全自动苹果去皮机的设计与仿真

陕西科技大学硕士学位论文全自动苹果去皮机的设计与仿真姓名：张建宁申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：陈海峰20090501全自 动 苹果 去 皮机 的 设 计与 仿 真摘 要随着 我 国 水 果 罐 头 产 业 的发 展 以 及 世 界 其 他 国 家水 果 罐 头 消 费 的 增 长 ，我国 水 果 罐 头 产 品 出 口 的 发 展 面 临 着 良 好 的 机 遇 。 尽 管 高 新 技 术 在 我 国 果 品加 工 业 得 到 了 逐 步 应 用 ， 加 工 装 备 水 平 也 得 到 了 明 显 提 高 ， 但 由 于 缺 乏 具 有自主 知 识 产 权 的 核 心 关 键 技 术 与 关 键 制 造 技 术 ， 造 成 了 我 国 果 品 加 工 业 总 体加 工 技 术 与 加 工 装 备 制 造 技 术 水 平 偏 低 。 目 前 罐 头 加 工 领 域 存 在 的 最 大 问 题就 是 加 工 过 程 中 自 动 化 、 连 续 化 程 度 低 ， 对 先 进 技 术 的 消 化 能 力 差 。 去 皮 设备 大 都 停 留 在 半 自 动 程 度 ， 靠 人 工 将 苹 果 逐 个 插 到 固 定 针 上 ， 不 仅 生 产 效 率低 ， 而 且 容 易 造 成 工 伤 事 故 ； 因 此 设 计 开 发 一 种 全 自 动 苹 果 去 皮 机 能 有 效 的解决 加 工 过 程 自 动 化 及 连 续 化 水 平 低 的 问 题 ， 对 其 它 果 品 加 工 同 样 适 用 。设计的主 要内容 包括：（）整 机 方 案 确 定 ： 包 括 插 果 机 构 、 削 皮 机 构 、 切 块 机 构 、 卸 载 机 构 、圆盘插 针组件 以及机 架。（）供 料 部 分 设 计 ： 供 料 装 置 给 出 了 概 念 性 设 计 以 及 控 制 实 现 方 案 ； 供料 装 置 采 用 振 动 输 送 方 式 对 苹 果 进 行 输 送 ， 通 过 传 感 器 及 计 算 机 图 像 识 别 软件 对 苹 果 的 放 置 情 况 进 行 识 别 ， 并 通 过 气 缸 驱 动 的 方 式 将 未 达 到 放 置 要 求 的苹果进行剔除。（）插 果 机 构 设 计 ： 插 果 机 构 安 装 于 去 皮 机 圆 盘 上 方 的 机 架 上 ， 与 苹 果供料 装 置 衔 接 ， 通 过 插 果 机 构 压 板 及 托 板 的 协 同 运 动 可 以 把 苹 果 置 插 于 苹 果插针 上 ， 插 果 机 构 采 用 气 缸 作 为 驱 动 元件 ， 因 气 缸 以 洁 净 的 空 气 作 为 介 质 ，故可 满 足 食 品 加 工 的 卫 生 要求 。 并 可 实 现 无 人 看 守 的自 动 供 料 及 插 果 动 作 ，保证 了去 皮工 序 的自 动化 。（）削 皮 机 构 设 计 ： 去 皮 机 上 各 个 部 件 都 在 可 编 程 序 控 制 器 以 及 运 动 控制器 控 制 下 协 同 运 动 。 削 皮 机 构 以 运 动 控 制 器 作 为 控 制 元 件 ， 以 实 现 精 确 的削皮轨迹控制。（）运 动 仿 真 及 关 键 部 分 有 限 元 分 析 ： 本 文 将 所 设 计 的 苹 果 去 皮 机 在 中 建 立 三 维 模 型 ， 并 且 对 此 机 构 的 运 动 进 行 仿 真 ， 从 而 对 整个机 器 工 作 过 程 进 行 详 细 演 示 以 及 对 机 器 各 个 部 件 进 行 干 涉 分 析 ； 本 文 还 利用 有 限 元 分 析 软 件 对 部 分 零 件 进 行 了 结 构 分 析 和 优 化 设 计 ， 通 过 对 零件 的 有 限 元 分 析 得 出 了 零 件 设 计 的 最 优 方 案 ， 从 而 为 机 器 生 产 效 率 的 提 高 打下基础。关键 词 ： 全 自 动苹 果 去 皮 机 ，自 动 供 料 ， ， ，有 限 元 分 析 ，运 动仿真 ， 插 果 机 构 随 ， 曲 ， ， ， （ ） ， ， ， ， （ ） ， ， （ ） ， ， ， ， （ ） （ ） ， ： ， ，扼，黜， ， ，全 自 动 苹 果 去 皮 机 的 设 计 与 仿 真原创 性 声 明 及 关于 学 位 论 文 使用 授 权 的 声 明原 创 性 声 明本 人 郑 重 声 明 ： 所 呈 交 的 学 位 论 文 ， 是 本 人 在 导 师 的 指 导 下 ， 独 立进 行 研 究 所 取 得 的 成 果 。 除 文 中 已 经 注 明 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不 包 含任 何 其 他 个 人 或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 科 研 成 果 。 对 本 文 的 研 究 做 出重 要 贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已 在 文 中 以 明 确 方 式 标 明 。 本 人 完 全 意 识 到本声 明的 法律 责任 由 本人 承担 。论文作者签名： 主丝绉 ，生查旦关于 学 位论 文 使用 授 权的 声 明本人完全了解陕西 科技大学有关保 留、使用学位论 文的规定，同意学校保留或向国家 有关部门或机构送 交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权陕西科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检 索，可以采用 影印、缩印或 其他复制手段保存论文和汇编本 学位论文。同时授 权中国科学技术信 息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库 ，并通过网络向社会公众提供信息服务。论文作者签名：蹲（保密论文在 解密后应遵 守此规定）导师签名：全臼动苹果去皮机 的设计与仿真绪 论 本 课 题 研 究 的 背 景 和 意 义随着我 苹果 的产量 大大 增加 ，苹果 加工 业也有 了一 定的 发展， 但是 ，我国 的节 果加工在总体上还远远落后于苹果生 产的发展。由于各级政府的重 视，苹果种植业发展很快。随着苹 果种 植技术 的推 广普 及以及 优良 苹果品 种的 培育 和引进 。种 植面 积不断 扩大 ，苹果总产 量逐 年提高 。苹 果是 戎国第 一大 水果， 也是 我国 大优 势农 产品 之一， 目前 我国的苹果产 量居世界 第位， 占世界 总产量的 ！ 右。我国 有着丰 富的苹果 资源， 据年调查统计， 我国年产量已 达万吨 ，但主要用 于鲜食，苹 果加工率极低 ，由于缺乏先进的 果品 加工机 械， 不能 及时加 工处 理，导 致每 年约 的 水果 腐烂 变质， 经济 损失数以亿 计， 因此苹 果加 工是 我国苹 果资 源合理 利用 的重 要课题 。苹 果通 过加工 既可 以解决苹果鲜销市场卖果难的问鹿， 同时又可以实现加工增值。在苹果加 工产品 诸如苹 果罐头及 苹果干 等的 加工工 艺中，去 皮是必 不可少 的一道工序，苹果经过去 皮工序去除表皮上 残留的农药、污渍 等。苹果去皮方法 有：手工去皮、半机械 及机 械去皮 、蒸 汽去 皮和碱 液去 皮等 。目 前在 苹果加 工行 业中 广泛使 用的 苹果去皮机 均为 半自动 ，即 由人 工上果 ，机 器自动 去皮 。为 保证去 皮的 顺利 进行， 必须 为每台去 皮机 配备 人员 ， 用手 将苹 果插 在苹 果 削皮 工位 处。 如 图 ，为 某 苹果 加工 厂家 的去皮机 械工作 现场 ，须由 人工 将苹果 放于 平板上 的凹 槽内， 再由 机器自 动去 皮。显 然由图 苹 果 去 皮 加 工 现 场 人工上 果费 时、费 力、 劳动 强度大 ，而 且容易 产生 差错 乃至事 故。 因此 苹果加 工中 的去皮设备 自动 化程度 低成 为了 苹果加 工业 发展的 一个 制约 因素。 为解 决上 述技术 的不 足而提供一种降低劳动 强度、提高劳动效 率和降低事故率， 故而研究开发一种 自动化程度高、功能性强的苹果去皮机械。陕 西 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文 苹 果 去 皮 机 的 发 展 与 现 状当前苹果去皮机大体分为如下几类：（） 单果 手 动削 皮 机 ，如 图 所 示。 其 插针 冒 内 有用 于 插苹 果 的 插针 ， 机器 不 用时插针 冒用 于保护 作用 ，防 止扎伤 。使 用时将 苹果 插与 插针上 ，手 摇摇 柄，插 针带 动苹果转动 同时 将苹果 向右 推进 ，其仿 形刀 具在弹 簧的 作用 下紧压 于苹 果表 皮，苹 果一 边转动，一 边削 皮。该 机用 于个 人及家 庭使 用，由 于其 削皮 速度极 慢， 劳动 强度高 ，不 宜生产使用：霉。 洲冒】 摇 柄 插 针 冒 仿 形 刀圈】一第一类去皮机外观图 （）多 果自 动 去皮 机， 如图 所 示。 首先 由人 工 将苹 果以 苹果 梗 垂直 于水 平面 的方向放置于苹果槽内， 气缸推杆伸出带动升降 板及其上的电动机、插 针等一同向下移动，直到将苹果插于插针，之后气缸推杆回缩，将苹果提升至月帔刀高度，电动机带动插针、苹果一 起旋转 ，直 到完成 苹果 削皮工 作， 最后由 人工 将苹果 卸下 。该类 去皮 机每台 机器至少一 人、甚 至两 人负责 放果 和卸果 ，该 机之劳 动强 度属三 类去 皮机中 最大 者，生 产效避气 缸 升 降 板 电 动 机 插 针 削 皮 刀 苹 果 槽囤第 二类 去 皮 机示 意 图 、 、 一 、率较低。 （） 单果 自 动去 皮 机 ，其 工 作原 理 如 图卜 所 示 。 该类 去 皮机 的 转 盘上 设 有数 个 苹全 自 动 苹 果 去 皮 机 的 设 计 与 仿 真果转动 插针 ，均 匀分 布于 圆盘 的圆 周之 内。首 先由 人工 将苹 果插 于苹 果插 针， 圆盘 转动一定角 度， 苹果 被送 于去 皮工 位， 完成 去皮工 作， 圆盘 再转 动一 定角 度， 苹果 完成 切片工作， 圆盘 继续 转动 ，苹 果被 送于 去核 工位， 苹果 核在 该工 位被 除去 ，至 此完 成一 个工作循 环。 此 类去 皮机 较 （） 去皮 速度 快 ，但 其仍 然 依靠 人 工上 果， 生 产速 度多 由 人工 的熟练程度决定；图 第 三 类 去 皮 机 原 理 图 第三 类去 皮机 是 目前 企业 所 用比 较流 行 的机 种， 其 产品 有 型 苹 果削 皮、 挖核、制瓣栅】 。该机主要由箱体、中间座、送进机构、走刀机构和夹具、液压及机械传动机构 等组 成。 其外 形结构 见图 所示 。该机 在 年代 初期 可以说 是一 台自 动化 程度较高，加 工质量 较好的设 备，它 可以在一 条主轴 线上完成 削皮、 挖核和制 瓣三道 工序。 油 箱 中 问座 箱体 走刀 驱动 齿条 果叉 走刀 机构 扎钉 夹具 驱动 杆 夹 具组 合夕箱体转轴图 型 苹 果 削 皮 、 挖 核 、 制 瓣 机 、 、 陕 西 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文削皮采用 仿形机构 ，削皮刀 的走刀轨 迹为一 固定的局 部圆弧， 刀具具有 足够的浮 动量，用以弥 补固 定圆弧 轨迹 与果 实外形 的差 异，从 而保 证了 对同一 品种 的多 数果实 的均 匀削皮。制 瓣采 用固定 刀座 ，当 削皮结 束后 ，机械 手夹 果离 开果叉 ，推 向破 瓣刀， 根据 要求将果实 破为 两瓣或 四瓣 。该 机的挖 核亦 采用仿 形机 构， 挖核刀 固定 在转 轴上并 与破 瓣刀在同一 平面 ，在破 瓣刀 切瓣 的过程 同时 进入果 内挖 核， 为了保 证果 实在 加工中 处于 正确位置， 而且 果形 大小 不受影 响， 该机 采用 了弹簧 加压 的机 械手 可靠地 夹持 果实 和完 成上果动作。随着控 制技 术以及 传感 器技 术的日 新月 异，实 现该 功能 完全不 必采 用如此 繁杂 的机械传动 系统 ，而是 利用 市场 已有的 各种 控制电 机， 传感 器以及 传动 零、 组件来 完成 该种机械的 功能 。这样 既省 去了 一大笔 传统 传动机 械的 维护 费用又 大大 提高 了机械 的工 作效率，使得生 产企业的 成本降低的 同时又节 约了劳动力 ，可谓一 举多得。 本 课 题研 究 的 内 容本课 题主 要研 究苹 果去 皮系 统中 的 苹果 去皮 部分 ，参 考 型 去皮 机， 设计 出用于苹 果去 皮、切 瓣、 去核 的苹果 去皮 机，并 给出 各执 行部件 的选 型计 算以及 关键 工作部件的结构分析，具体可有如下几个方面：（）去 皮机 的 结构 、功 能设 计 ；包 括去 皮机 工作 方 式的 选择 ，供 料 机构 的设 计和 控制实现 ，主 轴、圆 盘的 设计 ，主轴 腔的 设计， 插果 机构 的设计 ，削 皮机 构的设 计， 切块机构的设计。（）主 要执 行 元件 的选 型； 包 括圆 盘主 轴伺 服电 动 机的 选择 ，插 果 机构 的导 柱弹 簧的选择，插果机构执行元件气缸的选择。（）整 机的 仿 真及 干涉 分析 ； 利用 软 件对 整 机进 行了 虚拟 装 配， 运动 仿真 和干涉分析，并 保存动画， 可以更好的了 解去皮机的 工作过程。（） 插 果 机构 关 键 部 件 压板 的 有 限 元 分 析与 优 化 设 计 。 利 用有 限 元 分 析 软 件 具 体分 析了 压板 在 工作 过程 中 的受 力情 况 ，对 压板 的初 始 设计 提出 不 足之 处并 给出相应 改进方 案， 通过对 压板 的优化 设计 得到较 理想 的尺寸 ，最 后给出 改进 后的压 板的受力情况。 本章 小结本章由 当前 我国苹 果加 工行 业中苹 果去 皮加工 的发 展状 况引出 了研 究设计 苹果 去皮机的意义 ，并详细 介绍了苹 果去皮机 的发展 状况，最 后给出了 本课题的 主要研究 内容。全 自 动 苹 果 去 皮 机 的 设 计 与 仿 真苹 果 去 皮 机 结 构 设 计本章首 先提 出苹 果去皮 供料 方案 ，为 去皮工 序做 好准 备， 并对该 方案 的具 体实 施过程作了详 尽说明 ，继而 针对过 去苹果 去皮机 的不足 ，提出改 进方案 ，最后 给出本 设计课题的关键部分苹果去皮机的设计。 苹 果 输 送 装 置 及 程 序 设 计输送装置总体设计单果自动 去皮机一 般采用圆 盘式供果 方式，即 圆盘圆周 上等距分 布若干苹 果插针，圆盘间 歇转 动，以 将插 于插 针上的 苹果 送至去 皮工 位。 本课题 供料 系统 参考单 果圆 盘式自动去皮机的工 作原理，旨在 实现无人工全自 动上果，应完 成如下任务：（）将 绝大 多 数苹 果以 苹果 中 心轴 竖直 方向 放置 ， 以便 于插 果机 构 顺利 将苹 果沿 轴线方向插于苹果 插针上，以利 于后续去核工 序顺利进行。（）自动剔除苹果果梗非垂直于水平面【】的苹果，使其重新回到料仓。（）自动 将苹果 沿轴 线方向 插于苹 果插针 上。供料系 统总 体结构 如图 一 所示， 振动 装置与 苹果 料仓 衔接并 以一 定频率 和方 向振动以将 苹果 送上 慢速 输送带 ， 两侧 挡板 的距离 只能 允许 苹果 以单列 通过 ，苹 果在 通过苹果挡 板气缸； 数码 摄像装置 ；固 定架； 推出汽缸 ；输 送带滚轮 ；输 送带驱动电机 ； 侧 挡板 ； 震 动装 置 ； 埸 除 苹 果出 口 ； 输送 带 （快 ）： 输 送带 （慢 ）图供 料 机构 示意 图（上 ：主 视图 ；： 俯视 图） （ ： ）慢速输送带 滑上快速 输送带后 各苹果间 保持一定距 离向前输 送，在到 达固定架 中央时，苹果挡板气缸 推杆处于伸出 状态，此处的光 电传感器【】 发出信号，经 程序计算并发出命 令， 各传送 带停 止传 送，数 码摄 像装置 拍下 该苹 果的俯 视图 像并 经计算 机视 觉信息处理系统【】判断处理，如苹果果梗垂直于水平面，则苹果挡板气缸推杆回缩，以 ： 使陕 两 科 技 大 学 硕 十 学 位 论 文该苹果 通过， 各传 送带恢 复传 送；如 苹果 果梗非 垂直 于水平 面， 则推出 气缸 推杆 伸出以将该苹果推 出回到苹果 料仓重新接 受选择，同 时各传送带 恢复传送。根据苹果传送装置工艺要求：在固 定架 与 支架 处 判断 有 无苹 果均 使用 光传 感 器。 在苹 果经 过 时， 光传 感器 开关量发 生改 变。在 固定 架 处要求 ：两 传送带 停止 传送 ，数码 摄像 装置 摄取苹 果图 像以进行 后续 处理 。在 支 架处 要 求： 对心 气缸 推杆 伸 出并 迅速 缩回 ，随 即 下压 气缸 推杆 伸出。传送装置工艺流程图如图所示。上 “ ” 振动 装置出， 停 留 一定 时 间慢速 传 送 带 缩回对 心 气 缸 推 杆 伸 一 遮 乞 住 砖 皿 摄像 装 置摄 取 图停止 挡板 气 缸 回缩 ， 停留一 定 时间 ， 伸 输送 控 制 系 统 方 案图 传 送 装 置 工 艺 流 程 图 根据工 艺要求 ，各 气缸均 为双 作用气 缸， 气缸活 塞上均 装有 永久磁 环 ，利用 直接安装在 缸筒上 的电 子舌簧 式或 磁电 式磁 性开关 来检 测气缸 活塞 位置， 使气 缸行程 位置检测 方 便、 结 构紧 凑 。控 制 系统 中 共有 个 点 ，其 中 个 输 入点 ， 个 输出 点 。；舆桶千苹渠於苹果 、 针 供 娶 寡 戊 ，下压 气 缸推 杆 伸，快速 传 送 带出， 瞬间 缩 回人像， 慢 、 快输 送 带 ： 支 人出， 慢 、 快传 送 带旧气缸删申出絮嚣子怨冽鬻言全 自 动 苹 果 去 皮 机 的 设 计 与 仿 真输 入 量 分 别 是 ： 推 出 气 缸 磁 性 开 关 、 ， 挡 板 气 缸 磁 性 开 关 、 ， 计 算 机图像信息 处理后输 出开关信 号、 三个对心 气缸磁性 开关 、 、 、 ， 下 压 气 缸磁 性 开 关 、 ； 输 出 量分 别 是 ： 摄 像 开关 ，推 出 气 缸 控 制，挡板气缸控制，对心气缸控制、，下压气缸控制。此系统 有 三 个 执 行 电 机 分 别 为 ： 震 动 装 置 电 机 ， 慢 、 快 速 传 送 带 电 机 、 ， 综 合 多方面 考 虑 ， 我 们 选 用三 菱 型 号 的 ，其 地 址 分 配如 表 所 示 。 外部接线可按照表完成接线，其具体的编程见参考文献表 地址分配表 去 皮 机 机 身 机 构 设 计苹果去皮机的设计方案去皮机 设计 的目的 是使 输送 装置输 送到 去皮机 的苹 果能 够实现 去皮 、切块 、自 动卸载，并且此一 系列功能均可 在无人看守的 情形下实现。根据去皮机欲 实现的功能 ，并参考过 去去皮机的结 构，初步设 计方案为：（）机器为四 工位、圆 盘式结构。 四工位分 别实现功能 ：插果、 削皮、切瓣 、除核；圆盘式 结构 有利于 实现 循环 工作； 圆盘 上四个 工位 分别 有一组 插针 ，苹果 插于 其上（）圆 盘 主轴 采 取伺 服 电动 机驱 动 ，转 动 方向 为 逆时 针（）插 果 工位 、 切瓣 工位 以 及除 核 工位 均为 气 缸驱 动（）去 皮工 位 采用 插补 机构 ， 此机 构将 按照 数码 摄 像装 置摄 取的 苹 果侧 面图 像经 计算机处 理得 到的苹 果侧 面曲线 数控 加工代 码来 完成苹 果的 削皮陕 两 科 技 大 学 硕 士 学 位 论 文整个去皮 机是充 分利用 电机控 制、传 感器、 气压传 动等先 进技术 的光机 电一体 化机械装置 。这 里所说 的机 身机 构设计 是指 不包括 输送 装置 的去皮 机部 分。 接下来 将具 体设计去皮机每个工位及主轴、机架等。主轴、圆盘设计 图主轴、 圆盘及 电机连接 图 如图所示，设计一个圆盘，将四个工位的苹果插针以相隔。布置于圆盘四周，同时考 虑在插 果、切 瓣时 圆盘边 缘所受 压力对 于圆 盘中轴 的力矩 较大 ，故采 用加四 个加强筋板 的结构 。圆 盘套于 轴上 ，轴端 用圆 螺母固 定。 考虑削 皮、 切块、 卸载 后的工 序顺利进行 ，可 在圆盘 上装 四块 斜面板 ，以 使苹果 皮、 苹果 块、苹 果核 顺利 滑下圆 盘； 机架的设计 亦应使 削皮 工位产 生的 苹果皮 、切 块工位 产生 的苹果 块、 卸载工 位产 生的苹 果核能够顺利滑向各 自的收集区域以 防止堆积过多使 机械难于运行。主轴间歇旋转运动的实现：主轴旋 转运 动设 计为 伺服 电动 机减 速器 传动 ，减 速器 轴与 联轴 器及 主轴 与联 轴器均以平 键连接 ，电 动机与 联轴 器采用 成套 产品。 减速 箱采用 直角 型可有 效减 小机器 的总高度， 增加机 器的平 稳性 及节省 空间。 主轴旋 转运 动传动 结构示 意图 如图 所示 。为实现主 轴的间 歇转 动，主 轴的 驱动控 制采 用闭环 控制 ，即步 进电 机由步 进电 机驱动 器驱动，圆盘边缘分布若干 触头，以触发机架设置 的接触传感器，从而对 伺服电机实现启动、停止动作。减速器 是一种 动力 传动机 构， 利用齿 轮速 度转换 器，将 马达 的回转 数减 速到所 要的回转数 ，并得 到较大 转矩 。其主 要作用 在于： 降速 同时提 高输出 扭矩 ，扭矩 输出比 例为电机输出扭矩 乘以减速比 ，但不能超出 减速器额定 扭矩；降速同 时降低了负 载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。主轴腔设计方案一： 主轴腔 上下口 均采用 轴承盖 方式。 此方案 中主轴 、圆盘 及圆盘 附属的 所有零件的重量 均由下轴 承盖的固 定螺栓来 承载，螺栓 承受轴向 拉力较大 ，容易产 生变形。方案二：主轴腔 上口采用轴承 盖方式，下部 盖采用与 主轴腔一体的 方式，此方案 、 全 自 动 苹 果 去 皮 机 的 设 计 与 仿 真可解决 方案 一中 螺栓 承受 轴向 力过 大的 问题， 但整 个主 轴腔 的加 工会 比较 困难 ，并 且轴承安装困 难。上轴 承盖 下轴 承盖 螺栓 轴承 衬套图 主 轴 腔 结 构 图醇 综合比 较二种 方案， 采用第 一种 方案。 因为螺 栓所承 受的 载荷主 要为圆 盘及其 附属零件的 重量 以及 插苹 果、 切块 的下 压力 ，这些 力都 不是 很大 ，故 选用 直径 稍大 的螺 栓来固定轴承 盖。最 后确定 方案主 轴腔的 结构图如 图 所示。分析主 轴受力 可知， 在主轴 工作 过程中 ，主轴 承受轴 向、 径向力 均较大 ，故下 部轴承采用 成对 使用 的圆 锥棍 子轴 承， 一是 起到对 轴起 到轴 向定 位的 作用 ，二 是能 够承 受较大的轴 向力 和径 向力 。而 上部 轴承 采用 深沟球 轴承 ，只 承受 剩余 的径 向力 。主 轴两 端一端固定，一端 游动，能够更 好地适应轴的 适当变形。平台，托板导柱，苹果压板，支架，下压气缸，弹簧，对心气缸及其推果缓冲装置，苹果托板， 对心气缸固定板图 插 果机构 示意图 （左 ：主视 图。右 ：俯视 图）醇 （ ： ： ）插果机构设计及其与供料装置的衔接工作过程插果机 构所 需实 现的功 能为 将输 送带 输送过 来的 苹果 以对 中的位 置插 上圆 盘上 的插针。据 此， 可设 计其 机构示 意图 如图 所示。 为便 于观 察， 主视图 中省 略了 对心 气缸及其推 果缓 冲装 置， 俯视图 中省 略了 支架 及其附 带的 其他 零件 。以下 结合 实例 说明 插果机构工作原理。苹果 对 心气 缸 及 其缓 冲 装 置 设 有三 个 ， 以相 互 夹角 。 分 布 于平 台 四 周， 苹 果陕 科 技 大 学 硕 十 学 位 论 文被送上 苹果 托板 后三 个苹 果对 心气缸 推干 丁同 时伸出 并缩 回，此 时苹 果托 板正 下方的苹 果插 针将 与苹 果的 轴线 对齐 ，下 压气 缸 的推 杆下 压。 带动 苹果 压扳 向下 移动 ，在 向 移 动 井 和 苹 果 接 触 之 前 苹 果 托 板 在 弹 簧 的 作 用 并 不 向 移 动 ， 和 节 果接触 后 ，苹 果 托板 、 苹 果 、苹 果 压扳 与 气 缸 推杆 一 起向 下 移动 ， 此 动作 将 苹果 插 于节果插 针上， 此时 自动苹 果去 皮机的 节粜 插针所 在的 吲盘克 服苹 果与苹 果托 板、节 果压板之间 的摩 擦力转 动， 苹果 移出节 粜托 板之后 气缸 摊杆 丌始向 上移 动 并保证 苹果 托板不与 下 一苹 果 插针 干 涉 ，回 归 原位 。 苹果 托 板 向 上移 动 直到 其 上 表面 与 平台 的 上 表面平齐。具体 工作方式如 图所示。曩 ） 输 进占一对 ， 一） 插 果至一） 四 盘 转 动） 压 板 归 位 、 圆 盘 转 过 图 插 果 工 作 过 程醇一 由于在 苹果托 板和苹 果压板 上开 有与苹 果插针 运动轨 迹相 重合的 弧形缺 口，故 在节马果压 板压 下时 ，节 果插 针所 在的 圆盘 可 顺利 转动 。装 于节 果对 心气 缸推 杆 的缓 冲装 置可保证推杆对节果不造成机械损伤”一。考虑 用三 个 气缸 来实 现 苹果 的对 心 有如 下缺 点 ：（ ）浪 费执 行元 件 ；（ ）占 用空 间大，使机器 体积加大 ；可考虑 采用个气 缸米实现 节果的对心 为使节 果对中顺 利实现粟用 形 推 板， 苹 果经 形 推 板的 作 用自 动 与气 缸 中心 线 对齐 ， 同时 缓 冲装 置 辅助 将 苹果推往对 叶位置。 确定方案 后插果 机构堤讣 图如图 所示。 图中弹簧 与缓冲装 置求画出。全 自 动 苹 果 去 皮 机 的 设 计 与 仿 真削皮机构设计机 构 设 计醇图插果机构设计图 插果机构 是使削 皮刀沿 苹果纵 向截面 弧线运 动的机 构，此 机构包 括两个 导轨， 分别可使刀 具沿 横向和 纵向 运动 ，其控 制方 式为使 用两 轴运 动控制 器控 制步 进电机 。通 过数码摄像 装置 摄取的 苹果 侧面 曲线经 图像 处理软 件得 到的 苹果侧 面曲 线以 及运动 控制 器所带的软 件可 准确对 苹果 进行 削皮加 工。 这种装 置的 优点 是该装 置所 加工 的苹果 不必 提前进行分级，各 种形状及大 小的苹果均 可经该装置 进行削皮。削皮机构 如图 所示 。横、 竖向运 动导轨 均采用 平行导 柱两根 ，在横 向导柱 上设图削皮 机构 图 有两个 滑块 ，上导 轨架 固定 于两滑 块上 ，两滑 块之 间的 距离须 适当 ，一 使两滑 块在 导柱上有足 够的 移动距 离以 完成 对苹果 的削 皮动作 ，二 是满 足上导 轨架 的固 定要求 ，并 且上导轨不会受 力过大而 过度变形 。其中一 个滑块上设 有丝杠螺 母，利用 丝杠副进 行传动，丝杠由 伺服 电动机 驱动 ，在 两滑块 分别 运动到 各自 的极 限位置 处时 ，均 有限位 开关 防止运动过 量，丝 杠和 电机以 弹性 联轴器 连接 。同样 在竖 向导柱 上设 有刀具 座， 该刀具 座同样可在 两导 柱上滑 动， 当刀 具座滑 动到 两极限 位置 时有 限位开 关防 止运 动过量 。刀 具座上设计 一圆 筒，用 于固 定刀 具，刀 具插 入圆筒 中， 圆筒 的螺栓 孔用 于旋 入一颗 固定 刀具用的螺 钉。 横、竖 两个 导轨 的驱动 电机 均固定 于方 形支 架上， 中间 的方 形空间 可容 纳联陕 两 科 技 大 学 硕 七 学 位 论 文轴器。滚 珠 丝 杠 副 传 动 系 统）滚 珠 丝 杠 螺母 副 的 特 点螺旋传 动是利 用螺杆 和螺母 组成 的螺旋 副来实 现传动 要求 的。它 主要用 于将回 转运动转变 为直 线运动 ，同 时传 递运动 和力 。而螺 旋传 动按 其螺旋 副的 摩擦 性质不 同可 分为滑 动 螺 旋 （滑 动 摩 擦 ） 、 滚 动 螺 旋 （滚 动 摩 擦 ） 和 静 压 摩 擦 （流 体 摩 擦 ） 。 滑 动 螺 旋 结 构简单，便于制造，易于自锁，但其主要缺点是摩擦阻力大，传动效率低（一般为） ，磨损快，传动精 度低等。 因为所设计的削 皮机构为比较 精密的自动控制 系统，故采用滚动螺 旋传 动。 滚动 螺旋传 动具 有传 动效 率高、 起动 力矩 小、 传动灵 敏平 稳、 工作 寿命长等优点【】 。）滚珠丝杠副的精度选择【】滚珠 丝 杠螺 母 副 按其 使 用范 围 及 要求 分 为 个精 度 等 级。 级 精 度 最高 ， 其余 依 次逐级递 减。数 控机 床和精 密机 械可选 用、 级精 度。 对此削 皮机 构可选 用、 级精 度。）滚珠丝杠的支承【滚珠丝 杠的 主要载 荷是 轴向 载荷， 而径 向载荷 主要 是卧 式丝杠 的自 重。其 两端 支承的配置情 况分为 一端固 定一端 自由、 两端固 定和一 端固定 一端浮 动，如 图 所示。图 滚 珠 丝 杠 的 支 承 配 置 图（ ）所示 是一