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1、苹果自动去皮机机械设计说明书 I 摘要 现阶段我国苹果的生产相对较好，但是在加工方面和西方国家相比就有相当大的差距，在加工自动化方面更是落后。我国现在水果罐头行业的发展相对比较乐观，并且消费者对水果罐头的需求越来越大。水果罐头需求大，当然少不了苹果罐头，但我国现有的苹果去皮设备中存在着不少问题，比如大型设备体积庞大，加工过程苹果容易受污染，且不适合小型企业加工，另外有一部分设备需要靠人工将苹果逐个插到固定针上，这样很容易造成工人受伤事故。本文设计的苹果自动去皮机主要适用于小型苹果罐头加工企业，不再需要人工将苹果逐个插到固定针上，而是采用自动检测系统，通过气缸将苹果插到固定针上。有手靠近苹果托盘
2、是机器将不动作，这样就减少了不必要的人员事故。本设计内容主要包括苹果自动去皮机总体设计、零件设计、零件尺寸设计及计算、标准件的选择、重要部分强度校核等。并且还绘制了所需零件的所有 CAD 图和 PROE 整装图。关键词：水果罐头，苹果自动去皮机，设计 苹果自动去皮机机械设计说明书 II Abstract At the present stage,apple production in China is relatively good.But there is still a considerable gap in the aspect of processing compared with w
3、estern countries,especially more backward in terms of process automation.In our country the development of canned fruit industry is recently boom recently,at the same time the demand for canned fruit is growing with more and more consumers loving them.Canned fruit is in great demand,so it is canned
4、apple.However,there are still many troubles in our existing apple peeling devices,such as the large volume of large scale equipment,apple being vulnerable to pollution in the process procedure,as well as unsuitable for small business processing.Another drawback is that some devices depend on artific
5、ial to insert apple one by one into fixing pins,which is easy to cause injury accidents.Apple peeling machine automatically in this artical is mainly targeted at small apple canned food processing enterprises.Instead of depending on artificial to insert apples one by one into fixing pins,the design
6、brings to automatic test system and apples are inserted into fixing pins through the cylinder.We can find out one advantage is that the machine doesnt work if workers hands close to apple tray so as to reduce the unnecessary accidents and improve the security.The design mainly includes the overall d
7、esign of automatic apple peeling machine,detailing design,the design and calculation of component size,the choice of the standard component,and the intensity check to important part.Whats more,all CDA chart and PROE diagram of all necessary components are drawed well.Keywords:canned fruit,apple auto
8、matic peeling machine,design苹果自动去皮机机械设计说明书 目录 摘要.I Abstract.II 1 绪论.1 1.1 本设计研究的目的与意义.1 1.2 现阶段国内苹果去皮方式.1 1.3 苹果自动去皮机的研究状况及存在问题.2 1.3.1 苹果自动去皮机的研究状况.2 1.3.2 苹果自动去皮机存在问题.2 1.4 本设计研究内容、方法及方向.3 1.4.1 本设计研究内容.3 1.4.2 本设计采用的方法.3 1.4.3 本设计未来发展方向.3 2 苹果自动去皮机总体方案设计.4 2.1 苹果自动去皮机方案确定.4 2.2 苹果自动去皮机工作原理及结构组成.4
9、 2.2.1 苹果自动去皮机工作原理.4 2.2.2 苹果自动去皮机结构组成.4 2.3 苹果自动去皮机工作流程.4 3 苹果自动去皮机运动机构确定.6 3.1 送料机构的确定.6 3.1.1 送料机构方案设计.6 3.1.2 送料机构组件的确定.6 3.2 工作台转动机构的确定.8 3.2.1 直齿圆锥齿轮的设计.9 3.2.2 直齿圆柱齿轮的设计.12 3.3 苹果自动去皮机去皮及苹果固定装置.19 3.3.1 刀架的设计.19 3.3.2 刀片的设计.19 3.3.2 苹果固定装置.20 4 电机的选择.21 4.1 确定电机类型.21 4.2 步进电机参数.21 5 轴设计校核及轴承的
10、选择.25 5.1 短轴的设计.25 5.2 短轴的校核.26 5.3 轴承的选择.29 6 苹果自动去皮机仿真图.30 结束语.32 参考文献.33 致 谢.34 苹果自动去皮机机械设计说明书 1 1 绪论 1.1 本设计研究的目的与意义 由于水果罐头行业发展快速，且水果罐头行业发展前景相对较乐观，故不少小型水果罐头企业如雨后春笋般出现，企业要加工过罐头首要问题就是加工设备，对生产苹果罐头的企业而言，苹果自动去皮设备是重中之重，相对大型罐头企业应用的大型流水线型的生产方式，对小型加工企业并不适合，因此广大加工厂家就迫切需要有一种小型苹果自动去皮设备的出现，且该设备生产效率要高，安全性高。本设
11、计就是响应广大厂家的要求，设计出能够很好适用于小型罐头加工企业。该设计产品还具有以下优点：1）能自动检测员工是否在手放于苹果固定针下，能防止员工误操作造成人工事故；2）该产品生产效率高，将苹果果肉损耗减少到最低；3）该产品还能对其他水果去皮，如梨。该产品的出现对小型水果罐头加工过厂家有着很大的帮助，对国内整个水果罐头行业的发展有个积极的推到作用。1.2 现阶段国内苹果去皮方式 1）手工去皮 手工去皮有以下优点:苹果去皮彻底；果肉损耗小。但是手工去皮有不少缺点，如去皮效率低、人工去皮成本高、人工劳动强度大。因此手工去皮的方法并不适合于企业加工。图 1-1 手摇去皮机 苹果自动去皮机机械设计说明书
12、 2 2）半机械去皮 半机械去皮又可以分成两类：一是手摇式去皮机，二是机械带动式去皮机.(1)手摇式去皮机特点：由人工将水果（如苹果、梨子等）插在不锈钢制的三叉上，插时花蒂对准中心线。摇动手柄使主齿轮传动，并传动三叉齿轮而使果实一起动。主动轮另一端的伞齿轮传动去皮伞齿轮而使果实去皮。去皮结束后，手动将苹果拔掉。该种方式去皮效率低，劳动强度大，不适合于生产使用，但适合于普通家庭及个人使用。(2)机械带动式去皮机特点：机械带动式去皮机与手摇去皮最大的区别在于动力来源。加工方式与手摇式相同，这种方式相对于手摇式效率有所提高，但仍然不适合于生产使用。1.3 苹果自动去皮机的研究状况及存在问题 1.3.
13、1 苹果自动去皮机的研究状况 现阶段国内外苹果自动去皮机送果方式分为单果和多果。(1)单果自动去皮机 该种苹果自动去皮机一次只能加工一个苹果，首先人工在苹果放置于苹果托盘上，由托盘自动将苹果置于插针上，再完成去皮的过程。该苹果去皮机体积小，移动方便，而且加工效率较高。该种去皮方式是目前企业比较流行的去皮机种，特别是在小型企业中占一大部分份额。(2)多果自动去皮机 多果自动去皮机工作原理是首先由人工将苹果以苹果梗垂直于水平面的方向放置于苹果槽内，气缸推杆伸出带动升降板及其上的电动机、插针等一同向下移动，直到将苹果插于插针，之后气缸推杆回缩，将苹果提升至月帔刀高度，电动机带动插针、苹果一起旋转，直
14、到完成苹果削皮工作，最后由人工将苹果卸下。该类去皮机每台机器至少一人、甚至两人负责放果和卸果，该去皮机效率相对来说不高，在目前的罐头行业中使用也较少。1.3.2 苹果自动去皮机存在问题 不同种类的去皮机有不同的优缺点，同样都存在或多或少的问题，如人摇去皮机，操作人员的体力劳动强度大，效率很低；电机带动的去皮机则减少了操作人员的体力劳动，但是在操作过程中在安装苹果时存在安全隐患，如果操作不当则会导致人身事故；多果自动去皮机则在效率上比之前的都要高，但操作机器时需要多个人员，成本高。上述自动去皮机想要提高生产效率就要加强操作者的熟苹果自动去皮机机械设计说明书 3 练程度，对新手来说是一较大的挑战。
15、1.4 本设计研究内容、方法及方向 1.4.1 本设计研究内容 本设计研究的主要内容是既安全又高效的苹果自动去皮机，其中主要部分是苹果去皮。该机器还包括切瓣和去核功能。本论文的主要思路为苹果自动去皮机整机分析设计、各部分机构的设计及计算、主要部件的强度校核和干涉实验等。1.4.2 本设计采用的方法 经过查阅目前苹果自动去皮机的相关资料，互联网查看苹果去皮机工作视频，综合比较各种苹果去皮机的优缺点，厂家对产品的要求，类比之后设计了该苹果自动去皮机。1.4.3 本设计未来发展方向 因本设计集合了目前不同种类苹果自动去皮机的优点，但仍然会有局限性，如不适合大型企业加工，不是采用全自动方式而是需要人工
16、放果。该去皮机的发展方向是提高生产效率，尽量减轻人工劳动量，提高苹果果肉损失率。苹果自动去皮机机械设计说明书 4 2 苹果自动去皮机总体方案设计 2.1 苹果自动去皮机方案确定 经过比较市场上现有的苹果去皮设备，还有该设计去皮机主要用途，确定设计一款小型的苹果自动去皮机。市场上大型的生产设备就是一整天生产线，从苹果的挑选，然后洗涤，再去皮去核，这种大型的设备可以减少人工，降低工人劳动量，但是这种不适合于小型企业的发展，因设备成本高，管理生产线对员工要求也高，还有就是设备需要维修时维修费用高。另外目前市场上也有小型的苹果去皮设备，机器可以完成去皮和去核两个过程的工作。这种设备能满足一般小型企业的
17、生产要求，且价格也在小型企业的接受范围之内。本文设计的就是适合于小型企业的苹果自动去皮机。采用 PLC 及步进电机控制整个转台的间歇运动，插果则采用气缸，另外该去皮机能够检测是否有苹果置于托盘上，和操作人的手是否离开工作台，只有苹果托盘上有苹果且操作员手离开托盘设备才工作，这样能够很好确保操作员的人身安全，降低生产事故。2.2 苹果自动去皮机工作原理及结构组成 2.2.1 苹果自动去皮机工作原理 首先操作员将挑选并洗涤好的苹果置于气缸轴上的托盘上，传感器检测到信号后传给 PLC 控制中心，同时还有个红外检测操作员手的设备，当检测到人手离开时，该信号也会传给控制中心，控制中心的接到两信号之后，大
18、约 1s 后气缸动作，将苹果插入苹果固定架上，之后步进电机工作，苹果固定架上电机工作，完成整个去皮过程，下一个工作周期开始，新的苹果插入苹果固定架时，之前一个苹果在同样气缸的工作下完成切瓣、去核工作。就完成了一个苹果从去皮到切半的过程。2.2.2 苹果自动去皮机结构组成 该苹果自动去皮机主要包括送料装置气缸和苹果托盘；去皮装置刀架、刀片及转动齿轮；苹果旋转装置小型电机；动力装置步进电机。另外附属装置转动平台及轴承。2.3 苹果自动去皮机工作流程 整个设备的正确运行是在控制中心 PLC 程序的控制下完成的，程序指令控制着设备的每一步操作，其工作流程图如下：苹果自动去皮机机械设计说明书 5 图 2
19、-1 苹果自动去皮机工作流程图 苹果自动去皮机机械设计说明书 6 3 苹果自动去皮机运动机构确定 3.1 送料机构的确定 3.1.1 送料机构方案设计 传统方式的送料方式是人工将苹果插入苹果固定针上，然后在转盘带动下转动一定的位置，再进行去皮操作。传统方式效率低且苹果不容易插入固定针上，操作时需要操作员使用较大力气，这样操作人员体力劳动强度就较大。本设计的送料方式则采用气压装置，气压顶杆上有一个苹果托盘，操作员只需要将苹果置于托盘中即可。托盘中装有光电传感器，能检测到托盘中是否放置苹果。没有则气缸不会工作。另外再托盘的正上方装有红外检测装置，能够检测操作人员的手是否离开托盘，从而可以防止人身事
20、故的发生，提高了产品的安全性。设计简图如下：图 3-1 送料装置简图 3.1.2 送料机构组件的确定 1)确定气缸型号 气缸 苹果托盘 苹果自动去皮机机械设计说明书 7 图 3-2 气缸型号代码 图 3-3 气缸规格 图 3-4 气缸行程 选择气缸主要参数是行程，因为要将苹果送往一定的高度，初步确定气缸型号为SC80200S，该气缸带有感应磁石，可以用霍尔传感器来控制气缸行程。从而更好的实现自动化控制。2）气缸的控制 设计中没有对气缸其他设备进行确定，如气压泵，管道等。本设计中的苹果自动苹果自动去皮机机械设计说明书 8 去皮机气缸控制采用 PLC 来控制与气缸连接的双电磁铁直动式换向阀，PLC
21、 通过采集光电传感器和红外检测装置的信号来控制气缸的整个工作。另外通过霍尔传感器来反馈气缸动作杆的位置，从而能够准确的将苹果送至工作台上的苹果固定针上。图 3-5 双电磁铁直动式换向阀 3）苹果托盘 苹果托盘的形状类似于生活中小孩子吃饭用的不锈钢碗，在也有不同的是在托盘底部有一个短小的钢针用来固定苹果，防止苹果在气缸上升的过程中掉落或者侧翻。大概形状如下：图 3-6 苹果托盘 该托盘采用不锈钢制作而成，底部通过焊接顶杆与气缸顶杆相连，从而实现托盘的上下运动，完成将苹果送至固定针上的动作。3.2 工作台转动机构的确定 工作台转动时有两个运动，一是工作台自身的转动，二是刀架固定杆的转动。且刀架固定
22、杆转动比较特殊，两个刀架固定杆位置对称，但是运动方向却相反，因此采用直齿圆锥齿轮来实现该运动，工作台的转动则采用直齿圆柱齿轮。苹果自动去皮机机械设计说明书 9 3.2.1 直齿圆锥齿轮的设计 直齿锥齿轮加工多为刨齿，不宜采用硬齿面。材料选用 40Cr，调质处理，硬度为 241HB286HB，取平均硬度为 260HB。计算步骤如下（查图、表均来自于机械设计第四版 邱宣怀主编）：1）齿面接触疲劳强度计算 齿数 z 取 z=24，由表 12.6 得精度等级 选精度为 8 级精度 查表 12.9 得使用寿命AK AK=1.0 查图 12.9 得动载系数VK VK=1.1 齿间载荷分配系数HK 71.0
23、1111cos221uu 2221cos0.71111uu 1112433.94cos0.71vzz（表 12.19）222433.94cos 20.71vzz 12111.883.2cosvvvzz （式 12.6）111.883.21.6933.9433.94 44 1.690.8833vZ (式 12.10)22111.300.88HKZ 齿向载荷分布系数K，查表 12.20 及注 3 得 苹果自动去皮机机械设计说明书 10 1.88K 载荷系数K 1 1.1 1.3 1.882.69AVHKK K KK 查表12.12得弹性系数EZ,查图12.16得节点区域系数HZ,查图12.17c得
24、接触疲劳极限limH，查表 12.14 得接触最小安全系数limHS为：189.8EZMPa 2.5HZ lim710HMPa lim1.05HS 设计时不考虑机器寿命因素得接触寿命系数NZ 1NZ 许用接触应力H limlim710 16761.05HNHHZMPaS （式 12.11）齿轮大端分度圆直径1d，取齿宽系数0.3R 2324.711 0.5EHHRRZ Z ZKTdu 2324.72.69 30000189.8 2.5 0.8889.9mm6760.31 0.5 0.31 2）确定传动主要尺寸 大端模数m 89.93.7424dmz 查机械原理第七版附表 5-6 锥齿轮模数（摘
25、自 GB12368-90）取 3.75mmm 实际大端分度圆直径d为 3.752490dmzmm 锥距R 苹果自动去皮机机械设计说明书 11 1222223.75242463.6422mRzzmm 齿宽b 0.3 63.6419.09Rbmm 取20bmm 3）齿根弯曲疲劳强度计算 查图 12.30 得齿形系数FaY，查图 12.31 得应力修正系数SaY得 2.561.7FaSaYY 重合度系数Y 0.750.750.250.250.691.69vY （式 12.18）齿间载荷分配系数FK 111.450.69FKY 载荷系数K 1 1.1 1.45 1.883.0AVFKK K KK 查图
26、 12.33c 得弯曲疲劳极限limF，查表 12.14 得弯曲最小安全系数minFS，不考虑寿命因素得弯曲寿命系数NY，查图 12.25 得尺寸系数XY为：limmin126001.2511FFNNXMPaSYYY 许用弯曲应力F lim1min600 1 14801.25FNXFFY YMPaS （式 12.19）验算 22324.71 0.51FaSaRRKTY Y YFz mu 苹果自动去皮机机械设计说明书 12 22324.7 3 30000 1.45 1.7 0.690.31 0.5 0.3243.7511289.8MPa 289.8FMPaF 因此该齿轮满足强度要求。传动方式如图
27、 图 3-7 锥齿轮传动 3.2.2 直齿圆柱齿轮的设计 因传动尺寸无严格限制，无严重过载，固小齿轮选用材料为40Cr，调质处理，硬度为 241HB286HB，平均取为 260HB，大齿轮选用材料为 45 钢，调质处理，硬度为 229HB286HB，平均取为 240HB。计算步骤如下（查表、图来自于机械设计第四版 邱宣怀主编）：1)齿面接触疲劳强度计算 1.初步计算 查表 12.13 得齿宽系数d 0.3d 查图 12.17c 得接触疲劳强度limH 苹果自动去皮机机械设计说明书 13 lim1lim2710580HHMPaMPa 初步计算的许用接触应力H 1lim12lim20.90.9 7
28、106390.90.9 580522HHHHMPaMPa 查表 12.16 取dA 85dA 初步计算的小齿轮直径1d 3121ddHTudAu （式 12.14）32300002 18571.600.3 5222mm 取171.60dmm 初步齿宽b 10.3 71.6021.48dbdmm 取122bmm 2.校核计算 查表 12.6 得精度等级 选 8 级精度 齿数z和模数m 初步齿数12124;22448zziz 苹果自动去皮机机械设计说明书 14 11702.9224dmz 查（机械原理第七版 郑文纬 吴克坚 主编）附表 5-6 锥齿轮模数（摘自GB12368-90）得3m，则 11
29、1217023.3=2422 2448dzzmziz取 查表 12.9得使用系数AK，查图 12.9得动载系数VK 11.2AVKK 齿间载荷分配系数HK 由表 12.10，先求 122 30000857.170tTFNd 1 857.1=40.82/100/21AtK FN mmN mmb 12111.883.2coszz （式 12.6）111.883.224481.68 44 1.680.8833Z （式 12.10）苹果自动去皮机机械设计说明书 15 22111.290.87HKZ 查表 12.11 得齿向载荷分布系数HK 23123101.090.16 10.31 10481.26H
30、bKABCbd 载荷系数K 1 1.2 1.29 1.261.95AVHHKK K KK 查表 12.12 得弹性系数Z，查图 12.16 得节点区域系数HZ,接触最小安全系数minHS min189.82.51.05EHHZMPaZS 接触寿命系数NZ 1211NNZZ 许用接触应力 lim111minlim221min710 1676.21.05580 1552.41.05HNHHHNHHZMPaSZMPaS 苹果自动去皮机机械设计说明书 16 验算 2121HEHKTuZ Z Zbdu （式 12.8）22 1.95 300002 1189.82.5 0.88545.3221 702MP
31、a 2HH 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。3.确定传动主要尺寸 实际分度圆直径d，因模数取标准时，齿轮已重新确定，但并未圆整，故分度圆直径不会改变，即 11223 24723 48144dmzmmdmzmm 中心距a 122 24487222m zzamm 齿宽b 210.3 71.6021.48dbdmm 取221bmm 2）齿根弯曲疲劳强度验算 重合度系数Y 0.750.750.250.250.681.75Y 齿间载荷分配系数FK 苹果自动去皮机机械设计说明书 17 111.470.68FKY 查图 12.14 得齿向载荷分布系数FK 1.38FK 载荷系数K 1
32、1.2 1.471.382.43AVFFKK K KK 查图 12.21 得齿形系数FaY，查图 12.22 应力修正系数SaY，查图 12.23c 弯曲疲劳极限limF，查表 12.14 弯曲最小安全系数minFS 1212lim1lim2min2.652.331.571.726004501.25FaFaSaSaFFFYYYYMPaMPaS 弯曲寿命系数NY 1211NNYY 尺寸系数XY 1XY 苹果自动去皮机机械设计说明书 18 许用弯曲应力F lim111minlim222min600 1 14801.25450 1 13601.25FNXFFFNXFFY YMPaSY YMPaS 验
33、算 11112FFaSaKTYY Ybd m (式 12.16)2 2.43 300002.65 1.570.6889.322 70 3MPa 11FF 2221112.33 1.7289.3862.65 1.57FaSaFFFaSaYYMPaYY 22FF 经验算强度合格。传动方式如图：图 3-8 直齿轮传动 苹果自动去皮机机械设计说明书 19 3.3 苹果自动去皮机去皮及苹果固定装置 3.3.1 刀架的设计 苹果自动去皮机刀架工作时主要是自身的转动，其次还有跟着工作台一起转动。苹果固定在固定针上时，苹果以较快的速度旋转，此时刀架上的刀片贴着苹果，这样就达到了去皮的效果。刀架在去皮的过程中还
34、有上下运动的一个过程，这样才能保证将苹果的皮去干净，如果刀架不能随着苹果的转动而上下运动的话，那只会在一个部位进行切削。这样就达不到去皮的作用。每将一个去皮后，刀架的位置都是在苹果的底部位置，因此需要用弹簧来将刀架复位才能进行下一次的苹果去皮。刀架在运动时不能与苹果托盘及苹果固定针发生干涉现象，另外也不能与苹果切瓣、去核装置发生干涉现象，需要调节安装在刀架上的两个弹簧，从而达到比较理想的效果。刀架的效果图如下：图 3-9 刀架位置简图 刀架会随着苹果的转动而上下摆动，因此设计了可以调节的装置，并配上弹簧。弹簧能够是刀片离开苹果时能恢复初始位置，且保持稳定。3.3.2 刀片的设计 刀片在苹果去皮
35、过程中有着非常重要的作用，且刀片角度对苹果去皮效果相当明显。刀片角度不合适时，会切掉很大部分的苹果果肉，这样就浪费原材料。刀片固定在刀架上，角度能够调节，合适的角度需要在实验中得到。在给苹果去皮的过程中，不断的调节刀片角度，知道去皮效果达到理想值时固定刀片。一般苹果首先需要经过粗略的挑选，因为有些苹果形状不适合固定角度刀片的切削，去皮时刀片对苹果大小要求不高，主要是形状要规则，不能有大的凸起苹果自动去皮机机械设计说明书 20 或者凹陷。刀片的形状跟平常家用的手动去皮器具相同，平常家用的去皮器是依靠人来掌握去皮的厚度，速度也是由操作人控制，熟练的人很快就能将苹果削好，且切皮完整。该苹果自动去皮机
36、要达到的效果是切皮完整且厚度均匀。图 3-10 家用去皮工具 3.3.2 苹果固定装置 苹果由气缸送至苹果固定针上，然后在电机的带动下，苹果以一定速度旋转，刀片贴紧苹果，通过相互运动，从而达到去皮的作用。固定针需要在旋转时提供一定的摩擦力，防止不能使苹果转动的情况发生。因此在设计时在苹果固定针周围刻一些花纹，用来增加苹果与固定针之间的作用力。固定针简图如下：图 3-11 苹果固定针简图 苹果自动去皮机机械设计说明书 21 4 电机的选择 4.1 确定电机类型 电机是整个设备的动力来源，该苹果自动去皮机工作台的运动直接由电机控制，工作台运动包括间歇运动，连续圆周运动，还有停止。因此对电动机的启动
37、惯性，停止惯性要求非常高。而且电机的运动要容易控制。由于本苹果自动去皮机采用 PLC 进行控制，所以电机选用步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目
38、的。图 4-1 步进电机 4.2 步进电机参数 1）步进电机基本参数(1)电机固有步距角(2)步进电机的相数(3)转矩 2）确定苹果自动去皮机工作台步进电机参数 经过查阅相关资料后确定工作台电机选用 110 系列电机，110 系列电机参数如下：苹果自动去皮机机械设计说明书 22 表 4-1 110 系列步进电机参数 110 系列电机 绝缘电阻:500VDC 100M Min 轴向间隙:0.10.3mm 径向跳动:0.02mm Max 温 升:65K Max 绝缘强度:550V 50Hz 1Minute 环境温度:-20C+55C 绝缘等级:B 型号 步距角()保持转矩(Nm)静态相电流(A)相
39、电阻()相电感(mH)转动惯量(g.cm.s2)重量(Kg)110BH2A100-504 1.8 12.7 5.0 0.95 15 5500 5.0 110BH2A150-654 21 6.5 1.15 18.9 11000 8.4 110BH2A165-604 26 6.0 0.65 14 13000 9.5 110BH2A200-654 30 6.5 1.7 22.5 16200 11.7 型号 长度:L 红A绿A黄B+蓝B-电机 110BH2A100-504 100mm 110BH2A150-654 150mm 苹果自动去皮机机械设计说明书 23 110BH2A165-604 165mm
40、 110BH2A200-654 200mm 选用 110 系列电机中 110BH2A200-654 这一型号电机，该电机步距角 1.8，保持转矩 30NM。长度 L 为 150mm.3）确定苹果去皮旋转电机 苹果在固定针上随着工作台旋转时，自身也会快速的旋转。速度比工作台的转动速度快好几倍，但是也要能够及时停止，工作。因此对电机的运动状态要求也较高。最终也确定选用步进电机。由于苹果转动时需要的力比较小，所以对步进电机保持转矩要求相对较低。查阅步进电机手册确定选用以下系列电机。表 4-2 57 系列步进电机参数 57 系列电机 绝缘电阻:500VDC 100M Min 轴向间隙:0.10.3mm
41、 径向跳动:0.02mm Max 温 升:65K Max 绝缘强度:550V 50Hz 1Minute 环境温度:-20C+55C 绝缘等级:B 型号 步距角()保持转矩(Nm)静态相电流(A)相电阻()相电感(mH)转动惯量(g.cm.s2)重量(Kg)57BH2A41-148 1.8 0.5 1.4 1.4 1.4 135 0.4 57BH2A56-288 1 2.8 0.75 1.2 300 0.7 57BH2A76-288 1.47 2.8 1 2.1 480 1.0 57BH2A76-304 2 3 1.3 5.0 480 1.0 单位：mm 苹果自动去皮机机械设计说明书 24 L:
42、57BH2A41-148=41 L:57BH2A56-288=56 L:57BH2A76-288=76 L:57BH2A76-304=76 红A黄A蓝C黑C橙B+白B棕D+绿D电机 红A绿A黄B+蓝B-电机 确定选用型号为 57BH2A76-304 的步进电机，其步距角为 1.8，保持转矩 2NM，机身长度 L 为 76mm.苹果自动去皮机机械设计说明书 25 5 轴设计校核及轴承的选择 5.1 短轴的设计 1）短轴最小直径的确定 选取轴的材料为 45 钢（调质），查资料得：S650360BMPaMPa 轴的最小直径 3PdCmmn 材料相关系数C 表 16.2 轴强度计算公式的系数C 轴的材
43、料 Q235，20 Q255，Q275，35 45 40Cr,38SiMnMo等 /TMPa 12 15 20 25 30 35 40 45 52 C 160 148 135 125 118 112 106 102 98 资料来源：机械设计（第四版）邱宣怀 主编 求得输入轴的最小直径mind 33min0.0511219.15mm10PdCn 考虑轴要开键槽所以 min19.151 3%20dmm 2）短轴的结构设计 采用以下轴上零件的装配方案：苹果自动去皮机机械设计说明书 26 由于该轴最左端安装刀架，因此设计了16M的螺纹，便于固定刀架。安装齿轮处的轴段的直径 20dmm 齿轮采用轴肩和螺
44、栓进行定位。圆锥齿轮的周向定位采用平键连接，由机械制图（第五版）附录附表 15 和附表 16 查得平键截面：66b hmmmm 键槽用键槽铣刀加工，长为 24mm，同时为保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为76Hk；滚动轴承与轴的周向定位是由过渡配合来保证的，此处选轴的尺寸公差为6k。取轴端倒角为1 45 5.2 短轴的校核 1)轴受力图 苹果自动去皮机机械设计说明书 27 N 2)水平面（xy 平面）受力图 N 3)水平弯矩图/xyMNmm 4)垂直（xz 平面）受力图 苹果自动去皮机机械设计说明书 28 N 5)垂直面弯矩图/xzMNmm 6)合成弯矩图 22xyxz
45、MMMNmm 7)转矩图 200118TNmmTNmm 8)当量弯矩图 苹果自动去皮机机械设计说明书 29 9)轴强度校核 332dW=32032 785.4 55127785.4caMW=60MPaMPa 故轴安全。5.3 轴承的选择 1)短轴上轴承的选择 因轴承同时受有径向力和轴向力，但由于此锥齿轮转速很慢，所以轴向力可以忽略，主要就是径向力，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据20dmm，由机械设计（第四版）附录 常用滚动轴承尺寸和主要性能参数附录表 18.1 深 沟 球 轴 承 GB/T 276中 初 步 选 取 轴 承 代 号6304，其 尺 寸 为205215dDBmmmmmm，采
46、用轴肩进行轴向定位，取中间一段轴直径25dmm。2）长轴上轴承的选择 由于工作筒全部有安装在长轴上一个轴承承担，所以该轴承承受的轴向力较大，深沟球轴承虽然可以承受小部分的轴向力，但是考虑寿命及经济因素，确定使用推力球轴承，该种轴承只能受单向轴向载荷。由机械设计（第四版）附录 常用滚动轴承尺寸和主要性能参数附录表 18.5 推力球轴承 GB/T 1292 确定选用轴承代号为 7204C，其尺寸为204814dDBmmmmmm。苹果自动去皮机机械设计说明书 30 6 苹果自动去皮机仿真图 图 6-1 苹果自动去皮机机械设计说明书 31 图 6-2 苹果自动去皮机机械设计说明书 32 结束语 经过一
47、个多月的设计和查阅相关资料，终于完成了苹果自动去皮机的设计。从毕业选题开始到最终确定毕业设计题目，到开始方案设计，再到设计文章的完成，每一步都是自己对未知事物的探索和挑战。在大学期间能独立完成一个这么大的项目，对自己也是一个很大的挑战，设计过程中，查阅了大学期间专业课书籍，对大学所学的知识专业知识从头到尾重新整理了一遍。另外在设计过程中也查阅了机械手册及其他手册，学会了如何利用身边的工具书进行设计参数的选择。虽然设计过程中出现了一些小问题，但是在老师和同学的帮助下，很多问题都迎刃而解。经过这次毕业设计使我受益颇多，我感受到要做好一件事就要真正的用心，只有自己用心之做了，不管结果怎么样，在做的过
48、程中才是自己真正增长知识的过程，只有经历这样的过程自己才能够真正的成长。相信这次的毕业设计对我以后的工作及人生会有很大的帮助，使我终身受益。苹果自动去皮机机械设计说明书 33 参考文献 1 刘鸿文主编.材料力学M.第五版.北京：高等教育出版社，2011.1 2 邱宣怀主编.机械设计第四版M.北京：高等教育出版社，2011.7 3 成大先主编.机械设计手册.第 1 卷M.第五版.北京：化学工业出版社，2007.11 4 成大先主编.机械设计手册.第 5 卷M.第五版.北京：化学工业出版社，2007.11 5 何铭新，钱可强主编.机械制图.第五版M.北京：高等教育出版社.2004.1 6 郑文纬，
49、吴克坚主编.机械原理.第七版M.北京：高等教育出版社 7 陈于萍，周兆元主编.互换性测量技术基础.第 2 版M.北京：机械工业出版社.2005 何铭新，钱可强主编.机械制图.第五版M.北京：高等教育出版社.2005.10 8 汝元功，唐照民主编.机械设计手册 M.北京：高等教育出版社.1995 9 郑文纬，吴克坚主编.机械原理.高等教育出版社1997年 7 月 10 汝元功，唐照民主编.机械设计手册.高等教育出版社1995年 12月 11 哈尔滨工业大学理论力学教研室主编.理论力学I.高等教育出版社2009年7 月 12 简明机械零件设计实用手册。机械工业出版社，1999 13 机械设计课程设
50、计，第 3 版。机械工业出版社，2000 14 机械设计综合课程设计。机械工业出版社，2003 15 机械零件。高等教育出版社，1987 16 机械设计课程设计。华中理工大学出版社，1995 17 齿轮手册。机械工业出版社，1990 苹果自动去皮机机械设计说明书 34 致 谢 这次毕业设计说明书、装配图及其 PROE 立体图的完成，首先要感谢我的指导老师在毕业设计装配图及其说明书编制过程中，给予了精心的指导，并讲解了各项专业要领，提出了宝贵的专业意见，苹果自动去皮机设计过程中，也要感谢曾经的科任教师，是他们的之前的精心指导和教学才使我的毕业设计能够按期完成，另外还要感谢同学的无私帮助。同时要感