水果清洗機的設計-適合蘋果、桃、橘子和紅棗等水果 網鏈式【三維SW】
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題 目： 水果清洗機設計
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題目類型： 理論研究 實驗研究 工程設計 工程技術研究 軟件開發(fā)
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摘 要
水果清洗機是用于清洗水果的機械，是水果供應企業(yè)進行水果自動化加工的關鍵設備之一。為實現將水果自動清洗的功能，設計一種網鏈式輸送水果清洗機，以利于水果的保鮮儲藏和后續(xù)加工。
本設計基于清洗機械的研究現狀和發(fā)展狀況，根據清洗機的類型、結構特點和工作原理，結合相關設計手冊,通過對清洗機工藝參數及動力學參數的選擇計算，電動機的選擇，聯(lián)軸器的選擇，鏈輪的設計，完善清洗機的總體設計。該水果機具有啟動平穩(wěn)、工作可靠和效率高等特點，適合蘋果、桃、橘子和紅棗等水果的清洗加工。
動力部分由電動機、減速器，輸入軸為主，其余部分參考外購件的參數加以整合設計。而重點設計的是水果清洗結構。在計算過程中，軸的設計是重點。首先提出水果清洗的工作原理，進行結構設計；然后確定一些原始數據，計算出各個軸的轉速、功率、轉矩。最后繪制水果清洗機的裝配圖及典型零件的零件圖，對水果清洗機的關鍵參數進行計算和校核。
零件將全部采用solidworks軟件進行計算機輔助設計，設計過程中經過較為精確的測量和計算后將所得的數據進行三維建模，利用模型進行模擬裝配和干涉檢查。構想通過創(chuàng)建三維模型這樣一個平臺來驗證所做的設計，以便于對設計中的細節(jié)進行改進。設計完成后，利用Solidworks建立水果清洗機的3D裝配模型；較為逼真地體現外型設計的效果及水果清洗機的主要結構及尺寸關系，繪制二維的零件圖，裝配圖。
關鍵詞：網鏈式；水果清洗機； 3D裝配模型
Abstract
Fruit washing machine for fruit cleaning machinery, is one of the key equipment of the fruit supply enterprises in the processing of fruits and automation. In order to facilitate fresh fruit storage and subsequent processing, a network chain conveyor fruit washing machine is designed to implement the function of fruits automatic cleaning.
The design is based on the research status and development of cleaning machinery, according to the type of washing machine, structural characteristics and working principle, combined with related design manuals, selection and calculation of process parameters and the kinetic parameters of the washing machine, the choice of motor, coupling the choice of the design of the sprocket, and improve the overall design of the washing machine. The fruit machine has to start a smooth, reliable operation and high efficiency, suitable for cleaning and processing of apple, peach, orange and red dates and other fruits.
The dynamic part consists of motor, reducer, the input shaft main, the rest of the reference parameters of the purchased parts to integrate design. Focused on the design is the fruit cleaning structure. In the calculation process, the design of the shaft is the key. First proposed the fruit cleansing works, for the structural design; and then determine some of the original data to calculate the shaft speed, power, torque. Finally, draw fruit washing machine assembly drawing and typical component graphs, calculation and verification of the key parameters of the fruit washing machine.
Its parts will be using solidworks software for computer-aided design, data more atccurate measurements and calculations will be obtained in the design process, 3D modeling, using the model to simulate the assembly and interference checking. in order to improve on the details of the design ,Idea to verify the design done by creating three-dimensional model of such a platform. Design is complete, the use of Solidworks 3D assembly model to establish the fruit washing machine; more realistically reflect the effect of the exterior design and fruit washing machine, structure and size relations, drawing two-dimensional part drawings, assembly drawings.
Keywords: Network chain； Fruit washing machine；3D assembly model.
目 錄
引言 6
1 清洗機的概況及現狀分析 6
1.1 概況 …………………………………………………………………………….6
1.2 現狀分析 7
1.3 清洗工藝及設備設計的要求 7
2 方案的設計 8
2.1 論述 …………………………………………………………………………….8
2.1.1清洗機方案選擇 8
2.1.2結構 9
2.2 機械結構的設計 10
2.2.1傳動方案的分析擬定 10
2.2.2設計方案的選擇 13
2.3 電動機的選擇 14
2.3.1電動機功率的選擇 14
2.3.2確定電動機的轉速 15
2.3.3電動機的型號的確定 15
2.4 減速機的選擇 15
3 傳動機構的設計計算 16
3.1 鏈輪的選擇計算 16
3.2 鏈輪幾何尺寸計算 17
3.3 主要失效形式 18
4 輔助設備的選擇 19
4.1 輸送帶的選擇 19
4.2張緊機構的設計 19
4.3調整機構的設計 20
4.4整體槽體的設計 20
4.5泵的選擇 20
4.6減速器的選擇 21
5 主要部分零件的設計計算及校核 21
5.1 軸的設計計算 21
5.1.1初算軸的直徑 21
5.1.2軸的結構設計 22
5.2 軸的受力分析及強度校核 23
5.2.1水果清洗機的軸用鍵受力分析 23
5.2.2按彎扭合成應力校核軸的強度條件計算 24
5.3 鍵的選擇及其校核 25
5.3.1減速機軸上鍵的選擇 25
5.3.2水果清洗機的軸用鍵校核 26
5.4 聯(lián)軸器的選擇 29
5.4.1聯(lián)軸器的選用 29
5.4.2聯(lián)軸器的型號和主要尺寸 29
5.5 滾動軸承及軸承座的選擇 30
5.5.1類型選擇 30
5.5.2型號選擇 31
5.5.3軸承的結構和定位方法 31
5.5.4滾動軸承潤滑和密封 32
5.5.5滾動軸承座的選擇及其配置 32
6 水果清洗機的三維建模與設計 32
6.1 Solidworks軟件概述 32
6.2 水果清洗機三維模型的組裝 32
總結 36
謝 辭 38
參考文獻 39
引言
隨著工農業(yè)生產的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對食物質量的要求也在不斷的提高，尤其是對水果的食用，不再僅僅滿足于原始的食用方法，對水果的深加工產品．如果汁、果醬、果酒的使用數量及質量的要求也越來越高。在進行水果的加工中，如何將大量的水果清洗干凈，快速輸送于下步加工工序中，是保證產品質量、生產效率的關鍵一步。本文對這一問題有針對性的設計一種利用水和水果的螺旋流動，使水果清洗干凈，并同時將清洗干凈的水果立刻送人輸送帶進行下步加工的設備。
為適應我國農產品快速發(fā)展需要，農產品清洗設備在我國逐步發(fā)展起來，許多農作物由于生產過程中必然會帶有泥土和農藥，所以清洗農作物的大量勞動是影響我國農作物的一個重要問題，如果采用大量人力的話必然導致勞動力資源的浪費，所以生產一種農作物清洗機械對提高生產力有重要影響。隨著我國水果果品加工業(yè)的迅速發(fā)展，水果清洗機的應用越來越廣泛。而水果清洗機用于進行水果清洗的機械，是水果供應企業(yè)進行水果自動化加工的關鍵設備之一。為實現將水果自動清洗的功能，設計水果清洗機。
1 清洗機的概況及現狀分析
1.1 概況
食品機械行業(yè)是直接為食品工業(yè)服務的行業(yè)。 食品工業(yè)的發(fā)展帶動了食品機 械的發(fā)展；而食品機械行業(yè)的科技進步與發(fā)展，又為食品工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了有利的 物質條件，大大推動食品工業(yè)向前發(fā)展。隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品機械在食品工業(yè)中的地位越來越重要。現代化的食品機械不僅可以生產出高附加值的產品，而且可以提高資源的利用率。由于食品工業(yè)原料和產品的品種繁多，加工工藝各異，因此食品機械也相應 是門類各異，品種多樣。目前，中國的食品機械分類是按機械工業(yè)部制定的分類 標準（JB3750--80）進行的，分為食品加工專用機械和食品加工通用設備。專用機械按加工對象或生產品種不同分為 23 類， 通用設備按功能不同分為 10 類， 據 有關部門 1995 年統(tǒng)計，全國專業(yè)食品加工機械企業(yè)，約有 1920 多家，工業(yè)總產 值 110 億元，產品品種 1700 多種，近十幾年來，全國食品機械行業(yè)保持年增長 率 20%以上的水平。 近年來，在食品機械行業(yè)中已經形成一批不僅能夠滿足國內市場的需要，而 且能打入國際市場的優(yōu)良產品，出口創(chuàng)匯約 5000 萬美元。 全國食品機械行業(yè)發(fā)展比較快的有北京、上海、天津、江蘇、浙江、山東、 遼寧、廣東、福建、四川等省市。 中國許多部委都有一批力量在從事食品機械研究和開發(fā)工作。 其中原機械工 業(yè)部， 原國內貿易部和原輕工總會下屬從事食品機械的企業(yè)數量最多， 規(guī)模最大， 力量最強，代表了中國食品機械發(fā)展總體水平，形成了科研、生產、銷售的完整 體系[1]。
果品加工業(yè)是農產品加工業(yè)的重要組成部分。1980年我國果品總產量只有679萬噸，排名世界第10位。從1993年開始，我國果樹栽培面積和果品總產量穩(wěn)居世界第1位，并逐年增長。但果品中用于加工的僅占10%。而發(fā)達國家果品加工占果品產量的比例一般都在35%以上。而果品加工能力的提高可直接增加經濟效益。因此，發(fā)展果品加工業(yè)，加強采后減損增值，以促進果業(yè)迅速發(fā)展,是保證農民增產增收的重要措施[2]。
清洗可以從不同的角度進行分類，根據清洗范圍的不同，目前通常將清洗分為民用清洗和工業(yè)清洗兩類。在日常生活中，與個人和家庭生活密切相關的洗滌，包括衣物清洗，人體皮膚，頭發(fā)清洗，家庭用品，房屋的清洗等，通常稱為民用清洗。在工業(yè)生產勞動過程中涉及到的清洗都屬于工業(yè)清洗的范疇。食品工業(yè)。紡織工業(yè)。造紙工業(yè)。印刷工業(yè)．石油加工業(yè)。交通運輸業(yè)，電力工業(yè)、金屬加工業(yè)、機械工業(yè)．汽車制造，儀器儀表，電子工業(yè)、郵電通訊、家用電器、醫(yī)療儀器。光學產品、軍事裝備，航空航天，原子能工業(yè)等都大量應用到清洗技術[3]。
1.2 現狀分析
按照清洗精度的要求不同，主要分為一般工業(yè)清洗，精密工業(yè)清洗和超精密工業(yè)清洗三大類。一般工業(yè)清洗包括車輛，輪船、飛機表面的清洗，一般只能去掉比較粗大的污垢；精密工業(yè)清洗包括各種產品加工生產過程中的清洗，各種材料及設備表面的清洗等，以能夠去除微小的污垢粒子為特點；超精密清洗包括精密工業(yè)生產過程中對機械零件、電子元件，光學部件等的超精密清洗，以清除極微小污垢顆粒為目的。近年來，干式清洗發(fā)展迅速．如激光清洗、紫外線清洗、等離子清洗、干冰清洗、真空清洗等。在高,精，尖工業(yè)技術領域得到快速發(fā)展．尤其是碳氫真空清洗技術的引入已在形成現在精密五金零件的主要清洗趨勢，是目前替代ODS最好工藝路線。中國清洗行業(yè)的現狀我國到處都在建設新的工廠和生產線．正在逐步成為“世界加工廠”，巨大的市場需求，為工業(yè)清洗設備制造商和專業(yè)清洗劑生產供應商提供了快速發(fā)展的良機。目前，各種清洗設備生產制造經營企業(yè)已達1000多家，其中，超聲波清洗機生產企業(yè)已從20世紀90年代初的幾家發(fā)展到現在的200多家，從而形成了一個巨大的產業(yè)．清洗行業(yè)概念的首次出現，是在1992年由原國家環(huán)保局{現國家環(huán)保總局}組織北京大學等單位編制，并得到國務院批準的<中國消耗臭氧層物質逐步淘汰國家方案>中，按照國務院的分工，清洗行業(yè)由原電子工業(yè)部(現信息產業(yè)部)負責[4]。
1.3 清洗工藝及設備設計的要求
在選擇清洗工藝及設備，必須考慮清洗要求達到的洗凈程度。對不同洗凈程度要求的清洗應選擇不同的清洗工藝和設備。洗凈程度要求越高，清洗成本也越高，而且生產成本是以幾何級數遞增的。
在設計清洗工藝及清洗設備時，主要從以下幾個方面進行考慮：
1.可靠性 要求選用的清洗工藝及設備有穩(wěn)定的清洗質量，能達到所要求的清洗程度。
2.對待清洗對象的影響 要求在清洗過程中對待清洗對象造成的損傷盡可能的小，并且不能對待清洗對象產生新的二次污染。
3.對于自然環(huán)境的保護 要求清洗工藝及設備能夠防止或盡可能減少清洗廢液、噪聲、廢氣對環(huán)境造成的破壞。
4.效率 具有效率高節(jié)約勞動力的特點。
5.良好的作業(yè)環(huán)境 能夠有良好的作業(yè)環(huán)境，對工人的作業(yè)環(huán)境有保證。
6.經濟性 采用既能達到洗凈程度要求，成本又低的清洗工藝及要求。
食品加工原料在其成熟階段及運輸、貯藏過程中常常受塵埃、沙粒及微生物等污染，因此，在加工前必須認真清洗，并清除雜物及不合格部分，以便后道工序加工。
2 方案的設計
2.1 論述
針對水果的形狀特點，確定清洗機的工藝流程為浸泡清洗——噴淋清洗——輸送——出料。在浸泡清洗階段主要是對水果進行浸泡，為粘附于水果表面上的污物進行初步清洗，并對較難分離的雜質進行浸泡，使雜質在水浸泡變得松脫，以利于在以后清洗過程中容易容易沖洗。在接下來的階段開始進行噴淋式清洗，在這一階段中，水果通過不銹鋼網傳送帶傳送，由一排噴頭進行沖洗，使水果的各部位都能清洗到，從而達到比較好的清洗效果[5]。關于水采用了循環(huán)重復利用。
2.1.1清洗機方案選擇
根據該工況目前比較成熟清洗機的有超聲波清洗機以及浸泡清洗機兩種。
1、超聲波清洗機工作原理：利用電子方式產生超聲波U(ultrasonic)?和強氧化劑O3的SO?(Ozone?Super?Oxidation簡稱：OSO?)，OSO通過布氣盤施放到水中；超聲波U產生40KHZ的機械震蕩和空化作用，它可大大增加OSO在水中的溶解度，最關鍵的是超聲波U提供了物質反應所需的能量，?UOSO對浸泡在水中的果菜、肉類及其它物品一方面起到降解農藥、分解毒素，消毒殺菌的作用。同時還產生等離子可對處理過物質的分子進行修補，完全解決了人們對解毒和保健的需要，通過超聲波U換能后的果蔬原質地完好無損，不會象電機旋轉那樣破壞丟損果蔬營養(yǎng)元素。
2、浸泡清洗機工作原理：原料在水槽高壓作用下,被充分打散,翻流、清洗、傳送。從物料表面脫洗的泥沙沉入底部隔離倉,不會發(fā)生翻揚回流造成再度污染,漂浮水中雜質、小蟲,通過去雜機構網孔收集,下次過毛輥清理掉,洗凈后物料出水后再經噴淋清洗,送至下到工序。
經過比較我們得知，一是超聲波清洗機一般為小型家用，二是我們所要的設計的是批量生產使用。顯然超聲波清洗機無法滿足我們的設計要求，所以我們只能選取后一種方案。浸泡清洗機的圖片如下：
圖1 浸泡清洗機的圖片
2.1.2結構
由于浸泡清洗過程為打散、翻流、清洗、傳送，所以機械結構的設計也將是從這幾個方面進行的。因為整個過程涉及到清洗所以整臺設備必須是安裝于密閉的空間內，但又要滿足操作人員操作及查看需要，所以初步計劃將整機安裝于焊接而成的水槽中，該水槽是整個設備的基礎；關于輸送采用鏈式輸送機，考慮到水果本身特點，所以該輸送機采用網鏈結構，網采用鋼絲編織而成，這樣有一定的強度，同時長期浸泡在水中又不至于生銹；至于水路采用循環(huán)水路，采用臥式安裝的水泵，進口直接連接于水槽之上，出口則分為兩路，其一連接于水槽，另一連接于噴頭管路上，這樣在水果清洗完成之后，便于噴頭將水果表面的雜物清洗干凈。總結起來該機就是網鏈輸送機和水泵加噴嘴組合而成的[6]。
具體講來其驅動方式為采用擺線針輪減速機采用二級直連的，電機采用普通三相異步電動機，減速機和主機之間采用短節(jié)距精密滾子鏈連接，這是因為鏈傳動效率高，同時結構簡單。其三維結構圖如下：
圖2 水果清洗機的三維結構圖
如圖2所示，本機主要由清洗系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、泵循環(huán)過濾系統(tǒng)、清洗通道等組成，其中清洗系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)為本機的設計難點。設計的網鏈式水果清洗機主要由擺線針輪減速器、傳動裝置、噴淋、水箱池、電機、水泵等組成。該裝置結構緊湊，占地面積小，可以實現水果加工生產線中清洗和提升兩個任務，水果的清洗利用水和水果的螺旋流動，清洗質量優(yōu)于其它方式，清洗和提升過程不間斷，提高了生產效率。該裝置可廣泛應用于各種水果加工的前道工序。在使用過程中發(fā)現該裝置也存在有不盡人意之處，比如下軸端因一直浸在水中所以只能采用滑動軸承，軸承壽命短，需要不斷更換軸承。隨著下端軸承材料及結構的完善，該裝置會有更廣闊的應用前途[13]。
2.2 機械結構的設計
2.2.1傳動方案的分析擬定
傳動方案的選擇分析可以從以下三個表格開始：
表1-1 傳遞連續(xù)回轉運動常用機構的性能和適用范圍
表1-2 實現其他特定運動常用機構的特點與應用
表1-3 常用減速器的型式、特點及應用
另外，傳動系統(tǒng)應有合理順序和布局，除必須考慮各級傳動機構所適應的速度范圍外，還要考慮到以下幾點：
(1) 帶傳動承載能力較低，在傳遞相同轉矩時結構尺寸較嚙合傳動大；但帶傳動平穩(wěn)，能緩沖吸震，應盡量置于傳動系統(tǒng)的高速級．
(2) 一般滾子鏈傳動運轉不均勻，有沖擊，宜布置在低速級。
(3) ?蝸桿傳動的傳動比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動系統(tǒng)的高速級，以獲得較小的結構尺寸；同時，由于有較高的齒面相對滑動速度，易于形成液體動壓潤滑油膜，也有利于提高承載能力及效率。
(4) 輪(特別是大模數錐齒輪)的加工比較困難，一般宜置于高速級，以減小其直徑和模數。但需注意，當錐齒輪的速度過高時，其精度也需相應提高，此時還應考慮能否達到所需制造精度以及成本問題
(5) 斜齒輪傳動較直齒輪傳動平穩(wěn)，相對應用于高速級。
(6) 開式齒輪傳動一般工作環(huán)境較差，潤滑條件不良，外廓緊湊性可低于閉式傳動，應布置在低速級。
(7) 制動器通常設在高速軸。傳動系統(tǒng)中位于制動裝置后面不應出現帶傳動，摩擦傳動和摩擦離合器等重載時可能出現摩擦打滑的裝置。
(8) 為簡化傳動裝置，一般總是將改變運動形式的機構(如連桿機構、凸輪機構)布置在傳動系統(tǒng)的末端或低速處；對于許多控制機構一般也盡量放在傳動系統(tǒng)的末端或低速處，以免造成大的累積誤差，降低傳動精度。
(9) 傳動裝置的布局應使結構緊凄、勻稱，強度和剛度好．并適合車間布置情況和工人操作，便于裝拆和維修。
(10) 在傳動裝置總體設計中，必須注意防止因過載或操作疏忽而造成機器損壞和人員工傷，可視具體情況在傳動系統(tǒng)的某一環(huán)節(jié)加設安全保險裝置。
(11) 如一臺機器中各工作構件的運動彼此無需協(xié)調配合，則可由多臺原動機分別驅動，亦可共用一臺原動機通過傳動鏈并聯(lián)分支驅動各個工作構件。
綜上所述，根據本機工作情況的傳遞方案如下簡圖所示。采用電動機、擺線針輪減速器、鏈傳動的組合方案[14]。
圖3 傳動方案的機構簡圖
2.2.2設計方案的選擇
方案一 ：清洗機器傳動：由電動機經皮帶輪傳動主軸使摩擦輪高速旋轉。傳動滾筒傳動：由電動機經鏈輪傳動帶動托輪，再以摩擦傳動滾筒。
方案二： 清洗機器傳動：由電動機經齒輪傳動主軸使摩擦輪高速旋轉。傳動滾筒傳動：由電動機經由皮帶輪傳動帶動托輪，再以齒輪傳動滾筒
方案三 ：清洗機器傳動：由電動機經鏈輪主軸使得摩擦輪高速旋轉。傳動滾筒傳動：由電動機經由齒輪傳動帶動托輪，再以齒輪傳動滾筒。
在如今市場經濟的大潮中，成本低，經濟性好是產品占領市場的一個首要因素，這一概念必須是每一設計者都應具有的。故在畢業(yè)設計的全過程要考慮到影響產品成本的諸多因素。方案一結構緊湊， 布局合理， 傳動簡單， 可靠性高， 使用壽命可以得到保障， 制造成本低，加工簡單。方案二、三效率比較低，加工成本高。經過三個方案的比較，選用方案一。
2.2.3初步估算功率
若設計產量達到每小時清洗2-3T,初定傳送帶輸送距離為3米，水果在放進去再到清洗完畢所經過的時間為3分鐘，初定輸送速度為0.03m/s。
傳動滾筒的功率：
P0=(K1××v+K2××Q±0.0273Q×H)
K1---空載運行功率系數 K1=0.0192
---輸送帶水平投影長度 =3m
V ---帶速 v =0.03m/s
K2---物料水平運行功率系數 K2=9.55×10-5
Q---輸送量(t/h) Q=2t/h
K3---附加功率系數 K3=2.8
代入公式求得: P0=1.06kw
電動機功率計算:
P=K×P0/η P=1.5 kw
取K=1.25 η=0.88
滾筒可以分為傳動滾筒和該向滾筒。
傳動滾筒：傳動滾筒是傳遞動力的主要部件，可以為鋼制表面滾筒，包膠滾筒，一般為鑄造或薄鋼板卷制而成，在此用薄鋼板卷制而成。
改向滾筒：用于改變輸送帶的運行方向和增加輸送帶與傳動滾筒間的圍包角。
2.3 電動機的選擇
2.3.1電動機功率的選擇
原動機是機器中運動和動力的來源，其種類很多，有電動機、內燃機、蒸汽機、水輪機、汽輪機、液動機等。電動機構造簡單、工作可靠、控制簡便、維護容易，一般生產機械上大多數均采用電動機驅動。
????電動機已經系列化，通常由專門工廠，按標準系列成批或大量生產。機械設計中應根據工作載荷(大小、特性及其變化情況)、工作要求(轉速高低、允差和調速要求、起動和反轉頻繁程度)、工作環(huán)境(塵土、金屬屑、油、水、高溫及爆炸氣體等)、安裝要求及尺寸、重量有無特殊限制等條件，從產品目錄中選擇電動機的類型和結構型式、容量(功率)和轉速，確定具體型號。
選擇電動機包括選擇電動機的類型、結構、功率、轉速和型號。在工業(yè)上一般采用三相交流電動機，Y系列三相交流異步電動機由于具有結構簡單、價格低廉、維護方便等特點，故一般應優(yōu)先考慮。當轉動慣量和啟動力矩較小時，可選用Y系列三相交流異步電動機，在經常啟動、制動和反轉、間歇或短時工作的場合，要求電動機的轉動慣量小和過載能力大，應選用YZ和YZR系列三相交流異步電動機，電動機的結構有開啟式、防護式、封閉式、防爆式[7]。在此可選用封閉式的電動機。
所以選用Y系列全封閉式籠型三相異步電動機。
選擇原則：功率選的過小，不能保證工作機的正常工作或使電動機長期過載而過早損壞；功率選的過大，則電動機價格高，且常不在滿載下運行，功率因素很低，造成浪費.
對于長期連續(xù)工作負荷較穩(wěn)定的負載機械，可根據電動機所需要的功率來選擇，選擇時應使電動機的額定功率PN稍大于電動機的所需功率。由計算已知電動機所需功率為：=1.5 kw ,所以我們可選擇電動機功率為1.5 kw 。
2.3.2確定電動機的轉速
同一功率的異步電動機的同步轉速有3000r/min、1500 r/min、1000 r/min和750 r/min四種。一般來說，電動機的同步轉速高，磁極對數少，輪廓尺寸小、價格低；反之，轉速愈低，外輪廓尺寸愈大，價格愈高。由于工作機滾筒的轉速很低，所以不易選用高速電動機，一般應選擇同步轉速為1500或1000 r/min 的電動機。
2.3.3電動機的型號的確定
根據所要求的的轉速和功率選擇Y系列三相異步電動機，由?機械設計課程設計手冊?查得可選用電動機Y100L-6，功率1.5kw，轉速940r/min。因為工作環(huán)境，如果不加防護，水有可能進入電動機中導致電機短路而燒壞，于是在設計中選擇電機的防護等級為IP44?，F在將這種電動機的數據列于下表二中[7]。
表2、電動機型號
(Table 2)，Motor model
電動機型號
額定功率
（kW）
最大轉矩
堵轉轉矩
滿載轉速（r/min）
額定轉矩
質量
（kg）
Y100L-6
1.5
2.0
2.0
940
2.0
33
2.4 減速機的選擇
因為噴淋清洗機中傳動帶線速度很小，根據水果自身的性質和特點，選擇傳動比較大的擺線針輪減速機。
擺線針輪減速機適用范圍：本標準分為單級和兩級別。其中又分立式和臥式；雙軸型和直聯(lián)型。適用于礦山，冶金，建筑，化工，紡織，輕工等行業(yè)，其適用條件如下：
輸入功率P1：單級0.6-75KW
兩級0.052-13.41KW;
傳動比i： 單級 11-87，共9種
兩級121-7569，共18種
高速軸的轉速不大于1500r/min,減速機可用于正反兩向運轉。
根據前面的設計要求，輸送帶速度v=0.03m/s,故我們選用雙級臥式擺線針輪減速器，型號為：
XWD8125-43×17-1.5KW
此減速器的輸出轉速為2.05r/min，P=1.5KW
3 傳動機構的設計計算
常用的傳動方式有鏈傳動和帶傳動，在此我們選用鏈傳動，鏈傳動有以下一些優(yōu)點:
（1）沒有滑動；
（2）工況相同時，傳動尺寸比較緊湊；
（3）不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較小；
（4）效率較高；
（5）能在溫度較高以及濕度較大的環(huán)境中使用。
3.1 鏈輪的選擇計算
已知:減速器的軸輸出轉速為2.05r/min，P=1.5kw, 輸出軸徑d=55mm，因為工作載荷較平穩(wěn)，所以鏈輪直接安裝于減速機軸上。
（1）鏈輪齒數：
減速器軸上鏈輪齒數為Z1=19，從動軸鏈輪齒數為Z2=19[9]。
傳動比i: i= Z1/ Z2=1
（2）轉速：
主動軸鏈輪轉速n1=2.05r/min，從動鏈輪轉速n2=2.05r/min
（3）設計功率：
≥×P/(×) =1.35kw
式中：=1.0 =1.11 =1
（4）鏈條節(jié)距P：
由設計功率P0=1.35kw和主動輪鏈輪轉速n1=2.05r/min
在手冊中查得節(jié)距P=12A，即 19.05mm。
（5）初定中心距a： 暫取 a=30P
注：a計算式可保證小鏈輪上包角大于120°，且大小鏈輪不會相碰。
（6）鏈節(jié)數：
=81
注：取整數并宜取偶數,故取68 取=80節(jié)
（7）鏈實際中心距：
取a=542mm
（8）鏈速：
v=×Z1×P/1000 v=1m/min=0.017m/s
與估算相符
（9） 驗算小鏈輪輪轂孔徑（即軸孔直徑）
由支承軸的設計確定
鏈輪輪轂孔的最大許用直徑 查表8-2-10得45mm
（10）有效拉力：
F1=1000P/v F1=14117.6N
（11）軸上載荷：
FQ=1.2KAF1 FQ=16941N
取KA=1
（12）潤滑方式選定：
根據滾子鏈節(jié)距P=19.05和鏈條的速度v=0.017m/s查圖選用潤滑方式為用油刷或油壺人工定期潤滑。
（13）鏈條標記：
根據設計計算結果采用單排12A滾子鏈，節(jié)距為19.05mm，節(jié)數為80節(jié)。
（14）鏈輪材料及熱處理：
鏈輪輪齒應有足夠的接觸強度和耐磨性，常用材料為中碳鋼，（c35—45鋼）不重要場合用Q235A、Q275A鋼，高速重載時采用合金鋼，低速時大鏈輪可采用鑄鐵，由于小鏈輪的嚙合次數多，小鏈輪的材料應優(yōu)于大鏈輪，并進行熱處理。在本機中，由場合和速度可選用：
材料為45鋼，熱處理滲碳、淬火、回火。
齒面硬度為HRC40—52。
表3 滾子鏈的基本尺寸
鏈 號
節(jié) 距P(mm)
排 距(mm)
滾子直徑(mm)
12A
19.05
22.78
11.91
3.2 鏈輪幾何尺寸計算
鏈輪外形尺寸結合設計手冊[8]計算可得，其具體形狀如下;
圖4 小鏈輪的簡圖
其具體尺寸為;Z=19 ；P=19.05
（1）主動鏈輪孔徑：
=50mm＜=72mm
（2）分度圓直徑：
d=116mm
（3）齒頂圓直徑：
=124mm
（4）齒根圓直徑：
=d- =120mm
（5）最大齒根距離：
=119.5mm
（6）齒輪凸緣直徑：
＜111.2mm
查表得： h=15.0 （查《機械設計手冊》上冊表11-1）
取=100mm
3.3 主要失效形式
鏈輪和鏈條相比,鏈輪的強度高,使用壽命較長,所以鏈傳動的失效,主要是鏈條的失效,其主要失效形式是:
(1) 鏈條疲勞破壞.
鏈條各元件在變應力作用下,經過一定循環(huán)次數,鏈板發(fā)生疲勞斷裂,滾子,套筒表面出現疲勞點蝕和疲勞裂紋.在正常潤滑條件下,鏈板的疲勞強度是決定鏈傳動承載能力的主要因素.
(2) 鏈條鉸鏈的磨損.
鉸鏈磨損會使鏈節(jié)距增大而產生跳齒和脫鏈.該失效形式一般發(fā)生在開式或潤滑不良的鏈傳動中.
(3) 鏈條鉸鏈膠合.
在潤滑不當或鏈輪轉速過高時,鏈條鉸鏈的銷軸和套筒的工作表面會因潤滑油膜破壞,在高溫,高壓下直接接觸導致兩表面粘結,相對運動使粘結部位撕開,形成表面撕開而損壞,稱為膠合.因而要限制鏈傳動的極限轉速.
為使鏈傳動能工作正常，應注意其合理布置，布置的原則簡要說明如下：
1）兩鏈輪的回轉平面應在同一垂直平面內，否則易使鏈條脫落和產生不正常的磨損。
2）兩鏈輪中心連線最好是水平的，或與水平面成 以下的傾角，盡量避免垂直傳動，以免與下方鏈輪嚙合不良或脫離嚙合。
2. 鏈傳動的張緊
鏈傳動中如松邊垂度過大，將引起嚙合不良和鏈條振動，所以鏈傳動張緊的目的和帶傳動不同，張緊力并不決定鏈的工作能力，而只是決定垂度的大小。
4 輔助設備的選擇
4.1 輸送帶的選擇
輸送帶是輸送裝置中的曳引構件和承載輸送構件，本清洗機中輸送帶采用不銹鋼絲編織而成，鋼絲直徑為1.5mm，鋼絲骨架由連接軸組成，輸送帶總長度為6.8米，其中輸送帶上鏈式結構為自行設計鋼絲網采用外購。其中鋼絲直徑d=1.5mm，網格大小為10mm×10mm。輸送帶總長度C＝6.8m。
4.2張緊機構的設計
輸送帶張緊裝置：使輸送帶具有足夠的張力，并限制輸送帶在個托輥間的垂度。在該清洗機中采用調節(jié)螺母調整改向滾筒橫向移動來張緊輸送帶。
鏈輪張緊裝置：鏈傳動張緊的目的是為了避免在鏈條的松邊垂度過大時產生嚙合不良和鏈條的振動現象，同時也為了增加鏈條與鏈輪的嚙合包角。采用張緊輪張緊，使它從外向內壓緊鏈條，從而達到張緊目的，另外還可以使鏈條與鏈輪的包角增大，使傳動效率提高。
4.3調整機構的設計
輸送帶必須有調整機構以調整其松緊程度，本設計采用固定框架選用UCK軸承底部配有滑道，通過對調整螺栓調整實現對輸送帶調整的目的。
4.4整體槽體的設計
在噴射清洗工藝中，缸體的主要作用是容納輸送帶在其中輸送水果，并且容納噴淋頭所噴射出來的大部分水。缸體的尺寸決定了水果清洗的產量，由于本清洗設備不但在自動化聯(lián)系清洗上有要求，而且在產量規(guī)模化也有一定的標準，所以缸體也有一定的設計要求，應該主要根據實際情況來確定。根據經過我們的分析與計算，確定缸體的內壁尺寸為1500mm×1202mm×4mm。外壁與框架進行焊接。由于輸送鏈必須有穩(wěn)固的基礎，采用4mm鋼板為其制作一槽體，該槽體焊接而成，所有的框架均安裝于該槽體之上，該槽體在制作完成之后進行帶水試驗，以保證其沒有泄露點[10]。
網鏈式水果清洗機的槽體可謂是機器構造中較為重要的一個部分，其焊接工藝的要求也較為嚴格。其要有選擇合適的焊接方法；合理控制焊接參數；還有接頭的設計要合理。這樣才能保證水果清洗機的使用壽命，盡量做到外形美觀。
材料的選擇：
經查資料，我們選用不銹鋼，經查資料選用材料為2Cr13，主要用于較重要的鋼結構和構件，滲碳零件，壓力容器等。從材料性能和經濟因素各方面來說，對壁厚的設計為4毫米。
在下面一排噴頭的進水口，我們在缸體壁上開了一個與水管管道同一直徑的圓孔，并焊接一同直徑的水管，可用彎頭實現與泵出水口的連接。在缸體底部設計了兩個出水口，用來排放缸內的廢水，廢水通過專門的管道流到處理系統(tǒng)，經過一系列的處理達到可重復使用的標準，重新回到泵的進水口。
4.5泵的選擇
根據實際生產情況，選用離心泵型號為 11/2BL-6A Y9OS-16 -1.5KW，該離心泵揚程為16m，流量為5m3/h。
11/2BL-6A型泵為單級單吸懸臂式直連離心清水泵，轉速為n=2900r/min，功率1.5KW。
軸封有填料密封及機械密封兩種，通過爪型彈性聯(lián)軸器與電機聯(lián)接。按耐磨和耐腐蝕及使用溫度，泵的主要部件材料來選擇我們所需要機型。為了適應清洗不同種類的水果，我們通過對離心泵的電機進行無機調速，從而達到調壓的目的。
4.6減速器的選擇
減速器是在原動機和工作機之間的獨立傳動部件,減速器多用來作為原動機與工作機械之間的減速傳動。根據傳動型式，減速器可分為齒輪、蝸桿和齒輪－蝸桿減速器，根據形狀不同，可分為圓柱、圓錐和圓錐－圓柱齒輪減速器，根據傳動級數，可分為單級和多級減速器。
在本設計選擇減速器的類型時，首先根據傳動裝置總體配置的要求，結合減速器的效率、外廓尺寸或質量、制造及運轉費用等指標進行綜合的分析比較，以期獲得最合理、效果最好的結果。
本設計因為是中心軸式的傳動，省去了皮帶輪等傳動部件，所以選用擺線針輪減速器，根據前面計算可知選擇功率1.5kw，綜合分析選擇傳動比43的型號比較合適，滿足設計要求。通過查閱《機械工程師手冊》表19-114選擇型號為XWD 8125-43×17-1.5KW的擺線針輪減速器。
5 主要部分零件的設計計算及校核
5.1 軸的設計計算
5.1.1初算軸的直徑
（1）聯(lián)軸器和滾動軸承的型號是根據軸端直徑確定的，而且軸的結構設計是在初步計算軸徑的基礎上進行的，故要初算軸徑。
軸的直徑可按扭轉強度法進行估算，即[10]：
(3—36)
式中：
P—軸傳遞的功率，kw；
n—軸的轉速，r/min；
c—由軸的材料和受載情況確定的系數。
表4 各種材料系數c的取值范圍
Table 4, various materials coefficient of c scope
軸的材料
Q235 120
35
45
40Cr,35siMn
c
160—135
135—118
118—107
107—98
軸的材料一般為優(yōu)質碳素鋼。c 取值時應考慮軸上彎矩對軸強度的影響，當只受轉矩或彎矩相對轉矩較小時，c 取小值；當彎矩相對轉矩較大時，c 取大值。由于滾筒的轉速低轉矩較大且彎矩小，故c 應取較小值，在這里我們取c 為100。
所以：
=42.55 mm
初算軸徑還要考慮鍵槽對軸強度的削弱影響。當該軸段截面上有一個鍵槽時，d 應增大5% ；兩個鍵槽時，d 應增大10% 。
在本軸的設計中，軸上有一個鍵槽。
所以：
= 42.55×(1+5%)=44.67 mm
圓整取軸的直徑為45mm。
（2）軸的類型和功用
階梯軸，轉軸（傳遞扭矩又承受彎矩）
（3）軸的材料
45# 碳素鋼；特點：具有較好的綜合力學性能，價格便宜，沒滿足本設備要求。
熱處理方法：調質或正火處理。
軸的毛坯：圓鋼（直徑較小而又不太重要時）。
5.1.2軸的結構設計
1) 設計成階梯軸，此軸的裝配簡單（先右后左），形狀如設計圖紙所示。另外，為便于軸上零件裝拆，在軸的設計時考慮在軸的兩頭加工倒角：45°。各鍵槽設計在同一圓柱母線上，且盡量選用同一截面尺寸的鍵。
2) 軸上零件的定位
軸向定位：軸肩 特點：結構簡單，定位可靠 ，可承受較大的軸向力
軸端擋板 特點：可承受劇烈振動和沖擊。
周向定位：鍵
共有定位：緊定螺釘
注意：① 軸肩或軸環(huán)圓角半徑R必須小于相配零件的倒角C1或圓角半徑R1。
② 軸肩定位、軸環(huán)定位、套筒定位、彈性擋圈定位、螺母定位高度大于相配零件的倒角C1或圓角半徑R1。
③ 對于標準件的定位尺寸要查標準件標準。
3）減速器軸軸段直徑和長度的確定
各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關。初步求出的直徑作為承受扭矩的軸段的最小直徑dmin，然后再按軸上零件的裝配方案和定位要求，從dmin處起逐一確定各段軸的直徑。
=100·(0.75·0.7/16)1/3=34.65mm
=100·0.314=31.4mm
P—功率，n—轉速，A—材料系數。
查手冊取標準直徑d1=35mm；d2=32mm
則這兩個直徑即為鏈輪輪轂部的軸徑，而在鏈輪設計時查表知輪轂的孔徑必須小于34mm，所以滿足要求；而選用的減速器的出軸孔徑為28mm，也符合要求。再由軸肩的高度規(guī)則我們選用30mm的過渡軸。
考慮到加工和裝配等問題，我們采用同樣輪轂孔徑的鏈輪，也就是說，減速器伸出軸與鏈輪輪轂聯(lián)接部的軸徑亦是28mm。極限偏差為j6.
根據減速器的尺寸參數可知，伸出軸的裝配孔長度分別為112mm和92mm，再由以上的原則可以設計與減速器裝配的長度分別為110和90mm；又鏈輪的輪轂孔長度分別為40mm和25mm，則與鏈輪裝配的軸長分別為38mm和23mm；而由鏈輪之間的裝配空間可知，鏈輪的右側距離減速器出軸斷面70mm和37mm，則中間軸的長度分別為37mm和12mm。形狀及其結構尺寸如圖紙4-2所示[11]。
5.2 軸的受力分析及強度校核
5.2.1水果清洗機的軸用鍵受力分析
水果清洗機上主要傳遞扭矩處為：兩鏈輪與主軸處，該處軸徑為d=45mm，從機械設計書本中的表6-1可以查出在此處所用鍵為bxh=14x9，下面對此處鍵進行受力分析及強度校核[7]。
圖5 主軸的簡圖
根據軸的使用情況，可知該軸為轉動軸，主要承受扭矩。則按扭矩強度條件計算。考慮還受有不大的彎矩，則用降低許用扭矩切應力的方法予以考慮
1.軸的扭矩強度條件為：
式中：———————扭轉切應力，單位為MPa；
T———————軸所受的扭矩，單位為；
WT———————軸的抗扭截面系數，單位為mm；
n———————軸的轉速，單位為r/min；
P———————軸傳遞的功率，單位為KW；
d———————計算截面處軸的直徑，單位為mm
———————許用扭轉切應力，單位為MPa
此軸選用45號鋼，值為25－45MPa之間
而通過對軸的計算，＝5.1MPa; =8.5MPa
,故軸的扭轉條件符合要求。
5.2.2按彎扭合成應力校核軸的強度條件計算
此軸的圖4-進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面）的強度，由2簡圖可知，其危險截面為鏈輪所在支點處截面，根據機械設計書中式（15-5）
及上表中的數值，并取，軸的計算應力
以選定的軸的材料是45號鋼，調制處理。由表15-1查得＝60MPa。故安全。
5.2.3軸的扭轉剛度校核計算
軸的扭轉變形用每米長的扭轉角來表示
式中：T——————————軸所受的扭矩，單位為
G——————————軸的材料的剪切彈性模量，單位為MPa，對于鋼材，G＝MPa
——————————軸截面的極慣性矩，單位為mm，對于圓軸，＝
L———————————階梯軸受扭轉作用的長度，單位為m.
———————————分別代表階梯軸第段上所受的扭矩、長度和極慣性矩，單位同上
Z———————————階梯軸受扭轉作用的軸段數
綜合上式計算出=0.32(。)/m
為軸每米長的允許扭轉角，與軸的使用均合有關，對于一般的傳動軸，可取=0.5-1(。)/m；對于精密傳動軸可取＝0.25-0.5(。)/m。對于精度要求不高的軸，可大于1(。)/m?！ ?
顯然對于本設計中所涉及的軸為一般的傳動軸，，符合扭轉剛度要求。
綜上所述，設計的軸滿足工作要求?！?
5.3 鍵的選擇及其校核
鍵聯(lián)接時，通常被聯(lián)接的材料構造和尺寸已被初步決定，聯(lián)接的載荷也已求得。因此，可根據聯(lián)接的結構特點使用要求和工作條件來選擇鍵的類型，再根據軸的徑從標準中選出截面尺寸并考慮轂長選出鍵的長度，然后用適當的校核計算公式強度驗算。
尺寸根據軸徑從相應標準中選取。鍵的長度按輪轂長度選取。根據工況條件，在軸和聯(lián)軸器的聯(lián)結時主要傳遞轉矩且無軸向的竄動，所以選擇此處選擇半圓鍵聯(lián)接即能滿足要求。普通平鍵主要靠兩側面的擠壓來傳遞轉矩，平鍵連接具有結構簡單，對中性良好，裝拆方便，應用極其最廣，并在市場中占據較大市場，它也適應于高速、高精度或承受循環(huán)、沖擊載荷的場合。
普通平鍵按構造分，有圓頭（A 型）、平頭（B 型）及單圓頭（C型）三種。單圓頭（C型）常用于軸端與轂類零件的連接。由于聯(lián)接為軸頭開槽聯(lián)接，與之適用應選用C型普通平鍵，國家標準代號為鍵14×9 GB 1096。聯(lián)軸器的輪轂的長度為60mm ,從《機械傳動裝置設計手冊》表18-4中，我們查得鍵的公稱尺寸[10]：
b×h =14×9
b—鍵寬,單位mm
h—鍵高,單位mm
鍵的材料采用抗拉強度不小于600Mpa 的鋼，常用45號鋼。
鍵槽表面的粗糙度：軸槽，鍵槽寬度b兩側的表面粗糙度參數Ra 值推薦1.6-3.2um。
平鍵連接傳遞轉矩要求強度的校核，選擇好的鍵，便是校核其強度是否滿足實際工作的需要。一般在傳動過程中受的是剪力，所以選擇的鍵是否合適就是校核剪切應力是否滿足要求。
5.3.1減速機軸上鍵的選擇
根據減速機軸徑和輪轂長度從標準中選擇鍵的尺寸如下表和圖中所示。
表5 鍵的各參數
軸
鍵
鍵槽
公 稱
直徑d/mm
公稱
尺寸
b×h
/mm
公稱尺寸
b/mm
寬度b
深度
半徑r
極 限
偏 差
軸t/mm
轂t1/mm
最小
/mm
最大
mm
30
8×7
8
-0.015
-0.051
4.0
3.3
0.16
0.25
圖6 鍵的結構圖
假設壓力
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