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摘 要
蘋果大小分級(jí)和裝箱，不但關(guān)系到廣大消費(fèi)者的食用安全和能否滿足消費(fèi)者對(duì)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(guó)水果的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，將很大程度上促進(jìn)我國(guó)水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)民收入的增加。
本次設(shè)計(jì)的蘋果大小分級(jí)機(jī)構(gòu)主要由：自動(dòng)進(jìn)料裝置，分成單排裝置，分級(jí)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(jí)機(jī)構(gòu)的研究背景及現(xiàn)況；接著，在分析蘋果分級(jí)機(jī)構(gòu)功能要求的基礎(chǔ)上提出了本次設(shè)計(jì)的總體方案；然后，對(duì)各裝置及主要零部件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)及校核；最后，應(yīng)用AutoCAD制圖軟件繪制了蘋果大小分級(jí)機(jī)構(gòu)的裝配圖和主要零件圖。
通過本次設(shè)計(jì)鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識(shí)，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、互換性理論、機(jī)械制圖、材料力學(xué)等；也掌握了普通機(jī)械的設(shè)計(jì)理論和流程，熟悉了AutoCAD制圖軟件的使用。
關(guān)鍵詞：蘋果，分級(jí) ，機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)
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
V
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(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)況及發(fā)展趨勢(shì) 2
1.1.1國(guó)外研究與發(fā)展 2
1.1.2國(guó)內(nèi)研究與發(fā)展 3
第二章 總體方案設(shè)計(jì) 6
2.1蘋果大小分級(jí)機(jī)構(gòu)功能分析 6
2.2總體方案設(shè)計(jì) 6
2.2.1自動(dòng)進(jìn)料裝置方案設(shè)計(jì) 6
2.2.2分成單排裝置方案設(shè)計(jì) 7
2.2.3分級(jí)傳送裝置方案設(shè)計(jì) 7
2.2.4自動(dòng)卸料裝置方案設(shè)計(jì) 8
第三章 各裝置的結(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì) 10
3.1自動(dòng)進(jìn)料裝置 10
3.1.1電動(dòng)機(jī)的選擇 10
3.1.2傳動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 12
3.1.3 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 13
3.1.4輸送帶的設(shè)計(jì) 15
3.1.5托輥的設(shè)計(jì) 16
3.1.6張緊裝置 17
3.1.7托輥軸的設(shè)計(jì)與校核 17
3.2分成單排裝置設(shè)計(jì) 22
3.3分級(jí)傳送裝置 23
3.3.1主要技術(shù)參數(shù)和電機(jī)選擇 23
3.3.2鏈條和鏈輪的設(shè)計(jì) 25
3.4支架設(shè)計(jì) 28
3.4.1支架設(shè)計(jì)的要求 28
3.4.2支架的設(shè)計(jì) 28
3.4.3支架的剛度校核 29
3.4.4機(jī)架連接螺栓的校核 30
總 結(jié) 32
參考文獻(xiàn) 33
致 謝 34
蘋果大小分級(jí)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
第一章 緒論
1.1研究背景及意義
由2010年統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)得出，我們國(guó)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(dá)到21401萬多噸，果園面積也達(dá)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(guó)水果的種類很多，成色也很好，因此我國(guó)被稱之為是一個(gè)水果超級(jí)大國(guó)，水果的發(fā)展有很大的前景。從國(guó)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(guó)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(dá)國(guó)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(guó)，日本等水果產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)的經(jīng)驗(yàn)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(guó)水果采后簡(jiǎn)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(jí)操作就進(jìn)入市場(chǎng)供應(yīng)，而水果發(fā)展強(qiáng)國(guó)的水果采后簡(jiǎn)單商品化處理率達(dá)到了95%以上，這里就形成的了很大的對(duì)比，也是我們務(wù)必需要改進(jìn)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(shí)的提高，國(guó)內(nèi)外引進(jìn)的水果品種愈來愈多，因此能否對(duì)水果無損分級(jí)和裝箱，不但關(guān)系到廣大消費(fèi)者的食用安全和能否滿足消費(fèi)者對(duì)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(guó)水果的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，將很大程度上促進(jìn)我國(guó)水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)民收入的增加。自從上個(gè)世紀(jì)90年代，水果強(qiáng)國(guó)就開始大量應(yīng)用水果自動(dòng)分級(jí)設(shè)備實(shí)現(xiàn)水果自動(dòng)分級(jí)，提高水果的附加值，降低水果的人工成本，獲得了相當(dāng)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。最近幾年國(guó)內(nèi)迫于人力成本壓力和市場(chǎng)壓力，部分水果生產(chǎn)者和經(jīng)營(yíng)者從國(guó)外引進(jìn)了一些國(guó)外比較先進(jìn)的水果分級(jí)生產(chǎn)線，但是價(jià)格比較昂貴，而且由于我國(guó)水果的種類和品質(zhì)的差異性比較大，因此在中國(guó)應(yīng)用和推廣這些生產(chǎn)線有一定的局限性，因而面向全國(guó)特色水果研究和開發(fā)適合的水果在線無損分級(jí)技術(shù)和設(shè)備，并在大型水果企業(yè)和水果合作組織中進(jìn)行推廣應(yīng)用具有十分重要的現(xiàn)實(shí)和經(jīng)濟(jì)意義。
1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)況及發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1國(guó)外研究與發(fā)展
國(guó)外研究者20世紀(jì)80年代中期開始了水果品質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)和分級(jí)的研究, 并成功研制了一些水果自動(dòng)化分級(jí)系統(tǒng)裝置, 在20世紀(jì)90年代開始研究基于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的水果分級(jí)系統(tǒng), 到現(xiàn)在已有部分實(shí)用的產(chǎn)品, 如美國(guó)的OSCARTM 型和MERLIN型高速水果分級(jí)生產(chǎn)線就可用于各類水果的分級(jí)和品質(zhì)檢測(cè)操作。國(guó)外水果分級(jí)機(jī)的輸送系統(tǒng)大多是采用輥?zhàn)觽鲃?dòng)結(jié)構(gòu),蘋果在一邊移動(dòng)的同時(shí)一邊還在自身轉(zhuǎn)動(dòng),同時(shí)安裝在輸送輥上方的攝像機(jī)需要采集蘋果多個(gè)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(shí)需要將其從真實(shí)缺陷中區(qū)分出來,這就會(huì)造成圖像處理時(shí)間的增加和識(shí)別精度的降低，對(duì)圖像處理裝置的要求也會(huì)變的更高，成本就會(huì)更大。
國(guó)外50%以上的水果實(shí)現(xiàn)了分級(jí)的完全自動(dòng)化。近年，隨著信息技術(shù)的飛躍發(fā)展和計(jì)算機(jī)普及．圖像技術(shù)及機(jī)器(計(jì)算機(jī))視覺技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)學(xué)科，在作物領(lǐng)域也已取得許多進(jìn)展．并展示了廣闊的應(yīng)用前景。
目前較先進(jìn)的微機(jī)控制的重量分級(jí)機(jī)，采用最新電子儀器測(cè)定重量，可按需選擇準(zhǔn)確的分級(jí)基準(zhǔn)，分級(jí)精度高，使用特別的滑槽，落差小，水果不受沖擊、不損傷。分級(jí)、裝箱所需時(shí)間為傳統(tǒng)的1/2。
日本消費(fèi)者對(duì)水果的消費(fèi)是非常挑剔的，其水果上市前都要經(jīng)過分級(jí)包裝。有些價(jià)值較高的水果，如冬季上市的西瓜要在標(biāo)簽上標(biāo)出糖度數(shù)值。目前，在日本許多高新技術(shù)在水果檢測(cè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)、無損傷檢測(cè)技術(shù)以及自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代分級(jí)檢測(cè)技術(shù)提供了廣闊的空間，使分級(jí)檢測(cè)技術(shù)正在由半自動(dòng)化向全自動(dòng)化、外部品質(zhì)檢測(cè)向內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)、復(fù)雜化向簡(jiǎn)單化和方便化、規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的文字化向數(shù)字化、機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化向簡(jiǎn)單化、數(shù)據(jù)的人工管理向計(jì)算機(jī)管理方向轉(zhuǎn)化。
在意大利的果品貯藏加工業(yè)生產(chǎn)中，使用顏色分級(jí)機(jī)較早，主要是對(duì)蘋果進(jìn)行顏色分級(jí)，其原理是按照綠色蘋果比紅色蘋果的反射光強(qiáng)的道理進(jìn)行的。工作時(shí)，果實(shí)在松軟的傳送帶上跳躍移動(dòng)，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(shí)分開，一般分為全綠果、半綠（半紅）果、全紅果等級(jí)別。
美國(guó)Penwalt公司Decco型分級(jí)機(jī)是一種新型果實(shí)分級(jí)機(jī)，具有速度快、性能好、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。它根據(jù)“體積”分級(jí)的原理進(jìn)行工作，綜合了大小和重量分級(jí)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)消除了二者的缺點(diǎn)，使分級(jí)作業(yè)真正得以柔和平緩地進(jìn)行。Decco分級(jí)機(jī)工作原理是：提升機(jī)輥?zhàn)訉⒋旨?jí)的果實(shí)送入四星裝料斗，星輪與提升機(jī)以鏈條驅(qū)動(dòng)的各對(duì)定距輥?zhàn)油?，輥?zhàn)映休d水果通過分級(jí)全程，這樣的裝置，星輪可以很柔和地將水果從提升機(jī)傳送到由一對(duì)滾子形成的凹槽中，根據(jù)選用分級(jí)機(jī)規(guī)格的不同，分級(jí)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(shí)針回轉(zhuǎn)，水果則作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)水果遇到摩擦指（最大的水果首先接觸摩擦指），由于轉(zhuǎn)動(dòng)與摩擦的組合，水果極柔和地從滾子上移動(dòng)并落入彈性的擺動(dòng)活動(dòng)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(dòng)作，分級(jí)柔和。水果分級(jí)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(jí)質(zhì)量得到保證[11]。
法國(guó)的MAF France公司的水果分級(jí)包裝設(shè)備，不僅能對(duì)果蔬進(jìn)行分級(jí)包裝，還可以利用電子、光學(xué)原理對(duì)果蔬表皮的瑕疵進(jìn)行分選，全電腦監(jiān)控，自動(dòng)化程度相當(dāng)高。在意大利的果品貯藏加工業(yè)生產(chǎn)中，使用顏色分級(jí)機(jī)較早，主要是對(duì)蘋果進(jìn)行顏色分級(jí)，其原理是按照綠色蘋果比紅色蘋果的反射光強(qiáng)的道理進(jìn)行的。工作時(shí)，果實(shí)在松軟的傳送帶上跳躍移動(dòng)，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(shí)分開，一般分為全綠果、半綠（半紅）果、全紅果等級(jí)別。
1.1.2國(guó)內(nèi)研究與發(fā)展
改革開放以來，經(jīng)濟(jì)和科技等都得到了快速的發(fā)展，于是我國(guó)從上個(gè)世紀(jì)80年代開始研究水果分級(jí)技術(shù)，在過去30多年中水果分級(jí)技術(shù)正在由半自動(dòng)化向全自動(dòng)化、水果外部品質(zhì)檢測(cè)向水果內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)、水果分級(jí)設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化向簡(jiǎn)單化，水果單一參數(shù)檢測(cè)向水果綜合品質(zhì)檢測(cè)轉(zhuǎn)化，基于此而研制出來的水果產(chǎn)品的自動(dòng)化分級(jí)裝備大大的減少了水果產(chǎn)品在分級(jí)、包裝、儲(chǔ)存、加工和運(yùn)輸過程中造成的損失。在大量的水果分級(jí)裝備中，稱重式水果分級(jí)機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、制造容易和成本較低的優(yōu)點(diǎn)成為目前國(guó)內(nèi)外應(yīng)用最為廣泛的水果分級(jí)設(shè)備。目前稱重式水果分級(jí)設(shè)備主要有機(jī)械稱重式水果分級(jí)機(jī)和電子稱重式水果分級(jí)機(jī)兩種。
（1）機(jī)械稱重式水果分級(jí)機(jī)
機(jī)械稱重式水果分級(jí)機(jī)在早期時(shí)候一般是基于杠桿原理進(jìn)行分級(jí)卸料的。水果分級(jí)設(shè)備在運(yùn)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(dāng)水果托盤中的水果重量超過平衡砝碼重量的時(shí)候就會(huì)導(dǎo)致杠桿傾斜，完成分級(jí)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(gè)等級(jí)，目前機(jī)械稱重式水果分級(jí)機(jī)主要有固定衡量秤體運(yùn)動(dòng)輸送托盤式和固定限位裝置運(yùn)動(dòng)衡量秤體式兩種機(jī)型得到了比較廣泛的應(yīng)用。
（2）電子稱重式水果分級(jí)機(jī)
近年來計(jì)算機(jī)技術(shù)和稱重傳感技術(shù)的快速發(fā)展，以及相關(guān)技術(shù)的促進(jìn)，電子式稱重技術(shù)及應(yīng)用有了長(zhǎng)足的發(fā)展。稱重傳感器已經(jīng)在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用，能夠輕松實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)物準(zhǔn)確、快速的測(cè)量，特別是單片機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)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(jìn)的單片機(jī)控制的電子稱重式水果分級(jí)機(jī)采用最新的電子設(shè)備測(cè)量水果重量，可以根據(jù)需要選擇準(zhǔn)確的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分級(jí)精度較高，基于此電子稱重式水果分級(jí)機(jī)已經(jīng)得到比較廣泛的應(yīng)用。
相對(duì)于國(guó)外的分級(jí)水平，國(guó)內(nèi)水果分級(jí)市場(chǎng)比較落后。國(guó)內(nèi)水果分級(jí)大部分還采用人工分級(jí)方法，只有少數(shù)企業(yè)采用半自動(dòng)及自動(dòng)化水果分級(jí)。
雖然我國(guó)水果分級(jí)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(xué)果蔬智能化分級(jí)技術(shù)與裝備課題組經(jīng)過近10年的研究積累，在國(guó)家“863”計(jì)劃?國(guó)家自然科學(xué)基金和浙江省科技計(jì)劃的支持下，與杭州杭掛機(jī)電有限公司合作于2004年研制成功國(guó)內(nèi)第一條完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于計(jì)算機(jī)視覺的水果品質(zhì)智能化實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)生產(chǎn)線。項(xiàng)目至今已獲國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)、授權(quán)計(jì)算機(jī)軟件著作登記2項(xiàng)、授權(quán)國(guó)家實(shí)用新型專利8項(xiàng)，另有國(guó)家發(fā)明專利10項(xiàng)待批。2004年6月16日，順利通過國(guó)家863計(jì)劃?rùn)C(jī)器人技術(shù)主題專家組的驗(yàn)收。2004年12月28日，銷往廣東梅縣的第一條生產(chǎn)線在當(dāng)?shù)卣秸{(diào)試成功，并投入正常生產(chǎn)用于當(dāng)?shù)靥厣毘鹊钠焚|(zhì)檢測(cè)和分級(jí)，其工作性能得到用戶的高度評(píng)價(jià)。 2005年4月29日，由中國(guó)工程院汪懋華院士、蔣亦元院士等8位本領(lǐng)域的權(quán)威專家組成的鑒定委員會(huì)，對(duì)本生產(chǎn)線進(jìn)行了鑒定，專家們對(duì)這一成果給予了高度評(píng)價(jià)：總體技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，多項(xiàng)技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
日前，江蘇省自主研制生產(chǎn)的電腦控制全自動(dòng)水果分級(jí)流水生產(chǎn)線在陜西成功運(yùn)行，并通過國(guó)家一級(jí)科技查新，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)果品加工生產(chǎn)機(jī)械的空白[7]。 該生產(chǎn)線由江蘇牧羊集團(tuán)研制，采用水果品質(zhì)視覺系統(tǒng)測(cè)與分級(jí)，每條生產(chǎn)線每小時(shí)能檢測(cè)分級(jí)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(jí)，部分指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平。為配套新生產(chǎn)線，該集團(tuán)同時(shí)研發(fā)出壓榨機(jī)、榨汁機(jī)等飲料機(jī)械，以及去核機(jī)、打漿機(jī)等果汁生產(chǎn)線前處理設(shè)備與后道包裝設(shè)備，具有良好的應(yīng)用前景。
第二章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1蘋果大小分級(jí)機(jī)構(gòu)功能分析
蘋果分級(jí)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要結(jié)構(gòu)組成：蘋果的自動(dòng)進(jìn)料裝置，分成單排裝置，分級(jí)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(jí)，實(shí)現(xiàn)蘋果自動(dòng)分級(jí)的裝置。按重量分級(jí)的方法保證了蘋果在運(yùn)行時(shí)不與托盤之間碰撞，避免了對(duì)水果分級(jí)時(shí)造成的損傷，而且蘋果形狀對(duì)分級(jí)結(jié)果精度影響較，所以電子稱重式蘋果分級(jí)機(jī)的通用性比較好，可以應(yīng)用于不同種類的水果。本論文研究重點(diǎn)為電子稱重式蘋果分級(jí)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，自動(dòng)進(jìn)料裝置的設(shè)計(jì)，分成單排裝置的設(shè)計(jì)，分級(jí)傳送裝置的設(shè)計(jì)，卸料裝置的設(shè)計(jì)，最終實(shí)現(xiàn)蘋果分級(jí)卸料。因此蘋果大小分級(jí)機(jī)構(gòu)為滿足功能要求需要具有如下裝置：
（1） 自動(dòng)進(jìn)料裝置：完成蘋果的大批量輸送，與分級(jí)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(jí)裝置的配合；
（3）分級(jí)傳送裝置：分級(jí)裝置傳動(dòng)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(duì)不同等級(jí)的蘋果進(jìn)行正確的分級(jí)卸料操作，分級(jí)箱的結(jié)構(gòu)來應(yīng)與分級(jí)卸料裝置配合。
（5）動(dòng)力及傳動(dòng)系統(tǒng)：提供動(dòng)力并實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳送，使機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.2總體方案設(shè)計(jì)
隨著國(guó)內(nèi)外水果種類和品種愈來愈多，對(duì)優(yōu)質(zhì)水果的需求量越來越大。所以在這次的設(shè)計(jì)中，采用的是以下的設(shè)計(jì)方案：
2.2.1自動(dòng)進(jìn)料裝置方案設(shè)計(jì)
圖2-1 自動(dòng)進(jìn)料裝置的三維結(jié)構(gòu)示意圖
自動(dòng)進(jìn)料裝置如圖2-1所示主要采用的是帶輪和帶的傳動(dòng)來輸送蘋果前進(jìn)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)V帶，皮帶安裝在左邊的帶輪上，在通過軸的傳動(dòng)來帶動(dòng)輸送帶。
2.2.2分成單排裝置方案設(shè)計(jì)
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(jié)構(gòu)示意圖
分成單排裝置如圖2-2 所示,蘋果經(jīng)皮帶自動(dòng)進(jìn)料裝置自動(dòng)進(jìn)料后, 必須按照一定的節(jié)拍輸送到分級(jí)傳送鏈上, 該過程由定節(jié)拍系統(tǒng)完成。當(dāng)蘋果進(jìn)料后到達(dá)定節(jié)拍自動(dòng)進(jìn)料裝置, 首先經(jīng)過一級(jí)定量輸送調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu), 通過調(diào)節(jié)片2開合的角度來控制蘋果輸送, 目的是實(shí)現(xiàn)蘋果整齊有序的排列成一列，使蘋果按分級(jí)傳送鏈的節(jié)拍輸送到傳送鏈上。
2.2.3分級(jí)傳送裝置方案設(shè)計(jì)
1電動(dòng)機(jī) 2皮帶 3主動(dòng)鏈輪 4鏈條 5蘋果托盤機(jī)構(gòu) 6稱重模塊7分級(jí)箱 8蘋果 9卸料裝置
圖2-3 分級(jí)傳送裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
分級(jí)傳送裝置如圖2-3所示，通過電動(dòng)機(jī)來傳遞動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)整個(gè)機(jī)構(gòu)鏈條的運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)放著蘋果的托盤經(jīng)過稱重傳感器8來發(fā)送信號(hào)到托盤上的卸料裝置，從而實(shí)現(xiàn)托盤到達(dá)分級(jí)箱6的時(shí)候按照給出的信號(hào)將蘋果倒入相信等級(jí)的箱內(nèi)。
稱重模塊和蘋果托盤的設(shè)計(jì)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(tái) 8鋼球
圖2-4 蘋果托盤和稱重實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖
蘋果托盤和稱重實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)如圖2-4所示，其中水果托盤6安裝方向與輸送鏈條4運(yùn)動(dòng)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(zhuǎn)一定角度，鋼球8在稱重位置與稱重臺(tái)7接觸，實(shí)現(xiàn)線上快速的稱重與信號(hào)傳輸。
2.2.4自動(dòng)卸料裝置方案設(shè)計(jì)
1上升板 2上升板支架 3旋轉(zhuǎn)撥片 4彈簧 5電動(dòng)機(jī)
圖2-5（a）卸料裝置的結(jié)構(gòu)示意圖 （b）蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖
蘋果托盤在卸料狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-5(b)所示，當(dāng)信號(hào)傳輸?shù)叫读涎b置時(shí)，旋轉(zhuǎn)撥片3會(huì)在電機(jī)5的控制下按照傳輸?shù)墓?jié)拍旋轉(zhuǎn)與上升板1的側(cè)面相齊，正好能使放著要被分級(jí)的蘋果的托盤沿著上升板的路徑運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致托盤的傾斜來實(shí)現(xiàn)蘋果的卸料。當(dāng)沒有信號(hào)的時(shí)候，彈簧4的作用下，旋轉(zhuǎn)撥片3會(huì)復(fù)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(jié)構(gòu)及尺寸設(shè)計(jì)
3.1自動(dòng)進(jìn)料裝置
參照市場(chǎng)上現(xiàn)有蘋果分級(jí)機(jī)選定自動(dòng)進(jìn)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(zhǎng)度：L=2.2m
輸送機(jī)年工作時(shí)間一般取4500~5500小時(shí)。當(dāng)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(dòng)裝置示意圖如下圖3-1：
圖3-1自動(dòng)進(jìn)料裝置示意圖
3.1.1電動(dòng)機(jī)的選擇
（1）選擇電動(dòng)機(jī)的類型
由于帶式運(yùn)輸機(jī)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(dòng)機(jī)。
（2）選擇電動(dòng)機(jī)功率
1）根據(jù)《膠帶輸送機(jī)功率的簡(jiǎn)易算法》計(jì)算輸送機(jī)總驅(qū)動(dòng)功率
①根據(jù)L = 2.2m 查附圖得K =5.5
計(jì)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(qū)動(dòng)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(jī)驅(qū)動(dòng)功率, 根據(jù)膠帶輸送機(jī)帶寬和修正長(zhǎng)度L C 在《膠帶輸送機(jī)功率的簡(jiǎn)易算法》表1 中查出所需功率P 1。
P2-根據(jù)膠帶輸送機(jī)輸送能力和修正長(zhǎng)度L C,查出所需功率。
P 3-根據(jù)膠帶輸送機(jī)輸送能力和提升高度在表3中查出所需功率。
2）計(jì)算電機(jī)功率： kW
式中:η－電動(dòng)機(jī)至工作機(jī)的傳動(dòng)裝置的總效率，η＝η帶η軸承2η齒η聯(lián)
η帶 －帶傳動(dòng)傳動(dòng)效率，查機(jī)械傳動(dòng)效率?表取η帶＝0.96
η軸承－一對(duì)滾動(dòng)軸承效率，查機(jī)械傳動(dòng)效率?表取η軸承＝0.99
η鏈－一對(duì)圓柱齒輪傳動(dòng)效率，查機(jī)械傳動(dòng)效率?表取η齒＝0.97?（初選8級(jí)精度）
η聯(lián)－彈性聯(lián)軸器效率，查機(jī)械傳動(dòng)效率?表取η聯(lián)＝0.99
傳動(dòng)裝置總效率η=0.96×0.992×0.97×0.99=0.9
（3）確定電機(jī)轉(zhuǎn)速nd?
①計(jì)算托輥轉(zhuǎn)速：r/min
②確定電機(jī)同步轉(zhuǎn)速?
一般V帶傳動(dòng)傳動(dòng)比 i帶=2～4，單級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)比的范圍i齒=3～5，則合理總傳動(dòng)比i總= i帶×i齒=6～20。
故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速可選范圍為：
nd=i總×nw=（6～20）×95.54r/min=（573.25～1910.83）r/min
查機(jī)械手冊(cè)，綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量以及帶傳動(dòng)和減速器的傳動(dòng)比，選取較合適的方案，現(xiàn)選用型號(hào)為Y100L2-4的電動(dòng)機(jī),其相關(guān)參數(shù)如下：額定功率3.0kW，轉(zhuǎn)速1430r/min，電流6.82A，效率82.5%，功率因素0.81。
（4）電機(jī)固定座
電機(jī)固定座起承載電機(jī)的作用。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，經(jīng)查國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，在本次設(shè)計(jì)中電機(jī)固定座選用型號(hào)為6.3號(hào)的熱軋普通槽鋼和4號(hào)熱扎等邊角鋼。6.3號(hào)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(hào)熱扎等邊角鋼號(hào)尺寸：b×d=40×5，截面面積3.791cm2，理論重量2.976kg/m。
3.1.2傳動(dòng)及動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
（1）傳動(dòng)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(zhuǎn)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(zhuǎn)矩
電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩Td
各軸輸入轉(zhuǎn)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(dòng)的設(shè)計(jì)
（1）確定計(jì)算功率Pca
由教材《機(jī)械設(shè)計(jì)》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(jī)械設(shè)計(jì)》圖8-11、選用Z型帶
（3）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑dd,并驗(yàn)算帶速υ
1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1。由教材表8-6，表8-8，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑dd1=90mm
2）驗(yàn)算帶速υ。按式（8-13）驗(yàn)算帶的速度
υ =
因?yàn)?m/s<υ<30m/s，故帶速合適。
3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)式（8-15a），計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑dd2
dd2=i帶dd1=3×90=270mm
根據(jù)教材《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-8，圓整為dd2=280mm。
（4）確定V帶的中心距a及基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld
1）根據(jù)式（8-20），初定中心距a0
因?yàn)?.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(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
由教材《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-2，選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld=1400mm
3）按式（8-23）計(jì)算實(shí)際中心距a
a≈a0+=400+=398mm
則中心距a的變動(dòng)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(yàn)算小帶輪的包角α1
符合要求
（6）計(jì)算帶的根數(shù)z
1）計(jì)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(jì)算V帶的根數(shù)z
取z=6
（7）計(jì)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(zhǎng)度質(zhì)量q=0.06kg/m，所以
應(yīng)使實(shí)際初拉力F0＞（F0)min
（8）計(jì)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(shè)計(jì)
取45號(hào)鋼時(shí)，按下式估算：
， 圓整為20mm
（10）V帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）選擇帶輪材料：大小帶輪材料均為 HT200
2）選擇帶輪的結(jié)構(gòu)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(jì)算基本結(jié)構(gòu)尺寸
（11）小帶輪基本結(jié)構(gòu)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(shí)的余量，選用L=78mm。
3.1.4輸送帶的設(shè)計(jì)
輸送帶在膠帶輸送機(jī)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(qiáng)度。選擇合適的輸送帶品種規(guī)格可以延長(zhǎng)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(hù)費(fèi)用。防滑輸送帶耐用使用壽命長(zhǎng)。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(yīng)用的行業(yè)：煙草、物流、包裝、印刷、水果、木材等。
本次設(shè)計(jì)選用的是防滑輸送帶（花紋輸送帶），扯斷強(qiáng)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(shí)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(shí)也非常穩(wěn)定，接頭壽命也很長(zhǎng)，容易掌握。這種接頭的強(qiáng)度能達(dá)到膠帶強(qiáng)度的85-90%，且能防止帶芯腐蝕，帶芯的壽命較強(qiáng)?？紤]到使用安全，要求輸送帶有足夠的抗拉強(qiáng)度安全儲(chǔ)備，此次設(shè)計(jì)的運(yùn)輸帶的安全系數(shù)為8。
3.1.5托輥的設(shè)計(jì)
托輥是傳遞動(dòng)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(shè)計(jì)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(shí)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(yùn)行的輸送機(jī)。用于重要場(chǎng)合的滾筒，最好采用硫化橡膠覆面。用于阻燃，隔爆條件，應(yīng)采取相應(yīng)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(dòng)滾筒分離點(diǎn)具有足夠的張力, 滿足傳動(dòng)滾筒的摩擦傳動(dòng)要求。
(2) 保證輸送帶最小張力點(diǎn)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(zhǎng)要求的拉緊行程。
(4) 補(bǔ)償輸送帶的永久伸長(zhǎng)。
(5) 為輸送帶接頭提供必要的行程。
3.1.7托輥軸的設(shè)計(jì)與校核
（1）軸的最小直徑的確定
本次設(shè)計(jì)的托輥軸如圖3-3所示：
圖3-3 托輥軸零件圖
托輥軸長(zhǎng)度為1404mm
；
許用應(yīng)力 用插入法查得：
許用應(yīng)力值
應(yīng)力校正系數(shù)
當(dāng)量彎矩
設(shè)計(jì)的最小直徑
托輥軸直徑
； 驗(yàn)算合格。
（2）托輥軸強(qiáng)度計(jì)算
式中：——托輥軸的均布載荷；
——力；
——寬度。
式中： ——均布載荷；
——反力；
——長(zhǎng)度
式中： ——前后均布載荷
式中： ——平面上附加的均布力矩
按扭轉(zhuǎn)條件計(jì)算Ⅰ－Ⅰ截面的強(qiáng)度
因此Ⅰ－Ⅰ截面安全。
按彎扭合成條件計(jì)算Ⅳ－Ⅳ截面
因此截面安全。
（3）托輥軸的疲勞強(qiáng)度校核
Ⅰ截面直徑最小，且有應(yīng)力集中；Ⅱ截面為連接處，由于直徑發(fā)生實(shí)然變化，產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中；由于直徑最大且無應(yīng)力集中，故不必對(duì)其他地方處進(jìn)行校核，而只需對(duì)Ⅰ、Ⅱ截面進(jìn)行校核。
截面Ⅰ右側(cè)
因?yàn)棰窠孛媸芘ぞ刈饔?，所?
由于變化形成的理論應(yīng)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(yīng)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(qiáng)化處理，即，
則得綜合系數(shù)值為
取
計(jì)算安全系數(shù)
可知其安全。
截面Ⅱ左側(cè)
彎曲應(yīng)力
所以 ，
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
所以
由于軸徑變化形成的理論應(yīng)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(yīng)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(qiáng)化處理，即，則得綜合系數(shù)值為
取 ，
計(jì)算系數(shù)值
故安全。
（4）托輥軸的接觸應(yīng)力校核
最大壓應(yīng)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(shè)計(jì)
分成單排裝置如圖2 所示,蘋果經(jīng)皮帶自動(dòng)進(jìn)料裝置自動(dòng)進(jìn)料后, 必須按照一定的節(jié)拍輸送到分級(jí)傳送鏈上, 該過程由定節(jié)拍系統(tǒng)完成。當(dāng)蘋果進(jìn)料后到達(dá)定節(jié)拍自動(dòng)進(jìn)料裝置, 首先經(jīng)過一級(jí)定量輸送調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu), 通過調(diào)節(jié)片2開合的角度來控制蘋果輸送, 目的是實(shí)現(xiàn)蘋果整齊有序的排列成一列，使蘋果按分級(jí)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(duì)擋板之間的距離通過調(diào)節(jié)螺桿進(jìn)行調(diào)節(jié)，擋板之間的距離和槽的傾斜角度通過實(shí)驗(yàn)得到，主槽傾斜15°，第一對(duì)擋板開口之間的距離為140cm左右,第二對(duì)擋板開口之間的距離為100cm左右,第三對(duì)擋板開口之間的距離為85cm左右，在槽的下方安裝一個(gè)振動(dòng)電機(jī)，防止蘋果在擋板開口處卡住，使其逐個(gè)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(jié)構(gòu)
3.3分級(jí)傳送裝置
經(jīng)分析此機(jī)構(gòu)主要包括機(jī)架，定制的雙側(cè)套筒傳動(dòng)鏈，滾子，雙側(cè)鏈輪，軸承，軸，軸承套，同步帶和同步帶輪要進(jìn)行設(shè)計(jì)。
3.3.1主要技術(shù)參數(shù)和電機(jī)選擇
表2 主要技術(shù)參數(shù)
傳輸鏈輪傳輸速率v（m/s)
0.25
機(jī)架長(zhǎng)度L（mm)
2210
整體高度H（mm)
1850
鏈輪傳輸功率P(KW)
0.5
（1）電機(jī)選擇
根據(jù)鏈輪的速率知整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速都非常小，且參照以往水果分級(jí)機(jī)構(gòu)所選電機(jī)，估計(jì)在20-60之間.所以盡量選轉(zhuǎn)速小的電機(jī)，以免使同步帶帶輪尺寸過大而不便設(shè)計(jì)和安裝。下表是YCJ系列部分齒輪減速電動(dòng)機(jī)基本型譜。
表3 電機(jī)參數(shù)
減速機(jī)中心高H/mm
電動(dòng)機(jī)功率P/KW
輸出轉(zhuǎn)速
n/()
輸出轉(zhuǎn)距
電 動(dòng) 機(jī)
輸出軸軸徑
機(jī)座號(hào)
端蓋序號(hào)
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(jī)中心高為132mm,輸出轉(zhuǎn)速為43的減速機(jī)。
（2）蘋果參數(shù)
設(shè)計(jì)之前對(duì)蘋果分成大，中，小三個(gè)等級(jí)，分別選20個(gè)測(cè)量出各項(xiàng)參數(shù)并分別求出平均值。個(gè)參數(shù)測(cè)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(jī)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(zhǎng)徑或鍛徑來進(jìn)行分級(jí)。由數(shù)據(jù)可以以得出各級(jí)的長(zhǎng)徑和短徑比都接近1.5，故選長(zhǎng)徑或短徑都可以，在這選擇蘋果的長(zhǎng)徑來作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)。分級(jí)如下：第一級(jí)：長(zhǎng)徑小于60mm；第二級(jí)：長(zhǎng)徑介于60mm和70mm.之間；第三級(jí)：長(zhǎng)徑介于70mm和85mm.之間。
表4 蘋果參數(shù)
級(jí)別類型
測(cè)量樣本數(shù)(個(gè)）
測(cè)量平均長(zhǎng)徑
（mm）
測(cè)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(shè)計(jì)
傳動(dòng)鏈主要有套筒鏈，套筒滾子鏈和齒形鏈。它們都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。在本設(shè)計(jì)中要求用雙側(cè)的鏈條中間夾裝有滾子，但在標(biāo)準(zhǔn)化的鏈中他們的尺寸偏大會(huì)使的機(jī)構(gòu)過于龐大。所以根據(jù)設(shè)計(jì)需要，考慮盡可能的減小機(jī)構(gòu)的體積和節(jié)省材料。在本設(shè)計(jì)中我采用定制的鏈條。在設(shè)計(jì)時(shí)取鏈的節(jié)距P=50.00mm.前后鏈輪中心距a=1375mm.
（1）鏈輪的設(shè)計(jì)
鏈輪輪齒的齒型應(yīng)保證鏈節(jié)能夠自由地進(jìn)入和退出嚙合，在嚙合時(shí)應(yīng)保證良好的接觸，同時(shí)形狀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，并便于加工。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了鏈輪的最大和最小齒槽形狀。實(shí)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(jì)算如下：
因?yàn)楸緳C(jī)構(gòu)的傳動(dòng)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(cè)凸緣直徑
（5-5）
鏈輪的結(jié)構(gòu)如圖3-6：
圖3-6鏈輪結(jié)構(gòu)圖
（2）鏈條的設(shè)計(jì)計(jì)算
由上面設(shè)計(jì)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(gè)鏈條的節(jié)數(shù)為72節(jié)。
2）.鏈傳動(dòng)的受力分析：
鏈傳動(dòng)安裝時(shí)，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(dòng)，跳齒和脫節(jié)現(xiàn)象。不考慮傳動(dòng)中的動(dòng)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(dòng)的效率。
工作拉力（N)取決于傳動(dòng)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(zhǎng)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(guān)。垂直分布時(shí)可取=1.0,水平布置時(shí)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(qiáng)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(dòng)，其主要失效形式是鏈條的靜力拉斷，故應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。靜強(qiáng)度安全系數(shù)應(yīng)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(shè)計(jì)
在機(jī)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(dòng)齒輪的減速器的殼體，機(jī)床的床身等等統(tǒng)稱為支架。
3.4.1支架設(shè)計(jì)的要求
在滿足支架設(shè)計(jì)準(zhǔn)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(xiàng)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(jié)構(gòu)合理，便于制造。
（3）結(jié)構(gòu)應(yīng)使支架上的零部件安裝、調(diào)整、修理和更換都方便。
（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，工藝性好，還應(yīng)使支架本身的內(nèi)應(yīng)力小，由于溫度變化引起的變形應(yīng)力小。
（5）抗振性能好。
（6）耐腐蝕，使支架結(jié)構(gòu)在服務(wù)期限內(nèi)盡量少修理。
（7）有導(dǎo)軌的支架要求導(dǎo)軌面受力合理，耐磨性良好。
3.4.2支架的設(shè)計(jì)
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(jié)構(gòu)
3.4.3支架的剛度校核
機(jī)架的剛度決定了機(jī)架在工作過程中變形的大小，其實(shí)對(duì)于機(jī)架的設(shè)計(jì)而言，剛度的研究比強(qiáng)度更有意義，因?yàn)闄C(jī)架由于壓力的作用而被破壞的情況是比較少的。但機(jī)架隨著工作時(shí)間的增加會(huì)慢慢的變形，這就要求機(jī)架有足夠的剛度，否則隨著機(jī)架的變形而導(dǎo)致傳動(dòng)件位置的變動(dòng)，機(jī)器的工作能力就會(huì)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(duì)槽鋼材料為205GPa；
I ——慣性矩 單位，對(duì)18號(hào)槽鋼為1369.9；
——機(jī)架高度 單位m。
在實(shí)際工作機(jī)架只受到支撐力的作用，因此只要校核機(jī)架的支撐應(yīng)力即可。機(jī)架在連接處的面積最小，即屬于危險(xiǎn)截面。
右端連接處最大應(yīng)力
左端連接處的最大應(yīng)力
根據(jù)機(jī)架一的設(shè)計(jì)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(jī)架一受到的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，也就是機(jī)架具有足夠的強(qiáng)度，滿足要求。機(jī)架二、機(jī)架三所受的力較機(jī)架一而言要小，幾何尺寸也相差無幾，根據(jù)機(jī)架一校核所的數(shù)據(jù)知道，無論是強(qiáng)度還是剛度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足，所以據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷肯定滿足。反而是機(jī)架一與二之間的連接螺栓由于皮帶對(duì)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(jìn)行校核。
3.4.4機(jī)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?yàn)檫@個(gè)力是直接通過機(jī)架傳遞給螺栓的。下面是求對(duì)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(jì)算功率=，工況系數(shù)，P實(shí)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(zhǎng)的質(zhì)量 單位kg/m。
根據(jù)機(jī)架的受力位置我們得到這樣一個(gè)力學(xué)模型如圖3-6：
圖3-6 機(jī)架的受力模型
——螺栓對(duì)機(jī)架的作用力 單位 。
由于是四個(gè)螺栓作用我們根據(jù)關(guān)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(jī)電機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)時(shí)螺栓連接處預(yù)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(yīng)力：
——螺栓受到的拉應(yīng)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(xiǎn)截面對(duì)應(yīng)螺紋小徑處的面積約為140，根據(jù)公式（3-8）得43，除拉應(yīng)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(yīng)力，對(duì)于M10～M64的螺栓=0.5，再根據(jù)第四強(qiáng)度理論：57Mpa
螺栓的抗拉伸強(qiáng)度極限為，動(dòng)載情況下許用應(yīng)力安全系數(shù)為S=2.5～4，我們?nèi)?計(jì)算得到許用應(yīng)力[]==82.5Mpa，由于，所以滿足要求。
總 結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)中所學(xué)知識(shí)的回顧，是對(duì)以往所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，鍛煉了我們的獨(dú)立思考能力、獨(dú)立解決工程實(shí)際問題的能力、畫圖能力，更是從課本中的理論知識(shí)到生產(chǎn)實(shí)際的轉(zhuǎn)變。在這之前，雖然經(jīng)過四年的學(xué)習(xí)學(xué)到了很多知識(shí)，但是還沒有機(jī)會(huì)來運(yùn)用和掌握這些東西。通過這次實(shí)踐，我對(duì)蘋果分級(jí)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、安裝工藝和機(jī)械設(shè)計(jì)過程都有了全面的了解，設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖方面的能力都得到了全面的訓(xùn)練和提高，也使我對(duì)機(jī)械產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，更堅(jiān)定了我從事機(jī)械行業(yè)的信心。在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)期間得到了我的指導(dǎo)老師的幫助，我覺得從與老師的溝通過程中，我能學(xué)到很多東西，老師可以從另外一個(gè)角度來啟發(fā)我，給了我很多幫助、鼓勵(lì)和指導(dǎo)。通過這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，我已基本按照設(shè)計(jì)要求完成蘋果分級(jí)機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但是由于本人知識(shí)水平有限，又沒有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)中定存在不足之處，敬請(qǐng)老師同學(xué)批評(píng)指正，提出寶貴意見，以便及時(shí)糾正。
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致 謝
四年大學(xué)生活即將結(jié)束，畢業(yè)設(shè)計(jì)是本科教育的一個(gè)重要的關(guān)鍵性的環(huán)節(jié)，能順利地完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)離不開各位老師和同學(xué)的幫助。
首先應(yīng)該感謝我的指導(dǎo)老師，在我們畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，他工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度讓我十分敬佩。此外，他對(duì)待學(xué)生和藹可親，不厭其煩的為學(xué)生解決設(shè)計(jì)中遇到的困難，指導(dǎo)我們?nèi)绾卫砬逅悸?，順利的進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的整個(gè)過程中，給予我精心的指導(dǎo)與幫助，為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)付出了辛勤的勞動(dòng)，傾注了大量時(shí)間和精力。沒有老師的幫助就沒有今天的設(shè)計(jì)成果，在此向他表示誠(chéng)摯的敬意和衷心的感謝。
通過這次設(shè)計(jì)使我意識(shí)到遇到問題首先應(yīng)該獨(dú)立思考問題并解決問題，同時(shí)在此過程中還讓我明白了一些做人的道理。在此表示真誠(chéng)的感謝，同時(shí)也感謝在設(shè)計(jì)過程中幫助過我的老師和同學(xué)。
最后，感謝我的同窗好友，四年來我們朝夕相處，共同進(jìn)步，感謝你們?cè)诖髮W(xué)四年里給予我的所有關(guān)心和幫助。
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