水果装袋装置设计说明书 (2)

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1、本科毕业论文（设计）题 目水果装袋装置设计论文（设计）题目水果装袋装置设计学生姓名李鑫学号0802140107指导教师何斌锋1、 课题研究的背景一方面，随着苹果产业的不断扩大，中国在世界市场上占据越来越重要的地位，对国内外的果品市场均产生了很大影响，成为不可或缺的生产国和出口国。但是，在人们物质生活水平不断得以提高的今天，人们对苹果的要求已经发生了由量到质的变化，追求的是“精”，不仅苹果自身质量的精，而且要求包装精美、携带方便。另一方面，为了减轻果农的劳动强度，提高水果装袋效率，防止水果在运输过程中碰伤和擦伤，所以，要对苹果进行装袋。但是，对如此庞大数量的苹果进行纯手工套袋，无疑增加了劳动力、

2、提高了苹果成本、降低了生产效率，为此，本文致力研发一种半自动的苹果装袋机。2、 国内外技术发展状况 （一）国内技术发展现状当前苹果的采摘后商品化过程中，不同的环节有着不同的包装需求。我国苹果包装还是主要处于手工状态。手工包装时，一般先取成品包装袋，把袋口张开，然后用手逐个将苹果放入袋内，接着一手提袋并使水果袋旋转，使包装袋逐渐贴紧苹果。这样的人工装袋方式，需要大量的人力资源，且效率很低，成本极高。更有甚者，苹果在包装过程中，经手拿捏易造成苹果破损。并且人工装袋会使苹果袋口扎口不整齐，外观不佳；损坏率高；保鲜效果差，导致病变传染快。因此，苹果采摘后商品化过程中使用装袋机将是一个必然的发展趋势。装

3、袋机简单易动手操作；保证作业要求的前提下，尽量使成本降低；能够很大程度上减轻果农或工作人员的劳动强度；降低劳动危险的系数；提高劳动的生产效率等，都是果农所深切盼望的。中国一专利号为02109683.X的可调式水果包装机，此机构在机架前上角倾斜安装着能够筛选出不同规格水果的多个上筛板与下筛板；下筛板的尾部接有多个V形的托果底格，格板的长方形孔内设置有电热丝；托果底格上方位置设有保鲜剂加入器；供膜轮安装在机架上；加入器和汇膜轮中间的挡板依靠杠杆实现间歇供果及加入保鲜剂，接着由横向封装膜将水果横向封膜之后再由压膜轮纵向封膜，最后切膜装置进行纵横切膜。该机构在切膜、封膜包装时可完成分级、加入保鲜剂等功

4、能。但该机构相对复杂，且包装水果时，必须将两边带孔的包装膜手工按到汇膜轮、供膜轮、紧涨轮以及输送轮圆周面小圆柱上，在生产中故障率较高。中国另一专利号为93209665.4的水果胶膜包装机，此机构涉及屯果装置、运果装置、分果装置和封果装置。此机在作业时，借运果装置将水果从屯果装置运达分果装置，再由分果装置的果盘转动，将水果运达至果口，该果口下方设置一果管，且末端有一热封机。另外用自动控制的封包凸轮、封包果杆、封包开关以及起动开关连动，使果盘上的水果可依照次序被封包果杆推至果管加以封包。该机构结构相对复杂，且购机价格很高。一种柑桔套袋机，其结构包括袋膜卷筒、封口切断装置、动力传导架、联动输果装置和

5、卷膜封边机构。动力传导架安装在柑桔包装机的包装平台上；袋膜卷筒安装在袋膜基座上；卷膜封边机构安装在封边机基座上（包括框型转盘架、电热封边转盘、卡齿封边转盘和转盘轴杆）；封口切断装置安装在封口机基座上（包括切断张合夹和加热张合夹）；联动输果装置安装在联动轴套座上。该机能自动将柑桔装入保鲜袋内，工作人员只要将包装箱放在导果管头的出口处，柑桔包装机就能自动完成收果、分类、套袋和装箱工作。但该机构设置相对复杂，维修不易，适合大批量生产的大型果农。 （二）国外技术发展现状 英国一家公司制成了一种可以食用的水果保鲜剂，它是由蔗糖、淀粉、脂肪酸和聚酯物调配成的半透明乳液，可采用喷雾、涂刷或浸渍的方法覆盖于苹

6、果、柑橘、西瓜、香蕉和番茄等水果的表面，保鲜期可达200天以上。由于这种保鲜剂在水果表面形成了一层密封薄膜，故能阻止氧气进入水果内部，从而延长了水果熟化过程，起到保鲜作用，这种保鲜剂还可以同水果一起食用。法国制成了一种电子保鲜机，将其放在果蔬储藏室，可使里面存放的水果在75天内新鲜如初摘。这种保鲜机利用高压负静电场产生的负氧离子和臭氧来达到保鲜的目的。负氧离子可使果蔬进行代谢过程的酶纯化，从而降低果蔬的呼吸过程，减少果实催熟剂乙烯的生成；臭氧则是一种强氧化剂，又是一种良好的消毒剂和杀菌剂，能杀灭和消除果蔬上的微生物及其分泌的毒物，抑制并延缓有机物的分解，从而延长果蔬的储存期。三、课题研究的目的

7、、意义 随着中国市场的国际化，中国苹果产业的不断扩大，中国已成为世界颇大的苹果及苹果汁的生产国与出口国。中国的水果市场对国内外的果品市场产生了很大影响，在世界上也占据着越来越重要的地位。又随着人们物质生活水平的提高，人们在享受的同时，不仅追求苹果的本身质量，而且在乎苹果的包装精美程度、携带是否巧便等诸多方面。因此，给苹果进行装袋，可以防止苹果在运输途中碰撞造成擦伤，有效保证原有质量，且一定程度上美观化，吸引消费者的眼球，从而提高果农的销售效益、增加收入，增强我国在全球市场的竞争力。在当前，对苹果进行装袋大都属于人工操作，这便大大降低了生产效率，且增加了果农的劳动强度。此时，研发一种全自动或半自

8、动的装袋设置势在必行。结合手工装袋的整个过程，本课题欲研究一种半自动的苹果装袋机，达到小型便利、操作简易、维修简单的要求和减轻果农劳动强度、提高劳动生产率、降低劳动危险系数等目的。四、研究的内容 本课题是针对小型果农使用的、机械式的，不使用编程技术和机电自动控制。为了使用方便、维修简单、降低成本，采用纯机械设计的纯机械式设备。本设计结构简单，且可以有效的提高工作效率、减轻果农劳动强度、保证苹果在运输中避免碰撞和擦伤。总体设计：将减速器、电动机、凸轮机构、轴、槽轮机构、齿轮、平带等简单机械进行组合，通过槽轮机构实现先后的运动，保证苹果可以有次序的连续装袋。零件设计：半自动苹果装袋机机架的设计、凸

9、轮机构的设计、槽轮机构的设计、电动机的选用、传动轴及齿轮的设计与校核、平带的设计等。 五、研究方案及内容 经分析、估量，该设计划分为以下四个阶段：第一阶段：1）认真阅读设计任务要求，明确设计目的；2）查阅相关资料，整理出所需的大致信息；3）规划初期的方案。第二阶段：1）制定并分析苹果装袋装置设计方案；2）进行相关的计算、校核； 第三阶段：1）完成相关零件图、零部件的三维建模；2）完成装配图；第四阶段：1）整理资料、书写报告；2）完成答辩PPT，准备答辩。六、论文提纲 1绪论1.1苹果的市场背景1.2苹果装袋装置现阶段技术水平1.3苹果装袋的目的、意义2设计内容2.1设计的要求2.2设计的任务2

10、.3研究的内容2.4设计依据3设计简介 3.1工作原理3.2主要零部件介绍3.3装袋机样机4电动机的选择4.1电动机类型的选择4.2电动机结构的选择4.3电动机容量的选择4.4确定主动轴工作转速5传动比的确定 5.1总的传动比 5.2各级传动比6传动运动的计算 6.1计算各轴的输入功率 6.2计算各轴的输入转矩 6.3动力参数的查找、计算与整理7轴的设计计算 7.1主动轴的设计 7.2主动轴的计算 7.3主动轴的校核 7.4材料选择 7.5求分级轴的功率和转矩 7.6设计校核输入轴8齿轮的设计计算 8.1低速直齿圆柱齿轮的设计计算 8.2高速斜齿圆柱齿轮的设计计算 8.3执行机构直齿圆柱齿轮的

11、设计计算 8.4减速箱内的圆柱齿轮传动的设计计算 8.5各计算的汇总9各零部件的二维CAD图10各零部件的三维建模图11苹果装袋装置总装配图12装袋机的缺陷及改进13总结致谢参考文献附录七、工作量的估计、工作条件（一）工作量的估计1、设计、计算、校核相应的参数；2、零部件的二维图纸、三维建模、装配图；3、撰写论文设计说明书；4、制作毕业答辩PPT；5、翻译一篇英文资料。（二）工作条件1、图书馆，图书期刊资料和电子文献资料；2、装有制图、建模软件的电脑。八、工作进程2017.12.27-2018.01.28 查（借）阅资料，了解本课题设计重点，注意事项，撰写开题报告。2018.01.29-201

12、8.02.28 继续阅读文献，制定装袋装置设计方案。2018.03.01-2018.03.31 结构设计、计算及校核。2018.04.01-2018.05.10 绘制装配图及零件图，撰写毕业设计。2018.05.11-2018.05.24 指导老师、评阅老师评阅，整理资料准备答辩。2018.05.25 答辩。 九、存在的问题及拟解决采取的措施虽然本苹果装袋机能够实现苹果的装袋，保证苹果不受损伤，并且在一定程度上降低了果农的劳动强度，但本装袋机仍有不足之处。由于苹果装袋和发泡网的特殊性，本装袋机无法实现苹果的无限连续装袋。此装袋机在工作一定时间后，必须重新更换圆筒或重新将发泡网套在圆筒上；此外，

13、当苹果装好袋后，不能运用机构将苹果送出，依旧需要靠人工将装袋好的苹果运出，所以输送机构有待改进；另外，可通过在苹果的进料口处，用输送带实现苹果的连续进入。参考文献1 机械设计(第七版)M，高等教育出版社，漢良贵，纪名刚主编，2001:10-200.2 刘忠仁水果胶膜包装机P.中国专利:93209665.4，2002-01-13.3 周亮.袋成型自动包装机控制系统的设计与研究D.武汉理工大学.2009(04).4 刘军弟，霍学喜.中国苹果产业发展现状及趋势分析J.北方园艺.2012(10):67-70.5 成大先.机械没计手册M.北京:化学工业出版社，2008.6 黄钟.水果包装中的塑料发泡网套

14、技术J.安徽新闻出版学院.2011(04):55-59.7 舒荣祥.水果塑膜简易包装机P.中国专利:200610048980.8，2006-01-09. 8 机械设计课程设计M，高等教育出版社，王昆，何小柏，汪信远主编.1995:24-160.9 马刚.可调式水果包装机P.中国专利:02109683.X，2002-05-16.10 高微.苹果包装抓取运机械手的研究J.西北农林科技大学.2006(05):46-49.11 周雪渭.水果包装机P.中国专利:200610053878.7，2006-10-18.12 机械制图(第四版)M，高等教育出版社，刘朝儒，彭福萌，高治一编，2001:34-216

15、.13 段洁利，陆华忠.水果采收机械的现状与发展J.广东农业科学.2012(08):61-64.14 葛晓棠.半自动苹果套袋机器人的研究D.中国农业大学.2005(08).15 王金政，薛晓敏.我国苹果生产现状与发展对策J.山东农业科学.2010(06):51-55.指导教师意见及建议（从选题、理论与实证准备、研究（设计）方法、工作安排等方面给出评价，并提出指导意见）： 该生通过查阅大量资料，了解了水果装袋设备的基本要求，制定了合理可行的设计方案，同意开题。 指导教师签名： 年 月 日毕业论文工作组意见及建议准予开题毕业论文工作组组长签字： 年 月 日注：1.此表由学生填写后，交指导教师签署意

16、见，经毕业论文（设计）工作组审批后，才能开题。本科毕业论文（设计）水果装袋装置设计摘要：随着我国苹果产业向高层次发展，在苹果外观包装等附加价值上做更多的工作是很有必要的。一方面，包装直接影响顾客对产品的视觉需求和心理需求，好的包装能在第一时间吸引顾客的眼球。另一方面，对苹果的包装还可以起到保护和减震的作用，防止苹果在运输的时候造成意外损伤，在提高了果农和水果商的经济效益的同时还提高了苹果的品牌化。但人工的套袋包装效率低、成本高，这增大了果农与苹果经销商的经济压力，因此，研发一种新型的自动装袋机具有无限的商机和市场。本此设计的苹果装袋机采用纯机械的方式，设计过程不使用自动化控制计算和实时监测以及

17、传感器技术，主要借助齿轮机构、槽轮机构、凸轮机构、轴、减速器、电动机等的组装和精准配合，以及依据发泡网弹性大的特性来实现苹果的连续装袋功能。本次设计，有完整详细的设计计算，利用CAD画二维工程图，利用SolidWorks实现三维建模及装配，同时做了有限元分析、爆炸图和运动仿真。分析结果验证了设计的合理性。关键词：苹果装袋机；轴；槽轮机构；凸轮机构；齿轮；发泡网Design of fruit bagging deviceAbstract:As Chinas apple industry develops to a higher level,it is necessary to do more w

18、ork on the added value of Apples appearance packaging.On the one hand, packaging directly affects the customers visual and psychological needs of the product.Good packaging can attract customers attention in the first place.On the other hand,Apples packaging can also play a role in protection and sh

19、ock absorption,prevent Apple from causing accidental damage during transportation,improve the economic benefits of fruit farmers and fruit traders, and also increase Apples branding.However, artificial bagging is inefficient and costly,which increases the economic pressure between farmers and Apple

20、dealers.Therefore, the development of a new type of automatic bagging machine has unlimited business opportunities and markets.The apple bagging machine of the present design adopts a purely mechanical method.The design process does not use automatic control calculations and real-time monitoring and

21、 sensor technology,mainly through the assembly of the gear mechanism,sheave mechanism,cam mechanism,shaft,reducer,motor,etc.,and precise coordination,and according to the characteristics of the elasticity of the foam mesh to achieve the continuous bagging function of Apple.This design has a complete

22、 and detailed design calculation.Using CAD to draw two-dimensional engineering drawings, using SolidWorks to achieve three-dimensional modeling and assembly,while doing a finite element analysis,explosion map and motion simulation. The results show that the design of the device is reasonable.Keyword

23、s:Apple bagging machine,axis,Slot wheel mechanism,Cam mechanism, gear,Foam net目录摘要IAbstractII1 绪论11.1中国苹果产业的发展现状11.1.1产量和面积增加，优势领域扩大到高海拔地区11.1.2科技、要素、管理投入加大，单产水平逐步提高11.1.3果园管理从只重视地上向地上、地下并重转变11.1.4采后保鲜能力得到提高，直销体系加快推进21.2当前苹果产业存在的问题21.3苹果套袋包装的意义21.4国内外苹果装袋技术的发展状况21.4.1国内技术的发展现状31.4.2国外技术的发展现状31.5苹果装袋

24、机的发展趋势41.6设计的内容41.6.1设计的依据51.6.2设计的要求51.6.3设计的任务61.7小结62 设计简介72.1装袋机样机72.2工作原理82.3主要零件介绍92.4小结183 基础数据的计算193.1电动机的选择193.1.1电动机类型和结构的选择193.1.2选电动机类型193.1.3选择电动机容量193.1.4确定主动轴工作转速203.2传动比的确定213.2.1总传动比213.2.2分配传动比213.3计算传动装置运动213.3.1计算各轴的转速213.3.2计算各轴的输入功率223.3.3计算各轴的转距223.4小结234 传动机构的设计计算及校核254.1齿轮的设

25、计计算及校核254.1.1减速器箱内的圆柱齿轮传动的设计计算254.1.2高速斜齿圆柱齿轮的设计计算254.1.3低速直尺圆柱齿轮的设计计算274.1.4执行机构直齿圆柱齿轮的设计计算294.1.5齿轮的校核304.2轴的设计计算及校核314.3小结335 部分零件的有限元分析35小结366 装袋机的缺陷及改进37小结37总结39参考文献41致谢43附录45V1 绪论1.1中国苹果产业的发展现状近年来，我国苹果产业不断扩大、发展迅速，保持着良好的供需关系，像在市场、栽培等方面都有良好的表现。该产业领域已经进入了一个新的阶段，并由国内走向了国际。中国苹果产业在国际市场上占据越来越重要的地位，中国

26、已然成为不可或缺的苹果生产国和出口国。1.1.1产量和面积增加，优势领域扩大到高海拔地区最近几年来，我国苹果产业一直以一个较快的速度发展。苹果的种植面积每年平均增长量为4。在区域方面，我国沿海地区苹果产业有所减少，但黄土高原的苹果产业区却在高速发展着。时至今日，内陆省份已经成为中国最大的苹果行业产区，带动了内陆地区多数农业区域的经济发展，对果农也产生了巨大的经济效益。1.1.2科技、要素、管理投入加大，单产水平逐步提高中国的苹果单产量在近几年不断增长，进而也促进了我国的苹果总产量持续稳定增长。究其根本，主要是因为引进并推广了苹果的优良品种、不断提高了苹果的栽种技术和果园的管理水平，并且果园的挂

27、果面积比例也持续增加。1.1.3果园管理从只重视地上向地上、地下并重转变近几年来，苹果产业的迅速发展提高了果农们的收入水平，果园也加大了管理的质量以及力度。果园精美管理技术，譬如整形修剪、疏花疏果、套袋等也得到了广泛的应用。针对苹果产业出现的具体问题，如果园恶化和树木衰退，果园着手增加肥料的投入等。种种举措减少了部分地区成熟果园的病虫害；有效控制了果树的早落叶；极大改善了果实品质；很大程度上增加了产量。1.1.4采后保鲜能力得到提高，直销体系加快推进采后保鲜在苹果的功能性市场建设中占据着举足轻重的地位，现沿海地区储存能力高于内陆。近几年来，我国苹果的功能性市场逐渐建立，苹果直销体系的建设也逐步

28、得到了有效发展。减少了苹果在果农或中间经销商手里的时间，很好保持了苹果的新鲜感。1.2当前苹果产业存在的问题一方面，现如今，市场上水果种类众多，其相互之间的竞争力强烈。另一方面，在近几年来，苹果的生产越来越需要大量的资金去投入，究其根本原因，主要是由于生产过程中需要投入大量的物质，比如化肥、农药等，并且对于劳动力的需求也颇大。与此同时，苹果产业一部分采用小农户型的生产方式，生产效率低、单位面积的成本增高、降低着果农的经济效益。随着苹果产业的进一步转型发展，培养掌握综合技能的新型果农很有必要。1.3苹果套袋包装的意义在上述中国苹果产业的发展现状已提到，中国市场走向国际化，在世界上有着举足轻重的地

29、位。于此基础上，人们的生活水平明显提高，且不仅仅停留在基础的物质满足上，而是向更高层次的视觉享受、精神享受发展，比如对于购买物的封面、包装等需求愈加苛刻。包装直接影响顾客对产品的视觉需求和心理需求，精美的包装能在第一时间吸引顾客的眼球、使之印象深刻，俗话说，良好的开始是成功的一半。有关调查表明，先被人发现的产品出售率远大于后被发现的产品，这个可想而知。对水果（苹果）的装袋不仅可以提高美感效果，还可以起到保护以及减震的作用，防止苹果在运输的途中造成不必要的损伤。与此同时，显然能够提高果农和水果商的经济效益，而且可以提高苹果在市场上的品牌化和知名度。1.4国内外苹果装袋技术的发展状况1.4.1国内

30、技术的发展现状当前，水果（如苹果）采摘后商品化阶段中，在不同的环节对应着不同的包装情况或需求。我国目前苹果装袋主要还是处于手工水平，一般情况下，用成品包装袋逐个将苹果进行包装。显而易见，这种类型的人工装袋方式需要投入大量的劳动力，且效率低下、成本极高。更有甚者，苹果在装袋过程中，可能因拿捏不稳等原因造成意外破损。另外，必须提到的是，人工装袋会使苹果袋口不整齐，促使外观分大打折扣。因此，苹果采摘之后、商品化过程之前，使用苹果装袋机装袋是一个必然的发展走向。而装袋机简单易学、操作便捷；满足作业需求的前提下，尽量使成本降到最低；可以很大程度上减轻工作人员或果农的体力消耗；提高劳动的生产效率；极力降低

31、劳动中存在的危险系数等，均是果农深切期望的。中国现有可调式水果包装机、水果胶膜包装机、柑桔套袋机等，就可调式水果包装机而言，此机构主要由机架、上下筛板、供膜轮、横向封装膜、压膜轮等组成，另设有保鲜剂加入器等。该机构相对来说比较复杂，在生产过程中故障出现频繁，且不易解决。就水果胶膜包装机而言，此机构涉及屯、运果装置，分果装置以及封果装置。此机器在进行作业时，通过自控的封包果杆、启动开关、封包凸轮以及封包开关连动，果口下方设置有果管，末端设置有热封机。该结构也相对复杂，并且购买价格很高。1.4.2国外技术的发展现状据查资料得知，英国有一家公司研发了一种能够食用的水果保鲜剂，它是由蔗糖、淀粉、脂肪酸

32、等物质配成的半透明乳液，通过浸渍、涂刷或者喷雾的方法可覆盖于苹果、香蕉、西瓜等水果的表面，形成一层密封的薄膜。由于阻止了氧气进入到水果内部，从而能够延长水果的熟化过程，进一步起到保鲜的作用。法国研制成功了一部电子保鲜机，能够使里面存放的水果新鲜如初摘长达75天。这种保鲜机是利用由高压负静电场产生的臭氧与负氧离子来实现保鲜的目的。负氧离子使酶纯化，臭氧有着强氧化剂的作用，二者完美配合，达到延长果蔬储存期的效果。1.5苹果装袋机的发展趋势一是方便小巧型。近年来，人们越来越倾向于追求水果的新鲜程度，因此大型包装的水果已经越来越被人们所抛弃，相反，小包装的水果因其便携、新鲜的特点而受到人们的青睐。二是

33、精美高档型。人们对一件商品的包装提出了越来越高的要求，高档的包装是抢占市场的有利武器，尤其是一些高档的商场以及国际市场。三是信任透明型。透明的包装可以让顾客看到他们选择的食品是什么样的，增加了顾客对产品的了解，顾客看着放心才会吃着放心，所以大多数的顾客回去购买他们能看见的食品，进而提高了产品的购买率，提高了经济效益。四是绿色环保型。绿色环保的概念慢慢的深入人心，所有的产生活动都要考虑环保，包装袋的制作同样不会忽视这个问题，广大消费者的公德心让更多的人选择带有环保材料或者可循环材料的包装产品。综合以上因素，采用塑料发泡网对苹果进行套袋包装是当之无愧的最佳选择。塑料泡网比较灵活，可以用在大多数的水

34、果包装中。泡沫的特性使它可以对震动中的水果起到一定的缓冲作用，保护水果免受物理伤害。此外，它重量轻，有利于水果的储运；还兼具保鲜作用、成本低的优点，更使其代替了传统的纸质包装而成为现时代包装的新趋势。目前苹果产业飞速发展、苹果产量剧增，仅仅依靠人工装袋耗时且耗力，高成本也不利于苹果商的销售和果农的经济发展，因此，研发一种新型的自动装袋装置具有无限的商机和市场价值。本次毕业设计就是通过分析装袋的过程，研发一种能够自动给苹果套袋的装置，来减小劳动力的使用；提高生产效率；减少生产成本；进而增加果农或水果经销商的经济收入。但设计的前提是针对现有装袋技术的缺陷，满足设计的需求和初衷。1.6设计的内容本次

35、设计是以简单实用为基础，主要使用者为小庄园果农，而不是规模特别大的经销商，所以设计主要靠纯机械来实现功能，因此在设计过程中不使用自动化控制计算和实时监测以及传感器等技术。虽然设计相对简单易懂，但是实现的效果一样可以满足我们的基本需求，如不损害苹果的完整性、能够实现连续套袋、降低人力劳动、降低生产成本、提高生产效率、增加经济效益等。（1）总体设计：本次设计的主要零部件有机架、电动机、槽轮机构、凸轮机构、毛刷筒、齿轮、轴、剪刀等，工作原理主要是通过槽轮机构的简谐运动实现苹果装袋、剪袋动作，且实现苹果的连续包装，以达到预定的要求。（2）零部件设计：半自动苹果装袋机机架的设计、凸轮机构的设计、槽轮机构

36、的设计、电动机的选用、传动轴及齿轮的设计与校核以及平带的设计等。1.6.1设计的依据（1）泡沫网的特点：泡沫网弹性比较大，可以在气缸外、套筒外设置，泡沫网具有连续，可实现苹果连续装袋。（2）理论基础：槽轮机构是一种能够实现间歇式运动的巧妙机构，配合凸轮机构，可以满足苹果装袋及剪袋的工作需求。1.6.2设计的要求为了减轻果农的劳动强度，提高水果装袋的效率，设计一款水果装袋装置，对水果进行装袋处理，防止水果在运输过程中碰撞和擦伤。（1）对象为小规模的农户，产品设计不宜过大，应该便于移动和操作，而且价格低。（2）在设计零件时，应尽可能避免不必要的焊接或刚性固定。通过采用柔性螺栓（如图1.1、1.2、

37、1.3所示）来实现连接固定，这样更加方便部件的拆卸以及安装。（3）产品在设计过程尽量多使用标准件，这样可以大量减少成本，符合小商户的需求。（4）小型果农的知识水平与技术素质可能满足不了对一般故障的修理，所以设计尽量方便工人使用和维修。图1.1 螺钉 图1.2 螺钉-垫片 图1.3 垫片1.6.3设计的任务（1）查（借）阅资料，了解本课题设计重点、注意事项，撰写开题报告。（2）继续阅读文献，制定苹果装袋装置总体设计方案。（3）根据需求，进行结构设计，确定传动比。（4）进行轴的设计及校核。（5）进行齿轮的参数设计及校核。（6）（选材）选择合理的材料促使苹果从高处可以无损伤的落下。（7）使苹果装袋、

38、发泡网剪断、苹果运出以及毛刷筒的转动之间相互协调，时间差值计算精确无误。（8）设计计算机械传动机构的具体运动尺寸。（9）绘制零件图、装配图，编写毕业设计说明书。（10）整理、整合资料，应备答辩。1.7小结本章节立足现实，点明了我国苹果产业的发展情况以及其中存在的问题，讨论了对苹果进行套袋包装的必要性。结合国内外现有的水果套袋技术和未来的发展趋势，对设计内容作了大致概括，依据可靠。对照设计内容，提出了一些硬性要求，又根据设计的要求，对设计任务作了详细规划。2 设计简介2.1装袋机样机通过SolidWorks2016软件进行三维建模设计的苹果装袋机样机（总装配图）如图2.1、2.2所示。图2.1

39、装袋机总装图（侧视图）图2.2 装袋机总装图（俯视图）2.2工作原理苹果装袋机是一种能够实现自动给苹果进行装袋，紧接着利用剪刀剪袋的机构装置。第一步，将发泡网套在安装在机架上的具有一定高度的套筒上，未经装袋的苹果由提升机构（送果机构）（如图2.3所示）运输到套筒之中。一定时间后，苹果落达套筒的底部，此时套筒外的发泡网将苹果自动套装好。与此同时，在凸轮机构运动配合下，带动固定在剪刀上的绳子从而将发泡网剪断。紧接着，苹果通过出果机构（运动链）（如图2.4所示）抵达储果斗储存，储果斗如图2.5所示，储果斗内侧具备一个向下倾斜的挡板，减小苹果到储果斗底部的高度，利于避免苹果着落时受损伤。当一个苹果装袋

40、动作完成之后，两个毛刷筒便会转动，促使发泡网向下运动，运动距离为包装一个苹果所需发泡网的固定长度。此时第二个苹果落下、第三个苹果落下、第四个苹果落下按照上述规律，不停循环实现苹果的装袋过程。这里剪刀的运作是通过凸轮机构来实现的，毛刷筒的运动是通过平带带动来实现的。总体又利用槽轮机构的简谐式运动实现剪刀和毛刷筒的时间先后运动顺序。图2.3 送果机构图2.4 出果机构 图2.5 储果斗2.3主要零件介绍(1)槽轮机构如图2.9所示为槽轮与圆柱销的单向间歇式运动机构。它用于将主动部分的连续旋转运动转化为跟随器的单向周期旋转运动。槽轮机构具有比较高的机械效率，而且加工起来也比较方便。不过，它的行程时间

41、不能进行调整，且旋转角度不能太小。因为槽轮在起动和停止时的冲击力和加速度都在不断增加，随着速度的增加或槽轮槽数的增加，槽轮的加速度也会随之而增大。因此，它并不适合高速的运动，而是经常用来实现位移的移动且不需要经常的来进一步调整。图2.6 圆柱销 图2.7 槽轮图2.8 拨盘如图2.10所示为槽轮机构的工作原理示意简图，它是由具有径向槽的槽轮2（如图2.7所示）、带有圆柱销A（如图2.6所示）的拨盘1（如图2.8所示）和机架组合而成的。当拨盘1作匀速度转动时，会驱使槽轮2作时转时停的间歇式运动。这里圆柱销分为以下三种位置情况：1）当拨盘1上的圆柱销A还未进入槽轮2的径向槽时，因为槽轮2的内凹锁住

42、弧被拨盘1的外凸圆弧卡住了，所以槽轮2为静止不动状态。2）当圆柱销A开始进入槽轮2的径向槽时，即图2.9中所示情况，这时锁住弧被松开，槽轮2受圆销A的驱使会沿逆时针方向转动。3）当圆柱销A开始脱出槽轮的径向槽时，槽轮的另一内凹锁住弧又会被拨盘1的外凸圆弧再次卡住，致使槽轮2又处于静止不动状态。直到圆柱销A再次进入槽轮2的另一径向槽时，两者又重复上述的运动持续循环着。图2.9 槽轮机构 图2.10 槽轮机构原理示意图(2)凸轮机构凸轮机构（如图2.14所示）是由支架（如图2.13所示）、从动件（连杆）和凸轮（如图2.11所示）三个基本部件组成的。凸轮一般是曲线轮廓或槽形的构件，通常是作等速或往复

43、直线运动机构的主动部分。此凸轮轮廓是一个凹槽形状，凸轮为一个活动部件，并是以恒定的速度作旋转运动。此凸轮机构的从动件是一连杆（如图2.12所示），与凸轮轮廓曲线接触进而传递动力，从而达到预期的运动效果。从动件连杆的末端加上了滚轮，目的是为了减少了从动件与凸轮之间产生的摩擦，以延长整个机构的使用寿命。凸轮机构有以下几种基本特点或属性：1）设计凸轮机构的初衷是使从动件得到更为复杂的且有规律的运动。一般情况下，从动件的运动情况依赖于凸轮的轮廓曲线形状，那么设计时必须根据从动件的运动需求进而设计、确定凸轮的轮廓曲线。在此装置中，凸轮机构的作用是控制剪刀来剪断用以套装苹果的发沫网。2）凸轮机构是通过凸轮

44、的往复运动或者旋转运动这种运动方式来摆动或者驱动从动件的运动的。在此机构设置中，采用的是旋转运动方式。凸轮轮廓有曲线轮廓或者沟槽，其中凸轮沟槽，如圆柱凸轮、活动凸轮和盘型凸轮等。凸轮的轮廓曲线属于一条空间曲线，又称空间凸轮。从动件一般与凸轮或者线接触，从动件包括平底从动件、滚子从动件等。从动件可以和任何复杂的凸轮轮廓保持接触，并能够实现任意的运动需求，缺点是从动件尖端容易受磨损，一般适用于传动力较小的低速机构。图2.11 凸轮 图2.12 连杆图2.13 凸轮支架 图2.14 凸轮机构（3）齿轮机构在日常运用中，齿轮传动是应用最为广泛的传动机构之一。以其适用范围广、结构紧凑、传动效率高、寿命长

45、和工作可靠等一系列优点而为人们所喜爱。当然，存在噪声震动、对安装精度要求高、成本高、对冲击敏感等也是人们应考虑的缺点、因素。齿轮机构的自身特性是将设定的主动轴的动力、运动，通过齿轮副而间接传递给从动轮，从而使从动轮得到理想情况下所要求的转向、转速和转矩。齿轮传动大体分为两轴平行和不平行两种情况，这里两轴不平行情况不作以细说。圆柱齿轮传动（两轴平行）分为直齿传动、斜齿圆柱齿轮传动和人字齿轮传动。直齿传动又进一步分为外啮合、内啮合和齿轮齿条三种。在此次齿轮机构设计中，采用的是圆柱齿轮传动（两轴间平行），且高速级采用斜齿圆柱齿轮，低速级采用直齿圆柱齿轮。在齿轮三维建模过程中，采用在零件库中输入齿数、

46、模数等相关参数直接获取齿轮的简便方式。以下为齿轮三维建模所得图（如图2.15到2.19所示）。图2.15 齿轮1 图2.16 齿轮2图2.17 齿轮3 图2.18 齿轮4图2.19 齿轮5（4）其他相关主要零件为了完善苹果装袋装置的设计，一些辅助零件的安置必不可少，以下为相关零件的三维建模图。图2.20 带轮 图2.21 电机图2.22 底板 图2.23 基座图2.24 减速器 图2.25 剪刀图2.26 剪刀固定 图2.27 剪刀线固定图2.28 立柱 图2.29 固定座图2.30 毛刷筒底座 图2.31 防护壳图2.32 毛刷筒固定座 图2.33 套筒图2.34 轴图2.35 转向杆图2.

47、36 毛刷筒2.4小结本章节对苹果装袋装置的整体结构作了图片说明，详细叙述了苹果装袋的流程及原理，着重指明了重要机构如槽轮机构、凸轮机构等的运作机理。另外，对整体装置的主要零部件与辅助零部件作了三维模型的介绍。3 基础数据的计算3.1电动机的选择3.1.1电动机类型和结构的选择本套袋机在主要是单班制工作，保证300天一年的工作需求，至少15年的使用寿命，运输带速度误差保持在5%。依据原始数据：输送带的牵引力为F=0.1kn，主动轴的圆周速度为V=0.20m/s，轴的直径为D=30mm。3.1.2选电动机类型依照上述条件，选择电动机为三相笼型异步电动机，采用封闭式结构，380V电压，类型取YS型

48、。3.1.3选择电动机容量电动机所需工作功率按式： 公式(3.1) 公式(3.2) 公式(3.3)电动机到运输带的传动总效率为： 公式(3.4)式中：取=0.99（联轴器），=0.98（承轴），=0.97（齿轮传动），=0.96（主动轴）则：公式(3.5)本设计选用YS5014型号电动机，其主要参数如表3.1：表3.1 电动机性能型号额定功率/W转速/(r/min)满载电流/A效率/%功率因数()最大转矩YS501425W14000.17420.532.3该电动机的主要外型和安装尺寸如表3.2：表3.2 电动机安装尺寸中心高外形尺寸地脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸装键部位尺寸50155110

49、12580635.892037.23.1.4确定主动轴工作转速 公式(3.6)二级圆柱齿轮减速器的传动比i=8-40，电动机的转速范围为：根据转速与容量相关情况，所选电动机属于小功率电动机，其功率为0.03kW，转速为1400r/min。3.2传动比的确定3.2.1总传动比由选定的电动机满载转速和工作机的主轴的转速n，可得传动装置的总的传动比是： 公式(3.7)3.2.2分配传动比总传动比：查机械设计课程设计指导书得：一级传动比：二级传动比：3.3计算传动装置运动3.3.1计算各轴的转速I轴II轴III轴主动轴IV轴V轴3.3.2计算各轴的输入功率I轴II轴III轴主动轴IV轴V轴3.3.3计

50、算各轴的转距电动机输出转矩I轴II轴III轴主动轴输入转矩IV轴V轴各输出轴转矩：I轴II轴III轴主动轴输出转矩IV轴V轴3.4小结本章节对苹果装袋机动力元件电动机的类型、结构、容量作了选择，并进一步确定了主动轴的工作转速。结合计算公式和传动规律主要确定了整个传动机构的总传动比和分配传动比。依据公式详细计算了传动部分各轴的转速、输入功率以及转矩。4 传动机构的设计计算及校核4.1齿轮的设计计算及校核4.1.1减速器箱内的圆柱齿轮传动的设计计算本设计中高速级采用斜齿圆柱齿轮，低速级采用直齿圆柱齿轮。4.1.2高速斜齿圆柱齿轮的设计计算(1)确定许用应力并选择材料，采用硬齿面的相互组合。小齿轮用

51、20CrMnTi渗碳淬火，齿面的硬度为5662HRC，小齿轮的接触强度疲劳极限是，小齿轮的弯曲强度疲劳极限为；大齿轮用20Cr渗碳淬火，齿面的硬度为5662HRC，大齿轮的接触强度疲劳极限是，大齿轮的弯曲强度疲劳极限为。查机械设计基础：安全系数为；区域系数；接触疲劳寿命系数，；弹性影响系数；许用应力 公式(4.1) 公式(4.2)许用接触应力(2)按齿轮弯曲强度设计计算齿轮按照8级精度来制造，查机械设计基础，取载荷系数为K1，齿宽系数为。小齿轮上得转矩 公式(4.3)初选螺旋角齿数取，则齿形系数： 公式(4.4)查机械设计基础得： 公式(4.5)故应对小齿轮进行弯曲强度计算。法向模数：取，；取

52、。中心距，取a=99mm确定螺旋角 公式(4.6)齿轮分度圆直径齿宽，取(3)验算齿面接触强度 公式(4.7)(4)齿轮的圆周速度 公式(4.8)4.1.3低速直尺圆柱齿轮的设计计算(1)选择材料及确定许用应力：查阅机械设计基础得到：小齿轮采用40Cr进行调质，齿面硬度为241286HRC，接触疲劳强度极限为，弯曲强度疲劳极限为；大齿轮采用45钢进行调质，齿面硬度为217255HRC，接触疲劳强度极限为，弯曲强度疲劳极限为。取安全系数为。接触疲劳寿命系数；。接触疲劳许用应力为： 公式(4.9)(2)按齿面接触强度设计齿轮按8级精度制造，查机械设计基础，取载荷系数，齿宽系数，弹性影响系数MPa1/2小齿轮转

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