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1、核桃破壳机设计摘 要核桃的营养价值很高，不论是在国内还是在国外具有很广阔的市场空间，人们的需求量还是很大的；在我国核桃的品种种类很多，形状大小不一，靠人工破壳很难达到预期的要求，这就需要机械来实现；我国核桃栽培面积大，产量高，加工技术落后，没有较成熟的核桃破壳机械，在一些农家地区，大都还在采用人工破壳取仁的方法，生产力低下，而我国的核桃种植面积和产量每年逐渐增加等问题；本文主要简单介绍我国核桃破壳加工状况，针对核桃破壳机的基本特点及要求，对已有的破壳方法进行反复的方案对比，最终确定击打破壳加工原理方案。针对现有的破壳装置优化处理，设计出适合杂核桃的破壳利器。目前核桃破壳机械装置存在较大的地域差
2、异性，在不同的地方产不同种类的核桃，即大小不一，这样就造成了核桃破壳机械的局限性，现设计的新型核桃破壳机械要能改善地域的差异性，能破多种品种的核桃；分级装置的改进，能使生产效率提高和降低碎仁率；调节装置的改进，可以针对不同品种的核桃。该装置主要机构有：分级装置、导向装置、破壳装置、减速装置、传动装置和调节装置等装置构成。关键词：核桃破壳机械；装置优化；分级装置；导向装置；破壳装置；减速装置；传动装置；调节装置ABSTRACTThe walnut high nutritional value, whether at home or abroad has a very broad market s
3、pace, peoples demand is still very large; kind of variety in Chinas walnut, shapes and sizes, by artificial broken shell is difficult to achieve expected requirements, which require mechanical implementation; Chinas walnut cultivation area, high yield, processing technology is backward, not more mat
4、ure walnut broken shell mechanical, in some farm areas, most are still using artificial broken shell to take the kernel method low productivity of walnut acreage and production increases year over year and other issues; In this paper, a brief introduction to Chinas walnut broken shell processing con
5、ditions, repeated walnut shell breaking the basic characteristics and requirements, have the broken shell program contrast, and ultimately determine the strike to break the principle of shell processing program. Optimization process for existing broken shell, the broken shell tool designed for hybri
6、d walnut. Walnut broken shell mechanism there is a big regional differences, different types of walnut production in different places, large and small, would have resulted in a the walnut broken shell mechanical limitations, the current design of the new walnut broken shell mechanical to improve the
7、 geographical differences, can break the varieties of walnut; improvement of the classification device, enabling production efficiency and reduce the rate of broken kernels; improved adjustment device for different varieties of walnut. The apparatus main body: classifying means, the guide means, bre
8、aking the shell means, the reduction gear device, the drive means and adjusting means constituting.Keywords: The walnut broken shell mechanical; Device optimization; Classification device; guiding device; broken shell device; deceleration devices; gear; adjustment device目 录第一章 绪论11.1 课题研究背景11.2 核桃破壳
9、机发展现状21.2.1 国外核桃破壳机发展现状21.2.2 国内核桃破壳机发展现状31.3 课题研究的意义4第二章 核桃的基本性能62.1 核桃的分类62.2 核桃的三维尺寸的测定72.3 核桃的受力分析9第三章 核桃破壳机总体结构设计103.1 核桃破壳机械的研究重点103.2 设计思路来源113.3 设计要求113.4 核桃破壳机机构设计123.4.1 弹簧的设计及计算123.4.2 电机的选择143.4.3 减速机构的设计153.4.4 凸轮的设计及计算193.4.5 撞击执行装置设计263.4.6 撞击头和调节装置设计273.4.7 分级装置设计313.4.8 机架设计333.4.9
10、核桃破壳装置整体装配图34第四章 总结与展望364.1 设计总结364.1.1 设计成果归纳364.1.2 设计创新点364.2 未来工作展望36参考文献38附录A 核桃破壳装置结构示意图39致 谢40第一章 绪论1.1 课题研究背景由于核桃的果壳坚硬，内有多个分隔，核桃肉深嵌在坚硬的壳里，食用时很不方便，通常需要借助于核桃钳等一些专用的辅助工具。近年开发的“手剥山核桃”深受市场的青睐。手剥山核桃属于开袋即食休闲食品，食用时，像剥花生一样，使壳仁分离。传统加工方法是把山核桃放在特制的模子里，用特制的锤子人工敲击，生产效率低，且产生二次污染。同时，因劳动力紧缺，造成市场供不应求。所以，手剥山核桃
11、生产迫切需要机械化1。破壳机的显著特点和重要性有以下三点：（1）提高生产效率；（2）保证保证被破出的核桃仁卫生清洁度；（3）提高和完善破壳机械自动化程度。我国的核桃栽培面积约130万hm2以上，主要种植区域在西南和西北。在国际市场上，核桃与杏仁、腰果、榛子一起并列为世界4大干果,核桃作为保健食品早已被国内外所认识。我国核桃总产量约31万吨，全国人均占有0.24kg。这与国际上一些国家相比相差甚远，如美国人均占有核桃1.5kg,是我国的6倍。针对核桃加工存在的问题和市场的需求，确定核桃加工工艺，除脱青皮、分级、清洗、脱水、烘干、去壳、仁壳分离与包装外，还可进一步深加工。在加工中,存在的问题是核桃
12、脱壳比较困难,主要由人工完成。人工剥壳难以满足生产发展的要求，故研制高效剥壳机已成当务之急。 核桃也是我国干果类传统出口商品之一，加工和出口的季节性比较强。作为传统的出口商品，我国的核桃一直以品质好，等级细享誉世界。当前，我国核桃出口的对象主要为德国、加拿大、英国、叙利亚、科威特、约旦、澳大利亚、瑞士和新加坡等国家。当前我国核桃的销售仍以内销为主，我国核桃年产量大约为15万到18万吨，消费的方式基本上还是直接食用，消耗量不大，而随着我国西部大开发战略的实施，西部将为我们提供更多的核桃产量2。核桃取仁我国历来靠手工，一人一天平均仅能砸30斤核桃,，取仁约12斤，以天津口岸年出口核桃仁5000吨计
13、，仅取仁一项需占用劳力80多万个劳动日，而且，加工和出口的时间正值三秋和农田基本建设大忙季节，任务重，时间紧，形成与农业争劳力的局面，所以，实现核桃取仁机械化，对解放劳动力，支援农业生产有重要意义。核桃出口国家较多，进口国家比较集中，国际市场斗争十分激烈，实现核桃加工机械化，有利于我们抢时间，争速度，支援外贸。从经济上说，国际市场核桃仁各质量等级的差价甚大。机械取仁有希望提高取仁质量,增加外汇，同时，大规模集中加工，便于综合利用。核桃仁中约占5%的碎末可以集中榨油，大量的核桃壳是做活性炭的好原料。手工分散加工，这些碎末和壳都浪费了。研制核桃取仁机的具体任务是寻找适当的、特别是保证取仁质量的破壳
14、工艺方法，研究实现这一工艺方法所要求的机器。 1.2 核桃破壳机发展现状1.2.1 国外核桃破壳机发展现状核桃年产量在20万t以上的国家仅有中国和美国。中美两国的核桃产量占世界核桃总产量的50%左右，而最有代表性、生产水平最高和市场占有份额最大的当数美国。在美国、澳大利亚以及欧洲等发达国家，核桃绝大部分都经过机械化生产线进行商品化处理。采收通过机械振荡器将核桃果实振落到地面上，再由机械将果实收集起来，运到加工厂进行脱青皮、漂洗、烘干和带壳包装等处理。核桃仁加工也全部机械化，通过破壳机破壳，机械、气流分选机进行壳仁分离，然后用分色机将果仁分为深色和浅色3，最后在根据核仁大小分级，包装即可销售。在
15、国外，核桃生产技术水平、生产率最高的国家，最具代表性的要数美国。在技术方面，不管是采收阶段还是后续的破壳工艺机械化程度很高。他们在采摘前，先喷洒果实催熟药剂乙烯利，然后再用震落机采收，再用脱青皮机脱皮，用清洗机清洗，用烘干机烘干、利用冷库进行干燥处理和贮藏。待核桃水分脱到一定程度后，再用破壳机破壳，最后壳仁分离是用气流分选机分离。主要核桃破壳机类型有4：Larry H.Hemry研制的专利号为6098530机械式核桃破壳机。该机的主要结构由机架、料斗、可调节定位板、破碎装置、传动机构以及动力所组成。机械式核桃破壳机通过调节可调节定位板和破碎装置间的间隙能够适应各类坚果的破壳。Kenneth R
16、.Evans研制的专利号4201126核桃破壳机。该机主要由喂料斗、输送装置、破壳装置和出料口等组成。工作时由输送装置把待破壳的核桃从料箱运送到破壳装置，然后对其进行破壳。Clarence Lloyd Warmack和 Barry Shawn Warmack等研制的专利为6516714核桃破壳机。该机主要由机架、箱体、滚筒、旋转破壳装置和出料口等组成。该机可以成功有效地击打核桃将其壳仁分离。John W. Brazil发明的专利号为 4255855核桃钳。该钳由把手、可调柱塞、夹头、底座和固定套等组成。使用时将核桃放置在底座上，然后通过操纵把手推动可调柱塞在固定套内滑动，可调柱塞伸出从而使夹头
17、将核桃推到刚性砧底座上把核桃夹紧并破壳。Michael P.Filice，Robert Lemos 和Robert P.Baker等研制的专利号为5325769核桃破壳机。该机主要由机架、喂料斗、输送装置、击打装置和传动装置等组成。工作时，料箱中的核桃由输送装置逐一运送到击打装置，然后由凸轮控制击打打头将核桃壳打破使其壳仁分离。 1.2.2 国内核桃破壳机发展现状核桃要完成破壳的工序是要等青皮脱落后，一定时间内核桃本身脱去水分后才进行。在过去，我国核桃破壳主要是靠人工来完成，在一些农家地方用专用的小孔模具来撞击完成破壳工序。随着核桃业的不断发展，手工破壳已经不能完全满足社会的需要。因此，采用机
18、械式的破壳方式是满足社会和生产率唯一选择。当前核桃破壳取仁的方法主要有：离心式碰撞破壳。化学腐蚀。真空破壳取仁。超声波破壳。定间隙挤压破壳5。其中采用第一种方法破壳时会产生大量的碎仁，所以此方法很少被应用；第二种方法，由于在实际操作中仁易受到腐蚀不好控制，产生的废水废液还有可能污染环境，所以应用的也很少；第三、四种破壳方法，需要的破壳设备昂贵，这无疑增加了破壳成本，并且破壳效果也不能达到人们的要求；只有第五种方法值得探索6。我国坚果剥壳机具发展缓慢，远远落后于种植业的发展，在一些生产应用的机具中，存在如下几个突出的问题，因而，难以推广应用7。 (1)剥壳率低。不少剥壳机漏剥或剥壳不完全，果仁去
19、净率不高，有些剥壳机剥壳率只有50%。这是坚果剥壳机推广使用的最大障碍。 (2)损失率高。由于参数选择不合理，造成剥壳不完全现象严重，碎仁夹带在碎壳中难以回收而被弃除。有些机具果仁损失率高达20%。 (3)果仁完整性差。有些机具的设计，为了减少漏剥或剥壳不完全现象，一味追求剥壳率的提高，导致高的破碎率，从而降低了产品的商品价值。 (4)通用性差。一般剥壳机仅能用于某一品种坚果的剥壳作业，对于不同品种的坚果，不能通过更换主要零部件来实现一机多用。 (5)机具性能不稳定，适应性差。为某类坚果专门开发的专用机型，在该坚果品种、大小规格、外壳形状和含水量等因素出现变化时，剥壳机具剥壳性能就变差。 (6
20、)作业成本偏高。我国坚果剥壳机具尚未形成规模和系列，多数是单机制造，制造的工艺水平低、成本高、也因为通用性差，不能一机多用，使得生产企业设备配置的成本高，致使加工坚果的作业成本增加。1.3 课题研究的意义面对国内核桃破壳技术现状以及市场需求，对核桃破壳机的设计进行深入的研究有很强的现实意义与迫切性。现在剥核桃的方法很多比说门缝里夹，锤子砸等等，都解决不了批量剥壳的问题，核桃破壳是核桃深加工的第一步，必须首先解决。经实测发现核桃形状的不规则、壳仁的间隙小，试验证明核桃壳完全破裂所需的变形量大于壳仁的间隙，用一般的机械挤压方法破壳必然会造成大量的碎仁，随着逐年核桃产量的猛增加如何对核桃深加工问题也
21、就随而来之，核桃破壳取仁技术也突显出来了。实际上人工剥壳速度难以满足生产发展的要求，故研制高效剥壳机已经成当务之急 1 。针对核桃加工存在的问题和市场需求确定核桃加工的工艺除脱青皮、分级、清洗、脱水、烘干、去壳、仁壳分离与包装外，还可进一步的深加工。在加工中，存在的问题是核桃脱壳比较困难，主要都由人工完成。人工剥壳难以满足生产的发展的要求，故研制高效剥壳机已成当务之急 8 。 我国的核桃栽培面积约130万hm 2 以上，主要种植区域在西南与西北。在国际的市场上，核桃与杏 仁、腰果、榛子一起并列为世界的4 大干果，核桃作为保健食品早已经被国内外所认识。我国核桃总产量约1万t全国人均占有为 0.2
22、4kg。这与国际上一些国家相比相差很远，如美国人均占有核桃量为1.5kg是我国国民的6 倍。核桃系胡桃科核桃属。原产我国的有4个种和1个杂交种栽 培较多的有普通核桃和云南薄壳核。目前我国核桃面积约为66.7 公顷，年产量约20 多万吨。核桃出仁率达50%左右，优质的核桃仁为淡黄色或琥珀色，营养丰富而味美，可以生食，是很好的滋养品，也是制作糕点的好原料。很多国家有消费核桃的习惯，美国的膳食指南将核桃与大豆列为同类食物。近些年来，核桃除销售干果或核桃仁外，核桃乳、核桃速食粉、核桃精等加工品也进入市场，另有少量的核桃油产品的销售，但是核桃的深加工产品很少见，随着核桃生产的发展，其后续产品的开发和加工
23、迫在眉 8。第二章 核桃的基本性能2.1 核桃的分类我国核桃品种分为核桃类群和铁核桃累群。通常称前者为北方核桃，后者为南方核桃。北方核桃外表近似球形，壳表面沿纵径方向分布着长条沟纹，结合线下半部平，上半部微隆起，约12mm ；南方核桃外表也近似球形，壳表面分布较深的坑点，结合线宽而隆起约23mm。核桃壳厚薄，含仁率高低相近似的一些品种称为品种群。我国核桃品种基本上可划为四个种群，划分标准间表2-1和图2-1。表2-1 核桃品种群划分标准品种群核桃壳厚度含仁率 横隔壁内褶壁 取出仁 纸皮核桃65 退化退化全仁薄壳核桃11.5 5060呈膜质 退化半仁中壳核桃1.62.0 4149呈膜质不发达 1
24、/4仁厚壳核桃2.1 41呈膜质发达碎仁注：横隔壁是指分隔开两半仁的十字架式的薄膜； 内褶壁是指凹凸不平的内壁。图2-1 核桃的内部结构从表2-1中可以看出纸皮核桃和薄壳核桃机械化破壳易于得到全仁，。中壳核桃和厚壳核桃机械化破壳意得到碎仁，原因在于这两种厚壳核桃的横隔壁和内褶壁比较发达，核仁镶嵌比较细密，要想取出这两种厚壳的仁，只能用锥子取出。根据核桃的破壳难易程度，可将核桃分为两类：棉核桃和夹核桃。前者核桃壳厚小于2mm，横膈膜退化或成膜质、革质，内褶壁退化或不发达，可取得1/4或半仁；目前，绵核桃的总量占全部核桃的80%90%，它包括纸皮、薄壳和中壳核桃品种群。后者核桃壳厚超过2mm，横膈
25、膜呈骨质，内褶壁发达的厚壳核桃品种群。2.2 核桃的三维尺寸的测定云南核桃的种类很多，常见的三种常见核桃,分别是产自漾濞的白皮大麻权、大姚的白皮103果和一种皮的厚度很大的杂果。从市场上购买可即食的此三种核桃,市场上销售的核桃大都达到了干燥要求,含水率比较低,壳与仁完全分离,外壳脆硬而仁具有一定的韧性1309 ,市场上销售的核桃大都可以达到试验要求。实验选取漾濞的白皮大麻权作为研究对象，随机取50个核桃,用游标卡尺对核桃的长轴直径、短轴直径和棱径进行测量,尺寸单位为毫米,核桃的外形见图2.2。对核桃的统计结果进行处理。表2.2为漾濞核桃的统计处理结果。图2-2 核桃外形对测量的结果分析，得出：
26、大多的漾濞核桃的三围尺寸都在2738之间，其数量占总量的95%左右。表2-2 漾濞核桃的三维尺寸序号长轴尺寸/mm短轴尺寸/mm棱径尺寸/mm138.2232.528243.2235.430.1335.9631.326.8436.7530.8827.36539.2831.8428.14640.5233.6429.38735.0628.6425.22833.0828.2223.96937.423228.241038.2432.628.46114133.829.21238.832.9229.741338.0630.828.81437.53228.31539.1431.6428.121635.082
27、7.8425.61737.329.625.71837.630.826.81936.830.3427.462038.432.8427.862138.831.728.42235.9428.2225.122341.9232.9427.582435.6829.0425.82536.7431.2425.642638.531.7828.42736.7629.5426.822835.9629.3426.08293831.8828.943036.0830.2827.763138.2233.2229.83235.8429.4826.643337.0831.0827.383429.7227.0423.863539
28、.4833.5828.283632.9628.3425.33734.327.325.383834.4228.6424.943935.629.3826.524038.6232.729.184136.3430.4226.24236.2829.6425.524327.7425.7422.384438.2430.3828.444534.1629.225.6463829.627.64731.2227.3344837.0230274935.3833.4829.55035.631.8228.4总和1838.031533.91365.7平均值36.76630.67827.314从上表2-2中可以看出，此种核桃
29、的三维尺寸近似球形，近似程度用球度表示，球度Q等于近似球体直径除以最大直径，其公式为：Q=(ABC)1/3/A，其中A、B、C分别为长轴尺寸、短轴尺寸和棱径尺寸，即该品种核桃的近似球体直径平均值为31.5838mm。 2.3 核桃的受力分析 核桃的形状是不规则体，在各个方向上的受力是不一样的，见表2-3漾濞白皮大麻权核桃的各方向上的受力平均值。表2-3 漾濞白皮大麻权核桃各方向上的受力平均值10受力方向长轴短轴棱径平均压力/N224.6979214.2057182.3021第三章 核桃破壳机总体结构设计3.1 核桃破壳机械的研究重点现阶段，随着工农业的发展，核桃产业逐年递增，相应的破壳机械种类
30、也有很多，特别是国外的技术已经很先进，在破壳流程中几乎不用人工的参与，但国内的破壳机械还存在一系列的问题，为了使破壳机械在生产中发挥高效率作用，需要对各个破壳机械装置进行比较，进行完善其功能。现阶段我国核桃破壳机械的研究重点是11：(1)提高机械的兼容性和适应性。当前，相当多的核桃破壳机械设计有局限性，它们只能应用在具有特定的地区生长环境的某类核桃中，其兼容性和适应性较差。提高机械的通用性和适应性，通过变换核桃破壳机械的主要部件达到同时具备对其他带壳坚果进行脱壳加工的功能已成为核桃破壳机械发展的一个趋势和新的挑战，如何研制出满足兼容性和适应性的要求的工作部件，改进技术工艺，提高生产效率，给核桃
31、破壳机械作业的发展提出了新的难题。(2)提高机械脱壳率，降低破损率。核桃机械破壳存在的破碎率高、整仁率低的问题是一直制约核桃实现机械化生产加工的重要问题，对我国核桃产业的发展造成了一定影响。处理好这一关键技术将关系到核桃破壳机械在未来的发展和应用。一方面，提高核桃破壳机械的核心技术，改进工作部件，改革传统结构，研发新的脱壳机理，优化结构设计；另一方面，进一步改进和完善整体配置，提高脱壳率，降低核桃仁破损率。(3)提高机械自动化，加强自动控制。目前，多数机械仍脱离不了人工喂料和人工定位，一定程度上降低了生产作业速度和质量，增加了生产成本。为此，需要研发以一种新的人工智能系统，通过机电一体化的手段
32、使脱皮壳机械设备自动喂料、自动定位。并且保证喂料的均匀和定位的有效性，实现自动化操作，进一步提高作业的速度和质量，提高科学性和精确度，满足脱壳机械的发展要求，不断拓宽国内外市场，改变现有的生产结构。(4)提高技术、改进工艺、增加新材料。在这个科技飞速发展的时代，伴随着电子技术、数控技术的发展，核桃剥壳机机械结构复杂、材料笨重、工艺落后等问题将被淘汰，随之而来的是简单的操作流程、较小的阻力、较长的使用寿命、较少的劳动力、轻便的材料等等，类似的高新技术将会被应用到实际的生产中，这也是核桃脱壳机械在未来发展中应重点研发的主要课题。3.2 设计思路来源思路来源于CCTV10我爱发明，主题为破壳利器的节
33、目，破壳利器原理图如图3-1。他的的设计主要的破壳对象是单一山核桃种群。山核桃的个头大体一致，在破壳之前不需要分级。但我们国家的核桃种类很多，提别是杂果，他们的个头三维尺寸差距很大，所以基于破壳对象的局限性，现在设计出一种能破核桃尺寸差异大的破壳装置。图3-1 破壳利器原理图 3.3 设计要求目前核桃破壳机械装置存在较大的地域差异性，在不同的地方产不同种类的核桃，即大小不一，这样就造成了核桃破壳机械的局限性。现设计的新型核桃破壳机械要能改善地域的差异性，能破多种品种的核桃；分级装置的改进，能使生产效率提高和降低碎仁率；调节装置的改进，可以针对不同品种的核桃。核桃破壳装置具体技术要求如下：（1）
34、 破壳对象：云南漾濞的白皮大麻权、大姚的白皮103果和一种皮的厚度很大的杂果； （2）核桃尺寸：云南大多的核桃的三围尺寸都在2738之间，其数量占总量的95%左右，其中漾濞白皮大麻权近似球体直径平均值为31.5838mm； （3）凸轮转数：165转/分钟；（4）破壳能力：39600个/小时（450公斤以上）；（5）装置大小：长、宽、高分别为1193mm、608.5mm左右、1390mm左右（核桃的大小不一样，改变调节装置的位置之后，总体的尺寸会变化，但变化不大，大致变化在120mm之间）。本设计主要通过以下几个方面来完成：（1） 核桃分级装置设计； （2）导向装置设计；（3）撞击头和调节机构设
35、计； （4）执行机构设计； （5）传动轴的设计和固定； （6）带轮、凸轮的选择和设计；（7）机架设计； （8）减速机构和原动力的选择。3.4 核桃破壳机机构设计本设计的核桃破壳机组成部分包括：分级装置、导向装置、破壳装置、减速装置、传动装置和调节装置等装置构成。其核心装置为分级装置、导向装置和破壳装置。工作时依靠核桃自身的重力自上而下形成了一个系统作业的流水线；核桃经过分级装置后被分为两个级，在经导向装置后，把核桃送到破壳装置处；破壳是利用压缩弹簧的力来实现的。破壳装置设计为一次只对一个核桃破壳，这样可以大大提高全仁率。撞击头和执行部件的距离可调的设计，可实现对不同尺寸大小核桃的破壳。3.4.
36、1 弹簧的设计及计算弹簧是一种弹性元件，它可以承载作用力产生较大的弹性变形，弹簧在各种接卸中应用都非常广泛。按照所承载的载荷的不同，弹簧可分为拉伸弹簧、压缩弹簧，扭转弹簧和弯曲弹簧等4种；按照弹簧的形状不同，又可分为螺旋弹簧、环形弹簧、蝶形弹簧、板簧和平面涡卷弹簧等。螺旋弹簧用弹簧丝卷制而成，由于制造简单，成本低，另外在本机构中所使用的弹簧是起到复位的作用，所以选用圆柱螺旋压缩弹簧12。1. 选择弹簧材料根据实际用途和使用环境，结合表16-212 所选用的弹簧材料为碳素弹簧钢丝B级，类弹簧许用应力为0.5BMPa。2计算曲度系数KK （3-1）C旋绕比值C值通常取5-8，在这里取6.4，代入式
37、（3-1）：K3 根据安装控件初设弹簧中径D=16mm，根据C=，得到弹簧钢丝直径d=，由表16-313暂选B=1570MPa，根据表16-213可知许用应力=0.5xB=0.5x1570=785MPa。4拟设弹簧最大工作载荷Fmax=255N， 根据d1.6=1.6=2.50，查表改取d=2.5mm，由表16-34，B=1370MPa，故=0.5xB=0.5x1370=685MPa，取D=16mm，C=，计算的K=1.24， 于是d1.6=1.6=2.72mm 上值和估算接近，取弹簧钢丝标准直径为2.5mm，此时D=16mm，所以外径D2=D+d=16+2.5=18.5mm，内径D1=D-d
38、=13.5mm，因为压缩弹簧长细比b在1-5.3之间取值，这里取5。 根据b=得到，H0=5x16=80mm，经过查表符合GB/T 1358-1993。5工作圈数的计算对于压缩弹簧 n= （3-2）G弹簧材料的切变模量，根据表16-213选的G=83000G/MPad弹簧丝直径，d=2.5mm设最大变形量=50mm代入式（3-2）得到n=6. 自由高度H0 由表16-513 选择弹簧自由长度为130mm，弹簧的二维示意简图见图3-13，三维示意简图简图3-14。图3-2 二维复位弹簧示意简图图3-3 三维复位弹簧示意简图3.4.2 电机的选择1选择电动机的类型一般破壳场所灰尘很大，电动机应该选
39、择具有防止灰尘或其他杂物侵入的。Y系列三相交流电动机是按照电工委（IEC）标准设计的，安装尺寸和功率等级符合国际标准（IEC），具有国际互换性的特点，Y系列三相交流异步电动机具有高效、节能、噪声小、振动小、运动安全可靠的特点，适合无特殊要求的机械，如机床、鼓风机、传输机等小型设备中。另外三相交流异步电动机还有结构简单、工作可靠、维护方便、价格便宜等优点，在此设计中，工作环境等一系列条件没特殊要求，所以在此系统中的电动机类型选择为：Y系列三相交流异步电动机。2 电机型号的选择 根据前面的主轴设计要求，电机的选择型号如下表3-113所示：表3-1型号电动机的技术参数型号额定功率满载转速同步转速效率
40、最大转矩重量Y90L-61.1KW 910750r/min77.5%2.025kgY90L-6型电动机的机座号为160M，安装尺寸如下表：表3-2 电动机安装尺寸及外形尺寸机座号DFGEBCALACABHD180L481442.51102411212792851651651703.4.3 减速机构的设计1 减速器的选择电机同步转速为750r/min，减速器输出转速为165r/min,即电机与带轮的传动比为4.54，根据表18-112，减速器选择单级齿轮减速器。根据国标JBT 8853-2001选择减速器的尺寸大小如下表3-3所示，装配形式示意图如图3-4 所示。表3-3 减速器尺寸及外形尺寸A
41、BHad1Lb1125195330125488214图3-4 减速器装配形式示意图2 联轴器的选择电动机与减速器的链接选择联轴器，被连接轴的最大转速不能超过联轴器所允许的最大转速nmax，即：n nmax上式中n 被连接轴的转速； nmax 所选联轴器允许的最大转速；表3-4 联轴器型号公称转矩轴孔直径(d)轴孔长度（L）L0DD1转动惯量许用转速（r/min）-YLD9-400-50J/J1型J/J1型-140-115-0.064-680060125 根据联轴器国标GB 5843-86，所选的联轴器的示意图和规格入上表3-4所示。3 带轮的设计带轮是依靠带与带轮接触面间的摩擦传动的，它可以吸
42、收和缓冲震动，结构简单，价格低廉。 （1）确定计算功率。 由表8-713查得工作情况系数=1.1，故Pca=p=1.1x1.1=1.21kw（2）选择V带的带型。 根据、n1由图8-10选用B型。（3）确定带轮的基准直径dd，并验算带速v 。 初选小带轮的基准直径dd1。由表8-6和表8-8，取小带轮的基准直径dd1140mm。验算带速v。按式（8-13）验算带的速度。 因为5m/sv30m/s，故带速合适。(4)计算带的根数z。 计算单根V带的额定功率，由dd1140mm 和n1=720r/min ，查表8-4a得：p0= 1.64KW。 根据n1=720r/min，i= 1和A型带，查表8
43、-4b得：p0=0Kw，查表8-4和8-5得：k=0.89，kL =1.01于是：Pr=(p0+p0)kkL =0.89 计算V带的根数z，Z=pca/pr =1.21/0.89=1.35 2 取z=3按照设计要求两个带轮的设计大小一致，转速均为n1=n2=165r/min。带轮的材料选择HT150，由带轮的基准直径dd1=170mm300mm,因此小带轮可采用腹板式。（5）带轮轮槽截面尺寸如图3-5所示，三维实体建模如图3-6所示：图3-5 带轮轮槽截面尺寸示意图 图3-6 带轮三维实体建模3.4.4 凸轮的设计及计算（1）凸轮类型的选择 凸轮机构可实现从动件各种预期的运动规律要求，在各种机
44、械，特别是自动机械和自动控制装置中获得广泛的应用。适当地设计凸轮的轮廓曲线可实现各种运动规律，且能实现相同功能的机构中，凸轮机构的结构简单、紧凑、效率较高。另外由于凸轮轮廓线与从动件间为点、线接触，易磨损、承载能力低，凸轮轮廓加工困难，所以在设计凸轮机构时要对接触部分进行必要的改变，从而达到设计使用要求的目的。凸轮机构的形状多种多样，按凸轮的形状可分为盘型凸轮、移动凸轮、圆柱凸轮等；如根据推杆的形状这可分为顶尖推杆、滚子推杆、平底推杆；其中顶尖推杆结构最简单，但易磨损，只适用于作用力不大和速度较低的场合，滚子推杆结构由于滚子与凸轮轮廓之间为滚动摩擦，故磨损小，可用来传递较大动力，应用较广；平底推杆机构由于凸轮与平底接触面间形成油墨，润滑较好，故常用于高速传动中。在设计中凸轮的作用就是压缩弹簧的作用，但要达到设计要求，凸轮和一般常见的凸轮不一样。撞击核桃他是靠压缩弹簧之后，弹簧驱动撞击杆做功的过程。所以凸轮做功原理和平底推杆形凸轮一致。（2） 凸轮的设计 凸轮结构推杆的多项式运动规律的一般表达式为： (3-3) 其中：为凸轮转角； S为推杆位移； C0，C1，C2. 为待定系数，可利用边界条件等来确定。常见的有几种
