樱桃番茄分级传输机构设计毕业设计.docx
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樱桃番茄分级传输机构设计毕业设计
樱桃番茄分级传输机构设计
摘要
随着科学技术的飞速发展，各行各业都已不同程度的步入了机械化时代。
而传统的人操纵机械已逐步被淘汰，取而代之的是科技含量高的自动化，机电一体化。
水果自动分拣系统是一中集机械传动，图像处理，PLC电路控制的机电结合的现代化设备。
目前，对于一些体积小重量轻的水果一般采用气动分拣。
它主要可分为水果图象采集段和水果分级段，水果在摄像室内进行图象采集后，图象采集段输出信号给水果分级段，水果分级段的控制件根据信号做出相应的动作控制气泵喷气将符合分级标准的水果，吹离输送装置并完成分级。
由于气动机构的气体压力可调节，分级操作简单准确成本低，便于推广和使用，且有效减小了机械力对水果的损伤。
因此，它必将取代传统的水果分拣系统。
关键字
自动化
图像处理
气动
分拣
Abstract
Withtherapiddevelopmentofscienceandtechnology,havevaryingdegreesofallwalksoflifeenteredtheeraofmechanization.Whereasthetraditionalmanipulationofmachineryhasgraduallybeeneliminated,replacedbyhigh-techautomation,electricalandmechanicalintegration.Automaticfruitsortingsystemisasetofmechanicaltransmission,imageprocessing,PLC'smechanicalandelectricalcircuitcontrolcombinedwiththemodernequipment.Atpresent,somesmallandlightweightofthefruitgenerallyusepneumaticsorting.Itcanbedividedintoimagecollectingfruitsandfruitclassificationparagraph,fruitindoorsincameraaftertheimageacquisition,imageacquisitionabovetheoutputsignaltotheaboveclassificationoffruit,fruitpiecesgradedinaccordancewithparagraphcontrolsignaltothecorrespondingactiontocontrolairjetwouldbeconsistentwiththeclassificationstandardsoffruit,blownoffandcompletethegradingconveyor.Institutionsasaresultofgaspressurepneumaticadjustable,accurateclassificationissimpleandlowcost,easeofdisseminationanduseof,andeffectivelyreducesmechanicaldamagetofruit.Therefore,itwillreplacethetraditionalfruitsortingsystem.
Keyword
Automation
ImageProcessing
Pneumatic
Sorting
第一章绪论
1.1气动水果分级传输装置原理简介
带有气动分级机构的水果输送装置，该装置包括基架、固定在基架上的驱动机构和水果输送机构，水果输送机构分为水果图象采集段和水果分级段，水果在摄像室内进行图象采集后，图象采集段输出信号给水果分级段，水果分级段内基架的一侧边，固设有一个以上气动机构，它主要由储气罐和控制件组成，在储气罐端部开设气体喷嘴，由控制件控制其动作，该控制件的输入与摄像室水果图象采集的分级输出信号相连，气动机构接收信号后产生喷气动作，将符合分级标准的水果，吹离输送装置并完成分级。
本气动机构的气体压力可调节，分级操作简单准确，滚子的模具制造简单、成本低，便于推广和使用，且有效减小了机械力对水果的损伤。
原理如图：
1.2传输分级机构工作原理
此处省略 NNNNNNNNNNNN字。
如需要完整说明书和设计图纸等.请联系 扣扣：
九七一九二零八零零另提供全套机械毕业设计下载！
该论文已经通过答辩
本设计的设计目的是设计一种机构对樱桃番茄按大小形状同进行分级，根据设计要求将樱桃番茄分成三个级别。
此机构是通过气动进行分级。
在此机构中主要由基架，定制的双侧套筒传动链，双锥式滚子，双侧链轮，轴承，轴承套，同步带和同步带轮以及动力装置电动机。
本装置是水平放置的横式传输机构，首先樱桃番茄由入料可均匀的进入界以双侧链的锥式滚子上，在入口处装有毛刷挡板以确保樱桃番茄是逐个无重叠的在滚子上传输。
链条以恒定的转速水平进行传动。
动力装置通过同步带驱动链轮的主动轴驱使套筒链匀速转动，樱桃番茄油滚子传输至第一级出口处，此时空压机和气泵根据要求进行喷气使樱桃番茄脱离滚子以达到分级的要求。
下一等级的樱桃番茄传输至第二级出口时以同样的原理进行分级。
剩下的第三级随着滚子直接进入位于机构末端的出口。
整个过程中机构平稳的精确的根据要求将樱桃番茄分成了三个等级。
进而达到设计目的。
1.3设计安排
在做本设计前，我将我的设计工作安排划分为五个阶段。
第一阶段，设计前期阶段。
在此阶段的主要任务是，首先要清楚此设计的设计目的和任务以及整体装置的工作原理。
根据原理大致的估计设计的大致模型，以至构思简单的设计思路。
其次是了解掌握必要的市场动向，借鉴类似前沿的产品以便产生必要的设计灵感，使设计达到最优化。
第三，因为做此机构是用来对樱桃番茄进行分级的，所以必须对樱桃番茄的一些物理参数，形状大小进行提取。
这也是第一阶段的重点工作。
第二阶段，初模型设计阶段。
此阶段的主要工作任务是在第一阶段的前提下大致的构思出机构的模型以及机构的大体组成部分。
画出模型的大致草图，并最终确定设计思路。
第三阶段，计算和必要零件选择阶段。
此阶段的工作任务是计算出零件的尺寸以及机构的安装尺寸，并根据需要确定哪些零件是要定制件哪些是采用标准件。
另外，通过计算从机械手册选择出标准件。
第四阶段，画零件图和装配图阶段。
此阶段的主要任务是根据第三阶段计算出的数据画出零件图和装配图，并将其转换成三维立体图像以便更准确直观的分析和改进。
第五阶段，优化并编写设计说明书阶段。
在此阶段可以参照二维和三维模型对设计的不合理以及有待进一步优化的地方进行改进和优化。
在改进优化确认无误后编写出设计说明书。
第二章主要技术参数和电机选择
2.1主要技术参数和电机选择
传输链轮传输速率v（m/s）
0.25
机架长度L（mm）
2210
整体高度H（mm）
1850
链轮传输功率P（KW）
0.5
电机选择
根据链轮的速率知整个系统的转速都非常小，估计在在20
-60
之间.所以尽量选转速小的电机，以免使同步带带轮尺寸过大而不便设计和安装。
下表是YCJ系列部分齿轮减速电动机基本型谱
减速机中心高H/mm
电动机功率P
/KW
输出转速
n/（
）
输出转距
电动机
输出轴轴径
机座号
端盖序号
极数
132
0.55
57
86
801
F2
4
52
96
47.5
104
43
115
36
135
所以在这选择YCJ序列减速机中心高为132mm,输出转速为43
的减速电机。
2.2樱桃番茄主要参数
设计之前对樱桃番茄分成大，中，小三个等级，分别选20个测量出各项参数并分别求出平均值。
个参数测量数据如下表1:
级别类型
测量样本数（个）
测量质量平均值（g）
测量平均长径
（mm）
测量平均段径
（mm）
大
20
19.5
46.3
30.4
中
20
14.8
31.6
22.7
小
20
5.9
18.0
12.0
表1
从表中可以看出，樱桃番茄主要物理参数有三中，单在本机器中是通过图像处理来辨别它的大小。
因此必须选择樱桃番茄的长径或锻径来进行分级。
由数据可以以得出各级的长径和短径比都接近1.5.故选长径或短径都可以，在这选择樱桃番茄的长径来作为标准进行分级。
分级如下：
第一级：
长径小于20mm.
第二级：
长径介于20mm和35mm.之间。
第三级：
长径大于35mm.
第三章传动系统设计
经分析此机构主要包括机架，定制的双侧套筒传动链，滚子，双侧链轮，轴承，轴，轴承套，同步带和同步带轮要进行设计。
3.1链条和链轮的设计
在设计此机构的过程中，分别可以用带传动和链传动来传输载体樱桃番茄。
但是由于带传动中传动带的材料不是完全的弹性体因而带在工作一段时间后会发生塑性伸长而松弛使张紧力降低，从而使传动不是匀速进行的。
而在本机构中要求的是传动中需保持绝对的匀速。
所以不用带传动。
而链传动由于经济，可靠，它广泛用于各类制造业中的机械上来传递动力。
它相对于带传动的优点是，没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比。
需要的张紧力小，作用在轴上的压力也小，工况相同时，传动尺寸较紧凑。
能在温度较高，湿度较大，有油污等恶劣的环境下工作。
效率较高（η=98%）。
而且链传动的制造和安装精度要求不高，中心距较大时传动结构简单。
链传动在传递功率，速度，传动比，中心距等方面范围很广。
目前最大传动功率达到5000kw,最高速度达到40m/s,最大传动比达到15，最大中心距达到8m。
而在本机构中中心距有也很大。
故很适合选用链传动。
传动链主要有套筒链，套筒滚子链和齿形链。
它们都已经标准化。
在本设计中要求用双侧的链条中间夹装有滚子，但在标准化的链中他们的尺寸偏大会使的机构过于庞大。
所以根据设计需要，考虑尽可能的减小机构的体积和节省材料。
在本设计中我采用定制的链条。
在设计时取链的节距P=50.00mm.
前后链轮中心距a
=1375mm.
3.1.1链轮的设计
链轮轮齿的齿型应保证链节能够自由地进入和退出啮合，在啮合时应保证良好的接触，同时形状应尽可能简单，并便于加工。
国家标准只规定了链轮的最大和最小齿槽形状。
实际齿槽形状在最大和最小范围内都可用，因而链轮齿廓曲线的几何形状可以有很大的灵活性。
在这采用的齿廓为“三远弧一直线”齿形。
链轮的尺寸计算如下：
因为本机构的传动速率V=0.25m/s<0.6m/s.速率很低，所以在齿数的选择上有很大的空间，在这里区齿数Z=17.
所以，分度圆直径d=
=
=272.1mm
齿顶圆直径
齿根圆直径
链轮齿廓圆弧直接）。
最大齿根距离
齿侧凸缘直径
链轮的结构如图2：
图2
图2
3.1.2链条的设计计算
节距p=50mm，中心距
=1375mm，链轮齿数z=17。
1）.由以上数据确定链条的链节数：
节。
所以总个链条的节数为72节。
2）.链传动的受力分析：
链传动安装时，所需的张紧力不大，主要是保证链条松边垂度不要过大，以免影响链条的正常退出啮合和产生震动，跳齿和脱节现象。
不考虑传动中的动载荷，作用在链上的力有工作拉力F，离心拉力Fc和悬垂拉力
。
在这取带传动的效率
。
工作拉力（N）取决于传动功率P（KW）和链速V（m/s）
F=1000
=
=1980N.
离心拉力
式中q表示单位长度链条的质量，kg/m,在这q=5kg/m.
悬垂拉力可用求悬索拉力的方法近似求得
为垂度系数。
与中心线和水平线的夹角
有关。
垂直分布时可取
=1.0,水平布置时可取
=6.5.在这是水平布置。
故取
=6.5。
由此得到链紧边和松边拉力为
紧边拉力：
。
松边拉力：
。
3）静强度校核：
由于链条的速率v=0.25m/s小于0.6m/s，而链速低于0.6m/s的低速链传动，其主要失效形式是练条的静力拉断，故应进行静强度校核。
静强度安全系数应满足下式要求
式中
表示单排链的极限拉伸载荷，在这取极限小值为60000N.
表示工作情况系数，查表在载荷平稳的情况下取
=1.0
所以，
故符合要求。
另外，链条的形状和主要加工尺寸如下图3所示：
图3
3.2滚子设计
在滚子设计中，技术要求不必要很高，它只是做承载作用。
但是应该选择摩擦系数小的工程塑料作材料。
以减小樱桃番茄在被吹离时的摩擦力。
所以选用化学材料聚四氟乙烯。
查简明机械零件设计手册表1-13工程材料的摩擦因数知聚四氟乙烯的动摩擦因数
。
在与链条的配合中可以用过盈配合使其固定在双侧链条的中间。
简图如下图4：
图4
3.3轴承和轴承座的设计
1.轴承可分为滑动轴承和滚动轴承。
由于滑动轴承本身具有一些独特的优点：
承载能力高、抗振性好、工作平稳可靠、噪音小、寿命长等，使得它在某些特殊场合仍站有重要地位，目前他广泛用于内燃机、轧钢机、大型电机及仪表、雷达、天文望远镜等方面。
、
滑动的类型很多，按轴承承受载荷方向的不同，轴承可分为径向轴承和推立球轴承。
根据其华东表面间摩擦状态的不同，可分为液体摩擦滑动轴承、非液体摩擦滑动轴承。
液体摩擦的特点是轴颈和轴承两想对运动表面间完全被一层油膜所分开，而根据油膜形成原理的不同，还可分为液体动力润滑轴承和液体静力润滑轴承。
滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要元件间的滚动接触来转动零件的。
与滑动轴承相比，滚动轴承的主要优点是：
（1）摩擦力矩和发热较小，在通常的速度范围内，摩擦力矩很少随速度而改变。
启动转矩比滑动轴承的要低得多（比后者小80%-90%）；
（2）维护比较方便，润滑剂较少，（3）轴承单位宽度的承载能力较大；（4）大大地减少有色金属的消耗。
滚动轴承的缺点是：
（1）径向外廊尺寸比滑动轴承大；
（2）接触应力高，承受冲击载荷能力较差，高速重负荷小寿命较低；（3）小批生产特殊的滚动轴承时成本较高；（4）减振能力比滑动轴承低（5）运转时有噪音，不适合用于有冲击和瞬间过载的高转速场合。
常用的滚动轴承绝大多数已经标准化，并由专业的工厂大量制造及供应各种常用规格的轴承,因为传输分级机需要的轴承载荷并不太大，而；而且传输分级机在正常工作时基本没有减振、冲击和瞬间过载的高转速。
所以选用滚动轴承。
这样比较有利于机器更换，从经济的角度上来讲也节约了制造成本。
选用滚动轴承中的深沟球轴承，因为其轴向紧固简单,支承结构的轴向尺寸小；密封性好润滑简单；自动调心内圈较宽便于装拆。
3.3.1轴承的选择
左图为深沟球轴承的基本尺寸和和状尺寸示意图，下表为0系列深沟球轴承的选用表。
深沟球轴承在传输分级机的正常工作载荷远远小于轴承的基本额定载荷，所以选用轴承主要是根据轴端的安装来选的。
在这选用代号为6008的深沟球轴承。
轴承型号
基本尺寸（mm）
安装尺寸（mm）
基本额定载荷（KN）
d
D
B
da（min）
Da（max）
（max）
6005
25
47
12
30
43
0.6
7.9
5.05
6006
30
55
13
36
50
1
10.4
7
6007
35
62
14
41
57
1
12.5
8.7
6008
40
68
15
46
63
1
13.2
9.45
6009
45
75
16
51
70
1
16.3
12.4
6010
50
80
16
56
75
1
16.3
12.4
6011
55
90
18
63
83
1.2
22.1
17.3
3.3.1轴和轴承的安装方式
轴承和轴承座以及轴和轴承的连接形式如下图5:
图5
3.4同步带和同步带轮设计
在本设计中，链轮的主动轴是由电动机通过同步带来驱动的。
不同于其他带传动同步带的工作面有齿，带轮的轮缘表面也有相应的齿槽，带与带轮是靠啮合进行传动的，故传动比恒定。
同步带通常以钢丝绳或玻璃纤维作承载层，氯丁橡胶或聚胺脂作基体。
带薄而且轻，可用于高速，传动效率最高可达98%，所以同步带的应用非常的广泛。
其主要缺点就是制作和安装精度要求较高，中心距要求较严格。
在规定张紧力下，相邻两齿中心线的直线距离叫节距，它是同步带传动的主要参数。
同步带有单面带和双面带两种，单面带单面有齿，双面带两面均有齿。
同步带也已经有标准化了，它的型号分为最轻型MXL，超轻型XXL,特轻型XL,轻型L,重型H，特重型XH,超重型XXH七中（GB11362-89）。
同步齿形带带轮的齿形采用渐开线齿型，可以用范成法加工而成，也可采用直边齿形。
3.4.1同步带选择
根据带传动的功率P=0.55KW.查简明机械零件设计手册带传动动设计同步带选型图，在这选择型号为H的同步带。
同步带尺寸和形状如下图6：
图6
3.4.2同步带带轮设计计算
根据链轮线速度v=0.25m/s.可以得出主链轮的角速度
W=
得出大带轮的转速
。
1.小带轮设计计算
由于整个机构的转速都非常的小（n<750r/min）。
根据简明机械零件设计手册表7-26同步带最小许用齿数
（GB11361-89）H型同步带的小带轮齿数选择为
=14.
根据H型同步带尺寸表：
带轮的节距
。
小带轮节圆直径d=56.60mm
2.大带轮设计计算
根据电机的转速
/min,链轮转速
/min
可以得出小带轮和大带轮的传动比
所以大带轮的节圆直径
由式
得大带轮齿数为
=35
图7
3.5轴的设计
轴的结构设计是根据轴上零件的安装，定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的解构形式和尺寸。
轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠度，还会曾加轴的制造成本和轴上零件装配的困难。
在本设计中，有连接前链轮以及同步带的主动轴和连接后链轮的轴。
他们在结构和尺寸上都有一定的差异，后轴相对于前主轴来说要简单一些。
而且在承受的扭转切应力要小一些。
轴的材料主要是碳钢和合金钢。
钢轴的毛胚多数用轧制圆钢和锻件，有的直接用圆钢。
由于碳钢比合金钢价廉，对应力集中的敏感性较低，同时也可以用热处理和化学处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故在这里采用碳钢制作轴。
3.5.1主动轴设计及校核
主动轴连接的零件有链轮，同步带轮以及轴承。
结构尺寸相对来说要复杂一些，因为他必须同时控制多个零件的轴向和径向移动，而且各零件的装配尺寸又有很大的差异。
由于机械传输的功率不大，对其重量和尺寸也没有特殊要求故选择常用材料45号钢，调质处理。
计算轴的最小许用轴径
C--为取决于轴材料的许用扭转切应力
的系数，查表得45号钢的C值为
107至118之间。
在这区C=110.
--带传动效率
--电机功率
在本设计中，零件的径向固定是通过键和键槽来实现的，这也是最简单有效的方法，而轴向移动的控制者是通过轴肩以及一端加紧固螺纹来实现的。
根据链轮，轴承以及大同步带轮的尺寸设计出轴的结构和尺寸如下图8：
图8
3.5.2从动轴设计
从动轴跟主动轴尺寸和结构相比只是少了连接同步带轮的伸出部分，其他部分结构和尺寸相同。
其结构和尺寸如下图9：
图9
第四章安装结构设计计算
4.1机架设计
机架是各种机器的基本部件，在以台机器的总质量中占有很大的比例。
整个机构是固定在机架上实现运动和传输的，机架又是固定在底做上的，因此结构的工作精度及抗震性能，耐磨性和机构能否平稳安全的进行工作，都和机架有关联。
因此，机架和底座的设计是至关重要的。
所以正确选择机架零件的材料和正确设计其结构尺寸，对减小机器质量，节约材料，提高工作精度，增强机器钢度及耐磨性，曾加整个机器的美观性有很重要的作用。
而在本设计中机架的精度和表面粗糙度方面要求不高。
4.1.1机架材料选择
机架主要有铸造机架，焊接机架，花岗岩机架和钢筋混凝土机架。
考虑到经济实用性，在这我选择铸造机架。
常用的铸造机架材料有铸铁，铸钢和铸造铝合金。
为方便结构的美观和方便拆卸，选择者铸造铝合金作为本设计机构的机架材料。
铸造铝合金通过热处理强化可使其具有足够高的强度，较好的塑性，良好的低温韧性和耐热性。
机架的横断面和连接方式如下图10：
4.1.2机架连接方式
图10
总结
首先，在这我衷心的感谢在本毕业设计中给与我细心指导我的刘仲寿老师，正是在刘老师的悉心辅导下本毕业设计才得以顺利的按时完成。
通过做本次毕业设计我深刻的认识到无论是在做毕业设计还是在其他的工作中和学习中都必须抱有严谨悉心的态度，只有这样才能把事情做好，做到有突破性。
另外通过本次毕业设计还使我认识到在生活中你会感受到许多的坎坷和挫折，许多的事情并不是你不行，而是你没有勇气去尝试，其实如果你尝试了，也许就会成功，不去尝试的话，永远都不会知道你会成功。
歌德说过：
那些是你的梦想的，那你就要去做，去尝试，去努力，去奋斗。
其次，此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师重要的一步。
从最初的选题，开题到计算、绘图直到完成设计。
其间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和充实。
通过这次实践，我了解了分级系统的用途及工作原理，熟悉了分级系统的设计步骤，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。
此次毕业设计是对我专业知识和专业基础知识一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。
第三，毕业设计收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准，分析数据，提高了自己的绘图能力，懂得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。
同时，仍有很多课题需要后辈去努力去完善。
但是毕业设计也暴露出自己专业基础的很多不足之处。
比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。
这次实践是对自己大学四年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人，为中国制造业添上自己的微薄之力。
参考文献
【1】朱龙根主编，简明机械零件设计手册，北京机械工业出版设，1997.11。
【2】成大先主编，机械设计图册，化学工业出版社，1997。
【3】曾志新，吕明主编，机械制造技术基础，武汉理工大学出版社，2007。
【4】杨明忠，朱家诚主编，机械设计，武汉理工大学出版社，2001。
【5】余桂英，郭纪林
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