马铃薯清洗机的设计【含CAD图纸、说明书】
xx 大学 全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 设 计 马铃薯清洗机的设计 THE DESIGN OF THE SWEET POTATO WASHING MACHINE 学生姓名 学 号 年级专业及班级 机械设计制造及其自动 化 指导老师及职称 教授 学 部 提交日期 年 5 月 xx 大学全日制普通本科生 毕业设计诚信声明 本人郑重声明 所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下 进行研究工作所取得的成果 成果不存在知识产权争议 除文中已经注 明引用的内容外 本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的 作品成果 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确 的说明并表示了谢意 同时 本论文的著作权由本人与 xx 大学 指导教 师共同拥有 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 毕业设计作者签名 年 月 日 目 录 摘要 1 关键词 1 1 前言 2 2 清洗机的结构及工作原理 3 2 1清洗机的结构 3 2 2马铃薯清洗机的工作原理 3 3 总体方案的论证 4 4 总体方案的论证 4 4 1 方案一 齿轮传动 4 4 2 方案二 带传动 5 4 3 方案三 链传动 5 5 结构设计 6 5 1 选用电动机 6 5 2 机械传动装置的总体设计与计算 8 5 3 机械传动件的设计计算 9 5 3 1 链条的设计与计算 10 5 3 2 滚子链的静强度计算 11 5 4 链轮基本参数和主要尺寸 11 5 5 摩擦轮的设计与计算 14 5 5 1 摩擦轮方案选择 14 5 5 2 摩擦轮的材料 16 5 5 3 摩擦轮传动的设计和计算 16 5 6 轴的设计和计算 18 5 6 1 轴的材料 18 5 6 2 轴的结构设计 18 5 6 3轴的强度的校核 18 5 7轴承盖的设计计算 21 5 8 联轴器计算及选择 22 5 8 1 联轴器的选用 22 5 8 2 联轴器的型号和主要尺寸 22 5 9 轴承的选择和润滑及其寿命计算 23 5 9 1 轴承的选择 23 5 9 2 轴承寿命计算 23 5 9 3轴承的润滑 24 5 10 滚筒材料的选择 24 6 结论 25 7 总结 26 参考文献 26 致谢 27 1 马铃薯清洗机的设计 摘 要 滚筒式清洗机是借圆形滚筒的转动 使原料在其中不断地翻转 同时用水 管喷射高压水来冲洗翻动的原料 以达到清洗目的 污水和泥沙由滚筒的网孔经底部集水 斗排出 该机用于清洗马铃薯 本滚筒式清洗机 是一种比较实用的食品初加工机械 它 是由机架 电机 皮带传动系统 减速器 联轴器 链轮传动系统 轴承 螺旋式滚筒 冲洗水管 进出料机构组成 电机 减速器固定在机架上 电机通过皮带传动系统与减速 机相连 减速机通过联轴器与小链轮相连 大链轮带动滚筒上的摩擦轮而使得滚筒转动 滚筒内部有螺旋导板 在旋转的同时 通过螺旋导轨实行原料的推进 本新型滚筒式清洗 机具有结构简单 能耗低 工作可靠 制造成本低的优点 关键词 清洗机 加工机械 滚筒式 螺旋 摩擦轮 2 The Design of the Sweet Potato Washing Machine Abstract Drum type washing machine is a circular cylinder by rotation in which the raw materials continue to flip while high pressure water spray with a hose to wash turning raw materials to achieve the cleaning purpose Water and sediment from the bottom of the drum set by Pelton mesh discharged Washing machine for sweet potato The drum washing machine is a relatively early use of food processing machinery which is from the rack motor belt drive system reducer coupling sprocket drive system bearings spiral rollers wash water block plate the material agencies Motor gear rack fixed to the motor through the belt drive system is connected with the reducer speed reducer is connected through the coupling and the small sprocket large sprocket driving the friction wheel roller and makes rotating drum drum inside have a spiral Guides in the rotation at the same time promote food discharge This new type of drum type washing machine has benefits of simple structure low energy consumption reliable low manufacturing cost Key words Washing Machine Food Processing Machinery Drum Type Spiral Friction Wheel 3 1 前言 食品机械行业是直接为食品工业服务的行业 食品工业的发展带动了食品 机械的发展 而食品机械行业的科技进步与发展 又为食品工业发展创造了有 利的物质条件 大大推动食品工业向前发展 随着食品工业的发展 食品机械在食品工业中的地位越来越重要 现代化 的 食品机械不仅可以生产出高附加值的产品 而且可以提高资源的利用率 制造 业的高速发展 也促进了清洗设备 清洗剂等企业的快速进步 民用 工业两 大清洗领域巨大的市场需求 造就了中国清洗行业崭新的未来 为适应我国农产品快速发展需要 农产品清洗设备在我国逐步发展起来 许多农作物由于生长过程中必然会带有泥土和农药 所以清洗农作物的大量劳 动是影响我国农作物一个重要问题 如果采用大量人力的话必然导致劳动力资 源的浪费 所以生产一种农作物清洗机械对提高生产力具有重要影响 清洗按照精度的要求不同 主要分为一般工业清洗 精密工业清洗和超精 密工业清洗三大类 一般工业清洗包括车辆 轮船 飞机表面的清洗 一般只 能去掉比较粗大的污垢 精密工业清洗包括各种产品加工生产过程中的清洗 各种材料及设备表面的清洗等 以能够去除微小的污垢粒子为特点 超精密清 洗包括精密工业生产过程中对机械零件 电子元件 光学部件等的超精密清洗 以清除极微小污垢颗粒为目的 近年来 干式清洗发展迅速 如激光清洗 紫 外线清洗 等离子清洗 干冰清洗 真空清洗等 在高 精 尖工业技术领域 得到快速发展 尤其是碳氢真空清洗技术的引入已在形成现在精密五金零件的 主要清洗趋势 是目前替代 ODS 最好工艺路线 中国清洗行业的现状我国到处 都在建设新的工厂和生产线 正在逐步成为 世界加工厂 巨大的市场需求 为工业清洗设备制造商和专业清洗剂生产供应商提供了快速发展的良机 目前 各种清洗设备生产制造经营企业已达 1000 多家 1 所以 农作物清洗机械的优化 改进 创新是极其重要的 4 2 清洗机的结构及工作原理 2 1 清洗机的结构 设计的马铃薯清洗机主要由滚筒 传动装置 喷淋水管 电机 进出料斗 出泥斗等组成 通常称为滚筒式马铃薯清洗机或鼠笼式马铃薯清洗机 电机固定 在机架上 主动轴从传动系统中得到动力后带动其上的摩擦轮转动 摩擦轮紧贴 滚圈 摩擦轮与滚圈相互间产生的摩擦力驱动滚筒转动 滚筒是带有网面的内 壁有螺旋导轨的圆柱形圆柱筒 滚筒被四个支座支撑 2 2 马铃薯清洗机的工作原理 图 1 总装图 Fig 1 Assembly Diagram 马铃薯清洗机的工作原理是马铃薯经进料斗进入到旋转的滚筒内 喷头进 行喷水 滚筒在水池中旋转 滚筒旋转时利用筒内壁螺旋导轨实现马铃薯的推 进 马铃薯沿滚筒壁向前运动 在运动过程中马铃薯不断被水刷洗 马铃薯之 间的摩擦 翻转间的刷洗 马铃薯与滚筒壁之间的磨擦 在共同作用下完成马 铃薯表面的清洗过程 以达到清洗的目的 在滚筒的下面设有淤泥清除口 3 总体方案的论证 滚筒清洗机机的清洗机器为主要实行机构 其性能的好坏直接影响清洗机 5 机的效率 还有传动系统和集尘装置也是清洗机机的主要机构 方案一 清洗机器传动 由电动机经皮带轮传动主轴使摩擦轮高速旋转 滚筒传动 由电动机经链轮传动带动托轮 再以摩擦传动滚筒 方案二 清洗机器传动 由电动机经齿轮传动主轴使摩擦轮高速旋转 滚 筒传动 由电动机经由皮带轮传动带动托轮 再以齿轮传动滚筒 方案三 清洗机器传动 由电动机经链轮主轴使得摩擦轮高速旋转 滚筒 传动 由电动机经由齿轮传动带动托轮 再以齿轮传动滚筒 方案一结构紧凑 布局合理 传动简单 可靠性高 使用寿命可以得到保 障 制造成本低 加工简单 方案二 三效率比较低 加工成本高 经过三个 方案的比较 选用方案一 4 传动方案的论证 4 1 方案一 齿轮传动 图 2 齿轮传动 Fig 2 Gear Drive 齿轮传动在本设计中优势体现在瞬时传动比恒定 工作平稳 传动准确可 靠 适用于功率和速度范围广 传动效率高 使用寿命长 但需专门设备制造 成本较高 4 2 方案二 带传动 带传动带传动在本设计中优势体现在缓冲和吸振 传动平稳 噪声小 靠 摩擦力传动 过载时带与带轮接触面间发生打滑 可防止损坏其他零件 结构 简单 制造 安装和维护等均较为方便 成本低廉 但是不能保证准确的传动 比 需要较大的张紧力 增大了轴和轴承的受力 带的寿命较短 传动效率较 低 4 3 方案三 链传动 6 链传动在本设计中优势体现在链传动没有弹性滑动和打滑 能保持准确的 平均传动比 不需要很大的张紧力 作用在轴上的载荷较小 承载能力大 效 率高 0 95 0 98 同时 链传动能吸振与缓和冲击 结构简单 加工成 本低廉 安装精度要求低 适合较大中心距的传动 并能在温度较高 湿度较 大 油污较重等恶劣环境中工作 但是高速运转时不够平稳 传动中有冲击和 噪声 不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中使用 只能用于平行轴间的传 动 安装精度和制造费用比带传动高 2 图 3 带传动 Fig 3 Belt Drive 图 4 链传动 Fig 4 Chain Drive 综合分析上述三种方案 从传动效率 传动比范围 传动速度 制造成本 和安装精度 传动装置外廓尺寸等方面综合考虑 本设计课题的传动方案采用 方案三 即采用链传动 7 5 结构设计 5 1 选用电动机 电动机的容量 功率 选得是否合适 对电动机的工作和经济性都有影响 当容量小于工作要求时 电动机不能保证工作装置的正常工作 或电动机因长 期过载而过早损坏 容量过大则电动机的价格高 能量不能充分利用 且因经 常不在满载下运动 其效率和功率因数都较低 造成浪费 根据设计 设 r1 为滚筒外壁半径 r2 为滚筒内壁半径 r3 为滚筒螺旋导轨外圈半径 r4 为滚筒螺旋导轨内圈半径 r5 为滚筒滚圈半径 b 为滚圈长度 b1 为滚筒总长度 b2 为螺旋导轨总长度 取 mrrmrrmr 67 0 5 2 0 57 9 04321 bb41 7 滚筒外壳体积 1 3322121 057 57 09 5 3 rv 壳 摩擦圆体积 3322215 4 6 4 mbr圆 螺旋导轨体积 查表得 33 109 108 7kgmkg 橡 胶铸 铁 滚筒外壳质量 2 vm46 5 3壳铸 铁壳 摩擦圆质量 kgk5 108 4 03 圆铸 铁圆 8 螺旋导轨质量 滚筒总质量 滚筒重力 3 NgmG782 43 95860 总 清洗机机的最大装载量 k1 件 工件所受重力 NgmG78 14 98 件件 满载时每个托轮所受切向力 4 NF 7 20643cos 2 3 cos 件 滚筒线速度 5 smsDnvw 56 0 84 160 滚 滚筒所需功率 6 kwFP31 256 723 滚 查表得 93 0 链 轮 8 0 摩 擦 轴 承 9齿 轮 电动机至滚筒的总效率 7 8 09 08 3 轴 承摩 擦链 轮 电动机所需功率 8 kwP 21 0 2 0滚 所以选用电动机额定功率 kwm3 由于滚筒转速不高 可选用 Y 系列三相异步电动机 根据额定功率选用 9 Y132M 8 型 5 2 机械传动装置的总体设计与计算 图 5 机械传动装置 Fig 5 Mechanical Transmission Device 电动机选定后 根据电动机的满载转速n m 及工作轴的转速n w 即 可确定传动装置的总传动比 传动装置的计算 wmni 1 电动机转速 i 710r 滚筒转速 n6 2nw 传动装置的总传动比 9 8 326 1 70 wmi 2 分配各级传动比 因 取 321i 2 1 i 则 76 8 3 计算传动装置的运动参数和动力参数 a 各轴转速 1 轴 min 7101rn 2 轴 min 32i 22 ri 3 轴 1473 23r 10 滚筒转速 min 14 3 74rn b 各轴功率 1 轴 kwP01 2 轴 kw79 23 2 链 轮 3 轴 03齿 轮 滚筒的滚动功率 kP7 29 7234 摩 擦 轮 c 各轴转矩 轴 10 mNnT 5 401 350 5011 轴 P 78279 2922 将运动和动力参数计算结果整理并列于表 1 表 1 运动和动力参数表 Table 1 Kinematic and Dynamic Parameters Table 参数 1 轴 2 轴 转速 710 322 1min r 功率 3 2 79kwP 转矩 40 5 82 7NT 传动比 2 2 2 2i 效率 0 93 0 93 5 3 机械传动件的设计计算 5 3 1 链条的设计与计算 取小链轮齿数 15 Z 则大链轮齿数 取 11 5 37 22 i 382 Z 初定中心距 一般取 取 pa 0 0 pa0 11 以节距计的初定中心距 12 30 0 pap 链条节数 13 212121 ZZLp 4 358385 7 取 取偶 pL 计算额定功率 14 kwKPmlzA 8 1965 07 310 链 查表得 5 1AK 3 965 0 ml 查 表 并 用 线 性 插 值 得 为工况系数 A 为齿数系数 z 为链长系数 lK 为排数系数 m 根据 查得 应选用单排 12A 型滚子链 p 19 05mm01 Pn 链条长度 15 mpL68 15 98 计算中心距 查表 4 apckZa 2 21 245 0a 83850 9 实际中心距 一般 16 ac ca 04 2 m580 链条速度 smsPnZv 23 0 1065 94816 有效圆周力 17 NvFt 7 23 0 12 作用在轴上的力 F tAKF 20 1 5 N7 5 3 2 滚子链的静强度计算 在低速 重载链传动中 链条的静强度占主要地位 如果仍用0 6m sv 额定功率曲线选择计算 结果常不经济 因为额定功率曲线上各点相应的条件 性安全系数 S 为 8 20 远比静强度安全系数大 当进行耐疲劳和耐磨损工作能 力计算时 若要求的使命寿命过短 传动功率过大 也需进行行链条的静强度 验算 5 链条静强度计算公式为 6 QKSminSFA 18 式中 为静强度安全系数 为工况系数 AK 为排数系数 m 为有效圆周力 F 并查表得 7 kN5217 6 1 AKmkNQ1 3in 所以 84 3 S 为许用安全系数 一般为 4 8 如果按最大尖峰载荷 来代替 进 maxFKA 行计算 则可为 3 6 8 若速度较低 从动系统惯性较小 不太重要的传动或 作用力的确定比较准确时 可取小值 S 为单排链极限拉伸载荷 minQ 因为此传动速度较低 可取最小值 取 4 S 所以 满足要求 S 5 4 链轮基本参数和主要尺寸 链轮齿数 38 152 Z 配用链条的节距 mp0 9 配用链条的滚子外径 d1 小链轮分度圆直径 13 9 19 mZpd25 9sin0 1i58801 小链轮齿顶圆直径 20 dpda 2 1mx1 m15 07 9 105 59 Za 6 11min1 5 2 取 da01 小链轮齿根圆直径 mf 35 891 25 1 大链轮分度圆直径 Zpd0sin i381021802 大链轮齿顶圆直径 dpa 5 2mx2 m9 241 9 10 13 Zda 622min2 38 5 38 0 取 a42 大链轮齿根圆直径 mdf 1 289 1302 链轮齿宽 bf5 查表得 为链条内节内宽7 所以 f1 pba 20 93 0 14 图 6 齿形 Fig 6 Tooth 5 5 摩擦轮的设计与计算 马铃薯清洗机的工作原理是马铃薯经进料斗进最简单的摩擦轮传动是由两 个直接接触并相互压紧的摩擦轮组成 靠两轮接触面所产生的摩擦力来传递运 动和动力 摩擦轮传动结构简单 传动平稳 噪声小 有过载打滑保护作用 可无级调速 但由于在传动中存在弹性滑动与打滑 传动效率低 磨损快 不 能保持准确的传动比 同时 作用在轴与轴承上的力较大 只宜于中小功率的 传动 5 5 1 摩擦轮方案选择 方案一 圆柱平摩擦轮传动 图 7 圆柱平摩擦轮传动的特点与应用 a 结构简单 制造容易 b 压紧力大 宜用于小功率传动 c 为了减小压紧力 可将轮面之一用非金属材料作覆面 d 大功率传动 摩擦轮常采用淬火钢 如 GCr15 淬硬至 60HRC 并 采用自动压紧卸载环 e 为降低两轴的平行度要求 可将轮面之一制成鼓形 轴系刚性差时 亦应如此 10 方案二 圆柱槽摩擦轮传动圆柱槽摩擦轮传动的特点与应用 图8 a 压紧力较圆柱平摩擦轮传动小 当 时 约为其 30 15 b 有几何滑动 易发热与磨损 故应限制沟槽高度为 06 4 hmd 15 15 c 加工和安装要求较高 d 传动比随载荷和压紧力的变化有少量变动 图 7 圆柱平摩擦轮传动 Fig 7 Cylindrical Flat Friction Wheel Drive 图 8 圆柱槽摩擦轮传动 Fig 8 Cylindrical Groove Friction Wheel Drive 方案三 端面摩擦轮传动端面摩擦轮传动的特点与应用 图 9 a 结构简单 容易制造 b 压紧力大 有几何滑动 易发热和磨损 c 将小轮制成鼓形 可减少几何滑动 降低安装精度 d 轴向移动小轮 可实现正反向无机变速 但应避免在 附近运02 d 转 e 要注意大轮的刚度 并控制二轴线的垂直度 11 16 图 9 端面摩擦轮传动 Fig 9 Friction Wheel Drive 综合以上叙述和此次设计的结构要求 选择第一种方案 5 5 2 摩擦轮的材料 摩擦轮材料应满足弹性模量大 耐磨性好 接触疲劳强度高 价格低且热 处理及加工性能好等要求 选用原则 a 要求结构紧凑 传动效率高时采用淬火钢对淬火钢或钢对钢 b 对于尺寸较大 转速较低 且为干摩擦的开式传动 一般选用铸铁对铸 铁或铸铁对钢 c 要求传动平稳 不添加润滑剂 噪声小和摩擦系数高的场合 可选用铸 铁 或钢 对酚醛层压布材 皮革 橡胶或压制石棉纤维等 12 根据此装置的结构和设计需要 选用铸铁为材料 5 5 3 摩擦轮传动的设计和计算 传动比 4 62 i 摩擦系数查表取 05 载荷系数 取1 K K 齿宽系数 ab 取4 02a 2 0 综合弹性模量 13 21 1Ed 为主 从动轮材料的弹性模量1E2 17 查表得 MPaE5210 所以 MPad 55521 10 1 许用接触应力查表得 H7 30 取 MPaH60 初算中心距 22 3 222 19 1 HadniPfKEi m1 7562019 4305 5 4 6 3 取 ma7 式中 为摩擦因数 查表取 f f 为传递功率 2P 为小摩擦轮转速 n 摩擦轮宽度 mab154702 所以每个托轮的宽度 小摩擦轮直径 miad 5 198 02 1 4 67 1 21 取 md 大摩擦轮直径 ad134027021 实际中心距 23 md7021 主动转距 NnPT 6 52 1935092 18 图 10 摩擦传动示意图 Fig 10 Friction Drive Diagram 5 6 轴的设计和计算 5 6 1 轴的材料 轴的常用材料是优质碳素钢 如35 45和50 其中以45号钢最为常用 根据本设计的要求 选45号钢作材料 5 6 2 轴的结构设计 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸 为轴设计的重要步骤 由材料力学可知 轴的扭转强度条件为 14 24 2 015936TnPTdW 式中 为轴的扭转切应力 单位为 T Ma 为轴传递的转矩 单位为 mN 为轴传递的功率 单位为 Pkw 为轴的转速 单位为 nr in 为轴的抗扭截面系数 单位为 TW3 为许用扭转切应力 单位为 Pa 由此推得实心圆轴的最小直径 单位为 为min0d 19 25 33 6min0 2 1059nPCdT 式中 为计算常数 C6 取决于轴的材料和受载情况 查表取 12 所以 mnPd8 452 1933mi0 当轴段上开有键槽时 应适当增大直径以考虑键槽对轴的强度的削弱 时 单键槽增大 3 双键槽增大 7 时 单键槽增大1 d10 5 7 双键槽增大 10 15 最后应对 进行圆整 综合以上取 md51 62 轴的结构设计如下图 图 11 主轴 Fig 11 Spindle 5 6 3 轴的强度校核 查资料选择轴的材料为 45 号钢 正火 硬度 170 217HB 抗拉强度 b 590Mpa s 295MPa 轴为水平放置 因本设计中轴为转轴 轴主要受转矩和弯矩 由于对滚筒有三个支撑轮限 制其水平移动 滚筒水平方向固定稳定 所以此轴只在垂直方向有力的作用 水平方向没有受力 轴的受力情况如图 12 a 所示 计算弯矩 根据 材料力学 上的弯矩的公式 15 lFM 26 其中 20 所受的力 单位 N F 对应力臂 单位 m l a b c d 图 12 轴的校核 Fig 12 Verification of the Shaft 由力矩平衡 可得 A 点的受力为 lFBCRA 同理可得 B 点的受力为 lACRB 由先前计算可知 C 点的受力 NF3 127 mllml BCAC100230 代入数据得 608 NRAF 663 3 NB 21 再代入公式 26 得 729 6 N mM 轴的弯矩图见图 12 b 所示 计算转矩 根据 材料力学 转矩公式 11 27 nPe 954 其中 该点处的转矩 单位 N m M 某点处的的功率 单位 kw P 对应某点的转速 单位 r min n 根据所得数据功率为 1 26kw 转速 16r min 将数据代入得 635 65 N m CMeT 轴的扭矩图见图 12 c 所示 求当量弯矩图 根据 机械设计 中的当量弯矩公式 16 28 22 T 式中 应力校正系数 对于不变的转矩 取 对于脉 b1 动的转矩 取 对于对称循环的转矩 取 1 b01 弯矩 单位 N m M 转矩 单位 N m T 本设计滚筒连续工作 滚筒中的马铃薯重量相对稳定 于是取公式 查 机械设计 表 16 3 得 b1 28 075 则当量转矩 N m 1865 328 0 CT 以上数据代入 27 得 22 2 1786 9 CM 742 N m 当量弯矩图见图 12 d 所示 校核轴径 所以设计的轴符合 mdbCC 506 42751 0 331 要求 由图可知危险截面是 C 处 根据 材料力学 上的公式 11 tWT max 29 验算轴的强度是否符合要求 对于工作机轴 tWT max 752 16 50 10 3 3 61Mpa 值查表得到 45 号钢的 370Mpa 故此轴满足要求 5 7 轴承盖的设计与计算 螺钉连接式轴承盖调整轴承间隙方便 密封性好 应用广泛 轴承外径 mD10 根据轴承外径取螺钉直径 d3 螺钉孔直径 m10130 dD2505 25 2 0 90 8 1 1 4 取 9 mde20 32 D976 43 1 4 5 取 96 由结构确定 m 23 查表得 mb7 B8 D61 2 代号入下图所示 图 13 轴承盖 Fig 13 Bearing Cap 5 8 联轴器的计算与选择 5 8 1 联轴器的选用 这里选择金属滑块联轴器 金属滑块联轴器是利用中间滑块 在其两侧半 联轴器端面的相应径向槽内滑动 以实现两半联轴器的联接 并补偿两轴的相 应位移 金属滑块联轴器适应于低速重载的场合 且金属滑块联轴器制造工艺 成熟 加工成本低 考虑到经济性 这里选择金属滑块联轴器 5 8 2 联轴器的型号和主要尺寸 从 机械传动装置设计手册 的表 16 24 17 金属滑块联轴器的主要尺寸 和特性参数可以查得 所以应选 WH7 轴孔直径为 55mm 如图 14 所示 24 图 14 金属滑块联轴器 Fig 14 Metal Slider Coupling 5 9 轴承的选择和润滑及其寿命计算 5 9 1 轴承类型选择 轴承的选择要考虑一下几个因素 1 载荷的方向 大小和性质 向心轴承主要承受径向载荷 推力轴承主要承受轴向载荷 当滚动轴承同 时承受径向和轴向载荷时 可选用角接触球轴承 圆锥滚子轴承 当轴向载荷 较小时可选用深沟球轴承 角接触球轴承和圆锥滚子轴承需成对安装使用 一 般滚子轴承比球轴承的承载能力大 且承受冲击载荷的能力强 本设计中 载荷的方向同时来自轴向和径向两个方向 而且轴向载荷与径 向载荷相比径向载荷要远远大于轴向载荷 2 转速 一般轴承的工作转速应低于极限转速 深沟球轴承 角接触轴承和圆limn 柱滚子轴承的极限转速较高 适用于高速运转场合 推力轴承的极限转速较低 本设计工作转速只有 16 转 分钟 小于一般轴承的的极限转速 可用任一 种轴承 3 支撑限位要求 固定支承限制两个方向的轴向位移 可选用能承受双向轴向载荷的轴承 单向限位支承可选用能承受单方向轴向载荷的轴承 游动支承轴向不限位 可 选用内 外圈不可分离的向心支承 本设计需要限制单向轴向位移 防止轴向 窜动 4 调心性能 当两个轴承座孔同轴度不能保证或轴的挠度较大时 应选用调心性能好的 调心球轴承和调心滚子轴承 25 5 刚度要求 一般滚子轴承的刚度大 球轴承的的刚度小 角接触球轴承 圆锥滚子轴 承采用预紧方法可以提高支承的刚度 本设计轴的径向负荷较大 有来自滚筒 原料和水的压力共同作用 对轴 承的刚度要求较高 并要能承受一定冲击力 圆锥滚子轴承采用预紧方法可以 提高支承的刚度 根据计算出的轴的尺寸 可从 机械传动装置设计手册 的 圆锥滚子轴承尺寸与性能参数表中选择 18 所以 选择 30311 型号的圆锥滚子 轴承 5 9 2 轴承寿命计算 对于选用的轴承需要进行可靠度和疲劳寿命的校核 根据 机械设计 可知 先计算当量动载荷 载荷分为轴向和径向 但此 轴为水平放置 轴向力可以忽略不计 所以只受径向力 由前面设计可知径向 力为 1271 3N 19 当量动载荷的公式 arYFXP 30 式中 当量动载荷 NP 径向载荷 N rF 轴向载荷 N a X Y 径向动载荷系数和轴向动载荷系数 所以根据 机械设计 中表 18 7 可得本设计的当量动载荷的 X 和 Y 分别为 1 和 0 20 将数据代入得 3 127 P N 所以圆锥滚子轴承的基本额定寿命计算根据公式 21 rPCL610 31 式中 当量动载荷 N P 26 基本额定寿命 常以 106r 为单位 10L 寿命指数 球轴承 滚子轴承 3 310 若轴承的工作转速为 r min 可求出以小时为单位的基本额定寿命公式 n hPCnLh 16700 32 代入数据得 hLh 31010 2785 4 9 应取 为轴承的预期使用寿命 根据本设计滚筒筛为 24 小时hL 10 连续使用的 不是满载荷使用 中断会引起比较严重的后果的机械 在 机械 设计 表 18 9 22 中查得预期寿命的推荐值为 故本设计选用轴承满h10 足要求 由于在查圆锥滚子轴承的安装参数中有一个参数是阶梯轴的最小直径 是 65mm 而设计中阶梯轴只有 60mm 所以为使安装的合理性和安全性 此处增 加一个轴肩挡圈 查 机械设计课程设计手册 表 5 1 23 可查到 GB T886 1986 55 65 的轴肩挡圈 其轮廓图如下图所示 图 15 轴肩挡圈 Fig 15 Shaft Shoulder Retaining Ring 5 9 3 轴承的润滑 由于本设备使用于马铃薯与水混合时的清洗过程 而且滚筒要连续工作不 可能手工润滑虽然转速很低但长时间工作也会使内部温度升高 所以要选择耐 水和耐热的油脂润滑 查 机械设计课程设计手册 表 7 2 知 可选用的性能 比较好的通用锂基润滑脂 GB T 7324 1994 由于工作机的转速低 所以温 度在 100 C 以下 所以根据 机械传动装置设计手册 表 30 2 得 轴承座的 密封可采用垫密封的材料为天然橡胶的橡胶垫片 27 5 10 滚筒材料的选择 筒体部分的质量占到整机的 70 80 因此筒体的材质和壁厚是决定设备 制作成本的重要因素 筒体的大小标准着规格和生产能力 筒体应具有足够的 刚度和强度 在安装和运行中应保持规范化 这对减小运转阻力及功率消耗 减轻不均匀磨损 减少机械事故 保证长期安全高效运转 延长回转圆筒的寿 命都十分重要 必须根据这一要求来设计筒体 筒体的刚度主要是筒体截面在 较大力作用下 抵抗径向变性的能力 同体的强度问题表现为筒体在载荷作用 下产生裂纹及变形 筒体材料一般用 A3 钢 普通低合金钢 其中以 16Mn 用的 较多 也可以用锅炉钢 要求耐腐蚀时 用不锈钢 本设计中筒体材料选用 A3 钢 6 结论 在本设计中 执行工作的从动件能满足生产工艺提出的运动形式 运动规 律 功能范围和运动性能等诸方面的具体要求 结构简单 尺寸大小适度 在 整体布置上占有空间小 布局紧凑 制造加工容易 维修拆装方便 工作中稳 定可靠 使用安全 具有足够的寿命 滚筒与电动机的运动方式 功率 转矩 及其载荷特性能够相互协调 与其他相邻机构的衔接正常 传动运动和力可靠 不会发生运动干涉 本机符合生产的需要 具有较高的生产率和经济效益 7 总结 为期三个多月的毕业设计已经接近尾声 回顾整个过程 我深有感受 在 设计过程中 我翻阅了很多与我课题相关的资料 同时将以前所学的有直接联 系的相关专业科目认真的温习了一遍 丰富了许多理论方面的知识 这次设计 使我四年中学到的基础知识得到了一次综合的应用 使学过的知识结构得到了 科学的组合 同时也从理论到实践发生了一次质的飞跃 可以说这次设计是理 论知识与实践运用之间相互过渡的桥梁 是我们即将踏上工作岗位的台阶 在毕业设计的过程中 我发现自身的许多不足 理论知识不够扎实 设计 经验不足 同时又缺乏实践工作的磨砺 从而导致在设计时难以做出正确的选 择 对课题的内容茫然不知所措 对资料的应用也不够确切 对设计产品的具 体形状 运作方式 性能指标也不能有一个准确的定位 缺乏对具体产品的想 象力 这一切都可能导致我本次设计有不足之处 28 参考文献 1 黄大宇 梅瑛 机械设计课程设计 M 吉林 吉林大学出版社 2006 10 25 2 成大先 机械设计手册 单行版 机械传动 M 北京 化工工业出版社 2004 4 5 3 成大先 机械设计手册 单行版 轴及其联接 M 北京 化工工业出版社 2004 17 4 成大先 机械设计手册 单行版 轴承 M 北京 化工工业出版社 2004 23 24 5 濮良贵 纪名刚 机械设计 M 北京 高等教育出版社 2001 5 6 6 沈世德 机械原理 M 北京 机械工业出版社 2001 10 12 7 瞿燕南 机械制造技术 M 北京 机械工业出版社 2001 19 8 徐 灏 机械设计手册 M 北京 机械工业出版社 1991 13 14 9 机械工程手册 电机工程手册编辑委员会 机械工程手册 M 北京 机械工业出版社 1995 20 21 10 徐 灏 新编机械设计师手册 M 北京 机械工业出版社 1995 23 11 胡家秀 机械零件设计实用手册 M 北京 机械工业出版社 1999 11 12 12 李益民 机械制造工艺设计手册 M 北京 机械工业出版社 1995 16 20 13 张耀宸 机械加工工艺设计手册 M 北京 航空工业出版社 1987 24 14 Kuehnle M R Toroidal Drive Combines Concepts Product Engineering M Aug 1979 21 15 Zhang C WangH Robust design of assembly and machining tolerance allocations 1IE M Transactions 1998 17 20 16 孟宪源 现代机构手册 M 北京 机械工业出版社 1994 22 17 徐锦康 机械设计 M 北京 高等教育出版社 2004 19 24 18 吉卫喜 机械制造技术 M 北京 机械工业出版社 2001 22 23 19 机械制图 大连理工大学工程画教研室 M 北京 高等教育出版社 2002 7 15 20 卜炎 机械传动装置手册 上册 M 北京 机械工业出版社 1999 21 25 21 刘鸿文 材料力学 M 北京 高等教育出版社 2005 4 18 22 吴宗泽 机械设计实用手册 M 北京 化学工业出版社 2003 15 23 陈旭俊主编 工业清洗机及清洗技术 M 北京 化学工业出版社 2005 2 29 致 谢 在整个设计过程中 高老师总是耐心地给我们讲解有关方面的知识 及时 了解我们设计中遇到的难题 使我们在短时间内完成设计工作 同时她还教导 我们不管是在以后的工作还是学习中 都要保持治学严谨的态度 在历经两个 多月的设计过程中 她一直为我热心地指导 经常为我解答一系列的疑难问题 以及指导我设计思路 另外 本次毕业设计的圆满结束 也离不开我们本小组 其他成员的帮助 我和他们在一起做毕业设计时 经常互相交流 共同探讨问 题 从中我也得到了他们的许多帮助 在此 我衷心地向各位指导老师和我同 组人表示感谢
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