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全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
蘋果大小分級(jí)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
DESIGN OF GRADING MECHANISM FOR SIZE OF APPLE
學(xué)生姓名：
學(xué) 號(hào)：
年級(jí)專業(yè)及班級(jí)：
指導(dǎo)老師及職稱：
學(xué) 院： 工學(xué)院
目 錄
摘要 …… ………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵字 … ………………………………………………………………………………1
1 前言 …………………………………………………………………………………2
1.1 研究的目的及意義 …… …… ……… …………………………………………2
1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況 ………………………………………………………………3
1．2．1 國(guó)內(nèi)研究概況 ………………………………………………………………3
1．2．2 國(guó)外研究概況 … ……………………………………………………………4
1．3研究特色與創(chuàng)新 ………………………………………………………………5
2 概述 …………………………………………………………………………………6
2．1 氣動(dòng)水果分級(jí)傳輸裝置原理簡(jiǎn)介 ……………………………………………6
2．2傳輸分級(jí)機(jī)構(gòu)工作原理 …………………………………………………………6
2.2.1 基本組成 ………… ……………………………………………………………6
2．3 設(shè)計(jì)任務(wù) …………………………………………………………………………7
3 進(jìn)料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) …… …………………………………………………………………8
3．1進(jìn)料機(jī)架的設(shè)計(jì) …………………………………………………………………8
3．1．1加工工藝的選擇 ……………………………………………………………8
3．1．2材料的選擇 …………………………………………………………………8
3．1．3進(jìn)料機(jī)架結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………9
3．2進(jìn)料槽的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………9
3．2．1 加工工藝的選擇 … …………………………………………………………9
3．2．2 材料的選擇 …………………………………………………………………10
3．2．3 進(jìn)料槽的結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………10
3．3 進(jìn)料篩選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) …………………………………………………………… 10
3．3．1 方案的確定 …………………………………………………………………10
3．3．2篩選機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………10
3．3．3 振動(dòng)電機(jī)的選擇 ……………………………………………………………11
3．4 支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………12
3．4．1 進(jìn)料支撐結(jié)構(gòu) ………………………………………………………………12
3．5振動(dòng)機(jī)架………………………………………………………………………… 12
4 主要技術(shù)參數(shù)和電機(jī)選擇 ……… ……………………………………………… 12
5 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)…… …………………………………………………………………14
5.1鏈條和鏈輪的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………14
5.1.1 鏈輪的設(shè)計(jì)…………………………… ………………………………………14
5.1.2鏈條的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………………16
5.2滾子設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………17
5.3 軸的設(shè)計(jì)及校核…………… ……………………………………………………18
5.3.1 主動(dòng)軸設(shè)計(jì)及校核…… ………………………………………………………19
5.3.2從動(dòng)軸設(shè)計(jì) ………………………… ………… ……………………………21
5.4 同步帶和同步帶輪設(shè)計(jì)……………… …………………………………………22
5.4.1同步帶選擇 ……………………………………………………………………23
5.4.2 同步帶帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算……………………… …………………………………23
5.5軸承的設(shè)計(jì) ………………………………………………………………………24
5.5.1軸和軸承的安裝方式 …………………………………………………………24
6 安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算…………… ……………………………………………………25
6.1機(jī)架設(shè)計(jì) …………………………………………………………………………25
6.1.1機(jī)架材料選擇 …………………………………………………………………25
6.1.2 機(jī)架連接方式 … ……………………………………………………………25
7 結(jié)論 ………………… ………………… …………………………………………26
參考文獻(xiàn)… ……………………………………………………………………………26
致謝……… ……………………………………………………………………………27
3
蘋果大小分級(jí)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各行各業(yè)都已不同程度的步入了機(jī)械化時(shí)代。而傳統(tǒng)的人操縱機(jī)械已逐步被淘汰，取而代之的是科技含量更高的機(jī)電一體化。水果自動(dòng)分揀系統(tǒng)是一種集機(jī)械傳動(dòng)，圖像處理，PLC電路控制的機(jī)電結(jié)合的現(xiàn)代化設(shè)備。它主要可分為水果圖象采集段和水果分級(jí)段，水果在攝像室內(nèi)進(jìn)行圖象采集后，圖象采集段輸出信號(hào)給水果分級(jí)段，水果分級(jí)段的控制件根據(jù)信號(hào)做出相應(yīng)的動(dòng)作控制氣泵噴氣，將符合分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的水果吹離輸送裝置并完成分級(jí)。
關(guān)鍵字：自動(dòng)化；圖像處理；氣動(dòng)；分揀；
Apple size grading mechanism design
Abstract：With the rapid development of science and technology, all walks of life have different degrees of entered mechanization era. And traditional mechanical manipulation has gradually be eliminated, replaced by the electromechanical integration with higher content of science and technology. Fruit automatic sorting system is a collection of mechanical transmission, image processing and PLC control circuit of the electrical and mechanical combination of modern equipment. It mainly can be divided into fruit image acquisition and fruit grading, fruit after the camera inside for image acquisition, image collecting section of the output signal to the fruit grading period, fruit grading period of control based on signal makes the corresponding action control pump jet, will conform to the classification standard of fruit blow away from the conveying device and complete the grading.
Key words:Automation;Image Processing;Pneumatic;Sortin
1 前言
1.1 研究的目的及意義
我國(guó)是蘋果生產(chǎn)大國(guó)，蘋果總量躍居世界第一位，而且品種豐富。但目前我國(guó)的蘋果產(chǎn)后商品化處理的水平仍很低，在國(guó)際市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)力很弱。目前國(guó)內(nèi)外研究比較多的是農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)檢測(cè)。在蘋果品質(zhì)檢測(cè)方面，國(guó)外除了進(jìn)行外部品質(zhì)（如大小、形狀、顏色、表面缺陷等）檢測(cè)外，還進(jìn)行其內(nèi)部品質(zhì)的無損檢測(cè)，有些檢測(cè)項(xiàng)目已經(jīng)商品化，且能達(dá)到實(shí)時(shí)速度。在國(guó)內(nèi)，蘋果的品質(zhì)檢測(cè)研究從90年代才開始，僅停留在外部的品質(zhì)檢測(cè)上，且遠(yuǎn)沒達(dá)到實(shí)時(shí)檢測(cè)分級(jí)的水平，我國(guó)蘋果的生產(chǎn)在整個(gè)農(nóng)產(chǎn)品的生產(chǎn)中占有很大的比例，是重要的外貿(mào)出口產(chǎn)品。但由于生產(chǎn)后處理不夠，使得外銷蘋果的品質(zhì)難以保證，在國(guó)際市場(chǎng)上缺乏競(jìng)爭(zhēng)力。其原因首先是檢測(cè)與分選的手段落后。在我國(guó)，蘋果分級(jí)基本上仍由人工完成。人工分級(jí)的缺點(diǎn)主要有：勞動(dòng)量大，生產(chǎn)率低，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)難以實(shí)現(xiàn)，分級(jí)精度不穩(wěn)定。因?yàn)樵谔O果分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中，著色面積和缺陷面積的度量，僅憑人的視覺難以精確區(qū)分，且人長(zhǎng)時(shí)間用眼，會(huì)造成疲勞及情緒的不穩(wěn)定，從面造成分級(jí)誤差的波動(dòng)，其次，蘋果的內(nèi)部品質(zhì)缺乏檢測(cè)手段，使蘋果的內(nèi)外品質(zhì)無法保證。因此，研究和開發(fā)蘋果自動(dòng)實(shí)時(shí)分級(jí)系統(tǒng)，選出高質(zhì)量的蘋果，為國(guó)家創(chuàng)取外匯，在我國(guó)具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景[1]。
隨著果品貯藏加工業(yè)的發(fā)展和人們生活水平的提高，對(duì)水果質(zhì)量的要求越來越高，水果采后處理工作顯得日益重要，而采后處理工作時(shí)效性強(qiáng)，作業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高，因此，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動(dòng)化作業(yè)勢(shì)在必行。水果采后商品化處理的主要技術(shù)環(huán)節(jié)包括挑選、清洗、打蠟、分級(jí)和包裝。挑選是水果采后處理的第一個(gè)環(huán)節(jié)。目的是剔除有機(jī)械傷、病蟲危害、著色度不夠、外觀畸形等不符合商品要求的產(chǎn)品，以利于下一步的分級(jí)、包裝和貯運(yùn)。挑選由于涉及到病蟲、傷、殘、色、畸形等多項(xiàng)指標(biāo)，綜合判斷較復(fù)雜，目前還難做到機(jī)械化操作，所以無論是技術(shù)先進(jìn)的國(guó)家還是發(fā)展中國(guó)家，基本靠手工完成，但必須根據(jù)不同水果的特點(diǎn)制定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)清洗是商品化處理中的重要環(huán)節(jié)，是采用浸泡、沖洗、噴淋等方式水洗或用干（濕）毛巾、毛刷等清除果品表面污物，減少病菌和農(nóng)藥殘留，使之清潔、衛(wèi)生，符合商品要求和衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，提高商品價(jià)值。打蠟（涂膜）是在果品表面涂上一層薄而均勻的透明薄膜，也稱涂膜。涂膜多用于蘋果、柑桔、油桃、李子等。經(jīng)涂膜處理后，不僅可抑制水果的呼吸、減少水分蒸發(fā)和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗，還可抑制病原菌侵染、減少腐爛，而且還可以增進(jìn)果品表面光澤，使外皮潔凈、美觀、漂亮，提高商品價(jià)值。分級(jí)的目的是要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的工業(yè)化，使果品成為標(biāo)準(zhǔn)化的商品。不同果品的分級(jí)，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有各自的分法和標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)現(xiàn)有16個(gè)果品分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中蘋果、梨、香蕉、龍眼、核桃、板栗、紅棗已制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此外還制定了一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展、品種的更新以及市場(chǎng)的要求，標(biāo)準(zhǔn)還應(yīng)不斷修訂和完善。良好的包裝，可以保證產(chǎn)品安全運(yùn)輸和貯藏、減少產(chǎn)品間的磨擦、碰撞和擠壓造成的機(jī)械傷，減少病蟲害的蔓延和水分蒸發(fā)，使水果在流通中保持良好的穩(wěn)定性。設(shè)計(jì)精美的包裝也是商品的重要組成部分，是貿(mào)易的輔助手段，為市場(chǎng)交易提供標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格單位，并有利于充分利用倉(cāng)儲(chǔ)空間和合理堆放。
水果分級(jí)是水果進(jìn)入流通的第一個(gè)環(huán)節(jié)，并直接關(guān)系到水果的包裝、運(yùn)輸、貯藏和銷售的效果和效益。果樹果實(shí)有優(yōu)劣之分，形狀、大小、著色程度等也不完全一致，甚至還有風(fēng)蝕、病蟲害等， 采后如混在一起既不便于貯藏運(yùn)輸，也不便以質(zhì)論價(jià)銷售。在市場(chǎng)商品經(jīng)濟(jì)高度發(fā)達(dá)的今天，異地銷售大宗農(nóng)產(chǎn)品交易和農(nóng)產(chǎn)品國(guó)際貿(mào)易等均離不開標(biāo)準(zhǔn)化，而今水果分級(jí)就是實(shí)現(xiàn)水果商品標(biāo)準(zhǔn)化的最基礎(chǔ)的一步[2]。
在作物生產(chǎn)和科研中，大量的工作而借助于對(duì)形態(tài)、色澤、紋理等外部特征的判斷，如作物生長(zhǎng)狀況監(jiān)測(cè)、形態(tài)識(shí)別與分類、病蟲草害診斷等。對(duì)這些特征信息的獲取目前主要靠人工記數(shù)、測(cè)量和目測(cè)。存在著速度饅、強(qiáng)度大、主觀性強(qiáng)、誤差大、適時(shí)性差等缺陷．且一些特征還難以定量描述，制約了作物科學(xué)研究和生產(chǎn)上因苗分類管理及先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)的推廣，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)信息化迫切需要研究和解決的問題。近年，隨著信息技術(shù)的飛躍發(fā)展和計(jì)算機(jī)普及．圖像技術(shù)及機(jī)器(計(jì)算機(jī))視覺技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)學(xué)科，在作物領(lǐng)域也已取得許多進(jìn)展．并展示了廣闊的應(yīng)用前景。
分級(jí)的目的是要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的工業(yè)化，使果品成為標(biāo)準(zhǔn)化的商品。不同果品的分級(jí)，各個(gè)國(guó)家和地區(qū)都有各自的分法和標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)現(xiàn)有16個(gè)果品分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其中蘋果、梨、香蕉、龍眼、核桃、板栗、紅棗已制定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。此外還制定了一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展、品種的更新以及市場(chǎng)的要求，標(biāo)準(zhǔn)還應(yīng)不斷修訂和完善。因此，水果分級(jí)有著很強(qiáng)的重要性。
該系統(tǒng)依據(jù)規(guī)定的質(zhì)量品質(zhì)分類標(biāo)準(zhǔn)，自動(dòng)完成蘋果的等級(jí)分類。該分組系統(tǒng)具有以下意義：降低勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度；提高勞動(dòng)生產(chǎn)率；提高產(chǎn)品分類質(zhì)量；降低生產(chǎn)成本。
1.2 國(guó)內(nèi)外研究概況
1．2．1 國(guó)內(nèi)研究概況
相對(duì)于國(guó)外的分級(jí)水平，國(guó)內(nèi)水果分級(jí)市場(chǎng)比較落后。國(guó)內(nèi)水果分級(jí)大部分還采用人工分級(jí)方法，只有少數(shù)企業(yè)采用半自動(dòng)及自動(dòng)化水果分級(jí)。
雖然我國(guó)水果分級(jí)現(xiàn)狀不容樂觀，但也有一些企業(yè)的研究得到成功，浙江大學(xué)果蔬智能化分級(jí)技術(shù)與裝備課題組經(jīng)過近10年的研究積累，在國(guó)家“863”計(jì)劃?國(guó)家自然科學(xué)基金和浙江省科技計(jì)劃的支持下，與杭州杭掛機(jī)電有限公司合作于2004年研制成功國(guó)內(nèi)第一條完全擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基于計(jì)算機(jī)視覺的水果品質(zhì)智能化實(shí)時(shí)檢測(cè)與分級(jí)生產(chǎn)線。項(xiàng)目至今已獲國(guó)家發(fā)明專利2項(xiàng)、授權(quán)計(jì)算機(jī)軟件著作登記2項(xiàng)、授權(quán)國(guó)家實(shí)用新型專利8項(xiàng)，另有國(guó)家發(fā)明專利10項(xiàng)待批。2004年6月16日，順利通過國(guó)家863計(jì)劃?rùn)C(jī)器人技術(shù)主題專家組的驗(yàn)收。2004年12月28日，銷往廣東梅縣的第一條生產(chǎn)線在當(dāng)?shù)卣秸{(diào)試成功，并投入正常生產(chǎn)用于當(dāng)?shù)靥厣毘鹊钠焚|(zhì)檢測(cè)和分級(jí)，其工作性能得到用戶的高度評(píng)價(jià)。 2005年4月29日，由中國(guó)工程院汪懋華院士、蔣亦元院士等8位本領(lǐng)域的權(quán)威專家組成的鑒定委員會(huì)，對(duì)本生產(chǎn)線進(jìn)行了鑒定，專家們對(duì)這一成果給予了高度評(píng)價(jià)：總體技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平，多項(xiàng)技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
日前，江蘇省自主研制生產(chǎn)的電腦控制全自動(dòng)水果分級(jí)流水生產(chǎn)線在陜西成功運(yùn)行，并通過國(guó)家一級(jí)科技查新，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)果品加工生產(chǎn)機(jī)械的空白[7]。 該生產(chǎn)線由江蘇牧羊集團(tuán)研制，采用水果品質(zhì)視覺系統(tǒng)測(cè)與分級(jí)，每條生產(chǎn)線每小時(shí)能檢測(cè)分級(jí)2．5噸及3噸水果，適用于柑橘、胡柚、蘋果、西紅柿、土豆等多種水果及農(nóng)產(chǎn)品的快速分級(jí)，部分指標(biāo)達(dá)到世界先進(jìn)水平。為配套新生產(chǎn)線，該集團(tuán)同時(shí)研發(fā)出壓榨機(jī)、榨汁機(jī)等飲料機(jī)械，以及去核機(jī)、打漿機(jī)等果汁生產(chǎn)線前處理設(shè)備與后道包裝設(shè)備，具有良好的應(yīng)用前景。
1．2．2 國(guó)外研究概況
國(guó)外50%以上的水果實(shí)現(xiàn)了分級(jí)的完全自動(dòng)化。近年，隨著信息技術(shù)的飛躍發(fā)展和計(jì)算機(jī)普及．圖像技術(shù)及機(jī)器(計(jì)算機(jī))視覺技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于多個(gè)學(xué)科，在作物領(lǐng)域也已取得許多進(jìn)展．并展示了廣闊的應(yīng)用前景。
目前較先進(jìn)的微機(jī)控制的重量分級(jí)機(jī)，采用最新電子儀器測(cè)定重量，可按需選擇準(zhǔn)確的分級(jí)基準(zhǔn)，分級(jí)精度高，使用特別的滑槽，落差小，水果不受沖擊、不損傷。分級(jí)、裝箱所需時(shí)間為傳統(tǒng)的1/2。
日本消費(fèi)者對(duì)水果的消費(fèi)是非常挑剔的，其水果上市前都要經(jīng)過分級(jí)包裝。有些價(jià)值較高的水果，如冬季上市的西瓜要在標(biāo)簽上標(biāo)出糖度數(shù)值。目前，在日本許多高新技術(shù)在水果檢測(cè)領(lǐng)域得到應(yīng)用。計(jì)算機(jī)技術(shù)、無損傷檢測(cè)技術(shù)以及自動(dòng)化控制技術(shù)的發(fā)展為現(xiàn)代分級(jí)檢測(cè)技術(shù)提供了廣闊的空間，使分級(jí)檢測(cè)技術(shù)正在由半自動(dòng)化向全自動(dòng)化、外部品質(zhì)檢測(cè)向內(nèi)部品質(zhì)檢測(cè)、復(fù)雜化向簡(jiǎn)單化和方便化、規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)的文字化向數(shù)字化、機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化向簡(jiǎn)單化、數(shù)據(jù)的人工管理向計(jì)算機(jī)管理方向轉(zhuǎn)化。
在意大利的果品貯藏加工業(yè)生產(chǎn)中，使用顏色分級(jí)機(jī)較早，主要是對(duì)蘋果進(jìn)行顏色分級(jí)，其原理是按照綠色蘋果比紅色蘋果的反射光強(qiáng)的道理進(jìn)行的。工作時(shí)，果實(shí)在松軟的傳送帶上跳躍移動(dòng)，光線可照射到水果的大多部位，這樣就避免了水果單面被照射。反射光傳遞給電腦，由電腦按照反射率的不同來將果實(shí)分開，一般分為全綠果、半綠（半紅）果、全紅果等級(jí)別。
美國(guó)Penwalt公司Decco型分級(jí)機(jī)是一種新型果實(shí)分級(jí)機(jī)，具有速度快、性能好、通用性強(qiáng)的特點(diǎn)。它根據(jù)“體積”分級(jí)的原理進(jìn)行工作，綜合了大小和重量分級(jí)機(jī)最突出的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)消除了二者的缺點(diǎn)，使分級(jí)作業(yè)真正得以柔和平緩地進(jìn)行。Decco分級(jí)機(jī)工作原理是：提升機(jī)輥?zhàn)訉⒋旨?jí)的果實(shí)送入四星裝料斗，星輪與提升機(jī)以鏈條驅(qū)動(dòng)的各對(duì)定距輥?zhàn)油剑佔(zhàn)映休d水果通過分級(jí)全程，這樣的裝置，星輪可以很柔和地將水果從提升機(jī)傳送到由一對(duì)滾子形成的凹槽中，根據(jù)選用分級(jí)機(jī)規(guī)格的不同，分級(jí)部分包括6-9行高度可調(diào)的“摩擦指”，滾子從摩擦指下通過，緩緩地作反時(shí)針回轉(zhuǎn)，水果則作順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)水果遇到摩擦指（最大的水果首先接觸摩擦指），由于轉(zhuǎn)動(dòng)與摩擦的組合，水果極柔和地從滾子上移動(dòng)并落入彈性的擺動(dòng)活動(dòng)門上，水果自重足夠使其滑出并滾到輸送皮帶上，然后由皮帶送入包裝槽中。由于水果沒有摔落，也沒有其他任何典型的引起損傷的動(dòng)作，分級(jí)柔和。水果分級(jí)只有綜合形狀、大小、色澤、果面缺陷等各種因素，甚至是內(nèi)部品質(zhì)，才能排除其他因素，使分級(jí)質(zhì)量得到保證[11]。
法國(guó)的MAF France公司的水果分級(jí)包裝設(shè)備，不僅能對(duì)果蔬進(jìn)行分級(jí)包裝，還可以利用電子、光學(xué)原理對(duì)果蔬表皮的瑕疵進(jìn)行分選，全電腦監(jiān)控，自動(dòng)化程度相當(dāng)高。在意大利的果品貯藏加工業(yè)生產(chǎn)中，使用顏色分級(jí)機(jī)較早，主要是對(duì)蘋果進(jìn)行顏色分級(jí)，其原理是按照綠色蘋果比紅色蘋果的反射光強(qiáng)的道理進(jìn)行的。工作時(shí)，果實(shí)在松軟的傳送帶上跳躍移動(dòng)，光線可照射到水果的大多部位，這樣就避免了水果單面被照射。反射光傳遞給電腦，由電腦按照反射率的不同來將果實(shí)分開，一般分為全綠果、半綠（半紅）果、全紅果等級(jí)別。
1．3研究特色與創(chuàng)新
傳統(tǒng)的水果品質(zhì)檢測(cè)、分級(jí)方法存在著分級(jí)結(jié)果受人主觀因素的影響、精度低、視覺易疲勞、效率低;存在著不能對(duì)大小、重量、形狀、尺寸、成熟度、表面缺陷、表面色澤等指標(biāo)綜合評(píng)判等問題。
輸送系統(tǒng)在輸送水果的同時(shí)，使水果的中心軸始終保持垂直。同時(shí)保持水果圍繞其中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)，以便拍攝到水果的不同位置，識(shí)別出花萼和梗，從而區(qū)別出缺損與花萼。
計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展不斷發(fā)展的一門技術(shù)。隨著計(jì)算機(jī)硬件成本的下降和運(yùn)行速度的大幅度提高，機(jī)器視覺技術(shù)在農(nóng)業(yè)中也得到了空前的發(fā)展。通過建立計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)采集水果外觀圖像，從分割的圖像中提取特征，包括形狀特征、顏色特征、大小特征參數(shù)等。在此基礎(chǔ)上基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分形理論和模糊分類等算法完成程序的編寫，以提高計(jì)算機(jī)運(yùn)行速，滿足實(shí)時(shí)性的要求。完成水果的自動(dòng)識(shí)別，從而發(fā)出控制信號(hào)。
水果分級(jí)在國(guó)內(nèi)尚屬新興產(chǎn)業(yè)，有關(guān)這方面的研究本身就是一種創(chuàng)新。對(duì)其內(nèi)容的研究，一般而言，蘋果分揀是把蘋果輸送到雙錐式滾子上，不需知道蘋果花萼/莖的位置。隨著數(shù)字成像技術(shù)用于缺陷識(shí)別，鑒別花萼/莖位置的圖像處理被測(cè)試以確保在圖像分割之后，花萼/莖部被當(dāng)作缺陷。本課題的創(chuàng)新是用一個(gè)傾斜的送料裝置，把蘋果輸送到位于傾斜裝置底端的檢測(cè)用的圖像采集室前進(jìn)行大小尺寸圖像采集，然后將采集的信息傳輸給氣動(dòng)裝置的控制件對(duì)符合分級(jí)要求的蘋果產(chǎn)生噴氣動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)分級(jí)。進(jìn)料機(jī)構(gòu)能夠使水果自動(dòng)完成進(jìn)料，并可以根據(jù)檢測(cè)結(jié)果自動(dòng)分級(jí)。
2 概述
2．1 氣動(dòng)水果分級(jí)傳輸裝置原理簡(jiǎn)介
帶有氣動(dòng)分級(jí)機(jī)構(gòu)的水果輸送裝置，該裝置包括基架、固定在基架上的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)和水果輸送機(jī)構(gòu)，水果輸送機(jī)構(gòu)分為水果圖象采集段和水果分級(jí)段，水果在攝像室內(nèi)進(jìn)行圖象采集后，圖象采集段輸出信號(hào)給水果分級(jí)段，水果分級(jí)段在基架的一側(cè)邊，固定設(shè)有一個(gè)以上氣動(dòng)機(jī)構(gòu)，它主要由儲(chǔ)氣罐和控制件組成，在儲(chǔ)氣罐端部開設(shè)氣體噴嘴，由控制件控制其動(dòng)作，該控制件的輸入與攝像室水果圖象采集的分級(jí)輸出信號(hào)相連，氣動(dòng)機(jī)構(gòu)接收信號(hào)后產(chǎn)生噴氣動(dòng)作，將符合分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的水果，吹離輸送裝置并完成分級(jí)。本氣動(dòng)機(jī)構(gòu)的氣體壓力可調(diào)節(jié)，分級(jí)操作簡(jiǎn)單準(zhǔn)確，滾子的模具制造簡(jiǎn)單、成本低，便于推廣和使用，且有效減小了機(jī)械力對(duì)水果的損傷。
2．2傳輸分級(jí)機(jī)構(gòu)工作原理
本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目的是設(shè)計(jì)一種機(jī)構(gòu)對(duì)蘋果按大小進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求將蘋果分成三個(gè)級(jí)別。此機(jī)構(gòu)是通過氣動(dòng)進(jìn)行分級(jí)。在此機(jī)構(gòu)中主要由進(jìn)料機(jī)構(gòu)、基架、定制的雙側(cè)套筒傳動(dòng)鏈、雙錐式滾子、雙側(cè)鏈輪、軸承、軸承套、同步帶和同步帶輪以及動(dòng)力裝置電動(dòng)機(jī)組成。
本裝置是水平放置的橫式傳輸機(jī)構(gòu)，首先蘋果由進(jìn)料槽進(jìn)入雙側(cè)鏈的錐式滾子上，在入口處裝有毛刷擋板以確保蘋果是逐個(gè)無重疊的在滾子上傳輸。鏈條以恒定的轉(zhuǎn)速水平進(jìn)行傳動(dòng)。動(dòng)力裝置通過同步帶驅(qū)動(dòng)鏈輪的主動(dòng)軸驅(qū)使套筒鏈勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，蘋果由滾子傳輸至第一級(jí)出口處，此時(shí)空氣壓縮機(jī)和氣泵根據(jù)要求進(jìn)行噴氣使蘋果脫離滾子以達(dá)到分級(jí)的要求。下一等級(jí)的蘋果傳輸至第二級(jí)出口時(shí)以同樣的原理進(jìn)行分級(jí)。剩下的第三級(jí)隨著滾子直接進(jìn)入位于機(jī)構(gòu)末端的出口。整個(gè)過程中機(jī)構(gòu)平穩(wěn)的精確的根據(jù)要求將蘋果分成了三個(gè)等級(jí)。進(jìn)而達(dá)到設(shè)計(jì)目的?？傃b圖如圖1
圖1 總裝圖
Fig. 1 assembly drawing
2.2.1 基本組成
一套完整的蘋果分級(jí)機(jī)構(gòu)從整體上來看包括五大的部分，其框架圖如下圖2：
圖2 機(jī)構(gòu)框架圖
Fig. 2 body frame
2．3 設(shè)計(jì)任務(wù)
在做本設(shè)計(jì)前，我將設(shè)計(jì)工作安排分為五個(gè)階段。第一階段，設(shè)計(jì)前期階段。在此階段的主要任務(wù)是，首先要清楚此設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)目的和任務(wù)以及整體裝置的工作原理。根據(jù)原理估計(jì)設(shè)計(jì)的大致模型，構(gòu)思簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)思路。其次是了解掌握必要的市場(chǎng)動(dòng)向，借鑒類似前沿的產(chǎn)品以便產(chǎn)生必要的設(shè)計(jì)靈感，使設(shè)計(jì)達(dá)到最優(yōu)化。第三，因?yàn)樽龃藱C(jī)構(gòu)是用來對(duì)蘋果進(jìn)行分級(jí)的，所以必須對(duì)蘋果的一些物理參數(shù)，形狀大小進(jìn)行提取。這也是第一階段的重點(diǎn)工作。第二階段，初模型設(shè)計(jì)階段。此階段的主要工作任務(wù)是在第一階段的前提下大致的構(gòu)思出機(jī)構(gòu)的模型以及機(jī)構(gòu)的大體組成部分。畫出模型的大致草圖，并最終確定設(shè)計(jì)思路。第三階段，計(jì)算和必要零件選擇階段。此階段的工作任務(wù)是計(jì)算出零件的尺寸以及機(jī)構(gòu)的安裝尺寸，并根據(jù)需要確定哪些零件是要定制件哪些是采用標(biāo)準(zhǔn)件。另外，通過計(jì)算從機(jī)械手冊(cè)選擇出標(biāo)準(zhǔn)件。第四階段，畫零件圖和裝配圖階段。此階段的主要任務(wù)是根據(jù)第三階段計(jì)算出的數(shù)據(jù)畫出零件圖和裝配圖，并將其轉(zhuǎn)換成三維立體圖像以便更準(zhǔn)確直觀的分析和改進(jìn)。第五階段，優(yōu)化并編寫設(shè)計(jì)說明書階段。 在此階段可以參照二維和三維模型對(duì)設(shè)計(jì)的不合理以及有待進(jìn)一步優(yōu)化的地方進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。在改進(jìn)優(yōu)化確認(rèn)無誤后編寫出設(shè)計(jì)說明書。
2．3．2 設(shè)計(jì)要求
該裝置能完成蘋果的自動(dòng)進(jìn)料和自動(dòng)出料，即蘋果能夠逐個(gè)進(jìn)料，且能夠從對(duì)應(yīng)的等級(jí)出口出料，同時(shí)與蘋果分選機(jī)輸送機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝配，共同調(diào)試及分析輸送機(jī)構(gòu)速度對(duì)蘋果定向的影響。
3 進(jìn)料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3．1 進(jìn)料機(jī)架的設(shè)計(jì)
3．1．1 加工工藝的選擇
鑄造是將液態(tài)金屬或合金澆注到與零件的形狀、尺寸相適應(yīng)的鑄型內(nèi)，待其冷卻凝固后，獲得毛坯或零件的方法。在機(jī)械制造業(yè)中，鑄造已成為制造零件和毛坯的主要方法，尤其適合于制造內(nèi)腔和外形復(fù)雜的毛坯或零件；而且鑄件的大小、重量、批量、及材質(zhì)幾乎都不限制，與其它加工方法比較，鑄造具有適應(yīng)性廣、生產(chǎn)成本低的優(yōu)點(diǎn)，但是鑄造工序多，工藝復(fù)雜，鑄件易出現(xiàn)組織疏松、晶粒粗大、縮孔、縮松和氣孔等缺餡這些缺陷會(huì)導(dǎo)致鑄件的沖擊韌性降低。此外鑄造的勞動(dòng)環(huán)境差。
焊接是通過加熱或加壓（或兩者并用）、并且用（或不用）填充材料，使工件形成原子間結(jié)合的連接方法。 焊接實(shí)現(xiàn)的連接是不可拆卸的永久性連接。它具有節(jié)約金屬材料、產(chǎn)品密封性好、以小拼大、化復(fù)雜為簡(jiǎn)單?，便于制造雙金屬結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)率高、連接質(zhì)量?jī)?yōu)良、勞動(dòng)條件好、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化等優(yōu)點(diǎn)。 在機(jī)械制造工業(yè)中，焊接廣泛用于制造各種金屬結(jié)構(gòu)件。
基于鑄造與焊接的特點(diǎn)比較，進(jìn)料機(jī)架采用焊接。
3．1．2材料的選擇
要進(jìn)行焊接，則要求所用的材料具有焊接性。其焊接性是指金屬材料在一定的焊接工藝條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接頭的難易程度。它包括兩個(gè)方面：一是工藝焊接性，主要指焊接接頭產(chǎn)生工藝缺陷的傾向，尤其是出現(xiàn)各種裂縫的可能性；二是使用焊接性，主要指焊接接頭在使用過程中的可靠性，包括焊接接頭的力學(xué)性能及其他特殊性能。
金屬材料的焊接性不是一成不變的，同一種金屬材料，采用不同的焊接方法、焊接材料和焊接工藝，其焊接性能有很大差別。焊接結(jié)構(gòu)所用的金屬材料絕大部分是鋼材，影響鋼材焊接性的主要因素是化學(xué)成分。其中碳的影響最明顯其他元素的影響可折合成碳的影響，因此可用碳當(dāng)量方法來估算被焊鋼材的焊接性。硫、磷對(duì)鋼材焊接性能影響也很大，在各種合格鋼材中都受到嚴(yán)格控制。
所以根據(jù)設(shè)計(jì)的要求及其焊接要求，工作臺(tái)和底座采用30號(hào)鋼，支撐及其加強(qiáng)筋采用45號(hào)鋼。
3．1．3進(jìn)料機(jī)架結(jié)構(gòu)
進(jìn)料機(jī)架有三大部分組成：底座、支撐、加強(qiáng)筋。底座留有6個(gè)地腳孔，安裝時(shí)底座與機(jī)架用螺栓進(jìn)行連接，因?yàn)檎麄€(gè)進(jìn)料機(jī)構(gòu)裝有振動(dòng)電機(jī)，所以為了確保整個(gè)機(jī)架的穩(wěn)定性，其中每縱向的兩個(gè)支撐賦有2個(gè)加強(qiáng)筋，每橫向的兩個(gè)支撐賦有一個(gè)加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋材料為45號(hào)鋼。
3．2進(jìn)料槽的設(shè)計(jì)
3．2．1 加工工藝的選擇
彎曲是將板料彎成一定形狀和角度的零件的成形方法，是板料沖壓中常見的加工工序之一。在生產(chǎn)中，彎曲件的種類繁多，結(jié)構(gòu)形狀各異。彎曲成形主要問題是回彈和彎曲半徑?；貜検窃趶澢^程中，由于材料存在著彎曲變形，當(dāng)外加彎矩卸去以后，板料產(chǎn)生彈性恢復(fù)的現(xiàn)象，直接影響彎曲件的形狀準(zhǔn)確度；彎曲半徑是表示板料彎曲變形的程序，如果取得過小，有可能使彎曲件產(chǎn)生開裂。因此，在滿足使用要求的前提下，應(yīng)充分考慮彎曲成形的工藝特點(diǎn)，使零件具有盡可能好的工藝性。這樣不僅可以簡(jiǎn)化彎曲成形工藝和模具設(shè)計(jì)，而且可以提高零件的成行質(zhì)量[18]。
進(jìn)料槽由于下方裝有振動(dòng)電機(jī)，將會(huì)承受載荷，所以槽的厚度不宜薄，要確保槽的剛度，由于此時(shí)的厚度不宜采用彎曲的方法達(dá)到要求，所以選擇焊接；而出料槽只用來蘋果的出料，幾乎不承受載荷，所以選擇薄的鋼板進(jìn)行彎曲即可。
3．2．2 材料的選擇
根據(jù)焊接對(duì)材料的要求，選擇20號(hào)鋼板，板厚20mm進(jìn)行焊接得到進(jìn)料槽；根據(jù)彎曲對(duì)材料的要求，也選擇20號(hào)鋼板，板厚5mm進(jìn)行彎曲得到出料槽。
3．2．3 進(jìn)料槽的結(jié)構(gòu)
進(jìn)料槽兩側(cè)擋板與底板采用焊接，右端為一個(gè)大圓盤，直徑為200mm,便于上料，擋板兩側(cè)分別有3個(gè)M10的螺紋孔，用來安裝調(diào)節(jié)螺桿。其結(jié)構(gòu)如圖3
圖3 進(jìn)料槽結(jié)構(gòu)圖
Fig. 3 feed channel structure
3．3 進(jìn)料篩選機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3．3．1 方案的確定
蘋果從輸送帶運(yùn)過來到進(jìn)行檢測(cè)分級(jí)需要實(shí)現(xiàn)從多個(gè)一起到一個(gè)個(gè)檢測(cè)，所以要設(shè)計(jì)一裝置實(shí)現(xiàn)蘋果一個(gè)個(gè)進(jìn)入檢測(cè)模塊。由于蘋果是易受損物品，所以放棄低落選擇方式，代替的是斜坡滾入式。從批量進(jìn)入篩選機(jī)構(gòu)到一個(gè)個(gè)出，中間設(shè)置一排序裝置，用三扇開的角度不同的門實(shí)現(xiàn)此功能，門的張開角度靠鉸鏈和調(diào)節(jié)螺桿完成。其間防止蘋果卡住，所以加一振動(dòng)電機(jī)，加以適當(dāng)振動(dòng)。
3．3．2篩選機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)
六塊擋板與槽用鉸鏈連接，每對(duì)擋板之間的距離通過調(diào)節(jié)螺桿進(jìn)行調(diào)節(jié)，擋板之間的距離和槽的傾斜角度通過實(shí)驗(yàn)得到，主槽傾斜15°，第一對(duì)擋板開口之間的距離為140cm左右,第二對(duì)擋板開口之間的距離為100cm左右,第三對(duì)擋板開口之間的距離為85cm左右，在槽的下方安裝一個(gè)振動(dòng)電機(jī)，防止蘋果在擋板開口處卡住，使其逐個(gè)滾至輸送裝置的聚乙烯滾子上。其示意圖如圖4
圖4 進(jìn)料篩選機(jī)構(gòu)
Fig. 4 feed screening mechanism
3．3．3 振動(dòng)電機(jī)的選擇
由于這里不需要太大震動(dòng)，所以選擇一小型電機(jī)。電機(jī)采用專用振動(dòng)電機(jī)，由河南威猛振動(dòng)設(shè)備股份有限公司生產(chǎn)。
（1）特點(diǎn)：1、機(jī)體重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝、維修方便；2、振頻穩(wěn)定，平穩(wěn)回轉(zhuǎn)產(chǎn)生低噪音振動(dòng)，啟動(dòng)迅速，停車平穩(wěn)；3、全封閉結(jié)構(gòu)，適用于任何無防爆要求的工作環(huán)境；4、激振力可無級(jí)調(diào)整；5、多方位安裝，多機(jī)單機(jī)使用均可。
（2）基本參數(shù)：1、環(huán)境溫度：不超過400°；2、海拔：不超過1000米；3、電壓： 380V；4、頻率： 50HZ；5、接法： Y；6、絕緣等級(jí)： B級(jí)；7、工作方式：連續(xù)；8、安裝方式：任意方向。電機(jī)技術(shù)參數(shù)如下表1。
3．4 支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3．4．1 進(jìn)料支撐結(jié)構(gòu)
為了使篩選機(jī)構(gòu)的傾斜角度便于調(diào)節(jié)，它與機(jī)架之間用一端帶有螺紋的支撐桿進(jìn)行連接，支撐桿用直徑為20mm，材料為45的圓柱鋼，一端與篩選機(jī)構(gòu)焊接，另一端與機(jī)架螺紋連接，且用兩個(gè)螺母進(jìn)行鎖緊。由于篩選機(jī)構(gòu)上裝有振動(dòng)電機(jī)，所以要承受一定載荷，所以采用6根支撐桿，且賦有加強(qiáng)筋，確保支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。其結(jié)構(gòu)如圖5。
表1 技術(shù)參數(shù)表（臥式）
Table 1 technical parameter table (horizontal)
序號(hào)
型號(hào)
激振力(KN)
功率(KW)
電流(A)
主要結(jié)構(gòu)尺寸(mm)
重量
L
H
A
B
C
D
E
F
H1
Ф
h
M
(KG)
1
YZO-1.5-2
1.5
0.15
0.38
300
203
150
210
124
180
100
70
82
98
30
10
19
圖5 進(jìn)料機(jī)架
Fig. 5 incoming frame
3．5振動(dòng)機(jī)架
由于機(jī)架結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，通過比較，采用彎曲直接可以成形，材料選擇20mm厚的10號(hào)鋼板進(jìn)行彎曲。
4 主要技術(shù)參數(shù)和電機(jī)選擇
表2 主要技術(shù)參數(shù)
Table 2 main technical parameters
傳輸鏈輪傳輸速率v（m/s)
0.25
機(jī)架長(zhǎng)度L（mm)
2210
整體高度H（mm)
1850
鏈輪傳輸功率P(KW)
0.5
（1）電機(jī)選擇
根據(jù)鏈輪的速率知整個(gè)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)速都非常小，且參照以往水果分級(jí)機(jī)構(gòu)所選電機(jī)，估計(jì)在20-60之間.所以盡量選轉(zhuǎn)速小的電機(jī)，以免使同步帶帶輪尺寸過大而不便設(shè)計(jì)和安裝。下表是YCJ系列部分齒輪減速電動(dòng)機(jī)基本型譜。
表3 電機(jī)參數(shù)
Table 3 the motor parameters
減速機(jī)中心高H/mm
電動(dòng)機(jī)功率P/KW
輸出轉(zhuǎn)速
n/()
輸出轉(zhuǎn)距
電 動(dòng) 機(jī)
輸出軸軸徑
機(jī)座號(hào)
端蓋序號(hào)
極數(shù)
132
0.55
57
86
801
F2
4
52
96
47.5
104
43
115
36
135
所以在這選擇YCJ序列減速機(jī)中心高為132mm,輸出轉(zhuǎn)速為43的減速機(jī)。
（2）蘋果參數(shù)
設(shè)計(jì)之前對(duì)蘋果分成大，中，小三個(gè)等級(jí)，分別選20個(gè)測(cè)量出各項(xiàng)參數(shù)并分別求出平均值。個(gè)參數(shù)測(cè)量數(shù)據(jù)如下表4。
從表中可以看出，蘋果主要物理參數(shù)有兩種，單在本機(jī)器中是通過圖像處理來辨別它的大小。因此必須選擇蘋果的長(zhǎng)徑或鍛徑來進(jìn)行分級(jí)。由數(shù)據(jù)可以以得出各級(jí)的長(zhǎng)徑和短徑比都接近1.5，故選長(zhǎng)徑或短徑都可以，在這選擇蘋果的長(zhǎng)徑來作為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分級(jí)。分級(jí)如下：第一級(jí)：長(zhǎng)徑小于60mm；第二級(jí)：長(zhǎng)徑介于60mm和70mm.之間；第三級(jí)：長(zhǎng)徑介于70mm和85mm.之間。
表4 蘋果參數(shù)
Table 4 parameters of apple
級(jí)別類型
測(cè)量樣本數(shù)(個(gè)）
測(cè)量平均長(zhǎng)徑
（mm）
測(cè)量平均段徑
(mm)
大
20
84.1
60.3
中
20
70.5
54.4
小
20
60.1
47.0
5 傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
經(jīng)分析此機(jī)構(gòu)主要包括機(jī)架，定制的雙側(cè)套筒傳動(dòng)鏈，滾子，雙側(cè)鏈輪，軸承，軸，軸承套，同步帶和同步帶輪要進(jìn)行設(shè)計(jì)。
5.1 鏈條和鏈輪的設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)此機(jī)構(gòu)的過程中，分別可以用帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)來傳輸載體蘋果。但是由于帶傳動(dòng)中傳動(dòng)帶的材料不是完全的彈性體因而帶在工作一段時(shí)間后會(huì)發(fā)生塑性伸長(zhǎng)而松弛使張緊力降低，從而使傳動(dòng)不是勻速進(jìn)行的。而在本機(jī)構(gòu)中要求的是傳動(dòng)中需保持絕對(duì)的勻速。所以不用帶傳動(dòng)。而鏈傳動(dòng)由于經(jīng)濟(jì)，可靠，它廣泛用于各類制造業(yè)中的機(jī)械上來傳遞動(dòng)力。它相對(duì)于帶傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是，沒有彈性滑動(dòng)和打滑，能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比。需要的張緊力小，作用在軸上的壓力也小，工況相同時(shí)，傳動(dòng)尺寸較緊湊。能在溫度較高，濕度較大，有油污等惡劣的環(huán)境下工作。效率較高（η=98%）。而且鏈傳動(dòng)的制造和安裝精度要求不高，中心距較大時(shí)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。鏈傳動(dòng)在傳遞功率，速度，傳動(dòng)比，中心距等方面范圍很廣。目前最大傳動(dòng)功率達(dá)到5000kw,最高速度達(dá)到40m/s,最大傳動(dòng)比達(dá)到15，最大中心距達(dá)到8m。而在本機(jī)構(gòu)中中心距也很大[16]。故很適合選用鏈傳動(dòng)。
傳動(dòng)鏈主要有套筒鏈，套筒滾子鏈和齒形鏈。它們都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化。在本設(shè)計(jì)中要求用雙側(cè)的鏈條中間夾裝有滾子，但在標(biāo)準(zhǔn)化的鏈中他們的尺寸偏大會(huì)使的機(jī)構(gòu)過于龐大。所以根據(jù)設(shè)計(jì)需要，考慮盡可能的減小機(jī)構(gòu)的體積和節(jié)省材料。在本設(shè)計(jì)中我采用定制的鏈條。在設(shè)計(jì)時(shí)取鏈的節(jié)距P=50.00mm.前后鏈輪中心距a=1375mm.
5.1.1 鏈輪的設(shè)計(jì)
鏈輪輪齒的齒型應(yīng)保證鏈節(jié)能夠自由地進(jìn)入和退出嚙合，在嚙合時(shí)應(yīng)保證良好的接觸，同時(shí)形狀應(yīng)盡可能簡(jiǎn)單，并便于加工。
國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了鏈輪的最大和最小齒槽形狀。實(shí)際齒槽形狀在最大和最小范圍內(nèi)都可用，因而鏈輪齒廓曲線的幾何形狀可以有很大的靈活性。在這采用的齒廓為“三圓弧一直線”齒形。
鏈輪的尺寸計(jì)算如下：
因?yàn)楸緳C(jī)構(gòu)的傳動(dòng)速率V=0.25m/s<0.6m/s.速率很低，所以在齒數(shù)的選擇上有很大的空間，在這里取齒數(shù)Z=17.
所以，分度圓直徑
d= （5-1）
由（5-1）得d ==272.1mm
齒頂圓直徑
（5-2）
由（5-2）得
齒根圓直徑
滾子外徑） （5-3）
由（5-3）得
最大齒根距離
（5-4）
由（5-4）得
齒側(cè)凸緣直徑
（5-5）
鏈輪的結(jié)構(gòu)如圖6：
圖6 鏈輪結(jié)構(gòu)圖
Fig.6 chain wheel structure
5.1.2鏈條的設(shè)計(jì)計(jì)算
由上面設(shè)計(jì)可知節(jié)距p=50mm，中心距=1375mm，鏈輪齒數(shù)z=17。
1）.由以上數(shù)據(jù)確定鏈條的鏈節(jié)數(shù)：
（5-6）
由（5-6）得節(jié)
所以整個(gè)鏈條的節(jié)數(shù)為72節(jié)。
2）.鏈傳動(dòng)的受力分析：
鏈傳動(dòng)安裝時(shí)，所需的張緊力不大，主要是保證鏈條松邊垂度不要過大，以免影響鏈條的正常退出嚙合和產(chǎn)生震動(dòng)，跳齒和脫節(jié)現(xiàn)象。不考慮傳動(dòng)中的動(dòng)載荷，作用在鏈上的力有工作拉力F，離心拉力Fc和懸垂拉力。在這取鏈傳動(dòng)的效率。
工作拉力（N)取決于傳動(dòng)功率P(KW）和鏈速V（m/s)
F=1000 （5-7）
由（5-7）得F==1980N.
離心拉力 （5-8）
由（5-8）得
式中q表示單位長(zhǎng)度鏈條的質(zhì)量，kg/m,在這q=5kg/m.
懸垂拉力可用求懸索拉力的方法近似求得
（5-9）
由（5-9）得
為垂度系數(shù)。與中心線和水平線的夾角有關(guān)。垂直分布時(shí)可取=1.0,水平布置時(shí)可取=6.5.在這是水平布置。故取=6.5。
由此得到鏈緊邊和松邊拉力為
緊邊拉力 ： 。
松邊拉力 ： 。
3） 靜強(qiáng)度校核：
由于鏈條的速率v=0.25m/s小于0.6m/s，而鏈速低于0.6m/s的低速鏈傳動(dòng)，其主要失效形式是鏈條的靜力拉斷，故應(yīng)進(jìn)行靜強(qiáng)度校核。靜強(qiáng)度安全系數(shù)應(yīng)滿足下式要求
（5-10）
式中 表示單排鏈的極限拉伸載荷，在這取極限小值為60000N. 表示工作情況系數(shù)，查表在載荷平穩(wěn)的情況下取=1.0所以，,故符合要求。另外，鏈條的形狀和主要加工尺寸如下圖7所示：
5.2滾子設(shè)計(jì)
在滾子設(shè)計(jì)中，技術(shù)要求不必要很高，它只是做承載作用。但是應(yīng)該選擇摩擦系數(shù)小的工程塑料作材料。以減小蘋果在被吹離時(shí)的摩擦力。所以選用化學(xué)材料聚四氟乙烯。查簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)表1-13 工程材料的摩擦因數(shù)知聚四氟乙烯的動(dòng)摩擦因數(shù)。在與鏈條的配合中可以用過盈配合使其固定在雙側(cè)鏈條的中間[18]。其主要有滾套和滾軸組成。簡(jiǎn)圖如下圖8：
圖7 鏈條的形狀和主要加工尺寸
Fig.7 is the shape of the chain and the main dimensions
圖8 滾子簡(jiǎn)圖
Fig. 8 roller diagram
5.3 軸的設(shè)計(jì)及校核
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是根據(jù)軸上零件的安裝，定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理的確定軸的結(jié)構(gòu)形式和尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理，會(huì)影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠度，還增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難。
在本設(shè)計(jì)中，有連接前鏈輪以及同步帶的主動(dòng)軸和連接后鏈輪的軸。他們?cè)诮Y(jié)構(gòu)和尺寸上都有一定的差異，后軸相對(duì)于前主軸來說要簡(jiǎn)單一些。而且在承受的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力要小一些。軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛胚多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對(duì)應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理和化學(xué)處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故在這里采用碳鋼制作軸。
5.3.1主動(dòng)軸設(shè)計(jì)
主動(dòng)軸連接的零件有鏈輪，同步帶輪以及軸承。結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)來說要復(fù)雜一些，因?yàn)樗仨毻瑫r(shí)控制多個(gè)零件的軸向和徑向移動(dòng)，而且各零件的裝配尺寸又有很大的差異。
由于機(jī)械傳輸?shù)墓β什淮?，?duì)其重量和尺寸也沒有特殊要求故選擇常用材料45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。
計(jì)算軸的最小許用軸徑
（5-15）
由（5-15）得
A--為取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的系數(shù)，查表得45號(hào)鋼的C值為107至118之間。在這取A=110.--帶傳動(dòng)效率；--電機(jī)功率。
(3)主動(dòng)軸的彎扭合成校核
1）計(jì)算鏈輪受力：鏈輪分度圓直徑d=272.1mm,鏈輪所受彎矩
（5-16）
由（5-16）得,鏈輪作用在軸上的壓軸力
（5-17）
式中：為有效圓周力，N；為壓軸力系數(shù)，對(duì)于水平傳動(dòng)=1.15；對(duì)于垂直傳動(dòng) =1.05。因?yàn)槭撬絺鲃?dòng)所以=1.15。
由（5-16）得1.151980=2277N，鏈輪上作用力的大小、方向見圖10（b）所示。
2）計(jì)算軸承反力（圖c-e）水平面
（5-18）
（5-19）
由（5-18）得=1498.8N；由（5-19）得=778.2 。垂直面
3）繪制彎矩圖。水平彎矩圖10（d）截面b：
（5-20）
（5-21）
由（5-20）得
由（5-21）得方向相反。垂直彎矩圖8（f）。合成彎矩圖10（g）
（5-22）
（5-23）
由（5-22）得
由（5-23）得
4)繪制轉(zhuǎn)矩圖10（h），由前述可知
又根據(jù) 得 所以
（5-24）
由（5-24）得
5)繪制當(dāng)量彎矩圖10（i），對(duì)于截面b
（5-25）
由得（5-25）得228403.15N對(duì)于截面a、c
（5-26）
由得（5-26）得,
6)計(jì)算危險(xiǎn)截面b處的直徑
（5-27）
由（5-27）得d=14.3,截面雖有鍵槽削弱，但結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所確定的直徑達(dá)到50mm，所以強(qiáng)度足夠。
在本設(shè)計(jì)中，零件的徑向固定是通過鍵和鍵槽來實(shí)現(xiàn)的，這也是最簡(jiǎn)單有效的方法，而軸向移動(dòng)的控制是通過軸肩以及一端加緊固螺紋來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)鏈輪，軸承以及大同步帶輪的尺寸設(shè)計(jì)出主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)和尺寸如下圖9：
圖9 主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)和尺寸
Fig.9 the structure and size of the drive shaft
5.3.2從動(dòng)軸設(shè)計(jì)
從動(dòng)軸跟主動(dòng)軸尺寸和結(jié)構(gòu)相比只是少了連接同步帶輪的伸出部分，其他部分結(jié)構(gòu)和尺寸相同。其結(jié)構(gòu)和尺寸如下圖11：
圖11 從動(dòng)軸結(jié)構(gòu)和尺寸
Fig.11 driven shaft structure and size
圖10 主動(dòng)軸受力圖及彎扭矩圖
Fig. 10 Drive shaft by diagram and bending torque diagram
5.4 同步帶和同步帶輪設(shè)計(jì)
在本設(shè)計(jì)中，鏈輪的主動(dòng)軸是由電動(dòng)機(jī)通過同步帶來驅(qū)動(dòng)的。不同于其他帶傳動(dòng)同步帶的工作面有齒，帶輪的輪緣表面也有相應(yīng)的齒槽，帶與帶輪是靠嚙合進(jìn)行傳動(dòng)的，故傳動(dòng)比恒定。
同步帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維作承載層，氯丁橡膠或聚胺脂作基體。帶薄而且輕，可用于高速，傳動(dòng)效率最高可達(dá)98%，所以同步帶的應(yīng)用非常的廣泛。其主要缺點(diǎn)就是制作和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴(yán)格。
在規(guī)定張緊力下，相鄰兩齒中心線的直線距離叫節(jié)距，它是同步帶傳動(dòng)的主要參數(shù)。同步帶有單面帶和雙面帶兩種，單面帶單面有齒，雙面帶兩面均有齒。同步帶也 已經(jīng)有標(biāo)準(zhǔn)化了，它的型號(hào)分為最輕型MXL，超輕型XXL,特輕型XL,輕型L,重型H，特重型XH,超重型XXH七中（GB11362-89）。
同步齒形帶帶輪的齒形采用漸開線齒型，可以用范成法加工而成，也可采用直邊齒形。
5.4.1同步帶選擇
根據(jù)帶傳動(dòng)的功率P=0.55KW.查簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)帶傳動(dòng)動(dòng)設(shè)計(jì)同步帶選型圖，在這選擇型號(hào)為H的同步帶。
同步帶尺寸和形狀如下圖11：
圖11 同步帶尺寸和形狀
Fig. 11 synchronous belt size and shape
5.4.2 同步帶帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)鏈輪線速度v=0.25m/s.可以得出主鏈輪的角速度
（5-11）
由（5-11）得
得出大帶輪的轉(zhuǎn)速
（5-12）
由（5-12）得
1.小帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算
由于整個(gè)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速都非常的?。╪<750r/min)。根據(jù)簡(jiǎn)明機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)表7-26 同步帶最小許用齒數(shù)(GB11361-89) H型同步帶的小帶輪齒數(shù)選擇為=14.
根據(jù)H型同步帶尺寸表：帶輪的節(jié)距。小帶輪節(jié)圓直徑d=56.60mm
2.大帶輪設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)電機(jī)的轉(zhuǎn)速/min,鏈輪轉(zhuǎn)速/min可以得出小帶輪和大帶輪的傳動(dòng)比 （5-13）
由（5-13）得
所以大帶輪的節(jié)圓直徑
由式 （5-14）
得大帶輪齒數(shù)為=35
5.5軸承的設(shè)計(jì)
由蘋果分級(jí)機(jī)結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸可知所設(shè)計(jì)的軸上裝有帶輪和鏈輪，需要選擇軸承，又由d=40mm，初步選取用于支撐的深溝球軸承，在《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查的軸承的型號(hào)為6008，它的結(jié)構(gòu)尺寸d*D*B為40、68、15，故取右邊第一段與左邊第三段的直徑相等，即d=40mm.。
選用滾動(dòng)軸承中的深溝球軸承，因?yàn)槠漭S向緊固簡(jiǎn)單,支承結(jié)構(gòu)的軸向尺寸小；密封性好潤(rùn)滑簡(jiǎn)單；自動(dòng)調(diào)心內(nèi)圈較寬便于裝拆。
5.5.1 軸和軸承的安裝方式
軸承和軸承座以及軸和軸承的連接形式如下圖12:
圖12 軸承和軸承座以及軸和軸承的連接形式
Fig.12 the connection forms of bearing and bearing and shaft and bearing
6 安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
6.1機(jī)架設(shè)計(jì)
機(jī)架是各種機(jī)器的基本部件，在一臺(tái)機(jī)器的總質(zhì)量中占有很大的比例。整個(gè)機(jī)構(gòu)是固定在機(jī)架上實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和傳輸?shù)?，機(jī)架又是固定在底做上的，因此結(jié)構(gòu)的工作精度及抗震性能，耐磨性和機(jī)構(gòu)能否平穩(wěn)安全的進(jìn)行工作，都和機(jī)架有關(guān)聯(lián)。因此，機(jī)架和底座的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的。所以正確選擇機(jī)架零件的材料和正確設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)減小機(jī)器質(zhì)量，節(jié)約材料，提高工作精度，增強(qiáng)機(jī)器鋼度及耐磨性，曾加整個(gè)機(jī)器的美觀性有很重要的作用。而在本設(shè)計(jì)中機(jī)架的精度和表面粗糙度方面要求不高。
6.1.1機(jī)架材料選擇
機(jī)架主要有鑄造機(jī)架，焊接機(jī)架，花崗巖機(jī)架和鋼筋混凝土機(jī)架?？紤]到經(jīng)濟(jì)實(shí)用性，在這我選擇鑄造機(jī)架。常用的鑄造機(jī)架材料有鑄鐵，鑄鋼和鑄造鋁合金。為方便結(jié)構(gòu)的美觀和方便拆卸，選擇鑄造鋁合金作為本設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)的機(jī)架材料。鑄造鋁合金通過熱處理強(qiáng)化可使其具有足夠高的強(qiáng)度，較好的塑性，