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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)
題 目： 蘋(píng)果削皮機(jī)的設(shè)計(jì)
院 （系）：
班 級(jí)：
姓 名：
學(xué) 號(hào)：
指導(dǎo)教師：
教師職稱(chēng)：
摘 要
最近幾年隨著人民生活水平的提高和食品安全意識(shí)的提高，國(guó)內(nèi)外引進(jìn)的水果品種愈來(lái)愈多。在市場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)已有產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行比較與研究分析,開(kāi)發(fā)了一種新的全自動(dòng)蘋(píng)果削皮機(jī),實(shí)現(xiàn)了上料、削皮、去核與卸果整個(gè)工作過(guò)程的全自動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)增加了全自動(dòng)上料系統(tǒng),可完成蘋(píng)果自動(dòng)輸送、擺正、插果的動(dòng)作;自仿形刀架驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),可根據(jù)蘋(píng)果橢圓度的不同,完成準(zhǔn)確去皮;保留了原自動(dòng)轉(zhuǎn)位工作臺(tái)機(jī)構(gòu)。該全自動(dòng)蘋(píng)果削皮機(jī)機(jī)構(gòu)緊湊,節(jié)省人力,生產(chǎn)率和制成率高。
關(guān)鍵詞：蘋(píng)果，削皮機(jī) ，機(jī)構(gòu)
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Abstract
In recent years with the improvement of people's living standard and food safety awareness of the increase, more and more domestic and foreign imported fruit varieties. On the basis of market research, through analyzing the characteristics of the study and analysis of the existing products, the development of a new automatic apple peeling machine, realize the automatic feeding and unloading, peeled, go nuclear the whole working process. The transmission system to increase the automatic feeding system, can complete automatic conveying, put the apple, fruit insert action; since the copying tool carriage driving system, according to the different apple ovality, complete and accurate skin; to retain the original automatic indexing table mechanism. The automatic apple peeling machine is compact in structure, labor saving, high productivity and yield.
Keywords: Apple；Peeling machine；Mechanism
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目 錄
摘 要 2
第一章 前言 5
1.1蘋(píng)果削皮機(jī)機(jī)械國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì) 6
1.2蘋(píng)果削皮機(jī)分類(lèi) 7
1.3蘋(píng)果削皮機(jī)方案設(shè)計(jì) 8
第2章 蘋(píng)果削皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
2.1螺桿的設(shè)計(jì)以計(jì)算 10
2.1.1螺桿螺紋類(lèi)型的選擇 10
2.1.2選取螺桿材料 10
2.1.3確定螺桿直徑 10
2.1.4自鎖驗(yàn)算 11
2.1.5穩(wěn)定性計(jì)算 11
2.1.6校核螺紋牙強(qiáng)度 12
2.2機(jī)架的剛度校核 12
2.3 手柄軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 17
2.3.1 手柄軸強(qiáng)度計(jì)算 17
2.3.2 手柄軸的疲勞強(qiáng)度校核 18
2.3.3 手柄軸的接觸應(yīng)力校核 21
第3章 蘋(píng)果削皮機(jī)的三維建模 22
3.1 Solidworks軟件簡(jiǎn)介 22
3.2 零件建模 24
3.2.1底座三維建模 24
3.2.2 機(jī)架的三維建模 24
3.2.3其他零件的三維模型造型 25
3.3零件裝配 28
3.4 三維向二維的轉(zhuǎn)換 30
總 結(jié) 32
致 謝 33
參考文獻(xiàn) 34
4
第一章 前言
本課題主要設(shè)計(jì)一種蘋(píng)果削皮機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，它克服了目前削皮機(jī)存在的問(wèn)題和不足。由2010年統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)得出，我們國(guó)家的蘋(píng)果、梨、桔子的產(chǎn)量均穩(wěn)居世界第一，水果總產(chǎn)量達(dá)到21401萬(wàn)多噸，果園面積也達(dá)到了11543千余公頃，兩者均連續(xù)8年穩(wěn)居世界第一，并且我國(guó)水果的種類(lèi)很多，成色也很好，因此我國(guó)被稱(chēng)之為是一個(gè)水果超級(jí)大國(guó)，水果的發(fā)展有很大的前景。從國(guó)家的扶農(nóng)政策下來(lái)之后，我們的水果產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了大約20年的快速發(fā)展，但是由于我國(guó)水果產(chǎn)業(yè)化發(fā)展起步比較晚，水果產(chǎn)后商品化手段仍然還是大大的落后于發(fā)達(dá)國(guó)家，一直以來(lái)的發(fā)展速度并不是很快速，可以說(shuō)是很緩慢。多年來(lái)通過(guò)研究各方面的原因，水果的產(chǎn)后商品化處理成為了水果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸，而美國(guó)，日本等水果產(chǎn)業(yè)強(qiáng)國(guó)的經(jīng)驗(yàn)表明水果產(chǎn)業(yè)的主要收益是由水果采后處理和采后加工獲取的，然而我國(guó)水果采后簡(jiǎn)單商品化處理率仍不足10%，大部分的水果都是沒(méi)有經(jīng)過(guò)任何的分級(jí)操作就進(jìn)入市場(chǎng)供應(yīng)，而水果發(fā)展強(qiáng)國(guó)的水果采后簡(jiǎn)單商品化處理率達(dá)到了95%以上，這里就形成的了很大的對(duì)比，也是我們務(wù)必需要改進(jìn)和完善的地方。
水果的外皮部分可有各種各樣的微生物、寄生蟲(chóng)卵，有的是運(yùn)輸者或采摘人的手上污染的。有的是銷(xiāo)售者用污水澆洗而污染的。據(jù)調(diào)查，有的地區(qū)水果外皮上大腸桿菌，其4性率達(dá)68%～96%水果的外皮上還可能被各種蟲(chóng)類(lèi)的代謝產(chǎn)物沾污。吃水果時(shí),若不削皮,就會(huì)連殘留在水果上的農(nóng)藥也吃進(jìn)去。輕者會(huì)嘔吐腹瀉,重者危及生命。那我們?cè)鯓忧宄砻娴臍埩粑锬牵恳话愣?，可用以下方法清除：第一是清水浸泡法，將水果用清水浸?0到30分鐘，然后反復(fù)沖洗兩到三次，這樣可以除去部分的殘留農(nóng)藥。還可以添加果蔬洗劑之類(lèi)的清洗劑，增加農(nóng)藥的溶出。第二是堿水浸泡法：先用5%堿水浸泡5-15分鐘后，再用清水沖洗干凈。第三是開(kāi)水浸泡法：將清洗好的水果在開(kāi)水中泡2到5分鐘，然后用清水洗滌1至2遍。第四是去皮法：對(duì)于帶皮的水果，如蘋(píng)果、梨子、猻猴桃等，我們先清洗一遍，再去掉表皮，這種辦法就可以去除表面的農(nóng)藥殘留。第五是儲(chǔ)藏保管法：有條件的話，將比較好保存的水果買(mǎi)回后存放10～15天左右，也能降低殘留農(nóng)藥的毒性。
我們知道水果中含有豐富的糖、有機(jī)酸、纖維素、維生素、礦物質(zhì)、多酚及黃酮類(lèi)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，隨著時(shí)代的發(fā)展人們?cè)絹?lái)越注重食用綠色水果，使我們吃的更加健康。但是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)生產(chǎn)的化肥農(nóng)藥激素等在蔬菜瓜果的使用使表面都有殘留。特別是有機(jī)磷農(nóng)藥廣泛用于谷類(lèi)、蔬菜、水果及茶等作物，有機(jī)磷農(nóng)藥可在食品洗滌、去皮、加熱過(guò)程中可以消減，但有機(jī)磷農(nóng)藥對(duì)人體有一定毒性，長(zhǎng)期慢性接觸對(duì)人的神經(jīng)功能會(huì)造成損害。有的人可能會(huì)說(shuō)，水果洗了數(shù)次，并用開(kāi)水或洗滌靈消毒后，果皮上的農(nóng)藥不就去掉了嗎？回答是否定的，因?yàn)檫@些農(nóng)藥經(jīng)過(guò)單純的洗滌是不能完全洗掉的，果農(nóng)在管理果樹(shù)時(shí)，從花落到結(jié)果，一直使用農(nóng)藥，時(shí)間一長(zhǎng)，一些農(nóng)藥就會(huì)殘留在果皮里，像六六六、滴滴涕、樂(lè)果、敵百蟲(chóng)等毒素，這些農(nóng)藥對(duì)人體有一定的毒性，即使是少量的對(duì)兒童也極為有害。吃水果時(shí),若不削皮,就會(huì)連殘留在水果上的農(nóng)藥也吃進(jìn)去。輕者會(huì)嘔吐腹瀉,重者危及生命。為了更好的為社會(huì)服務(wù)，本文著重研究齒輪傳動(dòng)工作原理、蝸桿傳動(dòng)工作原理、漸開(kāi)線形成和特性、漸開(kāi)線齒廓的嚙合特性，完成自動(dòng)水果去皮機(jī)的設(shè)計(jì)，并使用UG NX5軟件進(jìn)行了造型和運(yùn)動(dòng)仿真，在整體上對(duì)蘋(píng)果機(jī)的外形進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，不僅解決了安全問(wèn)題，同時(shí)是您家居的理想藝術(shù)品。
最近幾年隨著人民生活水平的提高和食品安全意識(shí)的提高，國(guó)內(nèi)外引進(jìn)的水果品種愈來(lái)愈多，不但關(guān)系到廣大消費(fèi)者的食用安全和能否滿(mǎn)足消費(fèi)者對(duì)優(yōu)質(zhì)安全水果的需求，而且也將大大影響水果產(chǎn)業(yè)的出口貿(mào)易，提高我國(guó)水果的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，將很大程度上促進(jìn)我國(guó)水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)民收入的增加。自從上個(gè)世紀(jì)90年代，水果強(qiáng)國(guó)就開(kāi)始大量應(yīng)用水果削皮機(jī)，提高水果的削皮效率，在市場(chǎng)調(diào)研的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)已有產(chǎn)品的特點(diǎn)進(jìn)行比較與研究分析,開(kāi)發(fā)了一種新的全自動(dòng)蘋(píng)果削皮機(jī),實(shí)現(xiàn)了上料、削皮、去核與卸果整個(gè)工作過(guò)程的全自動(dòng)。傳動(dòng)系統(tǒng)增加了全自動(dòng)上料系統(tǒng),可完成蘋(píng)果自動(dòng)輸送、擺正、插果的動(dòng)作;自仿形刀架驅(qū)動(dòng)系統(tǒng),可根據(jù)蘋(píng)果橢圓度的不同,完成準(zhǔn)確去皮;保留了原自動(dòng)轉(zhuǎn)位工作臺(tái)機(jī)構(gòu)。該全自動(dòng)蘋(píng)果削皮機(jī)機(jī)構(gòu)緊湊,節(jié)省人力,生產(chǎn)率和制成率高。
1.1蘋(píng)果削皮機(jī)機(jī)械國(guó)內(nèi)外發(fā)展趨勢(shì)
通過(guò)大量的閱讀資料和調(diào)查網(wǎng)絡(luò)上已有的蘋(píng)果削皮機(jī)得出了結(jié)論。在現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)社會(huì)中，生活中已經(jīng)存在了大量的蘋(píng)果削皮機(jī)，但是，在生活中的只是個(gè)人應(yīng)用的蘋(píng)果削皮機(jī)，于工業(yè)上應(yīng)用的大型蘋(píng)果削皮機(jī)微乎其微。而工業(yè)上應(yīng)用于水果罐頭和飲料及飲食等水果加工的機(jī)械還是比較少的，隨著我國(guó)的發(fā)展腳步前進(jìn)，造成了我國(guó)果品加工總體加工技術(shù)與加工裝備制造技術(shù)水平偏低。目前罐頭及水果加工領(lǐng)域存在的最大問(wèn)題就是加工過(guò)程中自動(dòng)化、連續(xù)化程度低，對(duì)先進(jìn)技術(shù)的消化能力差。去皮設(shè)備都停留在半自動(dòng)程度，靠人工將蘋(píng)果逐個(gè)插到固定針上，不僅生產(chǎn)效率低，而親容易造成工傷事故；因此設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)一種全自動(dòng)蘋(píng)果去皮機(jī)能有效的解決加工過(guò)程自動(dòng)化及連續(xù)化水平低的問(wèn)題，對(duì)其他果品加工同樣適用。朋友來(lái)時(shí)或自己需要品嘗水果時(shí)，它可以給你帶來(lái)方便和清潔衛(wèi)生的感受。有了它，你的家居生活更加干凈清爽；有了它，水果的滋味更加的清甜、美味。它能免去您削皮的麻煩，輕輕搖一搖，果皮不見(jiàn)了！人性化的設(shè)計(jì)讓小孩老人都能安全操作。不再擔(dān)心用水果刀削皮而削傷手指的危險(xiǎn)了。水果削皮機(jī)外形雅致。是您家居理想裝飾品。無(wú)論是蘋(píng)果還是梨，三五秒鐘自動(dòng)削皮，為您節(jié)省時(shí)間，減少親朋聚會(huì)及獨(dú)自休閑的費(fèi)時(shí)勞動(dòng)。輕輕松松，閑情逸致。削皮機(jī)削的果皮薄﹑不斷線。不同于水果刀削皮時(shí)多削去果肉﹑果皮滿(mǎn)地，事后掃地及手掌貼果肉不衛(wèi)生的情況，不浪費(fèi)﹑衛(wèi)生﹑省事。無(wú)論是個(gè)人食用還是招待親朋；家居還是酒店餐飲及會(huì)議；整果還是水果拼盤(pán)。水果削皮機(jī)都是您必備的家居利器。
1.2蘋(píng)果削皮機(jī)分類(lèi)
（1） 功能與應(yīng)用范圍
蘋(píng)果削皮機(jī)主要是對(duì)蘋(píng)果的果皮進(jìn)行分離。削皮厚度的均勻性，以及削皮方法的簡(jiǎn)單可行，削皮的效率是主要考慮的問(wèn)題。本文從削皮入手，運(yùn)用機(jī)械仿形的削皮方法，同時(shí)針對(duì)蘋(píng)果的大小不同，實(shí)現(xiàn)去皮的功能。
（2） 制造與維修
在制造方面多采用標(biāo)準(zhǔn)件，以減少在制造過(guò)程中的自主加工件的數(shù)量，減少不必要的開(kāi)支，為進(jìn)一步的維修提供良好的維修基礎(chǔ)。在大量的耗材可以直接外購(gòu)。在設(shè)計(jì)的同時(shí)就考慮到關(guān)于以后機(jī)器維修的問(wèn)題。從動(dòng)力部分到執(zhí)行部分以至整個(gè)機(jī)架都采用較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。以實(shí)現(xiàn)在維修的時(shí)候的拆卸和安裝的方便。
（3） 操作條件與工作可靠性
蘋(píng)果削皮機(jī)設(shè)備運(yùn)行要操作簡(jiǎn)單，對(duì)大小不同的果實(shí)要準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)削皮。同時(shí)，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單容易；各個(gè)零部件均要可靠裝配在削皮機(jī)上，充分保證機(jī)械工作運(yùn)轉(zhuǎn)中的安全可靠；在出現(xiàn)故障時(shí)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除故障，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到設(shè)備的可拆卸性和便于維修性。從而保證削皮設(shè)備的正常工作和整個(gè)工作系統(tǒng)安全可靠。
（4） 削皮機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
蘋(píng)果削皮機(jī)具有以下主要特點(diǎn): ①整機(jī)零件少,體積少,整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,且零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,易制造,易裝配調(diào)整,制造成本低,因此非常適用于中小生產(chǎn)者; ②不受果實(shí)大小的限制，以達(dá)到較好的削皮效果 ③工作效率高,方便靈活。
水果殘留農(nóng)藥清除具有良好的效果，既可確保水果的營(yíng)養(yǎng)成分，也讓我們食用起來(lái)更加健康。但清水浸泡法、堿水浸泡法、儲(chǔ)藏保管法周期太長(zhǎng)，使用不方便。開(kāi)水浸泡法由于用開(kāi)水會(huì)燙傷水果，使水果變味，營(yíng)養(yǎng)成分損害。總之去皮法比較方便，隨即食用，還不損害水果的營(yíng)養(yǎng)成分。而手動(dòng)去皮又十分困難。這樣以來(lái)水果去皮機(jī)的研制就十分必要。
目前在市場(chǎng)上有手動(dòng)（圖1-1）和自動(dòng)（圖1-2）兩種類(lèi)型的水果去皮機(jī)，但都不是很理想。
圖1-1 手動(dòng)去皮機(jī) 圖1-2自動(dòng)去 圖1-3手動(dòng)去皮
圖1-1為目前市場(chǎng)上應(yīng)用較多的一類(lèi)水果切削機(jī)，其刀尖均外漏，安全性能較低。工作時(shí)需首先裝上手柄，將蘋(píng)果器底部固定在桌面上，然后將蘋(píng)果放在針頭，最后轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，刀頭就會(huì)從蘋(píng)果底部開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，沿蘋(píng)果表面旋轉(zhuǎn)，直到蘋(píng)果頭部，這時(shí)刀就會(huì)離開(kāi)蘋(píng)果 。去皮過(guò)程結(jié)束。圖1-2所示的手動(dòng)水果去皮機(jī)，它的工作過(guò)程是：水果插在果叉上，然后搖動(dòng)把柄，刀具和蘋(píng)果就會(huì)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，完成切削過(guò)程，切下的果皮被下面的小盤(pán)子接到?？梢哉f(shuō)非常的環(huán)保。但蘋(píng)果的固定采用針頭法，很容易把水果損害，長(zhǎng)期使用也不衛(wèi)生。圖1-3所示的自動(dòng)水果去皮機(jī)，工作過(guò)程為：水果插在果叉上自轉(zhuǎn)，裝有刀片的刀架沿著預(yù)置的封閉軌跡運(yùn)動(dòng)并與水果表面形成切削關(guān)系，完成果皮的刨削。產(chǎn)品適用于圓形或近似圓形的果蔬削皮，例如蘋(píng)果、雪梨等水果。但是一般采用針頭固定，容易弄傷水果，如果長(zhǎng)期重復(fù)使用，針頭及針頭根部易出現(xiàn)贓物和細(xì)菌。同時(shí)針頭不適合于小孩及老人使用。不小心的話會(huì)弄傷手。產(chǎn)品樣式老套，沒(méi)有創(chuàng)新，不美觀。
1.3蘋(píng)果削皮機(jī)方案設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)的水果切削機(jī)，其刀尖均外漏，安全性能較低。工作時(shí)需首先裝上手柄，將蘋(píng)果器底部固定在桌面上，然后將蘋(píng)果放在針頭，最后轉(zhuǎn)動(dòng)手柄，刀頭就會(huì)從蘋(píng)果底部開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，沿蘋(píng)果表面旋轉(zhuǎn)，直到蘋(píng)果頭部，這時(shí)刀就會(huì)離開(kāi)蘋(píng)果 ，去皮過(guò)程結(jié)束。如圖1.3所示：
圖1.3:水果切削機(jī)方案圖
第2章 蘋(píng)果削皮機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1螺桿的設(shè)計(jì)以計(jì)算
本次設(shè)計(jì)的螺旋桿零件圖如圖2.1所示：
圖2.1:螺旋桿零件圖
2.1.1螺桿螺紋類(lèi)型的選擇
選擇梯形螺紋，牙型角=60°，梯形螺紋的內(nèi)外螺紋貼緊不易松動(dòng)；它的基本牙型按GB/T5796.1-2005的規(guī)定。
2.1.2選取螺桿材料
選擇45鋼
2.1.3確定螺桿直徑
按耐磨性條件確定中經(jīng)；
取，
則
由
可得
查國(guó)標(biāo)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化
選擇d=20mm 同時(shí)可查的p=3mm
2.1.4自鎖驗(yàn)算
自鎖條件是
符合自鎖條件
2.1.5穩(wěn)定性計(jì)算
細(xì)長(zhǎng)螺桿工作時(shí)受到較大的軸向壓力可能失穩(wěn)，為此應(yīng)按穩(wěn)定性條件驗(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性。
螺桿的臨界載荷與柔度有關(guān)
由，
=H+5t+1.5d=220+1.536+56=304mm
應(yīng)進(jìn)行校核
合理
2.1.6校核螺紋牙強(qiáng)度
一般螺母的材料強(qiáng)度低于螺桿，故只校核螺母螺紋強(qiáng)度
由于D=20mm
剪切強(qiáng)度條件為：
查表得：
符合剪切強(qiáng)度條件；
彎曲強(qiáng)度條件為：
查表得
符合彎曲強(qiáng)度條件
2.2機(jī)架的剛度校核
本次設(shè)計(jì)的機(jī)架如圖2.2所示：
圖2.2:機(jī)架零件圖
機(jī)架的剛度決定了機(jī)架在工作過(guò)程中變形的大小，其實(shí)對(duì)于機(jī)架的設(shè)計(jì)而言，剛度的研究比強(qiáng)度更有意義，因?yàn)闄C(jī)架由于壓力的作用而被破壞的情況是比較少的。但機(jī)架隨著工作時(shí)間的增加會(huì)慢慢的變形，這就要求機(jī)架有足夠的剛度，否則隨著機(jī)架的變形而導(dǎo)致傳動(dòng)件位置的變動(dòng)，機(jī)器的工作能力就會(huì)降低。根據(jù)壓桿保持平衡能力的最小臨界力公式
——臨界力 單位N；
E ——材料的彈性模量 單位Gpa，對(duì)槽鋼材料為205GPa；
I ——慣性矩 單位，對(duì)18號(hào)槽鋼為1369.9；
——機(jī)架高度 單位m。
在實(shí)際工作機(jī)架只受到支撐力的作用，因此只要校核機(jī)架的支撐應(yīng)力即可。機(jī)架在連接處的面積最小，即屬于危險(xiǎn)截面。
右端連接處最大應(yīng)力
左端連接處的最大應(yīng)力
根據(jù)機(jī)架一的設(shè)計(jì)高度為0.46m，再由公式（3-4）及已知數(shù)據(jù)得13.1，比較可知機(jī)架一受到的力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于，也就是機(jī)架具有足夠的強(qiáng)度，滿(mǎn)足要求。機(jī)架二、機(jī)架三所受的力較機(jī)架一而言要小，幾何尺寸也相差無(wú)幾，根據(jù)機(jī)架一校核所的數(shù)據(jù)知道，無(wú)論是強(qiáng)度還是剛度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足，所以據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷肯定滿(mǎn)足。反而是機(jī)架一與二之間的連接螺栓由于皮帶對(duì)軸拉力作用產(chǎn)生彎矩，受拉一邊的螺栓受力比較大需要進(jìn)行校核。在校核之前我們必須算出皮帶通過(guò)帶輪作用于軸上的力，因?yàn)檫@個(gè)力是直接通過(guò)機(jī)架傳遞給螺栓的。下面是求對(duì)軸作用力的公式：
——軸所受的拉力 單位N：
z ——皮帶根數(shù)，從同組人員那得到的數(shù)據(jù)為5根；
——單根皮帶初拉力 單位N；
——小帶輪的包角；
——計(jì)算功率=，工況系數(shù)，P實(shí)際功率；
——帶輪的圓周速度 單位m/s；
——小帶輪的包角系數(shù)；
q——每米帶長(zhǎng)的質(zhì)量 單位kg/m。
根據(jù)機(jī)架的受力位置我們得到這樣一個(gè)力學(xué)模型如圖4：
圖2.2.1機(jī)架的受力模型
——螺栓對(duì)機(jī)架的作用力 單位 。
由于是四個(gè)螺栓作用我們根據(jù)關(guān)系可以得到：
由公式及已知的數(shù)據(jù)我們可以得到。再參照選粉機(jī)電機(jī)機(jī)架設(shè)計(jì)時(shí)螺栓連接處預(yù)緊力一般取以上，所以螺栓的總受力為安全起見(jiàn)下面就可以根據(jù)公式求拉應(yīng)力：
——螺栓受到的拉應(yīng)力 單位；
S ——螺栓的截面積 單位。
由于我們選的是M16的螺栓，危險(xiǎn)截面對(duì)應(yīng)螺紋小徑處的面積約為140，根據(jù)公式得43，除拉應(yīng)力外，在螺栓受拉的過(guò)程中還受到螺紋副間摩擦阻矩的作用產(chǎn)生切應(yīng)力，對(duì)于M10～M64的螺栓=0.5，再根據(jù)第四強(qiáng)度理論：
57Mpa
螺栓的抗拉伸強(qiáng)度極限為，動(dòng)載情況下許用應(yīng)力安全系數(shù)為S=2.5～4，我們?nèi)?計(jì)算得到許用應(yīng)力[]==82.5Mpa，由于，所以滿(mǎn)足要求。
2.3手柄軸的設(shè)計(jì)校核
本次設(shè)計(jì)的手柄軸如圖2.3所示：
圖2.3：手柄軸零件圖
手柄軸長(zhǎng)度為300mm
；
許用應(yīng)力 用插入法查得：
許用應(yīng)力值
應(yīng)力校正系數(shù)
當(dāng)量彎矩
設(shè)計(jì)的最小直徑
手柄軸直徑
； 驗(yàn)算合格。
2.3.1 手柄軸強(qiáng)度計(jì)算
式中：——手柄軸的均布載荷；
——力；
——寬度。
式中： ——均布載荷；
——反力；
——長(zhǎng)度
式中： ——前后均布載荷
式中： ——平面上附加的均布力矩
按扭轉(zhuǎn)條件計(jì)算Ⅰ－Ⅰ截面的強(qiáng)度
因此Ⅰ－Ⅰ截面安全。
按彎扭合成條件計(jì)算Ⅳ－Ⅳ截面
因此截面安全。
2.3.2 手柄軸的疲勞強(qiáng)度校核
Ⅰ截面直徑最小，且有應(yīng)力集中；Ⅱ截面為連接處，由于直徑發(fā)生實(shí)然變化，產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中；由于直徑最大且無(wú)應(yīng)力集中，故不必對(duì)其他地方處進(jìn)行校核，而只需對(duì)Ⅰ、Ⅱ截面進(jìn)行校核。
截面Ⅰ右側(cè)
因?yàn)棰窠孛媸芘ぞ刈饔?，所?
由于變化形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)由表查取。因，，經(jīng)插值后可查得
軸的材料的敏性系數(shù)為
有效應(yīng)力集中系數(shù)為
尺寸系數(shù)
表面質(zhì)量系數(shù)為
處未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則得綜合系數(shù)值為
取
計(jì)算安全系數(shù)
可知其安全。
截面Ⅱ左側(cè)
彎曲應(yīng)力
所以 ，
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力
所以
由于軸徑變化形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)因，，經(jīng)插值后可查得
，
軸的材料的敏性系數(shù)為
，
有效應(yīng)力集中系數(shù)為
尺寸系數(shù)
尺寸系數(shù)
表面質(zhì)量系數(shù)為
此處未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即，則得綜合系數(shù)值為
取 ，
計(jì)算系數(shù)值
故安全。
2.3.3 手柄軸的接觸應(yīng)力校核
最大壓應(yīng)力
式中：——均布載荷；
——接觸區(qū)寬度的一半。
式中：——模數(shù)；
——半徑；
——半徑。
所以
第3章 蘋(píng)果削皮機(jī)的三維建模
3.1 Solidworks軟件簡(jiǎn)介
首先我要對(duì)Solidworks進(jìn)行介紹一下，它是一種先進(jìn)的，智能化的參變量式CAD設(shè)計(jì)軟件，在業(yè)界被稱(chēng)為“3D機(jī)械設(shè)計(jì)方案的領(lǐng)先者”，易學(xué)易用，界面友好，功能強(qiáng)大，在機(jī)械制圖和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，掌握和使用Solidworks已經(jīng)成為最基本的技能之一。與傳統(tǒng)的2D機(jī)械制圖相比，參變量式CAD設(shè)計(jì)軟件具有許多優(yōu)越性，是當(dāng)代機(jī)械制圖設(shè)計(jì)軟件的主流和發(fā)展方向。傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)通常是按照一定的比例關(guān)系，從正視，側(cè)視，俯視等角度，根據(jù)投影，透視效果逐步繪出所需要的各個(gè)單元，然后標(biāo)注相應(yīng)尺寸，這就要求制圖和看圖人員都必須具備良好的繪圖和三維空間想象能力。如果標(biāo)注尺寸發(fā)生變化，幾何圖形的尺寸不會(huì)同步變更；如果改變了幾何圖行，其標(biāo)注尺寸也不會(huì)發(fā)生變化，還要重新繪制，標(biāo)注，因此繪圖工作相當(dāng)繁重。參變量式CAD設(shè)計(jì)軟件，是參數(shù)式和變量式的統(tǒng)稱(chēng)。在繪制完草圖后，可以加入尺寸等數(shù)值限制條件和其他幾何限制條件，讓草圖進(jìn)入完全定義狀態(tài)，這就是參數(shù)式模式。由于軟件自動(dòng)加入了關(guān)聯(lián)屬性，如果修改了標(biāo)注尺寸，幾何圖形的尺寸就會(huì)同步更新。也可以暫時(shí)不充分的限制條件，讓草圖處于欠定義狀態(tài)，這就是變量式操作模態(tài)。
美國(guó)Solid Works公司是一家專(zhuān)門(mén)從事開(kāi)發(fā)三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件的高科技公司，公司宗旨是使每位設(shè)計(jì)工程師都能在自己的微機(jī)上使用功能強(qiáng)大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系統(tǒng)，公司主導(dǎo)產(chǎn)品是世界領(lǐng)先水平的Solid Works軟件。
90年代初，國(guó)際微機(jī)市場(chǎng)發(fā)生了根本性的變化，微機(jī)性能大幅提高，而價(jià)格一路下滑，微機(jī)卓越的性能足以運(yùn)行三維CAD軟件。為了開(kāi)發(fā)世界空白的基于微機(jī)平臺(tái)的三維CAD系統(tǒng)，1993年P(guān)TC公司的技術(shù)副總裁與CV公司的副總裁成立SolidWorks公司，并于1995年成功推出了SolidWorks軟件，引起世界相關(guān)領(lǐng)域的一片贊嘆。在SolidWorks軟件的促動(dòng)下，1998年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)、外也陸續(xù)推出了相關(guān)軟件；原來(lái)運(yùn)行在UNIX操作系統(tǒng)的工作站CAD軟件，也從1999年開(kāi)始，將其程序移植到Windows操作系統(tǒng)中。由于SolidWorks出色的技術(shù)和市場(chǎng)表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀眼的明星，也成為華爾街青睞的對(duì)象。終于在1997年由法國(guó)達(dá)索公司以三億一千萬(wàn)的高額市值將SolidWorks全資并購(gòu)。公司原來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)投資商和股東，以原來(lái)一千三百萬(wàn)美元的風(fēng)險(xiǎn)投資，獲得了高額的回報(bào)，創(chuàng)造了CAD行業(yè)的世界紀(jì)錄。并購(gòu)后的SolidWorks以原來(lái)的品牌和管理技術(shù)隊(duì)伍繼續(xù)獨(dú)立運(yùn)作，成為CAD行業(yè)一家高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)化公司。
功能描述
（1）、Top?Down(自頂向下)的設(shè)計(jì)
（2）、Down?Top?(自下向上)的設(shè)計(jì)
（3）、配置管理
（4）．易用性及對(duì)傳統(tǒng)數(shù)據(jù)格式的支持
（5）．零部件鏡像
（6）.裝配特征
（7）．工程圖
（8）．eDrawing
Solidworks模形由零件，裝配體和工程圖等文件組成，沒(méi)有生成零件之前的圖紙稱(chēng)為草圖。由2D，3D草圖直接生成3D模形和工程圖時(shí)，如果修改了草圖的標(biāo)注尺寸，其3D模形和工程圖會(huì)同步更新；相反，如果修改了工程圖的標(biāo)注尺寸，其3D模形和草圖也會(huì)同步更新。軟件使用起來(lái)非常方便，大大減少了設(shè)計(jì)人員的工作量，提高了工作效率。
通常，從打開(kāi)一個(gè)零件文件或建立一個(gè)新零件文件開(kāi)始，繪制草圖、生成基體特征、然后在模型上添加更多的特征，生成零件。也可以從其他軟件導(dǎo)入曲面或幾何實(shí)體開(kāi)始，編輯特征，生成零件和裝配體工程圖。這是常用的設(shè)計(jì)方法，也就是自下而上的設(shè)計(jì)方法。
草圖繪制從零件文件開(kāi)始，對(duì)于一個(gè)新的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，要首先建立零件文件。
由于零件、裝配體及工程圖的相關(guān)性，所以當(dāng)其中一個(gè)視圖改變時(shí)，其他兩個(gè)視圖也會(huì)自動(dòng)改變。
SolidWorks2012允許自定義功能,選擇菜單欄中的“工具”-“選擇”命令,可以顯示.定義”系統(tǒng)選項(xiàng)”和”文件屬性”選項(xiàng)卡.
SolidWorks2012可以自動(dòng)保存工作.自動(dòng)恢復(fù)功能可以自動(dòng)保存零件,裝配體或工程圖文件的信息,在系統(tǒng)死機(jī)時(shí)不會(huì)丟失數(shù)據(jù).如果設(shè)定此選項(xiàng),則選擇”工具”_”選項(xiàng)”菜單命令.在”系統(tǒng)選項(xiàng)”選項(xiàng)卡上,單擊”備份”選項(xiàng),選擇”每(n)次更改后,自動(dòng)恢復(fù)信息”復(fù)選框,然后設(shè)定信息自動(dòng)保存前應(yīng)發(fā)生的變更次數(shù).
SolidWorks2012具有很強(qiáng)的文件交換功能,可以輸入,輸出數(shù)十種文件格式,可以與AutoCAD，pro/ENGINEER,Solid Edge,CAM等軟件很方便地進(jìn)行文件交換。
SolidWorks2012在草圖繪制模式及工程圖中提供顯示網(wǎng)格線和捕捉網(wǎng)格線功能?？蓪⒕W(wǎng)格線與模型邊線對(duì)齊，還可捕捉到角度。網(wǎng)格線和捕捉功能在SolidWorks2012中不太使用，因?yàn)镾olidWorks是參變量軟件，尺寸和幾何關(guān)系已提供了所需的精度。
3.2 零件建模
3.2.1底座三維建模
在SolidWorks中，由于擋板的三維模型相對(duì)比較復(fù)雜，運(yùn)用了拉伸，切除等特征，形成托盤(pán)的三維模型。如圖3.2.1所示。
圖3.2.1 底座三維圖
3.2.2 機(jī)架的三維建模
由于機(jī)架的三維模型相對(duì)比較復(fù)雜，運(yùn)用了拉伸，切除等特征，形成托盤(pán)的三維模型。如圖3.2.2所示
圖3.2.2 機(jī)架三維圖
3.2.3其他零件的三維模型造型
另外，SolidWorks里toolbox里包含了各種傳動(dòng)件，螺栓，螺母，螺釘，軸承等數(shù)據(jù)，可直接調(diào)用輸入自己參數(shù)即可。 銷(xiāo)軸的建模，從toolbox中選擇銷(xiāo)軸，如圖3.2所示
圖3.2 添加銷(xiāo)軸標(biāo)準(zhǔn)件
由于把手連桿的三維模型比較復(fù)雜，運(yùn)用了拉伸，圓角，等特征，形成把手連桿的三維模型。如圖1所示
圖1 把手連桿的三維建模
刀片、手柄、支撐片、軸卡、蓋板的三維模型比較復(fù)雜，運(yùn)用了拉伸，圓角，旋轉(zhuǎn)切除等特征，形成的三維模型。其它零部件的三維建模這里就不一一描述。如圖2，3，4，5，6所示
圖2 刀片
圖3 手柄
圖4 支撐片
圖5 軸卡
圖6 蓋板
3.3零件裝配
修改配色后，蘋(píng)果削皮機(jī)看起來(lái)更加的形象逼真，配色后的效果方便設(shè)計(jì)審核人員更加細(xì)致的發(fā)現(xiàn)不足，便于修改。裝配通過(guò)一個(gè)中心線重合，面重合或給定距離來(lái)配合圓弧曲面的零件。由于蘋(píng)果削皮機(jī)的組件不少，我們采用分裝在到蘋(píng)果削皮機(jī)的形式，得到裝配圖如下圖3.3所示。
圖3.3 蘋(píng)果削皮機(jī)三維裝配體
3.4 三維向二維的轉(zhuǎn)換
SolidWorks作為一套功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助繪圖和設(shè)計(jì)軟件，可以建立零件的三維實(shí)體圖，三維裝配體圖及二維工程圖，且大多數(shù)生產(chǎn)一線的工程技術(shù)人員對(duì)二維繪圖軟件，如autocad，caxa電子圖版，等更加熟悉，而且二維軟件在繪制，尤其是標(biāo)注裝配體，零件圖時(shí)，具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。所以，充分利用SolidWorks和二維圖之間的轉(zhuǎn)換，把SolidWorks自動(dòng)生成的工程視圖與二維軟件的標(biāo)注結(jié)合起來(lái)，達(dá)到“以二維之長(zhǎng)補(bǔ)三維之短”的目的。一下是三維建模生成二維工程圖的詳細(xì)過(guò)程。
在SolidWorks中生成二維工程圖。在SolidWorks中的新建模板中，新建一個(gè)工程圖模板，打開(kāi)工程圖工具條，在工程圖工具條中點(diǎn)擊“新建”按鈕，并在作圖區(qū)域中單擊右鍵，“從文件中選擇”，確認(rèn)要生成工程圖的三維模型，并選擇要形成工程圖的視圖方向；在繪制區(qū)域內(nèi)單擊左鍵，以確定圖形位置，單擊“確定，完成工程圖的繪制，并將其保存為“dwg/dxf”格式的文件。打開(kāi)需要生成工程圖的零件，并將其拖入此工程圖。左鍵確定位置，繼續(xù)移動(dòng)鼠標(biāo)，會(huì)顯示鼠標(biāo)移動(dòng)方向的視圖。從而確定所需工程圖，如圖3.4所示。
圖3.4 蘋(píng)果削皮機(jī)工程圖創(chuàng)建
此外，還可通過(guò)上方的工具來(lái)分析剖視圖。也可標(biāo)注此裝配體的零件及其名稱(chēng)。因此圖還將在CAD中修改，故在此未標(biāo)注零件序號(hào)及名稱(chēng)。
總 結(jié)
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)大學(xué)中所學(xué)知識(shí)的回顧，是對(duì)以往所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用，鍛煉了我們的獨(dú)立思考能力、獨(dú)立解決工程實(shí)際問(wèn)題的能力、畫(huà)圖能力，更是從課本中的理論知識(shí)到生產(chǎn)實(shí)際的轉(zhuǎn)變。在這之前，雖然經(jīng)過(guò)四年的學(xué)習(xí)學(xué)到了很多知識(shí)，但是還沒(méi)有機(jī)會(huì)來(lái)運(yùn)用和掌握這些東西。通過(guò)這次實(shí)踐，我對(duì)蘋(píng)果削皮機(jī)設(shè)計(jì)的總體結(jié)構(gòu)、安裝工藝和機(jī)械設(shè)計(jì)過(guò)程都有了全面的了解，設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖方面的能力都得到了全面的訓(xùn)練和提高，也使我對(duì)機(jī)械產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，更堅(jiān)定了我從事機(jī)械行業(yè)的信心。設(shè)計(jì)初期，我去圖書(shū)館的網(wǎng)站內(nèi)下載了許多相關(guān)的文獻(xiàn)資料，對(duì)蘋(píng)果削皮機(jī)設(shè)計(jì)有所了解，然后開(kāi)始準(zhǔn)備我的開(kāi)題報(bào)告、任務(wù)書(shū)和文獻(xiàn)綜述。在總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我也遇到了很多困難，經(jīng)過(guò)多次的數(shù)據(jù)修改才把總體方案給確定下來(lái)，開(kāi)始畫(huà)圖等工作。設(shè)計(jì)期間得到了我的指導(dǎo)老師的幫助，我覺(jué)得從與老師的溝通過(guò)程中，我能學(xué)到很多東西，老師可以從另外一個(gè)角度來(lái)啟發(fā)我，給了我很多幫助、鼓勵(lì)和指導(dǎo)。通過(guò)這段時(shí)間的設(shè)計(jì)，我已基本按照設(shè)計(jì)要求完成蘋(píng)果削皮機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但是由于本人知識(shí)水平有限，又沒(méi)有實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，本設(shè)計(jì)中定存在不足之處，敬請(qǐng)老師同學(xué)批評(píng)指正，提出寶貴意見(jiàn)，以便及時(shí)糾正。當(dāng)然，我知道整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)還沒(méi)有結(jié)束，因?yàn)檫€需要答辯，還要有答辯老師的提問(wèn)與意見(jiàn)，我的畢業(yè)設(shè)計(jì)才能最終畫(huà)上句號(hào)。因此，我還需要繼續(xù)努力，認(rèn)真準(zhǔn)備答辯，仔細(xì)檢查我的論文，更好的完善，為我的大學(xué)畫(huà)上一個(gè)圓滿(mǎn)的句號(hào)。
致 謝
在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，要特別感謝我的指導(dǎo)老師。在我們畢業(yè)設(shè)計(jì)階段，老師經(jīng)常為了我們同學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作到深夜，他工作認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度讓我十分敬佩。此外，他對(duì)待學(xué)生和藹可親，不厭其煩的為學(xué)生解決設(shè)計(jì)中遇到的困難，指導(dǎo)我們?nèi)绾卫砬逅悸?，順利的進(jìn)行設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程中，給予我精心的指導(dǎo)與幫助，為我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)付出了辛勤的勞動(dòng)，傾注了大量時(shí)間和精力。在設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)方面上，特別是圖紙方面盡量做到精益求精，同時(shí)教給了我許多分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的思路及方法，使我能保質(zhì)保量的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。沒(méi)有老師的幫助就沒(méi)有今天的設(shè)計(jì)成果，在此向他表示誠(chéng)摯的敬意和衷心的感謝。
感謝大學(xué)四年來(lái)曾經(jīng)幫助過(guò)我的老師和同學(xué)，他們的教授與幫助，使我獲得了大量的知識(shí)，圓滿(mǎn)的完成了學(xué)業(yè)，在此我深深地表示敬意和由衷的感謝之情。本次設(shè)計(jì)過(guò)程參考了大量的文獻(xiàn)資料，在此向各學(xué)術(shù)界的前輩們致敬！
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