本科畢業設計說明書—1引言1.1研究目的意義我國的水果產量基數較大，而因為國情而使得各類水果價格不高，因而也時而出現水果滯銷現象，而果農也因此受到較大影響。并且由于我國的水果出口率不高，也制約了水果的發展。我國水果在市場上的競爭力差的原因是水果商品率不高，水果外形包裝不大美觀，整體外觀不優。通常在采摘完水果，對其進行商品化處理的步驟為清洗、打蠟、分級及整體包裝。在水果處理中，對水果依照尺寸大小進行篩分極為重要。目前我國對于水果的清洗及打蠟技術較為成熟，而在對水果進行分級上仍不算太好，因此本次設計主要研究根據尺寸大小對橙子進行分級篩選，以提高效率，節省人力。1.2國內外現狀我國對水果的分級技術自80年代從國外引進，而后隨著我國技術的提高，我國制造業開始學習和了解水果的分級技術。90年代后，我國可以逐步開發些水果分級設備，但其效率、工藝技術和使用壽命等仍不如國外，而這過程中，我國不斷積累經驗，逐漸不再完全依賴從國外進口水果分級設備。在對水果分級技術研究了近幾十年后，我國在水果分級技術上積累了較多經驗，現今我國所制作的水果分級設備，在使用性能等方面逐步趕超大多數國外的水果分級設備。水果分級技術上的進度，能較好的改善我國農產品和水果良莠不齊，外觀不佳和同一批水果中品相差距較大等問題。假如我國一半產量的橙子（約300萬噸）[8]采用分級技術進行分類篩選，可以使每公斤水果增值約0.2元左右，那么可以使這些橙子增值6億元。而這也說明了水果分級技術的重要性，可以提高水果質量，節約人力，使水果增值等，具有較為重要的研究意義。1.3研究意義如今人們挑選水果主要從水果大小及色澤兩方面對水果進行挑選，而對于橙子而言，越大的橙子果肉越飽滿充實，因此也更為受人們喜愛。而對于尺寸較小的橙子，由于橙子本身皮厚占比較大，果肉相對占比較小，因此相對而言不如尺寸較大的橙子受人們歡迎。故而對于商家來說，需要對水果的尺寸進行篩分是十分有必要的，商家對水果根據不同尺寸進行分批報價，以此獲得更大的利益。而根據水果尺寸對水果進行篩分，不能靠人工進行篩分，需通過設備進行篩選，以此提高篩分的精準度及效率等。本次設計的橙子滾筒式分級機主要是應用于對橙子的尺寸大小進行篩分，以此提高對橙子的篩分精準度及效率。以我國現今的國情，不可能采用人工對橙子大小進行篩分，因為此種方式準確度及效率均極低。因此，本設計的橙子滾筒式分級機，采用多個滾筒的形式，對供料的橙子以尺寸為標準進行篩分出不同尺寸規格的橙子，提高對橙子的篩分精度及效率。1.4研究內容本次對橙子滾筒式分級機的設計，主要是先對本次課題需求進行分析，根據需求來分析所設計的橙子滾筒式分級機需要有哪些功能，在根據所需功能來細分出各機構功能。本次設計的橙子滾筒式分級機，需要實現對橙子的上料及根據其尺寸進行分類至不同的收料桶內。根據所需功能，將橙子滾筒式分級機的總體方案拆分為各機構方案，通過分析對比不同方案之間的優劣，最終確定各機構的方案，再整合為橙子滾筒式分級機的總體方案。（1）通過在使用學校圖書館或者借由網絡等渠道對橙子滾筒式分級機進行查閱其相關資料及信息等，借此理解橙子滾筒式分級機的各結構原理及其功能等，而后收集并記錄橙子滾筒式分級機的相關資料以便后續設計時參考。（2）遼解橙子滾筒式分級機的各結構原理及其功能，對所設計的橙子滾筒式分級機的相應參數進行確定。橙子滾筒式分級機相關參數如下：橙子重量：0.2kg橙子篩分速度：300個/分鐘橙子分類規格：5類不同尺寸規格；（3）對本設計的橙子滾筒式分級機的各機構方案進行初步設計。（4）對本設計的橙子滾筒式分級機的整體方案進行最終確認。（5）采用SolidWorks軟件對橙子滾筒式分級機進行三維建模，而后使用CAD軟件對橙子滾筒式分級機的總裝圖及零件圖進行繪制。（6）完成對橙子滾筒式分級機論文的撰寫。2方案設計2.1總體設計方案概述（1）整體功能：本設計的橙子滾筒式分級機能夠實現對橙子根據不同尺寸進行自動分類篩選的功能，以此達到將橙子銷售利益最大化的目的。橙子滾筒式分級機可以減少工人的勞動強度，達到自動化篩選橙子的目的，且其穩定性及效率均高于人工對水果進行篩選。（2）方案概述：橙子滾筒式分級機主要由橙子輸送機構和橙子篩分機構所組成。橙子輸送機構的功能是將人工上料的橙子輸送到橙子篩分處，實現對橙子的輸送作用。而橙子篩分機構是實現通過尺寸大小對橙子進行篩分并分類的作用，以此達到本設計的要求。本設計的橙子滾筒式分級機的結構如圖2-1。圖2-1橙子滾筒式分級機結構圖2.2輸送機構方案確定輸送機構的作用是將橙子輸送到篩分機構處進行篩選分類為五種不同尺寸規格，傾斜向上輸送橙子可以使橙子輸送進篩分機構處的數量不會太多。如果輸送機構水平布置，可能會出現多層堆疊的現象，導致一次性進入篩分機構處的橙子數量較多，而輸送機構傾斜輸送不會在末端出現橙子堆疊多層的現象，故本設計的輸送機構為傾斜布置。方案一：本方案的輸送機構由上料斗、機架、托輥、鏈輪、偏置鏈條、電機及減速器等所組成。本設計的輸送機構采用鏈條傳動，鏈條為偏置鏈條，可以安裝托輥在兩條鏈條之間。電機通過鏈條帶動托輥，橙子經由托輥輸送至橙子篩分機構處。如圖2-2為偏置鏈節，如圖2-3為本方案的輸送機構結構圖。圖2-2偏置鏈節圖2-3方案一輸送機構方案二：本方案的輸送機構由輸送帶、電機、機架等所組成，其簡圖如圖2-4。通過電機帶動輸送帶轉動，以此帶動輸送帶將橙子輸送到橙子篩分機構處。圖2-3方案二輸送機構方案對比：方案一：此方案的輸送機構兩側有擋板，同時對橙子的輸送方向是斜向上的，可使輸送橙子不會造成一次性輸送太多，造成后續篩分機構篩選難度提升。同時還有上料斗，也將橙子倒入該處，然后隨托輥慢慢輸送橙子入篩分機構，輸送速率均衡。方案二：此方案的輸送機構是水平輸送，輸送時可能會造成橙子堆積且隨意滾動，對后續篩分機構較為麻煩，其對橙子的輸送不如方案一均衡。綜上所述，通過對兩種輸送機構方案的對比，決定采用方案一的輸送機構作為本設計的橙子滾筒式分級機的輸送機構。2.3篩分機構方案確定篩分機構的作用是根據尺寸大小對橙子進行篩分及分類，以此實現本設計的需求。方案一：此方案的篩分機構由電機、鏈輪、鏈條、滾筒、摩擦輪、托盤、機架和分類桶所組成，采用四個滾筒將橙子篩分為五種不同尺寸規格，而每個滾筒上的孔洞大小均不同。由電機通過鏈輪鏈條帶動滾筒滾動，將有輸送機構所輸送的橙子根據不同尺寸大小篩分為五種規格，而后再送入不同分類桶內。每個托盤還設有活板門結構，當托盤內的橙子達到一定數量，人工可以拔開活板門，使托盤內的橙子進入到分類桶內。圖2-4方案一篩分機構方案二：此方案的篩分機構由電機、滑道、滾筒、摩擦輪和分類桶等所組成，其結構簡圖如圖2-5所示。由輸送機構所輸送的橙子經由滑道進入滾筒內，經由滾筒篩分為不同尺寸規格的橙子。滾筒為斜向安裝，從左往右其孔洞大小逐漸增大，以此滿足對橙子進行篩分的作用。圖2-5方案二篩分機構方案對比：方案一：此方案的篩分機構可以更為準備的根據橙子的尺寸大小對橙子進行分類篩選，且不同規格的滾筒可分別進行加工，以此提高加工效率。而當某個滾筒損壞時，只需重新加工某一個滾筒即可，而無需對所有滾筒均進行加工，以此可以降低對橙子滾筒式分級機的維修成本及提高維修效率等。方案二：此方案的篩分機構的滾筒傾斜擺放，所以橙子進入滾筒后除了輸送機構提供的速度外還有重力提供的加速度，因此橙子在進入滾筒后可能出現其速度過快而導致尺寸較小的橙子在后續位置才被篩選出來，造成對橙子其分類篩選的準確性不足等。同時，當滾筒損壞時，由于滾筒為一體加工成型，故需對整個滾筒進行更換，因此整體維修成本較高，且維修效率不夠高。綜上所述，根據對兩個篩分機構的對比，選用方案一的篩分機構作為本設計的橙子篩分機構。

3選型設計計算3.1輸送機構設計輸送機構是對橙子進行輸送的機構，為了使后續對橙子的篩分機構高度合適，而使上料口的高度適合工人上料，同時對橙子輸送數量均勻，不會出現一次性輸送過多橙子導致后續篩分機構難以較好篩分橙子的現象，故本設計對橙子的輸送機構其安裝為傾斜安裝，沿斜向上方向輸送橙子。3.1.1托輥選型本設計采用的托輥其作用是對橙子進行輸送，其原理是通過相鄰兩根托輥的間隙來對橙子進行輸送。查閱資料[3]，設計托輥的間距需為：S≥其中k為橙子物料系數，由資料[3]可取為1.1。則本設計的托輥其間距需為：S≥則本設計的托輥間距為75mm，符合對托輥的設計要求。考慮實際中工人上料位置的寬度大小，取托輥長度為550mm。3.1.1輸送電機初步計算由已經參數，橙子單個重量為0.2kg，篩分機構每分鐘篩選橙子300個，則輸送機構每分鐘需輸送300個橙子進入篩分機構內。設平均同一排相鄰兩個托輥可輸送3個橙子，而相鄰兩個托輥的間距為75mm，取安全系數為2，則輸送機構每分鐘輸送橙子的距離為：s=2×300/3×75mm=15m則輸送機構輸送橙子的速度為：v=s/t=15m/60s=0.25m/s則輸送機構運載橙子的能力為：Q=0.2kg×300/min=60kg/min=3600/h本設計的輸送機構鏈輪齒數均為21齒，節距p=25.4，傳動比為1，則鏈輪的分度圓直徑為：D=則鏈輪周長為：C=πD=3.14×170.5mm=535.64mm故為了達到輸送機構輸送橙子的速度，鏈輪轉速需為：n則減速電機的功率為：P其中，L——輸送機構長度，根據本設計，為1160mm，即為1.16m；f——托輥摩擦系數，當托輥輸送橙子時，查閱資料，取托輥摩擦系數為0.02；W——輸送機構的單位重量（kg/m），分析已建模的三維模型，估測其值為15kg/m；h——在豎直方向上，輸送機構對橙子的抬升高度，由于本設計的輸送機構為斜向布置，通過測量本設計的三維模型，其值為102mm，即為0.102m；則減速電機帶動輸送機構所需的功率為：P由于本設計的橙子滾筒式分級機采用一個減速電機同時帶動輸送機構和篩分機構，因此仍需計算減速電機帶動篩分機構的所需功率，才能最終綜合對減速電機進行型號選取，故此為減速電機的初步選型計算。3.1.2鏈輪校核本設計的鏈輪用于將電機的功率傳遞至滾筒的轉軸處，以此帶動輸送機構運行。由上述對減速電機的初步計算可知，本設計初步定兩個鏈輪的傳動比為1，齒數均為21，節距為25.4，直徑為170.5mm，即半徑為85.25mm。由已知參數知橙子重為0.2kg，輸送機構承載橙子300個，則輸送機構承載橙子的重量為：m1g=300×0.2×10N=600N則減速電機帶動鏈輪所需的轉矩為：T1=m1gr=600×85.25N·mm=51150N·mm=51.15N·m由上述對減速電機的初步計算，減速電機需提供給輸送機構的功率為1.31kw，鏈輪轉速為28r/min。則鏈輪所受的圓周力為：F鏈輪所受的約束反力為：F1=F2=2m0g=1200N由設計的鏈輪軸其長度為L=838mm，鏈輪約束點到鏈輪軸端點距離為L1=160mm，則鏈輪的彎矩為：M1=F1×（L-2L1）-Ft1×L1=1200×（0.838-2×0.16）-300×0.16=573.6N·m查閱資料[3]知鏈輪強度為60MPa，則對鏈輪進行強度校核為：σ因此本設計所采用的鏈輪強度足夠，滿足本次設計所需的安全強度要求。3.1.3輸送機構軸承校核由于輸送機構是對橙子進行斜向上輸送，根據分析輸送機構整體對軸承的受力，軸承主要承受徑向力而不受軸向力，因此根據軸承設計手冊，徑向動載系數和軸向動載系數分別為X=1，Y=0，輸送機構的軸承其當量動載荷為：P=XFr+YFa=XF1+YFt1=1×1200N+0×300N=1200N由設計條件，預計橙子滾筒式分級機每天兩班倒，一年工作300天，可使用8年，則輸送機構軸承壽命預估為：Lh=8×2×8×300=38400h由鏈輪轉速為114r/min，則輸送機構軸承的基本額定載荷值為：C=查閱資料[1]，根據本設計的輸送機構軸直徑為35mm，選取型號為6007的深溝球軸承作為本設計的輸送機構的軸承型號，其Cr=73.2kN，則校核輸送機構軸承為：L根據對輸送機構軸承的校核，本次所選用的輸送機構軸承符合設計要求。如下圖3-1是深溝球軸承的三維模型，采用SolidWorks進行建模，通過使用邁迪工具箱選取對應深溝球軸承的型號并進行調用，最終完成對輸送機構的深溝球軸承的三維建模。圖3-1深溝球軸承3.2篩分機構設計3.2.1滾筒設計本設計的四個滾筒直徑相同，均為250mm，每個滾筒上的小圓孔孔徑大小均相同，由輸送機構出口后開始至最后區域，四個滾筒的安裝順序根據其上小圓孔孔徑最小的開始往后排序。由于本設計的橙子滾筒式分級機是將橙子按照尺寸大小篩分為五個類型的橙子，故本設計的橙子滾筒式分級機將橙子按照大小分別篩分為尺寸55mm及以下、55~65mm、65~75mm、75~85mm、85mm及以上這五種尺寸規格。因此四個滾筒上的小圓孔孔徑分別設計為55mm、65mm、75mm和85mm，當橙子通過四個滾筒仍未被篩選，則會倒入最后一個分類桶內。要實現對根據尺寸大小對橙子進篩分分類的目的，需要確保橙子可以較好的進入滾筒的分級孔上，如圖3-2對橙子滾筒式分級機的滾筒進行分析，因此橙子進入分級孔上需要確保橙子的重心垂線在滾筒分級孔與橙子接觸點P的左側位置，由此分析可知，當尺寸最大的橙子進入第一個滾筒的分級孔時，其難度最大，故需確保第一個滾筒能夠實現將最大尺寸的橙子帶入到后一級。圖3-2橙子進入滾筒分級孔分析圖由圖3-2，其中h為滾筒中心到橙子與滾筒接觸點P的豎直高度，則有：∝h=其中，φ——第一個滾筒的分級孔直徑（m），其值為55mm，即為0.055m；R——第一個滾筒的半徑（m），其值為125mm，即為0.125mm；r——最大橙子的半徑（m），根據實際生活，取0.1m；由上述公式可知，當h越大時，越容易將橙子帶入到后一級滾筒處，則：∝h==本設計的滾筒式分級機其h為65mm＞60mm，則本設計符合使用要求。3.2.2減速電機選型由本設計的滾筒篩分機構如圖3-3可知，四個滾筒每排的分級孔數量分別為5個、5個、4個和4個，而每個滾筒一次性最多可三排分級孔同時帶動橙子，故滾筒篩分機構整體一次性最多可帶動54個橙子。圖3-3滾筒篩分機構由已知條件橙子重量為0.2kg，則滾筒篩分機構一次性帶動橙子的總重量為：m2g=0.2×54×10N=108N考慮傳動損壞及使用安全，綜合取安全系數k=2，則減速電機需為滾筒篩分機構提供的轉矩為：T2=km2gR=2×108×0.125N·m=27N·m由上述對減速電機的初步計算可知，T1=12.6N·m，n=114r/min，P1=1.31kw，則減速電機需為滾筒篩分機構提供的功率為：P則橙子滾筒式分級機的減速電機需要的總功率為：P=P1+P2=1.31kw+0.078kw=1.388kw由上述對減速電機的選型計算，選取橙子滾筒式分級機其減速電機型號為r37~167_37的邁傳的齒輪減速電機，其功率為1.5kw，外形如圖3-4。圖3-4r37~167_37邁傳齒輪減速電機3.2.3篩分機構軸承校核通過分析橙子篩分機構整體對軸承的受力，軸承主要承受徑向力而不受軸向力，因此根據軸承設計手冊，徑向動載系數和軸向動載系數分別為X=1，Y=0，通過分析本設計橙子篩分機構的重量預估為20kg，則橙子篩分機構的軸承其當量動載荷為：P=XFr+YFa=1×（0.2×18+20）×10=236N由設計條件，預計橙子滾筒式分級機每天兩班倒，一年工作300天，可使用8年，則橙子篩分機構軸承壽命預估為：Lh=8×2×8×300=38400h由鏈輪轉速為114r/min，則橙子篩分機構軸承的基本額定載荷值為：C=查閱資料[2]，根據本設計的橙子篩分機構軸直徑為35mm，選取型號為6007的深溝球軸承作為本設計的橙子篩分機構的軸承型號，其Cr=73.2kN，則校核橙子篩分機構的軸承為：L根據對橙子篩分機構軸承的校核，本次所選用的橙子篩分機構軸承符合設計要求。如下圖3-4是深溝球軸承的三維模型，采用SolidWorks進行建模，通過使用邁迪工具箱選取對應深溝球軸承的型號并進行調用，最終完成對橙子篩分機構的深溝球軸承的三維建模。圖3-4深溝球軸承3.2.4篩分機構軸設計校核由上述對減速電機的選型計算可知，篩分機構其軸的轉速為n=114r/min，本次對第一級傳動軸進行校核。由于減速電機是將對篩分機構的轉矩通過鏈輪傳遞給第一級傳動軸，再由第一級傳動軸將功率依次傳遞給后三級傳動軸，故第一級傳動軸的輸入功率為：P=P2=0.078kw鏈輪的直徑為：D=選取第一級傳動軸的材質為45鋼，經過調質處理，由對軸的設計手冊，取A0=112，則第一級傳動軸其最小直徑為：d結合鏈輪大小及其孔內徑，本設計的第一級傳動軸其軸徑選取為25mm，由上述對鏈輪的計算，其彎矩等于第一級傳動軸的彎矩，即M=573.6N·m，而第一級傳動軸的轉矩為電機所傳遞的轉矩為T=T2=27N·m。由于軸的截面為圓形，故抗彎截面系數為：W則本設計的第一級傳動軸其強度為：σ查閱資料，45鋼其強度為360Mpa，而4.74Mpa<360Mpa，則本設計的第一級傳動軸符合使用要求。3.2.5第一級傳動軸處鍵校核（1）鏈輪處鍵通過上述對第一級傳動軸的校核計算，在鏈輪處的鍵其類型為GB/T1096鍵A型b×h×l=8×7×18，此處鍵的接觸長度l’=18-8mm=10mm，則此處鍵傳遞的最大轉矩為：T=由于減速電機傳遞給第一級傳動軸的轉矩T2=9N·m，故此處采用的鍵滿足本設計的使用要求。（2）滾筒處鍵由于第一級滾筒一次性最多可有三排分級孔同時帶動橙子，則共有15個橙子，而每個橙子重量為0.2kg，第一級滾筒其半徑為125mm，則此處所需提供的轉矩為：T3=Fr=0.2×15×10×0.125N·m=3.75N·m而此處采用的鍵其類型為GB/T1096鍵A型b×h×l=8×7×32，此處鍵的接觸長度l’=32-8mm=24mm，則此處鍵傳遞的最大轉矩為：T=而T>T3=3.75N·m，則滾筒處采用的鍵滿足設計要求。4結論經由本次對橙子滾筒式分級機的設計、查閱資料及思考如何優化等，在此過程中，我不斷反思，盡自己能力對橙子滾筒式分級機進行優化，同時也反思了自己原本對機械不端正的態度，發現自己的缺陷，不斷改進提高。在本次對橙子滾筒式分級機的設計中，我取得了以下結果：（1）對不同機構方案進行對比，選取出最優于本設計的方案，以此完成對橙子滾筒式分級機的設計。（2）在設計輸送機構時，考慮到了輸送機構傾斜布置和水平布置對后續橙子篩分的影響，最終對比并選取傾斜布置作為本設計的輸送機構方案。（3）在設計滾筒時，考慮了多個不同分級孔的滾筒和一整個大型滾筒之間的差異，對比相互之間的優劣，最終選取了四個不同分級孔滾筒作為本次設計的篩分機構，同時采用摩擦輪進行帶動。（4）采用SolidWorks將本設計的各機構方案進行建模，以此更為直觀的了解之間對各個機構的設計，化方案為具體模型，使我更為直觀的判斷設計是否合理。致謝伴隨對橙子滾筒式分級機的設計完成，實為感慨，因為這也意味著我即將畢業，即將告別現在的校園生活，踏入未知的社會生活。在對橙子滾筒式分級機進行設計的過程中，我遇到了不少障礙，一度不知該如何下手，曾極為迷茫。在此感謝我的指導導師耐心的指導