1、 本科生毕业设计 椰子剥壳机的设计 学 院： 机械与电气工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 学生姓名： 指导教师： 二 一 三年 六 月 摘 要 椰子内含果肉和椰子水，具有丰富的油脂、蛋白质等营养物质，且椰衣可以加工成纤维垫、绳索等，具有很高的综合应用价值。而剥壳是椰子加工的一个很重要的环节，所以本次设计是一种机械化程度较高的椰子剥壳机械，可提高椰子的剥壳生产效率。 本设计在查阅资料基础上，通过对不同方案的选择，确定剥壳的传动系统方案，进行椰子剥壳机的设计。本设计通过对系统的齿轮、齿辊、轴、挡板、压框装置、进料装置等的结构设计和配合设计，最终完成各个部件的配合组装，通过 so
2、lidworks 三维软件，进行装配，并且以运动仿真的形式演示了本设计的工作过程；同时在 AutoCAD 的基础上，对该系统的装配图和部分零件图进行了绘制。 关键词 ： 椰子；剥壳； solidworks； motion 运动仿真； Autocad Design of the Husking Machine of coconut Abstract Coconut and coconut water contains pulp, with rich oil, protein and other nutrients, and can be processed into coconut fiber
3、mat clothing, ropes, etc., with a high value of integrated applications. The peel is a coconut processing is a very important part, so the design is to design a high degree of mechanization coconut husking machines, coconut husking can improve production efficiency. The design on the basis of access
4、 to information, through the choice of different options to determine the peel of the driveline program for coconut sheller design. The design of the system through a gear, gear roller, shaft, baffles, pressure frame means, feed devices, structural design and with the design, the final completion of
5、 the various components with the assembly, through the three-dimensional software solidworks, for assembly, and with motion simulation demonstrates the form of the work of the design process; while in AutoCAD, based on the systems assembly drawing and parts diagrams for drawing . Key words:Coconut;
6、Sheller; Solidworks; Motion simulation; Autocad 目 录 1概述 . 1 2系统传动设计 . 1 2.1 方案的选择 . 1 2.2 电动机选择 . 4 3椰子剥壳机的结构设计 . 4 3.1 联轴器的选择 . 4 3.2 齿轮 传动的设计与计算 . 5 3.3 连接小齿轮轴的设计 . 7 3.4 齿辊的设计 . 9 3.5 进料装置的设计 . 9 3.6 挡板的设计 . 9 3.7 压框装置的设计 . 9 4运动仿真 .11 4.1 仿真的目的与意义 .11 4.2 仿真的研究 .11 4.3 仿真的局限难题 . 14 5椰子剥壳机的装配图 .
7、14 结论及存在问题 . 15 参考文献 . 15 致谢 . 15 1 椰子剥壳机的设计 姓名： 学号： 班级： 1概述 椰子是棕 榈科椰子属的多年生热带木本油料作物 ,椰子树的主要产物为椰果 ,其形状近球形，由外果皮、中果皮、内果皮、种皮、种仁 (胚乳 )、胚、椰子水等部分构成。椰子的的外果皮和中果皮俗称椰衣 ,一般占全果质量的 33%35%；内果皮俗称椰壳，占全果质量的12%15%，呈黑褐色，质地十分坚实 ,可制椰壳炭和椰壳粉 ;种仁供食用，故称椰肉，占全果质量的 28%30%，为椰壳所包覆，富含油脂、蛋白质等营养成分。种仁与壳之间有一层紧附在椰肉上的褐色种皮，富含油脂 ,种皮占去衣椰子质
8、量的 3.6%6.0%。椰子水占全果质量的 22%25%。 椰子可供食用的部分为椰肉和椰子水，为全果质量的 50%55%1。 我国椰子加工主要集中在海南，有加工企业近 300 家，已经成为海南的重要产业。我国（南海）的椰子产品加工总体技术水平、科技含量、技术创新、生活规模、产品花色品种和质量等方面与菲律宾、马来西亚和泰国的椰子主产国相比还有一些差距大部分企业规模小、技术含量薄弱，产品加工的机械化水平及精深加工程度还不够，难以提高经济效益和资源利用率 2。 椰子具有很高的综合应用价值，椰衣可加工成纤维垫、绳索等；椰子果肉营养丰富，即可生食，也可制成各种营养丰富的椰 子类特色食品。在生产过程中，椰
9、子剥壳是椰子加工中非常重要的工序，剥壳后的椰衣，椰子果（内含椰子水）才能进一步加工成相应的产品。在国内的椰子剥壳机研究起步比较早，市场上也有许多椰子剥壳机，但成熟的椰子剥壳机却很少见。在国外，印度尼西亚有一种液压式剥壳机，采用液压的方式，模拟人工操作对椰子剥壳，该机减轻了工人的劳动强度，但产量低，产品质量差异也较大；另外还有一种旋切式椰子剥壳机，该机利用高速旋转盘刀以切削方式破坏椰衣，残余的果皮纤维再通过旋转的网丝轮加以去除，但剥壳后椰衣纤维破坏严重，产品的经济价值减少 3。 基于对椰子几何物理机械特性的研究，研制一种椰子剥壳机，可以满足当前椰子加工中机械剥壳的应用需要，可对椰子产品加工生产带
10、来很大方便。 设计的椰子剥壳机综合性能优，操作简易，可靠性高，可基本实现机械加工剥壳，对椰子的生产加工带来很大的便利。 该椰子剥壳机的主要技术参数如表 1-1。 表 1-1 椰子剥壳机的技术参数 名称 数值 寿命 /年 10 每天工作 /h 8 处理量 /pcs h-1 500 电动机功率 /kw 3 2 2.传动设计 2.1 方案的选择 初步有三种方案的选择，如下图 2-1、 2-2、 2-3 所示。 方案一中，系统原理如图 2-1，工作时将椰子 7 放在托盘 6 上，开动升降伺服电机 1，经扭矩传感器 2 驱动升降丝杠 5 旋转，进而带动升降螺母 3、托盘支架 4、托盘 6 上升，将椰子
11、7 抬起来，当椰子 7 碰到切割刀具 8 时，扭矩传感器 2 的测量数值突然变大，这时控制升降伺服电机 1 继续旋转，将椰子 7 再抬高 20mm 左右，使切割刀具 8 扎入椰衣内，然后控制升降伺服电机 1 继续旋转，将椰子 7 继续抬高，同时切割伺服电机 13 驱动切割丝杠 12转动，在切割丝杠 12 带动下，使切割螺母 14 下降，带动刀具支架 11 下降，使摇杆 9 绕铰链 10 转动，带动切割刀具 8 向外 展开，将椰衣剥开，随后，升降伺服电机 1、切割刀具 8并拢，恢复到初始位置状态 4。 图 2-1 方案一 1.升降伺服电机 2.扭矩传感器 3.升降螺母 4.托盘支架 5.升降丝杠
12、 6.托盘 7.椰子 8.切割刀具 9.摇杆 10.铰链 11.刀具支架 12.切割丝杠 13.切割伺服电机 14.切割螺母 方案二中，系统原理如图 2-2 所示，起初投入的椰子 5 落在倾斜的剥壳顶板 1 上，由于刀片接触支撑，然后左侧竖直钉板沿 X 方向运动适当距离使刀片扎入椰子，右侧倾斜钉板沿Y 向运动使两个 钉板上的刀片滚切揉搓椰子， Y 向移动超过普通椰子半周的适当距离。然后返回，并且右侧倾斜顶板可以根据剥壳效果适当重复 Y 向的移动，期间扎入椰子的刀片便会入人工剥壳一样把椰子椰衣撬开剥除 5。 3 图 2-2 方案二 1. 钉板 2.弹簧 3.护板 4.刀片 5.椰子 6.活板 7
13、.气道 8.挡块 方案三中，系统原理如 2-3 图所示，剥壳装置主要由减速电机 1，联轴器 2，主动齿轮3，从动齿轮 4，主动剥壳齿辊 5，从动齿辊 6，挡板 7 及剥壳机架 8 组成。减速电机通过联轴器带动主动齿轮转动，从动齿辊通过一对圆柱 型直齿轮进行传动，从而使主、从动齿辊相向转动。椰子从进料口进入剥壳通道，两齿辊平行布置且相向转动，齿辊表面上安有齿钉，椰子在齿辊的带动下，边转边前行，椰衣逐渐被齿钉所刺破，并从椰子内果上剥离，从而实现椰子剥壳 3。 图 2-3 方案三 1.减速电机 2.联轴器 3.主动齿轮 4.从动齿轮 5.主动齿辊 6.从动齿辊 7.挡板 8 剥壳机架 结合三个方案，
14、方案一的椰子要人工放入托盘上，效率较慢，且危险性较大，不优先考虑；方案二中由于椰子的大小和硬度没有标准，当钉板的力度一定时，会出 现剥壳不足或过度剥壳的现象，故也不采取方案二；通过对比三种方案，方案三采用减速电机通过齿轮连接齿辊，让椰子在齿辊上滚动进行剥壳，不会出现过度剥壳，且齿辊长度足够长可满足范围内4 的椰子剥壳，在齿辊上方加入上料机构，可解决人工上料问题，安全可靠，综合考虑，故选择方案三。 2.2 电动机选择 由于椰子在滚动过程中主从齿轮带动的齿辊相向运动且转速不同，使椰子带有旋转运动，齿钉沿齿辊面纵向按 90 度右螺旋线布置，也会影响椰子的转动和向前运动，故椰子的运动受力等比较复杂，不
15、好分析，先试选电机。由于针摆式减速电机广泛用于冶金 、矿山、起重、运输、水泥、建筑等行业，体积小且安全方便，足以满足椰子剥壳的需要，故选用针摆式减速电机，查询选择电机型号为针摆式减速电机 X4，该电机输入功率为 3kw，输出转速为 88r/min。电机的型号选择于参数如图 2-4 图 2-4 电机选择参数图表 3椰子剥壳机的结构设计 3.1 联轴器的选择 由 选 的 摆 线 针 轮 减 速 电 机 型 号 知 ， 电 机 输 入 轴 的 直 径 D=45mm ；由于1 3 2 5 . 5 6 8 N m ，查设计手册，选联轴器型号为： 45 843 45 84ZCHL JB 该联轴 器传递的公
16、称力矩 n=500 N m ；取与轴配合的半联轴器孔径 d1=45 mm；故轴连接小齿轮的轴为 d=45 mm；半联轴器长度 L=84mm，与电机轴联合部分长度 L1=84 mm。 5 3.2 齿轮传动的设计与计算 由于工作环境没特殊要求，故采用开式齿轮。 开式齿轮传动的润滑方法一般是全损耗型的，而任何全损耗型润滑系统，最终在其齿轮表面只有薄层覆盖膜，它们常处在边界润滑条件下，因为当新油或脂补充到齿面时，由于 齿面压力作 用 而 挤出，加上齿轮回转时离心力等的综合作用，只能在齿面上留下一层薄油膜，再加上考虑齿轮磨合作用， 因此润滑油必须具备高粘度或高稠度和较强的粘附性，以确保有一层连续的油膜保
17、持在齿轮表面上。 故采用脂润滑。 所选的电机输入功率为 3kw，转速为 88r/min，传动比为 1.5，则 1） 选择齿轮材料、热处理方式和精度等级 考虑该减速电机功率较小，且载荷冲击为轻微冲击，故大、小齿轮均用 45 钢表面淬火；平均齿面硬度为 45 HRC；选用 8 级精度等级； 2） 按齿根弯曲疲劳强度初步计算齿轮参数，即按： 131 212 t Fa SatdFK T Y Ym z （ 3-1） 式中各参数为： 试选载荷系数 tK =1.6 计算主动齿轮的转矩： 661 1 19 . 5 5 1 0 / n = 9 . 5 5 1 0 3 / 8 8 = 3 2 5 5 6 8 mT
18、 P N ； 查表得齿宽系数 d ，取 0.7； 取 1z =30，则 12 uzz =1.5 30=45 查表得齿形系数 1FaY =2.52， 2FaY =2.35，应力校正系数 1SaY =1.625， 2SaY =1.68 许用弯曲应力按式： FNStHF S YYlim （ 3-2） 计算 查图得弯曲疲劳极限 12 =3 1 0H lin H lin M Pa ， 取 StY =2.0，取安全系数 FS =1.4。 主动齿轮与从动齿轮的应力循环次数分别为 8116 0 6 0 8 8 1 ( 8 3 0 0 1 0 ) 1 . 2 6 7 2 1 0hN n jL 8721 / 1
19、. 2 6 7 2 1 0 / 1 . 5 8 . 4 4 8 1 0N N u 查图得弯曲疲劳寿命系数 0.121 NN YY 由弯曲应力公式（ 2-2）得： 6 l im1 112 3 1 0 2 . 0 1 . 0 = 4 4 3 M Pa1 . 4H S t NFFFYYS 1112 .5 2 1 .6 2 5 0 .0 0 9 2 4 4 4 3F a S aFYY 2222 .3 5 1 .6 8 0.00891 4 4 3F a SaFYY 所以， FSaFaYY= 111 0.0 0924Fa SaFYY 代入数据，计算得： 3t 22 1 . 6 3 4 9 3 9 0 0
20、. 0 0 9 2 4 2 . 5 4m m0 . 7 3 0m 3） 确定传动尺寸 计算圆周速度： 按照公式 3-3 计算 1 t 1 1 16 0 1 0 0 0 6 0 1 0 0 0td n m z nv （ 3-3） 代人数据，解得： v 2 .5 4 3 0 8 8 0 .3 5 1 m / s6 0 1 0 0 0 故 8 级精度合用。 计算载荷系数 K 查设计手册得各系数选择如下： 使用系数 AK =1.25 齿间载荷分配系数 K =1.2； 齿向载荷分布系数 K =1.07； 由 0.824 /v m s ， 8 级精度查图得动载系数 vK =1.08； 则 : K = AK vK K K （ 3-4） 代人数据，解得： K =1.25 1.08 1.2 1.07=1.7334 对 tm 进行修正。 3 / tt KKmm (3-5)
