3282 气吸式单个核桃排列输送装置的设计
3282 气吸式单个核桃排列输送装置的设计,气吸式,单个,核桃,排列,输送,装置,设计
12 届毕业论文气吸式单个核桃排列输送装置的设计说明书学生姓名 张 伟 学 号 8031208223 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 12-2 指导教师 张 宏 日 期 2012.06 塔里木大学教务处制前 言众所周知的是核桃具有很高的营养价值,可是这么有价值的东西却仍由由坚硬的外壳包裹着,而在现实的生活中我们常常将核仁用于加工原料,我们必须要去掉坚硬的外壳,而去掉外壳的方法莫过于用外力挤压或打砸,可是我们在挤压打砸时必须要控制好外力,达到既要将核桃壳弄碎,脱落,而且最好不要伤着核仁的效果,不然会将核仁也打砸挤压成粉末状,这对我们的后续分离和加工会造成很大的困难,并且会对核桃的利用形成必不可少的浪费。这就要求我们要对单个的核桃进行施力,而不是对一堆核桃进行打砸挤压。对单个核桃进行施力之前,我们要做的就是如何用机器将一个核桃从核桃堆中拿出来,并且送到受力处。为实现这个过程,在老师的精心指导下,将引用气吸式精量排种器的原理应用于此,可以达到将单个核桃输送到受力处,对其进行精确打砸或挤压。目录1 绪论 .11.1课题来源及研究的目的和意义 .11.2本课题所涉及的问题在国内(外)研究现状及分析 .11.3对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析 .11.4本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路 .12 总体设计思路 .12.1总体设计图 .12.2滚筒的设计尺寸 .22.3运输链轮链条的设计尺寸 .22.4支撑平台的结构尺寸 .33 轴的设计 .43.1轴的计算 .43.1.1 求作用在链轮上的力 .43.1.2 初步确定轴的最小直径 .43.1.2 拟定轴上零件的装配方案 .53.1.3 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 .53.1.4 轴承端盖的选择 .53.1.5 求输入轴上的功率 .63.2轴的校核 .63.1.1 轴的刚度校核 .63.1.3 轴的扭矩计算 .63.1.4.8 求危险截面的当量弯矩 .83.2轴系零件的定位与轴承的选择 .83.2.3 轴承的选择 .94 键联结的选择与校核 .94.1键的选择 .94.2键的安装 .94. 3 校核键联接的强度 .95 轴承端盖的设计 .106 动力与传动的设计 .107 联轴器的选择 .118 运输链轮的计算 .129 链传动设计的计算 .139.1 链传动方案的确定 .139.2 链传动的设计计算 .149.2.1 选择链轮齿数 .149.2.2 链条节距选用 .149.2.3 润滑方式 .149.2.4链轮材料和工艺 .149.2.5链轮公差 .15致 谢 .17参考文献 .18塔里木大学毕业设计11.绪论1.1课题来源及研究的目的和意义;核桃是我国重要的栽培经济树种之一,无论是从木材、枝条、果实,还是青皮、根,特别是果仁,都具有广泛的用途和较高的经济价值。据分析得知,核桃仁的含油量大概平均为 63.08%68.88%,较大豆、油菜籽、花生和芝麻含油量均高一些,含蛋白质 15%左右的水平,最高可达 29.7%,远高于鸡蛋( 14.8%)、鸭蛋( 13%),甚至达到豆腐的 2.1 倍,以及鲜牛奶的 5 倍,核桃仁还含有丰富的维生素及钙、铁等多种无机盐。核桃不仅为我们人类身体健康提供了丰富的营养元素,而且也为种植农户提供了可观的经济收入,尤其是生活在偏远山区的农村,农户可以在山上种植核桃,这不仅可以保护、绿化生态环境,可以说是一石多鸟。可是这么好,这么有价值的东西却有坚硬的外壳包裹着,我们在将核仁用于加工原料时,我们必须要去掉坚硬的外壳,而去掉外壳的方法莫过于用外力挤压或打砸,可是我们在挤压打砸时要控制好外力,达到既要将核桃壳弄碎,脱落,而且最好不要伤着核仁,不能将核仁也打砸挤压成粉末状,这对我们的后续分离和加工会造成很大的空难,并且会对核桃形成必不可少的浪费。这就要求我们要对单个的核桃进行施力,而不是对一堆核桃进行打砸挤压。对单个核桃进行施力之前,我们要做的就是如何用机器将一个核桃从核桃堆中拿出来,并且送到受力处。为实现这个过程,在老师的指导下,我将引用气吸式精量排种器的原理应用于此,可以达到将单个核桃输送到受力处,对其进行精确打砸或挤压。1.2 本课题所涉及的问题在国内(外)研究现状及分析由于在此之前,几乎所有的将单个核桃输送到核桃剥壳机的受力部位,所用的方法是机械式输送而不是气吸式的。因此涉及本课题的问题在国内外尚无专业,定向的研究和学术性报告。由此我肯定的说此设计是在试探、尝试试验阶段,有很多的技术问题亟待我们攻克,解决。1.3、对课题所涉及的任务要求及实现预期目标的可行性分析;本课题所涉及的任务较为繁重,复杂,但是我们处在一个资源丰富的环境中,如有不懂的问题有老师和同学的知道帮助,因此我们应充分利用这样的机会,利用一切对我们有用的资源,努力将我的设计做的最好,由于核桃破壳机械,在国内外的研究起步较晚,因此技术还不是很成熟,同时相关的学术报告也不是很丰富,因此我们应该通过多种途径试探性的研究设计,从不同的方向去设计构思核桃破壳机械,已达到最优效果。由于单个核桃的自重不是很重,以目前的科技完全可以能够产生足够大的负压吸附住核桃,但是气吸式输送有其固有的优缺点,例如:相对于其他设备能耗较高,噪音较大等。但是其优点远大于其缺点,因此此设计基本上能够满足预期的目标,可行性高.1.4、本课题需要重点研究的、关键的问题及解决的思路;在我们要了解研究重点,关键问题时我们必须要先找到研究的重点对象和关键问题,因此我们必要要熟知此设计的大体的工作过程和设计构思。因此首先容我大概讲述我所设想的工作过程。2.总体设计思路本设计总的来说由滚筒和运输链两大部分构成,在滚动的滚筒内用风机产生负压后,当滚筒表面转过盛装核桃的部分时,滚筒圆柱表面的孔将核桃吸附,同时滚筒在链的传动下继续转动,当转动到一定的角度时,与滚筒配合的链传送将核桃刮走并运输到打压部件处。2.1总体设计图塔里木大学毕业设计29410360 150 5201.集料箱 2.机架 3.滚筒 4.从动链轮 5.传动链条 6.轴承座 7.运输链条 8.轴承端盖 9.风机图 2-1 总体结构设计图2.2滚筒的设计尺寸1.安装轴承处 2.安装链轮处说明:1.此滚筒由 10mm 的热压钢板压制而成2.焊接处焊缝严密不漏气图 2-2 滚筒地结构设计图2.3运输链轮链条的设计尺寸塔里木大学毕业设计3R13.02496 R15.08?9.31025842.56.6(a ) 3.08R50318R20.4R195R213.0R170.968(b)(a)运输链条 (b)与链条配合的链轮图 2-3运输链轮链条的设计尺寸2.4支撑平台的结构尺寸:塔里木大学毕业设计41.运输链 2.支撑滚珠 3.4mm 厚的热压钢板 4. 10mm 厚的热压钢板5. 10mm 厚的热压钢板 6.输气孔 7.不等边的角钢图 2-4 支撑平台结构图说明:连接在运输链上的角钢将核桃从滚筒上刮下以后,输送到核桃破壳部位处时,破壳零件直接在运输链上将核桃破壳,而运输链无法承受 1154N(核桃破壳力),故,在设计中,用如图中的支撑平台解决这一问题.3.轴的设计3.1轴的计算轴上的功率 =2.50kw =140r/min 70300N.mmpInI nPT95013.1.1求作用在链轮上的力已知高速级链轮的分度圆直径 =213.03mmd1因为是标准链轮所以 =20,圆周力: N2.45.570321t TF径向力:F = F =2445.22 =910.01Nrtan0tan法向力: = =2445.22/cos20=513.06 Nacost3.1.2 初步确定轴的最小直径轴的估算如下:初选材料为 45 号钢,调质处理,由于轴即传递转矩又承受塔里木大学毕业设计5弯矩, tdnpPA303632.0159查表 153 取 =110,且 P= =1.81KW,n= =313.33 r/min, 19.74mmtdnPA03.18轴上可有两个键槽,所以 (1+13%)=19.74(1+13%)=17.31dtmin由表 116,取标准 =18i3.1.2 拟定轴上零件的装配方案轴承端盖轴承链轮链轮轴承轴承端盖3.1.3 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度。第一段: =40 =15mmd1l1第二段: 定位轴肩则 =46mm =57mm2l2其参数如下:d = d +1=11 mm,D =D+2.5 d =72+2.510=145 mm,D = D +2.5 0303 20d =145+2.510=170 mm,e=1.2 d =12 mm (其中:m=2e,取 m=26 mm)则轴承盖:3 3L=e+m=12+26=38 mm,根据经验得 =150mml2第三段: 为定位轴肩则 =60,31033.1.4 轴承端盖的选择:选择凸缘式联轴承端盖(根据结构)HT150. (查表 11-10) e=12, e e1螺钉直径 d =10mm,螺钉个数: 3个.3其参数如下:d =d +1=9mm0D=D+2.5d =80+2.58=100mm3D =D +2.5d =1002.58=120mm0e=1.2d =9.6mm(其中:m=2e, 取 m=19.2)3塔里木大学毕业设计6则轴端盖:L=e+m=9.6+19.2=25.8mm故该段轴长:L=24mm故高速轴总长 L=278mm.该齿轮轴结构及尺寸见零件图所示。3.1.5 求输入轴上的功率=1.72KW , =47.76r/min ,pnI则 = =3.44 NTC1052.976.42195053.2轴的校核3.2.1 轴的刚度校核轴的材料:轴的材料主要是碳刚和合金刚。由于碳刚比合金刚价格便宜,对应力集中的敏感性较低,同时也可以用热处理或化学热处理的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度,所以本设计采用 45号刚作为轴的材料。调制处理。3.2.2 轴的扭矩计算电动机输出转矩:T = = (3-dmdnp950NM46.25101)式中: 为电动机额定功率, 为电动机转速dmn主轴输入转矩:(3-1235.4620.96.7084.5dTi NM2)为联轴器的传动效率根据设计指导书参考表 1 初选1 9.1为轴承的传动效率初选2 98.03为内外磨的传动效率初选3 64根据要求,轴要满足下列条轴的强度条件:(3-053.2.07.5433 MPadWT3)式中: 为轴的切应力,MPa;T 为转矩,N.mm; 为抗扭截面系数, ; 为许用 TW3m扭切应力,MPa.塔里木大学毕业设计7表 21 常用材料的 值和 C 值轴的材料 Q235,20 35 45 40Cr,35SiMnMPa/12-20 20-30 30-40 40-52C 160-135 135-118 118-107 107-98该轴的材料为 45 号钢,则满足强度条件,轴是安全的。11轴的刚度计算(3-689.035.10.824.73244 radGTlIlP4)式中:T 为转矩; 为受转矩作用的长度, mm;G 为材料的切变模量,MPa;d 为轴径,lmm; 为轴截面的极惯性距。 , ,故轴是安全的。PI 13.2.3 轴的强度校核已知:轴的结构如下页图。L=224mm,K=128.5 mm齿轮的啮合力:圆周力:F = Nt 2.45.570321dT径向力:F = F =2445.22 =910.01Nrtan0tan法向力: =2445.22/cos20=513.06 Ncostn3.1.3.1 求垂直面的支承反力N35.29417.5821LFrVF = F F =294.35 Nv2rv3.1.3.2 求水平面的支承反力N75.802.161tH3.1.3.3 F 力在支点产生的反力F = N1 3.4.305LKF =F+ F =6486.3 N21外力 F 作用方向与带传动的布置有关,在尚未确定具体布置前,可按最不利情况考虑。3.1.4.4 绘垂直面的弯矩图塔里木大学毕业设计8M = F Nmav2 9.2014.35.9LM = F Nm/103.1.3.5 绘水平面的弯矩图M = F NmaH1 4.5721.7.82LF 力产生的弯矩图M =FK=34050.1285=437.5 Nm2作用在轴右端的外力:F= N102/38942/dTM = F Nma1 .1.0382L3.1.3.6 求合成弯矩图考虑到最不利的情况,把 M 与 直接相加。aF22aHvM = + M = Nma22aHv80.14.579.0M = +M = Nm/vaF 222M = M =437.5 Nm2F3.1.3.7 求轴传递的转矩T=F Nm t 7.64208.5167d3.1.3.8 求危险截面的当量弯矩从图可见,a-a 截面最危险,其当量弯矩为M =e22Ta取折合系数 =0.6,代入上式得M = Nme 837.6408223.1.4.0 计算危险截面处轴的直径轴材料为 40M B,调质处理,由表 141 查得 =750 MP ,由表 143 查的许用n Ba应力 =60 MP ,则 d mm 考虑到键槽对轴的削弱,b1a2.3875.02.0331beM将 d 值加大 4,故 d=1.0438.2=40.2 粗取轴径为 55,合适,安全。塔里木大学毕业设计93.2轴系零件的定位与轴承的选择3.2.1 轴向定位为了防止轴上零件发生沿轴向的移动,必须对其进行定位,来保证齿轮的正确啮合,根据轴上零件的的安装要求和对轴的结要求,要选择不同的定位方式,常用的定位方式主要有轴肩定位、套筒定位、轴端挡圈和弹性挡圈,轴间定位方式在本设计中有用到,具体的结构和参数见零件图和明细表。3.2.2 周向定位键主要是为了实现轴上零件的周向定位来传递转距,键的形式用多种,因此要根据不同的要求来选择不同型号的键,根据传动的要求,本设计全部采用圆头普通平键(A 型),它的两个侧面是工作面,上表面与轮毂槽底之间留有间隙,其主要特点是定心性好、拆装方便。3.2.3 轴承的选择轴两端由轴承固定在机架上。根据轴受力和轴径的不同,本设计选用的轴承是:深沟球轴承 已知此处轴径 ,所以选内径为 40mm的轴承,在机械设计手册中选择深沟球md40轴承;查表 6-1,选择型号为 6008 GB/T2761994的轴承。另一处已知轴径为 ,md40所以选内径也为 40mm的轴承,选择型号也为 6008 GB/T2761994的轴承。所选的轴承基本参数如下:轴承外径:B =15mmD=68mm基本额定动载荷:C =16.2KNr基本额定静载荷:C =10.5KNr04 键联结的选择与校核4.1键的选择根据轴的直径的不同,应该选择不同型号的键,另外,键的长度也有一系列的标准,应该优先选用第一系列,在以上的说明书中知道安装键的轴有两处,分别是第三段和第五段。第三段的直径为 60mm,第五段的直径为 60mm,根据以上的数据选择两个相同的键:GB/T1096 键 13801从机械设计手册表 4-1中查得键的截面尺寸为:宽度 ,高度 。由mb18h1联轴器的标准并参考键的长度系列,可以确定取此键的长度 (比伸入到联轴器l0的深度短一些)。4.2键的安装轴上的深度 轮毂的深度 0.7t 4.1t4.3 校核键联接的强度轴和联轴器的材料是钢和铸铁,且属于静联接由文献 12的表 6-2查得许用挤压应力为塔里木大学毕业设计10p=120-150MPa,取其平均值,p=135MPa。键的工作长度为,键与轮毂的键槽的接触高度为mbLl 321032。由文献 1的式 6-1可得hk485.0cpckldT MPa1354.23540. M传递的转矩(N.M)d轴的直径(mm)l键的工作长度(mm);A 型,l=Lbk键与轮毂的接触高度(mm);k=ht,h 为键的高度,b键的宽度(mm)t切向键工作面宽度(mm)键的许用切应力(MPa)c键连接的许用挤压应力,/ MPap可见联接的挤压强度满足,即该键可以正常工作。5.轴承端盖的设计所选轴承外径为 62mm,在 45-65 的范围内,所以选择螺钉直径 d =6mm,螺钉数 4 个3md7130Dm765.2.390210)1(4mdD5637305 2)2(6e.13b=510 b取 5mmh=(0.81)b=8mm6.动力与传动的设计电动机的主要外型和安装尺寸的选择电动机的主要外型和安装尺寸如下表 61:塔里木大学毕业设计11根据需要选择 YEJ100L2-4表 61 电动机主要参数表 62 电动机主要外形尺寸其主要外形安装尺寸如图 61图 61 电动机主要外形安装尺寸7.联轴器的选择本设计的联轴器的选择主要包括了两个联轴器的选择,第一个是电动机轴与箱体的输入主轴的联结,根据文献 12中的表 12-23Y系列电动机的外型尺寸,本设计所选用的电动机的型号为 Y112M-4,可知电动机的输出主轴的外伸部分的长度 E和直径 D分别是 50和35。根据文献 12表 8-2凸缘联轴器,最后确定电动机与箱体的输入轴间的联轴器选择为GYH3型。额定功率/KW转速R/min电流A效率%最大转矩 重量kg3.0 1420 6.8 82.5 2.3 44中心高 外形尺寸 地脚安装尺寸 地脚螺栓孔直径 轴伸尺寸 装键部位尺寸110 40275180 180130 10 2450 6塔里木大学毕业设计12?6840?4236120图 7-1 联轴器的结构尺寸8.运输链轮的计算 16.93.08170.96R503 1018R20.4R195R213.0R170.968 3541.0图 8-1 运输链轮的结构尺寸塔里木大学毕业设计13因为 =1: 1 所以大链轮齿数为 21 齿21:i选用 ISO606-82链号 40A节距 P=63.50mm 滚子直径 mm68.39rd分度圆直径: = =426.06mm)80(sinzpd)21/80sin(/5.63齿顶圆直径: =426.06+1.25*63.5-39.68=465.755mm1max2.d齿根圆直径: =426.06-39.68=386.38mm 1df齿高: mpzha 265.3)218.065.()8.065.(min 侧齿凸缘直径: hzpdg 79.3.04.cot.7.4.1cot 020 齿槽形状齿面圆弧半径:最大齿槽形状 =109.5168mm)180(0.2minzdre齿沟圆弧半径: mr34.5Rax出沟角 : =a0max914z071.滚子链链轮轴向齿轮尺寸 单排齿宽 bf 5.3.119.链传动设计的计算9.1 链传动方案的确定 主 动 轮 从 动 轮塔里木大学毕业设计14图 9-1 链传动布置图9.2 链传动的设计计算9.2.1 选择链轮齿数取传动比为 i=1参照链速和传动比查文献11表 8-2-5取 Z1=21选择大链轮齿数=iz1=121=21120 故合理2确定计算功率已知链传动工作平稳,设计功率为:41.301.8mkZpAd式中:P传递功率 KW工况系数,查文献11表 11-3,取 =1.0A Ak链轮齿数系数,查文献12表 13-13,取 =1.114zk z多排链系数,查文献12表 13-14,取m 0.1mk9.2.2 链条节距选用根据设计功率 (取 = )和小链轮转速 ,由文献11表 11-1选用 40A号链条,pdp1n查表 11-1节距 P=63.5011、链速属于低速传动。smpnzV /6.0/315.06142061 9.2.3 润滑方式 查出宜用油刷或油壶人工定期润滑。9.2.4链轮材料和工艺由表 13-8可查得:材料用 45钢,硬度为 4050HBS。塔里木大学毕业设计15工艺为:(1)锻:按照锻件毛坯图锻制成品;(2)热处理:正火;(3)粗车:钻内孔,外廓及内孔按各部留量 车轮廓;23(4)调质:达到图纸硬度要求;(5)精车:各部车成品;(6)滚:滚齿按图成品;(7)倒角;(8)拉:内键成品;(9)电镀:按要求镀锌,72 小时盐浴实验。9.2.5链轮公差查文献8表 13-16与表 13-19有:齿表面粗糙度: 齿根圆极限偏差 量a6.3Rm柱测量距极限偏差:由于: ,查文献8 表 13-6有:上偏差 0,下偏差-125.3fdm0.25。偏差 0;表面粗糙度 ;表面硬度为:55-60HRC。链轮孔和根圆直径之间的跳a.6R动量:不能超过 fmx.8d +0.,.15=0.轴孔到链轮齿侧平直部分的端面跳动量:不能超过 fa.9 .m,.4.孔径:H8塔里木大学毕业设计16小 结气吸式核桃输送装置是将单个核桃从一堆核桃当中吸取并且运输到核桃破壳机的打砸或挤压部件的重要环节。为适应生产规模化提高生产效率,气吸式核桃输送装置可以同时并排的输送核桃,这样可以很大的提高生产效率,供应人们的大量需求。总体来说气吸式核桃输送装置是核桃破壳机的一部分,也是核桃破壳的前提、辅助部件,可是这却是核桃破壳机必不可少的一部分。塔里木大学毕业设计17致 谢感谢我的指导教师张宏教授,在他的帮助和指导之下我方可将我的毕业设计任务不断的进展下去;让我在这次设计中获益很多,不仅稳固了以前所学的知识而且还掌握了不很多以前没学的知识; 感谢我身边的同学,在我遇到问题是可以及时请教求问;感学母校-塔里木大学,能让我在这里生根发芽,茁壮成长,感谢她为我们提供各种资源,为我们学习生活。塔里木大学毕业设计18参考文献1吴子岳.核桃剥壳的力学分析J.南京农业大学学报,1995,18(3):116-1232钟海雁、李忠海、袁列江、张余权.核桃生产加工利用研究的现状与前景J.2002:35.3何义川.核桃壳力学特性分析与试验J 史建新农业大学学报,2009,32(6):35. 4谢丽娟,宗力.莲子受力有限元分析J.农业机械学报,2006,37(6):94-97.5杨德勇,王博.新型杏核破壳机的研究J.农机与食品机械,1996(06):20.6续魁昌,王洪强,盖京方.风机手册(第 2版)M.机械工业出版社,2002:32-36.7 董远德, 史建新, 乔园园. 核桃不同破壳方式的破壳取仁效果J.农产品加工刊,2007(9):45.8 王菘, 董春敏, 金云平.有限元分析 ANSYS 理论与应用J.北京: 电子工业出版社,2005:28-29.9谢丽娟, 宗力. 莲子受力有限元分析J.农业机械学报,2006,37(6) : 94-97.10史建新, 赵海军, 辛动军. 基于有限元分析的核桃脱壳技术研究J.农业工程学报, 2005,21(3):185-188.11张荣荣. 板栗揉搓式破壳机理的试验研究及有限元分析D.武汉:华中农业大学,2007.12张荣荣, 李小昱, 王为, 等. 基于有限元方法的板栗破壳力学特性分析J.农业工程学报,2008,24(9):84-87.13现代机械传动手册J.机械工业出版社 2002,34(9):55. 14机械零件设计手册(第三版)M.上冶金工业出版社 1998,54(8):25-28.15 陈立东气吸式排种器性能参数设计及其对排种质量影响的试验研究D大庆:黑龙江八一农垦大学工程学院,200616 马成林,于海业大豆高速气力精密播种机的研制与开发J大豆通报,1998,(6):1315塔里木大学毕业设计19
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