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蘋果自動去皮機
摘要
現(xiàn)階段我國蘋果的生產(chǎn)相對較好，但是在加工方面和西方國家相比就有相當大的差距，在加工自動化方面更是落后。我國現(xiàn)在水果罐頭行業(yè)的發(fā)展相對比較樂觀，并且消費者對水果罐頭的需求越來越大。水果罐頭需求大，當然少不了蘋果罐頭，但我國現(xiàn)有的蘋果去皮設備中存在著不少問題，比如大型設備體積龐大，加工過程蘋果容易受污染，且不適合小型企業(yè)加工，另外有一部分設備需要靠人工將蘋果逐個插到固定針上，這樣很容易造成工人受傷事故。
本文設計的蘋果自動去皮機主要適用于小型蘋果罐頭加工企業(yè)，不再需要人工將蘋果逐個插到固定針上，而是采用自動檢測系統(tǒng)，通過氣缸將蘋果插到固定針上。有手靠近蘋果托盤是機器將不動作，這樣就減少了不必要的人員事故。本設計內(nèi)容主要包括蘋果自動去皮機總體設計、零件設計、零件尺寸設計及計算、標準件的選擇、重要部分強度校核等。并且還繪制了所需零件的所有CAD圖和PROE整裝圖。
關鍵詞：水果罐頭，蘋果自動去皮機，設計
Abstract
At the present stage, apple production in China is relatively good. But there is still a considerable gap in the aspect of processing compared with western countries, especially more backward in terms of process automation. In our country the development of canned fruit industry is recently boom recently, at the same time the demand for canned fruit is growing with more and more consumers loving them. Canned fruit is in great demand, so it is canned apple. However, there are still many troubles in our existing apple peeling devices, such as the large volume of large scale equipment, apple being vulnerable to pollution in the process procedure, as well as unsuitable for small business processing. Another drawback is that some devices depend on artificial to insert apple one by one into fixing pins, which is easy to cause injury accidents.
Apple peeling machine automatically in this artical is mainly targeted at small apple canned food processing enterprises. Instead of depending on artificial to insert apples one by one into fixing pins, the design brings to automatic test system and apples are inserted into fixing pins through the cylinder. We can find out one advantage is that the machine doesn’t work if workers’ hands close to apple tray so as to reduce the unnecessary accidents and improve the security. The design mainly includes the overall design of automatic apple peeling machine, detailing design, the design and calculation of component size, the choice of the standard component, and the intensity check to important part. What’s more, all CDA chart and PROE diagram of all necessary components are drawed well.
Keywords: canned fruit, apple automatic peeling machine, design
II
目錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 本設計研究的目的與意義 1
1.2 現(xiàn)階段國內(nèi)蘋果去皮方式 1
1.3 蘋果自動去皮機的研究狀況及存在問題 2
1.3.1 蘋果自動去皮機的研究狀況 2
1.3.2 蘋果自動去皮機存在問題 2
1.4 本設計研究內(nèi)容、方法及方向 3
1.4.1 本設計研究內(nèi)容 3
1.4.2 本設計采用的方法 3
1.4.3 本設計未來發(fā)展方向 3
2 蘋果自動去皮機總體方案設計 4
2.1 蘋果自動去皮機方案確定 4
2.2 蘋果自動去皮機工作原理及結構組成 4
2.2.1 蘋果自動去皮機工作原理 4
2.2.2 蘋果自動去皮機結構組成 4
2.3 蘋果自動去皮機工作流程 4
3 蘋果自動去皮機運動機構確定 6
3.1 送料機構的確定 6
3.1.1 送料機構方案設計 6
3.1.2 送料機構組件的確定 6
3.2 工作臺轉(zhuǎn)動機構的確定 8
3.2.1 直齒圓錐齒輪的設計 9
3.2.2 直齒圓柱齒輪的設計 12
3.3 蘋果自動去皮機去皮及蘋果固定裝置 19
3.3.1 刀架的設計 19
3.3.2 刀片的設計 19
3.3.2 蘋果固定裝置 20
4電機的選擇 21
4.1 確定電機類型 21
4.2 步進電機參數(shù) 21
5 軸設計校核及軸承的選擇 25
5.1 短軸的設計 25
5.2 短軸的校核 26
5.3 軸承的選擇 29
6 蘋果自動去皮機仿真圖 30
結束語 31
參考文獻 32
致 謝 33
1 緒論
1.1 本設計研究的目的與意義
由于水果罐頭行業(yè)發(fā)展快速，且水果罐頭行業(yè)發(fā)展前景相對較樂觀，故不少小型水果罐頭企業(yè)如雨后春筍般出現(xiàn)，企業(yè)要加工過罐頭首要問題就是加工設備，對生產(chǎn)蘋果罐頭的企業(yè)而言，蘋果自動去皮設備是重中之重，相對大型罐頭企業(yè)應用的大型流水線型的生產(chǎn)方式，對小型加工企業(yè)并不適合，因此廣大加工廠家就迫切需要有一種小型蘋果自動去皮設備的出現(xiàn)，且該設備生產(chǎn)效率要高，安全性高。本設計就是響應廣大廠家的要求，設計出能夠很好適用于小型罐頭加工企業(yè)。該設計產(chǎn)品還具有以下優(yōu)點：1）能自動檢測員工是否在手放于蘋果固定針下，能防止員工誤操作造成人工事故；2）該產(chǎn)品生產(chǎn)效率高，將蘋果果肉損耗減少到最低；3）該產(chǎn)品還能對其他水果去皮，如梨。該產(chǎn)品的出現(xiàn)對小型水果罐頭加工過廠家有著很大的幫助，對國內(nèi)整個水果罐頭行業(yè)的發(fā)展有個積極的推到作用。
1.2 現(xiàn)階段國內(nèi)蘋果去皮方式
1）手工去皮
手工去皮有以下優(yōu)點:蘋果去皮徹底；果肉損耗小。但是手工去皮有不少缺點，如去皮效率低、人工去皮成本高、人工勞動強度大。因此手工去皮的方法并不適合于企業(yè)加工。
圖1-1 手搖去皮機
2）半機械去皮
半機械去皮又可以分成兩類：一是手搖式去皮機，二是機械帶動式去皮機.
(1)手搖式去皮機特點：
由人工將水果（如蘋果、梨子等）插在不銹鋼制的三叉上，插時花蒂對準中心線。搖動手柄使主齒輪傳動，并傳動三叉齒輪而使果實一起動。主動輪另一端的傘齒輪傳動去皮傘齒輪而使果實去皮。去皮結束后，手動將蘋果拔掉。該種方式去皮效率低，勞動強度大，不適合于生產(chǎn)使用，但適合于普通家庭及個人使用。
(2)機械帶動式去皮機特點：
機械帶動式去皮機與手搖去皮最大的區(qū)別在于動力來源。加工方式與手搖式相同，這種方式相對于手搖式效率有所提高，但仍然不適合于生產(chǎn)使用。
1.3 蘋果自動去皮機的研究狀況及存在問題
1.3.1 蘋果自動去皮機的研究狀況
現(xiàn)階段國內(nèi)外蘋果自動去皮機送果方式分為單果和多果。
(1)單果自動去皮機
該種蘋果自動去皮機一次只能加工一個蘋果，首先人工在蘋果放置于蘋果托盤上，由托盤自動將蘋果置于插針上，再完成去皮的過程。該蘋果去皮機體積小，移動方便，而且加工效率較高。該種去皮方式是目前企業(yè)比較流行的去皮機種，特別是在小型企業(yè)中占一大部分份額。
(2)多果自動去皮機
多果自動去皮機工作原理是首先由人工將蘋果以蘋果梗垂直于水平面的方向放置于蘋果槽內(nèi)，氣缸推桿伸出帶動升降板及其上的電動機、插針等一同向下移動，直到將蘋果插于插針，之后氣缸推桿回縮，將蘋果提升至月帔刀高度，電動機帶動插針、蘋果一起旋轉(zhuǎn)，直到完成蘋果削皮工作，最后由人工將蘋果卸下。該類去皮機每臺機器至少一人、甚至兩人負責放果和卸果，該去皮機效率相對來說不高，在目前的罐頭行業(yè)中使用也較少。
1.3.2 蘋果自動去皮機存在問題
不同種類的去皮機有不同的優(yōu)缺點，同樣都存在或多或少的問題，如人搖去皮機，操作人員的體力勞動強度大，效率很低；電機帶動的去皮機則減少了操作人員的體力勞動，但是在操作過程中在安裝蘋果時存在安全隱患，如果操作不當則會導致人身事故；多果自動去皮機則在效率上比之前的都要高，但操作機器時需要多個人員，成本高。上述自動去皮機想要提高生產(chǎn)效率就要加強操作者的熟練程度，對新手來說是一較大的挑戰(zhàn)。
1.4 本設計研究內(nèi)容、方法及方向
1.4.1 本設計研究內(nèi)容
本設計研究的主要內(nèi)容是既安全又高效的蘋果自動去皮機，其中主要部分是蘋果去皮。該機器還包括切瓣和去核功能。本論文的主要思路為蘋果自動去皮機整機分析設計、各部分機構的設計及計算、主要部件的強度校核和干涉實驗等。
1.4.2 本設計采用的方法
經(jīng)過查閱目前蘋果自動去皮機的相關資料，互聯(lián)網(wǎng)查看蘋果去皮機工作視頻，綜合比較各種蘋果去皮機的優(yōu)缺點，廠家對產(chǎn)品的要求，類比之后設計了該蘋果自動去皮機。
1.4.3 本設計未來發(fā)展方向
因本設計集合了目前不同種類蘋果自動去皮機的優(yōu)點，但仍然會有局限性，如不適合大型企業(yè)加工，不是采用全自動方式而是需要人工放果。該去皮機的發(fā)展方向是提高生產(chǎn)效率，盡量減輕人工勞動量，提高蘋果果肉損失率。
2 蘋果自動去皮機總體方案設計
2.1 蘋果自動去皮機方案確定
經(jīng)過比較市場上現(xiàn)有的蘋果去皮設備，還有該設計去皮機主要用途，確定設計一款小型的蘋果自動去皮機。市場上大型的生產(chǎn)設備就是一整天生產(chǎn)線，從蘋果的挑選，然后洗滌，再去皮去核，這種大型的設備可以減少人工，降低工人勞動量，但是這種不適合于小型企業(yè)的發(fā)展，因設備成本高，管理生產(chǎn)線對員工要求也高，還有就是設備需要維修時維修費用高。另外目前市場上也有小型的蘋果去皮設備，機器可以完成去皮和去核兩個過程的工作。這種設備能滿足一般小型企業(yè)的生產(chǎn)要求，且價格也在小型企業(yè)的接受范圍之內(nèi)。
本文設計的就是適合于小型企業(yè)的蘋果自動去皮機。采用PLC及步進電機控制整個轉(zhuǎn)臺的間歇運動，插果則采用氣缸，另外該去皮機能夠檢測是否有蘋果置于托盤上，和操作人的手是否離開工作臺，只有蘋果托盤上有蘋果且操作員手離開托盤設備才工作，這樣能夠很好確保操作員的人身安全，降低生產(chǎn)事故。
2.2 蘋果自動去皮機工作原理及結構組成
2.2.1 蘋果自動去皮機工作原理
首先操作員將挑選并洗滌好的蘋果置于氣缸軸上的托盤上，傳感器檢測到信號后傳給PLC控制中心，同時還有個紅外檢測操作員手的設備，當檢測到人手離開時，該信號也會傳給控制中心，控制中心的接到兩信號之后，大約1s后氣缸動作，將蘋果插入蘋果固定架上，之后步進電機工作，蘋果固定架上電機工作，完成整個去皮過程，下一個工作周期開始，新的蘋果插入蘋果固定架時，之前一個蘋果在同樣氣缸的工作下完成切瓣、去核工作。就完成了一個蘋果從去皮到切半的過程。
2.2.2 蘋果自動去皮機結構組成
該蘋果自動去皮機主要包括送料裝置氣缸和蘋果托盤；去皮裝置刀架、刀片及轉(zhuǎn)動齒輪；蘋果旋轉(zhuǎn)裝置小型電機；動力裝置步進電機。另外附屬裝置轉(zhuǎn)動平臺及軸承。
2.3 蘋果自動去皮機工作流程
整個設備的正確運行是在控制中心PLC程序的控制下完成的，程序指令控制著設備的每一步操作，其工作流程圖如下：
圖2-1 蘋果自動去皮機工作流程圖
3 蘋果自動去皮機運動機構確定
3.1 送料機構的確定
3.1.1 送料機構方案設計
傳統(tǒng)方式的送料方式是人工將蘋果插入蘋果固定針上，然后在轉(zhuǎn)盤帶動下轉(zhuǎn)動一定的位置，再進行去皮操作。傳統(tǒng)方式效率低且蘋果不容易插入固定針上，操作時需要操作員使用較大力氣，這樣操作人員體力勞動強度就較大。本設計的送料方式則采用氣壓裝置，氣壓頂桿上有一個蘋果托盤，操作員只需要將蘋果置于托盤中即可。托盤中裝有光電傳感器，能檢測到托盤中是否放置蘋果。沒有則氣缸不會工作。另外再托盤的正上方裝有紅外檢測裝置，能夠檢測操作人員的手是否離開托盤，從而可以防止人身事故的發(fā)生，提高了產(chǎn)品的安全性。設計簡圖如下：
蘋果托盤
氣缸
圖3-1 送料裝置簡圖
3.1.2 送料機構組件的確定
1) 確定氣缸型號
圖3-2 氣缸型號代碼
圖3-3 氣缸規(guī)格
圖3-4 氣缸行程
選擇氣缸主要參數(shù)是行程，因為要將蘋果送往一定的高度，初步確定氣缸型號為，該氣缸帶有感應磁石，可以用霍爾傳感器來控制氣缸行程。從而更好的實現(xiàn)自動化控制。
2） 氣缸的控制
設計中沒有對氣缸其他設備進行確定，如氣壓泵，管道等。本設計中的蘋果自動去皮機氣缸控制采用PLC來控制與氣缸連接的雙電磁鐵直動式換向閥，PLC通過采集光電傳感器和紅外檢測裝置的信號來控制氣缸的整個工作。另外通過霍爾傳感器來反饋氣缸動作桿的位置，從而能夠準確的將蘋果送至工作臺上的蘋果固定針上。
圖3-5 雙電磁鐵直動式換向閥
3） 蘋果托盤
蘋果托盤的形狀類似于生活中小孩子吃飯用的不銹鋼碗，在也有不同的是在托盤底部有一個短小的鋼針用來固定蘋果，防止蘋果在氣缸上升的過程中掉落或者側(cè)翻。大概形狀如下：
圖3-6 蘋果托盤
該托盤采用不銹鋼制作而成，底部通過焊接頂桿與氣缸頂桿相連，從而實現(xiàn)托盤的上下運動，完成將蘋果送至固定針上的動作。
3.2 工作臺轉(zhuǎn)動機構的確定
工作臺轉(zhuǎn)動時有兩個運動，一是工作臺自身的轉(zhuǎn)動，二是刀架固定桿的轉(zhuǎn)動。且刀架固定桿轉(zhuǎn)動比較特殊，兩個刀架固定桿位置對稱，但是運動方向卻相反，因此采用直齒圓錐齒輪來實現(xiàn)該運動，工作臺的轉(zhuǎn)動則采用直齒圓柱齒輪。
3.2.1 直齒圓錐齒輪的設計
直齒錐齒輪加工多為刨齒，不宜采用硬齒面。材料選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241HB~286HB，取平均硬度為260HB。
計算步驟如下（查圖、表均來自于《機械設計》第四版 邱宣懷主編）：
1）齒面接觸疲勞強度計算
齒數(shù)z
取z=24，
由表12.6得精度等級
選精度為8級精度
查表12.9得使用壽命
=1.0
查圖12.9得動載系數(shù)
=1.1
齒間載荷分配系數(shù)
（表12.19）
（式12.6）
(式12.10)
齒向載荷分布系數(shù)，查表12.20及注3得
載荷系數(shù)
查表12.12得彈性系數(shù),查圖12.16得節(jié)點區(qū)域系數(shù),查圖12.17c得接觸疲勞極限，查表12.14得接觸最小安全系數(shù)為：
設計時不考慮機器壽命因素得接觸壽命系數(shù)
許用接觸應力
（式12.11）
齒輪大端分度圓直徑，取齒寬系數(shù)
2） 確定傳動主要尺寸
大端模數(shù)
查《機械原理》第七版附表5-6 錐齒輪模數(shù)（摘自GB12368-90）取
實際大端分度圓直徑為
錐距
齒寬
取
3） 齒根彎曲疲勞強度計算
查圖12.30得齒形系數(shù)，查圖12.31得應力修正系數(shù)得
重合度系數(shù)
（式12.18）
齒間載荷分配系數(shù)
載荷系數(shù)
查圖12.33c得彎曲疲勞極限，查表12.14得彎曲最小安全系數(shù)，不考慮壽命因素得彎曲壽命系數(shù)，查圖12.25得尺寸系數(shù)為：
許用彎曲應力
（式12.19）
驗算
因此該齒輪滿足強度要求。
傳動方式如圖
圖3-7 錐齒輪傳動
3.2.2 直齒圓柱齒輪的設計
因傳動尺寸無嚴格限制，無嚴重過載，固小齒輪選用材料為，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241HB~286HB，平均取為260HB，大齒輪選用材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為229HB~286HB，平均取為240HB。計算步驟如下（查表、圖來自于《機械設計》第四版 邱宣懷主編）：
1) 齒面接觸疲勞強度計算
1.初步計算
查表12.13得齒寬系數(shù)
查圖12.17c得接觸疲勞強度
初步計算的許用接觸應力
查表12.16取
初步計算的小齒輪直徑
（式12.14）
取
初步齒寬
取
2. 校核計算
查表12.6得精度等級
選8級精度
齒數(shù)和模數(shù)
初步齒數(shù)
查（《機械原理》第七版 鄭文緯 吳克堅 主編）附表5-6 錐齒輪模數(shù)（摘自GB12368-90）得，則
查表12.9得使用系數(shù)，查圖12.9得動載系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
由表12.10，先求
（式12.6）
（式12.10）
查表12.11得齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
查表12.12得彈性系數(shù)，查圖12.16得節(jié)點區(qū)域系數(shù),接觸最小安全系數(shù)
接觸壽命系數(shù)
許用接觸應力
驗算
（式12.8）
計算結果表明，接觸疲勞強度較為合適，齒輪尺寸無需調(diào)整。
3. 確定傳動主要尺寸
實際分度圓直徑，因模數(shù)取標準時，齒輪已重新確定，但并未圓整，故分度圓直徑不會改變，即
中心距
齒寬
取
2） 齒根彎曲疲勞強度驗算
重合度系數(shù)
齒間載荷分配系數(shù)
查圖12.14得齒向載荷分布系數(shù)
載荷系數(shù)
查圖12.21得齒形系數(shù)，查圖12.22應力修正系數(shù)，查圖12.23c彎曲疲勞極限，查表12.14彎曲最小安全系數(shù)
彎曲壽命系數(shù)
尺寸系數(shù)
許用彎曲應力
驗算
(式12.16)
經(jīng)驗算強度合格。
傳動方式如圖：
圖3-8 直齒輪傳動
3.3 蘋果自動去皮機去皮及蘋果固定裝置
3.3.1 刀架的設計
蘋果自動去皮機刀架工作時主要是自身的轉(zhuǎn)動，其次還有跟著工作臺一起轉(zhuǎn)動。蘋果固定在固定針上時，蘋果以較快的速度旋轉(zhuǎn)，此時刀架上的刀片貼著蘋果，這樣就達到了去皮的效果。刀架在去皮的過程中還有上下運動的一個過程，這樣才能保證將蘋果的皮去干凈，如果刀架不能隨著蘋果的轉(zhuǎn)動而上下運動的話，那只會在一個部位進行切削。這樣就達不到去皮的作用。
每將一個去皮后，刀架的位置都是在蘋果的底部位置，因此需要用彈簧來將刀架復位才能進行下一次的蘋果去皮。刀架在運動時不能與蘋果托盤及蘋果固定針發(fā)生干涉現(xiàn)象，另外也不能與蘋果切瓣、去核裝置發(fā)生干涉現(xiàn)象，需要調(diào)節(jié)安裝在刀架上的兩個彈簧，從而達到比較理想的效果。刀架的效果圖如下：
圖3-9 刀架位置簡圖
刀架會隨著蘋果的轉(zhuǎn)動而上下擺動，因此設計了可以調(diào)節(jié)的裝置，并配上彈簧。彈簧能夠是刀片離開蘋果時能恢復初始位置，且保持穩(wěn)定。
3.3.2 刀片的設計
刀片在蘋果去皮過程中有著非常重要的作用，且刀片角度對蘋果去皮效果相當明顯。刀片角度不合適時，會切掉很大部分的蘋果果肉，這樣就浪費原材料。刀片固定在刀架上，角度能夠調(diào)節(jié)，合適的角度需要在實驗中得到。在給蘋果去皮的過程中，不斷的調(diào)節(jié)刀片角度，知道去皮效果達到理想值時固定刀片。
一般蘋果首先需要經(jīng)過粗略的挑選，因為有些蘋果形狀不適合固定角度刀片的切削，去皮時刀片對蘋果大小要求不高，主要是形狀要規(guī)則，不能有大的凸起或者凹陷。
刀片的形狀跟平常家用的手動去皮器具相同，平常家用的去皮器是依靠人來掌握去皮的厚度，速度也是由操作人控制，熟練的人很快就能將蘋果削好，且切皮完整。該蘋果自動去皮機要達到的效果是切皮完整且厚度均勻。
圖3-10 家用去皮工具
3.3.2 蘋果固定裝置
蘋果由氣缸送至蘋果固定針上，然后在電機的帶動下，蘋果以一定速度旋轉(zhuǎn)，刀片貼緊蘋果，通過相互運動，從而達到去皮的作用。
固定針需要在旋轉(zhuǎn)時提供一定的摩擦力，防止不能使蘋果轉(zhuǎn)動的情況發(fā)生。因此在設計時在蘋果固定針周圍刻一些花紋，用來增加蘋果與固定針之間的作用力。固定針簡圖如下：
圖3-11 蘋果固定針簡圖
4 電機的選擇
4.1 確定電機類型
電機是整個設備的動力來源，該蘋果自動去皮機工作臺的運動直接由電機控制，工作臺運動包括間歇運動，連續(xù)圓周運動，還有停止。因此對電動機的啟動慣性，停止慣性要求非常高。而且電機的運動要容易控制。由于本蘋果自動去皮機采用PLC進行控制，所以電機選用步進電機。
步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。
步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構。通俗一點講：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。
圖4-1 步進電機
4.2 步進電機參數(shù)
1）步進電機基本參數(shù)
(1) 電機固有步距角
(2) 步進電機的相數(shù)
(3) 轉(zhuǎn)矩
2） 確定蘋果自動去皮機工作臺步進電機參數(shù)
經(jīng)過查閱相關資料后確定工作臺電機選用110系列電機，110系列電機參數(shù)如下：
表4-1 110系列步進電機參數(shù)
110系列電機
絕緣電阻: 500VDC 100MW Min
軸向間隙: 0.1~0.3mm
徑向跳動: 0.02mm Max
溫 升: 65K Max
絕緣強度: 550V 50Hz 1Minute
環(huán)境溫度: -20°C~+55°C
絕緣等級: B
型號
步距角(°)
保持轉(zhuǎn)矩
(Nm)
靜態(tài)相電流(A)
相電阻 (W)
相電感 (mH)
轉(zhuǎn)動慣量
(g.cm.s2)
重量(Kg)
110BH2A100-504
1.8
12.7
5.0
0.95
15
5500
5.0
110BH2A150-654
21
6.5
1.15
18.9
11000
8.4
110BH2A165-604
26
6.0
0.65
14
13000
9.5
110BH2A200-654
30
6.5
1.7
22.5
16200
11.7
型號
長度:L
110BH2A100-504
100mm
110BH2A150-654
150mm
110BH2A165-604
165mm
110BH2A200-654
200mm
選用110系列電機中110BH2A200-654這一型號電機，該電機步距角1.8°，保持轉(zhuǎn)矩30NM。長度L為150mm.
3） 確定蘋果去皮旋轉(zhuǎn)電機
蘋果在固定針上隨著工作臺旋轉(zhuǎn)時，自身也會快速的旋轉(zhuǎn)。速度比工作臺的轉(zhuǎn)動速度快好幾倍，但是也要能夠及時停止，工作。因此對電機的運動狀態(tài)要求也較高。最終也確定選用步進電機。由于蘋果轉(zhuǎn)動時需要的力比較小，所以對步進電機保持轉(zhuǎn)矩要求相對較低。查閱步進電機手冊確定選用以下系列電機。
表4-2 57系列步進電機參數(shù)
57系列電機
絕緣電阻: 500VDC 100MW Min
軸向間隙: 0.1~0.3mm
徑向跳動: 0.02mm Max
溫 升: 65K Max
絕緣強度: 550V 50Hz 1Minute
環(huán)境溫度: -20°C~+55°C
絕緣等級: B
型號
步距角(°)
保持轉(zhuǎn)矩
(Nm)
靜態(tài)相電流(A)
相電阻 (W)
相電感 (mH)
轉(zhuǎn)動慣量
(g.cm.s2)
重量(Kg)
57BH2A41-148
1.8
0.5
1.4
1.4
1.4
135
0.4
57BH2A56-288
1
2.8
0.75
1.2
300
0.7
57BH2A76-288
1.47
2.8
1
2.1
480
1.0
57BH2A76-304
2
3
1.3
5.0
480
1.0
單位：mm
L: 57BH2A41-148=41
L: 57BH2A56-288=56
L: 57BH2A76-288=76
L: 57BH2A76-304=76
確定選用型號為57BH2A76-304的步進電機，其步距角為1.8°，保持轉(zhuǎn)矩2NM，機身長度L為76mm.
5 軸設計校核及軸承的選擇
5.1 短軸的設計
1） 短軸最小直徑的確定
選取軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），查資料得：
軸的最小直徑
材料相關系數(shù)
表16.2 軸強度計算公式的系數(shù)
軸的材料
Q235，20
Q255，Q275，35
45
40Cr,38SiMnMo等
12
15
20
25
30
35
40
45
52
160
148
135
125
118
112
106
102
98
資料來源：《機械設計》（第四版） 邱宣懷 主編
求得輸入軸的最小直徑
考慮軸要開鍵槽所以
2） 短軸的結構設計
采用以下軸上零件的裝配方案：
由于該軸最左端安裝刀架，因此設計了的螺紋，便于固定刀架。
安裝齒輪處的軸段的直徑
齒輪采用軸肩和螺栓進行定位。
圓錐齒輪的周向定位采用平鍵連接，由《機械制圖（第五版）》附錄附表15和附表16查得平鍵截面：
鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為24mm，同時為保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；滾動軸承與軸的周向定位是由過渡配合來保證的，此處選軸的尺寸公差為。
取軸端倒角為
5.2 短軸的校核
1)軸受力圖
2)水平面（xy平面）受力圖
3)水平彎矩圖
4)垂直（xz平面）受力圖
5)垂直面彎矩圖
6)合成彎矩圖
7) 轉(zhuǎn)矩圖
8) 當量彎矩圖
9) 軸強度校核
=
=
故軸安全。
5.3 軸承的選擇
1)短軸上軸承的選擇
因軸承同時受有徑向力和軸向力，但由于此錐齒輪轉(zhuǎn)速很慢，所以軸向力可以忽略，主要就是徑向力，故選用深溝球軸承，參照工作要求并根據(jù)，由《機械設計（第四版）附錄 常用滾動軸承尺寸和主要性能參數(shù)》附錄表18.1 深溝球軸承 GB/T 276中初步選取軸承代號6304，其尺寸為，采用軸肩進行軸向定位，取中間一段軸直徑。
2） 長軸上軸承的選擇
由于工作筒全部有安裝在長軸上一個軸承承擔，所以該軸承承受的軸向力較大，深溝球軸承雖然可以承受小部分的軸向力，但是考慮壽命及經(jīng)濟因素，確定使用推力球軸承，該種軸承只能受單向軸向載荷。由《機械設計（第四版）附錄 常用滾動軸承尺寸和主要性能參數(shù)》附錄表18.5 推力球軸承 GB/T 1\292確定選用軸承代號為7204C，其尺寸為。
6 蘋果自動去皮機仿真圖
圖6-1
圖6-2
結束語
經(jīng)過一個多月的設計和查閱相關資料，終于完成了蘋果自動去皮機的設計。從畢業(yè)選題開始到最終確定畢業(yè)設計題目，到開始方案設計，再到設計文章的完成，每一步都是自己對未知事物的探索和挑戰(zhàn)。在大學期間能獨立完成一個這么大的項目，對自己也是一個很大的挑戰(zhàn)，設計過程中，查閱了大學期間專業(yè)課書籍，對大學所學的知識專業(yè)知識從頭到尾重新整理了一遍。另外在設計過程中也查閱了機械手冊及其他手冊，學會了如何利用身邊的工具書進行設計參數(shù)的選擇。雖然設計過程中出現(xiàn)了一些小問題，但是在老師和同學的幫助下，很多問題都迎刃而解。
經(jīng)過這次畢業(yè)設計使我受益頗多，我感受到要做好一件事就要真正的用心，只有自己用心之做了，不管結果怎么樣，在做的過程中才是自己真正增長知識的過程，只有經(jīng)歷這樣的過程自己才能夠真正的成長。相信這次的畢業(yè)設計對我以后的工作及人生會有很大的幫助，使我終身受益。
參考文獻
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[16] 機械設計課程設計。華中理工大學出版社，1995
[17] 齒輪手冊。機械工業(yè)出版社，1990
致 謝
這次畢業(yè)設計說明書、裝配圖及其PROE立體圖的完成，首先要感謝我的指導老師在畢業(yè)設計裝配圖及其說明書編制過程中，給予了精心的指導，并講解了各項專業(yè)要領，提出了寶貴的專業(yè)意見，蘋果自動去皮機設計過程中，也要感謝曾經(jīng)的科任教師，是他們的之前的精心指導和教學才使我的畢業(yè)設計能夠按期完成，另外還要感謝同學的無私幫助。同時要感謝百忙之中參加畢業(yè)答辯的評審老師。祝老師們身體健康、事事順利，同學們前程似錦。謝謝。
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