核桃破壳取仁是提升核桃经济价值和产业化发展的重要环节。目前国内的核桃破壳加工多依靠人工,存在破壳效率低、劳动强度大等诸多问题,实现机械化的核桃破壳取仁是未来产业发展的必然趋势。然而市场上成熟应用的核桃破壳取仁设备鲜有,因此,亟须开展核桃破壳设备的研究工作。参照前人众多的设计经验,本文创新性地设计了一款能实现核桃自分级筛选以及利用间隙挤压破壳的设备。针对所研究问题,本文主要做了以下工作:1)对核桃的破壳机理及力学特性进行研究。首先,以重庆市城口县“泡核桃”为试验对象,统计分析核桃的三径尺寸、壳体厚度等物理参数,总结其外形特征规律;其次,利用薄壳理论对核桃壳体破裂源机理进行研究,得出核桃在多对集中力和交变应力作用下壳体裂纹产生更加均匀有利于破壳的结论;然后,运用微控电子万能试验机模拟核桃在单一载荷下的破壳效果,并测试核桃三径破壳时所需要力的大小,为后续设计提供基础参数;最后对核桃的壳体受力展开有限元静力学分析,并对比了压缩破壳试验结果与静力学仿真分析的差异。2)对自分级多工位挤压式核桃破壳机进行整机设计。针对现有挤压式核桃破壳设备不包含核桃分级功能,存在破壳效果差的缺点,设计了一种无轴螺旋输送与栅条式滚筒筛相结合的机构,以及多工位挤压式破壳机构来实现核桃的自分级预处理和破壳的功能。首先,提出了破壳机整体方案的设计;其次,设计了栅条式分级滚筒筛实现核桃的自分级预处理,通过对螺旋输送物料原理进行研究,再设计了无轴螺旋输送机构实现核桃的螺旋输送;然后,针对破壳原理设计了多工位的破壳圆齿与半圆弧挤压板,实现精准挤压破壳;最后设计了料斗、核桃导流槽,并对破壳机标准件进行了选择。3)运用ANSYS Workbench对破壳机关键部件进行有限元分析及重要尺寸参数优化。首先,通过机架的静力学有限元分析,校核了机架的强度;然后,对破壳主轴进行模态分析验证了破壳主轴与外部激励共振的可能;最后对无轴螺旋输送机构进行瞬态动力学分析,针对无轴螺旋输送机构设计的重要尺寸参数进行优化。4)进行破壳设备的样机试制与破壳效果试验。以城口“泡核桃”为试验对象,首先,对影响破壳样机分级率的不同因子进行正交优化试验,找出最优分级参数组合;其次,通过对影响破壳效果的因子进行全面试验,确定最优破壳参数;最后,通过最优参数对试验对象展开破壳试验,得到破壳机的分级率、破壳率、高露仁率和生产效率。