农业机械-钉齿栅格式玉米脱粒机设计【全套设计含CAD图纸、说明书】
本科生毕业论文(设计)任务书毕业论文(设计)题目 玉米脱粒机设计 学生姓名 专业班级机械设计制造及其自动化 学号 指导教师 工作单位 机电工程学院 一、毕业论文(设计)的主要内容分析国内外研究现状,并分析机器的用途及工作原理,合理确定机器的运动方案,并完成有关的设计计算,并利用三维软件进行运动仿真(可选) 。最终设计一玉米脱粒机,并用计算机绘制机器的装配图和零件图。编写一份设计计算说明书(含图表,各部份的设计必须要有相关的结构分析和数据计算为依据,标准件及其他零件部件选型要作说明,论文格式参照毕业论文设计要求) 。 2、毕业论文(设计)的主要任务、基本要求及完成成果形式要求学生能综合利用所学的机械原理、机械设计、材料力学、理论力学、机械制图等课程的相关理论及知识,依据给定的技术参数设计一玉米脱粒机,并用 AUTOCAD 绘制总装配图和全部零件图纸。培养和训练学生的实际动手能力、查阅文献手册的能力和撰写论文的能力。 本毕业论文写作进度: 2018.11.302018.12.5 选题,下达任务书 2018.12.10 前:收集资料,撰写文献综述、外文翻译 撰写开题报告初稿; 2018.12.20 前:完成开题报告的修改稿; 2018.12.30 前:完成开题报告的定稿; 2019.1.16 前:完成毕业设计的基本框架,完成论文结构安排,并向导师汇报 2019.3.1 前:收集相关资料和复习相关理论。 2019.4.6 前:整理资料,分析机器工作原理,并完成方案设计及结构设计计算部分。并整理计算说明书; 2019.4.15 前:绘制零件图及装配图草图,形成初稿,准备论文中期检查; 2019.4.24 前:利用相关软件进行运动仿真(可选) ,完成毕业设计的修改一稿; 2019.5.1 前:完成毕业设计的修改二稿;完善图纸; 2019.5.6 前:完成毕业设计的定稿;图纸定稿; 2019.5.9 前:整理毕业设计的全部资料,修改不合格部分,合格后全部资料装订成册;2019.5.10:进行毕业设计网上重复度查询,提交查询报告,通过毕业答辩的资格审查,进行毕业答辩; 2019.5.20 前:上交所有的毕业设计资料。 三、毕业论文(设计)必读参考资料1孙恒, 陈作模. 机械原理. 第七版. 北京:高等教育出版社, 2006:15-205 2濮良贵 ,纪名刚. 机械设计.第八版. 北京:高等教育出版社, 2006: 06-302 3杨家军. 机械创新设计技术. 北京:科学出版社,2008 4哈尔滨工业大学理论力学教研室. 理论力学. 高等教育出版社 ,2009 机械设计手册 互联网 指导教师签名: 教研室主任签名: 院长签名(章): 年 月 日本科生毕业论文(设计)开题报告姓名 学号 专业 机械设计制造及其自动化题目 玉米脱粒机的设计一 研究的目的和意义(不少于 400 字)玉米是世界三大粮食作物之一,种植面积仅次于水稻和小麦,位居第三。玉米不仅是作为粮食使用,还是化工、医药、视频、能源等多种产业的重要原料,在世界各国的粮食安全和国民经济发展中占有及其重要的地位。20 世纪 90 年代以来,世界各国对玉米的需求量和利用率呈上升趋势。玉米,从作为人类口粮,到作为畜生饲料,再到工业生产原料,经历了三个阶段的身份转变。玉米作为口粮消费占了玉米总消费量的 5%左右,不过随着时代的变迁,这个比例出现了逐年下降的趋势。玉米作为三大主要粮食品种之一,在解决人类温饱的问题上起到了举足轻重的作用。今天,世界各地人民仍然把玉米当做餐桌上必不可少的食品,任何生活水平的人们都有食用玉米的习惯,在经济水平相对发达的国家,人们也广泛运用玉米来补充人类所需的矿物质。而经济水平相对落后的某些国家,廉价的玉米,甚至可以作为每日的充饥之物。在这样的大环境下,玉米行业产生了前所未有的活力,农民和商人也对此充满热情。温家宝总理也曾提出:要居安思危,思则有备,有备无患。储粮于田,储粮于库,都是为了维护农民的利益,维护粮食市场的稳定,维护国家粮食的安全。因此玉米生产的质量和效率就尤为重要。但是由于受到生产工具的限制,农民面临这现实性的难题脱粒,目前我国大多数的玉米产地都在沿用着如下脱粒方式:1,比较落后的脱粒方式:如连盖打、竹片撬、木棒打、两个玉米棒子相互搓、螺丝刀脱粒以及一些老式手摇脱粒机脱粒等,这些落后的脱粒方式沿用至今,严重制约着玉米生产的效率,让农民的劳动更加繁重不堪;2,采用大、中型玉米脱粒机:利用大、中型脱粒机设备脱粒。这种方式脱粒,容易将玉米粒及玉米芯打碎,严重影响玉米质量。在玉米脱粒过程中往往一次脱粒脱不干净,需要第二次脱粒。同时,购置大、中型的脱粒机费用较贵,制约农民朋友的购买热情,影响玉米农户的收入。由于国内玉米穗脱粒时水分高,籽粒与芯轴连接强度大,致使脱离质量下降,脱粒损失提高。了解国内玉米脱粒机发展现状,结合我国国情,研制出满足我国脱粒市场需求的高脱净率、低损伤率玉米脱粒机,是我国种子加工中迫切需要解决的一个实际问题。因此,根据玉米脱粒过程中存在的问题,本文设计了一种结构简单,制造方便,脱粒效率高的小型电动脱粒机。二国内外现状和发展趋势(不少于 400 字)玉米脱粒机是我国粮食收获的重要农业机械之一。据调查,目前脱粒机在我国农村仍然被广泛使用于对水稻、小麦和玉米等作物的脱粒作业,全国约有 60%以上的水稻是用动力或人力脱粒机进行脱粒,小麦有近 30%是靠脱粒机脱粒。另外,由于我国地域广阔,各地的地理、气候、农艺要求和经济状况等差异都较大,在丘陵、半山区的间作套种地区以及杂粮、水稻种植区,玉米脱粒机的使用仍十分广泛。所以随着农业的发展,玉米脱粒机具有十分广阔的市场前景。脱粒机在我国出产使用已经有十年的历史,将玉米籽从作物的穗头上分离下来所使用的机具,称为脱粒机具。但是目前我国所采用的都是通过打击原理设计的普通脱粒机,各种传统普通机型的主轴转速在 320r/min 以上、滚筒外缘线速度均大于 8m/s,是靠钉齿或窄板齿高速打击玉米穗实体的,对玉米籽伤害较大。但由于普通脱粒机的个别主要性能指标偏低;玉米脱粒后的破碎率较高,致使玉米制种企业多年来受到脱粒环节损失量偏大的困扰。我国每年玉米制种量约为 180 万,损失量按 5%计算,将造成 0.9 万的玉米种子损失。目前发达国家如美国已经将以打击原理为主的玉米脱粒机淘汰,用一种挤搓技术原理的脱粒机取代,并已经得到广泛应用。这种技术符合脱净效率高、破碎率低的要求,全面克服了老式脱粒机存在的缺点。新型脱粒机的损失至少比老式型减少 5%,而且对普通玉米和种子玉米均适合。从 1785 年苏格兰人朱梅克(Andrew Meikle)发明第一个回转滚筒脱粒装置,人们对种子玉米脱粒装置做了大量的试验和研究,不断开发新的种子玉米脱粒装置。1815 年美国开发出世界上第一台专用于玉米脱粒的手工操作玉米脱粒机。该玉米脱粒机的脱粒部分主要由装有钉子的盘型脱粒装置构成,通过手摇曲柄来转动一个安装有钉子的盘子。脱粒时,操作员一边摇动曲柄来旋转盘片,一边使紧压玉米穗,这个盘子就从玉米芯上把籽粒脱落下来。美国 AEC group 公司生产的 HS-48 型挤搓式种子玉米脱粒机,脱粒性能好、对不同类型种子玉米的适应性强、种子破碎率相对打击式种子玉米脱粒机小,在欧洲及美国等发达国家应用普遍。该机生产率高(10-12t/h),破碎率 0.8%左右,但体积庞大,价格昂贵。80 年代初期,我国开始推行实现种子生产专业化、种子加工机械化、种子质量标准化、种子布局区域化和以县为单位组织统一供种“四化一供的种子体系,政府拨款从国外引进一批种子加工成套设备。1996 年重庆市农机所陈宫西开发采用搓擦式原理5TY-0.2 型玉米脱粒机。2001 年农业部规划设计研究院何晓鹏在消化吸收美国引进设备的基础上自主研发新型挤搓式玉米脱粒机,由北京西达农业工程科技发展中心进一步改进的基础上生产出了各种系列挤搓式玉米脱粒机。2007 年沈阳农业大学李心平研制出了差速式玉米脱粒机。我国对于此项技术研究工作起步较晚,因此目前广泛使用还是以老式的脱粒机为主,但就现在的研究成果来看,进步非常快,通过参加国外的技术进行研究,并不断加以改进,我国已经初步掌握了该项技术,并且正在进行完善、深入研究、系列化及推广工作,相信在不久的将来我国将会拥有自主研制的高科技的玉米脱粒机。三主要研究内容和技术方案(不少于 400 字) 调查市场现有玉米脱粒机的脱粒方式具体调查市面已有的玉米脱粒机,分析它们的脱粒方式,主要有碾压式、搓擦式、差速式、挤压式和打击式等 5 种脱粒方式。根据脱粒滚筒的外形可以分为圆盘形、圆柱形和圆锥形。按脱粒滚筒的安放形式又可以分为卧式和立式。按脱粒元件来分其种类更多,常见的有纹杆钉齿、弓齿、风扇叶轮及组合式等。 多种玉米脱粒机脱粒方式对比利用列表法罗列出各种玉米脱粒机脱粒方式并且进行对比,对比的项目主要包括脱粒的速度、效率、种子玉米破碎率、是否脱净等方面比较。对比出它们的优缺点。选择出最好用的脱粒方式,以作参考。 设计玉米脱粒机的喂料机构设计出一种玉米脱粒机的喂料机构,综合考虑玉米喂料的方式,现在以下 3 种方式1:玉米棒头部先进入工作区;2:玉米棒尾部先进入工作区;3:玉米棒身平行进入工作区;列出各种喂料方式进行优劣性对比,综合考虑选择出最合理的喂料方式,及其机构的设, ;并在此依据基础上完成零部件的设计。 设计玉米脱粒机的脱粒机构通过市场玉米脱粒机的调查对比,总结出各种脱粒方式的优缺点后,设计出一种完善的脱粒机构,包括玉米工作面的选择、刀具的对比选择、脱粒方式的选择(包括碾压式、搓擦式、差速式、挤压式和打击式、刀具平行切割、刀具环形切割等方式) ,并设计出脱粒机构传动部分的传动系统 设计玉米脱粒机的筛选机构设计出一种玉米棒和玉米粒的筛选机构,确保脱粒前玉米棒的筛选和脱粒后玉米粒大小的分类,及其脱粒后玉米空棒的回收工作 设计玉米脱粒机的除尘机构一种玉米粒的清理除尘机构 考虑玉米脱粒机的安全设置及其设备的维护设计的玉米脱粒机必须考虑其安全装置,机箱的设计、工作区域的安全工作,防止脱粒后的玉米粒飞溅出来伤人 玉米脱粒机的三维模型及其仿真设计 基于样机虚拟技术,通过玉米脱粒机的设计,建立三维模型,进行脱粒运动分别找出它们的优缺点。并进行控制系统与机械传动系统的联合仿真,为玉米脱粒机样机的研制提供依据。 玉米脱粒机的传感器检测技术玉米棒是否脱粒干净,将检测刀的信息反馈到控制系统,控制系统作出判断,以指挥脱粒机的下一步动作。脱粒干净的玉米棒和脱粒不干净的玉米棒进行筛选回收再脱粒,保证脱粒机的脱粒效果。四进度安排计划编写完成论文的时间为 2015 年 3 月初到 2015 年 5 月底,具体安排如下:(1)任务安排及相关事项说明,收集资料(12 个星期) ;(2)方案设计(确定清洗机各部分的结构)(12 个星期) ;(3)草图设计(画出清洗机各零件的三维图、运动仿真模型等) (12 个星期) ;(4)绘制零件图(1 个星期) ;(5)完成装配图(12 个星期) ;(6)主编写论文(12 个星期) ;(7)答辩。 5参考文献与资料1 孙桓,陈作模 . 机械原理. 6版. 北京:高等教育出版社,2001.2 濮良贵,纪名刚 . 机械设计. 7版. 北京:高等教育出版社,2001.3 濮良贵. 机械设计. 5版. 北京:高等教育出版社,1989.4 濮良贵. 机械零件. 4版. 北京:高等教育出版社,19825 成大先. 机械设计手册. 4版. 北京.化学工业出版社,2005.6 吴宗泽. 机械设计课程设计手册. 3版. 北京:高等教育出版社,2006.7 龚桂义. 机械设计课程设计图册. 3版. 北京:高等教育出版社,2005.8王先逵. 机械制造工艺学上下册. 北京: 清华大学出版社,1989.9李宝筏. 农业机械学 . 北京:中国农业出版社,1994.10吕仲文. 机械创新设计. 北京:机械工业出版社,2004.11王成焘. 现代机械设计思想与方法. 上海:上海科学技术文献出版社,1999.12王步瀛. 机械零件强度计算的理论和方法. 北京: 高等教育出版社,1986.13陈吕西. 5TY0.2 型玉米脱粒机. 粮油加工(电子版)杂志.1998.14阎志清, 高太宁. 我国脱粒机行业现状及对策. 粮油加工(电子版)杂志.1998.15常建国. 黑龙江省脱粒机械的现状及发展建议.粮油加工(电子版)杂志.1998.16宋彦文,常友山 . 玉米脱粒机的改进. 农机质量与监督.1995.17阎冠,张守勤 . FTY-10型玉米种子复式脱粒机 . 粮油加工(电子版)杂志.1994.18崔东飞. 齿盘式玉米脱粒机的运动和参数分析. 农业装备技术. 1996.19吴多峰,袁长胜 . HS48 型玉米脱粒机. 现代化农业.200620Juvinall R. C. Engineering Considerations of Stress ,Strain and Strength. New York: McGraw Hill,1967.20Hindhede I ,Uffe. Machine Design Fundamentals:A Practical Approach.New York: Wiley,1983.20Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering.Katson Publ. House.学生签名: 年 月 日指导教师意见指导教师签名: 年 月 日注:开题报告用 A4 纸打印装订在毕业论文(设计)任务书后,学生可根据开题报告的长度加页。开题报告应根据毕业论文(设计)任务书,在教师指导下,有学生本人独立撰写,在毕业论文(设计)开始后三个星期内完成。指导教师意见包括以下内容:学生的调研是否充分;研究内容和技术方案是否明确;是否已经具备开始论文(设计)的条件;能否达到预期目标;是否同意进入论文(设计)阶段。学号: 密级: 本科生毕业论文(设计)玉米脱粒机的设计院(系)名 称:机电工程学院 专 业 名 称:机械设计制造及其自动化 学 生 姓 名: 指 导 教 师: 年五月十二日郑重声明本人呈交的学位论文,是在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果,所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知,除文中已经注明引用的内容外,本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体,均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。本人签名:日 期:I摘 要玉米是一种重要的粮食作物,与其相关的脱粒加工装置一直受到人们的普遍关注。在市面已有的脱粒机中,脱粒装置都是利用安装在高速旋转的主轴上的特殊齿状物对玉米进行碰撞,对玉米进行强行脱粒。这种脱粒方式对玉米粒伤害大、破碎率高、不能达到脱粒要求。根据中国国情的需求,本论文在市面已有机器的基础上设计了新一代的玉米脱粒机,低破碎率、高工作效率是其主要的特点。这对玉米的脱粒具有重要的影响。该脱粒机的脱粒部分主要由栅格式凹版、钉齿脱粒滚筒、钉齿条组成。以电动机为动力,电动机均匀旋转通过减速箱和带传动带动传动轴同步转动,传动轴穿过滚筒与安装在轴上面的钉齿条一起旋转,钉齿条上面分布的钉齿通过搓挤的方式能够使玉米粒脱离下来,脱落的玉米粒和玉米芯通过格栅式凹板和隔板的分离最后从不同的出口排出机体之外。该脱粒机机体结构简单、操作方便、造价便宜,在市场上有不可取代的竞争优势。关键词:玉米;脱粒;钉齿;栅格式凹版;钉齿脱粒滚筒IIIIABSTRACTCorn is a kind of important food crops, with related threshing processing device has been widespread concern. In the market of the existing threshing and threshing device is installed on the high-speed rotation of the spindle by using the special tusk to collision of corn, to clamp down on corn threshing. This way of threshing for corn damage, broken rate is high, cant meet the requirements of threshing.According to the demand of the Chinas national conditions, this paper on the basis of the existing market machine design is a new generation of corn thresher, low breakage rate, high work efficiency is its main characteristic. It has an important influence on corn threshing. The thresher threshing part is mainly composed of grid type gravure, tooth threshing roller, screw rack. Powered by electric motors, motor rotate equably by reducer drive shaft synchronous rotation, and belt transmission shaft through the drum with nail rack installed on axis rotation, the distribution of the rack above the screw tooth rubs ways to make the corn kernels from down, fall off the final separation of corn and corn cob through partition from different export outside eduction body. The sheller the body structure is simple, easy to operate, cost cheap, have irreplaceable competitive advantage in the market.Keywords:corn. Threshing. Nail tooth. Grid type gravure. Spike-tooth cylinderIII目 录摘 要 IABSTRACTII第 1 章 引言 .11.1 论文研究的目的和意义 11.2 国内外现状和发展趋势 11.3 本论文的设计亮点 2第 2 章 总体运动方案设计 .42.1 机器的组成 42.2 机器的总体运动方案 5第 3 章 机械结构设计 73.1 运动及动力参数设计 73.2 电动机的选择 73.3 减速器结构选择及设计 93.3.1 齿轮的设计 103.3.2 传动轴 1、2 的设计 .123.4 V 带及带轮的设计 .153.5 传动轴 3 的设计和强度校核 .203.6 钉齿条的设计 .273.7 钉齿的设计 .273.8 圆盘的设计 .283.9 栅格式凹板的设计 .293.10 机座和箱体的设计 303.10.1 轴承座的设计 303.10.2 螺栓的选择 313.10.3 钩头楔键的选择 31第 4 章 润滑、密封及附件的选择 .324.1 润滑的选择确定 .324.2 密封形式 .32第 5 章 总结与展望 .33参考文献 .34致 谢 .36附 录 .371第 1 章 引言1.1 论文研究的目的和意义玉米被称为三大粮食作物之一,种植面积仅次于水稻和小麦,位居世界第三。玉米除了作为粮食使用之外,还是工业、医药、能源等多种产业的重要原料,玉米在世界各国的粮食生产安全和国民经济发展中占有及其重要的地位。20 世纪80 年代以来,世界各国对玉米的需求量和利用率一直呈上升趋势。玉米最开始作为人类粮食食用,现在已经作为工业生产的原料。玉米作为口粮消耗占据了玉米总消耗量的 10%,但是由于时代的变迁,这个比例出现了逐年下降的趋势。玉米作为世界三大粮食之一,在解决人类温饱的问题上起到了重要的作用。而经济水平相对落后的某些国家,廉价的玉米,甚至可以作为每日的充饥之物。在这样的大环境下,玉米行业产生了前所未有的发展前景,农民和商人也对此充满热情。这都是为了维护农民的经济利益,维护粮食市场的稳定,保护国家粮食的安全。因此玉米生产的质量和效率就显得尤为重要。但是由于受到生产工具的限制,人们面临了一个现实性的难题脱粒。因为国内玉米粒含水分过高,玉米粒与玉米芯连接强度大,导致脱粒质量不理想,脱粒破碎率较高。通过市场调研和国内发展现状,结合我国国情,研制一款满足我国脱粒市场需求的高脱净率、高效率、低破碎率玉米脱粒机,是我国农业生产中迫切待解决的一个重要问题。1.2 国内外现状和发展趋势玉米脱粒机在我国使用情况已经有十多年的时间了,将玉米粒从作物的穗芯上脱离下来所使用的机器,称为脱粒机器。就目前我国所采用的脱粒方式都是通过撞击原理设计的普通脱粒机,大部分传统普通机器的主轴转速在 320r/min 以上、滚筒脱粒速度均大于 7.5m/s,都是通过钉齿或特殊冠状齿型高速旋转打击玉米穗实体来进行脱粒的,这种方式对玉米粒伤害较大。另外大多数脱粒机性能偏低,玉米粒破碎率也比较高,致使玉米制种企业一直受到脱粒环节损失量偏大的困扰。我国每年玉米制种量高达 200 万吨,损失率按 8%计算,将造成 16 万吨的2玉米种子损失。目前部分发达国家已经将以撞击原理为主的老一代脱粒机淘汰,用一种搓挤技术原理的脱粒机取代,并已经开始投入市场广泛应用。这种新型脱粒机完全符合脱净效率高、破碎率低的要求,全面改善了老式脱粒机存在的缺陷。新型脱粒机的损失至少比老式型减少 5%,而且对普通玉米和种子玉米均适合使用。苏格兰人发明了世界上第一台滚筒回转式脱粒机,当时研究者对种子玉米脱粒装置花费了大量的精力,并不断完善、研发新一代的种子玉米脱粒装置。美国农业研究院生产出了世界上第一台手动曲柄式操作玉米脱粒机。该玉米脱粒机的脱粒部分主要由装有钉子的盘型脱粒装置构成,通过手摇曲柄来转动一个安装有钉子的盘子。脱粒时,工作人员需要手动摇动曲柄来转动盘片,通过圆盘与曲轴对玉米进行挤压从而达到脱粒的效果。在之后的几十年里,美国一家农业公司生产了一种搓挤式种子玉米脱粒机,脱粒性能好、效率高、种子破碎率相对撞击式脱粒机减少 50%,在欧洲部分发达国家投入使用。该机器生产率高(11t/h),破碎率低(1%),但是体积庞大,造价昂贵。80 年代中期,我国意识到农业生产的重要性,政府出资从国外引进一批种子玉米搓挤式脱粒机用于研究。1996 年我国生产了搓擦式原理的玉米脱粒机。2001年农业设计研究院的工作者在学习国外脱粒机的基础上自主研发了新一代搓挤式玉米脱粒机,最后进一步改进生产出了各种系列搓挤式玉米脱粒机。2007 年我国研制出了差速式玉米脱粒机。我国对于此项技术研究工作起步比较晚,因此目前广泛使用的还是以老式的脱粒机为主,但就现在的研究成果来看,我国脱粒机的进步非常快,通过参加国际上的技术研究交流,不断改进,我国已经初步掌握了该项核心技术,正在进行深入研究的后续工作,相信在不久的将来我国将会拥有自主研发的高科技的玉米脱粒机。1.3 本论文的设计亮点目前我国大多数的玉米产地都在沿用着如下脱粒方式:1,相对较落后的脱粒方式:如圆盘敲打、竹片撬击、木棒打击、两个玉米棒相互搓挤、刀具脱粒以及一些老式手摇式脱粒机脱粒等,这些落后的脱粒方式3一直沿用至今,严重约束着玉米生产的效率,让农民的劳动更加繁重头痛;2,采用大、中型玉米脱粒机:利用大、中型脱粒机设备脱粒。这种方式脱粒,容易将玉米粒及玉米芯打碎,严重影响玉米粒质量。另外,大型机器脱粒很粗糙,一根玉米往往需要多次脱粒,才能完全脱粒干净,这也严重影响了玉米脱粒的工作效率。同时,购置大、中型的脱粒机费用较贵,制约农民朋友的购买热情,影响玉米农户的收入。针对国内发展现状中存在的问题,本论文设计了一种结构简单、造价成本低、脱粒效率高、脱净率高、破碎率低的小型电动脱粒机。该玉米脱粒机也是利用搓挤原理进行工作的,通过特别设计的平行钉齿对玉米穗进行多次循环搓挤,使玉米粒与芯轴松动达到脱粒的目的。4第 2 章 总体运动方案设计2.1 机器的组成这款玉米脱粒机由电动机、机械传动部分、入料结构、脱粒结构、筛选结构、出料结构和机箱组成。如图 2.1 所示:图 2.1 机构总体结构图1.电动机 2.单级减速器 3.隔板 4.格栅式凹板 5.V 带传动 6.脱粒滚筒 7.传动轴 8.入料口 9.钉齿 10.钉齿条 11.圆盘 12.轴承座 13.玉米渣出料口 14.玉米粒出料口5机械传动部分机构传动部分主要由电动机、单级圆柱齿轮减速器、V 带传动和主轴组成。入料结构入料端口与脱粒机的机体上盖连接,入料板是利用 2mm 的钢板制成,入料部位与钉齿滚筒的钉齿部位连接在一起,工作时,只需将简单处理的玉米从入料口投入,玉米下落到脱粒部位后,即钉齿滚筒和栅格式凹板之间,进行脱粒。脱粒结构脱粒部分主要由脱粒滚筒、钉齿条、栅格式凹板、钉齿固定圆盘组成。当玉米进入脱粒滚筒后,玉米在钉齿条的回转引导作用下,卡在栅格式凹板的钢条之间,钉齿条在主轴的同步转动下使玉米受到钉齿的搓挤作用进行脱粒,受到作用后脱落下来的玉米粒从栅格式凹板的缝隙之间下落到隔板上,经过脱粒完成的玉米芯和玉米粒分别从不同的出料口排出机体。筛选结构筛选部分主要是用来分离玉米粒和玉米渣的,分离工作由栅格式凹板和玉米粒隔板来完成,凹板由 25 根钢条依次排列构成的网状结构,内铺在脱粒滚筒的圆弧面,脱落下来的玉米粒从栅格式凹板网装结构进行分离,从网状的缝隙落下,经过隔板的缓冲减速之后从出料口排出。玉米碎屑或者较轻的秸秆杂物、灰尘等能够随风从出风口排除,另一部分:玉米颗粒能够不受风力影响顺利掉落在玉米隔板上,得到干净无杂物的玉米颗粒。出料结构出料部分由两个出料口组成,分别为玉米渣出料口和玉米粒出料口。脱粒完成的玉米渣在钉齿螺旋回转导向作用下,由脱粒滚筒出料口排出机体之外,玉米粒经过简单的筛选除尘之后,沿斜滑板滑出机体之外。2.2 机器的总体运动方案经过市场调研和设计,规定脱粒机机体的容积为 728L,机体长、宽、高尺寸分别为 1300mm、700mm、1100mm,工作效率 650700kg/h 的进度完成脱粒。脱粒机的动力由安装在机体下梁上的电动机提供,电动机的外观尺寸不易过大,尽量节省空间。电动机均匀旋转通过单级圆柱齿轮减速器减速,运动传递经过 V 带传动进一步减速得到主轴的转速一般在 320420r/min,大带轮与传动轴同步转动,传动轴穿过滚筒与安装在轴上面的钉齿条一起旋转,钉齿条上面分布的钉齿通过搓挤的方式能够使玉米粒脱离下来,脱落的玉米粒和玉米芯通过栅格式凹板的分6离最后从不同的出口排出机体之外。该脱粒机的工作效率很可观,此外,该玉米脱粒机还有安全性能高、坚固耐用、结构简单便于维修和保管的特点。根据实践测量得知:当玉米粒受大于 42N 的压力会从玉米棒完全脱离,所以接触玉米的每个钉齿的均匀受力为 42N,当玉米脱粒机正常工作时钉齿滚筒上的钉齿条快速旋转,其中均有两条钉齿条受玉米所给的切向力,而另外两个钉齿条是空行程,根据设计要求需要,选择参与工作的钉齿个数 较为合理。7M根据玉米脱粒机一书中可知,一种小型玉米脱粒机的介绍中:当玉米脱粒机脱粒滚筒处于工作状态时,钉齿条和钉齿转数一样,这里取主轴转速400r/min,根据主轴所需转速合理分配传动比,取 1 级减速器的传动比 3.4,V带传动比 i=23,即可满足电动机的转速与主轴的转速相匹配,带式输动机工作时有轻微震动,经常满载,每天双班制工作 16 小时,工作电压为 380/220V。机构运动简图如图 2.2 所示:图 2.2 机构运动简图1、电动机 2、单级圆柱齿轮减速器 3、传动轴 2 4、传动轴 1 5、V 带 6、传动主轴 3 7、钉齿条7第 3 章 机械结构设计3.1 运动及动力参数设计已知条件:根据实践测量得知:接触玉米的每个钉齿的均匀受力为 42N,选择参与工作的钉齿个数 7M较为合理。由切向力公式可知:*42758FNMZN(3.1)其中:N钉齿所受的力M参与工作的钉齿个数Z参与工作的钉齿条数即:玉米脱粒机正常工作时,受到的切向力为 588N.根据玉米脱粒机一书中介绍可知,当玉米脱粒机处于工作状态时,钉齿条上的钉齿有相同的转速,主轴转速 400r/min,由脱粒机资料可知,转速主要跟主轴的转速和钉齿的半径有关。钉齿半径 435mm,即:*3.14059.106/606NDVms(3.2)其中:V脱粒机工作时钉齿的转速N主轴旋转的速度D钉齿的半径玉米脱粒机工作时所需要的功率主跟由钉齿所受阻力和转速有关,即:8589.1065.3wpKW(3.3)其中: 玉米脱粒机功率w3.2 电动机的选择3.2.1 电动机的功率脱粒机传动部分的总效率为 ,即a123=*(3.4)其中 、 、 分别为每一个运动副的效率,选取传动副的效率值如下: 123根据机械设计一书可知:滚动轴承取 10.9、 V 带传动取 、20.97滚筒转动取 3即: a123=*0.96.电动机的功率由公式计算:wa=PKW(3.5)即: da*589.106=.5710FVP3.2.2 电动机的转速根据资料齿盘式玉米脱粒机的运动和参数分析一书中可知,为了满足玉米粒能刚好脱落,也不至于受挤压力过大而破损,主轴的转速一般在 320420r/min,根据主轴所需转速合理分配传动比,取 1 级减速器的传动比3.4,V 带传动比 i=23,即可满足电动机的转速与主轴的转速相匹配,故电动机转速范围可选为:n*(6.102)470r/mindi:9(3.6)符合这一范围的同步电动机转速的有 290r/min,根据其他相关要求,由机械设计一书查表可查出电动机型号,如表 1:表 3.1 电动机的型号和技术参数及传动比电机型号 额定功率 电动机转速 基本参数P/KW 同步转速 满载转速 效率(%)电动机重量(KG)功率因素Y132S1 5.5 3000 2900 85.5 64 0.88选定电动机型号为 Y132S1-2。表 3.2 其主要参数如下表满载时型号 额定功率转速r/min电流(380v)效率 功率因素额定电流额定转矩最大转矩Y132S2-25.5 1440 11 85.5 0.84 7 2.0 2.2表 3.3 电动机尺寸列表中心高 外形尺寸 底脚安装尺寸地脚螺栓孔直径轴伸尺寸 装键部位尺寸电动机的输出尺寸10132 475 345315216 140 12 38 8010 41 333.3 减速器结构选择及设计根据玉米脱粒机的要求,需设计一个单级圆柱齿轮减速器,减速器使用年限10 年,工作为一班工作制,载荷平稳,室内工作,输出端转速 ,减850/minvr速器传动比 3.4i。 该减速器仅由齿轮传动组成,即可满足传动比要求。传动系统方案如下图 3.1 所示:图 3.1 减速器结构设计3.3.1 齿轮的设计3.3.1.1 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数。1.按要求可知,选用斜齿圆柱齿轮传动,采用软齿面。运输机为一般机器,速度不高,选用 8 级精度(GB10095-88)。2.根据机械设计一书查表可知,大小齿轮材料为 45 号调质钢 。 113.选小齿轮齿数为 , 齿轮齿数为 。取 80.120Z203.987.4Z4.螺旋角:初选 43.3.1.2 按齿面接触强度设计齿轮。由设计计算公式:222.3*1()/*edKTZudHu(3.7)确定有关参数: 载荷系数 ; 小齿轮的转矩 ;齿宽系数 ; 1.3tK1203TNm:1d;189.eZMP4u3.3.1.3 计算齿轮各项参数1.计算小齿轮分度圆直径 ,代入 中较小的值。 1tdH2212.3.1034.987.3.89756.17td m许用接触应力:(5402.)/531.2HMPa(3.8)2.计算圆周速度 V。 1*/601.25/tdnms(3.9)3.计算齿宽 b 及齿宽与齿高之比 b/h 。 1*67.5.17td(3.10)模数: 011cos/43.cos23.58tmZm齿高: 2.5.587.6h12齿宽: 67.15.68.b4.计算纵向重合度0.1324tan1.903(3.11)5.计算载荷系数。根据 V=1.125m/s,7 级精度。由机械设计一书图 10-8 查得动载系数, 1.5vK查表 10-3 可知斜齿轮 ;1.51vKHF由表 10-2 查得使用系数 KA=1; 用插值法查得 7 级精度小齿轮相对支承非对称布置时,由表 10-4 ,.349由图 10-13 查的 1.28KF故载荷系数:1.5.3491.5avHKF(3.12)6.校核分度圆直径,由式1(/)67.15(.1.3)7.2ttdKm(3.13)7.计算模数。1/7.203.56mdZ(3.14)按接触强度算得的分度圆直径 ,计算应有的齿数。 1.算出小齿轮齿数 取 01cos/48.6cos2.58Zd12Z8.几何尺寸计算:13(1)、计算分度圆直径 128.570dZm2m(3.15) (2)、计算中心距 012()/(7.5)/2cos1473.5ad(3.16)(3)、按圆取整后的中心距修正螺旋角012arcos()/148Zma(3.17)由于角度相差不大,故参数不必修正。计算分度圆直径: 01/cos47dZn02/cos1427.5dZnm计算齿轮宽度: 1*bm圆整后取: 175B2703.3.2 传动轴 1、2 的设计3.3.2.1 轴的材料和热处理的选择由机械零件设计手册中的图表查得传动轴 1、2 选 45 号钢,调质处理,HB217255650bMPa360sPa180MPa3.3.2.2 按照扭转强度初步设计轴的最小直径根据轴的扭转强度来初步计算确定其最小直径,可利用经验公式:3min0pdA(3.18)14主动轴: 1334.02586.Pnd从动轴: 2233.940.861考虑键槽: 16.057.352d考虑键槽: 24.894.选取标准直径: 17dm选取标准直径: 2453.3.2.3 轴的结构设计根据轴上零件的结构特点和工作条件,同时考虑到强度的原则,主动轴和从动轴均设计直轴中的阶梯轴进行运动传递。此轴的设计如下:3.3.2.4 轴的强度校核主动轴的强度校核:圆周力: 201045/732.14tTFNd9.153Nm:100.ebMd(3.19)径向力 : 0tan342.7tan1249.rFN(3.20)轴向力 : tan/0a15(3.21)作主动轴受力简图 3.2 所示:图 3.2 减速器主动轴强度校核0.5.432.716.357HABtRFN69805/8CHAMLm:.VB0.538.7290.5/1.27CARLN:16转矩: 90.153TNm:校核: 222.8.76.4CHVCM:2 222136.40.9153.68eaTNm由图表查得, 15bP3316.0029.1.*5ebMd m(3.22)考虑键槽: 29.3d则强度满足设计要求。3.4 V 带及带轮的设计根据玉米脱粒机的设计要求,需要在减速器和传动轴之间采用 V 带传动,因为在脱粒机的工作过程中,V 带传动结构简单、传动平稳、价格便宜、不需要润滑、易维护等特点。而且 V 带的弹性滑动对脱粒机的传动轴起到过载保护,减少机器机器损伤,因此在减速器和轴之间选用 V 带传动配合是很合理的。3.4.1 已知条件和设计内容 设计 V 带传动时的已知条件包括:带传动的工作条件;传动位置与总体尺寸限制;所需传递的额定功率 P、小带轮转速 、大带轮转速1850/minr240/minnr、传动比等因数 。12.4ni3.4.2 确定计算功率计算功率 是根据传递的功率 P 和带的工作条件而确定的caPcaAPK(3.23)17式中: 工作情况系数,查机械设计一书中的表 8-7 可知:AK 1.0AK计算功率caP所需传递的额定功率,如电动机的额定功率或名义的负载功率 1.05.caPKW3.4.3 选择 V 带的带型根据计算功率 和小带轮的转速 ,查机械设计一书图 8-11,可以选ca1n择 V 带的型号为 B 型。3.4.4 确定带轮的基准直径 并验算带速 V1d根据机械设计一书图 8-6、8-8,取小带轮基准直径 1d30m1*d3.4085.7/606nv s(3.24)因在 525m/s 的范围内,故带速合适。计算大带轮的基准直径 2d12n850*13276.5m4dd(3.25)根据要求取整 270dm3.4.5 确定传动中心距 a 和带长 dL由 12120.7*()a*()DD3300.+718028ma(3.26)初定中心距: 0a=5(d21d0120)L2*+()+4ad2d03.4(73)5(0)6.825m(3.27)按机械设计一书中查表 82, 选带的基准长度 160dL, 按照机械设计一书中式 823 实际的中心距: 001635498.522dLa m498a3.4.6 验算小带轮上的包角 1002118*57.3daa0001 .169498(3.28)满足 V 带传动的包角要求.3.4.7 确定 V 带的根数 zV 带的根数 Z 由下列公司计算:0()caAraLPKZ:(3.29)19为了使各根 v 带受力均匀,带的根数不宜过多,一般应少于 10 根。否则,应选择横截面积较大的带型,以减少带的根数。考虑的材质情况系数,简称材质系数,对于棉帘布和棉线绳结构的胶带,lK取 K=0.75,对于化学线绳结构的胶带,取 K=1.0。(1)计算单根 v 带的额定功率 rP由 d30m和 1850/in,根据机械设计查表 8-4a,得02.5PKW根据 18/inr, 和 B 型带,根据机械设计查表 8-4b,得2.0.36PKW:(2)根据机械设计查表 8-5 得 925a根据机械设计查表 8-2 得 .l则: 0()(0.36).0.2.43ralPKKW:55.6(2.).92Z(3.30)即:Z=2 根.3.4.8 计算单根 V 带的初拉力 0minF( )根据机械设计查表 8-3 得 B 型的单位长度质量 q=0.18kg/m2ca0min(2.5)P()+vzKF(3.31)即: 20(2.59).5=+0189.=56.NF3.4.9 求 V 带传动作用在轴上的压轴力 20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 ,它等于 VpF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:pF10mina=2*()s2Z(3.32)求得: 0p16=25sin=93.57N2F3.4.10 V 带轮的设计1. 带轮的材料因为带轮的转速 ,即 ,转速比较底,所以材料选定为灰5.78/vms25/vs铸铁,硬度为 。10HT2.带轮的结构形式V 带轮有轮缘、轮辐和轮毂组成。V 带轮的结构形式主要与带轮的基准直径有关,选择带轮的结构形式,根据带的型号来确定带轮轮槽的尺寸,设计如下;(1)主动带轮的结构选择 因为根据主动带轮的基准直径尺寸 130dm,而与主动带轮配合的输出轴的直径是 ,038dm因此根据机械设计一书中经验公式:02.593dm(3.33)10381d所以主动带轮采用腹板式。(2)带轮参数的选择:21主动带轮的厚度可以由计算公式:(Z1)*t2sB(3.34)求得: (3)0458m3.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,所以从动带轮同样采用腹板式。2240,D30m从动带轮的参数选择:通过查机械设计基础一书,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 3.4 带轮参数带的型号m f t s pbbB 16 5 20 14 14 7.5 03817.4
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