第1章緒論1.1課題研究背景蘋果作為一種在全球范圍內(nèi)廣泛流行且被廣泛消費(fèi)的水果種類，在其表象背后隱匿著相當(dāng)龐大的加工需求，常規(guī)的手工剝皮辦法，其效率極為低下這直接造成了加工進(jìn)程十分緩慢的后果，此外該辦法還要求操作者承受相當(dāng)大程度的勞動(dòng)負(fù)荷，長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行這樣的勞作，很容易引發(fā)身體的疲憊感，更關(guān)鍵的是這種處理方式還存在著不容小覷、意義重大的安全方面的潛在風(fēng)險(xiǎn)，還會(huì)對(duì)操作者身體產(chǎn)生巨大的傷害。當(dāng)下這個(gè)時(shí)期，科技的不斷進(jìn)步，食品加工機(jī)械變得越來(lái)越智能化，設(shè)計(jì)一款具備高效性、安全性以及較強(qiáng)適應(yīng)性的蘋果削皮器變得格外關(guān)鍵。不過(guò)現(xiàn)階段市場(chǎng)當(dāng)中的部分剝皮機(jī)存有諸多亟須處理的狀況它們的構(gòu)造常常過(guò)于繁雜，這不但提高了設(shè)備制造的難度與費(fèi)用還讓后期的保養(yǎng)及修理工作變得極為棘手。與此同時(shí)，價(jià)格不菲的成本開(kāi)支使得絕大多數(shù)企業(yè)只能望而卻步，從而阻礙了蘋果剝皮機(jī)的廣泛推廣運(yùn)用除此之外適用性欠佳的狀況也較為顯著，許多削皮機(jī)僅能處理特定尺寸大小的蘋果，難以契合多樣化的市場(chǎng)需求，所以迫切要開(kāi)展優(yōu)化與改進(jìn)工作。1.2蘋果削皮機(jī)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)1.2.1蘋果削皮機(jī)的研究現(xiàn)狀1.市場(chǎng)規(guī)模與增長(zhǎng)：當(dāng)下，蘋果削皮機(jī)的市場(chǎng)正處于穩(wěn)健的增長(zhǎng)時(shí)期。在中國(guó)，伴隨居民對(duì)健康飲食的認(rèn)知持續(xù)提升，以及各個(gè)市場(chǎng)的不斷拓展，蘋果削皮機(jī)的市場(chǎng)前景愈發(fā)寬廣，其市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)會(huì)維持持續(xù)擴(kuò)大的走向。有關(guān)數(shù)據(jù)表明，到2025年的時(shí)候，中國(guó)蘋果削皮器的市場(chǎng)規(guī)模有希望達(dá)到23.8億人民幣，從全球范圍來(lái)觀察蘋果削皮機(jī)市場(chǎng)也呈現(xiàn)出一種上升發(fā)展的態(tài)勢(shì)，依據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)所公布的報(bào)告來(lái)看全球蘋果自動(dòng)去皮去芯切片機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模在過(guò)去這幾年當(dāng)中一直處于上升狀態(tài)，預(yù)估到2024年將會(huì)增加至120億美元。2.市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)格局：蘋果削皮機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，參與到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)里的主體有大型企業(yè)、一些國(guó)際公司以及中小型企業(yè)。大型的企業(yè)依靠自身強(qiáng)勁的研發(fā)能力以及大規(guī)模的供應(yīng)本領(lǐng)于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)里處在極為關(guān)鍵的位置；中小型企業(yè)卻把注意力集中在其本地市場(chǎng)，憑借價(jià)格上的有利條件以及對(duì)客戶需求作出迅速反應(yīng)的能力，于市場(chǎng)之中也取得了一定的份額在產(chǎn)品類別范疇內(nèi)，手動(dòng)蘋果削皮機(jī)和電動(dòng)蘋果削皮機(jī)一同存在著這里面，電動(dòng)蘋果削皮機(jī)依仗它高效又便捷的突出特性，其市場(chǎng)份額一年比一年增加。3.技術(shù)創(chuàng)新：蘋果削皮機(jī)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)十分激烈，參與到市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)里的主體有大型企業(yè)、一些國(guó)際公司以及中小型企業(yè)。大型的企業(yè)依靠自身強(qiáng)勁的研發(fā)能力以及大規(guī)模的供應(yīng)本領(lǐng)于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)里處在極為關(guān)鍵的位置；中小型企業(yè)卻把注意力集中在其本地市場(chǎng)，憑借價(jià)格上的有利條件以及對(duì)客戶需求作出迅速反應(yīng)的能力，于市場(chǎng)之中也取得了一定的份額在產(chǎn)品類別范疇內(nèi)，手動(dòng)蘋果削皮機(jī)和電動(dòng)蘋果削皮機(jī)一同存在著這里面，電動(dòng)蘋果削皮機(jī)依仗它高效又便捷的突出特性，其市場(chǎng)份額一年比一年增加。1.2.2蘋果削皮機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)1.技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新：伴隨人工智能以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)呈現(xiàn)出極為迅猛的發(fā)展態(tài)勢(shì)，智能削果皮機(jī)于市場(chǎng)當(dāng)中的地位呈現(xiàn)出穩(wěn)步提升的狀況，展望未來(lái)的發(fā)展走向蘋果削皮機(jī)將會(huì)朝著智能化更為高級(jí)的水平前行，它能夠極為精確地自動(dòng)判別水果的具體品種與尺寸大小依據(jù)實(shí)際發(fā)生的情形靈動(dòng)地調(diào)節(jié)削皮的厚度，經(jīng)由這樣的操作，就能夠明顯地提升產(chǎn)品加工時(shí)的生產(chǎn)效率，再者多功能化方面的發(fā)展趨向也得到了更進(jìn)一步的強(qiáng)化。除了具備一些基礎(chǔ)的削皮作用之外蘋果削皮機(jī)還會(huì)擁有像切片、切絲這類別的實(shí)用功能以此全面地契合人們的日常起居生活。2.市場(chǎng)需求攀升：隨著消費(fèi)者持續(xù)探尋高質(zhì)量生活以及咱們對(duì)健康飲食的認(rèn)知逐漸加深，蘋果削皮機(jī)的市場(chǎng)需求持續(xù)地增多，特別是在家庭廚房、餐飲服務(wù)、食品加工等諸多方面，蘋果削皮機(jī)將會(huì)起到更為關(guān)鍵的功用。近年來(lái)，在部分新興市場(chǎng)像中國(guó)、印度這類國(guó)家，鑒于我們對(duì)于水果的需求呈現(xiàn)出持續(xù)上升的態(tài)勢(shì)，蘋果削皮機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模也會(huì)隨之迎來(lái)一定程度的擴(kuò)大。3.政策支持與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：政府針對(duì)廚房小家電這一行業(yè)所頒布的一系列扶持性政策，比如稅收上的減免、資金方面的補(bǔ)貼等舉措，為蘋果削皮機(jī)市場(chǎng)的前行構(gòu)建了頗為有利的外部條件。與此同步伴著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)持續(xù)得以完善以及產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)逐步得以提升，蘋果削皮機(jī)逐步增強(qiáng)了其在安全方面以及可靠方面的性能基于上述情況可以總結(jié)得出蘋果削皮機(jī)的市場(chǎng)目前正處于穩(wěn)定增長(zhǎng)的狀態(tài)，技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新以及市場(chǎng)層面需求的上升是促使其發(fā)展的關(guān)鍵動(dòng)力，在未來(lái)，隨著技術(shù)的不斷向前發(fā)展以及市場(chǎng)需求的持續(xù)增加，蘋果削皮機(jī)市場(chǎng)有希望迎來(lái)更為寬廣的發(fā)展前景。1.3研究?jī)?nèi)容及意義20世紀(jì)以后，水果罐頭行業(yè)呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢(shì)，發(fā)展形勢(shì)非常樂(lè)觀。在這樣的快速發(fā)展的趨勢(shì)下，更多的水果罐頭企業(yè)出現(xiàn)了。然而對(duì)于水果罐頭生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō)，加工設(shè)備是生產(chǎn)的首要問(wèn)題。對(duì)于生產(chǎn)蘋果罐頭的企業(yè)來(lái)說(shuō)，蘋果削皮機(jī)是非常重要的。圖1-1手搖去皮機(jī)（1）手工去皮手工削皮有一定的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗梢源_保蘋果徹底去皮，同時(shí)最大限度地減少果肉的損失。但其缺點(diǎn)也相當(dāng)明顯，剝皮效率極低，人工成本高，勞動(dòng)強(qiáng)度極高。有鑒于此，手工剝皮并不適合企業(yè)的大規(guī)模加工需求。（2）半機(jī)械去皮主要分為兩類，他們分別是1.手搖去皮機(jī)2.機(jī)械帶傳動(dòng)去皮機(jī)手搖式去皮機(jī)特點(diǎn)人們需親自手動(dòng)把水果插到不銹鋼三叉戟上面而且要保證在插入期間，水果的莖和中心線是重合的在開(kāi)展操作時(shí)，將手柄搖動(dòng)起來(lái)，主齒輪便開(kāi)始進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，接著就帶動(dòng)了三叉齒輪讓放置在上面的蘋果跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，在這同一時(shí)間，削皮傘齒輪開(kāi)始運(yùn)作，從而完成削皮的動(dòng)作，當(dāng)削皮的步驟結(jié)束之后，員工得手動(dòng)把蘋果從設(shè)備當(dāng)中取出來(lái)。實(shí)際上這樣的削皮方式存在顯著的局限性。而且，它的剝皮效率相對(duì)不高操作人員所承受的勞動(dòng)強(qiáng)度也比較大很難契合工業(yè)化生產(chǎn)提出的要求，所以不太適配于生產(chǎn)工藝，不過(guò)，針對(duì)普通家庭環(huán)境來(lái)講，它依舊具備一定的可用性。(2)機(jī)械帶動(dòng)式去皮機(jī)特點(diǎn)機(jī)械的剝皮機(jī)和手動(dòng)的剝皮機(jī)最大的不同就是他們的動(dòng)力不同。此機(jī)器加工的方法與手搖削皮機(jī)基本一樣。對(duì)比手搖機(jī)，其效率有了一定程度的提高，總的來(lái)說(shuō)，還是難以滿足生產(chǎn)需要。本次設(shè)計(jì)是為了響應(yīng)廣大廠家的需求，旨在打造一款非常適合小型罐裝企業(yè)的蘋果自動(dòng)去皮裝置。該設(shè)計(jì)產(chǎn)品具有以下顯著優(yōu)勢(shì):1.擁有給蘋果自動(dòng)削皮的功能，把蘋果放在與氣動(dòng)裝置相連的托盤上，還能防止操作員工因失誤操作而造成的一些安全事故。2.大大提高了生產(chǎn)的效率，而且大量的減少蘋果的果肉損失，提高蘋果原料利用率。3.通用性強(qiáng)廣泛應(yīng)用于各種罐頭加工廠,減少了工人勞動(dòng)量。圖1-1蘋果削皮機(jī)設(shè)計(jì)圖第2章蘋果削皮機(jī)總體方案設(shè)計(jì)2.1蘋果削皮機(jī)方案確定通過(guò)對(duì)市場(chǎng)上已經(jīng)有的蘋果削皮裝置進(jìn)行綜合比較后，考慮到本設(shè)計(jì)削皮機(jī)的主要用途，決定設(shè)計(jì)一款適合小型企業(yè)的小型自動(dòng)蘋果削皮機(jī)。目前市場(chǎng)上的大型蘋果生產(chǎn)設(shè)備通常形成一條完整的生產(chǎn)線，包括蘋果挑、洗、去皮、去核等多個(gè)階段。這種大設(shè)備的優(yōu)勢(shì)是顯著的，因?yàn)樗梢詼p少勞動(dòng)工人使用數(shù)量，還能降低他們的勞動(dòng)力量。但其壞處也非常突出，成本高，對(duì)生產(chǎn)線管理人員和操作人員的專業(yè)要求高，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用昂貴，小企業(yè)不適合擁有。市面上也有一些小型的蘋果削皮裝置，可以完成蘋果的削皮，可以滿足家庭需求，價(jià)格實(shí)惠。2.2蘋果削皮機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)組成2.2.1蘋果削皮機(jī)工作原理首先操作員將蘋果放在氣缸軸上的托盤上面，將蘋果固定好之后打開(kāi)開(kāi)關(guān)，里面的傳感器檢測(cè)到信號(hào)后在傳給控制中心，隨后氣缸開(kāi)始向上運(yùn)動(dòng)，將蘋果插到蘋果固定針上，在這之后步進(jìn)電機(jī)開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，蘋果固定針上的電機(jī)工作，邊轉(zhuǎn)邊削皮，完成整個(gè)去皮過(guò)程，與此同時(shí)，可以將另一個(gè)蘋果放在托盤上，另一個(gè)蘋果插入蘋果固定針時(shí)，前面那個(gè)蘋果已經(jīng)完成削皮工作。這樣便實(shí)現(xiàn)了蘋果削皮機(jī)削皮的過(guò)程。2.2.2蘋果削皮機(jī)結(jié)構(gòu)組成蘋果削皮機(jī)主要構(gòu)成包括送料裝置與氣缸相連接的一個(gè)托盤；刀架、刀片以及轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪；小型電機(jī)；動(dòng)力步進(jìn)電機(jī)。還有隨著裝置轉(zhuǎn)動(dòng)的平臺(tái)及軸承。2.3蘋果削皮機(jī)工作流程這個(gè)設(shè)備的運(yùn)行是由控制中心PLC程序控制完成，其工作流程圖如下：圖2-1蘋果削皮機(jī)工作圖第3章蘋果削皮機(jī)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)確定3.1送料機(jī)構(gòu)的確定3.1.1送料機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)傳統(tǒng)送料工藝中，要人工手動(dòng)將蘋果精準(zhǔn)插入到蘋果固定針上面，然后還得借助轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)到他們預(yù)定的剝皮處。這個(gè)方法缺點(diǎn)很明顯，并且它的效率非常的低下。但是蘋果插入固定針的操作難度很大，操作人員不得不用更大的力量才能完成，這大幅增加了工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度因此這使得效率變得很低。此設(shè)計(jì)所采用的進(jìn)料模式，創(chuàng)新性點(diǎn)在于它引入了氣動(dòng)裝置。且裝置的氣動(dòng)頂桿上配備了一個(gè)蘋果托盤，托盤里面還有一個(gè)細(xì)小的針操作人員只要將蘋果放置于托盤之上就行。托盤的內(nèi)部還安裝有光電傳感器，他的主要功能是實(shí)時(shí)檢測(cè)托盤中是否放置了蘋果。如果沒(méi)有蘋果的信號(hào)被傳感器檢測(cè)出來(lái)，氣缸將不會(huì)啟動(dòng)工作。此外，在托盤的正上方還設(shè)置了紅外檢測(cè)裝置，該裝置可精確檢測(cè)操作人員的手部是否已離開(kāi)托盤，從而有效避免人身事故的發(fā)生，大大的提升了產(chǎn)品的使用安全性。設(shè)計(jì)圖如下：圖3-1送料裝置圖3.1.2送料的機(jī)構(gòu)組件確定圖3-2氣缸型號(hào)代碼圖3-3氣缸規(guī)格圖3-4氣缸行程（1）確定氣缸型號(hào)在挑選氣缸的時(shí)候沖程屬于關(guān)鍵的參數(shù)這是因?yàn)樵谧詣?dòng)蘋果削皮機(jī)開(kāi)展工作的過(guò)程中，蘋果必須被提升至特定的高度以此保證后續(xù)的剝皮工序能夠順暢地開(kāi)展。當(dāng)下，經(jīng)過(guò)初步選定氣缸型號(hào)定為SC-80×200-S此型號(hào)氣缸配置有感應(yīng)磁鐵并且能與霍爾傳感器相互配合運(yùn)用從而對(duì)氣缸行程進(jìn)行精確控制進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)更具效率的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。（2）控制氣缸氣缸的其他配套器材，例如氣動(dòng)泵、管道，在設(shè)計(jì)規(guī)劃中尚未明確具體的規(guī)格以及型號(hào)，于自動(dòng)蘋果削皮機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)當(dāng)中，滾筒控制采用的是把PLC（可編程邏輯控制器）連接雙電磁鐵直動(dòng)換向閥的辦法。PLC借助收集光電傳感器、紅外檢測(cè)裝置的信號(hào)對(duì)滾筒的整個(gè)運(yùn)行開(kāi)展精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)與控制，除此之外，霍爾傳感器實(shí)時(shí)地反饋氣缸動(dòng)作桿的位置情況，以此確保蘋果能夠毫無(wú)差錯(cuò)地被運(yùn)送至工作臺(tái)上的蘋果固定銷那里。圖3-5雙電磁鐵直動(dòng)式換向閥（3）托盤設(shè)計(jì)托盤的形狀類似于我們?nèi)粘Ｉ钪邢茨樣玫呐?，托盤的設(shè)計(jì)大小有很高要求，托盤形狀如下：圖3-6蘋果托盤托盤的設(shè)計(jì)不能太小要能正好支撐99%的蘋果使用，不排除有非常大的蘋果，如有就直接放在托盤上即可，托盤里面還有一個(gè)非常小的針固定蘋果，以防蘋果在上升過(guò)程中滾落或者位置發(fā)生位移，它是由不銹鋼材質(zhì)制成底部與氣缸焊接相成，目的就是實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將蘋果成功的頂?shù)教O果固定針上。3.2工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的確定在自動(dòng)蘋果削皮機(jī)的工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，包含兩種不同形式的旋轉(zhuǎn)。一是工作臺(tái)自身的旋轉(zhuǎn)，二是刀架固定桿的旋轉(zhuǎn)。刀架固定桿的旋轉(zhuǎn)具有特殊性，兩個(gè)刀架固定桿呈對(duì)稱分布，但是他們的運(yùn)動(dòng)方向是相反的。為實(shí)現(xiàn)這一特殊運(yùn)動(dòng)，采用直錐齒輪進(jìn)行傳動(dòng)；而工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)則選用直圓柱齒輪來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.2.1直齒圓錐齒輪的設(shè)計(jì)對(duì)于直齒錐齒輪，在加工工藝方面，大部分采用刨齒這種加工辦法不太適宜采用硬齒面處理手段。此乃將其使用場(chǎng)景、受力情形以及成本等眾多方面的因素綜合考量之后得出的論斷于材料選取層面擇取40Cr鋼該種鋼材具備優(yōu)良的綜合力學(xué)特性針對(duì)它開(kāi)展調(diào)質(zhì)處理工作，令材料的硬度調(diào)控在241HB-286HB的范圍之內(nèi)，把平均硬度設(shè)定成260HB憑借這一舉措來(lái)確保直齒錐齒輪能夠契合設(shè)備的使用需求，擁有充足的強(qiáng)度、韌性以及耐磨的性能。參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》第四版邱宣懷主編，計(jì)算步驟如下：（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算齒數(shù)z取z=24，由表12.6得精度等級(jí)選精度為8級(jí)精度查表12.9得使用壽命=1.0查圖12.9得動(dòng)載系數(shù)=1.1齒間載荷分配系數(shù)（表12.19）（式12.6）(式12.10)齒向載荷分布系數(shù)，查表12.20及注3得載荷系數(shù)查表12.12得彈性系數(shù),查圖12.16得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),查圖12.17c得接觸疲勞極限，查表12.14得接觸最小安全系數(shù)為：設(shè)計(jì)時(shí)不考慮機(jī)器壽命因素得接觸壽命系數(shù)許用接觸應(yīng)力（式12.11）齒輪大端分度圓直徑，取齒寬系數(shù)（2）確定傳動(dòng)主要尺寸大端模數(shù)取實(shí)際大端分度圓直徑為錐距齒寬?。?）齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算查圖12.30得齒形系數(shù)，查圖12.31得應(yīng)力修正系數(shù)得重合度系數(shù)（式12.18）齒間載荷分配系數(shù)載荷系數(shù)查圖12.33c得彎曲疲勞極限，查表12.14得彎曲最小安全系數(shù)，不考慮壽命因素得彎曲壽命系數(shù)，查圖12.25得尺寸系數(shù)為：許用彎曲應(yīng)力（式12.19）驗(yàn)算因此該齒輪滿足強(qiáng)度要求。齒輪傳動(dòng)方法如圖所示：圖3-7錐齒輪傳動(dòng)3.2.2直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)由于傳動(dòng)尺寸沒(méi)有嚴(yán)格限制，也沒(méi)有嚴(yán)重的過(guò)載，固定小齒輪由調(diào)質(zhì)材料制成，硬度為241HB~286HB，平均為260HB，大齒輪由45號(hào)鋼制成，硬度在229HB~286HB之間，平均為240HB。參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》第四版邱宣懷主編，計(jì)算步驟如下：齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算1.初步計(jì)算查表12.13得齒寬系數(shù)查圖12.17c得接觸疲勞強(qiáng)度初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力查表12.16取初步計(jì)算的小齒輪直徑（式12.14）取初步齒寬取校核計(jì)算查表12.6得精度等級(jí)選8級(jí)精度齒數(shù)和模數(shù)初步齒數(shù)得，則查表12.9得使用系數(shù)，查圖12.9得動(dòng)載系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)由表12.10，先求（式12.6）（式12.10）查表12.11得齒向載荷分布系數(shù)載荷系數(shù)查表12.12得彈性系數(shù)，查圖12.16得節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù),接觸最小安全系數(shù)接觸壽命系數(shù)許用接觸應(yīng)力驗(yàn)算（式12.8）計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無(wú)需調(diào)整。確定傳動(dòng)主要尺寸實(shí)際分度圓直徑，因模數(shù)取標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，齒輪已重新確定，但并未圓整，故分度圓直徑不會(huì)改變，即中心距齒寬取齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算重合度系數(shù)齒間載荷分配系數(shù)查圖12.14得齒向載荷分布系數(shù)載荷系數(shù)查圖12.21得齒形系數(shù)，查圖12.22應(yīng)力修正系數(shù)，查圖12.23c彎曲疲勞極限，查表12.14彎曲最小安全系數(shù)彎曲壽命系數(shù)尺寸系數(shù)許用彎曲應(yīng)力驗(yàn)算(式12.16)經(jīng)驗(yàn)算強(qiáng)度合格。直齒輪傳動(dòng)方法如圖所示：圖3-8直齒輪傳動(dòng)3.3蘋果削皮機(jī)去皮及蘋果固定裝置3.3.1刀架的設(shè)計(jì)蘋果削皮機(jī)的刀架主要會(huì)圍繞著它自身的軸線做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并且還會(huì)和工作臺(tái)一同完成旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，當(dāng)蘋果被穩(wěn)固地安置在固定針上之后它便會(huì)以更快一些的速率進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，此時(shí)安裝于刀架之上的刀片會(huì)緊緊地貼合在蘋果的表面，進(jìn)而開(kāi)展剝皮的相關(guān)操作在整個(gè)將蘋果皮去除的過(guò)程當(dāng)中，刀架還需要進(jìn)行垂直方向的移動(dòng)，以此保證能夠把蘋果皮全部除掉。倘若刀架無(wú)法跟蘋果的轉(zhuǎn)動(dòng)保持同步進(jìn)行垂直移動(dòng)刀片就會(huì)多次切割蘋果相同的部位，進(jìn)而難以達(dá)成所需的去除果皮的效果，在蘋果完成每一個(gè)去除果皮的周期之后，刀架都會(huì)停留在蘋果的底部位置為了做好后續(xù)進(jìn)行剝皮操作的準(zhǔn)備，一定要借助彈簧機(jī)構(gòu)來(lái)對(duì)刀架予以重置，在刀架移動(dòng)的過(guò)程當(dāng)中，必須留意避免對(duì)蘋果托盤、蘋果固定針以及切割/移除裝置造成干擾。經(jīng)由對(duì)安裝于刀架之上的兩個(gè)彈簧加以調(diào)整刀具能夠達(dá)成更為理想的操作情形，刀架的設(shè)計(jì)把蘋果旋轉(zhuǎn)時(shí)的垂直振蕩特性納入考量范圍，它涵蓋了一個(gè)具備可調(diào)節(jié)性的機(jī)構(gòu)以及彈簧彈簧的主要作用是使刀架回歸到初始的位置，在刀片和蘋果分離之際，維持住穩(wěn)定性。圖3-9刀架簡(jiǎn)圖3.3.2刀片的設(shè)計(jì)在蘋果去皮的作業(yè)流程當(dāng)中刀片起著極為重要的作用，其角度的設(shè)定對(duì)去皮產(chǎn)生的效果所造成的影響顯得格外突出。倘若刀片角度設(shè)定得不合理那么在給蘋果去皮的操作過(guò)程里，就會(huì)切削掉數(shù)量可觀的蘋果果肉，進(jìn)而造成原材料相當(dāng)嚴(yán)重的浪費(fèi)。刀片是安裝在刀架上面的，并且其角度能夠進(jìn)行調(diào)整，不過(guò)，要明確適宜的刀片角度，需要借助大量的實(shí)驗(yàn)去探尋，在實(shí)際開(kāi)展蘋果去皮工作的時(shí)候要不斷地對(duì)刀片角度加以調(diào)整，一直到去皮的成效達(dá)到令人滿意的狀況，然后再把刀片固定好。一般而言蘋果在進(jìn)入去皮步驟之前需要開(kāi)展初步的篩選。這是由于有一部分形狀不是很規(guī)則的蘋果，不太容易去適應(yīng)呈固定角度的刀片開(kāi)展切削工作，就刀片來(lái)講，蘋果的大小其實(shí)并不是主要因素，最關(guān)鍵的地方在于其形狀得有相對(duì)較高的規(guī)整度并且表面不能存在較為明顯的凸起或者凹陷部分。這種自動(dòng)去皮機(jī)所運(yùn)用的刀片，其形狀跟日常生活里常見(jiàn)的家用手動(dòng)式去皮工具具有一定的相似性然而家用手動(dòng)去皮器依靠的是人工來(lái)進(jìn)行操作，去皮過(guò)程中的厚度以及速度完全是由使用者來(lái)把控的。操作嫻熟的人員可以快速且完好地把蘋果的皮削掉，而這款自動(dòng)為蘋果去皮的機(jī)器所追求的目標(biāo)是達(dá)成削皮完整、厚度勻稱的完美成效。圖3-10家庭中的去皮工具3.3.3蘋果固定裝置在讓蘋果實(shí)現(xiàn)自動(dòng)去皮的程序里蘋果先是被氣缸精確地推送到蘋果固定針的上面，接著，電機(jī)開(kāi)啟，帶動(dòng)固定針上的蘋果以平穩(wěn)的速率開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。在這同一時(shí)刻，刀片緊緊地貼合于正在旋轉(zhuǎn)的蘋果表面之上，依靠這二者之間產(chǎn)生的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，極為高效且十分精準(zhǔn)地達(dá)成了對(duì)蘋果進(jìn)行去皮的這一操作。為了確保蘋果于旋轉(zhuǎn)期間能夠順暢地轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，固定針在旋轉(zhuǎn)之際需要提供充足的摩擦力要是摩擦力不夠充足的話，就可能會(huì)出現(xiàn)蘋果沒(méi)辦法正常轉(zhuǎn)動(dòng)的情況，進(jìn)而對(duì)蘋果的去皮效果產(chǎn)生影響，鑒于這種情況在對(duì)固定針進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，專門在它的周圍刻制了若干花紋。這些別具特色的花紋能夠極大程度地增強(qiáng)蘋果和固定針相互間的作用力保證蘋果在整個(gè)去皮作業(yè)過(guò)程中維持安穩(wěn)的旋轉(zhuǎn)態(tài)勢(shì)。圖3-11蘋果固定針結(jié)構(gòu)圖第4章電機(jī)和傳感器的選擇4.1確定電機(jī)類型電機(jī)身為整個(gè)蘋果自動(dòng)去皮設(shè)備的首要?jiǎng)恿υ搭^直接管控著工作臺(tái)的各種動(dòng)作，其中包括間歇式的運(yùn)動(dòng)、持續(xù)的圓周運(yùn)動(dòng)以及靜止?fàn)顟B(tài)這便對(duì)電機(jī)啟動(dòng)和停止時(shí)所產(chǎn)生的慣性提出了極為苛刻的標(biāo)準(zhǔn)，并且電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)還必須具備優(yōu)良的可操控性。考慮到本蘋果自動(dòng)去皮機(jī)采用可編程邏輯控制器（PLC）來(lái)實(shí)現(xiàn)控制功能經(jīng)過(guò)全面權(quán)衡之后，最終確定選用步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)屬于一種用于開(kāi)環(huán)控制范疇的元件，它能夠把電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蛘呔€位移在不存在超載情況的工作條件下電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度以及停止時(shí)所在的位置僅僅和脈沖信號(hào)的頻率與脈沖的數(shù)量相關(guān)不會(huì)受到負(fù)載變化情況的影響。給電機(jī)輸送一個(gè)脈沖信號(hào)，它便會(huì)精確地轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角。操作人員可以通過(guò)精確控制脈沖的個(gè)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)角位移量的精準(zhǔn)把控，進(jìn)而達(dá)成準(zhǔn)確定位的目標(biāo)；同時(shí)，還能通過(guò)調(diào)節(jié)脈沖頻率來(lái)靈活控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，最終實(shí)現(xiàn)調(diào)速的功能。圖4-1步進(jìn)電機(jī)圖4.2步進(jìn)電機(jī)參數(shù)步進(jìn)電機(jī)的基本參數(shù)：接收電脈沖信號(hào)的步進(jìn)角。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩：持續(xù)運(yùn)動(dòng)時(shí)的平均轉(zhuǎn)矩。最大空載啟動(dòng)和運(yùn)行頻率相數(shù)和拍數(shù)確定蘋果削皮機(jī)上的步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)選用110系列電機(jī)，參數(shù)如下：表4-1步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)110系列電機(jī)絕緣電阻:500VDC100MMin軸向間隙:0.10.3mm徑向跳動(dòng):0.02mmMax溫升:65KMax絕緣強(qiáng)度:550V50Hz1Minute環(huán)境溫度:-20C+55C絕緣等級(jí):B型號(hào)步距角()保持轉(zhuǎn)矩(Nm)靜態(tài)相電流(A)相電阻()相電感(mH)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(g.cm.s2)重量(Kg)110BH2A100-5041.812.75.00.951555005.0110BH2A150-654216.51.1518.9110008.4110BH2A165-604266.00.6514130009.5110BH2A200-654306.51.722.51620011.7型號(hào)長(zhǎng)度:L110BH2A100-504100mm110BH2A150-654150mm110BH2A165-604165mm110BH2A200-654200mm選用110系列電機(jī)中110BH2A200-604這一型號(hào)電機(jī)，該電機(jī)步距角1.8，保持轉(zhuǎn)矩26NM。長(zhǎng)度L為165mm.確定蘋果削皮機(jī)上的旋轉(zhuǎn)電機(jī)在進(jìn)行蘋果削皮的流程中，蘋果被固定在固定針上，隨著工作臺(tái)一起旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)過(guò)程中，蘋果自身會(huì)進(jìn)行自轉(zhuǎn)，它的旋轉(zhuǎn)速度比工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度快很多。同時(shí)，考慮到實(shí)際的工作需求，蘋果的旋轉(zhuǎn)需要能夠及時(shí)停下來(lái)。這一系列復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)要求，對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)控制提出了較高標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)多方面的考慮，我最終選定步進(jìn)電機(jī)作為它的驅(qū)動(dòng)設(shè)備。表4-2步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)57系列電機(jī)絕緣電阻:500VDC100MMin軸向間隙:0.10.3mm徑向跳動(dòng):0.02mmMax溫升:65KMax絕緣強(qiáng)度:550V50Hz1Minute環(huán)境溫度:-20C+55C絕緣等級(jí):B型號(hào)步距角()保持轉(zhuǎn)矩(Nm)靜態(tài)相電流(A)相電阻()相電感(mH)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(g.cm.s2)重量(Kg)57BH2A41-1481.80.51.41.41.41350.457BH2A56-28812.80.751.23000.757BH2A76-2881.472.812.14801.057BH2A76-304231.35.04801.0單位：mmL:57BH2A41-148=41L:57BH2A56-288=56L:57BH2A76-288=76L:57BH2A76-304=76選用型號(hào)為57BH2A76-304的步進(jìn)電機(jī)，步距角是1.8，保持轉(zhuǎn)矩2NM，機(jī)身長(zhǎng)度L是76mm.4.3傳感器的選擇選用TEConnectivityMS583702BA06-50傳感器，它是一款高精度絕對(duì)壓力傳感器（測(cè)量范圍4.35~17.4PSI，支持I2C輸出），能很好的感應(yīng)蘋果的放置。第5章軸設(shè)計(jì)校核及軸承的選擇5.1短軸的設(shè)計(jì)（1）短軸最小直徑的確定選取軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），查資料得：軸的最小直徑材料相關(guān)系數(shù)表16.2軸強(qiáng)度計(jì)算公式的系數(shù)軸的材料Q235，20Q255，Q275，354540Cr,38SiMnMo等12152025303540455216014813512511811210610298求得輸入軸的最小直徑考慮軸要開(kāi)鍵槽所以（2）短軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用以下軸上零件的裝配方案：由于該軸最左端安裝刀架，因此設(shè)計(jì)了的螺紋，便于固定刀架。安裝齒輪處的軸段的直徑齒輪采用軸肩和螺栓進(jìn)行定位。圓錐齒輪的周向定位采用平鍵連接，平鍵截面：鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為24mm，同時(shí)為保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的尺寸公差為。取軸端倒角為5.2短軸的校核（1）軸受力圖（2）水平面（xy平面）受力圖（3）水平彎矩圖（4）垂直（xz平面）受力圖（5)垂直面彎矩圖（6)合成彎矩圖（7)轉(zhuǎn)矩圖（8)當(dāng)量彎矩圖（9）軸強(qiáng)度校核==故軸安全。5.3軸承的選擇（1）短軸上軸承的選擇選用壽命長(zhǎng)的軸承，因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力，但由于此錐齒輪轉(zhuǎn)速很慢，所以軸向力可以忽略，主要就是徑向力，故選用深溝球軸承，參照工作要求并根據(jù)，選取軸承代號(hào)6304，其尺寸為，采用軸肩進(jìn)行軸向定位，取中間一段軸直徑。長(zhǎng)軸上軸承的選擇選用壽命長(zhǎng)的軸承，由于工作筒全部有安裝在長(zhǎng)軸上一個(gè)軸承承擔(dān)，所以該軸承承受的軸向力較大，深溝球軸承雖然可以承受小部分的軸向力，但是考慮壽命及經(jīng)濟(jì)因素，確定使用推力球軸承，該種軸承只能受單向軸向載荷。選用軸承代號(hào)為7204C，其尺寸為。

第6章