椰子剥壳机的设计

椰子剥壳机的设计摘要椰子(Cocos nucifera L.)是棕榈科椰子属植物，为多年生常绿乔木，广泛分布于世界上近100个地处热带的国家和地区，其中主产国是印尼、菲律宾、印度和斯里兰卡等，我国椰子的主要种植区在海南，种植面积和果实产量均占全国的90以上。椰子果是椰子树的果实，俗称椰子国人对于椰子的利用传统上采用剖切的方式只是能摄取汁液，剩余果皮残渣就随处丢弃严重制造污染，因此椰农转型推出剥壳椰子，即先行剥除椰子外壳仅存内果皮（硬壳）再加以冷藏保鲜贩售，果皮残渣再经粉碎后当介质利用，作法上较为环保，目前剥壳方式仍以人工为主。本研究针对椰子基本物性加以探讨分析，进而规划设计剥壳机构。调查显示椰子外观大部分呈三稜形，果实由外果皮、中果皮、内果皮组成，外果皮呈绿色或浅黄色，光滑坚实，富韧性，中果皮属纤维层含软木屑包覆著内果皮。经试验结果显示果皮含水率变化与破坏力之间有密切关系，即外果皮破坏力随著含水率下降有逐渐增大现象，中果皮破坏力与含水率多寡无直接关系，但与纤维条数、厚度有关。本研究设计三角锥型齿剥壳机构以拉扯方式将椰皮撕裂，椰子剥衣工序由人工操作变为机器操作，不仅可以大大提高生产效率，为后期工序提供充足的原材料，更重要的是能够保证操作人员的人身安全，减少伤残事故的发生。同时由于前期工序采用了自动化，不仅可以节省大批的劳动力，而且解决了椰子生产企业扩大生产规模的瓶颈问题，为企业扩大生产规模，提高经济效益开辟新的途径。关键字： 椰子剥衣机 ； 滚切式 ；刀架 ； 空气吹扫。AbstractCoconut (Cocos nucifera L.) is a coconut palm species, is a perennial evergreen tree , widely distributed in the worlds nearly 100 countries and regions located in the tropics , where the main producing countries are Indonesia, the Philippines , India and Sri Lanka , our main coconut growing areas in Hainan, planted area and yield fruits account for more than 90 % of the country . Coconut fruit is the fruit of the coconut tree , commonly known as coconut. For people using traditional cut way using only capable of taking on the coconut juice , peel residue remaining on everywhere discarded serious polluters , so coconut husking coconuts agricultural transformation launch that first strip of coconut shell remaining endocarp ( hard shell ) coupled with cold storage to sell , then peel residue after crushing when the media use , the more environmentally friendly practices , there is still labor -based sheller way . In this study, to investigate the analysis of the basic physical properties of coconut , and then peel the planning and design agency . Survey shows that the appearance of most of the three prism coconut , fruit from the exocarp , mesocarp , endocarp composed husk green or pale yellow , smooth and solid , rich toughness, mesocarp endocarp fiber -containing layer is a soft wood covered with . The test results showed close relationship between the peel and destructive changes in moisture content , that husk destructive moisture content decreased gradually with increasing phenomenon , mesocarp destructive and not directly related to the amount of moisture , but the number of fibers , thickness. The study was designed triangular pyramidal teeth pulled way Sheller institutions coconut skin torn clothing coconut peeling process by a human operator into a machine operator , not only can greatly increase productivity, provide adequate raw materials for the latter process is more important to ensure the safety of the operator, reduce the incidence of disability accidents. At the same time due to the early adoption of automated processes , can not only save a lot of labor , but also to solve the coconut production enterprises to expand the scale of production bottlenecks for enterprises to expand production scale , opening up new ways to improve economic efficiency . Keywords: Coconut stripping clothes dryers; roll-cut; knife; air purge.目录摘要21.概述41.1 引言41.2 基础数据试验52. 椰子剥壳机的总体设计102.1椰子剥壳机的设计理念102.2椰子剥壳机所采用的结构103.主要参数设计163.1壳机所需功率计算163.2电动机的选择163.3减速器的选择173.4验算剥皮机的剥皮速度183.5风机的选择183.6联轴器的选型计算.193.7滚珠丝杠的选择设计.204.结构设计284.1面板的设计284.2刀具的选择295.主要零部件的强度计算315.1滚动轴承的校核315.2滑动轴承的校核345.3轴的校核345.4 键连接的选择及校核376、结 论38参考文献39致谢391.概述1.1 引言可可椰子属棕榈科大型热带植物，分佈范围涵盖热带亚洲、大洋洲、拉丁美洲及非洲，极限纬度在南北纬27，理想的纬度则在南北纬20，柯(1980)，其中台湾产区分佈之纬度在北纬23.6。椰子自古即有天堂树之美称，具有商业及工业用途。如椰子水含多种生长激素及维生素C，可作清凉饮料，椰纤可作栽培介质及垫片，椰子壳则含灰分、木质素、纤维素、戊聚糖等成份可作工艺品或椰雕，椰肉可生食、做菜或加工製作成椰油、椰子粉、椰脂等利用价值非常高。对于椰子利用方式国人仍以摄取汁液当作饮料为主，由于椰子之外皮光滑坚实，富韧性、造成消费者处理上的困扰，因此只好购买路边摊贩将椰子剖切后瓶装之椰子水，其馀椰纤或椰壳均未善加利用，随便丢弃于山沟、河床或路边，制造环境污染。以海南省2010年农业统计年报椰果产量49,522吨，农业统计年报(2011)，则一年大约要製造32,932吨污染物，确实会造成环保问题。基于上述原因及加入WTO国外椰子进口后之冲击下，椰价每况愈下，促使椰农转型推出剥壳椰子（即先行去除椰子外壳仅存内果核），此产品经冷藏保鲜后贩售颇受消费大众欢迎，其原因为体积减少，携带方便，消费者只要将吸管插入果核芽眼即可摄取到椰子汁液，方便又环保，此加工后之剥壳椰子产品为椰农带来商机。以目前一年大约可生产1万8千余吨剥壳椰子，每公斤单价以23元计，则产值约4亿1千多万元，若再将去除之果皮纤维粉碎后作为其他用途之质材贩卖，每公斤市价4元计，产值达1亿2千余万元，合计加工后总产值达5亿3千余万元，（其他副加产物尚未包括椰壳及椰肉），比未加工前以鲜椰果贩卖时每公斤市价6元计，总产值约2亿9千余万元高出2亿4千余万元（表1）。目前椰子剥壳方式系利用一支固定三角架上焊接尖扁型齿，以手持椰子往下重击尖扁型齿将坚实外皮刺破后再分层剥除（图1-1），每小时大约可处理6080粒，此人工作业方式费时耗工，操作过程危险性高。图1-1 人工剥壳的方式国内有关椰子剥壳机械可供参考资料甚少，因此本研究拟针对椰子基本物性加以探讨分析，希望设计出可取代人工之剥壳机构，提升作业效率及降低加工成本，使椰子产业得以永续经营。1.2 基础数据试验1.2.1 外观及组织结构随机抽取大、中、小各30粒椰果，将其切成剖面，如图所示。图1-2 椰果剖面图用游标卡尺对外果皮及中果皮之厚度加以测量，外果皮测量外缘皮，中果皮测量区域从果蒂起始点、尾端起始点、二侧外缘（离内果核最接近点）等各取6点加以测量，由于中果皮组织含软木屑，纤维呈条形，测量时将软木屑刮除后再量取纤维厚度。由表3得知外果皮平均厚度0.5mm，中果皮部分为果蒂起始点平均厚度39.8mm、尾端起始点平均厚度19.8mm、外缘a值及b值平均厚度分别为21.2mm；18.6mm，纤维平均厚度0.23mm，从测量结果由中果皮外缘周厚度椰子因生长环境条件及栽培技术或品种之不同外观呈不规则状，海南所栽培之绿色品种通常呈三棱形，外果皮色泽亦因品种不同大约有绿色、黄色、橙色等，椰子果实结构组织可分为外果皮、果皮（纤维）、内果皮（硬壳）等，外果皮表面光滑坚实，富韧性，中果皮由纤维构成内含软木屑，纤维呈长条状形，内果皮则为坚实的硬壳内含椰子汁液及果肉。由（表2）得知大粒果平均每粒重在4,260g，外中果皮占69%汁液含量占17.3%；中粒果平均每粒重在3,200g，外中果皮占64.1%，汁液含量占25.4%；小粒果平均每粒重在1,800g，外中果皮占64.9%，汁液含量占14.3%，显见消费者若要购买椰子或剥壳椰子以选择中粒果最经济，利用性较佳。1.2.2 椰果表皮含水率变化一般椰农将採下来的鲜椰果及时完成剥壳可保椰汁新鲜度，经观察椰子若在常温2528存放10天后表皮或果蒂部分开始脱水形成离层现象，可能影响椰汁品质或发生异味。本试验随机抽取採收后大、中、小椰果各30 粒，按照110 天数逢机取外、中果皮样品数，以摄氏1032，烘干时间为4小时以上，到结干恒重止，测试果皮10天内含水率之变化。为椰子採收后第1天至第10天外果皮及中果皮所作的含水率测定结果及变化情形外果皮含水率从第一天68.5降为48.9，降幅达19.6，中果皮含水率从第一天88.6降为77.2，降幅仅达11.4，由试验结果得知中果皮水份变化较小，显示保水性相当好，作为农园作物栽培利用上颇佳之质材。图1-3 椰子采摘10天含水率变化图1.2.3 椰皮破断力测量以随机取样方式将外果皮切成10cm 2cm0.50.6mm；中果皮由外层往内切成10cm 2cm56mm试片各30片，两种果皮第一片不乾燥先行利用械械式拉力计测试破断拉力及利用切断试验机，将试片摆放在塑胶板上，利用刀具由上往下将果皮切断为止，计算其最大切断力，其馀分批置入乾燥箱内，经预备试验结果以乾燥速率较接近自然乾燥之温度外果皮以25、中果皮以35进行乾燥，每隔30分钟依序取出以同样步骤加以测试，两种果皮试片共做10次3重复。外果皮及中果皮破断拉力测试外果皮含水率从未乾燥前之63.5下降至24.9时，其破断拉力值从8.25kg增至10kg，最大破断拉力为13.25kg，单位面积平均抗拉力为1.02kg/mm抗拉力随著果皮含水率下降有逐渐增大的现象；中果皮含水率从未乾燥前之85.2下降至70.2 时，破断拉力值则介于2140kg之间，平均值为30.34kg，单位面积平均抗拉力为0.29kg/mm2，显示中果皮之抗拉力与含水率无直接关系，但与纤维分佈条数及厚度有直接关系R20.85，即纤维条数越多或纤维的厚度越厚，抗拉力越大。果皮（硬壳）等，外果皮表面光滑坚实，富韧性，中果皮由纤维构成内含软木屑，纤维呈长条状形，内果皮则为坚实的硬壳内含椰子汁液及果肉。由得知大粒果平均每粒重在4,260g，外中果皮占69%汁液含量占17.3%；中粒果平均每粒重在3,200g，外中果皮占64.1%，汁液含量占25.4%；小粒果平均每粒重在1,800g，外中果皮占64.9%，汁液含量占14.3%，显见消费者若要购买椰子或剥壳椰子以选择中粒果最经济，利用性较佳。外果皮及中果皮切断力测试，由刀具对椰子外果皮及中果皮切断力试验，结果显示外果皮切断力随著含水率下降呈现需较大切断力现象；中果皮切断力则与含水率无直接关系，仍与纤维条数及厚度有关，R20.86。剥壳机构规划设计与性能测试第一阶段机构设计与测试外果皮光滑坚实又富韧性，依前项物性测试值其最大破断拉力达13.25 kg；中果皮最大破断拉力高达40kg，因此初步设计一组弧轮，在弧轮上等距排列方式銲接9支长5cm字锥型齿，并以2HP马达及链条带动弧轮滚动，将椰子摆放在字锥型齿上，测试结果利用其齿牙滚动可将椰子坚实果皮分块撕裂，但连带容易将椰子内果核撕破，造成椰子汁液外溢，由以上第一阶段设计及试验，可得到以下结论：进行剥壳作业时必须要将椰子上下挟持及旋转，防止椰子被弧轮上的锥形齿刺破或撕裂后卡住，而无法进行二次撕裂动作。2. 椰子剥壳机的总体设计2.1椰子剥壳机的设计理念椰子属棕榈科椰子属单子叶多年生常绿乔木，是一种典型的热带木本油料作物。椰衣表皮厚1-2mm。它是由革质粗纤维组成。强度大、韧性强、木质素含量较高。椰衣纤维坚韧而富有弹性、耐腐蚀、具有较高商业价值。目前海南省有椰子加工企业近300家.但是大部分企业规模小、技术薄弱，产品加工的机械化水平较低，难以提高经济效益和资源利用率。对此，国内外很多相关机构和人员都在从事这方面的研究，也取得了一些成果。比如有用三角锥型齿剥壳机构以拉扯方式将椰皮撕裂后，又改用高速旋转的盘刀以切削方式对椰皮进行破坏的剥衣机。剥衣率仅为57.3%，有利用高速旋转盘刀切削破坏椰衣，残余的果皮纤维再通过旋转的网丝轮加以去除的旋切式剥衣机和基于对椰子的几何，物理机械特性的研究后用带钉齿的双齿辊并压框实现剥衣的新式设计剥衣机，剥衣率都约为85%。但剥壳后椰衣纤维被严重破坏，产品的经济价值减少。有利用六角刀具扎入椰衣旋转剥开椰衣的自动剥衣机。但是装夹椰子操作复杂，操作人员的劳动强度较大。以上的椰壳剥衣机，虽然都实现了对椰衣的剥除。但剥衣效果差异较大，都有不同程度的缺陷。相对市场化还有很远的距离。所以海南的大部分椰子产品还是采用传统的手工或者半手工的方式加工。这种方式工人劳动强度大，效率低，安全性差，极大地制约了椰子产业化，商品化的发展。研究设计一种综合考虑上述诸多剥衣缺陷的新型高效剥衣机是椰子产业发展的急需解决的问题。本设计将要设计一种椰子剥壳机，该机由传动系统、喂入装置、剥衣装置、高压气流、储料箱机架组成。工作时，首先，开启高压空气把剥衣钉板吹扫干净，之后椰子通过喂料口进入剥衣装置的两个剥衣钉板之间，通过伺服电动机的带动及螺杆的传动，使得左侧竖直钉板和右侧倾斜钉板依次移动。椰子被剥除干净后，左侧的剥衣钉板退回。光滑的椰子落到过滤网上，滚落下来，方便工人收集。被剥除的椰衣会透过过滤网落入下面的皮屑收集箱中，保证了操作车间的整洁。然后两个钉板复位，进入下一个剥衣过程。 该机具有生产率和剥壳率较高，剥壳后椰衣纤维破坏较轻的优点，适用于中小型企业使用。 2.2椰子剥壳机所采用的结构2.2.1动力机构本次设计选取两台伺服电机，配两个NGW72-15型减速器。伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。伺服电机的优点：1、精度：实现了位置，速度和力矩的闭环控制；克服了步进电机失步的问题；2、转速：高速性能好，一般额定转速能达到20003000转；3、适应性：抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载，对有瞬间负载波动和要求快速起动的场合特别适用；4、稳定：低速运行平稳，低速运行时不会产生类似于步进电机的步进运行现象。适用于有高速响应要求的场合；5、及时性：电机加减速的动态相应时间短，一般在几十毫秒之内；6、舒适性：发热和噪音明显降低。简单点说就是：平常看到的那种普通的电机，断电后它还会因为自身的惯性再转一会儿，然后停下。而伺服电机和步进电机是说停就停，说走就走，反应极快。但步进电机存在失步现象。本次选用无锡信捷电气股份有限公司所生产的伺服电机Ys-90S-8。减速机在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，减速机是一种相对精密的机械，使用它的目的是降低转速，上海长城减速机蜗杆减速机和行星齿轮减速机；按照传动级数不同可分为单级和多级减速机厂轮形状可分为圆柱齿轮减速机、圆锥齿轮减速机和圆锥圆柱齿引轮减速机；按照传动的布置形式又可分为展开式、分流式和同进轴式减速机。减速器是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动、蜗杆传动、齿轮-蜗杆传动所组成的独立部件，常用作原动件与工作机之间的减速传动装置 。本次设计选用的减速器的型号为NGW72-15。2.2.2传动机构联轴器联轴器是一个可以连接二个不同机器的轴，在传动过程中一起旋转的机械元件。一般来说在联轴器运作过程中，二个轴不会脱开，不过有些有扭力限制功能的联轴器，在扭力过大时会使二轴有速度差，甚至脱开的功能。在加工车间和工厂内,也被广泛称为“靠背轮”。联轴器的主要用途是结合二个旋转件，在一定程度的轴向、角度偏差或端面位移时仍能正常的运作。若妥善的选择、安装及维护联轴器，可以减少大量的维修费用及停机时间。联轴器属于机械通用零部件范畴，用来连接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的连接部件。本次选用ML系列梅花形弹性联轴器。ML型梅花形弹性联轴器适用于联结两同轴线的传动轴系，具有补偿两轴相对偏移，减震，耐磨及缓冲性能，工作温度为：-35+80，传 递公称转矩为1625000N.m。ML系列梅花形弹性联轴器主要由两个带凸齿密切啮合并承受径向挤压以传递扭矩，当两轴线有相对偏移时，弹性元件发生相应的弹性变形 ，起到自动补偿作用。丝杠 丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是艾克姆螺杆的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滑动动作变成滚动动作。丝杠的原理1、按照国标GB/T17587.3-1998及应用实例，滚珠丝杠（已基本取代梯形丝杆，俗称丝杆）是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确等2、当滚珠丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杆的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。本次设计利用丝杠，把原动机的圆周运动，转化为了剥壳机构的直线运动。剥壳机构剥衣钉板部分主要包括钉板，两侧护板，刀片，活板，内孔气道，挡块钉板大小约50X50mm。钉板由钢板加工而成。工作表面镶入特制的刀片钉板前边用弹簧联接活板。活板中间开有高压气道，表面开有气孔孔与孔之间，刀片与刀片之间都间隔。左右钉板背面上接丝杠装置，活板下边接高压送气装置当切削完毕，椰子离开钉板，活板通过弹簧弹力复位!把少量缠裹在刀片上的椰衣纤维推离刀片，然后由高压气体吹扫干净。剥衣钉板两侧有护板，以防止椰子或椰衣碎片意外飞出护板上有挡块。调整挡块位置，可以限定活板活动范围，进而决定刀片剥衣时的切入深度为了缩减钉板的大小和行程。两块顶板错开放在机架上，并且为了钉板运行平稳，顶板的底部连有滑块，可以在机架的滑轨上滑动，同时为了最大面积的接触剥除椰衣，左侧钉板竖直放置，右侧钉板倾斜放置，并且倾斜角度可以通过后边的斜度调节旋钮适当调节，与护板的挡块配合，可以满足不同品种，形状差异较大的椰子剥衣。吹扫风机，在剥皮之后，风机将椰子皮吹往指定位置，便于清洁，保护环境。参数利用机械和电动系统协调控制工作，该设备配备总动力为680W。对由于椰子品种差异和含水量造成的形状，硬度不同的，本椰子剥衣机均能调整适用根据工人操作的熟练度，该剥衣机每小时可剥衣500-600个小时。3.主要参数设计椰子剥壳机能否正常运转，看的是其主要部件的设计，如果设计不合理，机器就不能正常运转或者说不能运转，那么生产出来的这台机器就是一堆费品。设计合理，机器就能正常的运转对并对椰子进行剥壳。因此，椰子剥壳机的主要部件的设计在整个设计过程中显得尤为重要，合理的设计将提供给使用者更多的方便和实惠。3.1壳机所需功率计算由果皮破断力测量可知椰果皮最大破断力为40kg即：F=4010=400N根据所给产量要求500-600个小时,此为椰子仁的产量，此即每6S就要完成一次剥壳。左边剥壳机构刀片进给量至少为0.5m/s，方向为X轴方向，右边剥壳机构刀片进给量至少为0.5m/s，方向为Y轴方向。由此可知剥一个椰子需要的功率为：=4000.5=200W3.2电动机的选择传动装置总效率： 由滚珠丝杠导程公式： 选取则丝杠的转速至少为由机械设计手册查得行星齿轮减速器传动比范围为40400则至少需要电机的转速范围为结合所计算的电机功率，可选电机型号为Ys-90S8具体参数如下： 品牌：奉微 型号：YS-90S8 额定功率：370（W） 产品类型：三相异步电动机 额定电压：380（V） 额定电流：1.38（A） 额定转速：700（rpm） 额定转矩：5.048（NM） 3.3减速器的选择由于电机转速为700r/min,滚珠丝杠的转速为10r/min则传动比选70先按初选：查表8-465，剥皮机工作负荷平稳，且为连续工作10-24小时，得：K1=1.12=3701.12=414.4W查表8-462，初选减速器型号为NGW72-15，其n1=600r/min, =5.6KW按进行校核查表8-460，按，查表8-464，得已知电动机转速为700r/min，所以V=V700/600=0.701700/600=0.818m/s查表8-466，得 =3701.12=414.4WNGW72-15在电机转速700r/min时，=5.67/6=6.53KW 所以满足要求。3.4验算剥皮机的剥皮速度根据所选电机及减速器的相关参数计算得滚珠丝杠的旋转速度：其中 为减速器的实际传动比计算得刀具的进给速度为，大于上述中所需要的进给速度0.5m/s，所以满足设计要求。3.5 风机的选择由上表2、3椰子基本物性及外果皮厚度的测量表可计算出椰子皮的密度为：=m/vm=2051g-每粒椰果外果皮加中皮的平均重量V=1223.30.5+（39.8+19.8+21.2+18.6）/4+0.24/10 =3130cm3 则椰果皮的密度=0.66g/ cm3根据钉板的排布可知，所剥的椰果皮的截面尺寸为30mm30mm，椰果皮最大厚度为39.8mm，从而计算出剥掉的椰果皮最大质量为：m=v=0.6693.98=23.65g欲将椰果皮往排渣口吹扫，需要克服椰果皮与集渣箱的摩擦力，其最大摩擦力为： 其中u为摩擦系数，取经验值0.5。将最大质量的椰果皮按最小截面计算，其截面面积为： S=33=9cm2欲克服最大摩擦力则所需风压Pf/s=0.12/（910-4）=133pa可选风机型号为Y4-73-10D其参数为：3.6联轴器的选型计算联轴器是机械传动常用的部件，它主要用来是联接轴与轴（有时也联接其它回转零件）。以传递运动与转矩。用联轴器连接的两根轴只有在机器停车后用拆卸的方法才能把两轴分离。 结构如下图： 校核公式： = 公称转矩 T=5.048N.mm查表11-1得=1.5 =1.55.048=7.572N.mm =7.572N.m根据工作要求，选用弹性套柱销联轴器，型号为ML1.联轴器的型号具体参数如下 型 号公称转矩Tn N.m 许用转速钢nr/min轴孔直径d1、d2、dz轴孔长度J型ML1251150016，1830由所选联轴器的公称转矩为25N.m，许用转速11500r/min700r/min，满足设计的性能要求。3.7滚珠丝杠的选择设计在一般情况下，设计滚珠丝杠时，必须知道下列条件：最大工作负载 Fmax（或平均工作负载Fm）作用下的使用寿命T，丝杠的工作长度L（或螺母的有效行程），丝杠的转速n（平均转速n），滚道的硬度HRC及丝杠的运转情况，然后按下列步骤进行设计。1、 计算作用在滚珠丝杠上的最大动负载Ca的数值。2、 从滚珠丝杠设计标准中，找出相应尺寸系列对应的最大动载荷Ca的相近值，并初选型号。3、 根据具体工作要求，对于结果尺寸、循环方式、调隙方法及传动效率等方面的要求，从初选的几个型号中再挑选出比较合适的公称直径d0、导程L0、滚珠列数k、滚珠圈数j等确定某一型号。4、 根据所选出的型号，列出（或算出）其主要参数的数值；验算其刚度及稳定性系数是否满足要求。若不满足要求，则需要另选其它型号，再做上述的计算和验算直至满足要求为止。3.7.1确定滚珠丝杠的支承方式：一、 滚珠丝杠常用的支承方式见下图。图a为一端轴向固定一端自由，常用于短丝杠和竖直安装的丝杠。图为一端固定一端简支，常用于较长的卧式安装丝杠。图c为两端固定，常用于长丝杠或高转速、要求高速精度、高刚度的地方。这种方式还可以预拉伸。这种安装方式虽优点显著，但工艺比较困难。滚珠丝杠都用滚动轴承支承。可用的滚动轴承种类很多。从目前情况看来，本课题可选用角接触球轴承：这种轴承可以组配。( a )图为一对背靠背，( b )图为一以面对面。都承受两个方向的载荷。由于螺母（固定在床鞍上）与丝杠（固定在床鞍上）与丝杠（固定在床身上）的同轴度难免有某些误差，希望轴承有一定的自动调心作用。面对面组配时，两接触线与轴线交点之间的距离比背靠背时小，调心较易。所以丝杠轴承面对面配用得比较多。这种轴承是在预加载荷的条件下组配的。背靠背组配时，内圈端面各磨去装配时压紧内圈。就可施加预加载荷。简支端常用深沟球轴承，不预紧。本课题设计采用的是角接触球轴承，原因在于： 1.横向进给系统既承受纵向的力，又要承受横向进给力，考虑到系统受力情况； 2. 为了保证加工精度，横向进给系统的运动轨迹范围决定了采用角接触球轴承。 3.7.2滚珠丝杠副额定载荷：（1）额定动载荷Ca即在一组有相同参数的滚珠死杠副中，把90%达到10转而不发生疲劳剥伤所能承受的纯轴向载荷称为额定动载，以Ca表示。（2）额定静载荷Cao:在滚珠丝杠副静止（或转速10r/min状态下，承受最大接触应力的滚珠和滚道接触面的塑性变形量只和为滚珠直径0.00001倍时的轴向载荷，称为额定静载荷，以Cao表示。3.7.3滚珠丝杠幅主要参数的确定：（1）按预期寿命Ln及轴向载荷Fa进行选择：Ln=(Ca/Fa)10（转）1 （3-1）一般情况下，Fa可以用平均载荷Fm予以代替：Fm= 1 （3-2）式中；Ln为预期设计寿命，Fmax为最大轴向载荷，Fmin为最小轴向载荷。对于机床Ln通常取Ln=2010（转）则：Ca=Fm:2.71Fm 1 （3-3）本课题设计的要求，系统最大进给力为2750N，横向进给为一半即1375N，所以得：Fmax=680N（经验值）Fmin=35%Fmax =238N所以Fm=537.7N故：Ca=2.71Fm=2.71237.7=644.2N(2)按承受的最大轴向力Fmax确定参数计算静负荷Cmo：Cmo=KKFmax即CmoCmo=1.52680=2062.5N故；丝杠的额定动载荷Ca644.2N 丝杠的额定静载荷Ca2062.5N选择：代号为2505-4型的滚珠丝杠，其基本直径25mm，大径24.5mm基本导程5mm3.7.4对选定的滚珠丝杠幅参数进行核算：（1）最大轴向压缩载荷F滚珠丝杠受压力作用后，在弹性范围内的临界稳定载荷Fc由下式计算：Fc= 4 （3-4）式中：m=2010（N/mm）dc为公称直径（mm）.d为滚珠直径（mm） Ls为丝杠轴的支撑距离（mm） 则： 水平安置时n=4 n许用稳定安全系数 F 即F为最大载向压缩载荷Fa(2). 极限转速的计算为使丝杠副在高速运转时不发生共振现象，应对其极限转速进行核算。当丝杠发生共振时转速称为临界转速，以Nc表示： Nc=121 4 （3-5）式中：为公称直径； d为滚珠直径为支承结构系数 K=2.5 极限转速n满足：n e 则有X=0.56，利用插值法：Y=2.16 由公式P=(X+Y)可得 P=1.2（0.56318+2.16198）=726.912由公式h12000h 所以满足要求。即高速级选用6204型号的轴承5.2滑动轴承的校核滑动轴承的选择分析（1）滑动轴承根据摩擦状态不同可分为非液体润滑轴承和完全液体润滑受轴承。完全液体润滑轴承又分为动压润滑轴承与静压润滑轴承。工程上大多用非液体润滑轴承。滑动轴承有多种结构型式：整体式、剖分式、自动调心式等。由于滑动轴承本身有一些独特的优势，适用于一些特殊的场合，如高速、重载、高精。（2）轴承材料和轴瓦结构对滑动轴承的性能影响较大，应综合考虑多方面因素选定轴承材料和轴瓦结构。（3）非液体摩擦滑动轴承计算和校核时，限制压强p，以保证润滑油膜不被破坏；限制pv值，以保证轴承温升不至于太高，因为，温度太高，容易引起边界油膜的破裂。（4）根据流体动压润滑的形成原理设计出的动压润滑滑动轴承，主要用于连续高速运转的场合。本次设计选择40X30X20mm尺寸的滑动轴承，材料为锡青铜。5.3轴的校核对减速器与联轴器之间的连接轴进行校核。校核轴的强度 (1) 计算支反力。 在垂直面上 在水平面上轴的弯矩和扭矩轴的扭矩与弯矩图如下：力的单位（N），扭矩（N.M） 校核轴的强度从轴的结构图以及弯矩和扭矩图可以看出小齿轮所在截面为危险截面。先将计算出的截面处的值列于下表： 载 荷 水平面H 垂直面V支反力 F弯矩 M总弯矩扭矩 T按第三强度理论,计算应力 式1通常用由弯矩产生的弯曲应力是对称循环应力,而由扭矩产生的扭转切应力则常常不是对称循环变应力.为了考虑两者循环特性的不同影响,引入折合系数,则计算应力为 式2扭转切应力为脉动循环变应力，取对于直径为d的圆轴，弯曲应力为,扭转应力为，将和代入式2，则轴的弯扭合成强度条件为，前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由表15-1查得。因此，故安全。5.4 键连接的选择及校核齿轮键宽键高键长联轴器左端10832联轴器有段10840联轴器左端键的校核（1）键的类型及尺寸 选用 A型 （2）强度校核 l = L-b= 32-10=22mm k = 0.5h = 4mm 键安全适用联轴器左端键的校核（1）键的类型及尺寸 选用 A型 （2）强度校核 l = L-b= 43-10=33mm k = 0.5h = 4mm 键安全适用6、结 论本研究针对椰子基本物性的测量与分析，进而规划设计剥壳机构并加以测试，获得以下结论：以椰子基本物性分析显示中粒果平均汁液含量比大与小粒果多8.111.1%；果肉平均含量亦比大粒果多4.3%，与小粒果比较少0.4%但差异图11 椰子剥壳机械示意图Fig.11 The shell machine for coconut图12 刀具角度与剥壳率之间变化Fig.12 The relationship between the angle of the cutter set and the shelling rate32 农业机械学刊 第15卷第3期 2006年9月不大，至于可作为栽培介质之中外果皮纤维含量三者亦相当接近，因此若以利用率或经济性而言选择中粒果较佳。椰子存放10天期间测试其含水率变化情形观之，中果皮水份下降趋势变化较小，显示其保水性相当好，若作为农园作物栽培利用介质实为相当良好之质材。若以10天为基准测试果皮破坏力，发现外果皮破坏力随著含水率下降有逐渐增大现象；中果皮破坏力与含水率多寡则无直接关系，但与纤维条数、厚度有密切关系。依物性分析结果所设计以拉扯方式破坏椰皮确实需较大的作用力，且容易将硬壳破坏造成汁液外溢，若以盘刀切削方式进行椰皮的破坏则可得到较佳的剥除效果，盘刀角度在18时剥壳率最高可达57.3，所剥除椰皮成细屑或条状，可直接作栽培介质或其他用途，不需再作二次粉碎。本次设计是对我的四年的大学生活做出的总结,同时为将来工作进行了一次适应性训练，从中锻炼自己解分析问题、解决问题的能力，为今后自己的研究生生活打下一个良好的基础。从这次设计也可以看出一些问题:1.心态:应该保持认真的态度,坚持冷静独