PAGEIII炒板栗機的結(jié)構(gòu)設(shè)計摘要板栗具有豐富的營養(yǎng)價值，已經(jīng)成為了人們?nèi)粘Ｉ钕矏鄣氖称?，但是，目前我國板栗加工設(shè)備的技術(shù)含量較低，不能滿足板栗的加工工序要求，導(dǎo)致現(xiàn)有板栗的加工一般還是采用人員手工加工，這種加工方式導(dǎo)致板栗加工速度較慢，衛(wèi)生性較低，還不能實現(xiàn)批量化生產(chǎn)的要求，大部分都是小作坊的作業(yè)方式，因此，為了滿足新時代的板栗加工需求，需要研發(fā)系列化的板栗加工裝備，提升板栗產(chǎn)品的市場競爭力。本文對板栗的加工工藝完成了分析，完成板栗清洗、破殼、包裝的整機結(jié)構(gòu)設(shè)計，采用流水線的加工工藝方式，在保質(zhì)保量的前提下保證板栗的加工速度，保證板栗的衛(wèi)生性，具有重要的意義。同時，本文對主要傳動系統(tǒng)的傳動鏈輪、傳動齒輪、轉(zhuǎn)軸完成了整機的結(jié)構(gòu)設(shè)計及強度校核，對板栗加工的研究具有重要意義。本課題對板栗清洗、破殼、翻炒機包裝機進行研究，完成以下研究內(nèi)容：（1）對板栗清洗、破殼、翻炒的工作原理完成分析和設(shè)計。（2）板栗加工的總體結(jié)構(gòu)完成了結(jié)構(gòu)設(shè)計，包括清洗機構(gòu)、破殼機構(gòu)、傳送裝置等；（3）對板栗加工機構(gòu)的傳動系統(tǒng)的齒輪減速器及皮帶傳動裝置等進行詳細結(jié)構(gòu)設(shè)計。板栗清洗破殼翻炒包裝機構(gòu)能快速加工板栗，能夠大大減少人力物力。非常適應(yīng)以后的全自動化時代，大大地減輕了工人勞動強度，縮短工作時長，大大地提高了工作效率。同時，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，便于現(xiàn)場使用，提高生產(chǎn)效率。對于開辟板栗加工類型的機器有了新的市場方向。關(guān)鍵詞：板栗；包裝機；傳動系統(tǒng)；破殼機構(gòu)目錄第一章 選題的目的及意義 11.1項目背景 11.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2第二章總體方案設(shè)計 42.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 42.2板栗固定轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu) 5第三章開口機構(gòu)選型設(shè)計 63.1驅(qū)動功率確定 63.2驅(qū)動電機選型 63.3傳動皮帶設(shè)計 73.4主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計 93.5轉(zhuǎn)軸強度校核設(shè)計 93.6軸承強度校核 10第四章螺旋翻炒裝置設(shè)計 124.1設(shè)計條件 124.2螺旋葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計 124.3電動機的選擇 174.4減速器的選擇 184.5傳動皮帶設(shè)計 194.6頭軸的尺寸設(shè)計 204.7軸的校核 214.8鍵的選擇與校核 24第五章包裝裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 255.1包裝裝置的熱封原理 255.2驅(qū)動電機選型 255.3圓錐齒輪減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計 25第六章基于SolidWorks建模 296.1軟件簡介 296.2整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計 296.3繪制各零件的三維模型 30結(jié)論與展望 33參考文獻 34致謝 35

-PAGE8-選題的目的及意義1.1項目背景板栗，又稱玫瑰栗、板栗和風(fēng)板栗，它被人們認(rèn)為是在干果中具有較多營養(yǎng)的一類。在著名醫(yī)生的記錄中，它被列為最高等級。我國古代大夫就對板栗的營養(yǎng)進行了研究，它可以“補氣、養(yǎng)身、滋補內(nèi)臟、補腎氣”[1]。我國古典典籍調(diào)查發(fā)現(xiàn)有“治療腎虛、用袋子把生栗子包起來晾干，每天吃十幾塊，經(jīng)常食用板栗并搭配其他物質(zhì)，會長時間強壯”。《畫經(jīng)》中的草藥也含有“果中栗是具有較多好處的一種干果，可以治療腰腿痛，適合生吃?！睔v代名醫(yī)認(rèn)為這種干果甘溫，無毒副作用，對人的身體有很多好處。適用于脾胃虛寒導(dǎo)致的各種疾病、腎虛引起的腰腿衰竭、骨折、身體酸麻、肌肉無力等。通過科學(xué)的研究，板栗的成分豐富多彩，水果含有40%的糖和碳水化合物，以及6~10%的維生素其吉他營養(yǎng)物質(zhì)[2]。同時，板栗內(nèi)部具有鈣、磷、鐵等不同的營養(yǎng)物質(zhì)，在一些維生素含量方面這些都高于普通干果。栗子也含有人體脂肪，但這種脂肪存儲量并不高，不含其他的有害物質(zhì)。它符合人們對健康生活的追求。在1992年舉行的世界范圍內(nèi)的板栗發(fā)展的會議，板栗被認(rèn)為是一種具有人體所需的多種營養(yǎng)元素的健康食品[3]。板栗能夠分為多種品種，根據(jù)不同的品種種類，板栗能夠分為10多種，包括日本板栗和美國板栗。板栗在中國很重要。中國是栗樹的發(fā)源地之一，栗樹已種植多年[4]。根據(jù)板栗的栽種的要求，其主要可以栽種于坡地、土地等多種不同的地面情況上。板栗因其營養(yǎng)成分豐富多彩、口感好、副產(chǎn)品廣泛、種植效率高、綜合性強而被廣泛種植。板栗在我國各地都可以適宜種植，北起吉林省吉安，南至海南省，西起陜西，東起浙江，分布在中國的20多個省份[5]。板栗的生產(chǎn)加工十分重要，包括板栗脫殼、翻炒、包裝等工序。傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)加工方式存在費時、費力、工作速度慢、環(huán)境衛(wèi)生指標(biāo)差、質(zhì)量無保障等缺點。在板栗貯藏期較短的要求下，上述這些現(xiàn)有加工方式存在的難題都影響了板栗農(nóng)戶的收益[6]。近些年，隨著工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展和食品生產(chǎn)加工機械設(shè)備的制造，研制的板栗加工設(shè)備已陸續(xù)在市場上生產(chǎn)。目前，部分設(shè)備上可以實現(xiàn)板栗脫殼和果仁提取的功能，但是，這些設(shè)備的功能不完善，脫殼設(shè)備加工成本較高，技術(shù)不夠優(yōu)良[7]。目前市場上缺乏價格低廉、易于控制、組成單元少的板栗系列化加工裝備。板栗機具發(fā)展速度較慢，在一定程度上影響了板栗生產(chǎn)加工機械設(shè)備的體系建立。因此，研制價格便宜、實用操作簡單、組成單元少的板栗生產(chǎn)加工裝備，不僅可以促進農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和農(nóng)民的發(fā)展，而且能夠拓展板栗的消費及應(yīng)用市場。對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展水平產(chǎn)生了深刻影響，促進了農(nóng)業(yè)、農(nóng)村和農(nóng)民的發(fā)展[8]。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在現(xiàn)有的板栗加工設(shè)備單重，法國技術(shù)具有一定的借鑒意義，法國作為板栗的種植大國，其生產(chǎn)體系長期得到發(fā)展和完善。其研發(fā)的板栗脫衣機械設(shè)備是最有意義的機械設(shè)備。脫殼和脫衣的效率要求通過兩種生產(chǎn)和加工工藝實現(xiàn)：憑借火燒和兩個相互旋轉(zhuǎn)的托輥對其進行擠壓[9]。板栗通過升運器能夠達到高溫處理室，采用高溫完成板栗的外殼處理工作，在高溫下短時間燃燒后轉(zhuǎn)運到下一個工序，板栗擠壓裝置進行擠壓和研磨，能夠完成其內(nèi)部的分離，然后用分離裝置將板栗的殼、仁、皮分離，用研磨機對板栗仁進行相應(yīng)的后續(xù)處理，得到明亮的板栗仁[10]。板栗脫殼技術(shù)采用火法和機械法同時使用的方法，以滿足板栗脫殼的高標(biāo)準(zhǔn)及高速度的要求。然而，由于采用這種工藝的加熱溫度較高，這種高溫會導(dǎo)致板栗仁的成熟，甚至導(dǎo)致板栗仁的結(jié)焦。因此，本項目研發(fā)的設(shè)備雖然可以實現(xiàn)板栗的脫殼操作，但是整體的取樣量較低，并不能滿足高樣本量的要求。此外，在擠壓和去除板栗結(jié)焦殼和紅層的過程中，擠壓裝置的一部分很大程度上導(dǎo)致成熟板栗仁的破碎和開裂，損失較為嚴(yán)重，板栗帶來的效益大大降低[11]。此外，由于這些裝備的解耦股復(fù)雜，機械設(shè)備技術(shù)含量較高，成本較貴，不滿足在中國大批量的使用要求。圖1-1板栗去殼機目前，板栗加工技術(shù)要求較高，一般需要對多種工序的工作原理展開研究，我國研究時間能夠，具有較多進展的企業(yè)主要包括、高?？蒲性核?、機械設(shè)備企業(yè)[12-15]。這些研究方向主要包括板栗脫殼機或板栗脫殼機的裝備，板栗食品的機械化生產(chǎn)加工所需的相關(guān)裝備，板栗機械與工具的設(shè)計與研究主要集中在板栗脫殼的基本原理和板栗物理機械設(shè)備的特性研究[16]。北京大學(xué)研發(fā)的板栗加工設(shè)備具有較高的創(chuàng)新性，不同于其他的。設(shè)備的外部環(huán)體采用拼接式結(jié)構(gòu)，外筒殼與螺桿折疊完成連接。機架內(nèi)旋轉(zhuǎn)圓筒的表層和外部環(huán)體都設(shè)置有破殼的裝置，并且，這些破殼裝置由無毒的作用版加工制成，對這些材料都有著嚴(yán)格的要求，螺旋翼安裝在臨近進料的機架內(nèi)轉(zhuǎn)鼓的一側(cè)，而且，這些螺旋裝置與外殼還需要留有一定的空間，可以保證轉(zhuǎn)鼓可以自由運行，還需要考慮轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)和螺旋方向。必須確保板栗能夠運輸?shù)叫敦浛?。設(shè)備運行后，從進料口進料經(jīng)過破殼機構(gòu)的板栗。板栗在承受旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的作用力向卸貨口移動，轉(zhuǎn)鼓獲得旋轉(zhuǎn)能量。在此過程中，板栗被作用力拋到外筒，殘生破殼的作用力，然后與旋轉(zhuǎn)筒完成相互作用。經(jīng)過多次的相互作用，板栗殼仁完成脫粒動作，破碎殼中的物質(zhì)被排出，塑料能夠起到限位的作用，實現(xiàn)栗子仁細致、干凈、整潔。本機生產(chǎn)速度快，無需按規(guī)格分級，產(chǎn)量約為400～600kg。在板栗生產(chǎn)中使用這種機械和加熱設(shè)備的難度較大，要求較高。圖1-2板栗去殼機由于地理原因，板栗在中國有著廣泛的地域和種類。分析板栗的生產(chǎn)中俄李，不同板栗的板栗內(nèi)仁規(guī)格也存在差異。目前，已經(jīng)銷售的板栗加工裝備對板栗的完好性、規(guī)格、品種有相關(guān)要求，不能夠滿足各種板栗的要求，板栗的生產(chǎn)加工速度較慢，破損率高，種皮和堅果不夠完整，長期以來一直未能滿足栗農(nóng)對美麗鄉(xiāng)村和繼續(xù)寫話生產(chǎn)的實質(zhì)性要求。

第二章總體方案設(shè)計2.1總體結(jié)構(gòu)設(shè)計本項目研發(fā)的板栗加工設(shè)備主要包括了板栗的開口、翻炒、包裝等多個功能，首先，對板栗完成粗洗功能，能夠完成板栗的清洗，之后，對板栗完成開口動作，通過卡具能夠帶動板栗旋轉(zhuǎn)，采用開口刀完成板栗的切割操作，最后，完成板栗翻炒功能，板栗翻炒機構(gòu)參照現(xiàn)有的市場的絞籠翻炒機構(gòu)，隨著絞籠的轉(zhuǎn)動，能夠帶動板栗的滾動，完成對板栗的均勻翻炒，翻炒完成的板栗在最后的工序完成包裝。圖2-1機構(gòu)簡圖1、電機；2、小齒輪；3、錐齒輪；4、開口刀；5、旋轉(zhuǎn)輥；6、進料口；7、電機；8、清洗槽；9、料門氣缸；10、進料口；11、殼體；12、螺旋桿；13、電機；14、齒輪；15、封口輥；16、砂盒；17、篩網(wǎng)；18、小帶輪；19、小帶輪；20、大齒輪。本項目研發(fā)的板栗主要結(jié)構(gòu)包括電機、開口刀、旋轉(zhuǎn)輥、進料口、清洗槽、殼體、螺旋桿等結(jié)構(gòu)組成，主要是借鑒現(xiàn)有的集成化裝備的設(shè)計方案，采用板栗的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)作為板栗開口功能，按成切口的板栗在下側(cè)布置了翻炒機構(gòu)，翻炒的板栗采用絞籠的翻炒方案，并采用包裝機構(gòu)完成板栗的包裝作業(yè)。開口完外殼的板栗分別進入到翻炒和包裝機構(gòu)，完成對板栗的4個加工步驟。2.2板栗固定轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)板栗的旋轉(zhuǎn)盤是帶動板栗旋轉(zhuǎn)的關(guān)鍵部件，其根據(jù)板栗的結(jié)構(gòu)和尺寸完成板栗卡住和旋轉(zhuǎn)動作，該機構(gòu)的運行主要利用旋轉(zhuǎn)帶動板栗運動，然后利用刀具與板栗之間的剪切完成板栗外殼開口操作，因此，板栗固定轉(zhuǎn)盤的整體結(jié)構(gòu)需要足夠的強度才能滿足此次項目設(shè)計的各項需求。板栗固定轉(zhuǎn)盤的每個缺口之間的距離根據(jù)板栗開口后的尺寸確定，每個板栗都會自動掉入到缺口處，通過板栗固定轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)，能夠使得板栗和切削刀具完成開口作用，板栗固定轉(zhuǎn)盤兩側(cè)留有螺栓安裝孔，通過螺栓連接的方式，將板栗固定轉(zhuǎn)盤與旋轉(zhuǎn)圓筒連接，實現(xiàn)板栗固定轉(zhuǎn)盤的高速旋轉(zhuǎn)，進而，帶動板栗轉(zhuǎn)動。

第三章開口機構(gòu)選型設(shè)計本項目選擇的開口傳動方案是采用V形帶與電機搭配運動的傳動方案，驅(qū)動的動力源是采用電能的供電方式，機械設(shè)備的動力源可以選取氣動、液壓及電能三種動力方式，而電能是最常用的供電方式，這種供電方式不需要像氣動和液壓外接動力源，就可以實現(xiàn)整機的高效工作，因此，本項目采用電機作為動力源。3.1驅(qū)動功率確定對驅(qū)動電機的合理化選擇是保證整機穩(wěn)定運行，電機不會出現(xiàn)超載損壞的基礎(chǔ)保證，而選擇合理化的電機需要計算清楚電機的傳動功率和驅(qū)動負載，通過這些電機的性能參數(shù)完成電機的選型，確定轉(zhuǎn)動慣量。 （3-1）根據(jù)估算，確定旋轉(zhuǎn)重量為50kg，距離為R=0.23m，進而，能夠確定1.32kg·m2，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為300r/min，計算得出：ω=31.4rad/s，考慮到加速時間1s，進而，可以確定（3-2）計算傳動功率（3-3）留有一定的安全系數(shù)，取1.3，可以計算得出（3-4）計算效率η=η1根據(jù)各部件的傳動能力帶的效率為η軸承的效率η因此，η=0.96×進而，確定（3-6）3.2驅(qū)動電機選型通過上面所描述的內(nèi)容，此次設(shè)計中所選擇的Y系列三相異步電動機中型號為Y132S-8型號安全性比較高，該電機的運轉(zhuǎn)速度為：750r/min，額定功率：2.2kW?？梢源_定傳動比（3-7）本項目的傳動單元是選擇V形帶，V形帶作為遠距離傳動的常用傳動手段，其特性是一種柔性傳動方式，可以實現(xiàn)對電動機的保護作用，在實際使用過程中，V形帶傳動可以做增速傳動，也可以做減速傳動，但是，由于尺寸的限制，V形帶傳動一般不能夠?qū)崿F(xiàn)大傳動比的傳動，最大傳動比一般控制在4以內(nèi)，確定減速比為2.5。3.3傳動皮帶設(shè)計根據(jù)上述設(shè)計，傳動比為2.5?？紤]到驅(qū)動功率P1=2.2kw，能夠確定計算功率（3-8）進而，可以確定查找V形帶的選型表格，確定采用A型皮帶。同時，考慮到傳動帶型號、傳動功率及電機轉(zhuǎn)速等參數(shù)，確定小帶輪的尺寸為dd可以計算得出，小帶輪的線速度為（3-9）確定大帶輪的尺寸（3-10）能夠計算中心距（3-11）由于V形帶是遠距離的傳動方式，一般兩個帶輪的布置需要遵循（3-12）將初定中心距代入下式，可以計算帶長:（3-13）確定基準(zhǔn)長度Ld=1200mm由于基準(zhǔn)帶長不同于計算帶長，需要對中心距完成修正（3-14）根據(jù)帶輪的布置中心距，確定兩個帶輪之間的角度（3-15）兩個帶輪的角度較為合適。計算每根皮帶能夠傳動的最大功率查參考文獻[15]表8-4，表8-5得P0ΔPkαkL（3-16）其中：為單根額定功率；為功率增量；為計算參數(shù)；為帶長參數(shù)。根據(jù)負載功率，可以計算皮帶根數(shù)（3-17）取5根。查參考文獻[21]表確定張緊力(F0計算壓軸力(F3.4主軸結(jié)構(gòu)設(shè)計確定主軸的旋轉(zhuǎn)功率（3-20）確定主軸的轉(zhuǎn)速（3-21）確定主軸的轉(zhuǎn)矩（3-22）2、計算軸徑選取，則有：（3-23）考慮到鍵槽留有一定的性能損耗，留有安全余量d=26mm。3.5轉(zhuǎn)軸強度校核設(shè)計對轉(zhuǎn)軸受力分析，其受力圖如下圖所示。圖3-5載荷分布圖根據(jù)受力分析圖，能夠確定各支撐力的數(shù)值（3-24）（3-25）式中，為左軸承的受力；為右軸承的受力；為旋轉(zhuǎn)機構(gòu)壓力，為-500N;為壓軸力，為396.5N;因此，將上述數(shù)據(jù)代入，得到為294.5N，為-191N。通過上面的彎矩圖可以看出，轉(zhuǎn)軸的彎矩較為薄弱的地方為兩個軸承的中心處，這個位置也是簡支梁的彎矩最大處，需要計算這個位置的彎矩。（3-26）本文分析的轉(zhuǎn)軸在實際使用過程中為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，需要綜合考慮其彎矩和扭矩的受力，取a=0.6，T=66.85N.m,則有：Mca=由于轉(zhuǎn)軸的受力較為薄弱的地方直徑為80mm，可以得出W=πd能夠計算應(yīng)力σ=MW本文分析的軸的材料為45鋼，具有較高的強度及較為低廉的制造成本，被廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備中，同時，這種鋼材的表面硬度較低，其使用一般需要進行調(diào)質(zhì)處理，增加鋼材的耐用性。3.6軸承強度校核機械設(shè)備的正常運行離不開旋轉(zhuǎn)零件，而為了保證這些旋轉(zhuǎn)部件的穩(wěn)定運行，就需要在這些旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)軸上布置軸承，軸承是由內(nèi)圈、外圈和旋轉(zhuǎn)體三部分組成，一般來說，軸承內(nèi)圈和外圈和安裝軸及孔之間均采用過盈配合，這種配合方式能夠防止旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)轉(zhuǎn)軸晃動的問題，提高了轉(zhuǎn)軸實際運行的穩(wěn)定性。軸承其作為轉(zhuǎn)動和靜止之間的過渡元件，其工況較為嚴(yán)苛，也是機械設(shè)備最常損壞的零件，因此，對軸承的合理化選型是保證整機設(shè)備可靠性的關(guān)鍵一環(huán)。根據(jù)條件，軸承預(yù)計壽命：Lh=10×2×8×300=28800h初步計算當(dāng)量動載荷P:因該軸承只受徑向力，所以:P=Fr=求軸承應(yīng)有的基本額定載荷值C1為:（3-31）根據(jù)軸承樣本手冊，查表11-5，選擇6010軸承，Cr=16.2kN，因此，能夠得出：（3-32）根據(jù)分析，能夠得出軸承預(yù)期壽命足夠，滿足軸承使用要求。

第四章螺旋翻炒裝置設(shè)計4.1設(shè)計條件翻炒速度為20kg/h；水平輸送，運輸長度為2.4m。4.2螺旋葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計4.2.1螺旋葉片直徑螺旋軸的轉(zhuǎn)向是其關(guān)鍵因素，一般根據(jù)轉(zhuǎn)向可以分為兩種，向左旋轉(zhuǎn)和向右旋轉(zhuǎn)。材料的進給是通過螺桿的旋轉(zhuǎn)方向和螺桿軸的旋轉(zhuǎn)而決定的。根據(jù)傳動動力的不同，可以設(shè)計為單頭的傳動螺旋和多頭的傳動螺旋。多頭的傳動螺旋在物料運輸、攪拌等場景中非常重要，能夠得到了廣泛的應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中可以實現(xiàn)物料的快速運輸，但是這種結(jié)構(gòu)的加工成本較高，如果對輸送效率并沒有嚴(yán)格的要求，可以多選用單頭的傳動裝置。由于本項目設(shè)計的翻炒裝置的整機結(jié)構(gòu)并沒有嚴(yán)格的要求，同時，其結(jié)構(gòu)的可靠性及加工成本是首要考慮的因素，因此，可以選用右旋的單頭式結(jié)構(gòu)，能夠滿足使用要求。葉片根據(jù)實際的結(jié)構(gòu)的不同，可分為四種類型：實心結(jié)構(gòu)形式、皮帶結(jié)構(gòu)形式、葉片結(jié)構(gòu)形式和齒輪結(jié)構(gòu)形式，必須結(jié)合運輸介質(zhì)的種類和特性進行選擇。立體靜力學(xué)螺旋法是最多應(yīng)用于各種機械設(shè)備的方法，可以采用于循環(huán)性好、介質(zhì)材料較干的、小尺寸的物質(zhì)；皮帶結(jié)構(gòu)形式可以應(yīng)用在具有粘度較大的塊狀材料或物質(zhì)；葉片結(jié)構(gòu)形式和齒輪結(jié)構(gòu)形式可以應(yīng)用在物料的防止輸送過程中易壓壞的物質(zhì)。此外，如果水平的傳動設(shè)備也可以采用葉片結(jié)構(gòu)形式和齒輪結(jié)構(gòu)形式，可以起到一定程度攪拌作用。

需要結(jié)合本項目的運輸物料的板栗的結(jié)構(gòu)特性，本項目主要是實現(xiàn)物料的翻炒功能，可以采用實心結(jié)構(gòu)形式的葉片.

根據(jù)公式（4-1）可以計算得出式中——葉片直徑；——設(shè)備設(shè)計的工作能力；——填充密度；——填充計算參數(shù)；——特性參數(shù)；——角度計算參數(shù)；運輸板栗時:=0.0415；=0.35～0.4，此處取=0.4；=0.6；取=1.0；同時，取,一般來說，這種螺旋輸送機構(gòu)的尺寸都是50mm的倍數(shù)較為合理，根據(jù)結(jié)構(gòu)D=400mm。

在設(shè)計輸送系統(tǒng)的時候，不僅需要考慮系統(tǒng)的輸送能力，而且，還需要考慮系統(tǒng)是否能夠完成物料的運輸特性，因此，本項目完成輸送系統(tǒng)的研究需要遵循以下公式：輸送機的外徑還需要大于物料的最小尺寸的8~10倍：D≥(8～10)由于本項目輸送的材料為板栗，其尺寸較小，顯然筒體外徑能夠滿足關(guān)系。4.2.2螺距在設(shè)計螺桿機構(gòu)的運動關(guān)系的時候，需要分析螺桿機構(gòu)的傳動能力，需要設(shè)計合理的螺距，這是關(guān)乎到螺桿的傳動能力的關(guān)鍵因素，需要結(jié)合螺桿的特性，輸送物質(zhì)的材料及輸送系統(tǒng)的驅(qū)動能力，選擇合適的螺桿傳動系統(tǒng)及螺距，才能夠滿足要求，一般是可以根據(jù)下式選擇較為合適的數(shù)據(jù)。通用的螺桿傳送設(shè)備，其螺距可以根據(jù)下式完成計算。（4-2）其中，S為設(shè)計的螺旋機構(gòu)的螺距，D為筒體的內(nèi)徑，K為螺距計算參數(shù)，需要根據(jù)實際傳輸?shù)奈锪?、擺放的姿態(tài)、傾斜的角度的確定，一般可以在0.8~1中確定，而本項目研發(fā)的設(shè)備其屬于通用設(shè)備，其螺距可以選擇400mm，滿足設(shè)計要求。4.2.3殼體的內(nèi)徑通過下表可以確定，不同的筒體外徑需要對應(yīng)不同的間隙，因此，根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，為12.5mm，則殼體的內(nèi)徑表4-1螺旋外徑與料槽間隙螺旋公稱直徑10012516020025031540050063080010001250名義間隙7.51012.515204.2.4螺旋軸的軸徑螺旋軸的直徑取決于螺距.由于這兩方面都影響了葉片的上升角度，需要結(jié)合物料的輸送速度和工況載荷的不同的因素，綜合考慮螺旋軸的軸徑選型和變化，同時，這個特性參數(shù)也影響了材料的速度。在傳送物料的過程中，葉片保持轉(zhuǎn)速不變的勻速旋轉(zhuǎn)，能夠計算得出，其葉片的線速度可以通過下式確定其線性速度可以用矢量OA來解釋，方向可以用切向旋轉(zhuǎn)的方向來解釋；分析其內(nèi)部物質(zhì)在輸送的滑動，能夠由AB矢量來描述。其運動狀態(tài)如下圖所示：圖4-2物料的速度分析可見，為保證槽內(nèi)材料的能夠沿著輸送機的軸線方向移動，能夠確定軸線速度的分量要大于0，可以確定夾角，考慮到在軸底部的速度較小，可以確定，帶入并整理得出：（4-3）同時，還需要考慮其圓周速度的運動關(guān)系，能夠得出由圖2-2知，（4-4）將帶入計算得出由第二條件得出因此，根據(jù)經(jīng)驗公式可以得出:d=(0.2～0.35)D，在此取d=0.2D即d=0.2400=80mm4.2.5螺旋軸轉(zhuǎn)速分析旋轉(zhuǎn)過程中的轉(zhuǎn)軸的速度，需要考慮轉(zhuǎn)軸的實際旋轉(zhuǎn)過程中，物料要能夠完成平穩(wěn)的輸送，同時，還不能夠速度過大，造成物料的揚起，無法完成螺旋輸送的目的，因此，可以確定最大轉(zhuǎn)速可以通過下式計算拿得出，取流動系數(shù)為30.（4-5）取轉(zhuǎn)速為40r/min，把帶入公式，因此，可以確定：其中t=S=0.4m（4-6）輸送機載荷的橫斷面面積:（4-7）物料在輸送時的運移速度:（4-8）故:所選螺旋軸葉片直徑D=400mm,螺旋軸轉(zhuǎn)速n=40r/min4.2.6螺旋面葉片的下料 圖4-3螺旋葉片的展開圖可以通過下式完成計算（4-9）已知上式中h=S由同心圓的關(guān)系可知（4-10）（4-11）（4-12）將L，l，，h帶入得到如下結(jié)果：其中帶入得到本設(shè)計的下料尺寸為4.2.7傳動功率 驅(qū)動電機的功率一般是指在滿載工況下，需要螺旋輸送機運動并能夠帶動物料完成直線運動的電機所需功率，可以通過下式完成計算：（4-13）式中，——輸送量, ——阻力系數(shù)——螺旋輸送機長度(m)，——螺旋輸送機直徑(m)，——傾斜布置時的垂直高度(m)，將Q=20，,L=2.4,D=0.4,H=0帶入得到電動機的功率（4-14）式中為驅(qū)動裝置的總效率，一般取0.85～0.9,此處設(shè)計取則電動機功率4.3電動機的選擇驅(qū)動的動力源是采用電能的供電方式，機械設(shè)備的動力源可以選取氣動、液壓及電能三種動力方式，而電能是最常用的供電方式，這種供電方式不需要像氣動和液壓外接動力源，就可以實現(xiàn)整機的高效工作，因此，本項目采用電機作為動力源。由于電機是目前機械設(shè)備最常用的驅(qū)動單元，同時，機械設(shè)備的使用場景變化較多，因此，隨著電機的發(fā)展，電機的種類也較多，驅(qū)動電機按照供電的電源方式可以分為直流電機、交流電機，按照是否能夠準(zhǔn)確停止，可以分為同步電機、異步電機、伺服電機、步進電機等多種型號。隨著自動化發(fā)展，直流電機市場占有率逐步提高，直流電機具有體積小、成本低、供電電源要求低、能夠應(yīng)用電池供電等多種優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于各種自動化、機器人、移動機械等場景。交流電機是通過交流電的供電方式，其對停止位置并沒有要求，電機為持續(xù)運行，同時，電機的驅(qū)動功率較大，為戶外運行，采用交流電供電較為方便，因此，選用較為常用的三相異步電動機，這種電機的成本較低，運行較為可靠，在中大型設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。電機型號為Y112M-4，其同步轉(zhuǎn)速為1440r/min,功率為4KW。4.4減速器的選擇由于本項目設(shè)計的傳動比較大，因此，選用蝸輪蝸桿減速器，機械傳動方式比較多其中使用最廣泛為蝸輪蝸桿，通常情況下會使用在傳動比比較大的減速轉(zhuǎn)動過程中，其中蝸輪和低速端連接在一起，蝸桿與高速端連接在一起，實現(xiàn)直角傳動。通常情況下，擁有較大的減速比的減速器可利用齒輪減速器，但是齒輪減速器會增加整個機械的體積，減少機械內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳動的緊湊性。此類傳動形式優(yōu)勢比較多，比如整個機械機構(gòu)緊湊、傳動比相對較大、可垂直性傳動等。采用蝸輪蝸桿傳動方式不僅可以提高機械運行的可靠性和穩(wěn)定性，還可以減少安裝步驟，缺點就是蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)效率相對來說比較低，通常情況下只能達到70%，這類傳動形式會產(chǎn)生大量的熱，倘若無法使用正確的方式進行散熱，減速箱內(nèi)部機構(gòu)會因為過熱造成熱磨損。由電動機轉(zhuǎn)速為1440r/min，螺旋軸轉(zhuǎn)速為40r/min，得到傳動比（4-15）選擇的減速器型號CW100-12.5-IF，減速比12.5，最大功率為6.81KW。二級傳動比采用V形帶傳動方式，計算V形帶的傳動比。取2.9。4.5傳動皮帶設(shè)計根據(jù)上述設(shè)計，傳動比為2.9?？紤]到驅(qū)動功率P1=4kw，能夠確定計算功率（4-16）進而，可以確定查找V形帶的選型表格，確定采用B型皮帶。同時，考慮到傳動帶型號、傳動功率及電機轉(zhuǎn)速等參數(shù)，確定小帶輪的尺寸為dd可以計算得出，小帶輪的線速度為（4-17）確定大帶輪的尺寸（4-18）由于V形帶是遠距離的傳動方式，一般兩個帶輪的布置需要遵循，根據(jù)上式的范圍，初定400mm將初定中心距代入下式，可以計算帶長:（4-19）進而，得出Ld=1200mm由于基準(zhǔn)帶長不同于計算帶長，需要對中心距完成修正（4-20）計算皮帶包角（4-21）兩個帶輪的角度較為合適。計算每根皮帶能夠傳動的最大功率查參考文獻[15]表8-4，表8-5得P0ΔPkαkL（4-22）根據(jù)負載功率，可以計算皮帶根數(shù)（4-23）取5根。實際結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，需要設(shè)置張緊力(F0)min=500（2.5?計算壓軸力(F0p)min=2z(4.6頭軸的尺寸設(shè)計本項目設(shè)計的轉(zhuǎn)軸上面主要布置傳動帶輪、軸承等零件，根據(jù)實際的結(jié)構(gòu)設(shè)計需求，對其合理化布置，可選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表估算軸的最小直徑（4-26）左側(cè)軸徑上面安裝了聯(lián)軸器，根據(jù)結(jié)構(gòu)的布置要求，這個軸徑的長度需要比聯(lián)軸器長度略長，軸徑需要和減速器軸徑直徑相同，。右側(cè)軸肩的高度，取a=3.5mm則。由于安裝雙軸承則軸環(huán)高度取5mm，寬度，此處加大寬度，取。4.7軸的校核本文分析的軸的材料為45鋼，具有較高的強度及較為低廉的制造成本，被廣泛應(yīng)用于各種機械設(shè)備中，同時，這種鋼材的表面硬度較低，其使用一般需要進行調(diào)質(zhì)處理，增加鋼材的耐用性，其強度為根據(jù)設(shè)計參數(shù)，輸送的量為20kg/h,輸送距離為2.4m，螺距S=0.4m，v=40r/min,計算得出（4-27）確定載荷均布載荷（1）畫軸的受力簡圖本項目設(shè)計的轉(zhuǎn)軸兩側(cè)分別布置了軸承，這種受力狀況是最常遇見的轉(zhuǎn)軸的力學(xué)狀態(tài)，兩側(cè)軸承固定在軸承支座內(nèi)部，通過所學(xué)的力學(xué)知識，能夠?qū)⑤S承視為轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)固定支撐點，在軸承處的受力轉(zhuǎn)矩為0。通過本項目的轉(zhuǎn)軸的實際受力狀態(tài)，轉(zhuǎn)軸兩端為固定支點，轉(zhuǎn)軸主要受力為兩個支點之間，受力狀態(tài)與簡支梁相符，因此，可以采用簡支梁受力模型對其進行分析。圖4-4受力簡圖（2）求支反力并畫出彎矩圖 可以計算得出其均布分力垂直面內(nèi) （4-28）解得截面C處彎矩（4-29）截面E處彎矩（4-30）截面F處彎矩（4-31）截面G處彎矩截面H處彎矩截面D處彎矩由前面可知在中間點的彎矩最大（4-32）帶入得水平面內(nèi)不受力或受力可以忽略，故不予分析，垂直面彎矩圖如圖4-5所示。圖4-5彎矩圖（4）繪制扭矩圖（4-33）圖4-6扭矩圖（4）繪制當(dāng)量彎矩圖 計算各支點的作用力并不能有效地反映出轉(zhuǎn)軸的實際載荷作用情況，一般需要計算轉(zhuǎn)軸的較為薄弱處的彎矩，通過彎矩能夠較為明晰地計算得到轉(zhuǎn)軸是否能夠滿足要求，采用材料力學(xué)所學(xué)知識，根據(jù)轉(zhuǎn)軸的受力情況，可以完成各個不同截面的彎矩狀態(tài)。本文分析的轉(zhuǎn)軸在實際使用過程中為旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，需要綜合考慮其彎矩和扭矩的受力， C截面（4-34） 中間截面 將以上數(shù)據(jù)合成為當(dāng)量彎矩圖如圖4-7所示圖4-7當(dāng)量彎矩圖（5）校核危險截面處得強度C處直徑的校核（4-35）中間螺旋管的校核所設(shè)計軸滿足要求。4.8鍵的選擇與校核頭軸直徑d=48mm，根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，確定其?？梢酝ㄟ^下式完成軸的校核（4-36） 校核軸（4-37）式中：T——轉(zhuǎn)矩，N*mm;D——軸的直徑（mm）;k——鍵與輪轂的接觸高度(mm);平鍵k=h/2；l——鍵的工作長度，對于A型鍵l=L-b,b——鍵的寬度(mm）;經(jīng)計算得：所以所選的鍵也是滿足要求。

第五章包裝裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計5.1包裝裝置的熱封原理包裝機構(gòu)是本項目的最后一個工序，其工序的工作原理也是決定了整體結(jié)構(gòu)的工作效率和工作可靠性的關(guān)鍵一環(huán)，本項目設(shè)計的包裝工序主要是采用常用的滾輪及熱封包裝工序，包裝袋通過輸送帶進入到包裝工位處，采用兩個滾輪對轉(zhuǎn)的方式，能夠完成對包裝袋的封口作業(yè)，同時，在滾輪的后側(cè)，布置了熱封裝置，在包裝袋封口后，采用熱封裝置能夠完成其快速熱封，滿足其對衛(wèi)生性的需求，熱封能夠?qū)崿F(xiàn)板栗的密封，不會受到外部環(huán)境及空氣的污染，滿足包裝的作業(yè)要求，其具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖5-1包裝結(jié)構(gòu)5.2驅(qū)動電機選型根據(jù)工況的需求，其功率一般可以通過下式計算：（5-1）根據(jù)計算，能夠確定板栗包裝的功率0.8kW?？紤]到系統(tǒng)的負載需求，留有一定的設(shè)計余量，選擇驅(qū)動電機的型號為Y90S-4，轉(zhuǎn)速為1400r/min，功率為1.1kW。5.3圓錐齒輪減速器結(jié)構(gòu)設(shè)計能夠確定傳動比（5-2）采用圓錐齒輪的傳動方式，不僅能夠改變傳動方向及傳動速度，確定齒輪材料為40Cr，硬度為280HBS，另一個齒輪為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS。根據(jù)下式，能夠確定齒輪的最小直徑。（5-3）查表得出參數(shù)確定扭矩齒寬選擇為 查表確定性能參數(shù)。接觸強度為Hlim1=680MPa，Hlim2=400Mpa。齒輪的旋轉(zhuǎn)次數(shù)（5-4）接觸強度參數(shù)，，S=1.3確定許用應(yīng)力（5-5）能夠計算得出（5-6）確定線速度v（5-6）工況參數(shù)為。速度系數(shù)為。分布計算系數(shù)為。（5-7）軸承參數(shù)為。由公式接觸強度載荷系數(shù)可以得出修正直徑（5-8）確定齒輪模數(shù)（5-9）查表確定彎曲強度，得出計算你參數(shù)，確定許用應(yīng)力（5-10）計算載荷系數(shù)K（5-11）能夠得出，，，對兩個齒輪特性參數(shù)進行比較（5-12）則大齒輪的數(shù)值大。設(shè)計計算（5-13）因此，由于最小模數(shù)為1.71，查錐齒輪標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)表，則選取m=1.75選擇齒輪及計算相關(guān)參數(shù)選取，則選取28，取整模數(shù)，故取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=1.75合理。實際分度圓直徑（5-14）分錐角（5-15）錐距（5-16）齒寬（5-17）齒頂高（5-18）齒根高（5-19）

第六章基于SolidWorks建模6.1軟件簡介本文采用的三維建模軟件為SolidWorks，這種軟件經(jīng)常被應(yīng)用于機械設(shè)備的立體模型繪制，通過SolidWorks軟件的建模功能，能夠較為直觀地展示零件及設(shè)備的內(nèi)部組成結(jié)構(gòu)和裝配，為設(shè)計師的合理化設(shè)計提供參考，同時，這款軟件作為較為常用的機械設(shè)計軟件，包括齒輪、螺釘、鏈輪、螺母等機械常用零件的調(diào)用模型庫，能夠節(jié)約設(shè)計師對這些標(biāo)準(zhǔn)零件的建模時間，豐富設(shè)計手段，目前，SolidWorks軟件已經(jīng)是機械設(shè)計師最為有用的設(shè)計手段，同時，SolidWorks軟件還包括有限元分析模塊、工程圖模塊、裝配仿真模塊等較為實用的機械設(shè)計模塊，能夠應(yīng)用這些模塊完成機械設(shè)備的全面化設(shè)計。6.2整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計根據(jù)上述章節(jié)完成的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計，對各零件完成尺寸三維建模，之后，根據(jù)這些零件的裝配關(guān)系，將這些零件裝配在裝配體上，同時，在裝配過程中，會用到螺釘、彈簧、螺母等標(biāo)準(zhǔn)件，這些標(biāo)準(zhǔn)件在SolidWorks自帶的庫中可以快速調(diào)用。將這些零件調(diào)入到裝配體文件之后，需要根據(jù)這些零件的空間關(guān)系，采用配合特征，將零件由空間離散的狀態(tài)組裝成設(shè)計的實際裝配狀態(tài)，為了表現(xiàn)出不同零件的空間特征，可以采用顏色編輯命令，將零件改變外觀顏色，能夠更為直觀地觀察到零件的實際結(jié)構(gòu)特征。本項目設(shè)計的板栗加工設(shè)備主要包括驅(qū)動電機、清洗機構(gòu)、破殼機構(gòu)、翻炒機構(gòu)、包裝等幾部分構(gòu)成，整機結(jié)構(gòu)如圖6-1所示。此次項目設(shè)計過程中所使用的板栗加工機各個部位的元件比較豐富，主要結(jié)構(gòu)為電機、帶輪、皮帶等，我們再進行安裝之前需要進行一次虛擬安裝，這樣可以確保各個零件設(shè)計安裝的準(zhǔn)確性和可靠性。板栗加工機零件的安裝需要通過一定的流程進行，從上到下、從小到大、從內(nèi)到外這樣的方式進行安裝，進行安裝時不僅需要對各個部位的元件安裝的高效性和可行性進行模擬預(yù)判，還可以提高整體安裝效率。在進行安裝過程中還可以結(jié)合相應(yīng)的輔助工具，利用加熱的方式可以解決零件在安裝時太過困難的問題，使得各個部位的縫隙盡可能的減小。這些操作的可能性可以利用SOLIDWORKS的虛擬安裝軟件進行驗證。總體布局圖如6-1所示：圖6-1整機三維模型6.3繪制各零件的三維模型由于整機結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，考慮到零件加工的便利性和經(jīng)濟性，本項目設(shè)計的零件材料主要是常用的中碳鋼和低碳鋼，以Q235、45鋼為主，這些材料是市場的鋼材較為常見的鋼材，硬度適中，加工成本較低，能夠滿足本項目的要求，并降低整機的制造成本。根據(jù)不同零件的形狀特點，各個零件主要以機加件和焊接件為主，各個零件在安裝處留有螺栓連接孔或者螺紋，方便不同零件的相互連接。圖6-2為清洗結(jié)構(gòu)三維模型，本結(jié)構(gòu)針對板栗清洗采用箱體式清洗方式，清洗方式類似于洗衣機的清洗方式，人工將待清洗的板栗放入到清洗箱內(nèi)部，布置在上側(cè)的驅(qū)動電機帶動內(nèi)部清洗箱旋轉(zhuǎn)。圖6-2清洗機構(gòu)三維模型圖6-3為破殼機構(gòu)三維模型，板栗固定轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)的設(shè)計在該項目中是比較重要的，該機構(gòu)的運行主要利用旋轉(zhuǎn)帶動板栗運動，然后利用刀具與板栗之間的剪切完成板栗外殼開口操作。圖6-3破殼機三維模型圖6-4為翻炒機構(gòu)三維模型，板栗翻炒機構(gòu)參照現(xiàn)有的市場的絞籠翻炒機構(gòu)，原理為螺旋滾筒送料形式，隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，能夠帶動板栗向前的滾動，同時完成對板栗的均勻翻炒。圖6-4翻炒機三維模型圖6-5為翻炒機構(gòu)三維模型，板栗翻炒機構(gòu)參照現(xiàn)有的市場的絞籠翻炒機構(gòu)，原理為螺旋滾筒送料形式，隨著滾筒的轉(zhuǎn)動，能夠帶動板栗向前的滾動，同時完成對板栗的均勻翻炒。圖6-5包裝結(jié)構(gòu)模型結(jié)論與展望板栗是人們生活的很喜愛的一種食品，同時，板栗也有著豐富的營養(yǎng)，板栗的自動化加工對板栗的銷售、運輸?shù)男l(wèi)生性具有的意義。由于板栗自動化加工的需求，板栗