小型瓜子剥壳机设计与建模.docx
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1、学校代码学号(完整图纸及模型可联系QQ: 836224829)毕业论文(设计)(论文题目)小型瓜子剥壳机设计与建模学院、系 机械与交通工程系专业名称机械工程年 级年18级学生姓名指导教师2022 年5月20 日本科毕业论文本研究技术路线本课题设计一款小型葵花子剥壳机,可按照以下的研究方法和思路进行:1 .运用理论分析法,通过阅读大量有关家用小型葵花子剥壳机研究的文献,了解国 内外现有家用小型葵花子剥壳机的研究成果,对本次设计具有参考价值的机构分析其设 计方法及理论;2 .利用三维设计软件solidworks软件和二维建模软件AUTO-CAD软件,对家用物 小型葵花子剥壳机的主要零部件进行设计计
2、算,并绘制相应的二维工程图。3 .运用大学所学的知识,对家用小型葵花子剥壳机的主要零部件进行选材设计分 析,并制定该机构的使用方法。依据上述的本课题研究的主要内容,梳理得出本课题的研究技术路线如图1.3所示。1.4 本论文研究方法与论文结构首先通过查找有关于瓜子剥壳机的文献和相关专利,在网上观看瓜子剥壳机的视 频,分析其原理,比照不同结构的优缺点,从而方便对小型瓜子剥壳机的方案设计。第二根据小型瓜子剥壳机的总体方案设计,完成各个系统的设计,包括传动系统、 驱动系统、入料和出料系统、剥壳系统的设计。第三运用虚拟样机技术,通过三维设计软件绘制出小型瓜子剥壳机的零件三维模 型,直观的展示出所设计的零
3、件实体模型,对其进行装配,并进行运动仿真,观察其那 些部位不合理和是否存在干涉的现象,从而有针对性的进行改进和优化设计。第四对其关键零部件进行校核,以保证其具备足够的强度,能够更好的完成瓜子剥 壳的工作。最后对小型瓜子剥壳机的外壳进行设计,以使得其更加的美观,在市场上更加具有 竞争力。本课题论文结构共分为5章,分别是:(1)第一章是绪论章,主要对本课题的研究背景、研究意义、国内外研究现状及 主要研究内容进行梳理研究。(2)第二章为小型瓜子剥壳机的总体结构方案设计;-4-(3)第三章为小型瓜子剥壳机的执行机构的设计计算,包括驱动电机的计算、转 速计算等。(4)第四章为小型瓜子剥壳机的传动系统设计
4、计算。(5)第五章为总结及展望。1.5 本章小结本章为本论文的绪论章节,主要完成的任务有:(1)本章介绍了本次课题研究的背景与意义,详细分析了国内外关于瓜子剥壳机 装置的研究现状,并对未来瓜子剥壳机装置的开展状况展开预测。(2)根据本课题的设计任务书,梳理本课题的主要研究内容。(3)根据本课题的主要研究内容,绘制本课题的研究技术路线图。本章的研究内容为后续章节进行瓜子脱壳机装置的零件设计奠定基础。-5-2小型瓜子剥壳机的总体结构设计2.1本课题设计要求及参数根据本课题的设计任务书和相关的参考资料,本课题中设计的小型拐杖剥壳机的设 计方案要求,并结合该小型拐杖剥壳机装置的应用场合一一休闲时光时家
5、用剥壳,确定 的设计技术参数如下:(1)剥壳脱壳物种:瓜子(2)外形尺寸:尽量小巧,能够放置在桌上进行剥壳操作(3)剥壳性能指标:尽量保持瓜子仁的完整性,剥壳率要求到达底93%以上(4)剥壳机装置使用场合:室内(5)操作方式:操作简单,维护方便(6)脱壳机装置的外形尺寸:长X宽X高=200X300X200 (mm)(7)瓜子容重:0.44吨/米3(8)剥壳方式:连续剥壳;(9)处理能力;10kg/h。2. 2小型瓜子剥壳机的方案设计及构造根据参考文献及剥壳机产品市场调研发现,目前常见的瓜子剥壳机主要有以下几种 方案,分别是:(1)挤压法;(2)撞击法;(3)剪切法;(4)碾搓法本课题根据设计要
6、求及应用场合,选用方案3的剪切法,即采用小型瓜子剥壳机中 的滚刀将瓜子外壳切开,然后通过筛网将切碎的瓜子仁和瓜子外壳过滤筛分,实现瓜子 的剥壳作业。本论文中设计的小型瓜子剥壳机装置的结构构成如图2.1所示。本科毕业论文图2.1小型瓜子剥壳机结构总图2. 3小型瓜子剥壳机的工作原理本课题中设计的小型瓜子剥壳机主要由剥壳机外壳、驱动电机、传动主轴、齿轮传 动机构、剥壳滚刀机构、筛网机构、投递口、抽屉果盘、外壳下料口等主要机构组成。 该装置的工作原理为:当开启驱动电机后,电机通过齿轮传动将动力经过降速传递到传 递主轴上,传动主轴上安装有剥壳滚刀装置和筛网机构,瓜子从投递口进入到剥壳滚刀 和筛网机构中
7、,滚刀将瓜子外壳破开,筛网对破碎的瓜子壳和瓜子仁进行过滤筛分,将 瓜子仁和瓜子壳分开,在风机的吹拂下使瓜子壳和瓜子仁分别进入到不同的集料口中, 使用者就可以从瓜子仁集料口中取出瓜子仁食用了,完成整个瓜子剥壳作业。3. 4本章小结本章主要对设计的小型瓜子剥壳机的总体结构方案进行设计,并简述设计的小型瓜 子剥壳机的工作原理。-2-3小型瓜子剥壳机的执行系统设计3.1驱动电机的计算及选型小型瓜子剥壳机所消耗的总功率可根据下式进行粗略的估算,为:上式中:M一表示传动主轴的转矩;n 一表示传动主轴的传动效率传动主轴的转矩可按下式计算得:M = fGR其中:R表示摩擦臂矩;R=0. 4D瓜子剥壳机每小时处
8、理12kg葵花籽,那么每分钟处理0. 5kg的葵花籽,那么葵花籽剥 壳机所消耗的总功率P计算得:c Mn JGRn fing (OAD)n 1.1x30.5 x 9.8 x 0.4 x 0.6 x 955 八r = = = 1210 .44 Wrj0.68= 1.21kW由上述计算结果可知瓜子剥壳机的工作所需要功率P=L21kw,在考虑到电动机的功 率应当比计算值稍微大一些以克服不正常开启,查阅驱动电机应用手册可选取型号 为Y160M2-2型小型电动机,该款小型电动机的转速高,价格低,其主要的性能参数如 表3.1所示,该小型驱动电机的外形与安装尺寸如表3. 2所示。表1电动机主要性能参数型号额
9、定功率kW起动转矩 额定转矩起动电流额定电流最大转矩额定转矩满载转速 r/minY160M2-21.52.27.02.3293表2电动机外形和安装尺寸本科毕业论文中心高H (mm)外形尺寸LX (AC/2+AD) XHC悬挂安装尺寸 AXB安装螺栓孔直径K轴伸尺寸 DXE装键部位尺寸FXDXG90100X50X5025X100638X8010X38X333. 2传动主轴的转速及扭矩计算传动主轴的转转速由速度、半径和角速度的关系可计算得:v = Rw上式中取R=30mm,那么计算得:v 3w = 一 = = 1 Orad/sR 310x10-3由w=27in可计算得:n = = =15. 4r/
10、s=95. 5r/min2 万 2x3.144. 3瓜子剥壳受力分析通过大量的文献研究发现,沿瓜子外壳不同方向施加挤压力使外壳脱离,其最正确的 作用力为将瓜子外壳脱离但不破坏瓜子仁结构I。如果只对瓜子仁施加挤压力,其外壳 不易脱离,而且如果挤压力较大时会造成瓜子仁破损,此时对瓜子果实仅仅施加挤压力 如图3. 1所示。图3.1瓜子果实受挤压力示意图-2-如果给瓜子果实只施加剪切应力,如图3. 2所示。瓜子果实在剪切用力作用下会使瓜子做旋转运动,但瓜子果实的外壳并不容易去除。F,图3. 2瓜子果实受剪切力示意图图3.3是为沿瓜子果实的长径和短径两个方向同时施加挤压和剪切力,在挤压力和 剪切力共同作
11、用下,瓜子果实的外壳脱壳效果及难易程度比上述两种外壳脱壳方法都要 好。通过比照沿瓜子果实的长径和短径方向施力后的脱壳效果,可以看出沿瓜子果实的 短径方向施力,瓜子的脱壳效果比拟好,瓜子粒的破损率较低,因此最终确定采用挤压 和剪切力共同作用下将瓜子外壳脱壳的设计方案。图3. 3瓜子果实同时受剪切和挤压力示意图3.4剥壳滚刀与筛筒设计本课题中设计的小型小型瓜子剥壳机的剥壳机构主要依靠滚刀和筛筒完成瓜子外 壳的去除。根据图3. 3中的瓜子同时受到剪切和挤压力作用示意图,本课题中设计的滚 刀机构如图3. 4所示,该滚刀刀片给瓜子外壳施加剪切了和挤压力,筛筒的主要作用是 对瓜子外壳和瓜子仁进行筛分,设计
12、的筛筒机构如图3. 5所示。本科毕业论文4小型瓜子剥壳机的传动系统设计4.1传动方案设计本课题的传动系统方案为:由驱动电机开启后将动力传递给输出传动轴,经过齿轮 传动机构后将动力传入传动主轴,传动主轴,带动小型瓜子剥壳机的剥壳刀盘和筛网进 行转动,将从入料口投入的瓜子的外壳切除剥掉。核心传动部件是传动主轴、齿轮传动 机构,再配合键连接、轴承支撑等共同完成传动系统。5. 2齿轮传动设计由4.1节可知设计的小型瓜子剥壳机的传动系统依靠齿轮传动。a.齿轮基本属性选定(1)直接选用直齿轮传动。(2)剥壳机作为小家电,因此速度不高,可选用8级精度传动。(3)齿轮材料选择,考虑到小家电及剥壳瓜子的卫生,大
13、小齿轮的材质选择为304食 品级不锈钢。(4)选齿数Z2=Z=28 b.按齿面接触疲劳强度设计:最小直径计算公式为:/ 2ktT u + lf ZhZe 从士一 mm(1)首先对公式内的各参数进行选定选取载荷系数:1=1.4齿轮传递的扭距计算得:1二9.55 x 106P/N=9.55 x 106 %20 = O.182xlO5N-mm根据机械设计手册可选取齿轮宽系数为9d=04。根据机械设计手册可选取材料的弹性影响系数:z=189.8Mpa0根据机械设计手册可选取齿轮接触疲劳极限:71Iliml=c7lim2=1170Mpa根据机械设计手册可选取疲劳寿命系数:kHNi=0.9那么疲劳应力循环
14、次数为:N1=60n,jLh=60x420xlx(2x8x300xl5)=1.81xl09-4-选择失效概率1%,平安系数S=l,那么接触疲劳许用应力计算得:H1 =kHNicrHlimi/s=0.9xll70=1053Mpa(2)计算尺寸值 先计算小齿轮的分度圆直径叫得:dlt2ktl u + 1/ u_J2xL4xO.182x1()5 i + ij2,5x189.8?04r1 -ioS-)=37.26mm模数计算:mt =dlt /z, =37.26/28= 1.33mm参考机械设计手册可取m=1.5。尺宽b计算:b=/ xdt=0.4x37.26=14.90mm可取b=15mm4x42x
15、420 eg .=0.92m/s60x10004x42x420 eg .=0.92m/s60x1000圆周速度V计算:v- dltn60x1000c.按齿根弯曲疲劳进行强度校核:弯曲强度计算公式为:kFt仁二嬴%乜(1)确定公式内的各计算数值参考机械设计手册可取齿形系数和应力修正系数分别为:YFa = 2.55%=1.61参考机械设计手册可取弯曲疲劳寿命系数厚n=0.88参考机械设计手册可取齿轮的弯曲疲劳强度极限b=720Mpa弯曲疲劳安合系数S=1.4 ,那么可计算弯曲疲劳许用应力为:】kFN a 0.88 x 720 .crF =3=452.75MpaS 1.4圆周力计算得:厂 2T 2x
16、0.182x1()54242Ft = = 866.7 N(2)校核计算:kFt TZ T7 1.4x866.7 八”.八 r八Yri =x2.55x1.61 = 197.7Mpa 452.75MpaBm-5-本科毕业论文小型瓜子剥壳机设计与建模摘 要瓜子是一种营养价值很高的坚果,富含油脂、维生素及氨基酸等营养物质,通过一 系列炒熟加工后瓜子具有色泽香、瓜子仁脆、瓜子饱满等优点,因此通常作为休闲小零 食食用。食用瓜子时通常需要将外面的瓜子壳去掉,食用内部的瓜子仁,去除瓜子壳通 常使用手工剥壳,但是这种手工剥瓜子壳既不卫生也面临着效率低下等问题,特别是在 休闲场合不便于使用手工剥壳。因此针对休闲场
17、合对瓜子进行剥壳处理不便等问题,本 课题将研究设计一款小型的的瓜子剥壳机装置,用于家庭休闲时对瓜子进行剥壳处理。本论文以小型的的瓜子剥壳机装置为研究对象,研究设计一款具有自动对瓜子进行 剥壳并获得瓜子仁的装置。经过文献调研和查阅参考资料后,首先对小型的的瓜子剥壳 机装置的结构进行总体方案设计并简述其工作原理,随后对马小型的的瓜子剥壳机装置 的传动主轴、齿轮传动机构、驱动电动机机构、轴承和键连接等零件进行设计计算。最 后应用三维设计软件Solidworks对小型的的瓜子剥壳机装置的主要零部件进行三维建 模设计和三维装配图设计。最后利用AUTO-CAD软件绘制主要的二维零件图和二维装 配图,整理设
18、计资料撰写设计说明书。本课题设计的小型的的瓜子剥壳机装置,既可以作为一种家用电器应用于瓜子剥 壳,又可以将大学学到的课本知识进行综合应用。关键词:瓜子;剥壳;小型;结构设计;三维设计II本科毕业论文所以,齿根的疲劳强度能够满足设计要求。d.齿轮的几何尺寸:其中,分度圆直径:d=54mm;齿数:Z=18;齿宽:b=15mm,因此计算得:模数:d 84 cm = = = 3z 28中心距:7773a =(Z1 + Z2)=-(28 +28) = 84mm224. 3传动主轴设计(1)试传动主轴的材料选择综合上述考虑传动主轴的性能,最终选取主轴原料为食品级304奥氏体不锈钢。设计的传动主轴从左到右共
19、3段轴,第1和第3主要用于装配支撑轴承的作用,支 撑轴承的内径为20mm,因此第1段和第3段主轴的直径为 20mm,其长度可设计为 30mm;第2段主轴主要是作为定位轴肩作用,其直径为30mm,长度可设计为20mm。(2)传动轴的强度校核按照传动主轴的工作情况,其受力分析、弯矩图和扭矩凸如图4.1所示。FFl F2a)受力图-6-c)扭矩图图4.1传动主轴的受力分析图轴的最大弯矩出现在支撑轴承的作用点上,利用弯矩公式计算得: 求得弯矩:M = 4 x 0.180 = 0.72 KN-m轴承所承受的扭矩来自带轮的转动,根据扭矩公式求得:0 75T = 9549= 1.49N m4800计算出传动
20、轴的扭矩和弯矩后,由于危险截面出现在轴径最小的地方,针对这个危 险截面要求做校核,校核该段截面的弯矩和扭矩的合成强度,按照第三强度公式计算应 力,第三强度理论公式:-7-本科毕业论文(rca=yl(r2 +4t2一般情况下由于弯矩造成的弯曲应力b是对称循环变应力,而通过扭矩造成的扭 转切应力T通常不是对称的循环变应力。综合考虑这两个应力之间循环特性影响的不 同,加入折合系数a ,那么计算应力的公式变为:/a = J/+4(au)2当截面为圆形时,扭转切应力 3H 弯曲应力为b =丝,将T和。代入公式, 叫 2WW于是轴的弯曲扭转合成强度公式为:,加丫河+(田2m J 川:一w公式中:5a轴的计
21、算应力,MPa;T轴的扭矩,N-mm;M轴的弯矩,N-mm;W轴的抗弯截面系数,mm3o圆轴的抗弯截面系数计算公式为:W = -32试验轴所受的扭转切应力是静应力,弯曲应力是对称循环变应力,所以取a=0.3, 由公式(3-9)求得截面的抗弯及屋面系数:W=0.1 =21600mm3 (d 为截面直径)将所算到的结果全部代入公式(3-8),得到弯曲扭转合成强度计算应力。计算过 程如下:V(0.72x106)23)2 ”a = = 33.3 MP b X h X L=10mm X 8mm X Wmmo平键的材料选择为45#钢,该材质的许用挤压应力为cr = 100-120吸。,取其平 均值为 er
22、 = 11 OMpa o在本课题中设计的剥壳主轴传递的扭矩最大,根据要求,需对剥壳传动轴的键连接 进行强度校核,因载荷均匀分布,根据平键连接的挤压强度计算得:Op 4T/ dhl = ap上述公式中:T表示转矩(N , mm);d表示轴径(mm);力表示平键的高度(mm);/表示平键的工作长度(mm);许用挤压应力(MPa);将上述数值代入上述计算公式中,计算平键的挤压强度值为:%,=477 叔=4x 7.5 x 1/ 20x 6 x 40 = 62.5 Mpaap = UO Mpa由上述计算结果可知平键的挤压强度小于材质的许用挤压强度值,因此选择的平键 能够满足设计要求。4. 5轴承的选型及
23、校核由第三章设计计算可知,轴承安装处的轴径为d = 20俏机,其转速 = 650r/min , 因此可选用圆锥滚子轴承,查阅机械设计手册选择其型号为30208,该轴承的基本 参数为d = 20mm, D = 40mm, B = 8mm 基本额定动载荷G = 63及V。9根据上述的轴承几何数据,可分别计算得:圆周力:4=21/4 =2x7.05x1()5/4226 = 3317.65N径向力:-9-本科毕业论文= /;x tan/cos/7 = 3317.65 X tan 20/cosl3.03 = 1239.44N轴向力:工=耳 tan. = 3317.65 x tan 13.03 = 767
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