菠萝去皮机设计【毕业论文+cad+inventor+开题报告】.rar菠萝去皮机设计【毕业论文+cad+inventor+开题报告】.rar

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毕业论文+cad+inventor+开题报告 菠萝 去皮 设计 毕业论文 cad inventor 开题 报告

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菠萝去皮机设计
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资源描述:
√ √ 重庆人文科技学院本科毕业设计(论文)开题报告(范文) 姓 名 专业班级及其学号 指导教师 一、课题的名称、来源 1.课题名称 菠萝去皮机设计 2.课题来源 √ 生产 科研 教学 其他√ √ √ √ √ √二、研究意义、研究现状、研究内容、拟采用的研究思路与方法(可附页) 研究意义:菠萝原名凤梨,原产于南美洲,16世纪从巴西传入中国, 有70多个品种,岭南四大名 果之一。菠萝含用大量的果糖,葡萄糖,维生素 B,C,磷,柠檬酸和蛋白酶等物。性味甘平,具有 解暑止渴、消食止泻之功,为夏令医食兼优的时令佳果。1、菠萝含有一种叫“菠萝朊酶”的物质, 它能分解蛋白质,溶解阻塞于组织中的纤维蛋白和血凝块,改善局部的血液循环,消除炎症和水肿; 菠萝中所含糖、盐类和酶有利尿作用,适当食用对肾炎,高血压病患者有益;菠萝性味甘平,具有 健胃消食、补脾止泻、清胃解渴等功用。每100克菠萝含水分87.1克,蛋白质0.5克,脂肪0.1克, 纤维1.2克,尼克酸0.1毫克,钾126毫克,钠1.2毫克,锌0.08毫克,碳水化合物8.5克,钙20毫克, 磷6毫克,铁0.2毫克,胡萝卜素0.08毫克,硫胺素0.03毫克,核黄素0.02毫克,维生素 c18毫克, 灰分0.3克,另含多种有机酸及菠萝酶等。不仅如此,就连菠萝皮中也富含菠萝酶,有丰富的药用 价值,据国外专家20多年试验,长期食用菠萝皮,心脑血管,糖尿病的发病率显著降低,并有一定 的抗癌效果。无论人们为了口感而吃菠萝还是为了保健作用吃菠萝皮,菠萝削皮都是人们无法避免 的事情。菠萝皮不仅硬而且上面还有菠萝钉,这给削皮带来了一定的困难,所以研究发明菠萝削皮 机将给工厂加工食品以及家庭食用带来方便。 研究现状:国内与国外在研究菠萝削皮机上没有太多的区别,主要包括两种,一种是手动式,另外 一种是自动式。手动式一般适用于家用,而自动式主要应用于工厂、酒店、零售商等。最为先进的 一种自动式是应用 PLC 控制,机器由削皮刀、削眼刀、机械手、定果叉、PLC 等组成。动作电脑程 序控制。由于削刀能自动跟踪菠萝外形变化,因而去皮和去果眼带肉少,菠萝利用率高。机器去果 眼能大幅降低成本。开机前先测量果皮厚度和果眼深度,更换削刀,在屏幕上设定程序和参数,把 菠萝放进料斗,机器就能同时将外皮、果眼削下并且分离开来。此类产品由于适用大量的传感器及 PLC 控制等,造价比较贵,最便宜的也要1万余元,对于投资者来说,投入太大,所以在一般大型 食品加工厂才使用,对于一般零售商非常不划算。 研究内容:快速完成削皮工作,最大限度的减少削皮去钉对菠萝果肉的浪费,而且可以适用于不同 大小的菠萝,经济适用性强。 拟采用的研究思路与方法:根据所学的机械设计、机械原理、理论力学等知识设计一种可行的菠萝 削皮机。 三、主要参考文献 [1] Schoorl D,ttolt J E.Bn se resistance meaSlll'Olll(:llts in apples.Jommal of“l'exture Studies[J:,1980.1 1(4 :389—394. [2] ttolt J E, ¨’,-1 D.Package protectioi1_dI1(1 energ'y dissil~ation inapple packs[J .Seientia Horticultttiw 1984.24 [3] Tem1es B R.Appie handling ill1P c daca a(· sitiol1 and.dIa1.v is ch an inscnu1lenced sphere[J:199047,269—276. [4] 冯能莲.莩果在静载作用下骘夏形 牟[J:.安敏农业大/学字报.1995,(2): l68—171. [5]冯能莲.莩乐在静 下 援伤 障[J:蛋戢戋韭大学掌报,1996,(1):55—58. [6] 冯能莲.芋果静至扳傍冀泛≥研;三[J:东业 岐学报.1996.(3):7l 一 75. [7]孙孺,吴竞真、仇农学,替 J 军.兰呆 动扳 鸶 7 5“ 擘 R 其 ‘价[Jj.西北农业 大学学报. I994,(I):78—83. [8]孙骊,仇农学,吴竞走.运输中东功参敏对萼果撅传 影: 西北工业大学学报, I996.(3):85—89. [9]李小昱,王为.芊果运输东动损 等纫探.西北农业大掌学报[J .I998,(4): 20—23. [10]李小昱,王为,孙疆、 马国华.芊呆流夏挣 -睦 研究(I 焉夏特性的试验与研究) [J:. 西北工业大学学报,1991,(3):70—74. [11]李小昱,王为,孙骊,:-'5 国华 苹果流夏特性约研究(1I.杜驰特性的试验与研 究)[J:. 西北农业学报,1991,(4):103—106. [12] D Sehoor1.Holt Impact Bnfising in 3 Apple.JUTangenlents[J .A c Engng Iies,1982,27:507—512. [13]单明彻,徐朗.苹果 礼披特性和矾泼损伤[J .农业机玻学报.1988,(2):72— 79. [14] 孙桓.陈作模机械匣理[M].北京:高等教育出版社.2001 [15]沈再春.农产品加工机械与设备[M].北京:农业出版社.1993. [16]程凌敏.食品加工机械[M].北京:中国食品出版社,1998. 四、进度安排 1 周—4 周:选择课题,并着手于相关数据及文献的收集,完成开题报告,确定论文题目以及毕业 实习。 5 周至 7 周:查阅相关文献及数据,完成上下箱体工艺路线的制定,工序图的绘制,以及确定夹具 的定位安装方式。 8 周至 11 周:完成总装图与零件图的绘制, 12—13 周,三维图的绘制,说明书的书写 14 周至 15 周:根据指导老师的意见最终定稿,准备答辩。 五、指导教师意见 指导教师签名: 日期: 年 月 日 六、所在系意见 负责人签名(签章): 日期: 年 月 日 注:此件由学生本人填写,一式二份,院(部)、指导教师各存一份。 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 目 录 摘要 1 第一章.菠萝去皮机概述 .2 1.1 研究意义 2 1.2 常见菠萝去皮方式 2 1.3 国内外研究现状 3 1.4 本论文研究工作 4 第二章.菠萝去皮机总体机构设计 .5 2.1 立式摩擦式去皮机 .5 2.2 V 型刀具去皮机 7 2.3 菠萝去皮机 8 2.3.1 主要结构介绍 8 2.3.2 工作原理 9 2.4 方案的确定 9 第三章 结构设计与校核 10 3.1 菠萝去皮机的总体结构设计 .10 3.1.1 运动的合成 10 3.1.2 总体结构设计 11 3.2 执行结构设计 12 3.2.1 刀具的选择 12 3.2.2 刀具的结构设计 12 3.2.3 刀具大弹簧的设计 .13 3.2.4 刀具小弹簧的选择 .14 3.3 传动机构的设计 16 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 3.3.1 螺杆的设计计算 .16 3.3.2 传动装置设计 .18 3.3.3 螺杆端轴承的选择与校核 19 3.4 电机的选择 .19 第四章 菠萝夹具的设计 22 4.1 夹具的设计 .22 4.2 轴承选择与校核计算 .22 4.3 链条的设计 .23 第五章 菠萝去皮机的电气控制 27 5.1 电气控制设计 .27 5.2 电气控制原理图 28 设计总结 28 致 谢 30 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 1 菠萝削皮机的设计 学 生: 指导老师: 摘 要 : 面对飞速发展的现今社会,人们的压力越来越大。城市污染日益严重。人 类的免疫力面对极大的挑战,各种疾病威胁着人类的身体健康。科学家通过研究证明水果 中富含的维生素可以大大提高人体的抵抗力,这使得人们更加喜爱食用各种水果。冰箱的 发明已经解决了食物保鲜的问题。剩下需要进步的就是如果更加快速方便的解决一些比较 难切削的水果。本设计依靠电动机、螺杆、特殊刀具、链条传动等方式对不同尺寸菠萝进 行切削去钉。既方便又安全,适合各种工厂及家庭的使用。 关键词:削皮机;螺杆;链传动;刀具 Design Of Pineapple Pelling Machine Student: Tutor: (College Of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract:Faced with the rapid development of modern society,people’s increasing pressure.Urban pollution is becoming increasingly serious. The immune system of the human face of great challenge,various diseases threatening human health. Studies have shouwn that fruits rich in vitamin,scientists can greatly improve the body’s resistance, which makes it more popular to eat a variety of fruits. The invention of the fefrigerator has solved the problem of food preservation. The rest need to progress more quickly and easily solve some of the more difficult cutting fruit. The design relies on the motor,screw,special tools, chain drive on the different sizes of pineapple cutting to nail. Convenient and safe, suitable for a variety of factory and home use. 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 2 Keywords:Peeler;Screw;Chain drive;Tool 第一章.菠萝去皮机概述 1.1 研究意义 菠萝是个热带水果,随着目前物流以及经济的发展,酸酸甜甜的菠萝不仅作为 水果被广泛的食用,而且作为一个食材,比如凤梨排骨等等,因此对菠萝的需求越 来越大。 在一个方面菠萝的味道甜中带酸能开胃,在另外一个方面也具有非常好的药用价值。 菠萝含用大量的果糖,葡萄糖,维生素 A、B、C,磷,柠檬酸和蛋白酶,具有解暑 止渴、消食止泻之功,因此夏季进食能够起到非常好的健康调节作用。 另外近年来科学的不断发达,有众多的研究证据表明通过食用菠萝,摄取的维 生素能够很好的预防癌症,如果能够合理的补充适量的菠萝,能够提高自身的抵抗 能力,改善人体健康,提高人平均寿命。然而菠萝却又一层厚厚的不规则的表皮, 为了能够更好的吃到他的果肉,必须先去掉这层菠萝表皮,才能享受这种美味。然 而,过去由于生产量不大,人人往往通过手工的方式去掉果皮,该方式生产效率极 低,去皮花费时间过长,因此研究一种合适的机械,满足菠萝去皮的需要,既能提 高效率,又有节省人力。因此研究去皮机具有非常重要的意义。 1.2 常见菠萝去皮方式 最广泛的其中也是最普遍的一种削皮手段是采用手工弯刀去皮,其原理也相对 简单,通过 U 型的小弯刀现将菠萝的果锭去皮,在刮出后在去除外皮,这就是普通 的去皮方式了。其去皮刀如图 1 所示。 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 3 图 1 手工去皮刀 随着机械领域的发展,越来越多的开始探索采用一些机械结构来进行去皮,下 面这种螺旋去皮就是通过一把螺旋刀具旋紧菠萝内部,把菠萝肉切削成螺旋状整体 拉出来,但这种方法使果肉的浪费较多,但是缺点也比较多,一是其果肉浪费的太 多,二是人工操作有些还在室外,卫生无法控制由于手工削皮存在费工、费时、而 且不卫生等缺点,设计需针对工厂,店铺等对快速卫生去皮的要求。如图 2 所示。 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 4 图 2 手工去除菠萝机 本削皮刀的削皮技巧,同样是熟能生巧,越削越快,原理是采用竖削法,每个 菠萝十来块皮,十来刀就能削好,主刀设计有削切绕皮功能,当削皮不入时会自动 拉刀切入菠萝皮达到轻松快速削好每一刀的利索效果。1,使用削皮刀所坐的凳子 高矮要适中,太高太矮会影响操作灵活性,2,关于菠萝鼻毛纹路与 V 口刀削皮角 度的调节,应扭动胶框【类似葡萄框】调整角度至 V 口刀需要的角度。 1.3 国内外研究现状 目前用的较多较普遍的一种菠萝去 皮机属于立式菠萝去皮机,该机械采用 plc 控制,除去通过手工的方式,也有 采用全自动机械进行控制削皮的方式, 这种机械控制程度高,通过 plc 对机械 结构各个部分进行分工控制,效率高, 既能削皮也能削果眼。 图 3 菠萝去皮机 图 4 手摇式菠萝去皮机 手摇式菠萝去皮器设计,如图 4 所示。改去皮机既能采用手摇提供动力也 能采用电动机提供动力进行,把三角叉从菠萝器底部的空巢中滑出,将已经去 除叶子的菠萝垂直插上三角叉,将叉好的三角叉装回空槽,调整刀片的位置及 大小,使菠萝果肉能够最大限度的保证即可。顺时针摇动手柄,使刀片下降进 行削皮,削皮结束,则相反。 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 5 1.4 本论文研究工作 本论文从菠萝去皮国内外研究现状入手,查阅了国内外脱皮的相关机型,结 合我国去皮机械的情况,研发了小型菠萝去皮机,既提高了去皮效率,又节省了人 力和物力,对菠萝产品的进一步发展具有重要意义。 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 6 第二章.菠萝去皮机总体机构设计 本章主要内容是根据目前的资料所示,结合机械设计机械原理相关的理论,确 定了以下几种去皮的方案,分别如下。 2.1 立式摩擦式去皮机 该机采用立式机型,主要由工作圆筒,工作转盘,机架和传动部分等几个部分 组成。以电机为动力,通过齿轮带动圆筒底部的磨盘旋转。磨盘上表面中间低、边 缘高,呈波浪形。块茎加入圆筒内,因离心力和相互碰撞作用,在圆筒内上、下、 左、右翻动,并不断地滚动;而圆筒上的弹板,将块茎弹回,在磨盘和弹板共同作 用下菠萝被均匀地磨去外皮,实现菠萝去皮的目的。去皮结束时加入清水,再打开 侧门,块茎从侧门排出,皮屑随水流从磨盘的周围间隙排出。该机为间歇生产。当 去皮机工作时,工作转盘旋转,物料由斗形进料口加入,物料落到旋转圆盘表面上 的波纹凸起上时,受离心力的作用由工作圆盘的中心向外运动,同时被抛起向筒壁 的粗糙表面并产生摩擦。物料不断的沿工作圆筒壁运动,上升到顶盖,又被顶盖挡 回落入工作盘表面。物料在这样的往复运动过程中,被猛烈翻滚搅动,从而形成了 与盘、筒壁及颗粒之间的以翻转、揉搓摩擦为主,撞击为辅的综合机械作用效果, 从而达到去皮的目的。在摩擦去皮的同时,从进水孔注入清水,及时将擦下的皮通 过转盘与筒壁的缝隙冲至排渣口排出机体。在不停机的情况下,打开出料口的活门, 物料利用离心力从出料口卸出。卸料前应停止注水,以防止活门打开后从出料口溅 出。如图 5 所示。 其中工作圆筒部分包括圆柱形工作筒和倒梯形集皮槽。它由不锈钢薄钢板卷焊 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 7 而成(采用不锈钢是因为它具有良好的耐腐蚀性能承受一定的冲击载荷,具有较高 的硬度和耐摩性,特别是对于此类食品加工设备,食品安全卫生状况最佳)。筒内 壁为粗糙表面,以棕刚玉掺环氧树脂浇注、烘干而成。圆筒的侧壁开有带活门的出 料口,物料块茎在离心力的作用下甩出来,碰在出料门的内壁上并改变方向,以便 于物料的收集。出料口和排渣口的方位可根据接收容器的放置位置和方便操作来确 定。工作转盘是物料去皮过程中产生机械作用的主要部件。根据菠萝的生物学特性 及物理特性,吸收手工去皮的基本原理,确定转盘的基本形状为圆盘形,转盘表面 为中心向四周辐射的凸起波纹状。为增大物料和转盘的摩擦,用棕刚玉掺环氧树脂 通过模型浇注在盘的顶面上,大概 20mm 厚,经烘干制成。亦具有一定的去皮作用。 转盘下方设有随盘一起转动的挡水环,以防止清洗水进入轴承。图 2.4 轴上零件的 装配分析。该传动系统采用 V 带一级传动。电机安装在机架上水,整机结构简单、 紧凑。工作圆筒下部设有排渣口,清洗水连同物料皮渣一起从这里排出。 1、菠萝入口 2、简盖 3、插板 4、圆筒 5、出料口 6、底座 7、机槊 8、联轴器 9、 电机 10、变速机构 11、橡胶挡板 12、磨盘 图 5 立式摩擦去皮机 2.2 V 型刀具去皮机 本方案采用切削表皮的方式达到去皮的目的,采用“V ”型刀具剔除果眼 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 8 及外表皮,对于未长果眼的部分则采取普通切削方法去除。简图如下:由上顶 盖、上顶钉及对顶螺母、下顶盖、和下顶钉、构成菠萝的夹持机构,直齿圆锥 齿轮与进给螺纹套管固连,通过摇动手柄和变速齿轮机构将动力经直齿圆锥齿 轮与进给螺纹管道组成的传递机构,将动力传给的刀具夹紧法兰盘,从而带动 刀具旋转,实现刀具的旋转运动与直线进给运动,进而完成对菠萝的去皮与 “挖黒芯”的工作。 1、外壳 2、基座 3、上顶盖 4、上顶盖及对顶螺母 5、下顶盖 6、下顶钉 7、V 型刀具 a 8、V 型道具 b 9、蝴蝶夹紧卡子 10、开口槽 11、夹紧滑动梯形槽 12、夹紧 T 型销 13、 刀具夹紧法兰盘体 14、刀片 a 15、刀片 b 16、进给螺纹套管 17、直齿圆锥齿轮 a 18、直齿 圆锥齿轮 b 图 6 V 型刀具去皮机 由上顶盖、上顶钉及对顶螺母、下顶盖、和下顶钉、构成菠萝的夹持机构,直 齿圆锥齿轮与进给螺纹套管固连,通过摇动手柄和变速齿轮机构将动力经直齿 圆锥齿轮与进给螺纹管道组成的传递机构,将动力传给的刀具夹紧法兰盘,从 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 9 而带动刀具旋转,实现刀具的旋转运动与直线进给运动,进而完成对菠萝的去 皮与“挖黒芯”的工作。 2.3 菠萝去皮机 本方案提供一种菠萝削皮去钉机器,该机器可以在一个工作程序中同时完成削 皮和去钉两种工作,提高了工作效率,最大限度的减少了削皮去钉时对菠萝果肉的 浪费,而且可以适用于不同大小的菠萝,经济适用性强.简图如下: 2.3.1 主要结构介绍 本方案设计的菠萝去皮机,包括环形固定体、管形活动轴、活动体、削 皮丝、去钉刀、小弹簧和大弹簧等多个活动体组成漏斗形开口装置,用于放置菠 萝,环形固定体位于各活动体外网,各活动体通过管形活动轴与环形固定体链接, 活动轴为空心腔体,空心腔体有小弹簧,小弹簧一段位于活动轴台阶上,另一端 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 10 设有一圆环,围绕各活动体内侧组成的圆周并进入各管形活动轴空心腔的削皮丝 穿过圆环,各活动轴前端设有三角形去钉刀,可以从活动体圆周内侧深入圆周中 心。 2.3.2 工作原理 本方案菠萝削皮去钉器各活动体在菠萝向下移动过程汇总推动管形活动轴向外 张开,又在大弹簧反作用力的对抗下,使菠萝削皮去钉器的活动体内侧紧靠菠萝表 皮,同事,削皮丝的长度和张紧度也会随活动体组成的入口大小在小弹簧的作用下 自动调节,利于菠萝削皮和去钉,并确保削皮的厚度保持一致,削皮去钉非常干净, 且保证最大限度地减少去钉时对菠萝果肉的浪费。本设备中的多根管形活动轴,是 根据大多菠萝表面花器组成的螺旋纹数决定的,选用 13 根,也可以具体选择,使 用的时候,还可以适当减少以及不装去钉刀,就能实现对不同水果的削皮去钉工作, 或者只削皮不去钉的工作,使用简单方便,用途广泛。 2.4 方案的确定 在以上的三种方案中,方案一是采用摩擦式去皮,去皮效果一般,且表面不美 观,且需要除去的钉刺不能去掉,浪费较多,此方案不予选用。方案二和方案三是 基于切削原理的削皮机,其中方案二结构简单,操作方便,缺点在于去钉不方便, 不能自动调整切削半径,使得操作复杂性和难度加大,操作人员的劳动强度也比较 大,第三种方案的话只需操作人员上料和下料,劳动强度降低,且具有自适应菠萝 半径大小切削的作用,对果肉浪费较小,制造成本较方案二要稍贵,但是由于都是 比较容易加工的零件,成本/价格还在合理的范围以内。 综上所述,基于实用性、操作人员劳动强度和成本三个方面考虑,本次设计采 用第三种方案。 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 11 第三章 结构设计与校核 3.1 菠萝去皮机的总体结构设计 3.1.1 运动的合成 图 1 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 12 根据菠萝的结构,菠萝表面的花苞片及“果眼”的分布形状如图 1 所示。菠 萝通常呈现未对称性的左右螺旋线排列,左右螺旋线的螺旋线的螺旋升角均约为 40,每条螺旋线绕菠萝均为 712 圈,每个菠萝的螺旋线数为 13 条左右,而菠萝的 高度与其直径之比为 1.5 左右,其高度一般在 160mm——280mm 范围之内。 故水平方向转动 7/12 圈则竖直方向上升 1.5D 设定每个菠萝去皮时间为 20s,则: min/47201/rsri/95.菠 萝De 3.1.2 总体结构设计 在方案三中已经初步描述菠萝去皮机的结构,其中机器中去钉器包括环形固定 体、管形活动轴、活动体、削皮丝、去钉刀、小弹簧、大弹簧,用于放置菠萝的活 动体是由多个活动轴机构组成漏斗形开口装置,所述活动体由上大下小的半锥形体 与一支离的圆弧体连接成一体,半锥形体向漏斗形开口倾斜,半锥形体与圆弧之间 的角度大于 90°,环形固定体位于活动体的外围,与活动体或自荐通过跟管形活 动轴连接,活动轴为空心腔体,位于环形固定体与活动体之间的活动轴外周设置大 弹簧,活动体可向后挤压大弹簧,从而扩大由多个活动体组成的用于放置菠萝漏斗 形开口装置的直径。活动轴空心腔体内设有小弹簧,小弹簧一段通过活动轴内内壁 台阶固定,另一端与环绕活动体内侧圆周并进入各管形活动轴空心腔体的削皮丝链 接,各活动轴前端设有三角形去钉刀,从活动体圆周内侧伸入中心。活动轴穿过环 形固定体,其外端设有螺纹,与螺母链接,放置管形活动轴脱离环形固定体,便于 小弹簧的装入。大弹簧位于管形活动轴外周,可以控制管形活动轴的运动,使管形 活动轴的折面紧靠菠萝表面。小弹簧位于管形活动轴空腔内,可以控制削皮丝的紧 张度,以利于削皮丝对菠萝表皮的切割。三角形去钉刀是根据菠萝表皮的花器有序 排列成螺旋形二设计去钉刀 6 的个数,根据每个花器中间有一个黑色的菠萝钉的规 律进行挖去菠萝钉,该装置去钉刀为 13 个,活动轴与活动体制造成一体式结构, 活动轴与活动体也可以焊接处一体或者其他方式固定连接。各活动轴前端也可以去 除三角形去钉刀,由平面或者弧面封闭,菠萝削皮去钉器只削皮不去钉,削皮丝是 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 13 由兼容细小的钢丝穿过在各个管形活动轴里面的小弹簧离心端,在小弹簧的作用下 绑紧,以利对菠萝削皮。 在使用本菠萝去皮机时,先用水果刀却去菠萝头尾部,固定在抓盘上,再放入 活动体组组成的漏斗形入口,使菠萝表皮的花器对准三角形去钉刀,机械力旋转菠 萝的同时菠萝刀具沿着菠萝钉的螺旋纹旋转向上移动,菠萝削皮去钉器各活动体在 菠萝转动,刀具上升的作用下,活动体向外扩张,挤压大弹簧 4,同时又在大弹簧 的作用下自然调整,以利于菠萝削皮去钉,并确保削皮的厚度保持一致,然后出来 的将是削皮去钉后非常感激的菠萝果肉,且保证最大限度地减少削皮去钉时对菠萝 果肉的浪费。如果用于某些只削皮不去钉的场合,不用装去钉装置,使用时只要将 菠萝放入菠萝削皮去钉器入口。 3.2 执行结构设计 3.2.1 刀具的选择 根据设计要求,菠萝削皮机要对菠萝进行削皮和去钉,削皮考虑用削皮丝完成指定 削去 2-3mm 表皮的效果,去钉采用三角形去钉刀进行去钉。 3.2.2 刀具的结构设 计 3.削皮丝 6 去钉刀 5.活动体 上图中 6 为去钉刀,对菠萝进行去钉动作,3 为削皮丝,用于切削菠萝表皮。 根据菠萝的特点:每个菠萝螺旋线数位 13 左右,而菠萝的高度与直径比值在 1.5 左右,菠萝直径在 Φ85-Φ134 之间。我设计菠萝去钉刀为 13 个平均分拨在菠萝的 周围,故只需对其中的一把刀进行具体分析。 由于菠萝大小不一致所以刀具设计为可自由调节距离,位于活动体 5 的外围环 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 14 形固定体与活动体之间通过关系活动轴连接,环形固定体与活动体之间设有大弹簧, 活动轴空心腔体内设有小弹簧,一端位于活动轴台阶上,另一端设有一圆环,为要 各活动体内侧组成的圆周并进入各管形活动轴空心腔体的削皮丝穿过所述圆环,各 活动轴前端设有三角形去钉刀,如上图所示。刀具图如下图所示: 3.2.3 刀具大弹簧的设计 1.根据工作条件选择材料并确定起许用应力 根据要求选用普通圆柱螺旋弹簧根据刀具活动轴 2,根据活动螺旋轴 2 的外径 ,设定弹簧中径 D=20mm,外径 .当弹簧压缩变形量md15 mD0 时,压力 ;当弹簧压缩变形量 时,压力 .因.2NF5132NF601 为弹簧在一般载荷条件下工作,可以按照第 III 类弹簧来考虑。现选用碳素弹簧钢 丝 C 级。并根据 ,估取弹簧钢丝 2.0mm。由《机械设mD202 计》第八版表 16-3 暂选 ,则更具表 16-2 可知MPaB7 (1)6845.80 2.根据强度条件计算弹簧钢丝直径 现选用螺旋比 C=10,则由式(16-4)得 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 15 (2)14.065.4165.041CK 根据式(16-10)得 (3)mFd 13.68401.3.6.1'2  因此估算值符合要求,取弹簧钢丝标准直径 。此时 ,为标d2mD20 准值,则有 (4)mdD2202  所的尺寸与题中条件相符,合适。 3.根据刚度条件计算弹簧圈数 由式(16-9)得弹力刚度为 (5)mNFKf /2/1502  由表 16-2 取 G=82000Mpa,则弹簧圈数 n 为 (6)25.10823 434fkDGdn 则取 n=11 圈。此时弹簧刚度为 (7) mNmNKf /864.1/125.0 4.验算 弹簧初始压力为 0;初应力即为 0 极限工作应力 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 16 (8)Mpa6.95717056.lim 则极限工作载荷为 (9)NDKdF8.138lim3li  5.弹簧长度的计算 根据菠萝的之境范围 因此弹簧的压缩量为:1345 md5.24/ 所以弹簧的总长度: mhL5.42. 取弹簧长度为 50mm。 3.2.4 刀具小弹簧的选择 1.根据工作条件选择材料并确定起许应力、 根据要求选用普通圆柱螺旋弹簧根据刀具活动轴 2 和空腔大小设定小弹簧中径 ,外径 。当弹簧压缩变形量 时,压力 ;当mD8m92m5.1NF10 弹簧压缩变形量 时,压力 ,因为弹簧在一般在和条件下工作,8NF32 可以按照第Ⅲ类弹簧来考虑。现选用碳素弹簧钢丝 C 级。并根据 。估取弹簧钢丝 1.0mm。由《机械设计》第八版表 16-3192 暂选 ,根据公式( 1)可知 。MPaB170MPaB6845.08 2 根据强度条件继续按弹簧钢丝直径 现选用旋绕比 C=10,则由式公式(2)得 (10)184.065.48165.041CK 根据式(3)得 (11)mKCFd 06.1684.132.6.1'2  重庆人文科技学院 2016 年 9 月 17 因此估算值符合要求,去掉弹簧钢丝标准直径 。此时 ,为标准值,md1mD8 则由式(4)得 (12)mdD9182 所的尺寸与题中条件相符,合适。 3.根据刚度条件计算弹簧圈数 n 由式(5)得弹力刚度为 (13)mNFKf /4/83212 由表 16-2 取 G=82000Mpa,则弹簧圈数 n 由公式(6)得 (14)0.54812833 4fkDGdn 则取 n=5 圈。此时弹簧刚度为 (15)mNKf/4 4.验算 弹簧初始压力为 0;初应力即为 0 由公式(7)得极限工作应力 Mpa6.9571756.lim 由公式(8)得极限工作载荷为 (16)NDKdF69.38lim3li  5 弹簧长度的计算 弹簧的长度: Lh1501 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 18 取小弹簧长度为 20mm 3.3 传动机构的设计 3.3.1 螺杆的设计计算 削皮机进行工作是道具沿螺杆向上以一定的速度做上升运动, 1. 选作材料,螺栓材料等选用 45 号钢 。螺母材料选用Mpas30 ZCuA19Mn2,查表确定需用压强 .P15 2. 确定螺纹牙型。梯形螺纹的工艺性好,牙根强度高,对中性好,本题采用 梯形螺纹。 3. 按耐磨性计算初选螺纹的中径。因选用梯形螺纹切螺母兼作支撑,根据教 材式(5-43)得 (17) mpFd85.1.208.02  按螺杆抗压强度初选螺纹的内径。根据第四强度理论,其强度条件为 (18) 22233Tca WAF 但对中小尺寸的螺杆,可认为 ,所以上式可简化为 5.0 (19)SAQdTFca 3.1.43 212 式中,A 为螺杆螺纹段的危险截面面积, ;S 为螺杆稳定性安全系md421 数,对于传力螺旋,S=3.5-5.0;对于传到螺旋,S=2.5-4.0;对于精密螺杆或水 平螺杆,S4.本题取为 5.故有螺杆螺纹小径 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 19 (20)msSQd 35.2014.3.141  5.综合考虑,确定螺杆直径。比较耐磨性计算和抗压强度计算结果,可知 本题螺杆直径的选定应以抗压强度计算的结果为准,按照国家标准 GB/T5796- 1986 选定螺杆尺寸参数,螺纹外径 d=30mm,螺纹内经 ,螺纹中径md5.21 ,螺纹线数 n=1,螺距 P=6mm.md28 6.校核螺旋自锁能力。对传力螺旋传动来说,一般应确保自锁性要求,以 避免事故。本题螺杆的材料为钢,螺母材料为青铜,钢对青铜的摩擦系数 f=0.09(查《机械设计手册》)。因梯形螺纹牙型教 ,30 ,,所以 152/ (21)06.418.3arctnarct2dP (22)3.5cos9.artncosartrctffvv 所以可以满足自锁要求。 若自锁性不足,可增大螺杆直径或减沾上螺距进行调整。 7.计算螺母高度 H.因 ,因选 ,H=24mm,螺纹圈数计算:2dH5.24/PH 螺纹圈数最好不要超过 10 圈,因此可以满足要求。 当条件不满足的时候,一般手段是在不影响自锁性要求的前提下,可适当增大 螺距,而本题螺杆直径的选定以抗压强度计算的结果为准,耐磨性已相当富裕, 所以可适当减低螺母高度。 现取螺母高度 H=24mm,螺纹圈数 z=4,满足要求。 8.螺纹牙的强度计算。由于螺杆材料强度一般远远大于螺母材料强度,因 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 20 此只需校核螺母螺纹的牙根强度。根据教材表 5-13,对于青铜螺母,这里取 ,由教材式(5-50)得螺纹牙危险截面的剪切应力为Mpa30 (23)6.09214.3DbuQ 满足要求 螺母螺纹根部一般不会弯曲折断,通常可以不进行弯曲强度校核。 9.螺杆的稳定性计算。当轴向压力大于某一临界值时,螺杆会发生侧向弯曲, 丧失稳定性。根据菠萝高度暂选螺杆的工作长度为 l=220mm 螺杆危险面的惯性半径 mdi5.34/1 螺杆的长度:按一端自由,一端固定考虑,取 v=2.0 螺杆的柔度: 其失稳时的临界载荷按欧拉公式计算得7.125ils (24)KNlEIQC 53.8640/34.6.4.322  (25).5.1750/8/ SS 所以满足稳定性要求。 10.螺杆上两段的部件连接选择用键联接,根据州的直径 ,则选择键md20 宽×键高=b×h=6mm×6mm。长度 l=10mm。 3.3.2 传动装置设计 根据菠萝呈现为对称性的左右螺旋线的排列,左右旋线升角为 40°,每条螺旋 线绕菠萝越为 7/12 圈,每个菠萝旋线输为 13 条左右,而菠萝转动的角速度为 min/47i/3127rr 线速度为 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 21 (26)r1 根据条件切削完一个菠萝螺杆螺母上升了 1.5d,则螺母的上升速度为 r/min19in)3/(5.12 菠 萝 所以螺杆的转速设定为定值。 r/in5.210r.2菠 萝 所以选螺杆转速为 100r/min 传动比为 (27)07.54/12i 取 i=57 减速器的选择根据传动比 i 查表 18-1 选择两级圆柱齿轮减速器,考虑成本问题要 是加入此传动比的减速器则会大大提高成本,因此决定采用双电机分控运动部件。 3.3.3 螺杆端轴承的选择与校核 1.轴承的选用 根据螺杆传动一次在螺杆两段设有轴承使其转动顺畅,轴承的转速 n=101.25r/min,轴承径向载荷可忽略不计。 主要受轴向力,装轴承处轴颈直径为 ,md153 所以在轴的两端用 的两个角接触球轴承,如图所示 13.2(b)正装,工25 作中有中等冲击,最大转速 n=101r/min,根据菠萝切削用力设定两轴承的径向载荷 分别为 , ,外加轴承向载荷 ,作用方向指向轴承 1.NFr901r32 NFr1502 查滚动轴承样本可知要接触球轴承 7002AC 的基本额定动载荷 C=5950N,基本额 重庆人文科技学院 2016 年 9 月 22 定静载荷 。NC32
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