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滾杠式紅棗分級(jí)機(jī)
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙 410128)
摘 要：隨著紅棗市場(chǎng)的進(jìn)一步拓展，紅棗已經(jīng)成為提升農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、增加農(nóng)民收入的支柱性產(chǎn)業(yè)的一部分。紅棗的生產(chǎn)近年來(lái)逐漸向著基地化、規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。紅棗產(chǎn)業(yè)化及產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)列為優(yōu)先發(fā)展主題及重大技術(shù)專項(xiàng)，而紅棗分級(jí)分選技術(shù)是其產(chǎn)業(yè)化過(guò)程中進(jìn)行流通、貯藏保鮮、深加工、提高產(chǎn)品檔次和附加值的關(guān)鍵技術(shù)之一。 通過(guò)對(duì)紅棗外形尺寸的測(cè)量和統(tǒng)計(jì)，利用 MATLAB 圖像處理技術(shù)對(duì)紅棗腰徑截面的輪廓進(jìn)行特征分析，確定紅棗按腰徑分級(jí)的合理性，并以此為依據(jù)制定相關(guān)的分級(jí)檢測(cè)方法；對(duì)紅棗在分級(jí)滾筒中的導(dǎo)向及運(yùn)動(dòng)情況做受力分析，為喂料裝置、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)及紅棗分級(jí)機(jī)的整體設(shè)計(jì)和相關(guān)參數(shù)的選擇提供更加合理的理論依據(jù)。針對(duì)國(guó)內(nèi)紅棗分級(jí)機(jī)的現(xiàn)狀，提出一種滾筒式紅棗分級(jí)機(jī)，該機(jī)中分級(jí)滾筒是分級(jí)環(huán)以并排的方式構(gòu)成，利用各分級(jí)環(huán)之間的間隙與紅棗腰徑方向尺寸的間距差實(shí)現(xiàn)分級(jí)。本研究闡述了分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)本品用新型的大棗分級(jí)機(jī)，包括從前向后一次安裝在機(jī)架上的進(jìn)料斗、提升進(jìn)料裝置和用于輸送及多幾分選的雙工位滾杠鏈帶，機(jī)架后端設(shè)有電控箱和用于整機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的調(diào)速電機(jī)；雙工位滾杠鏈帶的上部側(cè)下方設(shè)有若干個(gè)多級(jí)出料的分級(jí)出料裝置，雙工位滾杠鏈帶的上部后端的側(cè)下方設(shè)有分級(jí)末端特技出料的終端出料裝置，機(jī)架上部位于雙工位滾杠鏈帶左右兩側(cè)設(shè)有用于調(diào)節(jié)分級(jí)出料的懸掛階梯可調(diào)裝置。本實(shí)用新型的有益效果是，生產(chǎn)效率高，無(wú)污染，生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量精度高且能夠?qū)Υ髼棢o(wú)損害機(jī)械分級(jí)處理。
關(guān)鍵詞：紅棗；分級(jí)；滾筒；階梯；無(wú)損
The Roll Bar Jujube Grade
Student:
Tutor:
(College of Institute of Technology , Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract: With the further market development of jujube, jujube has become enhance the rural economy and increasing farmers' income part of the pillar industry. The jujube production in recent years gradually toward the direction of the base, scale, industrialization development. Industrialization of the key technology and industrialization process as a priority development themes and major technological special The jujube classification sorting technology is its industrialization process circulation, storage and preservation, processing, improve product quality and added value of the key technologies world. Dates Dimensions measurements and statistics using MATLAB image processing technology the jujube waist diameter section outline feature of jujube by waist size classification, and as a basis for the development of relevant classification detection method; jujube grading roller guide and sports do stress analysis, more reasonable theoretical basis for the feeding device, the guide mechanism design of the program and dates the overall design and the choice of parameters of the classifier. The status of domestic jujube grader, a drum jujube sorting machine, the machine grading drum is graded ring is side-by-side, the direction of the size of the gap between each grading ring with red dates waist diameter spacing difference to achieve grade . This study describes the classifier structure of this product new jujube grading machine, including front to back rack mounted into the hopper to enhance the feeding device for transportation and a little more selected duplex roller bar chain with the rear of the rack with electronic control box and for the whole power-driven speed motor; the duplex roll bar chain with the bottom of the upper side has a number of multi-stage discharge classification feeding device, the bottom of the side of the the duplex roll bar chain with the upper part of the back-end with the end of the grading stunt discharge terminal discharging device, the upper part of the rack in the duplex roll bar chain with the left and right sides with the classification of the material used to adjust the suspension ladder adjustable device. The beneficial effects of the utility model, high production efficiency, no pollution, production and product quality, high precision and no damage to the mechanical grading treatment jujube.
Key words: red; grading; drum; ladder; non-destructive
1 前言
1.1 選題的意義和目的及我國(guó)發(fā)展現(xiàn)狀
紅棗使我們生活中常見的水果，當(dāng)前，棗產(chǎn)業(yè)正處于蓬勃發(fā)展。從全球角度來(lái)看，中國(guó)棗產(chǎn)業(yè)的超強(qiáng)地位進(jìn)一步得到鞏固。近年來(lái)，我國(guó)棗樹面積和產(chǎn)量每年都以10%以上的速度增長(zhǎng)。據(jù)中國(guó)農(nóng)業(yè)年鑒統(tǒng)計(jì)資料，2008年我國(guó)棗產(chǎn)量為171萬(wàn)噸，估計(jì)2015年總產(chǎn)量可達(dá)300多萬(wàn)噸，面積約150萬(wàn)公頃，占全世界的99%左右。我國(guó)正憑借其得天獨(dú)厚的自然條件優(yōu)勢(shì)打造世界上最大的優(yōu)質(zhì)紅棗生產(chǎn)基地。另外，北方的鮮食棗、貯藏加工和營(yíng)銷產(chǎn)業(yè)正在崛起!但是，近年來(lái)一些發(fā)達(dá)國(guó)家進(jìn)軍我國(guó)棗產(chǎn)業(yè)特別是棗加工業(yè)的勢(shì)頭正在顯現(xiàn)。
紅棗屬于耐旱作物，種植簡(jiǎn)單，收益高又便于管理。近年來(lái)，隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展和人民生活水平的提高，國(guó)內(nèi)外紅棗的加工品種越來(lái)越多，人們對(duì)紅棗的的品質(zhì)也有了更高的要求。但紅棗的加工工業(yè)卻沒(méi)跟上時(shí)代的步伐，紅棗的很多加工環(huán)節(jié)還是傳統(tǒng)的手工作業(yè)。其重要原因是我國(guó)紅棗采后處理加工技術(shù)和加工設(shè)備落后，而紅棗分級(jí)加工和分選是采后處理加工技術(shù)中的重要環(huán)節(jié)，這一方面制約了紅棗產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，同時(shí)也阻礙了紅棗產(chǎn)品檔次的提高。為了提高紅棗的加工質(zhì)量和出品等級(jí)，需要對(duì)紅棗進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量分級(jí)和大小的分級(jí)。
目前，我國(guó)具備先進(jìn)紅棗分選設(shè)備的企業(yè)很少，因此市場(chǎng)上銷售的紅棗大多數(shù)依靠機(jī)械配合人工的方式實(shí)現(xiàn)分選。人工分選的主要缺點(diǎn)是：勞動(dòng)量大、生產(chǎn)率低而且分選精度不穩(wěn)定；紅棗分選難以實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確和無(wú)損壞制約了紅棗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此實(shí)行紅棗智能分選機(jī)機(jī)械化作業(yè)是紅棗發(fā)展的一種必然趨勢(shì)。利用智能機(jī)械化作業(yè)來(lái)分選紅棗大大提高了紅棗產(chǎn)品的質(zhì)量、降低了人工分選作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度和提高了生產(chǎn)率分選精度。目前可用于紅棗類圓形水果分選的方法有篩子分選法、回轉(zhuǎn)帶分選法、輥軸分選法、滾筒式分選法等。
我國(guó)是主要的棗出口國(guó)，占有絕對(duì)的貿(mào)易主導(dǎo)地位。廣闊的市場(chǎng)意味著高的商品質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)。分級(jí)的意義在于使產(chǎn)品的在大小、成熟度、色澤和品質(zhì)等方面基本達(dá)到一致，有利于產(chǎn)品的包裝、運(yùn)輸和儲(chǔ)存；有利于提高產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力、減少損失。而桿式紅棗分級(jí)機(jī)具有操作簡(jiǎn)單，分級(jí)效果明顯，不易順壞紅棗等優(yōu)勢(shì)。具有很好的發(fā)展前景。
1.2 存在的問(wèn)題和主要研究?jī)?nèi)容
紅棗的加工機(jī)械有紅棗清洗機(jī)，紅棗風(fēng)干機(jī)，紅棗分級(jí)機(jī)等等。國(guó)內(nèi)的紅棗分級(jí)機(jī)的分選水平還是比較高的。國(guó)內(nèi)在分選的過(guò)程中，通過(guò)不斷的摸索和實(shí)踐在紅棗的分選上也有一些新的想法和創(chuàng)新，對(duì)于實(shí)現(xiàn)紅棗更優(yōu)質(zhì)的分級(jí)提供了可靠的保證。
針對(duì)目前紅棗的分選機(jī)械研究方面存在的問(wèn)題，本設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括紅棗輸送機(jī)構(gòu)、分選部分機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)及研制。從而最終將紅棗按大小的不同進(jìn)行等級(jí)劃分。?
1.3 可行性分析
了解和知道紅棗的特點(diǎn)和外觀形狀，要考慮到不同大小紅棗的需求，為紅棗的優(yōu)質(zhì)分級(jí)做準(zhǔn)備。滾杠式分級(jí)每一級(jí)的所涉及滾杠的間距尺寸，根據(jù)紅棗的大致形狀擬定每一級(jí)滾杠之間的間距。滾杠式分級(jí)機(jī)機(jī)構(gòu)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮的因素：（1）機(jī)構(gòu)的用電耗能。（2）機(jī)構(gòu)的層面工作的負(fù)荷。（3）機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)的安全性，平穩(wěn)性，持久性。（4）機(jī)構(gòu)的安全調(diào)速范圍。（5）分級(jí)的流利和分級(jí)的準(zhǔn)確性。（6）分級(jí)機(jī)構(gòu)在工作時(shí)的可靠性，安全性。（7）系統(tǒng)的操作和維修的難易程度。（8）紅棗分級(jí)機(jī)構(gòu)的總體成本。
紅棗在上料時(shí)喂料要均勻，可以提高工作效率高，振動(dòng)的目的是將紅棗精確分級(jí)，要求執(zhí)行的機(jī)構(gòu)運(yùn)行平穩(wěn)，均勻。以滿足分選級(jí)別的需求。分級(jí)機(jī)構(gòu)要適應(yīng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的要求，保證正常的工作。還要重點(diǎn)考慮分級(jí)機(jī)構(gòu)的工作環(huán)境，工作負(fù)荷以及工作效率。
重點(diǎn)研究 ：(1)如何更好更均勻的實(shí)現(xiàn)喂料。 (2)分級(jí)過(guò)程中每一級(jí)的間距大小。 (3)喂料的重量與分級(jí)機(jī)構(gòu)的工作負(fù)荷相關(guān)性。 (4)每一層的工作任務(wù)量和工作時(shí)間的一致性。
本課題所涉及的關(guān)鍵問(wèn)題是分選的問(wèn)題。因紅棗自身的特點(diǎn)的不同，品種的不同，直徑的不同。本課題針對(duì)各種紅棗的種類以及尺寸進(jìn)行分析研究。根據(jù)不同的紅棗尺寸調(diào)節(jié)分級(jí)的間距。在降低成本方面：首先通過(guò)組裝想辦法，盡量用較少種類的部件生產(chǎn)更多種類的組合件。其次是優(yōu)化生產(chǎn)流程，降低生產(chǎn)損耗，降低人工設(shè)備成本。最后采用新工藝，降低材料動(dòng)力的使用。在選擇分級(jí)柵欄的時(shí)候盡量選擇質(zhì)量輕，價(jià)格適中的合金材料。為了使安裝方便，在安裝方面盡量減少齒輪的使用，在設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的時(shí)候盡量對(duì)一些重要的參數(shù)要計(jì)算準(zhǔn)確，有焊接的部位要保證焊接的牢固性研究紅棗的運(yùn)動(dòng)機(jī)理。在紅棗喂料的過(guò)程中盡量保證喂料的均勻性?？紤]到紅棗的品種和大小的不同，要精確的計(jì)算每一級(jí)的間距以及每一層?xùn)艡诘拈g距。在分選時(shí)采用振動(dòng)，要采用工作穩(wěn)定，工作效率高的電機(jī)。所選用的電機(jī)要時(shí)也要考慮喂料的質(zhì)量。保證電機(jī)的正常工作。
2 紅棗分級(jí)機(jī)的組成和原理
該分選機(jī)主要由紅棗機(jī)架、滾杠分級(jí)機(jī)構(gòu)、接料裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成。分選紅棗的重量范圍10g-50g，橫徑大約范圍為30mm-40mm，紅棗輸送速度為0.38m/s。分選機(jī)的原理如圖所示：
圖1 工作原理
Fig 1 principle
紅棗分級(jí)機(jī)工作原理簡(jiǎn)圖如圖1所示．分級(jí)部分由上下兩層桿 (為減少紅棗在運(yùn)送過(guò)程與滾杠的碰撞、夾傷，滾杠表面包覆柔性較好的食品級(jí)塑料)組成，并安裝在鏈條上，由鏈條帶動(dòng)前行，上層桿在鏈條帶動(dòng)下既可水平移動(dòng)也可滾動(dòng)，相鄰兩桿的距離恒定為L(zhǎng)下排桿在水平移動(dòng)過(guò)程中處在不同階梯上時(shí)，與上桿之間的距離H不同，即距離H是可調(diào)的，從而使上下兩滾杠之間的中心距a可變．下排桿在階梯上既可水平移動(dòng)也可滾動(dòng)．分級(jí)機(jī)工作時(shí)，紅棗由傾斜進(jìn)料板 ( 為了避免紅棗下滑速度過(guò)大而損傷，暫設(shè)進(jìn)料板傾斜角度為 5 。)到達(dá)滾杠，在滾杠的承托下向前運(yùn)送．當(dāng)紅棗到達(dá)不同階梯層時(shí)，由于中心距a不同，相應(yīng)級(jí)別的紅棗便會(huì)通過(guò)上下兩桿之間的間隙而落人對(duì)應(yīng)的分級(jí)卸料斗中．分級(jí)級(jí)別從小到大，從而實(shí)現(xiàn)紅棗按其大小進(jìn)行分級(jí)，階梯設(shè)計(jì)為5級(jí)，中心距a漸變大．紅棗掉人卸料斗后經(jīng)傳送帶送出。
3 紅棗分級(jí)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)
傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、鏈輪和一條封閉的循環(huán)輸送鏈組成。循環(huán)輸送鏈布置在與地面垂直的平面內(nèi)，在輸送鏈緊邊的下面設(shè)置有支承導(dǎo)板，以保持輸送鏈緊邊處于水平狀態(tài)，從而為紅棗的、輸送、圖像采集、重量大小檢測(cè)以及分級(jí)卸料提供一個(gè)包括圖像采集區(qū)、重量大小檢測(cè)區(qū)和分級(jí)卸料區(qū)三部分的水平工作表面。傳動(dòng)系統(tǒng)主要采用三級(jí)傳動(dòng)：電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)減速器輸入軸為第一級(jí)，減速器輸入、輸出軸之間為第二級(jí)，減速器輸出軸驅(qū)動(dòng)輸送鏈主動(dòng)輪為第三級(jí)。第一級(jí)采用聯(lián)軸器傳動(dòng)；第二級(jí)就采用標(biāo)準(zhǔn)的圓柱齒輪傳動(dòng)；第三級(jí)由于轉(zhuǎn)速較低（減速器輸出軸轉(zhuǎn)速約為60 r/min）采用鏈傳動(dòng)。
3.1 滾杠
滾杠的在機(jī)構(gòu)中起承載紅棗及形成中心距 a的作用，同時(shí)要求在水平移動(dòng)中能夠轉(zhuǎn)動(dòng)．紅棗近似橢圓形，為使紅棗運(yùn)動(dòng)更平穩(wěn)，滾杠應(yīng)設(shè)計(jì)成圓柱形．在選材方面，農(nóng)業(yè)機(jī)械通常使用常用材料以降低成本，同時(shí)考慮到紅棗的質(zhì)量和對(duì)滾杠的擠壓作用，可選擇經(jīng)調(diào)制處理的4 5號(hào)鋼，其許用應(yīng)力 [ o - ] =6 0 MP a ，彈性模量 E=2 1 0 G P a ．由于紅棗皮質(zhì)較薄，在傳送過(guò)程中極易以滾杠相互碰撞，使其表皮損壞，降低紅棗的商用價(jià)值，所以滾杠表面應(yīng)包裹一層食品級(jí)塑料．其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示
圖2 滾桿
Fig 2 the rolling roll
根據(jù)現(xiàn)實(shí)要求，每條滾杠長(zhǎng)度a=1400mm，直徑 d=26mm（包含表皮塑料）假設(shè)紅棗質(zhì)量m =30g／個(gè)，直徑=40mm，上層滾杠之間的距離 L=40．理想情況下，3桿之間可放兩排紅棗，每排為30個(gè) ，共60個(gè)，其擺放效果如圖3所示
圖3 擺放示意圖
Fig 3 placed schematic
3.1.1 強(qiáng)度校核
下層每根滾杠所受到紅棗的作用力為：
W ：60×0.03×9.8=17.64N． (1)
單位載荷
q = ==0.0126N/mm (2)
由剪力方程和彎矩方程，繪制滾杠的剪力圖和矩圖見圖4 ，由圖知最大彎矩為
=3087N.mm (3)
滾杠抗彎截面系數(shù)
1724.6mm (4)
最大彎曲正應(yīng)力：
1.79Mpa (5)
所以滾杠的強(qiáng)度符合要求。
圖4 受力分析
Fig 4 Stress Analysis
3.1.2 剛度校核
可將滾杠視為一般用途的軸選取其許用撓度，=0.003-0.005，因q引起的最大撓度位于滾杠的中點(diǎn)．
滾杠的慣性矩為：
(6)
最大撓度
(7)
所以剛度符合要求。
3.2 電動(dòng)機(jī)的選擇
進(jìn)過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》，確定鏈輪的轉(zhuǎn)速為50-70r/min，選擇60r/min,確定鏈輪所需功率為1.5KW，符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為：查機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)第167頁(yè)表12-1可知有：
表1 電動(dòng)機(jī)的類型
Table 1 motor selection
方案
電動(dòng)機(jī)型號(hào)
額定功率
同步轉(zhuǎn)速
滿載轉(zhuǎn)速
電動(dòng)機(jī)
質(zhì)量
參考價(jià)格
傳動(dòng)裝置
傳動(dòng)比
1
Y90S-2
1.5
3000
2840
22
5.00
47
2
Y90L-4
1.5
1500
1400
27
3.48
23
3
Y100L-6
1.5
1000
940
25
2.22
15
綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸，質(zhì)量，價(jià)格以及傳動(dòng)比，可見第二種方案比較合適，因此選定電動(dòng)機(jī)的型號(hào)是Y90L-4。該電動(dòng)機(jī)的安裝尺寸如下表2：
表2 電動(dòng)機(jī)主要外形尺寸
Table 2 motor Dimensions
中心高
外形尺寸
地腳安裝尺寸
地腳螺栓孔直徑
軸伸尺寸
裝鍵部位尺寸
90
335×180×190
125×140
10
50×24
8
3.3減速器的選擇
確定總的傳動(dòng)比：由選定的電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速=1400r/min 和工作機(jī)的主軸的轉(zhuǎn)速 n=60r/min，可得傳動(dòng)裝置的總的傳動(dòng)比是：
(8)
由于傳動(dòng)比為23，大于8，故初步選擇減速器為展開式二級(jí)圓柱齒輪減速器，由于該類型減速器，，故確定減速器的 、 分別為5、3.2。
減速器選用JZQ型系列減速器，型號(hào)為JZQ200，速比為23。由于電動(dòng)機(jī)輸出軸的直徑為24mm，故選擇減速器高速軸的直徑為24mm，此時(shí)低速軸的直徑為30mm。
3.4鏈條設(shè)計(jì)
3.4.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)一部分滾杠固定在鏈條上，另一部分滾杠可在鏈條中滑動(dòng)．則須有兩種鏈條：一種用來(lái)放置定滾杠，另一種放置動(dòng)滾杠．定滾杠安裝于鏈板上，本身只可以轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)滾杠在不同階梯上則可以沿著鏈條滑槽上下滑動(dòng)和滾動(dòng)．其結(jié)構(gòu)5如圖所示
圖5 鏈條結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
Fig5 sketch of the chain structure
根據(jù)輥桿的上下調(diào)節(jié)距離，如圖 6 ，可知=59.9mm設(shè)定鏈板上放桿的槽的高度 h=65mm，鏈板總長(zhǎng)，鏈板厚度 = 2mm，兩輥桿之間的中心距．在此數(shù)值的基礎(chǔ)上，根據(jù)機(jī)械手冊(cè)查表選擇鏈條的為滾子鏈ISO48A，
修正為 。再將滾子鏈外鏈板該造成圖7所示鏈板。
圖6 分級(jí)示意圖
Fig. 6 schematic diagram of grading
3.4.2 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
輸送鏈鏈條型號(hào)的選擇
由于輸送鏈主要是傳遞運(yùn)動(dòng)，而不是傳遞動(dòng)力，所受阻力只有鏈條與導(dǎo)板間的摩擦力和鏈條在鏈輪上轉(zhuǎn)彎時(shí)的慣性力，所以對(duì)鏈條的載荷要求較小，所以選擇A系列雙節(jié)距大滾子輸送鏈，由于鏈條在輸送過(guò)程中，鏈條滾子可在支承導(dǎo)板上滾動(dòng)，從而減少摩擦和磨損
（1）鏈輪公差
查文獻(xiàn)[8]表13-16與表13-19有：
齒表面粗糙度：
齒根圓極限偏差 量柱測(cè)量距極限偏差：
由于： ，查文獻(xiàn)[8]表13-6有：上偏差0，下偏差-0.25。
量柱測(cè)量距：查文獻(xiàn)[8]表13-17得，
（9）
式中：—量柱直徑，，量柱的技術(shù)要求為：極限偏差為：上偏差+0.01，下偏差0；表面粗糙度；表面硬度為：55--60HRC。
鏈輪孔和根圓直徑之間的跳動(dòng)量：
不能超過(guò) (10)
軸孔到鏈輪齒側(cè)平直部分的端面跳動(dòng)量：
不能超過(guò) (11)
孔徑：H8
齒頂圓直徑：h11
齒寬：h14
（2）選擇鏈輪齒數(shù)
取傳動(dòng)比為i=1
參照鏈速和傳動(dòng)比查文獻(xiàn)[11]表8-2-5取Z1=21
（3）選擇大鏈輪齒數(shù)
=iz1=1×21=21<120 故合理
（4）確定計(jì)算功率
已知鏈傳動(dòng)工作平穩(wěn)，設(shè)計(jì)功率為：
(12)
式中：P—傳遞功率KW
—工況系數(shù)，查文獻(xiàn)[11]表11-3，取=1.0
—鏈輪齒數(shù)系數(shù)，查文獻(xiàn)[12]表13-13，取=1.114
多排鏈系數(shù)，查文獻(xiàn)[12]表13-14，取
（5）鏈條節(jié)距選用
根據(jù)設(shè)計(jì)功率（取= ）和小鏈輪轉(zhuǎn)速，由文獻(xiàn)[11]表11-1選用40A號(hào)鏈條，查表11-1節(jié)距P=63.50
（6）驗(yàn)算鏈輪輪轂孔徑
(13)
(14)
式中：—由支承軸的設(shè)計(jì)確定
—鏈輪輪轂孔的最大許用直徑，查文獻(xiàn)[11]表11-4得=310mm
故鏈輪輪轂孔徑滿足設(shè)計(jì)要求。
（7）計(jì)算鏈輪尺寸
圖7 鏈輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
Fig 7 a schematic structure of a chain
分度圓的直徑： 414.69mm (15)
齒頂圓直徑： =462.31mm
齒根圓直徑： 367.06mm
分度圓的弦齒高：27.396mm (16)
（8）初定中心距
取：
則可得中心距：
(17)
（9）鏈條長(zhǎng)度及鏈長(zhǎng)節(jié)數(shù)
鏈長(zhǎng)：
(18)
圓整成偶數(shù)節(jié)，取630節(jié)。
（10）實(shí)際中心距
由文獻(xiàn)[11]表8-2-5有，通常，。
因中心距可調(diào)，取，則
(19)
(20)
（11）鏈速
(21)
屬于低速傳動(dòng)。
（12）有效圓周力
(22)
（13）作用于軸上的拉力
對(duì)于傾斜傳動(dòng)有：
(23)
（14）潤(rùn)滑方式?
根據(jù)p＝12.7mm、v =由文獻(xiàn)[11]圖8-2-4查出宜用油刷或油壺人工定期潤(rùn)滑。
3.5高速軸設(shè)計(jì)及校核
3.5.1 材料及熱處理
考慮到是高速軸以及材料后，選此軸材料為Q235-A，調(diào)質(zhì)處理。
3.5.1初步確定軸的最小直徑
按式初步估算軸的最小直徑。根據(jù)軸的材料和表，取
，所以根據(jù)公式有：
即
(24)
由于此軸上開有一個(gè)鍵槽，所以應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱；再者直徑小于100 mm，因此。
輸入軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑（圖5.1）。為了使所選的軸徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查表，考慮到轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷大（如織布機(jī)、挖掘機(jī)、起重機(jī)、碎石機(jī)），故取，則：
(25)
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件并且考慮到補(bǔ)償兩軸綜合位移，查表，選用GICL1鼓形齒式聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為。半聯(lián)軸器的孔徑為30 mm，故取，半聯(lián)軸器與軸配合的長(zhǎng)度為82 mm。
3.5.3軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于此軸是裝有聯(lián)軸器的齒輪軸，所以結(jié)構(gòu)采用外伸梁布局，外伸部分裝聯(lián)軸器，兩軸承布置在齒輪的兩端，軸系采用兩端單向固定布置，為避免因溫度升高而卡死，軸承端蓋與軸承外圈端面留出的熱補(bǔ)償間隙，軸的初步結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖8 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Figure 8 Structure design of shaft
根據(jù)軸向定位要求確定各軸段直徑和長(zhǎng)度1）段裝GICL1聯(lián)軸器，因此。半聯(lián)軸器與軸配合的孔徑長(zhǎng)度為82 mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，因此段的長(zhǎng)度應(yīng)比82略小一些，現(xiàn)取。2）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，段的左端需要制出一軸肩，軸肩高度，即，取，因此。軸承端蓋的總寬度為20 mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離，故取。3）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承主要承受徑向載荷作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，選擇6308型軸承其尺寸為，因此?？紤]到軸承與齒輪潤(rùn)滑方式不一樣，因此需要以擋油環(huán)將其隔開，可取擋油環(huán)的寬度為20 mm，因此。4）為了滿足擋油環(huán)的軸向定位要求，段的左邊需制出一軸肩，軸肩高度，即，取，因此；考慮到箱體和箱座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可取。5）根據(jù)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)可知，，6）根據(jù)4）可知，；軸環(huán)寬度，即，取，則有。7）根據(jù)3）可知，；考慮到軸承與齒輪潤(rùn)滑方式不一樣，因此需要以擋油環(huán)將其隔開，可取擋油環(huán)的寬度為14.5 mm，因此。
3.5.4求軸上載荷并做出軸的彎矩圖和扭矩圖
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，如下圖所示。
圖9 軸的載荷分析
Figure 9 Axial load analysis
其中 (26)
(27)
(28)
(29)
1）求水平面支反力
如上圖所示有：
；
式中： (30)
代入數(shù)據(jù)有：
2）繪制水平面的彎矩圖
圖10 軸的水平面彎矩
Figure 10 The level of the shaft bending moment
其中
3）求垂直面支反力
如上圖所示有：
；
式中： (31)
代入數(shù)據(jù)有：
(32)
4）繪制垂直面的彎矩圖
圖11 軸的垂直面彎矩
Fig 11 Axis vertical bending moment
其中 (33)
5）求總彎矩
(34)
6）繪制扭矩圖
圖12 軸的扭矩
Fig 12 Shaft torque
其中 (35)
（8）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即齒輪的中心截面）的強(qiáng)度。根據(jù)式及上述數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
(36)
前已選定軸的材料為Q235-A，調(diào)質(zhì)處理，由表查得，
因此，故安全。
2) 齒輪右端的截面左側(cè)
抗彎截面系數(shù) (37)
抗牛截面系數(shù) (38)
截面左側(cè)的彎矩為
(39)
截面上的扭矩為 (40)
截面上的彎曲應(yīng)力
(41)
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
(42)
軸的材料為Q235-A，調(diào)質(zhì)處理。由表查得：
(43)
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按附表查取。由于，，經(jīng)插值后可查得
（44）
又由附圖可得軸的材料敏性系數(shù)為
（45）
故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式附表為
(46)
(47)
由附圖的尺寸系數(shù)；由附圖的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。
軸按磨削加工，由附圖得表面質(zhì)量系數(shù)為
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即強(qiáng)化系數(shù)，則按式及式得綜合系數(shù)為：
(48)
(49)
據(jù)軸的材料，得鋼的特性系數(shù)
，取，而，則
于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按式、、則得
(50)
(51)
(52)
故可知其安全。
3）齒輪右端的截面右側(cè)
抗彎截面系數(shù) (53)
抗牛截面系數(shù) (54)
彎矩M及彎曲應(yīng)力為
（55）
（56）
扭矩及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
(57)
過(guò)盈配合處的，由附表，用插值法求出，并取，則有
（58）
軸按磨削加工，由附圖得表面質(zhì)量系數(shù)為
故得綜合系數(shù)為：
(59)
(60)
所以軸在截面右側(cè)的安全系數(shù)為：
(61)
（62）
(63)
故該軸在截面右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。
3.6 低速軸設(shè)計(jì)
3.6.1 材料及熱處理
考慮到是高速軸以及材料后，選此軸材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。
3.6.2初步確定軸的最小直徑
按式初步估算軸的最小直徑。根據(jù)軸的材料和表，取
，所以根據(jù)公式有：
即
（64）
由于此軸上開有三個(gè)鍵槽，所以應(yīng)增大軸徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱；再者直徑小于100 mm，因此。
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑（圖5.7）。為了使所選的軸徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，查表，考慮到轉(zhuǎn)矩變化和沖擊載荷大（如織布機(jī)、挖掘機(jī)、起重機(jī)、碎石機(jī)），故取，則：
（65）
按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩的條件并且考慮到補(bǔ)償兩軸綜合位移，查表，選用GICL4鼓形齒式聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為。半聯(lián)軸器的孔徑為50 mm，故取，半聯(lián)軸器與軸配合的長(zhǎng)度為84 mm。
3.6.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于此軸是裝有聯(lián)軸器和齒輪的軸，所以結(jié)構(gòu)采用外伸梁布局，外伸部分裝聯(lián)軸器，兩軸承布置在齒輪的兩端，軸系采用兩端單向固定布置，為避免因溫度升高而卡死，軸承端蓋與軸承外圈端面留出的熱補(bǔ)償間隙，軸的初步結(jié)構(gòu)如下圖所示。
圖13 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
Figure 13 Structure design of shaft
如圖：1）段裝GICL4聯(lián)軸器，因此。半聯(lián)軸器與軸配合的孔徑長(zhǎng)度為84 mm，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，因此段的長(zhǎng)度應(yīng)比84略小一些，現(xiàn)??；同樣，。2）為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，段的左端需要制出一軸肩，軸肩高度，取，因此。軸承端蓋的總寬度為20 mm（由減速器及軸承端蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而定）。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取端蓋的外端面與半聯(lián)軸器右端面間的距離，故取；同樣，。3) 初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承主要承受徑向載荷作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，選擇6312型軸承其尺寸為，因此?？紤]到軸承與齒輪潤(rùn)滑方式不一樣，因此需要以擋油環(huán)將其隔開，可取擋油環(huán)的寬度為16.5 mm，因此,；同樣，4）為了滿足擋油環(huán)的軸向定位要求，段的左邊需制出一軸肩，軸肩高度，即，取，因此；考慮到箱體和箱座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可??；同樣，根據(jù)齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)可知齒輪輪轂的寬度為,85mm，為了使 擋油環(huán)端面可靠地壓緊齒輪，此軸段應(yīng)略短于輪轂寬度，故取。5）齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，即，取，因此；軸環(huán)寬度，即，取，則有
3.6.4 軸上零件的周向定位
齒輪與軸的周向定位采用平鍵連接。根據(jù)，查表，有平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)度為70 mm,同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；根據(jù)，查表，有平鍵截面，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)度為70 mm,同時(shí)為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為；滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是由過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。
3.6.5求軸上載荷并做出軸的彎矩圖和扭矩圖
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖，如下圖所示。
圖14 軸的載荷分析
Figure 14 Axial load analysis
其中 （66）
（67）
（68）
（69）
1) 求水平面支反力
如上圖所示有：
；
式中： （70）
代入數(shù)據(jù)有：
（71）
2）繪制水平面的彎矩圖
圖15 軸的水平面彎矩
Figure 15 The level of the shaft bending moment
其中
3）求水平面支反力
如上圖所示有：
； （72）
式中：
代入數(shù)據(jù)有：
（73）
4）繪制垂直面的彎矩圖
圖16 軸的垂直面彎矩
Figure16 Axis vertical bending moment
其中
5）求總彎矩
（74）
6）繪制扭矩圖
圖17 軸的扭矩
Figure 17 Shaft torque
其中 （75）
3.6.6 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即齒輪的中心截面）的強(qiáng)度。根據(jù)式及上述數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
（76）
前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表查得，
因此，故安全。
（9）精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
1）判斷危險(xiǎn)截面
段和段只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，因此此段均無(wú)需校核。
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，齒輪兩端處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)看，齒輪中心處的應(yīng)力最大。齒輪兩端的應(yīng)力集中影響相近，但靠近軸承端蓋的截面受扭矩較小，同時(shí)軸徑也較大，故不必做強(qiáng)度校核。齒輪中心上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，而且這里軸的直徑最大，因此此處也不必校核，因此該軸只需校核齒輪右端的截面左右兩側(cè)即可。
2) 齒輪左端的截面左側(cè)
抗彎截面系數(shù) （77）
抗牛截面系數(shù) （78）
截面左側(cè)的彎矩為
（79）
截面上的扭矩為 （80）
截面上的彎曲應(yīng)力
（81）
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
（82）
軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得：
（83）
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及按附表查取。由于，，經(jīng)插值后可查得
（84）
又由附圖可得軸的材料敏性系數(shù)為
（85）
故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式附表為
（86）
（87）
由附圖的尺寸系數(shù)；由附圖的扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)。
軸按磨削加工，由附圖得表面質(zhì)量系數(shù)為
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即強(qiáng)化系數(shù)，則按式及式得綜合系數(shù)為：
（88）
（89）
據(jù)軸的材料，得鋼的特性系數(shù)
，取，而，則
于是，計(jì)算安全系數(shù)值，按式、、則得
（100）
（101）
（102）
故可知其安全。
3）齒輪左端的截面右側(cè)
抗彎截面系數(shù) (103)
抗牛截面系數(shù) （104）
彎矩M及彎曲應(yīng)力為
（105）
（106）
扭矩及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
（107）
（107）
過(guò)盈配合處的，由附表，用插值法求出，并取，則有
（108）
軸按磨削加工，由附圖得表面質(zhì)量系數(shù)為
故得綜合系數(shù)為：
（109）
(110)
所以軸在截面右側(cè)的安全系數(shù)為：
(111)
(112)
(113)
故該軸在截面右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。
3.7 分級(jí)機(jī)支架的設(shè)計(jì)
3.7.1 支架結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
考慮到軸的安裝，故機(jī)體壁的一邊從和軸中心上下分成兩半，軸裝上以后，用一個(gè)端蓋通過(guò)螺栓連接再連接到一起。為減少機(jī)體的重量，故只在與軸配合的地方，增加厚度，其他的地方用薄壁板進(jìn)行加工。支架安裝在分選機(jī)右側(cè)，滾子處于懸起狀態(tài)。支架尺寸為：1500 mm×1200mm×1200mm。
3.7.2 支架材料的選擇
為防止生銹，故整個(gè)機(jī)體均采用通用的不銹鋼型號(hào)SUS304進(jìn)行制造，這樣也能保證機(jī)體有足夠的強(qiáng)度和硬度。
4 總結(jié)
了解國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，參考大量文獻(xiàn)及輔導(dǎo)老師幫助的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出了滾杠式紅棗分級(jí)機(jī)機(jī)械部分的內(nèi)容。主要結(jié)論如下：
（1）根據(jù)紅棗外形的各方面因素，制定出了分選機(jī)機(jī)械系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)方案，并根據(jù)方案制作完成了滾杠式紅棗分級(jí)機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)。通過(guò)理論計(jì)算表明，機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)行正常，滿足預(yù)期設(shè)計(jì)要求。
（2）設(shè)計(jì)制作了紅棗分選過(guò)程中的輸送裝置，輸送裝置采用鏈傳動(dòng)帶動(dòng)紅棗支撐滾子的傳動(dòng)。
（3）設(shè)計(jì)了紅棗分選過(guò)程中分選執(zhí)行系統(tǒng)。分選執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用滾杠式分選，能夠?qū)崿F(xiàn)紅棗能夠快速準(zhǔn)確的被收集，并且要有良好的機(jī)械特性。
（4）設(shè)計(jì)了紅棗的分選過(guò)程中從卸料到分選機(jī)構(gòu)的輸送裝置。
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致 謝
本設(shè)計(jì)是在向陽(yáng)老師的悉心指導(dǎo)下完成的。他無(wú)論是在資料的整理，還是在設(shè)計(jì)的畫圖等各個(gè)方面都給予了我大量的指導(dǎo)和幫助，在他的精心指導(dǎo)下，才使得我的設(shè)計(jì)一步一步的有序的完成，同時(shí)也學(xué)到了許多書本上學(xué)不到的知識(shí)，受益匪淺，特致以深深的感謝。同時(shí)也要感謝學(xué)科組每一位老師們?cè)诎倜χ谐槌鰰r(shí)間對(duì)我的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的解答和指導(dǎo)，也給我提供了充足完備的條件和寶貴的學(xué)習(xí)交流機(jī)會(huì)，而且在我沒(méi)有想到的方面還給予我詳細(xì)的指導(dǎo)，為我改進(jìn)設(shè)計(jì)，提供了寶貴的建議，學(xué)生深表謝意。
大學(xué)四年學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對(duì)我的母校，我的父母親人們，我的老師和同學(xué)們、表達(dá)我由衷的謝意。感謝我的母校塔里木大學(xué)給了我在大學(xué)的本科四年深造機(jī)會(huì)，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高。塔里木大學(xué)四季如歌的校園，美麗如詩(shī)的風(fēng)景都深深的留在了我的記憶里。四年珍貴的學(xué)習(xí)期間，讓我的知識(shí)體系更加完善，思想觀念更加成熟，整體素質(zhì)得到了極大的鍛煉。“樸實(shí)創(chuàng)新，求真務(wù)實(shí)”的校訓(xùn)我將銘記于心，在未來(lái)的學(xué)習(xí)和工作中躬身踐行。
再次,感謝我的同學(xué)們,在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了他們無(wú)私的幫助，以及許多啟發(fā)性的指導(dǎo)和建議。在此向所有支持、關(guān)心、幫助我的人表示由衷的感謝!祝他們永遠(yuǎn)健康、幸福!
最后，感謝我的父母親人們對(duì)我大學(xué)四年學(xué)習(xí)的默默支持，使我能順利完成學(xué)業(yè)。
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