一种秸秆切碎机的设计【农业机械全套含CAD图纸、说明书】

编号： 毕业设计开题报告题 目： 一种秸秆类切碎机的设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及自动化 学生姓名：学 号：指导教师单位：姓 名：职 称：题 目 类 型 ： 理 论 研 究 实 验 研 究 工 程 设 计 工 程 技 术 研 究 软 件 开 发年 03 月 01 日- 0 -1毕业设计的主要内容、重点和难点等内容：本设计要求学生以一种秸秆类切碎机为设计对象，旨在培养学生严谨的分析解决问题的能力和综合运用专业基础知识进行实际设计的能力。需要学生充分运用所学的机械原理、机械设计、 装 备 设 计 制 造 、 制 图 、 工 艺 、 公 差 与 技 术 测 量等机械专业知识进行机器的方案设计、零件的结构尺寸设计计算等。1、查阅文献资料，进行相关调研，了解目前已有的切碎机的工作原理及结构设计特点，做好设计前的准备工作。2、根据给定的设计数据要求，提出切碎机的设计方案（两种及两种以上） ，进行比较后选出最佳方案作为设计对象；3、对切碎机的各部分结构尺寸进行具体设计、进行必要的设计计算及受力分析，并选择合适的零件材料；4、运用 UG、SolidWorks 等 CAD 工具进行辅助设计，完成切碎机的整体结构的设计，绘制其零件图、装配图；5、熟悉零件的加工工艺，对典型零件进行加工工艺路线分析；6、总结设计数据，整理设计思路，编写设计说明书。重点：在结合当代科技发展的实情，如何实现经济高效的机械切碎，并且可以达到设计的要求而设计出总体方案。难点：机器的刀具结构设计以及机器总体结构的设计。2准备情况（查阅过的文献资料及调研情况、现有设备、实验条件等）文献资料：1.濮良贵、纪名刚等. 机械设计（第八版）.北京:高等教育出版社,2006.2.甘永立.几何量公差与检测（第七版）.上海:上海科技大学出版社 ,2005.3.王运炎，叶尚川. 机械工程材料（第 2 版）. 北京:机械工业出版社,2004.4.实用机械设计手册编写组.实用机械手册（上）.北京:机械工业出版社,1998.5.机械设计手册编委会.机械设计手册(新版)第 4 卷.北京: 机械工业出版社,2004.6.机械设计手册编委会.机械设计手册(新版)第 3 卷.北京: 机械工业出版社,2004. 7.詹友刚.SolidWorks 2012 机械设计教程.北京：机械工业出版社， 2012.8.HOWELL L L. Compliant mechanismsM. New York：Wiley Interscience，2001.9.KIM C J. A conceptual approach to the computational synthesis of compliant mechanismsD. Michigan :University of Michigan，2005.- 1 -10.黄德超,王瑞丽.铡草机切碎器性能分析J.农业科技与 装备,2009(6):43-47.调研情况：随着畜牧业的发展，实行农牧结合，形成节两型的畜牧业结构是符合我国国情的畜牧业发展的有效途径。我国农村具有丰富的秸秆资源，秸秆切割的加工机械也得到广泛的应用。这些机械能扩大饲料来源，改善秸秆品质，避免粗饲料茎秆部分不被采食而浪费。但现在有的秸秆切碎机械，尚缺乏结构简单、使用方便、价格低廉、适用于广大农民个体使用的机型。我国农作物秸秆数量大、种类多、分布广，每年农作物秸秆产量有 7 亿吨左右，加上我国草场资源丰富，每年生产牧草近 2 亿吨。我国每年有数百亿斤饲料粮食和数千亿斤农作物秸秆被粉碎加工成饲料。饲料工业已经发展成为国民经济中不可缺少的重要基础产业。而且绝大部分生物质原料在开发利用前期都需要进行切碎加工处理，以便进一步加工利用。秸秆切碎机或秸秆粉碎机的研发在国内外已有几十年的历史，主要集中在饲料粉碎和农作物秸秆切碎等方面。同时，随着近年来空气质量的下降，人们对环境保护的意识也随之增高。农作物秸秆以不能城推焚烧，这样对环境会造成极大的污染。而秸秆切碎机也正是从环保处理方面去处理农作物秸秆。将农作物秸秆切碎后，分撒在田地里，即可避免秸秆的焚烧，同时还可以富养化田地，减少了化肥的使用。现有设备：目前，市场上秸杆切碎机大多由筒状机壳、铡刀叫成、压草辊、输草带等部件组成，当生物秸杆切成小段后，再由铡刀总成的风叶扇出出料口。但如果切碎后再进行粉碎成粉末就会增加劳动强度且生产效率低。为了解决以上难点，设计制造出一种小型多功能秸杆切碎机以克服以上缺点。该秸秆切碎机带有锤片和揉搓板，具有粉碎揉切功能。3、实施方案、进度实施计划及预期提交的毕业设计资料实施方案：1、查阅以上参考文献积累知识，和老师沟通并分析整体流程，进行多种方案论证比较，确定最后的设计方案。2、依次设计传动结构、搅拌机构，设计计算传动系统、执行系统并进行必要的校核计算。3、绘制主要零部件图和总体装配图。4、设计说明书的编写。- 2 -进度实施计划：1、查阅资料，学习相关知识，完成开题报告； （第 1-2 周）2、确定设计方案，并查阅相关资料完成英文资料的翻译； （第 3-4 周）3、自学 solidworks 或 ug 三维软件，熟悉设计环境； （第 5 周）4、选定切碎机构的基本形式； (第 6 周)5、设计切碎机的传动系统； （第 7-8 周）6、对切碎机工作部分的设计； （第 9-11 周）7、对系统整体方案的完善和修改； （第 12-13 周）8、完成所设计机构的装配图和部分零件图； （第 14-15 周）9、修改完善设计，完成说明书，准备答辩； （第 16-17 周）10、答辩。 (第 18 周)预期提交毕设设计资料：1、二万字左右的再生煤搅拌机构设计说明书（论文） ，说明书给出三个以上可行方案并进行比较，确定一个最佳方案，按最佳方案进行具体的、详细的设计系统，设计过程有理论分析、强度刚度分析，图片（二维，三维）齐全，附有任务书；2、按标准绘制生物质秸秆切碎机构的装配图、部分零件图；- 3 -指导教师意见指导教师（签字）：2016 年 03 月 日开题小组意见开题小组组长（签字）：2016 年 03 月 日院（系、部）意见主管院长（系、部主任）签字：2016 年 03 月 日编号： 毕业设计说明书题 目： 一种秸秆类切碎机的设计 学 院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 职 称： 题目类型： 理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发年 6 月 3 日毕业设计（论文）报告用纸摘 要在我国，农村地区人们的收入大部分是来自于农业种植作，所以或多或少都会有秸秆的产生即秸秆是农业生产的副产物。并且产量非常大。而且秸秆还是很有开发利用的价值，若是不对其采取合理的较为前面的利用的话，这样明显就会浪费很多的资源。那么如何处理这些秸秆将成为一个问题。在我国，在农作物秸秆储藏能源的开辟领域仍然相对落伍。可以看出这一个项目有着相当好的发展前景。在环境问题越来越严重，人们越来越重视环保的当下，焚烧农作物秸秆已经不可行。所以，我设计的切碎机将可以有效的处理，并且避免了焚烧带来的环境污染问题。为了能更好的适应农村，切碎机要结构简单，操作方便。组成切碎机的主要机构有送料口、出料口和切碎（粉碎）机构。因为考虑到可以选择不同粗细的切粒，在设计时采用了盘式切刀与粉碎锤片组合来作为其切碎机构。采用一台三相电动机提供动力，并用 V 带传动来传递动力。在众多的传动方案中选用 V 带传动是利用 V 带传动的弹性打滑特点在切碎机过载时可以起到保护切碎机主要零部件的作用。进料方式我选用了人工进料，主要是考虑到较小切碎的整体结构的复杂度。出料口采用抛送叶上抛出料，可以避免出料口被秸秆切碎段堆积而造成堵塞。同时对主要的零件进行设计并校核。最后，利用 UG 三维软件绘制装备其三维模型，并用 CAXA 绘制部分零件图。关键词:秸秆；切碎机；V 带传动；UG；CAXA毕业设计（论文）报告用纸 IAbstractIn our country, most of the rural peoples income comes from farming, there is always a straw in a more or less of the straw is a by-product of agricultural production. And the production is very big. And straw is very useful, if does not carry on the reasonable comprehensive utilization, so obviously will waste a lot of resources. So how to deal with the straw is going to be a problem. In our country, the development and utilization of the straw field is still relatively backward. It can be seen that a project has a good development prospect. In the environment problem more and more serious, people pay more and more attention to environmental protection, the burning of crop straw is not feasible. So, I design the chopper will be able to effectively handle, and avoid the problem of environment pollution from burning.In order to better adapt to the rural, cutter has simple structure, convenient operation. Chopper is mainly composed of feed port and discharging port and chopped (crushed) institutions. Because of considering the grain can choose different thicknesses, adopted in the design of disc cutter with combination of crushing hammer to chop as its agencies. Powered by a three-phase motor, and the V belt to transmit power. In numerous transmission scheme selection of V belt transmission is to use the elastic sliding characteristics of V belt transmission when cutter overload can protect the major parts of the cutter. Feeding way I choose the artificial feeding, mainly considering the small chopped the complexity of the whole structure. Discharging mouth by leaf toss on throw, can avoid the discharging mouth is straw chopped period of accumulation and cause clogging. At the same time to carry on the design of main parts and check. Finally, using 3 d software UG draw the 3 d model, using CAXA map parts.Key words: straw；chopping machine ；V belt drive；UG；CAXA毕业设计（论文）报告用纸 II目 录1 绪论 11.1 引言 11.2 设计背景 11.3 课题相关国内外研究 11.3 课题目的和意义 32 一种秸秆切碎机的总体设计 42.1 秸秆切碎机的设计任务 42.2 切碎机方案比较与选择 42.3 切碎机传动方案选择 53 主要技术参数 53.1 秸秆切碎长度 53.2 切碎机生产率 63.3 电机 63.3.1 电动机功率选定 63.3.2 电动机转矩计算 73.4 带转动的设计 83.4.1V 带的计算与选型 83.5 V 带轮的设计 .113.5.1 小带轮结构设计 113.5.2 大带轮结构设计 123.6 切碎机主轴设计 133.6.1 阶梯轴的设计 133.6.2 转子的设计 143.7 切碎机切刀设计 153.8 切碎机机壳设计 163.8.1 进料口的尺寸 163.8.2 出料口高度 .163.8.3 切碎机下机壳设计 174 主要零件的校核 .184.1 主轴的校核 184.1.1 轴上受扭矩与力的模型建立 184.1.2 轴上受力的计算 19毕业设计（论文）报告用纸 III4.1.3 轴的剪力、弯矩计算 194.1.4 轴上总弯矩 214.1.5 校核轴的强度 214.2 轴承的校核 224.2.1 查轴承的相关参数 224.2.2 轴承的当量动载荷计算 224.2.3 滚动轴承寿命的计算 234.2.4 轴承的润滑 234.2.5 轴承座的选择 244.3 键的校核 244.3.1 链接键的选用 244.3.2 键的强度校核 245 主要零件的加工工艺 265.1 主轴的加工工艺 265.1.1 主轴零件的机加工 265.1.2 主轴零件热处理工序 275.1.3 工艺流程图 275.1.4 工艺过程 275.2 带轮的加工工艺 .286 秸秆切碎机的总体数据 .296.1 秸秆切碎机结构 296.2 切碎机参数 296.3 切碎机保养与维修 306.4 使用注意事项 307 总结 31谢 辞 .33参考文献 34桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 0 页 共 34 页1 绪论1.1 引言随着环境问题逐渐加重，农作物秸秆以一种污染源的角色不可思议地扎进人们的视野中。每逢农忙收获的时令，总会有非常惊人数量的农作物秸秆被当场焚化，浓烟滚滚。不仅成为新农村建设的瓶颈问题，更是成为城市环境的助攻者，是的大部分地区雾霾越来越严重。所以各地政府要做出关于农作物枝干露天禁烧和开拓作物枝干环保效益化的决定相关的报告与政策。这将使人们更加的关注秸秆的处理。秸秆化学成分储藏量大，养分物质蕴藏量高，拥有着极大应用意义和空间。并且在我国很多农村地区玉米枝干等自然物质十分丰盛，所以枝干的处理和应用展望前景相当广阔。秸秆，即可以拿来开发做成秸秆燃料，又可以加工用作秸秆饲料，也可以切碎还田，当做肥料使用，或是把枝秆作为生产可燃气体的主要原材料，分解后的残渣，依然拥有大量的化学合成物和养分元素，同样可以还田当做养分物质来使用。这些都是秸秆综利用的重要途径。1.2 设计背景图 1-1 以往的秸秆处理在环境问题越来越受到人们关注的今天，农业秸秆的处理利用问题慢慢的浮现在人们的眼前。在我国这必将是未来人们所需面对的一大难题。过去人们处理农作物秸秆的典型方法有成堆堆放、就地焚烧等（如图 1-1 所示）。目前市场上出售的切碎机是交大型的，机体大，重量大，这种类型只适用于地形平坦的较大的农业区域，而不适用与农村地区。经过我在自己家乡的观察与分析，设计开发一种中小型秸秆切碎机，在农村地区必定是很受欢迎的。愈来愈严重的雾霾问题，秸秆切碎开发利用问题必将成为未来几年人们所关注的焦点。1.3 课题相关国内外研究秸秆全面应用前景广阔，从其他海外比较富有的国家统计分析情况看，科学技术的进取与立异，使得他们在农作枝秆的开拓应用领域找到了很多途径。除了传统的方法外，他们还讲秸秆进行气化，利用秸秆发电，将秸秆发酵承乙醇，还有讲秸秆开发成 建筑材料等。在一定程度上提高了秸秆的利用率，是值得我们学习的。像海外大多桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 1 页 共 34 页数盛产玉米、小麦的地区，每逢收割时节都会产出很多的作物枝秆。为了推进相关事业的发展，秸秆将成为提炼开发新型能源的原材料，这使得秸秆综合回收利用有了新利用前景。当然，这些活动并非是依靠农民自己单方面的力量，更多的是得到了政府鼓励与支持、补贴政策的等。在欧洲，人们则是不断地研究，他们投入到秸秆的综合利用这个工程里的精力远超我国，他们开创了秸秆利用的新途径，那就是秸秆发电。最先使用农作物枝秆产电的国家为丹麦，生产电力的工厂可以从农那里收购大量的枝秆，发出的电能足以满足成百上千家的村民的日常耗电需求，这不仅解决了发电厂原料来源少的问题，而且还大大减少了发电的原料成本。农民可以从废弃的秸秆那里得到一笔不菲的收入，而且用电的人也会因此获得实惠的电价。从而在某种层次上降低了秸秆燃烧后对环境造成的污染。与此同时，发电站利用完枝秆后剩下的残料无可厚非的可以不收任何费用地提供给需要的人当作肥料还田。在岛国日本，人们对秸秆的处理主要是将秸秆埋入到土地中，经过微生物分解，还田作肥料，富养土地。家畜喂养饲料也有利用秸秆加工来做成的。所以说秸秆的综合利用在各国都得到不同程度的发展，秸秆利用的科学化、环保化、经济化、商业化的时代已经在不远处向我们敞开大门。回到国内的情况看，事态依然严峻。一方面是科技上的落后，另一方面就是在秸秆利用方面的研究也不是很多。秸秆的焚烧污染大气环境，直接还田则又要等很长时间的生物分解，影响到正常的农作物种植，综合利用则又面临技术跟不上，花费大，设备少等的问题。曾经有研究人员做过这样一个统计：假如我们可以把废弃的秸秆在农村地区就地转变成为国家急需的工业原材料，实现产业工业化，吸纳农村当地居民劳动力，这将会给农民带来就业的机会，并且还可以改善农经济来源少的问题（0.5 吨秸秆/亩，增收 150 元/亩）。我们再进一步假设：好比能应用我们农民每年种植出的秸秆的总产量的一半，那么这将会成为一项非常有开拓利益的项目；往更好的方面想，假如我们可以因此开发一个用秸秆作为原材料的环保型农产品加工生产部门，实行工农业立体生产的标准样式，新农业可持续发展，这种前景 很有魅力。在实践发展过程中，投身于这方面研究的在我们国也有不少人。他们踊跃专研，创造性地开发寻找与众不同的秸秆应用方案。当然，古人也并不是什么都不会，他们在秸秆的使用方面也有很多的环保办法，这些前人留下的有益的经验和办法是值得我们借鉴的。例如造纸，我们何必去砍伐树木来造纸呢？我们可以利用秸秆来造纸啊。农民们除了种植外，他们还可以样一些牲畜，如牛、羊、马、猪、鸡、鸭等等，而秸秆可以经过切碎后拿来喂养它们。很多的利用方案都很不错，只是，具体过程是不完美的秸秆综合利用，在我国还缺少相关的政策因此目前的窘境。综上所述，秸秆开发利用前景十分广阔，我们需要加大投入，专研技术，来解决秸秆的综合利用问题。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 2 页 共 34 页1.3 课题目的和意义秸秆切碎可以为农村的农作物秸秆带来极大的好处，一方面秸秆切碎后还田，微生物分解速度加快，可以减少秸秆还田对正常耕种带来的影响，另一方面，秸秆切碎后，可以非常方便的放进沼气池，来发酵成沼气作为燃料使用，残渣还可以还田肥沃土壤。在上文我们已经了解到我国在秸秆综合利用这一块的技术上还没成熟，设备仍然稀缺。所以秸秆切碎课题可以加快秸秆全面应用发展有着非比寻常意义。如果我们开发设计出来比较高效率的秸秆切碎机，对秸秆进行切碎然后进行后续的加工处理，提高对秸秆的利用。如图 1-2 所示。图 1-2 秸秆利用率百分比桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 3 页 共 34 页2 一种秸秆切碎机的总体设计2.1 秸秆切碎机的设计任务根据课题要求，秸秆切碎机要求其生产率为 1t/h。2.2 切碎机方案比较与选择切碎机的方案主要区别是在切碎刀结构的不同，下列方案为三种刀具结构方案。方案一：螺旋曲面形切刀,如图 2-1：图 2-1 滚筒式螺旋曲面形切刀方案二：平板形切刀，如图 2-2：图 2-2 滚筒式平板形切刀方案三：盘刀式直刃口切刀，如图 2-3：桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 4 页 共 34 页图 2-3 盘刀式直刃口切刀螺旋曲面形切刀对秸秆的推挤和切割作用相对较好，刀轴受力均衡，刀曲面刀口制造难度大，刃口磨刃难；平板形切刀和盘刀式直刃口切刀制造简单，对刃口加工方便，但切削阻力大，刀轴负荷不均匀且大；然而方案一和方案二均属于滚刀式结构，生产效率比方案三盘刀式的差，经综合比较选择最优方案：方案三。2.3 切碎机传动方案选择在机械传动中，有很多种方式可以进行传动。比如齿轮传动、链传动、带传动、蜗轮蜗杆传动等，在众多的方案中传动方案中，每一种都有自己独特的优缺点 Error! Reference source not found.。下面是几种常见的传动方案特点。齿轮传动：可以大大缩小装备的体积、传动系统可靠性高、传动比精度高、运行稳定无太大波动、齿轮零件寿命长等。然而，齿轮传动重量大、噪音大等缺点。链传动：安装不需要加太大的张紧力，可以减少轴所受到的作用力，同时链传动没有打滑现象，传动比较为准确均匀。但是，链传动有一定的冲击力，传动平稳性较差。带传动：皮带有一定的弹性，因此带传动具有良好的缓冲能力，运行相对平稳，噪音小，有较大的传动中心距，有打滑现象，在过载时可以起到保护电机或相关零部件，结构简单，维护成本低等。所以，综合考虑到切碎机的结构特点以及工作时需要一定的过载保护，因此最适合切碎机传动的方案就是选用带传动。3 主要技术参数3.1 秸秆切碎长度切碎长度关系到切碎机结构的设计。第一，切碎长度关系到切碎刀的数量；第二，切碎长度也会影响到切碎机的生产率；第三，切碎长度也会影响到切碎机消耗的能量。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 5 页 共 34 页由于进料方式采用的是人工推进式，工作时，操作人员结合经验以及对切碎长度的要求来进行调节，一般切碎后的秸秆长度在 10mm 到 30mm 之间。如果在单纯的切碎达不到切碎细粒度的要求时，可以在切碎机中安装上锤片，秸秆在切刀切碎后，再一次经过锤片粉碎后得到更细的秸秆粒度。3.2 切碎机生产率根据任务及课题要求，切碎机生产率为 左右。切碎机的生产率由多方面因htQ/1素决定，比如转速、切刀数量、喂入口面积等等。理论生产率的计算公式为 Error! Reference source not found.：（3-HWnZlQ601）式中：H 进料口高度（m）；W 进料口宽度（m）；n 为刀盘转速；Z 为切刀数量；L 为秸秆切碎长度（m）； 秸秆容重，一般玉米秸秆为 ，干草为 ；3/4.0mt 30.65t/由于在工作时喂料的速度难以保持不变，因此实际生产率低于理论生产率。收获玉米秸秆的实际生产率为计算数值的 70%，干草为计算数值的 60%。在设计中，； ；切刀数 ；秸秆切碎长度 ； 。代数据H7510WZL13/4.0mt代到公式（3-1）中，求得 。所以为达到设计要求，主轴转速至少为in/2.10rn。min/2.10rn3.3 电机3.3.1 电动机功率选定考虑到主要使用对象为农民，设计机型属于家用小型秸秆切碎机，而且主要是切碎秸秆，细度要求不是很高，所以结合工作量，查阅相关文献选购常用于农业机械的Y 系列三相异步电动机。选择电机技术数据如下表 3-1：表 3-1 Y132S2-2 电机技术数据型号 额定功率（KW）满载转速（r/min）额 定 转 矩堵 转 转 矩 额 定 转 矩最 大 转 矩 质量（kg） 效率 （%） 功率因 素（ cos）Y132S2-2 7.5 2900 2.0 2.3 70 86.2 0.88桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 6 页 共 34 页电动机 Y132S2-2 安装尺寸如下表 3-2：表 3-2 Y132S2-2 电机安装尺寸尺寸型号A B C D E F LY132S2-2 140 89 80 38 33 10 475表 3-2 中字母对应尺寸参考图 3-1：图 3-1 电动机安装尺寸参考图电动机 Y132S2-2 三维模型图如图 3-2：图 3-2 电动机三维模型图3.3.2 电动机转矩计算电动机转矩计算公式 Error! Reference source not found.：（3-nPT9502）式中：T 扭矩（N.m）；桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 7 页 共 34 页P 电动机额定功率（KW）；n 电动机满载转速（r/min）。将表 3.3.1-1 中的数据代到式（3.3.2-1）中，计算求得理论扭矩 。mNT70.240实际转矩：。mNT29.1%.8670.2403.4 带转动的设计3.4.1V 带的计算与选型（1）确定计算功率功率的计算是依据皮带所需传递的功率 P 和皮带的工作条件所确定的 Error! caPReference source not found.：（3-PKAca3）式中： 为计算功率（KW）；ca为工作情况系数；A为皮带正常工作状态下传递的设备输出功率（KW）。P工作情况系数的取直如下表 3-3：表 3-3 工况系数确定表 AK空、轻载启动 重载启动每天工作小时数/h工况16 16载荷变动微小液体搅拌机、通风机和鼓风机（）、离心式水泵和压缩机、KW5.7轻负荷输送机1.0 1.1 1.2 1.1 1.2 1.3载荷变动小带式输送机（不均匀负荷）、通风机（ ）、旋转式水泵和压.缩机（非离心式）、发电机、金属 切屑机床、印刷机、旋转筛、锯木机、木工机械1.1 1.2 1.3 1.2 1.3 1.4载荷变动大制砖机、斗式提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载输送机1.2 1.3 1.4 1.4 1.5 1.6载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨） 1.3 1.4 1.5 1.5 1.6 1.8桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 8 页 共 34 页秸秆切碎机按每天工作 8 小时计算，查表 3-3 得， 。3.1AK（3-WPKAca75.93.14）（2）选择 V 带的带型查阅相关文献得知，皮带可以分为 Y、Z、A、B、C、D、E 型。由上小节计算得到的计算功率 以及小带轮的转速 ，从机械设计 Error! WPca75.9min/290rnReference source not found.中的图 8-11 查找选取选取普通 V 带轮的带型为 A 形。（3）V 带轮基准直径 的确定与带速 的验算dv1）初选小带轮的基准直径 1按照所选定 A 型 V 带，在参考文献 1中的表 8-7 及表 8-9 确定小带轮的基准直径，应使 。取 。1dmin1)(dd2512）验算带速 v计算带的速度公式 Error! Reference source not found.：（3-5）106d式中： 为所选电动机的转速（r/min）。1nsmnvd /98.10625一般带速不宜过低或过高，一般在 到 之间，最高不能大过 30m/s。所s/以 符合要求。smv/98.13）计算大带轮的基准直径传动比的大小关系到带轮包角的大小，如果传动比越大则小带轮的包角将越小，这样将直接影响带传动的承载能力。综合考虑，选用适中的传动比最好，一般为 ，7i推荐值为 。我们假定主轴的转速为 2500r/min。则根据 计算得：52i 12dimid1452最后根据机械设计 Error! Reference source not found.表 8-9 加以圆整的 。md502最后确定的主轴转速：。in/67.24112rdn（4）确定中心距 a，并选择 V 带的基准长度 dL1）初定中心距两个皮带轮中心距离越长，则带轮的包角增大，单位时间内带的旋转次数将得到减少，这样得到的一个最直接的好处是带的使用寿命提高了。但中心距也不宜过大，太小也不好。一般初选带轮的中心距为 1：桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 9 页 共 34 页（3-)(2)(7.021021dda6）式中， 为初选的带传动中心距（mm）。0a将带轮的基准直径代人（3-6）式，求得，取 。ma50.192ma4502）计算相应的带长 0dL带长的计算公式 1：（3-0212104)()(2adadd 7）将数据代入式（3-7）中，求得mLd35.120根据 ，查机械设计中表 8-2 选择对用的带的基准长度d.0，对应的带长修正系数为 。mLd143 96.0LK3）计算中心距及变动范围传动的实际中心距近似值为 Error! Reference source not found.:（3-8）200dLa将数据代入到式（3-8）中并算出 ，考虑到带轮的制造误差、带长ma825.49误差、带的弹性以及使用后带的长度变化，常给出中心距的变动范围。带长的最小值：Lad37.015.min带长的最大值：md85.4.ax所以带长的变动范围为 。7（5）小带轮上的包角 的验算1实际生产使用中小带轮上的包角 总是小于大带轮上的包角 ，也就导致了相对1 2应的摩擦力临界点自然也就小于大带轮的，所以，通常会在小带轮上发生打滑现象。为了提高带的工作能力，应使 。10a3.57)(80121d包角计算公式：（3-a3.57)(80121d9）代入数据求得 。.71120，所以满足设计要求。25.71桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 10 页 共 34 页（6）确定带的根数 Z由机械设计 Error! Reference source not found.得到计算公式：（3-LArcaKPz)(010）式中： 为单根 V 带的额定功率；rP为单根 V 带的基本额定功率；0为单根 V 带额定功率的增量；为包角 时的修正系数；K180为带长修正系数。L由相关参考文献 Error! Reference source not found.查表 8-4 得 ，查表 8-5 得98.20P，查表 8-6 得 ，查表 8-2 得 。代入公式（3-10）求得19.0P9. 96.0LK。取皮带 根。253z4z（7）确定带的初拉力 0F带的预紧力关系到带的传动能力，而且又要考虑到带的工作时长。带的预紧力大小应适中，不可太小也不应过大。单根 V 带的初拉力可通过下式计算 Error! Reference source not found.：（3-20)5.2(qvzKPFca11）式中， 为 V 带单位长度的质量（kg/m）。查参考文献 Error! Reference source not found.q中的表 8-3，查出 A 型带的 。mkgq/105.将数据代入到式（3-11）中，求出：。NF7.30（8）带传动的压轴力 计算P压轴力可以看成是皮带上下预紧力的合成来简化计算 1：（3-2sin10zp12）式中， 是小带轮的包角。1将数据代入式（3-12）中，可算出：。NFp82.05最终确定带的参数如下表 3-4：表 3-4 设计 V 带数据带型 数量 小带轮基准 大带轮基准 小带轮 大带轮 带长 中心距桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 11 页 共 34 页直径(mm) 直径(mm) 转速(r/min)转速(r/min)(mm) (mm)A 4 125 150 2900 2416 1430 4983.5 V 带轮的设计3.5.1 小带轮结构设计传动 V 带轮的结构可分为许多种不同的类型，当然这并不是随意乱分，而是根据V 带轮的基准直径来划分，作为分类的依据。 （ 为装带轮内径，即md95.2与安装轴配合的孔径，mm），可以查相关参考文献得知不能选用实心式带轮结构。而，所以可以选择腹板式带轮结构。根据我个人设计中选择的电动机型号，md30并在机械设计手册找出电机轴直径大小是 38mm。因此可以确定小带轮的 。小md38带轮结构如图 3-3：图 3-3 小带轮结构3.5.2 大带轮结构设计在大带轮的结构设计中，我们根据主轴最小轴径的大小，并未与小带轮参考对比，我们选取了相同的安装带轮的轴径 。而大带轮的基准直径md38。由以上数据可以得出主轴带轮结构可以选用与电机带轮相同结md3015构类型。唯一的区别主要是尺寸大小有所差别。下图是大小带轮的实体造型图 3-4。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 12 页 共 34 页图 3-4 带轮三维模型图3.6 切碎机主轴设计3.6.1 阶梯轴的设计（1）主轴上的功率 和转矩2P2T经查阅机械原理 Error! Reference source not found.得知，V 带传动的机械效率 在0.94 到 0.96 之间。取 。主轴功率 。95.0 KWP125.79.052主轴转矩：。mNnPT16.84.722（2）初步确定轴的最小直径秸秆切碎机主轴所受的载荷并不是很大，所以选取轴的材料为 45 号钢，热处理采用调试处理 Error! Reference source not found.。最小轴径计算公式 Error! Reference source not found.：（3-30minPAd13）式中： 为最小轴径；in查机械设计 Error! Reference source not found.表 15-3,得 45 号钢对应的 ，103260A我们取 。把相应数据数值放到式（ 3-13）中计算出 。因为在该1250A md1.2in段轴径上安装大带轮，采用键来做周向定位并传递转矩，所以必须在该段轴径上铣出桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 13 页 共 34 页一个键槽，然而相对应于轴径 的轴段，在多铣出一个键槽的同时，轴径的强md10度会受到一定的影响，考虑安全性的问题这种有键槽的轴段轴径应在计算值上多增大因此我们计算出最后的最小轴径%75，在这里我们取 。d 647.235.)07.15(.2min md38in（3）拟定轴上零件的装配方案轴上零件装备拟定如下图 3-5：图 3-5 拟定轴上零件装备方案图（4）根据轴上元件安装尺寸位推推导各个阶段的轴的直径和长度1）很显然，轴段中最细小的一段是主轴带轮安放段，轴长 74mm，轴直径 。382）左边第一段跟倒数第二段是安装轴承的，根据切碎机实际工作的受力情况初步选择滚动轴承。因为切碎机在工作时，切碎刀与底刀挤压切碎农作物秸秆时轴承会同时受到径向力以及轴向力的作用，所以选用单列圆锥滚子轴承。且比最小轴径至少大4mm，所以这两段的直径最小为 42mm，查轴承产品目录初步选择 0 基本游隙组、标准精度级单列圆锥滚子轴承 30209，其尺寸为 ，取该轴段mTDd75.2845直径为 ，第一段轴的长度取 28mm，倒数第三段取 72mm；m453）右边第二段跟倒数第三段为切碎室壁厚过度段，所以直径值取 ，长度49为 47mm；中间部分是用来安装刀具的，该出轴径值取 ，轴长度为 300mm。最后确定主轴的结构及尺寸如图 3-6。图 3-6 主轴结构及尺寸桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 14 页 共 34 页3.6.2 转子的设计将主轴设计出来后，下一步就是讲秸秆切碎刀固定刀座转盘和抛送叶组成的转子给添加上去，其与主轴的链接采用焊接链接。如图 3-7。图 3-7 切碎机转子最终设计出来的转子图纸如图 3-8，详细的尺寸数据以及技术要求参考零件图纸。图 3-8 转子图纸3.7 切碎机切刀设计切碎机的刀具类型样式是很多的，大致可分为桶刀式和碗刀式。细分的话滚刀式有滚筒式螺线型刃口切刀和滚筒式直刃口滚式切刀；盘刀式的有盘式直刃口切刀，盘式凹刃口切刀和盘式凸刃口切刀。就像我们人一样，没有完美的，所以每一种都要自己的优缺点。盘刀式切碎机的应该在进料口进入方向的反面磨刃，滚刀式的应该在滚筒的外圆磨刃。刃角一般取在 12到 15之间。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 15 页 共 34 页切碎机转轴上的转刀与固定在机壁上的刀，两者之间的缝隙通常情况应保持在范围之内。切较硬的秸秆时，间隙值取大一些；切较软的秸秆时，间隙值m0.25取小一些。考虑到制造和使用后对刀具刃口磨刃的方便性我们选用盘刀式直刃口盘式切刀。结构之意图如下图 3-9：图 3-9 切碎刀结构图切碎刀尺寸如下图 3-10：图 3-10 切碎刀尺寸图3.8 切碎机机壳设计3.8.1 进料口的尺寸进料口的高度 a 和宽度 b 值选取，一种方法是查机械工程手册 Error! Reference source not found.得到如下表 3.8-1 选取。表 3-5 进料口尺寸表切碎机类型进料口尺寸小型 中型 大型a（mm） 604705806b（mm） 18221632桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 16 页 共 34 页另一种是可以根据公式 Error! Reference source not found.计算确定：（3-cdcnlZkQab6014）式中：Q 为切碎机生产率（t/h）；为进料口的充满系数， ；ck 6.04ck为秸秆切碎长度（ m）， ；l ml21.为切刀数， ；dZ2dZ为刀盘转速（ r/min）， ；n in/753rnd为秸秆容重， 。c /60kgc求出 ab 乘积值后，按 分别求出 a，b 的值。ba)41(结合本次实体模型的建立，我们选取的设计的上机壳人工手动的进料口的理论绘图尺寸为 。 mab60123.8.2 出料口高度在转轴上装有 4 片抛送叶板。当刀轴高速转动时，叶板即可当风机吹送质量轻的切碎物，较重的则起到抛送作用。在设计中，设置为上前方出料方式，所以出料高度关系到转轴的转速问题，根据切碎物抛送高度计算公式 Error! Reference source not found.：（3-)(2mghp15）式中： 为抛送叶片的圆周速度（m/s）；p为各种因素阻碍的高度降低系数，一般 。h 35.02.h将数据代入到公式（3-15）中，求得 。而我们设计的出料高度为mh14h=650mm，满足将切碎秸秆抛出切碎室。切碎机进出料口设计如下图 3-11 切碎机上机壳所示：桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 17 页 共 34 页图 3-11 切碎机上机壳3.8.3 切碎机下机壳设计下机壳的设计主要考虑与上级壳的配合。同时，在下机壳的下部设置一个排料门。排料门与机壳采用合页连接。这个排料门的设置主要是考虑到切碎机使用后有一些秸秆段未能排除完全或者在超载后需要停机时，可以更方便的将切碎室力的秸秆排出。下机壳结构示意图如图 3-12。图 3-12 切碎机下机壳4 主要零件的校核4.1 主轴的校核4.1.1 轴上受扭矩与力的模型建立主轴受扭矩 Error! Reference source not found.模型简化如图 4-1；图 4-1 轴上扭矩模型图中 A 为大带轮。 分别为大带轮对主轴产生的扭矩。aM主轴功率：。KWP125.79.052主轴转矩:。mNnT 28160.46.22桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 18 页 共 34 页轴上扭矩图 4-2：图 4-2 轴上扭距图受到铅锤方向的力的受力图如下图 4-3：图 4-3 轴上受力图4.1.2 轴上受力的计算在前面皮带的设计章节中，我们已经皮带工作时的预紧力合力 。所NFp03.12以可以知道 。 、 为转子不平衡产生的离心力，查阅机械原理NFpa03.12bFc表 6-1 可知，切碎机的刚性转子平衡品质等级为 G16。查出转子的衡器两端承受的重量相等品质量级 （ ）后，根据下式求出许用衡器两端承受的重量不相等量 Error! ewsm/Reference source not found.：（4-)()(10me1）式中： 为转子许用不平衡度（ ）；e为转子角速度（rad/s）。w将数据代入到式（4-1）中计算求得：me24.63查阅相关手册得知，在切碎机转子宽度与直径比的比值小于五分之一时，可以只对转子做静平衡测验；但当宽度直径比值大于五分之一时，必要对转子做测验。不同的实验所要求的不平衡量的值也不一样。在对转子进行静平衡实验时，允许不平衡量的实验数值应该在 之间，用转子的质心对回转中心的距离表示；对转子进行1208动平衡实验时，可以不装上锤片，但应该装上锤片销，并且动平衡实验得到的允许不桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 19 页 共 34 页平衡量应当在不超过 。在计算数据上看，切碎机切碎机构衡器两端承受的重805量不相等量满足设计要求。取转子的偏心质量 ，则由这个偏心质量 m 所引起的离心力为 Error! Reference gmsource not found.：（4-rwF22）式中:r 为偏心质量到转轴轴心的距离；为转子角速度。将数据代入到式（4-2）中求得： 。NF32.所以 。NFcb32.支反力 和 的计算：1z其中 ， ， ， 。mlad90ldb140mlbc90lce45取 d 点取转矩得：（4-)()(1 dbbcdcebcdaza lFlllFl3）将数据代入到式（4-3）求得： 。Nz36.1铅锤方向上受力平衡： （4-02zcbaF4） 将数据代入到式（4-4）中求得： 。z.924.1.3 轴的剪力、弯矩计算如图 4.1.3（1）所示，轴在 D、B、C 处都收到力的作用，所以可以将轴分成AD、DB、BC、CE4 段，分别建立剪力、弯矩方程 Error! Reference source not found.。对于轴 AD 部分选择 A 作为扭转中心，然后通过直角坐标 来确定该段轴横截面的1x位置，所以 AD 段的剪力弯矩方程分别为：（4-)90(03.1211 xNFas5）（4-.1111 xMa6）对于 CE 段选择 E 点作为原点，并以 表示该段的横截面的位置，因此该段的剪力、4x弯矩方程分别为：（4-)50(36.144 NFzs7）（4-.4441 xxMz8）桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 20 页 共 34 页对于 BC 段选择 E 点作为原点，并以 表示该段的横截面的位置，因此该段的剪力、3x弯矩方程分别为：（4-)54(0.133 NFczs9）（4-)5.( 3313 xxMcz10）对于 DB 段选择 A 点作为原点，并以 表示该段的横截面的位置，因此该段的剪力、2弯矩方程分别为：（4-)309(7.8222 xNFzas11）（4-)0(2222 xxMaz12）根据计算出来的剪力值可以绘制出轴的剪力图 4-4（a）；根据弯矩方程可以绘制出轴的弯矩图 4-4（b）。图 4-4 轴的剪力和弯矩图B、C、D 三个截面上的弯矩为： mNMbv3.148c260dv7.9桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 21 页 共 34 页4.1.4 轴上总弯矩轴上总弯矩是轴在水平方向和竖直方向上所受的弯矩总和，计算公式 Error! Reference source not found.：（4-12）2VHM由于秸秆切碎机在工作过程中主轴水平方向上所受到的力远小于主轴在竖直方向上受到的力，所以，我们在计算总弯矩时取 。0H所以：mNbv3.148c260Mdv7.9求各截面上的当量弯矩 【1】 ：（4-22 )(T13）式中： 为折合系数。秸秆切碎机的主轴做的是单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 。6.0把数据代入到式对应计算式子中，并计算出结果：mNMb32.1590c7d8.64按照以上求出的数据，描画出各截面当量弯矩图 4-5：图 4-5 当量弯矩图4.1.5 校核轴的强度轴在工作中如果失效的话，一般发生在受弯矩扭力最大的危险截面，因此我们在进行轴的强度校核时，通常只校核承受最大弯矩及扭矩的截面（即截面 b）的强度。轴的应力计算 1：（4-WTMca22)(14）桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 22 页 共 34 页式中： 为轴的计算应力（ ）；caMPa为轴承受的弯矩（ ）；MmN为折合系数；为轴所承受的扭矩（ ）；T为轴的抗弯截面系数（ ）。W3秸秆切碎机的主轴做的是单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取 。6.0查机械设计 Error! Reference source not found.表 15-4 得知，圆形截面轴的 。而31dW截面 b 所对应轴段的直径为 55mm，所以将数据代入式（4-14）中并计算求得：。MPaca97.6在轴的设计章节我们已经选定了轴的材料为 45 号钢，调质处理，查机械设计Error! Reference source not found.表 15-1 的到 。因为 ，MPa601 MPaPaca6097.61所以轴的强度满足设计要求，故安全。4.2 轴承的校核4.2.1 查轴承的相关参数在轴的结构设计章节中，我们已经选择了轴承的型号。选择 0 基本游隙组、标准精度级单列圆锥滚子轴承 30209，其尺寸为 。查机械mTDd75.2845设计手册得到单列圆锥滚子轴承 30209 的额定动载荷 ，额定静载荷KNCr.6， Error! Reference source not found.-Error! Reference source not KNCr8.47040.tan5.1efound.。因为，秸秆切碎机在工作过程中所受到的轴向力 远小于径向力 ，所以aFrF，所以可以查的径向动载荷系数 X 和轴向动载荷系数 Y 分别为 1 和 0。eFra因此，我们可以将轴看成是只承受径向载荷 计算。并画出轴承的受力简图 4-r6：图 4-6 轴承受力简图由作用力与反作用力的关系我们可以得知：NFzr36.1192桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 23 页 共 34 页4.2.2 轴承的当量动载荷计算根据机械设计 Error! Reference source not found.提供的公式 计算，arYFXP对于轴承 1 来说：（4-NYFXPar36.1115）对于轴承 2 来说：（4-ar.92216）显然，从数据上可以看出，轴承 2 所受到的载荷比轴承 1 大，所以一般情况下轴承 2 比轴承 1 容易失效。4.2.3 滚动轴承寿命的计算因选择的是滚子轴承，所以 ，查机械设计 Error! Reference source not found.表 13-3103 得轴承的预期计算寿命 。)(2 hLh轴承的理论寿命计算公式为 ，然而在实际生产时用过程中，轴承的2601PCnh工作温度以及轴承还会受到一些情况下出现的附加载荷，比如冲击力、不平衡作用力、离心力、惯性力等等的影响，所以我们要对其基本额定动载荷和当量动载荷进行修正。所以：（4-2601PfCnLdth17）式中： 为轴承转速；为轴承的基本额定寿命（h）；为温度系数；tf为基本额定动载荷；C为载荷系数；df为当量动载荷。P由机械设计 Error! Reference source not found.表 13-4 查得，在工作温度不超过 120 度的情况下 。查表 13-6 得，中等冲击条件下 。0.1tf 2.1df将数据带入到式（4-17）中，计算得出：82.43.9.601286062 PfCnLdth因为 ，所以轴承的使用寿命符合要求。桂林电子科技大学毕业设计（论文）报告用纸 第 24 页 共 34 页4.2.4 轴承的润滑轴承的润滑对轴承的意义非常大。轴承的润滑可以给轴承在工作中带来降低摩擦阻力的好处，而且还可以起到保护作用。工作过程中，轴承高速转动，发热比较严重，润滑剂还可以起到散热作用。润滑的轴承种类多种多样，油润滑和脂润滑是实际生产中机器最经常使用的两类。轴承的转速关系到润滑剂的选择。一般根据滚动轴承的值【d 是滚动轴承的内径（mm），n 是轴承的转速（r/mm）】来选择润滑类型。通过计算，在本次设计中的轴承 。查机械设计min)/(5801294rdnError! Reference source not found.表 13-10 得，圆锥滚子轴承脂润滑的 临界值为d。所以可以采用脂润滑。mi)/(10r4.2.5 轴承座的选择在此次设计中，我们选用的是 0 基本游隙组、标准精度级单列圆锥滚子轴承30209，其尺寸为 。查 SN 系列轴承座技术表得知，mTDd75.2845SN209 轴承座适我们选用的轴承。所以可以使用该类型轴承座。SN 系列轴承座技术图如图 4.2.5（1）：图 4-7 SN 系列轴承座再设计中选用的 SN209 轴承座技术数据如下表 4-1：表 4-1 SN209 相关数据轴径（mm） 尺寸（mm）d1型号h a b c l w m u v D t s45 55 SN209 60 205 60 25 85 112 170 15 20 85 M10 M124.3 键的校核键的使用在此次设计中一共有两处，一处是电动机与小带轮的连接和另一处就是大带轮和主轴的连接。4.3.1 链接键的选用电动机的选取后，我们可以查表得到电动机的轴径 ，查机械设计md38