自动核桃脱壳机 毕业设计说明书
目 录
摘 要 ..................................................................................................................................................... I 1 前言 ................................................................................................................................................. 1 2 绪论 ................................................................................................................................................. 1 2.1 课题研究的目的和意义 .............................................................................................................. 1 2.2 国内外研究现状 .......................................................................................................................... 2 2.3 总体方案 ...................................................................................................................................... 6 3 电动机的选择 ................................................................................................................................. 8 4 破壳轴的带及带轮的设计 ............................................................................................................. 9 4.1 传动带的设计 .............................................................................................................................. 9 4.1.1确定计算功率 ............................................................................................................................ 9 4.1.2选择V带的型号 ..................................................................................................................... 10 4.1.3确定带轮的基准直径 .............................................................................................................. 10 4.1.4确定传动中心距a和带长L................................................................................................... 10 4.1.5验算主动轮上的包角 ...............................................................................................................11 4.1.6确定V带的根数 ......................................................................................................................11 4.1.7确定带的初拉力 ...................................................................................................................... 12 4.1.8求V带传动作用在轴上的压力 ............................................................................................. 12 4.2 V带带轮的设计 ......................................................................................................................... 12 4.2.1带轮的材料选择 ...................................................................................................................... 12 4.2.2结构设计 .................................................................................................................................. 12 4.2.3从动带轮的设计 ...................................................................................................................... 13 5 拨料轴的带及带轮的设计 ........................................................................................................... 14 5.1 传动带的设计 ............................................................................................................................ 14 5.1.1确定计算功率 .......................................................................................................................... 14 5.1.2选择V带的型号 ..................................................................................................................... 14 5.1.3确定带轮的基准直径 .............................................................................................................. 14 5.1.4确定传动中心距a和带长L................................................................................................... 15 5.1.5验算主动轮上的包角 .............................................................................................................. 15 5.1.6确定V带的根数 ..................................................................................................................... 16 5.1.7确定带的初拉力 ...................................................................................................................... 16
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5.1.8求V带传动作用在轴上的压力 ............................................................................................. 17 5.2 V带带轮的设计 ......................................................................................................................... 17 5.2.1带轮的材料选择 ...................................................................................................................... 17 5.2.2结构设计 .................................................................................................................................. 17 5.2.3从动带轮的设计 ...................................................................................................................... 18 6 破壳轴的设计 ............................................................................................................................... 19 6.1 轴上的功率P、转速n、转矩T .............................................................................................. 19 6.2 初步确定轴的最小直径 ............................................................................................................ 19 6.3 轴的结构设计 ............................................................................................................................ 20 6.3.1拟定轴上零件的装配方案 ...................................................................................................... 20 6.3.2确定轴的各段直径和长度 ...................................................................................................... 20 6.3.3轴上零件的轴向定位 .............................................................................................................. 21 6.3.4确定轴上圆角和倒角尺寸 ...................................................................................................... 21 6.3.5轴的润滑 .................................................................................................................................. 21 6.4 轴上的载荷 ................................................................................................................................ 21 6.5 精确校核轴的疲劳强度 ............................................................................................................ 22 6.5.1判断危险截面 .......................................................................................................................... 22 6.5.2校核截面Ⅳ左侧 ...................................................................................................................... 22 6.5.3校核截面Ⅳ右侧 ...................................................................................................................... 23 7 破壳轴轴承的校核 ....................................................................................................................... 24 7.1 计算轴承受到的径向载荷 ........................................................................................................ 24 7.2 计算轴承轴向力 ........................................................................................................................ 25 7.3 求轴承的当量动载荷 ................................................................................................................ 25 7.4 验算轴承的寿命 ........................................................................................................................ 26 8 机架的设计 ................................................................................................................................... 26 9 输料斗的设计 ............................................................................................................................... 26 10 接料板的设计 ............................................................................................................................. 27 11 隔料机构 ..................................................................................................................................... 27 12 调间隙机构 ................................................................................................................................. 27 总结与体会 .........................................................................................................错误!未定义书签。 致谢词 .................................................................................................................错误!未定义书签。 【参考文献】 .....................................................................................................错误!未定义书签。
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摘 要
核桃具有很高营养价值,不论是在国内还是在国外都具有很广阔的市场空间,人们的需求量是很大的。我国是核桃生产大国,在加工中存在的问题是核桃脱壳比较困难,核桃取仁在我国历来靠手工,效率低,破壳效果差。人工剥壳难以满足生产发展的要求,研制高效剥壳机已成当务之急。经调研和分析,设计了双齿盘——齿板式核桃脱壳机。本文介绍了双齿盘——齿板破壳原理,核桃脱壳机的破壳装置、隔料装置、调间隙装置、拨料装置、整体结构设计及参数设计。其中主要包括总体方案的确定,各部件的设计与计算,轴的校核,轴承的验算,完成全部设计后,并利用solid works软件进行了三维零件设计及装配,总装配与各零件的图纸设计等等。
【关键词】:双齿盘 齿板、核桃脱壳机、调间隙装置、solid works
Abstract
I
Walnut has a high nutritional value and has a very large market space whether at home or abroad, people's demand is enormous. Walnut production in China is a big country in the processing problem is more difficult shelled walnut, walnut kernel in our country has always been taken by hand, low efficiency, poor broken shell. Artificial Sheller difficult to meet the requirements of the development of production, the development of efficient shelling machine has become imperative. Based on this proposed designed of gear - tooth plate walnut shelling machine. Introduce a dual gear - tooth plate broken shell theory, and design of the broken shell walnut shelling machine device, every feeding device, adjust gap device, dial feeding device, the overall structural design and design parameters. Which mainly include the determination of the overall program, design and calculation of the various components, check the shaft, the bearing checking, after completion of all the design and use of solid works software for the design of three-dimensional parts and assembly, final assembly and design drawings of the parts and so on.
【Key words】:double gear - tooth plate;walnut shelling machine;adjust gap device; solid works
II
1 前言
核桃,是人们常见的食物。它营养丰富,具有健脑、补肾、美容、降血脂四大功效。核桃和核桃仁还是我国传统的出口商品,加工和出口的季节性比较强。核桃取仁在我国历来靠手工,一人一天平均仅能砸40斤核桃,加工和出口的时间正值三秋和农田基本建设大忙季节,任务重,时间紧,形成与农业争劳力的局面,所以,实现核桃取仁机械化,对劳动力,支援农业生产有重要意义。核桃出口国家较多,进口国家比较集中,国际市场斗争十分激烈,实现核桃加工机械化,有利于我们抢时间,争速度,支援外贸。从经济上说,国际市场核桃仁各质量等级的差价甚大。机械取仁有希望提高取仁质量,增加外汇,同时大规模集中加工,便于综合利用。核桃仁中约占5%的碎末可以集中榨油,大量的核桃壳是做活性炭的好原料。研制核桃破壳机的具体任务是寻找适当的、特别是保证取仁质量的破壳工艺方法,研究实现这一工艺方法所要求的机器。
2 绪论
2.1 课题研究的目的和意义
核桃,是人们常见的食物。它营养丰富,具有健脑、补肾、美容、降血脂四大功效。核桃富含脂肪(70%以上)及蛋白质(20%),是高热能营养食物,又是无胆固醇的绿色保健食品,有着广阔的国内外市场,历来被称为“木本油料”、“铁杆庄稼”,是中国开发山区林业生产的重要经济树种。目前,全国25个省、市自治区都有核桃分布,面积有1000多万亩,2亿多株,以云南、山西、陕西、河北、甘肃、河南、四川、北京、山东、产量最多,约占全国总产量的85%以上,并且是我国传统出口物资之一。
我国的核桃栽培面积约130万hm2以上,主要种植区域在西南和西北。在国际市场上,核桃与杏仁、腰果、榛子一起并列为世界4大干果,核桃作为保健食品早已被国内外所认识。针对核桃加工存在的问题和市场的需求,确定核桃加工工艺,除脱青皮、分级、清洗、脱水、烘干、去壳、仁壳分离与包装外,还可进一步深加工。在加工中,存在的问题是核桃脱壳比较困难,主要由人工完成。人工剥壳难以满足生产发展的要求,故研制高效剥壳机已成当务之急。
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2.2 国内外研究现状
目前,国内机械方面核桃破壳取仁的方法有以下几种:离心碰撞式破壳法,化学腐蚀法,真空破壳取仁法,超声波破壳法,定间隙挤压破壳法。第一种碎仁太多,第二种实际操作不好控制,仁易受腐蚀,在一定程度上还会造成环境污染。第三四种设备昂贵,破壳成本高,且破壳效果不够理想。第五种值得探索。国内市场上常见的核桃破壳机如下: (1)陕西核桃剥壳机采用挤搓原理
挤搓原理剥壳取仁石磙半径120mm。凹板形状曲线由圆弧段和直线段联接而成,圆弧半径140mm。直线长度即工作行程为30mm。由于石磙以50r/min转动,凹板固定,核桃本身将产生转动。这样,核桃不是在一点而是在一条线或一个区域上受到挤搓作用,有利于壳的完全破裂。如图2-1所示。
1调节机构 2凸版 3石磙 4喂入斗 5核桃
图2-1陕西核桃剥壳机示意图
(2)山西核桃剥壳机采用定向对刀挤切原理
由于核桃结合线截面与两半仁的结合面交叉成90度,壳上沟纹方向与纵径方向一致。因此,采用两把刀头沿纵径两端作用(挤压兼切割),刀头形状见图2-2。每把刀头均匀地镶入五块刀片,刀片做成弧形轮廓.以尽可能接触核桃外壳。挤切的两刀头,其刀片相对错开,使得碎壳瓣小而数多,有利于壳的完全破裂,提高剥壳质量。
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图2-2山西核桃脱壳机刀头形状示意图
(3)北京农业机械学院研制的核桃剥壳机
核桃剥壳机原理如图2-3。当绵核桃喂入到克剥装置中,齿盘的旋转带动绵核桃边旋转边向里挤入。间距的齿尖不断地沿着壳表面克压,使得裂纹不扩展部分壳和仁掉离出来。最后壳基本上完全裂,碎壳和仁通过最小间隙向下掉出。
图2-3北农机械学院绵核桃剥壳取仁原理示意图
(4)农业大学史建新老师等设计的6HP-150型核桃破壳机
该机采用挤压破壳原理,如图2-4,当两对法向集中力作用在核桃上时较有利于壳的均匀完全破裂,而多对集中力作用在核桃上因提高了核桃的刚度,降低了内力值。核桃反而不易破裂。为了在破壳时能满足上述原理上的要求,在破壳装置结构上采用带有多级凹槽及齿纹的挤压辊,弧齿板采用双弧板结构,该结构符合“四点加压”原理,因而有利于壳的完全破裂。
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1核桃2挤压辊3弧齿板
图2-4挤压破简示意图
由农业大学机械交通学院研制的6HP-150型核桃破壳机由分级装置、导向装置、破壳机构组成如图2-5。该机能依次自动完成分级、导向、破壳,无需人工参与。提高了劳动生产率和降低了生产成本。分级采用的是锥型滚筒栅式分级机构。该机构具有功耗低、振动小、可实现无级分级、对工位数的适应性强等特点。破壳装置果用滚筒-弧齿板式结构,采用这种结构更有利于得到完整的核桃仁。
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1料斗 2分级滚筒 3传动链条 4支撑轮 5导向辊
6传动齿传动 7弧齿板 8挤压辊 9电机
图2-5 6HP-150核桃破壳机的结构简图
(5)农业大学史建新老师所设计的多辊挤压式核桃破壳机
该机主要由机架、喂料斗、破壳辊、辅助破壳辊(数量3~5)、挤压间距调节机构、挡板、出料斗、带传动、电机等,其结构见图2-6。破壳辊与辅助破壳辊为破壳机的主要部件,两辊构成间断性的挤压破壳工作区,核桃在该区受到间断性的挤压,受挤压的核桃没有很快进行二次挤压,核桃仁损伤程度小;伸进喂料斗内的辅助破壳辊有助于均匀单层喂料;当两辊以一定速度相对旋转,工作时核桃受力方向一致,不会造成核桃的两半破裂,挤压间距调节机构可改变挤压破壳工作区的大小,以适应不同大小的核桃。破壳辊与辅助破壳辊形成由大到小间断性的多工位挤压破壳工作区,当两辊以一定速度相对旋转时,伸进喂料斗内的辅助破壳辊带动料斗内的核桃均匀的单层进入挤压破壳工作区,由于该区大于核桃横径,核桃没有受到挤压;此时破壳辊带动核桃做匀速转动和均匀平动到下一工作区,核桃在该区受到微量挤压,被挤压的核桃由破壳辊再次带动到下一工作区,如此
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循环往复,被挤压程度逐渐加深,当核桃被挤压到核桃壳最大挤压变形量最大时,核桃破裂,破裂的核桃从出料口排出。
1辅助破壳辊 2挡板 3破壳棍 4机架 5带传动
6电机 7出料斗 8挤压间距调整机构 9喂料斗 图2-6新农建新多辊挤压式核桃破壳机结构简图
2.3 总体方案
核桃和核桃仁是我国传统的出口商品,外贸部门根据核桃仁的完整程度将其分为一路仁、二路仁和碎仁。一路仁是指半仁及大半仁,二路仁是指四分仁以及比1/4大的三角仁,比1/4还小的仁称为碎仁。二路仁与二路之和统称为高路仁。高路仁重与仁总重的比值称为高路仁率,这是评价核桃脱核机的一个重要指标,另一个指标是:
剥核率=(核桃总量-含仁的核重)/核桃总重
图2-7 核桃的内部结构
核桃的总类:核桃划分为四个品种群,如表2-1。
表2-1 核桃品种群 单位(mm)
品种群 核桃壳厚度 含仁率(%) 横膈膜 内褶壁 取出仁 纸皮核桃 < 0.9 > 65 退化 退化 全仁 薄壳核桃 1~1.5 50~ 呈膜质 退化 半仁 中壳核桃 1.6~2.0 41~49 呈革质 不发达 1/4仁 后壳核桃 > 2.1 < 41 呈骨质 发达 碎仁 注:1.横隔膜是指分隔开两半仁的十字架式的薄膜。
2.内褶壁是指凹凸不平的内壁。
因此,此种核桃脱核机所剥核的对象是指核桃壳厚度小于2mm,横膈膜退化或呈膜质、革质,内褶壁退化或不发达,较易于用机械剥壳取仁,包括纸皮、薄壳和中壳核桃品种群。目前,此种核桃占全部核桃的85%~90%,随着无性繁殖的推广和品种的进一步改良,夹核桃将逐渐被淘汰。故本文着重研究品种纯度较高的四川、云南等西南地区产的薄壳核桃作为本机械研究对象。
用游标卡尺测量出100个绵核桃的三维尺寸,统计处理后得出均值、方差等
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见表2-2,直方图如图2-8,对三维尺寸进行方差分析见表2-3。
图2-8三维尺寸直方图
表2-2绵核桃的三维尺寸统计表 单位(mm)
位置 纵径 横径 棱径 均差 32.33 31.82 31.24 均方差 2. 2. 2.35 变异系数 8.1% 8.3% 7.5% 近似球体直径 31.86 球度 0.979 表2-3绵核桃三维尺寸方差分析
方差来源 位置之间 误差 总和 平方和 84.2 1952 2036 自由度 2 297 299 均方 42.10 6.57 6.81 F值 0 临界值 6.91 对测量结果进行分析,可得出如下结论:
(1)绝大多数绵核桃的三维尺寸都在27~37之间,其数量占总绵核桃量的95%左右。
(2)绵核桃的三维尺寸存在纵径、横径、棱径,但在=0.001水平下三维尺寸有高度显著变化,可近似简化为球。
(3)绵核桃外形近似为球,近似程度用球度来表示,球度的定义为: 球度=
DEDC
式中,DE---是与物体体积相同的球体直径。 DC---最小外接球体直径。
假定绵核桃的体积等于截距为A、B、C的三维尺寸椭球的体积,外接球的直径是椭球的最大截距A,则球度表达式为:
球度=
ABCA1/2=几何平均直径/最大直径=近似球体直径/最大直径。
1齿盘 2齿板3 核桃
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图2-9 破壳结构示意图
本次设计采用常见的异步电动机作动力源,利用V带减速和传递功率。利用轴旋转带动齿盘的转动,齿板固定在机架上,利用齿盘与齿板破壳(如图2-9),设计了调间隙机构可以生产不同尺寸的核桃,设计了拨料机构防止核桃在输料斗里悬空和卡住,从而使机器能够连续的工作,大大提高了生产率,基本性能如下。
外形尺寸(长宽高):590480945 齿盘的轴转速:182r/min 功率 :0.75KW 生产率:150Kg/h 未破壳率:5%~10%
3 电动机的选择
根据资料得主轴的转速在180转/分,按《机械设计手册》推荐的传动比合理取值范围,取V带的传动比为2~5,即可满足电动机的转速与主轴的转速相匹配。由《机械设计课程设计手册》查出三种适宜的电动机型号,如表3-1。
表3-1 电动机的型号和技术参数及传动比
额定功 同步转速 功率 方案 电动机型号 1 2 3 满载转速 效率电动机重r/min 1420 1400 910 率P/kW r/min 1500 3000 (%) 量(Kg) 因数 78 79 82 22 27 25 0.85 0.79 0.86 Y100L-4 2.2 Y90S-4 1.1 Y90S-6 0.75 1000 综合考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动的传动比,可知方案3比较适合,因此选定电动机型号为Y90S-6。所选电动机的额定功率 P=0.75kw,满载转速 n=910r/min,总传动比适中,传动装置结构较紧凑。如表3-2。
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表3-2 Y90S-6主要参数如下表
型 号 额定功转速率KW Y90S-4 0.75 r/min 910 电流/A 效率 功率因额定电额定转最大转流 6.5 矩 2.0 矩 2.0 (%) 数 3.65 82 0.86
表3-3 电动机尺寸列表 单位(mm)
中心 高(H) 外形尺寸 底脚安地脚螺栓孔直径 K 轴伸 尺寸 DE 10 装键部 位尺寸 L(ACAD)HD装尺寸 2 AB 310242.5190 140125FG 90 2450 820 4 破壳轴的带及带轮的设计
根据核桃破壳机的具体传动要求,可选取电动机和主轴之间用V带和带轮的传动方式传动,因为在破壳机的工作过程中,传动件V带是一个挠性件,它赋有弹性,能缓和冲击,吸收震动,因而使破壳机工作平稳,噪音小等优点。虽然在传动过程中V带与带轮之间存在着一些摩擦,导致两者的相对滑动,使传动比不精确但不会影响破壳机的传动,因为破壳机不需要精确的传动比,只要传动比比较准确就可以满足要求,而且V带的弹性滑动对破壳机的一些重要部件是一种过载保护,不会造成机体部件的严重损坏,还有V带及带轮的结构简单、制造成本底、容易维修和保养、便于安装,所以,在电动机与核桃破壳机之间选用V带与带轮的传动配合是很合理的。
4.1 传动带的设计
4.1.1确定计算功率
PcaKAP (4-1) 其中:KA—工作情况系数 P—电动机的功率
查《机械设计》一书中的表8-7可知:KA=1.1
9
Pca1.10.750.825kw
4.1.2选择V带的型号
取传动比为5时转速合适。 根据计算得知的功率Pca和电动机上带轮(小带轮)的转速n1(与电动机一样的速度),查《机械设计》图8-10,可以选择V带的型号为Z型。
4.1.3确定带轮的基准直径
(1)初选主动带轮的基准直径d1:根据《机械设计》一书,可选择V带的型号参考表8-6和表8-8,选取小带轮直径dd1=71mm。
(2)计算V带的速度V:
vdd1n13.14719103.4m (4-2)
s601000601000(3)计算从动轮的直径dd2
dd2idd191071359mm (4-3) 180根据表8-8取dd2=355mm 实际传动比i5。
4.1.4确定传动中心距a和带长L
取:0.7(dd1dd2)a2(dd1dd2) 即:0.7(71355)a12(71355) 得:298.2mma1852mm 取:a1400mm 带长:
Ld2a12(D1D2)3.142(D2D1)4a1 (4-4)
(35571)4400即:Ld2400(71355)
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得:Ld1470mm
按《机械设计》一书中查表8-2,选择相近的基本长度Ld可查得: Ld1400mm 。实际的中心距可按下列公式求得:
aa1LdLd014001469400365 (4-5) 22amina0.015Ld360amaxa0.03Ld376
中心距范围360~376 mm。 4.1.5验算主动轮上的包角
d2d153.70 (4-6) a3557153.70138 即:11800365118000求得 : 11380>1200 满足V带传动的包角要求。 4.1.6确定V带的根数
V带的根数由下列公式确定:
Zpcapca (4-7) pr(p0p0)kkL其中:p0 —单根普通V带的许用功率值 p0(kw)。
k—包角系数。
kl—V带的基准长度系数,此处取kl1.18。
p0—计入传动比的影响时,单根普通V带所能传递的功率增量。
由n910r/min和dd171mm查表8-4a得p00.23kw。 由n910r/min和i=5 查表8-4bp0.02kw。 查表取值:k0.92,kl1.18。
pr(p0p0)kkL0.272 (4-8)
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所以:Zpca3.03。 pr即:Z3.03,取Z3根。 4.1.7确定带的初拉力
单根V带适当的初拉力F0 由下列公式求得
F0500(2.5-k)pcaqv2 (4-9)
kzvm其中:q—传动带单位长度的质量,kg即:F0
500(2.50.92)0.8250.103.4270.6N。
0.9233.44.1.8求V带传动作用在轴上的压力
为了设计安装带轮轴和轴承,比需确定V带作用在轴上的压力Q,它等于V带两边的初拉力之和,忽略V带两边的拉力差,则Q值可以近似由下式算出:
即: (FP)min2ZF0sin2406N (4-10)
4.2 V带带轮的设计
4.2.1带轮的材料选择
因为带轮的转速v3.4m,即v<25ms,转速比较底,所以材料选定为灰铸
s铁,硬度为HT200。 4.2.2结构设计
带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径,选择带轮的结构形式,根据带的型号来确定带论轮槽的尺寸,设计如下:
主动带轮的结构选择 因为根据主动带轮的基准直径尺寸dd171mm,而与主动带轮配合的电动机轴的直径是d24mm,因此根据经验公式dd1<(2.5~3)d,
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所以主动带轮采用实心式。
带轮参数的选择:通过查《机械设计》一书,可以确定主动带轮的结构参数,结构参数如下表,其他的相关尺寸可以根据相应的经验公式计算求得。
表4-1主动带轮的结构参数 单位(mm)
槽型 Z bd hamin hfmin e 12±0.3 fmin 13 34o 8.5 2 7 7 主动带轮的厚度可以由机械设计手册查得:B40mm,L40mm。 主动带轮的结构如图4-1:
图4-1 主动带轮的结构示意图
4.2.3从动带轮的设计
从动带轮的结果选择 因为根据主动带轮的基准直径和传动比来确定,即
dd2355mm,dd2300mm,所以从动带轮采用轮辐式。
从动带轮的参数选择:通过查《机械设计》一书,可查得带轮的结构参数间表,其他一些相关尺寸可以根据相应的经验公式计算求得:
表4-2从动带轮的结构参数 单位(mm)
槽型 Z bd hamin hfmin 7 e 12±0.3 fmin 13 34o34o34 8.5 2 7 从动带轮的厚度可以查机械设计手册得 :B40mm,L50mm。
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从动带轮的结构如图4-2。
图4-2 从动带轮的结构示意图
5 拨料轴的带及带轮的设计
5.1 传动带的设计
5.1.1确定计算功率
根据拨料轴速度很低,大概是30ms,受力大概是10N。可知:
PFV3010300W0.3KW (5-1) 5.1.2选择V带的型号
取传动比为5时转速合适。 根据计算得知的功率P和破壳轴的转速n1,查《机械设计手册》图8-10,可以选择V带的型号为Z型。 5.1.3确定带轮的基准直径
(1)初选主动带轮的基准直径d1:根据《机械设计》一书,可选择V带的型号参考表8-6和表8-8,选取小带轮直径dd3=50mm。
(2)计算V带的速度V:
vdd1n13.4m (5-2)
s601000(3)计算从动轮的直径dd2
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dd4idd3550250mm (5-3) 根据表8-8取dd4=250mm。 实际传动比i=5。
拨料轴实际转速n2182536.4m/s。 实际功率PFV36.4100.3KW。 5.1.4确定传动中心距a和带长L
取:0.7(dd3dd4)a2(dd3dd4) 即:0.7(50250)a22(50250) 得:210mma2600mm 取:a2300mm 带长:
Ld2a22(D3D4)(D4D3) (5-4) 4a2即:Ld23003.14(25050)(50250) 24250得:Ld1072mm
按《机械设计》一书中查表8-2,选择想近的基本长度Ld可查得: Ld1000mm 。实际的中心距可按下列公式求得:
aa2LdLd0100010723002 (5-5) 22amina0.015Ld260amaxa0.03Ld272
中心距范围260~272mm。 5.1.5验算主动轮上的包角
21800d4d353.70 (5-6) a22505053.70139 20即:21800 15
求得:11390>1200 满足V带传动的包角要求。 5.1.6确定V带的根数
V带的根数由下列公式确定:
Zpcapca (5-7) pr(p0p0)kkL其中:p0 —单根普通V带的许用功率值 p0(kw)
k—包角系数
kl—V带的基准长度系数,此处取kl1.2。
p0—计入传动比的影响时,单根普通V带所能传递的功率增量。
由n182r/min和dd350mm查表8-4a得p00.25kw。 由n910r/min和i5查表8-4b得p0.02kw。 查表取值:k0.92,kl1.2。
pr(p0p0)kkL0.33 (5-8) 所以:Zpca1.07。取Z1 根。 pr5.1.7确定带的初拉力
单根V带适当的初拉力F0 由下列公式求得
F0500(2.5-k)pcaqv2 (5-9)
kzvm其中:q—传动带单位长度的质量,kg即:F0
500(2.50.92)0.30.103.4293N
0.9213.4 16
5.1.8求V带传动作用在轴上的压力
为了设计安装带轮轴和轴承,必须确定V带作用在轴上的压力Q,它等于V带两边的初拉力之和,忽略V带两边的拉力差,则Q值可以近似由下式算出:
即:(FP)min2ZF0sin2106N (5-10)
5.2 V带带轮的设计
5.2.1带轮的材料选择
因为带轮的转速v3.4m,即v<25ms,转速比较底,所以材料选定为灰铸
s铁,硬度为HT200。 5.2.2结构设计
带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径,选择带轮的结构形式,根据带的型号来确定带论轮槽的尺寸,设计如下:
主动带轮的结构选择:因为根据主动带轮的基准直径尺寸dd350mm,而与主动带轮配合的电动机轴的直径是d24mm,因此根据经验公式dd1<(2.5~3)d,所以主动带轮采用实心式。
带轮参数的选择:通过查《机械设计》一书,可以确定主动带轮的结构参数,结构参数如下表,其他的相关尺寸可以根据相应的经验公式计算求得。
表5-1主动带轮的结构参数 单位(mm)
槽型 Z bd hamin hfmin e 12±0.3 fmin 13 34o 8.5 2 7 7 主动带轮的厚度可以由机械设计手册查得:B16mm,L28mm。 主动带轮的结构如图5-1:
17
图5-1主动带轮的结构示意图
5.2.3从动带轮的设计
从动带轮的结果选择 因为根据主动带轮的基准直径和传动比来确定,即
dd2250mm,dd2300mm,所以从动带轮采用孔板式。
从动带轮的参数选择:通过查《机械设计》一书,可查得带轮的结构参数间表,其他一些相关尺寸可以根据相应的经验公式计算求得:
表5-2从动带轮的结构参数 单位(mm)
槽型 Z bd hamin hfmin 7 e 12±0.3 fmin 13 34o34348.5 2 7 从动带轮的厚度可以查机械设计手册得:B16mm,L32mm。 从动带轮的结构如图5-2。
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图5-2从动带轮的结构示意图
6 破壳轴的设计
6.1 轴上的功率P、转速n、转矩T
P0.960.980.750.71kW(6-1) n182r/minP0.71T9550000395500000.3726105Nmmn3182
6.2 初步确定轴的最小直径
先按机械设计式(15—2)初步估算轴的最小直径。选取轴的材料45号钢,调制处理。根据表15—3,取A0=120,于是得
dminA0P3
轴的最小直径显然是安装V带从动轮处的直径dⅠ—Ⅱ,为了使所选的轴的直径d
Ⅰ—Ⅱ
n12030.7118218.9mm(6-2)
与从动轮的直径相配合,故取dⅠ—Ⅱ=24mm,V带轮的长度L=50mm,V带轮与轴配
合的毂孔长度L1=48mm。
19
6.3 轴的结构设计
6.3.1拟定轴上零件的装配方案
本轴的装配方案采用如下图所示的装配方案
图6-1轴的结构与装配
6.3.2确定轴的各段直径和长度
(1)为了满足V带轮的轴向定位要求,Ⅰ-Ⅱ轴段左端需制出一轴肩,故取d
Ⅱ—Ⅲ
=28mm;V带轮与轴配合的毂孔长度L=50mm,为了保证轴挡圈只压在V带轮
上而不压在轴的端面上,故Ⅰ-Ⅱ段的长度应比L1略短些,现取lⅠ—Ⅱ=48mm。
(2)初步选择角接触球轴承。参照工作要求并根据dⅡ—Ⅲ=28mm,由(见《机械设计课程设计》)轴承产品目录中初步选用标准精度级角接触球轴承7206AC,其尺寸为dDB30mm62mm16mm。左端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。由手册上查得7206AC型轴承的定位轴肩高度h=5mm,因此,取dⅣ—Ⅴ=35mm。
(3)取安装双齿盘的轴段Ⅳ-Ⅴ的直径dⅣ—Ⅴ=35m m,齿盘右端与右轴承之间
采用套筒定位,已知齿盘的厚度为23mm,为了使套筒端 面可靠地压紧齿辊,此轴段略短于轮毂长度,故取lⅣ—Ⅴ=44mm,lⅥ-Ⅶ=44mm。左端与左轴承之间用轴肩定位,轴肩高度h=7mm则周环处的直径dⅤ—Ⅵ=42mm,周环的宽度b≥1.4h,取lⅤ—Ⅵ=10mm。
(4)轴承端盖的总宽度为20mm(由机械及轴承端盖的结构设计而定)。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求,取端盖的外端面与从动轮右端间的距离l=30mm,故取lⅡ—Ⅲ=50mm,lⅧ-Ⅸ=50mm。
(5)由于支架总长度为500mm,在确定滚动轴承位置时,已知轴承宽度B=20mm,且支架内齿盘对称,则lⅢ—Ⅳ=80mm;lⅦ-Ⅷ=80mm。轴的最左端固定带轮,已知带轮的L=30mm,轴端采用的挡板固定,为了保证轴挡圈只压在V带轮上而不压在轴的端面上,故Ⅸ-Ⅹ段的长度应比L略短些,现取lⅨ-Ⅹ=28mm。
至此,初步确定了轴的各段直径和长度。
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6.3.3轴上零件的轴向定位
齿盘与轴的径向定位采用平键连接。按dⅣ—Ⅴ由手册查得平键截面
bhl10836(GB/T1095-1979),键槽用键槽铣刀加工,长为36mm(标准键
长见GB/T1096-1979),同时为了保证齿盘与轴配合有良好的对中性,故选择齿盘与轴的配合为H7/m6;同样,V带轮与轴的连接,选用平键位bhl8730,V带轮与轴的配合为H7/m6。轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的,此处选轴的直径尺寸公差为k6。 6.3.4确定轴上圆角和倒角尺寸
参考表15—2,取轴端倒角为1.245,各轴肩处的圆角半径见图纸。 6.3.5轴的润滑
采用涂黄油的方式进行。
6.4 轴上的载荷
首先根据轴的结构图(图6-1)作出轴的计算简图。
从轴的结构图以及弯矩和扭矩图中可以看出截面D是轴的危险截面。现将计算出的截面D处的MH、MV及M的值列于下表(参看图6-2)。
表6-1截面C处的MH、MV、M值
载荷 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩T
水平面H 垂直面V FNH1821NFNH2567N MH59112Nmm FNV11378NFNV2987N MV112996Nmm M127500Nmm T137260Nmm
图6-2 轴的载荷分析图
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进行校核时,通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面(危险截面D)的强度。根据式(15-5)及以上所算得数据,以及轴单向旋转,扭转切应力为脉动循环应力,取0.6,W0.1d30.13534287.5,轴的计算应力
M2(T1)21275002(0.637260)2ca30.2MPa (6-3) 3W0.135前已选定轴的材料为45钢,调质处理,由表15—1查得160MP。因此
ca1,故安全。
6.5 精确校核轴的疲劳强度
6.5.1判断危险截面
截面A,Ⅱ,Ⅲ,B,E,F,Ⅷ,Ⅸ只受扭矩作用,虽然键槽,轴肩及过渡配合所引起应力集中均将削弱轴的疲劳强度,但由于轴的最小直径是按扭矩强度较宽裕地确定的,所以上述的截面均不需校核。
从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看,截面Ⅳ和Ⅴ 处过盈配合引起的应力集中最严重;从受载的情况来看,截面D上的应力最大。截面Ⅴ的应力集中的影响和截面Ⅳ的相近 ,但截面Ⅴ轴径较大,故不必强度校核。截面D也不必校核。由于轴基本是对称结构,剩余截面显然不必校核。因而该轴只需校核截面Ⅳ左右两侧即可。
6.5.2校核截面Ⅳ左侧
W0.1353mm34287.58mm3 (6-4)
WT0.2353mm38575mm3 (6-5)
左侧的弯矩M1275002229840N.mm 94截面的扭矩T37260N.mm 交接处左侧的弯曲应力:
M298406.9MPa(6-6) W4287.5
交接处左侧的扭转切应力:
22
TT37260(6-7) 4.35MPaWT8575
轴的材料为45钢,调质处理。由表15-1查得:
B0MPa1275MPa1155MPa。
截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数ασ和α有效应力集中系数 由
τ
按附表3-2查取。因
r2D350.057,1.17。 d35d30经查值后查得:1.74,1.51。 又由附图3—1可得轴的材料的敏性系数为:
q0.81,q0.76
故有效应力集中系数按式(附3-4)为
K1q(1)10.81(1.741)1.6 (6-8)K1q(1)10.76(1.511)1.39 (6-9) 由附图3-2得尺寸系数0.72;由附图3-3得扭转尺寸系数0.84。 轴按磨削加工,由附图3—4得表面质量系数为0.92。 计算安全系数:
S1275(6-10) 24.9Kam1.66.90.150
S1155(6-11)14.3619.619.6Kam1.390.07522
S.SSSb22Sca24.914.3624.914.362212.45(6-12)
因ScaS1.5 故安全。 6.5.3校核截面Ⅳ右侧
W0.1d30.13032700mm3 (6-13)
WT0.2d30.230300mm3
(6-14)
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交接处的右侧弯矩M29840N.mm 弯矩T37260N.mm 弯曲应力MW29840270011.1MPa(6-15)
扭转切应力TTWT3726000(6-16) 6.9MPa
过盈配合的应力集中系数插值法查得:
K2.60
K1.8
查表得绝对尺寸影响系数为:
0.81,0.76
表面质量系数 0.93 疲劳强度的综合影响系数为:
KK112.78 (6-17) K111.94 (6-18) K计算安全系数:
S1275(6-19) 8.9Kam2.7811.10.10
S1155(6-20)10.81414Kam1.940.07522
S.SSSb22Sca8.910.88.910.8228.3(6-21)
因ScaS1.5故此轴在截面Ⅳ右侧的强度也是足够的。
7 破壳轴轴承的校核
7.1 计算轴承受到的径向载荷
(1)查机械设计手册可知,7206AC的,Cr16800N,C0r12200N
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前面求得的两个轴承所受的载荷分别为:
FNH1260.3N,FNV194.8N, FNH2685.3N,FNV2249.4N;
(2)轴承寿命的计算,轴承采用正装其轴承的支反力
Fr1(FNV1)2(FNH1)2277N (7-1) Fr2(FNV2)2(FNH2)2729N (7-2)
7.2 计算轴承轴向力
初选轴承型号7206AC,查表得e0.6 8Y1.6Y00.9,CrCor12.2KN,
16.8KN
Fr127786.6(N) (7-3)Fs12Y21.6Fr2729278(N) (7-4) Fs22Y21.6因Fs1Fa86.660146.6(N)Fs1, 所以轴承1被“压紧”,轴承2被“放松。
所以:Fa1Fs1Fa146.6(N)
Fa2Fs2278(N)
7.3 求轴承的当量动载荷
确定轴承的径向动载荷系数和轴向动载荷系数
Fa1146.60.53e (7-5) Fr1277Fa22780.38e (7-6)
729Fr2所以轴承1和轴承2都取:
X1,Y0,
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计算轴承的当量动载荷
P1fp.X1.Fr1Y1Fa11.112770146.6304.7N (7-7) P2fp.X2.Fr2Y2Fa21.117290278802N (7-8)
7.4 验算轴承的寿命
因P1P2,所以按轴承2验算寿命。
Lh10Cr1016.81062.3210(h) (7-9)
60nP260182802663103轴承预期寿命Lh'5300812000h。 因LhLh',故7206AC轴承满足使用。
8 机架的设计
根据零件的装配和定位特点设计机架。机架要起到支承整机的功能,此设计主要用角钢焊接来构成整个机架,安装轴承处主要用平行板来支持轴承座,进料斗处用两根平行钢板固定,接料板用两根支架固定。整个机架的高度宽度由零件安装的尺寸来决定。并合理安排零件安装位置。如图8-1。
图8-1 支架图
9 输料斗的设计
输料斗是保证进料顺利,起定料作用,根据整机是支架式的特点,输料斗设计成矩形和梯形相结合的形状,并在输料斗底部设计了两个控制核桃进料的圆形钢管通道,能起到定位作用。进料管的直径为50mm,输料斗由四块铁轧制的钢板焊接而成,能保证刚好一个核桃进入破壳装置进行破壳,并能保证生产效率为150Kg/h。如图9-1。
图9-1 输料斗图
26
10 接料板的设计
接料板是保证接料顺利并进入接料装置的,根据破壳装置的特点,接料板设计成矩形和梯形相结合的形状,接料板采用薄钢板焊接而成,用螺钉固定在机架上很方便。如图10-1。
图10-1 接料装置图
11 隔料机构
隔料板是保证核桃顺利进入破壳装置,根据破壳装置的特点,接料板设计成矩形形状,隔料板采用薄钢板焊接而成,用螺钉固定在机架上很方便。如图11-1。
图11-1 隔料装置图
12 调间隙机构
由于不同种类的核桃尺寸相差很大,所以有必要对尺寸相差很大的核桃进行分级,齿板和齿盘进行间隙调节,所以调隙机构的设计正是为了完成这个目的,调节机构如下图。调节装置的工作工程如下:当需要调节间隙时,先把紧固螺母拧松,是支持螺柱不受力的状态,然后旋转手柄旋转,将带动固定齿板支座向前或向后运动,这样就可以调节齿板与齿盘的距离,达到调节间隙的目的。如图12-1。
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毕业设计(论文)原创性声明和使用授权说明
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作者签名: 二〇一〇年九月二十日
致 谢
时间飞逝,大学的学习生活很快就要过去,在这四年的学习生活中,收获了很多,而这些成绩的取得是和一直关心帮助我的人分不开的。
首先非常感谢学校开设这个课题,为本人日后从事计算机方面的工作提供了经验,奠定了基础。本次毕业设计大概持续了半年,现在终于到结尾了。本次毕业设计是对我大学四年学习下来最好的检验。经过这次毕业设计,我的能力有了很大的提高,比如操作能力、分析问题的能力、合作精神、严谨的工作作风等方方面面都有很大的进步。这期间凝聚了很多人的心血,在此我表示由衷的感谢。没有他们的帮助,我将无法顺利完成这次设计。
首先,我要特别感谢我的知道***老师对我的悉心指导,在我的论文书写及设计过程中给了我大量的帮助和指导,为我理清了设计思路和操作方法,并对我所做的课题提出了有效的改进方案。***老师渊博的知识、严谨的作风和诲人不倦的态度给我留下了深刻的印象。从他身上,我学到了许多能受益终生的东西。再次对周巍老师表示衷心的感谢。
其次,我要感谢大学四年中所有的任课老师和辅导员在学习期间对我的严格要求,感谢他们对我学习上和生活上的帮助,使我了解了许多专业知识和为人的道理,能够在今后的生活道路上有继续奋斗的力量。
另外,我还要感谢大学四年和我一起走过的同学朋友对我的关心与支持,与他们一起学习、生活,让我在大学期间生活的很充实,给我留下了很多难忘的回忆。
最后,我要感谢我的父母对我的关系和理解,如果没有他们在我的学习生涯中的无私奉献和默默支持,我将无法顺利完成今天的学业。
四年的大学生活就快走入尾声,我们的校园生活就要划上句号,心中是无尽的难舍与眷恋。从这里走出,对我的人生来说,将是踏上一个新的征程,要把所学的知识应用到实际工作中去。
回首四年,取得了些许成绩,生活中有快乐也有艰辛。感谢老师四年来对我孜孜不倦的教诲,对我成长的关心和爱护。
学友情深,情同兄妹。四年的风风雨雨,我们一同走过,充满着关爱,给我留下了值得珍藏的最美好的记忆。
在我的十几年求学历程里,离不开父母的鼓励和支持,是他们辛勤的劳作,无私的付出,为我创造良好的学习条件,我才能顺利完成完成学业,感激他们一直以来对我的抚养与培育。
最后,我要特别感谢我的导师***老师、和研究生助教***老师。是他们在我毕业的最后关头给了我们巨大的帮助与鼓励,给了我很多解决问题的思路,在此表示衷心的感激。老师们认真负责的工作态度,严谨的治学精神和深厚的理论水平都使我收益匪浅。他无论在理论上还是在实践中,都给与我很大的帮助,使我得到不少的提高这对于我以后的工作和学习都有一种巨大的帮助,感谢他耐心的辅导。在论文的撰写过程中老师们给予我很大的帮助,帮助解决了不少的难点,使得论文能够及时完成,这里一并表示真诚的感谢。
致 谢
这次论文的完成,不止是我自己的努力,同时也有老师的指导,同学的帮助,以及那些无私奉献的前辈,正所谓你知道的越多的时候你才发现你知道的越少,通过这次论文,我想我成长了很多,不只是磨练了我的知识厚度,也使我更加确定了我今后的目标:为今后的计算机事业奋斗。在此我要感谢我的指导老师——***老师,感谢您的指导,才让我有了今天这篇论文,您不仅是我的论文导师,也是我人生的导师,谢谢您!我还要感谢我的同学,四年的相处,虽然我未必记得住每分每秒,但是我记得每一个有你们的精彩瞬间,我相信通过大学的历练,我们都已经长大,变成一个有担当,有能力的新时代青年,感谢你们的陪伴,感谢有你们,这篇论文也有你们的功劳,我想毕业不是我们的相处的结束,它是我们更好相处的开头,祝福你们!我也要感谢父母,这是他们给我的,所有的一切;感谢母校,尽管您不以我为荣,但我一直会以我是一名农大人为荣。
通过这次毕业设计,我学习了很多新知识,也对很多以前的东西有了更深的记忆与理解。漫漫求学路,过程很快乐。我要感谢信息与管理科学学院的老师,我从他们那里学到了许多珍贵的知识和做人处事的道理,以及科学严谨的学术态度,令我受益良多。同时还要感谢学院给了我一个可以认真学习,天天向上的学习环境和机会。
即将结束*大学习生活,我感谢****大学提供了一次在**大接受教育的机会,感谢院校老师的无私教导。感谢各位老师审阅我的论文。
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