核桃去殼機的設計
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畢業(yè)設計說明書
核桃去殼機的設計
第一章 引言
1．1 課題提出的背景
核桃中富含脂肪和蛋白質，既是主要的食用植物油來源，而且又可提供豐富的植物蛋白質。利用核桃或脫脂后的核桃餅粕的蛋白粉，可直接用于焙烤食用，也可作為肉制品、乳制口、糖果和煎炸食品的原料或添加劑。以核桃蛋白粉為原料或添加劑制成的食品，既提高了蛋白質含量，又改善了其功能特性。核桃蛋白粉還可以通過高壓膨化制成蛋白肉。核桃是食用植物油工業(yè)的重要原料，利用核桃油可制造人造奶油、起酥油、色拉油、調和油等，也可用作工業(yè)原料。核桃除經簡單加工就可食用外，經深加工還可以制成營養(yǎng)豐富，色、香、味俱佳的各種食品和保健品。核桃加工副產品核桃殼和核桃餅粕等可以綜合利用，加工增值，提高經濟效益。
核桃在制取油脂、制取核桃蛋白、生產核桃儀器以及在核桃貿易出口時，都需要對核桃進行預處理加工。核桃的預處理主要包括核桃的剝殼和分級、破碎、軋胚和蒸炒等。
核桃在加工或作為出口商品時，需要進行剝殼加工。核桃在制取油脂時，剝殼的目的是為了提高出油率， 提高毛油和餅粕的質量，利于軋胚等后續(xù)工序的進行和皮殼的綜合利用。傳統(tǒng)的剝殼為人力手工剝殼，手工剝殼不僅手指易疲勞、受傷，而且工效很低，所以核桃產區(qū)廣大農民迫切要求用機器來代替手工剝殼。核桃剝殼機的誕生在很大程度上改變了這種局面，使核桃產區(qū)的農民不必再采用最原始的剝殼方法進行剝殼，從而大大地減輕了農民的體力勞動，同時還提高了核桃剝殼的效率。
核桃脫殼機是將核桃莢果去掉外殼而得到核桃仁的場上作業(yè)機械。由于核桃本身的生理特點決定了核桃脫殼不能與核桃的田間收獲一起進行聯合作業(yè)，而只能在核桃莢果的含水率降到一定程度后才能進行脫殼。隨著核桃種植業(yè)的不斷發(fā)展，核桃手工脫殼已無法滿足高效生產的要求，實行脫殼機械化迫在眉睫。
1．2 核桃脫殼機械的發(fā)展
我國核桃脫殼機的研制自1965年原八機部下達核桃脫殼機的研制課題以來，已有幾十種核桃脫殼機問世。只進行單一脫殼功能的核桃脫殼機結構簡單，價格便宜，以小型家用為主的核桃脫殼機在我國一些地區(qū)廣泛應用，能夠完成脫殼、分離、清選和分級功能的較大型核桃脫殼機在一些大批量核桃加工的企業(yè)中應用較為普遍。國內現有的核桃脫殼機種類很多，如6BH一60型核桃剝殼機、6BH一20B型核桃剝殼機、6BH一20型核桃脫殼機等(技術參數見附表)，其作業(yè)效率為人工作業(yè)效率的2O～60倍以上。錦州俏牌集團生產的TFHS1500型核桃除雜脫殼分選機組一次能實現核桃原料的脫殼、除皮、分選，是一種比較先進的核桃后期生產機械。偉民牌6BH一720型核桃脫殼機帶有復脫、分級裝置，采用搓板式脫殼、風力初選、比重分離清選等裝置，具有結構緊湊、操作靈活方便、脫凈率高、消耗動力小等特點。6BK一22型核桃脫殼機是一種一次喂料就可完成核桃脫殼工作的機械，經風力初選、風扇振動、分層分離、復脫清選分級后的核桃仁可直接裝袋入庫。6BH一1800型核桃脫殼機械采用了三軋輥混合脫殼結構，能夠進行二次脫殼。而隨著我國核桃產業(yè)的進一步調整，核桃產量逐年增加，核桃的機械化脫殼程度將大幅提高，核桃脫殼機械將擁有廣闊的發(fā)展前景。
核桃剝殼的原理很多，因此產生了很多種不同的核桃剝殼機械。核桃剝殼部件是核桃剝殼機的關鍵工作部件，剝殼部件的技術水平決定了機具作業(yè)剛核桃仁破碎率、核桃果一次剝凈率及生產效率等重要的經濟指標。在目前的生產銷售中，核桃仁破碎率是社會最為關心的主要指標。
八十年代以前的核桃剝殼機械，破碎率一般都大于8%，有時高達l5%以上。加工出的核桃仁，只能用來榨油，不能作種用，也達到出口標準。為了降低破碎率而探討新的剝殼原理，研制新式剝殼部件，便成為核桃剝殼機械的重要研究課題。從六十年代初，開始在我國出現了封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式核桃剝殼機。自1983年以來，在已有的核桃剝殼部件的研制基礎上，我國又相繼研制了多種不同結構型式的新式剝殼部件，其主要經濟技術指標，特別是破殼率指標大有改善。
以下介紹一下我國上個世紀幾種主要的核桃剝殼部件
1．封閉式紋桿滾筒，柵條凹板式核桃剝殼部件
圖 1-1封閉式紋桿滾筒
六十年代初， 我國在吸收國外技術的基礎上，研制了TH-340型核桃剝殼機，其剝殼部件是在一個圓筒上鑲上若干根紋桿組成的封閉式紋桿滾筒，下面裝有若干根圓鋼條組成的柵條式凹板，如圖1-1封閉式紋桿滾筒所示。
在該機構中核桃進口大(3O-50毫米)，出口小(1O-25毫米)，工作時，核桃果在滾筒的推動下由進口向出口端運動，在滾筒和凹板的沖擊、擠壓、揉搓作用下直接脫殼，核桃受列剝殼機的直接搓擦作用，系強制脫殼，故破碎率高。剝殼時， 直徑同凹板柵縫一樣大小的單粒果及雙粒果便從柵縫中分離出來，所以一次剝凈率低，最高80％。為了將混在一起的核桃仁和未脫果分離開來，采用柵條式凹板的剝殼機一般要配置分離機構。后來研制并生產的TH-47O型，6 BH-570型等型式的剝殼機，結構與其大同小異，剝殼質量均不理想。
2． 封閉橡膠板滾筒，直立橡膠板式剝殼部件
該機的剝殼部件是由封閉膠輥和直立膠板組成，剝殼原理系擠壓式，如圖1-2剝殼部件所示
圖1-2剝殼部件
作業(yè)時，核桃果在膠輥的推動下，通過剝殼間隙(5—20毫米)，由膠輥和膠板的擠壓作用脫殼，避開了剝殼部件的揉搓作用,破碎率有所降低，但仍在5％以上。另外，因直徑小于剝殼間隙的小果未經剝殼便被分離出來，故一次剝凈率很低，只有30%左右。所以不得不增設循環(huán)機構，以使核桃經多次擠壓脫殼，致使機器結構復雜、龐大，造價較高。
3． 開式紋桿滾筒，編織凹板式核桃剝殼部件
剝殼部件采用了由兩根金屬紋桿組成的開式紋桿滾筒和用編織絲網制成的編織凹板，其結構如圖1-3凹板式核桃剝殼部件所示
圖 1-3凹板式核桃剝殼部件
作業(yè)時，核桃果在滾筒的推動下，受擠壓揉搓脫殼，該結構與封閉滾筒式不同，核桃果受到開式滾筒的攪拌作用，剝殼力帶有柔性，故其破碎率較低，可控制在3%-5% 。另外，與柵條式凹板不同，因系編織網孔凹板，剝殼時，只有直徑小于網孔尺寸的單粒癟果末脫殼而被網孔分離，雙粒長果則漏不出來，仍被剝殼，故剝凈率較高。
4． 立式剝殼機構
剝殼部件采用了由兩根扁鋼條焊接而成的立式轉子，下面裝著用編織絲網制成的編織平底篩，該剝殼部件如圖1-4所示。
圖 1-4立式剝殼部件
在剝殼室內，核桃果受立式轉子的推動而相互磨擦，從而達到剝殼的目的，此方法系柔性揉搓剝殼。實踐證明，該機破碎率較低，可控制在3％以下。其缺點是由于采用立式傳動， 故傳動機構較為復雜。
5． 開式扁條滾筒，編織凹板式核桃剝殼部件
采用了由三根扁鋼條制成的開式扁條滾筒，和用編織絲網制成的凹板結構，如圖1-5開式扁條滾筒所示。作業(yè)時，核桃果在扁條的推動下隨滾筒轉動，在滾筒和凹板之間形
圖 1-5開式扁條滾筒
成一個活動層，核桃果在該活動層內互相揉搓而脫殼。由于在該機構中，避開了剝殼部件的直接擠壓， 沖擊的作用，而是核桃搓核桃，系柔性剝殼，故破碎率較低， 該機鑒定時實測破傷率(破碎率+損傷率)為0．91。另外脫凈率及生產效率等指標亦較理想。
1．3 核桃脫殼機械的研究應用現狀
目前國內核桃脫殼機從其脫殼原理、結構和材料上基本可分為以打擊、揉搓為主的鋼紋桿——鋼柵條凹板 以擠壓、揉搓為主的橡膠滾筒一一橡膠浮動凹板兩大類，但脫殼質量均不高，破損率都大于8 %，剝出的核桃米只能用于榨油和食用，滿足不了外貿出口和作種子的要求。探索先進的脫殼原理是解決脫殼機現存問題的重要途徑。
1．3．1 目前核桃脫殼機采用的脫殼原理
目前應用比較廣泛的核桃機械脫殼原理有以下幾種。
撞擊法脫殼 撞擊法脫殼是物料高速運動時突然受阻而受到沖擊力，使外殼破碎而實現脫殼的目的。其典型設備為由高速回轉甩料盤及固定在甩料盤周圍的粗糙壁板組成的離心脫殼機。甩料盤使核桃莢果產生一個較大的離心力撞擊壁面，只要撞擊力足夠大，莢果外殼就會產生較大的變形，進而形成裂縫。當莢果離開壁面時，由于外殼具有不同的彈性變形而產生不同的運動速度，莢果所受到的彈性力較小，運動速度也不如外殼，阻止了外殼迅速向外移動而使其在裂縫處裂開，從而實現籽粒的脫殼。撞擊脫殼法適合于仁殼間結合力小，仁殼間隙較大且外殼較脆的莢果。影響離心式脫殼機脫殼質量的因素有，籽粒的水分含量、甩料盤的轉速、甩料盤的結構特點等。
碾搓法脫殼 核桃莢果在固定磨片和運動著的磨片間受到強烈的碾搓作用，使莢果的外殼被撕裂而實現脫殼。其典型的設備為由一個固定圓盤和一個轉動圓盤組成的圓盤剝殼機。莢果經進料口進入定磨片和動磨片的間隙中，動磨片轉動的離心力使籽粒沿徑向向外運動，也使莢果與定磨片問產生方向相反的摩擦力；同時，磨片上的牙齒不斷對外殼進行切裂，在摩擦力與剪切力的共同作用下使外殼產生裂紋直至破裂，并與殼仁脫離，達到脫殼的目的。該種方法影響因素有，莢果的水分含量、圓盤的直經、轉速高低、磨片之間工作間隙的大小、磨片上槽紋的形狀和莢果的均勻度等。
剪切法脫殼 核桃莢果在固定刀架和轉鼓間受到相對運動著的刀板的剪切力的作用，外殼被切裂并打開，實現外殼與果仁的分離。其典型設備為由刀板轉鼓和刀板座為主要工作部件的刀板剝殼機。在刀板轉鼓和刀板座上均裝有刀板，刀板座呈凹形，帶有調節(jié)機構，可根據核桃莢果的大小調節(jié)刀板座與刀板轉鼓之間的間隙。當刀板轉鼓旋轉時，與刀板之間產生剪切作用，使物料外殼破裂和脫落。主要適用于棉籽，特別是帶絨棉籽的剝殼，剝殼效果較好。由于其工作面較小，故易發(fā)生漏籽現象，重剝率較高。該種方法影響因素有，原料水分含量、轉鼓轉速的高低、刀板之間的間隙大小等。
擠壓法脫殼 擠壓法脫殼是靠一對直徑相同轉動方向相反，轉速相等的圓柱輥，調整到適當間隙，使核桃莢果通過間隙時受到輥的擠壓而破殼。莢果能否順利地進入兩擠壓輥的間隙，取決于擠壓輥及與莢果接觸的情況。要使莢果在兩擠壓輥間被擠壓破殼，莢果首先必須被夾住，然后被卷入兩輥間隙。兩擠壓輥間的間隙大小是影響籽粒破損率和脫殼率高低的重要因素。
搓撕法脫殼 搓撕法脫殼是利用相對轉動的橡膠輥筒對籽粒進行搓撕作用而進行脫殼的。兩只膠輥水平放置，分別以不同轉速相對轉動，輥面之間存在一定的線速差，橡膠輥具有一定的彈性．其摩擦系數較大。核桃莢果進入膠輥工作區(qū)時，與兩輥面相接觸，如果此時莢果符合被輥子嚙人的條件，即嚙人角小于摩擦角，就能順利進入兩輥問．此時莢果在被拉人輥間的同時，受到兩個不同方向的摩擦力的撕搓作用；另外，莢果又受到兩輥面的法向擠壓力的作用，當莢果到達輥子中心連線附近時法向擠壓力最大，莢果受壓產生彈性—— 塑性變形，此時莢果的外殼也將在擠壓作用下破裂，在上述相反方向撕搓力的作用下完成脫殼過程。影響脫殼性能的因素有，線速差、膠壓輥的硬度、軋入角、軋輥半徑、軋輥間間隙等。
1．3．2 新型脫殼技術
壓力膨脹法 原理是先使一定壓力的氣體進入核桃殼內，維持一段時間，以使核桃莢果內外達到氣壓平衡，然后瞬間卸壓，內外壓力平衡打破，殼體內氣體在高壓作用下產生巨大的爆破力而沖破殼體，從而達到脫殼的目的。主要影響因素有，充氣壓力、穩(wěn)定壓力維持時間、籽粒的含水率等。
真空法 將核桃莢果放在真空爆殼機中，在真空條件下，將具有相當水分的莢果加熱到一定溫度，在真空泵的抽吸下，莢果吸熱使其外殼的水分不斷蒸發(fā)而被移除，其韌性與強度降低，脆性大大增加；真空作用又使殼外壓力降低，殼內部相對處于較高壓力狀態(tài)。殼內的壓力達到一定數值時，就會使外殼爆裂。
激光法 用激光逐個切割堅果外殼。試驗顯示，用這種方法幾乎能夠達到100 9／6的整仁率，但因其費用昂貴、效率低下等原因，很難得到推廣。
1．3．3 核桃脫殼機械的工藝研究
在脫殼技術方面，除了在原理和設備上進行研究外，人們還在工藝上進行了研究以提高籽粒的脫殼率及脫殼質量。
分級處理 物料的粒度范圍大，必須先按大小分級，再進行脫殼，才能提高脫殼率，減少破損率。
水分含量 核桃莢果的含水率對脫殼效果有很大的影響，含水率大，則外殼的韌性增加；含水率小，則果仁的粉末度大。因此應使核桃莢果盡量保持最適當的含水率，以保證外殼和果仁具有最大彈性變形和塑性變形的差異，即外殼含水率低到使其具有最大的脆性，脫殼時能被充分破裂，同時又要保持仁的可塑性，不能因水分太少而使果仁在外力作用下粉末度太大，可減少果仁破損率。
1．3．4 核桃脫殼機械存在的問題
目前我國在核桃脫殼技術研究方面一直沒有大的突破，資金投入也不足，脫殼部件的研制仍在2O世紀90年代初的技術水平上徘徊，所以在脫殼性能上并沒有很大的提高。由于機械脫殼時對核桃仁的損傷率偏高，用于種子和較長期貯存的核桃仁至今仍是手工剝殼。脫殼機械在技術性能和作業(yè)環(huán)節(jié)上存在以下問題：① 脫殼率低，脫殼后的果仁破損率高，損失大。② 機具性能不穩(wěn)定，適應性差。③ 通用性差，利用率低。④ 作業(yè)成本偏高，多數是單機制造，制造的工藝水平較低，同時能耗較高。⑤ 有些產品僅進行了樣機試制或少量試生產，未進行大量生產性考核和示范應用，作業(yè)性能及商品性等方面還存在不少問題。
1．4 核桃脫殼機械研究重點
我國加入WTO以來，國內外關于核桃脫殼機械的開發(fā)與推廣應用日益增多，針對現有核桃脫殼機械存在的優(yōu)點與不足，在未來的發(fā)展過程中，對核桃脫殼機械在生產應用中的經驗進行總結，不斷完善其功能，使其呈現良好的發(fā)展勢頭。
1．4．1 提高核桃脫殼機械的通用性和適應性
提高核桃脫殼機械的通用性和適應性仍是當前的主要研究方向之一目前，許多核桃脫殼機械只是針對某一核桃品種和所在地區(qū)的生長環(huán)境來設計，其通用性、兼容性和適應性較差。提高核桃脫殼機械的通用性和兼容性，使研制的核桃脫殼機械通過更換主要部件能夠同時對其他帶殼物料進行脫殼加工。研制通過變換主要工作部件即能滿足不同堅果脫殼作業(yè)需要的脫殼機具，并提高制造工藝水平，降低制造成本，以適應不同加工企業(yè)的需要。核桃脫殼機械能否適應這種發(fā)展趨勢，將直接影響到核桃脫殼機械能否更好的推廣應用與健康發(fā)展。
1．4．2 提高機械脫殼率。降低破損率
對核桃脫殼機械的關鍵技術與工作部件進行重點攻關，改革傳統(tǒng)結構，研究新的脫殼機理，優(yōu)化結構設計；同時在整體配置上進一步改進和完善，提高脫殼率，降低籽仁破損率。目前國內外的核桃脫殼機械均存在脫殼率和破損率之間的矛盾，處理好這一關鍵技術將關系到核桃脫殼機械的發(fā)展前景。
1．4．3 向自動控制和自動化方向發(fā)展
向自動控制和自動化方向發(fā)展大多數機具目前仍依賴人工喂料或定位，影響了作業(yè)速度和作業(yè)質量。因此應通過機電一體化手段，開發(fā)設計自動喂料、自動定位脫殼裝置，保證均勻喂料與有效定位，實現機組自動化操作，進一步提高作業(yè)精確性和作業(yè)速度，提高產品質量與生產率，滿足部分大、中型加工企業(yè)的需要，以開拓國內和國外市場。
新技術原理、新結構材料、新工藝將不斷應用于核桃機械的研制開發(fā)中，隨著液壓技術、電子技術、控制技術以及化工、冶金工業(yè)的發(fā)展，許多復雜的機械機構、動力傳遞、笨重的材料和落后的工藝將逐漸被取代。減輕重量，減少阻力，簡化操作，減少輔助工作時間，延長使用壽命，降低勞動使用費用等將作為主要設計目標應用于脫殼機械的設計制造。隨著國內外高新技術的進一步發(fā)展，如何將這些高新技術更好的應用到實際生產中，也是目前核桃脫殼機械需要盡快解決的問題。
1．5 核桃脫殼機械應用前景展望
核桃生產機械化是農業(yè)現代化的重要組成部分，是農業(yè)和農村經濟持續(xù)快速發(fā)展的重要保證，近年來，核桃機械裝備總量不斷穩(wěn)步增長，作業(yè)水平進一步提高，社會化服務規(guī)模不斷擴大，雖然目前核桃脫殼機械化水平較高，但是多應用于經濟發(fā)達地區(qū)與示范推廣區(qū)，并且小型機械多、大型機械少，低檔機械多、高性能機械少。在一些地區(qū)，用作種子和特殊用途的核桃仁仍采用傳統(tǒng)的手工剝殼，勞動生產率低，區(qū)域性發(fā)展不平衡。進入21世紀，我國核桃生產機械化開始了新的發(fā)展階段，農業(yè)結構調整發(fā)生了新的變化，也對核桃機械的發(fā)展產生了積極而深遠的影響，不僅拉動了新的有效需求，而且構筑了適合核桃生產機械化發(fā)展的新舞臺，為核桃生產機械化真正成為農村經濟發(fā)展的推動器提供了廣闊的市場發(fā)展條件。在一些地區(qū)推進核桃生產機械化的過程中，相繼出臺了鼓勵和扶持農民購買核桃機械、開展核桃機械作業(yè)服務的優(yōu)惠政策和措施，調動了農民購買核桃機械的積極性，形成了新的市場需求。隨著核桃種植業(yè)的不斷發(fā)展，國內外對核桃深加工產品的需求不斷增大，提高核桃脫殼機械化作業(yè)水平成為必然。核桃脫殼機在提高勞動生產率，減輕勞動強度方面起到了積極的作用，促進了核桃加工業(yè)的科技進步，為核桃脫殼機械的發(fā)展提供了空間。
第二章 刮板式核桃去殼機的結構及工作原理
2．1 刮板式核桃去殼機的結構
根據刮板式核桃去殼機的剝殼原理可知道，核桃是從上至下依次經過集料斗、剝殼箱、柵格、下箱出口、分選口，核桃仁收集斗這些部件的，因此設計剝殼機的整體結構的依據就出來了。
設計過程是從上往下，從核桃的裝集開始，最上面是集料斗，集料斗下方是剝殼箱，集料斗可與剝殼箱設計為一個整體。在剝殼箱內，核桃必須經過刮板的撞擊和擠壓作用才能進行剝殼，因此，將刮板設計置在剝殼箱內。核桃經過刮板的撞擊和擠壓進行剝殼后，要經過位于剝殼箱底部的柵格，于是可以把柵格設計成一個半圓柵籠，將其固定在剝殼箱的下半箱內。核桃穿過柵格后經過剝殼箱底部的出口往下落，在下落過程中，設計一個風機的吹入口，其作用是將經過剝殼的核桃殼與核桃仁進行分離，重量稍重的不被風吹走，而重量較輕的核桃殼將被風機吹來的氣流帶入到核桃殼收集通道，通道的底部設計成一定角度。經過分離的核桃仁往下落，落入核桃仁收集通道，將此通道與核桃殼收集通道的底面設計成一個整體，這樣的設計可以讓被風吹走的核桃仁通過自身的重量往下回滾到花仁收集通道。
為保證整機的各部分的安裝，需設計一個機架，機架起到其它幾個部分的支承、定位、連接作用，并將電機安裝在機架里面，剝殼機安裝在機架的上方。其結構簡圖如圖2-1所示。
圖2-1剝殼機安裝結構簡圖
2．2 工作原理
刮板式核桃去殼機以前也稱為刀籠剝殼機，是借助轉動軸上的刮板與籠柵的擠壓和打擊作用，將核桃果外殼破碎的一種機械設備，其特點是結構簡單、操作方便。其結構如圖2-2刮板式核桃去殼機所示。它主要由進料機構、剝殼機構和支承機構等部分組成。
圖2-2刮板式核桃去殼機
核桃果進入存料斗后，經下部的入料窄口形成薄層流落下來進入剝殼箱內，與高速旋轉的刮板相互碰撞，在刮板的錘擊下，核桃殼發(fā)生破裂，從而進行第一次剝殼。部分核桃果在下落過程中沒有與刮板發(fā)生碰撞，有些發(fā)生碰撞了而核桃殼卻未撞裂，這部分核桃落入到由圓鋼棒排列成的柵格上，由于柵格頂部與刮板的旋轉外徑間的間距不足以容納一個核桃果，因此核桃果將在落入柵格的同時被刮板再次錘擊和擠壓，從而使這些核桃果的果殼也被壓碎。剝殼后的仁與殼通過柵格間的間隙落下，在下落的同時，受到風機吹來的經調節(jié)好的氣流作用，果殼因重量輕而被氣流送入集殼通道，而核桃仁因重量大，繼續(xù)往下落，從而達到了殼仁分離的目的。
第三章 刮板式核桃去殼機主要部件的結構設計
刮板式核桃去殼機能否正常運轉，看的是其主要部件的設計，如果設計不合理，機器就不能正常運轉或者說不能運轉，那么生產出來的這臺機器就是一堆費品。設計合理，機器就能正常的運轉對并對核桃果進行剝殼。因此，刮板式核桃去殼機的主要部件的設計在整個設計過程中顯得尤為重要，合理的設計將提供給使用者更多的方便和實惠。
3．1設計前各項參數的確定
3．1．1 刮板的半徑及轉速初定
刮板的旋轉必須確保能將部分核桃殼撞碎，當核桃果與鋼質物體相對速度達到5時，可使核桃殼破碎而不會破壞到核桃仁，可根據此依據設計刮板的轉速與半徑。
如圖3-1所示，核桃下落位置在之間，設計時采用最小碰撞半徑為計算半徑
取半徑R=250mm，則n=382.2r/min
結論：R=250mm，
n=382.2r/min
圖3-1
3．1．2 刮板所需功率計算
根據公式可計算出刮板所需的功率
刮板對核桃做功
：刮板改變核桃的動能
：刮板改變核桃的勢能
根據所給產量要求 1500kg/h,即0.417kg/s,此為核桃仁的產量，折合核桃果產量為0.417/純仁率,根據國家標準，湖南所處地理位置可取核桃的純仁率為69%,折合核桃果產量為0.604kg/s,此即每秒進入剝殼箱內被破碎的核桃果的重量。核桃接觸刮板時初速度設為1m/s，方向向下，脫離刮板時速度為15m/s,方向向左，脫離刮板時相對初位置高度為500mm
t=1s
m=0.604kg/s
=1m/s
=15m/s
R=0.5m
=(0.302+67.95+2.96)W=71.212w
加上刮板與核桃在柵格中擠壓所需要的能量，P也不會超過500w。為計算電動機的所需工率Pd，先要確定從電動機到工作機之間的總效率。設、分別為滾動軸承和V帶傳動的效率，于是有
=-0.8668
電動機所需功率不會超過700W，由于給定電動機的功率為1.5kW，遠大于此計算值，故所給電動機的功率完全符合要求。
3．1．3 傳動方案擬定
由于刮板式核桃去殼機的工作軸旋轉速度較高，達到n2=382.2r/min可有兩種選擇，第一種是采用一級V帶傳動，第二種是采用兩級混合傳動，而很明顯的，若采用兩級傳動方案，將會致使機器的結構復雜，而且成本升高，所以選用一級V帶傳動。
3．1．4 電動機的選擇
根據所給的功率及同步轉速，可選用的電機型號有兩種
Y90L-4型 和 Y100L-6型
根據電動機的滿載轉速和刮板轉速可算出總傳動比，現將此兩種電動機的數據和傳動比列于表3-1
表 3-1電動機的數據和傳動比
方案號
電機型號
額定功率kw
同步轉速r/min
滿載轉速r/min
總傳動比 i
1
Y100L-6
1．5
1000
940
2．459
2
Y90L-4
1．5
1500
1400
3．663
由上表可知：方案1總傳動比雖小，轉速低，但價格高，作為家用機械的電機不是太合算，故選擇方案2，即電機型號為Y90L-4。
查表得此種電動機的中心高H=90mm，外伸軸徑為24mm，軸的外伸長度為50mm。
3．1．5 傳動裝置的運動和參數計算
軸的轉速
軸的輸入功率
=1.35kw
軸的轉矩
3．2 V帶傳動
首先列出設計的基本條件
電機型號：Y90L-4
額定功率：1.5kw
轉速：=1400r/min
傳動比：=3.663
假設每天運轉時間t<10h
1.確定計算功率
查表得工作情況系數 =1.1
==1.1×1.5=1.65(kw)
2．選擇V帶帶型
根據、查得最適合的帶型為A型
3．確定帶輪基準直徑
由主動輪基準直徑系中選取，從動輪基準直徑為
驗算帶的速度
v=<=
因此所選帶的速度合適
4．確定中心距a和帶的基準長度
根據初步確定中心距，計算帶的基準長度
=1972.36mm
由V帶的基準長度系中選取基準長度
計算實際中心距a
5．驗算主動輪上的包角
主動輪包角合適
6．計算V帶的根數z
由,,=3.663查表得
，，，
代入數值，經計算
Z=1.984
取z=2
7.計算預緊力
8．計算作用在軸上的壓軸力
代入數值計算得
=482.7N
9.V帶輪的結構尺寸計算及選用
帶輪材料選用HT200
根據基準直徑的大小選用不同的帶輪類型，小徑帶輪采用實心式，大徑帶輪采用輪輻式，主要結構尺寸如表3-2
表 3-2結構尺寸
單位：mm
尺寸類型
小帶輪
大帶輪
75
280
基準寬度
11.0
11.0
基準線上槽深
2.75
2.75
基準線下槽深
8.7
8.7
槽間距e
15±0.3
15±0.3
第一槽對稱面至端面距離f
輪緣厚d
12
12
帶輪寬B
35
35
外徑
80.5
285.5
輪槽角
極限偏差
孔徑
26
16
輪轂長
50
35
48
32
輪輻厚
8
20
16
230.5
具體結構設計見零件圖
3.3 軸
軸的轉速
軸的輸入功率
=1.35kw
軸的轉矩
1 初步確定軸的最小直徑
先按經驗公式算郵軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調質處理。查表選取，于是得
2擬定軸上零件的裝配方案
通過對各種方案的比較，現選用圖3-2所示裝配方案
圖3-2裝配方案圖
3 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
（1）為滿足V帶輪的軸向定位，1-2軸右端制一軸肩，故取2-3段直徑=22mm，左端用軸端擋圈定位，取直徑D=22mm。V帶輪與軸配合的轂孔長試為35mm，為保證軸端擋圈只壓在半聯軸器上而不壓在軸端面上，故1-2段長度取為
（2）初步選擇滾動軸承 因軸承只承受徑向力，故先用深溝球軸承。參照工作要求并根據，初步選取深溝球軸承6205,其基本參數如表3-3
表 3-3參數表
6204
基本尺寸
安裝尺寸
極限轉速
D
B
脂潤滑
油潤滑
25
52
15
1
31
46
1
12000
16000
（3）安裝刮板架段軸直徑。刮板架段安裝寬度取，
（4） 軸承端蓋總厚度20mm，取端蓋外端與V帶輪右端面間的距離，故取
（5）取刮板距箱體內壁，取，。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。
（6）軸上零件的周向固定
V帶輪與軸的周向定位采用平鍵聯接，按其直徑查手冊得平鍵截面如下
表 3-4平鍵截面
長度取22mm
V帶輪與軸的配合為H7/n6，滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為k6。
（7）確定軸上圓角和倒角尺寸
取軸端倒角2×45°，各軸肩處圓角半徑見零件圖
3.4 刮板結構
刮板結構是整個機器的關鍵部分，它的作用就是對核桃果進行剝殼。此結構采用四鋼板十字交叉固定在旋轉筒架上，其結構如圖3-3旋轉筒架圖所示
圖3-3旋轉筒架圖
因為采用的是打擊和擠壓兩種方式配合進行剝殼，所以對刮板的強度有一定要求，采用材料是45號鋼，而且刮板的表面必須進行處理，表面滲碳1-1.5mm，熱處理硬度HRC56-62。刮板選用四塊8mm厚鋼板，長′寬=500mm′129mm，刮板外緣距旋轉中心距離250mm。固定刮板的筒架結構，其內徑為26mm，外徑120mm，刮板固定支架長度為140mm，截面尺寸40mm′20mm，每塊刮板由兩根固定支架固定，兩者間采用M10螺栓聯接。
3.5 半柵籠
半柵籠在機器中的作用是讓已經被剝殼的核桃與未被剝殼的核桃進行分離，其分離的原理就是“小個通過，大個不過”。半柵籠的每一個柵格都只能容許一個核桃仁大小的物體通過，被剝殼的核桃由于核桃殼的破裂，被變成破碎的核桃殼和整粒的核桃仁，核桃仁的大小剛好可以穿過柵格，而核桃果因為太大，無法通過柵格，將被阻擋在剝殼箱內，繼續(xù)進行剝殼直到其外殼破碎為止。其結構如圖3-4半柵籠所示。
圖3-4半柵籠
柵條是利用兩塊墻板對兩端進行固定的，墻板材料為HT200，柵條材料為20號鋼。柵條采用φ10圓截面長條，長度為538mm，因其特殊的作用，還需對其進行表面處理，要求滲碳1-1.5mm，熱處理硬度HRC56-62。柵條的兩頭裝砌在墻板的圓形槽內，組成半圓柵籠，柵條間距為10mm，這樣可使剝出的核桃仁能通過柵格，而未剝殼的剛不能通過。
裝砌完成后要太上鎖緊條，防止柵條松動。半柵籠內徑為φ516mm。
3.6 箱體
箱體的作用是提供給刮板一個封閉的剝殼環(huán)境，并對相關結構起到支承和定位作用。
為了便于軸系部件的安裝和拆卸，將箱體做成剖分式，箱由箱座和箱蓋組成，，取軸的中心線所在平面為剖分面。箱座和箱蓋采用普通螺栓聯接，用圓錐銷定位。箱體的材料選用HT200，鑄造成型。具體結構設計見零件圖。
3.7 殼仁分離裝置
殼仁分離裝置分為兩個部分，一個是氣流通道，它的一端接風機，另一端安裝在箱體的下方，還有就是殼與仁的收集板，它同樣也安裝在箱體下方。核桃經過箱體內的剝殼過程后，將由此裝置對其進行殼仁分離，分離的基本原理是利用核桃殼與核桃仁的重量及受力面積的不同，用氣流對其進行分離。重量稍重的不被氣流吹走，直接下落到核桃仁收集通道，而重量較輕的核桃殼將被風機吹來的氣流帶入到核桃殼收集通道。具體結構見裝配圖。
3.8機架
整個機架采用L63*63*6角鋼焊接而成，起到其它幾個部分的支承、定位、連接作用，并將電機安裝在機架里面。剝殼機安裝在機架上面，聯接采用普通螺栓聯接。具體結構見裝配圖。
3.9附件
刮板式核桃去殼的附件包括裝料斗，軸承蓋，風量調節(jié)裝置。
第四章 如何正確使用核桃脫殼機
1．對脫殼機的要求。①脫殼干凈、生產效率高，對有清選裝置的脫殼機，還要求有較高的清潔度。②損失率低、破碎率小。③結構簡單，使用可靠，調整方便，有一定的通用性，能脫多種作物。
2．對核桃穴皮果雪的要求。核桃干濕適宜，太干則破碎率高，過濕則影響工作效率。農村儲存的核桃穴皮果雪一般較干燥，為使其干濕適宜可采用下列方法：①冬季脫殼。脫殼前用10公斤左右的溫水均勻地噴灑在50公斤的核桃上，用塑料薄膜覆蓋10小時左右，然后再晾曬1小時左右即可開始脫殼，其他季節(jié)用塑料薄膜覆蓋的時間為6小時左右。②可將較干的核桃穴皮果雪浸在大水池內，浸后立即撈出用塑料薄膜覆蓋1天左右，再晾曬，待干濕適宜后開始脫殼。③對電壓的要求及工作場所的選擇：單相電動機要正常工作，電壓需達到其額定電壓。在農村農戶較為分散，加之所用線路又不標準，致使離變壓器較遠的農戶電壓不足，因此，工作場所應選擇離變壓器較近的地方。
操作方法與注意事項
1．使用前，應先檢查各緊固件是否擰緊，旋轉部位是否靈活，各軸承內是否有潤滑油，脫殼機應放置在較平的地面上。然后檢查電源，開關必須處于斷開位置。
2．電動機啟動后，轉子的轉向應與機具上所指方向一致。先空轉幾分鐘，觀察有無異常響聲，運轉正常時方可均勻地喂入核桃。
3．核桃果喂入時，要均勻、適量，不可含有鐵屑、石塊等雜物，以防打碎核桃米及造成機械事故。當核桃米覆蓋滿篩子面時，方可打開出米口開關。
4．核桃應干濕適宜，要根據核桃的大小選用適當的篩網。
5．核桃米內核桃殼增多時，可將電動機向下移動，以便張緊風扇皮帶，加大吹風量。
6．操作時，人不要站在皮帶傳動一側，以免傷人。
7．存放機器時，應清除機器外表的塵土、污垢和內部殘存的雜物。用柴油清洗各部位軸承后涂上黃油。機器要覆蓋好，置于干燥庫房內，避免日曬雨淋。
8．應保證傳動部位和軸承室內有充足的潤滑油，并定期予以清理和更換。
第五章 總結
本文是圍繞農用機械產品——核桃去殼機的設計，實現了核桃剝殼的機械化，應用本機器后，可使廣大農民群眾大大節(jié)省勞動量，提高生產效率和生產質量。該機的關鍵部分是刮板結構與半柵籠結構，因為核桃剝殼的整個過程都是由這兩部分完成的，剝出來的核桃能不能符合要求，完全是看刮板與半柵籠的性能能不能達到要求。本文也介紹了目前各種核桃剝殼原理及裝備，并對核桃剝殼機械的發(fā)展現狀以及發(fā)展前景作出了簡明的概括和分析。
本次設計是對我的四年的大學生活做出的總結,同時為將來工作進行了一次適應性訓練，從中鍛煉自己解分析問題、解決問題的能力，為今后自己的研究生生活打下一個良好的基礎。
從這次設計也可以看出一些問題:
1.心態(tài):應該保持認真的態(tài)度,堅持冷靜獨立的解決問題
2.基本:認真學好基本知識,扎實自己的基本知識,使面對問題時不會遇到很多挫折,從而打擊自己的信心,結果使自己很浮躁,越來越不想搞這設計,故應該好好學習基本知識,一步一步的來,不要急功近利!
3.樹立自己的良好形象,樂觀的面對生活,堅持自己的想法和意識
總的說來,雖然在這次設計中自己學到了很多的東西,取得一定的成績,但同時也存在一定的不足和缺陷,我想這都是這次設計的價值所在,以后的日子以后自己應該更加努力認真,以冷靜沉著的心態(tài)去辦好每一件事情!
參考文獻
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致謝
本文是在老師的精心指導和關懷下完成的，老師淵博的學識、嚴謹的治學態(tài)度、精益求精的工作作風、高度的責任心對我產生了深深的震撼。在老師的培養(yǎng)和教育不僅使我順利完成了論文，而且將繼續(xù)激勵我在今后的人生旅途上不斷進取。
最后，謹向所有給我關心、理解、支持和幫助的人們表示最誠摯的謝意！
26
附錄A
機械工程的發(fā)展歷程及展望
人類成為“現代人”的標志就是制造工具。石器時代的各種石斧、石錘和木質、皮質的簡單粗糙的工具是后來出現的機械的先驅。從制造簡單工具演進到制造由多個零件、部件組成的現代機械，經歷了漫長的過程。
??? 幾千年前，人類已創(chuàng)制了用于谷物脫殼和粉碎的臼和磨，用來提水的桔槔和轆轤，裝有輪子的車，航行于江河的船及槳、櫓、舵等。所用的動力，從人自身的體力，發(fā)展到利用畜力、水力和風力。所用材料從天然的石、木、土、皮革，發(fā)展到人造材料。最早的人造材料是陶瓷，制造陶瓷器皿的陶車，已是具有動力、傳動和工作三個部分的完整機械。
??? 人類從石器時代進入青銅時代，再進而到鐵器時代，用以吹旺爐火的鼓風器的發(fā)展起了重要作用。有足夠強大的鼓風器，才能使冶金爐獲得足夠高的爐溫，才能從礦石中煉得金屬。在中國，公元前1000～前900年就已有了冶鑄用的鼓風器，并逐漸從人力鼓風發(fā)展到畜力和水力鼓風。
??? 15～16世紀以前，機械工程發(fā)展緩慢。但在以千年計的實踐中，在機械發(fā)展方面還是積累了相當多的經驗和技術知識，成為后來機械工程發(fā)展的重要潛力。17世紀以后，資本主義在英、法和西歐諸國出現，商品生產開始成為社會的中心問題。
??? 18世紀后期，蒸汽機的應用從采礦業(yè)推廣到紡織、面粉、冶金等行業(yè)。制作機械的主要材料逐漸從木材改用更為堅韌，但難以用手工加工的金屬。機械制造工業(yè)開始形成，并在幾十年中成為一個重要產業(yè)。
??? 機械工程通過不斷擴大的實踐，從分散性的、主要依賴匠師們個人才智和手藝的一種技藝，逐漸發(fā)展成為一門有理論指導的、系統(tǒng)的和獨立的工程技術。機械工程是促成18～19世紀的工業(yè)革命，以及資本主義機械大生產的主要技術因素。
??? 動力是發(fā)展生產的重要因素。17世紀后期，隨著各種機械的改進和發(fā)展，隨著煤和金屬礦石的需要量的逐年增加，人們感到依靠人力和畜力不能將生產提高到一個新的階段。
??? 在英國，紡織、磨粉等產業(yè)越來越多地將工場設在河邊，利用水輪來驅動工作機械。但當時的煤礦、錫礦、銅礦等礦井中的地下水，仍只能用大量畜力來提升和排除。在這樣的生產需要下，18世紀初出現了紐科門的大氣式蒸汽機，用以驅動礦井排水泵。但是這種蒸汽機的燃料消耗率很高，基本上只應用于煤礦。
??? 1765年，瓦特發(fā)明了有分開的冷凝器的蒸汽機，降低了燃料消耗率。1781年瓦特又創(chuàng)制出提供回轉動力的蒸汽機，擴大了蒸汽機的應用范圍。蒸汽機的發(fā)明和發(fā)展，使礦業(yè)和工業(yè)生產、鐵路和航運都得以機械動力化。蒸汽機幾乎是19世紀唯一的動力源，但蒸汽機及其鍋爐、凝汽器、冷卻水系統(tǒng)等體積龐大、笨重，應用很不方便。
??? 19世紀末，電力供應系統(tǒng)和電動機開始發(fā)展和推廣。20世紀初，電動機已在工業(yè)生產中取代了蒸汽機，成為驅動各種工作機械的基本動力。生產的機械化已離不開電氣化，而電氣化則通過機械化才對生產發(fā)揮作用。
??? 發(fā)電站初期應用蒸汽機為原動力。20世紀初期，出現了高效率、高轉速、大功率的汽輪機，也出現了適應各種水利資源的水輪機，促進了電力供應系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。
??? 19世紀后期發(fā)明的內燃機經過逐年改進，成為輕而小、效率高、易于操縱、并可隨時啟動的原動機。它先被用以驅動沒有電力供應的陸上工作機械，以后又用于汽車、移動機械和輪船，到20世紀中期開始用于鐵路機車。蒸汽機在汽輪機和內燃機的排擠下，已不再是重要的動力機械。內燃機和以后發(fā)明的燃氣輪機、噴氣發(fā)動機的發(fā)展，是飛機、航天器等成功發(fā)展的基礎技術因素之一。
??? 工業(yè)革命以前，機械大都是木結構的，由木工用手工制成。金屬(主要是銅、鐵)僅用以制造儀器、鎖、鐘表、泵和木結構機械上的小型零件。金屬加工主要靠機匠的精工細作，以達到需要的精度。蒸汽機動力裝置的推廣，以及隨之出現的礦山、冶金、輪船、機車等大型機械的發(fā)展，需要成形加工和切削加工的金屬零件越來越多，越來越大，要求的精度也越來越高。應用的金屬材料從銅、鐵發(fā)展到以鋼為主。
??? 機械加工包括鍛造、鍛壓、鈑金工、焊接、熱處理等技術及其裝備，以及切削加工技術和機床、刀具、量具等，得到迅速發(fā)展，保證了各產業(yè)發(fā)展生產所需的機械裝備的供應。
??? 社會經濟的發(fā)展，對機械產品的需求猛增。生產批量的增大和精密加工技術的進展，促進了大量生產方法的形成，如零件互換性生產、專業(yè)分工和協作、流水加工線和流水裝配線等。
??? 簡單的互換性零件和專業(yè)分工協作生產，在古代就已出現。在機械工程中，互換性最早體現在莫茨利于1797年利用其創(chuàng)制的螺紋車床所生產的螺栓和螺帽。同時期，美國工程師惠特尼用互換性生產方法生產火槍，顯示了互換性的可行性和優(yōu)越性。這種生產方法在美國逐漸推廣，形成了所謂“美國生產方法”。
??? 20世紀初期，福特在汽車制造上又創(chuàng)造了流水裝配線。大量生產技術加上泰勒在19世紀末創(chuàng)立的科學管理方法，使汽車和其他大批量生產的機械產品的生產效率很快達到了過去無法想象的高度。
??? 20世紀中、后期，機械加工的主要特點是：不斷提高機床的加工速度和精度，減少對手工技藝的依賴；提高成形加工、切削加工和裝配的機械化和自動化程度；利用數控機床、加工中心、成組技術等，發(fā)展柔性加工系統(tǒng)，使中小批量、多品種生產的生產效率提高到近于大量生產的水平；研究和改進難加工的新型金屬和非金屬材料的成形和切削加工技術。
??? 18世紀以前，機械匠師全憑經驗、直覺和手藝進行機械制作，與科學幾乎不發(fā)生聯系。到18～19世紀，在新興的資本主義經濟的促進下，掌握科學知識的人士開始注意生產，而直接進行生產的匠師則開始學習科學文化知識，他們之間的交流和互相啟發(fā)取得很大的成果。在這個過程中，逐漸形成一整套圍繞機械工程的基礎理論。
??? 動力機械最先與當時的先進科學相結合。蒸汽機的發(fā)明人薩弗里、瓦特，應用了物理學家帕潘和布萊克的理論；在蒸汽機實踐的基礎上，物理學家卡諾、蘭金和開爾文建立起一門新的科學——熱力學。內燃機的理論基礎是法國的羅沙在1862年創(chuàng)立的；1876年奧托應用羅沙的理論，徹底改進了他原來創(chuàng)造的粗陋笨重、噪聲大、熱效率低的內燃機而奠定了內燃機的地位。其他如汽輪機、燃氣輪機、水輪機等都在理論指導下得到發(fā)展，而理論也在實踐中得到改進和提高。
??? 早在公元前，中國已在指南車上應用復雜的齒輪系統(tǒng)，在被中香爐中應用了能永保水平位置的十字轉架等機件。古希臘已有圓柱齒輪、圓錐齒輪和蝸桿傳動的記載。但是，關于齒輪傳動瞬時速比與齒形的關系和齒形曲線的選擇，直到17世紀之后方有理論闡述。
??? 手搖把和踏板機構是曲柄連桿機構的先驅，在各文明古國都有悠久歷史，但是曲柄連桿機構的形式、運動和動力的確切分析和綜合，則是近代機構學的成就。機構學作為一個專門學科，遲至19世紀初才首次列入高等工程學院(巴黎的工藝學院)的課程。通過理論研究，人們方能精確地分析各種機構，包括復雜的空間連桿機構的運動，并進而能按需要綜合出新的機構。
??? 機械工程的工作對象是動態(tài)的機械，它的工作情況會發(fā)生很大的變化。這種變化有時是隨機而不可預見；實際應用的材料也不完全均勻，可能存有各種缺陷；加工精度有一定的偏差，等等。
??? 與以靜態(tài)結構為工作對象的土木工程相比，機械工程中各種問題更難以用理論精確解決。因此，早期的機械工程只運用簡單的理論概念，結合實踐經驗進行工作。設計計算多依靠經驗公式；為保證安全，都偏于保守，結果制成的機械笨重而龐大，成本高，生產率低，能量消耗很大。
??? 從18世紀起，新理論的不斷誕生，以及數學方法的發(fā)展，使設計計算的精確度不斷的提高。進入20世紀，出現各種實驗應力分析方法，人們已能用實驗方法測出模型和實物上各部位的應力。
??? 20世紀后半葉，有限元法和電子計算機的廣泛應用，使得對復雜的機械及其零件、構件進行力、力矩、應力等的分析和計算成為可能。對于掌握有充分的實踐或實驗資料的機械或其元件，已經可以運用統(tǒng)計技術，按照要求的可靠度，科學地進行機械設計。
機械工程以增加生產、提高勞動生產率、提高生產的經濟性為目標來研制和發(fā)展新的機械產品。在未來的時代，新產品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉矗卫?、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經濟的目標任務。
??? 機械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好?，F代機械工程創(chuàng)造出越來越精巧和越來越復雜的機械和機械裝置，使過去的許多幻想成為現實。
??? 人類現在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠窺百億光年，近察細胞和分子。新興的電子計算機硬、軟件科學使人類開始有了加強，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經顯示出巨大的影響，而在未來年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無法想象的奇跡。
??? 人類智慧的增長并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復雜的工作，從而更促進手的功能。手的實踐反過來又促進人腦的智慧。在人類的整個進化過程中，以及在每個人的成長過程中，腦與手是互相促進和平行進化的。
??? 人工智能與機械工程之間的關系近似于腦與手之間的關系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機械制造出來。過去，各種機械離不開人的操作和控制，其反應速度和操作精度受到進化很慢的人腦和神經系統(tǒng)的限制，人工智能將會消除了這個限制。計算機科學與機械工程之間的互相促進，平行前進，將使機械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。
??? 19世紀時，機械工程的知識總量還很有限，在歐洲的大學院校中它一般還與土木工程綜合為一個學科，被稱為民用工程，19世紀下半葉才逐漸成為一個獨立學科。進入20世紀，隨著機械工程技術的發(fā)展和知識總量的增長，機械工程開始分解，陸續(xù)出現了專業(yè)化的分支學科。這種分解的趨勢在20世紀中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結束的前后期間達到了最高峰。
??? 由于機械工程的知識總量已擴大到遠非個人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術交流的范圍，阻礙新技術的出現和技術整體的進步，對外界條件變化的適應能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識過狹，考慮問題過專，在協同工作時配合協調困難，也不利于繼續(xù)自學提高。因此自20世紀中、后期開始，又出現了綜合的趨勢。人們更多地注意了基礎理論，拓寬專業(yè)領域，合并分化過細的專業(yè)。
??? 綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復循環(huán)，是知識發(fā)展的合理的和必經的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識，又具有足夠的綜合知識來認識、理解其他學科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協同工作的有力集體。
綜合與專業(yè)是多層次的。在機械工程內部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識中，包括社會科學、自然科學和工程技術，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。
附錄B
Mechanical engineering course of the development and prospects
Human become "modern" sign is to create tools. The Stone Age stone axes,stone hammers and wood, a simple cortex rough tool is the subsequent emergence of mechanical pioneer. From the manufacture of simple tools created by the evolution of a number of parts, components consisting of modern machinery, has undergone a long process.
Thousands of years ago, mankind has created for the cereals shelling and grinding of the acetabulum and grinding, to provide water and jigging machine Well Water Fetching Tool. equipped with wheels of a car, navigation on the river and paddle boats, organized, such as the rudder. Used the momentum from the man's own physical development of the use of animal power, hydro and wind. From the use of natural materials of stone, wood, soil, leather, the development of man-made materials. The earliest man-made materials are ceramics, pottery manufacture of pottery car, is motivation. Transmission and the integrity of the three parts of machinery.
Mankind from the Stone Age into the Bronze Age and further to the Iron Age. Winds Mong stoves for the blast, the development has played an important role. Powerful enough for the blast, metallurgical furnace can be sufficiently high temperature, can be extracted from ore in the metal. In China, 221 1000-900 years ago has had carriage for the blast. and gradually blast from human to animal and hydraulic blast.
15 ~ 16 centuries ago, the slow development of mechanical engineering. But in the Millennium of practice, the development of machinery or accumulated a lot of experience and technical knowledge, Later in mechanical engineering as an important potential for development. After the 17th century, capitalism in the United Kingdom, France, and the West European countries there, the volume of production has become the central issue.
The late 18th century, the steam engine from the application of the mining industry to promote textile, flour, and metallurgical industries. The main production machinery gradually materials from wood to switch to more resilient, it is difficult to manually processing metals. Machinery manufacturing industry began to take shape, and in several decades as an important industry.
Mechanical engineering through the growing practice, from the scattered, lovingly mainly rely on human ingenuity and craft a song, and gradually developed into a theoretical guidance. system and independent engineering. Mechanical engineering contributed 18 ~ 19th century industrial revolution and the capitalist machinery, large-scale production of the main technical factors.
Dynamics of the development of the important factors of production. The late 17th century, with all the mechanical improvements and development, as the coal and metal ore requirements of the yearly increase, People are relying on the human and animal production can be raised to a new stage.
In Britain, textile mills and other industries will be more and more factories set up by the river, and the use of turbine driven mechanical work. But, at that time, coal, tin and copper mines such as the groundwater, only with a large number of animal resources to upgrade and exclusion. In this production needs, the early 18th century there Newcomen the atmospheric steam engine to drive mine drainage pump. However, the steam engine of this high rate of fuel consumption, basically applies only to coal.
1765, Watt invented the separate condenser of the steam engine, reducing fuel consumption rates. 1781 watts is to create a provider rotary engine of the steam engine, the steam engine to expand the scope of its application. The invention of the steam engine and development, mining and industrial production, railways and shipping have all been of mechanical power. The steam engine to the 19th century is almost the only source of power, but the steam engine and boiler, condenser, cooling water system bulky, bulky and inconvenient to use.
End of the 19th century, the power supply system and electrical began the development and promotion. The early 20th century, the motor industry has replaced the production of the steam engine, all driven into the basic mechanical work force. Mechanized production is inseparable from the electrification and electrification through mechanization only play a role in the production.
Power stations initial impetus for the invention of the steam engine. Early 20th century, emerged as a highly efficient, high speed, high power of the turbine, there to keep the turbine water resources, and promote the power supply system to flourish.
The late 19th century after the invention of the internal combustion engine has improved and become light, small, high efficiency, easy manipulation, could start at any time the original motivation. It was first used to drive without an electricity supply mechanical work on land and later used in vehicles, mobile machinery and ships. to the mid-20th century for railway locomotives. Turbine and the steam engine in the engine exclusion, it has ceased to be an important force driving the machinery. After the invention of the internal combustion engine and gas turbines, jet engines and the development of the aircraft, Spacecraft such as the successful development of the basic technology one of the factors.
Before the industrial revolution, machinery mostly wooden structure, made of wood by hand. Metals (mainly copper, iron) just to manufacture equipment, locks, clocks, pumps and wood structure of small mechanical parts. Metal processing machine Carpenter mainly rely on the intricate communications to the needs of accuracy. The steam engine to power devices in promotion, and the concomitant emergence of mining, metallurgical, ships, locomotives and other large machinery, Forming and processing needs machining metal parts to more, the accuracy requirements are increasingly high. Application of metal materials from copper and iron to the development of the steel-based.
Forging including machining, forging, sheet metal process, welding, heat treatment technology and equipment, and machining technology and machine tools, knife, measuring tools, rapid development, and guarantee the development of the industrial production of machinery and equipment supply.
Socio-economic development of the machinery of the surge in demand for products. Mass production and the increasing precision processing technology progress, a great deal to promote the formation of production methods, such as the production of parts interchangeability, professional division of labor and cooperation, water lines and water processing, and other assembly line.
Simple parts interchangeability and professional collaboration division of production, in ancient times there was already. In mechanical engineering, Interchangeability Mocili reflected in the earliest in 1797 to use its originator of the thread lathe production of bolts and nuts. The same period, the United States engineers Whitney interchangeability with production rifle production methods, shows that the interchangeability of the feasibility and advantages. Such production methods in the United States gradually extended, forming a so-called "American production methods."
Early 20th century, Ford, the car manufacturer has created a pipeline assembly line. Mass production technology combined with Taylor in the late 19th century created the scientific management methods, vehicles and other large-scale production of machinery products will soon achieve production efficiency in the past unimaginable height.
20th century, the late machining the main features are : machine continuously improve the processing speed and accuracy, reduce dependence on manual skills; improve forming, machining and assembly of mechanization and automation; use NC machine tools, machining centers, group technology, the development of flexible manufacturing systems, allowing small and medium-sized manufacturers - multiple types of production to more efficient production of near-mass production level; Study hard and improve processing of a new type of metal and non-metallic materials forming and machining technology.
18 centuries ago, it all depends on the mechanical lovingly experience, intuition and craft mechanical production, with almost no scientific link. To the 18-19th century, the emerging capitalist economy under the promotion, access to scientific knowledge to start production, and the direct production of the Paradise, he started to learn scientific and cultural knowledge, The exchanges between them and the cross-fertilization achieved great results. In this process, and gradually form a set of mechanical engineering on the basis of the theory. .
Dynamic mechanical first and then combining advanced science. The invention of the steam engine were Safuli, Watt, applied physicist Papan and Blake's theory; In the steam engine on the basis of practice, physicist Kano, Portland reserves Kelvin build a new science -- thermodynamics. ICE is the basis of the theory of France Rosa founded in 1862; 1876 Otto application Rosa theory, radically improved his original creation of the true heavy, noise, thermal efficiency and lower engine lay the status of the internal combustion engine. Other steam turbine, gas turbine, the turbine so under the guidance of the theory of the development, Theory and practice also be improved and increased.
As early as 221, China has guidelines on the application of the complex gear systems, Chinese incense burner in the application of the standard to the people of the location of such cross-mechanical switch. Ancient Greece has cylindrical gear and bevel gear and worm drive documented. However, in terms of instantaneous transmission gear ratio and the relationship between tooth and tooth curve of choice, It was not until the 17th century after the side theory expounded.
Knob agencies and pedal crank linkage is the pioneer in the ancient civilization has a long history, But crank linkage in the form of kinetic and dynamic analysis of the precise and comprehensive, is the modern institutions of learning achievements. Mechanism as a specialized disciplines, until the early 19th century was the first to include the Higher Institute (Paris Institute of Technology) courses. Through theoretical study, people can accurately analyze various agencies, including the complex spatial linkages campaign and thus by the need to come up with new institutions.
Mechanical engineering work objects is a dynamic mechanical, its work will change very much. This change is sometimes random and unpredictable; Practical application of the material is not entirely uniform, there may be some shortcomings; Machining accuracy of this deviation, and so on.
And the static structure of the civil engineering work objects, the mechanical engineering problems more difficult to solve theoretical precision. Therefore, the early mechanical engineering only use simple theoretical concepts, practical experience work. Design calculations rely on the empirical formula; To ensure safety, conservative bias, the results were the heavy machinery and large, high cost, low productivity, energy consumption great.
From the 18th century onwards, new birth of the theory of continuous and mathematical methods, the development of the design and calculation precision continuously. The beginning of the 20th century, the emergence of various experimental stress analysis, People can use experimental methods and measuring the physical model on the part of the stress.
20 half-century, the finite element method and the computer's extensive use made of complex machinery and spare parts, components for power, torque, stress analysis and calculation possible. For a full grasp of the practice of experimental data or the machinery or its components, we can use statistical techniques, In accordance with the requirements of the reliability and scientific mechanical design.
Mechanical engineering to increase production, improve labor productivity, raising productivity goals for economic development and to the development of new machinery products. In the next era, new product development will lower their consumption of resources, the development of clean renewable energy, governance, reduce and ultimately eliminate pollution as a super-economic targets and tasks.
Machinery can be completed using hands and eyes, and both feet, his ears and can be completed directly direct the work completed and completed faster, and better. Modern mechanical engineering to create increasingly sophisticated and increasingly complex machinery and mechanical devices, so many previous fantasy become a reality.
Now mankind has been able sky and the upper reaches of the universe, the deep ocean dive, gleaned 10 billion light years distant, nearly monitor cellular and molecular. Emerging electronic computer hardware, software, human sciences began to strengthen, and partially replace the human brain means of science and technology, This is the artificial intelligence. This new development has demonstrated great influence, and in the coming years it will continue to create unimaginable miracle.
Human wisdom is not to reduce the growth of the hands, but instead asked for more hands, more sophisticated and more complicated work, thereby facilitating hand function. Hand practice, in turn, promote the wisdom of the human brain. In the human evolutionary process as a whole, and in each of the process of growing up, brain and hands is a mutual and parallel evolution.
Artificial Intelligence and mechanical engineering akin to the relationship between brain and the relationship between the hands, The only difference lies only in artificial intelligence hardware also need to use the machinery manufactured. The past, various machinery is inseparable from the operation and control its reaction speed and precision operation by the very slow evolution of the human brain and nervous system constraints, Artificial intelligence will eliminate this restriction. Computer science and mechanical engineering among the promotion, parallel, will mechanical engineering at a higher level to start a new round of large-scale development.
19 century, the mechanical engineering knowledge volume is still very limited. European universities which it is also the general and civil engineering as a single subject, known as civil engineering, 19 the second half of the century before becoming an independent discipline. The beginning of the 20th century, along with mechanical engineering technology development and knowledge of the total growth, mechanical engineering begins to decompose, the emergence of specialized branches. This decomposition trend in the mid-20th century, that is before and after the end of the Second World War reached its peak.
As mechanical engineering knowledge has expanded to the total far from the best all in the hands of individuals, some of specialization is essential. However, the excessive specialization of knowledge too divided, and narrow vision, Marketing concept, and not just to co-ordinate large-scale projects for the whole picture and the whole, and to narrow the scope of exchanges of technology, hin
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