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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）通過答辯
土豆清洗機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要：隨著我國農(nóng)產(chǎn)品的快速發(fā)展，清洗農(nóng)作物工作是否效率開始變得重要，這促使農(nóng)產(chǎn)品清洗設(shè)備在我國逐步發(fā)展起來。采用大量人力作業(yè)的話必然導(dǎo)致大量勞動(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。土豆清洗機(jī)是一種常用的土豆清洗機(jī)械設(shè)備，廣泛用于清洗工作。本次的設(shè)計(jì)能使土豆的清洗效率大大提高，減少人力物力資源的浪費(fèi)，提高了勞動(dòng)效率，而且此設(shè)備具有設(shè)備尺寸縮小，結(jié)構(gòu)簡單，耗水量少，土豆破損率降低等優(yōu)點(diǎn)。
關(guān)鍵詞：土豆清洗機(jī)；設(shè)計(jì)；清洗；滾筒。
The design of the potato washing machine
Abstract: With the rapid development of agricultural products in China, whether the efficiency of the cleaning crop work started to become important, which prompted the cleaning equipment of agricultural products in China has gradually developed. A lot of manpower job, will inevitably lead to a waste of labor resources, to produce a crop cleaning machinery to increase productivity has an important influence. Potato washing machine is a common potato cleaning machinery and equipment, widely used in cleaning work. Greatly improve the cleaning efficiency of this design can make potatoes, reduce the waste of human and material resources, improve labor efficiency, and this device has a device to reduce the size, simple structure, water consumption, potatoes damaged rate.
Key words: potato washing machine, design, cleaning, drum.
1 前言
1.1 土豆文化
在我國 ,馬鈴薯經(jīng)常被叫做“洋芋”或“土豆”等 ,非常形象地說明了它是一種從國外引進(jìn)的作物 ,以及我們吃的“洋芋”是從土里挖出來的 ;僅從這一點(diǎn)上就反映了馬鈴薯是極其特殊的一種作物。[1]事實(shí)上 ,它對(duì)整個(gè)人類社會(huì)的發(fā)展一直有著深刻但鮮為人知的影響。
以馬鈴薯為原料的菜肴種類繁多，可方便地用于成年人和兒童的早餐、午餐或晚餐,大多數(shù)人喜歡營養(yǎng)豐富的馬鈴薯。馬鈴薯富含提供能量的碳水化合物，但卻不含有任何脂肪。食用150克土豆，能提供：45%的每日需要攝取的維生素C；21%每日需攝取的鉀；3克纖維；僅100卡熱量。作為蔬菜，馬鈴薯有助于實(shí)現(xiàn)每日最低食用5次蔬菜和水果的最低目標(biāo)。增加蔬菜和水果的消費(fèi)，能有效減少感染諸如癌癥等慢性病的風(fēng)險(xiǎn)。
聯(lián)合國最近一項(xiàng)調(diào)查表明，到2100年，全世界人口將增加到105億，可能導(dǎo)致糧食危機(jī)。而有的科學(xué)家認(rèn)為，到那個(gè)時(shí)候，最有可能幫助人類渡過危機(jī)的就是那貌不驚人、我們天天見到的馬鈴薯。作為僅次于小麥、水稻和玉米的全球第四大重要糧食作物，馬鈴薯不僅有著廣泛的種植面積，而且擁有悠久的栽培歷史，至今已經(jīng)成為各國飲食和烹飪文化不可或缺的一部分。
時(shí)下，在全球化浪潮的影響下，越來越多的美食愛好者開始嘗試將東西方飲食文化更好的融合，于是，更多“個(gè)性化”的菜譜在不知不覺中已經(jīng)步入了我們的餐桌。至于原料方面，諸如美國薯星和長薯餅等廣為國內(nèi)消費(fèi)者接受的馬鈴薯制品在國內(nèi)的許多大型超市如家樂福、麥德龍、易初蓮花等的貨架上都可以輕易找到。
據(jù)測定，馬鈴薯的營養(yǎng)價(jià)值是胡蘿卜的2倍、大白菜的3倍、西紅柿的4倍。特別是維生素C的含量為蔬菜之冠。
近年來，人類在馬鈴薯品種培育方面有了新的突破。匈牙利育種家花了20年時(shí)間，育成了生吃的馬鈴薯品種，它蛋白質(zhì)含量高，營養(yǎng)價(jià)值不低于牛肉，且不用煮，不用炒，去皮就可吃。羅馬尼亞育種家成功地培育出高產(chǎn)馬鈴薯，人們特地為他豎立了一座馬鈴薯紀(jì)念碑，表彰他對(duì)人類作出的貢獻(xiàn)。
1.2 選題的背景與目的
清洗是一種與人們生活實(shí)踐關(guān)系十分密切的勞動(dòng)，人類從遠(yuǎn)古時(shí)期就開始從事這種勞動(dòng)。由于傳統(tǒng)清洗操作簡單，或只是作為一道工序依附于生產(chǎn)過程中，沒有引起廣 泛關(guān)注。進(jìn)入21世紀(jì)，人們生活已經(jīng)從溫飽階段進(jìn)入到舒適時(shí)代，對(duì)于清洗產(chǎn)品越來越多的需求，加速了新產(chǎn)品研發(fā)步伐；同時(shí)，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)域巨大的市場需求，造就了中國清洗行業(yè)嶄新的未來。我國主要的農(nóng)業(yè)大省，在發(fā)展農(nóng)業(yè)的同時(shí)一些機(jī)械工業(yè)也迅速發(fā)展，特別是中小型企業(yè)如雨后春筍般蔓延開來。而馬鈴薯產(chǎn)品加工又是一個(gè)具有生機(jī)和活力的產(chǎn)業(yè)，但是要把企業(yè)做強(qiáng)做大，還必須要在生產(chǎn)設(shè)備上更新?lián)Q代，以提高產(chǎn)品的質(zhì)量和企業(yè)生產(chǎn)效率。
馬鈴薯是地下塊莖，收獲時(shí)沾有泥土，其形狀不規(guī)則，一般呈卵圓形，表面有很多小窩，馬鈴薯表皮很薄，很容易受外力作用而破損，另外馬鈴薯對(duì)溫度很敏感，溫度過高過低都會(huì)影響日后淀粉的質(zhì)量?；谝陨显颍瑢?duì)馬鈴薯清洗的要求是很高的，清洗效果直接影響馬鈴薯淀粉的質(zhì)量，如淀粉的白度和雜質(zhì)的含量。
1.3 土豆清洗機(jī)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1.3.1 發(fā)展現(xiàn)狀
國內(nèi)外成套設(shè)備中清洗工藝采用2臺(tái)或3臺(tái)板式清洗機(jī)串聯(lián)。板式清洗機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)是能滿足設(shè)計(jì)要求，清洗效果較好，清洗后可以進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。國內(nèi)現(xiàn)在已經(jīng)有很多廠家生產(chǎn)清洗機(jī)或者是清洗去皮機(jī)，技術(shù)發(fā)展比較成熟，但也存在著一定問題。
1.3.2 存在問題
缺點(diǎn)是設(shè)備尺寸較大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，功率較大，耗水量大，土豆破損率大。對(duì)清洗機(jī)的設(shè)計(jì)就是保證優(yōu)點(diǎn)的情況下，能夠使設(shè)備尺寸縮小，結(jié)構(gòu)簡單，耗水量少，使土豆破損率降低?，F(xiàn)在的土豆清洗機(jī)要求要容積大，清洗效率高，可連續(xù)清洗，且操作十分簡便，洗完后呈現(xiàn)為本色，無殘留雜質(zhì)，有效的去除殘留的農(nóng)藥，可以大大提高客戶的銷售價(jià)格。具有清洗有效容積大、效率高，節(jié)水，可連續(xù)清洗，操作簡單，使用壽命長等特點(diǎn)。
2 土豆清洗機(jī)的概述
2.1 土豆清洗機(jī)的分類
清洗工藝及設(shè)備:主要是清除物料外表皮層沾帶的泥沙， 并洗除去物料塊根的表皮，去石清洗機(jī)是要去除物料中的硬質(zhì)雜。對(duì)作為生產(chǎn)淀粉的原料進(jìn)行清洗, 是保證淀粉質(zhì)量的基礎(chǔ)，清洗的越凈,淀粉的質(zhì)量就越好。輸送是將物料傳遞至下一工序，往往輸送的同時(shí)也有清洗功能。常用的輸送、清洗、去石設(shè)備有：水力流槽、螺旋清洗機(jī)、斜鼠籠式清洗機(jī)、漿葉式清洗機(jī)、去石上料清洗機(jī)、（平）鼠籠式清洗機(jī)、轉(zhuǎn)筒式清洗機(jī)、刮板輸送機(jī)等。根據(jù)土壤和物料特性可選擇其中的一些進(jìn)行組合，達(dá)到清洗凈度高，輸送方便的要求。
2.2. 滾筒清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理：
1)結(jié)構(gòu)：設(shè)計(jì)的馬鈴薯清洗機(jī)主要由滾筒、傳動(dòng)裝置、機(jī)架、水箱池、電機(jī)、進(jìn)出料斗、出泥斗等組成,通常稱為滾筒式馬鈴薯清洗機(jī)或鼠籠式馬鈴薯清洗機(jī)。電機(jī)固定在機(jī)架上，電動(dòng)機(jī)與減速器直接聯(lián)式，減速器采用的是擺線針輪減速器。滾筒被兩個(gè)支座支撐，滾筒的主軸通過金屬滑塊聯(lián)軸器和減速器的輸出軸相聯(lián)。滾筒的主軸與焊接在滾筒內(nèi)口上的連接件相互固定在一起。電機(jī)帶動(dòng)減速機(jī),清洗滾筒由很多根直徑8mm的圓鋼繞滾筒直徑方向焊接而成[4]，滾筒式馬鈴薯清洗機(jī)的動(dòng)力來自電動(dòng)機(jī)，通過滾筒在水池中旋轉(zhuǎn)，以達(dá)到清洗的目的。在水池的底部設(shè)有淤泥清除口，此出泥口也具有聚集淤泥的作用，為清除淤泥帶來很大方便。
2)工作原理：滾筒式馬鈴薯清洗機(jī)的工作原理：馬鈴薯在清洗溝槽中被水浸泡后，附著在表面的相當(dāng)一部分大塊泥土脫落，經(jīng)傳送帶送入滾筒式馬鈴薯清洗機(jī)進(jìn)料口,馬鈴薯經(jīng)進(jìn)料斗進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)的滾筒內(nèi)，滾筒在水池中旋轉(zhuǎn)。利用馬鈴薯自身的重力的分力作為推進(jìn)力，實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的自動(dòng)推進(jìn)。馬鈴薯沿滾筒壁向前運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)過程中馬鈴薯不斷被水刷洗，馬鈴薯之間的摩擦、翻轉(zhuǎn)間的刷洗，馬鈴薯與滾筒壁之間的磨擦，在共同作用下完成馬鈴薯表面的清洗過程。
3. 滾筒式土豆清洗機(jī)
3.1 滾筒式清洗機(jī)結(jié)構(gòu)圖
1. 電機(jī) 2.聯(lián)軸器 3.減速器 4.聯(lián)軸器 5.軸承座 6.機(jī)架 7.滾筒篩傘支架 8.篩網(wǎng)軸 9.篩網(wǎng) 10.轉(zhuǎn)軸 11.篩網(wǎng)架 12.入料口焊接總成 13.出水口 14.螺栓 15.出料口 16.支架 17.滾筒篩上支架總成
圖1 清洗機(jī)結(jié)構(gòu)圖
Fig 1 Structure of washing machine
3.2 傳動(dòng)方案
1. 電動(dòng)機(jī) 2.減速器 3聯(lián)軸器 4工作機(jī)
圖2 傳動(dòng)方案圖
Fig 2 Transmission scheme
4. 設(shè)計(jì)計(jì)算
4.1 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算
我們知道由于滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，物料在水平的滾筒上的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡是個(gè)正圓。這時(shí)，馬鈴薯沒受到其它向前推進(jìn)力的作用，只能在面上周而復(fù)始地作圓周運(yùn)動(dòng)，不能由一端向另一端推進(jìn)。即使與滾筒壁接觸的那部分物料也只能沿壁作逆向旋轉(zhuǎn)。這與要求馬鈴薯從滾筒的一端向另一端移動(dòng)并不相符合。故依靠馬鈴薯與滾筒壁接觸的摩擦力來推進(jìn)馬鈴薯移動(dòng)的方法并不能完成清洗任務(wù)[5]。
設(shè)計(jì)中采用滾筒與水平面成一定角度的方法，這種方法是利用馬鈴薯自身的重力的分力作為推進(jìn)力，實(shí)現(xiàn)馬鈴薯的自動(dòng)推進(jìn)。對(duì)于馬鈴薯來說，只要使?jié)L筒傾斜一個(gè)很小的角度就可使其向前移動(dòng)。這種方法易于實(shí)現(xiàn)，而且制造比較簡單，實(shí)際意義更大。
馬鈴薯在傾斜滾筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于受到物料自身重力在滾筒傾斜方向下滑力的
圖3 土豆運(yùn)動(dòng)受力圖
Fig 3 potatoes motion diagram
作用；物料在滾筒內(nèi)受到一定大小的加速度，其運(yùn)動(dòng)軌跡不再是一個(gè)正圓，而是一條封閉的螺旋線。
假使沿滾筒傾斜方向取x 軸，沿滾筒橫向取y 軸。在 xo1y 坐標(biāo)中，馬鈴薯顆粒M的運(yùn)動(dòng)的速度為：
（1）
（2）
t—馬鈴薯顆粒理論每旋轉(zhuǎn)一周所用的時(shí)間，s；
兩邊積分
即得在xo1y坐標(biāo)中馬鈴薯顆粒的相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡方程式：
當(dāng)t = 0 時(shí)，x = 0 、y = 0 求得C1 = rr 、C2 =0 。
兩式即可作出馬鈴薯顆粒在傾斜滾筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡。
所以得出物料為套圈狀或螺旋狀向前推進(jìn)。
圖4 土豆顆粒軌跡圖
Fig 4 potato particle trajectory diagram
4.2 滾筒材料及驅(qū)動(dòng)方式的選擇
4.2.1 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。筒體的強(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]。
4.2.2 滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式的選擇：
滾筒的最大生產(chǎn)能力為每小時(shí)2噸，設(shè)計(jì)的滾筒的內(nèi)徑為0.5米，長度為1.2米，這在制造中也比較容易。這里就可以計(jì)算出滾筒的大致轉(zhuǎn)速范圍了。
由滾筒的轉(zhuǎn)速計(jì)算公式:
r/min = 11.3～19.8 r/min (3)
所選滾筒驅(qū)動(dòng)方式是采用中間軸式傳動(dòng)。
在滾筒的中心線上設(shè)有傳動(dòng)軸，用支承臂與滾筒相連，電動(dòng)機(jī)通過減速器把動(dòng)力傳到中心軸，由中心軸帶動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。這種傳動(dòng)方式比較簡單。由于所設(shè)計(jì)要求的滾筒長度不長，轉(zhuǎn)動(dòng)比較平穩(wěn)。但是，馬鈴薯有時(shí)會(huì)和中心軸及支撐臂發(fā)生碰撞，馬鈴薯重量及體積又不大 ，而且滾筒的轉(zhuǎn)速和傾角都不是太大，故一般馬鈴薯顆粒不會(huì)對(duì)中心軸及支承臂造成太大的沖擊力。所以選擇中心軸驅(qū)動(dòng)的方式。
4.3 功率的計(jì)算及電動(dòng)機(jī)的選擇
計(jì)算滾筒工作所需的功率 （4）
力矩計(jì)算公式得 （5）
計(jì)算電動(dòng)機(jī)的所需功率Pd 。首先確定從電動(dòng)機(jī)到工作機(jī)之間的總效率 ????。 設(shè) ???，， ， ?，分別為，減速器，滑塊聯(lián)軸器，滾動(dòng)軸承，滾筒的效率。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表2—2查得： =0.96 ， =0.98 . =0.97 . ?=0.99 . 則傳動(dòng)裝置的總效率為
= 0.88 = 1.43（kw） （6）
4.4 電動(dòng)機(jī)的選擇
選擇原則：功率選的過小，不能保證工作機(jī)的正常工作或使電動(dòng)機(jī)長期過載而過早損壞；功率選的過大，則電動(dòng)機(jī)價(jià)格高，且常不在滿載下運(yùn)行，功率因素很低，造成浪費(fèi).
對(duì)于長期連續(xù)工作負(fù)荷較穩(wěn)定的負(fù)載機(jī)械，可根據(jù)電動(dòng)機(jī)所需要的功率 Pd來選擇，選擇時(shí)應(yīng)使電動(dòng)機(jī)的額定功率Pn稍大于電動(dòng)機(jī)的所需功率Pd 。由計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)所需功率為.Pd =1.43 kw ,所以我們可選擇電動(dòng)機(jī)功率為1.5 kw 。如表所示，同一功率的異步電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速有2840 r/min、1400 r/min 、940 r/min 三種。一般來說，電動(dòng)機(jī)的同步轉(zhuǎn)速高，磁極對(duì)數(shù)少，輪廓尺寸小、價(jià)格低；反之，轉(zhuǎn)速愈低，外輪廓尺寸愈大，價(jià)格愈高。由于工作機(jī)滾筒的轉(zhuǎn)速很低[7]，所以不易選用高速電動(dòng)機(jī)，一般應(yīng)選擇同步轉(zhuǎn)速為1500 r/min或1000 r/min 的電動(dòng)機(jī)。
表1 電動(dòng)機(jī)選擇
Table 1 motor selection
電動(dòng)機(jī)型號(hào) 額定功率/kW 滿載轉(zhuǎn)速/(r/min) 堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩 最大轉(zhuǎn)矩 質(zhì)量/Kg
Y90S--2 1.5 2840 2.2 2.3 25
Y100L--6 1.5 940 2.0 2.0 33
Y90L--4 1.5 1400 2.3 2.3 27
根據(jù)所要求的的轉(zhuǎn)速和功率選擇Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，由?機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)?查得可選用電動(dòng)機(jī)Y100L-6，功率1.5kw，轉(zhuǎn)速940r/min。因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境，如果不加防護(hù)，水有可能進(jìn)入電動(dòng)機(jī)中導(dǎo)致電機(jī)短路而燒壞，于是在設(shè)計(jì)中選擇電機(jī)的防護(hù)等級(jí)為IP44。
4.5 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算
由上述理由，此處根據(jù)所選電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和減速器的傳動(dòng)比可以得出滾筒的工作轉(zhuǎn)速。
由傳動(dòng)比公式 (7)
代入數(shù)據(jù)得：
因?yàn)闈L筒的轉(zhuǎn)速比較低，一般低于30?r/min，而計(jì)算所得的轉(zhuǎn)速取為 ?，是比較合適的。
4.6 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮軸系中相配零件的尺寸以及軸上零件的固定方式，按比例繪制軸系結(jié)構(gòu)草圖。
1)輸出端軸1
由于轉(zhuǎn)速n=16r/min，功率p=1.43Kw，轉(zhuǎn)矩：
==853.53N.m （8）
2)初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)教科書取=112，算出功率P=1.43KW，轉(zhuǎn)速n=16r/min
軸的直徑可按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度法進(jìn)行估算，即 50.3mm (9)
初算軸徑還要考慮鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度的削弱影響。當(dāng)該軸段截面上有一個(gè)鍵槽時(shí)，d 應(yīng)增大5% ；兩個(gè)鍵槽時(shí)，d 應(yīng)增大10% 。
在本軸的設(shè)計(jì)中，軸上有一個(gè)鍵槽。
所以：d= 50.3×(1+5%)= 52.8mm 圓整取軸的直徑為50mm。
據(jù)以上計(jì)算可知軸上所承受的最大轉(zhuǎn)矩 TP =636N.m 根據(jù)工況的要求選擇的是金屬滑塊聯(lián)軸器。選擇的材料為45號(hào)鋼，45號(hào)鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)后，бb =637 Mpa , E =210Gpa。由以上計(jì)算知軸徑可為45mm，考慮裝聯(lián)軸器加鍵的影響，故取軸和聯(lián)軸器相連部分的直徑為50mm。我們知道軸上要安裝滾動(dòng)軸承，為便于軸承的裝配，取裝軸承處的直徑為55mm。本設(shè)計(jì)滾動(dòng)軸承中所選的型號(hào)為30311型，其寬度為29mm ,根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選用軸肩擋圈GB886-86 55×65，由于在入料口處需布置料斗，所以軸承應(yīng)安裝在料斗的外端，以免和料斗發(fā)生干涉，根據(jù)生產(chǎn)能力為2噸/小時(shí)，再加上入料中混有大量的水，所以料斗設(shè)置應(yīng)足夠的大，料口長為300mm, 在高度上為便于安裝在機(jī)架上且不和主軸發(fā)生干涉。在滾筒內(nèi)主軸上要焊接肋條，以支撐滾筒，所以在焊接處取主軸直徑為60mm,在滾筒的尾端要支撐和安裝聯(lián)軸器和電動(dòng)機(jī)。如果在入料口端安裝驅(qū)動(dòng)裝置的話，這樣就不好布置入料輸送裝置，而尾端則不會(huì)發(fā)生這些現(xiàn)象，因?yàn)槲捕说某隽峡谠跈C(jī)架的底部，所以應(yīng)在尾端安裝聯(lián)軸器和電動(dòng)機(jī)。
3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)定位要求，1-2軸段右端需要一個(gè)軸肩擋圈，取GB886-86 55×65
取軸d1-2段為87mm, d2-3段=58mm，d3-4段位32mm.
選擇滾動(dòng)軸承。應(yīng)為同時(shí)承受徑向力和軸向力作用，故選用圓錐滾子軸承。其尺寸為參照工作要求取d4-5=29mm,d5-6=153mm.
4.7 滾動(dòng)軸承的校核計(jì)算
根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承和滾動(dòng)摩擦軸承兩大類。滾動(dòng)軸承具有摩擦阻力小，功率消耗小，機(jī)械效率高，易起動(dòng)；尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，具有互換性，便于安裝拆卸，維修方便；精度高，轉(zhuǎn)速高，磨損小，使用壽命長；適用于大批量生產(chǎn)，質(zhì)量穩(wěn)定可靠，生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此在一般機(jī)器中應(yīng)用較廣，但滾動(dòng)軸承也有噪音大、徑向尺寸過大、軸承座的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜、成本較高等缺點(diǎn)[8]。
滑動(dòng)軸承具有徑向尺寸小、裝配空間小，減小設(shè)備體積；價(jià)格相對(duì)比較便宜，安裝拆卸方便；具有良好的潤滑性和抗磨耗性，能在無油或少油條件下工作，特別適用于高溫，水溶液浸潤或其他無油加油或加油困難場合；且滑動(dòng)軸承具有較好的自潤滑、耐磨損、低摩擦等性能。由于滑動(dòng)軸承本身具有的這些獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，使得它在某些不能、不便或使用滾動(dòng)軸承沒有優(yōu)勢的場合仍占有重要地位。例如,在承受較大負(fù)荷的場合和或要求徑向尺寸小、結(jié)構(gòu)要求緊湊的場合,多采用滑動(dòng)軸承。
滑動(dòng)軸承根據(jù)承受載荷的方向不同分為: 推力滑動(dòng)軸承與徑向滑動(dòng)軸承兩種。
根據(jù)潤滑膜的形成原理不同分為：動(dòng)壓滑動(dòng)軸承與靜壓滑動(dòng)軸承，
根據(jù)結(jié)構(gòu)型式不同可分為：整體式滑動(dòng)軸承與剖分式滑動(dòng)軸承。
根據(jù)根據(jù)條件，軸承預(yù)計(jì)壽命
=10×300×16=48000h （10）
1)由初選的軸承的型號(hào)為: 30311,
查表可知:d=55mm,外徑D=120mm,寬度B=29mm,基本額定動(dòng)載荷C=152KN, 基本靜載荷CO=188KN,
查表可知極限轉(zhuǎn)速3400-4300r/min
2）已知n=16(r/min)
兩軸承徑向反力：FR1=FR2=1083N
根據(jù)參考文P265（11-12）[4]得軸承內(nèi)部軸向力
FS=0.63FR 則FS1=FS2=0.63FR1=0.63x1083=682N (11)
3) ∵FS1+Fa=FS2 Fa=0
故任意取一端為壓緊端，現(xiàn)取1端為壓緊端
FA1=FS1=682N FA2=FS2=682N
4)求系數(shù)x、y
FA1/FR1=682N/1038N =0.63
FA2/FR2=682N/1038N =0.63
根據(jù)P265表（14-14）[4]得e=0.68
FA1/FR1
48000h
∴預(yù)期壽命足夠
4.8 軸的抗彎、抗扭系數(shù)計(jì)算
由于軸采用的是實(shí)心軸，且端面都為圓面，參考機(jī)械設(shè)計(jì)表15-4，可以得到公式：
(15)
(16)
式中：W為抗彎截面系數(shù)，；
為抗扭截面系數(shù)，；
d為截面直徑，mm,
在L1段：
1663.7
=0.2×=3327.5
在L2段：
=0.1×=9112.5
=0.2×=18225
在L3段：
=0.1×=21600
=0.2×=43200
4.9 軸的強(qiáng)度計(jì)算
從軸的結(jié)構(gòu)圖上可以知道，軸的中心面的應(yīng)力最大，但應(yīng)力不是很集中，軸與軸承采用過盈配合.校核軸徑45處
抗彎截面系數(shù)：W=9112.5
抗扭截面系數(shù)：=18225
此次的軸為心軸，只受到彎矩，經(jīng)受力分析知，水平面上的彎矩基本上可以忽略不計(jì)，垂直面上的彎矩主要由滾筒的質(zhì)量產(chǎn)生，因此：
(17)
軸上壓力：
(18)
而且，彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力，且為靜應(yīng)力，故取0.3，對(duì)于此軸為圓軸，彎曲應(yīng)力,扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，又計(jì)算應(yīng)力公式：
(19)
軸的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)表15—1查得637，355，200 ，故滿足強(qiáng)度要求。
圖5 軸的彎矩扭矩圖
Figure 5 axial bending moment diagram of torque
4.10. 軸的疲勞強(qiáng)度校核
截面上由于軸肩形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及，查機(jī)械設(shè)計(jì)附表3-2查取，
=0.111，==1.111 (20)
經(jīng)查值可以得到：1.46，1.22
又由附圖3-1[4]可得軸的材料敏感系數(shù)為
=0.81，=0.84
故有效應(yīng)力集中系數(shù)查機(jī)械設(shè)計(jì)附表3-4為
1+0.81×(1.46-1)=1.37
=1+0.84×(1.22-1)=1.18
由附圖3-2[4]的尺寸系數(shù)=0.72，=0.85
由附圖3-4[4]得表面質(zhì)量系數(shù)
0.92
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即=1，則綜合系數(shù)值為
==1.98 (21)
==1.48 (22)
由機(jī)械設(shè)計(jì)3-1和3-2，可得
=0.1—0.2，取=0.12
=0.05—0.1，取=0.06
計(jì)算安全系數(shù)，得
==1.63
==171.9
==1.62>S=1.5 (23)
故可知其是安全的。
5. 減速器的設(shè)計(jì)
5.1 減速器傳動(dòng)比的分配
由于減速器采用的是二級(jí)圓柱立式減速器，所以傳動(dòng)比的分配為： 令，計(jì)算得到：，
5.2 減速器各軸的傳遞功率、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩
轉(zhuǎn)動(dòng)慣量
1）各軸的輸入功率
2）各軸的轉(zhuǎn)速
3）各軸的輸入扭矩
5.3. 高速級(jí)齒輪的計(jì)算
，，，
材料：大小齒輪采用的材料為，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)和表面淬火[9]，硬度為
閉式傳動(dòng)，精度7級(jí)，初選材料螺旋角使用期6年，每年工作300天，每天8小時(shí)。
1）選用小齒輪齒數(shù)，得，取。
2）由公式 （24）
①試選載荷系數(shù)。
②小齒輪傳遞扭矩。
③由表10.7[5]取齒寬系數(shù)。
④由表10.6[5]查得，材料的彈性影響系數(shù)。
⑤由圖10.30[5]選取區(qū)域系數(shù)。
⑥由圖10.26[5]查得
⑦由圖10.21e[5]查得，大小齒輪。
⑧應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
(25)
⑨由圖10.19[5]查得接觸疲勞壽命系數(shù)
⑩計(jì)算疲勞許用應(yīng)力
取失效率為1%，安全系數(shù)S=1。
（26）
（27）
許用接觸應(yīng)力 （28）
，取
3）計(jì)算
①
= (29)
②計(jì)算圓周速度
（30）
③計(jì)算齒寬及模數(shù)
(31)
④計(jì)算載荷系數(shù)
查表10.2[4]得
根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10.8[4]查得動(dòng)載系數(shù)
由表10.4[4]查得，6級(jí)精度
(32)
考慮齒輪為7級(jí)精度，取
由圖10.13[4]查得
假設(shè) ，由表10.3[4]查得
(33)
⑤計(jì)算縱向重合度
（34）
⑥= （35）
⑦計(jì)算模數(shù)
（36）
4)按齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算
（37）
①計(jì)算載荷系數(shù)
（38）
②根據(jù)縱向重合度，從圖10.28[5]查得螺旋角影響系數(shù)
③計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
④查取齒形系數(shù)由表10.5[5]查得
查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10.5[5]查得
⑤計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由圖10.20d[5]查得
由圖10.18[5]查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
⑥取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4
⑦計(jì)算大小齒輪的 ，并加以比較。
小齒輪的數(shù)值大
(39)
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)與由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)相差不大，取標(biāo)準(zhǔn)值，取分度圓直徑 。
取
取
（4）幾何尺寸計(jì)算
①計(jì)算中心距
取 (40)
②按圓整后中心距修正螺旋角
（41）
角改變不多，故參數(shù)不必修正。
③計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑
④計(jì)算齒寬
(42)
圓整后
驗(yàn)算
所以，滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
5.4. 低速級(jí)齒輪的計(jì)算
，，，
材料：大小齒輪采用的材料為，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)和表面淬火，硬度為
閉式傳動(dòng)，精度7級(jí)，初選材料螺旋角使用期6年，每年工作300天，每天8小時(shí)。
1、選用小齒輪齒數(shù)，得，取
2、由公式
①試選載荷系數(shù)
②小齒輪傳遞扭矩
③由表10.7[4]取齒寬系數(shù)
④由表10.6[4]查得，材料的彈性影響系數(shù)
⑤由圖10.30[4]選取區(qū)域系數(shù)
⑥由圖10.26[4]查得
⑦由圖10.21e[4]查得，大小齒輪
⑧應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
⑨由圖10.19[4]查得接觸疲勞壽命系數(shù)
⑩計(jì)算疲勞許用應(yīng)力，取失效率為1%，安全系數(shù)S=1
許用接觸應(yīng)力
，取
(2)計(jì)算
①
②計(jì)算圓周速度
③計(jì)算齒寬及模數(shù)
④計(jì)算載荷系數(shù)
查表10.2[4]得
根據(jù)，7級(jí)精度，由圖10.8[5]查得動(dòng)載系數(shù)
由表10.4[4]查得，6級(jí)精度
考慮齒輪為7級(jí)精度，取由圖10.13[4]查得
假設(shè) ，由表10.3[4]查得
⑤計(jì)算縱向重合度
⑥
⑦計(jì)算模數(shù)
(3)按齒輪彎曲強(qiáng)度計(jì)算
①計(jì)算載荷系數(shù)
②根據(jù)縱向重合度，從圖10.28[4]查得螺旋角影響系數(shù)
③計(jì)算當(dāng)量齒數(shù)
④查取齒形系數(shù)由表10.5[4]查得
查取應(yīng)力校正系數(shù)由表10.5[4]查得
⑤計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
由圖10.20e[4]查得
由圖10.18[4]查得彎曲疲勞壽命系數(shù)
⑥取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4
⑦計(jì)算大小齒輪的 ，并加以比較。
小齒輪的數(shù)值大
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)與由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)相差不大，取標(biāo)準(zhǔn)值，取分度圓直徑 。
取
取
(4)幾何尺寸計(jì)算
①計(jì)算中心距
取
②按圓整后中心距修正螺旋角
角改變不多，故參數(shù)不必修正。
③計(jì)算大小齒輪的分度圓直徑
④計(jì)算齒寬
圓整后
所以，滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度和齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
6. 結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
6.1 聯(lián)軸器的選用
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的軸的直徑，為了使選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)。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)軸器從《機(jī)械設(shè)計(jì)課程手冊(cè)》 的表16—24[12]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。
圖6 聯(lián)軸器
Fig 6 coupling
6.2 滾動(dòng)軸承及軸承座的選擇
圖7 軸承座
Fig 7 bearing seat
根據(jù)計(jì)算出的軸的尺寸為55mm，我們可從《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》[12]的圓錐滾子軸承尺寸與性能參數(shù)表中選擇；查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程手冊(cè)》得出，選擇30311型號(hào)的圓錐滾子軸承。由于選擇的滾動(dòng)軸承為圓錐滾子軸承，根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求未找到適合的軸承座，于是在參照已有軸承座的基礎(chǔ)上，稍作改動(dòng)設(shè)計(jì)了一個(gè)軸承座。
7 結(jié)束語
本設(shè)計(jì)針對(duì)清洗土豆導(dǎo)致大量勞動(dòng)資源的浪費(fèi)，設(shè)計(jì)出清洗機(jī)，該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡單，耗水量少，土豆破損率低，容積大，清洗效率高，可連續(xù)清洗，且操作十分簡便，洗完后呈現(xiàn)為本色，無殘留雜質(zhì)，有效的去除殘留的農(nóng)藥，可以大大提高客戶的銷售價(jià)格。能夠?qū)崿F(xiàn)較高的生產(chǎn)效率，。這次設(shè)計(jì)從最初選題，開題，計(jì)算和繪圖直到完成設(shè)計(jì)。這是一次理論聯(lián)系實(shí)際的過程，也進(jìn)一步鞏固和拓展了我們所學(xué)的知識(shí)，這是對(duì)我們大學(xué)的總結(jié)。這次設(shè)計(jì)，讓我認(rèn)識(shí)到了樹立正確設(shè)計(jì)思想的重要性，還增強(qiáng)了我們的創(chuàng)新意識(shí)和分析解決問題的能力。設(shè)計(jì)計(jì)算，繪圖中，我進(jìn)行了較全面的機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能訓(xùn)練。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)業(yè)暴露了我的很多不足。讓我認(rèn)識(shí)到了我的動(dòng)手能力，理論聯(lián)系實(shí)踐 能力還要有很大的提高。我認(rèn)識(shí)到自己的知識(shí)還很薄弱，自己的學(xué)習(xí)之路還應(yīng)該有很長。
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