新型软件在小型果蔬去梗粉碎机预设中运用

　　1葡萄除梗破碎机整体结构设计

　　1. 1葡萄除梗破碎机的结构

　　小型葡萄除梗破碎机由机体、传动装置、破碎辊、喂料斗、除梗装置、果梗出口和输浆出口等7个部分组成，如1所示。

　　1. 2葡萄除梗破碎机的工作原理

　　小型葡萄除梗破碎机采用一对压辊对向旋转，实现葡萄的破碎，主动压辊和从动压辊安装在机壳内，依靠齿轮传动实现主从动压辊的连续对滚。工作时，葡萄由喂料斗喂入，落入两破碎压辊之间，葡萄颗粒在辊齿的挤压下被破碎，并同果梗一起进入筛筒；除梗螺旋叶片呈间断排列，与齿轮的转动方向相反，这样果梗被摘除，并从果梗出口排除；果肉与果浆从筛孔中排出，并落入下部排料器中，再经输浆出口排出。

　　1. 3葡萄除梗破碎机的性能参数

　　葡萄除梗破碎机的生产能力为1. 5 2 t/h，电机总功率为2. 2 kW，输浆出口为150 mm，果梗出口为300 mm.

　　2葡萄除梗破碎机运动分析

　　M echanism是Pro/E的机构模块，具有很强的机构仿真功能。通过软件对设计模型进行仿真和分析，能够模拟真实环境中传动装置的工作状况，并对其进行分析和判断，以尽早发现设计缺陷和潜在的失败可能，提前进行改善和修正，从而减少后期修改而付出的代价，缩短设计周期。

　　打开葡萄除梗破碎机传动机构的装配图，点击主菜单中的应用程序（ P）菜单，并选择该菜单项中的机构项，进入机构运动仿真模块。对各个运动副进行定义（如2所示），对各个运动件设定6个连接和5个齿轮副，并设定驱动电机及驱动参数，使驱动电机齿轮以1. 57 rad /s的速度匀速转动。接着新建运动定义，在运动学选项输入长度和帧频，设定时间为60 s，帧频为10，*小间隔为0. 1，帧数为601.点击运行按钮，进行运动仿真分析，完成后点击播放按钮，即以动画来表现机构的运动过程，如3所示。

　　通过M achan ism模块对葡萄除梗破碎机进行运动仿真，可以看出：该机构能够按照*初设计的要求工作，并且各个机构之间没有发生运动干涉的现象。

　　3传动齿轮的有限元分析

　　传动齿轮在工作过程中要承受来自物料的交变载荷，其力学性能和机械性能直接影响葡萄除梗破碎机的工作可靠性。由机械常识可知，齿轮传动的失效主要是轮齿的失效，例如轮齿的齿根部位折断。齿轮为圆周对称构件，为简化模型和提高分析效率，在对传动齿轮进行受力分析时，可以只研究该齿轮上的单个轮齿，据此对传动齿轮进行有限元分析。

　　3. 1实体建模

　　在结构设计中，根据整个设计要求，采用Pro /E的三维建模技术，根据与其配合的其它零部件的结构尺寸，建立传动齿轮的三维模型图，如4所示。

　　3. 2定义约束及载荷

　　约束和载荷都是在Pro/M echan ica里用来仿真实物的重要依据。约束是针对实际的情况，对结构的点、线、面的自由度做一约束。模型简化过程利用了圆周对称性，因此要对齿轮模型的两剪切侧面施加圆周约束。此外，齿轮绕对称轴旋转，具有绕Z轴的旋转自由度。由于圆周对称性，只能由沿X轴和Z轴的平动自由度，不能有环向的平动自由度。对轮齿后表面施加约束，如5所示。

　　对轮齿添加载荷，选择取齿轮在分度圆处的啮合线作为齿轮受力的作用线，定义在轮齿所承受的载荷，如所示。该轮齿所承受的载荷为： F x= 620. 7 N，Fz = - 1 705N.

　　3. 3定义材料特征

　　定义材料特征要尽量符合实际材料的性能，使其分析结果能够近似于真实状况。传动齿轮采用的是45钢，并调质处理，其材料特征定义如下：质量密度/kg mm - 3： 7. 82E- 06杨氏模量/M Pa： 2E+ 005泊松比： 0. 27拉伸强度/M Pa： 275. 8疲劳强度系数： 1. 0剪切模量/M Pa： 0. 81E+ 005表面特性： polished

　　3. 4网格划分

　　为了获得良好的网格质量和足够的分析精度，同时又满足普通设计快速划分网格的应用要求，选用4节点四面体单元进行网格划分，如6所示。

　　3. 5传动装置的应力分析求解

　　为操纵杆定义了约束和载荷后，再对齿轮进行分析。静态分析将根据模型中指定的约束和载荷来计算模型中的变形、应力和应变。静态分析会告诉设计者模型是否可以承受得住指定的载荷条件、零件所能承受的临界点在何处以及变形的位移量是多少。分析云图和所示。

　　由分析云图可得出：在静载工况下，齿轮啮合线处承受的*大应力为190. 9 M Pa.查阅相关机械设计手册可以看出，*大应力小于所选齿轮材料许用应力（ 380 MPa）要求，*大变形量为0. 001 4 mm，符合设计要求，且有足够的强度储备。

　　4结论

　　1）使用Pro /E软件对葡萄除梗破碎机进行设计，其三维造型、运动仿真和有限元分析的设计理念及方法可以大大减少工作量，提高工作效率；通过机械仿真，对各种零件进行装配后模拟机械的运动，从而检查机械的运动是否达到设计要求，各种构件是否发生干涉，将在整机设计中可能存在的问题消除在萌芽状态；通过使用有限元分析模块对传动装置进行静力分析计算，及时调整和优化模型结构，通过分析比较，为确定*终方案带来了很大的便利。

　　2）经过对样机的试制、装配和调试表明，该葡萄除梗破碎机能够很好地满足葡萄酒加工过程中葡萄除梗破碎的要求，且具有以下特点：一是体积小，质量轻，便于控制，价格低廉；二是结构简单，易操作，工人劳动强度低；三是果梗残留率为5% 10% ，适合酿造解百纳干红葡萄酒，葡萄酒结构感*优。