水果清洗機設計【全套設計含CAD圖紙、SW三維模型】

材料加工技術 167（2005）515-528應用超精密機床的設計制造的小型和微型元件摘要：目前，潛在的必需品的可預測性，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)濟制造形狀復雜的小型/微型產(chǎn)品在超精密機床設計也提出了新的挑戰(zhàn)。在本文中，超精密機床的設計介紹描述其關鍵的機械元件和機床設計程序。重點是審查和評估國家的最先進的超精密加工工具。這也說明了微型/微型產(chǎn)品的應用前景。指出了機床開發(fā)，模具，工件材料和加工工藝的發(fā)展趨勢。關鍵詞：超精密機器的設計；超精密加工；小型和微型元件制造；三維微觀結構和設備；臺式超精密機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)品的質量和可靠性，但也使得可能的全新產(chǎn)品，尤其是在機電一體化，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，手機，微創(chuàng)醫(yī)療器械作為生物技術或化學處理設備。高功能密度和減少尺寸和重量，使小型和微型產(chǎn)品更具競爭力。作為結果，小型和微型元件和產(chǎn)品的市場保持了高增長的潛力。最近已經(jīng)出現(xiàn)了新的要求，在制造微型/微型產(chǎn)品，如三維復雜形狀或自由曲面的微觀結構和組件的制造。據(jù)發(fā)現(xiàn)，這些微觀結構具有一些特殊的功能，包括導光，抗反射和自我清潔等的微觀結構將進一步提高性能，實時三維微型結構和自由曲面的制造小型和微型。此外，真正的 3D 微型結構和自由曲面的加工也帶動多種功能于一體，產(chǎn)品的集成。目前，MEMS 是微型元件的主要動力之一。硅是一種 MEMS 或微古典材料，但許多其他材料也同時出現(xiàn)了越來越多的應用領域，這是成為微電子產(chǎn)品.例子有關，作為一個新興的 MEMS 應用領域的生命科學需要玻璃，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)品的一個重要手段，它仍然在制造微型/微型產(chǎn)品的可預測性，可生產(chǎn)性和生產(chǎn)力的大問題，特別是對于那些小型和微型元件/與復雜的表面形式/形狀的產(chǎn)品。超精密機床的設計和加工技術，將不得不進行更改，以便實現(xiàn)快速和經(jīng)濟的制造，并確保這些組件和各種工程材料產(chǎn)品的機器和技術方便更廣泛的受眾（包括中小型企業(yè)）精密工程。在本文的重點將是超精密機床的設計，特別是小型和微型組件/產(chǎn)品的制造。設計準則機及其關鍵要素，將和市售機開始嚴格審查。微捏造的應用將說明和設計替補型超精密機及其應用，將進一步探討。這些論文將結束了在學科領域的未來發(fā)展趨勢的討論。2 超精密機床的設計圖 1 說明了一個三軸超精密銑機（芬歐匯川），設計和建立在亞琛的 IPT[3]。至于其他的超精密機床，它包括四大子系統(tǒng)。他們是機械結構，主軸及驅動系統(tǒng)，控制器和系統(tǒng)，測量和檢驗系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)是必不可少的，即使是在模具及加工技術也同樣重要的。2.1．機械結構機械結構包括固定和移動機構。固定機構包括機底座，立柱和主軸箱住房等，它們通常都帶有移動的物體，如工作表，幻燈片，紗錠和車廂。結構設計是至關重要的，因為一臺機器的結構提供了機器的所有部件的機械支撐。當考慮在機械設計作為一個系統(tǒng)的背景下，一些主要的設計問題，包括 [4]：?剛度和阻尼;?結構配置;?結構連接;?結構的動態(tài)性能（如熱穩(wěn)定性和響應外部勢力）。與移動軸和運行的穩(wěn)定性的正常運作方面的結構設計將遵循以下原則：?結構性高環(huán)剛度：結構循環(huán)包括主軸，軸承和住房，滑道和車架，驅動器，刀具和工夾具。所有的機械部件，并在傳播路徑中加入從驅動器中的反應來看，如最終效應（刀具）或重心，必須具有較高的剛度，根據(jù)負載變化 [5]，以避免變形。?良好的阻尼性能，這可以通過選擇機床導軌材料高阻尼能力的材料或結構的空腔填充鉛粘性和質量阻尼或質量阻尼混凝土桿和油。如剪力板和調(diào)諧質量阻尼器的一些方法，也可以應用到潮濕的結構 [4]。?對稱性和閉環(huán)結構配置：“T”型配置普遍用于超精密車削和研磨機。近日，在英格蘭的不良貸款提出了一種新的四面體結構已被應用在超精密研磨機 Tetraform 的 C。它采用閉環(huán)進行所有負載的內(nèi)部阻尼的空間框架。設計產(chǎn)生非常高的靜態(tài)剛度，加上出色的動態(tài)剛度 [6]。?熱彈性結構的循環(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：通過使用控制技術的補救辦法，而不是結構設計的角度來看，減少熱變形。該方法包括分離機和流程的熱源，迅速驅逐機內(nèi)產(chǎn)生的熱量，并保持使用的液體在一個恒定的溫度，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，消除熱相關的錯誤。例如，LODTM 是封閉在一個容器內(nèi)的空氣溫度保持在 20±0.010?C。測量幀從 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體，在溫度控制水發(fā)給刪除之前，它會導致過度變形，軸承產(chǎn)生任何熱量。由于采取了這些措施的結果，由于熱變形在 24 小時內(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器的情況下的干擾，例如：從地板的震動，波動的室溫，熱轉移[7]從其他機器，浮塵等。機床材料的選擇是在確定最終的整機性能的關鍵因素之一。很多標準，可以考慮，包括穩(wěn)定的時間，比剛度，同質化，制造難易和成本等 [5]。鑄鐵和花崗石是最廣泛用于機器的基礎材料和滑道，因為其良好的耐磨性，低的熱膨脹，低應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是，它可以吸收潮濕，所以它在干燥的環(huán)境中使用。對于這個原因，許多建設者用環(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)格機床。在某些應用情況下，較低的熱膨脹系數(shù)和高維穩(wěn)定的結構材料已使用在那些超級因瓦，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床主軸運動誤差的關鍵因素，因為將有顯著的影響表面質量和加工components.The 最常用的精密機床主軸的精度空氣靜壓主軸和靜壓主軸。它們都具有高運動精度和高轉速 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荷能力而靜壓主軸往往在大型重載精密機床在機床應用。近日，槽技術已被用于在空氣軸承的設計。溝槽的混合空氣軸承結合了空氣靜力和空氣動力學的設計原則，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)的軸承設計 [9]通過孔板節(jié)流產(chǎn)生的。氣動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不穩(wěn)定的基本機制，通常會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精密芬歐匯川 [10]。結合外部加壓型軸承，最高轉速 100,000 rpm 和 30 N / m 的徑向剛度與總運動誤差小于 100 nm[10]在徑向方向取得的螺旋槽技術。空氣軸承導軌，空氣/磁軸承滑道，油靜壓軸承滑道和空氣軸承轉臺被廣泛使用，因為他們在國家的最先進的超精密機床是高的議案的精確性。靜壓軸承的能力，通常用在因為他們的高負荷能力的大型機床，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.驅動器分為機床主軸和進給驅動的運行機制。主軸驅動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旋轉的主軸。電動交流電動機和直流無刷電機的高速主軸始終建成主軸，以減少由主軸電機聯(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床。壓電致動器是一種短行程執(zhí)行機構。這是非常有前途的應用在轉盤驅動和導軌的驅動器，因為其高的議案精度和廣泛的響應帶寬。目前，壓電陶瓷驅動器已應用于設計的優(yōu)良工具定位為了獲得高精度的議案刀具。結合機械柔性鉸鏈的壓電致動器經(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，如激光反射鏡的結構和非旋轉對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]。直線電機直接驅動和摩擦驅動兩種超精密機床工具.Friction 驅動器上使用的長沖程驅動器是非?？深A測和可重復性，由于規(guī)定水平的預緊力，在靜定輪接觸，從而在光滑的表面加工光學優(yōu)越。摩擦驅動器之一，是很好的應用與摩擦輪驅動為 X 軸，形狀精度小于 0.2 m/100mm 作為實現(xiàn)對芬歐匯川 [11]。直線電機驅動器可提供系統(tǒng)設計者一個優(yōu)雅的替代它們產(chǎn)生的直接直線運動，因此消除了轉換機制，如需要作為導致剛度，加速度，速度，平滑議案，準確性和可重復性方面可能更好的性能，螺絲，皮帶傳動和齒條和小齒輪，等 [28]。2.4.控制控制子系統(tǒng)包括電機，放大器，開關和激發(fā)在一個受控的順序和時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)同步伺服驅動器，但也熱和幾何誤差補償，優(yōu)化工具設置和形狀方程（避免冗長的后處理直接進入）[8]。應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。利用先進的基于 PC 的控制系統(tǒng)將在未來的發(fā)展趨勢是低成本的超精密機床。2.5.計量和檢測系統(tǒng)計量和檢測系統(tǒng)是超精密加工的基礎上，在工業(yè)上得到廣泛應用。另一方面，更高層次的計量和檢測精度保證，也是對未來工程行業(yè)要求的精度更高的驅動超精密加工。快速，準確的定位刀具對工件表面和監(jiān)測工具條件由操作者的視覺，應納入檢查制度，尤其是上線運行的目的。激光計量納入機床被廣泛用于飼料和位置控制在該決議納米或亞納米級水平。電容計，線性可變差動傳感器（LVDT）和 photoeletronic 傳感器通常是在小的工作距離的納米位移檢測 [8]。在這里，它采用激光的干涉測量系統(tǒng)如圖 3，作為一個案例研究。刀尖必須精確圖 3 建設 LODTM 表面滑動位移測量裝置：（1）上光學框 3 干涉儀在真空系統(tǒng);（2）探測器（三），（3）分光鏡（4）擺動鏡（5）波紋管，真空系統(tǒng)內(nèi)的 6 個地點;干涉蓋（6）（4）和探測器（4）內(nèi);（7）梁蓋（8）光學臺（9）Z 軸直尺（10）X 軸直尺;（11 激光光學單元）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，一個工具欄的每一側，作為運動學引用。要測量的位置在 X方向，兩束是針對每個直尺（即共四梁）。工具欄使用上下激光俯仰角誤差被糾正梁，而平均測量值來自雙方是用來消除軸對稱造成的錯誤框架 [12]擴展。在 Z 方向的測量工具的高度，1 針對激光束對一雙的直尺平行運動平衡和鏡表（盡可能靠近底部的工具欄盡可能的刀尖）第三，在 Z 方向的激光束測量工具的位置。早期的激光束對在 Z 方向是用來消除錯誤的工具欄 X 軸旋轉 [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特殊的設計測量，即激光束管道包含一個真空 [12]。圖 3.建設 LODTM 表面滑動位移測量裝置：（1）上光學框 3 干涉儀在真空系統(tǒng);（2）探測器（三），（3）分光鏡（4）擺動鏡（5）波紋管，真空系統(tǒng)內(nèi)的 6 個地點;干涉蓋（6）（4）和探測器（4）內(nèi);（7）梁蓋（8）光學臺（9）Z 軸直尺（10）X 軸直尺;（11 激光光學單元）晚餐（12）SP125 氦/氖激光（13）氦/氖激光與穩(wěn)定碘（14）反饋探測器。2.6.超精密機床的主要特點超精密機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結構;?高的熱穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性;?低震動;?軸;運動精度高；?控制精度高。2.7.超精密機床的設計過程正如圖所示 4 超精密機床的設計要求五個基本步驟：任務的定義，概念設計，布局設計，詳細設計和設計后續(xù) [4]，但完整的設計過程中，總是反復的，并行的，非線性的，多學科和不限成員名額，任何創(chuàng)新和理性思考和任務定義提高的目的是，以確定本機的功能和規(guī)格。超精密機床的功能要求可能解決幾何學，運動學，動力學，電力需求的考慮，材料，傳感器和控制，安全，經(jīng)濟生產(chǎn)，裝配，質量控制，運輸，維護，成本和日程等，在這個階段，它需要進行評估的國家的最先進的技術，使設計更加競爭力和成本是合理的。幾個規(guī)格迭代后，將確定最終規(guī)格。以下的概念設計，機械設計的創(chuàng)新是非常重要的。腦力激蕩是最通常被認為產(chǎn)生概念設計的方法[4]。在這個階段這是由運動學分析，熱機械分析，可以提出幾個設計方案靜態(tài)分析，動態(tài)分析和控制系統(tǒng)的分析。分析的結果，連同錯誤的預算和成本估算，將被用于檢查一致性機器的規(guī)格，并最終選擇最佳的設計方案。一旦完成概念設計的設計方案可以制定詳細的設計。在詳細設計階段，它將完成機械系統(tǒng)設計，控制器，傳感器和電子系統(tǒng)，電氣，液壓和氣動支持系統(tǒng)的設計。詳細設計完成后，仍有許多工作需要做為了使設計的成功，包括開發(fā)測試和用戶的支持方案，更新設計和文件等。 [4]。的應用需求和應用于模具和加工技術的不斷投入到設計過程中。3. 目前的超精密機床本節(jié)將簡要介紹幾個商業(yè)提供典型的超精密機床，光展示最先進的超精密機床的狀態(tài)在同行業(yè)中應用的工具。3.1.金剛石車床單點金剛石車削一直穩(wěn)定性好且使廣泛的非鐵金屬，晶體和聚合物制造技術。 nanotch350 轉換發(fā)光（摩爾納米技術系統(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 350 毫米擺幅能力。在這里，作為一個例子 NANOFORM 350 轉換發(fā)光解釋其特點.這種兩軸超精密車床的特點是“T”型軸配置。正如圖所示。 5 x 滑動沿 X 方向移動，主軸箱，而金剛石刀具沿 Z 方向移動，由 Z 幻燈片 [13]，是建立在機器底座和垂直兩個幻燈片給對方。他們也都在同一高度，從而提高運動精度。 350 納米轉換發(fā)光采用高剛度靜壓導軌，國家的最先進的線性與正弦驅動放大器和 6000 轉速重型槽補償與長期熱穩(wěn)定性的液體冷卻空氣軸承的工作主軸電機[14]。隨著納米技術在電光學 350UPL 組件，航空航天，消費電子和計算機產(chǎn)業(yè)可以被加工表面光潔度好（在幾個納米）和形狀精度高（幾十納米）。上轉換發(fā)光納米 350 可選磨光學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（摩爾納米技術系統(tǒng)有限公司）是一個典型的多軸金剛石砂輪機。它是能夠產(chǎn)生任意形光表面（包括非球面和非軸對稱）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 500FG 有三個線性軸。他們是獨立安裝的 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。工作主軸的運動精度是低于 50納米?；剞D工作臺（B 軸）被用來進行磨削主軸。當更換磨削主軸用金剛石工具，機器也能轉動操作 [15]。納米 500FG 能夠生成組件非軸對稱和軸對稱的幾何圖形，如球面，非球面，圓柱形光學，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構，超精密磨床鈥擯 icoAce 機新型錐體空間框架結構的載入點有限公司委托最近。 PicoAce 移平磨適合或凸工作臺面最大脴 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]，主要機元素：杯形砂輪磨削主軸，旋轉工作臺上，X 和 Z 軸導軌安裝在一個閉環(huán)結構。結構需要金字塔形幀的形式固定了堅實的矩形基地。杯砂輪主軸有一個垂直的軸和安排在圓柱 ? 滑道滑動定位在基地集中。砂輪主軸的下方直接是轉臺安裝在 X 軸的旁邊。有了這本小說結構的靜態(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)生光學品質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構，超精密磨床擯 icoAce 小說錐體空間框架結構的機器被載入點委托 Ltd.recently。PicoAce 是適合移動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]，主要機元素：杯形砂輪磨削主軸，旋轉工作臺上，X 和 ? 滑道安裝在一個閉環(huán)結構。結構需要一個金字塔形狀的形式固定了堅實的長方形基地的框架。杯砂輪主軸有一個垂直的軸，并安排到集中在基礎定位在一個圓柱形 ? 滑道上下滑動。砂輪主軸的下方直接是轉臺安裝在 X slidway。隨著這種新型結構的靜態(tài) PicoAce 環(huán)剛度是在垂直方向的100 牛頓/米。 Z 軸達到 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害低水平光學質量的表面光潔度。圖 5. 350 納米轉換發(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械微小結構的要求弗勞恩霍夫的 IPT。其配置如圖 8.MICROMASTER MM 是配備靜壓直線導軌的剛度和阻尼特性的改善。兩個幻燈片（X 和 Y）是由直線電機驅動，以避免進給驅動系統(tǒng)和運動部件之間的機械耦合，高分辨率的線性表納入這些軸。兩個附加旋轉軸（B 和 C 軸），使一個真正的五軸銑削機器上進行的 [3]。圖 6.納 500FG 米技術. 圖 7.PicoAce 研磨機.本機的基礎上細?；◢弾r，確保最高的長期穩(wěn)定。氣動振動絕緣系統(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構和自由曲面光學質量 [17]。FANUC Robonano 0iA 另一家知名的 5 個軸的銑床。機器配置如圖 9[18].回轉工作表（Baxis）進行在 X 軸?；脽羝谴怪边\動，這招 20 毫米。 ? 幻燈片可以切割系統(tǒng)在正常 X-Y 平面方向移動銑床。 羅伯安機的特點在平移和旋轉軸采用氣體靜壓軸承無摩擦伺服機制?？諝忪o壓導軌連接通過空氣靜壓絲杠的浮動螺母滑機制。一納米定位和流暢的飼料，實現(xiàn)了由 64 萬脈沖編碼器和空氣靜壓軸承交流伺服電機。另一個的羅伯安機的特點是高速空氣渦輪主軸和高精度夾持機制。在羅伯安鉆石銑刀機高速空氣渦輪主軸，由空氣驅動，設置在 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備支持是建立在細微控制尖端的位置，主軸及支架之間。由于渦輪機驅動器只能在一個狹窄的范圍內(nèi)發(fā)展的有用功率該機采用三錠涵蓋廣泛的速度范圍內(nèi)（20,000-100,000 轉）。羅伯安機已應用于三維精密機械加工和光學模具制造（模具光柵和非球面鏡片） [18]。圖 8.MICROMASTER MM 五軸銑床.圖 9.robonano0iA 和其運動軸布局.圖 10.microproducts 應用市場3.4.超精密機床的主要規(guī)格工具超精密機床的主要規(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良好的比較設計，規(guī)格，應用及特點市售超精密機工具。4.微型和小型產(chǎn)品中的應用圖 10 說明了有前途的應用領域微型和小型產(chǎn)品和微 [19]。它還預計，微型產(chǎn)品將有越來越多的應用周圍世界之窗。這是非常有趣地看到，IT 外設仍然是微型產(chǎn)品的最大市場。在 2005 年，微型產(chǎn)品的總營業(yè)額預計達到美國$ 38 億美元，這是總營業(yè)額的2 倍在 2000 年。可應用于超精密加工散裝硅加工，計算機鋁基板內(nèi)存磁盤等，在其他地區(qū)，如生物醫(yī)學，汽車，家庭和電信總微產(chǎn)品的失誤仍然穩(wěn)步增長。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，纖維光學連接器和微顯示器。雖然到 2006 年，預計將失去其主導地位，由于新基于 MEMS 技術的應用，如生物技術行業(yè)和通信（光纖和射頻開關，例如，將成為一個主要的增長區(qū)域） [20]。 “微型產(chǎn)品通常是一些集成產(chǎn)品子，機械部件和光學部件，而在小型或微型的尺寸。事實上，只有少數(shù)微型產(chǎn)品完全依賴電子產(chǎn)品。機械具有重大意義的微型光學零件產(chǎn)品。圖 11 明顯的失誤，機械和光學部件在總占主導地位微型產(chǎn)品的營業(yè)額。它提供了信心，超精密技術市場的身影，甚至采取考慮到科技產(chǎn)品的不可預見的未來的應用，會很高。因此，納米/微米加工趨勢將是微機械和光學制造復雜的幾何特征的組成部分（自由格式和微觀）和其復制模具。主要的小型和微型產(chǎn)品將是 MEMS，機械元件，光學器件，微型模具和模具和其他3D 微設備等。MEMS 仍是一個微型產(chǎn)品的主要推動力。微加工提供一個符合成本效益的解決方案為低批量生產(chǎn)或 MEMS 的原型，因為沒有昂貴口罩是需要的。它也可以用來制作三維復雜 MEMS 的大規(guī)模生產(chǎn)的口罩。圖 12 說明硅片結構。將導致的微觀結構通過增加表面活性，在太陽能電池的效率，增加多次反射光（光陷阱） [10]。圖 11 microproducts 學科的應用市場圖 12.硅片結構 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械部件，如微型傳感器（壓力，流量和天然氣），微致動器，微電機，微泵，微閥，編碼器的磁盤和光纖鏡組機械部件，等等。圖.13顯示了一個球形端面對光纖連接器，這是地面用樹脂結合劑金石磨輪 [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。使用單點金剛石車削金剛石砂輪許多微光學元件，可以加工高形狀精度和表面光潔度好。這些光學組件包括微光學元件，如相機鏡頭，CCD 鏡頭;自由形式的光學如眼科鏡頭，掃描儀鏡，棱鏡反射器用于路牌，警告標志和服裝，手機，TFT 面板顯示器，等圖 14 顯示了表面結構的一面鏡子，通過快速轉身刀具超精密車床的伺服 [11]。表面的鏡組成的旋轉對稱的一部分其中 1 非旋轉對稱的 90 面表面的疊加。鏡子是用來作為一個集成光學加強在高功率激光器的光束質量 [11]。單點金剛石的不可缺少的優(yōu)勢車削，微銑削和納米研磨適用于大規(guī)模生產(chǎn)的光學和三維復雜形狀/形式的微模具，模具，壓花模具制造機械零件。事實上，這應該是微焦點加工。據(jù)預計，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。最小的銑刀直徑是 0.2 毫米?？偟募庸r間是 50 分鐘 [22]。圖 14.快速轉動工具：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)展趨勢加工精度高，表面質量產(chǎn)生取決于機床的精度，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.超精密機床的發(fā)展趨勢在超精密加工的發(fā)展趨勢將被削減加工的成本，同時保持較高的精度。然而，迄今為止最微加工使用常規(guī)進行尺寸超精密機床。這當然會增加的投資和運行費用，這使制造業(yè)中小企業(yè)很難獲得高附加值技術/業(yè)務。特別是在發(fā)展超精密工作臺型機床及相關的納米微細加工技術可能會導致更廣泛地應用超精密在制造加工技術及其應用小型及微組件產(chǎn)品。型臺式機的好處可能包括：?機生產(chǎn)成本低;?狹小的空間和能源效率;?緩解局部環(huán)境控制（溫度和振動等）和友好，因而運營成本低;?實惠的制造技術圖 16.一個替補型微型銑床的設計布局.圖 16 說明了一個臺式的微細機，目前正在由作者開發(fā)的歐盟 MASMICROproject 支持的設計布局 [30]本機旨在制造小型和微型元件在各種工程材料，如：（1） MEMS（硅）?復雜的微觀結構和?微溝槽。（2） 光學元件（玻璃，聚合物，鋁）?復雜形狀或自由曲面光學（透鏡，反射鏡，棱鏡）和?鏡頭百葉窗，顯示器，光指導微觀。（3） 醫(yī)療元件（聚合物，玻璃）?隱形眼鏡?牙科。（4） 機械部件（鋁，鋼）?微型傳感器（壓力，流量，氣）?光纖的機械部件（過濾器，波片）。（5） 模具（高強度鋁，銅合金，鋼）?模具光學鏡頭和光纖元件?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構，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現(xiàn)的。此外，用于車削的專用工具，可能需要一些復雜的表面。一個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量的關鍵。鉆石微銑削可用于加工的微觀結構。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。一個可調(diào)的鉆石球頭立銑刀用于制造曲面幾何光學表面質量 [3]。如果一個光學表面質量不是必需的，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合劑或樹脂結合劑金剛石砂輪，CBN 砂輪，已被廣泛應用于制造的玻璃或陶瓷光學。眼鏡的納米金剛石研磨的理論和實驗研究表明，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)進行單一或多層，微磨料工具的使用 CVD 涂層。圖 19 顯示了一個非常小的鞏固與化學氣相沉積層 [26]硬質合金柄涂層磨料鉛筆制造。這些微磨料工具的主要優(yōu)點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現(xiàn) [3]高表面質量的接地。在微加工的最小特征尺寸是有限的工具的大小。有了這樣一個商場工具的機械穩(wěn)定性微型工具本身將成為維持的關鍵產(chǎn)品的精度。因此，在研究趨勢微型工具似乎是：?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置設備;?微加工特性（特別是可加工）;?工具，在這個過程中的狀態(tài)監(jiān)測。5.3.工件材料工件材料的性能將在微細加工中發(fā)揮的重要作用。在工件材料研究的趨勢將是：?尺寸效應和微加工過程中的微觀結構的影響。?各種工程材料和新型復合材料，如玻璃，陶瓷，金屬，塑料，聚合物和碳纖維復合材料，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，熱學和化學的加工接觸區(qū)的負荷影響。它需要建立一個較完整的理解生成的表面加工工藝和質量上的負荷。此外，微加工工藝，已成為經(jīng)濟合理和大規(guī)模生產(chǎn)的方法進行調(diào)查。在加工過程中的研究趨勢，但不限于：多尺度建模方法（有限元分析與分子動力學模擬相結合）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，效率和可預見性。6.結束語小型和微型產(chǎn)品的市場，尤其是對那些與微觀結構和自由曲面，小型和微型產(chǎn)品市場保持較高的增長潛力?？梢岳脗鹘y(tǒng)的機械式超精密加工，在一個更可控的方式制作復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)點是它適用于制造三維復雜組件/設備，包括微型模具，模具，壓印模具的光學和機械部件的批量生產(chǎn)。它還提供了一個更具成本效益的解決方案，小批量生產(chǎn)或 MEMS 的原型。加工精度取決于機床的精度，刀具，工件材料和操作因素。超精密機床的性能取決于精度的關鍵要素，包括工作主軸和運動軸。替補型超精密機將是未來的發(fā)展趨勢之一，因為它們可能使小型和微型產(chǎn)品經(jīng)濟和超精密加工制造業(yè)中小企業(yè)更廣泛的觀眾可以負擔的技術。努力也將需要進行微模具制造方法，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。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 財團/項目（合同編號：NMP2-CT-2004-500095-2）和有效的討論，特別是在其 RTD 的 5 個小組的合作伙伴及其商討，這對本文的形成非常有幫助。 任務書一、畢業(yè)設計（論文）的內(nèi)容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(xiàn)將水果自動清洗的功能，設計水果清洗機。具體任務如下：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，進行結構設計；3. 繪制水果清洗機的裝配圖及典型零件的零件圖；4. 對水果清洗機的關鍵參數(shù)進行計算和校核。二、畢業(yè)設計（論文）的要求與數(shù)據(jù)1. 所提出水果清洗的工作原理應能實現(xiàn)高效的水果清洗； 2. 用 Solidworks 建立水果清洗機的 3D 裝配模型； 3. 繪制水果清洗機的裝配圖及典型零件的零件圖；4．設計說明書（畢業(yè)設計說明書）應包含中英文摘要、設計方案比較、結構設計等內(nèi)容。三、畢業(yè)設計（論文）應完成的工作1、完成二萬字左右的畢業(yè)設計說明書（論文） ；在畢業(yè)設計說明書（論文）中必須包括詳細的 300-500個單詞的 英文摘要；2、獨立完成與課題相關，不少于四萬字符的指定英文資料翻譯（附英文原文） ；3、繪制水果清洗機的裝配圖及典型零件的零件圖（所有圖紙均采用計算機繪制，折合 A0 圖紙 3 張以上） 。四、應收集的資料及主要參考文獻[1] 孫桓, 陳作模 . 機械原理[M]. 北京：高等教育出版社, 2001.[2] 徐灝. 機械設計手冊 . 機械工業(yè)出版社, 1991.[3] 濮良貴, 紀名剛. 機械設計[M]. 北京：高等教育出版社, 2005[4] 楊叔子. 機械加工工藝師手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社, 2002.[5] 吳宗澤. 機械設計實用手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社, 2002.[6] 張云華, 劉守祥,許登旭. 噴刷式水果清洗機的設計[J]. 包裝與食品機械, 2007, 25(2): 23-24.[7]程軍紅. 水果加工中的水果清洗提升裝置 [J]. 包裝與食品機械, 2001, 19(4): 22-23.[8]SolidWorks 公司著. SolidWorks 裝配體建模[M]. 北京：機械工業(yè)出版社, 2005.[9]胡仁喜等. SolidWorks 2005 機械設計及實例解析[M]. 北京：機械工業(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、測試、試制加工所需主要儀器設備及條件計算機一臺任務下達時間：20**年 1 月 12 日畢業(yè)設計開始與完成時間：20**年 3 月 1 日至 20**年 6 月 20 日組織實施單位：教研室主任意見：簽字： 20** 年 1 月 8 日院領導小組意見：簽字： 20** 年 1 月 11 日- 0 -開題報告1．畢業(yè)設計的主要內(nèi)容、重點和難點等主要內(nèi)容水果清洗機用于水果清洗的機械，是水果供應企業(yè)進行水果自動化的關鍵設備之一。為實現(xiàn)將水果自動清洗的功能，設計水果清洗機。主要任務如下：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，進行結構設計；3、繪制水果清洗機的裝配圖及典型零件的零件圖；4、對水果清洗機的關鍵參數(shù)進行計算和校核。5、了解相關的國家標準的應用。其重點和難點在于動力傳動系統(tǒng)的設計、水循環(huán)系統(tǒng)的設計、機械結構設計及主要零部件設計與計算，對水果清洗機的關鍵參數(shù)進行計算和校核。2．準備情況（查閱過的文獻資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設備、實驗條件等）查閱過的文獻資料：[1] 張云華, 劉守祥, 許登旭. 噴刷式水果清洗機的設計[J]. 包裝與食品機械, 2007, 25(2): 23-24. [2] 程軍紅 . 水果加工中的水果清洗提升裝置[J]. 包裝與食品機械, 2001, 19(4): 22-23.[3] 長弓. “個性化”的水果清洗法[J]. 民防苑, 2007, 2, 37-38.[4] 陳揚祥, 余亞白. 我國果品加工的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 福建農(nóng)業(yè)學報, 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)展對策[J]. 中國熱作科技, 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。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(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(nóng)民增產(chǎn)增收的重要措施。水果清洗機是水果加工設備的重要組成部分之一。設計一臺水果清洗機，它主要是適合清洗柑橘、橙子等質地比較硬的物料。其工作原理是轉動+沖洗。將原料置于清洗滾筒中，借著洗滾筒的轉動，是物料在其中不斷地翻轉，同時用水管射水來沖洗翻動的物料，達到清洗的目的。一個完整的清洗設備包含有進出料機構,- 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),機架等組成。試驗、測試、試制加工所需主要儀器設備及條件：計算機一臺、電腦中安裝有 Solidworks 三維繪圖軟件及 Excel 等軟件，以便及時記錄設計數(shù)據(jù)及三維模型。3、實施方案、進度實施計劃及預期提交的畢業(yè)設計資料實施方案根據(jù)設計目的及內(nèi)容，需要參考相關的文獻資料著重分析水果清洗機系統(tǒng)的工作原理，并對其進行動力和結構設計及關鍵零部件的強度計算與校核，根據(jù)所計算的數(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的典型零件圖和裝配圖，最后編寫設計說明書。速度實施計劃 項目設計時間：3 月 1 日至 5 月 31 日。1、3 月 1 日至 3 月 20 日，查閱相關資料并完成英文翻譯；2、3 月 21 日至 3 月 27 日，設計方案的比較分析與確定、傳動系統(tǒng)的設計；3、3 月 28 日至 4 月 18 日，總體設計、動力系統(tǒng)的選擇與設計、水循環(huán)系統(tǒng)設計、繪制結構總圖；4、4 月 19 日至 5 月 2 日，機械結構設計及主要零部件設計與計算、繪制零件圖與裝配圖；5、5 月 2 日至 5 月 13 日，進行計算、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，將論文送予指導老師審閱8、5 月 28 日至 5 月 31 日，完成畢業(yè)設計，提交論文。預期能提交畢業(yè)設計資料1、繪制水果清洗機的裝配圖及典型零件的零件圖；2、包含中英文摘要、設計方案比較、結構設計及二萬字左右的畢業(yè)設計說明書。- 2 -指導教師意見指導教師（簽字）：20**年 2 月 日開題小組意見開題小組組長（簽字）：20**年 月 日院（系、部）意見主管院長（系、部主任）簽字：20**年 3 月 日 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(xiàn)將水果自動清洗的功能，設計一種網(wǎng)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(xiàn)狀和發(fā)展狀況，根據(jù)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(shù)及動力學參數(shù)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(shù)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(shù)據(jù)，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(shù)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(jīng)過較為精確的測量和計算后將所得的數(shù)據(jù)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(xiàn)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(wǎng)鏈式；水果清洗機； 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 清洗工藝及設備設計的要求32 方案的設計42.1 論述 …………………………………………………………………………….42.1.1 清洗機方案選擇 .42.1.2 結構 .52.2 機械結構的設計62.2.1 傳動方案的分析擬定 .62.2.2 設計方案的選擇 .92.3 電動機的選擇102.3.1 電動機功率的選擇 .102.3.2 確定電動機的轉速 .112.3.3 電動機的型號的確定 .112.4 減速機的選擇113 傳動機構的設計計算.133.1 鏈輪的選擇計算133.2 鏈輪幾何尺寸計算143.3 主要失效形式154 輔助設備的選擇.174.1 輸送帶的選擇174.2 張緊機構的設計.174.3 調(diào)整機構的設計.174.4 整體槽體的設計.174.5 泵的選擇.184.6 減速器的選擇.185 主要部分零件的設計計算及校核.195.1 軸的設計計算195.1.1 初算軸的直徑 .195.1.2 軸的結構設計 .205.2 軸的受力分析及強度校核215.2.1 水果清洗機的軸用鍵受力分析 .215.2.2 按彎扭合成應力校核軸的強度條件計算 .215.3 鍵的選擇及其校核225.3.1 減速機軸上鍵的選擇 .235.3.2 水果清洗機的軸用鍵校核 .245.4 聯(lián)軸器的選擇275.4.1 聯(lián)軸器的選用 .275.4.2 聯(lián)軸器的型號和主要尺寸 .275.5 滾動軸承及軸承座的選擇275.5.1 類型選擇 .275.5.2 型號選擇 .295.5.3 軸承的結構和定位方法 .295.5.4 滾動軸承潤滑和密封 .295.5.5 滾動軸承座的選擇及其配置 .306 水果清洗機的三維建模與設計.306.1 Solidworks 軟件概述.306.2 水 果清洗機三維模型的組裝30總結34謝 辭36參考文獻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(chǎn)品．如果汁、果醬、果酒的使用數(shù)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(chǎn)品質量、生產(chǎn)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(nóng)產(chǎn)品快速發(fā)展需要，農(nóng)產(chǎn)品清洗設備在我國逐步發(fā)展起來，許多農(nóng)作物由于生產(chǎn)過程中必然會帶有泥土和農(nóng)藥，所以清洗農(nóng)作物的大量勞動是影響我國農(nóng)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(chǎn)一種農(nóng)作物清洗機械對提高生產(chǎn)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(xiàn)將水果自動清洗的功能，設計水果清洗機。11 清洗機的概況及現(xiàn)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?，F(xiàn)代化的食品機械不僅可以生產(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(chǎn)品種不同分為 23 類， 通用設備按功能不同分為 10 類， 據(jù) 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(chǎn) 值 110 億元，產(chǎn)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(jīng)形成一批不僅能夠滿足國內(nèi)市場的需要，而 且能打入國際市場的優(yōu)良產(chǎn)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(nèi)貿(mào)易部和原輕工總會下屬從事食品機械的企業(yè)數(shù)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(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。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(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(nóng)民增產(chǎn)增收的重要措施 [2]。清洗可以從不同的角度進行分類，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(chǎn)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(chǎn)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]。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(chǎn)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(xiàn)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(xiàn)狀我國到處都在建設新的工廠和生產(chǎn)線．正在逐步成為“世界加工廠”，巨大的市場需求，為工業(yè)清洗設備制造商和專業(yè)清洗劑生產(chǎn)供應商提供了快速發(fā)展的良機。目前，各種清洗設備生產(chǎn)制造經(jīng)營企業(yè)已達 1000 多家，其中，超聲波清洗機生產(chǎn)企業(yè)已從 20 世紀 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 年由原國家環(huán)保局{現(xiàn)國家環(huán)?？偩謢組織北京大學等單位編制，并得到國務院批準的中，按照國務院的分工，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(chǎn)成本是以幾何級數(shù)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(chǎn)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(jīng)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。32 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(wǎng)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(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(nóng)藥、分解毒素，消毒殺菌的作用。同時還產(chǎn)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(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，一是超聲波清洗機一般為小型家用，二是我們所要的設計的是批量生產(chǎn)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：4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(nèi)，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(wǎng)鏈結構，網(wǎng)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?？偨Y起來該機就是網(wǎng)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：5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(wǎng)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(xiàn)水果加工生產(chǎn)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(chǎn)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(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6表 1-2 實現(xiàn)其他特定運動常用機構的特點與應用7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(shù)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(shù)。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(xiàn)帶傳動，摩擦傳動和摩擦離合器等重載時可能出現(xiàn)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8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(diào)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(jù)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)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(jīng)鏈輪主軸使得摩擦輪高速旋轉。傳動滾筒傳動：由電動機經(jīng)由齒輪傳動帶動托輪，再以齒輪傳動滾筒。 在如今市場經(jīng)濟的大潮中，成本低，經(jīng)濟性好是產(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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(chǎn)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(jīng)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) hLh 3K9K1---空載運行功率系數(shù) K 1=0.0192---輸送帶水平投影長度 =3mhL hLV ---帶速 v =0.03m/sK2---物料水平運行功率系數(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(nèi)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(chǎn)機械上大多數(shù)均采用電動機驅動。電動機已經(jīng)系列化，通常由專門工廠，按標準系列成批或大量生產(chǎn)。機械設計中應根據(jù)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(diào)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(chǎn)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(jīng)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10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(jù)電動機所需要的功率 來選擇，dP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dP功率為： =1.5 kw ,所以我們可選擇電動機功率為 1.5 kw 。dP2.3.2 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(shù)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(jù)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。現(xiàn)在將這種電動機的數(shù)據(jù)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 2.0 332.4 減速機的選擇因為噴淋清洗機中傳動帶線速度很小，根據(jù)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(jù)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，11型號為：XWD8125-43×17-1.5KW此減速器的輸出轉速為 2.05r/min，P=1.5KW123 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(shù)：減速器軸上鏈輪齒數(shù)為 Z1=19，從動軸鏈輪齒數(shù)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 ：dP≥ ×P/( × ) =1.35kwdaKzp dP式中： =1.0 =1.11 =1 zKpK（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(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） 驗算小鏈輪輪轂孔徑（即軸孔直徑）maxkd?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 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 查圖選用潤滑方式為用油刷或油壺人工定期潤滑。（13）鏈條標記：根據(jù)設計計算結果采用單排 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(shù)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;鏈 號 節(jié) 距 P(mm) 排 距 (mm)tP滾子直徑(mm)12A 19.05 22.78 11.9114圖 4 小鏈輪的簡圖其具體尺寸為;Z=19 ；P=19.05 （1）主動鏈輪孔徑：=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《機械設計手冊》上冊表 11-1）取 =100mmg3.3 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: 15(1) 鏈條疲勞破壞. 鏈條各元件在變應力作用下,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(chǎn)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(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，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。 164 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(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(diào)節(jié)螺母調(diào)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(chǎn)生嚙合不良和鏈條的振動現(xiàn)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(nèi)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(diào)整機構的設計輸送帶必須有調(diào)整機構以調(diào)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(diào)整螺栓調(diào)整實現(xiàn)對輸送帶調(diào)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(chǎn)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(chǎn)量規(guī)?；灿幸欢ǖ臉藴剩愿左w也有一定的設計要求，應該主要根據(jù)實際情況來確定。根據(jù)經(jīng)過我們的分析與計算，確定缸體的內(nèi)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(wǎng)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(shù)；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：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構和構件，滲碳零件，壓力容器等。從材料性能和經(jīng)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(xiàn)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(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(jù)實際生產(chǎn)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(diào)速，從而達到調(diào)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(jù)傳動型式，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)傳動級數(shù)，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(jù)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(jù)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。185 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(jù)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)3p/nc≥d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(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?nèi)?c 為 100。所以： =42.55 mm 318/5.0?d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 d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(diào)質或正火處理。19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=34.65mm61133319.502[]TPAn?????=100·0.314=31.4mm6223332.[]Td?P—功率，n—轉速，A—材料系數(shù)。 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?？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2012mm。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(jù)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?？紤]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： ??TTdnPW?????32.095式中： ———————扭轉切應力，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??T?此軸選用 45 號鋼， 值為 25－45MP a之間??T?而通過對軸的計算， ＝5.1MP a; =8.5MPaminmxT?,故軸的扭轉條件符合要求。T????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21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(jù)機械設計書中式（15-5）及上表中的數(shù)值，并取 ，軸的計算應力3.0??7651.0)920(187)( 32222 ??????WTMca?? aMP60?a以選定的軸的材料是 45 號鋼，調(diào)制處理。由表 15-1 查得 ＝60MP a。故安全。??1??5.2.3 軸的扭轉剛度校核計算軸的扭轉變形用每米長的扭轉角 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，對于鋼材，G＝ MPa410.8?——————————軸截面的極慣性矩，單位為 mm ，對于圓軸，PI 4＝PI32d?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??T, ?極慣性矩，單位同上 Z———————————階梯軸受扭轉作用的軸段數(shù) 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?jīng)Q定，聯(lián)接的載荷也已求得。因此，可根據(jù)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(jù)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?shù)男：擞嬎愎綇姸闰炈恪３叽绺鶕?jù)軸徑從相應標準中選取。鍵的長度按輪轂長度選取。根據(jù)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22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(jù)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 mmh—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(shù) 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(jù)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(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 鍵的結構圖假設壓力在鍵長度內(nèi)均勻分布，則根據(jù)擠壓強度或耐磨性的條件計算，求得聯(lián)接所能傳遞的轉矩：1124ppThldhld??????????????=1/4x7x40x28x150=588 N.m 20 N.m故能滿足電動機在滿載荷時所需轉矩。5.3.2 水果清洗機的軸用鍵校核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)結需用鍵實現(xiàn)周向固定。輸入軸傳遞的轉矩為 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 進而從相關手冊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中性,取帶輪與輸入軸的配合為 H7/r6.鍵聯(lián)接選擇計算,普通平鍵在軸上傳遞轉矩 T 時,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。當鍵用 45＃鋼制造時，主要失效形式為壓潰，所以通常只進行擠壓強度計算。假定擠壓應力在鍵的接觸面上是均勻分布的，此時擠壓強度條件是：N/mm2 ??ppdklT???2鍵的受力簡圖如下圖所示：24圖 7 軸鍵設計參數(shù)示意圖其中 k 是鍵與輪轂（或軸槽）的接觸高度，mm，k=h/2 ,查設計手冊得到 k=7 mm, 為鍵的工作長度， b 為鍵的寬度 。l查手冊得到＃45 鋼在沖擊載荷靜聯(lián)接下鍵的許用擠壓應力 為??p?60～100 2/mN此時聯(lián)結帶輪和輸入軸的鍵的擠壓強度為 621.5097()34.8/ppTdkl??????????從上面計算可得出輸入軸鍵的強度能夠滿足強度要求。2）輸出軸上鍵的選擇及校核輸入軸上有兩處需布鍵以實現(xiàn)動力的傳輸：輸入端的鏈輪與軸以及減速機輸出端的軸與鏈輪。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 進而從相關手冊中查得到平鍵的尺寸為: b×h×l=14×9×60 。鍵的選擇計算,與上面的一樣，普通平鍵在軸上傳遞轉矩 T 時,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，所以通常只進行擠壓強度計算。假定擠壓應力在鍵的接觸面上是均勻分布的，此時擠壓強度條件是：??pdklT????10*22/mN將已知數(shù)據(jù)代入擠壓強度公式得25＝p?62.43108()??＝33.0 ≤ [ ]P?從上面計算可得出鏈輪處軸上鍵的強度能夠滿足強度要求。查機械設計書本中表 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)代入擠壓強度公式，有??pdklT???22/mN＝6.43108(2)??＝114 ＞ [ ]/P?由上述計算得到單個平鍵的強度不夠，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相關手冊，鍵聯(lián)結的強度計算公式如下：20p pgmTzhlD???????2/N式中 T——轉矩（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