5 花椒采摘器結構設計過程中應當考慮通用性和具體特殊要求 本文章的花椒采摘器具體的設計參數如下 1 花椒采摘器采用指頭式夾持結構 采用夾緊 放松動作 2 剪切直徑為 1 10 毫米 電源打開放松時抓取最大最大距離為 10 毫米 秒 剪切的速度為 100 毫米 次 3 采摘花椒能力預計 20kg h 根據以上具體設計要求如上 對花椒夾持結構進行了方案設計 2 3 花椒采摘器方案設計 花椒采摘器主要包含了剪切結構 旋轉結構以及力距傳輸結構等 其中剪 切結構主要用于對機械零部件的對花椒枝干的剪切 主要動作為夾緊 松開 伸 縮結構主要用于實現剪切結構的伸縮 實現花椒采摘器的伸縮 力距傳輸結構 用于實現整個花椒采摘器的動力包含兩個方向 夾緊方向和松開方向 因此力 矩傳輸結構包含了兩個位移裝置前后移動 采用往復剪切裝置 如圖 1 1 所示 圖 1 1 花椒采摘機 收集裝置的設計 由于花椒采摘下來顆粒較小 掉落在地上將很難全部回收 需要設計收集 裝置 根據花椒樹枝干 設計網狀兜 將收集網包圍在花椒樹枝下 剪落得花 椒將落入網內 通過收集器收集 示意圖 1 2 如下 圖 1 2 收集裝置 2 4 本章小結 本章主要對花椒采摘器方案設計進行了介紹 花椒采摘器主要包含了伸縮 結構 力距傳輸結構 剪切結構 收集裝置等 本章主要介紹了方案 同時繪 制了花椒采摘器的裝配圖以及部分零件圖 收集裝置 3 花椒采摘器各結構原理 根據實踐經驗和搜集的資料確定花椒采摘器設備的設計結構主要包括 剪 切結構 力矩傳輸結構 以及伸縮桿結構總體結構如圖 2 1 圖 2 1 花椒采摘器結構圖 3 1 花椒采摘器工作原理 花椒采摘器工作原理是力距傳輸結構 通過改變鋸齒前后伸縮量控制機械 手工作 前后伸縮一個固定鋸齒 一個往復運動鋸齒 通過偏心輪機構 實現 上部鋸齒往復運動 在其后部有旋轉伸縮機構滿足不同位置花椒的采摘 鋸齒 在往復運動下完成花椒枝干的切割 此時一個外力將花椒與支桿分離 從而花 椒掉落 花椒子在采摘器上 最后通過自由落體將花椒采摘器上的花椒倒入收 集裝置 從而完成一個花椒收獲 動力輸出是人根據花椒園實際情況 對花椒 的強度具體情況量力而為 采摘時盡量減少對花椒和樹枝的損傷 收集裝置需 要提前固定在花椒樹干下方 可有效防止花椒掉落在地上 通過圓面 花椒可 順利掉入收集裝置 3 2 力矩傳輸結構 根據設計要求及其構思設計出了花椒采摘器夾緊機構 運用三維軟件繪制 出圖紙如下圖 2 1 1 2 6 5 4 3 圖 2 2 花椒采摘器機械手部示意圖 1 下方固定鋸齒 2 上方往復鋸齒 3 偏心輪 4 電機 5 電池 6 旋轉伸縮機構 2 工作原理 花椒采摘器機械手在采摘中起到重要作用 當 2 上方往復鋸 齒受到 3 偏心輪轉動時帶來往復力產生剪切力 當花椒枝干在 1 下方固定鋸齒 與 2 上方往復鋸齒的剪切力時與樹干斷開完成切割 時較快的將花椒切下 5 為電池可使花椒采摘機移動使用此 6 旋轉伸縮機構可采摘不同位置的花椒 根據設計要求及其構思設計出了花椒采摘機的剪切機構 運用三維軟件繪 制出圖紙如下圖 2 2 1 偏心輪旋轉套 2 往復桿 3 固定刀鋸 4 往復刀鋸 工作原理 當需要采摘花椒時 采摘機此時由于 1 偏心輪轉動帶動 2 往復機構運動原理受 力 3 4 刀鋸開始夾緊 1 2 3 4 3 3 伸縮桿結構 根據設計要求及其構思設計出了花椒采摘器夾緊機構 運用三維軟件繪制 出圖紙如下圖 2 3 1 旋轉軸 2 旋轉桿 3 伸長手柄 工作原理 當需要伸長或縮短時將 3 伸長手柄左右旋轉即可 當需要伸長時將 3 伸長 手 柄先后拉動 完成伸長 收縮相反 2 3 1 3 4 材料分析及選擇 機身的材料 考慮加工量及材料的輕量化 外殼采用 pvc 高分子材料制作 質量輕 強度高 刀鋸機構采用不銹鋼 304 防銹 采摘后對人體無害 可承 受較大的力 有一定的剛度 軸及其偏心輪軸采用 45 由于轉動受到較大的 扭力 軸 偏心輪軸 軸套均采用 45 鋼淬火回火 伸縮機構采用 pvc 高分子制 作而成 最大程度減輕采摘機自身重量 收集裝置采用可使用級別尼倫材質制作 成本低 制作方便 對人體無害 3 5 電動機的選擇 花椒采摘機采用直流電電機 其工作條件 連續(xù)單向轉動 載荷較平穩(wěn) 室外工作 粉塵大 工作環(huán)境最高溫度 40 因為旋轉盤只有一種工作轉速 則從電機開始轉動到結束的運動路線為定比傳動 其總的傳動比可利用帶傳動 構機減速后取得 偏心輪的轉速度不能太高 因為刀鋸的往復速度太快將不能 將花椒枝干夾斷 摩擦產生的熱量使得刀鋸退火失去其鋒利度 易引起待加工 花椒變性 減短機器的使用壽命并且會影響剪切花椒的質量 在本機選用 3000r min 傳動比 主動輪轉速除以從動輪轉速的值 它們分度圓直徑的倒數的 比值 電機為整個機器傳輸動力 必須選擇適當功率和速度的電機 以確保設計 符合要求 在選擇電機之前 確定船體的參數 以估算整個系統所需的功率 在回顧相關文獻并參考過去設計的同類產品的參數后 初步選定參數如表 1 1 表 1 1 脫殼輥相關參數 項目 代號 參數值 偏心輪直徑 60mm 偏心輪轉速 3000 刀鋸最大間隙 10mm 根據花椒采摘機的工作產能 及安全因素考慮設計 根據查閱計算公式計 算如下 N 75W WG G 花椒采摘機的采摘能力 20kg h W 將花椒采摘下所用能量 其值與刀鋸往復次數有關 d 小則 w 大 當 d 6mm 取 w 0 075kw h kg 查 B5p 75 傳動效率 取 0 75 表 1 2 主電機參數 型號 額 定功率 轉速 電流 效 率 功率 因數 cos 775 0 0 75 3000 12 84 0 73 最大轉矩額 定 轉 矩 堵轉轉矩額 定 轉 矩 堵轉電流額 定 電 流 轉子 轉動量 GD2 2 重 量 2 0 2 0 6 0 0 75 3 11 8 所以根據 N 75w n 3000r min 查 B1 表 10 4 1 選用 775 再查 B1 表 10 4 2 得 775 電機的結構 如圖 3 1 圖 3 1 直流電機 第 4 章 主要零部件的結構設計 計算及校核 4 1 偏心輪機構的設計及強度校核計算 在設計偏心輪時 不僅要保證從動件能夠按給定要求實現預期的運動規(guī)律 還應該保證偏心輪機構具有合理的結構尺寸和良好的運動 力學性能 對于基 圓半徑 偏距和滾子半徑等基本尺寸 在進行偏心輪輪廓曲線的設計之前都是 事先給定的 如果這些基本參數選擇不當 就會存在偏心輪機構的結構是否合 理 運動是否失真以及受力狀況是否良好等問題 因此 本節(jié)主要討論有關偏 心輪機構基本尺寸的設計問題 為正確 合理選擇這些基本參數提供一定的理 論依據 4 1 1 偏心輪機構的壓力角 偏心輪機構的壓力角是指不計摩擦時 偏心輪與從動件在某瞬時接觸 點處的公法線方向與從動件運動方向之間所夾的銳角 常用 表示 壓力角是 衡量偏心輪機構受力情況好壞的一個重要參數 是偏心輪機構設計的重要依據 1 直動從動件偏心輪機構的壓力角 如圖所示為直動從動件盤形偏心輪機構的壓力角示意圖 其中下圖為尖底 從動件的壓力角示意圖 圖為平底從動件的壓力角示意圖 現以滾子從動件偏 心輪機構為例 來說明直動從動件盤形偏心輪機構壓力角的計算方法 根據圖 6 30 中的幾何關系 可得壓力角的表達為 圖直動從動件的壓力角圖偏置直動從動件的壓力角 由三心定理 P 點為瞬心 由從動件速度公 OPv dsv 式 dsv 式中 號與從動件的偏置方向有關 圖 6 30 所示應該取 號 反之 如果從動件導路位于偏心輪回轉中心 O 的左側 則應該取 號 顯 然 這種情況屬于從動件的偏置方向選擇不合理 因為增大了偏心輪機構的壓 力角 降低了機械效率 甚至可能會導致偏心輪機構發(fā)生自鎖 因此 正確選 擇從動件的偏置方向有利于減小機構的壓力角 此外 壓力角還與偏心輪的基 圓半徑和偏距等有關 當 v s 一定時 若偏心輪基圓半徑增大 則壓力 角 將減小 但機構尺寸隨之增大 若偏心輪基圓半徑減小 壓力角 將增 大 機構的受力情況變差 當偏距 e 0 時 代入式 6 34 即可得到對心直動從動件盤形偏心輪機構 的壓力角計算公式 dtan0020 srv sers 對于直動平底從動件盤形偏心輪機構 根據圖中的幾何關系 其壓力 角為 90 式中 為從動件的平底與導路中心線的夾角 其值為一常數 顯然 平 底直動從動件偏心輪機構的壓力角為常數 機構的受力方向不變 運轉平穩(wěn)性 好 如果從動件的平底與導路中心軸線之間的夾角 90 則壓力角 0 3 偏心輪機構的許用壓力角 偏心輪機構的壓力角與基圓半徑 偏距和滾子半徑等基本尺寸有直接的關 系 而且這些參數之間往往是互相制約的 以直動滾子從動件偏心輪機構為例 在其他參數不變的情況下 增大偏心輪的基圓半徑可以獲得較小的壓力角 從 而可以改善機構的受力狀況 但缺點是偏心輪尺寸增大 反之 減小偏心輪的 基圓半徑雖然可以獲得較為緊湊的結構 但同時又使偏心輪機構的壓力角增大 壓力角過大會導致偏心輪機構發(fā)生自鎖而無法運轉 而且當壓力角增大到接近 某一極限值時 即使機構尚未發(fā)生自鎖 也會導致驅動力急劇增大 發(fā)生輪廓 嚴重磨損和效率迅速降低的情況 因此為了使偏心輪機構能夠正常工作并具有 較高的傳動效率 設計時必須對偏心輪機構的最大壓力角加以限制 使其小于 許用壓力角 即 max0 由高等數學的知識可知 曲率半徑的計算公式為 1 2 3y 式中 代人式 6 41 并整理得 dx 選擇所允許的最小曲率半徑 min 與平底從動件盤形偏心輪的廓線方程 聯立求解 可得 2minb dsr 經驗公式 rb 2rH rH 為偏心輪軸孔的半徑 2 平底長度的設計 如圖 6 33 所示 在平底從動件盤形偏心輪機構運動過程中 應能保 證從動件的平底在任意時刻均與偏心輪接觸 因此平底的長度 l 應滿足以下條 件 式中 l 為附加長度 由具體的結構而定 一般取 l 5 7 mm 4 偏距的設計 從動件的偏置方向可直接影響偏心輪機構壓力角的大小 因此在選擇 從動件的偏置方向時需要遵循的原則是 盡可能域小偏心輪機構在推程階段的 壓力角 其偏置的距離 即偏距 e 可按下式計算 一般情況下 從動件運動速度的最大值發(fā)生在偏心輪機構壓力角最大的位 置 則式 6 44 可改寫為 由于壓力角為銳角 故有 vmax e 0 由式 6 45 可知 增大偏距 有利于減小偏心輪機構的壓力角 但偏 距的增加也有限度 其最大值應滿足以下條件 設計偏置式偏心輪機構時 其從動件偏置方向的確定原則是 從動件 應置于使該偏心輪機構的壓力角減小的位置 綜上所述 在進行偏心輪機構基本尺寸的設計時 由于各參數之間是 互相制約的 設計時應該綜合考慮各種因素 使其綜合性能指標滿足設計要求 4 2 伸縮機構設計及校核 4 2 1 伸縮臂結構設計需滿足以下要求 1 功能性的要求 伸縮臂在設計過程中動作要靈活平穩(wěn) 定位要準確 工作動作要協調 2 適應性的要求 為了方便機械手的調整 能夠適應不同大小工件的要求 需要設計出可以 調試調整的定位機構 需要滿足工作平穩(wěn) 動作快捷 定位準確的要求 3 壽命的要求 產品的壽命是指產品在正常使用過程中因為摩擦磨損等正常損耗使得產品 性能下降在允許的范圍內且不需要大修的連續(xù)的工作期限 設計中要考慮采取減少摩擦和磨損的措施 如 選擇耐磨材料 采取潤滑 措施 合理設計零件的形面等 因各零部件難以設計成相等壽命 所以易磨損 的零件要便于更換 4 經濟的要求 經濟性包含兩方面內容 一個是設計制造的經濟性 另一個是使用的經濟 性 需要盡量減小制造過程和使用過程中的成本費用 5 安全保護和自動報警的要求 按照規(guī)范性要求 設備需要采取適當的防護措施 從而確保操作人員的人 身安全 這是任何設計都必須要考慮的 也是必不可少的 在設備設計過程中 需要考慮設備因為故障造成工作突然中斷 比如說機構卡死 夾緊蘋果不到位 置 蘋果采摘器設備需要設置安全報警裝置 伸縮臂的設計參數如下 1 伸縮長度 200mm 2 單方向伸縮時間 1 5 2 5S 3 定位誤差 要有定位措施 定位誤差小于 2mm 伸縮前后圖 4 2 2 伸縮軸校核計算 按照扭轉強度進行校核 軸的扭轉強度條件為 3950 2TTPnWd 式中 扭轉切應力 單位 paM T 軸所受的扭矩 單位 mN 軸的抗扭截面系數 單位 3 軸的轉速 單位為n inr P 軸傳遞的功率 單位 KW d 計算截面處軸的直徑 單位為 mm 許用扭轉切應力 單位為T paM 由上式可得軸的直徑 333 2 095 2 095nPdTnT 其中 則 n 1398i 127 6n 電 機 i電 機 mir P 0 55 0 96 0 528p A鏈 條電 機 KW 由 機械設計 表 15 3 得 45 軸的材料為 45 鋼T paM 則 20mm 33950 28 419d 取 35mmmin 按彎扭合成強度條件計算 圖 3 1 軸受力圖 1 根據結構尺寸作出軸的簡圖 由 0AM 得 155 63N 12457 63108BFab A 0M 得 a b 01A F 2457 631028bNa 2 a 簡力圖 圖 3 2 簡力圖 彎矩 mNFaMA 104962348mx 彎矩圖 圖 3 3 彎矩圖 扭矩 mNT 96 100鏈 C 扭矩圖 圖 3 41 扭矩圖 3 校核軸的強度 221 caMTW 式中 為軸的計算應力 單位為 為軸所受的彎矩 單位為c paM 為軸所受的扭矩 單位為 為軸的抗彎截面系數 單位為mN TmN W 為對稱循環(huán)變應力時軸的許用彎曲應力31 32223 3510 35 64 dbtWm 取 1 60 合格ca 22221 10496407 35 MT 3 3 旋轉軸螺紋及螺母計算 1 耐磨性計算 耐磨性的計算直觀重要 耐磨性的性能要求可以很多基本的設計尺寸 特 別是梯形絲桿的直徑要求和配套的螺母長度 梯形絲杠的傳動的磨損性主要和 在其螺紋面上承受的力和速度的不同來決定 之外還有自身的光潔度和有沒有 加潤滑油等方面有影響 通常情況下用于制造螺母的材料會比絲桿的材料要軟 一點 因為螺母更好比較方便 故計算主要磨損在螺母的牙上發(fā)生 其計算耐 磨性主要是針對螺母的螺紋面上 的壓力 p 使其小于材料的許用壓力 p 3 1 2PhHdFz 式中 為螺紋的工作高度 單位為 mm 梯形和矩形螺紋 Ph5 0 為螺紋副材料的許用應力 單位為 MPa 可見 機械設計 表 8 11 為螺紋牙型系數 梯形螺紋 8 0 為螺母高徑比 整體螺母取 部分式螺 2 dH 5 2 1 母取 5 3 2 由上式可推導螺紋中經的設計公式為 3 2 2pFd 現螺桿材料選取 45 號鋼 螺母材料選為青銅 查教材可得MPas30 其許用壓強 根據先設計的 X 軸傳動系統 保守估計可得其 X 軸傳MPa15 動中所承受的 F 為 1000N 所以得 mpd46 315 208 2 2 按照螺桿壓強粗選內徑 根據第四強度理論 其中近似的認為 則 5 0 3 3 SAFsca 3 1 32 式中 A 為危險段截面面積 且 S 為安全系數 取 5 4 21d 所以 mSFd 5 30 543 141 3 確定螺桿 根據 2 和 3 的計算結果可得 d 取 24mm d2 取 21 5mm P 5mm 螺母高度 根據 機械設計手冊 其計算公式為 3 4 2dH 把已知數據代入得 取 31mmm1 305 412 H 螺母的螺紋工作圈數 根據 機械設計手冊 其計算公式為 3 5 PHz 把已知數據代入得 所以 z 取 7 圈2 6531z 螺紋牙的工作高度 根據 機械設計手冊 其計算公式為 h 0 5P 3 6 把已知數據代入得 m5 20 5Ph 根據 機械設計手冊 的校核式 3 7 phzdFp 2 滿足條件 pMPa 85 0715 20 14 3332 4 螺桿強度 螺桿工作時 螺桿承受軸向壓力 F 和扭矩 T 的作用 應根據第四強度理論 對其強度進行校核 強度計算方法參閱 機械設計 公式 3 8 23121ca 64 dTdF 式中 為螺桿材料的許用應力 MPa F 為螺桿受的軸向壓力 d1 為螺桿螺紋小徑 螺桿材料的許用應力 根據 機械設計手冊 其計算公式為 3 9 5 3s 查 機械設計手冊 45 鋼 355MPa s MPass 75 84 查 機械設計手冊 表 5 1 8 d1 18 5mm 由于只受到受軸向壓力 F 作用 把已知的數據代入公式 3 7 原式變?yōu)?MPaPa75 889 105 184 32 23ca 滿足強度要求 5 穩(wěn)性的計算 細長的軸工作時受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn) 為此應按穩(wěn)定性條件驗算 螺桿的穩(wěn)定性 根據 機械設計 螺桿的穩(wěn)定性需要滿足公式 Ss FScsr 3 10 式中 Ssc 為螺桿穩(wěn)定性的計算安全系數 Fcr 為螺桿的臨界載荷 F 為螺桿受的軸向壓力 根據 機械設計 臨界載荷的計算公式為 3 11 2crl EIF 式中 E 為螺桿材料的拉壓彈簧模量 E 2 06 105MPa I 為螺桿危險截面的慣性距 我們設計調節(jié)高度為 H 1745mm 螺桿危險剖面的慣性半徑 根據 機械設計手冊 其計算公式為 3 12 AIi 把已知條件代入得 mdIi 375 421 螺桿的工作長度 根據 機械設計手冊 其計算公式為 3 13 dHl5 12 把已知條件代入得 ml 5 1796245 3174 根據 機械設計手冊 螺桿的長度系數 取 0 75 兩端不完全固定 螺桿的柔度 根據 機械設計手冊 其計算公式為 3 14 ils 把已知條件代入得 67 25037 5190 ils 因為 所以螺桿危險截面的慣性距 I 為 s 根據 機械設計手冊 螺桿危險截面的慣性距 I 的計算公式為 3 15 641 dI 把已知條件代入得 mm494 5764 1836 41 dI 螺桿的臨界載荷 Fcr 為 根據 機械設計手冊 其計算公式為 3 16 2crl EIF 把已知條件代入得 64295 1796 04 3l 222cr I 穩(wěn)定性計算 把已知條件代入公式 3 9 得 43 169rFScs 對于傳力螺桿 起重螺桿 Ss 3 5 5 0 所以符合螺桿的穩(wěn)定性條件 Ssc Ss 6 螺母的基本參數的初算 螺母外徑 D3 根據經驗公式 3 17 D 8 1 3 已知 D 24 5 所以 取 40mmm2 395 46 6 3 3D 螺母凸緣外徑 D4 根據經驗公式 3 18 34 1 D 已知 D 24 5 所以 取 62mmm5640 34 4D 所以為 11mmHa1 螺紋牙多發(fā)生剪切和擠壓破壞 一般螺母的材料強度低于螺桿 故只需校 核螺母螺紋牙的強度 螺母材料選用青銅 7 螺紋牙強度 梯形螺紋的螺紋牙根部寬度 mPb95 136 05 青銅螺母的 MPa4 剪切強度計算公式為 3 19 DbzF 已知 內螺紋大徑 D 24 5mm z 7 原式變?yōu)?N10 所以滿足條件 MPaz 95 07195 24 3033 7 螺母體強度 螺母材料的許用拉伸應力 可取 選取 Pab8 49 2 38 0 41 5MPa 螺母外徑 校核 根據 機械設計手冊 其要求公式為 3 20 23 584 DFD 把已知數據代入 得 m4 2105 24105 4 3 8 2 584 3623 所以 取 40mm 滿足要求 3D 螺母材料的許用擠壓應力 MPabp 8056 1 7 51 螺母凸緣與底座接觸表面的擠壓強度 根據 機械設計手冊 其計算公式 為 3 21 423DFp 把已知條件代入 得 pp MPaDF 57 01410624 3 4 23232 所以滿足條件 3 4 鍵的選擇與設計 3 4 1 鍵的類型及選擇 鍵作為機械設計中一個必不可少的零件 起到著很多的作用 鍵是一 種機械標準件 主要用來固定軸與軸之間的傳遞轉矩 起到一個很好的固定作 用 鍵的種類有很多 根據設計需要選擇適合的鍵 一般情況下 選擇圓頭平 鍵 可以很好的解決設計中存在的問題 鍵還能實現軸上零件的軸向固定或軸 向滑動的導向 鍵的主要尺寸為其截面尺寸和長度 根據軸的直徑和鍵槽的加 工方法 在這里選擇圓頭普通平鍵連接 鍵的尺寸選擇 由 機械設計課程設計 手冊查得鍵的截面尺寸為 寬度 b 2mm 高度12p h 5mm 根據鍵的截面尺寸 取鍵長 L 5mm 比輪轂寬度小些 校核鍵連接的強度 鍵 軸和輪轂都是鋼 由表 6 2 查得許用擠壓應力 取其 Mpap2 1 平均值 鍵的工作長度 接觸高度 Mpa1 mbLl42 6 由式 6 1 得mhk5 2 05 NnPT 2 66 109 1503 90 9 MpapaMkldp 1 2 756289 所以安全 鍵的標記為 鍵 GB T 1286 20035 3 3 5 影響 采摘 能力的主要因素 1 設備的移動過程浪費的時間中生產效率會有比較大的影響 轉換采摘花椒樹 越快生產效率也高 轉換采摘 其生產能力越弱 2 由于花椒在樹上的位置相對分散 人在樹底下視野受限 影響采摘效率 3 當花椒摘下 需要將刀鋸換位置進行下一處采摘 對采摘能力影響較大 第四章 總結與展望 4 1 總結 在導師的細心指導下 本文以花椒采摘機為研究對象 利用 Solid Works 進行參數化二次開發(fā) 完成花椒采摘機的三維建模 并且對其靜強度 靜剛度 等近態(tài)特性進行了分析 研究了刀鋸的厚度對采摘機的靜強度和靜剛度的影響 本論文的研究工作從理論設計和工程實際兩方面出發(fā) 對花椒采摘機支架的金 屬結構的參數化設計 花椒采摘機對農民采摘花椒工作效率將有很大的影響 本文以花椒采摘 機在采摘領域研究為基礎 通過查閱文獻 利用自己的相關專業(yè)知識 詳細闡 述了相關基本理論知識 設計了適合修造領域的便捷起重設備 研究了花椒采摘對花椒采摘機機的需求 明確了花椒采摘機機的使用環(huán)境 作用 對架構進行了詳細的工藝分析 對花椒采摘機機做了以下二個方面的分 析和設計工作 以快捷安全為著手點進行設計 并進行分析計算 以實用方便為目的 并進行架構及運行方案的設計 4 2 展望 本文完成了花椒采摘機機在田地采摘的設計與優(yōu)化 但受時間及個人 能力所限 還有以下幾個方面有待繼續(xù)深入研究 1 本文只討論了花椒采摘機機加結構的的分析設計 應進一步應用當代花 椒采摘機機及效率采摘研究的最新理論進行分析 2 本文只對花椒采摘機機實用進行了分析 還可以從更多的方向去探討花 椒采摘機系統的性能 參考文獻 1 陳秀寧 施高義 機械設計課程設計 M 杭州 浙江大學出版社 2012 7 27 29 2 HOU Wen qi Study of railway steel concrete composite bridges and shear connectors D Changsha School of Civil and Architectural Engineering Central South University 2009 in Chinese 3 ZHANG Ye zhi Comparison of bridge structures of railway through truss composite bridges J Journal of the China Railway Society 2005 27 5 107 110 in Chinese 4 Loewenthal S H Et Al Evaluation of a high performance fixed ratio traction drive Trans Asme 80 C2 DET 38 Apr 1981 5 文懷興 夏田 數控機床系統設計 第二版 M 北京 化學工業(yè)出版社 2011 3 34 38 6 程緒琦 王建華 AutoCAD 2007 標準教程 M 北京 電子工業(yè)出版社 2006 09 7 江洪 江帆等 SolidWorks 機械設計教程 M 北京 機械工業(yè)出版社 2007 8 陳嬋娟 數控車床設計 M 北京 化學工業(yè)出版社 2006 2 68 73 9 黃鶴汀 機械制造裝備 M 北京 機械工業(yè)出版社 2009 12 78 80 10 陳蔚芳 王宏濤 機床數控技術及應用 M 北京 科學出版社 2008 24 29 11 大連理工大學工程圖學教研室 機械制圖 第六版 M 北京 高等教育 出版社 2006 2 21 23 12 蔡厚道 吳偉 數控機床構造 M 北京 北京理工大學出版社 2007 2 35 38 13 孔凌嘉 簡明 機械設計手冊 M 北京 北京理工大學出版社 2008 2 66 69 14 機械設計手冊委員會 機械設計手冊 單行本 連接與緊固 M 北京 機械工業(yè)出版社 2007 3 28 35 15 田培棠 石曉輝 機械結構設計手冊 M 北京 國防工業(yè)出版社 2011 1 58 63 16 劉鴻文 材料力學 I 第五版 M 北京 高等教育出版社 2011 1 112 117 17 邵琰 孫汝翼 機床設計圖冊 M 上海 科學技術出版社 1979 12 18 20 致謝 通過半學期的不懈努力 此次畢業(yè)設計也即將接近尾聲 在畢業(yè)設計的過 程中存在許多困難和挑戰(zhàn) 如在 solidworks 軟件中曲面填充實體時 由于經驗 不足和刀鋸設計存在問題 實體一直不能填充 耗費的時間也比較多 但所幸 的是在同學及老師的細心指導下完成了實體的填充 也深知了 solidworks 中的 知識 直至學會對 solidworks 軟件的基本操作 雖說過程比較困難 但結果是 比較樂觀的 感謝老師對于畢業(yè)設計的細心指導 也感謝學校的指導老師 對 于此次畢業(yè)設計過程中存在的問題的解答 也學到了新的知識和方法 感謝老 師的指導和付出讓我順利完成畢業(yè)設計 同時 還得感謝班主任在生活中對我們的支持和關心 感謝全體老師對我 們的默默付出 感謝大學能給予我們一次與企業(yè)相配合的實踐機會 對于所學 知識的理解更加透徹和深刻 感謝實習公司對于我們實踐和做畢業(yè)設計所提供 的學習環(huán)境和各方面的支持