跌落式香梨冲击试验台的设计

13 届毕业设计跌落式香梨冲击实验台的设计学生姓名学号所属学院专业班级指导教师日期大学教务处制前言果实在采摘、清洗、分级及贮运过程中存在着振动、碰撞、冲击、静载、挤压等载荷形式的作用，形成以塑性或脆性破坏形式为主的现时损伤和以粘弹性变形为主的延迟损伤，即机械损伤。

机械损伤是果实损坏的主要形式，也是病源微生物的入侵之门，导致果实霉烂的最主要原因。

机械损伤会使其迅速腐败变质，增加损耗，若贮藏期较长时，已腐败的产品还会危及到与其相接触的其他好的产品，严重地制约了果实的贮运和销售。

在果实蔬菜的损伤中，由于机械损伤所造成的损耗是不容忽视的。

新疆香梨成熟后在整个流通链要经过采收、分级、包装、运输、贮藏及销售各业环节，在这些环节的机械化和自动化作业过程，梨果不可避免会发生碰撞、振动和挤压等，导致果实发生机械损伤而变质腐烂，因此需要设计一香梨跌落冲击试验台对梨果与各作业部件的接触力学特性进行研究，可为香梨梨机械化作业和自动化处理装置的减损设计提供依据。

关键词：碰撞；冲击；试验台目录1 绪论 (1)1.1跌落试验台设计的背景 (1)1.2跌落试验台的应用 (1)1.3跌落试验台的可行性分析 (2)2 设计任务书 (2)2.1设计题目：跌落式香梨冲击试验台的设计 (2)2.2设计要求 (2)3试验台的设计方案确定 (2)3.1简单的跌落试验台 (2)3.2跌试验台方案的确定 (3)4 跌落试验台零件的设计 (4)4.1底座的设计 (4)4.2主提升装置零件的设计 (5)4.3轴承的尺寸与润滑设计 (11)4.4 副提升装置的设计 (11)4.5试验台夹具的设计 (12)5 电动机的选择 (14)5.1 电机负载力矩的计算 (14)5.2 选择电动机类 (14)总结 (16)致谢 (17)参考文献 (18)1 绪论1.1跌落试验台设计的背景目前，减少果蔬采后损耗已成为全世界农产品业关心的主要问题之一。

果蔬在采后的预处理、加工、包装、装卸、运输和销售的整个过程中承受着不同载荷的作用，包括冲击、振动、碰撞、静载等载荷形式，从而形成以塑性或脆性破坏形式为主的现时损伤和以粘弹性变形为主的延时损伤,即机械损伤。

机械损伤是果品损坏的主要形式，也是病源微生物的入侵之门，是导致水果霉烂的最主要原因。

同时机械损伤还会使果品组织受到破坏，引起呼吸加强、膜透性增加、品质下降、并可导致有关代谢物质的改变。

因而，果品的机械损伤必须引起足够的重视。

有人估计在高度机械化的国家，水果和蔬菜由于机械损伤而引起的平均损耗约占总重量的30~40%，而在运输过程中80%的果品会因运输条件的不同而产生损伤。

我国是世界上果蔬第一生产大国，果品产量居世界首位，果品资源丰富"但由于我国物流技术起步较晚，果品物流技术还没有得到足够的重视，影响和制约我国果品物流发展的相关技术手段、软件和硬件还没有得到很好的发展，从而使得我国的果品在从生产基地、采收装卸、搬运、仓储、运输、加工到销售服务整个过程中产生的机械损伤更为严重。

相关统计资料表明2000年我国的水果蔬菜产值达到4000亿人民币，2004 年我国水果总产量已超过1.5 亿吨，经济损失达800亿人民币。

在果品流通过程中，当加载和卸载、整件货物堆垛和卸垛或其他任何装运箱装卸时，都会有突然的碰撞加到装运箱、包装成整件的货物或甚至整个标准联运集装箱之上。

有些装运箱可能意外掉下，在砸到地面时发生严重的冲击。

其他的装卸方式，如人工堆垛集装箱时的抛掷、或船运货物的装载等都可能将不同严重程度的冲击加载到每一个装卸中的装运箱之上。

另外苹果的迅速商品化使运输中的振动损伤成为果品损耗的主要因素之一。

因而研究流通过程中跌落冲击、振动载荷对果品的动力学特性及损伤的影响，对减少果品损伤、优化果品缓冲包装设计系统、保证市场供应、丰富人民生活、增加外汇收入有着非常重要的意义开展流通中果品的减损包装研究工作是当前国民经济发展的迫切需要。

1.2跌落试验台的应用李小昱等人在研究水果碰撞损伤时，通过苹果的跌落试验，分析了碰撞过程中损伤体积与吸收能量、最大加速度、衬垫厚度、碰撞时间等因素之间的关系，论证了以碰撞的加速历程和碰撞参数为基础的多元线性回归模型预测损伤体积的可行性，又在以后的试验中建立苹果碰撞过程的加速度——时间曲线的数学模型。

王俊等人以桃子的跌落试验为基础，发现冲击力时间特性参数fp／tp 最宜为硬度分级参数，并随后重点研究了桃子下落冲击后果实响应信号频谱特征与果实物理参数的相关性。

王剑平等人以黄花梨为试验对象，进行了不同下落高度、不同梨质量和坚实度等对碰撞参数指标如力峰值、到达力峰值时间、碰撞总时间、力峰值到达力峰值时间的比值等影响的碰撞特性试验。

卢立新等人利用MTS886跌落冲击试验机分别对单个与多层苹果进行跌落试验时，除发现苹果跌落时，苹果总损伤体积与其吸收能量之间仍成线性关系，还测定出单层苹果与其吸收的能量之间不存在线性关系。

1.3跌落试验台的可行性分析香梨是一种容易损伤的水果，在生长成熟后采摘、包装及运输过程中都极易碰伤，造成经济损失和浪费，而通过设计一个跌落冲击试验台测试香梨在不同高度跌落后的损伤分析，从而得出香梨不会损伤的条件，为香梨的机械化采摘和自动化处理的减损设备提供依据，争取使香梨的利润值达到最大，所以跌落式香梨冲击试验台的设计是可行的。

2.设计任务书2.1设计题目：跌落式香梨冲击试验台的设计2.2设计要求设计一个用于能提升香梨高度并能在不同位置上能停留且固定的试验平台。

工作台由电动机驱动，自行选择选择电机各项参数。

在此基础上，计算传动装置的运动参数，完成丝杆传动的设计计算，以及轴承、联接件的选择及校核计算。

最后，绘制出装配工作图及零件工作图，并编写出设计计算说明书。

设计的具体数据要求如下：（1）工作台垂直行程900mm（根据其他香梨试验结果得香梨跌落损伤明显的高度为200～800mm；（2）重量1.5kg；（3）运行速度20mm/s；（4）试验台在试验过程中要保持平稳，稳定；（5）横试验架能在竖试验架上下移动和固定；3试验台的设计方案确定3.1简单的跌落试验台1、支柱2、高度调节手柄3、横梁4、底座图 3-1 简易试验台图该试验台只要由底座、支柱、高度调节手柄和横梁组成，该实验台的高度主要由高度调节手柄来完成，当要提升横梁的高度时扭松手柄人工的使横梁达到所需的高度要求。

该试验台有以下下缺点：（1）每次调节高度非常麻烦，浪费实验的时间。

（2）调节的高度不准确，固定高度时容易造成人为误差。

（3）该试验台的稳定性较差，容易发生变形。

3.2跌试验台方案的确定3.2.1主提升装置的总体工作情况提升装置基于螺旋传动的原理，利用螺杆与螺母间的相对运动，将旋转运动变为直线运动。

装置位于原动机之后，主要是利用原动机提供的有效转矩，借以实现工作台的精确定位和移动。

3.2.2装置传动方案确定初步确定丝杆为滑动螺旋传动模式作为提升装置，主要存在以下两种基本类型。

（1）螺母固定，螺杆转动并移动。

这时螺母本身就起着支撑作用，从而简化了结构。

虽然精度较高，但轴向尺寸往往很大，刚性较差。

（2）螺杆转动，螺母移动。

这种传动形式存在独立的支撑件，结构紧凑（所占轴向尺寸取决于螺母高度及行程大小），刚度较大。

综合考虑后，本设计选用后一种方案，即螺杆转动、螺母移动。

其结构见图3-11、螺杆2、螺母图3-2 螺杆结构图该传动装置的优点有：（1）装置结构紧凑，传动链长度大为缩短。

同时，设计简单、便于制造、维护方便。

（2）介于螺旋传动的特点，可以在传动链中精确的传递相对运动和位移，可以方便的控制螺母的移动速度，传动精度较高。

（3）装置具有有自锁功能，可以实现传动中的“稳定刹车”确定用副提升装置为直线滚动导轨。

3.2.3综合各方面资料跌落试验台的总体图。

其结构见图3-21、左支柱2、滑动导轨3、横梁4、滚珠滑块5、底座6、电机7、右支柱8、真空吸盘9、硅胶管 10、真空泵 11、螺杆 12、螺母3-3 试验台总图4 跌落试验台零件的设计4.1底座和支架的设计由于该试验台属于小型的试验台，对底座和支架的强度和硬度要较低所以选择ZG230-450号钢。

该钢的特性和应用见表4-1。

表4-1 一般工程用铸造碳钢的特性和应用牌号主要特性应用举例ZG200-400 低碳铸钢，韧性及塑性均好，但强度和硬度较低，低温冲击韧度大，脆性转变温度低，导磁、导电性能良好，焊接性好，但铸造性差机座、电气吸盘、变速箱体等受力不大，但要求韧性的零件ZG230-450用于负荷不大、韧性较好的零件，如轴承盖、底板、阀体、机座、侧架、轧钢机架、箱体、犁柱、砧座等ZG270-500 中碳铸钢，有一定的韧性及塑性，强度和硬度较高，切削性良好，焊接性尚可，铸造性能比低碳钢好应用广泛，用于制作飞轮、车辆车钩、水压机工作缸、机架、蒸气锤气缸、轴承座、连杆、箱体、曲拐ZG310-570用于重负荷零件、如联轴器、大齿轮、缸体、气缸、机架、制动轮、轴及辊子ZG340-640高碳铸钢，具有高强度、高硬度及高耐磨性，塑性韧性低，铸造、焊接性均差，裂纹敏感性较大起重运输机齿轮、联轴器、齿轮、车轮、阀轮、叉头图4-1 底座和支架组装图4.2主提升装置零件的设计4.2.1螺杆螺纹的设计与校核（1）螺杆材料、热处理螺杆是在高温、一定腐蚀、强烈磨损、大扭矩下工作的，因此，螺杆必须：①耐高温，高温下不变形；②耐磨损，寿命长；③耐腐蚀，物料具有腐蚀性；④高强度，可承受大扭矩，高转速；目前我国常用的螺杆材料有45号钢、40Cr、氨化钢、38CrMOAl等。

所以根据上述和表4-2本设计螺杆的制造材料均为45号钢。

螺纹部分采用表面淬火处理，保证硬度达到45HRC，使螺纹具有较好的强度和韧性。

表4-2 螺杆材料及力学性能表材料牌号热处理种类截面尺寸力学性能硬度直径D，mm 壁厚S，mmbσ，N/mm2sσ，N/mm2 HB HRC45 正火≤100≤50588 294 169～217101～300 51～150 569 284 162～217301～500 151～250 549 275 162～217501～800 251～400 530 265 156～217调质≤100 ≤50647 373 229～286 101～300 51～150 628 343 217～255 301～500 151～250 608 314 197～255表面淬火40～50（2）螺杆尺寸设计螺杆中径2d ≥ （4-1）对于矩形和梯形螺纹，h ＝0.5P ，则2d ≥ （4-2） 螺母高度H=φd 2 （4-3）式中：[P]为材料的许用压力；见表4-3φ值一般取1.2～3.5；表4-3 滑动螺旋副材料的许用压力[ P]螺杆—螺母的材料滑动速度 （mm /s ）许用压力(MPa)钢—青铜低速1825 ≤3.0 11～18 6～12 7～10 >15 1～2 淬火钢—青铜 6～12 10～13 钢—铸铁<2.4 13～18 6～124～7因此综上所述：φ取2 材料的许用应力[P]取1.5MPa 带入（4-2）式得217.9d mm ≥=根据查阅[338]机械设计课程设计手册（第册）页资料得：公称直径20d mm =，螺距4p mm =，螺杆小径115.5d mm =，螺杆中径 1.25h mm =，1.25h mm =图4-2螺杆（3）螺杆的校核 ① 自锁验算自锁条件是 λ≤v φ (4-4) 式中：λ为螺纹中径处升角； v φ为摩擦角；摩擦系数f 取0.08 ；滑动摩察系数f 的取值见表2214λarctanarctan 4.003.1418nP d π︒⨯==≈⨯ 0.08arctanarctan 4.57cos cos15f υφβ==≈︒︒符合自锁条件表4-3 滑动摩擦系数螺杆—螺母的材料摩擦系数f 钢—青铜 0.08～0.10 淬火钢—青铜0.06～0.08 钢—钢 0.11～0.17 钢—铸铁0.12～0.15② 螺杆强度的计算对受力较大的螺杆应根据第四强度理论校核螺杆的强度。