蘋果采摘裝置結構設計

摘要本次畢設選擇的課題主要是設計一種新型的蘋果采摘裝置及其對蘋果后續(xù)的分級選擇器械進行結構設計，目的是為了減少人力資源。提高采摘效率，盡量的減少人工，減少果農在采摘過程和將蘋果按大小分級所花費的時間，先進行市場調研，了解目前市面上的采摘器，對其進行分析，有何優(yōu)缺點，并且到農場實地進行考察，了解小型果農廠的地形和種植密度，蘋果大小。后用PROE進行三維建模，確定設計的器械為簡易的可以伸縮的抓取蘋果的一種采摘器械和滾筒式分級機器來減少果農的工作量。抓取式的簡易采摘器械可以解決果農高空采摘水果的難題，主要設計的內容有：采摘機械手、伸縮桿機構、半橢圓型的收集機構、手持機構以及如何降低采摘器重量，使得果農采摘過程中較為輕松。創(chuàng)新點相比市面上的采摘器可以連續(xù)作業(yè)，而蘋果分選器的設計采用價格最為便宜的滾筒式分級器，成本價格比較親民，否則難以在小型果農廠之間流傳開來，分選器的設計內容有傳動路線的設計、減速器齒輪軸和低速軸的設計、V帶的選用、滾筒的設計、電機的選擇等等，設計目的是為了解決中國廣大果農對于直徑相近球形果實的采摘難題和采摘后及時分選包裝，以免錯過蘋果的新鮮期，實現(xiàn)果農真正意義上的自產自銷，具有一定的市場前景。關鍵詞：采摘器、分選器、proe三維建模、結構設計

StructuredesignofapplepickingdeviceAbstractThemaintaskofthisprojectistodesignanewtypeofapplepickingdeviceanditsstructuredesignforthesubsequentgradingselectiondeviceofapple,inordertoreducehumanresources.Improvethepickingefficiency,reducethelaborasmuchaspossible,andreducethetimespentbythefruitfarmersinthepickingprocessandgradingtheapplesaccordingtothesize.First,conductmarketresearch,understandthecurrentmarketpicker,analyzeitsadvantagesanddisadvantages,andconductfieldinspectiononthefarmtounderstandthetopography,plantingdensityandapplesizeofsmallfruitfarms.Afterthree-dimensionalmodelingwithPROE,itisdeterminedthatthedesignedequipmentisasimpleandretractableapplepickingequipmentandrollergradingmachinetoreducetheworkloadoffruitfarmers.Thesimplegrabbingpickingequipmentcansolvetheproblemoffruitpickingathighaltitude.Themaindesigncontentsinclude:pickingmanipulator,extensionbarmechanism,semiellipticalcollectingmechanism,hand-heldmechanismandhowtoreducetheweightofthepicker,sothatthefruitpickingprocessislighterandlooser.Comparedwiththepickeronthemarket,theinnovationpointcanoperatecontinuously,whilethedesignofApplesorteradoptstherollerclassifierwiththecheapestprice,whichismorecost-effectiveandaffordable.Otherwise,itisdifficulttospreadamongsmall-scalefruitfarms.Thedesigncontentsofsorterincludethedesignoftransmissionroute,thedesignofgearshaftandlow-speedshaftofreducer,theselectionofV-belt,thedesignofroller,andtheselectionofmotorThepurposeofthedesignistosolvetheproblemofpickingsimilardiametersphericalfruitsandtosortandpackthemintimeafterpicking,soastoavoidmissingthefreshperiodofapplesandrealizetherealsenseofself-productionandself-saleoffruitfarmers,whichhasacertainmarketprospect.

Keywords:Applepicker、Separator、3Dmodeling、Structuraldesign

目錄目錄TOC\o"1-3"\h\u289931前言 前言目前，我國是世界上最大蘋果生產國，但是大多數(shù)還是以小果農小規(guī)模種植為主，因此，采摘過程將會耗費極大的人力和時間，大型采摘機械無法適應我國的水果種植業(yè)的特殊情況，并且采摘后的挑選也是以人工為主，這樣不僅僅耗費時間還耗費人力資源，此次設計針對如上兩個問題進行結構設計。1.1課題背景及意義蘋果是一種眾所周知且喜愛的水果，屬于薔薇科目的植物，蘋果樹為喬木，人們喜愛蘋果的原因很簡單，其一是其甘甜可口，色澤光鮮亮麗，有營養(yǎng)且富含各種維生素，還能補鈣，飯前吃水果不僅僅有助于消化，還能增強人體的代謝能力，有助于減肥，蘋果富含豐富的鉀元素，可以與人體內多余的鈉元素產生化合反應，中和了鈉，對于喜歡重口味的人群來說，蘋果是改善人體平衡的不二之選，這也是蘋果受到全世界追捧的原因。目前來說，全世界各地都有在栽培蘋果，可見人們對蘋果的喜愛程度，以及種植環(huán)境并不是特別的高。世界蘋果栽培數(shù)量現(xiàn)排名第三，僅少于第一的橘子和第二的香蕉[1]。近幾年來，隨著我國生產力水平的提升，人民消費水平的提升，極大的促進了我國蘋果產業(yè)的發(fā)展，栽培蘋果的數(shù)量，種植蘋果的區(qū)域，與蘋果相關的加工食品都有上漲的趨勢，目前我國蘋果的產量是世界最多的，已經超越東南亞國家成為世界第一[2]。今年來，隨著人們消費水平的提升，對于水果市場需求也有一定提升，從而促進了蘋果種植業(yè)的迅速發(fā)展。由于我國果園的機械化采摘研究起步比較慢，果園的機械化采摘相對于國外還是處于落后階段，國外的大型機械采摘機器較為昂貴更加適用于大果園大規(guī)模采摘，我國果農多進行小規(guī)模的果園作業(yè)，雖然大型機械采摘效率比較高，但由于經濟和地域的特殊性，我們沒有辦法只好放棄這種方式，但如果要完全采用人工進行采摘作業(yè)的話，將會花費很大得勞動力和時間，因為水果是有采摘期的，錯過最好的采摘期將會對果農的經濟利益造成一定影響，如果果農將大量的時間和資源都投入到采摘這一塊，間接造成了果農的損失，并且高處采摘容易對采摘人員造成傷害。所以針對我國這一現(xiàn)狀，采用簡易采摘器更比起國外的大型機械采摘機械更加適合我國果農，更能增加我國的經濟效益。簡易采摘器更加適合像我國這種采摘人員知識水平有限，對精密機械無法操作的人員，并且簡易采摘器比起果農親自取采摘提高了采摘的效率，采摘造成的損害也減少了，也不需要那么多的時間和精力，節(jié)約了采摘成本。隨著我國人口老齡化的加劇，教育的普及，從事農業(yè)種植行業(yè)的人員越來越少，并且人們的生活水平逐漸提高，對水果的需求也會增加，這一矛盾必將促進我國水果采摘機械化水平的提升，目前來說，簡易的采摘器械有有著廣闊的市場前景，針對上述問題，本設計將用理論與實踐相結合的方法，從如何更好的增加采摘效率和提高采摘的穩(wěn)定性著兩方面，對蘋果采摘裝置進行結構設計。1.2課題國內外研究現(xiàn)狀及存在的問題大體上我們可以將采摘的種類分為兩種，一種是依靠一些簡易的器械或者機器進行采摘，另一種是目前的高新科技之一，全自動化的機器人采摘。機械化采摘程度（國外）：在國外大多數(shù)西方國家，人口較少，勞動力的短缺導致勞動力昂貴，在各個生產行業(yè)中，多數(shù)依靠自動化，機械化的方式來代替人工進行生產，水果采摘也不例外，但大多數(shù)在脫離人工，使用完全機械化采收的水果，都是一些不怕摔，不怕爛的水果，可以進行二次加工進行出售的水果，如可以制成橙汁的橘子和橙子，市面上直接進行銷售的水果，要預防其損傷帶來的損失，目前大多數(shù)還是以人工采摘為主。上個世紀30年代末，一些西方國家就已經開始對水果采摘的機械化發(fā)展進行研究，美國是第一個開始研究振搖式采摘機的國家。。50年代中期，我國出現(xiàn)了用拖拉機來進行驅動的振搖采摘機[3]。機械化采摘程度（國內）：目前來說我國的機械化生產還不完善，因為我國大型果場較少，大多數(shù)是小型果農種植為主。并且果農知識有限，短期內要普及機械化采摘不太現(xiàn)實，需要一段用采摘輔助工具輔助采摘的過渡期，我國在50年前就已經開始研究采摘機械了，效仿著西方先進國家，研制出過機械震動式的山楂采果器械，還有各式各樣的采果器，較大型的采果器械終究還是無法普及，我國普遍的種植密度較大，沒有那么大的空間放置大型機械。在20世紀80年代之后，開始研究切割式的采摘器，從那之后，我國的采摘方式開始從老式的人工使用剪刀，搭乘梯子進行采摘過渡到利用一些簡易的機械裝置采摘，在不久的將來，想必也將會過渡到大型器械進行采摘，完全解放勞動力也是工業(yè)機器人的目的。相比南方，北方更有利用大型機械進行采摘的優(yōu)勢，平原較多，人口密度也沒有南方那么大，氣候也適宜。南方果園多建立在丘陵山丘地帶，并不適宜大型采摘機器?？傮w而言，我國的南方的機械化作業(yè)還有很長的一段路要走，由于多處丘陵，作業(yè)較為危險，所以目前輔助采摘器械更加適合南方的果園采摘。機器人采摘進展（國外）：西方發(fā)達國家是最早接觸采摘機器人這一項目，也是最早意識到機械化程度所帶來的好處，第一臺采摘機器人的誕生地就在美國，美國依靠著他的國際地位和經濟實力，在機械人這一塊領域處于世界領先地位，在缺少勞動力的國家，對機械自動化程度的依賴越高，，日本對機器人的設計研發(fā)情有獨鐘，先后發(fā)明了西紅柿采摘機器人，黃瓜采摘機器人，草莓采摘機器人，隨著計算機和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，人才的涌入，使得自動控制系統(tǒng)這一塊飛速發(fā)展，直接帶動了采摘機器人的發(fā)展進程，目前大多數(shù)國家在攻研機器人的識別處理技術和人工智能，相信在這方面一旦有了重大突破，離無人化智能果場到來的日子就不遠了。即使是科技如此發(fā)達的今天，全自動的收獲機器人還沒有真正的面世，距離機器人完全代替人工還有一段距離要走，目前存在的機器人大多數(shù)是半自動收獲機器人，識別技術和采摘技術也還有需要完善的地方，但總體而已，國外機器人研究要比國內機器人研究的進度要快得多，近年來，我國也有開始重視機器人技術這一塊，科學技術是第一生產力是我國國情。國內機器人采摘：因為國情的原因，我國研究機器人起步比較晚，與西方發(fā)達國家相比還是有一段距離，雖然我國是農業(yè)大國，但是都是建立在低廉的人工上面，高生產力的背后是耗時耗力，在農業(yè)果蔬采摘機器人這一塊，我國各個大學以及研究機構也在研究分析國外的先進設備和想法，現(xiàn)如今也取得了一定的成果，例如上海交通大學已經效仿國外的機理研究出了自動采摘機器人（黃瓜采摘），湖南大學也在研究多自由度收獲機械手的優(yōu)化，在自動化采摘機器人的研究這一塊，我國有趕超發(fā)達國家的趨勢，隨著我國工業(yè)自動化的發(fā)展，許多作業(yè)已經脫離了處處都要人的境況，而目前我國計劃生育的弊端，人口老齡化的程度也在加劇，許多農村年輕人向往大城市發(fā)展，對于農村來說，勞動力不斷的在流失，所以農業(yè)生產自動化刻不容緩。與國外機器人相似，我國的農業(yè)采摘作業(yè)機器人雖然有，但也還是不夠完善，在視覺傳遞系統(tǒng)，自動識別，自動采摘，篩選等方面都有一定進步，但要完全取代中國這種大規(guī)模農業(yè)作業(yè)者手工采摘的現(xiàn)狀，還需要等到機器人采摘完全成熟才可能實現(xiàn)。目前采摘機器人有主要有如下幾個問題：1.無法精準的采摘到果實（自動識別系統(tǒng)不夠完善）2.機器人采摘對果實的傷害極大（無法精確的控制力度）3.機器人采摘容易錯過果實的最佳采摘期4.機器人采摘極其昂貴難以在實際生產中進行推廣?？偟膩碚f，我國在采摘機器人這一方面的研究還處于起步階段，都是借鑒模仿國外的一些采摘機器人，而且在機器人的識別，采摘效率等方面還需要更加完善。隨著我國高等教育的普及，科學技術的發(fā)展，相信我國的采摘機器人水平會越來越好，盡早的投入日常生產中，解放勞動力，為我國農業(yè)機器人的發(fā)展添上濃厚的一筆。1.3國內水果采摘器機械化未來發(fā)展方向目前看來，國內采摘機器人不夠完善，而且成本很貴，不適應投入實際生產中，處于研發(fā)的初期階段。然而水果的需求還在進一步的上升，為此，采摘水果應該從提高采摘的效率，同時也要降低勞動著的勞動強度，減少水果的損壞率這三方面出發(fā)。機械水果采摘其總體的趨勢有（1）具有多種用途，一個機械最好能完成多種項目，例如采摘，收集，分級，裝箱一體化設備。（2）方便攜帶、操作應該適用于廣大學歷水平較低的果農采摘作業(yè)者、有一定可靠性、要確保采摘作業(yè)的安全。（3）通用性好?？梢允褂猛粋€采摘裝置，在不同的地方（山坡，平地）對形狀大小相似的水果進行采摘。（4）重視水果采摘裝置的自動化、智能化研發(fā)，提高采摘效率、減少采摘成本、降低人力勞動，解放勞動力。[15]2總體方案的擬定圖2.1總體流程圖整個過程不僅節(jié)省了大量的人工，提高了水果采摘的效率，實現(xiàn)果農即為生產者同時也作為賣家的新經營模式。2.1設計內容和參數(shù)2.1.1設計內容①鋁合金伸縮桿②機械手③半橢圓形收集裝置④傳送桿⑤手持固定部分⑥蘋果分選機的選型設計2.1.2設計參數(shù)根據(jù)文獻參考可知一般的蘋果樹可以長到。根據(jù)實物購買和大數(shù)據(jù)分析得紅富士蘋果最大單果重可達400克以上，平均單果重180～300克。直徑是3cm≤D≤10cm，果實多為扁圓形。2.1.3選擇采摘方式目前的采摘方式按原理可以大體分為三種方式分別是抓拉式、吸附式、剪切式，其各自特點如圖2.1所示。圖2.2果實采摘方式特點經過對比權衡，本機構設計最終采用抓拉式采摘類型進行設計。2.2總體設計這次設計的伸縮式機械手臂二爪機械手采摘裝置是一個新型使用的采摘器械，目的是為了解決廣大果農對于高空蘋果的采摘而設計的。因其用途和我國廣泛分布的小型果農的國情有其一定的特殊性，總體下有兩大原則，(1)可操作性原則:蘋果采摘的作業(yè)是知識水平較低的普通果民來完成的，果農的知識水平有限，對器械的了解也沒有經過系統(tǒng)的學習，所以要求可操作性簡單，并且要結構文檔，不易損壞。(2)經濟性原則:在設計過程中要盡可能的選用便宜的材料，要了解設計的服務對象是果農，一般的小作坊果農無法接受昂貴的采摘器，也要保證采摘器的強度牢靠，采摘過程中不會被破壞對采摘作業(yè)人員造成傷害。否則會不被廣大果農接受，很難普及。本次設計的蘋果采摘器，主要由鋁合金金屬桿，末端二爪連桿采摘結構，半橢圓形收集裝置，傳送桿和手持部分。其有著輕巧，操作簡單，拆裝方便，可克服惡劣空氣等優(yōu)點。是基于目前小部分果農正在使用的采摘器械進行改良的版本。鋁合金金屬桿采用大徑和小徑相差1mm的設計原則，類似與伸縮雨傘那樣的設計，伸縮部分由卡扣進行連接?？梢愿鶕?jù)不同的高度進行伸縮。手臂上裝有傳送裝置的固定環(huán)。末端執(zhí)行機構是由彈簧，二爪機械手（套有橡膠）組成，控制手柄和與復位彈簧相連接達到控制手柄操作機械手的效果。收集裝置類似籃球框那樣的網(wǎng)，下連接著傳送裝置，斜放在二爪機械手的下方，采摘蘋果完成后，松開手柄，蘋果自然下落到接送裝置。傳送網(wǎng)要保證水果在運輸過程中不會損傷，需要使用較為柔軟的材料。且直徑應該比紅富士蘋果的最大直徑稍大一些，以確保運輸過程中不會由果實卡在網(wǎng)里。手柄采用ABS制成，盡量減少整體的重量，減少果農作業(yè)的負擔。蘋果分選機是為了解決小型果農方便在自己的果園中自產自售，成本要盡量的符合小型果農的負擔，否則無法推廣。創(chuàng)新性：相比舊型采摘器更加輕巧，結構也相對簡單，沒有機械知識的果農也能自己進行設備的維修，且采摘和收集一氣呵成，減少采摘作業(yè)時長。圖2.3采摘器結構示意圖其中1-把手2-螺釘3-伸縮桿14-伸縮桿25-復位彈簧6-定位銷7-螺釘8-螺母9-機械手爪10-收集裝置3采摘部分的設計3.1市面上常見的采摘器統(tǒng)籌一些常見的水果采摘器械，可以將采摘器主要分為機械式，電動式，氣壓式（按使用的驅動力來分），按其分離方式來分可以將其分為吸附式，剪切式和抓拉式。目前國內的簡易采摘器械還是已機械式為主。但有逐漸往另外倆種方式發(fā)展的趨勢，也有用電極進行切割的高新技術（價格昂貴）。現(xiàn)在國內市面上大多數(shù)采摘機械的采摘方式主要分為用刀具進行切割，剪斷果莖采摘果實或者選擇用機械手抓仿照人手的方式，直接將果實進行抓取，將其于果莖分離。在設計采摘器的末端執(zhí)行裝置的時候，需要考慮以下幾點：（1)被采摘果實的大小，形態(tài)（2）采摘機械的材料，機械特性（3）采摘時施加的力是否會對果實造成傷害。在目前市面上主要出售的機械采摘輔助裝置，一般都有在采摘的內部采用柔軟的材料來保護摘取的果實，如尼龍或者橡膠材料等。對于機械手來說，一般來說機械手的手指越多，采摘精度就越高，采摘效果的就越好，但是手指越多相對而已控制也會變得越來越復雜。放眼國外，在荷蘭的研究人員研發(fā)了一種特殊的切割方法--電極切割法，并且采取的是無指夾持的采摘機械，他的原理是利用特制的電極產生的高溫進行切割，只要將電極端靠近果實的莖，按下開關，就可切割果實了，這種特殊的方式可以有效的防止被切割果實果樹的感染。日本一直以來都走在研究機器人前端，日本的三重大學有研究一種采摘時不需要觸碰到果實，只對莖進行抓取的采摘機器人，但是這種機器人搭配的采摘末端裝置有一定的缺陷，他對于莖較短的果實無法進行準確的抓取。還有一些采摘器的末端裝置是激光切割的，他通過激光切割果實的果梗進行摘取果實。激光式切割和電極切割的優(yōu)勢在于可以方便的切斷果?；蛘吖o，并且降低了采摘裝置的復雜程度，以及不需要控制夾緊力的大小和精度，缺點在于都是處于研發(fā)階段的較為高端的機器，成本比較昂貴，即使研發(fā)成功也不合適用于我國的種植業(yè)。3.2采摘方式選擇不同的采摘方式有不同的特點，剪切式采摘就是仿照人手使用刀具對果實的莖進行減斷將其分離，其結構比較簡單，但是脫離的人手之后，無法對其進行高精度的定位（較難實現(xiàn)）。其次是吸附式，吸附式相對而言定位要求沒那么高，但是需要配套的真空形成裝置，而且會對果實造成一定傷害。最后是抓拉式，抓拉式結構簡單，操作方便，確定是抓拉過程中會對其果實和枝條造成傷害。權衡三種方式，選擇結構簡單操作方便的抓拉式采摘方式。末端執(zhí)行機構是采摘的關鍵部位，其代替人手直接與蘋果進行接觸，但由于不好控制力度，力度太大容易損傷蘋果，力度太小又無法將其抓取，使其果莖分離，為了防止這一現(xiàn)象，設計時，應該在于蘋果接觸的地方套上一層較軟或者有彈性的材料（橡膠or尼龍），本次設計的參照物為紅富士蘋果，相比一般的蘋果稍微大一點，所以要注意尺寸不能太小，大部分蘋果是橢圓形的，但因為各種自然環(huán)境和其他不確定因素的影響，也有一些蘋果是奇形怪狀的，有的扁平有的圓潤有的偏小有的碩大，兩爪機構機械手在抓取蘋果的穩(wěn)定性已經足夠。二爪機構連著伸縮式機械手臂的末端的支架（使用彈簧將其連接為一體，完成收放)采摘頭采用的是單支點回轉型的滑槽杠桿式手部結構。3.3末端執(zhí)行機構的設計設計執(zhí)行機構時要考慮采摘過程中是否會對果實造成傷害，要盡可能的降低對果實造成的傷害，所以決定在兩指的內側裝上較為柔軟的軟膠材料。材質：塑料橡膠。采摘過程：靠近果實時張開機械手抓，當手抓完全將果實包裹住時，按下手柄，使得兩爪收縮，將蘋果固定。將其用力抓取待果實與莖分離后松開手柄，復位彈簧復位，手抓張開，果實掉落到收集裝置。末端執(zhí)行機構選用夾鉗式手部結構，其主要由驅動裝置，傳動機構和機械手指組成，此結構具有較強的適應性，能對各種形狀各種結構的工件進行抓取。大多數(shù)傳動機構的夾緊和松開是依靠滑槽、斜楔、齒輪齒條、連桿機構實現(xiàn)的?；剞D型手指主要分為圖3.1如下三種，這種手指結構的優(yōu)勢是結構和形狀較為簡單，但是要注意當其夾持不同的工件時會產生夾持定位誤差。圖3.1不同手指示意圖其中a為單支點，b為雙支點，c為平直指。權衡三種不同的手指夾持方式，最終選定滑槽桿杠式手部（單支點）。3.3.1手爪受力分析機械手夾持的對象為蘋果，直徑為30-80mm，重量為150g-400g。對其進行結構受力分析如下圖圖3.2滑槽杠桿式機械手結構示意圖根據(jù)受力平衡可得得F1=F2得得最后可得：（式2.1）結合結構受力分析圖和式2.1可以得出，當控制F不變時，COSa2與成正比，即當a越大，F(xiàn)N也越大，但角度不是越大越好的，角度的增加會使得其他結構變長變大，造成采摘機械手偏大，背離設計初衷，所以角度應該選擇一個合適得大小，經過分析最終確定本設計采用α=30°3.3.2尺寸計算執(zhí)行機構用來抓取水果，果實不算太硬，要求的力度不是很大，但當機械手包裹水果的輪廓后，按下手柄，水果會被夾緊，為了順利抓取水果就需要算出夾取力。之后往后扯即可完成蘋果的采摘，松下手柄按鍵，蘋果掉落到接收裝置，通過傳送裝置完成收取。3.3.3夾緊力的計算如何設置合適的夾緊力無疑是采摘機械手設計的關鍵點，首先我們對其畫出受力分析圖，對蘋果收到的力進行分析計算，蘋果收到來自哪個方向的力，以及要保證蘋果不被機械手損傷，夾緊力還必須得克服重力，分析蘋果產生的靜載荷和采摘過程中產生的載荷，以便保持采摘過程是穩(wěn)定可靠的夾緊狀態(tài)。圖3.3滑槽杠桿式機械手受力分析圖夾緊力公式：（式3.1）安全系數(shù)的取值范圍：工作情況系數(shù)計算公式：（式3.2)其中g=9.8N/KGa為最大上升加速度，方向與重力方向相同。(式3.3）vmax為最大上升速度（與蘋果重力方向一致）；t響系統(tǒng)從0到達其最高速度vmax所花費的時間，可以通過設計參數(shù)進行選取。一般取0.03-0.5s。K3為方位系數(shù)，可以按表3.1選取。表3.1夾緊力的方位G——蘋果的重力(N)。設計中;設，計算F的大小設K=1.2=1+v/t/g=1+0.1/0.5/9.8=1.02已知K1=1.2，K2=1.02，查表3.1可以得到K3=0.5將K1K2K3帶入夾緊力公式得FN=1.2×1.02×0.5×9.8×0.4=2.4N由圖3.3得到驅動力公式為（式3.4）F計算=2××（cos30°）2×2.4=10.8N（3）取F實際==10.8/0.85=12.70N想要使得手抓張開的角度為，而活塞桿的長度已經確定。計算機械手指的有效夾持半徑當機械手指張開的角度為0°的時，如圖3.4左所示，由圖進行分析得到其最小半徑R1為40mm，當角度為時，如圖3.4右所示，其最大夾持半徑計算如下：所以機械手指的有效夾持半徑為40mm≤R≤84mm圖3.4夾持手爪示意圖3.3.4末端執(zhí)行機構的強度校核計算強度校核采摘手指簡化為懸梁壁模型受力分散于兩爪均為2.39N約為2.4N受力分析簡化為下圖模型圖3.5載荷分析圖值:F=12N，L=8.5cm=0.85m。果農在采摘水果的過程中，會受到各種阻力的影響（刮風，下雨等等）所以在采摘水果的過程中，其受到的力也是變化的，為此算出來的最大彎矩不是采摘過程的極限值，應該將其與一個系數(shù)K相乘，得到的彎矩最為采摘時的最大彎矩。由于采摘器采摘時一般的工作環(huán)境狀況較好，取k=2此處材料為工程塑料抗彎強度強度為200Mpa遠遠大于101.6Mpa符合設計要求，采用。3.3.5采摘機械手三維示意圖圖3.6執(zhí)行機構三維示意圖4機械手臂及其他部位的設計4.1鋁合金伸縮桿設計伸縮桿部分是仿照折疊雨傘進行設計的，原理是用兩根同心不同直徑的鋁合金桿進行組裝，上半部分應該比下半部分的直徑稍微小一些，才可以將其拼裝起來，在下桿（外桿）的頂端和上桿（內桿）的多個點位進行打孔，用卡扣或者卡環(huán)裝在下桿的頂端，，這一即可完成自由伸縮的設計，使用者可以根據(jù)不同的需要進行桿長的選擇。采摘完水果后可以上桿（內桿）放回到外桿中，有效的節(jié)省了放置時需要的空間，且在使用過程中沒有特別需要注意的地方，安全性能得以保證。4.1.1材料選用果農采摘水果時，可能會遇到惡劣天氣，因此需要一定強度和耐腐蝕性。鋁合金具有質量較輕等優(yōu)良特點?？梢杂行p少果農們采摘水果時手持采摘器對手部造成的疲勞（密度只有鋼的三分之一）。鋁還有足夠的抗拉強度。在經過熱處理和合金強化后可以達到和低碳鋼差不多的強度，除此之外，鋁合計是總所周知的具有強耐腐蝕性能的金屬。輕，強度夠，耐腐蝕。滿足這三個要求且價格低廉，所以材料采用鋁合金。4.1.2尺寸計算圖4.1采摘作業(yè)示意圖采摘水果的果樹的高約為三米到四米，設計下桿（外桿）的長度為1.2m,上桿（內桿）的長度為1m,即總長可以達到2.2米，加上果農的平均身高，基本可以覆蓋到所有人工種植的蘋果樹高度，最高的高度至少可到三米。設計下桿(外桿）的直徑為，上桿（內桿）的直徑為，均為空心管，大徑與小徑的差均為。4.1.3強度校核圖4.2桿的三維示意圖為了進一步確定伸縮式機械手臂的選用是否符合實際操作，需要考慮一下四點①桿的穩(wěn)定性是否足夠。②受力分析得進行采摘作業(yè)時，桿得受力大部分集中在上桿（內桿）的一端，可以當作細長壓桿進行受力分析。③可以忽略作業(yè)時扭矩彎矩帶來的影響④所有內外載荷均通過截面的形心(忽略局部扭轉產生的影響)。因此機械手臂的受力可以簡化為下圖的細長壓桿模型圖4.3桿的受力分析圖圖中p為上桿（內桿)在進行采摘作業(yè)受到力的總和，其中包括整個簡易采摘器械的重量加上所采摘水果的重量加上收集裝置的重量。計算時可以忽略其他細小的外力因素，但要乘上受到風力影響，用之前取的系數(shù)2進行計算，即算出的力之和要與系數(shù)相乘，得到的值作為其受到的最大壓力。取值，總體長度為2.2m,即2.2米處是壓感穩(wěn)定性最差。查常用金屬后選用鋁合金伸縮桿的材料為鋁硅合金，查鋁硅合金的強度，，，，，，穩(wěn)定安全因數(shù)取6。用歐拉公式進行校核其穩(wěn)定性（滿足歐拉公式使用條件）壓桿的柔度,（式4.1）其中i為關系半徑，慣性半徑，圖4.4壓桿的截面示意圖帶入數(shù)據(jù)得i=223,λ=197，最小柔度（式4.2）因為（大柔度壓桿）滿足歐拉公式校核使用條件。臨界力（式4.3）驗證其穩(wěn)定性，壓桿的穩(wěn)定條件為帶入數(shù)據(jù)得10<83/6=13.8得到壓桿穩(wěn)定，符合設計要求。4.1.4采摘桿的受力及設計合理性當果農正在使用采摘器采摘水果，受力分析圖如圖4.5所示，采摘作業(yè)時桿會與地面形成一個夾角，在這里設為60°，設采摘頭部位m=0.5kg,伸縮桿重0.7kg。圖4.5采摘作業(yè)時的受力分析圖對O點取矩得0.4F2-m機械手臂g×cos60°-mg機械手×cos60°=0Fx=F2×sin60°Fy=(m機械手臂-m機械手）g-F2×cos60°帶入數(shù)據(jù)解得，三個力都很小，說明在采摘作業(yè)時，采摘人員受到的力不會對其造成傷害，結構設計合理。4.2半橢圓形收集裝置設計收集裝置的頭部采用半橢圓形的結構，為了采摘后的蘋果可以準確無誤的掉落的收集裝置而不是地面上，半橢圓的外圈應該稍大一些，防止蘋果受到外力的因素（風力）被吹跑掉落到收集裝置外面的區(qū)域。收集裝置應該與傳送網(wǎng)相連接，傳送網(wǎng)要選擇較柔軟的材質，以免接收和傳送的過程中對蘋果造成傷害，造成不必要的損失。4.2.1選擇收集裝置材料收集裝置的環(huán)為橢圓形由鋼絲制成，輸送裝置有軟質布料制成，類似于高樓救生員救生時使用的柔性滑道（縮小版）。4.2.2尺寸設計目標水果為紅富士蘋果，直徑稍大，下落時的候又有不確定因素（如風力，操作人員手的抖動），所以收集裝置的直徑定為。4.2.3收集裝置及其傳送網(wǎng)三維示意圖圖4.6接收裝置三維示意圖4.3手持裝置的設計總體外觀設計為槍把手式，一端固定，另一端可以進行轉動。選型查唐利芹編《面向工業(yè)設計的人體模型參數(shù)化研究》設計工業(yè)產品時，不僅僅只能為了實用，操作者是人的前提下，對操作部分進行的設計要用P50進行設計。綜合P50和此次設計的尺寸要求取手柄的上半部分尺寸為手柄的下半部分尺寸為手柄的總體高度為4.3.1手槍式手持裝置效果圖圖4.7手持裝置三維示意圖采摘器總體設計示意圖圖4.8采摘器三維示意圖5蘋果分選機設計5.1滾筒分選機原理分析滾筒式分選機是依靠傾斜的滾筒轉動，帶動桶內蘋果跟著一起轉動，轉動的過程中不同大小的蘋果會通過不同的篩孔，從而達到蘋果分級的目的，其主要由電機，減速器，傳動帶等傳動機構和滾筒，整體的機架組成。篩孔要看被篩選水果的大小進行設計，電動機要根據(jù)實際情況進行選定。果農將采摘好的大小不一形狀各異的水果放入進料裝置，水果由于重力左右相繼流入滾筒內，自動進行分級，整個操作過程果農只需要按下電機的開關，無需其他操作，適合知識儲備不足，不具備機電知識的果農們。5.2蘋果分選機總體結構設計5.2.1結構組成分選機主由以下機構組成5.2.2蘋果分選機主要傳動方式及其傳動路線蘋果分選機的總體動力又電動機提供，電動機帶動V帶，通過帶傳動將動力帶給減速器，經過減速器減速后達到適宜的轉速，再經過鏈輪傳動給摩擦輪，最終滾筒在摩擦輪的作用下開始轉動，即可放入蘋果進行分級。圖5.1蘋果分選機總體傳動路線5.3執(zhí)行機構設計計算5.3.1蘋果分選器滾筒設計考慮到蘋果并不是統(tǒng)一規(guī)格，而是大小各異的，為此需要將滾筒進行分級，才可以分類出不同大小的蘋果，根據(jù)蘋果的尺寸，可以將滾筒分為六級，在實際生產中，相鄰的兩級料斗可以合并，達到實際生產中不同分級的需求。初步設計此蘋果分級器的滾筒為六級分級，五節(jié)篩筒。5.3.2確定滾筒孔眼總數(shù)生產能力G的計算公式為：（式5.1）其中：z為的孔眼總數(shù)（滾筒）；λ為單位時間內從篩孔掉落的物料系數(shù)。滾筒式的λ一般為1％到2.5％，m為蘋果的質量（取平均值）已知給定的參數(shù)，，得=（1000×1000×12）／（3600×0.02×300）=313（個）5.3.3滾筒的直徑、長度以及排數(shù)和孔數(shù)的確定已知，且，由于不同的蘋果需要設置不同的篩孔，所以各個篩孔的孔徑大不相同，而滾筒的直徑是一樣的，為了合理分配孔數(shù)，設計時應該將滾筒剪開，作為一個平面進行分配孔數(shù)。就可以按照每級排數(shù)乘于每級的篩孔數(shù)來分配總孔數(shù)Z，其關系式為總孔數(shù)應該等于每級孔數(shù)相加之和，設計的滾筒長度應該為每級長度相加之和，但實際上由于各級滾筒直徑是不同的，最終是無法相連的，所以一般取滾筒各級中直徑較大的直徑最為整個滾筒的直徑。根據(jù)上式確定直徑D和長度L之后，要進行校核，如則可以確定D和L，如在此范圍之外，就需要重新設計每級的孔數(shù)和排數(shù)。初步估計滾筒孔徑：表5.1篩孔孔徑的參數(shù)篩孔孔徑長×寬（mm）孔隙（mm）粒徑分布比例系數(shù)ai軸向分布比例系數(shù)bi第一級80×40151/81/2第二級85×45201/21/4第三級90×50251/41/8第四級95×55301/81/8第五級100×60351/81/85.3.4各級篩孔數(shù)的計算（1）各級篩孔的孔數(shù)（式5.2）為各級篩孔的個數(shù)；為原料粒徑分布比例系數(shù)；為原料沿滾筒軸向分布比例系數(shù)；—基準孔數(shù)。(2)基準孔數(shù)為（式5.3）=313/（1/8×1/2＋1/2×1/4＋1/4×1/8＋1/8×1/8＋1/8×1/8）=1252（個）則，可求Z1=a1b1Z。=1/8×1/2×1252=79Z2=a2b2Z。=1/2×1/4×1252=157Z3=a3b3Z。=1/4×1/8×1252=40Z4=a4b4Z。=1/8×1/8×1252=20Z5=a5b5Z。=1/8×1/8×1252=20篩孔排數(shù)與每排孔數(shù)的計算已知（式5.4）式中：為長度與直徑之比。為滾筒的長度。為滾筒的直徑。滾筒的長度L還有另外的計算方式（式5.5）式中：為基準數(shù)為各級篩孔的直徑為各級篩孔的孔徑為篩孔的直徑及間隙對排數(shù)的影響比例系數(shù)。（式5.6）式中：P1為各級篩孔的數(shù)因所以則將這些轉換式化簡，得又估計u=L/D=4則D=1/4L將Z1至Z5帶入則L2=2/π〔79×(0.080＋0.015)2＋157×(0.085＋0.020)2＋40×(0.090＋0.025)2＋20×(0.095＋0.030)2＋20×(0.100＋0.035)2〕解得L=2.107×(0.712975+1.730925+0.529+0.3125+0.36450)=√3.6499m=2.10m則D=1/4L=0.525m則由得P1=2π×0.525/(0.080＋0.015)=21P2=2π×0.525/(0.085＋0.020)=18P3=2π×0.525/(0.090＋0.025)=16P4=2π×0.525/(0.095＋0.030)=16P5=2π×0.525/(0.100＋0.035)=14由此可得各級滾筒每排孔數(shù)：由可得將孔數(shù)合理化得各級滾筒每排的孔數(shù)為：（4）滾筒直徑的確定各級滾筒的周長為1（式5.7）l1=√3/2(d1＋e1)P1=/2(0.080＋0.015)×21=1.727ml2=√3/2(d2＋e2)P2=/2(0.085＋0.020)×18=1.636ml3=√3/2(d3＋e3)P3=/2(0.090＋0.025)×16=1.593ml4=√3/2(d4＋e4)P4=/2(0.095＋0.030)×16=1.732ml5=√3/2(d5＋e5)P5=/2(0.100＋0.035)×14=1.636m滾筒的周長應該≧任意級滾筒的周長，所以令滾筒的周長為1.732m。（5）修正篩孔間隙因為各級計算周長與確定的滾筒軸長l存在差值，則按下式修正：1.（式5.8）則e1=2×1.732/×21－0.080=0.015e2=2×1.732/×18－0.085=0.026e3=2×1.732/×16－0.090=0.035e4=2×1.732/×16－0.095=0.029e5=2×1.732/×14－0.100=0.043（6）滾筒直徑.（式5.9）則D=1.732/π=0.5513m=0.6m（7）長徑比驗算總長度的確定，應將各級的一側邊緣尺寸fi計入，因此（式5.10）（式5.11）得到滾筒的長度.（式5.12）所以L=〔3×(0.080＋0.015)＋5×(0.085＋0.026)＋3×(0.090＋0.035)＋3×(0.095＋0.029)＋2×(0.100＋0.043)〕＋1/2〔(0.080＋0.015)＋(0.085＋0.026)＋(0.090＋0.035)＋(0.095＋0.029)＋(0.100＋0.043)〕=2.182m將計算得到的L和D帶入長徑比公式中，將其與規(guī)定的u進行對比，若相差大于，則返回取重新取值計算。由計算得D=0.55m，L=2.182m則=2.182/0.55=3.96規(guī)定的u=L/D=4則相差值為4-3.96=0.03＜5％，符合要求。故可確定滾筒的直徑和長度分別為D=0.55m，L=2.182m5.3.5確定滾筒轉速和水平傾角滾筒轉速公式：1式（5.14）由滾筒直徑計算已知D=0.55m，帶入滾筒轉速公式有結合實際生產需求，最終確定滾筒的轉速。滾筒的傾角a一般約為3o～5o，已知滾筒長度為L=2.182m，結合實際生產，取。5.3.6滾輪和摩擦輪設計摩擦輪通過摩檫力帶動滾筒轉動，而摩檫力往往回來零件的磨損，為了降低摩擦造成的損耗，一般要將磨損集中在摩擦輪上（為了方便后期更換零件），這樣在設計中需要我們在材料選擇方面選擇摩擦輪的耐磨性小于滾圈的耐磨性，故選擇摩擦輪的材料為灰鑄鐵，滾圈材料為碳素結構鋼。摩擦輪外徑為，。5.3.7功率計算電動機功率（滾筒需要）計算：1（式5.15）式中：一般為0.6～0.7。設。（式5.16）式中：因為滾筒是用來分選蘋果，所以按蘋果的平均質量和半徑，蘋果密度，填充系數(shù)選取。所以滾筒轉動時所需要的電動機功率P：=﹙（0.60-0.002×2）/2﹚×18×(62＋13×51)×9.81/60×0.6=995.7W5.3.8篩孔的設計篩孔的設計直接關系到了篩選的效率問題，一般來說，篩孔的形狀可以由設計者自由定取，設計上普遍采用正方形、菱形、正三角形排列。經過對蘋果大小的分析，計算出正三角形排列可以使其有效篩選面積更大，效率更高，所以選擇正三角形排列。圖5.2篩孔排布示意圖5.3.9選擇電動機（1）選擇電動機類型和結構形式電動機的額定電壓一般為380V，查閱手冊選用Y系列三相交流異步電動機。（2）選擇電動機類型的功率由設計計算已知，需要的輸出功率為P工作輸出=0.9957KW總效率為3所以電動機的輸入功率為（3）初選根據(jù)《機械設計課程設計手冊》，選擇電動機型號為，。5.4傳動裝置的運動和動力參數(shù)5.4.1傳動裝置傳動比和軸的轉速計算,。所以總的傳動比為：合理分配傳動比如下：第一級V帶傳動比；第二級齒輪傳動傳動比；第三級鏈傳動傳動比；第四級摩擦輪傳動傳動比。所以各個軸的轉速n為5.4.2各軸輸入功率的計算V帶傳動的機械效率；滾動軸承的機械效率；圓柱齒輪動機械效率；鏈傳動的機械效率；摩擦輪傳動的機械效率。根據(jù)各傳動動效率和電動機的額定功率，可以算出各軸的輸入功率。5.4.3各軸轉矩的計算5.5零件的選擇和設計5.5.1帶傳動的設計在總體傳動比分配比例時，已分配帶傳動的傳動比為3。電機通過帶傳動將動力傳給減速器，所以其傳動速度比較高，選擇帶傳動可以提高其傳動時平穩(wěn)的程度，皮帶傳動的原理是依靠摩檫力來帶動，價格也比較便宜，還具備緩震的特性，而帶傳動中的V帶傳動能帶來更大的摩檫力，所以選用V帶傳送。(1)計算功率功率的計算公式為，其中查得所以得到(2)選擇V帶的帶型，小帶輪轉速,查《機械設計課程設計》應選用A型。(3)帶輪的基準直徑（1）初選小帶輪的基準直徑查《機械設計課程設計》取。驗算帶速v此帶速符合設計標準。（3）計算大帶輪的基準直徑大帶輪的直徑在到《機械設計課程設計》取接近的數(shù)值，取。(4)確定V帶的中心距和基準長度根據(jù)中心距公式得由式：得到計算出得Ld后，在《機械設計課程設計》查表選取Ld最為接近的作為V帶的基準長度。得V帶的基準長度。實際中心距(5)計算小帶輪上的包角和帶的根數(shù)由包角計算公式符合設計標準，所以可以取。計算帶的根數(shù)z（1）計算單根V帶的額定功率Pr已知，由《機械設計課程設計》得已知且，A型帶皮帶，查《機械設計課程設計》得查《機械設計課程設計》得有計算V帶的根數(shù)z圓整取2根。(6)計算V帶（單根）的初拉力的最小值有（單位長度質量)根據(jù)最小拉力公式(7)計算軸壓力軸壓力計算公式s(8)帶的張緊只有定期的進行張緊，才能保證帶傳動的能力為保證帶傳動的能力。5.5.2減速器直齒圓柱齒輪的設計(1)選擇齒輪類型、齒數(shù)、材料及精度等級（1）選用直齒圓柱齒輪傳動。（2）滾筒工作時，低速平緩，所以選用7級精度。（3）由《機械設計課程設計》選擇材料為40Cr（調質）硬度為280HBS的小齒輪，材料為45鋼（調質）硬度為240HBS的大齒輪。（4）（小齒輪）(大齒輪）(2)按齒面接觸強度設計設計計算公式進行試運算，有（式5.17）（1）確定各個數(shù)值試選用載荷系數(shù)。先進行小齒輪傳遞的轉矩的計算。由《機械設計課程設計》選取齒寬系數(shù)材料的彈性影響系數(shù)。按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限；大齒輪的接觸疲勞強度極限應力循環(huán)次數(shù)取齒輪的接觸疲勞壽命系數(shù)計算齒輪接觸疲勞許用應力。設失效概率為1﹪，安全系數(shù)，由《機械設計課程設計》得（2）計算將分度圓直徑d1t，代入〔σH〕中圓周速度v。齒寬b。模數(shù)m齒高h載荷系數(shù)因為圓周速度，且精度等級為7級，由《機械設計課程設計》查得動載荷系數(shù)直齒輪由《機械設計課程設計》查得系數(shù)(精度等級為7級，且相對支承對稱）因為齒寬和齒高之比為12.79，查《機械設計課程設計》得載荷系數(shù)校核后得的分度圓直徑所以模數(shù)(3)按齒根彎曲強度設計彎曲強度的設計公式為（模數(shù)）（式5.18）查表取得公式內各個計算數(shù)值根據(jù)《機械設計課程設計》取得大齒輪的彎曲強度極限，小齒輪的彎曲疲勞強度極限；所以得到計算彎曲疲勞許用應力。取彎曲疲勞安全系數(shù)載荷系數(shù)K查取齒形系數(shù)。由《機械設計課程設計》查得查取應力校正系數(shù)。由《機械設計課程設計》查得計算大、小齒輪的設計計算根據(jù)齒面接觸強度計算出來的模數(shù)會比齒根彎曲疲勞強度計算出來的模數(shù)要大，然而模數(shù)與彎曲強度的承載能力息息相關，而齒輪的直徑與齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力有關，我們可以用接觸強度算出來的模數(shù)按接觸強度得到的分度圓直徑計算，從而得到小齒輪的齒數(shù)和大齒輪的齒數(shù)。同時滿足了齒面接觸疲勞強度和齒根彎曲疲勞強度。符合設計標準。(4)幾何尺寸設計計算（1）分度圓直徑中心距齒輪寬度取。5.5.3滾子鏈傳動的設計(1)選擇鏈輪齒數(shù)取齒數(shù)（小鏈輪），（大鏈輪）(2)確定計算功率由《機械設計課程設計》查得，單排鏈，有(3)選擇鏈條型號和節(jié)距已知及查《機械設計課程設計》，可用選型號鏈條。此鏈條節(jié)距。(4)計算鏈節(jié)數(shù)和中心距中心距的范圍,,取。那么其鏈長節(jié)數(shù)應該為圓整鏈長節(jié)數(shù)為92節(jié)。查《機械設計課程設計》得到中心距計算系數(shù)，最大中心距為(5)計算鏈速以及確定其潤滑方式已知鏈速和鏈號，查《機械設計課程設計》采用油池潤滑。(6)計算壓軸力Fp圓周力為：壓軸力系數(shù)1.15，所以5.5.4軸的設計計算(1)高速軸的設計（1）初步估算軸的最小軸徑：（軸徑）（式5.19）選軸的材料為45鋼（調質），由《機械設計課程設計》，取又因為設計計算軸的最小軸徑為圓整后取27mm。（3）高速軸結構設計1）裝配方案為了滿足軸的強度要求，保證軸上零件的定位，后續(xù)的裝配和定位方式，在設計軸的整體結構的時候，一般將軸設置成階梯狀。裝配方式如圖5.3所示。圖5.3高速軸的裝配方式由軸向定位確定軸直徑和長度a、首先要確定小皮帶輪的軸向定位所以在軸的右邊需制出軸肩，當取段的直徑；軸的左邊用擋圈進行定位，擋圈直接應該稍微大一點取直徑。小皮帶輪與軸配合的轂孔長度，擋圈不能壓在軸上，所以lⅠ-Ⅱ的長度應比轂孔長度短一些，取。b、選擇選擇單列圓錐滾子軸承。查《機械設計課程設計手冊》選擇標準精度級的單列滾錐軸承，，故；而。右端滾動軸承采用軸肩定位。選用型軸承，查得定位軸肩高度，有c、取，由于小齒輪的齒根圓到鍵槽底部的距離，所以應該把齒輪和軸連成一塊，以齒輪軸的形態(tài)出現(xiàn)。d、設計軸承蓋的總寬度為20mm。因為減速器需要時不時潤滑軸承，需要拆裝軸承蓋，令小皮帶輪到端蓋的外端面的距離為30mm，故。e、取齒輪距箱體內壁之距離。在確定滾動軸承位置時，應距箱體內壁一段距離s（減少誤差），取，已知滾動軸承寬度，則（4）軸上零件的周向定位小皮帶輪的周向定位采用平鍵連接。由d去查《機械設計課程設計》得平鍵截面為，鍵槽長為40mm。（5）求軸上的載荷根據(jù)b已經選好了軸承的型號，由《機械設計課程設計手冊》查得。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距。根據(jù)軸的計算簡圖畫出軸的彎矩圖和扭矩圖，如圖5.4所示。得出截面C是軸的危險截面。表2截面C的支反力、彎矩及扭矩數(shù)值載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=1466N,FNH2=1466NFNV1=533.5N,FNV2=-533.5N彎矩MMH=94557N·mmMV1=34410.75N·mmMV2=-34410.75N·mm最大彎矩MM1=M2=√945572+34410.752=100624N·m扭矩TT1=85020N·mm圖5.4軸的載荷分析圖（7）校核軸的強度可以將軸危險截面的強度作為軸的強度來進行校核。取，上表中的數(shù)據(jù)帶入公式得因為軸為經過調質處理的45號鋼，且〔σ-1〕=60MPa>3.3MPa,所以軸的強度是足夠的。(2)低速軸的設計初步估算軸的最小軸徑：1（式5.20）軸的材料為45鋼（調質），由《機械設計課程設計》取=112因為P2=2.03kW，n1=59r/min設計計算：軸的最小軸徑為，取42mm。（3）軸的結構設計1）軸上零件的裝配方案裝配方式如圖5.5所示圖5.5低速軸的裝配2)由軸向定位確定軸的直徑和長度a、首先確定小鏈輪的軸向定位所以在的左邊需制出軸肩，取段的直徑，軸的右邊用擋圈來定位，按軸端直徑取擋圈直徑。小鏈輪與軸配合的轂孔長度，擋圈不能壓在軸上，所以lⅦ-Ⅷ應比L1略短一些，取。b、由《機械設計課程設計手冊》選擇標準精度級的單列滾錐軸承，，故；而。左端滾動軸承采用軸肩定位。由《機械設計課程設計手冊》查得型軸承的定位軸肩高度，所以c、使；齒輪的右端與右軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為70mm，為了使套筒可以壓緊齒輪，在設計時要將次軸段的寬度設計的稍微短一點點。故取，齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度，故取，則軸環(huán)處的直徑。軸環(huán)寬度，取。d、設計定軸承蓋的總寬度為20mm。軸承蓋要方便拆裝以便潤滑軸承，取小鏈輪左端面與端蓋的外端的距離，故。e、取齒輪距箱體內壁之距離，滾動軸承離箱體內壁距離s，取，已知滾動軸承寬度，則3）軸上零件的周向定位小鏈輪、齒輪的周向定位采用平鍵連接。由,去查《機械設計課程設計》得平鍵截面，長為56mm，小鏈輪與軸的連接，選用平鍵12mm×8mm×22mm。4)求軸上的載荷根據(jù)b已經選好了軸承的型號，由《機械設計課程設計手冊》查得。因此，作為簡支梁的軸的支承跨距。畫出軸的彎矩圖和扭矩圖，如圖5.9所示，得出截面B是危險截面。表3截面B的支反力、彎矩及扭矩數(shù)值載荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=1403.5N,FNH2=1403.5NFNV1=511N,FNV2=-511N彎矩MMH=85263N·mmMV1=31043.25N·mmMV2=-31043.25N·mm最大彎矩M總M1=M2=√852632+31043.252=90738N·mm扭矩TT1=325580N·mm圖5.6軸的載荷分析圖5)按彎扭合成應力校核軸的強度可以將軸危險截面的強度作為軸的強度來進行校核。取，數(shù)據(jù)帶入公式得因為軸為經過調質處理的45號鋼，且〔σ-1〕=60MPa>1.4MPa,符合設計強度要求。5.6軸承的校核5.6.1高速軸軸承的校核由于其左右承受的力相同(軸向力和徑向力）,取右軸承進行校核估計軸承的壽命右軸承所需的基本額定動載荷查《機械設計課程設計》可知，型滾動軸承的額定動載荷符合設計準則。5.6.2低速軸軸承的校核由于其左右承受的力相同(軸向力和徑向力）,取左軸承進行校核預期計算軸承壽命（按工作10年，年工作200天，4小時工作制），則有：右軸承所需的基本額定動載荷查《機械設計課程設計》30208型滾動軸承的額定動載荷。此，C<,故安全！同理右邊軸承，也安全！5.7鍵的設計計算與校核5.7.1校核高速軸上聯(lián)接的鍵已知裝小帶輪處的軸徑，高速軸上的轉矩為，且載荷有輕微沖擊。（1）選擇鍵聯(lián)結的類型和尺寸選用平鍵聯(lián)接。由于帶輪在軸端，故選用單圓頭平鍵（A型）。根據(jù)，由《機械設計課程設計》查得鍵的截面尺寸為：寬度，高度。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長。（2）校核鍵聯(lián)接的強度鍵的材料是鋼，查得其許用擠壓應力，取其平均值。鍵的工作長度鍵與輪轂鍵槽的接觸高度所以鋼的許用擠壓應力大于鍵的許用應力，強度合適。鍵的標記為：鍵8×40GB/T1096-2003。5.8潤滑潤滑的目的是為了減少運動副之間的摩擦，兩個運動副之間相互運動必然產生摩擦，這是無法避免的，摩擦會產生熱量或者帶來零件一定的磨損，導致能量的丟失導致效率的降低。5.8.1滾動軸承的潤滑齒輪軸的轉速比較高，所以其滾動軸承應該安裝在閉式齒輪傳動裝置，采用飛濺潤滑。低速軸的油溝不好設計且轉速比較低，所以采用脂潤滑。5.8.2直齒圓柱齒輪的潤滑為了保證齒輪的工作狀態(tài)，保證其可以正常運轉，需要人為的周期性對減速器加入潤滑油。參考文獻[1]Wordew.Anfr,I.WrdrrtAnal,8：[2]王璇，劉軍弟，邵礫群，等.我國蘋果產業(yè)年度發(fā)展狀況及其趨勢與建議.（：，[3]付榮利.果園采摘機械的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].農業(yè)開發(fā)與裝備,2011.(5):17-19.[4]SistlerF.Roboticsandintelligentmachinesinagriculture[J].IEEEJournalofRoboticsandAutomation,1987,3(1):3-6.[5]OkamotoT,KitaniO.Studiesinroboticsforbio-technologicaloperations(Part1).Oneallushandlingrobot[J].JournaloftheJapaneseSocietyofAgriculturalMachinery,1989,51(5):37-45.[6]MontaM,KondoN,ShibanoY.Agriculturalrobotingrapeproductionsystem[C].IEEEInternationalConferenceonRoboticsandAutomation.1995(3):2504-2509.[7]MontaM,KondoN,TingKC.End-effectorsfortomatoharvestingrobot[J].ArtificialIntelligenceReview,1998(12):11-25.[8]KondoN,TingKC.RoboticsforBio-productionSystem[M].Americansocietyofagriculturalengineeringpublisher,1998.[9]CoppockGE.RoboticprinciplesintheselectiveharvestofValenciaoranges[M].Tampa:AmericanSocietyofAgriculturalEngineer,1984.[10]CeresR,PonsFL,JimenezAR,etal.Designandimplementationofanaidedfruit-harvestingRobot(Agri-robot)[J].Industr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PowerPoint課件制作實用技巧PowerPoint是微軟公司生產的制作幻燈片和簡報的軟件（以下簡稱PPT）。在我們許多人看來,它只不過是一個簡單地對文字、圖形、圖片進行演示的軟件，教學中的課件制作軟件當屬Authorware、Flash。Authorware和Flash制作的動畫效果的確很好，而且它們的功能也很強大。不過這些軟件在制作課件的過程中往往非常耗時，用這些專業(yè)軟件來制作課件用于平時的教學往往效率很低。PPT就是一個非常簡單、實用的制作課件的軟件，只要你用好它,同樣能做非常棒的課件來。一、掌握基本，知道“插入”。（一）知道從“插入”菜單進入，會給PPT課件添加文字、圖片、影片和聲音等，也就會做一般的課件了。（二）圖片插入與處理1.插入圖片具體方法：a)插入剪貼畫或文件中的圖片；b)添加圖片做背景；c)給自選圖形做填充。2.處理圖片具體方法：我們用PPT制作課件時，經常從網(wǎng)上下載圖片來用，而網(wǎng)絡中的圖片往往含有超鏈接和網(wǎng)站名稱痕跡，我們需要刪除其中超鏈接，并對圖片進行裁剪處理。在Powerpoint中，我們一般可以利用“圖片”工具欄上的“裁剪”工具進行裁剪處理，但是，這里的工具只能對圖片進行矩形裁剪，若想裁剪成圓形、多邊形等其他形狀，通常方法就無能為力了。其實這個問題在PPT中是可以解決的。我們用給自選圖形做填充圖片的方法就可以實現(xiàn)我們需要的效果。具體步驟：a)首先利用“繪圖”工具欄畫一個想要裁剪的圖形，如橢圓。b)選中橢圓后單擊“繪圖”工具欄上“填充顏色”按鈕右側黑三角，從列表菜單中單擊“填充效果”命令。c)打開選擇“圖片”選項卡，單擊〔選擇圖片〕按鈕，從“選擇圖片”對話框中找到合適的圖片，單擊〔插入〕按鈕后返回到“填充效果”對話框最后單擊〔確定〕按鈕后退出。此圖片當作橢圓圖形的背景出現(xiàn)，改變了原來的矩形形狀，獲得了滿意的裁剪圖片效果。圖片在插入PPT之前，我們可以用ACDSEE軟件進行加工，如改變大小，裁剪等操作。二、學會下載，查找方法。在制作課件過程中，我們時常需要從網(wǎng)絡上下載各種資源用以豐富課件內容，提升課堂效果。但有許多網(wǎng)站的flash動畫都不提供下載；還有網(wǎng)站為我們提供了許多視頻素材，這些視頻素材都是FLV流媒體格式。FLV流媒體格式是一種新的視頻格式，全稱為FlashVideo。由于它形成的文件極小、加載速度極快，使得網(wǎng)絡觀看視頻文件成為可能，它的出現(xiàn)也有效地解決了視頻文件導入Flash后，使導出的SWF文件體積龐大，不能在網(wǎng)絡上很好的使用等缺點。目前各在線視頻網(wǎng)站均采用此視頻格式。如新浪播客、56、優(yōu)酷、土豆、酷6等，無一例外。FLV已經成為當前視頻文件的主流格式。這些網(wǎng)站一般都不提供下載。我們想要這些素材，怎樣辦？1.尋找下載方法：a)在百度網(wǎng)站搜索欄中輸入下載的內容，搜索下載方法。b)弄清格式，再搜索方法。2.具體方法推薦①flasah動畫的下載方法一：IE緩存中尋找在網(wǎng)上看過一個flash后，一般情況下都會保存在IE緩存里。右擊桌面上的IE圖標，選“屬性”命令，單擊中間的“設置”按鈕，彈出“Internet臨時文件和歷史記錄設置”面板，單擊“查看文件”，可以打開臨時文件夾，按時間排序，找到剛才打開的flash動畫文件。優(yōu)點：不需要安裝其它軟件。缺點：操作相對煩瑣。方法二：借助Flashsaver等軟件下載，這些軟件都可以快速、方便的下載你所需要的flash文件。優(yōu)點：簡單、方便、快速。缺點：需要安裝使用。②FLV視頻的獲取方法一：IE緩存中尋找，方法同flasah。方法二：flv視頻解析下載/三、學用控件，轉化應用1.flash動畫的插入方法一：安裝flash插件，再插入flash。步驟：a)安裝“ppt插flash軟件”插件；b)單擊“插入”→“flashmovie”→打開要播放的flash文件→確定。方法二：利用控件插入flash動畫。步驟：a)插入“ShockwaveFlashObject”控件對象：右擊“工具欄”→選“控件工具箱”（或點“視圖→工具欄→控件工具箱”）；點“其他控件”（控件工具箱中最后一個形似錘子斧頭的