第一章緒論1.1研究背景紅棗是人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾澄?，其具有較為可口的口味，豐富的營養(yǎng)，在我國的種植歷史已超過3500余年[1]。紅棗不僅在我國得到了廣泛的種植，在世界多國也作為經(jīng)濟(jì)作物完成種植，全世界主要分布在亞洲國家，在緬甸、越南這些國家可以當(dāng)做經(jīng)濟(jì)作物進(jìn)行種植，具有較高的經(jīng)濟(jì)效果[2]。在其他國家的紅棗種植較少，美洲、歐洲等國家基本很少種植紅棗作物，同時(shí)，這些紅棗種植主要由亞洲及我國進(jìn)口。紅棗在我國種植主要是新疆和田一代最為出名，這個(gè)區(qū)域的天氣適宜紅棗種植，其生產(chǎn)的紅棗具有較高營養(yǎng)及產(chǎn)量，廣銷海內(nèi)外[3-6]。紅棗是大棗種類中的一種，其內(nèi)部含有多種營養(yǎng)物質(zhì)，不僅能夠作為水果進(jìn)行食用，也可以加工為面點(diǎn)等副產(chǎn)品滿足人們的食物需求[7]。根據(jù)科學(xué)分析，紅棗內(nèi)部含有多種維生素、糖類、氨基酸等營養(yǎng)成分，這些對(duì)人體都具有補(bǔ)充作用和一定的好處。同時(shí)，紅棗中的維生素C是含量最多的幾種水果之一，每斤的含量能夠超過500mg，比傳統(tǒng)的蘋果、橘子等多了數(shù)十倍，其維生素C的含量是我國常用的水果中的最多一類。根據(jù)中醫(yī)記載，紅棗性柔易消化，可以用來安神、養(yǎng)血等用途，尤其可以作為治療貧血的重要輔材之一。因此，紅棗具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值而被國內(nèi)人們廣泛喜愛，其生產(chǎn)產(chǎn)量也是與日俱增。圖1-1紅棗雖然人們生活水平的提高，人們對(duì)美麗的追求及渴望也是與日俱增，根據(jù)研究，紅棗對(duì)于人們的美容方面也具有一定的作用。由于紅棗的上述益處，已經(jīng)作為我國重要的休閑食品之一，并且，在佳節(jié)過年之際，很多人也將紅棗作為禮物送給親朋好友，得到了人們的廣泛喜愛，因此，市場對(duì)紅棗的需求量也是越來越大，紅棗的價(jià)格相對(duì)也是呈現(xiàn)逐步增長的趨勢，很多農(nóng)民發(fā)展紅棗產(chǎn)業(yè)也能夠作為致富脫貧的一條道路。紅棗是我國具有代表性的出口農(nóng)產(chǎn)品，不僅在國內(nèi)廣受歡迎，其他國家也很喜歡紅棗產(chǎn)品，在國際市場上，中國的紅棗及其深加工產(chǎn)品外銷二十多個(gè)國家地區(qū)，我國紅棗的出口產(chǎn)量呈現(xiàn)每年遞增的趨勢[8-10]。圖1-22014-2019紅棗產(chǎn)量圖1-32014-2020紅棗進(jìn)出口量1.2國內(nèi)研究現(xiàn)狀大棗作為我國的典型種植產(chǎn)物，其加工的現(xiàn)代化水平直接決定了大棗副產(chǎn)品的國際競爭力。通過分析大棗的加工工藝，去核工序是其中的關(guān)鍵一個(gè)工序，提高去核工序的加工工藝水平對(duì)于提高大棗的生產(chǎn)效率具有重要的意義[11]。我國的大棗加工設(shè)備最早在1980年左右開始研發(fā)，其初步技術(shù)路線主要是模仿歐美的生產(chǎn)設(shè)備，但是，這些設(shè)備的生產(chǎn)可靠性較低，并沒有得到廣泛的應(yīng)用[12]?，F(xiàn)有的大棗加工機(jī)械還是以大型化為主，其加工成本較高，同時(shí)，這些設(shè)備也并不能滿足正常使用需求，因此，現(xiàn)有的大棗去核工序還是采用手工去核為主，去核的速度較慢，并且耗費(fèi)了大量的人力物力，很少有年輕人愿意從事這方面的工作[13-15]。人工去核的工藝動(dòng)作一般是有一個(gè)放置大棗的模具，工人手工將需要去核的大棗放入到模具中，之后，這個(gè)模具上面有一個(gè)去核機(jī)構(gòu)，工人通過操作手柄，可以帶動(dòng)頂部的去核針完成往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，可以將放入到模具內(nèi)部的紅棗完成去核動(dòng)作。在實(shí)際使用過程中，模具會(huì)發(fā)生磨損等情況，同時(shí)，由于各個(gè)紅棗的尺寸有所差異，因此，去核會(huì)導(dǎo)致部分紅棗無法完成去核，影響整體的紅棗去核效果[16-18]，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖1-4人工紅棗去核機(jī)寧天德設(shè)計(jì)出一個(gè)半自動(dòng)的硬棗去核劃皮機(jī)，解決了不同形狀的紅棗定位夾緊問題，去核效果較好。但是需要人工上下料，自動(dòng)化程度偏低，生產(chǎn)效率沒有得到顯著提高[19]。彭三河研發(fā)了大棗的輔助去核設(shè)備，這種去核設(shè)備是采用回轉(zhuǎn)臺(tái)的工作原理，在回轉(zhuǎn)臺(tái)上面設(shè)置了多個(gè)紅棗的加工工位，通過去核針的反復(fù)運(yùn)動(dòng)，能夠完成紅棗的高效去核動(dòng)作，并且，這些去核針有專用的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，可以保證去核的動(dòng)作的準(zhǔn)確性[20]。王在政研發(fā)了大棗去核裝置，這種裝置能夠?qū)崿F(xiàn)大棗的自動(dòng)送料，同時(shí)，由于大棗的尺寸有所差異，能夠根據(jù)大棗的不同尺寸合理改變送棗速度，這個(gè)設(shè)備也是采用了回轉(zhuǎn)工作臺(tái)的工作原理，在工作臺(tái)上設(shè)置有大棗的安裝定位裝置，在完成去核作業(yè)之后，這些紅棗可以自動(dòng)實(shí)現(xiàn)出料，整體的工作效率較高，能夠滿足現(xiàn)代化的工作要求[21]。圖1-5紅棗去核機(jī)在水果的分級(jí)方面，李慶中做了一定的研究工作，它采用圖像識(shí)別的技術(shù)手段，設(shè)置了圖像識(shí)別的鏡頭，能夠完成不同尺寸的蘋果的自動(dòng)分選工作，在實(shí)際使用過程中，由于光源的效果有所差異，蘋果分選效果并不良好。同時(shí)，周欽也研發(fā)了根據(jù)尺寸完成的柑橘分選機(jī)，這種設(shè)備不僅能夠完成柑橘的分選功能，而且，可以通過圖像識(shí)別技術(shù)，完成柑橘表面的疤痕、凹坑等缺陷的是被工作，經(jīng)過實(shí)際測試，分選效果達(dá)到了90%，但是，這種技術(shù)的工作效率較低，需要柑橘靜止?fàn)顟B(tài)才能夠識(shí)別高效識(shí)別，影響了整條生產(chǎn)線的運(yùn)輸速度[22]。圖1-6柑橘分級(jí)機(jī)應(yīng)義斌對(duì)水果分選設(shè)備都展開了研究并取得了很多研究成果，他的研究方向主要集中于水果的分選生產(chǎn)線，在考慮輸送速度的前提現(xiàn)，提高了水果的識(shí)別率，識(shí)別率能夠控制在8%，這種設(shè)備能夠適用于柑橘、蘋果等不同水果的分選工作，但是不適用于紅棗的分選，在分選輸送過程中，機(jī)器的振動(dòng)容易造成紅棗外皮的破損，并且分選準(zhǔn)確率低，無法滿足分選的需求，即影響了紅棗的品質(zhì)還降低工作效率。a.滾筒式b.滾軸式c.膠帶式圖1-7紅棗分級(jí)機(jī)1.3國外研究現(xiàn)狀國外的食品加工設(shè)備發(fā)展較為迅速，由于國外的自動(dòng)化設(shè)備發(fā)展時(shí)間較早，同時(shí)，國外食品企業(yè)的人力成本也較高，因此，歐美發(fā)達(dá)國家在1960年已經(jīng)開始了水果去核設(shè)備的研制工作，這些國家主要包括美國、英國、德國等國家率先推出了一批具有代表性的視頻加工設(shè)備，這些設(shè)備在自動(dòng)化水平領(lǐng)先我國[23-25]。在1980年，美國FMC公司研發(fā)了旋轉(zhuǎn)式水果去核裝置，這種設(shè)備主要是采用特制的模具對(duì)水果進(jìn)行固定和移動(dòng)，同時(shí)，針對(duì)不同的水果，這個(gè)模具可以更換，同時(shí)，在模具底下設(shè)置有旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸，通過轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，可以帶動(dòng)水果的旋轉(zhuǎn)，完成水果果肉和果核的分離，實(shí)現(xiàn)水果去核的自動(dòng)化作業(yè)。德國的BERT公司在水果加工領(lǐng)域也研發(fā)了相關(guān)的產(chǎn)品，其代表性的水果去核機(jī)可以應(yīng)用于桃子、蘋果、李子等多種水果。去核機(jī)構(gòu)主要是采用兩個(gè)旋轉(zhuǎn)輥軸，將水果放置在設(shè)備內(nèi)部，通過練過旋轉(zhuǎn)輥軸完成水果的擠壓，進(jìn)而，實(shí)現(xiàn)水果內(nèi)部的果核完成分離，具有較高的生產(chǎn)速度，可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)化的作業(yè)生產(chǎn)，廣發(fā)應(yīng)用于各種大型工廠內(nèi)。1.4研究意義隨著大棗的去核加工工序是大棗加工的重要一個(gè)步驟之一，而隨著紅棗的副產(chǎn)品的品類逐漸增多，對(duì)大棗的需求量也是越來越大，而手工加工紅棗的作業(yè)方法已經(jīng)不能滿足大棗的加工要求，加工速度較低，因此，急需研制大棗的自動(dòng)化加工設(shè)備，提高大棗的加工速度，降低加工成本及勞動(dòng)人員數(shù)量，實(shí)現(xiàn)大棗的自動(dòng)化加工。1.5研究內(nèi)容（1）分選機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（2）紅棗去核機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。（3）完成設(shè)備主要零部件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。（4）建立三維零件圖，并進(jìn)行總體裝配、仿真設(shè)計(jì)。

第二章總體方案確定2.1總體結(jié)構(gòu)確定本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的紅棗去核機(jī)主要包括分選功能，去核功能兩部分，首先，通過進(jìn)料槽使得紅棗進(jìn)入到分選輸送帶中，分選輸送帶采用多根間距逐漸變化的輸送帶組成，這種輸送帶可以實(shí)現(xiàn)分選范圍的逐漸變化，不同于篩網(wǎng)分選機(jī)，可以完成多級(jí)紅棗的分選，整體結(jié)構(gòu)較為簡單，且傳動(dòng)系統(tǒng)比較簡單，只需要帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)即可，而多級(jí)滾筒分選機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，每個(gè)滾筒都需要驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，易出現(xiàn)故障。分選輸送帶通過驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)，紅棗根據(jù)尺寸的不同，能夠掉入到下側(cè)的導(dǎo)向板中，進(jìn)而，進(jìn)入到不同尺寸的分選尺寸槽內(nèi)，剩下的最大的紅棗運(yùn)動(dòng)到輸送帶的末端，通過導(dǎo)向槽，能夠?qū)⒓t棗的方向豎直起來，進(jìn)入到下側(cè)的紅棗模具中，由于已經(jīng)經(jīng)過了分選，紅棗的尺寸相對(duì)比較平均，模具的固定性能會(huì)較好。輸送帶帶動(dòng)模具運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到去核工位。去核機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)帶動(dòng)V形帶轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而，帶動(dòng)齒輪減速器轉(zhuǎn)動(dòng)，而后，帶動(dòng)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，能夠帶動(dòng)去核針運(yùn)動(dòng)，完成紅棗的去核，剩下的紅棗能夠進(jìn)入到收料槽內(nèi)。圖2-1機(jī)構(gòu)簡圖1-進(jìn)料槽；2-分選輸送帶電機(jī)；3-分選收料槽；4-導(dǎo)向滑道；5-分選輸送帶；6-導(dǎo)向槽；7-卡具；8-去核針；9-輸送帶；10-收料槽；11-電機(jī)；12-V形帶；13-齒輪；14-錐齒輪；15-曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；2.2分級(jí)方案對(duì)比及確定2.2.1輥式尺寸分級(jí)機(jī)輥式尺寸分級(jí)機(jī)是指利用按一定間距架設(shè)在固定支架上的若干個(gè)輥?zhàn)觼磔斔统杉锲返妮斔蜋C(jī)，通過調(diào)整各個(gè)輥?zhàn)拥拈g距大小，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同尺寸的紅棗的輸送功能。這種傳動(dòng)設(shè)備的傳動(dòng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，一般需要鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)方式才能夠滿足每個(gè)滾筒的驅(qū)動(dòng)要。這種機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，但是，由于每個(gè)輥?zhàn)佣夹枰鲃?dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以，傳動(dòng)系統(tǒng)較為復(fù)雜，加工成本較高。圖2-2輥式分級(jí)機(jī)2.2.2輸送帶式尺寸分級(jí)機(jī)輸送帶是常用的物料輸送設(shè)備之一，隨著自動(dòng)化設(shè)備及生產(chǎn)線的逐漸發(fā)展，輸送帶已經(jīng)成為了最常用的一種輸送設(shè)備，整體結(jié)構(gòu)較為簡答，適用于不同的場景，其采用橡膠彈性材料，可以保護(hù)輸送物質(zhì)免受傷害。輸送帶式尺寸分級(jí)機(jī)采用多根尺寸分布不均的皮帶組成分級(jí)輸送裝置，在紅棗的輸送過程中，通過紅棗的輸送，能夠?qū)⒊叽绮煌募t棗掉入到下側(cè)的收料槽內(nèi)，完成紅棗的分揀和輸送功能，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖2-3輸送帶式分級(jí)機(jī)2.2.3方案確定通過分析上述方案，能夠確定采用皮帶式分揀機(jī)構(gòu)其結(jié)構(gòu)更為簡單，不須要增加繁瑣的傳動(dòng)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)紅棗的高效分揀需求。紅棗按照尺寸大小能夠分為特級(jí)、一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)、四級(jí)，一般四級(jí)的寬度為1.6-2cm，三級(jí)的寬度為2-2.6cm，二級(jí)的寬度為2.6-3cm，一級(jí)的寬度為3-3.5cm，特級(jí)的寬度為3.5-3.8cm。本項(xiàng)目采用輸送帶完成紅棗的分選，最終的紅棗尺寸的寬度范圍為特級(jí)紅棗，寬度為3.5-3.8cm。分析紅棗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，考慮到紅棗的外表面的表層較軟，采用鋼質(zhì)的托輥機(jī)構(gòu)極易造成紅棗的外皮損壞等情況，對(duì)紅棗的后期銷售造成不利的影響，因此，本項(xiàng)目在調(diào)研各種方案之后，綜合考慮本項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，采用梯形皮帶輸送方式，完成紅棗形狀的逐漸分選。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的紅棗分選機(jī)組成單元包括帶輪、轉(zhuǎn)軸、機(jī)架、軸承座、出料斗等結(jié)構(gòu)，通過電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力源，采用V帶輪作為傳動(dòng)方式，通過電機(jī)帶動(dòng)V帶輪旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而，帶動(dòng)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，完成對(duì)輸送帶的傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)，為了提高整機(jī)的工作效率，采用4個(gè)轉(zhuǎn)軸作為傳動(dòng)轉(zhuǎn)軸，這4個(gè)轉(zhuǎn)軸通過輸送帶的帶動(dòng)，能夠?qū)崿F(xiàn)4個(gè)轉(zhuǎn)軸的等速同向轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠提高整機(jī)的驅(qū)動(dòng)能力。皮帶是本項(xiàng)目的主要工作部件，他的作用為分選和傳動(dòng)兩個(gè)作用，皮帶是呈梯形的布置方式，前端的兩個(gè)皮帶的間隙較小，能夠使得尺寸最小的紅棗從兩個(gè)傳送帶之間的間隙掉入到底部的收料槽內(nèi)，之后，隨著皮帶的輸送，兩條皮帶的間隙也逐漸變大，進(jìn)而，使得相應(yīng)尺寸的紅棗能夠通過輸送帶的間隙掉入到收料槽中，完成了紅棗的尺寸分選及收集的目的，最終，最大的紅棗能夠被收集到最終的收料槽內(nèi)，按照紅棗的不同尺寸，完成了5種規(guī)格的紅棗的收料。圖2-4分選輸送帶2.3去核方案對(duì)比及確定2.3.1圓柱凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)是自動(dòng)化設(shè)備常用的一種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，主要是通過凸輪溝槽的不同形狀，帶動(dòng)輥?zhàn)油瓿蛇\(yùn)動(dòng)，進(jìn)而，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)末端按照特定軌跡完成運(yùn)動(dòng)，整體的運(yùn)動(dòng)接觸屬于高副接觸的一種，受力情況較為嚴(yán)苛，一般不能承受較大的載荷。優(yōu)點(diǎn)：凸輪機(jī)構(gòu)的輪廓線可以根據(jù)設(shè)計(jì)完成不同的運(yùn)動(dòng)規(guī)律的運(yùn)動(dòng)，整體的運(yùn)動(dòng)可以較為復(fù)雜，滿足多種間歇運(yùn)動(dòng)的要求。缺點(diǎn)：設(shè)計(jì)和加工要求較高，且不能承受較大的載荷。圖2-5圓柱凸輪機(jī)構(gòu)示意圖2.3.2連桿方案連桿機(jī)構(gòu)是一種低副的運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過連桿的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可以完成大行程、大載荷的一些傳動(dòng)方案，而且，設(shè)計(jì)不同的連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方案，可以滿足轉(zhuǎn)動(dòng)、直線運(yùn)動(dòng)、急回運(yùn)動(dòng)等多種運(yùn)動(dòng)類型。優(yōu)點(diǎn)：連桿機(jī)構(gòu)的加工較為簡單，加工成本較低，并且，連桿機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)大行程的直線運(yùn)動(dòng)。缺點(diǎn)：連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律較為復(fù)雜，不能按照設(shè)計(jì)師的需求完成某些特定的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，在運(yùn)動(dòng)過程中速度不勻速。圖2-6連桿方案示意圖2.3.3盤形凸輪連桿方案優(yōu)點(diǎn)：可實(shí)現(xiàn)急回運(yùn)動(dòng)規(guī)律結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，可獲得任意運(yùn)動(dòng)規(guī)律。缺點(diǎn)：動(dòng)載荷較大，傳動(dòng)效率較低，傳動(dòng)不穩(wěn)定，沖擊與振動(dòng)較大。圖2-7盤形凸輪連桿方案示意圖2.3.4齒輪齒條方案齒輪齒條傳動(dòng)方式是機(jī)械設(shè)備最常使用的傳動(dòng)方式之一，這種傳動(dòng)方式只要是通過齒輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)齒條的直線運(yùn)動(dòng)，齒輪主要是作為主動(dòng)力源，而齒條作為從動(dòng)運(yùn)動(dòng)元件，這種傳動(dòng)方式運(yùn)動(dòng)較為可靠，使用壽命較高，但是，由于齒輪和齒條在嚙合過程中是有反向嚙合間隙的，因此，回程的運(yùn)動(dòng)精度較低。2.3.5絲杠傳動(dòng)方案絲杠螺母的運(yùn)動(dòng)主要是采用絲桿帶動(dòng)絲杠螺母的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，這種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是機(jī)械設(shè)備直線運(yùn)動(dòng)最常使用的一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，由于滾珠絲杠的運(yùn)動(dòng)精度較高，能夠滿足高精度的定位要求，實(shí)現(xiàn)整機(jī)的高效定位和控制。2.3.6方案確定去核機(jī)構(gòu)是典型的往復(fù)直線機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，通過分析其運(yùn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，能夠確定初步方案。綜上所述，選擇方案2作為優(yōu)選方案，連桿機(jī)構(gòu)是最為常用的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)方案，其加工簡單，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，能夠滿足本項(xiàng)目的應(yīng)用要求。2.4動(dòng)力方式選擇1.電動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：由于電機(jī)是目前機(jī)械設(shè)備最常用的驅(qū)動(dòng)單元，同時(shí)，機(jī)械設(shè)備的使用場景變化較多，因此，隨著電機(jī)的發(fā)展，電機(jī)的種類也較多，驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照供電的電源方式可以分為直流電機(jī)、交流電機(jī)，按照是否能夠準(zhǔn)確停止，可以分為同步電機(jī)、異步電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等多種型號(hào)，其優(yōu)點(diǎn)主要包括：采購成本低、不需要外部搭建動(dòng)力源、其轉(zhuǎn)速較為恒定并易完成控制。缺點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)能力較低，一般需要搭配減速器或者傳動(dòng)單元使用。2.氣動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：工作介質(zhì)較為干凈、無污染，動(dòng)作速度較快，可完成快速的反應(yīng)和動(dòng)作。缺點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)能力較低，一般不能完成大負(fù)載的驅(qū)動(dòng)；噪音較大，對(duì)操作熱源造成一定的傷害；無法完成位置控制，只能夠完成末端兩個(gè)位置控制。3.液壓傳動(dòng)優(yōu)點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)能力較強(qiáng)，一般應(yīng)用于工程機(jī)械或者其他重載荷機(jī)械設(shè)備；運(yùn)動(dòng)速度較為穩(wěn)定，可以較為便捷控制增速和減速。缺點(diǎn)：對(duì)環(huán)境污染較大；需要配備液壓泵站，整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，成本較高。機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力源可以選取氣動(dòng)、液壓及電能三種動(dòng)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(dòng)和液壓外接動(dòng)力源，就可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)的高效工作，因此，本項(xiàng)目采用電機(jī)作為動(dòng)力源。2.5傳動(dòng)系統(tǒng)選型整體的傳動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本文完成了多種傳動(dòng)系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)，這些傳動(dòng)系統(tǒng)方案主要將常用的齒輪傳動(dòng)方式、V形帶傳動(dòng)方式等合理組合，同時(shí)，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的設(shè)備的整機(jī)工況較為嚴(yán)苛，在戶外場地使用，使用環(huán)境粉塵較多，設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)的時(shí)候，需要考慮這種工作環(huán)境的條件，保證在這種環(huán)境下能夠可靠使用，并且，本臺(tái)設(shè)備不屬于高精密設(shè)備，一些精密傳動(dòng)及成本較高的傳動(dòng)方式如諧波齒輪傳動(dòng)、擺線針輪傳動(dòng)等均不適用于本套系統(tǒng)，因此，對(duì)設(shè)計(jì)的三個(gè)方案進(jìn)行對(duì)比分析。2.8a所示方案一是采用齒輪傳動(dòng)的方式，這種齒輪傳動(dòng)能夠保證設(shè)備的高效率運(yùn)行，但是，齒輪傳動(dòng)一般不能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離的傳動(dòng)，需要將執(zhí)行機(jī)構(gòu)和電機(jī)布置的位置較近，并且對(duì)電機(jī)的安裝也具有較高要求，在運(yùn)行過程中，有可能導(dǎo)致電機(jī)振動(dòng)，而造成損壞。2.8b所示方案二是蝸輪蝸桿傳動(dòng)方式，這種傳動(dòng)方式的傳動(dòng)比較大，并且，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的垂直傳動(dòng)，但是，這種傳動(dòng)方式的傳動(dòng)效率較低，易產(chǎn)生發(fā)熱的問題。2.8c所示方案三是采用V形帶的傳動(dòng)方案，這種傳動(dòng)方式作為遠(yuǎn)距離傳動(dòng)的常用傳動(dòng)手段，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)作用，V形帶和帶輪之間通過摩擦力能夠?qū)崿F(xiàn)相互的傳動(dòng)，摩擦傳動(dòng)方式不同于剛性傳動(dòng)，可以具備一定的柔性量，不會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)電機(jī)卡死等問題。因此，根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際工況和安裝條件，選取方案三作為本項(xiàng)目的優(yōu)選方案。

(a)齒輪傳動(dòng)(b)蝸輪蝸桿傳動(dòng)(c)V形帶傳動(dòng)圖2-8傳動(dòng)系統(tǒng)2.6本章小結(jié)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的紅棗去核機(jī)主要包括分選功能，去核功能兩部分，分別對(duì)分選機(jī)構(gòu)、去核機(jī)構(gòu)完成機(jī)構(gòu)選型，確定紅棗去核機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案，并完成傳動(dòng)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

第三章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1分選機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)根據(jù)上章節(jié)的論述，本項(xiàng)目選擇的傳動(dòng)方案是采用V形帶與電機(jī)搭配運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)方案，驅(qū)動(dòng)的動(dòng)力源是采用電能的供電方式，機(jī)械設(shè)備的動(dòng)力源可以選取氣動(dòng)、液壓及電能三種動(dòng)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(dòng)和液壓外接動(dòng)力源，就可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)的高效工作，因此，本項(xiàng)目采用電機(jī)作為動(dòng)力源。圖3-1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖3.1.1確定電機(jī)的選擇本項(xiàng)目分析輸送皮帶的能量消耗，輸送皮帶設(shè)計(jì)運(yùn)料速度為0.5m/s，根據(jù)結(jié)構(gòu)確定滾筒的直徑為60mm，因此，能夠計(jì)算得出滾筒的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)速n。（3-1）工作機(jī)有效功率P=，取輸送滾筒的設(shè)計(jì)最大有效扭矩為T=30Nm，因此，能夠計(jì)算得出。（3-2）計(jì)算得出末端的負(fù)載功率之后，需要通過分析傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，進(jìn)而，能夠得出驅(qū)動(dòng)電機(jī)的最小驅(qū)動(dòng)功率，本次的傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)鏈主要包括帶輪，末端傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為3級(jí)的帶輪。本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力來源為電動(dòng)機(jī)，它為整個(gè)系統(tǒng)每個(gè)組件的運(yùn)作提供了動(dòng)力，本系統(tǒng)需求動(dòng)力為0.5kw，本次設(shè)計(jì)應(yīng)用2級(jí)減速，其中選擇齒輪減速器的工作效率為0.99，選擇V形帶減速的效率為0.96，初選聯(lián)軸器傳遞功率值是0.99，可以由公式得出輸入功率P為：（3-3）由于電機(jī)是目前機(jī)械設(shè)備最常用的驅(qū)動(dòng)單元，同時(shí)，機(jī)械設(shè)備的使用場景變化較多，因此，隨著電機(jī)的發(fā)展，電機(jī)的種類也較多，驅(qū)動(dòng)電機(jī)按照供電的電源方式可以分為直流電機(jī)、交流電機(jī)，按照是否能夠準(zhǔn)確停止，可以分為同步電機(jī)、異步電機(jī)、伺服電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等多種型號(hào)。根據(jù)本項(xiàng)目研發(fā)的設(shè)備的使用工況，其對(duì)停止位置并沒有要求，電機(jī)為持續(xù)運(yùn)行，同時(shí)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率較大，為戶外運(yùn)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(dòng)機(jī)，這種電機(jī)的成本較低，運(yùn)行較為可靠，在中大型設(shè)備中得到了廣泛的應(yīng)用。選擇的型號(hào)為Y90L-6，驅(qū)動(dòng)功率為1.1kw，轉(zhuǎn)速為910r/min。計(jì)算減速比（3-4）確定減速比的分配方式，選用帶傳動(dòng)的減速比為1.5，選擇齒輪減速器的減速比為3.8，經(jīng)過計(jì)算與核對(duì)，該減速比符合要求。3.1.2聯(lián)軸器設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)備中，電機(jī)是最常用的動(dòng)力源，而電機(jī)的輸出動(dòng)力方式一般為一個(gè)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)軸，為了將這個(gè)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)軸和執(zhí)行單元的轉(zhuǎn)軸相互穩(wěn)定連接，需要采用聯(lián)軸器。聯(lián)軸器的功能是將兩個(gè)轉(zhuǎn)軸相互連接，實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)轉(zhuǎn)軸之間的轉(zhuǎn)速及扭矩的傳動(dòng)功能，目前，聯(lián)軸器發(fā)展較為成熟，能夠滿足低速、高速、重載等不同工況的需求，傳動(dòng)效率能夠達(dá)到99%，保證了整體傳動(dòng)系統(tǒng)的穩(wěn)定及高效運(yùn)行。聯(lián)軸器安裝種類能夠分為彈性和剛性兩種，彈性型號(hào)更加便于安裝，對(duì)轉(zhuǎn)軸的實(shí)際工況要求較低，能夠應(yīng)用于一些不容易安裝的場合，但是，其傳動(dòng)效率要低于剛性型號(hào)。聯(lián)軸器的選型需要考慮實(shí)際工況的負(fù)載、轉(zhuǎn)速、安裝方式、使用環(huán)境、采購成本等多種因素，選擇較為合適的型號(hào)。聯(lián)軸節(jié)所承受的最大扭矩為：（3-5）因此，計(jì)算得出，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器，額定轉(zhuǎn)矩為50N.m，能夠滿足要求。圖3-2彈性柱銷結(jié)構(gòu)圖3.1.3齒輪設(shè)計(jì)查參考文獻(xiàn)[30]，分別選取小齒輪為40Cr，大齒輪為45鋼；選用7級(jí)精度；選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。大齒輪硬度為280HBS；小齒輪硬度為240HBS。（1）試選小齒輪齒數(shù),大齒輪齒數(shù)，取76。（2）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) （3-6）根據(jù)齒輪減速器的使用工況，試選計(jì)算齒輪轉(zhuǎn)矩T1 查參考文獻(xiàn)[30]，確定齒寬系數(shù)查參考文獻(xiàn)[30]，確定根據(jù)齒輪的材質(zhì)，查參考文獻(xiàn)[30]，確定齒輪接觸強(qiáng)度；。根據(jù)使用年限，計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。 （3-7） （3-8） （3-9）查參考文獻(xiàn)[30]，選取數(shù)值；計(jì)算應(yīng)力 （3-10） （3-11）進(jìn)而，得出 計(jì)算圓周速度v （3-12）計(jì)算齒寬b （3-13）模數(shù)齒高 （3-14）計(jì)算載荷系數(shù)。查參考文獻(xiàn)[30]得；直齒輪；查參考文獻(xiàn)[30]得，； （3-15）因此，得出 （3-16）（3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) （3-17）查參考文獻(xiàn)[30]得,小齒輪；大齒輪查參考文獻(xiàn)[30]得，，；計(jì)算彎曲應(yīng)力（3-18）（3-19）計(jì)算載荷系數(shù)K1.782（3-20）查參考文獻(xiàn)[30]；，；比較兩個(gè)齒輪的應(yīng)力系數(shù) （3-21） （3-22）大齒輪的數(shù)值大。將上述數(shù)據(jù)代入，能夠計(jì)算得出 由上述計(jì)算能夠確定，根據(jù)齒輪接觸強(qiáng)度計(jì)算，小齒輪直徑選取25.74mm，根據(jù)齒輪彎曲強(qiáng)度，齒輪模數(shù)選取m=1mm，可以得出小齒輪齒數(shù)和大齒輪齒數(shù)。 ，取1）計(jì)算分度圓直徑 （3-23） （3-24）2）計(jì)算中心距 （3-25）3）計(jì)算齒輪寬度 （3-26）取，。3.1.4V形帶設(shè)計(jì)V形帶作為遠(yuǎn)距離傳動(dòng)的常用傳動(dòng)手段，其特性是一種柔性傳動(dòng)方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)機(jī)的保護(hù)作用，在實(shí)際使用過程中，V形帶傳動(dòng)可以做增速傳動(dòng)，也可以做減速傳動(dòng)，但是，由于尺寸的限制，V形帶傳動(dòng)一般不能夠?qū)崿F(xiàn)大傳動(dòng)比的傳動(dòng)，最大傳動(dòng)比一般控制在4以內(nèi)。V形帶傳動(dòng)可以由帶輪和V形帶組成，通過帶輪的旋轉(zhuǎn)，V形帶和帶輪之間通過摩擦力能夠?qū)崿F(xiàn)相互的傳動(dòng)，摩擦傳動(dòng)方式不同于剛性傳動(dòng)，可以具備一定的柔性量，不會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)電機(jī)卡死等問題，但是，摩擦傳動(dòng)的傳動(dòng)效率較低，一般可以達(dá)到96%，對(duì)于傳動(dòng)效率要求不高的場合可以采用帶傳動(dòng)方式，能夠起到保護(hù)電機(jī)的作用，同時(shí)，帶傳動(dòng)對(duì)于電機(jī)端和負(fù)載端的安裝精度要求較低，具有一定調(diào)節(jié)量，滿足一些安裝較為困難的場合的要求。圖3-3V形帶（1）計(jì)算V形帶功率并選擇合理的帶型根據(jù)設(shè)備的實(shí)際使用工況，確定為振動(dòng)較輕，工作環(huán)境較好的場合，查表確定載荷系數(shù)為1.1，因此，能夠得出（3-27）依據(jù)功率及轉(zhuǎn)速結(jié)果查表應(yīng)選用Z型傳動(dòng)帶。（2）計(jì)算中心距及長度1.確定帶輪直徑根據(jù)帶輪的轉(zhuǎn)速及功率，查表確定小帶輪其基準(zhǔn)直徑。因此，根據(jù)帶輪轉(zhuǎn)速，能夠確定帶的線速度 （3-28）進(jìn)而，代入傳動(dòng)比，確定大帶輪直徑 （3-29）2.確定帶長度（1）根據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)布置要求，初定中心距（2）根據(jù)公式，確定帶長度（3-30）確定基準(zhǔn)長度。（3）計(jì)算實(shí)際中心距（3-31）3.計(jì)算包角及根數(shù)推算小帶輪上包角（3-32）帶輪包角能夠滿足實(shí)際的傳動(dòng)要求。（1）確定單根V帶其額定功率為，，，（3-33）（2）確定V帶的根數(shù)為z。（3-34）根據(jù)結(jié)構(gòu)，確定選取為2根。4.計(jì)算壓軸力（1）確定張緊力 （3-35）實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，需要設(shè)置張緊力。（2）明確壓軸力壓軸力的最小值為 （3-36）5.帶輪材料及結(jié)構(gòu)合理化設(shè)計(jì)帶輪還需要選擇較為合適的帶輪材料，一般帶輪材料可以采用灰鑄鐵，這種采用是典型的鑄造鋼鐵，毛坯一般可以采用鑄造工藝加工，適用于生產(chǎn)批量較大，形狀較為復(fù)雜的零件使用，同時(shí)，灰鑄鐵的力學(xué)性能也較高，能夠滿足帶輪的使用要求。3.2輥軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)軸是機(jī)械設(shè)備的較為常用的一種零部件，其主要特征是由回轉(zhuǎn)體組成，在機(jī)械設(shè)備中能夠起到旋轉(zhuǎn)的作用，可以通過聯(lián)軸節(jié)、傳動(dòng)鍵等零件，實(shí)現(xiàn)與電機(jī)、齒輪、鏈輪之間的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)。在設(shè)計(jì)機(jī)械裝備的過程中，轉(zhuǎn)軸的受力及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是機(jī)械設(shè)計(jì)的典型分析對(duì)象，需要能夠根據(jù)不同受力狀態(tài)下，分析轉(zhuǎn)軸的實(shí)際受力特征，并利用材料力學(xué)、理論力學(xué)、有限元分析方法等手段，完成轉(zhuǎn)軸的強(qiáng)度校核和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為保證整機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行具有重要作用。圖3-4輥軸本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)軸上面主要布置傳動(dòng)帶輪、軸承等零件，根據(jù)實(shí)際的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求，對(duì)其合理化布置，具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖3-5軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（1）1號(hào)軸上面安裝了軸承，軸承的尺寸已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，根據(jù)1號(hào)軸的軸徑，并查找軸承選型手冊，完成2號(hào)軸的軸徑選型，因此，1號(hào)軸的軸徑為40mm。（2）2號(hào)軸上面未安裝零部件，這部分軸的主要作用是形成軸肩，完成對(duì)安裝在1號(hào)軸上的軸承形成軸向的定位作用，同時(shí)，每個(gè)軸承的軸肩定位高度都有著較為規(guī)范化的要求，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)完成3號(hào)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定2號(hào)軸的軸徑為56mm。（3）3號(hào)軸上面安裝了帶輪，根據(jù)結(jié)構(gòu)的布置要求，這個(gè)軸徑的長度需要比帶輪長度略長，軸徑需要和帶輪內(nèi)孔直徑相同，因此，3號(hào)軸的軸徑為40mm。圖3-6軸的整機(jī)結(jié)構(gòu)3.3去核結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.3.1確定電機(jī)的選取本課題分析的去核機(jī)構(gòu)的能量消耗，假設(shè)壓板機(jī)構(gòu)的速度為0.3m/s，壓緊力為200N，因此，能夠計(jì)算去核機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)功率（3-37）由去核速度為0.3m/s，曲柄長度為54mm，能夠計(jì)算曲柄轉(zhuǎn)速為（3-38）本次設(shè)計(jì)的傳動(dòng)系統(tǒng)動(dòng)力來源為電動(dòng)機(jī)，它為整個(gè)系統(tǒng)每個(gè)組件的運(yùn)作提供了動(dòng)力，本系統(tǒng)需求動(dòng)力為60W，本次設(shè)計(jì)應(yīng)用1級(jí)減速，根據(jù)參考文獻(xiàn)[18]選擇V形帶減速的效率為，可由公式得出電機(jī)功率為：（3-39）根據(jù)本項(xiàng)目研發(fā)的設(shè)備的使用工況，其對(duì)停止位置并沒有要求，電機(jī)為持續(xù)運(yùn)行，同時(shí)，電機(jī)的驅(qū)動(dòng)功率較大，為戶外運(yùn)行，采用交流電供電較為方便，因此，選用較為常用的小型齒輪減速電動(dòng)機(jī)，這種電機(jī)的成本較低，運(yùn)行較為可靠，型號(hào)DM05RA-82i60F24，驅(qū)動(dòng)功率為70W，扭矩為2.9N.m，轉(zhuǎn)速為200r/min。計(jì)算減速比（3-40）故減速帶速比為1.88。3.3.2V帶的設(shè)計(jì)1.確定設(shè)計(jì)功率查參考文獻(xiàn)[30]，取，因此，能夠計(jì)算得出:（3-41）上式中為計(jì)算功率；為工作情況系數(shù)；為所需要傳遞的名義功率。2.選擇帶的型號(hào)以及確定帶輪的直徑查參考文獻(xiàn)[30]，選取Z型V帶,選取帶輪1的直徑為。代入減速比，可以算出大帶輪的基準(zhǔn)直徑為（3-42）通常取驗(yàn)算帶的速度v為，故符合要求。3.確定其中心距和V帶的基準(zhǔn)長度1）初定中心距為（3-43）計(jì)算得到因?yàn)槠湟蠼Y(jié)構(gòu)緊湊，故取偏小值，；2）計(jì)算皮帶的長度：（3-44）根據(jù)參考文獻(xiàn)[30]，確定基準(zhǔn)長度為。3)確定其實(shí)際中心距為（3-45）4.計(jì)算小輪的包角，故符合設(shè)計(jì)的要求。5.確定V帶的根數(shù)（3-46）在上面的式子中：為包角的修正系數(shù)，查參考文獻(xiàn)[30]得為帶長的修正系數(shù)，由參考文獻(xiàn)[30]得查參考文獻(xiàn)[30]得，由參考文獻(xiàn)[17]得，由參考文獻(xiàn)[30]得，即可求出其功率增量（3-47）所以帶的根數(shù)為（3-48）故取1根。6.確定V帶其初拉力由參考文獻(xiàn)[30]查得，可以算出（3-49）7.計(jì)算帶輪作用在軸上的壓力（3-50）3.4本章小結(jié)根據(jù)紅棗去核機(jī)的總體結(jié)構(gòu)方案，采用機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理的課程所學(xué)知識(shí)，完成輸送機(jī)構(gòu)的電機(jī)選型、齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及V形帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并完成去核機(jī)構(gòu)的電機(jī)選型、V形帶的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

第四章強(qiáng)度校核4.1齒輪軸強(qiáng)度校核計(jì)算齒輪軸動(dòng)力特性=,=910r/min,（4-1）計(jì)算軸徑查參考文獻(xiàn)[30]得，，則有： （4-2）留有安全余量d=15mm。求作用在齒輪上的力確定圓周力 （4-3）確定徑向力 （4-4）確定左軸承到齒輪中心的距離L2=50mm，右軸承到齒輪中心的距離L3=40mm水平面支反力：FNH1==394.7N（4-5）FNH2==493.3N（4-6）垂直面支反力： （4-7） （4-8）危險(xiǎn)截面處的水平彎矩：MH=FNH1L2=19.73Nm（4-9）危險(xiǎn)截面處的垂直彎矩：MV1=FNV1L2=7.18Nm（4-10）危險(xiǎn)截面處的合成彎矩：M1==21Nm（4-11）確定當(dāng)量轉(zhuǎn)矩，取a=0.6，T=N.m，則有： （4-12）根據(jù)軸徑為20mm，計(jì)算抗彎截面系數(shù) （4-13）因此，計(jì)算應(yīng)力 （4-14）由于軸采用的材料為45#鋼，許用應(yīng)力為60Mpa，滿足性能要求。圖4-1齒輪軸彎矩圖4.2軸承強(qiáng)度校核本項(xiàng)目分析對(duì)象為深溝球軸承，對(duì)其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析。根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命：Lh=12×1×8×300=28800h（4-15）初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P:因該軸承只受徑向力，所以: （4-16）求軸承應(yīng)有的基本額定載荷值C1為:（4-17）根據(jù)軸承樣本手冊，選擇6004軸承，Cr=21kN，因此，能夠得出：（4-18）軸承的穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)間符合設(shè)備的工作要求。4.3輸送帶轉(zhuǎn)軸強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)本項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(shí)，能夠?qū)⑤S承視為轉(zhuǎn)軸的兩側(cè)固定支撐點(diǎn)，在軸承處的受力轉(zhuǎn)矩為0。轉(zhuǎn)軸的受力類型一般可以等效為簡支梁、懸臂梁等模型，通過本項(xiàng)目的轉(zhuǎn)軸的實(shí)際受力狀態(tài)，轉(zhuǎn)軸兩端為固定支點(diǎn)，轉(zhuǎn)軸主要受力為兩個(gè)支點(diǎn)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(duì)其進(jìn)行分析。圖4-2載荷施加方式分析轉(zhuǎn)軸的受力狀態(tài)，如下圖所示。圖4-3軸徑載荷分布圖估算旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的壓力F1為300N，F(xiàn)2為皮帶輪的壓軸力，左軸承距離中心載荷的距離為355mm，中心載荷距離右軸承的距離為355mm，右軸承距離皮帶中心為80mm，根據(jù)理論力學(xué)的轉(zhuǎn)軸受力分析公式，可以計(jì)算得出（4-19）（4-20）式中，為左軸承的受力；為右軸承的受力；為旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)壓力，為-300N；為壓軸力，為N；將上述參數(shù)代入，能夠得出為129.8N，為349N。計(jì)算各支點(diǎn)的作用力并不能有效地反映出轉(zhuǎn)軸的實(shí)際載荷作用情況，一般需要計(jì)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(jì)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(shí)，根據(jù)轉(zhuǎn)軸的受力情況，可以完成各個(gè)不同截面的彎矩狀態(tài)。圖4-4各截面彎矩圖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(gè)軸承的中心處，這個(gè)位置也是簡支梁的彎矩最大處，需要計(jì)算這個(gè)位置的彎矩。（4-21）本文分析的轉(zhuǎn)軸在實(shí)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=N.m，則有： （4-22）最大扭矩的轉(zhuǎn)軸直徑為40mm，計(jì)算抗彎截面系數(shù) （4-23）因此，計(jì)算應(yīng)力 （4-24）本文分析的軸的材料為45鋼，具有較高的強(qiáng)度及較為低廉的制造成本，其使用一般需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，增加鋼材的耐用性。機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)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(yùn)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(dòng)的問題，提高了轉(zhuǎn)軸實(shí)際運(yùn)行的穩(wěn)定性。軸承其作為轉(zhuǎn)動(dòng)和靜止之間的過渡元件，其工況較為嚴(yán)苛，也是機(jī)械設(shè)備最常損壞的零件，因此，對(duì)軸承的合理化選型是保證整機(jī)設(shè)備可靠性的關(guān)鍵一環(huán)[26]。根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命：Lh=12×1×8×300=28800h（4-25）初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷P：因該軸承只受徑向力，所以： （4-26）求軸承應(yīng)有的基本額定載荷值C1為：（4-27）根據(jù)軸承樣本手冊，選擇6008軸承，Cr=21kN，因此，能夠得出：（4-28）軸承可以穩(wěn)定運(yùn)行4.4本章小結(jié)完成齒輪減速器的齒輪傳動(dòng)軸的強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)，輸送帶輥軸的強(qiáng)度校核設(shè)計(jì)，支撐軸承的預(yù)期壽命校核，能夠滿足使用工況要求。

第五章三維實(shí)體建模與仿真5.1三維軟件選擇現(xiàn)有主流機(jī)械三維建模軟件主要包括PROE、UG、CATIA、SolidWorks[27]，通過分析這些零件的優(yōu)缺點(diǎn)，能夠分析得出：（1）PROE在渲染，運(yùn)動(dòng)仿真，鈑金上功能比較強(qiáng)大，并且，proe還具有一定的復(fù)雜建模能力；（2）CATIA在汽車，航天上應(yīng)用比較多，在其他三維建模的方面應(yīng)用較少[28]；（3）UG多用在數(shù)控方面，還有一些比如像powershape配合powermill數(shù)控編程特別強(qiáng)大；（4）SolidWorks軟件目前是非標(biāo)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)最常用的三維建模軟件，這種軟件經(jīng)常被應(yīng)用于機(jī)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(jì)師的合理化設(shè)計(jì)提供參考，同時(shí)，這款軟件作為較為常用的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件，包括齒輪、螺釘、鏈輪、螺母等機(jī)械常用零件的調(diào)用模型庫，能夠節(jié)約設(shè)計(jì)師對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)零件的建模時(shí)間，豐富設(shè)計(jì)手段，目前，SolidWorks軟件已經(jīng)是機(jī)械設(shè)計(jì)師最為有用的設(shè)計(jì)手段，同時(shí)，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(shí)用的機(jī)械設(shè)計(jì)模塊，能夠應(yīng)用這些模塊完成機(jī)械設(shè)備的全面化設(shè)計(jì)[29]。本文采用的三維建模軟件為SolidWorks。5.2整體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)根據(jù)上述章節(jié)完成的零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，對(duì)各零件完成尺寸三維建模，同時(shí)，在裝配過程中，會(huì)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(jì)的實(shí)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(shí)際結(jié)構(gòu)特征。圖5-1整機(jī)三維模型5.3繪制各零件的三維模型由于整機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，考慮到零件加工的便利性和經(jīng)濟(jì)性，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)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(xiàng)目的要求，并降低整機(jī)的制造成本。根據(jù)不同零件的形狀特點(diǎn)，各個(gè)零件主要以機(jī)加件和焊接件為主，各個(gè)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。5.3.1去核機(jī)構(gòu)模型建立本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的去核機(jī)構(gòu)如下圖所示，在完成分選之后的紅棗能夠進(jìn)入到去核的模具。去核模具多個(gè)都是相同的形狀，可以采用直線陣列命令，完成模具的生成。在去核模具的前側(cè)，安裝有去核針，在去核模具到達(dá)去核位置之后，完成紅棗的快速去核。圖5-2去核機(jī)構(gòu)三維模型整體去核機(jī)構(gòu)包括模具、去核針、固定板、連接桿、軸承座、驅(qū)動(dòng)軸、連桿、軸承座、電機(jī)、出料槽、機(jī)架等結(jié)構(gòu)組成，完成這些零件的結(jié)構(gòu)建模，主要采用拉伸、切除、陣列、旋轉(zhuǎn)等命令完成這些零件的建模操作，整體機(jī)構(gòu)是采用同心、配合、重合、陣列等約束，完成這些零件的組裝和定位。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖5-3卡具三維模型圖5-4去核針三維模型圖5-5連桿三維模型5.3.2分選機(jī)構(gòu)模型建立本項(xiàng)目設(shè)計(jì)的分選機(jī)構(gòu)如下圖所示，能夠完成不同尺寸的紅棗的分選工作，主要是采用多根分布距離不同的輸送帶，分選出尺寸不同的紅棗。圖5-6分選機(jī)構(gòu)三維模型整體分選機(jī)構(gòu)包括料槽、輸送帶、減速器、帶輪、導(dǎo)向槽、帶輪、電機(jī)、機(jī)架等結(jié)構(gòu)組成，完成這些零件的結(jié)構(gòu)建模，主要采用拉伸、切除、陣列、旋轉(zhuǎn)等命令完成這些零件的建模操作，整體機(jī)構(gòu)是采用同心、配合、重合、陣列等約束，完成這些零件的組裝和定位。具體結(jié)構(gòu)如下圖所示。圖5-7帶輪三維模型圖5-8輸送帶三維模型圖5-9減速器三維模型

第六章總結(jié)與展望6.1總結(jié)大棗的食用不僅能夠給人們帶來味覺的愉悅感，而且，其內(nèi)部含有多種維生素等對(duì)人體有益的物質(zhì)。機(jī)械化的去核裝置是提高農(nóng)作物加工產(chǎn)量的重要一環(huán)，一般能夠應(yīng)用于大棗、桃、蘋果等農(nóng)作物的去核作業(yè)，這些農(nóng)作物收獲之后，去核作業(yè)一般是其首要的工作，同時(shí)，也是工作量最大的一項(xiàng)工序。現(xiàn)有的大棗去核機(jī)傳動(dòng)鏈較為復(fù)雜，設(shè)備體積較大，采購及加工成本均較高，對(duì)一些中小農(nóng)戶還不能滿足其低成本的使用要求，因此，在大部分農(nóng)戶還是采用手工去核方式，這種方式導(dǎo)致工作效率，且拖慢了農(nóng)化機(jī)械化步伐，對(duì)于改善農(nóng)民收入及生活帶來了不良的影響。因此，本文完成大棗分選去核機(jī)進(jìn)行研究，完成下述內(nèi)容：（1）分析國內(nèi)外的發(fā)展趨勢，針對(duì)本文的研究目標(biāo)，制定大棗分選去核機(jī)的整體研究方案。（2）完成大棗分選去核機(jī)的詳細(xì)設(shè)計(jì)，根據(jù)力學(xué)及機(jī)械設(shè)計(jì)的知識(shí)，完成傳動(dòng)系統(tǒng)的選型設(shè)計(jì)及關(guān)鍵零件的強(qiáng)度校核。6.2展望本文分析的設(shè)備其組成單元包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、機(jī)架、電氣單元，設(shè)計(jì)過程中，需要協(xié)調(diào)考慮這些單元，才能夠滿足實(shí)際的工況使用要求，由于時(shí)間較為有限，本文還有一些待完善的功能：（1）本文未完成整機(jī)的電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以采用PLC控制系統(tǒng)搭配組態(tài)軟件、傳感器的控制方案，完成對(duì)設(shè)備的整機(jī)控制；（2）本文設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)未考慮變頻調(diào)速功能，在一些工況下，可能會(huì)涉及到設(shè)備執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)速需要在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。因此，后期的研究人員可以圍繞上述兩個(gè)方面展開研究，考慮到大棗分選去核機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)需求，并結(jié)合智能化、現(xiàn)代化設(shè)備的發(fā)展方向，完成整機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

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