3241 碰撞式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)
3241 碰撞式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì),碰撞,核桃,破殼機(jī),設(shè)計(jì)
1碰撞式核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)1 核桃破殼技術(shù)現(xiàn)狀國(guó)外早在 20 世紀(jì) 60 年代初,就著手研制堅(jiān)果破殼機(jī)具,至 80 年代初,美國(guó)、 意大利、法國(guó)等已相繼推出了各種堅(jiān)果破殼機(jī),如夏威夷果破殼機(jī)、杏仁破殼機(jī) 等。經(jīng)過(guò)數(shù)十年的發(fā)展,堅(jiān)果破殼機(jī)具已日趨成熟,目前,正朝著機(jī)電一體化方向 發(fā)展。 我國(guó)在傳統(tǒng)脫殼設(shè)備的基礎(chǔ)上,盡管正在積極研制和開發(fā)各種類型脫殼機(jī)械, 但其發(fā)展相當(dāng)緩慢,同時(shí)成熟的機(jī)型及進(jìn)行批量生產(chǎn)的不多,遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于農(nóng)產(chǎn)品 深加工的需求。目前開發(fā)出的絕大部分設(shè)備都是采用機(jī)械方式來(lái)脫殼。 常見(jiàn)的機(jī)械脫殼方法如下: (1)撞擊法脫殼:撞擊法脫殼是物料籽粒高速運(yùn)動(dòng)時(shí)突然受阻而受到?jīng)_擊力, 使外殼破碎而實(shí)現(xiàn)脫殼。 物料由高速回轉(zhuǎn)甩料盤使籽粒產(chǎn)生一個(gè)較大的離心力撞擊壁面,只要撞擊力足夠大,籽粒外殼就會(huì)產(chǎn)生較大的變形,進(jìn)而形成裂縫。當(dāng)籽粒離開壁面時(shí),由于外殼和粒仁具有不同的彈性變形而產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)速度,籽 仁受到的彈性力較小,運(yùn)動(dòng)速度也不如外殼,阻止了外殼迅速向外移動(dòng)而使其在 裂縫處裂開,從而實(shí)現(xiàn)籽粒的脫殼。 撞擊脫殼法適合于仁殼間結(jié)合力小,仁殼間隙 較大且外殼較脆的籽粒。 (2)碾搓法脫殼:物料籽粒在固定磨片和運(yùn)動(dòng)著的磨片間受到強(qiáng)烈的碾搓作 用,使籽料的外殼被撕裂而實(shí)現(xiàn)脫殼。 籽粒經(jīng)進(jìn)料口進(jìn)入定磨片和動(dòng)磨的間隙中, 動(dòng)磨片轉(zhuǎn)動(dòng)的離心力使籽粒沿徑向向外運(yùn)動(dòng),也使籽粒與定磨間產(chǎn)生方向相反的 摩擦力;同時(shí),磨片上的牙齒不斷對(duì)外殼進(jìn)行切裂,在摩擦力與剪切力的共同作用 下使外殼產(chǎn)生裂紋直至破裂,并與籽仁脫離,達(dá)到脫殼的目的。(3)剪切法脫殼:籽粒在固定刀架和轉(zhuǎn)鼓之間受到相對(duì)運(yùn)動(dòng)刀板的剪切力作 用,外殼被切裂并破開,實(shí)現(xiàn)外殼與籽仁的分離。刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座為主要工作部 件,在刀板轉(zhuǎn)鼓和刀板座上均裝有刀板,刀板座呈凹形且?guī)в姓{(diào)節(jié)機(jī)構(gòu),可根據(jù)籽 粒堅(jiān)果的大小調(diào)節(jié)刀板座與刀板轉(zhuǎn)鼓之間的間隙。當(dāng)?shù)栋遛D(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時(shí),與刀板之間產(chǎn)生剪切作用,使物料外殼破裂和脫落。(4)擠壓法脫殼:擠壓法脫殼是靠一對(duì)直徑相同轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反,轉(zhuǎn)速相等的圓 柱輥,調(diào)整到適當(dāng)間隙,使籽粒通過(guò)間隙時(shí)受到輥的擠壓而破殼。在破殼的過(guò)程中 籽粒能否順利地進(jìn)入兩擠壓輥的間隙,取決于擠壓輥及與籽粒接觸的情況。要使 籽粒在兩擠壓輥間被擠壓破殼,籽粒首先必須被夾住,然后被卷入兩輥間隙被擠 壓破殼。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒破碎率和脫殼率高低的重要因素。(5)搓撕法脫殼:搓撕法脫殼是利用相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的橡膠輥筒對(duì)籽粒進(jìn)行搓撕作 用而進(jìn)行脫殼。兩膠輥水平放置,分別以不同轉(zhuǎn)速相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng),輥面之間存在一定的線速差,橡膠輥具有一定的彈性,其摩擦系數(shù)較大。籽粒進(jìn)入膠輥工作區(qū)時(shí),與兩 輥面相接觸,如果此時(shí)籽粒符合被輥?zhàn)訃氲臈l件,即嚙入角小于摩擦角,就能順 利進(jìn)入兩輥間。此時(shí)籽粒在被拉入輥間的同時(shí),受到兩個(gè)不同方向的摩擦力的撕 搓作用;另外,籽粒又受到兩輥面的法向擠壓力的作用,當(dāng)籽粒到達(dá)輥?zhàn)又行倪B線 附近時(shí)法向擠壓力最大,籽粒受壓產(chǎn)生彈性——塑性變形,此時(shí)籽粒的外殼也將 在擠壓作用下破裂,在上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過(guò)程 [1]。新型脫殼方法(1)微波法:原理主要是通過(guò)微波加熱籽粒內(nèi)部形成高壓水氣,當(dāng)高壓水氣對(duì) 果皮壓力大于果皮的拉伸極限應(yīng)力時(shí),果皮破裂,實(shí)現(xiàn)破殼。微波法破殼過(guò)程中, 堅(jiān)果果皮的致密結(jié)構(gòu)是其內(nèi)部形成高壓的重要保證;堅(jiān)果含的水分是內(nèi)部產(chǎn)生高 壓水氣的物質(zhì)基礎(chǔ);微波的加熱溫度則是導(dǎo)致產(chǎn)生高壓水氣的外部動(dòng)力。但是快 速加熱會(huì)造成產(chǎn)品的過(guò)渡膨脹甚至爆炸。(2)高壓膨脹法:原理是使果實(shí)處于很高的壓力室中,讓果實(shí)在其中停留較長(zhǎng) 時(shí)間,以使籽粒內(nèi)外達(dá)到氣壓平衡,然后瞬間卸壓,內(nèi)外壓力平衡打破,殼體內(nèi)氣 體在高壓作用下產(chǎn)生較大的爆破力而沖破殼體,從而達(dá)到脫殼的目的。(3)能量法:原理是讓堅(jiān)果進(jìn)入一個(gè)高壓高溫環(huán)境中經(jīng)受一定時(shí)間的高壓高 溫作用,使大量熱量聚集于堅(jiān)果殼內(nèi),隨后籽粒瞬間脫離高溫高壓環(huán)境,此時(shí),聚 集在堅(jiān)果殼與仁間的壓力瞬時(shí)爆破,實(shí)現(xiàn)脫殼的目的,此法適宜于加工熟食品。(4)高真空度法:將堅(jiān)果放在真空爆殼機(jī)中,在真空條件下,將具有一定水分的堅(jiān)果加熱到一定溫度,在真空泵的抽吸下,堅(jiān)果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā) 而被去除,其韌性與強(qiáng)度降低,脆性大大增加;真空作用又使殼外壓力降低,殼內(nèi)部處于較高壓力狀態(tài)。在內(nèi)外壓力差的作用下,殼內(nèi)的壓2力達(dá)到一定數(shù)值時(shí),就會(huì)使外殼爆裂,使外殼脫去。(5)激光法:用激光逐個(gè)切割堅(jiān)果外殼。試驗(yàn)顯示,用這種方法幾乎能夠達(dá)到 100%的整仁率,但因其費(fèi)用昂貴、效率較低等原因,很難得到推廣。(6)超聲波法:采用超聲波發(fā)生器產(chǎn)生大于 20kHz 的超聲波作用在堅(jiān)果籽粒 外表面上,經(jīng)沖擊、碰撞、摩擦等多種力綜合作用進(jìn)行破殼?？蓱?yīng)用于果皮結(jié)構(gòu) 不太堅(jiān)硬的堅(jiān)果。(7)燃燒法:該法用液化氣火焰在高溫下將堅(jiān)果物料外殼燒掉,然后對(duì)未燒盡 的物料進(jìn)行擠壓刮皮,使仁、衣分離,將仁、衣一起進(jìn)入分離器,仁在此被分離出, 再將仁進(jìn)行清洗即可。這種方法脫殼率高,但燃燒溫度較難控制,很容易使物料熟化甚至焦化,這種脫殼工藝獨(dú)特,是國(guó)外技術(shù)專利,故整套設(shè)備價(jià)格昂貴。 (8)化學(xué)腐蝕法:化學(xué)脫殼主要是將待脫殼的堅(jiān)果浸入脫殼溶液中。 該溶液用來(lái)軟化物料外殼并溶去一部分外殼,然后取出果實(shí)再利用機(jī)械方式脫去外殼。這種方法需添加其它化學(xué)成分如堿、 酶等,這些添加物會(huì)使產(chǎn)品具有異味異質(zhì),影響 成品品質(zhì)風(fēng)味,但此方法整仁率較高。(9)復(fù)合型:對(duì)一些堅(jiān)果使用一種方法不能達(dá)到很好的破殼效果時(shí),可利用幾 種破殼原理,合理地組合在一起,以克服和彌補(bǔ)單一脫殼法的不足,實(shí)現(xiàn)堅(jiān)果的高 效脫殼 [2]。 在技術(shù)上還存在如下問(wèn)題: a)脫殼率低,脫殼后的籽仁破碎率高,損失大。 b)機(jī)具性能不穩(wěn)定,適應(yīng)性差。c)通用性差:多數(shù)脫殼機(jī)只適應(yīng)某一種籽粒的脫殼作業(yè),而不能夠通過(guò)更換主要 工作部件來(lái)適應(yīng)其他籽粒的脫殼,利用率低。 d)作業(yè)成本偏高:我國(guó)脫殼機(jī)械尚未形成規(guī)模和系列,多數(shù)是單機(jī)制造,制造的工藝水平較低,故制造成本偏高。e)有些產(chǎn)品僅進(jìn)行了樣機(jī)試制或少量試生產(chǎn),未進(jìn)行大量生產(chǎn)性考核和示范應(yīng)用, 作業(yè)性能、可靠性、耐久性及商品性等方面還存在不少問(wèn)題 [3]。2 核桃破殼機(jī)總體結(jié)構(gòu)核桃破殼機(jī)主要組成部分：入料口、上機(jī)殼、滾筒、機(jī)架等部分組成。整體組成如圖 1 所示：3圖 1 破殼機(jī)結(jié)構(gòu)圖入料口與核桃破殼機(jī)的上蓋部分相連，它是利用 2mm 厚的鋼板制成，入料 部位與滾筒的凸筋部位相切，將從入料口進(jìn)入的核桃，下滑到凸筋部位，由凸筋拋出進(jìn)行撞擊。上機(jī)殼與入料口固定連接，采用焊接方式連接，所用材料為 3mm 厚鋼板，下部與 15mm 厚鋼板焊接，與機(jī)架通過(guò)螺栓固定連接。 滾筒部分主要是由滾筒、凸筋、圓板焊接而成。核桃在滾筒和凸筋之間被拋出，使其撞在輻條篩上，落到脫殼室咽喉處，由滾筒與輻條篩擠壓破碎，破碎的核桃掉入下部出口。輻條篩起碰撞擠壓作用，它是由一定數(shù)量的圓鋼焊接在上機(jī)殼兩側(cè)鋼板上，每?jī)筛鶊A鋼之間的縫隙可以將核桃卡住，然后快速旋轉(zhuǎn)的滾筒將被卡住的撞破的核桃擠碎。機(jī)架由角鋼和鋼板通過(guò)焊接方式連接為整體，與上機(jī)殼通過(guò)螺栓固定。3 核桃破殼機(jī)的設(shè)計(jì)3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求滾筒需用一定的速度將核桃拋出并撞裂，再進(jìn)行擠碎。3.2 電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速根據(jù)資料得主軸的轉(zhuǎn)速在 300-700 轉(zhuǎn)/ 分，按《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》推薦的傳動(dòng)比合理取值范圍，取 V 帶的傳動(dòng)比 2～4，即可滿足電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配。由《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》查出三種適宜的電動(dòng)機(jī)型號(hào)，因此有三種不同的傳動(dòng)比方案，如表 3-1 所示：表 3-1 電動(dòng)機(jī)的型號(hào)和技術(shù)參數(shù)及傳動(dòng)比方案 電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率 P/kW同步轉(zhuǎn)速r/min滿載轉(zhuǎn)速r/min效率（%）電動(dòng)機(jī)重量（KG）功率因數(shù)1 Y90S-2 1.5 3000 2840 78 22 0.852 Y90L-2 2.2 3000 2840 82 25 0.8643 Y90L-4 1.5 1500 1400 79 27 0.79綜臺(tái)考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、重量以及帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比，可知方案 2 比較適合。因此選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 Y90L-4。所選電動(dòng)機(jī)的額定功率 P＝1.5kw，滿載轉(zhuǎn)速 n=1400r／min ，總傳動(dòng)比適中，傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。如表 3-2 所示：表 3-2 Y90L-2 主要參數(shù)如下表型 號(hào) 額定功率KW轉(zhuǎn)速r/min電流/A 效率（%）功率因數(shù) 額定電流 額定轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩Y90L-4 1.5 1400 3.65 79 0.79 6.5 2.2 2.2表 3-3 電動(dòng)機(jī)尺寸列表 （ ）m中心高H外形尺寸 HDACL???)2(底腳安裝尺寸 B地腳螺栓孔直徑 K軸伸尺寸ED?裝鍵部位尺寸 GF90 1905.43125410 50242084 帶及帶輪的設(shè)計(jì)根據(jù)核桃破殼機(jī)的具體傳動(dòng)要求，可選取電動(dòng)機(jī)和主軸之間用 V 帶和帶輪的傳動(dòng)方式傳動(dòng)，因?yàn)樵谄茪C(jī)的工作過(guò)程中，傳動(dòng)件 V 帶是一個(gè)撓性件，它賦有彈性，能緩和沖擊，吸收震動(dòng)，因而使破殼機(jī)工作平穩(wěn)，噪音小等優(yōu)點(diǎn) [4]。雖然在傳動(dòng)過(guò)程中 V 帶與帶輪之間存在著一些摩擦，導(dǎo)致兩者的相對(duì)滑動(dòng)，使傳動(dòng)比不精確但不會(huì)影響破殼機(jī)的傳動(dòng)，因?yàn)槠茪C(jī)不需要精確的傳動(dòng)比，只要傳動(dòng)比比較準(zhǔn)確就可以滿足要求，而且 V 帶的彈性滑動(dòng)對(duì)破殼機(jī)的一些重要部件是一種過(guò)載保護(hù)，不會(huì)造成機(jī)體部件的嚴(yán)重?fù)p壞，還有 V 帶及帶輪的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝，所以，在電動(dòng)機(jī)與核桃破殼機(jī)之間選用 V 帶與帶輪的傳動(dòng)配合是很合理的。選擇 V 帶和帶輪因當(dāng)從它的傳動(dòng)參數(shù)入手，來(lái)確定 V 帶的型號(hào)、長(zhǎng)度和根數(shù)，再來(lái)確定導(dǎo)輪的材料、結(jié)構(gòu)和尺寸（輪寬、直徑、槽數(shù)及槽的尺寸等） ，傳動(dòng)中心距（安裝尺寸） ，帶輪作用在軸的壓力（為設(shè)計(jì)軸承作好準(zhǔn)備） 。4.1 確定計(jì)算功率 （4-PKAca??1）其中： —工作情況系數(shù)—電動(dòng)機(jī)的功率查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書中的表 8-7 可知： =1AK5.1??caP4.2 選擇 V 帶的型號(hào)根據(jù)計(jì)算得知的功率 和電動(dòng)機(jī)上帶輪（小帶輪）的轉(zhuǎn)速 （與電動(dòng)機(jī)一樣的速度） ，查caP1n《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書圖 8-10，可以選擇 V 帶的型號(hào)為 Z 型。4.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑（1）初選主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑 ：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書，可選擇 V 帶的型號(hào)參考表1d8-6 和表 8-8，選取小帶輪直徑 =71mm。（2）計(jì)算 V 帶的速度 V：smndv 2.50647.3106??????V 帶在 ～ 的范圍內(nèi)，速度 V 符合要求。5sm取傳動(dòng)比為 3 轉(zhuǎn)速合適。5（3）計(jì)算從動(dòng)輪的直徑 2dmdi132??根據(jù)表 8-8 取 =224mm 2實(shí)際傳動(dòng)比 i=3.154.4 確定傳動(dòng)中心距 a 和帶長(zhǎng) L取 （4-)()(7.02121 dd????2）即： 4740??得： ma5688.9取： 0?帶長(zhǎng) （4-012104)()(2aDLd ?????3）即： 774.3??得： md158?按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書中查表 8-2，選擇想近的基本長(zhǎng)度 可查得： 。dLmd1250?實(shí)際的中心距可按下列公式求得：396215804200 ?????dLa.3.715maxin?d中心距范圍 377.25－433.50mm。4.5 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角（4-012017.58????4）即： ?5.196394001 ??求得 ： 滿足 V 帶傳動(dòng)的包角要求。25.＞a4.6 確定 V 帶的根數(shù) V 帶的根數(shù)由下列公式確定： （4-kpkpZlac????)(005）其中 ： —單根普通 V 帶的許用功率值 0p(w—考慮包角不同大的影響系數(shù)，簡(jiǎn)稱包角系數(shù)?k—V 帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度系數(shù)，取 。l 1.?lk—計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，單根普通 V 帶所能傳遞的功率的增量。0?由 和 查表 8-4a 得min/284rn?d71?kp5.0由 和 i=3.15 查表 8-4b w4?查表取值： 95.?k.lk（4-69.0)(0??Lrp5）6所以： 6.2??rcapZ即： 取 根。.34.7 確定帶的初拉力 單根 V 帶適當(dāng)?shù)某趵? 由下列公式求得0F20k-5.2qvzpFca????）（其中： —傳動(dòng)帶單位長(zhǎng)度的質(zhì)量，qmkg即： N50.732.10.52.1039.4)(0 ???4.8 求 V 帶傳動(dòng)作用在軸上的壓力為了設(shè)計(jì)安裝帶輪軸和軸承，比需確定 V 帶作用在軸上的壓力 ，它等于 V 帶兩邊的初拉力Q之和，忽略 V 帶兩邊的拉力差，則 值可以近似由下式算出：Q即： NFZP 93.42sin2)(0min????5 V 帶帶輪的設(shè)計(jì)5.1 帶輪的材料選擇因?yàn)閹л喌霓D(zhuǎn)速 ，即 ，轉(zhuǎn)速比較底，所以材料選定為灰鑄鐵，硬度sv5.1smv5＜為 。10HT5.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑，選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的型號(hào)來(lái)確定帶論輪槽的尺寸，設(shè)計(jì)如下：主動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)選擇 因?yàn)楦鶕?jù)主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑尺寸 ，而與主動(dòng)帶輪配合的md71?電動(dòng)機(jī)軸的直徑是 ，因此根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式 ，所以主動(dòng)帶輪采用實(shí)心md24?d）＜ （ 3~5.21式。帶輪參數(shù)的選擇：通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書，可以確定主動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，結(jié)構(gòu)參數(shù)如下表，其他的相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算求得?！ ”?5-1 帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 單位（mm）槽型 dbminahinfe minf??Z 8.5 2 7 12±0.3 7 13 ?34主動(dòng)帶輪的厚度可以由計(jì)算公式： （5-dL??)2~5.1(1）即 ： mL48?主動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)如圖 5-1：7圖 5-1 主動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)5.3 從動(dòng)帶輪的設(shè)計(jì)從動(dòng)帶輪的結(jié)果選擇 因?yàn)楦鶕?jù)主動(dòng)帶輪的基準(zhǔn)直徑和傳動(dòng)比來(lái)確定，即 ，md24?，所以從動(dòng)帶輪采用腹板式。md302＜從動(dòng)帶輪的參數(shù)選擇：通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書，可查得帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)間表，其他一些相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算求得?！ ”?5-2 帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 單位（mm）槽型 dbminahinfe minf??Z 8.5 2 7 12±0.3 7 13 ?34從動(dòng)帶輪的厚度可以由計(jì)算公式：（5-2）dB??)~5.1(當(dāng) B＜1.5d 是，L=B 求得即 ： mL48從動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)如圖 5-2：8圖 5-2 從動(dòng)帶輪的結(jié)構(gòu)6 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸是核桃破殼機(jī)的主要設(shè)計(jì)部件之一，它在核桃破殼機(jī)正常工作過(guò)程中，承擔(dān)主要轉(zhuǎn)矩、扭矩、彎矩和支撐傳動(dòng)軸上的回轉(zhuǎn)零件，核桃破殼是瞬時(shí)沖擊很大，而且沖擊次數(shù)很頻繁的工作環(huán)境，因此傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)是很關(guān)鍵的一個(gè)步驟 [5]。它的主要公用是：一是支持軸上所安裝的回轉(zhuǎn)零件，使其有確定的工作位置；而是傳遞軸上的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。軸按照軸線形狀的不同，可以分為曲軸、直軸、軟軸和撓形軸等，根據(jù)核桃破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和組成形狀及工作強(qiáng)度和環(huán)境的要求，核桃破殼機(jī)的主軸選用直軸形式傳遞，而且選用直軸中的階梯軸。此軸的設(shè)計(jì)如下：根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度來(lái)初步計(jì)算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗(yàn)公式：（6-30npAd?1）其中： —軸常用的幾種材料的 的 值0??T?0A—主軸上的功率 kw—主軸上的轉(zhuǎn)速 nminr軸上的材料由《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》一書中表 18—1 可以查到，應(yīng)選取調(diào)質(zhì)處理的 45 號(hào)鋼，，書中表 18—2 取 ，于是得 ： MPB650??0?（6-d1845.13min??2）輸出軸上的最小直徑顯然是安裝帶輪的內(nèi)孔，必在軸上開有鍵槽，因此，為了開鍵槽又不消耗輸出軸的強(qiáng)度，可以使周的直徑增加 7%以上，這樣增加輸出軸的尺寸，因而可以提高軸的工作強(qiáng)度。即： md26.19%)7(18)7(?????主輸出軸的最小直徑是安裝帶輪處的直徑，為了使所選的軸直徑與帶輪相配合，故使輸出軸端的軸徑選為 20 。m在《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》一書。查表可以得知帶輪的厚度 ，則取輸出軸的次段軸徑為mB48?，其長(zhǎng)度為 。20?56.1 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度為了滿足帶輪的軸向定位要求，Ⅰ—Ⅱ軸段右端需要制出一個(gè)軸肩，故取Ⅱ—Ⅲ段的軸直徑，輸出軸的徑向定位由普通平鍵來(lái)完成。d49選用鍵的型號(hào)為普通平鍵 為 。鍵的型號(hào)可以通過(guò)查《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》lhb?406?一書取得。6.2 初步選擇輸出軸系 由破殼機(jī)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸可知所設(shè)計(jì)的軸上裝有帶輪和滾筒，其上的凸筋，但由于受力不大可以忽略它的受力。又根據(jù) ，初步選取支撐的軸承為深溝球軸承，在《機(jī)械設(shè)實(shí)用md25?冊(cè)》查得深溝球軸承的型號(hào)為 6305，它的結(jié)構(gòu)尺寸 為 ，選軸承座型號(hào)BDd?17625?SN305，?、蟆?Ⅳ段與Ⅴ—Ⅵ段的直徑相等，即 。32?考慮到機(jī)體的制造誤差等原因造成的安裝錯(cuò)位或是借口不齊等，滾動(dòng)軸承應(yīng)在機(jī)體內(nèi)有一段移動(dòng)的位移，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可等位移量 。s8取安裝滾筒的軸Ⅳ—Ⅴ段的直徑為 ，軸承與軸肩用軸端擋圈固定，左、右兩端采40用的軸承用軸承座固定軸承，配合為 ，其上滾筒，已知滾筒長(zhǎng)為 。67kHm740軸的基本結(jié)構(gòu)如圖 6-1：圖 6-1 軸的結(jié)構(gòu)6.3 確定輸出軸上的圓角半徑 值 r按前面所述的原則，求出軸肩處的圓角半徑 的值，詳細(xì)見(jiàn)圖。r軸端倒角在軸的兩端均為 ，小軸肩為 軸肩的作用是使階梯直軸在軸徑改變截0452?045.1?面上減小應(yīng)力集中。6.4 按彎扭合成條件校核軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的強(qiáng)度（既危險(xiǎn)截面 c 的強(qiáng)度） 。6.4.1 作軸的簡(jiǎn)圖圖 6-2 軸簡(jiǎn)圖6.4.2 求輸出軸上的所受作用力的大小根據(jù)公式： （6-npT??9503）10其中： —電動(dòng)機(jī)的額定功率 pkw—主軸的轉(zhuǎn)速 nminr即： NT????73.145.9506.4.3 滾筒上的合力根據(jù)公式： （6-dFt24）其中 ： —輸出軸的軸心到凸筋的距離即 ： Nt 06.597134??根據(jù)受力分析即 ： Ftr.由于核桃破殼機(jī)的主軸軸向不受力。 則取 0?aF圓周力 徑向力 軸向力 的方向如圖 6-3 所示：tra圖 6-3 水平方向受力與彎矩6.4.4 軸上水平面內(nèi)所受支反力根據(jù)公式： （6-321LFtH???5）其中： —是輸出軸上Ⅲ—Ⅳ段的中心線到Ⅳ—Ⅴ段距左端三分之一處的距離2L—是輸出軸上Ⅳ—Ⅴ段距左端三分之一處到右端Ⅴ—Ⅵ段中心線之間的距離 3即 ： NFH5.981?根據(jù)公式： 求得 12HtF?即 ： .6.4.5 軸在垂直面內(nèi)所受的支反力根據(jù)公式： （6-3231 )(*Lrv???6）11即 ： NFv23.451?根據(jù)公式 ： （6-1vr?7）即 ： v8.26.4.6 作彎矩圖 在水平面內(nèi)，軸上 、 、 三點(diǎn)的彎矩為 ：BCD根據(jù)公式 ： 0?HM求得21LFHD??即： mNC?48.作水平面內(nèi)彎矩圖如圖 1（b）所示在垂直面內(nèi)，軸上 、 、 三點(diǎn)的彎矩為 ： AB根據(jù)公式 ： 0?CV求得31LFv?即 ： MCv??.4781根據(jù)公式 ： 求得23122 *)(*LFNVVv ??即 ： mNv?.62作垂直面內(nèi)彎矩圖如圖 6-4 所示：圖 6-4 垂直方向受力和彎矩合成的彎矩為 ：0?CBMmNVH??35.189421v62作軸的合成彎矩圖如圖 6-5 所示。12圖 6-5 總彎矩圖6.4.7 作扭矩圖根據(jù)公式 ： （6-npTCB??9508）即 ： mN??73.145.其中 ： —電動(dòng)機(jī)的額定功率 pkw—主軸轉(zhuǎn)速 nminr0?DT作軸的扭矩圖 6-6 所示：圖 6-6 扭矩圖6.5 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當(dāng)量彎矩的強(qiáng)度（既危險(xiǎn)截面 c 的強(qiáng)度） 。由經(jīng)驗(yàn)公式及上面計(jì)算出的數(shù)值可得出。公式 ： （6-??acac MPWTM???????22)(9） 式中 ： —軸的抗彎拋面模量， 3m—軸的許用應(yīng)力， 。??a按軸實(shí)際所受彎曲應(yīng)力的循環(huán)特性，在 、 、 中選取其相應(yīng)的數(shù)值，從《機(jī)??b1?b0??b1?械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》可以查出。 acac MPWM5.401.082593????按《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》書中查得，對(duì)于 的碳鋼，承受對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的許用6B?a13應(yīng)力 。??acaⅢMPP51.405???其他截面雖然引起的應(yīng)力集中削弱疲勞強(qiáng)度，但由于最小直徑按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以無(wú)需校核。7 滾筒的設(shè)計(jì)滾筒是核桃破殼機(jī)的主要部件之一，它直接關(guān)系到核桃破殼機(jī)正常工作時(shí)整體的破殼效果情況。滾筒主要由三部分組成：鋼管、鋼筋、連接圓板。三者固定為整體，采用焊接方式連接。它的功能是采用滾筒上的凸筋，均勻快速的轉(zhuǎn)動(dòng)情況下，將進(jìn)入的核桃拋出，被拋出的核桃與輻條篩撞擊破裂，當(dāng)其進(jìn)入脫殼室咽喉出被凸筋與輻條篩擠壓破殼。凸筋是數(shù)條鋼筋焊接在滾筒上的，圓筒用的是鋼管，圓筒兩端通過(guò)圓鋼板使?jié)L筒與軸通過(guò)焊接方式連接在一起，核桃破殼機(jī)的主要功能是碰撞擠壓破殼，而滾筒在工作中起到了重要作用，因此，滾筒是破殼機(jī)的設(shè)計(jì)的主要部件。滾筒和輻條篩與核桃擠壓部分的硬度對(duì)破殼有影響，若硬度太低,滾筒及輻條篩容易磨損和產(chǎn)生變形,使用壽命縮短。若硬度太大,則彈性差,對(duì)核桃擠壓力大容易傷核桃仁,同時(shí)變形小,影響破殼。試驗(yàn)結(jié)果證明,采用 HRC 硬度為 40~50 的 45 鋼較合適。圖 7 滾筒8 圓盤的設(shè)計(jì) 圓盤是將滾筒與主軸固定的主要部件，它不僅起連接作用，而且還可以承擔(dān)滾筒和主軸傳遞的力矩和彎曲及扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，它位與滾筒的兩端，且采用焊接式連接，同時(shí)與主軸也要相對(duì)固定，采用焊接的連接方式，因此，圓盤的設(shè)計(jì)也是滾筒強(qiáng)度高低的要部件。由《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》一書，查得圓盤的材料采用剛度和強(qiáng)度較好多 45 鋼制成，其直徑 ，圓盤中心應(yīng)裝套md270?在主軸的直徑上（ ） ，因此，圓盤的中心應(yīng)設(shè)定為 的孔，以便安裝在軸上，md40?41?圓盤的厚度選為 。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 8 所示：514圖 8 連接圓板9 入料口及破殼機(jī)上蓋的設(shè)計(jì)入料口是將核桃填入核桃破殼機(jī)機(jī)體內(nèi)的一個(gè)重要部分，它是核桃破殼機(jī)上的一個(gè)部件，它的作用在于通過(guò)入料口可以將核桃順利的填入機(jī)體內(nèi)，而且不會(huì)將核桃從入料口飛濺出來(lái)，造成人員傷害等事故發(fā)生，而且在填入的過(guò)程中或是填入后的工作過(guò)程中，破殼機(jī)機(jī)能安全的工作，因此，核桃破殼機(jī)的入料口的設(shè)計(jì)，即關(guān)系到核桃破殼機(jī)的工作質(zhì)量及安全 [6]。在設(shè)計(jì)核桃破殼機(jī)入料口時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮到設(shè)計(jì)不當(dāng)可能發(fā)生的危害，需要精心的設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)。因?yàn)樵趯⒑颂姨砣肫茪C(jī)時(shí)，電動(dòng)機(jī)在高速的旋轉(zhuǎn)，連同它的主軸一起旋轉(zhuǎn)，這種填料方式對(duì)主軸、對(duì)機(jī)體都有很大的副作用，有可能瞬時(shí)加大主軸的承擔(dān)負(fù)載，即同時(shí)加大主軸的彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等，如果入料口的填料方式不利于主軸的工作，就會(huì)加大了滾筒上的凸筋的磨損和老化等。如果入料口的設(shè)計(jì)不當(dāng)，會(huì)造成主軸的瞬時(shí)被卡死，電動(dòng)機(jī)悶車等現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象對(duì)電動(dòng)機(jī)和核桃破殼機(jī)的主軸有及大的破壞性。核桃破殼機(jī)的入料口與破殼機(jī)的上蓋相連接為一體，即入料口安裝在核桃破殼機(jī)的上蓋上，兩者均采用 2mm 的薄鐵板制成，焊接連接，核桃破殼機(jī)的上蓋成方形。上蓋上的入料口設(shè)計(jì)很重要。核桃破殼機(jī)的上蓋的兩端部位、入料口的兩側(cè)及中間部位，均采用鐵條加固，其連接的方式采用焊接，這樣可以提高核桃破殼機(jī)的上蓋的剛度，不宜變形，同樣也有支撐作用。破殼機(jī)的上蓋整體焊接兩個(gè)角鐵上，目的是便于與破殼機(jī)的下半部分安裝，將破殼機(jī)上蓋的緣地腳與角鐵焊接相連，角鐵采用的厚度為 ，長(zhǎng)度為 810mm，起加固作mh3?用的鐵條同樣焊接在兩個(gè)角鐵上，以加堅(jiān)固。在核桃破殼機(jī)上蓋的兩端設(shè)有兩個(gè)半圓形狀的鐵板，其采用的材料是一樣的，目的一是保障工作人員的安全，因?yàn)樵谄茪C(jī)正常工作時(shí)，它的主軸高速旋轉(zhuǎn)，如果沒(méi)有兩打的鐵板擋住，有可能工作人員不甚將手或衣服絞進(jìn)破殼機(jī)中，造成人員傷亡等事故發(fā)生。二是阻擋破殼后的核桃飛濺，核桃被破殼機(jī)破殼后，由于主軸的高速旋轉(zhuǎn)擊打破殼下的核桃四處飛濺，致使核桃不能很好的收集起來(lái)，如果核桃破殼機(jī)上蓋的兩端沒(méi)有著兩快鐵板的攔擋，同時(shí)飛濺的核桃碎殼也給工作人員帶來(lái)危險(xiǎn)，因此核桃破殼機(jī)上蓋兩端的擋板設(shè)計(jì)是必要的，也是必須的 [7]。而且，根據(jù)它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，擋板在核桃破殼機(jī)安裝中是縱向布置的，兩個(gè)擋板都應(yīng)該騎壓軸承座，即擋板的設(shè)計(jì)即要考慮到它與破殼機(jī)上蓋的連接又要考慮到它與軸承座的配合，而且，兩端開口，它與軸承相交處的形狀根據(jù)軸承來(lái)確定，其結(jié)構(gòu)如圖 9 所示：15圖 9 上機(jī)殼10 機(jī)架的設(shè)計(jì)機(jī)架是核桃破殼機(jī)的主要支撐部件，機(jī)架的堅(jiān)固是核桃破殼機(jī)的工作穩(wěn)定、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)的基礎(chǔ)，它是承擔(dān)所有來(lái)自軸及電動(dòng)機(jī)、滾筒的沖擊和應(yīng)力，因此機(jī)架無(wú)論是從結(jié)構(gòu)上還是從材料上，都應(yīng)該采用堅(jiān)固的穩(wěn)定的材料和樣式制成。就此核桃破殼機(jī)來(lái)說(shuō)，它的沖擊載荷和內(nèi)部的應(yīng)力偏低，電動(dòng)機(jī)達(dá)到動(dòng)力偏小，以及所選用的機(jī)型比較輕便，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊(cè)》一書，查得的設(shè)計(jì)材料可采用角鐵支撐，角鐵支撐的好處在于：在角鐵材料本身所支撐的載荷范圍條件下，不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，雖然有較小的彈性變形，也不會(huì)影響破殼機(jī)機(jī)機(jī)體的堅(jiān)固、穩(wěn)定的效果，盡管在核桃破殼機(jī)正常工作的情況下，也不會(huì)影響核桃破殼機(jī)的整體效果 [8]。選擇角鐵的厚度為 。m4在機(jī)架上有兩段橫梁，要求它的工作強(qiáng)度大，承載能力強(qiáng)，受沖擊載荷、彎矩、扭矩不會(huì)變形，因此這兩端橫梁選為角鐵的厚度為 ，這樣的材料來(lái)支撐核桃破殼機(jī)的主要載荷部分。核4桃破殼機(jī)的機(jī)架上安裝有一出口，目的是當(dāng)破殼機(jī)將核桃破殼后，核桃從脫殼室中漏出，落到出出口上，核桃順著斜板下滑，從而滑出機(jī)體之外，達(dá)到將核桃破殼的完成，而隨時(shí)地將核桃排出機(jī)體之外，它的材料也同樣是選用 2mm 后的鐵板制成。從機(jī)架的整體來(lái)看，機(jī)架的選料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、受力的部署及破殼核桃的排出，可以看出核桃破殼機(jī)的機(jī)架是滿足要求的，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 10 所示：圖 10 機(jī)架16小 結(jié)農(nóng)業(yè)機(jī)械化是發(fā)展的方向,是減輕勞動(dòng)者的強(qiáng)度,節(jié)省時(shí)間,提高效率的較好途徑.核桃破殼機(jī)是核桃破殼加工的機(jī)器,起主要功能是將核桃仁與核桃殼分開,達(dá)到核桃破殼的目的,此產(chǎn)品是一種先進(jìn)的機(jī)型,生產(chǎn)率較高,而且單位時(shí)間內(nèi)生成效率高,是現(xiàn)在市場(chǎng)上應(yīng)用前景很廣的產(chǎn)品,但是,此產(chǎn)品也有一些不足之處,比如它的破殼率,破殼效果等缺點(diǎn),但對(duì)于核桃破殼的效率確是得到了提高,其主要優(yōu)勢(shì)是效率高。因此,在今后還要對(duì)核桃破殼機(jī)的開發(fā),使核桃破殼機(jī)更加完善,效率高。17致 謝經(jīng)過(guò)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)忙碌之后，設(shè)計(jì)最終完成，設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到許多的問(wèn)題，在眾多老師和同學(xué)的幫助下予以解決。首先要感謝張宏老師對(duì)我的指導(dǎo)和督促，在設(shè)計(jì)過(guò)程中張宏老師不僅給我指出了正確的設(shè)計(jì)方向，而且還使我加深了對(duì)知識(shí)的理解，同時(shí)也避免了在設(shè)計(jì)過(guò)程中走彎路，張宏老師的督促使我一直把畢業(yè)設(shè)計(jì)放在心里，保證按質(zhì)按量的完成；還要感謝同組同學(xué)，是大家相互幫助，相互交流，解決存在的一些問(wèn)題，使我能夠按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。大學(xué)生活即將畫上句號(hào)，在這四年中我是充實(shí)的、快樂(lè)的，在這里感謝我的母?！锬敬髮W(xué)的辛勤培育，感謝學(xué)校給我提供了如此難得的學(xué)習(xí)環(huán)境和機(jī)會(huì)，使我學(xué)到了許多新的知識(shí)、知道了知識(shí)的可貴與獲取知識(shí)的辛勤。18參考文獻(xiàn)[1]史建新,高大中,王學(xué)農(nóng).6HP-150 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