材料加工技術(shù) 167（2005）515-528應(yīng)用超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)制造的小型和微型元件摘要：目前，潛在的必需品的可預(yù)測(cè)性，產(chǎn)能和生產(chǎn)力的基本生活必需品大問題仍然在超精密加工的微型/微型產(chǎn)品上?？焖俚男枨蠛徒?jīng)濟(jì)制造形狀復(fù)雜的小型/微型產(chǎn)品在超精密機(jī)床設(shè)計(jì)也提出了新的挑戰(zhàn)。在本文中，超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)介紹描述其關(guān)鍵的機(jī)械元件和機(jī)床設(shè)計(jì)程序。重點(diǎn)是審查和評(píng)估國(guó)家的最先進(jìn)的超精密加工工具。這也說明了微型/微型產(chǎn)品的應(yīng)用前景。指出了機(jī)床開發(fā)，模具，工件材料和加工工藝的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：超精密機(jī)器的設(shè)計(jì)；超精密加工；小型和微型元件制造；三維微觀結(jié)構(gòu)和設(shè)備；臺(tái)式超精密機(jī)1 介紹它被廣泛稱贊，精密制造的發(fā)展極大地改變我們的生活，提高人民生活水平方面。制造精度高，不僅提供常規(guī)產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，但也使得可能的全新產(chǎn)品，尤其是在機(jī)電一體化，小型化和高性能是重要的。令人印象深刻的例子是數(shù)碼相機(jī)，手機(jī)，微創(chuàng)醫(yī)療器械作為生物技術(shù)或化學(xué)處理設(shè)備。高功能密度和減少尺寸和重量，使小型和微型產(chǎn)品更具競(jìng)爭(zhēng)力。作為結(jié)果，小型和微型元件和產(chǎn)品的市場(chǎng)保持了高增長(zhǎng)的潛力。最近已經(jīng)出現(xiàn)了新的要求，在制造微型/微型產(chǎn)品，如三維復(fù)雜形狀或自由曲面的微觀結(jié)構(gòu)和組件的制造。據(jù)發(fā)現(xiàn)，這些微觀結(jié)構(gòu)具有一些特殊的功能，包括導(dǎo)光，抗反射和自我清潔等的微觀結(jié)構(gòu)將進(jìn)一步提高性能，實(shí)時(shí)三維微型結(jié)構(gòu)和自由曲面的制造小型和微型。此外，真正的 3D 微型結(jié)構(gòu)和自由曲面的加工也帶動(dòng)多種功能于一體，產(chǎn)品的集成。目前，MEMS 是微型元件的主要?jiǎng)恿χ?。硅是一種 MEMS 或微古典材料，但許多其他材料也同時(shí)出現(xiàn)了越來越多的應(yīng)用領(lǐng)域，這是成為微電子產(chǎn)品.例子有關(guān)，作為一個(gè)新興的 MEMS 應(yīng)用領(lǐng)域的生命科學(xué)需要玻璃，陶瓷金屬和塑料，而不是作為唯一的硅原料的微型元件。雖然傳統(tǒng)的機(jī)械式超精密加工已被用于制造小型和微型組件/產(chǎn)品的一個(gè)重要手段，它仍然在制造微型/微型產(chǎn)品的可預(yù)測(cè)性，可生產(chǎn)性和生產(chǎn)力的大問題，特別是對(duì)于那些小型和微型元件/與復(fù)雜的表面形式/形狀的產(chǎn)品。超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)和加工技術(shù)，將不得不進(jìn)行更改，以便實(shí)現(xiàn)快速和經(jīng)濟(jì)的制造，并確保這些組件和各種工程材料產(chǎn)品的機(jī)器和技術(shù)方便更廣泛的受眾（包括中小型企業(yè)）精密工程。在本文的重點(diǎn)將是超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)，特別是小型和微型組件/產(chǎn)品的制造。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則機(jī)及其關(guān)鍵要素，將和市售機(jī)開始嚴(yán)格審查。微捏造的應(yīng)用將說明和設(shè)計(jì)替補(bǔ)型超精密機(jī)及其應(yīng)用，將進(jìn)一步探討。這些論文將結(jié)束了在學(xué)科領(lǐng)域的未來發(fā)展趨勢(shì)的討論。2 超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)圖 1 說明了一個(gè)三軸超精密銑機(jī)（芬歐匯川），設(shè)計(jì)和建立在亞琛的 IPT[3]。至于其他的超精密機(jī)床，它包括四大子系統(tǒng)。他們是機(jī)械結(jié)構(gòu)，主軸及驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，控制器和系統(tǒng)，測(cè)量和檢驗(yàn)系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)是必不可少的，即使是在模具及加工技術(shù)也同樣重要的。2.1．機(jī)械結(jié)構(gòu)機(jī)械結(jié)構(gòu)包括固定和移動(dòng)機(jī)構(gòu)。固定機(jī)構(gòu)包括機(jī)底座，立柱和主軸箱住房等，它們通常都帶有移動(dòng)的物體，如工作表，幻燈片，紗錠和車廂。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，因?yàn)橐慌_(tái)機(jī)器的結(jié)構(gòu)提供了機(jī)器的所有部件的機(jī)械支撐。當(dāng)考慮在機(jī)械設(shè)計(jì)作為一個(gè)系統(tǒng)的背景下，一些主要的設(shè)計(jì)問題，包括 [4]：?剛度和阻尼;?結(jié)構(gòu)配置;?結(jié)構(gòu)連接;?結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能（如熱穩(wěn)定性和響應(yīng)外部勢(shì)力）。與移動(dòng)軸和運(yùn)行的穩(wěn)定性的正常運(yùn)作方面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將遵循以下原則：?結(jié)構(gòu)性高環(huán)剛度：結(jié)構(gòu)循環(huán)包括主軸，軸承和住房，滑道和車架，驅(qū)動(dòng)器，刀具和工夾具。所有的機(jī)械部件，并在傳播路徑中加入從驅(qū)動(dòng)器中的反應(yīng)來看，如最終效應(yīng)（刀具）或重心，必須具有較高的剛度，根據(jù)負(fù)載變化 [5]，以避免變形。?良好的阻尼性能，這可以通過選擇機(jī)床導(dǎo)軌材料高阻尼能力的材料或結(jié)構(gòu)的空腔填充鉛粘性和質(zhì)量阻尼或質(zhì)量阻尼混凝土桿和油。如剪力板和調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的一些方法，也可以應(yīng)用到潮濕的結(jié)構(gòu) [4]。?對(duì)稱性和閉環(huán)結(jié)構(gòu)配置：“T”型配置普遍用于超精密車削和研磨機(jī)。近日，在英格蘭的不良貸款提出了一種新的四面體結(jié)構(gòu)已被應(yīng)用在超精密研磨機(jī) Tetraform 的 C。它采用閉環(huán)進(jìn)行所有負(fù)載的內(nèi)部阻尼的空間框架。設(shè)計(jì)產(chǎn)生非常高的靜態(tài)剛度，加上出色的動(dòng)態(tài)剛度 [6]。?熱彈性結(jié)構(gòu)的循環(huán)：最大限度地減少空間熱梯度系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)迅速達(dá)到和保持一種穩(wěn)定的平衡。?最大限度地減少熱變形：通過使用控制技術(shù)的補(bǔ)救辦法，而不是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度來看，減少熱變形。該方法包括分離機(jī)和流程的熱源，迅速驅(qū)逐機(jī)內(nèi)產(chǎn)生的熱量，并保持使用的液體在一個(gè)恒定的溫度，使用零或低的熱膨脹材料熱去除。在 LLNL 開發(fā) LODTM 采用一些巧妙的方法，消除熱相關(guān)的錯(cuò)誤。例如，LODTM 是封閉在一個(gè)容器內(nèi)的空氣溫度保持在 20±0.010?C。測(cè)量幀從 Superinva 和殼中的水保持在 20±0.001?C 被分發(fā)覆蓋。為主軸軸承的外殼采用了冷卻水的導(dǎo)體，在溫度控制水發(fā)給刪除之前，它會(huì)導(dǎo)致過度變形，軸承產(chǎn)生任何熱量。由于采取了這些措施的結(jié)果，由于熱變形在 24 小時(shí)內(nèi)的最大漂移小于 25 納米 [4]。?隔離：環(huán)境影響封閉加工環(huán)境是必不可少的隔離來自外部周邊機(jī)器的情況下的干擾，例如：從地板的震動(dòng)，波動(dòng)的室溫，熱轉(zhuǎn)移[7]從其他機(jī)器，浮塵等。機(jī)床材料的選擇是在確定最終的整機(jī)性能的關(guān)鍵因素之一。很多標(biāo)準(zhǔn)，可以考慮，包括穩(wěn)定的時(shí)間，比剛度，同質(zhì)化，制造難易和成本等 [5]。鑄鐵和花崗石是最廣泛用于機(jī)器的基礎(chǔ)材料和滑道，因?yàn)槠淞己玫哪湍バ?，低的熱膨脹，低?yīng)力引起的變形和高減振能力，盡管在過去幾年有越來越多的使用聚合物混凝土花崗巖的缺點(diǎn)是，它可以吸收潮濕，所以它在干燥的環(huán)境中使用。對(duì)于這個(gè)原因，許多建設(shè)者用環(huán)氧樹脂密封的花崗巖。為了獲得高阻尼能力和剛性，重量輕，聚合物混凝土的普及，特別是一些精密儀器小規(guī)格機(jī)床。在某些應(yīng)用情況下，較低的熱膨脹系數(shù)和高維穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)材料已使用在那些超級(jí)因瓦，合成花崗巖，陶瓷和，ZERODUR [8]。圖 1超精密銑床原理圖.2.2.工作主軸主軸是精密機(jī)床主軸運(yùn)動(dòng)誤差的關(guān)鍵因素，因?yàn)閷⒂酗@著的影響表面質(zhì)量和加工components.The 最常用的精密機(jī)床主軸的精度空氣靜壓主軸和靜壓主軸。它們都具有高運(yùn)動(dòng)精度和高轉(zhuǎn)速 speed.An 空氣靜壓主軸低于油水壓的剛度主軸，但低于油靜壓主軸的熱變形。靜壓主軸廣泛用于中小負(fù)荷能力而靜壓主軸往往在大型重載精密機(jī)床在機(jī)床應(yīng)用。近日，槽技術(shù)已被用于在空氣軸承的設(shè)計(jì)。溝槽的混合空氣軸承結(jié)合了空氣靜力和空氣動(dòng)力學(xué)的設(shè)計(jì)原則，以優(yōu)化超高速性能。靜壓電梯喂養(yǎng)加壓空氣軸承在傳統(tǒng)的軸承設(shè)計(jì) [9]通過孔板節(jié)流產(chǎn)生的。氣動(dòng)升力控制的額外螺旋溝槽到軸的加工，或軸頸表面。在軸承凹槽的好處包括顯著改變軸承內(nèi)的壓力分布和提高承載能力和剛度。槽也改變軸承的空氣速度梯度影響的旋轉(zhuǎn)不穩(wěn)定的基本機(jī)制，通常會(huì)提高門檻燕麥從不穩(wěn)定發(fā)生 [9]。圖 2 顯示了空氣軸承主軸的 IPT 弗勞恩霍夫，飛利浦，蔡司和克蘭菲爾德大學(xué)精密芬歐匯川 [10]。結(jié)合外部加壓型軸承，最高轉(zhuǎn)速 100,000 rpm 和 30 N / m 的徑向剛度與總運(yùn)動(dòng)誤差小于 100 nm[10]在徑向方向取得的螺旋槽技術(shù)。空氣軸承導(dǎo)軌，空氣/磁軸承滑道，油靜壓軸承滑道和空氣軸承轉(zhuǎn)臺(tái)被廣泛使用，因?yàn)樗麄冊(cè)趪?guó)家的最先進(jìn)的超精密機(jī)床是高的議案的精確性。靜壓軸承的能力，通常用在因?yàn)樗麄兊母哓?fù)荷能力的大型機(jī)床，雖然額外的抽水系統(tǒng)，環(huán)境和散熱問題需要考慮。圖 2.芬歐匯川混合空氣軸承銑削主軸.2.3.驅(qū)動(dòng)器分為機(jī)床主軸和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行機(jī)制。主軸驅(qū)動(dòng)器提供足夠的角速度，扭矩和功率磁性或空氣軸承主軸住房持有一個(gè)旋轉(zhuǎn)的主軸。電動(dòng)交流電動(dòng)機(jī)和直流無刷電機(jī)的高速主軸始終建成主軸，以減少由主軸電機(jī)聯(lián)軸器產(chǎn)生的慣性和摩擦?？諝鉁u輪主軸也適用于超精密機(jī)床。壓電致動(dòng)器是一種短行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)。這是非常有前途的應(yīng)用在轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)和導(dǎo)軌的驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)槠涓叩淖h案精度和廣泛的響應(yīng)帶寬。目前，壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器已應(yīng)用于設(shè)計(jì)的優(yōu)良工具定位為了獲得高精度的議案刀具。結(jié)合機(jī)械柔性鉸鏈的壓電致動(dòng)器經(jīng)常被用于定位控制的鉆石刀具。最近，快工具伺服（FTS）系統(tǒng)已經(jīng)推出，如激光反射鏡的結(jié)構(gòu)和非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱表面金剛石車削部件和產(chǎn)品，眼科鏡片和鏡片模具等 [11]。直線電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)和摩擦驅(qū)動(dòng)兩種超精密機(jī)床工具.Friction 驅(qū)動(dòng)器上使用的長(zhǎng)沖程驅(qū)動(dòng)器是非常可預(yù)測(cè)和可重復(fù)性，由于規(guī)定水平的預(yù)緊力，在靜定輪接觸，從而在光滑的表面加工光學(xué)優(yōu)越。摩擦驅(qū)動(dòng)器之一，是很好的應(yīng)用與摩擦輪驅(qū)動(dòng)為 X 軸，形狀精度小于 0.2 m/100mm 作為實(shí)現(xiàn)對(duì)芬歐匯川 [11]。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可提供系統(tǒng)設(shè)計(jì)者一個(gè)優(yōu)雅的替代它們產(chǎn)生的直接直線運(yùn)動(dòng)，因此消除了轉(zhuǎn)換機(jī)制，如需要作為導(dǎo)致剛度，加速度，速度，平滑議案，準(zhǔn)確性和可重復(fù)性方面可能更好的性能，螺絲，皮帶傳動(dòng)和齒條和小齒輪，等 [28]。2.4.控制控制子系統(tǒng)包括電機(jī)，放大器，開關(guān)和激發(fā)在一個(gè)受控的順序和時(shí)間的電氣部件所使用的控制器。高速，多軸 CNC 控制器是必不可少的有效控制，不僅在輪廓的高精度位置環(huán)同步伺服驅(qū)動(dòng)器，但也熱和幾何誤差補(bǔ)償，優(yōu)化工具設(shè)置和形狀方程（避免冗長(zhǎng)的后處理直接進(jìn)入）[8]。應(yīng)用反饋控制的決議控制在納米甚至亞納米尺度可以得到的。利用先進(jìn)的基于 PC 的控制系統(tǒng)將在未來的發(fā)展趨勢(shì)是低成本的超精密機(jī)床。2.5.計(jì)量和檢測(cè)系統(tǒng)計(jì)量和檢測(cè)系統(tǒng)是超精密加工的基礎(chǔ)上，在工業(yè)上得到廣泛應(yīng)用。另一方面，更高層次的計(jì)量和檢測(cè)精度保證，也是對(duì)未來工程行業(yè)要求的精度更高的驅(qū)動(dòng)超精密加工?？焖?，準(zhǔn)確的定位刀具對(duì)工件表面和監(jiān)測(cè)工具條件由操作者的視覺，應(yīng)納入檢查制度，尤其是上線運(yùn)行的目的。激光計(jì)量納入機(jī)床被廣泛用于飼料和位置控制在該決議納米或亞納米級(jí)水平。電容計(jì)，線性可變差動(dòng)傳感器（LVDT）和 photoeletronic 傳感器通常是在小的工作距離的納米位移檢測(cè) [8]。在這里，它采用激光的干涉測(cè)量系統(tǒng)如圖 3，作為一個(gè)案例研究。刀尖必須精確圖 3 建設(shè) LODTM 表面滑動(dòng)位移測(cè)量裝置：（1）上光學(xué)框 3 干涉儀在真空系統(tǒng);（2）探測(cè)器（三），（3）分光鏡（4）擺動(dòng)鏡（5）波紋管，真空系統(tǒng)內(nèi)的 6 個(gè)地點(diǎn);干涉蓋（6）（4）和探測(cè)器（4）內(nèi);（7）梁蓋（8）光學(xué)臺(tái)（9）Z 軸直尺（10）X 軸直尺;（11 激光光學(xué)單元）晚餐（12）SP125 氦/氖激光（13）氦/氖激光與穩(wěn)定碘（14）中的 X 和 Z 方向的反饋平衡。為了滿足阿貝原理圖，激光干涉儀。 3 用于刀具位置控制。為 X 方向，一雙的直尺，一個(gè)工具欄的每一側(cè)，作為運(yùn)動(dòng)學(xué)引用。要測(cè)量的位置在 X方向，兩束是針對(duì)每個(gè)直尺（即共四梁）。工具欄使用上下激光俯仰角誤差被糾正梁，而平均測(cè)量值來自雙方是用來消除軸對(duì)稱造成的錯(cuò)誤框架 [12]擴(kuò)展。在 Z 方向的測(cè)量工具的高度，1 針對(duì)激光束對(duì)一雙的直尺平行運(yùn)動(dòng)平衡和鏡表（盡可能靠近底部的工具欄盡可能的刀尖）第三，在 Z 方向的激光束測(cè)量工具的位置。早期的激光束對(duì)在 Z 方向是用來消除錯(cuò)誤的工具欄 X 軸旋轉(zhuǎn) [12]。除了納入阿貝的原則，這種激光干涉儀具有精度高的另一個(gè)特殊的設(shè)計(jì)測(cè)量，即激光束管道包含一個(gè)真空 [12]。圖 3.建設(shè) LODTM 表面滑動(dòng)位移測(cè)量裝置：（1）上光學(xué)框 3 干涉儀在真空系統(tǒng);（2）探測(cè)器（三），（3）分光鏡（4）擺動(dòng)鏡（5）波紋管，真空系統(tǒng)內(nèi)的 6 個(gè)地點(diǎn);干涉蓋（6）（4）和探測(cè)器（4）內(nèi);（7）梁蓋（8）光學(xué)臺(tái)（9）Z 軸直尺（10）X 軸直尺;（11 激光光學(xué)單元）晚餐（12）SP125 氦/氖激光（13）氦/氖激光與穩(wěn)定碘（14）反饋探測(cè)器。2.6.超精密機(jī)床的主要特點(diǎn)超精密機(jī)床的主要特征被列為：?高環(huán)剛度，固有頻率高和良好的阻尼特性的工具機(jī)結(jié)構(gòu);?高的熱穩(wěn)定性和機(jī)械穩(wěn)定性;?低震動(dòng);?軸;運(yùn)動(dòng)精度高；?控制精度高。2.7.超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)過程正如圖所示 4 超精密機(jī)床的設(shè)計(jì)要求五個(gè)基本步驟：任務(wù)的定義，概念設(shè)計(jì)，布局設(shè)計(jì)，詳細(xì)設(shè)計(jì)和設(shè)計(jì)后續(xù) [4]，但完整的設(shè)計(jì)過程中，總是反復(fù)的，并行的，非線性的，多學(xué)科和不限成員名額，任何創(chuàng)新和理性思考和任務(wù)定義提高的目的是，以確定本機(jī)的功能和規(guī)格。超精密機(jī)床的功能要求可能解決幾何學(xué)，運(yùn)動(dòng)學(xué)，動(dòng)力學(xué)，電力需求的考慮，材料，傳感器和控制，安全，經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，裝配，質(zhì)量控制，運(yùn)輸，維護(hù)，成本和日程等，在這個(gè)階段，它需要進(jìn)行評(píng)估的國(guó)家的最先進(jìn)的技術(shù)，使設(shè)計(jì)更加競(jìng)爭(zhēng)力和成本是合理的。幾個(gè)規(guī)格迭代后，將確定最終規(guī)格。以下的概念設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)的創(chuàng)新是非常重要的。腦力激蕩是最通常被認(rèn)為產(chǎn)生概念設(shè)計(jì)的方法[4]。在這個(gè)階段這是由運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，熱機(jī)械分析，可以提出幾個(gè)設(shè)計(jì)方案靜態(tài)分析，動(dòng)態(tài)分析和控制系統(tǒng)的分析。分析的結(jié)果，連同錯(cuò)誤的預(yù)算和成本估算，將被用于檢查一致性機(jī)器的規(guī)格，并最終選擇最佳的設(shè)計(jì)方案。一旦完成概念設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)方案可以制定詳細(xì)的設(shè)計(jì)。在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，它將完成機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)，控制器，傳感器和電子系統(tǒng)，電氣，液壓和氣動(dòng)支持系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。詳細(xì)設(shè)計(jì)完成后，仍有許多工作需要做為了使設(shè)計(jì)的成功，包括開發(fā)測(cè)試和用戶的支持方案，更新設(shè)計(jì)和文件等。 [4]。的應(yīng)用需求和應(yīng)用于模具和加工技術(shù)的不斷投入到設(shè)計(jì)過程中。3. 目前的超精密機(jī)床本節(jié)將簡(jiǎn)要介紹幾個(gè)商業(yè)提供典型的超精密機(jī)床，光展示最先進(jìn)的超精密機(jī)床的狀態(tài)在同行業(yè)中應(yīng)用的工具。3.1.金剛石車床單點(diǎn)金剛石車削一直穩(wěn)定性好且使廣泛的非鐵金屬，晶體和聚合物制造技術(shù)。 nanotch350 轉(zhuǎn)換發(fā)光（摩爾納米技術(shù)系統(tǒng)有限公司）和 NANOFORM“350（Precistech有限公司）是兩種廣泛使用的金剛石車削機(jī) 350 毫米擺幅能力。在這里，作為一個(gè)例子 NANOFORM 350 轉(zhuǎn)換發(fā)光解釋其特點(diǎn).這種兩軸超精密車床的特點(diǎn)是“T”型軸配置。正如圖所示。 5 x 滑動(dòng)沿 X 方向移動(dòng)，主軸箱，而金剛石刀具沿 Z 方向移動(dòng)，由 Z 幻燈片 [13]，是建立在機(jī)器底座和垂直兩個(gè)幻燈片給對(duì)方。他們也都在同一高度，從而提高運(yùn)動(dòng)精度。 350 納米轉(zhuǎn)換發(fā)光采用高剛度靜壓導(dǎo)軌，國(guó)家的最先進(jìn)的線性與正弦驅(qū)動(dòng)放大器和 6000 轉(zhuǎn)速重型槽補(bǔ)償與長(zhǎng)期熱穩(wěn)定性的液體冷卻空氣軸承的工作主軸電機(jī)[14]。隨著納米技術(shù)在電光學(xué) 350UPL 組件，航空航天，消費(fèi)電子和計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)可以被加工表面光潔度好（在幾個(gè)納米）和形狀精度高（幾十納米）。上轉(zhuǎn)換發(fā)光納米 350 可選磨光學(xué)元件和微粉磨直接系統(tǒng)在非金剛石切削材料磨鏡片模具金屬和陶瓷等。3.2.金剛石研磨機(jī)金剛石砂輪允許獲得更多的材料，比金剛石車削。它是有能力制造了一系列包括光學(xué)玻璃，晶體，有色金屬材料，聚合物和陶瓷。納米 500FG（摩爾納米技術(shù)系統(tǒng)有限公司）是一個(gè)典型的多軸金剛石砂輪機(jī)。它是能夠產(chǎn)生任意形光表面（包括非球面和非軸對(duì)稱）在 250 毫米脳 250 毫米脳 300 毫米加工形狀信封。正如圖 6 所示，納米技術(shù) 500FG 有三個(gè)線性軸。他們是獨(dú)立安裝的 X 和 Z 軸用淭配置和 Y 軸安裝的組成部分Z 軸，以消除鈥渟上漲鈥軸?；绖偠葹?350 牛頓/米。工作主軸的運(yùn)動(dòng)精度是低于 50納米?；剞D(zhuǎn)工作臺(tái)（B 軸）被用來進(jìn)行磨削主軸。當(dāng)更換磨削主軸用金剛石工具，機(jī)器也能轉(zhuǎn)動(dòng)操作 [15]。納米 500FG 能夠生成組件非軸對(duì)稱和軸對(duì)稱的幾何圖形，如球面，非球面，圓柱形光學(xué)，錐形幾何;鏡頭和模內(nèi)鑲件，F(xiàn)-θ 鏡片，非球面鏡片和鏡衍射元素;多邊形和棱鏡 [15]。為了追求更多的剛性結(jié)構(gòu)，超精密磨床鈥擯 icoAce 機(jī)新型錐體空間框架結(jié)構(gòu)的載入點(diǎn)有限公司委托最近。 PicoAce 移平磨適合或凸工作臺(tái)面最大脴 305 毫米直徑的或暴跌的平面磨削最大直徑脴 200 毫米。一般安排 PicoAce 如圖 7 [16]，主要機(jī)元素：杯形砂輪磨削主軸，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，X 和 Z 軸導(dǎo)軌安裝在一個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)需要金字塔形幀的形式固定了堅(jiān)實(shí)的矩形基地。杯砂輪主軸有一個(gè)垂直的軸和安排在圓柱 ? 滑道滑動(dòng)定位在基地集中。砂輪主軸的下方直接是轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在 X 軸的旁邊。有了這本小說結(jié)構(gòu)的靜態(tài) PicoAce 環(huán)剛度為 100 牛頓/米垂直方向。取得高 1 NMIS 議案的決議在 Z軸。它可以產(chǎn)生光學(xué)品質(zhì)表面光潔度硬而脆的一系列地下?lián)p害低水平材料 [16]。為了追求更多的剛性結(jié)構(gòu)，超精密磨床擯 icoAce 小說錐體空間框架結(jié)構(gòu)的機(jī)器被載入點(diǎn)委托 Ltd.recently。PicoAce 是適合移動(dòng)平或凸的工作表面磨削脴 305 毫米直徑或暴跌的平面磨削的最大的脴 200 毫米，最大直徑。一般安排 PicoAce 如圖.7 [16]，主要機(jī)元素：杯形砂輪磨削主軸，旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，X 和 ? 滑道安裝在一個(gè)閉環(huán)結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)需要一個(gè)金字塔形狀的形式固定了堅(jiān)實(shí)的長(zhǎng)方形基地的框架。杯砂輪主軸有一個(gè)垂直的軸，并安排到集中在基礎(chǔ)定位在一個(gè)圓柱形 ? 滑道上下滑動(dòng)。砂輪主軸的下方直接是轉(zhuǎn)臺(tái)安裝在 X slidway。隨著這種新型結(jié)構(gòu)的靜態(tài) PicoAce 環(huán)剛度是在垂直方向的100 牛頓/米。 Z 軸達(dá)到 1 NMIS 高的議案的決議。它可以產(chǎn)生一系列硬而脆的材料 [16]地下?lián)p害低水平光學(xué)質(zhì)量的表面光潔度。圖 5. 350 納米轉(zhuǎn)換發(fā)光 .3.3.微型銑床庫格勒 MICROMASTER 的 MM?是一種高精度數(shù)控五軸銑床。據(jù)在亞琛 andKugler 有限公司開發(fā)，以滿足特殊的要求和微加工和機(jī)械微小結(jié)構(gòu)的要求弗勞恩霍夫的 IPT。其配置如圖 8.MICROMASTER MM 是配備靜壓直線導(dǎo)軌的剛度和阻尼特性的改善。兩個(gè)幻燈片（X 和 Y）是由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，以避免進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)部件之間的機(jī)械耦合，高分辨率的線性表納入這些軸。兩個(gè)附加旋轉(zhuǎn)軸（B 和 C 軸），使一個(gè)真正的五軸銑削機(jī)器上進(jìn)行的 [3]。圖 6.納 500FG 米技術(shù). 圖 7.PicoAce 研磨機(jī).本機(jī)的基礎(chǔ)上細(xì)粒花崗巖，確保最高的長(zhǎng)期穩(wěn)定。氣動(dòng)振動(dòng)絕緣系統(tǒng)是用來有效地抑制頻率振蕩5 Hz 的范圍內(nèi)。根據(jù)選擇加工主軸和工具，各種有色金屬，硬脆材料可以加工精度高。任意可編程數(shù)控控制過程序列和加工路徑，也使制造幾乎微觀結(jié)構(gòu)和自由曲面光學(xué)質(zhì)量 [17]。FANUC Robonano 0iA 另一家知名的 5 個(gè)軸的銑床。機(jī)器配置如圖 9[18].回轉(zhuǎn)工作表（Baxis）進(jìn)行在 X 軸?；脽羝谴怪边\(yùn)動(dòng)，這招 20 毫米。 ? 幻燈片可以切割系統(tǒng)在正常 X-Y 平面方向移動(dòng)銑床。 羅伯安機(jī)的特點(diǎn)在平移和旋轉(zhuǎn)軸采用氣體靜壓軸承無摩擦伺服機(jī)制?？諝忪o壓導(dǎo)軌連接通過空氣靜壓絲杠的浮動(dòng)螺母滑機(jī)制。一納米定位和流暢的飼料，實(shí)現(xiàn)了由 64 萬脈沖編碼器和空氣靜壓軸承交流伺服電機(jī)。另一個(gè)的羅伯安機(jī)的特點(diǎn)是高速空氣渦輪主軸和高精度夾持機(jī)制。在羅伯安鉆石銑刀機(jī)高速空氣渦輪主軸，由空氣驅(qū)動(dòng)，設(shè)置在 B 或 C 軸表。渦輪葉片和主軸的徑向兩端一邊是從氣體靜壓設(shè)備支持是建立在細(xì)微控制尖端的位置，主軸及支架之間。由于渦輪機(jī)驅(qū)動(dòng)器只能在一個(gè)狹窄的范圍內(nèi)發(fā)展的有用功率該機(jī)采用三錠涵蓋廣泛的速度范圍內(nèi)（20,000-100,000 轉(zhuǎn)）。羅伯安機(jī)已應(yīng)用于三維精密機(jī)械加工和光學(xué)模具制造（模具光柵和非球面鏡片） [18]。圖 8.MICROMASTER MM 五軸銑床.圖 9.robonano0iA 和其運(yùn)動(dòng)軸布局.圖 10.microproducts 應(yīng)用市場(chǎng)3.4.超精密機(jī)床的主要規(guī)格工具超精密機(jī)床的主要規(guī)格上文所述的工具列于表 1。數(shù)據(jù)表 1 中列出的信息提供了一個(gè)良好的比較設(shè)計(jì)，規(guī)格，應(yīng)用及特點(diǎn)市售超精密機(jī)工具。4.微型和小型產(chǎn)品中的應(yīng)用圖 10 說明了有前途的應(yīng)用領(lǐng)域微型和小型產(chǎn)品和微 [19]。它還預(yù)計(jì)，微型產(chǎn)品將有越來越多的應(yīng)用周圍世界之窗。這是非常有趣地看到，IT 外設(shè)仍然是微型產(chǎn)品的最大市場(chǎng)。在 2005 年，微型產(chǎn)品的總營(yíng)業(yè)額預(yù)計(jì)達(dá)到美國(guó)$ 38 億美元，這是總營(yíng)業(yè)額的2 倍在 2000 年?？蓱?yīng)用于超精密加工散裝硅加工，計(jì)算機(jī)鋁基板內(nèi)存磁盤等，在其他地區(qū)，如生物醫(yī)學(xué)，汽車，家庭和電信總微產(chǎn)品的失誤仍然穩(wěn)步增長(zhǎng)。超精密加工也是非常有前途的生產(chǎn)傳感器，加速度傳感器，執(zhí)行器，微反射鏡，纖維光學(xué)連接器和微顯示器。雖然到 2006 年，預(yù)計(jì)將失去其主導(dǎo)地位，由于新基于 MEMS 技術(shù)的應(yīng)用，如生物技術(shù)行業(yè)和通信（光纖和射頻開關(guān)，例如，將成為一個(gè)主要的增長(zhǎng)區(qū)域） [20]。 “微型產(chǎn)品通常是一些集成產(chǎn)品子，機(jī)械部件和光學(xué)部件，而在小型或微型的尺寸。事實(shí)上，只有少數(shù)微型產(chǎn)品完全依賴電子產(chǎn)品。機(jī)械具有重大意義的微型光學(xué)零件產(chǎn)品。圖 11 明顯的失誤，機(jī)械和光學(xué)部件在總占主導(dǎo)地位微型產(chǎn)品的營(yíng)業(yè)額。它提供了信心，超精密技術(shù)市場(chǎng)的身影，甚至采取考慮到科技產(chǎn)品的不可預(yù)見的未來的應(yīng)用，會(huì)很高。因此，納米/微米加工趨勢(shì)將是微機(jī)械和光學(xué)制造復(fù)雜的幾何特征的組成部分（自由格式和微觀）和其復(fù)制模具。主要的小型和微型產(chǎn)品將是 MEMS，機(jī)械元件，光學(xué)器件，微型模具和模具和其他3D 微設(shè)備等。MEMS 仍是一個(gè)微型產(chǎn)品的主要推動(dòng)力。微加工提供一個(gè)符合成本效益的解決方案為低批量生產(chǎn)或 MEMS 的原型，因?yàn)闆]有昂貴口罩是需要的。它也可以用來制作三維復(fù)雜 MEMS 的大規(guī)模生產(chǎn)的口罩。圖 12 說明硅片結(jié)構(gòu)。將導(dǎo)致的微觀結(jié)構(gòu)通過增加表面活性，在太陽能電池的效率，增加多次反射光（光陷阱） [10]。圖 11 microproducts 學(xué)科的應(yīng)用市場(chǎng)圖 12.硅片結(jié)構(gòu) 圖 13.地面球形端面光纖連接器超精密加工，可以有效地制造微機(jī)械部件，如微型傳感器（壓力，流量和天然氣），微致動(dòng)器，微電機(jī)，微泵，微閥，編碼器的磁盤和光纖鏡組機(jī)械部件，等等。圖.13顯示了一個(gè)球形端面對(duì)光纖連接器，這是地面用樹脂結(jié)合劑金石磨輪 [21]。平均表面粗糙度 Ra 為 6.9 nm，而在光纖連接器上的面積地面套圈表面粗糙度（氧化鋯）30 納米。使用單點(diǎn)金剛石車削金剛石砂輪許多微光學(xué)元件，可以加工高形狀精度和表面光潔度好。這些光學(xué)組件包括微光學(xué)元件，如相機(jī)鏡頭，CCD 鏡頭;自由形式的光學(xué)如眼科鏡頭，掃描儀鏡，棱鏡反射器用于路牌，警告標(biāo)志和服裝，手機(jī)，TFT 面板顯示器，等圖 14 顯示了表面結(jié)構(gòu)的一面鏡子，通過快速轉(zhuǎn)身刀具超精密車床的伺服 [11]。表面的鏡組成的旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的一部分其中 1 非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的 90 面表面的疊加。鏡子是用來作為一個(gè)集成光學(xué)加強(qiáng)在高功率激光器的光束質(zhì)量 [11]。單點(diǎn)金剛石的不可缺少的優(yōu)勢(shì)車削，微銑削和納米研磨適用于大規(guī)模生產(chǎn)的光學(xué)和三維復(fù)雜形狀/形式的微模具，模具，壓花模具制造機(jī)械零件。事實(shí)上，這應(yīng)該是微焦點(diǎn)加工。據(jù)預(yù)計(jì)，將微加工集中用于中壓模具制造注塑模具。圖 15 顯示了注射成型招商引資的工具加工微型銑削 [22]。 “模具材料淬硬鋼（54 HRC），其位置在工件公差的形式是鹵 5 米，表面完成鐳0.25 中號(hào)。最小的銑刀直徑是 0.2 毫米?？偟募庸r(shí)間是 50 分鐘 [22]。圖 14.快速轉(zhuǎn)動(dòng)工具：多方面的積 圖 15.注塑模具制表.分鏡激光束整形.5.制造小型和微型產(chǎn)品的發(fā)展趨勢(shì)加工精度高，表面質(zhì)量產(chǎn)生取決于機(jī)床的精度，模具，工件材料這同樣適用于操作因素小型和微型元件和產(chǎn)品的制造。 5.1.超精密機(jī)床的發(fā)展趨勢(shì)在超精密加工的發(fā)展趨勢(shì)將被削減加工的成本，同時(shí)保持較高的精度。然而，迄今為止最微加工使用常規(guī)進(jìn)行尺寸超精密機(jī)床。這當(dāng)然會(huì)增加的投資和運(yùn)行費(fèi)用，這使制造業(yè)中小企業(yè)很難獲得高附加值技術(shù)/業(yè)務(wù)。特別是在發(fā)展超精密工作臺(tái)型機(jī)床及相關(guān)的納米微細(xì)加工技術(shù)可能會(huì)導(dǎo)致更廣泛地應(yīng)用超精密在制造加工技術(shù)及其應(yīng)用小型及微組件產(chǎn)品。型臺(tái)式機(jī)的好處可能包括：?機(jī)生產(chǎn)成本低;?狹小的空間和能源效率;?緩解局部環(huán)境控制（溫度和振動(dòng)等）和友好，因而運(yùn)營(yíng)成本低;?實(shí)惠的制造技術(shù)圖 16.一個(gè)替補(bǔ)型微型銑床的設(shè)計(jì)布局.圖 16 說明了一個(gè)臺(tái)式的微細(xì)機(jī)，目前正在由作者開發(fā)的歐盟 MASMICROproject 支持的設(shè)計(jì)布局 [30]本機(jī)旨在制造小型和微型元件在各種工程材料，如：（1） MEMS（硅）?復(fù)雜的微觀結(jié)構(gòu)和?微溝槽。（2） 光學(xué)元件（玻璃，聚合物，鋁）?復(fù)雜形狀或自由曲面光學(xué)（透鏡，反射鏡，棱鏡）和?鏡頭百葉窗，顯示器，光指導(dǎo)微觀。（3） 醫(yī)療元件（聚合物，玻璃）?隱形眼鏡?牙科。（4） 機(jī)械部件（鋁，鋼）?微型傳感器（壓力，流量，氣）?光纖的機(jī)械部件（過濾器，波片）。（5） 模具（高強(qiáng)度鋁，銅合金，鋼）?模具光學(xué)鏡頭和光纖元件?反射箔模具。圖 17.一些小型和微型元件圖 17 顯示了一些上面列出的小型和微型元件。5.2.模具金剛石刀具超精密加工中被普遍用于高導(dǎo)熱，高硬度和耐磨性和高彈性和剪切模量，減少加工過程中刀具變形切割鉆石晶體結(jié)構(gòu)，可以產(chǎn)生非常鋒利的切削刃?，F(xiàn)在在幾十尖端納米可以實(shí)現(xiàn)的。此外，用于車削的專用工具，可能需要一些復(fù)雜的表面。一個(gè)例子是半半徑鉆石刀具大型加工步驟衍射鏡子。邊緣銳度是加工表面質(zhì)量的關(guān)鍵。鉆石微銑削可用于加工的微觀結(jié)構(gòu)。在弗勞恩霍夫的 IPT 金剛石立銑刀的直徑 300米已被用于制造微溝槽。一個(gè)可調(diào)的鉆石球頭立銑刀用于制造曲面幾何光學(xué)表面質(zhì)量 [3]。如果一個(gè)光學(xué)表面質(zhì)量不是必需的，其他類型的工具可以使用。正如圖 18 所示.微銑刀直徑 0.2-1.5MM 碳化鎢直徑。很多工作也已進(jìn)行開發(fā)的 CVD 涂層更好的耐磨性和改善熱性能等 [24]。圖 18.微銑削工具 圖 19.CVD 涂層磨料鉛筆納米磨削用金屬結(jié)合劑或樹脂結(jié)合劑金剛石砂輪，CBN 砂輪，已被廣泛應(yīng)用于制造的玻璃或陶瓷光學(xué)。眼鏡的納米金剛石研磨的理論和實(shí)驗(yàn)研究表明，平均晶粒尺寸的車輪是最重要的因素，影響加工表面粗糙度。如果小于 10 米，平均晶粒尺寸的車輪磨韌性模式的光學(xué)眼鏡可以獲取和很好的控制過程中的裂紋將被刪除 [25]。最近，一些工作已經(jīng)進(jìn)行單一或多層，微磨料工具的使用 CVD 涂層。圖 19 顯示了一個(gè)非常小的鞏固與化學(xué)氣相沉積層 [26]硬質(zhì)合金柄涂層磨料鉛筆制造。這些微磨料工具的主要優(yōu)點(diǎn)是靈活的形狀和大約 2“M [3]小鉆石晶粒尺寸。因此韌性研磨模式可以實(shí)現(xiàn)。使用這些工具的不同硬而脆的材料，如硅，氧化鋁，陶瓷和玻璃已成功實(shí)現(xiàn) [3]高表面質(zhì)量的接地。在微加工的最小特征尺寸是有限的工具的大小。有了這樣一個(gè)商場(chǎng)工具的機(jī)械穩(wěn)定性微型工具本身將成為維持的關(guān)鍵產(chǎn)品的精度。因此，在研究趨勢(shì)微型工具似乎是：?為最大限度地減少微模具制造方法;?微型模具的幾何和涂層性能的優(yōu)化，以提高刀具壽命和精度的過程;?刀柄平衡以及微型工具設(shè)置設(shè)備;?微加工特性（特別是可加工）;?工具，在這個(gè)過程中的狀態(tài)監(jiān)測(cè)。5.3.工件材料工件材料的性能將在微細(xì)加工中發(fā)揮的重要作用。在工件材料研究的趨勢(shì)將是：?尺寸效應(yīng)和微加工過程中的微觀結(jié)構(gòu)的影響。?各種工程材料和新型復(fù)合材料，如玻璃，陶瓷，金屬，塑料，聚合物和碳纖維復(fù)合材料，可加工性。?工作舉行，即剛性夾緊工件的內(nèi)最低的失真和難以處理的小型和微型，小型部件 [8]。5.4.加工工藝微加工力學(xué)，熱學(xué)和化學(xué)的加工接觸區(qū)的負(fù)荷影響。它需要建立一個(gè)較完整的理解生成的表面加工工藝和質(zhì)量上的負(fù)荷。此外，微加工工藝，已成為經(jīng)濟(jì)合理和大規(guī)模生產(chǎn)的方法進(jìn)行調(diào)查。在加工過程中的研究趨勢(shì)，但不限于：多尺度建模方法（有限元分析與分子動(dòng)力學(xué)模擬相結(jié)合）為更好地理解的過程和表面生成 [27,29]。?優(yōu)化加工過程和它的變量。?控制在加工工藝方面的產(chǎn)能，效率和可預(yù)見性。6.結(jié)束語小型和微型產(chǎn)品的市場(chǎng)，尤其是對(duì)那些與微觀結(jié)構(gòu)和自由曲面，小型和微型產(chǎn)品市場(chǎng)保持較高的增長(zhǎng)潛力。可以利用傳統(tǒng)的機(jī)械式超精密加工，在一個(gè)更可控的方式制作復(fù)雜形狀的小型和微型元件和產(chǎn)品。超精密加工中不可缺少的優(yōu)點(diǎn)是它適用于制造三維復(fù)雜組件/設(shè)備，包括微型模具，模具，壓印模具的光學(xué)和機(jī)械部件的批量生產(chǎn)。它還提供了一個(gè)更具成本效益的解決方案，小批量生產(chǎn)或 MEMS 的原型。加工精度取決于機(jī)床的精度，刀具，工件材料和操作因素。超精密機(jī)床的性能取決于精度的關(guān)鍵要素，包括工作主軸和運(yùn)動(dòng)軸。替補(bǔ)型超精密機(jī)將是未來的發(fā)展趨勢(shì)之一，因?yàn)樗鼈兛赡苁剐⌒秃臀⑿彤a(chǎn)品經(jīng)濟(jì)和超精密加工制造業(yè)中小企業(yè)更廣泛的觀眾可以負(fù)擔(dān)的技術(shù)。努力也將需要進(jìn)行微模具制造方法，處理過程中的微型工具和組件，工具和組件，控股和夾具，刀具狀態(tài)監(jiān)測(cè)。為了更好地理解的 MICO 加工過程中還需要可加工各種工程材料和多尺度建模方法的研究。致謝筆者想感謝的合作伙伴，在歐盟第六框架的 IP MASMICRO 財(cái)團(tuán)/項(xiàng)目（合同編號(hào)：NMP2-CT-2004-500095-2）和有效的討論，特別是在其 RTD 的 5 個(gè)小組的合作伙伴及其商討，這對(duì)本文的形成非常有幫助。 任務(wù)書一、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的內(nèi)容水果清洗機(jī)用于進(jìn)行水果清洗的機(jī)械，是水果供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行水果自動(dòng)化加工的關(guān)鍵設(shè)備之一。為實(shí)現(xiàn)將水果自動(dòng)清洗的功能，設(shè)計(jì)水果清洗機(jī)。具體任務(wù)如下：1. 分析水果清洗的要求，研究系統(tǒng)的工作原理；2. 提出水果清洗的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3. 繪制水果清洗機(jī)的裝配圖及典型零件的零件圖；4. 對(duì)水果清洗機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。二、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的要求與數(shù)據(jù)1. 所提出水果清洗的工作原理應(yīng)能實(shí)現(xiàn)高效的水果清洗； 2. 用 Solidworks 建立水果清洗機(jī)的 3D 裝配模型； 3. 繪制水果清洗機(jī)的裝配圖及典型零件的零件圖；4．設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書）應(yīng)包含中英文摘要、設(shè)計(jì)方案比較、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。三、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）應(yīng)完成的工作1、完成二萬字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） ；在畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文）中必須包括詳細(xì)的 300-500個(gè)單詞的 英文摘要；2、獨(dú)立完成與課題相關(guān)，不少于四萬字符的指定英文資料翻譯（附英文原文） ；3、繪制水果清洗機(jī)的裝配圖及典型零件的零件圖（所有圖紙均采用計(jì)算機(jī)繪制，折合 A0 圖紙 3 張以上） 。四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)[1] 孫桓, 陳作模 . 機(jī)械原理[M]. 北京：高等教育出版社, 2001.[2] 徐灝. 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) . 機(jī)械工業(yè)出版社, 1991.[3] 濮良貴, 紀(jì)名剛. 機(jī)械設(shè)計(jì)[M]. 北京：高等教育出版社, 2005[4] 楊叔子. 機(jī)械加工工藝師手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.[5] 吳宗澤. 機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2002.[6] 張?jiān)迫A, 劉守祥,許登旭. 噴刷式水果清洗機(jī)的設(shè)計(jì)[J]. 包裝與食品機(jī)械, 2007, 25(2): 23-24.[7]程軍紅. 水果加工中的水果清洗提升裝置 [J]. 包裝與食品機(jī)械, 2001, 19(4): 22-23.[8]SolidWorks 公司著. SolidWorks 裝配體建模[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2005.[9]胡仁喜等. SolidWorks 2005 機(jī)械設(shè)計(jì)及實(shí)例解析[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2005.[10] Juan G. S, José D. M, Emilio S. O, Marcelino M. S, Rafael M. B, José B. Detecting rottenness caused by Penicillium genus fungi in citrus fruits using machine learning techniques [J]. Expert Systems with Applications, 20**, 39: 780-785.五、試驗(yàn)、測(cè)試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件計(jì)算機(jī)一臺(tái)任務(wù)下達(dá)時(shí)間：20**年 1 月 12 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開始與完成時(shí)間：20**年 3 月 1 日至 20**年 6 月 20 日組織實(shí)施單位：教研室主任意見：簽字： 20** 年 1 月 8 日院領(lǐng)導(dǎo)小組意見：簽字： 20** 年 1 月 11 日- 0 -開題報(bào)告1．畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容、重點(diǎn)和難點(diǎn)等主要內(nèi)容水果清洗機(jī)用于水果清洗的機(jī)械，是水果供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行水果自動(dòng)化的關(guān)鍵設(shè)備之一。為實(shí)現(xiàn)將水果自動(dòng)清洗的功能，設(shè)計(jì)水果清洗機(jī)。主要任務(wù)如下：1、分析水果清洗的要求，研究系統(tǒng)的工作原理；2、提出水果清洗的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；3、繪制水果清洗機(jī)的裝配圖及典型零件的零件圖；4、對(duì)水果清洗機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。5、了解相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用。其重點(diǎn)和難點(diǎn)在于動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、水循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì)與計(jì)算，對(duì)水果清洗機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。2．準(zhǔn)備情況（查閱過的文獻(xiàn)資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設(shè)備、實(shí)驗(yàn)條件等）查閱過的文獻(xiàn)資料：[1] 張?jiān)迫A, 劉守祥, 許登旭. 噴刷式水果清洗機(jī)的設(shè)計(jì)[J]. 包裝與食品機(jī)械, 2007, 25(2): 23-24. [2] 程軍紅 . 水果加工中的水果清洗提升裝置[J]. 包裝與食品機(jī)械, 2001, 19(4): 22-23.[3] 長(zhǎng)弓. “個(gè)性化”的水果清洗法[J]. 民防苑, 2007, 2, 37-38.[4] 陳揚(yáng)祥, 余亞白. 我國(guó)果品加工的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 福建農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2006, 21(4):436~440.[5] 梁聲記. 廣西水果加工現(xiàn)狀及其持續(xù)發(fā)展對(duì)策[J]. 中國(guó)熱作科技, 1998, 3: 5-8.調(diào)研情況：果品加工業(yè)是農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的重要組成部分。1980 年我國(guó)果品總產(chǎn)量只有 679萬噸，排名世界第 10 位。從 1993 年開始，我國(guó)果樹栽培面積和果品總產(chǎn)量穩(wěn)居世界第 1 位，并逐年增長(zhǎng)。但果品中用于加工的僅占 10%。而發(fā)達(dá)國(guó)家果品加工占果品產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益。因此，發(fā)展果品加工業(yè)，加強(qiáng)采后減損增值，以促進(jìn)果業(yè)迅速發(fā)展,是保證農(nóng)民增產(chǎn)增收的重要措施。水果清洗機(jī)是水果加工設(shè)備的重要組成部分之一。設(shè)計(jì)一臺(tái)水果清洗機(jī)，它主要是適合清洗柑橘、橙子等質(zhì)地比較硬的物料。其工作原理是轉(zhuǎn)動(dòng)+沖洗。將原料置于清洗滾筒中，借著洗滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，是物料在其中不斷地翻轉(zhuǎn)，同時(shí)用水管射水來沖洗翻動(dòng)的物料，達(dá)到清洗的目的。一個(gè)完整的清洗設(shè)備包含有進(jìn)出料機(jī)構(gòu),- 1 -滾筒式清洗系統(tǒng),烘干系統(tǒng),控制系統(tǒng),PLC 控制系統(tǒng),清洗液循環(huán)系統(tǒng),機(jī)架等組成。試驗(yàn)、測(cè)試、試制加工所需主要儀器設(shè)備及條件：計(jì)算機(jī)一臺(tái)、電腦中安裝有 Solidworks 三維繪圖軟件及 Excel 等軟件，以便及時(shí)記錄設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及三維模型。3、實(shí)施方案、進(jìn)度實(shí)施計(jì)劃及預(yù)期提交的畢業(yè)設(shè)計(jì)資料實(shí)施方案根據(jù)設(shè)計(jì)目的及內(nèi)容，需要參考相關(guān)的文獻(xiàn)資料著重分析水果清洗機(jī)系統(tǒng)的工作原理，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵零部件的強(qiáng)度計(jì)算與校核，根據(jù)所計(jì)算的數(shù)據(jù)，借助 Solidworks 三維繪圖軟件及 Excel 2003 數(shù)據(jù)處理軟件繪制水果清洗機(jī)的典型零件圖和裝配圖，最后編寫設(shè)計(jì)說明書。速度實(shí)施計(jì)劃 項(xiàng)目設(shè)計(jì)時(shí)間：3 月 1 日至 5 月 31 日。1、3 月 1 日至 3 月 20 日，查閱相關(guān)資料并完成英文翻譯；2、3 月 21 日至 3 月 27 日，設(shè)計(jì)方案的比較分析與確定、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；3、3 月 28 日至 4 月 18 日，總體設(shè)計(jì)、動(dòng)力系統(tǒng)的選擇與設(shè)計(jì)、水循環(huán)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、繪制結(jié)構(gòu)總圖；4、4 月 19 日至 5 月 2 日，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及主要零部件設(shè)計(jì)與計(jì)算、繪制零件圖與裝配圖；5、5 月 2 日至 5 月 13 日，進(jìn)行計(jì)算、校核、優(yōu)化、圖紙修改及論文撰寫；6、5 月 14 日至 5 月 21 日，論文撰寫檢查、修改；7、5 月 22 日至 5 月 27 日，將論文送予指導(dǎo)老師審閱8、5 月 28 日至 5 月 31 日，完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，提交論文。預(yù)期能提交畢業(yè)設(shè)計(jì)資料1、繪制水果清洗機(jī)的裝配圖及典型零件的零件圖；2、包含中英文摘要、設(shè)計(jì)方案比較、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及二萬字左右的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書。- 2 -指導(dǎo)教師意見指導(dǎo)教師（簽字）：20**年 2 月 日開題小組意見開題小組組長(zhǎng)（簽字）：20**年 月 日院（系、部）意見主管院長(zhǎng)（系、部主任）簽字：20**年 3 月 日 摘 要水果清洗機(jī)是用于清洗水果的機(jī)械，是水果供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行水果自動(dòng)化加工的關(guān)鍵設(shè)備之一。為實(shí)現(xiàn)將水果自動(dòng)清洗的功能，設(shè)計(jì)一種網(wǎng)鏈?zhǔn)捷斔退逑礄C(jī)，以利于水果的保鮮儲(chǔ)藏和后續(xù)加工。本設(shè)計(jì)基于清洗機(jī)械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顩r，根據(jù)清洗機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和工作原理，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè),通過對(duì)清洗機(jī)工藝參數(shù)及動(dòng)力學(xué)參數(shù)的選擇計(jì)算，電動(dòng)機(jī)的選擇，聯(lián)軸器的選擇，鏈輪的設(shè)計(jì)，完善清洗機(jī)的總體設(shè)計(jì)。該水果機(jī)具有啟動(dòng)平穩(wěn)、工作可靠和效率高等特點(diǎn)，適合蘋果、桃、橘子和紅棗等水果的清洗加工。動(dòng)力部分由電動(dòng)機(jī)、減速器，輸入軸為主，其余部分參考外購件的參數(shù)加以整合設(shè)計(jì)。而重點(diǎn)設(shè)計(jì)的是水果清洗結(jié)構(gòu)。在計(jì)算過程中，軸的設(shè)計(jì)是重點(diǎn)。首先提出水果清洗的工作原理，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；然后確定一些原始數(shù)據(jù)，計(jì)算出各個(gè)軸的轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩。最后繪制水果清洗機(jī)的裝配圖及典型零件的零件圖，對(duì)水果清洗機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行計(jì)算和校核。零件將全部采用 solidworks 軟件進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)過程中經(jīng)過較為精確的測(cè)量和計(jì)算后將所得的數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模，利用模型進(jìn)行模擬裝配和干涉檢查。構(gòu)想通過創(chuàng)建三維模型這樣一個(gè)平臺(tái)來驗(yàn)證所做的設(shè)計(jì)，以便于對(duì)設(shè)計(jì)中的細(xì)節(jié)進(jìn)行改進(jìn)。設(shè)計(jì)完成后，利用 Solidworks 建立水果清洗機(jī)的 3D 裝配模型；較為逼真地體現(xiàn)外型設(shè)計(jì)的效果及水果清洗機(jī)的主要結(jié)構(gòu)及尺寸關(guān)系，繪制二維的零件圖，裝配圖。關(guān)鍵詞：網(wǎng)鏈?zhǔn)?；水果清洗機(jī)； 3D 裝配模型AbstractFruit 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.11 清洗機(jī)的概況及現(xiàn)狀分析21.1 概況 …………………………………………………………………………….21.2 現(xiàn)狀分析31.3 清洗工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)的要求32 方案的設(shè)計(jì)42.1 論述 …………………………………………………………………………….42.1.1 清洗機(jī)方案選擇 .42.1.2 結(jié)構(gòu) .52.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)62.2.1 傳動(dòng)方案的分析擬定 .62.2.2 設(shè)計(jì)方案的選擇 .92.3 電動(dòng)機(jī)的選擇102.3.1 電動(dòng)機(jī)功率的選擇 .102.3.2 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速 .112.3.3 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)的確定 .112.4 減速機(jī)的選擇113 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算.133.1 鏈輪的選擇計(jì)算133.2 鏈輪幾何尺寸計(jì)算143.3 主要失效形式154 輔助設(shè)備的選擇.174.1 輸送帶的選擇174.2 張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).174.3 調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).174.4 整體槽體的設(shè)計(jì).174.5 泵的選擇.184.6 減速器的選擇.185 主要部分零件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核.195.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算195.1.1 初算軸的直徑 .195.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .205.2 軸的受力分析及強(qiáng)度校核215.2.1 水果清洗機(jī)的軸用鍵受力分析 .215.2.2 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度條件計(jì)算 .215.3 鍵的選擇及其校核225.3.1 減速機(jī)軸上鍵的選擇 .235.3.2 水果清洗機(jī)的軸用鍵校核 .245.4 聯(lián)軸器的選擇275.4.1 聯(lián)軸器的選用 .275.4.2 聯(lián)軸器的型號(hào)和主要尺寸 .275.5 滾動(dòng)軸承及軸承座的選擇275.5.1 類型選擇 .275.5.2 型號(hào)選擇 .295.5.3 軸承的結(jié)構(gòu)和定位方法 .295.5.4 滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑和密封 .295.5.5 滾動(dòng)軸承座的選擇及其配置 .306 水果清洗機(jī)的三維建模與設(shè)計(jì).306.1 Solidworks 軟件概述.306.2 水 果清洗機(jī)三維模型的組裝30總結(jié)34謝 辭36參考文獻(xiàn)370引言隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，對(duì)食物質(zhì)量的要求也在不斷的提高，尤其是對(duì)水果的食用，不再僅僅滿足于原始的食用方法，對(duì)水果的深加工產(chǎn)品．如果汁、果醬、果酒的使用數(shù)量及質(zhì)量的要求也越來越高。在進(jìn)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(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的關(guān)鍵一步。本文對(duì)這一問題有針對(duì)性的設(shè)計(jì)一種利用水和水果的螺旋流動(dòng)，使水果清洗干凈，并同時(shí)將清洗干凈的水果立刻送人輸送帶進(jìn)行下步加工的設(shè)備。為適應(yīng)我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品快速發(fā)展需要，農(nóng)產(chǎn)品清洗設(shè)備在我國(guó)逐步發(fā)展起來，許多農(nóng)作物由于生產(chǎn)過程中必然會(huì)帶有泥土和農(nóng)藥，所以清洗農(nóng)作物的大量勞動(dòng)是影響我國(guó)農(nóng)作物的一個(gè)重要問題，如果采用大量人力的話必然導(dǎo)致勞動(dòng)力資源的浪費(fèi)，所以生產(chǎn)一種農(nóng)作物清洗機(jī)械對(duì)提高生產(chǎn)力有重要影響。隨著我國(guó)水果果品加工業(yè)的迅速發(fā)展，水果清洗機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛。而水果清洗機(jī)用于進(jìn)行水果清洗的機(jī)械，是水果供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行水果自動(dòng)化加工的關(guān)鍵設(shè)備之一。為實(shí)現(xiàn)將水果自動(dòng)清洗的功能，設(shè)計(jì)水果清洗機(jī)。11 清洗機(jī)的概況及現(xiàn)狀分析1.1 概況食品機(jī)械行業(yè)是直接為食品工業(yè)服務(wù)的行業(yè)。 食品工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了食品機(jī) 械的發(fā)展；而食品機(jī)械行業(yè)的科技進(jìn)步與發(fā)展，又為食品工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了有利的 物質(zhì)條件，大大推動(dòng)食品工業(yè)向前發(fā)展。隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品機(jī)械在食品工業(yè)中的地位越來越重要?，F(xiàn)代化的食品機(jī)械不僅可以生產(chǎn)出高附加值的產(chǎn)品，而且可以提高資源的利用率。由于食品工業(yè)原料和產(chǎn)品的品種繁多，加工工藝各異，因此食品機(jī)械也相應(yīng) 是門類各異，品種多樣。目前，中國(guó)的食品機(jī)械分類是按機(jī)械工業(yè)部制定的分類 標(biāo)準(zhǔn)（JB3750--80）進(jìn)行的，分為食品加工專用機(jī)械和食品加工通用設(shè)備。專用機(jī)械按加工對(duì)象或生產(chǎn)品種不同分為 23 類， 通用設(shè)備按功能不同分為 10 類， 據(jù) 有關(guān)部門 1995 年統(tǒng)計(jì)，全國(guó)專業(yè)食品加工機(jī)械企業(yè)，約有 1920 多家，工業(yè)總產(chǎn) 值 110 億元，產(chǎn)品品種 1700 多種，近十幾年來，全國(guó)食品機(jī)械行業(yè)保持年增長(zhǎng) 率 20%以上的水平。 近年來，在食品機(jī)械行業(yè)中已經(jīng)形成一批不僅能夠滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，而 且能打入國(guó)際市場(chǎng)的優(yōu)良產(chǎn)品，出口創(chuàng)匯約 5000 萬美元。 全國(guó)食品機(jī)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(guó)許多部委都有一批力量在從事食品機(jī)械研究和開發(fā)工作。 其中原機(jī)械工 業(yè)部， 原國(guó)內(nèi)貿(mào)易部和原輕工總會(huì)下屬從事食品機(jī)械的企業(yè)數(shù)量最多， 規(guī)模最大， 力量最強(qiáng)，代表了中國(guó)食品機(jī)械發(fā)展總體水平，形成了科研、生產(chǎn)、銷售的完整 體系 [1]。果品加工業(yè)是農(nóng)產(chǎn)品加工業(yè)的重要組成部分。1980 年我國(guó)果品總產(chǎn)量只有 679 萬噸，排名世界第 10 位。從 1993 年開始，我國(guó)果樹栽培面積和果品總產(chǎn)量穩(wěn)居世界第1 位，并逐年增長(zhǎng)。但果品中用于加工的僅占 10%。而發(fā)達(dá)國(guó)家果品加工占果品產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益。因此，發(fā)展果品加工業(yè)，加強(qiáng)采后減損增值，以促進(jìn)果業(yè)迅速發(fā)展,是保證農(nóng)民增產(chǎn)增收的重要措施 [2]。清洗可以從不同的角度進(jìn)行分類，根據(jù)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(gè)人和家庭生活密切相關(guān)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(chǎn)勞動(dòng)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(yùn)輸業(yè)，電力工業(yè)、金屬加工業(yè)、機(jī)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(xué)產(chǎn)品、軍事裝備，航空航天，原子能工業(yè)等都大量應(yīng)用到清洗技術(shù) [3]。21.2 現(xiàn)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(jī)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(chǎn)品加工生產(chǎn)過程中的清洗，各種材料及設(shè)備表面的清洗等，以能夠去除微小的污垢粒子為特點(diǎn)；超精密清洗包括精密工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)機(jī)械零件、電子元件，光學(xué)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(shù)領(lǐng)域得到快速發(fā)展．尤其是碳?xì)湔婵涨逑醇夹g(shù)的引入已在形成現(xiàn)在精密五金零件的主要清洗趨勢(shì)，是目前替代 ODS 最好工藝路線。中國(guó)清洗行業(yè)的現(xiàn)狀我國(guó)到處都在建設(shè)新的工廠和生產(chǎn)線．正在逐步成為“世界加工廠”，巨大的市場(chǎng)需求，為工業(yè)清洗設(shè)備制造商和專業(yè)清洗劑生產(chǎn)供應(yīng)商提供了快速發(fā)展的良機(jī)。目前，各種清洗設(shè)備生產(chǎn)制造經(jīng)營(yíng)企業(yè)已達(dá) 1000 多家，其中，超聲波清洗機(jī)生產(chǎn)企業(yè)已從 20 世紀(jì) 90 年代初的幾家發(fā)展到現(xiàn)在的 200 多家，從而形成了一個(gè)巨大的產(chǎn)業(yè)．清洗行業(yè)概念的首次出現(xiàn)，是在 1992 年由原國(guó)家環(huán)保局{現(xiàn)國(guó)家環(huán)?？偩謢組織北京大學(xué)等單位編制，并得到國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的中，按照國(guó)務(wù)院的分工，清洗行業(yè)由原電子工業(yè)部(現(xiàn)信息產(chǎn)業(yè)部)負(fù)責(zé) [4]。1.3 清洗工藝及設(shè)備設(shè)計(jì)的要求在選擇清洗工藝及設(shè)備，必須考慮清洗要求達(dá)到的洗凈程度。對(duì)不同洗凈程度要求的清洗應(yīng)選擇不同的清洗工藝和設(shè)備。洗凈程度要求越高，清洗成本也越高，而且生產(chǎn)成本是以幾何級(jí)數(shù)遞增的。在設(shè)計(jì)清洗工藝及清洗設(shè)備時(shí)，主要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮：1.可靠性 要求選用的清洗工藝及設(shè)備有穩(wěn)定的清洗質(zhì)量，能達(dá)到所要求的清洗程度。2.對(duì)待清洗對(duì)象的影響 要求在清洗過程中對(duì)待清洗對(duì)象造成的損傷盡可能的小，并且不能對(duì)待清洗對(duì)象產(chǎn)生新的二次污染。3.對(duì)于自然環(huán)境的保護(hù) 要求清洗工藝及設(shè)備能夠防止或盡可能減少清洗廢液、噪聲、廢氣對(duì)環(huán)境造成的破壞。4.效率 具有效率高節(jié)約勞動(dòng)力的特點(diǎn)。5.良好的作業(yè)環(huán)境 能夠有良好的作業(yè)環(huán)境，對(duì)工人的作業(yè)環(huán)境有保證。6.經(jīng)濟(jì)性 采用既能達(dá)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(yùn)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(rèn)真清洗，并清除雜物及不合格部分，以便后道工序加工。32 方案的設(shè)計(jì)2.1 論述針對(duì)水果的形狀特點(diǎn)，確定清洗機(jī)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(duì)水果進(jìn)行浸泡，為粘附于水果表面上的污物進(jìn)行初步清洗，并對(duì)較難分離的雜質(zhì)進(jìn)行浸泡，使雜質(zhì)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(jìn)行噴淋式清洗，在這一階段中，水果通過不銹鋼網(wǎng)傳送帶傳送，由一排噴頭進(jìn)行沖洗，使水果的各部位都能清洗到，從而達(dá)到比較好的清洗效果 [5]。關(guān)于水采用了循環(huán)重復(fù)利用。2.1.1 清洗機(jī)方案選擇根據(jù)該工況目前比較成熟清洗機(jī)的有超聲波清洗機(jī)以及浸泡清洗機(jī)兩種。1、超聲波清洗機(jī)工作原理：利用電子方式產(chǎn)生超聲波 U(ultrasonic) 和強(qiáng)氧化劑O3 的 SO (Ozone Super Oxidation 簡(jiǎn)稱：OSO )，OSO 通過布?xì)獗P施放到水中；超聲波U 產(chǎn)生 40KHZ 的機(jī)械震蕩和空化作用，它可大大增加 OSO 在水中的溶解度，最關(guān)鍵的是超聲波 U 提供了物質(zhì)反應(yīng)所需的能量， UOSO 對(duì)浸泡在水中的果菜、肉類及其它物品一方面起到降解農(nóng)藥、分解毒素，消毒殺菌的作用。同時(shí)還產(chǎn)生等離子可對(duì)處理過物質(zhì)的分子進(jìn)行修補(bǔ)，完全解決了人們對(duì)解毒和保健的需要，通過超聲波 U 換能后的果蔬原質(zhì)地完好無損，不會(huì)象電機(jī)旋轉(zhuǎn)那樣破壞丟損果蔬營(yíng)養(yǎng)元素。2、浸泡清洗機(jī)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(huì)發(fā)生翻揚(yáng)回流造成再度污染,漂浮水中雜質(zhì)、小蟲,通過去雜機(jī)構(gòu)網(wǎng)孔收集,下次過毛輥清理掉,洗凈后物料出水后再經(jīng)噴淋清洗,送至下到工序。經(jīng)過比較我們得知，一是超聲波清洗機(jī)一般為小型家用，二是我們所要的設(shè)計(jì)的是批量生產(chǎn)使用。顯然超聲波清洗機(jī)無法滿足我們的設(shè)計(jì)要求，所以我們只能選取后一種方案。浸泡清洗機(jī)的圖片如下：4圖 1 浸泡清洗機(jī)的圖片2.1.2 結(jié)構(gòu) 由于浸泡清洗過程為打散、翻流、清洗、傳送，所以機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)也將是從這幾個(gè)方面進(jìn)行的。因?yàn)檎麄€(gè)過程涉及到清洗所以整臺(tái)設(shè)備必須是安裝于密閉的空間內(nèi)，但又要滿足操作人員操作及查看需要，所以初步計(jì)劃將整機(jī)安裝于焊接而成的水槽中，該水槽是整個(gè)設(shè)備的基礎(chǔ)；關(guān)于輸送采用鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)，考慮到水果本身特點(diǎn)，所以該輸送機(jī)采用網(wǎng)鏈結(jié)構(gòu)，網(wǎng)采用鋼絲編織而成，這樣有一定的強(qiáng)度，同時(shí)長(zhǎng)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(jìn)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?？偨Y(jié)起來該機(jī)就是網(wǎng)鏈輸送機(jī)和水泵加噴嘴組合而成的 [6]。具體講來其驅(qū)動(dòng)方式為采用擺線針輪減速機(jī)采用二級(jí)直連的，電機(jī)采用普通三相異步電動(dòng)機(jī)，減速機(jī)和主機(jī)之間采用短節(jié)距精密滾子鏈連接，這是因?yàn)殒渹鲃?dòng)效率高，同時(shí)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。其三維結(jié)構(gòu)圖如下：5圖 2 水果清洗機(jī)的三維結(jié)構(gòu)圖如圖2所示，本機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。設(shè)計(jì)的網(wǎng)鏈?zhǔn)剿逑礄C(jī)主要由擺線針輪減速器、傳動(dòng)裝置、噴淋、水箱池、電機(jī)、水泵等組成。該裝置結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，可以實(shí)現(xiàn)水果加工生產(chǎn)線中清洗和提升兩個(gè)任務(wù)，水果的清洗利用水和水果的螺旋流動(dòng)，清洗質(zhì)量?jī)?yōu)于其它方式，清洗和提升過程不間斷，提高了生產(chǎn)效率。該裝置可廣泛應(yīng)用于各種水果加工的前道工序。在使用過程中發(fā)現(xiàn)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(dòng)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(jié)構(gòu)的完善，該裝置會(huì)有更廣闊的應(yīng)用前途 [13]。2.2 機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)2.2.1 傳動(dòng)方案的分析擬定傳動(dòng)方案的選擇分析可以從以下三個(gè)表格開始：表 1-1 傳遞連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)常用機(jī)構(gòu)的性能和適用范圍6表 1-2 實(shí)現(xiàn)其他特定運(yùn)動(dòng)常用機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)與應(yīng)用7表 1-3 常用減速器的型式、特點(diǎn)及應(yīng)用另外，傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)有合理順序和布局，除必須考慮各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所適應(yīng)的速度范圍外，還要考慮到以下幾點(diǎn)：(1) 帶傳動(dòng)承載能力較低，在傳遞相同轉(zhuǎn)矩時(shí)結(jié)構(gòu)尺寸較嚙合傳動(dòng)大；但帶傳動(dòng)平穩(wěn)，能緩沖吸震，應(yīng)盡量置于傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)．(2) 一般滾子鏈傳動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)不均勻，有沖擊，宜布置在低速級(jí)。(3) 蝸桿傳動(dòng)的傳動(dòng)比大，承載能力較齒輪低，常布置在傳動(dòng)系統(tǒng)的高速級(jí)，以獲得較小的結(jié)構(gòu)尺寸；同時(shí)，由于有較高的齒面相對(duì)滑動(dòng)速度，易于形成液體動(dòng)壓潤(rùn)滑油膜，也有利于提高承載能力及效率。(4) 輪(特別是大模數(shù)錐齒輪)的加工比較困難，一般宜置于高速級(jí)，以減小其直徑和模數(shù)。但需注意，當(dāng)錐齒輪的速度過高時(shí)，其精度也需相應(yīng)提高，此時(shí)還應(yīng)考慮能否達(dá)到所需制造精度以及成本問題(5) 斜齒輪傳動(dòng)較直齒輪傳動(dòng)平穩(wěn)，相對(duì)應(yīng)用于高速級(jí)。(6) 開式齒輪傳動(dòng)一般工作環(huán)境較差，潤(rùn)滑條件不良，外廓緊湊性可低于閉式傳動(dòng)，應(yīng)布置在低速級(jí)。(7) 制動(dòng)器通常設(shè)在高速軸。傳動(dòng)系統(tǒng)中位于制動(dòng)裝置后面不應(yīng)出現(xiàn)帶傳動(dòng)，摩擦傳動(dòng)和摩擦離合器等重載時(shí)可能出現(xiàn)摩擦打滑的裝置。(8) 為簡(jiǎn)化傳動(dòng)裝置，一般總是將改變運(yùn)動(dòng)形式的機(jī)構(gòu)(如連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu))布置在傳動(dòng)系統(tǒng)的末端或低速處；對(duì)于許多控制機(jī)構(gòu)一般也盡量放在傳動(dòng)系統(tǒng)的末端或低速處，以免造成大的累積誤差，降低傳動(dòng)精度。(9) 傳動(dòng)裝置的布局應(yīng)使結(jié)構(gòu)緊凄、勻稱，強(qiáng)度和剛度好．并適合車間布8置情況和工人操作，便于裝拆和維修。(10) 在傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)中，必須注意防止因過載或操作疏忽而造成機(jī)器損壞和人員工傷，可視具體情況在傳動(dòng)系統(tǒng)的某一環(huán)節(jié)加設(shè)安全保險(xiǎn)裝置。(11) 如一臺(tái)機(jī)器中各工作構(gòu)件的運(yùn)動(dòng)彼此無需協(xié)調(diào)配合，則可由多臺(tái)原動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)，亦可共用一臺(tái)原動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)鏈并聯(lián)分支驅(qū)動(dòng)各個(gè)工作構(gòu)件。綜上所述，根據(jù)本機(jī)工作情況的傳遞方案如下簡(jiǎn)圖所示。采用電動(dòng)機(jī)、擺線針輪減速器、鏈傳動(dòng)的組合方案 [14]。圖 3 傳動(dòng)方案的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖2.2.2 設(shè)計(jì)方案的選擇方案一 ：清洗機(jī)器傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶輪傳動(dòng)主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)滾筒傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)鏈輪傳動(dòng)帶動(dòng)托輪，再以摩擦傳動(dòng)滾筒。 方案二： 清洗機(jī)器傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)滾筒傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)由皮帶輪傳動(dòng)帶動(dòng)托輪，再以齒輪傳動(dòng)滾筒 方案三 ：清洗機(jī)器傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)鏈輪主軸使得摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。傳動(dòng)滾筒傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)由齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)托輪，再以齒輪傳動(dòng)滾筒。 在如今市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的大潮中，成本低，經(jīng)濟(jì)性好是產(chǎn)品占領(lǐng)市場(chǎng)的一個(gè)首要因素，這一概念必須是每一設(shè)計(jì)者都應(yīng)具有的。故在畢業(yè)設(shè)計(jì)的全過程要考慮到影響產(chǎn)品成本的諸多因素。方案一結(jié)構(gòu)緊湊， 布局合理， 傳動(dòng)簡(jiǎn)單， 可靠性高， 使用壽命可以得到保障， 制造成本低，加工簡(jiǎn)單。方案二、三效率比較低，加工成本高。經(jīng)過三個(gè)方案的比較，選用方案一。2.2.3 初步估算功率若設(shè)計(jì)產(chǎn)量達(dá)到每小時(shí)清洗 2-3T,初定傳送帶輸送距離為 3 米，水果在放進(jìn)去再到清洗完畢所經(jīng)過的時(shí)間為 3 分鐘，初定輸送速度為 0.03m/s。傳動(dòng)滾筒的功率：P0=(K1× ×v+K2× ×Q±0.0273Q×H) hLh 3K9K1---空載運(yùn)行功率系數(shù) K 1=0.0192---輸送帶水平投影長(zhǎng)度 =3mhL hLV ---帶速 v =0.03m/sK2---物料水平運(yùn)行功率系數(shù) K 2=9.55×10-5Q---輸送量(t/h) Q=2t/hK3---附加功率系數(shù) K 3=2.8代入公式求得: P 0=1.06kw電動(dòng)機(jī)功率計(jì)算: P=K×P0/η P=1.5 kw取 K=1.25 η=0.88滾筒可以分為傳動(dòng)滾筒和該向滾筒。傳動(dòng)滾筒：傳動(dòng)滾筒是傳遞動(dòng)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(yùn)行方向和增加輸送帶與傳動(dòng)滾筒間的圍包角。2.3 電動(dòng)機(jī)的選擇 2.3.1 電動(dòng)機(jī)功率的選擇原動(dòng)機(jī)是機(jī)器中運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的來源，其種類很多，有電動(dòng)機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、蒸汽機(jī)、水輪機(jī)、汽輪機(jī)、液動(dòng)機(jī)等。電動(dòng)機(jī)構(gòu)造簡(jiǎn)單、工作可靠、控制簡(jiǎn)便、維護(hù)容易，一般生產(chǎn)機(jī)械上大多數(shù)均采用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)已經(jīng)系列化，通常由專門工廠，按標(biāo)準(zhǔn)系列成批或大量生產(chǎn)。機(jī)械設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)工作載荷(大小、特性及其變化情況)、工作要求(轉(zhuǎn)速高低、允差和調(diào)速要求、起動(dòng)和反轉(zhuǎn)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(chǎn)品目錄中選擇電動(dòng)機(jī)的類型和結(jié)構(gòu)型式、容量(功率)和轉(zhuǎn)速，確定具體型號(hào)。選擇電動(dòng)機(jī)包括選擇電動(dòng)機(jī)的類型、結(jié)構(gòu)、功率、轉(zhuǎn)速和型號(hào)。在工業(yè)上一般采用三相交流電動(dòng)機(jī)，Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、維護(hù)方便等特點(diǎn)，故一般應(yīng)優(yōu)先考慮。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和啟動(dòng)力矩較小時(shí)，可選用Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)，在經(jīng)常啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)、間歇或短時(shí)工作的場(chǎng)合，要求電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小和過載能力大，應(yīng)選用YZ和YZR系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)有開啟式、防護(hù)式、封閉式、防爆式 [7]。在此可選用封閉式的電動(dòng)機(jī)。所以選用Y系列全封閉式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。選擇原則：功率選的過小，不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期過載而過早損壞；功率選的過大，則電動(dòng)機(jī)價(jià)格高，且常不在滿載下運(yùn)行，功率因素很低，造10成浪費(fèi).對(duì)于長(zhǎng)期連續(xù)工作負(fù)荷較穩(wěn)定的負(fù)載機(jī)械，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需要的功率 來選擇，dP選擇時(shí)應(yīng)使電動(dòng)機(jī)的額定功率 PN 稍大于電動(dòng)機(jī)的所需功率 。由計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)所需dP功率為： =1.5 kw ,所以我們可選擇電動(dòng)機(jī)功率為 1.5 kw 。dP2.3.2 確定電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速同一功率的異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速有3000r/min、1500 r/min、1000 r/min和750 r/min四種。一般來說，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速高，磁極對(duì)數(shù)少，輪廓尺寸小、價(jià)格低；反之，轉(zhuǎn)速愈低，外輪廓尺寸愈大，價(jià)格愈高。由于工作機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速很低，所以不易選用高速電動(dòng)機(jī)，一般應(yīng)選擇同步轉(zhuǎn)速為1500或1000 r/min 的電動(dòng)機(jī)。2.3.3 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)的確定根據(jù)所要求的的轉(zhuǎn)速和功率選擇 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)，由?機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)?查得可選用電動(dòng)機(jī) Y100L-6，功率 1.5kw，轉(zhuǎn)速 940r/min。因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境，如果不加防護(hù)，水有可能進(jìn)入電動(dòng)機(jī)中導(dǎo)致電機(jī)短路而燒壞，于是在設(shè)計(jì)中選擇電機(jī)的防護(hù)等級(jí)為 IP44?，F(xiàn)在將這種電動(dòng)機(jī)的數(shù)據(jù)列于下表二中 [7]。表2、電動(dòng)機(jī)型號(hào)(Table 2)，Motor model 電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率 （kW ） 最大轉(zhuǎn)矩 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 滿載轉(zhuǎn)速（r/min） 額定轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量（kg ）Y100L-6 1.5 2.0 2.0 940 2.0 332.4 減速機(jī)的選擇因?yàn)閲娏芮逑礄C(jī)中傳動(dòng)帶線速度很小，根據(jù)水果自身的性質(zhì)和特點(diǎn)，選擇傳動(dòng)比較大的擺線針輪減速機(jī)。擺線針輪減速機(jī)適用范圍：本標(biāo)準(zhǔn)分為單級(jí)和兩級(jí)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：?jiǎn)渭?jí) 0.6-75KW兩級(jí) 0.052-13.41KW;傳動(dòng)比 i： 單級(jí) 11-87，共 9 種兩級(jí) 121-7569，共 18 種高速軸的轉(zhuǎn)速不大于 1500r/min,減速機(jī)可用于正反兩向運(yùn)轉(zhuǎn)。根據(jù)前面的設(shè)計(jì)要求，輸送帶速度 v=0.03m/s,故我們選用雙級(jí)臥式擺線針輪減速器，11型號(hào)為：XWD8125-43×17-1.5KW此減速器的輸出轉(zhuǎn)速為 2.05r/min，P=1.5KW123 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算常用的傳動(dòng)方式有鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)，在此我們選用鏈傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)有以下一些優(yōu)點(diǎn):（1）沒有滑動(dòng)；（2）工況相同時(shí)，傳動(dòng)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??；（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(jì)算已知:減速器的軸輸出轉(zhuǎn)速為 2.05r/min，P=1.5kw, 輸出軸徑 d=55mm，因?yàn)楣ぷ鬏d荷較平穩(wěn)，所以鏈輪直接安裝于減速機(jī)軸上。（1）鏈輪齒數(shù)：減速器軸上鏈輪齒數(shù)為 Z1=19，從動(dòng)軸鏈輪齒數(shù)為 Z2=19[9]。傳動(dòng)比 i: i= Z1/ Z2=1（2）轉(zhuǎn)速：主動(dòng)軸鏈輪轉(zhuǎn)速 n1=2.05r/min，從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速 n2=2.05r/min（3）設(shè)計(jì)功率 ：dP≥ ×P/( × ) =1.35kwdaKzp dP式中： =1.0 =1.11 =1 zKpK（4）鏈條節(jié)距 P：由設(shè)計(jì)功率 P0=1.35kw 和主動(dòng)輪鏈輪轉(zhuǎn)速 n1=2.05r/min在手冊(cè)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(jì)算式可保證小鏈輪上包角大于 120°，且大小鏈輪不會(huì)相碰。（6）鏈節(jié)數(shù) ：PL=812121()pzzappa?????PL注：取整數(shù)并宜取偶數(shù),故取 68 取 =80 節(jié)（7）鏈實(shí)際中心距：221211[()()8()]4ppzzzaLL???????13取 a=542mm （8）鏈速：v= ×Z1×P/1000 v=1m/min=0.017m/s n與估算相符（9） 驗(yàn)算小鏈輪輪轂孔徑（即軸孔直徑）maxkd?由支承軸的設(shè)計(jì)確定鏈輪輪轂孔的最大許用直徑 查表 8-2-10 得 45mmaxk（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(rùn)滑方式選定：根據(jù)滾子鏈節(jié)距 P=19.05 和鏈條的速度 v=0.017m/s 查圖選用潤(rùn)滑方式為用油刷或油壺人工定期潤(rùn)滑。（13）鏈條標(biāo)記：根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果采用單排 12A 滾子鏈，節(jié)距為 19.05mm，節(jié)數(shù)為 80 節(jié)。（14）鏈輪材料及熱處理：鏈輪輪齒應(yīng)有足夠的接觸強(qiáng)度和耐磨性，常用材料為中碳鋼，（c35—45 鋼）不重要場(chǎng)合用 Q235A、Q275A 鋼，高速重載時(shí)采用合金鋼，低速時(shí)大鏈輪可采用鑄鐵，由于小鏈輪的嚙合次數(shù)多，小鏈輪的材料應(yīng)優(yōu)于大鏈輪，并進(jìn)行熱處理。在本機(jī)中，由場(chǎng)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3.2 鏈輪幾何尺寸計(jì)算鏈輪外形尺寸結(jié)合設(shè)計(jì)手冊(cè) [8]計(jì)算可得，其具體形狀如下;鏈 號(hào) 節(jié) 距 P(mm) 排 距 (mm)tP滾子直徑(mm)12A 19.05 22.78 11.9114圖 4 小鏈輪的簡(jiǎn)圖其具體尺寸為;Z=19 ；P=19.05 （1）主動(dòng)鏈輪孔徑：=50mm＜ =72mmhdmaxh（2）分度圓直徑：d=116mm 018sinpdz?（3）齒頂圓直徑：=124mm 08(0.54c)adptgz??ad（4）齒根圓直徑：=d- =120mm frdf（5）最大齒根距離：=119.5mm 018cotxLz??xL（6）齒輪凸緣直徑：＜111.2mm 018cot.4.76gdPhz?gd查表得： h=15.0 （查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》上冊(cè)表 11-1）取 =100mmg3.3 主要失效形式鏈輪和鏈條相比,鏈輪的強(qiáng)度高,使用壽命較長(zhǎng),所以鏈傳動(dòng)的失效,主要是鏈條的失效,其主要失效形式是: 15(1) 鏈條疲勞破壞. 鏈條各元件在變應(yīng)力作用下,經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù),鏈板發(fā)生疲勞斷裂,滾子,套筒表面出現(xiàn)疲勞點(diǎn)蝕和疲勞裂紋.在正常潤(rùn)滑條件下,鏈板的疲勞強(qiáng)度是決定鏈傳動(dòng)承載能力的主要因素. (2) 鏈條鉸鏈的磨損. 鉸鏈磨損會(huì)使鏈節(jié)距增大而產(chǎn)生跳齒和脫鏈.該失效形式一般發(fā)生在開式或潤(rùn)滑不良的鏈傳動(dòng)中. (3) 鏈條鉸鏈膠合. 在潤(rùn)滑不當(dāng)或鏈輪轉(zhuǎn)速過高時(shí),鏈條鉸鏈的銷軸和套筒的工作表面會(huì)因潤(rùn)滑油膜破壞,在高溫,高壓下直接接觸導(dǎo)致兩表面粘結(jié),相對(duì)運(yùn)動(dòng)使粘結(jié)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(dòng)的極限轉(zhuǎn)速. 為使鏈傳動(dòng)能工作正常，應(yīng)注意其合理布置，布置的原則簡(jiǎn)要說明如下： 1）兩鏈輪的回轉(zhuǎn)平面應(yīng)在同一垂直平面內(nèi)，否則易使鏈條脫落和產(chǎn)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(dòng)，以免與下方鏈輪嚙合不良或脫離嚙合。 2. 鏈傳動(dòng)的張緊 鏈傳動(dòng)中如松邊垂度過大，將引起嚙合不良和鏈條振動(dòng)，所以鏈傳動(dòng)張緊的目的和帶傳動(dòng)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。 164 輔助設(shè)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(gòu)件和承載輸送構(gòu)件，本清洗機(jī)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(zhǎng)度為 6.8 米，其中輸送帶上鏈?zhǔn)浇Y(jié)構(gòu)為自行設(shè)計(jì)鋼絲網(wǎng)采用外購。其中鋼絲直徑 d=1.5mm，網(wǎng)格大小為10mm×10mm。輸送帶總長(zhǎng)度 C＝6.8m。4.2張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)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(gè)托輥間的垂度。在該清洗機(jī)中采用調(diào)節(jié)螺母調(diào)整改向滾筒橫向移動(dòng)來張緊輸送帶。鏈輪張緊裝置：鏈傳動(dòng)張緊的目的是為了避免在鏈條的松邊垂度過大時(shí)產(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)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(nèi)壓緊鏈條，從而達(dá)到張緊目的，另外還可以使鏈條與鏈輪的包角增大，使傳動(dòng)效率提高。4.3調(diào)整機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)輸送帶必須有調(diào)整機(jī)構(gòu)以調(diào)整其松緊程度，本設(shè)計(jì)采用固定框架選用 UCK 軸承底部配有滑道，通過對(duì)調(diào)整螺栓調(diào)整實(shí)現(xiàn)對(duì)輸送帶調(diào)整的目的。4.4整體槽體的設(shè)計(jì)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(chǎn)量，由于本清洗設(shè)備不但在自動(dòng)化聯(lián)系清洗上有要求，而且在產(chǎn)量規(guī)?；灿幸欢ǖ臉?biāo)準(zhǔn)，所以缸體也有一定的設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該主要根據(jù)實(shí)際情況來確定。根據(jù)經(jīng)過我們的分析與計(jì)算，確定缸體的內(nèi)壁尺寸為 1500mm×1202mm×4mm。外壁與框架進(jìn)行焊接。由于輸送鏈必須有穩(wěn)固的基礎(chǔ)，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(jìn)行帶水試驗(yàn)，以保證其沒有泄露點(diǎn) [10]。網(wǎng)鏈?zhǔn)剿逑礄C(jī)的槽體可謂是機(jī)器構(gòu)造中較為重要的一個(gè)部分，其焊接工藝的要求也較為嚴(yán)格。其要有選擇合適的焊接方法；合理控制焊接參數(shù)；還有接頭的設(shè)計(jì)要合理。這樣才能保證水果清洗機(jī)的使用壽命，盡量做到外形美觀。材料的選擇：17經(jīng)查資料，我們選用不銹鋼，經(jīng)查資料選用材料為 2Cr13，主要用于較重要的鋼結(jié)構(gòu)和構(gòu)件，滲碳零件，壓力容器等。從材料性能和經(jīng)濟(jì)因素各方面來說，對(duì)壁厚的設(shè)計(jì)為 4 毫米。在下面一排噴頭的進(jìn)水口，我們?cè)诟左w壁上開了一個(gè)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(shí)現(xiàn)與泵出水口的連接。在缸體底部設(shè)計(jì)了兩個(gè)出水口，用來排放缸內(nèi)的廢水，廢水通過專門的管道流到處理系統(tǒng)，經(jīng)過一系列的處理達(dá)到可重復(fù)使用的標(biāo)準(zhǔn)，重新回到泵的進(jìn)水口。4.5泵的選擇根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，選用離心泵型號(hào)為 11/2BL-6A Y9OS-16 -1.5KW，該離心泵揚(yáng)程為 16m，流量為 5m3/h。11/2BL-6A 型泵為單級(jí)單吸懸臂式直連離心清水泵，轉(zhuǎn)速為 n=2900r/min，功率1.5KW。軸封有填料密封及機(jī)械密封兩種，通過爪型彈性聯(lián)軸器與電機(jī)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(jī)型。為了適應(yīng)清洗不同種類的水果，我們通過對(duì)離心泵的電機(jī)進(jìn)行無機(jī)調(diào)速，從而達(dá)到調(diào)壓的目的。4.6減速器的選擇減速器是在原動(dòng)機(jī)和工作機(jī)之間的獨(dú)立傳動(dòng)部件,減速器多用來作為原動(dòng)機(jī)與工作機(jī)械之間的減速傳動(dòng)。根據(jù)傳動(dòng)型式，減速器可分為齒輪、蝸桿和齒輪－蝸桿減速器，根據(jù)形狀不同，可分為圓柱、圓錐和圓錐－圓柱齒輪減速器，根據(jù)傳動(dòng)級(jí)數(shù)，可分為單級(jí)和多級(jí)減速器。在本設(shè)計(jì)選擇減速器的類型時(shí)，首先根據(jù)傳動(dòng)裝置總體配置的要求，結(jié)合減速器的效率、外廓尺寸或質(zhì)量、制造及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用等指標(biāo)進(jìn)行綜合的分析比較，以期獲得最合理、效果最好的結(jié)果。本設(shè)計(jì)因?yàn)槭侵行妮S式的傳動(dòng)，省去了皮帶輪等傳動(dòng)部件，所以選用擺線針輪減速器，根據(jù)前面計(jì)算可知選擇功率 1.5kw，綜合分析選擇傳動(dòng)比 43 的型號(hào)比較合適，滿足設(shè)計(jì)要求。通過查閱《機(jī)械工程師手冊(cè)》表 19-114 選擇型號(hào)為 XWD 8125-43×17-1.5KW 的擺線針輪減速器。185 主要部分零件的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核5.1 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算5.1.1 初算軸的直徑（1）聯(lián)軸器和滾動(dòng)軸承的型號(hào)是根據(jù)軸端直徑確定的，而且軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在初步計(jì)算軸徑的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，故要初算軸徑。軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行估算，即 [10]：(3—36)3p/nc≥d式中：P—軸傳遞的功率，kw；n—軸的轉(zhuǎn)速，r/min； c—由軸的材料和受載情況確定的系數(shù)。表 4 各種材料系數(shù) c 的取值范圍Table 4, various materials coefficient of c scope軸的材料 Q235 120 35 45 40Cr,35siMnc 160—135 135—118 118—107 107—98軸的材料一般為優(yōu)質(zhì)碳素鋼。c 取值時(shí)應(yīng)考慮軸上彎矩對(duì)軸強(qiáng)度的影響，當(dāng)只受轉(zhuǎn)矩或彎矩相對(duì)轉(zhuǎn)矩較小時(shí)，c 取小值；當(dāng)彎矩相對(duì)轉(zhuǎn)矩較大時(shí)，c 取大值。由于滾筒的轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩較大且彎矩小，故 c 應(yīng)取較小值，在這里我們?nèi)?c 為 100。所以： =42.55 mm 318/5.0?d初算軸徑還要考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱影響。當(dāng)該軸段截面上有一個(gè)鍵槽時(shí)，d 應(yīng)增大 5% ；兩個(gè)鍵槽時(shí)，d 應(yīng)增大 10% 。在本軸的設(shè)計(jì)中，軸上有一個(gè)鍵槽。所以： = 42.55×(1+5%)=44.67 mm d圓整取軸的直徑為 45mm。（2）軸的類型和功用階梯軸，轉(zhuǎn)軸（傳遞扭矩又承受彎矩）（3）軸的材料45# 碳素鋼；特點(diǎn)：具有較好的綜合力學(xué)性能，價(jià)格便宜，沒滿足本設(shè)備要求。熱處理方法：調(diào)質(zhì)或正火處理。19軸的毛坯：圓鋼（直徑較小而又不太重要時(shí)） 。5.1.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1) 設(shè)計(jì)成階梯軸，此軸的裝配簡(jiǎn)單（先右后左） ，形狀如設(shè)計(jì)圖紙所示。另外，為便于軸上零件裝拆，在軸的設(shè)計(jì)時(shí)考慮在軸的兩頭加工倒角：45°。各鍵槽設(shè)計(jì)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(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，定位可靠 ，可承受較大的軸向力軸端擋板 特點(diǎn)：可承受劇烈振動(dòng)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(duì)于標(biāo)準(zhǔn)件的定位尺寸要查標(biāo)準(zhǔn)件標(biāo)準(zhǔn)。3）減速器軸軸段直徑和長(zhǎng)度的確定各軸段所需的直徑與軸上的載荷大小有關(guān)。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=34.65mm61133319.502[]TPAn?????=100·0.314=31.4mm6223332.[]Td?P—功率，n—轉(zhuǎn)速，A—材料系數(shù)。 查手冊(cè)取標(biāo)準(zhǔn)直徑 d1=35mm；d2=32mm則這兩個(gè)直徑即為鏈輪輪轂部的軸徑，而在鏈輪設(shè)計(jì)時(shí)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?？紤]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(jù)減速器的尺寸參數(shù)可知，伸出軸的裝配孔長(zhǎng)度分別為 112mm 和 92mm，再由以上的原則可以設(shè)計(jì)與減速器裝配的長(zhǎng)度分別為 110 和 90mm；又鏈輪的輪轂孔長(zhǎng)度分別為 40mm 和 25mm，則與鏈輪裝配的軸長(zhǎng)分別為 38mm 和 23mm；而由鏈輪之間的裝配空間可知，鏈輪的右側(cè)距離減速器出軸斷面 70mm 和 37mm，則中間軸的長(zhǎng)度分別為 37mm 和2012mm。形狀及其結(jié)構(gòu)尺寸如圖紙 4-2 所示 [11]。5.2 軸的受力分析及強(qiáng)度校核5.2.1 水果清洗機(jī)的軸用鍵受力分析水果清洗機(jī)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(jī)械設(shè)計(jì)書本中的表 6-1 可以查出在此處所用鍵為 bxh=14x9，下面對(duì)此處鍵進(jìn)行受力分析及強(qiáng)度校核 [7]。圖 5 主軸的簡(jiǎn)圖根據(jù)軸的使用情況，可知該軸為轉(zhuǎn)動(dòng)軸，主要承受扭矩。則按扭矩強(qiáng)度條件計(jì)算?？紤]還受有不大的彎矩，則用降低許用扭矩切應(yīng)力的方法予以考慮1.軸的扭矩強(qiáng)度條件為： ??TTdnPW?????32.095式中： ———————扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPa；T———————軸所受的扭矩，單位為 ；mN?W T———————軸的抗扭截面系數(shù)，單位為 mm ；3n———————軸的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min；P———————軸傳遞的功率，單位為 KW；d———————計(jì)算截面處軸的直徑，單位為 mm———————許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為 MPa??T?此軸選用 45 號(hào)鋼， 值為 25－45MP a之間??T?而通過對(duì)軸的計(jì)算， ＝5.1MP a; =8.5MPaminmxT?,故軸的扭轉(zhuǎn)條件符合要求。T????5.2.2 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度條件計(jì)算此軸的圖 4-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（即危險(xiǎn)截21面）的強(qiáng)度，由 2 簡(jiǎn)圖可知，其危險(xiǎn)截面為鏈輪所在支點(diǎn)處截面，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書中式（15-5）及上表中的數(shù)值，并取 ，軸的計(jì)算應(yīng)力3.0??7651.0)920(187)( 32222 ??????WTMca?? aMP60?a以選定的軸的材料是 45 號(hào)鋼，調(diào)制處理。由表 15-1 查得 ＝60MP a。故安全。??1??5.2.3 軸的扭轉(zhuǎn)剛度校核計(jì)算軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長(zhǎng)的扭轉(zhuǎn)角 來表示?????ZPILTLG141073.5???式中：T——————————軸所受的扭矩，單位為 mN?G——————————軸的材料的剪切彈性模量，單位為 MPa，對(duì)于鋼材，G＝ MPa410.8?——————————軸截面的極慣性矩，單位為 mm ，對(duì)于圓軸，PI 4＝PI32d?L———————————階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的長(zhǎng)度，單位為 m.———————————分別代表階梯軸第 段上所受的扭矩、長(zhǎng)度和??T, ?極慣性矩，單位同上 Z———————————階梯軸受扭轉(zhuǎn)作用的軸段數(shù) 綜合上式計(jì)算出 =0.32(。 )/m?為軸每米長(zhǎng)的允許扭轉(zhuǎn)角，與軸的使用均合有關(guān)，對(duì)于一般的傳動(dòng)軸，可取???=0.5-1(。 )/m；對(duì)于精密傳動(dòng)軸可取 ＝0.25-0.5( 。 )/m。對(duì)于精度要求不高???的軸， 可大于 1(。 )/m。 顯然對(duì)于本設(shè)計(jì)中所涉及的軸為一般的傳動(dòng)軸， ，符合扭轉(zhuǎn)剛度要求。????綜上所述，設(shè)計(jì)的軸滿足工作要求。 5.3 鍵的選擇及其校核鍵聯(lián)接時(shí)，通常被聯(lián)接的材料構(gòu)造和尺寸已被初步?jīng)Q定，聯(lián)接的載荷也已求得。因此，可根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)使用要求和工作條件來選擇鍵的類型，再根據(jù)軸的徑從標(biāo)準(zhǔn)中選出截面尺寸并考慮轂長(zhǎng)選出鍵的長(zhǎng)度，然后用適當(dāng)?shù)男：擞?jì)算公式強(qiáng)度驗(yàn)算。尺寸根據(jù)軸徑從相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)中選取。鍵的長(zhǎng)度按輪轂長(zhǎng)度選取。根據(jù)工況條件，在軸和聯(lián)軸器的聯(lián)結(jié)時(shí)主要傳遞轉(zhuǎn)矩且無軸向的竄動(dòng)，所以選擇此處選擇半圓鍵聯(lián)接即能滿22足要求。普通平鍵主要靠?jī)蓚?cè)面的擠壓來傳遞轉(zhuǎn)矩，平鍵連接具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，對(duì)中性良好，裝拆方便，應(yīng)用極其最廣，并在市場(chǎng)中占據(jù)較大市場(chǎng)，它也適應(yīng)于高速、高精度或承受循環(huán)、沖擊載荷的場(chǎng)合。普通平鍵按構(gòu)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(yīng)選用C 型普通平鍵，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)為鍵 14×9 GB 1096。聯(lián)軸器的輪轂的長(zhǎng)度為 60mm ,從《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》表 18-4 中，我們查得鍵的公稱尺寸 [10]：b×h =14×9 b—鍵寬,單位 mmh—鍵高,單位 mm鍵的材料采用抗拉強(qiáng)度不小于 600Mpa 的鋼，常用 45 號(hào)鋼。鍵槽表面的粗糙度：軸槽，鍵槽寬度 b 兩側(cè)的表面粗糙度參數(shù) Ra 值推薦 1.6-3.2um。平鍵連接傳遞轉(zhuǎn)矩要求強(qiáng)度的校核，選擇好的鍵，便是校核其強(qiáng)度是否滿足實(shí)際工作的需要。一般在傳動(dòng)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(yīng)力是否滿足要求。5.3.1 減速機(jī)軸上鍵的選擇根據(jù)減速機(jī)軸徑和輪轂長(zhǎng)度從標(biāo)準(zhǔn)中選擇鍵的尺寸如下表和圖中所示。表 5 鍵的各參數(shù)軸 鍵 鍵槽寬度 b 深度 半徑 r公 稱直徑d/mm公稱尺寸b×h/mm公稱尺寸b/mm極 限偏 差軸t/mm轂t1/mm最小/mm最大mm308×7 8 -0.015-0.0514.0 3.3 0.16 0.2523圖 6 鍵的結(jié)構(gòu)圖假設(shè)壓力在鍵長(zhǎng)度內(nèi)均勻分布，則根據(jù)擠壓強(qiáng)度或耐磨性的條件計(jì)算，求得聯(lián)接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩：1124ppThldhld??????????????=1/4x7x40x28x150=588 N.m 20 N.m故能滿足電動(dòng)機(jī)在滿載荷時(shí)所需轉(zhuǎn)矩。5.3.2 水果清洗機(jī)的軸用鍵校核1）輸入軸上鍵的選擇及校核輸入軸伸出的輸出端與小帶輪聯(lián)結(jié)需用鍵實(shí)現(xiàn)周向固定。輸入軸傳遞的轉(zhuǎn)矩為 T=9.55× ×160/980=1.56× N·mm,與軸的周向定位可610610用 A 型普通平鍵聯(lián)接, 按 d=14mm 進(jìn)而從相關(guān)手冊(cè)中查得到平鍵的尺寸為: b×h×l=14×9×60 , 為保證輸入軸與帶輪具有較好的對(duì)中性,取帶輪與輸入軸的配合為 H7/r6.鍵聯(lián)接選擇計(jì)算,普通平鍵在軸上傳遞轉(zhuǎn)矩 T 時(shí),鍵的工作面受到壓力 N 的作用,工作面受擠壓,鍵受剪切,失效形式是鍵、軸槽和輪轂槽三者中最弱的工作面被壓潰和平鍵被剪壞。當(dāng)鍵用 45＃鋼制造時(shí)，主要失效形式為壓潰，所以通常只進(jìn)行擠壓強(qiáng)度計(jì)算。假定擠壓應(yīng)力在鍵的接觸面上是均勻分布的，此時(shí)擠壓強(qiáng)度條件是：N/mm2 ??ppdklT???2鍵的受力簡(jiǎn)圖如下圖所示：24圖 7 軸鍵設(shè)計(jì)參數(shù)示意圖其中 k 是鍵與輪轂（或軸槽）的接觸高度，mm，k=h/2 ,查設(shè)計(jì)手冊(cè)得到 k=7 mm, 為鍵的工作長(zhǎng)度， b 為鍵的寬度 。l查手冊(cè)得到＃45 鋼在沖擊載荷靜聯(lián)接下鍵的許用擠壓應(yīng)力 為??p?60～100 2/mN此時(shí)聯(lián)結(jié)帶輪和輸入軸的鍵的擠壓強(qiáng)度為 621.5097()34.8/ppTdkl??????????從上面計(jì)算可得出輸入軸鍵的強(qiáng)度能夠滿足強(qiáng)度要求。2）輸出軸上鍵的選擇及校核輸入軸上有兩處需布鍵以實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳輸：輸入端的鏈輪與軸以及減速機(jī)輸出端的軸與鏈輪。鍵材料用#45 鋼，其[ ]=60～100 。P?2/mN1.輸入軸即帶輪軸上的轉(zhuǎn)矩 T=2.43× N·mm,帶輪與軸的周向定位可用 A610型普通平鍵聯(lián)接, 按 d=45mm 進(jìn)而從相關(guān)手冊(cè)中查得到平鍵的尺寸為: b×h×l=14×9×60 。鍵的選擇計(jì)算,與上面的一樣，普通平鍵在軸上傳遞轉(zhuǎn)矩 T 時(shí),鍵的工作面受到壓力 N 的作用,工作面受擠壓,鍵受剪切,失效形式是鍵、軸槽和輪轂槽三者中最弱的工作面被壓潰和平鍵被剪壞。帶輪與軸的連接的鍵可采用＃45 鋼，所以它的主要失效形式為壓潰，所以通常只進(jìn)行擠壓強(qiáng)度計(jì)算。假定擠壓應(yīng)力在鍵的接觸面上是均勻分布的，此時(shí)擠壓強(qiáng)度條件是：??pdklT????10*22/mN將已知數(shù)據(jù)代入擠壓強(qiáng)度公式得25＝p?62.43108()??＝33.0 ≤ [ ]P?從上面計(jì)算可得出鏈輪處軸上鍵的強(qiáng)度能夠滿足強(qiáng)度要求。查機(jī)械設(shè)計(jì)書本中表 6-1 可知，選用 A 型普通平鍵，其尺寸為：b×h×l=14×9×60,為了確保證鏈輪與軸具有合適的對(duì)中性,取鏈輪與軸的公差配合為 H7/r6。將已知數(shù)據(jù)代入擠壓強(qiáng)度公式，有??pdklT???22/mN＝6.43108(2)??＝114 ＞ [ ]/P?由上述計(jì)算得到單個(gè)平鍵的強(qiáng)度不夠，但差得不多，故采用雙鍵聯(lián)接。3）鏈輪軸鍵的選擇及校核鏈輪軸上總共有兩處需要布鍵：鏈輪與軸的采用軸向固定軸上的扭矩：T＝1.24 10 N.mm?7鍵材料用#45 鋼，其[ ]=60～100 。與鏈輪配合的軸直徑 d＝35mm，查P?2/mN相關(guān)手冊(cè)，鍵聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度計(jì)算公式如下：20p pgmTzhlD???????2/N式中 T——轉(zhuǎn)矩（Nm） ；——各齒間載荷不均勻系數(shù)，通常 ＝0.7～0.8；?Z ——齒數(shù)； ——齒的工作高度（mm）, =（D-d）/2-2c，c 為倒角尺寸；ghgh——齒的工作長(zhǎng)