科類 工科 學號
本科生畢業(yè)設計
紅棗去核機設計
Red dates to nuclear machine design
指導教師： 職稱
學 院：
專 業(yè)： 年級：
設計提交日期： 答辯日期：
答辯委員會主任：
紅棗去核機設計
摘 要
為了解決紅棗的深加工問題，設計了一種半自動紅棗去核機械。通過工藝方案分析對比確定紅棗采用沖孔去核加工方法，即利用一根空心薄壁管插入并貫穿紅棗把棗核帶出，再使用頂針把棗核頂出空心管完成去核工作。本次設計采用三級傳動方式：電動機輸出動力，經V帶傳動，通過采用兩端輸出方式的蝸輪蝸桿減速器分別帶動去核機構和送料機構，實現了做往復直線運動的去核機構和間歇性運動的送料機構同步配合工作不出現干涉；并為紅棗的固定設計了自定心套筒，保證去核的準確性。本次設計的紅棗去核機主要適用于家庭和小型工廠，該小型便攜式去核機可作為為以后大型果核去核機的設計參考。
關鍵詞：紅棗；去核機；半自動；
Red dates to nuclear machine design
ABSTRACT
In order to solve the deep processing problem of jujube, a semi-automatic jujube denucleation machine was designed.Through the process plan analysis and comparison, it was determined that the red jujube adopts the method of perforation and nucleation, that is, using a hollow thin wall tube to insert and penetrate the red jujube to take out the jujube core, and then use the thimble to top the jujujube core out of the hollow tube to complete the nucleation work.This design adopts the three-stage transmission method: the motor output power, via the V belt transmission,By using the worm gear reducer with both ends of output to drive the nuclear power and feeding mechanism respectively,It realizes that there is no interference between the denuclear mechanism of reciprocating linear motion and the feed mechanism of intermittent movement.A self-centering sleeve was designed for the fixation of red dates to ensure the accuracy of core removal.The red dates of this design are mainly applicable to families and small factories.The small portable nuclear machine can be used as a design reference for future large-scale nuclear core remover.
Key words：red dates；nuclear machine；semi-automatic；
Ⅰ
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
目 錄 III
表 目 錄 IV
圖 目 錄 V
符號及其計量單位說明 VI
1 前 言 1
2 紅棗去核機的總體方案設計 2
2.1 加工對象分析 2
2.2 去核工藝分析 2
2.3 工藝過程設計 2
2.4 執(zhí)行機構方案設計 3
2.5 傳動方案設計 4
3 傳動裝置的設計 6
3.1 選擇電動機 6
3.2 確定傳動裝置的傳動比 7
3.3 普通V帶傳動的設計計算 8
3.4 普通圓柱蝸輪蝸桿傳動的設計 10
3.5 蝸桿軸的設計 14
3.6 蝸桿軸的校核 15
3.7 直齒錐齒輪的設計計算 17
4 執(zhí)行機構的設計計算 21
4.1 去核沖棗機構的設計 21
4.2 間歇送料機構的設計計算 22
5 其他零件的設計計算 23
5.1 蝸桿軸滾動軸承的選擇及計算 23
5.2 高速軸鍵聯(lián)接的選擇及校核 25
5.3 傳動件的潤滑 25
5.4 軸伸出端的密封 25
6 設計總結 26
參考文獻 27
致 謝 28
Ⅱ
表 目 錄
表3.1 電機參數…………………………………………………………………7
Ⅲ
圖 目 錄
圖2.1 去核工藝 …………………………………………………………………2
圖2.2 執(zhí)行機構工作原理圖………………………………………………………3
圖2.3 自定心套筒…………………………………………………………………4
圖2.4 傳動方案……………………………………………………………………4
圖2.5 沖針的設計…………………………………………………………………4
圖2.6 物料盤的設計………………………………………………………………5
圖2.7 傳動系統(tǒng)工作原理圖………………………………………………………5
圖2.8 總體外觀……………………………………………………………………6
圖3.1 傳動裝置……………………………………………………………………6
圖3.2 傳動軸示意圖………………………………………………………………7
圖3.3 蝸桿軸段 …………………………………………………………………14
圖3.4 蝸輪軸尺寸 ………………………………………………………………15
圖3.5 蝸桿載荷分析圖 …………………………………………………………16
圖3.6 錐齒輪 ……………………………………………………………………17
圖4.1 去核沖棗機構 ……………………………………………………………21
圖4.2 滑塊在轉角135-225度時行程 …………………………………………22
圖5.1 軸承受力分析 ……………………………………………………………24
Ⅳ
符號及其計量單位說明
E：材料的彈性模量，單位MPa；
τ：材料的剪切應力，單位MPa；
σ：材料彎曲應力，單位MPa ；
N(n)：轉速，單位r/min；
a：皮帶帶長，單位mm；
d：直徑，單位mm；
L：長度，單位mm；
B：厚度，單位mm；
i：傳動比；
Z：齒數；
m：模數；
Ⅴ
紅棗去核機設計
1 前 言
眾所周知，紅棗有著很高的營養(yǎng)和藥用價值。作為食材和藥材，深受大家的喜愛，但是大棗雖然很受人們歡迎，卻在加工和儲存上存在很多沒解決的問題，如紅棗的清洗，棗核的處理等。目前市場上的大棗大多數都是采摘后的鮮果，或是經過簡單晾曬的未加工過的干棗。因棗內存在棗核，在食用時可能會存在和魚刺一樣的安全隱患。而且經過深加工的紅棗，可以制成各種棗類糕點、飲品等制品，即提高了紅棗的的價值，還能使紅棗具有更廣闊的市場。但是對紅棗進行深加工，去核是大多紅棗加工的前提。
對紅棗進行去核，傳統(tǒng)的方法是靠人工單個去核，不僅去核效率低，去核質量不能保障，而且勞動成本的提高使得收人回報變低。所以紅棗的自動化去核必將成紅棗加工發(fā)展道路上的主流趨勢，紅棗去核機械也必將有著巨大的發(fā)展市場。觀察我國去核機械的發(fā)展，早在上世紀80年代就開始有人研究核果類水果去核機械，雖然推出了一些去核機，但由于食品業(yè)發(fā)展較慢，核果類產品較少，所以由于需求不高，所以去核機械的發(fā)展依舊緩慢，至今很多工廠的去核工作也只是依賴于一些簡單的小型工具來完成，不僅效率低，而且使用的工具也存在傷害到手等安全隱患。
但隨著發(fā)展越來越快，核果類食品必將越來越多地進入市場，人工去核才的方式必定滿足不了市場的需求，去核機械必定會有著大量的需求，自動化去核機械必將成為果核類食品加工的主要機械，成為核果加工機械中的主流發(fā)展機械設備。
2 紅棗去核機的總體方案設計
2.1 加工對象分析
由于目前市場上的紅棗種類繁多，形狀，大小，果肉特性各不相同，所以本次設計的紅棗去核機所加工的紅棗為經過篩選并分級后的紅棗，具體要求為：成熟采摘后經過晾曬脫水的半干型成熟紅棗；紅棗形狀為圓柱形；紅棗尺寸大小為直徑15-20mm。
因棗內的棗核尺寸、位置有極少量存在差異，本次設計暫不考慮，本次設計所加工棗核直徑最大不超過7mm，位置都處于紅棗幾何中心，并保證破損率<5%。
2.2 去核工藝分析
目前市場上常見的紅棗去核方法主要包括2種：a剖果去核，b沖孔去核。去核原理如圖2.1所示，我們這里遵循紅棗去核加工效率最大化，加工機械盡量簡便，并盡可能保持去核后紅棗美觀的設計原則下，本次設計的去核方法采用沖孔去核的加工方法，
a剖果去核 b沖孔去核
圖2.1 去核工藝
2.3 工藝過程設計
本次設計紅棗去核機的原理是通過二工位的沖壓設備實現紅棗的去核工作：首先通過間歇性旋轉的物料盤完成進料過程，再通過做往復直線運動的沖針實現紅棗的去核工作，最后再把紅棗沖落到出料斗中，可以把紅棗去核簡要分為以下幾個步驟：
（1）進料：通過人工手動把紅棗放入物料盤上的自動定心套筒中；
（2）沖核：做往復直線運動的沖針間歇性由上而下沖去棗核；
（3）出料：由與沖針同步異位運動的頂棗針把完成去核工作的紅棗沖落至出料斗。
由旋轉物料盤進行間歇性的轉動，可實現進料，去核，沖棗三個工位的同時運作，沖核和沖棗兩個步驟可同時在相鄰兩個工位同時運作。
2.4 執(zhí)行機構方案設計
通過對總體設計方案的分析，本次設計的執(zhí)行機構工作原理如圖2.2所示。
執(zhí)行機構包括去核沖棗加工機構和間歇性送料機構，執(zhí)行機構都由減速器部分的蝸輪軸同時帶動。當減速器蝸輪軸旋轉一周，帶動去核沖棗機構（對心曲柄滑塊）轉動一周，完成一次去核沖棗工作；而間歇性送料機構（槽輪）被安裝在蝸輪軸上的主動撥盤帶動從動槽輪轉過90°，而從動輪帶動同軸與物料盤連接的錐形齒輪轉動，使物料盤轉過22.5°后停止。
核沖棗機構（對心曲柄滑塊）向下運動是去核管進入自定心套筒完成紅棗的去核，向上運動時棗核嵌入去核管中，當去核管運動到特定位置時管中的棗核被頂核針頂出，由橡膠刷掃到出核口。間歇性送料機構再次轉動時，無核紅棗在下一個工位被與沖針同步異位運動的頂棗針沖落至出料斗。
圖2.2 執(zhí)行機構工作原理圖
自定心套筒（圖2.3）是安裝在物料盤上的紅棗固定輔助裝置。所用材料為塑料，整體形狀為圓柱形內部有2層漏斗狀突觸，每層突觸有6瓣擋片，把棗放進套筒內，在突觸的均勻作用力下，紅棗被固定在套筒的中心位置，以保證去核針能準確地打在紅棗核上完成去核工作。
圖2.3 自定心套筒
2.5 傳動方案設計
本次設計的紅棗去核機械為半自動機械，故選用一個三相異步電動機作為整個機械的動力能源機構。動力源（三相異步電動機）輸出的動力，經過V帶-渦輪蝸桿減速器調節(jié)后分別輸送到去核沖棗加工機構和間歇性送料機構（如圖2.4所示）減速機構的蝸輪軸采用兩端輸出方式，一端帶動去核沖棗加工機構，另一端帶動間歇性送料機構，傳動順序如圖2.4所示。
圖2.4 傳動方案
（1）沖針的傳動方案設計
去核沖棗機構的運作，需要把電動機輸出的連續(xù)回轉運動轉變?yōu)闆_針的往復直線運動，機械傳動中能實現該運動轉變的機構常用的有以下幾種可選擇：
1）圓柱凸輪機構：設計方便，結構簡單、緊湊，使用壽命較長；
2）對心曲柄滑塊機構：設計制造簡單，運動和動力特傳遞性好，有封閉的運動軌跡；
3）偏心曲柄滑塊機構：和對心曲柄滑塊機構相似，但是能滿足急回特性。
本次設計的去核沖棗加工機構中，無需運用到急回特性，所以偏心曲柄滑塊機構的用途和對心曲
柄滑塊機構的作用相同不考慮，圓柱凸輪機構 圖2.5 沖針的設計
的空間占用較大，所以選用對心曲柄滑塊機構，方案如圖2.5所示。
（2）物料盤的傳動方案設計
物料盤需要間歇性的運動，所以要把電動機輸出的連續(xù)回轉運動轉變?yōu)槲锪媳P的間歇性轉動，能實現該運動轉變的機構常用的有以下幾種可選擇：
1）棘輪機構：制造簡單方便，運動可靠，棘輪軸轉動的角度可調范圍較大，但是有較大的沖擊和噪音，且運動精度不高，主要運用于低速、輕載的機械；
2）槽輪機構：尺寸小巧，機械傳遞效率高，運動平穩(wěn)，主要運用于低速運作機械；
3）不完全齒輪機構：結構簡單可靠，運動和靜止時間比例可調范圍較大，主要運用于低速、輕載的機械。
間歇性送料機構的選擇中，因為本次設計主要運用于家庭和小型作坊、工廠使用，所以物料盤的轉動速度要求不高，但是需要保證精確的轉動角度，且能保證物料盤一段時間的穩(wěn)定靜止，故選用槽輪，且槽輪的鎖止弧還能有效固定物料盤。選定方案的傳動如圖2.6所示。
圖2.6 物料盤的設計
（3）傳動總方案的設計
根據沖針和物料盤的設計方案，初步設計得到紅棗去核機的傳動系統(tǒng)工作原理圖（圖2.7所示）。
減速機構中的蝸輪軸采用兩端輸出方式，兩端分別同時帶動去核沖棗加工機構和間歇性送料機構，以保證實現去核和進料的同步進行并有效地防止了兩機構運動出現干涉現象。蝸輪軸兩端還應有著嚴謹的協(xié)調配合要求，當物料盤轉動時，沖針的垂直運動范圍不能低于 圖2.7 傳動系統(tǒng)工作原理圖
物料盤，且只有當物料盤完全靜止時沖針才能進入物料盤；沖針完成去核工作運動到物料盤上方時，物料盤才可以開始間歇性的旋轉。要保持沖針和物料盤的運動互不干涉，就需要去核沖棗加工機構和間歇性送料機構在時間和空間上有著嚴謹的配合。具體配合參考圖2.8。
圖2.8 總體外觀
3 傳動裝置的設計
本次設計的紅棗去核機傳動裝置設計主要包括電動機的選擇，帶輪和傳動帶的設計，蝸輪蝸桿減速器的設計，錐齒輪的設計。
圖3.1 傳動裝置
3.1 選擇電動機
本次設計的紅棗去核機械，因主要針對于家庭及小型工廠使用，所以把去核加工機械效率設為120枚/分。該紅棗去核機采用手動進料，所以物料盤轉速不能過快，選擇的電動機額定轉速無特定要求。所以根據紅棗去核機的工作環(huán)境、工作機械效率要求和經濟效益，查閱《機械設計手冊》表12-1，本次設計所選用的電動機為Y(IP44)系列三相異步電動機，電動機型號為Y80M2-4，表3-1為電機具體參數。
表3.1 電機參數
3.2 確定傳動裝置的傳動比
因該去核機械主要針對于家庭及小型工廠使用，而且采用人工送料，所以物料盤的轉速不宜過快，根據120枚/分的機械效率，得到物料盤轉速為60轉/分。根據選擇的電動機型號，計算的得到總傳動比，和電動機傳動比近似，所以為了便于設計，這里取。一級傳動采用V帶傳動（帶傳動可以很好地吸收微小震動，過載保護，起到緩沖作用），分配的傳動比為1.5，減速器為采用兩端輸出的蝸輪蝸桿機構，分配的傳動比為14。
（1）計算各軸的轉速
如圖3.1，則各軸轉速分別為
圖3.2 傳動軸示意圖
（2）計算各軸的輸入功率
因為在機械傳動中存在能量損耗，所以需要分別計算各軸的輸入功率，查《機械設計手冊》表1-5得到各機構的功率傳輸有效效率，分別為V帶傳動效率，軸承傳動效率，蝸桿減速器，取，錐齒輪傳動，取。
根據查表所得的各機構傳動效率和電動機參數分別計算各軸輸出功率：
（3）各軸的轉矩
3.3 普通V帶傳動的設計計算
（1）確定計算功率：
查閱參考文獻《機械設計手冊》表8-7得到V帶的工作情況系數為，
（2）選擇窄V帶的帶型
根據、nⅠ，所以選用Z型帶
（3）確定帶輪的基準直徑
查表8-7取主動輪基準直徑dd1=80mm
根據式，從動輪基準直徑dd2
（4）驗算帶的速度：
故帶的速度合適
（5）窄V帶的基準長度和傳動中心距的設計計算
根據，計算得到V帶中心距取值范圍為150mm～400mm，為便于設計去中心距a0=200mm
計算帶所需要的基準長度：
由表8-2選帶的基準長度：L=700mm
計算實際中心距a:
由式（8—24）知中心距的變化范圍是182.5～214mm
（6）驗算主動輪上的包角
故主動輪上的包角合適。
（7）計算窄V帶的根數：
計算單根V帶的而定功率
由和，查表8—4得。
根據，和z型帶，查表8—5得。
查表8—6得，表8—2得，于是
計算v帶的根數z:
，取3根。
（8）單根V帶的初拉力的最小值的計算
由表8—3得z型帶的單位長度質量q=0.060所以
應使帶的實際拉力＞。
（9）計算壓軸力
壓軸力的最小值為
（10）帶輪的結構設計
兩帶輪直徑分別為 、，所以采用實心結構，無特殊要求,
并繪制二維圖小帶輪QHJ-07。
3.4 普通圓柱蝸輪蝸桿傳動的設計
（1）材料選擇
此次設計使用的蝸輪蝸桿傳動比為14，傳動比較小，傳遞功率不高，無特殊要求。故蝸桿材料選用45號鋼，為保證達到工作強度，需對螺旋齒面做淬火處理使硬度達到45-55HRC，蝸輪材料選用鑄錫青銅（ZCuSn10P1），鑄造后經機加工達到配合標準即可。
（2）按齒面接觸強度設計
（3）確定作用在蝸輪上的轉矩
（4）確定載荷系數
因工作機械為低速，有輕微沖擊紅棗去核機械，查表11-5得到載荷系數分別為：載荷不均勻系數=1，使用系數=1，動載系數=1.05，計算總載荷系數為：
（5）確定彈性影響系數
本次選用蝸輪蝸桿材料配合為鑄錫銅渦輪和45鋼蝸桿，所以得到
（6）確定蝸輪齒數
（7）確定許用應力
因蝸輪為砂型鑄造的鑄錫銅件，蝸桿經過螺旋齒經淬火處理，查表11-7得到許用應力
應力循環(huán)次數
壽命系數
則
（8）計算值
，所以查表11-2得到模數,蝸桿分度圓直徑為
（9）蝸桿與蝸輪的主要參數及幾何尺寸
蝸桿尺寸
分度圓直徑：
齒頂高：
齒根高：
軸向齒距：
直徑系數：
齒頂圓直徑：
齒根圓直徑：
蝸桿齒寬：
分度圓導程角：
蝸輪尺寸
蝸輪分度圓直徑：；
齒頂高：
齒根高：
蝸輪喉圓直徑：
蝸輪齒根圓直徑：
蝸輪咽喉母圓半徑：
蝸輪輪緣寬度：
(10)校核齒根彎曲疲勞強度
蝸輪的齒形系數:
查《機械設計》表11-13得齒形系數
螺旋角系數
許用彎曲應力
查表11-8材料為鑄錫青銅（ZCuSn10P1）的蝸輪的基本許用彎曲應力值為
壽命系數
==
<
綜上所述，彎曲強度校核滿足要求。
(11)驗算效率η
，已知=11.31°;
查表11-8查得
經計算得到的效率值大于原估計值，符合要求。
（12）熱平衡計算
初定工作油溫 室溫
箱體表面?zhèn)鳠嵯禂? 取12
所需散熱面積
不需要需要加散熱片。
根據計算繪制二維圖：蝸桿軸QHJ-02;蝸輪軸QHJ-03
3.5 蝸桿軸的設計
蝸桿軸上的功率、轉速和轉矩：
（1）初步確定軸的最小直徑
本次設計選用的蝸桿類型為普通圓柱蝸桿，無特殊要求。根據總體設計方案，查《機械設計》表11-1，蝸輪軸材料選用45鋼，并經調質處理達到硬度HBS=217 ~ 255HBS，取230HBS。強度極限，，。
查《機械設計》11-15，先確定軸的最小直徑取C,則
，
因為有鍵槽，需要把直徑增加7%，需要選取軸承，確定最小軸徑為25mm。
（2）蝸桿軸的結構設計
如圖5.1把蝸桿軸從左到右一次分為八段：
第一段軸徑
第二段軸需和V帶輪連接配合
而且與第一段軸有過渡軸肩，得到
第三段軸需要和承端蓋配合，所以取
但是配合的軸承內徑為30mm，所以第三段軸軸徑為30mm
第四段軸軸徑
但是本段安裝了軸承，且第四和第五段之間的軸肩需要定位軸承，類型是定位軸肩，重新查表取
第五段軸軸徑
第六段軸軸徑
因為第六段軸為蝸桿的螺旋部分，且蝸桿齒頂圓直徑為60mm，所以
第六段軸為蝸桿的螺旋部分，
第七段軸軸徑
因和第五段作用一致，與軸承配合，蝸桿螺旋部分位于軸中心，所以
第八段軸軸徑
第八段軸上安裝了軸承，所以軸徑為。
繪制蝸輪軸尺寸如圖5.2：
3.4 蝸輪軸尺寸
3.6 蝸桿軸的校核
蝸桿的載荷分析如圖5.4，求出作用在蝸桿及蝸輪上的力
圓周力
軸向力
徑向力
其中
（1）垂直面的支承反力
（2）水平面的支承反力
（3）繪垂直面的彎矩圖（如圖5.4-B）
（4）繪水平面的彎矩圖(如圖5.4-C)
圖3.5 蝸桿載荷分析圖
（5）求合成彎矩（如圖5.4-D）
（6）該軸所受扭矩為
（7）求危險截面的當量彎矩
從圖5.4可看出，危險截面位于彎矩，扭矩最大值處，計算當量彎矩：
（查表?。?
（8）軸強度的校核
根據《機械設計》14-5式，計算軸的彎曲應力
根據之前確定軸的材料及處理條件（45鋼，調質處理），查表得到
經過比較，<，故安全。
（9）為了便于選取軸承，之前把最小軸徑由計算值9.8mm改定位25mm，而且在對軸的校核計算時選用改定后最小軸徑計算，所以蝸輪軸的安全系數很大，由圖5.4可知應力最大值位于截面C處，但由于安全系數很大，所以該蝸輪軸的疲勞強度滿足要求。
3.7 直齒錐齒輪的設計計算
（1）確定錐齒輪的類型，材料和等級精度
根據總傳動方案，該齒輪傳動無特殊要求，采用標準直齒圓錐齒輪，等級精度為8級。兩齒輪材料無特殊要求均使用45號鋼，齒面調質處理后硬度需達到240HBS以上。
（2）選齒輪齒數、；
（3）按齒面接觸強度設計
試選載荷系數，
計算齒輪傳遞的轉矩：
齒寬系數，取，
查《機械設計》表10-5得到材料的彈性影響系數
查《機械設計》圖10-25（d）根據齒面硬度查詢，得到兩齒輪的接觸疲勞強度極限
由式10-13計算應力循環(huán)次數：
由圖10-23查得接觸疲勞壽命系數、
計算接觸疲勞許用應力
取失效概率為1%，安全系數s=1，由式10-12得
取和作比較，取較小的值為本齒輪副的接觸疲勞許用應力
取較小值帶入計算齒輪分度圓的直徑d1t：3-
計算圓周速度
計算齒寬
（4）計算載荷系數
根據，8級精度，動載荷系數查《機械設計》圖10-8中低一級精度線取，齒間載荷分配系數,
由表10-2查得使用系數,
由表10-4查得齒間載荷分布系數,
故載荷系數為：
根據實際載荷系數，對計算得出的分度圓直徑進行校正
計算模數:
（5）按齒根彎曲疲勞強度設計
由式10-27得彎曲疲勞強度的設計公式計算模數：
確定公式內的各計算數值：
試選，計算
由分錐角
可得當量齒數
由圖10-17查的齒型系數
由圖10-18查的應力修正系數
查圖10-24（c）得到兩齒輪齒根彎曲疲勞強度極限分別為
由圖10-22取彎曲疲勞壽命系數
取彎曲疲勞安全系數為
經過對比，大齒輪的大于小齒輪，取0.01341
試計算模數
調整齒輪模數
圓周速度V
計算齒寬b
（6）計算動載荷系數
據，精度為8級，查圖10-8得動載系數
傳動方式為開式傳動，所以齒間載荷分配系數取
由表10-4查得
則載荷系數為
根據式10-13，用實際載荷系數算出的齒輪模數為
選取標準模數m=4.5
（7）幾何尺寸的計算
1）計算分度圓直徑：
d1=m Z1=20ⅹ4.5=90mm
d2=m Z2=80ⅹ4.5=360mm
2）計算分錐角：
計算齒輪寬度：
、取62mm
3）設計結論：齒數， ，模數m=4.5，壓力角，變位系數，分錐角° °,齒寬,材料都為 45號鋼調質處理,8級精度。
（8）結構設計及繪制零件圖
由于錐齒輪的齒頂圓直徑150mm
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