1、本 科 毕 业 设 计题目： 大米分级下料装置及其整体结构设计 全套图纸，加 153893706摘 要本设计的设备是基于机器视觉技术的品质检测系统的大米分级装置，分别对下料装置和整体结构进行了改进设计。下料装置从整个设备中独立出来，并改进设计成了具有一定的可调性，针对于多种物料的送料料斗，使物料能一粒大米分级下料装置及其整体结构设计一粒依次地落至输送带上。整台设备的动力是由 220V、420W 交流低速电动机所驱动，且是利用计算机视觉检测系统，模拟人的视觉功能，检测大米的图像信息，然后进行分析和处理，并通过计算机程序对 PLC 发出指令，操纵气阀的启闭，最终把大米分离成六个等级，从不同的出料口
2、中输出。关键词：大米分级 品质检测 下料装置 整体结构设计 机器视觉技术Classification Of Rice Under The Device AndIts Overall Structural DesignAbstract: The design of the equipment is based on the quality of machine vision technology detection system of rice classification devices, respectively, cutting devices and improved the overa
3、ll design layout. Device under the devices from the whole independent and to improve the design has become a certain adjustable for a variety of materials in the feed hopper, so that materials can be an order to drop to a conveyor belt on. Driving force for the entire piece of equipment is 220V, 420
4、W AC low-speed motor-driven and detected by use of computer vision systems, simulation of human visual function, detection of image information of rice, and then the analysis and processing, and through a computer program to give directions to the PLC , the gate control valve, and ultimately into th
5、e merits of the grade separation of rice from different feed the mouth of the output.Key words: rice classification quality determination cutting device the overall structure design machine vision technology 目 录1 绪 论 .11.1 前言 .11.2 大米概况及其质量等级标准 1 11.3 基于 MVT 的大米品质检测的发展概况及研究现状 2 31.3.1 国外对大米检测的研究 .41
6、.3.2 国内大米检测研究现状 .41.3.3 稻米检测装置的研究简况 .51.3.4 存在的问题 52 总体 设计 .72.1 工作原理 .72.2 设备的组成 .72.3 改进前的工作原理图 .83 各零部件的设计和计算 .93.1 输送带的设计 .93.1.1 输送带的速度估算 .93.1.2 输送带的材料选择与结构设计 .93.2 电动机的选择 34 .93.2.1 电动机的功率计算 .93.2.2 电动机转速 n 的确定 .103.2.3 电动机的类型结构及型号的选择 .103.3 联轴器的选择 6 .113.4 轴的设计及校核 3 123.4.1 主动轴轴端直径的确定 .123.4
7、.2 轴的结构设计 .123.4.3 轴的校核（按许用弯曲应力校核） .123.5 键的选择 153.6 轴承及轴承座的选择 153.7 传动滚筒的设计 .163.8 总体支架及外观设计 .164 下料装置的设计 .194.1 振动电机的选择 .194.2 弹簧的设计及计算 4 204.2.1 弹簧的端部结构选择 .204.2.2 弹簧的设计计算 .204.3 料斗的设计 .234.4 下料装置的总体设计 .245 整体外观设计 .256 总 结 .266.1 全文总结 266.2 创新点 .26参考文献 .27致 谢 .28大米分级下料装置及其整体结构设计11 绪 论1.1 前言民以食为天。
8、大米是一种非常特殊的商品，一日三餐谁也离不开它。自古就从来没人忽视过大米的质量，用质量重于泰山来形容，一点也不过分。随 着食 品 贮 藏 加 工 业 的 发 展 以 及 人 们 生活水平提高，人们对大米的需求从吃饱到吃好，从吃好到吃得健康和营养了。大 米 的 质 量 优 劣 将 直 接 影 响 到 人 们 的健 康 安 全 ， 因 此 受到各级质量技术监督部门的高度重视和人们的关注。然而中国目前由于整体大米加工水平不高，在实际生产和加工过程中仍存在着许多质量问题及其解决的技术问题（如：如何去除大米中的异色粒和有色杂质，保证大米的纯度；如何来分出大米中的碎米以及检测出大米的裂纹，提高大米的整米率
9、等等）。由于这些问题的存在，因而大大降低了大米在市场上的经济价值。这些问题都有待于尽快解决，而且将大米按品质或转化产品的不同分级后流向市场出售必成为今后的发展趋势之一。因此人们便能在等量的情况下获得更高的经济效益。目前我国稻谷产后加工技术还处于薄弱环节，较之国外差距较大。传统的检测方法以人工检测为主，主观性强，精确度低，可重复性差，严重制约和影响了国家“优质大米标准”在实际生产中发挥其应有的作用，不仅造成了生物资源的巨大浪费，同时也挫伤了农民的生产积极性。而具有该功能的进口仪器则大多价格昂贵，不适宜在我国推广应用。随着人们生活水平的提高、粮食消费结构及方式的改变和科技进步，稻谷优质品种的开发，
10、产后的精、深加工，已成为发展现代化农业及国民经济的主要内容之一，如能引进和借鉴国内外的先进技术设备和经验，搞好这一社会经济工程，既可以增加经济效益，同时具有良好的社会效益。稻谷精深加工前景十分广阔。为此，基于计算机系统检测的大米分级机设备的研发和创新改进就紧迫的向我国设计技术人员提出挑战。这次毕业设计课题就是迎合了这种需求。通过查阅众多参考文献，我们终于初步改进设计了一套基于计算机视觉检测系统的优质大米分级装置。整台设备的动力是由 220V ，500W 交流低速电动机驱动的，且该设备的技术核心主要是利用计算机视觉系统，模拟人的视觉功能，检测大米的图像信息，然后模拟人的大脑进行识别，通过对所检测
11、到的大米图像信息进行处理后，计算机立即对可编程控制器发出指令，进而通过可编程控制器（PLC）对气阀的直接操纵控制，最终把大米的分离成六个等级。1.2 大米概况及其质量等级标准 1大米分级下料装置及其整体结构设计2大米是水稻的种子，稻谷经脱壳、去糠等工艺加工后得到的最终产品。大米的产地分布很广，产量也很大，而其中的 90又集中在亚洲地区。我国和东南亚各国是大米的主产区，年产量我国居世界第一，达到 1.8 亿吨，占世界总产量的 1/3；其次是印度、印度尼西亚、孟加拉、泰国、越南、缅甸、菲律宾和日本等国。大米年世界总产量约 5 亿吨；年贸易量约 2000 万吨，大米的出口国主要是泰国（约 500 万
12、吨）、印度（约 400 万吨）和美国（约 300 万吨），其次是越南和缅甸。大米的进口国较多，达 100 多个，但进口量都不大，年进口量超过 100 万吨的国家有：巴西、印尼、伊朗和中国，其次是古巴、法国、德国、印度、俄罗斯等国。在我国，自建国以来，大米一直是主要的出口商品，60 年代初平均年出口量为 660 万吨，65 年至 71 年增至 1360 万吨，72、73 两年年平均出口量达到创记录的 2300 多万吨；80 年代以来，由于人民生活提高和饮食结构发生变化，导致大米消费大增，年出口量逐步下降，并首次于 88 年，进口了 31 万吨大米，至 1995 年，中国大米的出口量减至 5 万吨
13、，而进口却猛增到 165 万吨，使我国由大米的净出口国变成净进口国。96 年至 97 年，由于国内大米丰收，我国才又恢复出口。糙米的形态与稻粒相似，多为椭圆形或细长形；表面光滑，具有蜡状光泽，正常糙米呈乳黄色，也有的呈白色、黄色、半透明黄白色等，少数为红色或紫黑色；糙米表面有五条纵向沟纹，其中背部正中的一条叫背沟，这些沟纹的深浅，决定着成品大米的出米率，因为碾米就是要碾去糙米表面的皮层，而纵沟内的皮则很难全部碾去，沟纹越深，越难碾，出米率越低。目前鉴别大米的精度，就是以米粒表面及沟纹内留存皮层的多少来鉴定的。我国稻谷产区广、产量大、品种多，所以其分类方法也不尽一致。根据国家标准，大米按稻谷的粒
14、形和粒质分为三类：（）籼米：用籼型非糯性稻谷制成的米。米粒一般呈长椭圆形或细长型，按其粒质和稻谷的收获季节分为以下两种：）早籼米：腹白较大，硬质粒较少；）晚籼米：腹白较小，硬质粒较多。（）粳米：用粳型非糯性稻谷制成的米，米粒一般呈椭圆形，按其粒质和稻谷的收获季节分为以下两种：）早粳米：腹白较大，硬质粒少；）晚粳米：腹白较小，硬质粒多。大米分级下料装置及其整体结构设计3概念解释：大米腹白指粳性大米的角质胚乳在腹部或米心部位出现的乳白色不透明现象，也叫心白。这种大米，米粒结构疏松，硬度低，加工时易出碎米，品质较差。腹白明显的米粒俗称白垩粒。表 121 各等级大米质量标准等级 特等 标准一等标准二等
15、标准三等加工精度 从略 从略 从略 从略不完善粒% 3.0 4.0 6.0 8.0早籼、晚籼、早粳、籼糯、粳糯0.25 0.30 0.40 0.45总量%晚粳 0.20 0.25 0.30 0.35其中糠粉% 0.15 0.20 0.20 0.25矿物质% 0.02 0.02 0.02 0.02早籼、晚籼、早粳、籼糯、粳糯20 50 70 90带壳稗粒粒/g晚粳 10 20 30 40早籼、晚粳、籼糯 8 12 16 20最大限度杂质稻谷粒粒/g晚籼、早粳、粳糯 4 6 8 10早籼、籼糯 35晚籼、粳糯、早粳 30总量%晚粳 15早籼、籼糯 2.5晚籼、早粳、粳糯 2.0碎米%其中小碎米%晚
16、粳 1.5早籼、籼糯 14.0早粳、粳糯 14.5晚籼 1414.5水分%晚粳 14.515.5色泽、气味 正常(注：各类大米中的黄粒米限度为 2.0%。)1.3 基于 MVT 的大米品质检测的发展概况及研究现状 2机器视觉技术(Machine Vision Technology ,简称MV T) 是以图像处理技术为核心,用计算机技术实现人的视觉功能,用人工智能技术、信息处理技术对图像进大米分级下料装置及其整体结构设计4行分析,以获得研究对象所需的信息。传统大米检测多采用抽样方法,人工测量和目测,步骤繁琐,速度慢,劳动强度大,且检测结果主观性强,一致性差。随着计算机性价比的不断提高,机器视觉检
17、测技术的应用正在推广,尤其在农产品品质检测领域有着广阔的应用前景。和人工检测技术相比,机器视觉检测技术具有速度快、精度高、重复性好等优点,利用机器视觉分级代替人工检测,是自动化分级发展的必然趋势 。1.3.1 国外对大米检测的研究机器视觉技术起源于20 世纪60 年代,进入70 年代,在理论和应用上都得到了长足的发展 。在应用于谷物外观品质检测方面,国外的研究成果很多,由于不同国家的饮食结构不同,欧美国家对小麦和玉米的研究较多,对稻米的研究较少,少数亚洲国家如日本、泰国、韩国对稻米的研究较多。从20 世纪80 年代开始,国外学者开始把MV T应用于大米识别和分级的研究中。国外目前的研究主要分为
18、两种: 对大米加工精度检测。对大米质量检测和分级。日本大学森岛博教授从1983 年开始对机器识别大米质量和分级进行广泛的研究。研究了同品种大米中整粒、碎粒、异色粒、有裂痕粒的识别和分级方法,以及不同品种大米的识别方法,并形成了一整套理论体系 。2000 年Wan Y N 等运用范围估计( range selection) 、神经网络、hybrid 算法3 种在线分类方法对大米质量进行检测。在线分类最高记录是1 200 粒/ min ,准确率91 % 。1.3.2 国内大米检测研究现状我国学者从20 世纪90 年代开始运用MV T 对大米品质进行检测。我国大米的品质特征分为外观品质、加工品质、食
19、用品质(即蒸煮和营养品质) 及储藏品质。应用MV T 对大米品质检测主要集中在外观品质、加工品质、食用品质,应用最多的是外观品质和加工品（1）基于MV T 的大米外观品质检测：外观品质检测参数主要有外形轮廓、垩白、黄粒米、粒型。大米样品图像获取一般采用扫描仪或数码照相机,根据传统抽样方法取100 粒样品进行静态图像采集,背景采用黑色。1） 外形轮廓检测：包晓敏分别用Robert s 算子、Sobel 算子、Prewit t 算子、模块匹配法和快速模糊边缘检测法对大米轮廓进行边缘检测,通过对大米图像的分割实验,验证了快速模糊边缘检测最有效。刘光蓉用扫描仪获取大米图像,通过改进的直方图均衡化算法对
20、大米图像增强,利用八领域分析法提取大米轮。2） 垩白检测：垩白是衡量大米品质的重要参数之一,通常用垩白度、垩白粒率、垩白大小等描述大米垩白状况。其中垩白度是优质稻米4 个定级指标之一,因此近年来,对大米垩白检测较多。3） 黄粒米检测：黄粒米是评大米分级下料装置及其整体结构设计5定稻米等级的一个重要指标。尚艳芬根据RGB 色度学原理分析了黄粒米色度。凌云等选用HIS 模型中的 H 分量进行黄粒米检测。孙明等则采用面向彩色处理的HSV 模型。4） 粒型检测：粒型即大米米粒长宽之比。我国稻米标准中对此要求很少, 只在优质籼稻米分级中提出粒型218 。国内学者也是近几年才开始这方面的研究。侯彩云计算粒
21、型方法为:计算大米轮廓中距离最大的两个点的距离作为米粒长度d1 ,求出粒长所在直线方程 A x + B y + C = 0 。凌云研究了一种基于极坐标的粒型检测方法,将米粒近似为椭圆形,粒长、粒宽分别为椭圆长、短轴长度,这样可以简单快速计算区域的长短轴大小,实现粒型的检测。（2） 基于MV T 的大米加工品质检测目前采用MV T 对大米加工品质的检测研究主要在加工精度、整精米率两个方面。1） 加工精度检测：我国 GB1354 86大米标准中是按加工精度对大米分级,可见对大米加工精度检测的重要性。传统检测主要是通过直接比较和染色法进行感官评价。许俐等 通过计算机图像处理技术与色度学理论相结合,采
22、用日本MG 染色法,研究染色后大米的胚乳、皮层及胚芽所呈现的不同颜色特征和区分方法,通过计算胚乳面积占样本总面积的百分比来得到加工精度。目前利用机器视觉对大米加工精度的检测需要对大米进行染色处理,离检测自动化还有一段距离。而国外学者在1994 年就利用大米灰度值来测定加工精度,实现了大米加工精度的无损检测。2） 整精米率检测：整精米率是 GB13501999稻米标准中新增的评价指标之一,目前对该方面的研究较少。尚艳芬等开发了一个整精米识别系统,可自动识别整精米和碎米。1.3.3 稻米检测装置的研究简况在谷物检测装置的研究方面,国外起步较早,目前已有商品化仪器,如瑞典Foss 公司的1625 型
23、自动化谷物品质分析仪,日本株式会 Kett 科学研究所的米谷粒判别器。但这些仪器价格昂贵,很难在国内推广。在我国众多学者研究专门实现一种大米品质参数检测的基础上,有些学者开始研究可实现多种品质参数检测为一体的软件系统和硬件装置。如侯彩云 开发出一套计算机图像处理系统软件RQES110 ,专门用于优质稻米分级指标整精米率、垩白粒率、垩白度、粒型等参数,系统采用扫描仪获取图像,使用VC+ + 610 为开发工具。张巧杰在此基础上研究了一套稻谷品质快速检测装置,不但实现了大米外观品质(垩白度、垩白粒率) 的检测,还实现了大米营养品质(直链淀粉含量) 检测。本装置采用激光光源进行大米直链淀粉含量检测,
24、精度达+ 1 % ,采用CCD 摄像机对垩白度、垩白粒率检测,精度分别为+ 1 %、+ 2 %。目前国内这些检测装置离商业化还有一段距离。1.3.4 存在的问题MVT 在稻谷品质检测中的应用时间不长,要达到生产自动化,实现在线检测,大米分级下料装置及其整体结构设计6还需要解决很多问题,主要表现在: 在已有的大米品质检测中,大多属于静态检测系统,虽然目前已有准动态系统,可实现样品的自动进样和分级功能,但图像采集时谷物与摄像机仍保持相对静止,实际采集的还是静态图像。生产过程中采集到的图像应该是动态的多个大米图像,增加了处理和分析的复杂性,目前还没解决从快速运动农产品中提取有效图像信息并对其校正的技
25、术问题; 已有的检测算法对大米摆放方向要求比较高,实际大米摆放是随机的,检测算法不能受米粒摆放方向影响。已有算法不能满足要求,限制了实用性。目前图像处理多采用灰度图像,某些参数可能无法识别,建议今后尝试彩色图像、多频图像处理进行特征识别。大米分级下料装置及其整体结构设计72 总体设计这次所设计的设备总长约3000mm,总高1530mm,总宽930mm.总体看来，该设备具有快速、准确、高效、可操作性强等特点。2.1 工作原理工作时把大米装入料斗中，开动电动机，使滚筒及输送带在电动机的驱动下运转，从而把大米输送到图像视觉检测装置系统中，通过计算机对所检测到的大米图像处理，并向可编程控制器发出指令，
26、操纵气阀的及时开启与闭合。当检测到不同等级大米时，就开启相关气阀通气，依靠气流对大米的冲击力，将该粒大米从相关出料口中出料；然而大部分大米通过时，则关闭气阀，让大米随输送带运输至一等品出料口中出料，从而将大米分级。其原理示意图如2-1-1所示：2.2 设备的组成(1) 输送带在该设备中起到拽引和连续不断输送大米的作用,其材料采用乙丙黑色橡胶材料。(2) 驱动装置是该设备中动力输送部分，由安装在支架上的调速电动大米分级下料装置及其整体结构设计8计 算 机 控 制 系 统橡 胶 输 送 带输 送 带 张 紧 机 构可 编 程 控 制 器控 制 阀分 离 装 置 图 象 检 测 装 置 进 料 斗
27、传 动 滚 筒机和连轴器组成。 (3) 传动滚筒是该设备中动力传递的主要部件，输送带借其与滚筒之间的摩擦力而运行。 (5) 装料斗用来装载大米，使大米能连续不断地掉落在橡胶输送带上，同时该装置上还具有调节机构，能够控制大米往橡胶输送带上掉落的流量，且可以针对比大米体积稍大的其他物料的输送。 (6) 大米图像信息检测装置这是该设备的技术核心，大米在该装置中被检测，其所采集到的生物图像信息在计算机中被处理分析。 (7) 大米等级分离装置此设备中设计了两个大米输出端口，在计算机的控制操纵下最终把大米分成六个等级（通过计算机对所采集到的大米图像信息进行处理并发出控制信号，控制气阀的及时开启与闭合，从而
28、把大米分成了六个等级级别） 。2.3 改进前的工作原理图图2-3-1 改进前原理示意图大米分级下料装置及其整体结构设计93 各零部件的设计和计算3.1 输送带的设计3.1.1 输送带的速度估算由于输送带是用来输送大米供计算机检测。若检测系统每秒能检测六行左右的大米，则可估算出输送带的速度V：V = 行距 * 行数 = 0.25*6 = 0.15 m/s带的输送量Q:Q = 6 * 3600 = 21600 粒/s3.1.2 输送带的材料选择与结构设计经查阅 3，并根据实际工作环境，选用乙丙橡胶（Epm）材料。其特点为：密度小、成本低、耐化学稳定性好、耐臭氧、耐老化性能优异、耐热温度高达150。
29、其横截面尺寸如图3-1-1所示：（宽为280mm，厚为4mm）图3-1-1 输送带的截面示意图输送带的长度L的估算：L = D + 2a = 3.14x300 + 2x2000 = 4942 mm,约为5米；其中： D 滚筒直径，设计值为300 mma 两轴中心距，设计值为 2000 mm3.2 电动机的选择 343.2.1 电动机的功率计算大米分级下料装置及其整体结构设计10（1） 驱动装置的总效率 1234其中： 联轴器效率，取值为0.971 带座轴承效率，取值为0.982 输送带的传动效率，取值为0.953 滚筒的传动效率，取值为0.984代入数据得 = 0.885（2） 电动机额定功率
30、 的确定dP由 得10wFV10F其中： 电动机的实际输出功率，Kw；WPF 橡胶输送带的运行阻力，估算为2000 N；V 输送带的速度，m/s；代入数据得 0.34WPKw再由 ，其中k由 3查得并取值为1.2，则*dw0.408 kwd3.2.2 电动机转速n的确定根据设计要求及实际，其中的滚筒半径R设计为150mm，则n = = 9.55 r/min60*.152340VR3.2.3 电动机的类型结构及型号的选择电动机的类型和结构形式要根据电源、工作条件(温度、空间、尺寸等)和载荷的特点来选择。在此设计中的机械设备要求电动机具有良好的启动性能，同时也能够频繁启动和停止，且具有转动惯量小和
31、过载能力大的特点，最主要的是电动机能以低转速大转矩来直接驱动设备。经查阅资料 5,YDS系列低速电动机是一种基于Y系列电机和谐波齿轮传动技术的机电一体化产品，它突破了传统的电机加减速机的传动模式，能以低转速大米分级下料装置及其整体结构设计11大转矩直接驱动要求低转速的机械。它的输出转速通常为100r/min以下，最低可达到1.2r/min，因此不需减速机便可直接驱动设备运行。其电机的体积相当于同类型普通电机，由于它的输出轴要承受较大的扭矩，通常其直径比较粗（相似于普通电机的输出轴直径） 。标准电动机的容量由额定功率表示，所选用的电动机的额定功率应等有或稍大于工作要求的功率。容量小于工作要求，则
32、不能保证工作的机械正常地进行工作，同时还会使电机长期过载，发热大而过早损坏。当然电机容量也不能过大，过大则会增加成本，并由于效率和功率因数低而造成浪费。综合上述要求及计算结果，最终选用了YDS系列低速电机的YDS-90型号，且安装形式为B3型，如图3-2-1所示：图 3-2-1 YDS-90 型电机其中性能参数为：额定转速：11 r/min ; 额定转矩： 260 N m ；额定输出功率：0.42 Kw ； 额定电流： 1.3 A。安装尺寸如图 3-2-2 所示：大米分级下料装置及其整体结构设计12图 3-2-2 电机安装尺寸图3.3 联轴器的选择 6联轴器的规格根据负荷情况、计算转矩、轴端直
33、径和工作转速来选择。由电机的转速乘工况系数及输出轴端直径参数可以选用刚性套筒联轴器型，标记为；GT 联轴器 GB/T 5843325647Y3.4 轴的设计及校核 33.4.1 主动轴轴端直径的确定由于该设计中的主动轴是与电动机通过联轴器直接相连，则可按照电机的输出端轴径或联轴器的允许直径系列 6来确定，因此可取其直径为 35 mm。3.4.2 轴的结构设计因该轴主要承受转矩，从强度方面及实际工作条件来考虑，应选用圆截面。选择轴的材料为 40Cr,经调质处理，其结构采用阶梯轴，有助于轴上定位可靠、拆装方便。为了不过分削弱轴的疲劳强度，截面变化不要太大，且过渡圆角不宜过小。另外轴上的键槽的方向应
34、相互一致。其结构如图 3-4-1 所示：大米分级下料装置及其整体结构设计13图 3-4-1 主动轴结构示意图3.4.3 轴的校核（按许用弯曲应力校核）(1)对轴的简单受力分析简化过程：将轴承对轴的支撑反力简化为集中力通过轴承载荷作用于轴上。通过对轴零件的作用力分析，轴受到得力包括轴承的支撑反力、输送带及滚筒所施加的力、电动机通过联轴器产生的转矩，如图 3-4-2 所示：（2） 计算水平面上的剪切力和弯矩，画出剪切图、弯矩图，并找出危险截面 7剪切力： F = F =1000 N ; F = 2000 N245大米分级下料装置及其整体结构设计14F 点弯矩： M = 205 = 205 N mF
35、H2A剪切图及弯矩图如下：（3）计算竖直平面上的剪切力和弯矩，画出剪切图、弯矩图，并找出危险截面 7剪切力： F = F =1732 N ; F = 3464 N136F 点弯矩： M = 205 = 355 N mV1A剪切图及弯矩图如下：大米分级下料装置及其整体结构设计15（4） 计算转矩T = 9550 340WPNmnA根据转矩产生应力的循环特征差异而定的应力校正系数 a 取 0.3，则 T = 0.3T= 102 N m1(5) 校核轴的强度 从图中知 F 截面为危险截面，根据第四强度理论的强度条件，其中查表 11.44知 ，查表 11.54知 W = 22110.75bMW175b
36、aMP，则 F 截面的当量弯曲应力33.d2222130.7550.71.(4)HFVFMTW = 65.5 MP a1b所以轴的结构和尺寸均符合要求。(由于从动轴和主动轴结构一样，除了左端起 65mm 不要外，则该轴也符合要求)3.5 键的选择轴与传动滚筒、轴与联轴器的连接均采用普通平键连接。大米分级下料装置及其整体结构设计16（1）根据轴径 d =35mm,查手册 6标准，选用普通平键 A 型截面尺寸为110 8 键，长度为 40mm，材料为 40Cr。（2）根据轴径 d =40mm,查手册 6标准，选用普通平键 A 型截面尺寸为212 8 键，长度为 20mm，材料为 40Cr。3.6
37、轴承及轴承座的选择经查阅网上资源 8，选用带立式座顶丝外球面轴承，它常采用于采矿、冶金、纺织、输送机械等，适用于要求设备及零部件简单的场合，具有一定调心性、易于安装、具有双重结构的密封装置，可以在恶劣的环境下工作。结构形式多样、通用性和互换性好。根据轴径选用 UCP207 型号，其外观如图 3-6-1 所示：图 3-6-1 带立式座顶丝外球面轴承其性能参数及安装尺寸如图 3-6-2 所示：大米分级下料装置及其整体结构设计17图 3-6-2 UCP207 的性能及安装尺寸3.7 传动滚筒的设计根据需要，两个滚筒均采用 Q235 板材焊接而成，结构简单，成本较低，易于加工，具体结构如图 3-7-1
38、 所示：图 3-7-1 滚筒结构图3.8 总体支架及外观设计大米分级下料装置及其整体结构设计18设计的支架是一个联接件，其材料选用 60 方柱铝型材 9,结构及截面形状如图 3-8-1 所示：图 3-8-1 60 方柱铝型材起联接和固定的附件如图 3-8-2 所示：图 3-8-2 固定联接件该支架主要用来承受上面各个零部件的重量以及安装电动机及各零部件，其总长为 2430mm，总高为 1530mm，总宽为 870mm，其总体结构如图 3-8-3 所示：大米分级下料装置及其整体结构设计19图 3-8-3 支架结构图外观设计（融合了光照箱） ，其材料选用不锈钢薄皮板，其效果如图 3-8-4所示：图
39、 3-8-4 外观效果大米分级下料装置及其整体结构设计204 下料装置的设计4.1 振动电机的选择振动主要是用于减少料斗中的物料堆积在一起，特别是出料口小时，更需要增加振动，以防堵塞出料口。与此同时，使物料处于运动状态，便于胜利地往出料口中送料。在此料斗中的物料重量约为 05Kg 左右，因此我们选择 MVE系列微型振动电机 10,该系列电机具有重量轻、体积小、激振力调整方便、绝缘等级和防护等级高、使用寿命长等特点。外观如图 4-1-1 所示：图 4-1-1 MVE 系列微型振动电机由于该设备工作电压为 220V，因此选择 220（单相） MVE4 型号微型振动电机，其技术数据和安装外形尺寸如图
40、 4-1-2 所示：大米分级下料装置及其整体结构设计21图 4-1-2 技术数据、安装及外形尺寸4.2 弹簧的设计及计算 44.2.1 弹簧的端部结构选择由于设计要求端圈与弹簧轴线的垂直性要好，且与支撑座的接触要好，有较高的工作稳定性，再根据工作要求，则选用冷卷压缩弹簧 Y 型，两端圈并紧1并磨平，支撑圈数 n = 12.5,用于乘受载荷较大，要求各圈受力分析均匀及 d20.5mm。4.2.2 弹簧的设计计算据工作情况，要求弹簧中径 D ，启动时弹簧受力 ，最大25m125FN工作载荷 ，工作行程 h=30mm,年作用次数大于 次。210FN 60（1） 材料选择根据工作情况属类载荷，材料选用
41、 65Mn 的 C 级，由表 12.4 查得 =340MP ，由表 12.2 查得 G=79 。a 310aMP（2） 求簧丝直径 d 及弹簧内径 D 、外径 D由已知 D =25mm，由式（12.11）求得22223.14058348AF查图 12.7，得旋绕比 C=9.7d ,查手册 6取 d = 3mm25.79mC128D实际旋绕比 C 5.3d（3） 求有效圈数 及n1按式（12.6）计算弹簧刚度 2.5/30FKNmf由式（12.7）知大米分级下料装置及其整体结构设计224343279102.7,085.FGdnnDK取弹簧实际刚度 .6/Nm端部形式为 型，则总圈数 1Y120n
42、（4） 计算弹簧的变形量工作载荷 F 的变形量 1159.7.6FfK最大工作载荷 F 的变形量 2203.6.Ff m则 2139.0679ff对于类弹簧极限载荷 22,1.67.j j N取 极限变形量 65.3.jjFf mK（5） 计算弹簧的其它尺寸（按表 12.9 计算）节距 11,0nnjftdfd取则 65.230.65自由高度 0 .342.,1Ht m取则实际节距 1.4.2dn工作高度 101229.71.3064f极限工作高度 045.2.7jjHf m压并高度 1(.5)()bnd螺旋角 26.arctarctn5.3142D满足 59展开长度 21.7.cossnLm
43、（6） 验算大米分级下料装置及其整体结构设计23a) 稳定性（借鉴 412.3.4 节）高径比 02145.683.7HbD且 0 2.921469.0CBFKNF说明稳定性不是很好，则需在结构上采取措施，加装导杆或导套。在此装置中考虑实际而采用加装导杆，长度为 50mm，以增强其稳定性。b) 疲劳强度1233240.6548.10.65.178.79.4.0251.64aCKFDMPd由式（12.9）知012.75S由表 12.8 查得弹簧材料的脉动疲劳极限 根据 d = 3mm，查0.3,b表 12.3 得 ，则0157,.31578.ba aMPMP故8.69422SS其中许用安全系数S
44、 4在弹簧设计计算和材料的机械性能数据精确性高时，取S = 1.31.7；精确性低时取S = 1.82。故疲劳强度满足要求，通过。（7） 压缩弹簧工作图如图 4-2-1 所示大米分级下料装置及其整体结构设计24图 4-2-1 压缩弹簧工作图4.3 料斗的设计根据工作要求及设计要求，料斗的出料口应具有一定的可变性，即其宽度和高度均由一定的调节范围，以适应多种物料的检测分级。由于在检测大米时，要求米粒一粒一粒依次送至输送带上，则落料口较小，很容易堵塞，在此除了安装了微型振动电机外，还在接近出料处设计了一段圆弧。以控制近口处只留有一粒米的空间，而其它米粒在振动及圆弧的作用下，会退居圆弧以外，达到防堵
45、的作用。材料选用不锈钢。再由平时关注及老师指点，其外观结构设计如图 4-3-1 所示：大米分级下料装置及其整体结构设计25图 4-3-1 料斗4.4 下料装置的总体设计查阅资料并参照输送检测整体设备，将该下料装置的结构设计成如图 4-4-1所示：图 4-4-1 下料总体装置大米分级下料装置及其整体结构设计265 整体外观设计如图 5-1 所示：（除去电动机及计算机检测系统的外设）图 5-1 整体外观图大米分级下料装置及其整体结构设计276 总 结6.1 全文总结这次毕业设计让我达到了深化理论、学以致用、理论与实践结合的目的，给了我初步体现设计能力的机会，也反映了大学四年基础及专业知识的学习情况
46、。鉴于本人的知识水平和实践经验所限，并在设计过程中考虑的问题不全面，所以设计出来的装置必然存在着一些不足之处，结构上也有需要改正的地方，敬请各位老师批评指正。为了完成此项设计任务，我系统的回顾了大学四年所学的相关专业知识。空余时间就在考虑些有关设计的实际问题，由于我的设计偏向于机械设计，对他的详细学习使我对机械设计基础部分有了更深一步的了解。在设计过程中，我哦深感基础知识、实践经验及设计思路的重要性，特别是设计步骤间地关联性及所需的严谨性。设计过程中查看了很多资料来形成自己的设计思路，并且提升了搜索相关资料的能力和效率，特别是运用机械设计手册的能力，让我更深刻地理解了理论联系实际的重要性。通过
47、这次设计我受益匪浅，了解了有关设计的程序和规范，并懂得了作为设计技术人员应具备的素质和能力及精神。巩固了所学知识，提升了CAD、 PRO/E 等画图软件的应用能力，和实践、设计能力，拓宽了视野，为将来的学习和进一步的研究打下了基础，积累了一定的经验。6.2 创新点（1）在设计选材方面，通过网上资源，获得了许多价格较低且有利得型材和附件，并对其有效地利用，使该设备的出产效率大大提高，且体重更轻。（2）料斗的设计中，通过对出料口的宽度和高度加以有一定范围的调节设计，使该设备的使用范围扩大。只需更改检测系统中的有关程序，便能分别实现对大米、稻谷、钮扣、大豆、小麦、开心果及其他一些重量较轻、高宽度在该料斗可调范围内的物料进行类似的分级处理。（3）单独的光照箱体被整合在了整个设备箱体内，使摄像头等附件安装更简单，也使整台设备在外观上更紧凑、更具整齐性，防护上更有利于防尘。
