【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 圖3 排料輪 排料輪的設(shè)計(jì)要求： （1） 為保證料夾每次轉(zhuǎn)動(dòng)至垂直位置時(shí)都能有荔枝落入，撥齒的個(gè)數(shù)應(yīng)與料夾個(gè)數(shù)相同，本次設(shè)計(jì)中，料夾個(gè)數(shù)為4，撥齒個(gè)數(shù)也為4。（2） 為保證每次有且只有一個(gè)荔枝撥過，所以圓弧凹槽的大小應(yīng)只能容納一個(gè)荔枝，而荔枝果徑參數(shù)最大不超過40mm，故選擇圓弧凹槽直徑為40mm。 導(dǎo)向管機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 圖4：排料管設(shè)計(jì)圖 當(dāng)荔枝從定向輥上撥落后，由于定向輥和料夾之間存有一定的高度差，為了是荔枝能順利的按照果頂朝下的方向送到料夾，所以在料夾和定向輥之間按照一個(gè)定向管。初步設(shè)計(jì)內(nèi)徑為40mm，長(zhǎng)120mm，并有圓槽弧（如圖4）的有機(jī)玻璃作為定向管。 去核機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 去核機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)及工作原理 去核機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 去核機(jī)構(gòu)位于整部機(jī)構(gòu)的中部，他主要由去核機(jī)構(gòu)和料盤機(jī)構(gòu)組成。其組成部分如上樹形圖所示，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖4所示。 圖5 去核機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 去核機(jī)構(gòu)的工作原理當(dāng)去核刀開始前進(jìn)時(shí)，料夾在外槽輪的驅(qū)動(dòng)下，夾持著荔枝旋轉(zhuǎn)900后停留，此時(shí)的位置剛好水平正對(duì)去核刀的位置，去核刀軸在錐齒輪的驅(qū)動(dòng)下，旋轉(zhuǎn)一周同時(shí)完成反復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀和退刀過程。進(jìn)刀過程，去核刀從蒂部旋轉(zhuǎn)切入荔枝果體，切斷果體與海綿組織之間的聯(lián)系，將果核套入刀管，將果核抓牢。退刀過程，果核受到刀壁管的摩擦力作用，隨核刀一起向后運(yùn)動(dòng)。到退刀行程末期時(shí)，果核受到懸伸在去核刀軸內(nèi)的頂核桿作用，停止向后運(yùn)動(dòng)，而去核刀繼續(xù)后退，相對(duì)作用下，果核用去核刀管頂出，落入果核收集器，實(shí)現(xiàn)去核。 凸輪機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 刀軸的設(shè)計(jì) 刀軸的結(jié)構(gòu)刀軸是用來固定去核刀，控制去核刀的運(yùn)動(dòng)軌跡，為去核刀提供去核動(dòng)力的，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6所示。 圖6 刀軸結(jié)構(gòu)圖刀軸有三部分組成，包括左端的支撐軸、右端的支撐軸和圓柱凸輪。圓柱凸輪由螺旋升角為的左右螺旋槽和過渡圓弧槽連接成的封閉滑槽，刀軸軸心部鉆有通孔，右端支撐軸端部上鉆有刀套孔，左端支撐軸上銑有鍵槽。 刀軸的運(yùn)動(dòng)分析 圖7 凸輪展開圖 首先，要保證撥銷能在螺旋槽內(nèi)自由滑動(dòng)，那么撥銷的直徑應(yīng)小于螺旋槽的寬度。其次，為了方便分析，把圓柱凸輪在坐標(biāo)YOZ內(nèi)展開（如圖7所示），為了方便描述凸輪軸的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，假定凸輪軸不動(dòng)，撥銷做往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，則凸輪軸的狀態(tài)參數(shù)與撥銷的狀態(tài)參數(shù)大小相等，方向相反。 當(dāng)凸輪軸做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，撥銷依次經(jīng)過ABCDE,與撥銷的接觸點(diǎn)依次為abcde。A到B的過程中，凸輪軸以速度Vy沿Y軸方向勻速運(yùn)動(dòng)，受到支反力N的作用，又以速度VZ沿Z軸方向勻速運(yùn)動(dòng)。B到C的過程中，凸輪軸與撥銷分離，凸輪軸失去了撥銷的支反力作用，Z軸方向只收到軸承的摩擦力和去核阻力作用，沿Z軸方向做減速運(yùn)動(dòng)。 在C點(diǎn)E點(diǎn)位置時(shí)，凸輪軸與撥銷碰撞，運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生改變。 把凸輪軸上任意一點(diǎn)m的運(yùn)動(dòng)軌跡方程可以分為eb、cd段和bc、de段兩部分，如圖8所示。圖8在cd，be段，m點(diǎn)任意時(shí)刻的軌跡方程為： （1）式中：—接觸點(diǎn)到軸線的距離，m；—m點(diǎn)到坐標(biāo)平面XOY的距離，m；—螺旋槽的升角，176。；—軸的轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，rad/s；—軸的轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)間，s。對(duì)（1）式求導(dǎo)，可以得到m點(diǎn)任意時(shí)刻的速度方程： （2） 對(duì)（2）式求導(dǎo)，可以得到m點(diǎn)任意時(shí)刻的加速度方程： (3) 在bc、de段，受到摩擦力和去核阻力助力作用下，產(chǎn)生加速度，由牛頓第二定律，得： （4）式中：—軸承對(duì)軸的摩擦阻力，；—傳動(dòng)齒輪對(duì)軸的摩擦阻力，； —刀具去核時(shí)受到的去核阻力。則bc、de段，任意時(shí)刻m點(diǎn)的軌跡方程為： （5） 對(duì)（5）式求導(dǎo)，可以得到下列速度方程： （6） 對(duì)（6）式求導(dǎo)，得到m點(diǎn)任意時(shí)刻的加速度方程： （7） 凸輪軸上任一點(diǎn)m的速度和加速度的大小分別為和。 對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)特性分析，對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)與撥銷之間的接觸力進(jìn)行分析，在螺旋槽cd，eb段，凸輪軸做勻速直線運(yùn)動(dòng)，所以此時(shí)凸輪軸的運(yùn)動(dòng)處于平衡狀態(tài)，其受力如圖9所示： 圖9 凸輪軸受力分析圖可得 （8）代入各個(gè)分力可得： （9）以右端軸承與凸輪接觸面為基準(zhǔn)，列彎矩方程，得： （10） 式中：——撥銷對(duì)凸輪軸的支反力，； ——錐齒輪對(duì)鍵1的壓力，； ——錐齒輪對(duì)鍵2的壓力，； ——右端軸承對(duì)凸輪軸的支撐力，； ——左端軸承對(duì)凸輪軸的支撐力，； ——去核刀對(duì)刀軸的作用力，；——撥銷與凸輪軸之間的摩擦力，；——右端軸承對(duì)凸輪軸的摩擦力，； ——左軸承對(duì)凸輪軸的摩擦力，； ——鍵與錐輪之間的摩擦力，； ——螺旋槽螺旋升角，176。 ——凸輪軸某時(shí)刻的轉(zhuǎn)角，rad； ——凸輪左端軸半徑，m； ——凸輪中間軸半徑，m；——凸輪右端軸半徑，m；——分別表示撥銷與右端接觸面距離、左端接觸面距右端接觸面距離、凸輪軸重心距右端接觸面距離，m。又 ，，而，，為與凸輪軸相互作用的材料間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)?？紤]到各接觸部件均為鋼與鋼之間的接觸，材料相同，故有：（為鋼與鋼之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)）聯(lián)立上式，得： （11）由（11）可知，在摩擦系數(shù)，支撐力，螺旋升角，支撐軸和撥銷位置一定的情況下，撥銷也凸輪間的支反力主要由左軸承對(duì)凸輪軸的支撐力決定。 B到c和d到e運(yùn)動(dòng)過程中，凸輪軸與撥銷沒有接觸，所以不受撥銷的作用力，此過程凸輪軸做軸向的減速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)凸輪軸與撥銷接觸時(shí)，發(fā)生碰撞，為了方便計(jì)算，假頂凸輪軸與撥銷的碰撞為彈性碰撞，則根據(jù)能量守恒定理，滿足： （12）由動(dòng)量守恒定理，得 （13）式中：—凸輪軸質(zhì)量，kg；—撥銷質(zhì)量，kg；—為凸輪軸碰撞前后的速度，m/s；—為撥銷碰撞前后的速度，m/s。又由于撥銷與機(jī)架相連，故可以認(rèn)為其質(zhì)量相對(duì)于凸輪軸為無限大，設(shè)凸輪軸的質(zhì)量為，與撥銷碰撞前后的速度為：，則由沖量定理，得： （14）聯(lián)立（13），（14），得： （15）由（11），（15）可知，凸輪軸在任意路徑受到撥銷的作用力：eb，cd段bc,ed段c,e點(diǎn)位置 （16） 圓柱凸輪的設(shè)計(jì) 螺旋槽導(dǎo)程的設(shè)計(jì) 導(dǎo)程：同一螺旋線上，相鄰兩牙對(duì)應(yīng)的軸向距離，用S表示。螺距：螺紋上相鄰兩牙對(duì)應(yīng)點(diǎn)的軸向距離，用P表示。螺距與導(dǎo)程的關(guān)系：S=NP (N為螺紋的頭數(shù)) 通過對(duì)凸輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析可知：去核刀的進(jìn)刀和退刀由刀軸運(yùn)動(dòng)軌跡決定，刀軸的運(yùn)動(dòng)軌跡由圓柱凸輪決定，因此，要保證核刀能夠可靠地取出果核，必須選擇合適的螺旋導(dǎo)程，圖10為凸輪螺旋槽的展開圖： 圖10由圖10可知，,而,所以其中為螺旋升角，為圓柱凸輪半徑。由此可知，螺旋槽導(dǎo)程的值取決于螺旋升角以及圓柱凸輪半徑r。ⅠⅡ圖11 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的螺旋槽展開圖圓柱凸輪的主要作用是控制去核刀軸的運(yùn)動(dòng)軌跡，凸輪由作用螺旋槽組成，每個(gè)螺旋槽各轉(zhuǎn)1800。去核刀軸往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，料盤轉(zhuǎn)動(dòng)900，撥盤轉(zhuǎn)動(dòng)3600。刀軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周的同時(shí)，往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，即完成圓周運(yùn)動(dòng)AMBNA的同時(shí)，完成了AOBBOA的往復(fù)運(yùn)動(dòng)一次，在此過程中往復(fù)運(yùn)動(dòng)的路程即為螺旋槽的導(dǎo)程。如圖11所示。由上述可知，螺旋槽的導(dǎo)程主要取決于去核刀進(jìn)刀深度PB和退核間距PA,設(shè)設(shè)PB長(zhǎng)為，PA長(zhǎng)為，凸輪往復(fù)運(yùn)動(dòng)行程為，左右螺旋槽導(dǎo)程為。則： (17)根據(jù)凸輪機(jī)構(gòu)與槽輪機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，（1）要保證刀具與料夾不運(yùn)動(dòng)干涉，則刀具切入荔枝果肉過程中，料夾不發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，由于料夾只在撥盤轉(zhuǎn)動(dòng)一圈過程中的1/4圈發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，即轉(zhuǎn)動(dòng)角度只有900。由三角形邊角關(guān)系知，須