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河北科技師范學(xué)院
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
板栗切口機(jī)的設(shè)計(jì)
院（系、部）名 稱 ： 歐美學(xué)院機(jī)電科學(xué)與工程系
專 業(yè) 名 稱：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 生 姓 名： 劉振
學(xué) 生 學(xué) 號(hào)： 9313110220
指 導(dǎo) 教 師： 劉長榮
2015年5月20日
河北科技師范學(xué)院教務(wù)處制
摘 要
摘 要
板栗切口機(jī)又被稱為板栗劃口機(jī)，是在加工板栗中給板栗開口的一種設(shè)備，為了使板栗在后續(xù)加工中更容易入味，就需要在板栗炒制、浸味、淹制前在板栗上開一道口。板栗切口機(jī)的誕生代替了手工開口。實(shí)現(xiàn)了手工加工進(jìn)入機(jī)械加工的時(shí)代，從而大大提高了板栗加工的效率，是人的雙手得到了解放，而且更加衛(wèi)生安全，機(jī)械加工后的板栗切口更加整齊，大大減輕了對(duì)果肉的損害。[2]
本次設(shè)計(jì)主要針板栗切口機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。首先，對(duì)板栗切口機(jī)結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，原理是：板栗從投料口加入，投料室設(shè)計(jì)成漏斗狀可實(shí)現(xiàn)批量加工。切口機(jī)采用鏈板式傳送，投料口處傳送鏈的傾斜設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)板栗自動(dòng)上鏈。雙刀盤和刀具高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行板栗的切口工作。板栗切口完成后，被傳送鏈輸送到出料口，利用重力從傳送鏈上自行脫落，完成整個(gè)的板栗切口加工，在此分析基礎(chǔ)上提出了總體結(jié)構(gòu)方案；接著，對(duì)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算選擇；然后，對(duì)各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核；最后，通過AutoCAD制圖軟件繪制了板栗切口機(jī)總裝圖、傳動(dòng)裝置裝配圖及主要零部件圖。
關(guān)鍵詞：板栗；切口；圓盤刀；傳送鏈
Abstract
Chestnut incision machine, also known as Chestnut draw machine, is a device to an opening in the processing of chestnut chestnut, in order to make the chestnut in subsequent processing easier tasty, it is necessary before the chestnut frying, dip taste, flooded in Chestnut On open a crossing. Birth Chestnut incision machine replaces the manual opening. To achieve the era of manual processing into the machining, thus greatly improving the efficiency of chestnut processing, human hands has been liberated, and chestnut cut more health and safety, after machining tidier, greatly reducing the damage to the flesh.
The design of the main needle Chestnut incision machine design. First, Chestnut incision machine structure and analysis of the principle, the principle is: chestnut from the doghouse to join, feeding room into a funnel-shaped design enables batch processing. Cut machine transmission chain plate, tilt design doghouse at the conveyor chain can be realized chestnut automatic winding. Pole plate and high-speed rotating cutter, cut work performed chestnut. Chestnut incision is complete, the conveyor chain is delivered to the discharge port, using gravity to fall off from the conveyor chain, complete the chestnut cut processing, in this analysis is proposed on the basis of the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated selection; then, all the major parts and components for the design and verification; and finally, through the AutoCAD drawing software to draw the chestnut cut machine assembly diagram, gearing assembly drawing and major components Fig.
Keywords: Chestnut.；Incision；Disc knife；Conveyor chain
II
目 錄
目 錄
摘 要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 論文研究背景與意義 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.3社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益 1
2 總體設(shè)計(jì) 2
2.1總體方案設(shè)計(jì) 2
2.2工作原理分析 2
3 主要零部件的設(shè)計(jì) 3
3.1傳送系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3
3.1.1傳送電機(jī)的選擇 3
3.1.2 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 4
3.1.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 5
3.1.4鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 8
3.1.5軸及軸承、鍵的設(shè)計(jì) 10
3.1.6軸承及鍵的校核與壽命計(jì)算 12
3.2 切口裝置設(shè)計(jì) 13
3.2.1 切口電機(jī)的選擇 13
3.2.2動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 14
3.2.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 15
3.2.4軸及軸承、鍵的設(shè)計(jì) 18
3.2.5軸承及鍵的校核與壽命計(jì)算 21
3.2.6刀盤的設(shè)計(jì) 21
3.3 箱體設(shè)計(jì) 22
3.3.1箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
3.3.2機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22
結(jié)論 22
參考文獻(xiàn) 24
致謝 24
III
8
河北科技師范學(xué)院2015屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)
1 緒論
1.1 論文研究背景與意義
板栗切口機(jī)背景：由于栗子是中國特有的干果?！丁分芯陀小吧接衅?，隰有栗之句。《》說，“果之美者，江浦之橘，箕山之栗”，把栗子作為中國果品類代表；炒栗子是我國是我國美食文化，流傳至今；而炒板栗，板栗開口，古老方式已跟不上社會(huì)發(fā)展需求，設(shè)計(jì)合適的板栗切口機(jī)變得尤其重要。板栗甘甜芳香，含51到60的淀粉，白質(zhì)5.4 -10.3，2.1-7.5的脂肪，胡蘿卜素，維生素A鉀等礦物質(zhì)，營養(yǎng)素被人體吸收并且利用率高達(dá)97。十粒板栗大約含卡路里的熱量為和小于1克的脂肪含量，是在殼類果實(shí)含量最低的。[19]廣泛被應(yīng)用于食品加工，烹調(diào)宴席。板生食，炒食皆宜，清香可口，也可以被做成多種菜肴，糕點(diǎn)，罐頭食品等。板栗便于貯存和保鮮，可以長期在市場上銷售。板栗多產(chǎn)于山地，國外稱之為“健康食品”，屬于健胃補(bǔ)腎的最佳之選。
本課題研究的目的就是在總結(jié)了早期的板栗切口技術(shù)的基礎(chǔ)上，尋找早期切口技術(shù)的不足以及切口設(shè)備的缺陷，經(jīng)過改進(jìn)與創(chuàng)新，最后用一個(gè)新的方案思路和創(chuàng)新設(shè)備來突破傳統(tǒng)板栗切口機(jī)的種種缺陷，提高板栗加工的效率。這個(gè)設(shè)備和方案的完成將可能會(huì)解決板栗加工家庭生產(chǎn)低迷的現(xiàn)象，進(jìn)而推動(dòng)了板栗加工業(yè)的發(fā)展。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
在世界上，板栗切口技術(shù)已經(jīng)在很多國家得到了研究與應(yīng)用，一些歐洲國家更是走在了世界的前沿，這其中意大利和法國最為先進(jìn)。板栗的加工已經(jīng)非常成熟，清洗、分級(jí)等都應(yīng)經(jīng)是工業(yè)化，隨著智能機(jī)器人的誕生，一些發(fā)達(dá)國家已經(jīng)在板栗的生產(chǎn)過程中加入了智能機(jī)器人。在亞洲，日本是板栗加工行業(yè)的領(lǐng)頭羊。而我雖然是板栗生產(chǎn)大國，但是在改革開放前由于加工技術(shù)的缺乏與落后。一直沒有形成板栗加工的工業(yè)化，隨著改革開放，我國在于世界一些板栗加工的發(fā)達(dá)國家的交流中，學(xué)習(xí)到了很多板栗加工的先進(jìn)技術(shù)例如微波去皮，鹽水去皮等等。尤其是現(xiàn)在中國進(jìn)入了經(jīng)濟(jì)新常態(tài)，在板栗的加工方面有了很多新的技術(shù)。從而形成了適合我國板栗加工的新技術(shù)，開拓了中國板栗加工之路。
1.3社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益
目前，在我國的市場上很難找到一種經(jīng)過深加工過后的板栗產(chǎn)品。雖然有時(shí)候會(huì)卡鬧一些板栗的零食，但這種食品并不能拓展板栗產(chǎn)品的市場銷量，從這幾年的銷售狀況來看，板栗深加工產(chǎn)品并沒有一個(gè)好的市場銷路，并且需求量也不是很高。主要是因?yàn)榘謇跚锌陔y，至今還不能形成一類具有影響力的商品，特別是根據(jù)國出口日本的板栗在日本被加工成高檔食品在香港和歐洲的銷售市場情況來看，板栗深加工產(chǎn)品的市場前景很好，深加工的板栗除了滿足國內(nèi)場的需求之外，還可以出口取一定的外匯。本板栗切口機(jī)的成功研究，將大大提高板栗加工生產(chǎn)效率，讓板栗生產(chǎn)走入家庭，普及板栗的深加工處理，讓農(nóng)民足不出戶就可以增加收入，增長農(nóng)民種植板栗的積極性，擴(kuò)大辦理的市場銷路，讓農(nóng)民過上小康生活。[10]隨著板栗加工向家庭化生的發(fā)展，由此又將帶動(dòng)板栗種植業(yè)的快速發(fā)展，而這在當(dāng)前進(jìn)行的西部大開發(fā)，開展再造山川秀美大西北的工程中，為實(shí)施退耕還林保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面都將起到十分積極的推動(dòng)作用，能夠起到很好的社會(huì)效益和生態(tài)效益。
2 總體設(shè)計(jì)
2.1總體方案設(shè)計(jì)
板栗切口機(jī)又稱為板栗劃口機(jī)，是在加工板栗中給板栗開口的一種設(shè)備，為了使板栗在后續(xù)加工中更容易入味，就需要在板栗炒制、浸味、淹制前在板栗上開一道口。板栗切口機(jī)的成功研制讓手工開口走下了歷史舞臺(tái)。這么些年來一些板栗加工的家庭作坊一直為了如后高效的板栗切口而痛苦不已。并且工作強(qiáng)度大、效率過低、切口形狀不同等等困擾著大家。由于板栗品種不一，大小各異，各地的板栗皮薄厚，形狀不一樣都是不易機(jī)械化加工的技術(shù)難題。并且市場調(diào)查，板栗切口機(jī)的家庭設(shè)備比較少，生產(chǎn)成本高等?；谝陨系恼{(diào)查，為了滿足家庭與小規(guī)模的生產(chǎn)，研究了一種適合家庭與小規(guī)模生產(chǎn)的小型板栗切口機(jī)。
2.2工作原理分析
板栗切口加工為板栗深加工，在板栗切口前需要先將板栗篩選為三級(jí)，分別為大、中、小，直徑大約為20mm—50mm。形狀為橢圓或者圓形。因?yàn)榘謇鹾Y選技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)?shù)某墒?，故不需設(shè)計(jì)板栗的篩選機(jī)構(gòu)。可以直接用篩選后的板栗進(jìn)行加工。板栗從投料口1加入，投料室設(shè)計(jì)成漏斗狀可實(shí)現(xiàn)批量加工。切口機(jī)采用鏈板式傳送，投料口處傳送鏈2的傾斜設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)板栗自動(dòng)上鏈，傳送鏈由電動(dòng)機(jī)2通過4個(gè)鏈輪進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。傳送鏈根據(jù)板栗切口要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，鏈板上有漏斗狀的圓形凹槽，板栗進(jìn)入凹槽后可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)加緊在被切割時(shí)不會(huì)隨刀盤4轉(zhuǎn)動(dòng)，大大提高了切口效率，保證了切口均勻工整。切口機(jī)由小型電機(jī)1通過一級(jí)減速帶動(dòng)雙刀盤和刀具高速旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行板栗的切口工作。板栗切口完成后，被傳送鏈輸送到出料口3，利用重力從傳送鏈上自行脫落，完成整個(gè)的板栗切口加工。預(yù)計(jì)實(shí)現(xiàn)開口長5mm－15mm；深0.5mm—2.5mm，不會(huì)切傷內(nèi)仁，切口效率為99.4%。板栗切口機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖1所示
圖1 板栗切口機(jī)原理簡圖
3 主要零部件的設(shè)計(jì)
3.1傳送系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.1.1傳送電機(jī)的選擇
（1）選擇電動(dòng)機(jī)類型
因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)件，所以只需要根據(jù)生產(chǎn)情況選取即可。本設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)工作環(huán)境為室內(nèi)工作且運(yùn)動(dòng)載荷平穩(wěn)，所以選擇Y系列一般用途的三相異步電動(dòng)機(jī)。
（2）電動(dòng)機(jī)容量的選擇
由調(diào)研數(shù)據(jù)得知板栗傳送鏈抗運(yùn)行阻力：F=600N
板栗傳送過程中，速度應(yīng)選擇合適，速度過大板栗容易被甩出且，速度過小生產(chǎn)率小，因此在保證板栗不被甩出的情況下盡量選取大的運(yùn)行速度，通常板栗切口機(jī)運(yùn)行速度為0.5~1.0m/s，本次選用板栗傳送速度為：v=0.8m/s
則，工作機(jī)所需功率為：
3.1
3.2
——電動(dòng)機(jī)至滾筒軸的傳動(dòng)裝置總效率。
選取工作中的圓柱齒輪傳動(dòng)效率，軸承效率，鏈板傳動(dòng)效率，所以電動(dòng)機(jī)至滾筒軸的傳動(dòng)裝置總效率為：
電動(dòng)機(jī)的輸出功率為
電動(dòng)機(jī)額定功率只需略大于即可，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率為550W。
（3）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
為使板栗切割機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊性，本次初取傳送鏈主動(dòng)鏈輪分度圓直徑為：
傳送鏈主動(dòng)軸工作轉(zhuǎn)速： 3.3
單級(jí)圓柱齒輪的傳動(dòng)比為：
所以電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的推薦值為：
查表得知在這一范圍有750 r/min、1000r/min的電動(dòng)機(jī)。
綜合考慮傳動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟(jì)性，選用同步轉(zhuǎn)速750r/min的電機(jī)。
型號(hào)為Y60M-4，滿載轉(zhuǎn)速，功率0.55。
3.1.2 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算
（1）總傳動(dòng)比
滿載轉(zhuǎn)速。故總傳動(dòng)比為：
取
（2）各軸的轉(zhuǎn)速
電機(jī)軸
傳送鏈主軸；
（3）各軸的輸入功率
電機(jī)軸 ；
傳送鏈主軸；
（4）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電機(jī)軸 ； 3.4
傳送鏈主軸；
（5）整理列表，如表1所示：
表1 傳送裝置軸
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)比
電機(jī)軸
0.542
7.29
710
3.0
傳送鏈主軸
0.515
20.78
236.67
3.1.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
（1）選精度等級(jí)、材料和齒數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算應(yīng)采用級(jí)精度，因傳動(dòng)尺寸無嚴(yán)格限制,故根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇小齒輪材料為40，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241 -286 ，平均為260 ,大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為229 -286 ，平均為240 。
選小齒輪齒數(shù)，
大齒輪齒數(shù)，取
則實(shí)際傳動(dòng)比：
傳動(dòng)誤差小于5％，符合要求。`
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即
確定公式各計(jì)算數(shù)值
① 試選載荷系數(shù)
② 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
③ 小齒輪相對(duì)兩支承非對(duì)稱分布，選取齒寬系數(shù)
④ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.3查得材料的彈性影響系數(shù)
⑤ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6.14按齒面硬度查得
小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
⑥ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6.11計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
⑦ 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)
⑧ 計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力
根據(jù)工作情況選擇失效概率為1，安全系數(shù)為S=1，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式10-12得
⑨ 計(jì)算
試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值
計(jì)算圓周速度v
3.5
計(jì)算齒寬b
計(jì)算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
計(jì)算載荷系數(shù)K
根據(jù)，7級(jí)精度，查得動(dòng)載荷系數(shù)
假設(shè)，由表查得
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表5.2查得使用系數(shù)
由表查得查得
故載荷系數(shù) 3.6
⑩ 按實(shí)際的的分度圓直徑，由式可得
3.7
? 計(jì)算模數(shù)ｍ
（3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
3.8
①確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6.15查得
小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6.16查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1，安全系數(shù)為=1.3，由式得
3.9
計(jì)算載荷系數(shù)
②查取齒形系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.4查得
③查取應(yīng)力校正系數(shù) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6.4查得
④計(jì)算大小齒輪的，并比較
大齒輪的數(shù)據(jù)
⑤設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，因?yàn)楦鶕?jù)齒面接觸疲勞強(qiáng)度所算得的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度所算得的模數(shù)，可取有彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)，并選取標(biāo)準(zhǔn)值為＝1.25，
按接觸強(qiáng)度算得的分度圓的直徑
算出小齒輪齒數(shù) 取
大齒輪齒數(shù) 取
（4）幾何尺寸計(jì)算
1）計(jì)算分度圓直徑
2）計(jì)算中心距
3）計(jì)算齒寬寬度取30mm
（5）驗(yàn)算
符合要求
兩齒輪數(shù)據(jù)如表2所示：
表2 傳送裝置傳動(dòng)齒輪
序號(hào)
名稱
符號(hào)
計(jì)算公式及參數(shù)選擇
1
齒數(shù)
Z
24，72
2
模數(shù)
m
1.25mm
3
分度圓直徑
4
齒頂高
5
齒根高
6
全齒高
7
頂隙
8
齒頂圓直徑
9
齒根圓直徑
10
中心距
3.1.4鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
為了是板栗在切口過程中切口深度一致，并且辦理不易隨著圓刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，特殊設(shè)計(jì)了切口凹槽如圖2所示
已知主動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)速為，選用的傳動(dòng)比為
（1）鏈輪齒數(shù)：取則
（2）設(shè)計(jì)功率
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表14.2查的，
（3）選擇鏈條型號(hào)和節(jié)距
圖2 鏈板凹槽
根據(jù)及查《機(jī)械設(shè)計(jì)》14.17圖，可選08A。查表14-1，鏈條的節(jié)距為
（4）確定鏈條的鏈節(jié)數(shù)LP
初定中心距，取則鏈節(jié)數(shù)為：
圓整為偶數(shù)取，但因?yàn)樽园謇跚锌跈C(jī)構(gòu)需要板栗自動(dòng)上鏈，故傳送鏈的節(jié)數(shù)需要有增加，總節(jié)數(shù)為94節(jié)。
（5）確定鏈條長度及中心距
中心距減少量
實(shí)際中心距
（6）演算鏈速
與假設(shè)速度相符 3.10
08A滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù)（mm），如表3所示
（7）鏈輪輪廓計(jì)算
鏈輪基本參數(shù)和主要尺寸
①基本參數(shù)
鏈輪齒數(shù)：
表3 滾子鏈參數(shù)
鏈號(hào)
節(jié)距
p
滾子直徑
d1
內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬
b1
銷軸直徑
d2
內(nèi)鏈板厚度
08A
16.5
10
10
6
12.5
配用鏈條的節(jié)距：
配用鏈條的滾子外徑d：
②分度圓直徑d
取100mm 3.11
③齒頂圓直徑
④齒根圓直徑
⑤分度圓弦齒高
3.12
3.13
⑥鏈輪材料及熱處理
材料15、20鋼，熱處理：滲碳、淬火、回火
3.1.5軸及軸承、鍵的設(shè)計(jì)
（1）尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
①軸上的功率P1,轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1
，，
②初步確定軸的最小直徑
先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表11.3，取，于是得：
該處開有鍵槽故軸徑加大5％～10％，且驅(qū)動(dòng)鏈軸的最小直徑顯然是安裝大傳動(dòng)齒輪處的直徑。取；。
③根據(jù)軸向定位要求來計(jì)算求得軸每段直徑和長度
（a）因?yàn)樵诖簖X輪的軸向定位中需在2軸段的左端車制一個(gè)軸肩，軸肩高度軸肩高度，取，并且該段為驅(qū)動(dòng)鏈輪的位置故取該段的直徑，長度。3軸段為一過度軸段，軸頸為。
（b）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的深溝球軸承6204，故，軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，軸肩高度軸肩高度，取，因此，取。
（c）考慮到齒輪端面與箱體間距以及兩級(jí)齒輪間位置配比，取，總長。
④軸上零件的周向定位
查機(jī)械設(shè)計(jì)表，聯(lián)接大齒輪的平鍵截面。
（2）強(qiáng)度校核計(jì)算
①求作用在軸上的力
已知大齒輪的分度圓直徑為，則
鏈輪上的的受力
;
②求軸上的載荷
首先根據(jù)以上的計(jì)算軸的結(jié)構(gòu)簡圖，確定軸的形狀尺然后，根據(jù)軸的受力情況軸的彎矩扭矩圖，查出危險(xiǎn)，最后校核危險(xiǎn)截面。
確定軸承的支點(diǎn)位置，根據(jù)手冊(cè)查出號(hào)深溝球軸承的寬度為=14mm，因此軸的支撐跨距為L1=225。根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的和扭矩圖，如圖2 所示。
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖可以看出截是軸的危險(xiǎn)截面。先計(jì)算出截面處的MH、MV及M的值。
水平支反力 ，
垂直支反力 ，
截面水平彎矩
截面垂直彎矩
總彎矩
扭矩
③按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
圖3 彎矩扭矩圖
根據(jù)以上計(jì)算的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
3.15
已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表15-1查得。因此，故安全。
④鍵的選擇
采用圓頭普通平鍵A型（GB/T 1096—1979）連接，聯(lián)接大齒輪的平鍵截面，。齒輪與軸的配合為，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是過渡配合保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為。
3.1.6軸承及鍵的校核與壽命計(jì)算
（1）軸承
①按承載較大的選擇其型號(hào)，因支承跨距不大，故采用兩端軸承組合方式。軸承類型選為，軸承的預(yù)期壽命取為：＝29200h
由上面的計(jì)算結(jié)果有軸承受的徑向力為Fr1=443.09N，
軸向力為Fa1=159.90N，
②初步選擇深溝球軸承6204，其基本額定動(dòng)載荷為Cr=51.8KN，基本額定靜載荷為C0r=63.8KN。
③徑向當(dāng)量動(dòng)載荷
動(dòng)載荷為，查得，則有
根據(jù)計(jì)算公式得
滿足要求。
（2）鍵
①選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
大齒輪處選用單圓頭平鍵，尺寸為
②校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
鍵、軸材料都是鋼，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為
鍵的工作長度
，符合要求
3.2 切口裝置設(shè)計(jì)
3.2.1 切口電機(jī)的選擇
（1）選擇電動(dòng)機(jī)類型
因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)部件，所以只需要根據(jù)生產(chǎn)情況選取即可。本設(shè)計(jì)中電動(dòng)機(jī)工作環(huán)境為室內(nèi)工作且運(yùn)動(dòng)載荷平穩(wěn)，所以選擇Y系列一般用途的三相異步電動(dòng)機(jī)。
（2）電動(dòng)機(jī)容量的選擇
取板栗切刀切割扭矩為：T=10N.m
刀片切割轉(zhuǎn)速為：n=450r/min
則，工作機(jī)所需功率為：
——電動(dòng)機(jī)至滾筒軸的傳動(dòng)裝置總效率。
圓柱齒輪傳動(dòng)效率，軸承效率，電動(dòng)機(jī)至滾筒軸的傳動(dòng)裝置總效率為：
電動(dòng)機(jī)的輸出功率為
電動(dòng)機(jī)額定功率只需略大于即可，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表19-1選取電動(dòng)機(jī)額定功率為500W。
（3）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇
刀片工作轉(zhuǎn)速：
單級(jí)圓柱齒輪的傳動(dòng)比為：
所以電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速的推薦值為：
符合這一范圍的同步轉(zhuǎn)速為1000、1500r/min。
綜合考慮傳動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)緊湊性和經(jīng)濟(jì)性，選用同步轉(zhuǎn)速1000r/min的電機(jī)。
型號(hào)為Y50M-2，滿載轉(zhuǎn)速，功率0.5。
3.2.2動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算
（1）總傳動(dòng)比
滿載轉(zhuǎn)速。故總傳動(dòng)比為：
取
（2）各軸的轉(zhuǎn)速
電機(jī)軸
切口主軸；
（3）各軸的輸入功率
電機(jī)軸 ；
切口軸；
（4）各軸的輸入轉(zhuǎn)矩
電機(jī)軸 ；
切口軸 ；
（5）整理列表如下，如表4所示
軸名
功率
轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)比
電機(jī)軸
0.495
5.19
910
2.0
切口主軸
0.471
9.89
455
表4 切口軸
3.2.3齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
（1）選精度等級(jí)、材料和齒數(shù)
根據(jù)以上計(jì)算應(yīng)采用7級(jí)精度，因傳動(dòng)尺寸無嚴(yán)格限制故根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6.1選擇小齒輪材料為40，調(diào)質(zhì)處理，硬度為241 -286，平均為260,大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為229 -286，平均為240。
選小齒輪齒數(shù)，
大齒輪齒數(shù)，取
則實(shí)際傳動(dòng)比：
傳動(dòng)誤差小于5％，合適。
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即
確定公式各計(jì)算數(shù)值
①試選載荷系數(shù)
②計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
③小齒輪相對(duì)兩支承非對(duì)稱分布，選取齒寬系數(shù)
④查得材料的彈性影響系數(shù)
⑤按齒面硬度查得
小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限
⑥由《機(jī)械設(shè)計(jì)》式6.11計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
⑦由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6.16查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)
⑧計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力
根據(jù)工作情況選擇失效概率為1，安全系數(shù)為=1，由公式得
⑨計(jì)算
試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小值
計(jì)算圓周速度v
計(jì)算齒寬b
計(jì)算齒寬與齒高之比b/h
模數(shù)
齒高
計(jì)算載荷系數(shù)K
根據(jù)，7級(jí)精度，查得動(dòng)載荷系數(shù)
假設(shè)，由表查得
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5.2查得使用系數(shù)
由表查得
查得
故載荷系數(shù)
⑩按實(shí)際的載荷系數(shù)所算得的分度圓直徑，由式可得
?計(jì)算模數(shù)ｍ
（3）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
①確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6.15查得
小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖6.16查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1％，安全系數(shù)為S=1.3，得
計(jì)算載荷系數(shù)
②查取齒形系數(shù)
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表6.4查得
③查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表6.4查得
④計(jì)算大小齒輪的，并比較
大齒輪的數(shù)據(jù)
⑤設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，可取有算得的模數(shù)，并圓整為標(biāo)準(zhǔn)值＝1mm，
按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑
算出小齒輪齒數(shù) 取
大齒輪齒數(shù) 取
（4）幾何尺寸計(jì)算
①計(jì)算分度圓直徑
②計(jì)算中心距
③計(jì)算齒寬寬度取20mm
（5）驗(yàn)算
符合要求，大小齒輪數(shù)據(jù)如表5所示
3.2.4軸及軸承、鍵的設(shè)計(jì)
（1）尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
①切口軸上的功率P1,轉(zhuǎn)速n1和轉(zhuǎn)矩T1
，，
②初步確定軸的最小直徑
先按式初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)表》11.3，取，于是得：
該處開有鍵槽故軸徑加大5％～10％，且高速軸的最小直徑顯然是安裝傳動(dòng)大齒輪處的直徑。取；。
③根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
（a）為了滿足大帶輪的軸向定位的要求2軸段左端需制出軸肩，軸肩高度軸肩高度，取故取2段的直徑，長度。
（b）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的深溝球軸承6203，故，軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定
表5 切口裝置傳動(dòng)齒輪
序號(hào)
名稱
符號(hào)
計(jì)算公式及參數(shù)選擇
1
齒數(shù)
Z
30，60
2
模數(shù)
m
1mm
3
分度圓直徑
4
齒頂高
5
齒根高
6
全齒高
7
頂隙
8
齒頂圓直徑
9
齒根圓直徑
10
中心距
位，軸肩高度軸肩高度，取，因此，取。
（c）另考慮到齒輪端面與箱體間距10mm以及兩級(jí)齒輪間位置配比，取。
④軸上零件的周向定位
查機(jī)械設(shè)計(jì)表，聯(lián)接切口大齒輪的平鍵截面。
（2）強(qiáng)度校核計(jì)算
①求作用在軸上的力
已知齒輪的分度圓直徑為，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，則
刀盤上的的受力
;
②求軸上的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖軸的計(jì)算簡圖。在確定軸承位置時(shí)，從手冊(cè)中查取b值。對(duì)于6203型深溝球軸承，由手冊(cè)中查得。因此，軸的支撐跨距為。
根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖，如圖4所示
圖4 彎矩扭矩圖
從軸的結(jié)構(gòu)圖以及圖可以看出截面D是軸的危險(xiǎn)截面。先計(jì)算出截面D處的MH、MV及的值。
水平支反力 ，
垂直支反力 ，
D截面水平彎矩
D截面垂直彎矩
總彎矩
扭矩
③按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
根據(jù)式(15-5)及上表中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由表查得。因此，故安全。
④鍵的選擇
采用圓頭普通平鍵A型（GB/T 1096—1979）連接，聯(lián)接大齒輪的平鍵截面，。齒輪與軸的配合為，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是過渡配合保證的，此外選軸的直徑尺寸公差為。
3.2.5軸承及鍵的校核與壽命計(jì)算
（1）軸承
①按承載較大的選擇其型號(hào)，因支承跨距不大，故采用兩端軸承組合方式。軸承類型選為，軸承的預(yù)期壽命取為：L'h＝29200h
由上面的計(jì)算結(jié)果有軸承受的徑向力為Fr1=1012.99N，
軸向力為Fa1=316.56N，
②初步選擇深溝球軸承6203，其基本額定動(dòng)載荷為Cr=51.8KN，基本額定靜載荷為C0r=63.8KN。
③
動(dòng)載荷為，查得，則有
由計(jì)算公式得
滿足要求。
（2）鍵
①選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸
大齒輪處選用單圓頭平鍵，尺寸為
②校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度
鍵、軸材料都是鋼，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為
鍵的工作長度
，符合要求。
3.2.6刀盤的設(shè)計(jì)
本次采用盤型刀片，刀片采用65Mn表面淬火處理，因?yàn)榘謇踉诩庸で氨环殖闪巳齻€(gè)級(jí)別分別為大、中、小，栗子采用仿形切割，實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)強(qiáng)，切口刀盤如圖5所示：
圖5 切口刀盤
3.3 箱體設(shè)計(jì)
3.3.1箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)板栗切口機(jī)安裝與成本的實(shí)際情況來看，應(yīng)設(shè)計(jì)一機(jī)架來支撐各零件。從經(jīng)濟(jì)角度來看，支撐架全件應(yīng)采用焊接件其中包括方管，5mm鐵板等。首先，將角鐵支柱和各支撐件焊接在一起，然后把剪板、折彎后的鐵板焊接在機(jī)架的外層。實(shí)現(xiàn)板栗切口機(jī)的切口區(qū)域和傳動(dòng)區(qū)域封閉工作，使板栗切口機(jī)能夠保持正常的切口運(yùn)動(dòng)和傳動(dòng)精度，并且起到了的作用，同時(shí)還能增加一定程度的、隔溫、防噪音的作用。由于板栗切口機(jī)需加工大中小不三種型號(hào)的板栗，這就需要更換刀具，并且在板栗切口機(jī)工作一段時(shí)間后，圓盤刀將板栗切口后所遺留的板栗殼碎屑，應(yīng)及時(shí)清理出去，以免造成機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不流暢、加工的板栗外殼粘黏大量的板栗外殼碎屑?；谝陨系囊螅O(shè)計(jì)的箱體必須可以靈活打開與關(guān)閉，為此將板栗切口機(jī)的工作室上蓋上安裝一個(gè)合頁和一個(gè)簡易的鎖緊裝置。
3.3.2機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
機(jī)架本著簡單實(shí)用，安全可靠的原則，如圖8所示：
圖6 板栗切口機(jī)機(jī)架
結(jié)論
隨著家庭式小規(guī)模的板栗生產(chǎn)越來越多，以往的板栗切口機(jī)已不能適應(yīng)市場的需求。而新型的板栗切口機(jī)應(yīng)解決已有機(jī)械設(shè)備的缺點(diǎn)，具有以下優(yōu)點(diǎn):
(1) 適應(yīng)性好，由于合理設(shè)計(jì)了，可確保每一個(gè)栗子無論大小，均可進(jìn)入模腔受到同樣工序的處理。
(2) 劃口均勻，割痕深度可調(diào)并一致由于栗子緊緊的被卡在鏈板凹槽里，接受切割刀的劃割，因此，其切割深度均相等通過微調(diào)刀架，可調(diào)整切割刀劃入深度。
(3) 速度快，效率高由于采用鏈條帶動(dòng)模板運(yùn)行的模式，物料在連續(xù)輸送過程實(shí)現(xiàn)瞬間劃割本機(jī)設(shè)計(jì)的劃口速度是已知采用激光劃口的生產(chǎn)設(shè)備的倍。
但是本產(chǎn)品也有不足之處：
(1) 切口的清洗技術(shù)還不是很成熟，板栗切口后的碎屑不易排除，還需繼續(xù)改進(jìn)。
(2) 本板栗切口機(jī)在工作時(shí)，需要人為添加板栗，還不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化無人生產(chǎn)。
(3) 板栗切口機(jī)只適合了家庭生產(chǎn)，不適用于大工廠的連續(xù)加工，有待改進(jìn)。
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致謝
經(jīng)過這幾個(gè)月的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及同學(xué)們的幫助與支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。
在這里我首先要感謝我的導(dǎo)師劉長榮老師。劉長榮老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從現(xiàn)場到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，論文寫作等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是他們?nèi)匀患?xì)心地糾正我論文中的錯(cuò)誤。
其次，我還要特別感謝我的母校，為我提供了一個(gè)先進(jìn)的學(xué)習(xí)、工作環(huán)境，能讓我順利完成自學(xué)考試的各個(gè)課程。特別是學(xué)院的各位老師，為我們打下了堅(jiān)實(shí)的機(jī)械專業(yè)知識(shí)；老師們不僅在學(xué)業(yè)上給我以精心指導(dǎo)，同時(shí)還在思想、生活上給我以無微不至的關(guān)懷，在此謹(jǐn)向老師們致以誠摯的謝意和崇高的敬意。還要感謝所有的同學(xué)，在這四年里給予我的支持與幫助。
最后，請(qǐng)讓我將這篇學(xué)士學(xué)位論文獻(xiàn)給我的父母親，感謝他們的養(yǎng)育之恩，感謝他們使我成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有用的人，他們的關(guān)懷、支持和鼓勵(lì)是我所有信念的力量源泉。
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