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16屆畢業(yè)設計 大蒜切須機的設計 學生姓名 涂鵬飛 學 號 8011212238 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 機械設計16-2 指導教師 孟煒 日 期 2016.05 塔里木大學機械電氣化學院制 前 言 大蒜又名胡蒜，百合科蔥屬多年生草本植物，原產(chǎn)于中亞地區(qū)。早在公元前3200年，埃及就己經(jīng)開始種植大蒜，后來通過“絲綢之路”被引入我國陜西關中地區(qū)，在我國己有2000多年的栽培歷史。一直以來，大蒜因其獨特的風味，常被作為食品配料，是地中海地區(qū)、歐洲和亞洲飲食文化的重要組成部分。隨著研究開發(fā)的不斷深入，大蒜作為營養(yǎng)保健品和藥品的巨大價值不斷被開發(fā)利用，其在抗菌抑菌、預防癌癥、治療心血管疾病和糖尿病等方面有獨特的功效。 隨著我國城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，越來越多的農(nóng)村青壯年勞動力來到城市、發(fā)達地區(qū)從事非農(nóng)產(chǎn)業(yè)，致使農(nóng)村勞動力用工緊張，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本大幅上升、效率明顯降低，特別是在大蒜收獲環(huán)節(jié)尤為明顯，制約了我國大蒜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。機械化收獲是解決當前大蒜生產(chǎn)過程中生產(chǎn)成本高、勞動強度大、作業(yè)效率低等問題的有效手段。我國大蒜生產(chǎn)機械化研究起步晚，技術水平不成熟，與發(fā)達國家相比還有較大差距。大蒜收獲需完成的主要工序有挖掘、清土、切頸、切須等，大蒜收獲中的機械化挖掘、清土相對容易實現(xiàn)，機械化切頸、切須難度較大。機械化切頸己有技術突破和成型機構，但機械化切須目前還尚無成熟技術和相關報道。因此，加快大蒜機械切須技術研發(fā)則顯得尤為重要。 本文將介紹一種大蒜切須機。主有以下內(nèi)容，從課題的提出，大量查閱相關文獻資料，了解當前大蒜機械切須技術的發(fā)展狀況，提出了本文的設計方案，進行相關零件的設計計算及校核，繪制了二維工程圖，最后在SoildWorks中建立了其三維模型，為加快大蒜機械切須技術的研發(fā)做出了貢獻。 關鍵詞：大蒜；機械；切須技術  目 錄 1引言 1 1.1研究目的和意義 1 2設計任務分析及方案選擇 2 2.1設計任務分析 2 2.2方案選擇 2 3大蒜切須機的結構及工作原理 4 3.1大蒜切須機的結構 4 3.2大蒜切須機的工作原理 6 4大蒜切須機主要零件的設計 7 4.1設計前各項參數(shù)的確定 7 4.2帶傳動設計 10 4.3主動軸的設計與校核 13 4.4軸承的選擇及校核 18 總 結 19 致 謝 20 參考文獻 21 塔里木大學畢業(yè)設計 1引言 我國是大蒜種植、加工、出口的主要國家之一，近年來中國大蒜出口一直保持著續(xù)性增長的態(tài)勢，自2002年之后連續(xù)12年年出口量保持在100萬t以上。種植面積正在持續(xù)擴大，統(tǒng)計部門的數(shù)據(jù)顯示，至2008年全國的大蒜種植面積在67. 3萬公頃，總產(chǎn)量達1 035萬t 。為了保持我國大蒜的出口優(yōu)勢與增加農(nóng)民的收入，我們的生產(chǎn)方針和加工技術必須根據(jù)國際市場的需求和我國大蒜產(chǎn)業(yè)現(xiàn)存問題，進行必要的調整。必須在提高大蒜產(chǎn)品質量、降低成本以提高產(chǎn)品的競爭能力方面下功夫。特別是必須加快實現(xiàn)我國大蒜生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品標準化，在采取諸多農(nóng)業(yè)措施的同時，快速發(fā)展大蒜加工業(yè)。 大蒜加工行業(yè)正在蓬勃發(fā)展。在大蒜深加工的前期，需將大蒜莖須去掉，以滿足后續(xù)生產(chǎn)工序的基本要求。傳統(tǒng)的大蒜切須多采用手工處理，不僅效率低下，大蒜損傷率高，而且極易傷手。因此設計一款高效率的大蒜切須機刻不容緩。 1.1研究目的和意義 大蒜切須機的設計研究主要為大蒜收獲加工提供方便，為大蒜加工提供更為便利的方式。與傳統(tǒng)的人工切須相比，研究設計大蒜切須機的目的主要是： （1）降低工人勞動強度，降低加工成本。 （2）提高加工效率，防止由于切須時間過長導致的大蒜變質腐爛。 大蒜切須作為大蒜加工中最重要的一部分，其加工過程的機械化所產(chǎn)生的意義在于： （1）降低了加工成本，提高了我國出口大蒜的競爭力。 （2）大蒜加工產(chǎn)品的統(tǒng)一標準化，有利于我國大蒜的出口。 2設計任務分析及方案選擇 2.1設計任務分析 設計任務：設計一種大蒜切須機，能夠實現(xiàn)自動輸送未切須大蒜，自動切須。分析：本課題設計的是電機驅動的大蒜自動切須機械，它的功能包括自動輸送、切割，該機擬采用電機帶動減速系統(tǒng)驅動機械傳動實現(xiàn)自動輸送、切割，通過機械傳動的結合，實現(xiàn)大蒜的自動切須。 2.2方案選擇 圖2-1 老式大蒜切須機 圖2-2 傳送帶三維示意圖 圖2-1 ，2-2為一款老式的大蒜切莖須機，其原理是通過夾持帶把帶莖的大蒜夾持住并把其輸送至圓盤刀處進行切莖須，但是由于有的大蒜聯(lián)合收獲機其自己就能實現(xiàn)挖掘、清土、切頸的功能導致其從田地里收獲的大蒜切須時已經(jīng)沒有足夠長的莖干供其夾持如圖2-3。 圖2-3 已切頸未切須大蒜 圖2-4 切須后的大蒜 所以為了完成大蒜切須機的設計應該另行設計一種能夠夾持住已經(jīng)切去了莖頸大蒜的大蒜切須機，通過翻閱大量資料以及借鑒類似機械的設計，本人最終設計出了一款新型的大蒜切須機，其主要是利用鏈板輸送裝置輸送未切須大蒜至旋轉的圓盤刀處進行切須，大蒜的夾持裝置固定在被改造的鏈板上。 21 3大蒜切須機的結構及工作原理 3.1大蒜切須機的結構 圖3-1 大蒜切須機裝配示意圖 1.減速器 2.大電機 3.刀軸 4.小電機 5.料杯 6.鏈板輸送裝置 如圖3-1所示大蒜切須機主要由大電機、小電機、減速器、鏈板輸送裝置組成，鏈板輸送裝置上的鏈板被固定上了一個大蒜的夾持裝置（料杯）。 3.1.1 切削部分結構 圖3-2 1.圓盤刀刀托 2.圓盤刀 圖3-3 如圖3-2，3-3所示切割用的圓盤刀被焊接在圓盤刀刀托上，圓盤刀刀托利用鍵連接固定在刀軸上被刀軸帶動旋轉切割。 3.1.2夾持結構 圖3-4 圖3-5 圖3-4，3-5為料杯即大蒜的夾持零件，把未切須大蒜底部朝上倒插入料杯中，大蒜的殘莖被下方小圓筒固定，大蒜橫徑處被卡在上方大圓筒處，蒜須露出。 圖3-6鏈板俯視圖 圖3-7 鏈板裝配圖 如圖3-6，3-7所示料杯穿過鏈板上的孔，為了使料杯固定在鏈板上鏈板上先放一個支撐圓筒，料杯下方用一個開口銷穿過防止鏈板轉到機架下方時掉落。 3.2大蒜切須機的工作原理 圖3-8 大蒜切須機俯視結構圖 如圖3-1，3-8所示，大蒜切須機的工作原理為：小電機通過帶傳動帶動的圓盤刀旋轉切割，由大電機輸出轉矩通過聯(lián)軸器把轉矩傳輸給減速器，減速器通過帶輪把轉矩傳輸給鏈板輸送裝置以帶動被固定在鏈板上的大蒜使其被輸送至切須位置被圓盤刀切須。 4大蒜切須機主要零件的設計 大蒜切須機能否正常運轉，看的是其主要部件的設計，如果設計不合理，機器就不能正常運轉或者說不能運轉，那么生產(chǎn)出來的這臺機器就是一堆廢鐵。設計合理，機器就能正常的運轉對大蒜進行切須。因此，大蒜切須機的主要部件的設計在整個設計過程中顯得尤為重要，合理的設計將提供給使用者更多的方便。 4.1設計前各項參數(shù)的確定 4.1.1傳動方案的擬定 由于考慮到人工上料的速度，所以大蒜切須機中鏈板輸送裝置的主動鏈輪軸旋轉速度較低，僅為12r/min到6r/min，傳動比較大，固減速器選擇一級渦輪蝸桿減速器，減速器與鏈板輸送裝置之間用v帶傳動。 4.1.2電動機的選擇 查表機械傳動和摩擦副效率概略值，確定部分效率為：帶輪效率=0.93，蝸輪蝸桿減速器傳動效率=0.50，深溝球軸承=0.98，聯(lián)軸器=0.97 代入得 =0.93×0.50×0.98×0.97=0.44 查詢同類鏈板輸送裝置可得輸入功率約為1.5kw，故大電機功率應大于 P==1.5/0.44=3.4KW 由于主動鏈輪軸轉速較低，所以大電機轉速應為750r/min 綜合以上信息，最終選擇型號為Y160M1-8的電機,外形結構如圖4-1所示。外形參數(shù)如表4-1所示，技術參數(shù)如表4-2所示 圖4-1電機結構及尺寸 表4-1 電機外形參數(shù) 型號 A B C D E F G H K Y160M1-8 254 210 108 42 110 12 37 160 14.5 表4-2 電機技術參數(shù) 電機型號 額定功率 /kw 滿載轉速 /(r/min) 額定轉矩 最大轉矩 Y160M1-8 4 720 2.0 2.0 小電機最終選擇型號為Y90S-6的電機,外形結構如圖4-1所示。外形參數(shù)如表4-3所示，技術參數(shù)如表4-4所示 表4-3 電機外形參數(shù) 型號 A B C D E F G H K Y90S-6 140 100 56 24 50 8 20 90 10 表4-4電機技術參數(shù) 電機型號 額定功率 /kw 滿載轉速 /(r/min) 額定轉矩 最大轉矩 Y90S-6 0.75 910 2.0 2.2 4.1.3減速器的選擇 (1) 選用減速器的額定功率 選用減速器的公稱輸入功率滿足： 式中：——計算功率，KW; ——載荷功率; ——減速器公稱輸入功率; ——工況系數(shù); ——啟動系數(shù); ——可靠度系數(shù); 由于是電機驅動，中度沖擊，故工況系數(shù)=1.5。 可靠度要求一般，故=1。 得計算功率： 為滿足減速器的機械強度，要求 ， 按i=60， 輸入轉矩為n=720r／min， 查手冊，初選 WPA200， i=60， r／min， 。 當r／min時，折算公稱功率為： (2) 校核熱平衡許用功率 查手冊得 ，， 根據(jù)公式可得熱平衡許用功率 查手冊，對于WPA200型減速器 故無需采用冷卻裝置，因此可以選定WPA200型減速器，采用油池潤滑。 4.2 帶傳動設計 (1)首先列出設計的基本條件 額定功率：2kw 轉速：=12r/min 傳動比：=1.5 假設每天運轉時間t<10h 確定計算功率 查表得工作情況系數(shù) =1.1 ==1.1×2=2.2(kw) (2)選擇V帶帶型 根據(jù)、查得最適合的帶型為A型 (3)確定帶輪基準直徑 由主動輪基準直徑系中選取，從動輪基準直徑為 驗算帶的速度 v=<= 因此所選帶的速度合適 (4)確定中心距a和帶的基準長度 根據(jù)初步確定中心距，計算帶的基準長度 =1972.36mm 由V帶的基準長度系中選取基準長度 計算實際中心距a （5）驗算主動輪上的包角 主動輪包角合適 （6）計算V帶的根數(shù)z 由,,=1.5查表得 ，，， 代入數(shù)值，經(jīng)計算 Z=1.984 取z=3 （7）計算預緊力 （8）計算作用在軸上的壓軸力 代入數(shù)值計算得 =482.7N (9)V帶輪的結構尺寸計算及選用 帶輪材料選用HT150 根據(jù)基準直徑的大小選用不同的帶輪類型，兩帶輪都采用實心式，主要結構尺寸如表4-5 表 4-5結構尺寸 單位：mm 尺寸類型 小帶輪 大帶輪 65 100 基準寬度 8.0 8.0 基準線上槽深 2.75 2.75 基準線下槽深 8.7 8.7 槽間距e 15±0.3 15±0.3 第一槽對稱面至端面距離f 輪緣厚d 12 12 帶輪寬B 50 50 外徑 80.5 285.5 輪槽角 極限偏差 孔徑 26 16 輪轂長 50 35 48 32 輪輻厚 8 20 16 230.5 4.3 主動軸的設計與校核 (1)求軸上的功率P，轉速n以及轉矩T。忽略傳遞效率，則： 該軸輸入功率 該軸轉速 n=8r/min 轉矩 (2)初步確定軸以及套筒的最小直徑。 選取軸的材料為45鋼，調質處理，查手冊，取，則： (3)軸的結構設計 軸最小直徑出采用平鍵連接齒輪,內(nèi)徑d1選取36mm。 根據(jù)零件的轉配方案的要求,最終確定軸的外形尺寸如圖4-2所示。 圖4-2 主動軸 (4)求軸上的載荷 圖4-3 軸的載荷分析布圖 首先根據(jù)軸的結構圖做出軸的計算簡圖，根據(jù)軸的計算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖如圖4-3所示。 從軸的結構圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面A是軸的危險截面?，F(xiàn)將計算出的截面A處的、以及M的值列于下表4-6。 表4-6 載荷 水平面 垂直面 支反力F , ， 彎矩M Mh=-3274628N.mm Mv=-4685246N.mm 總彎矩 M=5275624N.mm 扭矩T T2=7376237.5N.mm (5)按彎扭合成應力校核軸的強度。 進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面A）的強度。根據(jù)公式以及上表中的數(shù)據(jù)以及軸單向旋轉，扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取，軸的計算應力 前已選定軸的材料為45鋼，調質處理，查手冊得，因此，故安全。 (6 )精確校核軸的疲勞強度。 1) 判斷危險截面 根據(jù)彎矩圖以及扭矩圖，可以知道右端軸承的支點截面，即A面所承受的彎矩和扭矩是最大的，但是從應力集中對軸的疲勞強度的影響來看，軸與齒輪連接處截面B處過盈配合引起的應力集中最嚴重，且截面B處所承受的應力與A面很接近，而截面A并沒有應力集中，直徑也較大，故截面A不必校核，只需校核截面B即可。 2) 截面B左側 抗彎截面系數(shù) mm 抗扭截面系數(shù) 截面B左側的彎矩 M=5256433 截面B上的扭矩 T=5073437.5 截面上的彎曲應力 截面上的扭轉切應力 軸的材料為45鋼，調質處理，查得 ，，。 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中稀釋以及按手冊取。因,,經(jīng)插值后查得 ， 又由手冊可得軸的材料敏性系數(shù)為 ， 故有效應力集中系數(shù)為 由手冊可得尺寸系數(shù) ；由手冊可得扭轉尺寸系數(shù) 。 軸按磨削加工，由手冊得表面質量系數(shù)為 軸未經(jīng)表面強化處理，即，按公式得綜合系數(shù)為 又由手冊查得碳鋼的特性系數(shù) ，取 ，取 于是，計算安全系數(shù)值，按公式得 3)截面B右側 抗彎截面系數(shù)W按公式計算 抗扭截面系數(shù) 彎矩M及彎曲應力為 M=5256433 N.mm，。 扭矩T及扭轉切應力為 T=5073437.5 N.mm， 截面上由于軸肩而形成的理論應力集中系數(shù)及查手冊取。因r/d=2/70=0.029，D/d=75/70=1.07，經(jīng)插值后查得 ， 又由手冊可得軸的材料敏性系數(shù) ， 故有效應力集中系數(shù)為 由手冊得尺寸系數(shù) 扭轉尺寸系數(shù) 軸未加工，按手冊得表面質量系數(shù) 軸未經(jīng)表面強化處理，即 則綜合系數(shù)為 又由手冊得碳鋼的特性系數(shù) ，取 ，取 則軸在界面Ⅳ右側的安全系數(shù)為 故軸在界面Ⅳ右側的強度也是足夠的。本設計中無大的瞬時過載及嚴重的應力循環(huán)不對稱性，故可以略去靜強度校核。 4.4軸承的選擇與校核 4.4.1 軸承的型號 本機只承受徑向力，故選用深溝球軸承，為了與軸做配合，故選取6012號軸承其參數(shù)如下：,基本額定動載荷，基本額定靜載荷。 4.4.2 軸承的校核 由于軸承的基本額定壽命與破壞概率有關，所以在實際上按基本額定壽命計算選擇出的軸承中，可能有10%軸承發(fā)生提前破壞；同時，也可能有90%的軸承超過基本額定壽命還能繼續(xù)工作，甚至相當多的軸承還能在工作一個、兩個或更多個基本額定壽命。 由于所選的軸承只能承受純徑向動載荷，（當量動載荷） 由于此前算過，軸上所承受的徑向力為，而軸承所能承受的基本額定動載荷,小于所能承受的基本額定動載荷，所以負荷強度要求。 代入數(shù)據(jù)得： 由于大蒜切須機是季節(jié)性使用的機械，工作時間并不長，工作周期不長，又因為該機主要在室內(nèi)工作，工作溫度為常溫，不會引起應溫度過高而造成的軸承損壞，因此，軸承壽命符合機器工作條件。 總 結 為期三個月的畢業(yè)設計已經(jīng)結束?；仡櫿麄€畢業(yè)設計過程，雖然充滿了困難與曲折，但卻讓我感到受益匪淺。這次畢業(yè)設計是我大學生活最有意義的一次學習，它讓我體會到認真集中精力做事的充實感，也帶給我很大的成就感。通過指導老師慈母般的教導，我完成了這個畢業(yè)設計。這次畢業(yè)設計帶給我很多啟發(fā)，其中最重要的一條就是要有扎實完善的理論儲備以及要熟練掌握專業(yè)知識。在做畢業(yè)設計的時候，知識儲備的不足充分說明了這個問題，隨著不斷的翻看學習以前的課本，我的專業(yè)知識也比以前扎實了很多。在最初的確定方案的這個過程中，我曾遇到了很多問題，隨后在和老師、同學一起交流探討中，我深刻的體會到古人所說“三人行則必有我?guī)熝伞钡恼嬲x，與此同時也鍛煉了我和老師、同學交流的能力，更讓自己學會了怎樣去獨立思考，我相信這一切都將對我在今后的工作和生活意義重大。 致 謝 本設計的完成是在我的指導老師孟煒老師的細心指導下進行的。感謝我的指導老師，在設計過程中遇到了很多困難都是在她嚴謹細致的指導下解決的；從設計的選題到資料的搜集直至最后設計的修改的整個過程中，花費了孟煒老師很多的寶貴時間和精力，指導老師嚴謹?shù)闹笇B(tài)度，開拓進取的精神和高度的責任心都將使學生受益終生！在此向指導老師表示衷心地感謝！ 參考文獻 [1]林悅香,楊然兵,尚書旗. 大蒜根莖切割一體機設計[J]. 農(nóng)機化研究,2014. 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