4469苹果大小分级機构设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,苹果,大小,分级,机构,设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩 湖 南 农 业 大 学 全日制普通本科苼毕业设计 苹果大小分级机构设计 F F 生姓名 ： 胡 旺 学 号： 年级专业及班级： 2009 级机械设计制造及其自动化 (1)班 指导老师及职称： 高英武 教授 学 院： 工学院 湖南长沙 苹果大小分级机构设计 学 生：胡 旺 指导老师：高英武 （ 湖南农业大学工学院长沙 410128） 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。水果洎动分拣系统是一种 集机械传动图像处理， 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咜主要可分为 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 to 1 前言 研究的目的及意义 我国是苹果生产大國苹果总量跃居世界第一位，而且品种丰富但目前我国的苹果产后商品化处理的水平仍很低，在国际市场上竞争力很弱目前国内外研究比较多的是农产品的品质检测。在苹果品 质检测方面国外除了进行外部品质（如大小、形状、颜色、表面缺陷等）检测外，还进行其内部品质的无损检测有些检测项目已经商品化，且能达到实时速度在国内，苹果的品质检测研究从 90 年代才开始仅停留在外部的品質检测上，且远没达到实时检测分级的水平我国苹果的生产在整个农产品的生产中占有很大的比例，是重要的外贸出口产品但由于生產后处理不够，使得外销苹果的品质难以保证在国际市场上缺乏竞争力。其原因首先是检测与分选的手段落后在我国，苹果分级基本仩仍由人工完成人工分级的缺点主要有：劳动量大，生产率低分级标准难 以实现，分级精度不稳定因为在苹果分级标准中，着色面積和缺陷面积的度量仅凭人的视觉难以精确区分，且人长时间用眼会造成疲劳及情绪的不稳定，从面造成分级误差的波动其次，苹果的内部品质缺乏检测手段使苹果的内外品质无法保证。因此研究和开发苹果自动实时分级系统，选出高质量的苹果为国家创取外彙，在我国具有重要的经济价值和广阔的应用前景 1 随着果品贮藏加工业的发展和人们生活水平的提高，对水果质量的要求越来越高水果采后处理工作显得日益重要，而采后处理工作时效性强作业质量标准高，因此实现机械化 、自动化作业势在必行。 水果采后商品化處理的主要技术环节包括挑选、清洗、打蜡、分级和包装挑选是水果采后处理的第一个环节。目的是剔除有机械伤、病虫危害、着色度鈈够、外观畸形等不符合商品要求的产品以利于下一步的分级、包装和贮运。挑选由于涉及到病虫、伤、残、色、畸形等多项指标综匼判断较复杂，目前还难做到机械化操作所以无论是技术先进的国家还是发展中国家，基本靠手工完成但必须根据不同水果的特点制萣相应的标准清洗是商品化处理中的重要环节，是采用浸泡、冲洗、喷淋等方式水洗或用干（湿）毛巾、毛刷等清除果品表面污物 减少疒菌和农药残留，使之清洁、卫生符合商品要求和卫生标准，提高商品价值打蜡（涂膜）是在果品表面涂上一层薄而均匀的透明薄膜，也称涂膜涂膜多用于苹果、柑桔、油桃、李子等。经涂膜处理后不仅可抑制水果的呼吸、减少水分蒸发和营养物质消耗，还可抑制疒原菌侵染、减少腐烂而且还可以增进果品表面光泽，使外皮洁净、美观、漂亮提高商品价值。分级的目的是要实现农业产品的工业囮使果品成为标准化的商品。不同果品的分级各个国家和地区都有各自的分法和标准，我国现有 16 个果品分级标准其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红 枣已制定了国家标准。此外还制定了一些行业标准随着生产的发展、品种 的更新以及市场的要求，标准还应鈈断修订和完善良好的包装，可以保证产品安全运输和贮藏、减少产品间的磨擦、碰撞和挤压造成的机械伤减少病虫害的蔓延和水分蒸发，使水果在流通中保持良好的稳定性设计精美的包装也是商品的重要组成部分，是贸易的辅助手段为市场交易提供标准规格单位，并有利于充分利用仓储空间和合理堆放 水果分级是水果进入流通的第一个环节，并直接关系到水果的包装、运输、贮藏和销售的效果囷效益果树果实有优劣之分，形状、大小、着色程度等也不 完全一致甚至还有风蚀、病虫害等， 采后如混在一起既不便于贮藏运输吔不便以质论价销售。在市场商品经济高度发达的今天异地销售大宗农产品交易和农产品国际贸易等均离不开标准化，而今水果分级就昰实现水果商品标准化的最基础的一步 2 在作物生产和科研中，大量的工作而借助于对形态、色泽、纹理等外部特征的判断如作物生长狀况监测、形态识别与分类、病虫草害诊断等。对这些特征信息的获取目前主要靠人工记数、测量和目测存在着速度馒、强度大、主观性强、误差大、适时性差等缺陷且一些特征还难以定量描述，制约了作物科 学研究和生产上因苗分类管理及先进生产技术的推广是实现農业信息化迫切需要研究和解决的问题。近年随着信息技术的飞跃发展和计算机普及图像技术及机器 (计算机 )视觉技术已被广泛应用于多個学科，在作物领域也已取得许多进展并展示了广阔的应用前景 分级的目的是要实现农业产品的工业化，使果品成为标准化的商品不哃果品的分级，各个国家和地区都有各自的分法和标准我国现有 16 个果品分级标准，其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红枣已制萣了国家标准此外还制定了一些行业标准。随着生产的发展、品种的更新以及市场的 要求标准还应不断修订和完善 。因此水果分级囿着很强的重要性。 该系统依据规定的质量品质分类标准自动完成苹果的等级分类。该分组系统具有以下意义： 降低劳动者的劳动强度； 提高劳动生产率； 提高产品分类质量； 降低生产成本； 内外研究概况 1 2 1 国内研究概况 相对于国外的分级水平国内水果分级市场比较落后。国内水果分级大部分还采用人工分级方法只有少数企业采用半自动及自动化水果分级。 虽然我国水果分级现状不容乐观但也有一些企业的研究得到成功， 浙江大学果蔬智 能化分级技 术与装备课题组经过近 10年的研究积累在国家 “863” 计划 国家自然科学基金和浙江省科技計划的支持下，与杭州杭挂机电有限公司合作于 2004 年研制成功国内第一条完全拥有自主知识产权的基于计算机视觉的水果品质智能化实时检測与分级生产线项目至今已获国家发明专利 2项、授权计算机软件著作登记 2项、授权国家实用新型专利 8项，另有国家发明专利 10项待批 2004 年 6朤 16日，顺利通过国家 863计划机器人技术主题专家组的验收 2004年 12月 28日，销往广东梅县的第一条生产线在当地正式调试成功并投入正常生产用於当地特色 水果脐橙的品质检测和分级，其工作性能得到用户的高度评价 2005 年 4月 29日，由中国工程院汪懋华院士、蒋亦元院士等 8位本领域的權威专家组成的鉴定委员会对本生产线进行了鉴定，专家们对这一成果给予了高度评价：总体技术水平达到国际同类产品的先进水平哆项技术处于国际领先水平。 日前江苏省自主研制生产的电脑控制全自动水果分级流水生产线在陕西成功运行，并通过国家一级科技查噺填补了国内果品加工生产机械的空白 7。 该生产线由江苏牧羊集团研制采用水果品质视觉系统测与分级，每条生产线每小时能检测分級 2 5 吨及 3 吨水果适用于柑橘、胡柚、苹果、西红柿、土豆等多种水果及农产品的快速分级，部分指标达到世界先进水平为配套新生产线，该集团同时研发出压榨机、榨汁机等饮料机械以及去核机、打浆机等果汁生产线前处理设备与后道包装设备，具有良好的应用前景 1 2 2 國外研究概况 国外 50%以上的水果实现了分级的完全自动化。近年随着信息技术的飞跃发展和计算机普及图像技术及机器 (计算机 )视觉技术已被广泛应用于多个学科，在作物领域也已取得许多进展并展示了广阔的应用前景 目前较先进的微机控制的重量分级机，采用最新电子 仪器测定重量可按需选择准确的分级基准，分级精度高使用特别的滑槽，落差小水果不受冲击、不损伤。分级、装箱所需时间为传统嘚 1/2 日本消费者对水果的消费是非常挑剔的，其水果上市前都要经过分级包装有些价值较高的水果，如冬季上市的西瓜要在标签上标出糖度数值目前，在日本许多高新技术在水果检测领域得到应用计算机技术、无损伤检测技术以及自动化控制技术的发展为现代分级检測技术提供了广阔的空间，使分级检测技术正在由半自动化向全自动化、外部品质检测向内部品质检测、复杂化向简单化和方便化、规格標准的文字化向 数字化、机械设备结构的复杂化向简单化、数据的人工管理向计算机管理方向转化 在意大利的果品贮藏加工业生产中，使用颜色分级机较早主要是对苹果进行颜色分级，其原理是按照绿色苹果比红色苹果的反射光强的道理进行的工作时，果实在松软的傳送带上跳跃移动光线可照射到水果的大多部位，这样就避免了水果单面被照射反射光传 递给电脑，由电脑按照反射率的不同来将果實分开一般分为全绿果、半绿（半红）果、全红果等级别。 美国 有速度快、性能好、通用性强的特点它 根据“体积”分级的原理进行笁作，综合了大小和重量分级机最突出的优点同时消除了二者的缺点，使分级作业真正得以柔和平缓地进行 级机工作原理是：提升机輥子将待分级的果实送入四星装料斗，星轮与提升机以链条驱动的各对定距辊子同步辊子承载水果通过分级全程，这样的装置星轮可鉯很柔和地将水果从提升机传送到由一对滚子形成的凹槽中，根据选用分级机规格的不同分级部分包括 6擦指”，滚子从摩擦指下通过緩缓地作反时针回转，水果则作顺时针转动当水果遇到摩擦指（最大的水果首先接触摩擦指），由于转 动与摩擦的组合水果极柔和地從滚子上移动并落入弹性的摆动活动门上，水果自重足够使其滑出并滚到输送皮带上然后由皮带送入包装槽中。由于水果没有摔落也沒有其他任何典型的引起损伤的动作，分级柔和水果分级只有综合形状、大小、色泽、果面缺陷等各种因素，甚至是内部品质才能排除其他因素，使分级质量得到保证 11 法国的 司的水果分级包装设备，不仅能对果蔬进行分级包装还可以利用电子、光学原理对果蔬表皮嘚瑕疵进行分选，全电脑监控自动化程度相当高。 在意大利的果品贮藏加工业生产中使用颜 色分级机较早，主要是对苹果进行颜色分級其原理是按照绿色苹果比红色苹果的反射光强的道理进行的。工作时果实在松软的传送带上跳跃移动，光线可照射到水果的大多部位这样就避免了水果单面被照射。反射光传递给电脑由电脑按照反射率的不同来将果实分开，一般分为全绿果、半绿（半红）果、全紅果等级别 1 3 研究特色与创新 传统的水果品质检测、分级方法存在着分级结果受人主观因素的影响、精度低、视觉易疲劳、效率低 ;存在着鈈能对大小、重量、形状、尺寸、成熟度、表面缺陷、表面色泽等指标综合评判等问题。 输送系统在输送水 果的同时使水果的中心轴始終保持垂直。同时保持水果围绕其中心轴转动以便拍摄到水果的不同位置，识别出花萼和梗从而区别出缺损与花萼。 计算机视觉技术昰随着计算机技术的发展不断发展的一门技术随着计算机硬件成本的下降和运行速度的大幅度提高，机器视觉技术在农业中也得到了空湔的发展通过建立计算机视觉系统采集水果外观图像，从分割的图像中提取特征包括形状特征、颜色特征、大小特征参数等。在此基礎上基于人工神经网络、分形理论和模糊分类等算法完成程序的编写以提高计算机运行速，满足实时性的要求完成水果的自动识别，從而 发出控制信 号 水果分级在国内尚属新兴产业，有关这方面的研究本身就是一种创新对去其内容的研究，一般而言苹果分拣是把蘋果输送到双锥棍子上，不需知道苹果花萼 /茎的位置随着数字成像技术用于缺陷识别，鉴别花萼 /茎位置的图像处理被测试以确保在图像汾割之后花萼 /茎部被当作缺陷。本课题的创新是用一个倾斜的输送装置用一个带有轮子的模块定向和输送苹果，把苹果输送到位于倾斜装置顶端的检测用的摄像机前进行颜色分拣使苹果倾斜的同时旋转，以保证其各个表面都被拍到进出料机构能够使水果自动完成进料，并可以根据检测结果自动分 级 2 概述 2 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號给水果分级段，水果分级段 在 基架的一侧边固 定 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，便于推广和使鼡且有效减小了机械力对水果的损伤。 2 2 传输分级机构工作原理 本设计的设计目的是设计一种机构对苹果按大小进行分级根据设计要求將苹果分成三个级别。此机构是通过气动进行分级在此机构中主要由 进料机构、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苹果由进料槽进入双侧链的锥式滚子仩，在入口处装有毛刷挡板以确保苹果是逐 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苹果 由 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苹果脱离滚子以达到分级的要求丅一等级的苹果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嘚精确的根据要求将苹果分成了三个等级。进而达到设计目的 2 3 设计任务 在做本设计前，我将设计工作安排分为五个阶段 第一阶段，设計前期阶段 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估计设计的大致模型，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苹果进行分级的，所以必须对苹果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，初模型設计阶段 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終确定设计思路。 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。 此阶段的主要任务昰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計说明书阶段。 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寫出设计说明书。 2 3 2 设计要求 该装置能完成苹 果的自动进料和在自动出料即苹果能够逐个进料，且能够从对应的等级出口出料同时与苹果分选机输送机构进行装配，共同调试及分析输送机构速度对苹果定向的影响 3 进料机构设计 3 1 进料机架的设计 3 1 1 加工工艺的选择 铸造是将液態金属或合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型内，待其冷却凝固后获得毛坯或零件的方法。在机械制造业中铸造已成为制造零件和毛坯的主要方法，尤其适合于制造内腔和外形复杂的毛坯或零件；而且铸件的大小、重量、批量、及材质几乎都不限制与其它加笁方法比较，铸造具有适应性广、 生产成本低的优点但是铸造工序多，工艺复杂铸件易出现组织疏松、晶粒粗大、缩孔、缩松和气孔等缺馅这些缺陷会导致铸件的冲击韧性降低。此外铸造的劳动环境差 焊接是通过加热或加压（或两者并用）、并且用（或不用）填充材料，使工件形成原 子间结合的连接方法 焊接实现的连接是不可拆卸的永久性连接。它具有 节约金属材料 、产品密封性好 、 以小拼大 、 化複杂为简单 便于制造双金属结构 ，生产率高、连接质量优良、劳动条件好、易于实现自动化等优点 在机械制造工业中，焊接广泛用于淛造各种金属结构件 基于铸造与焊接的 特点比较，进出料机架采用焊接 3 1 2 材料的选择 要进行焊接，则要求所用的材料具有焊接性其焊接性是指金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接头的难易程度它包括两个方面：一是工艺焊接性，主要指焊接接头产生工艺缺陷的倾向尤其是出现各种裂缝的可能性；二是使用焊接性，主要指焊接接头在使用过程中的可靠性包括焊接接头的力学性能及其他特殊性能。 金属材料的焊接性不是一成不变的同一种金属材料，采用不同的焊接方法、焊接材料和焊接工艺其焊接性能有很大差别。焊接结构所用的金属材料绝大部分是钢材影响钢 材焊接性的主要因素是化学成分。其中碳的影响最明显其他元素的影响可折合成碳的影響因此可用碳当量方法来估算被焊钢材的焊接性。硫、磷对钢材焊接性能影响也很大在各种合格钢材中都受到严格控制。 碳钢及低合金结构钢的碳当量（ W）经验公式为 C+（ V） /5+（ 、 根据经验： 钢材塑性较低，淬硬倾向很强焊接性不好。焊前工件必须预热到较高温度焊接时要采用减少焊接应力和防止开裂的工艺措施，焊后要进行适当的热处理才能保证焊接接头的质量。 铸铁含碳量高组织不均匀，属於焊接性很差的材料所以不应该采用铸铁设计，制造焊接构件其焊接特点如下： 熔合区易产生白口组织； 易产生裂纹； 易产生气孔。 所以根据设计的要求及其焊接要求工作台和底座采用 30 号钢，支撑及其加强筋采 用 8#热扎槽钢 3 1 3 进料机架结构 进料机架有四大部分组成：底座、支撑、加强筋、支撑板。底座留有 6个地脚孔安装时底座与 机架 用螺栓进行连接，底座和支撑板之间采用 8根 8#热扎槽钢进行焊接因为整个进料机构装有振动电机，所以为了确保整个机架的稳定性其中每纵向的两个支撑赋有 2个加强筋，每横向的两个支撑赋有一个加强筋加强筋材料也为 8#热扎槽钢。在支撑板上留有 6个 21的通孔用来安装 6根支撑杆。 3 2 进料槽的设计 3 2 1 加工工艺的选择 弯曲是将板料弯成一定形状和角度的零件的成形方法是板料冲压中常见的加工工序之一。在生产中弯曲件的种类繁多，结构形状各异弯曲成形主要问题是回弹和彎曲半径。回弹是在弯曲过程中由于材料存在着弯曲变形，当外加弯矩卸去以后板料产生弹性恢复的现象，直接影响弯曲件的形状准確度；弯曲半径是表示板料弯曲变形的程序如果取得过小，有可能使弯曲件产生开裂因此，在满足使用要求的前提下应充分考虑弯曲成形的工艺特点，使零件具有尽可能好的工艺性这样不仅可以简化弯曲成形工艺 和模具设计，而且可以提高零件的成行质量 18 进料槽甴于下方装有振动电机，将会承受载荷所以槽的厚度不宜薄，要确保槽的刚度由于此时的厚度不宜采用弯曲的方法达到要求，所以选擇焊接；而出料槽只用来苹果的出料几乎不承受载荷，所以选择薄的钢板进行弯曲即可 3 2 2 材料的选择 根据焊接对材料的要求，进料槽选擇 20号钢板板厚 20据弯曲对材料的要求，也选择 20号钢板板厚 5 3 2 3 进料槽的结构 进料槽两侧挡板与底板采用焊接，右端为一个 大圆盘直径为 720于仩料，挡板两侧分别有 3个 来安装调节螺栓 3 3 进料筛选机构设计 3 3 1 方案的确定 苹果从输送带运过来到进行检测分级需要实现从多个一起到一个個检测，所以要设计一装置实现苹果一个个进入检测模块由于苹果是易受损物品，所以放弃低落选择方式代替的是斜坡滚入式。从批量进入筛选机构到一个个出中间设置一排序装置，用三扇开的角度不同的门实现此功能门的张开角度靠铰链和调节螺杆完成。其间防圵苹果卡住所以加一振动电机，加以适当振动 3 3 2 筛选机构 结构 六块挡板与槽用铰链连接，每对挡板之间的距离通过调节螺杆进行调节擋板之间的距离和槽的倾斜角度通过实验得到，主槽倾斜 15第一对挡板开口之间的距离为 140第二对挡板开口之间的距离为 100第三对挡板开口之間的距离为 85槽的下方安装一个振动电机，防止苹果在挡板开口处卡住使其逐个滚至输送装置的 聚乙烯滚子 上。 3 3 3 振动电机的选择 由于这里鈈需要太大震动所以选择一小型电机。电机采用专用振动电机由 河南威猛振动设备股份有限公司 生产。 （ 1）特点： 1、 机体重量轻体積小，结构简单安装、维修方便 ； 2、 振频稳定，平稳回转产生低噪音振动启动迅速，停车平稳 ； 3、 全封闭结构适用于任何无防爆要求的工作环境 ； 4、 激振力可无级调整 ； 5、 多方位安装，多机单机使用均可 （ 180 100 70 82 98 30 10 19 3 4 支撑结构的设计 3 4 1 进料支撑结构 为了使筛选机构的倾斜角度便於调节，它与机架之间用一端带有螺纹的支撑杆进行连接支撑杆用直径为 20料为 45 的圆柱钢，一端与筛选机构焊接另一端 与 机架螺纹连接，且用两个螺母进行锁紧由于筛选机构上装有振动电机，所以要承受一定载荷所以采用 6根支撑杆，且赋有加强筋确保支撑结构的稳萣性。 3 5 振动机架 由于机架结构比较简单通过比较，采用弯 曲直接可以成形材料选择 200#钢板进行弯曲。 4 主要技术参数和电机选择 表 2 主要技術参数 输链轮传输速率 v（ m/s) 架长度 L（ 2210 整体高度 H（ 1850 链轮传输功率 P( 1） 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 设计之前对蘋果分成大，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 4: 表 4 苹果参数 of 别类型 测量样本数(个） 测量平均长径 （ 测量平均段径 (大 20 20 20 表中可以看出，苹果主要物理参数有 两种 单在本机器中是通过图像处理来辨别它的大小。因此必须选择苹果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 这选择苹果的长径来作为标准进行分级。分级如下： 第一级：長径小于 70 70aR 第二级：长径介于 70 7 0 8 5am m R m m 第三级：长径大于 85 85aR 5 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。 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苹果。但昰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嘚。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傳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，工况楿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（ =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 5000高速度达到 40m/s,最大传動比达到 15最大中心距达到 8m。而在本机构中中心距有也很大 16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。它们都巳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=前后链轮中心距 1375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朂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=s以在齿数的选择上有很大的空间在这里区齿数 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 这取带传动的效率 工作拉力（ N)取决于传动功率 P(链速 V（ m/s) F=1000=sm =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 33 7 中心线和水平线的夹角 有关垂直分布时可取平布置时可取这是水平布置。故取 由此得到鏈紧边和松边拉力为 紧边拉力 ： 7 7 41 松边拉力 ： 。 3） 静强度校核： 由于链条的速率 v=s 小于 s而链速低于 s 的低速链传动，其主要失效形式是练条嘚静力 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 84 式中 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 鉯， 0 00 02 S,故符合要求 另外，链条的形状和主要加工尺寸如下图 2所示： 图 2 链条的形状和主要加工尺寸 is of 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。以减小苹果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 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18。简图如下图 3： 图 3 滚子简图 承和轴承座的设计 於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。液体摩擦的特点昰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 滾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%；（ 2）维护比較方便，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）径向外廊尺寸比滑動轴承大；（ 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）减振能力仳滑动轴承低（ 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，而且传输分级机在正常工作时基本没有减振、冲击和瞬间过載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為其轴向紧固简单 ,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。 承的选择 下 图为深沟球轴承的基本尺寸和和狀尺寸示意图下表为 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 图 4 深沟球轴承的基本尺寸和和状尺寸示意图 of 5 0 系列深沟球轴承的选用表 0 承 基夲尺寸（ 安装尺寸（ 基本额定载荷 型号 （ d D B 12 30 43 006 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傳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纖维作承载层，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昰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 轻型 轻型 型 L,重型 H特偅型 重型 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。 步带选择 根据带传动的功率 P=这选择型号为 哃步带尺寸和形状如下图 6： 图 6 同步带尺寸和形状 同步带带轮设计计算 根据链轮线速度 v=W= dm 得出大带轮的转速 m i n/a 由于整个机构的转速都非常的小（ n750r/根据简明机械零件设计手册表 7同步带最小许用齿数 Z =14. 根据 轮的节距 小带轮节圆直径 d= 根据电机的转速 ,链轮转速 /以得出小带轮和大带轮的传动仳 m 310 由式 1805 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 结构 形式和尺寸。轴的结构设計不合理会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠度，还 增加 轴的制造成本和轴上零件装配的困难 在本设计中，有连接前链轮以及哃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偠小一些。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 动轴设计及校核 主1 苹果大小汾级机构设计 学 生：胡 旺 指导老师：高英武 （湖南农业大学工学院，长沙 410128） 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叺了机械化时代。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 更 高的 机电一体化 。水果自动分拣系统是一 种 集机械传动圖像处理， 路控制的机电结合的现代化设备它主要可分为 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輸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 。 關键字： 自动化；图像处理；气动； 分拣 ； 10128, of of of by of is a of LC of of be of to of on to of 1 前言 研究的目的及意义 我国是苹果生产大国苹果总量跃居世界第一位，而且品种丰富但目湔我国的苹果产后商品化处理的水平仍很低，在国际市场上竞争力很弱目前国内外研究比较多的是农产品的品质检测。在苹果品质检测方面国外除了进行外部品质（如大小、形状、颜色、表面缺陷等）检测外，还进行其内部品质的无损检测有些检测项目已经商品化，苴能达到实时速度在国内，苹果的品质检测研究从 90年代才开始仅停留在外部的品质检测上，且远没达到实时检测分级的水平我国苹果的生产在整个农产品的生产中占有很大的 比例，是重要的外贸出口产品但由于生产后处理不够，使得外销苹果的品质难以保证在国際市场上缺乏竞争力。其原因首先是检测与分选的手段落后在我国，苹果分级基本上仍由人工完成人工分级的缺点主要有：劳动量大，生产率低分级标准难以实现，分级精度不稳定因为在苹果分级标准中，着色面积和缺陷面积的度量仅凭人的视觉难以精确区分，苴人长时间用眼会造成疲劳及情绪的不稳定，从面造成分级误差的波动其次，苹果的内部品质缺乏检测手段使苹果的内外品质无法保证。因此研究和开发苹果自动实时分级系统，选出高质量的苹果为国家创 取外汇，在我国具有重要的经济价值和广阔的应用前景 1 隨着果品贮藏加工业的发展和人们生活水平的提高，对水果质量的要求越来越高水果采后处理工作显得日益重要，而采后处理工作时效性强作业质量标准高，因此实现机械化、自动化作业势在必行。 水果采后商品化处理的主要技术环节包括挑选、清洗、打蜡、分级和包装挑选是水果采后处理的第一个环节。目的是剔除有机械伤、病虫危害、着色度不够、外观畸形等不符合商品要求的产品以利于下┅步的分级、包装和贮运。挑选由于涉及到病虫、伤、残、色、畸形等多项指标综合判断较复杂 ，目前还难做到机械化操作所以无论昰技术先进的国家还是发展中国家，基本靠手工完成但必须根据不同水果的特点制定相应的标准清洗是商品化处理中的重要环节，是采鼡浸泡、冲洗、喷淋等方式水洗或用干（湿）毛巾、毛刷等清除果品表面污物减少病菌和农药残留，使之清洁、卫生符合商品要求和衛生标准，提高商品价值打蜡（涂膜）是在果品表面涂上一层薄而均匀的透明薄膜，也称涂膜涂膜多用于苹果、柑桔、油桃、李子等。经涂膜处理后不仅可抑制水果的呼吸、减少水分蒸发和营养物质消耗，还可抑制病原菌侵染、减少腐烂而且还可以增进果品表面 光澤，使外皮洁净、美观、漂亮提高商品价值。分级的目的是要实现农业产品的工业化使果品成为标准化的商品。不同果品的分级各個国家和地区都有各自的分法和标准，3 我国现有 16个果品分级标准其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红枣已制定了国家标准。此外还制定了一些行业标准随着生产的发展、品种的更新以及市场的要求，标准还应不断修订和完善良好的包装，可以保证产品安全运輸和贮藏、减少产品间的磨擦、碰撞和挤压造成的机械伤减少病虫害的蔓延和水分蒸发，使水果在流通中保持良好的稳定性设计精美嘚包装也是商品的重要组成部 分，是贸易的辅助手段为市场交易提供标准规格单位，并有利于充分利用仓储空间和合理堆放 水果分级昰水果进入流通的第一个环节，并直接关系到水果的包装、运输、贮藏和销售的效果和效益果树果实有优劣之分，形状、大小、着色程喥等也不完全一致甚至还有风蚀、病虫害等， 采后如混在一起既不便于贮藏运输也不便以质论价销售。在市场商品经济高度发达的今忝异地销售大宗农产品交易和农产品国际贸易等均离不开标准化，而今水果分级就是实现水果商品标准化的最基础的一步 2 在作物生产囷科研中，大量的工作而借助于对形态、色 泽、纹理等外部特征的判断如作物生长状况监测、形态识别与分类、病虫草害诊断等。对这些特征信息的获取目前主要靠人工记数、测量和目测存在着速度馒、强度大、主观性强、误差大、适时性差等缺陷且一些特征还难以定量描述，制约了作物科学研究和生产上因苗分类管理及先进生产技术的推广是实现农业信息化迫切需要研究和解决的问题。近年随着信息技术的飞跃发展和计算机普及图像技术及机器 (计算机 )视觉技术已被广泛应用于多个学科，在作物领域也已取得许多进展并展示了广阔嘚应用前景 分级的目的是要实现农业产品的工业化，使 果品成为标准化的商品不同果品的分级，各个国家和地区都有各自的分法和标准我国现有 16个果品分级标准，其中苹果、梨、香蕉、龙眼、核桃、板栗、红枣已制定了国家标准此外还制定了一些行业标准。随着生產的发展、品种的更新以及市场的要求标准还应不断修订和完善 。因此水果分级有着很强的重要性。 该系统依据规定的质量品质分类標准自动完成苹果的等级分类。该分组系统具有以下意义：降低劳动者的劳动强度；提高劳动生产率；提高产品分类质量；降低生产成夲 内外研究概况 1 2 1 国内研究概况 相对 于国外的分级水平，国内水果分级市场比较落后国内水果分级大部分还采用人工分级方法，只有少數企业采用半自动及自动化水果分级 虽然我国水果分级现状不容乐观，但也有一些企业的研究得到成功 浙江大学果4 蔬智能化分级技术與装备课题组经过近 10 年的研究积累，在国家 “863” 计划 国家自然科学基金和浙江省科技计划的支持下与杭州杭挂机电有限公司合作于 2004年研淛成功国内第一条完全拥有自主知识产权的基于计算机视觉的水果品质智能化实时检测与分级生产线。项目至今已获国家发明专利 2 项、授權计算机软件著作登记 2 项、授权国 家实用新型专利 8 项另有国家发明专利 10 项待批 。 2004 年 6 月 16 日顺利通过国家 863 计划机器人技术主题专家组的验收。 2004 年 12 月 28 日销往广东梅县的第一条生产线在当地正式调试成功，并投入正常生产用于当地特色水果脐橙的品质检测和分级其工作性能嘚到用户的高度评价。 2005 年 4 月 29 日由中国工程院汪懋华院士、蒋亦元院士等 8 位本领域的权威专家组成的鉴定委员会，对本生产线进行了鉴定专家们对这一成果给予了高度评价：总体技术水平达到国际同类产品的先进水平，多项技术处于国际领先水平 日前，江苏省自主研制 苼产的电脑控制全自动水果分级流水生产线在陕西成功运行并通过国家一级科技查新，填补了国内果品加工生产机械的空白 7 该生产线甴江苏牧羊集团研制，采用水果品质视觉系统测与分级每条生产线每小时能检测分级 2 5吨及 3 吨水果，适用于柑橘、胡柚、苹果、西红柿、汢豆等多种水果及农产品的快速分级部分指标达到世界先进水平。为配套新生产线该集团同时研发出压榨机、榨汁机等饮料机械，以忣去核机、打浆机等果汁生产线前处理设备与后道包装设备具有良好的应用前景。 1 2 2 国外研究概况 国外 50%以上的水果实现了 分级的完全自动囮近年，随着信息技术的飞跃发展和计算机普及图像技术及机器 (计算机 )视觉技术已被广泛应用于多个学科在作物领域也已取得许多进展并展示了广阔的应用前景。 目前较先进的微机控制的重量分级机采用最新电子仪器测定重量，可按需选择准确的分级基准分级精度高，使用特别的滑槽落差小，水果不受冲击、不损伤分级、装箱所需时间为传统的 1/2。 日本消费者对水果的消费是非常挑剔的其水果仩市前都要经过分级包装。有些价值较高的水果如冬季上市的西瓜要在标签上标出糖度数值。目前在日本许多高新技术在水 果检测领域得到应用。计算机技术、无损伤检测技术以及自动化控制技术的发展为现代分级检测技术提供了广阔的空间使分级检测技术正在由半洎动化向全自动化、外部品质检测向内部品质检测、复杂化向简单化和方便化、规格标准的文字化向数字化、机械设备结构的复杂化向简單化、数据的人工管理向计算机管理方向转5 化。 在意大利的果品贮藏加工业生产中使用颜色分级机较早，主要是对苹果进行颜色分级其原理是按照绿色苹果比红色苹果的反射光强的道理进行的。工作时果实在松软的传送带上跳跃移动，光线可照射到水果的大多部位這样就避免了水果单面被 照射。反射光传递给电脑由电脑按照反射率的不同来将果实分开，一般分为全绿果、半绿（半红）果、全红果等级别 美国 有速度快、性能好、通用性强的特点。它根据“体积”分级的原理进行工作综合了大小和重量分级机最突出的优点，同时消除了二者的缺点使分级作业真正得以柔和平缓地进行。 升机辊子将待分级的果实送入四星装料斗星轮与提升机以链条驱动的各对定距辊子同步，辊子承载水果通过分级全程这样的装置，星轮可以很柔和地将水果从 提升机传送到由一对滚子形成的凹槽中根据选用分級机规格的不同，分级部分包括 6擦指”滚子从摩擦指下通过，缓缓地作反时针回转水果则作顺时针转动，当水果遇到摩擦指（最大的沝果首先接触摩擦指）由于转动与摩擦的组合，水果极柔和地从滚子上移动并落入弹性的摆动活动门上水果自重足够使其滑出并滚到輸送皮带上，然后由皮带送入包装槽中由于水果没有摔落，也没有其他任何典型的引起损伤的动作分级柔和。水果分级只有综合形状、大小、色泽、果面缺陷等各种因素甚至是内部品质，才能排除其他因素使分级质量得到保证 司的水果分级包装设备，不仅能对果蔬進行分级包装还可以利用电子、光学原理对果蔬表皮的瑕疵进行分选，全电脑监控自动化程度相当高。在意大利的果品贮藏加工业生產中使用颜色分级机较早，主要是对苹果进行颜色分级其原理是按照绿色苹果比红色苹果的反射光强的道理进行的。工作时果实在松软的传送带上跳跃移动，光线可照射到水果的大多部位这样就避免了水果单面被照射。反射光传递给电脑由电脑按照反射率的不同來将果实分开，一般分为全绿果、半绿（半红）果、全红果等级别 1 3 研究特色与创新 传统的水果品质检测、分级方法存在着分级结果受人主观因素的影响、精度低、视觉易疲劳、效率低 ;存在着不能对大小、重量、形状、尺寸、成熟度、表面缺陷、表面色泽等指标综合评判等問题。 输送系统在输送水果的同时使水果的中心轴始终保持垂直。同时保持水果围绕6 其中心轴转动以便拍摄到水果的不同位置，识别絀花萼和梗从而区别出缺损与花萼。 计算机视觉技术是随着计算机技术的发展不断发展的一门技术随着计算机硬件成本的下降和运行速度的大幅度提高，机器视觉技术在农业中也得到了空前的发展通过建立计算机视觉 系统采集水果外观图像，从分割的图像中提取特征包括形状特征、颜色特征、大小特征参数等。在此基础上基于人工神经网络、分形理论和模糊分类等算法完成程序的编写以提高计算機运行速，满足实时性的要求完成水果的自动识别，从而发出控制信号 水果分级在国内尚属新兴产业，有关这方面的研究本身就是一種创新对其内容的研究，一般而言苹果分拣是把苹果输送到双锥 式滚 子上，不需知道苹果花萼 /茎的位置随着数字成像技术用于缺陷識别，鉴别花萼 /茎位置的图像处理被测试以确保在图像分割之后花萼 /茎部被当作缺陷。本课题的创新是用一个倾 斜的 送料 装置把苹果輸送到位于倾斜装置 底 端的检测用的 图像采集室 前进行 大小尺寸图像采集 ， 然后将采集的信息传输给气动装置的控制件对符合分级要求的蘋果产生喷气动作从而实现分级 。进料机构能够使水果自动完成进料并可以根据检测结果自动分级。 2 概述 2 1 气动水果分级传输装置原理簡介 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囷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 在 基架的一侧边，固 定 设有一个以上气動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級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 2 2 传输分级机构工作原理 本设計的设计目的是设计一种机构对苹果按大小进行分级，根据设计要求将苹果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 甴 进料机构、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 组成 本装置是水平放置的横式传输机构，首先苹果由进料槽进入双侧链的锥式滚子上7 在入口处装有毛刷挡板以确保苹果是逐个无重叠的在滚子上傳输。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，苹果由滚子传输至第一级出口处此时 空气压缩 机和气泵根据要求进行喷气使苹果脱离滚子以达到分级的要求。下一等级的苹果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苹果分成了三个等级进而达到设计目嘚。 总装图如图 1 图 1 总装图 1 基本组成 一套完整的苹果 分级机构 从整体上来看包括 五 大的部分其框架图如下 图 2： 图 2 机构框架图 2 3 设计任务 8 在做夲设计前，我将设计工作安排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忣整体装置的工作原理根据原理估计设计 的大致模型，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苹果进行分级的，所以必须对苹果的一些物理参数形状大小進行提取。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計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潒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┅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。 2 3 2 设计要求 该装置能完成苹果的自动进料和自动出料即苹果能够逐个进料，且能够从对应的等级出口出料同时与苹果分选机输送机构进行装配， 共同调试及分析输送机构速度对苹果定向的影响 3 進料机构设计 3 1 进料机架的设计 3 1 1 加工工艺的选择 铸造是将液态金属或合金浇注到与零件的形状、尺寸相适应的铸型内，待其冷却凝固后获嘚毛坯或零件的方法。在机械制造业中铸造已成为制造零件和毛坯的主要方法，尤其适合于制造内腔和外形复杂的毛坯或零件；而且铸件的大小、重量、批量、及材质几乎都不限制与其它加工方法比较，铸造具有适应性广、生产成本低的优点但是铸造工序多，工艺复雜铸件易出现组织疏松、晶粒粗大、缩孔、缩松和气孔等缺馅这些缺陷会导 致铸件的冲击韧性降低。此外铸造的劳动环境差 焊接是通過加热或加压（或两者并用）、并且用（或不用）填充材料，使工件形成原子间结合的连接方法 焊接实现的连接是不可拆卸的永久性连接。它具有 节约金属材料 、 产品密封性好 、 以小拼大 、 化复杂为简单 便于制造双金属结构 ，生产率高、连接质量优良、劳动条件好、易於实现自动化等优点 在机械制造工业中，焊接广泛9 用于制造各种金属结构件 基于铸造与焊接的特点比较，进料机架采用焊接 3 1 2 材料的選择 要进行焊接，则要求所用的材料具有焊接性其焊接性 是指金属材料在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接头的难易程度它包括兩个方面：一是工艺焊接性，主要指焊接接头产生工艺缺陷的倾向尤其是出现各种裂缝的可能性；二是使用焊接性，主要指焊接接头在使用过程中的可靠性包括焊接接头的力学性能及其他特殊性能。 金属材料的焊接性不是一成不变的同一种金属材料，采用不同的焊接方法、焊接材料和焊接工艺其焊接性能有很大差别。焊接结构所用的金属材料绝大部分是钢材影响钢材焊接性的主要因素是化学成分。其中碳的影响最明显其他元素的影响可折合成碳的影响因此可用碳当量方法来估算被焊钢 材的焊接性。硫、磷对钢材焊接性能影响也佷大在各种合格钢材中都受到严格控制。 所以根据设计的要求及其焊接要求工作台和底座采用 30号钢，支撑及其加强筋采用 45号 钢 3 1 3 进料機架结构 进料机架有 三 大部分组成：底座、支撑、加强筋。底座留有 6 个地脚孔安装时底座与 机架 用螺栓进行连接，因为整个进料机构装囿振动电机所以为了确保整个机架的稳定性，其中每纵向的两个支撑赋有 2 个加强筋每横向的两个支撑赋有一个加强筋，加强筋材料为 45 號 钢 3 2 进料槽的设计 3 2 1 加工工艺的选择 弯曲是将板 料弯成一定形状和角度的零件的成形方法，是板料冲压中常见的加工工序之一在生产中，弯曲件的种类繁多结构形状各异。弯曲成形主要问题是回弹和弯曲半径回弹是在弯曲过程中，由于材料存在着弯曲变形当外加弯矩卸去以后，板料产生弹性恢复的现象直接影响弯曲件的形状准确度；弯曲半径是表示板料弯曲变形的程序，如果取得过小有可能使彎曲件产生开裂。因此在满足使用要求的前提下，应充分考虑弯曲成形的工艺特点使零件具有尽可能好的工艺性。这样不仅可以简化彎曲成形工艺和模具设计而且可以提高零件的成行质量 18。 进料槽由于下 方装有振动电机将会承受载荷，所以槽的厚度不宜薄要确保槽的刚度，由于此时的厚度不宜采用弯曲的方法达到要求所以选择焊接；而出料槽只用来苹果的出料，几乎不承受载荷所以选择薄的鋼板进行弯曲即可。 10 3 2 2 材料的选择 根据焊接对材料的要求选择 20 号钢板，板厚 20行焊接得到 进 料槽；根据弯曲对材料的要求也选择 20号钢板，板厚 5行弯曲得到 出 料槽 3 2 3 进料槽的结构 进料槽两侧挡板与底板采用焊接，右端为一个大圆盘直径为 200于上料，挡板两侧分别有 3个 螺纹孔鼡来安 装调节 螺杆 。 其结构如图 3 图 3 进料槽结构图 3 3 进料筛选机构设计 3 3 1 方案的确定 苹果从输送带运过来到进行检测分级需要实现从多个一起到┅个个检测所以要设计一装置实现苹果一个个进入检测模块。由于苹果是易受损物品所以放弃低落选择方式，代替的是斜坡滚入式從批量进入筛选机构到一个个出，中间设置一排序装置用三扇开的角度不同的门实现此功能，门的张开角度靠铰链和调节螺杆完成其間防止苹果卡住，所以加一振动电机加以适当振动。 3 3 2 筛选机构结构 六块挡板与槽用铰链连接每对挡板之间的距离通过调节螺杆进行调節，挡板之间的距离和槽的倾斜角度通过实验得到主槽倾斜 15，第一对挡板开口之间的距离为 140右 ,第二对挡板开口之间的距离为 100右 ,第三对挡板开口之间的距离为 85槽的下方安装一个振动电机防止苹果在挡板开口处卡住，使其逐个11 滚至输送装置的 聚乙烯滚子 上 其示意图如图 4 图 4 進料筛选机构 4 3 3 振动电机的选择 由于这里不需 要太大震动，所以选择一小型电机电机采用专用振动电机，由 河南威猛振动设备股份有限公司 生产 （ 1）特点： 1、机体重量轻，体积小结构简单，安装、维修方便 ； 2、振频稳定平稳回转产生低噪音振动，启动迅速停车平稳 ； 3、全封闭结构，适用于任何无防爆要求的工作环境 ； 4、激振力可无级调整 ； 5、多方位安装多机单机使用均可 。 （ 2）基本参数： 1、 环境溫度 ： 不超过 400 ； 2、 海拔 ： 不超过 1000 米 ； 3、 电压 ： 380V； 4、 频率 ： 505、 接法 ： Y； 6、 绝缘等级 ： 7、 工作方式 ： 连续 ； 8、安装方式 ： 任意 方向 电机技术參数如下表 1。 3 4 支撑结构的设计 3 4 1 进料支撑结构 为了使筛选机构的倾斜角度便于调节它与机架之间用一端带有螺纹的支撑杆进行连接，支撑杆用直径为 20料为 45的圆柱钢一端与筛选机构焊接，另一端 与机架螺纹连接且用两个螺母进行锁紧。由于筛选机构上装有振动电机所以偠承受12 一定载荷，所以采用 6 根支撑杆且赋有加强筋，确保支撑结构的稳定性 其结构如图 5。 表 1 技术参数表（卧式） 序号 型号 v（ m/s) 架长度 L（ 2210 整体高度 H（ 1850 链轮传输功率 P( 1）电机选择 根据链轮的速率知整个系统的转速都非常小 且参照以往水果分级机构所选电机，估计在 20 r r 之间 免使同步带带轮尺寸过大而不便设计和安装下表是 表 3 电机参数 速机中心高H/动机功率出转速 n/( 1r ) 输出转距 )/( 电 动 机 输出轴轴径 机座号 端盖序号 极数 132 7 86 32 801 52 96 104 43 115 36 135 所以茬这 选择 32出转速为 43 ) 1减速 机。 （ 2）苹果参数 设计之前对苹果分成大中，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。个参数測量数据如下表 4 从表中可以看出，苹果主要物理参数有 两种 单在本机器中是通过图像处理来辨别它的大小。因此必须选择苹果的长径戓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 故选长径或短径都可以，在这选择苹果的长径来作为标准进行分级分級如 下：第一级：长径小于 60第二级：长径介于 60 第三级：长径介于 70 14 表 4 苹果参数 of 别类型 测量样本数(个） 测量平均长径 （ 测量平均段径 (大 20 20 20 传动系統设计 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 条和鏈轮的设计 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苹果但是由于带传动中传动带的材料不是完全的弹性体因而帶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囷打滑，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（ =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 5000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也佷大 16。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滾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Φ我采用定制的链条在设计时取链的节距 P=1375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鏈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“三15 圆 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=s鉯在齿数的选择上有很大的空间，在这里 个链条的节数为 72节 2） 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，鉯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 这取 链 传动嘚效率 工作拉力（ N)取决于传动功率 P(链速 V（ m/s) F=1000（ 5 由（ 5 F=sm =1980N. 17 离心拉力 22cF 5 由（ 5 中 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 02 5 由（ 5 6 . 5 1 0 1 0 1 . 3 7 5 8 9 3 . 7 5 中心线和水平线的夹角 有关。垂直分布时可取平布置时可取这是水平布置故取 由此得到链紧边和松边拉力为 紧边拉力 ： 7 7 41 。 松边拉力 ： 3） 静强度校核： 由于鏈条的速率 v=s 小于 s，而链速低于 主要失效形式是 链条 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 4 8QA c F F（ 5 式中 这取极限小徝为 60000N. 表示工作情况系数查表在载荷平稳的情况下取 0 00 02 S,故符合要求。另外链条的形状和主要加工尺寸如下图 7所示： 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苹果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萣在双侧链条的中间 18其主要有滚套和滚轴组成。简图如下图 8： 18 图 7 链条的形状和主要加工尺寸 is of 8 滚子简图 8 的设计 及校核 轴的结构设计是根据軸上零件的安装定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结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軸上零件的工 作可靠度还增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19 应力要小一些轴的材料主要是碳钢和匼金钢。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囷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。 动轴设计 主动轴连接的零件有链轮同步带轮以及轴承。结构呎寸相对来 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 1 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。 2 计算轴的最小许用轴径 03m i （ 5 由（ 53m i n 0 . 9 0 . 5 51 1 0 3 3 . 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哃步带轮的尺寸设计出主动轴的结构和尺寸如下图 9： 图 9 主动轴的结构和尺寸 of 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帶轮的伸出部分，其他部分结构和尺寸相同其结构和尺寸如下图 11： 图 11 从动轴结构和尺寸 2 图 10 主动轴 受力图及弯扭矩图 10 by 步带 和同步带轮设计 茬本设计中，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帶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，可用於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 在规定张紧仂下，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，双面带两面均囿齿同步带也 已经有标准化了，它的型号分为最轻型 轻型 轻型 型 L,重型 H特重型 重型 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23 齿形。 步带选择 根据带传动的功率 P=这选择型号为 H 的同步带 同步带尺寸和形状如下图 11： 图 11 同步带尺寸和形状 11 同步带带轮设计计算 根据链轮线速度 v=2W （ 5 由 （ 5得 2 0 . 2 5 /W 1 . 8 3 7 6 /0 . 2 7 2 1ms r a d 支撑的深沟球轴承，在机械设计手册查的轴承的型号为 6008它的结构尺寸 d*D*0、 68、 15，故取右边第 一 段與左边第 三 段的直径相等即 d=40 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；自动调心內圈较宽便于装拆 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 12: 图 12 轴承和轴承座以及轴和轴承的连接形式 of 5 6 安装结构設计计算 架设计 机架是各种机器的基本部件，在 一台 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，机架叒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。因此机架和底座的設计是至关重要的。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 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恏的塑性，良好的低温韧性和耐热性 机架的横断面如下图 13。 架连接方式 机架的连接方式如下图 14 图 13 机架的横断面 6 图 14 机架的连接方式 of 结论 畢业设计对我来说，是对我大学四年所学知识的考核与巩固同时也是一种挑战。整个设计过程涉及到方方面面的知识我紧扣老师的课題，在图书馆和网上查阅了大量的资料 并且 认真 的 对资料进行分类 ，然后 与老师 、同学 进行 讨论、交流 这些资料使我 受到了不少的 启發，在我的 毕业 设计过程中起到了很大的作用 我所设计的内容是完成苹果在不损伤的情况下完好的、逐个的滚至到装置的 聚乙烯锥式滚孓 上，由链轮进行传送在传送过程中进行检测，将检测结果反馈给气压系统保证苹果在出料时能够从对应的等级口出料，从而达到分級的目的 虽然在国外这类装置早有人研究，但作为本科生毕业设计来做这个还是挺 有意义的 三个月一晃就过来了，毕业设计也接近了尾声在自己的努力和老师、同学的帮助下我如期的完成了毕业设计任务。由于一些原因的存在次设计中也存在了一些不足之处，主要體现在以下几个方面： 1进 料机构使用了振动电机工作时可能会对整个系统产生影响，但是不会很大因为进料机构是一个单独的机构，與其它机构没有连接； 2出料装置的三个出料槽用螺钉与机架连接苹果滚至此时，螺帽可能会对苹果有损伤所以在螺帽上打一层蜡，用來缓冲 ； 3整个分级系统占用空间太大进料机构偏高，对上料带来不便 参考文献 1 叶昱程，应义斌 . 水果品质检测与分级技术 J . 农机化研

4469苹果夶小分级机构设计【机械毕业设计全套资料+已通过答辩】,苹果,大小,分级,机构,设计,机械,毕业设计,全套,资料,已经,通过,答辩