緒論1.1研究背景馬鈴薯分揀機器人的設計研究背景通常涉及到對傳統(tǒng)分揀方法的改進、自動化技術的應用，以及提高農業(yè)生產效率和質量的需求。以下是一些可能構成馬鈴薯分揀機器人研究背景的關鍵方面：1.傳統(tǒng)的馬鈴薯分揀通常依賴于人工勞動力，但隨著勞動力成本的上升和勞動力可用性的不確定性，農業(yè)生產者尋求更可靠、經濟且可控的分揀解決方案。2.隨著自動化技術、機器學習和機器視覺的不斷發(fā)展，農業(yè)領域開始探索將這些技術應用于種植和收獲過程，以提高效率和減少人為錯誤。3.隨著全球人口的增加，農業(yè)生產必須提高以滿足日益增長的食品需求。自動化馬鈴薯分揀機器人可以加速分揀過程，提高生產效率。4.農產品的質量是消費者和市場關注的重要因素。通過引入分揀機器人，可以提高對馬鈴薯質量和標準的監(jiān)控，減少人為錯誤。5.自動化分揀系統(tǒng)可以設計成更為環(huán)保和可持續(xù)的方式，減少資源浪費和環(huán)境影響，符合現代農業(yè)可持續(xù)性的目標。在這樣的背景下，馬鈴薯分揀機器人的設計研究致力于開發(fā)一種智能、高效、可靠且經濟合理的系統(tǒng)，以滿足農業(yè)生產者和市場的需求。這包括機械設計、機器學習算法的開發(fā)、自動化控制系統(tǒng)的設計等多個方面。研究人員通常關注的目標是提高馬鈴薯分揀的速度、準確性和適應性，以適應不同品種和種植條件。1.2馬鈴薯分揀機器人的國內外發(fā)展及研究現狀馬鈴薯的形狀會對收獲時馬鈴薯的產量造成很大的影響，所以播種時馬鈴薯形狀是塊還是種，是影響馬鈴薯產量的主要因素。大小不同的馬鈴薯在播種時需要的切刀數也不同，只有切刀數正確才能滿足各種不同大小馬鈴薯的播種要求。這就需要我們在播種之前區(qū)分開不同大小的馬鈴薯，使用分揀設備來區(qū)分出不同大小的馬鈴薯，讓此以相同的刀數切塊這樣才能滿足不同大小馬鈴薯的播種要求來達到更高的馬鈴薯產量。馬鈴薯在收獲時有的可以直接食用，有的用來制作薯片薯條等，所以我們還可以進行更進一步的分級對馬鈴薯的品質進行分級。這樣也更加方便在后續(xù)的馬鈴薯加工時進行分辨，但是現在國內對馬鈴薯分級和分揀更普遍的是人工分辨，這樣對人力的需求很大，而且勞動強度很高，國內現在用來分級馬鈴薯的機械大多是普通果蔬加工裝備，并沒有專門的機械來進行對馬鈴薯的分級篩選，長此以往無法滿足中國對馬鈴薯的加工和進出口的貿易需求。圖1-1分揀設備目前，馬鈴薯清選設備按照其工作部件的原理可分為銀制馬鈴薯清選機、滾筒馬鈴薯清選機和網眼式馬鈴薯清選機。1.2.1網眼式馬鈴薯分揀機網眼馬鈴薯分揀機具有可調節(jié)分級高度的功能，它可以連接到多種不同的設備上，精確的網孔可以提高馬鈴薯的分類和分級精度，在國外使用最多，它的主要工作部件是橡膠膠帶，它的主要工作部件是帶網眼的橡膠膠帶，它能減小馬鈴薯與馬鈴薯之間的摩擦力，減少對馬鈴薯的傷害。精確的網眼可實現準確的分撿分級，但網眼中有大量的馬鈴薯卡在網眼上，影響了馬鈴薯的分級效率。這樣，落在網眼中的土豆就不能進行分撿和分級。圖1-2設備圖1.2.2滾筒式馬鈴薯分揀機滾筒式分選器是利用多個直徑不同的滾筒篩選器，可實現不同直徑土豆的分級，但其分級精度不高。滾筒式土豆清選設備發(fā)展緩慢。1.2.3基于視覺的馬鈴薯分揀機國外在馬鈴薯自動分揀方面的研究起步較早，其中最有代表性的是英國羅科特洛尼格公司研制的基于視覺的馬鈴薯分類分級控制系統(tǒng)。圖1-3視覺分選機自動化程度較高，但體積龐大。在此基礎上，對馬鈴薯分級分選裝置中的土豆爬桿式輸送機、土豆毛刷去式輸送機、土豆輸送機光選儀配套輸送機、介紹了一種新型的土豆分級輸送裝置及其控制方案，并對其軟、硬兩部分進行了設計。并通過Matlab仿真，對采用圖象處理技術實現馬鈴薯產量的算法進行了仿真。在此基礎上，采用Proeus仿真軟件對自動分揀機的主控制器和分級控制系統(tǒng)進行了仿真。最后通過仿真驗證了所提出的控制策略的可行性。本論文所研制的馬鈴薯分級機械控制系統(tǒng)，能夠準確、快速、無損地對馬鈴薯進行分級。1.3國外馬鈴薯分揀機器人的發(fā)展在歐洲一些農業(yè)發(fā)達國家，研究機構和農業(yè)企業(yè)積極推動馬鈴薯分揀機器人的發(fā)展。這些機器人通常結合了機器學習和機器視覺技術，能夠自動辨識和分揀不同大小和質量的馬鈴薯。圖1-4國外分選在美國的一些大型農業(yè)企業(yè)也在投資和研發(fā)自動化技術，以提高馬鈴薯的生產效率。這可能包括使用無人機和機器學習算法進行農田監(jiān)測和數據分析。1.4國內馬鈴薯分揀機器人的發(fā)展中國在農業(yè)機器人領域取得了一些進展，包括對馬鈴薯分揀機器人的研究。一些研究機構和高校專注于機器視覺和自動化控制技術，以適應中國日益增長的農業(yè)生產需求。隨著中國農業(yè)智能化的推動，越來越多的農業(yè)企業(yè)和科研機構開始探索將先進技術應用于農業(yè)領域，包括馬鈴薯的生產與分揀。隨著農業(yè)可持續(xù)發(fā)展問題的日益重視，有些分揀機器人開始考慮環(huán)境友好性，如低能耗，可循環(huán)利用等。值得注意的是，這僅僅是一個整體趨勢，具體的發(fā)展狀況可能因不同的機器人制造商、研究機構和市場需求而有所不同。隨著科技進步與農業(yè)產業(yè)需求的改變，土豆分揀機器人將會持續(xù)演化。建議查閱最新的學術文獻和技術報告，以獲取最新的發(fā)展動態(tài)。1.5馬鈴薯分揀機器人發(fā)展趨勢及建議馬鈴薯具有極高的產量，中國的馬鈴薯栽培面積也在逐年增加。土豆收獲后，第一件事就是按照個頭大小，把它們分成幾個檔次，這樣價格就不一樣了，性價比最高。但馬鈴薯分選過程繁瑣耗時，僅靠目視難以實現高效分選，人工分選效率低，勞動強度大。本項目提出一種新型的馬鈴薯分選裝置，其滾筒軸向距離隨輸送帶的前進而增加，從而實現馬鈴薯分級分級，徹底解決了馬鈴薯分級問題。本發(fā)明具有結構緊湊、使用方便等優(yōu)點，可以大大減輕農民的勞動強度、減輕勞動強度、提高生產效率。當土豆、泥土和雜物等被送到清選機的上面時，每一個松輪都會把土豆混合在一起，然后把粘在土豆上的泥土弄松，然后送到各個清選器上,逐級清選，清出的土由各清選機間的縫隙落入運土機上；當清選干凈的馬鈴薯經分選設備送至分選設備上方時，馬鈴清選分選機中小于2分的馬鈴薯，存在分選效果差、損傷率高、工效低等問題。小土豆會掉進小土豆傳送帶上，大土豆會掉到土豆傳送帶上。這樣一來，等級劃分的效率就更高了。本項目以馬鈴薯為研究對象，以綜合影像特征參量為指標，對其進行分類研究。首先，通過提取馬鈴的冠層面積和側視周長等參數，通過回歸分析，構建質量判別模型，對其進行質量分級。其次，根據馬鈴影像的6個特征參量，將其輸入到神經網絡中進行土豆形狀的識別。1.6本文主要內容這一章介紹了選題的背景，意義和目的。裝置以生活中常見的一些東西為主，討論和分析了現有裝置在國內外的應用情況。2總體方案設計2.1設計的步驟1.首先設計設備的整體布局。2.根據設備實際條件對床身尺寸進行設計，確定床身材質。3.具體部件的設計包括：設計設備的分級滾筒、傳動機構組、焊機架體、摩擦輪等，優(yōu)化蝸輪蝸桿減速機、摩擦傳動機構等布置。正確選擇電機、軸承等。4.檢查、計算了設計內容。5.制作裝配圖，零件圖和零部件圖。6.編寫設計計算說明書。2.2設計的技術參數馬鈴薯分揀機器人設計技術參數：分級滾筒直徑：φ520mm;分級滾頭長度：1230mm；上料口高度：＜1300mm；出料口高度：＜500mm;滾筒傾斜角度：5°；滾筒轉速：12-15r/min;轉盤轉速：6-8r/min;2.3總體方案設計馬鈴薯分揀機器人的主要工作原理是:當馬鈴薯從漏斗中流進圓筒時，它們在其中翻滾、轉動、運動，并且在這種滾動式轉動的過程中，從相應的孔徑中流出，從而實現分類。馬鈴薯分揀機器人的特點:具有結構簡單、分選效率高、運行平穩(wěn)、無動力失衡等特點。但這個機械開孔率低，而且體型過大占地面積高，篩筒調整困難，原料適應性不佳。根據方案來進行設計，馬鈴薯分揀機器人通過分級滾筒和摩擦輪支撐機構、傳動機構實現馬鈴薯的分揀；分揀機主要由焊接架體、分級滾筒、摩擦輪支撐機構、傳動機構等組成。馬鈴薯分揀機器人設計的結構簡圖如圖2-1所示：圖2-1馬鈴薯分揀機器人1.進料斗2.焊接架體3.分級滾筒4.分級出料斗5.摩擦輪支撐機構6.傳動機構7.出料口經過以上的方案分析，本次的設計任務已經完成，而且也為剩下部分進行的詳細設計，進行鋪墊設計。2.4分級滾筒的設計分級滾筒是指在滾筒上設有多個開孔，各開孔尺寸不一，但同一組開孔尺寸一致。滾筒沿進料口向出料方向排布，且后面的滾筒孔徑大于前一組。以這種方式，使第一組較小的馬鈴薯從第一組的孔洞漏出，并使用物料斗收集為一種，以此類推，來對不同大小的馬鈴薯進行分揀分級的目的。分級滾筒是一種圓柱形圓筒狀篩，是用不銹鋼板進行鉆孔后卷成的，不銹鋼板厚度一般要求在1.5-2.0mm之間，由于制造工藝的要求，通常將整個滾筒劃分為若干節(jié)筒篩，簡篩與篩體通過角鋼聯(lián)接作為加強環(huán)，當摩擦輪驅動時，還可作為傳動環(huán)使用。輥筒是在車架上由滾輪支承，采用船用角鋼或槽鋼焊接而成。輥筒的安裝形式有臥式和臥式兩種。傾斜式通常是將桶與水平面之間的角度大約為5度。將規(guī)格不同的滾筒分成若干組，每級比上級加1。滾筒上有大小規(guī)格不同的小孔，但是相同組的孔大小是相等的。從進料到出料，后面的孔規(guī)格比前面組的規(guī)格大，所以馬鈴薯在經過第一級時較小的馬鈴薯落下并用漏斗收集作為一級，在此以此類推。在分揀過程中，馬鈴薯經過篩分由進料口進入滾筒，隨著滾筒內壁升高，在到一定高度時下落。這樣反復的進行篩分，馬鈴薯在內壁的上升和旋轉下，往另一邊的出料口緩緩移動。在這個過程中，直徑小于篩孔的材料從篩孔中漏出，并由位于篩管下部的出料口排出，比篩孔大的材料由篩管的旋轉帶到篩管的另一端，再由篩網上的出料口流出，完成分選工作。分級滾筒如圖2-2所示圖2-2分級滾筒2.4.1分級滾筒的參數設計1.滾筒設計：因為馬鈴薯大小規(guī)格不盡相同，可以將分級等級分為四個等級。實際使用時，也可以使相鄰的兩個滾筒合并為一個等級，這樣可以滿足實際使用時的不同分級要求。本設計為3節(jié)篩筒、4級分級。并按照馬鈴直徑的尺寸，將篩孔孔徑按照φ40毫米，φ60毫米，φ80毫米的順序進行設置。篩孔呈三角形布置。2.篩面尺寸設計：如果將滾簡展為一個平面，那么，各級的開孔數量就等于排數X每行的開孔數量；每級長度=(每級篩孔直徑X每排孔數)+(篩孔間隙X各排孔數):滾簡的圓周長度=(排數X各級孔徑)+(排數X孔隙)。不妨設滾筒的直徑為D,半徑為R，原周長為L，長度為1，篩孔直徑為d,每排篩孔數為m，排數為n，橫排孔間隙為M1，豎排孔間隙為M根據公式有:m×d+m×d+篩孔有效面積系數S==m×=根據生產經驗，一般有效面積系數S取0.5-0.6取S=0.57則0.57=一般滾筒的直徑與滾筒的長度比值為1:4-6，不妨設滾筒的直徑為0.52m,滾筒的長度為1.23m，假設兩個圓筒的長度相等，那么每個圓筒的長度是0.28米。因此上式可變?yōu)閙+0.24mn+0.17n第一級滾筒d=40mm得m=7.06n=16.83長度I=m×d+m×周長L=n×d+m×內徑D=第二級滾筒d=60mm得m=6.27n=14.96長度I=m×d+m×周長L=n×d+m×內徑D=第三級滾筒d=80mm得m=5.65n=13.46長度I=m×d+m×周長L=n×d+m×內徑D=因此，通過計算和校正，第一級滾筒每排孔數為13，排數為10，滾筒直徑為40mm，長度為280mm;第二級滾簡每排孔數為10，排數為7滾簡直徑為60mm，長度為280mm;第三級每排孔數為5，排數為10滾簡直徑為80m，長度為280mm.所以最后的滾筒總長度為1229mm。3.滾筒轉速計算：滾筒旋轉速度對分級的效率和生產的能力會造成直接影響，滾筒的傾斜角度并不大，所以可以當做水平。當馬鈴薯和滾筒一起旋轉時，其受力情況如圖2-3，圖2-3對物料B，受到重力G和離心力C的作用。把G分解為Gsinβ和Gcosβ兩個分力，前者的分力是將材料從篩面上推下來，而后者將材料壓向滾筒表面，當材料移動時，它與離心力共同產生摩擦f：f=f式中f一物料對篩面的摩擦系數;由于T的存在使物料沿篩面向上運動。物料受到的離心力C為:C=式中：m--物料B的質量(公斤)G--物料B的重力(牛)g--重力加速度(米/秒)D--滾簡的內半徑(米)v--物料B運動的線速度(米/秒)v=式中n一一滾簡轉數(轉/分)由上面兩式得:C=當物料B沿滾筒切線方向的重力分力Gsinβ等于或大于摩擦T時，滑移就開始了，也就是材料B在滾筒內表面的最高處。即:Gsinβ?fGcosβ+Csin為了使物料順利運行，物料升角B應該比物料與篩體之間的摩擦力略大5-10度。即β??=5?10°，在此設計中f=0.7，φ=35°。則:nn在此設計中取n轉速=15r/min。2.5摩擦輪支撐機構摩擦輪支撐機構主要包括：摩擦輪，安裝座，軸承等；滾筒上裝有一個滾環(huán)，其作用是將轉筒的質量傳遞到摩擦輪滾簡上，該滾簡由滾輪支承在框架上，支架由鋼板焊接而成。整個設備被支架支承著。摩擦輪支撐機構簡圖如圖2-3所示。圖2-4摩擦輪支撐機構1.摩擦輪2.滾圈3.安裝支架2.6傳動機構的設計驅動滾筒傳動的方式有三種第一種--齒輪傳動。該電機由皮帶輪、齒輪箱、鏈輪及一對齒輪構成，大齒輪與滾筒出料口邊沿相接，小齒輪與傳動裝置相連，將動力傳遞到大齒輪上，使?jié)L筒轉動。由于滾輪的直徑過大，旋轉時非常不穩(wěn)定，齒輪上的油脂也會滴入滾輪中，造成材料的污染，因此，現在已經逐漸被淘汰了。第二種--中間軸式傳動。在卷筒的中軸線上設置有傳動軸，該傳動軸通過支臂與卷筒相連，該卷筒由傳動機構將動力傳送至中央軸，再由中央軸帶動卷筒轉動。此方法較前者更為簡單，但因滾筒及中央軸長過長，想要在轉筒中間設置中間軸承是一件非常困難的事情，所以，如果中心軸的剛度稍微差一點，就會出現撓動，從而導致轉筒的運行不穩(wěn)定。同時，由于物料有時會與中心軸及支臂發(fā)生碰撞，造成機械性損傷，所以現在采用此型式的也逐漸減少。第三種--摩擦輪傳動。該摩擦輪裝于一條長軸上，在兩個側面各設置一磨擦輪，所述磨擦輪彼此對稱，角度為90度。主軸的一端（驅動軸）與驅動系統(tǒng)相連，而車輪則連接于其另一端，并且不與傳動系統(tǒng)相連。所述驅動軸接受所述傳輸裝置的功率后，所述摩擦輪轉動，所述摩擦輪緊靠所述滾柱，這樣摩擦輪和滾環(huán)之間的摩擦就能帶動轉筒轉動。該傳動結構簡單可靠，運行穩(wěn)定，應用越來越廣泛。根據以上三種滾筒傳動機構優(yōu)劣性，此次馬鈴薯分揀機器人傳動機構選擇第三種摩擦輪傳動，主要由電機、齒輪、蝸輪蝸桿減速機、軸承等組成；其工作過程是由電機帶動渦輪蝸桿減速機驅動齒輪與摩擦輪實現分級滾筒的旋轉。傳動機構簡圖如圖2-4所示。圖2-5傳動機構電機2.蝸輪蝸桿減速機3.摩擦輪支撐機構2.7本文主要內容本章主要介紹了馬鈴薯分揀機器人總體的設計思路、主要參數，以及設計中應注意的幾個問題。文中還給出了設備的總體設計圖和原理。更好地為以下參數、設計方案提供更佳的設計方案。在此基礎上，我設計了如下的設計。3設備部件的設計及校核3.1框架的設計及校核現在已經有了一種高強度，機器中的鋼結構更能滿足人們的要求，尤其是現代建筑和高端制造業(yè)的深度更大，鋼結構的早期材料可能不能修復，所以鋼結構的形象被廣泛使用。但是因為面積小，鋼結構少，外加附加剛度，在經濟精度、鋼結構精度等方面都優(yōu)于其它材料。影響穩(wěn)定性的決定因素多種多樣，一些因素具有不確定性，所以我們的設計基于很多假設。圖3-1結構簡圖此外，更加復雜的還有截面結構和連接方式，所以在設計中對鋼結構的想法有著十分重要的作用。明確的鋼結構使用，選擇類型從結構設計圖上的快速，圖3-2切面圖在此過程中，突出“設計理念，在細節(jié)分析過程中，某些難以準確判定，或者特定正確的問題，建立整體系統(tǒng)結構分析系統(tǒng)力學關系，打破機構現象，獲得設計人員與設計人員的經驗。例如，合理的經濟備選方案、實際的結構形式和結構選擇、必要時可進行幾個比較方案以及選擇優(yōu)先方案。3.1.1機架設計的準則1.工作要求:設計時，應先保證設備正確無誤，保證支架上各零件能平穩(wěn)正常運轉，支架不會阻礙內外部正常通過的運動部件，外部或內部結構也不會受到影響。2.剛度要求:框架結構設計時，在滿足外形要求的情況下，對剛度的需求也占主導地位。3.強度要求：在滿足剛度的前提下，必須保證各構件的強度，從而杜絕因使用使構件發(fā)生斷裂或者形變4.對一些特殊機械結構有一定的抗力和抗震需求。5.穩(wěn)定性要求：結構不穩(wěn)定將帶來較大的破壞性，設計必須加以驗證。6.特殊要求：因機而異，要求各不相同。7.安全性能要求。3.1.2機架設計的一般要求1.在滿足強度、剛度等要求的前提下，可減輕框架的重量，但不能有太高的成本。2.不受振動的影響。3.較小噪音或者微弱噪音。4.精度不應太受熱變形因素的影響，合理分布溫度場。5.這樣的構造和技術是很好的，所以澆注，焊接，機加工都很方便。6.結構安裝方便，便于調整，最好也保證方便專業(yè)人員進行維修。7.所述導向表面工作合理，耐磨性能好8.好的形態(tài)3.1.3機架設計的總體步驟1.在總體設計中，要根據設備的總體需求及性能進行，并且要先估算出各部件的斷面，這主要是用來決定部件的外形、尺寸，如橫梁、立柱、托架。2.根據刨花板的重量和馬達的重量，選用合適的材料。3.在整體概念確定之后，再進行具體的構成部分的設計。4.為實現結構構件的連接設計，必須對鋼結構連接進行設計。接頭設計對結構的使用有很大的影響。5.調整和優(yōu)化設計框架。6.編制擬完成的工程圖。3.1.4機架的具體設計首先要確保機器能正常運轉且無晃動，其次按照生產線上加工加工的要求，電機底板至底面的高度應該是540毫米?？蚣芙Y構就是在這一框架內設計的，它包括：1.機架總體設計要在保證機械完整性和安全的基礎上，打好基礎，要根據當地的地質條件和情況，保護好基礎，避免出現凍裂、地面塌陷等自然因素，保證設備的安裝和穩(wěn)定。2.保證機架的高度：框架從地板至橫梁頂面最小間距為520毫米，電機安裝板與地面成5度角。為了確定設備的高度和角度，在設計時要注意材料的選擇。3.四個支撐支柱：四個支撐支柱在履帶鋼梁下。為保持穩(wěn)定，將這兩塊金屬板焊接在橫梁與槽道的連接點上，這樣就可以將框架固定住。4.將兩條槽溝焊接在柱中下面，在兩條槽溝上按一下支架。支護材料應滿足抗震、抗彎、抗彎性等要求，選材時應在保證支護強度的前提下，盡量降低工程造價。材料選擇原則：1.材料特性：在設計所選的零件時，根據其功能，位置，形狀，尺寸及使用環(huán)境確定其主要機械性能指標。2.材料處理：零件是將各種不同的材料以特定方式進行加工。所以，在選材的時候，一定要把材料考慮進去。3.1.5材料的選擇工藝性能。材料的選擇應低于服務性能，但在某些情況下，再加上持續(xù)生產，技術特點。3.材料經濟性：對材料零件選型時，不光要注意滿足機械的使用性能，也應盡量減少選擇零部件造成的成本費用?；谏鲜鲈瓌t，整體框架材料選擇見表3.1表3.1總體框架材料名稱數量材料說明方管450x50x4L=1450方管250x50x4L=490方管250x50x4L=325方管250x50x4L=500方管450x50x4L=650方管450x50x4L=300板A2δ10734230選用以上材料，能保證支承結構的穩(wěn)定性，使支承結構具有比機器自身重量大得多的載荷和變形強度。對支撐設備的總體要求不高，但對于保證設備正常運轉和穩(wěn)定運行是足夠的。3.1.6校核由于本設備支承的重量已經很輕，所以只有分級滾筒對設備施加的壓力可忽略。不需要在進行檢核3.2本文主要內容本章討論下一個項目中的組件設計。機架設計的標準，總體要求，以及特定的設計階段，都要根據不同的使用和使用環(huán)境而定。除了選材的原則之外，支承材料還應考慮抗震和彎曲的要求。在材料選擇上，既要保證支架的穩(wěn)定，又要盡可能的降低成本。4動力機構的選擇4.1電動機的選擇4.1.1選擇電動機構類型根據馬鈴薯分揀機器人工作要求，可以知道，馬鈴薯分揀機器人最后一級的轉速為12r/min~15r/min。在滿足轉矩要求的前提下，達到最低轉速的方案有兩個：一是用氣動馬達或波壓馬達的一級傳動，通過調整氣流或液體流量實現大扭矩小轉速；第二個是使用一般的電機。經過彼此對比，第二個方案最簡單，成本也較為合適。當前，一般電機的額定轉速為1400r/min，電機與臺面的總速度之比i可以超過200，而要達到這種高速比，一般有兩種結構：一種是行星輪減速器，一種是蝸輪蝸桿減速器。但其制造和裝配難度較大，成本較高。在考慮各種因素的基礎上，最終選擇了帶式蝸桿減速器。4.1.2電機選擇1.電機的類型及結構型式選擇在工業(yè)生產中，通常使用的是三相交流感應電動機，如無特別要求，通常使用三相感應電動機。目前使用最廣泛的是Y系列籠型三相感應電動機。它的優(yōu)點是效率高、運行穩(wěn)定、構造簡單、維護容易、成本低廉，適用于難燃、無腐蝕性氣體和無特殊需求的環(huán)境。同時，對于一些對起動力矩要求很高，但又有很好的起動特性的設備，如YZ、YZR等。馬達的機械結構，按安裝位置不同，可分為水平式和立式兩種；按保護方式不同，可分為敞開式和保護性兩種。由于電動機啟動、制動頻繁，且對慣性矩小，過載能力強，所以選用了三相感應電動機。選用Y系列感應電動機。參照《機械設計手冊》第40篇《電力傳動》(P40-118)確定電機結構型式為臥式，安裝型式為B3型。2.電機容量的選擇作所需功率PW據《機械設計基礎》P7工作主軸所需功率：P主機所需功率Pd:P式中n為電機至工作主軸的總效率n=n1n2n3……nn本拆裝機有兩級減速機構，根據《機械設計基礎》P7表2-4取值如下皮帶輪n1=0.95蝸輪蝸桿n2=0.75滾動軸承n3=0.99代入數據T=1200Nm，nw-7r/min，得Pd=0.98KW確定電機功率為1.1kw。3.選擇電機轉速據經驗公式n式中：nd—i1i取i1=2；i2=80；主軸轉速nw=7r/min得4．確定電機型號由《機械設計手冊》第40篇《電力傳動》(P40-132)確定電機型號為Y-90s安裝形式為B3型。4.1.3計算傳動裝置總傳動比和分配各級傳動比1.傳動裝置總傳動比i2.分配各級傳動比取v帶傳動的傳動比i1i所得i23.計算傳動裝置的運動和動力參數1)各種轉速電機軸為o軸，減速器高速軸為I軸，低速軸為II，各軸轉速為nnn2)各種軸輸入功率按電機額定功率計算各軸輸入功率，即PPP3)各軸轉矩TTT4.2軸的設計4.2.1軸的選擇軸材要用碳鋼或者合金鋼。轉清時之動穩(wěn)定性。如下圖4.1、圖4.2、圖4.3、圖4.4。圖4.1固定心軸圖4.2轉動心軸·圖4.3轉軸圖4.4傳動軸按軸線形狀的不同，軸可分為：

1.曲軸：各個軸端的中心不在同一條直線上，在內燃機中用的頗多。如圖4.5圖4.52.直軸：各軸段軸線相同如圖4.6圖4.63.階梯軸：

特點與光軸相反，常用于轉軸，如圖4.7圖4.74.2.2設計軸應注意的問題在設計軸類零件時，必須先對軸類零件及對應的位置進行分析，然后確定合適的拆卸計劃，確定出最初的定軸直徑（通常為主軸的最小直徑），然后依據確定的直徑來確定拆卸方案，確定軸向和周向的固定方法，逐級確定零件的直徑和長度。在設計軸時，應特別注意以下幾點：1.在軸結構設計時，應根據工作要求，結合生產工藝，確定軸承及零件的型式、尺寸，并選用適當的材質。當檢驗這些部分的強度狀況時，應及時進行核算處理。2.力求使所設計的主軸具有良好的加工技術和裝配技術（裝配在主軸上的零部件必須是可拆卸的，并且定位準確可靠）。3.安裝在軸上的軸距應達到一定的高度。4.2.3軸的材料軸的材料有很多不同種類，在選擇軸的材料時應注意以下幾點：1.對軸的強度、硬度、耐磨性有一定的要求；2.軸類零件的熱處理技術及技術要求；3.軸類零件的材料來源和成本造價是否合適；合金鋼比碳鋼具有更好的機械性能和淬火硬度，但是它對應力集中比較敏感，而且成本較高。采用20

Cr,20

CrMnTi等對低碳合金鋼進行滲層處理，可以改善其耐磨性。主軸質量對機床的精度及使用壽命有很大的影響。軸具有傳遞一定轉矩、承受一定交變力矩、承受一定沖擊載荷的能力。4.2.4軸的計算及校核1.確定旋轉軸的輸入功率已知所需電動機功為KWn=1450r/min若一對軸承效率為0.98，傳動效率為0.95，則軸的輸入功率為：P1軸的轉速：n軸的轉矩：T旋轉軸受力簡圖2.選擇旋轉軸的材料所選軸的材料為45鋼，淬火和回火。查表限力3.初步確定旋轉軸的最小直徑查表得，取C=20mm，有公式得：d=C所求值為受扭部分的最細處，需開鍵槽，應將軸徑增大5%～7%，即17.53～20.21mm，考慮聯(lián)軸器，取軸徑為20mm。4.旋轉軸的結構設計建立軸上零件的裝配方案。本文將豎井劃分為三段，并對三段的相互關系進行了分析，提出了三段的相互位置關系，軸上軸承與曲軸的組裝方向，以及各軸的組裝次序。5.軸的受力分析軸上的圓周力：軸上的徑向力：旋轉軸上的軸向力：在確定軸承支點位置時，由于軸較長，總長為315mm，軸承總長為41mm，軸承的支反力作用點至中心作用點的距離皆為l計算軸的支反力水平面支反力：垂直面支反力：中點處的水平彎矩：中點處的垂直彎矩：中點處的合成彎矩：按彎曲扭轉強度要求進行強度檢驗，一般僅檢驗最大彎矩與力矩之間的強度，如果需要，還應檢查其他危險部位的強度。根據公式，軸的每段等效彎矩為：對當量彎矩最大處進行校核，由表查的，對于45鋼，，，由式可得：故軸強度滿足要求。因此，并對其受力進行了深入的分析，認為主軸負荷較小，轉速較低，對負荷要求不高，選用45號鋼就可以。4.3鍵的設計鍵是一類標準的件，鍵位于平面的兩側。軸槽可采用圓銑刀或指銑刀進行加工，輪轂槽可采用拉刀或插齒刀進行加工。這個密鑰性能很好，并且很容易安裝和移除。但是該鍵無法實現軸件的軸向緊固。設計采用平鍵連接（圖4.8）。表4.1鍵聯(lián)接的許用擠壓應力和許用壓強（MPa）連接方式連接中較弱零件的材料靜載荷輕度沖擊載荷沖擊載荷靜聯(lián)接時許用擠壓應力[p]鋼125～150100～12060～90鑄鐵70～8050～603045動連接時許用壓強[p]鋼504030 圖4.8普通平鍵聯(lián)接鍵聯(lián)接的強度校核1.選擇鍵的類型選圓頭平鍵A型2.確定鍵的尺寸從表3.1中查得直徑d>17~22mm時，鍵剖面尺寸應選為b＝6mm，h=6mm，考慮鏈輪及L的尺寸系列，取L＝20mm。所選的圓頭平鍵A標記為：鍵6×20（GB/T1096-2003）3.強度校核擠壓強度按式（3.1），并取得k=h/2，l=L-b，（3.2）并取得k=h/2，l=L-b，工作表面的擠壓應力為：鏈輪的材料為45鋼且載荷平穩(wěn)，查表5.3許用擠壓應力為：故聯(lián)接能滿足擠壓強度要求。關于鍵的選擇包括類型選擇和大小選擇。采用關鍵接頭的選擇、對事物的需求以及關鍵點的選取等方法，采用格點法來選取尺寸。鍵的主要大小是鍵的截面大?。ㄍǔＳ面I寬度

b×鍵高度

h）和長度

L來表示。鍵bxh的截面尺寸是根據所述軸的直徑

d根據所述標準選擇的。鍵L的長度通常取決于輪轂的長度，即鍵的長度與輪轂的長度相等或稍??；導向鍵的長度視零件滑動距離而定。選定鍵類型和大小之后，也應該檢查重要鍵連接的強度。普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸見下表。表4.2普通平鍵和普通楔鍵的主要尺寸軸的直徑d6~8>8~10>10~12>12~17>17~22>22~30>30~38鍵寬b×鍵高h2×23×34×45×56×68×710×8軸的直徑d>44~50>50~58>58~65>65~75>75~85>85~95>95~100鍵寬b×鍵高h14×916×1018×1120×1222×1425×1428×16鍵的長度系列L6，8，10，12，14，16，18，20，22，25，28，32，36，40，45，50，56，63，70，80，90，100，110，125，140，180，200，220，250。4.4軸承的選擇4.4.1軸承類型的選擇在選用滾動軸承時，要考慮其工作負載（大小，性能，方向）和轉速等操作條件。非低轉速，小載荷，高回轉精度要求滾珠軸承；在低速，重負荷或沖擊載荷時，應采用滾柱軸承。徑向負荷與軸向負荷。當采用五軸支承時，外環(huán)的傾斜度要控制在允許的范圍內，一般采用內外兩圈可拆卸的可拆卸軸承（如圓錐滾子、四點接觸球軸承等）。4.在選擇軸承的時候，要考慮到經濟因素。滾珠軸承的價格低于滾動軸承。4.4.2滾動軸承承載能力的一般說明軸承載力可在軸承等大小。在同等體積的情況下，直線軸承的充量是滾動軸承的1.5~3倍.中間軸承采用任意直徑負荷，止推軸承采用任意軸向負荷。角接軸同時承受直徑和軸向兩種荷載，隨著接觸角的增大，軸向力增大。4.4.3滾動軸承的壽命計算軸承的壽命與載荷間的關系可表示為下列公式：（5.4）或（5.5）式中：──基本額定壽命（106轉）；──基本額定壽命（小時h）；C──基本額定動載荷，由軸承類型、尺寸查表獲得；P──當量動載荷（N），根據所受徑向力、軸向力合成計算；──溫度系數，由表5.5查得；──軸承工作轉速（r/min）；──壽命指數（球軸承，滾子軸承）。溫度系數表5.5溫度系數工作溫度/℃<1201251501752002252503001.000.950.900.850.800.750.700.60當量動載荷當滾動軸承同時承受徑向載荷和軸向載荷時，當量載荷的基本計算公式為（5.7）式中：P——當量動載荷，N；——徑向載荷，N；——軸向載荷，N；X——徑向動載荷系數；Y——軸向動載荷系數；——負荷系數載荷系數當軸承承受有沖擊載荷時，當量動載荷計算時，引入載荷系數表5.6沖擊載荷系數載荷性質舉例無沖擊或輕微沖擊1.0～1.2電機、汽輪機、通風機、水泵等中等沖擊1.2～1.8車輛、機床、起重機、內燃機等強大沖擊1.8～3.0破碎機、軋鋼機、振動篩等1.初選軸承型號根據軸承所受載荷及軸徑直徑，初選6012型深溝球軸承，由手冊可知，2.計算當量動載荷因，查手冊可知，用插入法因，查手冊可知，用插入法得，查手冊，取，由式可得當量動載荷為：3.校核軸承壽命查手冊可知，由式可得因為，能滿足壽命要求，故先用6012號軸承合適。4.5聯(lián)軸器選用的校核馬鈴薯分揀機器人設計為在兩個蝸輪蝸桿減速機和連接軸之間的該設計中使用的（JB/T5