苹果自动去皮机机械设计说明书docx.docx
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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
Abstract
Atthepresentstage,appleproductioninChinaisrelativelygood.Butthereisstillaconsiderablegapintheaspectofprocessingcomparedwithwesterncountries,especiallymorebackwardintermsofprocessautomation.Inourcountrythedevelopmentofcannedfruitindustryisrecentlyboomrecently,atthesametimethedemandforcannedfruitisgrowingwithmoreandmoreconsumerslovingthem.Cannedfruitisingreatdemand,soitiscannedapple.However,therearestillmanytroublesinourexistingapplepeelingdevices,suchasthelargevolumeoflargescaleequipment,applebeingvulnerabletopollutionintheprocessprocedure,aswellasunsuitableforsmallbusinessprocessing.Anotherdrawbackisthatsomedevicesdependonartificialtoinsertappleonebyoneintofixingpins,whichiseasytocauseinjuryaccidents.
Applepeelingmachineautomaticallyinthisarticalismainlytargetedatsmallapplecannedfoodprocessingenterprises.Insteadofdependingonartificialtoinsertapplesonebyoneintofixingpins,thedesignbringstoautomatictestsystemandapplesareinsertedintofixingpinsthroughthecylinder.Wecanfindoutoneadvantageisthatthemachinedoes'workifworkers'handsclosetoappletraysoastoreducetheunnecessaryaccidentsandimprovethesecurity.Thedesignmainlyincludestheoveralldesignofautomaticapplepeelingmachine,detailingdesign,thedesignandcalculationofcomponentsize,thechoiceofthestandardcomponent,andtheintensitychecktoimportantpart.Whasmore,allCDAchartandPROEdiagramofallnecessarycomponentsaredrawedwell.
Keywords：
cannedfruit,appleautomaticpeelingmachine,design
摘要I•…
AbstractII
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
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
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
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
1.3.1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
练程度，对新手来说是一较大的挑战。
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。
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：
图2-1苹果自动去皮机工作流程图
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故的发生，提高了产品的安全性。
设计简图如下：
苹果托盘
气缸
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
標準型；復動型訂購碼：
規韬;
图3-3气缸规格
SC50X50
氣缸行程:
（mm）
«ana
■大行朝
12
255075100125150200225250300400450500
1000
2000
40
2S507S1001?
51502002252503004004S05006007006GQ
H200
20dM
50
2&507510012515Q2003252503004004因5006007Q08QQ9001COT
12QO
冬0W
53
255075100125150200225250300400J50S006007008009001000
15CHQ-
2GOO
80
2S507S1001251502002252503004004505006007008G09001000
1500
2000
1QQ
2550751001251502002252503004004505006007008009001000
1500
2QQG
1鮎
25507S10012515020022525030040045050060070080090010W
150Q
20M-
150
255075100125150200225250300400J5050060070Q0009001000
1500
2000
160
2550751001251502002252503004004505006007008009001000
1500
2000
200
2550751001251502002252503004004505006007008009001000
1500
2000
250
255075100135150200m2503004004505006007008009001000
1500
2000
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SC-80200-S，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
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。
321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241HB~286HB，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Ka
KA=1.0
查图12.9得动载系数KV
Kv=1.1
齿间载荷分配系数Kh-.
u21
二1.88-3.2111.69
IL.33.9433.94
齿向载荷分布系数K:
，查表12.20及注3得
K，1.88
载荷系数K
K二KaKvKhK，11.11.31.88=2.69
查表12.12得弹性系数Ze,查图12.16得节点区域系数Zh,查图12.17c得接触疲劳极限二Him，查表12.14得接触最小安全系数Shim为：
Ze=189.8MPa
Zh=2・5
二Hlm=710MPa
SHlim=1.05
设计时不考虑机器寿命因素得接触寿命系数ZN
g|「HlmZN
许用接触应力I-h1
7101
676MPa（式12.11）
SHlim1.05
齿轮大端分度圆直径d1，取齿宽系数'^-0.3
=89.9mm
4.72.6930000189.82.50.88
0.3*1-0.5汇0.3心1I676
2）确定传动主要尺寸
大端模数m
d89.9—
m3.74
查《机械原理》第七版附表
z24
5-6锥齿轮模数（摘自GB12368-90取
m=3.75mm
实际大端分度圆直径d为
d二mz=3.7524=90mm
锥距R
mi223.75f22
R-zz22424「63.64mm
齿宽b
br=0.363.64=19.09mm
取b=20mm
3）齿根弯曲疲劳强度计算
查图12.30得齿形系数YFa，查图12.31得应力修正系数Ysa得
YFa二2.56
Ysa=1.7
重合度系数丫；
Y;二0.25075二0.25075二0.69
%1.69（式12.18）
齿间载荷分配系数Kf：
载荷系数K
K二KaKvKf：
K：
=11.11.451.88=3.0
查图12.33c得弯曲疲劳极限匚Flim，查表12.14得弯曲最小安全系数Sfmin，不考
虑寿命因素得弯曲寿命系数Yn，查图12.25得尺寸系数Yx为:
；「Fiim=600MPa
丫阳二Yn2二1
Yx=1
许用弯曲应力l验算
4.7KTYFaYsaY
R1-0.5R2z2m3.u21
4.7汉3疋30000如.45疋1.7汉0.69
0.3江（1—0.5x0.3$x242x3.7*江Ji2+1
=289.8MPa
；「F=289.8MPa：
：
LF1
因此该齿轮满足强度要求。
传动方式如图
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241HB~286HB平均取为260HB大齿轮选用材料为45钢，调质处理,硬度为229HB~286HB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S
'"0.3
查图12.17C得接触疲劳强度-Him
二Hliml-710MPa
:
「Hiim2=580MPa
初步计算的许用接触应力IchI
hi丨0.9“」hiimi=0.9710=639MPa
l；「H2I：
0.9；「H|im2=0.9580=522MPa
查表12.16取A
Ad=85
初步计算的小齿轮直径d1
=85330000221=71.60mm
Y0.3汉52222
取a=71.60mm
初步齿宽b
2〕討=0.371.6^21.48mm
取b|=22mm
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
初步齿数乙=24;z2二iz=224=48
Zi
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m=3，则
d170
Zi-23.3取Zi=24
m2
Z2=iz-=224=48
查表12.9得使用系数Ka,查图12.9得动载系数Kv
Ka=1
Kv=1.2
齿间载荷分配系数Kh：
由表12.10，先求
2T
230000
Ft=
d1
857.1N
70
Kf1x8571
4=40.82N/mm<100N/mm
b21
-1.68
4-1.68
=0.88
（式12.10）
1
0.872
=1.29
查表12.11得齿向载荷分布系数Kh；
=1.090.16120.3110；48=1.26
载荷系数k
K二KaKvKh：
Kh：
=11.21.291.26
-1.95
接触最小安全系数
查表12.12得弹性系数Z；，查图12.16得节点区域系数Zh
SHmin
Ze=189.&MPa
zh=2.5
SHmin-1.05
接触寿命系数Zn
许用接触应力
'-Hl
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