杏仁破殼機的設計與仿真前 言隨著人們生活水平的提高，杏仁更多的走進了我們的生活里。杏仁富含蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、胡蘿卜素、維生素 C 以及鈣、磷、鐵等營養(yǎng)物質(zhì)。此外，杏仁還具有多種藥理作用，包括鎮(zhèn)咳平喘、抗炎鎮(zhèn)痛、降血糖、降血脂等。隨著美容化妝品行業(yè)的發(fā)展，杏仁的美容作用也隨之被挖掘。在生產(chǎn)生活中，由于杏核堅硬不規(guī)則的外形，使得杏核的破殼有一定的困難，從而限制了杏仁產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。面對這一關鍵而又困難的工序，大部分地區(qū)還采用傳統(tǒng)的手工破殼方法，其低下的生產(chǎn)率，是杏仁的衛(wèi)生和品質(zhì)都無法得到保障。本文全面闡述了當前國內(nèi)外在杏核脫殼技術上的研究和運用成果，探討了杏核脫殼技術發(fā)展動態(tài)和現(xiàn)實意義。通過各方面的研究分析，設計出一種集分級、破殼一體的新型杏仁破殼機。目 錄前 言 11 緒論 11.1 研究對象及內(nèi)容 11.2 研究目的 11.3 可行性分析 11.4 研究現(xiàn)狀 12 杏核物理特性的統(tǒng)計與分析 12.1 杏核外形的定義 12.2 杏核三維尺寸的測定與分析 22.2.1 三維尺寸 .22.2.2 三維尺寸綜合分析 .32.2.3 杏核的殼厚 .32.2.4 杏殼、杏仁的間隙及其與核厚的關系 .32.3 杏仁分級標準的定制 32.4 杏核的壓縮破壞載荷和變形 43 設計方案及結構特點 .54 傳動部分的選擇 .54.1 傳動簡圖 54.2 電動機的選擇與運動參數(shù)計算 .64.3 傳動裝置總體傳動比的確定及各級傳動比的分配 64.4 傳動帶的選擇及設計 75 分級機構的設計 115.1 分級部分結構及分級原理 115.2 分級部分影響因素及參數(shù)確定 115.2.1 滾筒內(nèi)杏核受力分析 .115.2.2 滾筒傾角 .125.2.3 滾筒轉速 .125.3 分級主軸的設計與校核 126 破殼機構的設計 136.1 對輥破碎的力學原理 136.2 杏核破碎的力學分析 146.2.1 單個杏核在破碎輥間的受力分析 .146.2.2 破殼輥間隙的計算 .146.3 破殼部分的設計 166.4 軸的設計與校核 17總 結 18致 謝 19參考文獻 20塔里木大學畢業(yè)設計11 緒論1.1 研究對象及內(nèi)容是我國最大的杏資源基地，品種繁多，產(chǎn)量豐富，品質(zhì)優(yōu)。杏仁具有廣泛的食用價值，適量食用不僅可以有效控制人體內(nèi)膽固醇的含量，還能顯著降低心臟病和多種慢性病的發(fā)病危險。食用杏仁可以及時的補充蛋白質(zhì)、微量元素和維生素，例如鐵、鋅及維生素 E。甜杏仁中所含的脂肪是健康人士所必需的，是一種對心臟有益的高不飽和脂肪。和較高的醫(yī)用價值，還是制造酒精和機械用油的工業(yè)原料1.2 研究目的在杏仁進行深加工的過程中，脫殼處理是一個關鍵而又困難的工序。因為杏核外形不規(guī)則，堅硬，難以剝離。的大多數(shù)食品企業(yè)，年處理杏能力在萬噸級，得核率為 10％～15％，果核量僅在千噸左右，而且杏核品種繁雜。因此，杏核的脫殼成為杏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。開發(fā)一種適合地區(qū)的集杏核分級、破碎、收集的小型杏核脫殼機械，具有重要的應用價值和現(xiàn)實意義。1.3 可行性分析本課題研究設計出一種小型高效杏核加工機械，該機械集杏核均勻布料、分級、杏核破碎、杏仁收集于一體，以滿足小型杏核加工廠或農(nóng)戶家庭使用的生產(chǎn)需要，其原理也可用于大型杏核加工機械的制造。課題內(nèi)容主要是杏仁破殼機的設計與仿真，首先對杏仁破殼機總體進行設計，主要對現(xiàn)有破殼機進行改進，進而用實體軟件進行實體繪制，并對實體圖進行仿真，達到干涉檢測，變形模擬等目的。1.4 研究現(xiàn)狀目前杏核的破殼除少數(shù)采用機器外，主要是手工破殼。手工破殼的效率極低，每人日平均加工杏仁 5~6kg，不但耗費大量的人力資源，而且杏仁的衛(wèi)生和品質(zhì)均無法得到保證。由于人手的污染，大腸桿菌總數(shù)遠遠高于國際食品衛(wèi)生法規(guī)定的標準而使出口受到限制。如果引進國外破殼設備，它對果核的大小要求嚴格，生產(chǎn)效率高，規(guī)模大，價格昂貴。我國杏仁加工業(yè)起伏較大，早在五六十年代，就有一些農(nóng)民從實際出發(fā)，設計出簡單的機械來幫助破殼取仁，代替手工勞動，使我國杏仁產(chǎn)量一度占世界的 80％，但隨后跌入低谷。改革開放后又得到發(fā)展，隨著食品加工業(yè)、化妝品和制藥業(yè)對杏仁需求的大幅度增加，尤其是對外出口的大幅度增加，促進了杏仁加工機械的發(fā)展。由于我國的杏樹品種繁雜，如果采用大規(guī)模進口設備加工杏核，在加工過程中必然造成杏核的浪費。因此研制適合中國國情的小規(guī)模機械除殼設備，對于我國中小型食品加工企業(yè)非常重要。許多科研院所、廠礦企業(yè)、個入投入了大量的精力，對此進行深入研究。美國加州是除我國之外最大的杏源產(chǎn)地，截止上世紀末，僅加州就有 6000 多杏仁樹種植商，所產(chǎn)杏仁占全美市場的 80％，正是在美國加州大面積杏樹栽培環(huán)境下杏仁產(chǎn)業(yè)得到了較大發(fā)展。杏仁產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，杏仁加工主要以手工破殼為主，隨著社會的發(fā)展，手工滿足不了市場需求，機械加工隨之而來。美國的 Liang 教授曾對對輥式堅果破殼機的間隙進行了深入研究，論證了隨著對輥間隙的變化，其對堅果破殼率、破仁率方面的影響，認為隨著堅果尺寸的變大，破碎輥的間隙也隨之變大，堅果破碎時的破裂點在堅果與破碎輥接觸處，在軋輥上刻花紋是提高破殼率的有效手段之一。從現(xiàn)有的資料看，國外對于形狀比較規(guī)則(近似圓球形如澳洲堅果)的堅果有較系統(tǒng)地研究，而對于形狀比較特殊的堅果(如杏核)則缺乏足夠的研究。因此，有必要對形狀特殊的杏核破殼機理以及破殼方式進行深入地研究。綜上所述，雖然國內(nèi)外對堅果破殼機械有一定的研究，但各種機械又都存在著這樣那樣的問題，同時也沒有對杏核的物理特性參數(shù)和力學特性進行研究，在理論上存在著一定的缺陷。因此很有必要對杏核的破碎機理以及破碎過程進行研究，設計出一種相對完善的小型杏核破殼機械。2 杏核物理特性的統(tǒng)計與分析2.1 杏核外形的定義塔里木大學畢業(yè)設計2杏核在實際生產(chǎn)生活中種類繁雜，外形不規(guī)則，現(xiàn)通過參考相關資料對其外形進行定義，如圖所示：圖 2-1 杏核形狀結構示意圖(1)結合線 在杏核兩殼體結合的一側，往往存在兩條對稱的棱突，將在其中間突起的結合部稱為結合線。(2)核長 將杏核自然平放，沿結合線方向，兩尖角間的最大距離。(3)核寬 將杏核自然平放，沿結合線水平垂直方向，杏核周邊最大距離。(4)核厚 將杏核自然平放，沿結合線豎直垂直方向，杏核兩殼面間最大距離。(5)殼厚 杏核殼的平均厚度。2.2 杏核三維尺寸的測定與分析2.2.1 三維尺寸通過游標卡尺對 550 個杏核進行測量，得到其三維尺寸，即核長、核厚、核寬。統(tǒng)計處理后，可得出各自分布狀況表進行分析。表 2-1 杏核長度分布序號 核長（mm） 個數(shù) 所占比例 序號 核長（mm） 個數(shù) 所占比例12345671617181920212237222771110980.0060.0130.0420.0510.1350.2090.186891011121314232425262728》286654301613540.1250.1030.0570.0310.0250.0090.008表 2-2 杏核厚度分布序號 核厚（mm）個數(shù) 所占比例 序號 核厚（mm）個數(shù) 所占比例1 8.5 4 0.008 7 11.5 60 0.1142 9 19 0.036 8 12 25 0.0483 9.5 48 0.091 9 12.5 11 0.0214 10 118 0.224 10 13 5 0.0095 10.5 118 0.224 11 》13 3 0.0066 11 115 0.219表 2-3 杏核寬度分布序號 核寬 個數(shù) 所占比例 序號 核厚 個數(shù) 所占比例1 13 7 0.013 7 19 18 0.0342 14 47 0.089 8 20 9 0.017塔里木大學畢業(yè)設計33 15 107 0.204 9 21 9 0.0174 16 150 0.285 10 22 0 05 17 124 0.236 11 23 1 0.0026 18 53 0.101 12 》23 1 0.0022.2.2 三維尺寸綜合分析通過對杏核三維尺寸分布狀況表研究可知其三維尺寸分布特點：杏核長度分布在 15．5mm～28．96mm 以內(nèi)，其中絕大部分杏核的長度分布在 18mm～25mm 以內(nèi)，其數(shù)量占總杏核量的 90％左右。杏核厚度分布在 8．0mm～13.42mm 以內(nèi)，其中絕大部分杏核的厚度分布在 9.5mm～12mm 以內(nèi)，其數(shù)量占總杏核量的 90％左右。杏核寬度分布在 12.26mm～23．62mm 以內(nèi)，其中絕大部分杏核的寬度分布在 14mm～18mm 以內(nèi)，其數(shù)量占總杏核量的 90％左右。通過實際測量和資料檢索確定本課題的研究對象是：厚度尺寸最大范圍應在 6．5mm～15mm 之間，其中絕大部分杏核厚度分布在 8.0mm～13.46mm 以內(nèi)，數(shù)量占總杏核量的 90％左右。為使本課題所研究成果具有廣泛的適應性，因此在機械結構設計時，將杏核厚度尺寸范圍定在8mm～14mm 內(nèi)，作為分級機構設計的依據(jù)。2.2.3 杏核的殼厚對單個杏核而言，除結合線部分的殼厚較大以外，其它各位置的殼厚基本一樣。據(jù)相關資料顯示，杏核殼厚一般在 O．9mm～1，6mm 以內(nèi)，平均值為 1．09mm。就本研究對象杏核而言，不同杏核的殼厚分布范圍為 O．58mm～2．36mm，其中絕大部分杏核的殼厚分布在 1.5mm～2.2mm以內(nèi)，數(shù)量占總杏核量的 92％左右。對本研究對象殼厚的測量數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理如下表，可知其平均值為 1.679mm 明顯大于資料值，表明各地杏核存在差異，對破殼勢必造成顯著影響。同時其變異系數(shù)大于 19％，說明本研究對象殼厚同樣存在一定差異，在以后的研究中應適當予以考慮。表 2-4 杏核殼厚數(shù)據(jù)統(tǒng)計結果項目 平均值 均方差 變異系數(shù)殼厚 1.679 0.267 0.1962.2.4 杏殼、杏仁的間隙及其與核厚的關系杏殼、杏仁的間隙可由間接法求得：杏殼與杏仁的間隙=核厚-仁厚-兩倍殼厚。通過對 550 個杏核進行計算。可得出對應的杏殼與杏仁的間隙，其分布范圍為 0.04mm～8．6mm。其中絕大部分杏核與杏仁的間隙分布在 0.5mm～2·5mm 之間，占杏核總數(shù)量的 87％左右，而查閱有關資料顯示，殼仁間隙在 1.1mm～369mm 之間，平均值為 2．66mm，大于杏的間隙。但是，實際測量時，在 550 個杏核中，杏核與杏仁間隙小于 O．5mm 的僅有 14 個，然而間隙大于 3mm 的僅有2 個，分析其原因后可得出，造成此種結果主要是由于杏殼的破裂或杏仁的干縮而無法準確測量造成的。2.3 杏仁分級標準的定制由以上實驗數(shù)據(jù)的分析可知，本文確定對象的核厚尺寸分布在 8.0mm～14.0mm，而資料顯示杏核厚度范圍為 6.5mm～15mm 之間，杏仁與杏核的間隙在 0.5mm～2.5m 之間，那么，我們可以確定當在設計中采用對輥輪擠壓方式破殼時，只要輥子間隙小于杏核厚度，即杏仁與杏核間隙的尺寸，杏核破碎后杏仁是不會受到擠壓的，也就是說杏仁處于安全位置之中。綜上所述，現(xiàn)將杏核分為 3 級。具體分布如下表所示。表 2-5 杏核分級表級數(shù) 杏核尺寸范圍塔里木大學畢業(yè)設計41 8～10mm2 10～12mm3 12～14mm2.4 杏核的壓縮破壞載荷和變形抗壓力、抗剪力是杏核力學特性的主要指標，經(jīng)查有關資料得出杏核壓縮破壞載荷和變形量之間的關系表及杏核的壓力—變形曲線圖。表 2-6 杏核壓縮破壞載荷和變形量厚度范圍（mm） 壓縮破壞載荷（N） （平均值） 破壞時的變形（mm） （平均值）[8,9） 198.5 1.79[9,10） 229.4 2.06[10,11） 266.7 2.08[11,12） 327.9 2.04[12,13） 305.1 1.73[13,14） 282.7 2.25從表中可以看出，破壞載荷由于是取平均值，所以不能反映其最大、最小值，根據(jù)實驗記錄破壞載荷的最大值為：376.8N，最小值為：165.6，極差為：212．4N，平均值為 268.7N。同時破壞載荷有如下變化特性：開始時破壞載荷隨杏核厚度的增大而增大，當厚度達到 11～l2mm 時壓縮破壞載荷達到最大，然后隨厚度增大破壞載荷略有下降。圖 2-2 杏核壓力與變形曲線由圖可知，杏核開始加壓后，壓力和壓縮變形量曲線呈直線上升，直到最大值，此時杏核受擠壓處(核厚處)開始出現(xiàn)裂紋，承受載荷能力下降，變形加大，隨后杏核受擠壓面積變大，變形也繼續(xù)增大，承受載荷能力也出現(xiàn)增大趨勢，直至杏核破裂。從圖中還可以看出，在杏核擠壓破裂之前，壓力和壓縮變形量之間基本上保持著線性關系。杏核壓縮破壞載荷是確定破殼功率消耗的主要依據(jù)。由于各個尺寸組破壞載荷不同，設計破殼機構時應以最大破壞載荷為依據(jù)。杏核破壞時的變形量是確定對輥間隙和杏核分級的重要依據(jù)。只有合理的設計，才能以較少的功率消耗，完成杏核破殼的任務。若采用固定間隙的對輥進行破殼，如果按較大的厚度來計算，則會使較薄的杏核難以壓破，影響破殼率，破殼率僅為 70％左右；如按較小的杏核厚度來計算，則會使較厚杏核的碎仁率達到30％以上。因此在杏核破碎之前必須對杏核進行分級，即可保證較高的破碎率和較低的破仁率。3 設計方案及結構特點該機集杏核分級和破殼于一體，分級部分主要采用刪條滾筒進行工作，破殼部分采用對輥進行工作，具有結構簡單、傳動可靠、調(diào)整方便、對杏核損傷小、動力消耗小等特點?？傃b圖如下，由圖可看出該機的工作過程：杏核通過進料口滑至滾筒內(nèi)，滾筒在主軸的帶動下進行轉動，由于滾筒具有傾角，所以杏核受到離心力隨滾筒轉動的同時，向右端滑動。由于三段滾筒上的刪條間塔里木大學畢業(yè)設計5隙越來越大，所以厚度小的杏核先掉入第一個接料口內(nèi)，厚度較大的杏核則繼續(xù)向右端滑動，最終完成杏核的分級。杏核經(jīng)分級部分篩選后，掉至正下方的兩破殼輥之間，完成破殼。其中破殼主輥由皮帶輪連接到傳動機構，從而獲得動力，進行轉動。在主動輥右端裝有齒輪，通過齒輪，主動輥從動輥進行嚙合，帶動從動輥轉動。在兩齒輪右邊有一調(diào)隙手柄，可在一定程度上進行調(diào)隙。調(diào)隙部分主要是由于從動輥內(nèi)裝有一根偏心軸，通過轉動偏心軸，促使從動輥整體向主動輥靠近或遠離，從而達到調(diào)隙的目的，并且在調(diào)隙的過程中，兩齒輪的間距不變，避免了齒輪被過度磨損。圖 3-1 三維裝配圖4 傳動部分的選擇4.1 傳動簡圖圖 3-2 傳動簡圖1 電動機 2 減速箱 3 皮帶輪 4 分級滾筒 5 破殼主輥4.2 電動機的選擇與運動參數(shù)計算由于分級部分的轉速約為 20r/min，破殼部分所需轉速約為 50r/min，因此電機在選擇時不需要過大的轉速。由于杏核破殼所需的剪切力為： 210FNm???工作機所需功率： 1253.14.560160nDv s?????wFPkw?傳動裝置總效率： a?54231????a塔里木大學畢業(yè)設計6V 帶的效率為 96.01??滾動軸承的效率為：（每對） 98.02?齒輪的效率為： 7.4聯(lián)軸器的效率為： 5?83.09.70.98.096. ????a?電動機的輸出功率： dP取KwPawd49.183.02??Kwd5.1?選擇電動機為 Y100L-6 型 技術數(shù)據(jù)：額定功率（ ） 滿載轉矩（ ） .minr940額定轉矩（ ） 最大轉矩（ ） mN?02N?.24.3 傳動裝置總體傳動比的確定及各級傳動比的分配總傳動比： （見課設式 P15）ai6.3725940?nima各級傳動比分配：（見課設式 P16）321iia??2.451.6.7初定: 1i.42?3i4.4 傳動帶的選擇及設計傳送帶包括兩個部分，一部分是發(fā)動機經(jīng)減速機構減速后與分級部分之間的帶傳動，另一部分是與破殼主動輥左端帶輪之間的帶傳動。帶 1 傳動1）傳動帶的選擇選為普通 V 帶傳動 確定計算功率 caP塔里木大學畢業(yè)設計7由表８-７（機設）查得工作情況系數(shù) 1.?AK由式 kwpKPAca 65.1.???2）選擇 V 帶型號查圖 8-11（機設）選 A 型 V 帶。 3）確定帶輪直徑 ,1ad2參考圖 8-11（機設）及表 8-8（機設）選取小帶輪直徑 mda106?（電機中心高符合要求）Hda?21驗算帶速 由式:（4-1）smdnva2.5106941061 ??????因為 ，故帶速合適。5m/s3/從動帶輪直徑 2admida 6.75106.2???查表 8-8（機設） 取 a82傳動比 :i64.102?ad從動輪轉速: min3564.2912rin??4）確定中心距 和帶長0adL按式（機設）初選中心距:（4-2）????210217. aad???取5360?m50?按式（機設）求帶的計算基礎準長度 L塔里木大學畢業(yè)設計8（4-3）mmddaL47.162)5041628()106(5( 20????????由表 8-2（機設）取帶的基準長度 Ld?按式（機設）計算中心距：a（4-4）mad 589)247.16805(200 ??????按式（機設）確定中心距調(diào)整范圍（4-5） Ld 3)3.9(3.max ??（4-6）56218058015in ????5）驗算小帶輪包角 ?由式（機設）（4-7）????????1206018012ad6）確定 V 帶根數(shù) Z由表 8-4a（機設）查得 , 及 時，單根 V 帶的額d1-11min8rn? -1in40r9??定功率分別為 1.00kw 和 1.18kw，用線性插值法求 時的額定功率 Pr 值。-11ir?kwPr 2.03.96).08.( ????由表 8-4b（機設）查得△P0=0.11kw由表 8-5（機設）查得包角系數(shù) .??K由表 8-2（機設）查得長度系數(shù) 103L?計算 V 帶根數(shù) Z，由式（機設）（4-8）32.103.196).08(5??????LcaKP?取 Z=2 根 7）計算單根 V 帶初拉力 ，由式（機設）0F塔里木大學畢業(yè)設計9（4-9） NqvKVZPFac160)5.2(02?????q 由表 8-3（機設）查得8）計算對軸的壓力 ，由式（機設）得Q（4-10）NZFQ 2.635)10sin62(sin210 ??????9）確定帶輪的結構尺寸，給制帶輪工作圖小帶輪基準直徑 采用實心式結構。m1d帶 2 傳動1)傳動帶選為 普通 V 帶傳動 選擇 V 帶型號查圖 8-11（機設）選 B 型 V 帶。2)確定中心距 和帶長adL(1)按式（機設）初選中心距（4-11）????210217.0aad????取69430?m5?(2)按式（機設）求帶的計算基礎準長度 0dL（4-12）mmdLd91.04 )25041.68.3()5.28.6(25( 22110?????????由表 8-2（機設）取帶的基準長度 Ld1?(3)按式表（機設）計算中心距：a（4-13）mLd 263)29.045(200 ???????(4)按式表（機設）確定中心距調(diào)整范圍（4-14）ad 7)13.6(3.0mx ??（4-15）L24605215.0in ?????(5)驗算小帶輪包角 ?塔里木大學畢業(yè)設計10由式（機設）（4-16）????????1209.6018012ad?3)確定 V 帶根數(shù) Z(1)由表查得 ,n1=800 及 n1=940 時，單根 V 帶的額定功率分md2?-1in?r-1min?r別為 1.00Kw 和 1.14Kw，用線性插值法求 n1=940 時的額定功率 P0 值。-i?01.40((9680)1.6P Kw????由表 8-4b（機設）查得△P0=0.11kw由表 8-5（機設）查得包角系數(shù) .??由表 8-2（機設）查得長度系數(shù) 103L?(2)計算 V 帶根數(shù) Z，由式 8-26（機設）（4-17）0()1.65.9.032caLPK??????取 Z=2 根 (3)計算單根 V 帶初拉力 ，由式（機設）0F（4-18）NqvKZPac130)5.2(20 ?????由表查得(4)計算對軸的壓力 FQ，由式（機設）得（4-19）FQ 3.465)210sin32(sin210 ??????(5)確定帶輪的結構尺寸，給制帶輪工作圖大帶輪基準直徑 ，采用孔板式結構。8m2d5 分級機構的設計分級裝置主要由三段柵條式滾筒組成，每段滾筒之間的柵條間隙不斷增大，從而可以篩分出三個不同等級的杏核。柵條滾筒的直徑為 400mm，滾筒的總長度為 1300mm。5.1 分級部分結構及分級原理分級部分由 3 段滾筒組成，每段滾筒的柵條間隙不同，第 1 級到第 3 級柵條的間隙逐漸增大。杏核在滾筒內(nèi)徑向隨著滾筒一起做圓周運動；軸向上，由于杏核具有一定的彈性而且滾筒與水平面有一定的夾角，所以可以做曲線或直線運動。當杏核進入滾筒時，厚度尺寸小的杏核在離心力塔里木大學畢業(yè)設計11的作用下從第 1 級被分離出來，掉入接料口內(nèi)。寬厚度尺寸較大的杏核在滾筒的帶動下運動到下一級繼續(xù)篩選。如此重復，直到杏核從最后一級漏入接料口。棚條滾筒結構示意圖如下所示：圖 5-1 柵條滾筒結構示意圖5.2 分級部分影響因素及參數(shù)確定影響分級機構性能指標的因素較多，其中主要因素有滾筒與水平面的夾角、滾筒的轉速、滾筒的長度、滾筒的直徑等。反映分級機性能的指標有杏核的混級率、傷果率、生產(chǎn)率等?；旒壜?傷果率=式中 m1 為各級混級杏核的質(zhì)量（kg） ；m2 為各級篩分出的損壞的杏仁質(zhì)量（kg） ；m3 為各級篩分出的杏仁的總質(zhì)量。根據(jù)經(jīng)驗和實際條件，基本上確定兩個因素：滾筒傾角和滾筒轉速。5.2.1 滾筒內(nèi)杏核受力分析對單個杏核在滾筒內(nèi)進行受力分析，杏核在做圓周運動的滾筒內(nèi)，受到三個力的作用：杏核受到的重力 G式中 m—杏核質(zhì)量（kg）g—重力加速度（m/）杏核隨滾筒做圓周運動時受到的離心慣性力 P杏核沿滾筒滑動時所受到的摩擦力 F，F(xiàn) 力作用的方向，永遠和杏核的滑動方向相反。式中 f—杏核與滾筒之間的靜滑動摩擦系數(shù)。5.2.2 滾筒傾角杏核在柵條式滾筒內(nèi)向右端運動是靠滾筒與水平面的傾斜角 α 來實現(xiàn)的。α 角取值過大，容易造成杏核在滾筒中運動速度過快，使杏核來不及被篩分就被排出滾筒外；反之，α 取值過小，生產(chǎn)率就會降低。根據(jù)有關資料，初步確定 α 角取值范圍為 1.5°~3°。5.2.3 滾筒轉速滾筒的轉速直接影響生產(chǎn)率和分級效果。對滾筒內(nèi)的杏核進行受力分析，得出滾筒轉速的公式為：式中 n—滾筒轉速（r/min）β—下滑起始角（°）φ—杏核與刪條摩擦角（°）r—滾筒的半徑（mm）測得 φ=25°，r=400mm 計算得滾筒的轉速為 15~25r/min經(jīng)分析可得當滾筒傾角為 3°，滾筒轉速為 20r/min 時，分級的效果最佳。塔里木大學畢業(yè)設計125.3 分級主軸的設計與校核軸的材料：軸的材料主要是碳剛和合金剛。由于碳剛比合金剛價格便宜，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，所以本設計采用45 號剛作為軸的材料。調(diào)制處理。為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉的要求者外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。進行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度，軸為單向旋轉，旋轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取 ，軸的計算應力0.6??22223()190(.6170).6caMTW??????MPa前已選定軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，查表得 ， 因此， ，故強1[]??Pa1[]c???度滿足。1）軸的彎曲剛度校核計算按材料力學公式計算出軸的撓度 y 和偏轉角 ?撓曲線方程： EIXMdxy)(2?載荷作用于懸臂端時， （K 為軸的懸臂長度，mm）Ll??軸的彎曲剛度條件為：撓度： ][y? 偏轉角： ? [y]——軸的允許撓度，mm，[?]——軸的允許偏轉角，rad，查書《機械設計》表 15-5 得mm [y]=0.5.02=.1l?rad[]0.5??計算得y=.67m[y]?032?由計算得所用軸滿足軸的彎曲剛度要求塔里木大學畢業(yè)設計132）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。圓軸扭轉角 ][?? 的計算公式為：][??4441270=5.73105.73.8738.9PTradGI????軸的扭轉剛度條件為 ][一般傳動軸，許用扭轉角 m/1~5.0][???根據(jù)上述公式計算出軸能滿足扭轉剛度要求。6 破殼機構的設計本部分主要研究杏核的破碎問題，杏核的破碎就是將分級后的杏核，按不同的粒徑分別予以破碎。重點在于通過破碎理論研究，要求杏核在受力時逐步受到正壓力、剪切力，沿杏核厚度方向受力過程逐步變大，在這些力的復合作用下，杏核外殼逐步破碎，成為小碎片，也就是爆炸式破碎，碎片粒度明顯地小于杏仁，同時又不傷及杏仁。通過建立杏核破碎的力學模型，從而設計出破碎機構。6.1 對輥破碎的力學原理之所以要采用這種形狀，就是要將以往其他形式的杏核破碎機械簡單地模仿人工手錘砸杏核的平面力學運動，改為空間力學運動。這種結構的優(yōu)點是：1)杏核受力為空間力系，受力狀態(tài)為從小到大逐步漸入，不是平面力系突然向杏核施加力，確保杏核受力后的破壞形式呈爆炸式的碎片。2)兩破碎輥在相對滾動時給杏核一個向下的軸向力，右旋的滾子給杏核一個向上軸向力，同時相向旋轉的滾子給杏核擠壓力，確保了杏核所受空間力系的形成。3）由于兩輥的相對作用，將杏核受力范圍固定在一個 30×30 的菱形空間，防止杏核因為突然受力而產(chǎn)生滑脫的現(xiàn)象，確保杏核被旋轉的破殼輥夾持、導入、擠壓、破碎，完成破碎的全過程。由于杏核的分級部分將杏核分為三組，每組下方都有破殼輥部分每組間隙為杏核厚度+（0-2）mm，因此破殼主動輥與從動輥之間的中心位置一旦確定后，破碎杏核的大小就確定了。因此在后邊設計中要考慮到破殼輥的間隙調(diào)整問題。6.2 杏核破碎的力學分析6.2.1 單個杏核在破碎輥間的受力分析杏核在破碎輥間所受的力有：破碎輥的正壓力，有破碎輥產(chǎn)生的一對剪切力 T，主動輥產(chǎn)生的剪力垂直向前，從動輥產(chǎn)生的剪力垂直向后，還有杏核與擠壓輥之間的摩擦力，因為單個杏核重力很小，在此忽略不計。受力示意圖如下所示：為在垂直方向上的分力，它促使杏核脫離擠壓輥。為在垂直方向上的分力，它將杏核拉入破殼輥間，T-T 為一對力偶，它的作用是促使杏核旋轉。6.2.2 破殼輥間隙的計算破殼輥間隙及杏核加工時破碎輥間隙與杏核厚度之間的關系如圖所示圖中字母說明：H—杏核的平均厚度，—杏核加工時破碎輥間最大間隙，塔里木大學畢業(yè)設計14—杏核加工時破碎輥間最小間隙，—杏核被擠壓時的平均變形量，—杏核殼內(nèi)表面與杏核之間的平均間隙。杏核厚度 H=杏仁厚度+兩邊杏核皮厚+杏核內(nèi)表面與仁之間間隙（）圖 6-1 單個杏核在兩輥間的受力分析圖 6-2 破碎輥的擠壓間隙又：杏仁厚度+兩邊杏核皮厚=兩破碎輥間最小間隙。即：塔里木大學畢業(yè)設計15圖 6-3 破碎輥的擠壓間隙圖 6-4 杏核厚度與擠壓間隙由前文內(nèi)容可知：杏核厚度分布在 8.0mm-12.0mm 以內(nèi)，數(shù)量占總杏核量的 90%左右，將杏核分為三級。杏核破裂時的變形量一般在 2mm 左右。因此，取=2mm。通過上述方法求得的和均為理論間隙，從理論上講，合適的破碎輥擠壓間隙應該為：因此，實際的破碎輥間隙為：計算可得 e1=8.75mm，e2=10.75mm，e3=12.75。6.3 破殼部分的設計杏核經(jīng)過分級處理后，落入接料裝置內(nèi)，隨后漏下，掉入兩破碎輥之間，完成破殼任務。破殼部分結構簡圖如下：圖 6-5 破殼部分機構簡圖1 從動輥 2 偏心軸 3、4、7 十字滑塊聯(lián)軸機構元件 5 從動齒輪 6 調(diào)節(jié)手柄 8 軸承 9 主動輥 10 主動齒輪 經(jīng)前文介紹可知，圖中主動輥由皮帶輪進行動力傳動，通過主動齒輪和從動齒輪的嚙合將動力傳至從動輥，從而產(chǎn)生兩輥的轉動，進行日常的破殼。當需要調(diào)節(jié)主動輥和從動輥間的間隙時，可轉動調(diào)節(jié)手柄帶動偏心軸的轉動，使從動輥通過十字滑塊聯(lián)軸機構在偏心軸的偏心范圍內(nèi)位移，實現(xiàn)調(diào)節(jié)間隙的目的。但是，與此同時，齒輪嚙合中心距則保持不變。從而避免齒面過早磨損失效及輪齒過早彎曲疲勞折斷。6.4 軸的設計與校核根據(jù)設計和安裝的要求軸的尺寸如下：軸長 1830mm，軸肩的高度為 2mm。軸的結構簡圖如下所示：塔里木大學畢業(yè)設計16圖 6-6 破殼部分軸的結構簡圖軸的材料：軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。由于碳鋼比合金鋼價格便宜，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，所以本設計采用45 號鋼作為軸的材料。軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉的要求者外，都必須進行軸向和周向定位，以保證其準確的工作位置。軸的校核按扭轉強度計算，用于只承受轉矩的傳動軸的精確計算，也可用于既受彎矩又受扭矩的軸的計算。其強度條件為： ??MpandpWT?????32.0/165.9/式中： 為軸的扭切應力， ； 為轉矩， ； 為抗扭截面系數(shù)， ；對圓截TkwWT3m面 ； 為傳遞的功率， ； 為軸的轉速， ； 為軸的直徑，./3d??nin/rd； 為許用扭切應力， 。所以，把相關的數(shù)據(jù)帶入公式中得：m???pa/9.5106/.239.51068.3/2105.412.3TWdn Mpa??????由于軸的選材為 45 號鋼，所以查表可知 45 號鋼的許用扭切應力為 ， 。～ ????經(jīng)校核設計的軸符合要求，可以正常工作。7 總 結通過本次畢業(yè)設計，我深深體會到自己在理論知識方面的欠缺，同時也感到自己在知識的運用上也不夠靈活，這也說明我在學習知識的過程中存在著一些缺點，總結有以下幾點：（1）在初定方案過程中，由于自己所見實物過少，零部件的尺寸不能確定，使方案進行了多次修改，耽誤了大量時間。在計算過程中，對于帶輪和齒輪的基本尺寸，計算結果與實際生產(chǎn)加工有偏差，也相應作了修改。（2）在破殼機的總體結構設計上，由于計算量過大，導致分級結構布置不是很合理，而且機架尺寸的確定也比較麻煩，在三維實體裝配過程中發(fā)生了干涉，導致了重新計算的后果，導致工作量加大。（3）在三根軸的設計過程中，其基本尺寸進行了多次修改，最后利用三維實體軟件進行實體繪制與仿真，由于工作量太大，軸的校核部分沒有計算?？傮w來說，在這次畢業(yè)設計中，收獲很大，平時在學習知識的時候，總是認為好多知識用不到，所以就沒有更深一步去理解。在此次設計中，我感到自己的知識面很窄，對知識掌握得不夠，在設計時，考慮問題太片面，導致零部件進行多次修改。由于工作量較大和時間緊張，在仿真這部分沒有完全表達出我的設計意圖，這也是遺憾之處。同時也期望在今后有其他畢業(yè)生能夠克服，做到十全十美。塔里木大學畢業(yè)設計17致 謝對于這次畢業(yè)設計的完成，首先感謝母校---塔里木大學的辛勤培育，感謝學校給我提供了如此難得的學習環(huán)境和機會，使我將以前學到的知識又重新回顧了一遍，知道了學習的可貴與獲取知識的辛勤。承蒙指導老師的耐心指導，使我順利地完成了畢業(yè)設計。在此，深深地感謝指導老師，給予了我耐心的指導和幫助，體現(xiàn)出了他對工作高度負責的精神，特別是王旭峰老師，他利用上班的休息時間趕來為我指導，同時，在周末他也會隨時過來檢查進度。在整個設計的過程中，他耐心的指導，才使我的設計順利完成，同時也感謝在這幾年中給予我知識的各位老師。對于這次畢業(yè)設計，由于時間倉促和自己所學軟件掌握熟練程度等因素，使這次畢業(yè)設計的仿真沒有達到最完美的效果，這不能不說是本次設計的遺憾之處。不過，它至少啟發(fā)了我的思維，提高了我的動手能力，使我應用了以前 solid works 軟件中沒有用到的工具，同時，使我將以前所學的書本知識又重新復習了一遍，這為我在今后的工作崗位上發(fā)揮自己的才能奠定了堅實的基礎。最后，再一次衷心的感謝學校能夠給予我這次機會，使我將所學理論知識與實踐相結合，以及在這次設計中給予我指導的所有老師。你們傳授的知識使我受用一生，你們的恩情我會銘記一生。塔里木大學畢業(yè)設計18參考文獻[1] 林培鈞，把杏資源優(yōu)勢轉變?yōu)榻?jīng)濟優(yōu)勢和生態(tài)優(yōu)勢[J]．農(nóng)業(yè)科學，1989(2)：11～12.[2] 中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院編. 1990．農(nóng)業(yè)機械設計手冊(上、下冊).北京：機械工業(yè)出版社.[3] 廖明康.杏加工性狀鑒定.1994（03）.[4] 張裕中.6-XP 杏核破殼機主要零件的設計依據(jù)與計算方法[期刊論文]-河北農(nóng)業(yè)技術示范學院學報.1997（1）.[5] 楊德勇，王博．新型杏核破殼機的研究[J]．農(nóng)機與食品機械，1996(6)：20 .[6] 周祖鍔，郭其泰．杏核物理特性的試驗研究[J]．北京農(nóng)業(yè)工程大學學報，1995(1)：31～34.[7] 堅果破殼機．[專利]．專利號：CNl036317A .[8] 安連生．杏仁加工設備的試驗研究[J]．農(nóng)機與食品機械，1994(3)：6～8.