优秀的机电一体化专业毕业设计4.docx

图2-1 杏核的外轮廓形设计方案的拟定1杏核物理特性分析杏核外形为不规则的扁壳状球体，具形状如图2-1所示 由于杏核破壳加工时采取宽度方向上两侧面对挤的破壳方式， 因此应该按照杏核的宽度进行分级杏核的宽度随品种的不同 有很大的差别，同一品种的宽度值基本上在一定的尺寸范围内, 取三门峡地区所产的甜杏核257粒进行测量、统计和分析，杏 核宽度尺寸分布表2-1所示杏核所特有的物理特性主要有： 杏核的外形为不规则的扁壳状球体，外壳坚硬，沿厚度方向为凸起的球面状，表面光滑； 沿宽度方向逐渐收为棱状，表面比较粗糙；而长度方向则配合着宽度和厚度方向的收缩逐 渐变尖；另外杏核的平均个体的质量比较小，比重也不大个体与个体在比重上差别甚微由该表可以看岀，甜杏核宽度 分布范围为13— 21mm,其中宽度 在 14—20mm 范 围内的粒数占测 定总粒数的96% 以上,因此可以设 计一台分级装置， 对该种杏核按宽 度尺寸来进行分分布区间个数平均粒径/mm百分率％长度范围：19. 50 - 28. 0 平均长度：23. 2mm;宽度范围：13. 00-20. 2 平均宽度：16. 50mm;厚度范围：8. 00〜12. 2( 平均厚度：9. 52mm;个体质量范围：0・6 ~2. 2g平均质量：1・6g(13. 0, 14. 0)813.423. 11[14. 0, 15. 0)2814.4210. 89[15. 0, 16. 0)5215. 4820. 23[16. 0,17. 0)8016. 4831. 13[17. 0, 18. 0)5017. 5019.46[18. 0, 19. 0)2718. 4510. 5[19. 0,21. 0)1219. 714. 67表2-1・杏核的宽度分布级。

由以上统计结果可知杏核的长度尺寸为最大尺寸，厚度尺寸为最小尺寸，宽度尺寸为 中间尺寸2杏核分级方案设计我国生产使用的筛分设备有200多个品种，在矿山工业和建材工业中，使用筛分机械 对矿物原料和建筑材料进行分级，已经有儿百年的历史由于分选的对象和分选的要求的 不同，分级机械和分离机械的种类很多，结构形式也各界，但是就其原理和方法來看，却 有很多的相似之处，都是利用分选对象的各组成部分的物理机械特性的差异来加以区分， 如尺寸、重量、密度、形状等进行分级或除去杂质等异物常规的圆孔筛面的平面往复筛、 滚筒筛、风选设备等应用于杏核的筛分，均效果不够好为了达到杏核按宽度分级这一特殊要求，该课题设计了一种新型的杏核分级设备该分级 设备与以往的筛分机械在原理上有根木的区别避免了传统筛分机械所存在的问题要想把杏核仅以宽度尺寸分成若干等级，就必须比杏核在保持某种姿态通过不同尺 寸的孔或槽以达到分级的目的由于杏核的宽度尺寸介于长度和厚度尺寸之间，所以要想 对达到理想的分级效果，保持杏核的姿态就极为重要当杏核仅受重力时，处于相对稳定状态，其 凸起的球面与支撑面接触，杏核被置于倾斜平面上 土图2-3 杏核姿态保持结构吋，根据势能最低取向的原则杏核必然如图2・2所 示运动。

而杏核质量小，仅靠重力来保持其姿态， F很容易受到干扰，姿态不易控制为使杏核的姿态保持稳定，考虑杏核在仅受重力时的自然状态以及科氏加速度的形 成原因，设计如图2・3所示的结构在一个转动的岡盘上沿径向方向且垂直于盘面固定一 开槽长形薄板当杏核rh近轴处进入盘面后，相对速度的存在及势能低取向原则，杏核将 贴于板上，这时由于离心力作用，杏核沿径向方向和薄板产生相对滑动这样，由于在该 相对运动小牵连运动为转动，杏核就会有一个科氏加速度产生加速度的力为薄板对杏核 的反作用力随着杏核沿径向方向向外滑动，该作用力就会越来越大这样杏核的状态就 类似于其仅受重力时的口然状态于是其凸起的球面就会紧贴上向外滑动薄板槽的宽度 h若与杏核的宽度尺寸适应，长度尺寸/适当，则当杏核运动经过槽形间隙吋，杏核即由 该槽中分出径向薄板的径向槽宽度力按照表1・1所示尺寸区间设置，将可以达到杏核按 宽度尺寸分级的口的该方案原理简单，容易实现，每个杏核在分级的过程中都是相互独立的,不相互干涉 其分级过程是逐个进行的，所以说该分级方法的分级效果良好由于转盘角度范围大，可 安装多个分级板，实现多工位的同吋工作，从而提高生产效率该方案实现杏核分级是一 种行之有效的方法。

三、杏核分级设备的运动及动力学设计1分级转盘转速G的确定杏核分级设备的执行部分中，运动部件有转轴、转盘、分级板在实际的工作过程中, 三者是固接在一起的，具有相同的转速转速达到一定值时，杏核将紧贴于分级板上, 如图2・3所示，为一绕轴匀速转动的转盘，当把杏核沿离转轴一定距离的位置静止投入,图3-1杏核分级过程稳定 姿态受力分析由于杏核和转盘Z间存在着和对速度，杏核就会在转盘上滑 动，直到与分级板接触.此吋杏核受到离心力F、重力G及分 级板的反作用力T,上支反力为0,其中离心力促使杏核沿 分级板所在的径向方向向外滑动，随着杏核沿分级板示意图 径向方向的向外滑动，在圆周切线方向杏核和转盘的速度达 到一致，在杏核向外滑动的过程中，杏核将受到科氏加速度 产生加速度的力是分级板对杏核的反作用力几且该力随着 杏核的向外滑动时相对分级板速度的变大而增大，由于T的 存在，使得杏核的弧形球而紧贴着分级板卜•而根据该分级方 法的特征来确定e的值杏核在分级槽中临界状态时位于半 径斤处，，槽的上边缘对杏核的作用力为零，受力分析如图 3-1所示，由受力平衡条件可得：Tcos ci-G , Tsina =F , Fa=Gc其中：F二加R ,杏核外形尺寸130W2O, 1WcW5,杏核重力^1.6X10 3X9. 8N, a昨=21. 01 ,根据结构尺寸限制,可取伪100mm。

・•・凡“二GX0. 05/0. 13二0. 0603N, Tx 0. 0168N・••计算得：⑺丽二6. 22厂曰或 nm[n =59. 4rpm由此可知，要使杏核在分级过程中能够保持正确的姿态，就必须满足该转速s或n2杏核在分级板上滑动时间及对分级板的作用力分析假设杏核是由距岡心点如处垂直放入，取67o=O. In根据整机结构取7-400mm，忽略 摩擦影响，以分级板及转盘建立动参考系加速过程中杏核受力如图3-2所示，建立 相对运动动力方程：m d2 x/ d t2 = mg + N + 件 + 耳 + Fge + 化 ⑴其中：加为杏核质量，X为杏核的绝对位移，厂为转 盘半径，/为杏核由血到厂经过的吋间，g为重力加速度，N 为垂直支反力将（1）式投影到x轴上有：mx = irixco2令儿=x,则dvf. _ dvf.dt dxdxd7分离变量并从仏到%=厂积分可得:将上式分离变量并从0到t积分得:/ =-ln杏核进料区分级区/ O-/ 1 =A110058585858■38(卜420图4・1杏核分级板结构图图4-2杏核姿态辅助调整结构将（1）式投影到y轴得：F2= Fgc = 2mcoxC:Vr — X ・：F = 2mcovr — co2 ^x2 —可见尺随Q的增大而增大。

Ft 二庐6. O3X1(TN分级板离开转盘及分级板边缘时：匸Is时，69=2.56rad/s , vr=1.018 m/s匸0.5s时,e=5.13rad/s , vr=2. 041 m/s根据 3.1 节要求co=6.22rad/s ,此时 vr=2. 041 m/s , r=0. 48s四、机械结构设计1分级板的设计[13.0-14. 50)[14. 50-16. 00)[16. 00-17.50)[17. 50-19. 00)[19. 00-25. 50)按照后续加工要求，把杏核的基木尺寸按宽度分成五个等级如2表4-1 宽度尺寸级别/mm由此可在分级板 上开设四个尺寸的分级 槽并顺次连接，如图 4-1所示，由于杏核在 分级板的滑动过程中最 高速度为2.041in/s,杏 核滑动吋其长度方向应 与分级板平行今取每 一个分级槽的长度为/= 2・5a,其中为杏核的平均长度,贝lj/=58mmo分级槽的总长度L = 4/=232mm为了保证杏核前进到分级区之前姿态调整准确设计杏核姿 态辅助调整结构，如图4-2所示在杏核进入到分级区前，在分级板上下两处各加一柱状小 凸起，这样如果杏核长度方向与分级槽中心线有一定夹角时，由于杏核长度尺寸比较大, 杏核的一端就会碰到柱状凸起，使得杏核偏转一定的角度以确保姿态正确。

2转盘及分级板的分布结构设计杏核由下料颈进入转盘近轴区，然后在转盘上滑动并迅速贴到分级板上，以实现分级板，对应区域转盘开槽，并接接料斗结构如图4-3图4-3转盘及分级板分布结构为保证多工位 工作，圆周均 布8块分级板, 为防止两工位 Z间发生干 涉，设置径向 挡板及周向扌当 所示，可参阅装配图转盘与支架螺钉联接，通过支架及其间的键与 减速装置的输出轴联接，实现动力的输入如图4-4所示3分料斗的设计分料斗用來接收由分级槽中分级成功而飞出的杏核每一分级板上有四等分级槽， 对应分料斗有四个，每一个分料斗在尺寸上应能保证杏核的顺利漏出，不能出现堵塞现象, 由于分料斗与转盘之间为固定联接，随转盘旋转不同宽度尺寸的杏核由分料斗经斜圆环 状接收槽进入齐自容器，实现分级图4-5下料颈的结构4分级下料颈的设计由丁分级检查对象是单个杏核，下料时应保证杏核有次 序的进入到分级板而不互相干涉，下料颈的设计应能满足以上 要求转盘上同时工作的工位为八处，为保证每一时刻每一分级 板都处于工作状态，下料孔设计八个，每一下料孔都设有一定 的空间来保证单个杏核顺利下料rtr丁工作中分级板作匀角速 转动，而下料颈静止不动，为防止杏核在下料颈和分级板之间 卡死，造成设备的损坏和杏核的破碎，在杏核的下料口处设置 搅动装置，即以转盘的传动轴为动力带动下料颈转动芯，起到 送料作用。

下料颈的结构图如图4-5所示5下料斗的设计卜•料斗置于下料颈Z上，为漏斗状容器，为了保证杏核快速、持续下料，漏斗的母线与水平线要有一定的夹角，同时为保证装料频次适当，应 保证h,如图4・6所示设杏核的质量为m,它和漏斗内 面的摩擦系数取〃=0.2仅考虑重力影响，对杏核建立图 4・7所示受力分析模型，由受力平衡条件得：Gsin（）=f , f=yN , Geos（）=N要使杏核能够顺利的自然滑下，必有：/< Gsin “， tg >// & >11.31取〃 = 15以保证杏核的快速下滑 下料斗下料量的计算：由图可矢U R=r+h/tgl5Q料斗体积为：V = -(R2h + r2h + Rrh) = 0.0752/?3 + 5.05/z2 +113.1/?图4・8接收槽的结构简图.••当/?=500mml1^ V=2.768X l()7mm3,杏核通过料斗所需时间匸5分钟 当/2=450mm时:V=2.217X 107mm3杏核通过料斗所需时间匸4分钟 当h=4mm时:V=1.742X 107mn? 杏核通过料斗所需时间=3.19分钟 选择/? = 400nw!,假设单个杏核的体积为其三维尺寸所组成长方体的90。