滾筒式紅薯清洗機(jī)設(shè)計(jì)【蔬菜清洗機(jī)】
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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
滾筒式紅薯清洗機(jī)的設(shè)計(jì)
DESIGN OF THE SWEET POTATO WASHING MACHINE
學(xué)生姓名： 李文韜
學(xué) 號(hào)： 200940614127
年級(jí)專業(yè)及班級(jí)： 2009級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng) ` 化(1)班
指導(dǎo)老師及職稱： 張嵐 副教授
學(xué) 院： 工學(xué)院
湖南·長沙
提交日期：20 年 月
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
誠 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。同時(shí)，本論文的著作權(quán)由本人與湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院、指導(dǎo)教師共同擁有。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………2
2 清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理…………………………………………………3
2.1 清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)…………………………………………………………3
2.2 紅薯清洗機(jī)的工作原理………………………………………………3
3 總體方案的論證……………………………………………………………4
4 總體方案的論證……………………………………………………………4
4.1 方案一 齒輪傳動(dòng)………………………………………………………4
4.2 方案二 帶傳動(dòng)……………………………………………………………5
4.3 方案三 鏈傳動(dòng)……………………………………………………………5
5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………6
5.1 選用電動(dòng)機(jī)…………………………………………………………………6
5.2 機(jī)械傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………8
5.3 機(jī)械傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………9
5.4 帶的設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………………………10
5.5 摩擦輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算………………………………………………………11
5.5.1 摩擦輪方案選擇………………………………………………………12
5.5.2 摩擦輪的材料…………………………………………………………14
5.5.3 摩擦輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算……………………………………………15
5.6 軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算…………………………………………………………15
5.6.1 軸的材料…………………………………………………………………16
5.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………17
5.6.3 軸的強(qiáng)度的校核……………………………………………………………18
5.7 軸承蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………19
5.8 聯(lián)軸器計(jì)算及選擇…………………………………………………………19
5.8.1 聯(lián)軸器的選用………………………………………………………20
5.8.2 聯(lián)軸器的型號(hào)和主要尺寸…………………………………………20
5.9 軸承的選擇和潤滑及其壽命計(jì)算………………………………………21
5.9.1 軸承的選擇……………………………………………………………21
5.9.2 軸承壽命計(jì)算…………………………………………………………21
5.9.3 軸承的潤滑…………………………………………………………22
5.10 滾筒材料的選擇………………………………………………………22
6 結(jié)論………………………………………………………………………………22
7 總結(jié)………………………………………………………………………………23
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………24
致謝………………………………………………………………………………25
滾筒式紅薯清洗機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué) 生：李文韜
指導(dǎo)老師：張 嵐
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙 410128)
摘 要：滾筒式清洗機(jī)是借圓形滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使原料在其中不斷地翻轉(zhuǎn)，同時(shí)用水管噴射高壓水來沖洗翻動(dòng)的原料，以達(dá)到清洗目的。污水和泥沙由滾筒的網(wǎng)孔經(jīng)底部集水斗排出。該機(jī)用于清洗紅薯。本滾筒式清洗機(jī)，是一種比較實(shí)用的食品初加工機(jī)械，它是由機(jī)架、電機(jī)、皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)、減速器、聯(lián)軸器、鏈輪傳動(dòng)系統(tǒng)、軸承、螺旋式滾筒、沖洗水管、進(jìn)出料機(jī)構(gòu)組成。電機(jī)、減速器固定在機(jī)架上，電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)與減速器相連，減速器通過聯(lián)軸器與小鏈輪相連，大鏈輪帶動(dòng)滾筒上的摩擦輪而使得滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒內(nèi)部有螺旋導(dǎo)板，在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過螺旋導(dǎo)軌實(shí)行原料的推進(jìn)。本新型滾筒式清洗機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、工作可靠、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：清洗機(jī)； 加工機(jī)械； 滾筒式； 螺旋； 摩擦輪
Design of the Sweet Potato Washing Machine
Author: Li Wentao
Tutor: Zhang Lan
(College of engineering ,Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract：Drum type washing machine for sweet potato 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 Pelt mesh discharged. 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
1 前言
食品機(jī)械行業(yè)是直接為食品工業(yè)服務(wù)的行業(yè)。食品工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了食品機(jī)械的發(fā)展，而食品機(jī)械行業(yè)的科技進(jìn)步與發(fā)展，又為食品工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件，大大推動(dòng)食品工業(yè)向前發(fā)展。
隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品機(jī)械在食品工業(yè)中的地位越來越重要?，F(xiàn)代化的
食品機(jī)械不僅可以生產(chǎn)出高附加值的產(chǎn)品，而且可以提高資源的利用率。制造業(yè)的高速發(fā)展，也促進(jìn)了清洗設(shè)備、清洗劑等企業(yè)的快速進(jìn)步。民用、工業(yè)兩大清洗領(lǐng)域巨大的市場(chǎng)需求，造就了中國清洗行業(yè)嶄新的未來。
為適應(yīng)我國農(nóng)產(chǎn)品快速發(fā)展需要，農(nóng)產(chǎn)品清洗設(shè)備在我國逐步發(fā)展起來。許多農(nóng)作物由于生長過程中必然會(huì)帶有泥土和農(nóng)藥，所以清洗農(nóng)作物的大量勞動(dòng)是影響我國農(nóng)作物一個(gè)重要問題，如果采用大量人力的話必然導(dǎo)致勞動(dòng)力資源的浪費(fèi)，所以生產(chǎn)一種農(nóng)作物清洗機(jī)械對(duì)提高生產(chǎn)力具有重要影響。
清洗按照精度的要求不同，主要分為一般工業(yè)清洗，精密工業(yè)清洗和超精密工業(yè)清洗三大類。一般工業(yè)清洗包括車輛、輪船、飛機(jī)表面的清洗，一般只能去掉比較粗大的污垢；精密工業(yè)清洗包括各種產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程中的清洗，各種材料及設(shè)備表面的清洗等，以能夠去除微小的污垢粒子為特點(diǎn)；超精密清洗包括精密工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)機(jī)械零件、電子元件，光學(xué)部件等的超精密清洗，以清除極微小污垢顆粒為目的。近年來，干式清洗發(fā)展迅速，如激光清洗、紫外線清洗、等離子清洗、干冰清洗、真空清洗等。在高、精、尖工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域得到快速發(fā)展，尤其是碳?xì)湔婵涨逑醇夹g(shù)的引入已在形成現(xiàn)在精密五金零件的主要清洗趨勢(shì)，是目前替代ODS最好工藝路線。中國清洗行業(yè)的現(xiàn)狀我國到處都在建設(shè)新的工廠和生產(chǎn)線,正在逐步成為“世界加工廠”，巨大的市場(chǎng)需求，為工業(yè)清洗設(shè)備制造商和專業(yè)清洗劑生產(chǎn)供應(yīng)商提供了快速發(fā)展的良機(jī)。目前，各種清洗設(shè)備生產(chǎn)制造經(jīng)營企業(yè)已達(dá)1000多家[1]。
所以，農(nóng)作物清洗機(jī)械的優(yōu)化、改進(jìn)、創(chuàng)新是極其重要的。
2 清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1 清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)
設(shè)計(jì)的紅薯清洗機(jī)主要由滾筒、傳動(dòng)裝置、噴淋水管、電機(jī)、進(jìn)出料斗、出泥斗等組成,通常稱為滾筒式紅薯清洗機(jī)或鼠籠式紅薯清洗機(jī)。電機(jī)固定在機(jī)架上,主動(dòng)軸從傳動(dòng)系統(tǒng)中得到動(dòng)力后帶動(dòng)其上的摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，摩擦輪緊貼滾圈，摩擦輪與滾圈相互間產(chǎn)生的摩擦力驅(qū)動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。滾筒是帶有網(wǎng)面的內(nèi)壁有螺旋導(dǎo)軌的圓柱形圓柱筒，滾筒被四個(gè)支座支撐。
2.2 紅薯清洗機(jī)的工作原理
圖1 總裝圖
Fig 1 Assembly Diagram
紅薯清洗機(jī)的工作原理是紅薯經(jīng)進(jìn)料斗進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)的滾筒內(nèi)，噴頭進(jìn)行噴水，滾筒在水池中旋轉(zhuǎn)，滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)利用筒內(nèi)壁螺旋導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)紅薯的推進(jìn)。紅薯沿滾筒壁向前運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中紅薯不斷被水刷洗，紅薯之間的摩擦、翻轉(zhuǎn)間的刷洗，紅薯與滾筒壁之間的磨擦，在共同作用下完成紅薯表面的清洗過程。以達(dá)到清洗的目的。在滾筒的下面設(shè)有淤泥清除口。
3 總體方案的論證
滾筒清洗機(jī)機(jī)的清洗機(jī)器為主要實(shí)行機(jī)構(gòu)，其性能的好壞直接影響清洗機(jī)機(jī)的效率，還有傳動(dòng)系統(tǒng)和集塵裝置也是清洗機(jī)機(jī)的主要機(jī)構(gòu)。
方案一 清洗機(jī)器傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶輪傳動(dòng)主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)鏈輪傳動(dòng)帶動(dòng)托輪，再以摩擦傳動(dòng)滾筒。
方案二 清洗機(jī)器傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)由皮帶輪傳動(dòng)帶動(dòng)托輪，再以齒輪傳動(dòng)滾筒
方案三 清洗機(jī)器傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)鏈輪主軸使得摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)由齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)托輪，再以齒輪傳動(dòng)滾筒。
方案一結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，傳動(dòng)簡單，可靠性高，使用壽命可以得到保障，制造成本低，加工簡單。方案二、三效率比較低，加工成本高。經(jīng)過三個(gè)方案的比較，選用方二。
4傳動(dòng)方案的論證
4.1 方案一 齒輪傳動(dòng)
圖2 齒輪傳動(dòng)
Fig 2 Gear Drive
齒輪傳動(dòng)在本設(shè)計(jì)中優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，工作平穩(wěn)，傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，適用于功率和速度范圍廣，傳動(dòng)效率高，使用壽命長。但需專門設(shè)備制造，成本較高。
4.2 方案二 帶傳動(dòng)
帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)在本設(shè)計(jì)中優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在緩沖和吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小，靠摩擦力傳動(dòng)，過載時(shí)帶與帶輪接觸面間發(fā)生打滑，可防止損壞其他零件，結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護(hù)等均較為方便，成本低廉。但是不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，需要較大的張緊力，增大了軸和軸承的受力，帶的壽命較短，傳動(dòng)效率較低。
4.3 方案三 鏈傳動(dòng)
鏈傳動(dòng)在本設(shè)計(jì)中優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在鏈傳動(dòng)沒有彈性滑動(dòng)和打滑，能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較小；承載能力大；效率高（η=0.95～0.98）。同時(shí)；鏈傳動(dòng)能吸振與緩和沖擊，結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低廉，安裝精度要求低，適合較大中心距的傳動(dòng)，并能在溫度較高、濕度較大、油污較重等惡劣環(huán)境中工作。但是高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不夠平穩(wěn)；傳動(dòng)中有沖擊和噪聲；不宜在載荷變化很大和急促反向的傳動(dòng)中使用；只能用于平行軸間的傳動(dòng)；安裝精度和制造費(fèi)用比帶傳動(dòng)高[2]。
圖3 帶傳動(dòng)
Fig 3 Belt Drive
圖4 鏈傳動(dòng)
Fig 4 Chain Drive
綜合分析上述三種方案，從傳動(dòng)效率、傳動(dòng)比范圍、傳動(dòng)速度、制造成本和安裝精度、傳動(dòng)裝置外廓尺寸等方面綜合考慮，本設(shè)計(jì)課題的傳動(dòng)方案采用方案二，即采用帶傳動(dòng)。
5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1 選用電動(dòng)機(jī)
電動(dòng)機(jī)的容量（功率）選得是否合適，對(duì)電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能保證工作裝置的正常工作，或電動(dòng)機(jī)因長期過載而過早損壞；容量過大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載下運(yùn)動(dòng)，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費(fèi)。
根據(jù)設(shè)計(jì)
設(shè)滾筒清洗的工作效率為1.5/；
為滾筒外壁半徑；
為滾筒內(nèi)壁半徑；
為滾筒總長度；
為螺旋導(dǎo)軌總長度；
為螺旋導(dǎo)軌螺距；
為螺旋導(dǎo)軌寬度；
為螺旋導(dǎo)軌高度。
取
則
滾筒外殼體積：
(1)
螺旋導(dǎo)軌體積：
滾筒容積：
(2)
查表得：
滾筒外殼質(zhì)量：
（4）
導(dǎo)軌質(zhì)量：
滾筒的最大裝載量:
（5）
則滿載時(shí)整個(gè)滾筒所受重力：
（6）
滿載時(shí)每個(gè)托輪所受切向力：
根據(jù)滾筒清洗機(jī)的效率為1.5t/h，即每分鐘清洗紅薯25kg。紅薯在滾筒內(nèi)清洗隨著螺旋導(dǎo)軌做螺旋運(yùn)動(dòng)，其螺旋運(yùn)動(dòng)軌跡長度為18m，則其螺旋運(yùn)動(dòng)速度；設(shè)滾筒線速度為
滾筒線速度：
其中：
得： (7)
則滾筒所需功率：
查表得：
電動(dòng)機(jī)至滾筒的總效率：
(8)
電動(dòng)機(jī)所需功率
(9)
所以選用電動(dòng)機(jī)額定功率
由于滾筒轉(zhuǎn)速不高，可選用Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，根據(jù)額定功率選用Y132M-8型。 5.2 機(jī)械傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)與計(jì)算
圖5 機(jī)械傳動(dòng)裝置
Fig 5 Mechanical Transmission Device
電動(dòng)機(jī)選定后，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速n m 及工作軸的轉(zhuǎn)速n w 即
可確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比。傳動(dòng)裝置的計(jì)算：
（1）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速
滾筒轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比 (9)
（2）分配各級(jí)傳動(dòng)比
因，取
則
（3） 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)
a）各軸轉(zhuǎn)速
1軸
2軸
3軸
b）各軸功率
1軸
2軸
3軸 w
滾筒的滾動(dòng)功率v
w
c）各軸轉(zhuǎn)矩
軸 (10)
軸
將運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理并列于表1
表1 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)表
Table 1 Kinematic and Dynamic Parameters Table
參數(shù) 1軸 2軸
轉(zhuǎn)速 710 284
功率 3 2.79
轉(zhuǎn)矩 40.5 82.7
傳動(dòng)比 2.5 2.4
效率 0.93 0.93
5.3 機(jī)械傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算
5.3.1 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
(1) 確定計(jì)算功率:
帶的傳遞功率 （11）
（12）
式中：
則： （13）
(2) 選擇V帶的帶型：
由小帶輪的轉(zhuǎn)速及計(jì)算功率，查機(jī)械設(shè)計(jì)圖8-11，選取B型V帶。
(3) 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速：
1)初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑
查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-6及表8-8選小帶輪的基準(zhǔn)直徑；
2）驗(yàn)算帶速
據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 8-13有：
（14）
3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑
，查表8-8圓整后取
（4）確定中心距，并選擇V帶的基準(zhǔn)長度：
1）初定中心距
(15)
即
取
2）計(jì)算相應(yīng)的帶長
(16)
查表8-2取
3）計(jì)算中心距及其變動(dòng)范圍
傳動(dòng)的實(shí)際中心距近似為
(17)
中心距變動(dòng)范圍
5)驗(yàn)算小帶輪上的包角，應(yīng)保證其包角大于
(18)
（6）確定帶的根數(shù)：
(19)
取
（7）計(jì)算帶的初拉力：
由機(jī)械設(shè)計(jì)式8-6，得單根V帶所需的最小初拉力為
（20）
對(duì)于新安裝的V帶，初拉力應(yīng)為；對(duì)于運(yùn)轉(zhuǎn)后的V帶，初拉力應(yīng)為。
（8）計(jì)算帶傳動(dòng)壓軸力
（9）帶輪結(jié)構(gòu)形式：小帶輪結(jié)構(gòu)采用腹板式，大帶輪結(jié)構(gòu)采用輪輻式。
5.5 摩擦輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
紅薯清洗機(jī)的工作原理是紅薯經(jīng)進(jìn)料斗進(jìn)最簡單的摩擦輪傳動(dòng)是由兩個(gè)直接接觸并相互壓緊的摩擦輪組成，靠兩輪接觸面所產(chǎn)生的摩擦力來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。摩擦輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，有過載打滑保護(hù)作用，可無級(jí)調(diào)速；但由于在傳動(dòng)中存在彈性滑動(dòng)與打滑，傳動(dòng)效率低，磨損快，不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，同時(shí)，作用在軸與軸承上的力較大，只宜于中小功率的傳動(dòng)。
5.5.1 摩擦輪方案選擇
方案一 圓柱平摩擦輪傳動(dòng)（圖7）
圓柱平摩擦輪傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用：
a）結(jié)構(gòu)簡單，制造容易
b）壓緊力大，宜用于小功率傳動(dòng)
c）為了減小壓緊力，可將輪面之一用非金屬材料作覆面
d）大功率傳動(dòng)，摩擦輪常采用淬火鋼（如GCr15，淬硬至60HRC），并采用自動(dòng)壓緊卸載環(huán)
e）為降低兩軸的平行度要求，可將輪面之一制成鼓形，軸系剛性差時(shí)亦應(yīng)如此[10]
方案二 圓柱槽摩擦輪傳動(dòng)圓柱槽摩擦輪傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用（圖8）：
a）壓緊力較圓柱平摩擦輪傳動(dòng)小，當(dāng)時(shí)，約為其30%
b）有幾何滑動(dòng)，易發(fā)熱與磨損，故應(yīng)限制溝槽高度為
c）加工和安裝要求較高
d）傳動(dòng)比隨載荷和壓緊力的變化有少量變動(dòng)
圖7 圓柱平摩擦輪傳動(dòng)
Fig 7 Cylindrical Flat Friction Wheel Drive
圖8 圓柱槽摩擦輪傳動(dòng)
Fig 8 Cylindrical Groove Friction Wheel Drive
方案三 端面摩擦輪傳動(dòng)端面摩擦輪傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用（圖9）：
a）結(jié)構(gòu)簡單，容易制造；
b）壓緊力大，有幾何滑動(dòng)，易發(fā)熱和磨損；
c）將小輪制成鼓形，可減少幾何滑動(dòng)，降低安裝精度；
d）軸向移動(dòng)小輪，可實(shí)現(xiàn)正反向無機(jī)變速，但應(yīng)避免在附近運(yùn)轉(zhuǎn)；
e）要注意大輪的剛度，并控制二軸線的垂直度[11]；
圖9 端面摩擦輪傳動(dòng)
Fig 9 Friction Wheel Drive
綜合以上敘述和此次設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要求，選擇第一種方案
5.5.2 摩擦輪的材料
摩擦輪材料應(yīng)滿足彈性模量大、耐磨性好、接觸疲勞強(qiáng)度高、價(jià)格低且熱處理及加工性能好等要求。
選用原則：
a）要求結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高時(shí)采用淬火鋼對(duì)淬火鋼或鋼對(duì)鋼。
b）對(duì)于尺寸較大、轉(zhuǎn)速較低、且為干摩擦的開式傳動(dòng)，一般選用鑄鐵對(duì)鑄鐵或鑄鐵對(duì)鋼。
c）要求傳動(dòng)平穩(wěn)、不添加潤滑劑，噪聲小和摩擦系數(shù)高的場(chǎng)合，可選用鑄鐵（或鋼）對(duì)酚醛層壓布材、皮革、橡膠或壓制石棉纖維等[12]。
根據(jù)此裝置的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)需要，選用鑄鐵為材料。
5.5.3 摩擦輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算
傳動(dòng)比
摩擦系數(shù)查表取
載荷系數(shù) ，取
齒寬系數(shù)
取
綜合彈性模量[13] (21)
,為主、從動(dòng)輪材料的彈性模量
查表得
所以
許用接觸應(yīng)力查表得
取
初算中心距 (22)
取
式中 為摩擦因數(shù)，查表??；
為傳遞功率；
為小摩擦輪轉(zhuǎn)速；
摩擦輪寬度
所以每個(gè)托輪的寬度
小摩擦輪直徑
取
大摩擦輪直徑
實(shí)際中心距
(23)
主動(dòng)轉(zhuǎn)距
圖10 摩擦傳動(dòng)示意圖
Fig 10 Friction Drive Diagram
5.6 軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算
5.6.1 軸的材料
軸的常用材料是優(yōu)質(zhì)碳素鋼，如35、45和50，其中以45號(hào)鋼最為常用。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求，選45號(hào)鋼作材料
5.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計(jì)的重要步驟。
由材料力學(xué)可知，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
[14] (24)
式中 為軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為;
為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為;
為軸傳遞的功率，單位為；
為軸的轉(zhuǎn)速，單位為;
為軸的抗扭截面系數(shù)，單位為；
為許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為。
由此推得實(shí)心圓軸的最小直徑(單位為)為
(25)
式中為計(jì)算常數(shù)，
取決于軸的材料和受載情況
查表取
所以
當(dāng)軸段上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大直徑以考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度的削弱：時(shí)，單鍵槽增大3%，雙鍵槽增大7%；時(shí)，單鍵槽增大5%~7%，雙鍵槽增大10%~15%。最后應(yīng)對(duì)進(jìn)行圓整。
綜合以上取
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖：
圖11 主軸
Fig 11 Spindle
5.6.3 軸的強(qiáng)度校核
查資料選擇軸的材料為:45號(hào)鋼,正火,硬度170-217HB,抗拉強(qiáng)度бb=590Mpa，бs=295MPa 。軸為水平放置。
因本設(shè)計(jì)中軸為轉(zhuǎn)軸，軸主要受轉(zhuǎn)矩和彎矩，由于對(duì)滾筒有三個(gè)支撐輪限制其水平移動(dòng)，滾筒水平方向固定穩(wěn)定，所以此軸只在垂直方向有力的作用，水平方向沒有受力。
軸的受力情況如圖12（a）所示：
計(jì)算彎矩：
根據(jù)《材料力學(xué)》上的彎矩的公式[15]:
（26）
其中：
—所受的力，單位N；
—對(duì)應(yīng)力臂，單位m。
圖12 軸的校核
Fig 12 Verification of the Shaft
由力矩平衡，可得A點(diǎn)的受力為：
同理可得B點(diǎn)的受力為：
由先前計(jì)算可知：
C點(diǎn)的受力,
代入數(shù)據(jù)得
= 608 N
= 663.3 N
再代入公式(26)，得
=729.6 N·m
軸的彎矩圖見圖12(b)所示。
計(jì)算轉(zhuǎn)矩：
根據(jù)《材料力學(xué)》轉(zhuǎn)矩公式[11]：
(27)
其中：
—該點(diǎn)處的轉(zhuǎn)矩，單位N·m；
—某點(diǎn)處的的功率，單位kw；
—對(duì)應(yīng)某點(diǎn)的轉(zhuǎn)速，單位r/min。
根據(jù)所得數(shù)據(jù)功率為1.26kw，轉(zhuǎn)速16r/min，將數(shù)據(jù)代入得，
= 635.65 N·m；
軸的扭矩圖見圖12(c)所示。
求當(dāng)量彎矩圖：
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》中的當(dāng)量彎矩公式[16]：
(28)
式中：
—應(yīng)力校正系數(shù)，對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩，??；對(duì)于脈動(dòng)的轉(zhuǎn)矩，取；對(duì)于對(duì)稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩，取=1；
—彎矩，單位N·m；
—轉(zhuǎn)矩，單位N·m。
本設(shè)計(jì)滾筒連續(xù)工作，滾筒中的馬鈴薯重量相對(duì)穩(wěn)定，于是取公式，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表16.3得，。
則當(dāng)量轉(zhuǎn)矩N·m。
以上數(shù)據(jù)代入(27)得，
742 N·m
當(dāng)量彎矩圖見圖12(d)所示。
校核軸徑，所以設(shè)計(jì)的軸符合要求。
由圖可知危險(xiǎn)截面是C處。
根據(jù)《材料力學(xué)》上的公式[11]：
(29)
驗(yàn)算軸的強(qiáng)度是否符合要求。對(duì)于工作機(jī)軸：
=752×16/[π(50×10-3)3]
=61Mpa＜[τ]。
[τ]值查表得到45號(hào)鋼的[τ]=370Mpa,故此軸滿足要求。
5.7軸承蓋的設(shè)計(jì)與計(jì)算
螺釘連接式軸承蓋調(diào)整軸承間隙方便，密封性好，應(yīng)用廣泛。
軸承外徑
根據(jù)軸承外徑取螺釘直徑
螺釘孔直徑
取
取
由結(jié)構(gòu)確定，
查表得 ,
,
,
代號(hào)入下圖所示：
圖13 軸承蓋
Fig 13 Bearing Cap
5.8 聯(lián)軸器的計(jì)算與選擇
5.8.1 聯(lián)軸器的選用
這里選擇金屬滑塊聯(lián)軸器。金屬滑塊聯(lián)軸器是利用中間滑塊，在其兩側(cè)半聯(lián)軸器端面的相應(yīng)徑向槽內(nèi)滑動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接，并補(bǔ)償兩軸的相應(yīng)位移。金屬滑塊聯(lián)軸器適應(yīng)于低速重載的場(chǎng)合。且金屬滑塊聯(lián)軸器制造工藝成熟，加工成本低，考慮到經(jīng)濟(jì)性，這里選擇金屬滑塊聯(lián)軸器。
5.8.2 聯(lián)軸器的型號(hào)和主要尺寸
從《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》 的表16—24[17]金屬滑塊聯(lián)軸器的主要尺寸和特性參數(shù)可以查得 ，所以應(yīng)選WH7，軸孔直徑為55mm。
如圖14所示：
圖14 金屬滑塊聯(lián)軸器
Fig 14 Metal Slider Coupling
5.9 軸承的選擇和潤滑及其壽命計(jì)算
5.9.1 軸承類型選擇
軸承的選擇要考慮一下幾個(gè)因素：
（1）載荷的方向、大小和性質(zhì)
向心軸承主要承受徑向載荷，推力軸承主要承受軸向載荷。當(dāng)滾動(dòng)軸承同時(shí)承受徑向和軸向載荷時(shí)，可選用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較小時(shí)可選用深溝球軸承。角接觸球軸承和圓錐滾子軸承需成對(duì)安裝使用，一般滾子軸承比球軸承的承載能力大，且承受沖擊載荷的能力強(qiáng)。
本設(shè)計(jì)中，載荷的方向同時(shí)來自軸向和徑向兩個(gè)方向，而且軸向載荷與徑向載荷相比徑向載荷要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軸向載荷。
（2）轉(zhuǎn)速
一般軸承的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)低于極限轉(zhuǎn)速。深溝球軸承、角接觸軸承和圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速較高，適用于高速運(yùn)轉(zhuǎn)場(chǎng)合。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速較低。
本設(shè)計(jì)工作轉(zhuǎn)速只有16轉(zhuǎn)/分鐘，小于一般軸承的的極限轉(zhuǎn)速。可用任一種軸承。
（3）支撐限位要求
固定支承限制兩個(gè)方向的軸向位移，可選用能承受雙向軸向載荷的軸承；單向限位支承可選用能承受單方向軸向載荷的軸承；游動(dòng)支承軸向不限位，可選用內(nèi)、外圈不可分離的向心支承。本設(shè)計(jì)需要限制單向軸向位移，防止軸向竄動(dòng)。
（4）調(diào)心性能
當(dāng)兩個(gè)軸承座孔同軸度不能保證或軸的撓度較大時(shí)，應(yīng)選用調(diào)心性能好的調(diào)心球軸承和調(diào)心滾子軸承。
（5）剛度要求
一般滾子軸承的剛度大，球軸承的的剛度小。角接觸球軸承、圓錐滾子軸承采用預(yù)緊方法可以提高支承的剛度。
本設(shè)計(jì)軸的徑向負(fù)荷較大，有來自滾筒、原料和水的壓力共同作用，對(duì)軸承的剛度要求較高，并要能承受一定沖擊力，圓錐滾子軸承采用預(yù)緊方法可以提高支承的剛度。根據(jù)計(jì)算出的軸的尺寸，可從《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》的圓錐滾子軸承尺寸與性能參數(shù)表中選擇[18]。所以，選擇30311型號(hào)的圓錐滾子軸承。
5.9.2 軸承壽命計(jì)算
對(duì)于選用的軸承需要進(jìn)行可靠度和疲勞壽命的校核。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知，先計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷，載荷分為軸向和徑向，但此軸為水平放置，軸向力可以忽略不計(jì)，所以只受徑向力，由前面設(shè)計(jì)可知徑向力為1271.3N[19]。
當(dāng)量動(dòng)載荷的公式：
（30）
式中：
—當(dāng)量動(dòng)載荷，N
—徑向載荷，N；
—軸向載荷，N；
X、Y—徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)。
所以根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表18.7可得本設(shè)計(jì)的當(dāng)量動(dòng)載荷的X和Y分別為1和0[20]。將數(shù)據(jù)代入得，
所以圓錐滾子軸承的基本額定壽命計(jì)算根據(jù)公式[21]：
（31）
式中：
—當(dāng)量動(dòng)載荷，N；
—基本額定壽命，常以106r為單位；
ε—壽命指數(shù)，球軸承，滾子軸承。
若軸承的工作轉(zhuǎn)速為 r/min，可求出以小時(shí)為單位的基本額定壽命公式：
（32）
代入數(shù)據(jù)得，
=
應(yīng)取。為軸承的預(yù)期使用壽命。根據(jù)本設(shè)計(jì)滾筒篩為24小時(shí)連續(xù)使用的，不是滿載荷使用，中斷會(huì)引起比較嚴(yán)重的后果的機(jī)械，在《機(jī)械設(shè)計(jì)》表18.9[22]中查得預(yù)期壽命的推薦值為。故本設(shè)計(jì)選用軸承滿足要求。由于在查圓錐滾子軸承的安裝參數(shù)中有一個(gè)參數(shù)是階梯軸的最小直徑是65mm，而設(shè)計(jì)中階梯軸只有60mm，所以為使安裝的合理性和安全性，此處增加一個(gè)軸肩擋圈。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表5—1[23],可查到GB/T886—1986—55×65的軸肩擋圈。其輪廓圖如下圖所示：
圖15 軸肩擋圈
Fig 15 Shaft Shoulder Retaining Ring
5.9.3 軸承的潤滑
由于本設(shè)備使用于紅薯與水混合時(shí)的清洗過程，而且滾筒要連續(xù)工作不可能手工潤滑雖然轉(zhuǎn)速很低但長時(shí)間工作也會(huì)使內(nèi)部溫度升高，所以要選擇耐水和耐熱的油脂潤滑。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》表7—2知，可選用的性能比較好的通用鋰基潤滑脂（GB/T 7324—1994）。由于工作機(jī)的轉(zhuǎn)速低，所以溫度在100°C以下，所以根據(jù)《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》表30—2得，軸承座的密封可采用墊密封的材料為天然橡膠的橡膠墊片。
5.10 滾筒材料的選擇
筒體部分的質(zhì)量占到整機(jī)的70%～80%, 因此筒體的材質(zhì)和壁厚是決定設(shè)備制作成本的重要因素。筒體的大小標(biāo)準(zhǔn)著規(guī)格和生產(chǎn)能力。筒體應(yīng)具有足夠的剛度和強(qiáng)度。在安裝和運(yùn)行中應(yīng)保持規(guī)范化，這對(duì)減小運(yùn)轉(zhuǎn)阻力及功率消耗、減輕不均勻磨損、減少機(jī)械事故、保證長期安全高效運(yùn)轉(zhuǎn)、延長回轉(zhuǎn)圓筒的壽命都十分重要，必須根據(jù)這一要求來設(shè)計(jì)筒體。筒體的剛度主要是筒體截面在較大力作用下，抵抗徑向變性的能力。同體的強(qiáng)度問題表現(xiàn)為筒體在載荷作用下產(chǎn)生裂紋及變形。筒體材料一般用A3鋼、普通低合金鋼，其中以16Mn用的較多；也可以用鍋爐鋼。要求耐腐蝕時(shí)，用不銹鋼。本設(shè)計(jì)中筒體材料選用A3鋼。
6 結(jié)論
在本設(shè)計(jì)中，執(zhí)行工作的從動(dòng)件能滿足生產(chǎn)工藝提出的運(yùn)動(dòng)形式、運(yùn)動(dòng)規(guī)律、功能范圍和運(yùn)動(dòng)性能等諸方面的具體要求。結(jié)構(gòu)簡單，尺寸大小適度，在整體布置上占有空間小，布局緊湊。制造加工容易，維修拆裝方便，工作中穩(wěn)定可靠，使用安全，具有足夠的壽命。滾筒與電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)方式，功率、轉(zhuǎn)矩及其載荷特性能夠相互協(xié)調(diào)，與其他相鄰機(jī)構(gòu)的銜接正常，傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和力可靠，不會(huì)發(fā)生運(yùn)動(dòng)干涉。本機(jī)符合生產(chǎn)的需要，具有較高的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)效益。
7 總結(jié)
為期三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，回顧整個(gè)過程，我深有感受。在設(shè)計(jì)過程中，我翻閱了很多與我課題相關(guān)的資料，同時(shí)將以前所學(xué)的有直接聯(lián)系的相關(guān)專業(yè)科目認(rèn)真的溫習(xí)了一遍，豐富了許多理論方面的知識(shí)。這次設(shè)計(jì)使我四年中學(xué)到的基礎(chǔ)知識(shí)得到了一次綜合的應(yīng)用，使學(xué)過的知識(shí)結(jié)構(gòu)得到了科學(xué)的組合，同時(shí)也從理論到實(shí)踐發(fā)生了一次質(zhì)的飛躍，可以說這次設(shè)計(jì)是理論知識(shí)與實(shí)踐運(yùn)用之間相互過渡的橋梁，是我們即將踏上工作崗位的臺(tái)階。
在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我發(fā)現(xiàn)自身的許多不足，理論知識(shí)不夠扎實(shí)，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)不足，同時(shí)又缺乏實(shí)踐工作的磨礪，從而導(dǎo)致在設(shè)計(jì)時(shí)難以做出正確的選擇，對(duì)課題的內(nèi)容茫然不知所措。對(duì)資料的應(yīng)用也不夠確切，對(duì)設(shè)計(jì)產(chǎn)品的具體形狀、運(yùn)作方式、性能指標(biāo)也不能有一個(gè)準(zhǔn)確的定位。缺乏對(duì)具體產(chǎn)品的想象力，這一切都可能導(dǎo)致我本次設(shè)計(jì)有不足之處。
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致 謝
在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，張老師總是耐心地給我們講解有關(guān)方面的知識(shí)，及時(shí)了解我們?cè)O(shè)計(jì)中遇到的難題，使我們?cè)诙虝r(shí)間內(nèi)完成設(shè)計(jì)工作。同時(shí)他還教導(dǎo)我們不管是在以后的工作還是學(xué)習(xí)中，都要保持治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。在歷經(jīng)兩個(gè)多月的設(shè)計(jì)過程中，他一直為我熱心地指導(dǎo)，經(jīng)常為我解答一系列的疑難問題，以及指導(dǎo)我設(shè)計(jì)思路。另外，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的圓滿結(jié)束，也離不開我們本小組其他成員的幫助。我和他們?cè)谝黄鹱霎厴I(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，經(jīng)?；ハ嘟涣鳎餐接憜栴}，從中我也得到了他們的許多幫助。在此，我衷心地向各位指導(dǎo)老師和我同組人表示感謝！
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