核桃剥壳装置设计.doc

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1、本科生毕业论文设计题目: 核桃剥壳装置设计 姓 名:学院: 工学院 专业: 机械设计制造及其自动化 班级: 机制93班 学号: 33109301 指导教师:职称: 讲师 2013 年 5月15日农业大学教务处制目录摘要1关键词1Abstract1Key words1引言11研究目的及意义22核桃的分类221 类群2211 核桃类群2212 铁核桃类群222 品种群23国外研究现状331 农业机械学院、襄樊农机化研究所研制的核桃剥壳机332 核桃剥壳机采用挤搓原理剥壳取仁333 外国主要的核桃剥壳机类型44核桃剥壳装置的机构原理441工作原理442剥壳机构传动原理图55核桃剥壳装置的设计与计算6

2、5.1主要部件的选择6511 电动机的选择6512 减速器的选择65.2主要部件的设计6521 凸轮的设计6522 V带传动的设计与参数选择9523锥齿轮的设计10524主传动轴的设计125.3其它一些零部件的选择155.3.1轴承与轴承座的选择155.3.2键、圆螺母、止动垫圈的选择156总结16致17参考文献1816 / 18核桃剥壳装置设计机械设计制造及其自动化专业学生 指导教师 摘要：我国核桃栽培面积大,产量高,但是我国加工技术落后,没有成熟的核桃剥壳装置。针对上述问题,本文首先确定了核桃破壳取仁工艺,介绍了国外核桃剥壳取仁方法及核桃剥壳装置,并设计了一种核桃剥壳机,对其结构、原理及最

3、优设计参数做了介绍。该装置由凸轮、带传动装置、锥齿轮等装置组成。同时,本设计在AutoCAD的基础上,完成了核桃剥壳机的装配图和零件图的绘制。关键词：核桃；剥壳；机械化Research Status of Cracking Machine for WalnutStudent majoring in Mechanical Design, Manufacturing & Automation Tutor Abstract：Walnut cultivation area is large in China and high output, but the processing technology

4、is backward, there is no mature Cracking Machine for Walnut. In response to these problems, identified the Walnut Cracking technology from jen on Walnut Cracking from both at home and abroad and Cracking Machine for Walnut, and designed a Cracking machine for Walnut, its structure , the principle an

5、d the best design parameter is introduced. The device consists of cam, belt drive device and bevel gear device etc.Besides, it has finished the assembly drawing of the Walnut Cracking Machine and also parts drawings based on the AutoCAD.Keywords:Walnut; Cracking; Mechanization引言 我国的核桃栽培面积约130万hm2以上,

6、主要种植区域在西南和西北。在国际市场上,核桃与杏仁、腰果、榛子一起并列为世界4大干果1。核桃果实的核仁含有很高的营养价值,富含脂肪及蛋白质,是高热能营养食物,又是无胆固醇的绿色保健食品。此外,核桃仁还含有人体必需的多种氨基酸、微量元素和维生素,其中微量元素锌和锰,是脑垂体的重要组成部分,常食有益于脑的营养补充,同时对大脑神经很有益处,对神经衰弱,头昏健忘等症有辅助治疗作用2。核桃作为保健食品早已被国外所认识。我国核桃总产量约31万吨,全国人均占有0. 24kg。这与国际上一些国家相比相差甚远,如美国人均占有核桃1. 5kg,是我国的6倍。核桃也是我国干果类传统出口商品之一, 加工和出口的季节性

7、比较强。核桃取仁我国历来靠手工, 一人一天平均仅能砸30斤核桃, 取仁约12斤, 以XX口岸年出口核桃仁5000吨计,仅取仁一项需占用劳力80多万个劳动日, 而且, 加工和出口的时间正值三秋和农田基本建设大忙季节, 任务重, 时间紧, 形成与农业争劳力的局面, 所以, 实现核桃取仁机械化, 对解放劳动力, 支援农业生产有重要意义。核桃出口国家较多, 进口国家比较集中, 国际市场竞争十分激烈, 实现核桃加工机械化, 有利于我们抢时间, 争速度, 支援外贸。从经济上说, 国际市场核桃仁各质量等级的差价甚大。机械取仁有希望提高取仁质量,增加外汇, 同时, 大规模集中加工, 便于综合利用。核桃仁中约占

8、5%的碎末可以集中榨油,大量的核桃壳是做活性炭的好原料。手工分散加工, 这些碎末和壳都浪费了。研制核桃取仁机的具体任务是寻找适当的、特别是保证取仁质量的破壳工艺方法,研究实现这一工艺方法所要求的机器。1 研究目的及意义为了了使坚果食品增值,近年来各国都在加工制造成品方面想办法。目前整体核桃仁在国际市场上的价格是带壳核桃的几十倍,且核桃带壳保存容易霉烂。因此,寻求效率高、质量好的脱壳方法,是发展的必然。我国核桃资源丰富,1993年全国产量达到21.3万吨,如何有效去壳,对满足人们生活需要和换取外汇都有着重要的意义。 坚果类破壳问题的研究,如联专利破裂松果的仿佛,日本专利破除栗壳的方法,我国对棉核

9、桃壳剥取仁机理的研究,在理论和实践方面都做了有益的探讨,但均未解决好核桃去壳取仁的问题。在我国,如、的核桃剥壳机,性能不甚好,我国出口的核桃仁全都是手工砸取,劳动生产率低,且菌感染指数高于国际食品卫生法规定的标准,影响了桃仁的品质,降低了换汇率。在国的市场销售,对人民不利。针对核桃加工存在的问题和市场的需求,确定核桃加工工艺,除脱青皮、分级、清洗、脱水、烘干、去壳、仁壳分离与包装外,还可进一步深加工。在加工中,存在的问题是核桃脱壳比较困难,主要由人工完成。人工剥壳难以满足生产发展的要求,故研制高效剥壳机已成当务之急。因此,我选择本课题核桃剥壳装置设计,以实现具有较高工作效率及破壳率的核桃剥壳装

10、置。2 核桃的分类21 类群形态特征和生态类型具有统一性的品种群称为类群。我国核桃品种分为核桃类群和铁核桃累群。通常称前者为北方核桃,后者为南方核桃。211 核桃类群各品种群的核桃外表近似球形。壳表面沿纵径方向分布着长条沟纹,结合线下半部平,上半部微隆起,约12mm。212 铁核桃类群各品种群的核桃外表近似球形,壳表面分布较深的坑点,结合线宽而隆起约23mm。22 品种群核桃壳厚薄,含仁率高低相近似的一些品种称为品种群。我国核桃品种基本上可划为四个种群,划分标准见表1-1。品种的命各主要是依据坚果大小形状、核桃壳表面特性、产品地等。表1-1 核桃品种群的划分标准品种群核桃壳厚度含仁率横隔壁褶壁

11、取出仁纸皮核桃65退化退化全仁薄壳核桃11.55060呈膜质退化半仁中壳核桃1.62.04149呈膜质不发达1/4仁厚壳核桃2.1右凸轮的设计设计与左凸轮的类似,按上面的方法计算右凸轮理论轮廓线如下图图5-3右凸轮理论轮廓线522 V带传动的设计与参数选择1确定计算功率Pca由表8-78查得工作情况系数2选择V带型号根据计算功率和小带轮转速,从图8-118选定带型为普通V带Z型。3确定带轮的基准直径并验算带速V1初选小带轮的基准直径根据V带的带型,参考表8-68和表8-88,应使,选取2验算带的速度V根据式8-138计算带的速度,3计算大带轮的基准直径,根据表8-88,圆整为4确定中心距和V带

12、基准长度1根据结构要求初定中心距。中心距小则结构紧凑,但使小带轮上包角减小,降低传动的工作能力,同时由于中心距小,V带的长度短,在一定速度下,单位时间的应力循环次数增多而导致使用寿命的降低,所以中心距不宜取得太小。一般初选带传动的中心距为初定中心距2计算相应的带长：由表8-28选带的基准长度计算中心距a及其变动围传动的实际中心距近似为考虑到为安装V带而必须的调整余量,因此,最小中心距为考虑到为安装V带而必须的调整余量,因此,最小中心距为如V带的初拉力靠加大中心距获得,则实际中心距应能调大。又考虑到使用中的多次调整,最大中心距应为5计算小带轮上的包角小带轮上的包角可按式6确定V带根数由,查表8-

13、4a8得根据,查表8-4b8得查表8-58得,查表8-28得于是,取4根。7确定带的初拉力 适当的初拉力是保证带传动正常工作的重要因素之一。初拉力小,则摩擦力小,易出现打滑。反之,初拉力过大,会使V带的拉应力增加而降低寿命,并使轴和轴承的压力增大。对于非自动紧的带传动,由于带的松驰作用,过高的初拉力也不易保持。由表8-37得Z带型的单位长度质量,单根V带所需的最小初拉力为：应使带的实际初拉力8计算带传动的压轴力9 V带传动的紧、安装及维护胶带经过一段时间的工作后,其塑性变形和磨损会导致带松弛,紧力减小,带的传动能力因之下降。因此传动机构必须具有将带再度紧的装置,使带保持传动所需的紧力,定期检查

14、胶带,发现其中一根松弛或有损坏,就应该全部换上新带,不能新旧带并用。旧胶带如尚可使用,可测量其长度,先长度相同的旧带组合使用。严防胶带与矿物油、酸、碱等介质接触,以免变质；胶带不宜在下暴晒。523锥齿轮的设计1选择齿轮材料及精度齿轮材料选择30CrMnSi,调质处理。查得硬度为HBS=310360,齿轮精度为7级。2按齿面接触疲劳强度设计12初选3查图10-219得,齿轮接触疲劳强度极限4应力循环系数5查表10-199得6对接触疲劳强度计算,安全系数S=17许用应力 8传动比i=u=1910查表10-69得：3按齿面接触疲劳强度计算123查表得：由此得 45齿数=18,取Z=416模数,取标准

15、模数m=3.57分度圆直径4按齿面接触疲劳强度校核经齿面接触疲劳强度校核,齿轮强度足够。5齿轮主要参数1齿数=18,取Z=412模数,取标准模数m=3.53分锥角4当量齿数,取6按齿根弯曲强度校核1查表10-5得,2345弯曲疲劳许用应力 对齿根弯曲疲劳强度,安全系数S=1.251.5,取S=1.4 查图10-189得,；查图10-20c得,经齿根弯曲疲劳强度校核,齿轮强度足够。7齿轮主要几何尺寸1轴交角=902齿顶高3齿根高4分度圆直径5齿顶圆直径6齿根圆直径7锥距8齿宽9齿根角10顶锥角11根锥角12分度圆齿厚524主传动轴的设计1选择轴的材料由于该轴没有特殊要求,因而选用调质处理的45钢

16、2求轴上的功率和转矩若取效率为,则3初步确定轴的最小直径根据表15-39,取,于是得,取4轴的结构设计 下图给出了轴上主要零件的相互位置关系,轴两端用轴承固定,轴承装在轴承座上,还装有圆螺母,皮带轮,锥齿轮等,设计时选择合适的尺寸确定轴上主要零件的相互位置,根据要求确定了各轴段的直径和长度,如下图所示。图5-4轴上主要零件的相互位置关系图5-5轴上主要零件的相互位置关系i. 装凸轮段1-2,ii. 装轴承段2-3, iii. 装带轮段3-4, iv. 轴环段4-5,v. 自由段5-6,vi. 装轴承段6-7,vii. 装锥齿轮段7-8,5轴的强度校核1齿轮上作用力的大小齿轮的分度圆直径为d=

17、143.5mm 则 圆周力 径向力 轴向力2计算轴承的支反力a、水平面上支反力b、垂直面上支反力c、画弯矩图、水平面上的弯矩 、垂平面上的弯矩 、合成弯矩M3扭矩4按弯扭合成应力校核轴的强度取危险截面C,因单向回转,可将扭矩视为脉动循环,取 故轴的强度足够。5.3其它一些零部件的选择5.3.1轴承与轴承座的选择轴承是用来支承轴及轴上零件,保持轴的旋转精度和减少转轴与支承之间的摩擦和磨损,滚动轴承的摩擦系数低,起动阻力小等,在一般的机器中获得了广泛应用。在这里选用滚动轴承7209C GB/292-1994,该轴承的基本尺寸为：d=45mm,D=85mm ,B=19mm将轴承放在轴承座里,利用两边

18、支承固定一根轴,这里选用SN209型剖分式滚动轴承座。5.3.2键、圆螺母、止动垫圈的选择1键的型号轴上的零件与轴应有可靠的定位和固定,这样才能传递运动和动力。轴上的零件与轴的定位和固定分为轴向和周向两个方面：轴向的定位和固定常使用轴肩和套筒等；周向的定位和固定则常用键和花键以及其他的连接方式。普通平键靠侧面传递转矩,对中良好,装拆方便10。这里周向定位和固定选用普通平键,分别为GB/T 1096键12828,GB/T 1096键14940,GB/T 1096键12828。 2圆螺母和止动垫圈的型号左凸轮的右边用套筒定位,左边用圆螺母定位,圆螺母用止动垫圈。这里选用了螺母 GB/T 812 M

19、101和垫圈GB/T 858 106总结本文是围绕农用机械产品核桃剥壳装置的设计,实现了核桃剥壳的机械化。对于这一剥壳装置有以下的结论：1通过对国外核桃剥壳装置的研究,提出了本设计的核桃剥壳原理,并研制了V块装置,对核桃进行挤压,有利于裂纹的产生与扩展,提高剥壳性能。2应用本机器后,可以减轻劳动者的工作强度、节省时间、提高生产效率和生产质量。本产品的工作效率比较高,在市场上具有很好的应用前景。3本产品也存在一些不足之处,比如剥壳效果不够好、剥壳率低。因此,在今后还要对核桃剥壳装置进行研究和开发,使核桃剥壳装置更加完善,在保证工作效率的同时具有更高的剥壳率。致本论文的研究是在农业大学工学院机械工

20、程系的朱顺先老师的精心指导下完成的。老师治学严谨、学识渊博,在本课题的研究过程中及时指点、耐心启发,使得自己在研究工作中能够及时纠正错误,找到最好的解决办法,得以顺利完成本文。通过这次论文设计提高了本人在理论和实践方面的能力。另外,老师严谨的治学态度和平易近人的待人方式给我留下了深刻的印象,这些将是我学生生涯中一笔不小的收获。在此,衷心感朱老师的指导和无微不至的关心。本论文中还引用了许多专著和论文的容,在论文的参考文献中列出了部分专著和论文的作者和出处,在此深表意。同时也向所有关心和帮助过我的同学们表示感。感学校,特别是机械系的领导和带领我们的老师们,是你们给了我们这么好的一个机会。衷心感培育

21、我多年的农业大学,衷心感各级领导和老师的辛勤培养和教育。我将更加努力去争取更好的成绩,在实际工作中做出更大的贡献! 我衷心希望我们农业大学的明天会更好。参考文献：1 伍季,章银良,付有利. 核桃的综合开发现状与利用前景J. 食品工业,2006,：31-32.2 王乔,仲明,高新宇等. 核桃深加工产品的开发利用J. 技术探讨,2006,：38-39.3 史建新. 新型核桃破壳机P. 中国专利 2.1,2008-05-214 Larry H. Hemry. Mechanical nut crackerP. U.S.6098530,2000-08-08.5 Kenneth R. Evans. Nut cracking apparatus P. U.S. 4201126,1980-05-06.6 吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册.：高等教育,2006.57机械设计手册编委会.机械设计手册：单行本.减速器和变速器.：机械工业,20078 桓,作模,文杰.机械原理. ：高等教育,2006.59 濮良贵,纪名刚.机械设计. ：高等教育,2006.510 郭镇邦.机械工业最新基础标准应用手册.机械工业,1998.6