水果裝袋裝置設計【含CAD圖紙、三維模型】

水果裝袋裝置設計【含CAD圖紙、三維模型】,含CAD圖紙、三維模型,水果,生果,瓜果,裝袋,裝置,設計,cad,圖紙,三維,模型 水果裝袋裝置設計 摘要：隨著我國蘋果產業(yè)向高層次發(fā)展，在蘋果外觀包裝等附加價值上做更多的工作是很有必要的。一方面，包裝直接影響顧客對產品的視覺需求和心理需求，好的包裝能在第一時間吸引顧客的眼球。另一方面，對蘋果的包裝還可以起到保護和減震的作用，防止蘋果在運輸的時候造成意外損傷，在提高了果農和水果商的經濟效益的同時還提高了蘋果的品牌化。 但人工的套袋包裝效率低、成本高，這增大了果農與蘋果經銷商的經濟壓力，因此，研發(fā)一種新型的自動裝袋機具有無限的商機和市場。本此設計的蘋果裝袋機采用純機械的方式，設計過程不使用自動化控制計算和實時監(jiān)測以及傳感器技術，主要借助齒輪機構、槽輪機構、凸輪機構、軸、減速器、電動機等的組裝和精準配合，以及依據發(fā)泡網彈性大的特性來實現蘋果的連續(xù)裝袋功能。 本次設計，有完整詳細的設計計算，利用CAD畫二維工程圖，利用SolidWorks實現三維建模及裝配，同時做了有限元分析、爆炸圖和運動仿真。分析結果驗證了設計的合理性。 關鍵詞：蘋果裝袋機；軸；槽輪機構；凸輪機構；齒輪；發(fā)泡網  Design of fruit bagging device Abstract:As China's apple industry develops to a higher level,it is necessary to do more work on the added value of Apple's appearance packaging.On the one hand, packaging directly affects the customer's visual and psychological needs of the product.Good packaging can attract customers' attention in the first place.On the other hand,Apple's packaging can also play a role in protection and shock absorption,prevent Apple from causing accidental damage during transportation,improve the economic benefits of fruit farmers and fruit traders, and also increase Apple's branding. However, artificial bagging is inefficient and costly,which increases the economic pressure between farmers and Apple dealers.Therefore, the development of a new type of automatic bagging machine has unlimited business opportunities and markets.The apple bagging machine of the present design adopts a purely mechanical method.The design process does not use automatic control calculations and real-time monitoring and sensor technology,mainly through the assembly of the gear mechanism,sheave mechanism,cam mechanism,shaft,reducer,motor,etc.,and precise coordination,and according to the characteristics of the elasticity of the foam mesh to achieve the continuous bagging function of Apple. This design has a complete and detailed design calculation.Using CAD to draw two-dimensional engineering drawings, using SolidWorks to achieve three-dimensional modeling and assembly,while doing a finite element analysis,explosion map and motion simulation. The results show that the design of the device is reasonable. Keywords:Apple bagging machine,axis,Slot wheel mechanism,Cam mechanism, gear,Foam net  目錄 摘要 I Abstract II 1 緒論 1 1.1中國蘋果產業(yè)的發(fā)展現狀 1 1.1.1產量和面積增加，優(yōu)勢領域擴大到高海拔地區(qū) 1 1.1.2科技、要素、管理投入加大，單產水平逐步提高 1 1.1.3果園管理從只重視地上向地上、地下并重轉變 1 1.1.4采后保鮮能力得到提高，直銷體系加快推進 2 1.2當前蘋果產業(yè)存在的問題 2 1.3蘋果套袋包裝的意義 2 1.4國內外蘋果裝袋技術的發(fā)展狀況 2 1.4.1國內技術的發(fā)展現狀 3 1.4.2國外技術的發(fā)展現狀 3 1.5蘋果裝袋機的發(fā)展趨勢 4 1.6設計的內容 4 1.6.1設計的依據 5 1.6.2設計的要求 5 1.6.3設計的任務 6 1.7小結 6 2 設計簡介 7 2.1裝袋機樣機 7 2.2工作原理 8 2.3主要零件介紹 9 2.4小結 18 3 基礎數據的計算 19 3.1電動機的選擇 19 3.1.1電動機類型和結構的選擇 19 3.1.2選電動機類型 19 3.1.3選擇電動機容量 19 3.1.4確定主動軸工作轉速 20 3.2傳動比的確定 21 3.2.1總傳動比 21 3.2.2分配傳動比 21 3.3計算傳動裝置運動 21 3.3.1計算各軸的轉速 21 3.3.2計算各軸的輸入功率 22 3.3.3計算各軸的轉距 22 3.4小結 23 4 傳動機構的設計計算及校核 25 4.1齒輪的設計計算及校核 25 4.1.1減速器箱內的圓柱齒輪傳動的設計計算 25 4.1.2高速斜齒圓柱齒輪的設計計算 25 4.1.3低速直尺圓柱齒輪的設計計算 27 4.1.4執(zhí)行機構直齒圓柱齒輪的設計計算 29 4.1.5齒輪的校核 30 4.2軸的設計計算及校核 31 4.3小結 33 5 部分零件的有限元分析 35 小結 36 6 裝袋機的缺陷及改進 37 小結 37 總結 39 參考文獻 41 致謝 43 附錄 45  V 1 緒論 1.1中國蘋果產業(yè)的發(fā)展現狀 近年來，我國蘋果產業(yè)不斷擴大、發(fā)展迅速，保持著良好的供需關系，像在市場、栽培等方面都有良好的表現。該產業(yè)領域已經進入了一個新的階段，并由國內走向了國際。中國蘋果產業(yè)在國際市場上占據越來越重要的地位，中國已然成為不可或缺的蘋果生產國和出口國。 1.1.1產量和面積增加，優(yōu)勢領域擴大到高海拔地區(qū) 最近幾年來，我國蘋果產業(yè)一直以一個較快的速度發(fā)展。蘋果的種植面積每年平均增長量為4％。在區(qū)域方面，我國沿海地區(qū)蘋果產業(yè)有所減少，但黃土高原的蘋果產業(yè)區(qū)卻在高速發(fā)展著。時至今日，內陸省份已經成為中國最大的蘋果行業(yè)產區(qū)，帶動了內陸地區(qū)多數農業(yè)區(qū)域的經濟發(fā)展，對果農也產生了巨大的經濟效益。 1.1.2科技、要素、管理投入加大，單產水平逐步提高 中國的蘋果單產量在近幾年不斷增長，進而也促進了我國的蘋果總產量持續(xù)穩(wěn)定增長。究其根本，主要是因為引進并推廣了蘋果的優(yōu)良品種、不斷提高了蘋果的栽種技術和果園的管理水平，并且果園的掛果面積比例也持續(xù)增加。 1.1.3果園管理從只重視地上向地上、地下并重轉變 近幾年來，蘋果產業(yè)的迅速發(fā)展提高了果農們的收入水平，果園也加大了管理的質量以及力度。果園精美管理技術，譬如整形修剪、疏花疏果、套袋等也得到了廣泛的應用。針對蘋果產業(yè)出現的具體問題，如果園惡化和樹木衰退，果園著手增加肥料的投入等。種種舉措減少了部分地區(qū)成熟果園的病蟲害；有效控制了果樹的早落葉；極大改善了果實品質；很大程度上增加了產量。 1.1.4采后保鮮能力得到提高，直銷體系加快推進 采后保鮮在蘋果的功能性市場建設中占據著舉足輕重的地位，現沿海地區(qū)儲存能力高于內陸。近幾年來，我國蘋果的功能性市場逐漸建立，蘋果直銷體系的建設也逐步得到了有效發(fā)展。減少了蘋果在果農或中間經銷商手里的時間，很好保持了蘋果的新鮮感。 1.2當前蘋果產業(yè)存在的問題 一方面，現如今，市場上水果種類眾多，其相互之間的競爭力強烈。另一方面，在近幾年來，蘋果的生產越來越需要大量的資金去投入，究其根本原因，主要是由于生產過程中需要投入大量的物質，比如化肥、農藥等，并且對于勞動力的需求也頗大。與此同時，蘋果產業(yè)一部分采用小農戶型的生產方式，生產效率低、單位面積的成本增高、降低著果農的經濟效益。隨著蘋果產業(yè)的進一步轉型發(fā)展，培養(yǎng)掌握綜合技能的新型果農很有必要。 1.3蘋果套袋包裝的意義 在上述中國蘋果產業(yè)的發(fā)展現狀已提到，中國市場走向國際化，在世界上有著舉足輕重的地位。于此基礎上，人們的生活水平明顯提高，且不僅僅停留在基礎的物質滿足上，而是向更高層次的視覺享受、精神享受發(fā)展，比如對于購買物的封面、包裝等需求愈加苛刻。 包裝直接影響顧客對產品的視覺需求和心理需求，精美的包裝能在第一時間吸引顧客的眼球、使之印象深刻，俗話說，良好的開始是成功的一半。有關調查表明，先被人發(fā)現的產品出售率遠大于后被發(fā)現的產品，這個可想而知。 對水果（蘋果）的裝袋不僅可以提高美感效果，還可以起到保護以及減震的作用，防止蘋果在運輸的途中造成不必要的損傷。與此同時，顯然能夠提高果農和水果商的經濟效益，而且可以提高蘋果在市場上的品牌化和知名度。 1.4國內外蘋果裝袋技術的發(fā)展狀況 1.4.1國內技術的發(fā)展現狀 當前，水果（如蘋果）采摘后商品化階段中，在不同的環(huán)節(jié)對應著不同的包裝情況或需求。我國目前蘋果裝袋主要還是處于手工水平，一般情況下，用成品包裝袋逐個將蘋果進行包裝。顯而易見，這種類型的人工裝袋方式需要投入大量的勞動力，且效率低下、成本極高。更有甚者，蘋果在裝袋過程中，可能因拿捏不穩(wěn)等原因造成意外破損。另外，必須提到的是，人工裝袋會使蘋果袋口不整齊，促使外觀分大打折扣。 因此，蘋果采摘之后、商品化過程之前，使用蘋果裝袋機裝袋是一個必然的發(fā)展走向。而裝袋機簡單易學、操作便捷；滿足作業(yè)需求的前提下，盡量使成本降到最低；可以很大程度上減輕工作人員或果農的體力消耗；提高勞動的生產效率；極力降低勞動中存在的危險系數等，均是果農深切期望的。 中國現有可調式水果包裝機、水果膠膜包裝機、柑桔套袋機等，就可調式水果包裝機而言，此機構主要由機架、上下篩板、供膜輪、橫向封裝膜、壓膜輪等組成，另設有保鮮劑加入器等。該機構相對來說比較復雜，在生產過程中故障出現頻繁，且不易解決。就水果膠膜包裝機而言，此機構涉及屯、運果裝置，分果裝置以及封果裝置。此機器在進行作業(yè)時，通過自控的封包果桿、啟動開關、封包凸輪以及封包開關連動，果口下方設置有果管，末端設置有熱封機。該結構也相對復雜，并且購買價格很高。 1.4.2國外技術的發(fā)展現狀 據查資料得知，英國有一家公司研發(fā)了一種能夠食用的水果保鮮劑，它是由蔗糖、淀粉、脂肪酸等物質配成的半透明乳液，通過浸漬、涂刷或者噴霧的方法可覆蓋于蘋果、香蕉、西瓜等水果的表面，形成一層密封的薄膜。由于阻止了氧氣進入到水果內部，從而能夠延長水果的熟化過程，進一步起到保鮮的作用。 法國研制成功了一部電子保鮮機，能夠使里面存放的水果新鮮如初摘長達75天。這種保鮮機是利用由高壓負靜電場產生的臭氧與負氧離子來實現保鮮的目的。負氧離子使酶純化，臭氧有著強氧化劑的作用，二者完美配合，達到延長果蔬儲存期的效果。 1.5蘋果裝袋機的發(fā)展趨勢 一是方便小巧型。近年來，人們越來越傾向于追求水果的新鮮程度，因此大型包裝的水果已經越來越被人們所拋棄，相反，小包裝的水果因其便攜、新鮮的特點而受到人們的青睞。 二是精美高檔型。人們對一件商品的包裝提出了越來越高的要求，高檔的包裝是搶占市場的有利武器，尤其是一些高檔的商場以及國際市場。 三是信任透明型。透明的包裝可以讓顧客看到他們選擇的食品是什么樣的，增加了顧客對產品的了解，顧客看著放心才會吃著放心，所以大多數的顧客回去購買他們能看見的食品，進而提高了產品的購買率，提高了經濟效益。 四是綠色環(huán)保型。綠色環(huán)保的概念慢慢的深入人心，所有的產生活動都要考慮環(huán)保，包裝袋的制作同樣不會忽視這個問題，廣大消費者的公德心讓更多的人選擇帶有環(huán)保材料或者可循環(huán)材料的包裝產品。 綜合以上因素，采用塑料發(fā)泡網對蘋果進行套袋包裝是當之無愧的最佳選擇。 塑料泡網比較靈活，可以用在大多數的水果包裝中。泡沫的特性使它可以對震動中的水果起到一定的緩沖作用，保護水果免受物理傷害。此外，它重量輕，有利于水果的儲運；還兼具保鮮作用、成本低的優(yōu)點，更使其代替了傳統(tǒng)的紙質包裝而成為現時代包裝的新趨勢。 目前蘋果產業(yè)飛速發(fā)展、蘋果產量劇增，僅僅依靠人工裝袋耗時且耗力，高成本也不利于蘋果商的銷售和果農的經濟發(fā)展，因此，研發(fā)一種新型的自動裝袋裝置具有無限的商機和市場價值。本次畢業(yè)設計就是通過分析裝袋的過程，研發(fā)一種能夠自動給蘋果套袋的裝置，來減小勞動力的使用；提高生產效率；減少生產成本；進而增加果農或水果經銷商的經濟收入。但設計的前提是針對現有裝袋技術的缺陷，滿足設計的需求和初衷。 1.6設計的內容 本次設計是以簡單實用為基礎，主要使用者為小莊園果農，而不是規(guī)模特別大的經銷商，所以設計主要靠純機械來實現功能，因此在設計過程中不使用自動化控制計算和實時監(jiān)測以及傳感器等技術。雖然設計相對簡單易懂，但是實現的效果一樣可以滿足我們的基本需求，如不損害蘋果的完整性、能夠實現連續(xù)套袋、降低人力勞動、降低生產成本、提高生產效率、增加經濟效益等。 （1）總體設計：本次設計的主要零部件有機架、電動機、槽輪機構、凸輪機構、毛刷筒、齒輪、軸、剪刀等，工作原理主要是通過槽輪機構的簡諧運動實現蘋果裝袋、剪袋動作，且實現蘋果的連續(xù)包裝，以達到預定的要求。 （2）零部件設計：半自動蘋果裝袋機機架的設計、凸輪機構的設計、槽輪機構的設計、電動機的選用、傳動軸及齒輪的設計與校核以及平帶的設計等。 1.6.1設計的依據 （1）泡沫網的特點：泡沫網彈性比較大，可以在氣缸外、套筒外設置，泡沫網具有連續(xù)，可實現蘋果連續(xù)裝袋。 （2）理論基礎：槽輪機構是一種能夠實現間歇式運動的巧妙機構，配合凸輪機構，可以滿足蘋果裝袋及剪袋的工作需求。 1.6.2設計的要求 為了減輕果農的勞動強度，提高水果裝袋的效率，設計一款水果裝袋裝置，對水果進行裝袋處理，防止水果在運輸過程中碰撞和擦傷。 （1）對象為小規(guī)模的農戶，產品設計不宜過大，應該便于移動和操作，而且價格低。 （2）在設計零件時，應盡可能避免不必要的焊接或剛性固定。通過采用柔性螺栓（如圖1.1、1.2、1.3所示）來實現連接固定，這樣更加方便部件的拆卸以及安裝。 （3）產品在設計過程盡量多使用標準件，這樣可以大量減少成本，符合小商戶的需求。 （4）小型果農的知識水平與技術素質可能滿足不了對一般故障的修理，所以設計盡量方便工人使用和維修。 圖1.1 螺釘 圖1.2 螺釘-墊片 圖1.3 墊片 1.6.3設計的任務 （1）查（借）閱資料，了解本課題設計重點、注意事項，撰寫開題報告。 （2）繼續(xù)閱讀文獻，制定蘋果裝袋裝置總體設計方案。 （3）根據需求，進行結構設計，確定傳動比。 （4）進行軸的設計及校核。 （5）進行齒輪的參數設計及校核。 （6）（選材）選擇合理的材料促使蘋果從高處可以無損傷的落下。 （7）使蘋果裝袋、發(fā)泡網剪斷、蘋果運出以及毛刷筒的轉動之間相互協(xié)調，時間差值計算精確無誤。 （8）設計計算機械傳動機構的具體運動尺寸。 （9）繪制零件圖、裝配圖，編寫畢業(yè)設計說明書。 （10）整理、整合資料，應備答辯。 1.7小結 本章節(jié)立足現實，點明了我國蘋果產業(yè)的發(fā)展情況以及其中存在的問題，討論了對蘋果進行套袋包裝的必要性。結合國內外現有的水果套袋技術和未來的發(fā)展趨勢，對設計內容作了大致概括，依據可靠。對照設計內容，提出了一些硬性要求，又根據設計的要求，對設計任務作了詳細規(guī)劃。  2 設計簡介 2.1裝袋機樣機 通過SolidWorks2016軟件進行三維建模設計的蘋果裝袋機樣機（總裝配圖）如圖2.1、2.2所示。 圖2.1 裝袋機總裝圖（側視圖） 圖2.2 裝袋機總裝圖（俯視圖） 2.2工作原理 蘋果裝袋機是一種能夠實現自動給蘋果進行裝袋，緊接著利用剪刀剪袋的機構裝置。第一步，將發(fā)泡網套在安裝在機架上的具有一定高度的套筒上，未經裝袋的蘋果由提升機構（送果機構）（如圖2.3所示）運輸到套筒之中。一定時間后，蘋果落達套筒的底部，此時套筒外的發(fā)泡網將蘋果自動套裝好。與此同時，在凸輪機構運動配合下，帶動固定在剪刀上的繩子從而將發(fā)泡網剪斷。緊接著，蘋果通過出果機構（運動鏈）（如圖2.4所示）抵達儲果斗儲存，儲果斗如圖2.5所示，儲果斗內側具備一個向下傾斜的擋板，減小蘋果到儲果斗底部的高度，利于避免蘋果著落時受損傷。當一個蘋果裝袋動作完成之后，兩個毛刷筒便會轉動，促使發(fā)泡網向下運動，運動距離為包裝一個蘋果所需發(fā)泡網的固定長度。此時第二個蘋果落下、第三個蘋果落下、第四個蘋果落下……按照上述規(guī)律，不停循環(huán)實現蘋果的裝袋過程。這里剪刀的運作是通過凸輪機構來實現的，毛刷筒的運動是通過平帶帶動來實現的?？傮w又利用槽輪機構的簡諧式運動實現剪刀和毛刷筒的時間先后運動順序。 圖2.3 送果機構 圖2.4 出果機構 圖2.5 儲果斗 2.3主要零件介紹 (1)槽輪機構 如圖2.9所示為槽輪與圓柱銷的單向間歇式運動機構。它用于將主動部分的連續(xù)旋轉運動轉化為跟隨器的單向周期旋轉運動。槽輪機構具有比較高的機械效率，而且加工起來也比較方便。不過，它的行程時間不能進行調整，且旋轉角度不能太小。因為槽輪在起動和停止時的沖擊力和加速度都在不斷增加，隨著速度的增加或槽輪槽數的增加，槽輪的加速度也會隨之而增大。因此，它并不適合高速的運動，而是經常用來實現位移的移動且不需要經常的來進一步調整。 圖2.6 圓柱銷 圖2.7 槽輪 圖2.8 撥盤 如圖2.10所示為槽輪機構的工作原理示意簡圖，它是由具有徑向槽的槽輪2（如圖2.7所示）、帶有圓柱銷A（如圖2.6所示）的撥盤1（如圖2.8所示）和機架組合而成的。當撥盤1作勻速度轉動時，會驅使槽輪2作時轉時停的間歇式運動。這里圓柱銷分為以下三種位置情況： 1）當撥盤1上的圓柱銷A還未進入槽輪2的徑向槽時，因為槽輪2的內凹鎖住弧β被撥盤1的外凸圓弧ɑ卡住了，所以槽輪2為靜止不動狀態(tài)。 2）當圓柱銷A開始進入槽輪2的徑向槽時，即圖2.9中所示情況，這時鎖住弧被松開，槽輪2受圓銷A的驅使會沿逆時針方向轉動。 3）當圓柱銷A開始脫出槽輪的徑向槽時，槽輪的另一內凹鎖住弧又會被撥盤1的外凸圓弧再次卡住，致使槽輪2又處于靜止不動狀態(tài)。直到圓柱銷A再次進入槽輪2的另一徑向槽時，兩者又重復上述的運動持續(xù)循環(huán)著。 圖2.9 槽輪機構 圖2.10 槽輪機構原理示意圖 (2)凸輪機構 凸輪機構（如圖2.14所示）是由支架（如圖2.13所示）、從動件（連桿）和凸輪（如圖2.11所示）三個基本部件組成的。凸輪一般是曲線輪廓或槽形的構件，通常是作等速或往復直線運動機構的主動部分。此凸輪輪廓是一個凹槽形狀，凸輪為一個活動部件，并是以恒定的速度作旋轉運動。 此凸輪機構的從動件是一連桿（如圖2.12所示），與凸輪輪廓曲線接觸進而傳遞動力，從而達到預期的運動效果。從動件連桿的末端加上了滾輪，目的是為了減少了從動件與凸輪之間產生的摩擦，以延長整個機構的使用壽命。 凸輪機構有以下幾種基本特點或屬性： 1）設計凸輪機構的初衷是使從動件得到更為復雜的且有規(guī)律的運動。一般情況下，從動件的運動情況依賴于凸輪的輪廓曲線形狀，那么設計時必須根據從動件的運動需求進而設計、確定凸輪的輪廓曲線。在此裝置中，凸輪機構的作用是控制剪刀來剪斷用以套裝蘋果的發(fā)沫網。 2）凸輪機構是通過凸輪的往復運動或者旋轉運動這種運動方式來擺動或者驅動從動件的運動的。在此機構設置中，采用的是旋轉運動方式。凸輪輪廓有曲線輪廓或者溝槽，其中凸輪溝槽，如圓柱凸輪、活動凸輪和盤型凸輪等。凸輪的輪廓曲線屬于一條空間曲線，又稱空間凸輪。從動件一般與凸輪或者線接觸，從動件包括平底從動件、滾子從動件等。從動件可以和任何復雜的凸輪輪廓保持接觸，并能夠實現任意的運動需求，缺點是從動件尖端容易受磨損，一般適用于傳動力較小的低速機構。 圖2.11 凸輪 圖2.12 連桿 圖2.13 凸輪支架 圖2.14 凸輪機構 （3）齒輪機構 在日常運用中，齒輪傳動是應用最為廣泛的傳動機構之一。以其適用范圍廣、結構緊湊、傳動效率高、壽命長和工作可靠等一系列優(yōu)點而為人們所喜愛。當然，存在噪聲震動、對安裝精度要求高、成本高、對沖擊敏感等也是人們應考慮的缺點、因素。 齒輪機構的自身特性是將設定的主動軸的動力、運動，通過齒輪副而間接傳遞給從動輪，從而使從動輪得到理想情況下所要求的轉向、轉速和轉矩。齒輪傳動大體分為兩軸平行和不平行兩種情況，這里兩軸不平行情況不作以細說。圓柱齒輪傳動（兩軸平行）分為直齒傳動、斜齒圓柱齒輪傳動和人字齒輪傳動。直齒傳動又進一步分為外嚙合、內嚙合和齒輪齒條三種。在此次齒輪機構設計中，采用的是圓柱齒輪傳動（兩軸間平行），且高速級采用斜齒圓柱齒輪，低速級采用直齒圓柱齒輪。 在齒輪三維建模過程中，采用在零件庫中輸入齒數、模數等相關參數直接獲取齒輪的簡便方式。以下為齒輪三維建模所得圖（如圖2.15到2.19所示）。 圖2.15 齒輪1 圖2.16 齒輪2 圖2.17 齒輪3 圖2.18 齒輪4 圖2.19 齒輪5 （4）其他相關主要零件 為了完善蘋果裝袋裝置的設計，一些輔助零件的安置必不可少，以下為相關零件的三維建模圖。 圖2.20 帶輪 圖2.21 電機 圖2.22 底板 圖2.23 基座 圖2.24 減速器 圖2.25 剪刀 圖2.26 剪刀固定 圖2.27 剪刀線固定 圖2.28 立柱 圖2.29 固定座 圖2.30 毛刷筒底座 圖2.31 防護殼 圖2.32 毛刷筒固定座 圖2.33 套筒 圖2.34 軸 圖2.35 轉向桿 圖2.36 毛刷筒 2.4小結 本章節(jié)對蘋果裝袋裝置的整體結構作了圖片說明，詳細敘述了蘋果裝袋的流程及原理，著重指明了重要機構如槽輪機構、凸輪機構等的運作機理。另外，對整體裝置的主要零部件與輔助零部件作了三維模型的介紹。  3 基礎數據的計算 3.1電動機的選擇 3.1.1電動機類型和結構的選擇 本套袋機在主要是單班制工作，保證300天一年的工作需求，至少15年的使用壽命，運輸帶速度誤差保持在±5%。 依據原始數據：輸送帶的牽引力為F=0.1kn，主動軸的圓周速度為V=0.20m/s，軸的直徑為D=30mm。 3.1.2選電動機類型 依照上述條件，選擇電動機為三相籠型異步電動機，采用封閉式結構，380V電壓，類型取YS型。 3.1.3選擇電動機容量 電動機所需工作功率按式： 公式(3.1) 公式(3.2) 公式(3.3) 電動機到運輸帶的傳動總效率為： 公式(3.4) 式中：取=0.99（聯(lián)軸器），=0.98（承軸），=0.97（齒輪傳動），=0.96（主動軸）則： 公式(3.5) 本設計選用YS5014型號電動機，其主要參數如表3.1： 表3.1 電動機性能 型號 額定功 率/W 轉速/(r/min) 滿載 電流/A 效率/% 功率因 數() 最大 轉矩 YS5014 25W 1400 0.17 42 0.53 2.3 該電動機的主要外型和安裝尺寸如表3.2： 表3.2 電動機安裝尺寸 中心高 外形尺寸 地腳安裝尺寸 地腳螺栓孔直徑 軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸 50 155×110×125 80×63 5.8 9×20 3×7.2 3.1.4確定主動軸工作轉速 公式(3.6) 二級圓柱齒輪減速器的傳動比i=8-40，電動機的轉速范圍為： 根據轉速與容量相關情況，所選電動機屬于小功率電動機，其功率為0.03kW，轉速為1400r/min。 3.2傳動比的確定 3.2.1總傳動比 由選定的電動機滿載轉速和工作機的主軸的轉速n，可得傳動裝置的總的傳動比是： 公式(3.7) 3.2.2分配傳動比 總傳動比： 查《機械設計課程設計指導書》得： 一級傳動比： 二級傳動比： 3.3計算傳動裝置運動 3.3.1計算各軸的轉速 I軸 II軸 III軸 主動軸 IV軸 V軸 3.3.2計算各軸的輸入功率 I軸 II軸 III軸 主動軸 IV軸 V軸 3.3.3計算各軸的轉距 電動機輸出轉矩 I軸 II軸 III軸 主動軸輸入轉矩 IV軸 V軸 各輸出軸轉矩： I軸 II軸 III軸 主動軸輸出轉矩 IV軸 V軸 3.4小結 本章節(jié)對蘋果裝袋機動力元件電動機的類型、結構、容量作了選擇，并進一步確定了主動軸的工作轉速。結合計算公式和傳動規(guī)律主要確定了整個傳動機構的總傳動比和分配傳動比。依據公式詳細計算了傳動部分各軸的轉速、輸入功率以及轉矩。   4 傳動機構的設計計算及校核 4.1齒輪的設計計算及校核 4.1.1減速器箱內的圓柱齒輪傳動的設計計算 本設計中高速級采用斜齒圓柱齒輪，低速級采用直齒圓柱齒輪。 4.1.2高速斜齒圓柱齒輪的設計計算 (1)確定許用應力并選擇材料，采用硬齒面的相互組合。小齒輪用20CrMnTi滲碳淬火，齒面的硬度為56～62HRC，小齒輪的接觸強度疲勞極限是，小齒輪的彎曲強度疲勞極限為；大齒輪用20Cr滲碳淬火，齒面的硬度為56～62HRC，大齒輪的接觸強度疲勞極限是，大齒輪的彎曲強度疲勞極限為。 查《機械設計基礎》：安全系數為； 區(qū)域系數； 接觸疲勞壽命系數，； 彈性影響系數； 許用應力 公式(4.1) 公式(4.2) 許用接觸應力 (2)按齒輪彎曲強度設計計算 齒輪按照8級精度來制造，查《機械設計基礎》，取載荷系數為K＝1，齒寬系數為。 小齒輪上得轉矩 公式(4.3) 初選螺旋角 齒數取，則 齒形系數： 公式(4.4) 查《機械設計基礎》得： 公式(4.5) 故應對小齒輪進行彎曲強度計算。 法向模數：取，； 取。 中心距，取a=99mm． 確定螺旋角 公式(4.6) 齒輪分度圓直徑 齒寬，取 (3)驗算齒面接觸強度 公式(4.7) (4)齒輪的圓周速度 公式(4.8) 4.1.3低速直尺圓柱齒輪的設計計算 (1)選擇材料及確定許用應力： 查閱《機械設計基礎》得到：小齒輪采用40Cr進行調質，齒面硬度為241~286HRC，接觸疲勞強度極限為，彎曲強度疲勞極限為；大齒輪采用45鋼進行調質，齒面硬度為217~255HRC，接觸疲勞強度極限為，彎曲強度疲勞極限為。 取安全系數為。 接觸疲勞壽命系數；。 接觸疲勞許用應力為： 公式(4.9) (2)按齒面接觸強度設計 齒輪按8級精度制造，查《機械設計基礎》，取載荷系數，齒寬系數，彈性影響系數MPa1/2 小齒輪轉矩 公式(4.10) 圓周速度 齒數取，則 齒寬 齒高 (3)按齒根彎曲強度設計 齒形系數， 應力校正系數 計算大小齒輪的并加以比較 通過比較，大齒輪數值大。 設計計算 通過模型的計算結果得出，齒面接觸疲勞強度計算大于齒根彎曲疲勞強度計算模數，齒輪模數m的承載能力的大小主要取決于齒輪的抗彎強度，承載力、齒面疲勞強度確定齒輪的相關直徑。抗彎強度可取2.129，節(jié)圓為2.5mm的標準值模量，按照接觸疲勞強度計算節(jié)圓的直徑，小齒輪的齒數為： 大齒輪齒數，取80。 幾何尺寸計算。 分度圓直徑 中心距 齒寬 4.1.4執(zhí)行機構直齒圓柱齒輪的設計計算 (1)確定許用應力及選擇相關材料，采用硬齒面的相互組合：查閱《機械設計基礎》得到： 小齒輪用20CrMnTi進行滲碳淬火，齒面硬度為56~62HRC，接觸疲勞強度極限為，彎曲強度疲勞極限為；大齒輪用20Cr進行滲碳淬火，齒面硬度為56~62HRC，接觸疲勞強度極限為，彎曲強度疲勞極限為。 查閱《機械設計基礎》取，取 (2)按齒輪彎曲強度設計計算 齒輪按8級精度制造。查《機械設計基礎》，取載荷系數K＝1.3，齒寬系數。 小齒輪上得轉矩 齒數取，則 查《機械設計基礎》得：， 因 故應對小齒輪進行彎曲強度計算。 法向模數： ， 取。 中心距 齒輪分度圓直徑 齒寬，取 4.1.5齒輪的校核 因計算方式存在重復性，為避免累贅和篇幅繁瑣，在齒輪校核中，僅以其中一直齒圓柱齒輪為例作詳細校核，其他校核計算，這里不做一一說明。 （1）按照齒面的接觸疲勞強度校核 根據前面的具體計算已得出：載荷系數KH=1.3，扭矩T1=1910N?mm，齒寬系數φd=0.8，中心距d1=135mm，齒數比u=2，節(jié)點區(qū)域系數ZH=2.5，彈性系數ZE=189.8MPa，接觸疲勞強度極限[σH]=600MPa。 端面重合度αα1=arccos[Z1cosα(Z1+2h*)]， αα2=arccos[Z2cosα(Z2+2h*)]，εα=Z1tanαα1-tanα'+Z2tanαα2-tanα'/2?π，ZE=(4-εα)3=0.8。 將以上各參數代入公式得：σH=2KHT1φdd13?u+1u?ZHZEZε<[σH]，所以此齒輪齒面接觸疲勞強度符合要求。 （2）按照齒根的彎曲疲勞強度校核 1）齒輪的重合度系數計算：Yε=(0.25+0.75)εα=0.7。 2）確定、計算整體公式中的相關參數值： 齒形系數：YFα1=2.74，YFα2=2.22； 應力修正系數：Ysα1=1.75，Ysα2=1.83。 3）齒輪彎曲疲勞許用應力的計算： 由前文已知，大、小齒輪的彎曲疲勞強度極限為σFE1=σFE2=850MPa；這里取彎曲疲勞安全系數S=1.4，彎曲疲勞壽命系數KFN1=0.89、KFN2=0.91。則，[σF]1=KFN1σFlim1S=0.89×8501.4=540.357MPa， σF2=KFN2σFlim2S=0.91×8501.4=552.500MPa， v=πd1n1(60*100)=π×135×140060×1000=9.891m/s。 齒寬b=80mm，齒高h=2ha*+c*?m=9，齒高比bh=1359=15。 4）計算實際載荷系數： 動載系數Kv=1，Fr1=2T1d1=2×1910135=28.296N， KAFr1b<100N/mm，齒間的載荷分配系數KFα=1.2，KHβ=1.454，KFβ=1.45。 5）載荷系數的計算： K=KAKvKFαKFβ=1.2×1×1.2×1.45=2.088 公式（4.11） 6）齒根彎曲應力的計算： σF1=2KFT1YFα1YSα1Yεφdm3Z12<[σF]1 公式（4.12） σF2=2KFT1YFα2YSα2Yεφdm3Z12<[σF]2 公式（4.13） 故齒根彎曲疲勞強度符合要求。 4.2軸的設計計算及校核 軸的計算通常在結構設計完成后完成。軸強度要求或剛度的要求為標準計算。如有必要，應檢查軸系的振動穩(wěn)定性。 根據扭轉強度的條件，該方法僅根據軸的扭矩計算軸的強度，如果彎矩較小，則應考慮減小扭剪應力的方法。軸的扭轉強度條件為： 公式(4.14) 式中：：扭轉切應力，MPa； T：軸所受的扭矩，Nmm； ：軸的抗扭截面系數，； n：軸的轉速，r/min； P：軸傳遞的功率，kW； d：計算截面處軸的直徑，mm； ：需用扭轉切應力，Mpa。 表4.1為軸常用材料的及值： 表4.1 軸常用材料的及值 軸的材料 Q235-A、20 Q275、35 45 40Cr、35SiMn 38SiMnMo 15~25 20~35 25~45 35~55 149~126 135~112 126~103 112~97 當彎矩較小或只受扭矩作用、載荷較平穩(wěn)、無軸向載荷或只有較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只做單向運動時，取較大值，取較小值；反之，取較小值，取較大值 經計算，以45鋼作為軸的使用材料，選擇調質處理方式。 軸的直徑為： 公式（4.15） 式中，可以查表4.1 以主軸為樣例，根據主軸所傳遞的功率，按照傳遞轉矩公式，在前文章節(jié)中已得到主軸輸入轉矩： T入=1.5631N?m，T出=1.5318N?m 依據轉矩，利用扭轉切應力公式可初步估算軸的直徑。設軸的截面邊緣點的剪應力為t，那么： t=M×(D2)Ip 公式（4.16） Ip：軸的極慣性矩； M：界面扭矩； D：軸的直徑。 其中Ip的計算公式為：Ip=π?D432 所以D=3(16*M/π?t)。 主軸屬于一般轉軸，可利用彎扭合成公式進行強度的計算校核。（附：選擇強度校核的原因：為防止或者檢驗軸的斷裂和塑性變形，且軸的工作能力狀況一般主要取決于軸的強度方面。）經過相關受力分析，其中彎矩Mcn=M2+(αT)2，（αT為扭矩，這里扭轉切應力為對稱循環(huán)變應力，所以取α=1）。在校核時，往往計算軸直徑可能不足、彎矩較大的截面。依據第三強度理論，彎矩應力 σcα=McnW=M2+(αT)2W≤[σ-1] 公式（4.17） W：軸的抗彎截面系數（mm3）W=π?d332-btd-t22d=0.1d3WT [σ-1]：軸的許用彎曲應力（Mpa），由表查得[σ-1]為60Mpa。 校核主軸上承受著最大彎、扭矩的剖面，許用應力（對稱循環(huán)變應力）[σ]=40Mpa>αcα，故結果安全。 4.3小結 本章節(jié)對傳動機構中軸和齒輪進行了具體的設計計算，其中包括高速斜齒圓柱齒輪的設計計算；低速直尺圓柱齒輪的設計計算；齒輪的校核；軸的設計計算；軸的校核等。   5 部分零件的有限元分析 對于一個裝置，由多個部件組合、裝配而成，裝置整個效果、作用的表現情況就由這一個個部件來決定，部件（零件）的強度、剛度、穩(wěn)定性等特性直接影響著裝置的可靠性。采用有限元分析方法對零件結構進行模態(tài)分析，可驗證設計的合理性，且有效地估計結構的一系列特性，以便進一步的結構優(yōu)化。SolidWorks能夠對具有支撐類型和簡單載荷的零件靜態(tài)分析，此次因水果裝袋裝置涉及零件繁多，所以僅對幾種重要零件作以靜態(tài)有限元分析。 圖5.1所示為軸的靜應力分析結果圖，從圖中可以看出，軸的深色區(qū)域一般屬于危險區(qū)域，容易折斷，所以在受載荷、力的時候，應注意深色區(qū)域受力的大小，避免軸發(fā)生變形失效。該軸以45鋼作為材料，加載了3處外載荷（一處是中部向下的力，兩處是兩端向上的支反力），添加接觸面組后，經過運行算例和結果的比較，分析結果顯示該軸剛度特性良好，設計較為合理。圖5.2所示為支撐座的靜應力分析結果圖，選用鋁合金為材料，分析結果表明該支撐座能夠滿足所承受壓力的要求，不會發(fā)生變形、軸孔處的斷裂等情況，結構良好。圖5.3所示為一齒輪的靜應力分析結果圖，選用鋼作為材料，此處選擇幾個齒面作為外載荷受力面，且中部受軸的作用力，結果評估顯示該齒輪結構亦良好，能夠滿足傳動的要求。 圖5.1 軸有限元分析 圖5.2 基座有限元分析 圖5.3 齒輪有限元分析 小結 本章節(jié)借用SolidWorks軟件，對部分零件進行了靜應力分析，并根據結果圖對相應的零件作了結構分析以及失效變形、強度剛度等方面的說明和預測。  6 裝袋機的缺陷及改進 雖然此裝袋機能夠實現蘋果裝袋的功能，而且對蘋果不會產生損壞，達到了減少人力使用、提高效率、降低成本等的要求，但裝袋機仍然存在不足之處。因為蘋果設置了專用袋、發(fā)泡網，裝袋機無法實現無限連續(xù)的蘋果裝袋工作。套袋機在經過一段時間的工作之后，我們必須更換發(fā)泡網。整體機構比較簡單，自動化和智能化程度不是很高，輸送機構中可能存在運輸蘋果的過程中“扎堆”的現象，需要人力來解決此過程中出現的問題，所以蘋果輸送機構有待進一步完善。我們可以采用更加合適的傳送帶，使蘋果能按要求的時間距離依次進入傳送帶，并傳送進套筒中，而且設計的傳送帶角度和傳送帶的摩擦力使蘋果在傳輸過程中不會出現滾動的現象。在剪刀控制方面，可以設計帶有光傳感器，當蘋果落入袋后，控制剪刀剪斷發(fā)泡網；或者添加壓力傳感器在套筒的最下方，當檢測到壓力的變化后，將檢測信號傳給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)傳信號給控制剪刀的裝置，然后操縱剪刀剪斷發(fā)泡網，這樣的機構靈敏度和精準度更高，基本不會出現沒有蘋果掉下來但剪刀剪斷泡沫的現象，更大的提高了效率，減少發(fā)泡網的使用，減小了生產成本。但是這種設計需要更高的技術要求，對自動控制理論需要有一個全面的了解，設計難度大大提高，整個機構的造價成本也就有所提高，但當量產的時候，成本就可以控制下來了。 小結 一個機構或裝置的設計，不可能完全的滿足所有條件及要求，在某種情況下或者說從某一方面來看，總會存在缺陷和有待改進的地方。所以本章節(jié)結合現在設計的裝置，詳細說明了其中存在的缺陷和理想狀態(tài)下有待改進之處。   總結 在這段畢業(yè)設計期間，為了能夠達到設計裝置的水準，我利用大量時間去閱讀各種書籍和論文，自身的科研實力得到了一定的提升。不管是對各個零件的設計，還是對它們的校核，都感覺做起來得心用手。除了可以對零件的設計和校核，三維出圖和二維出圖能力也得到了一定的提高，不僅鞏固了自己的CAD制圖能力，而且學習了新的三維軟件SolidWorks2016，從零件的制作到裝配體的裝配，復雜而繁瑣的工作鍛煉了我的意志，當然更提高了我三維建模能力，俗話說技多不壓身，這對以后步入社會參加工作也提供了有效的幫助，對個人成長是及其有利的。畢竟自己的知識儲備還是不夠，對實際生產和機械還是認識不深，雖然最終設計了這個裝袋機，但是其中也存在著一些問題，而且裝置過于簡單化，自動化程度不高，所以自己的知識儲備還是需要繼續(xù)積累的。這對我以后的工作以及學習有著很深的影響。   參考文獻 [1]張吉國，胡繼連，張兆新.我國果品產業(yè)的發(fā)展現狀與對策[J].山東農業(yè)大學學報(社會科學版），2002,4（3）：31-34. 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[15]周亮.袋成型自動包裝機控制系統(tǒng)的設計與研究[D].武漢理工大學.2009(04).   致謝 大四畢業(yè)設計就是畢設導師按照同學的實際情況給一個合適的課題，讓同學們運用四年大學所學專業(yè)內容，在老師的指導和幫助下，完成一個課題的設計研究。這不僅是對同學們綜合運用所學知識能力的考核，也是自己對自己的一次檢驗。經過此次畢業(yè)設計使我學到了很多，不僅鞏固了我的專業(yè)知識，提高了CAD，Proe，SolidWorks等軟件的制圖和建模能力。它的重要性還在于加深了我和同組小伙伴的感情以及和導師的感情；培養(yǎng)了我堅持不懈、不恥下問、努力奮斗的精神。畢業(yè)設計是一個非常好的學習過程，不僅自學到了大學課本沒有的新知識，也可以對所學的知識進行第二次的鞏固，為即將踏入社會工作的我打下了堅實的基礎。我相信通過為期幾個月的畢設，我未來的工作、生活會更得心應手。 這次整個畢業(yè)設計期間的研究和學習，我對蘋果裝袋機有了新的認識。通過這次畢業(yè)設計，我不僅了解了套袋機的原理、優(yōu)點、用途等，還學會了自己設計并制圖。畢業(yè)設計不僅提高了我的動手能力，也讓我認識到真正的去設計一個機器的難度遠遠要比想象中大的多。一個完整機器的設計，整合了你大學四年所學的大部分專業(yè)課內容，不僅檢驗了自己四年學習的扎實程度，也鞏固了所學過的知識。 本次畢業(yè)設計就要結束，但我將永遠記得本次設計過程中的美好時光。由于第一次把大學所學的專業(yè)課知識多方面的應用于實踐中，所以此次設計還是存在一些問題的，希望老師原諒。 在本次設計中，非常感激身邊同學、朋友的幫助，帶來的精神支持；十分感謝指導老師的耐心講解、指導，提供方向與資料資源；感謝在校的最后時光能與你們共處，這一切將成為我寶貴的回憶。   附錄  機械設計專家系統(tǒng)：設計幾何的符號表示示例 摘要：計算機集成制造系統(tǒng)開發(fā)中的一個主要問題是創(chuàng)建和維護一個合適的數據庫，這個數據庫將通過制造順序為設計中的所有各種功能提供服務。這些功能包括設計師界面，圖形輸出，制造能力評估，功能評估（包括可能的有限元分析），工藝設計，工藝規(guī)劃，工藝控制和質量控制。由于設計是這個設計制造范圍的開始，所以在設計過程中有責任制定所需的數據結構，以允許其他功能的輸入和訪問。這種多用途數據庫中的一個關鍵要素是表示設計幾何的方法，該表示的一個基本要素是有關設計幾何特征的信息，這些信息與序列的各個部分相關。我們正在探索“具有特征的設計”作為一種設計方法來獲得所需的特征信息，并試驗不同的數據結構來對所得設計進行符號表示。在本文中，我們描述了三個用作設計原語的不同類型的特征的實例，以及由它們的使用所產生的四個數據結構（在LISP中）。這些例子的領域是擠壓，注塑和鑄造。 1 簡介 設計和制造的計算機集成的目標只有在數據庫存在的情況下才能實現，該數據庫在整個設計和制造過程中充分發(fā)揮各種功能。特別是，我們必須學會如何提供設計幾何圖形的符號表示，這些符號表示可以方便地訪問任何關于所需設計的信息——不僅為了方便設計人員，還為結構或熱分析，可制造性評估，過程設計和規(guī)劃以及質量控制。數據結構還應該有助于輸入和修改數據庫中的信息。為了方便，在本文中，我們將這種設計數據結構稱為計算機集成制造（CIM）數據結構。 CIM數據結構應該支持（至少）表1所示的設計和制造功能的信息需求。 由于設計是設計制造序列的開始，因此設計過程的責任是創(chuàng)建設計幾何圖形的符號表示，這不僅可以用于設計過程，還可以用于其他功能。因此，開發(fā)CIM數據庫的關鍵問題是，設計幾何圖形應該如何表示？ 目前的CAD系統(tǒng)基本上只根據點，線和面來創(chuàng)建幾何描述；因此，他們不提供所需的數據庫。這不是對CAD系統(tǒng)的指責，該領域是新的并且CAD開發(fā)人員首先做了第一件事。 自然，第一個CAD數據庫僅提供圖形輸出。 使用CAD數據庫進行某些分析的目的已經取得了進展：可以計算出某些物理特性，并且有限元分析也是可能的，盡管人類可以提供相當多的幫助。 在某些情況下，直接工藝規(guī)劃也是可能的，例如生產控制機床的NC磁帶。 然而，盡管取得了這些具體成就，但對數據庫的性質和要求的研究和討論太少，這些數據庫將服務