玉米脫粒機的結構設計,玉米脫粒機的結構設計,玉米,脫粒機,結構設計 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院 畢業(yè)設計（論文） 題 目 玉米脫粒機的結構設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學　　 號 學 生 指 導 教 師 答 辯 日 期 2013年12月17日 哈工大華德學院 哈工大華德學院畢業(yè)設計（論文）評語 姓名： 學號： 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 畢業(yè)設計（論文）題目： 玉米脫粒機的結構設計 工作起止日期： 2013 年 9 月 10 日起 2013 年 12 月 17 日止 指導教師對畢業(yè)設計（論文）進行情況，完成質量及評分意見： ________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ _______________________________________ 指導教師簽字： 指導教師職稱： 評閱人評閱意見： ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ ___________________________ 評閱教師簽字：_______________ 評閱教師職稱：_______________ 答辯委員會評語： ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 根據畢業(yè)設計（論文）的材料和學生的答辯情況，答辯委員會作出如下評定： 學生 畢業(yè)設計（論文）答辯成績評定為： 對畢業(yè)設計（論文）的特殊評語： ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ 答辯委員會主任（簽字）： 職稱：________________ 答辯委員會副主任（簽字）： 答辯委員會委員（簽字）：___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ ___________ ___________ ___________ __________ __________ 年 月 日 哈工大華德學院畢業(yè)設計（論文）任務書 姓 名： 院 （系）： 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 班 號： 任務起至日期： 2013 年 9 月 10 日 至 2013 年 12 月 17 日 畢業(yè)設計（論文）題目：玉米脫粒機的結構設計 立題的目的和意義： 1、目的：通過對機構的設計，提高繪畫、CAD、裝配、工藝等方面的能力，鍛煉獨自研究、解決問題能力，并加強理論與實踐的結合。 2、意義：通過本次課題的設計，掌握玉米脫粒機的工作原理，力求有新的突破與創(chuàng)新，為中國的農業(yè)機械化發(fā)展貢獻自己的光和熱。通過對玉米脫粒機脫粒機的研究，為以后的工作打下堅實的基礎。 技術要求與主要內容： 1.設計內容： 1） 玉米脫粒機的整體設計 2） 主要設計計算 3） 繪出一部分零件的零件圖 4） 演算重要零件的受力情況 5） 繪出玉米脫粒機的裝配圖 2.技術要求： 1） 主軸轉速：1000r/min. 　　 2） 配用動力：1.5KW. 　　 3） 生產效率：1500kg/h. 　　 4） 未脫凈率<1%. 　　 5) 總損失率<1%. 　 　 6） 破碎率<2%. 　　 7） 含雜率<1%. 　　 8） 主機重量：20kg. 　　 9） 外形尺寸（mm）：1008*560*849. 　　 10）風機轉速：1500r/min. 　　 11）滾筒直徑：224mm. 進度安排： 9月10日 畢業(yè)設計動員,導師與學生見面，下達設計任務書。 9月20日 開題 11月5日 中期檢查 12月5日 結題驗收 12月13日 上交論文 12月14日～12月16日 導師交叉批閱論文 12月17日 答辯委員會，分組答辯 同組設計者及分工： 獨立完成 指導教師簽字___________________ 年 月 日 系（教研室）主任意見： 系（教研室）主任簽字___________________ 年 月 日 哈爾濱工業(yè)大學華德應用技術學院本科生畢業(yè)設計(論文） 摘 要 本文是以脫粒機利用釘齒滾筒如何工作來脫玉米粒為研究對象展開工作的，主要是對帶輪結構﹑軸與軸承的結構進行的是設計計算。分析論證了各種影響脫粒的因素。進而給出了玉米脫粒機總體結構的設計方案。 本文根據其機器的清選裝置的設計實際工作要求，從整體上分為喂入口和排出口﹑脫粒裝置﹑清選裝置﹑帶輪傳動的設計幾個部分，介紹了結構的設計原則和采取的一些措施，進一步說明了滾筒的性能，特點。本文也有重點介紹了各組成部分的功能﹑特點等。 本文對總體結構進行合理設計，逐步實現(xiàn)了入料﹑脫粒﹑出料一條生產線，保證脫粒的穩(wěn)定性。本文在后邊對脫粒機的各部分工作的穩(wěn)定性進行了分析論證，從穩(wěn)定性分析上確保了釘齒滾筒穩(wěn)定工作的科學依據。 　　 關鍵詞 釘齒滾筒；帶輪設計；連桿凸輪機構 Abstract This is how the threshers using spike-tooth roller to take off from corn as research object, the main work is to bring wheel shaft and bearing structure, the structure design is calculated. Analysis demonstrates various influence factors of threshing. And the overall structure of corn threshing design scheme Based on the machine cleaning device design actual requirements, from the whole into hello entry and exit rows, cleaning device, threshing wheel transmission device, the design with several parts, introduces the structure design principles and take some measures to further illustrates the performance, characteristic drum. This paper has introduced the function of each component of the characteristics, etc. This paper carries on the reasonable design, the overall structure of the material, gradually achieved threshing, discharge line, guarantee the stability of threshing. Based on the back of each part of threshing working stability is analyzed from the stability analysis and ensure the stable work spike-tooth roller scientific basis. Keywords spike-tooth roller; Belt wheel design ; Connecting rod CAM　 　　 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 緒論 1 1.1 課題背景 1 1.1.1 本課題的技術參數 1 1.1.2 課題發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.1.3 國內外在該現(xiàn)狀上的研究分析 3 1.2 本課題的研究意義 4 1.3 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 4 1.3.1 主要研究內容 4 1.3.2 采用的研究手段 4 第2章 脫粒機總體結構設計與方案選擇 5 2.1 脫粒機的結構組成及工作原理概述 5 2.2 脫粒機的結構組成部分與功能 5 2.2.1 滾筒的組成與功能 5 2.2.2 帶輪的選用 6 2.2.3 其他零部件的結構與功能 7 2.3脫粒機總體結構設計輪廓 8 2.4 脫粒機的的合理方案選擇與論證 8 2.5 本章小結 10 第3章 脫粒機設計計算過程及電機的選擇 11 3.1 各部分的校核 11 3.1.1 V傳帶的設計計算 11 3.1.2 軸的校核 12 3.1.3 校核軸承壽命 18 3.1.4 連桿機構的選擇 19 3.2 電機的選擇 20 3.3 本章小結 21 第4章.玉米脫粒機的可靠性設計 22 4.1脫粒滾筒運轉的穩(wěn)定性： 22 4.2對發(fā)動機的要求： 22 第5章 結論 23 致 謝 24 參考文獻 25 26 第1章 緒 論 1.1 課題背景 1.1.1 本課題的技術參數 1. 主軸轉速：1000r/min. 2. 配用動力：1.5KW. 3. 生產效率：1500kg/h. 4. 未脫凈率<1%. 5. 總損失率<1%. 6. 破碎率<2%. 7. 含雜率<1%. 8. 主機重量：20kg. 9. 外形尺寸（mm）：1008*560*849. 10.風機轉速：1500r/min. 11.滾筒直徑：224mm. 1.1.2 課題發(fā)展現(xiàn)狀 玉米是世界三大糧食品種之一，為解決人類的溫飽問題起到很大作用。我國是農業(yè)大國，農業(yè)在我國占有相當重要的地位。其中我國的玉米種植面積和玉米總產量僅次于美國，位居世界第二位，在我國，玉米也是僅次于小麥的主要糧食作物。但有著十二億人口的中國土地資源卻略顯不足，這就要求在單位面積上的產量的提高，而產量不能無限制的增加。因而提高作物的收獲效率就成了重中之重。同時國家對農業(yè)機械的發(fā)展也具有高度的重視，在這一點上，脫粒機的出現(xiàn)無疑把人們從繁重的體力勞動中解放出來，不僅為廣大農民節(jié)省了不少費用，更重要的是使收獲率上升到最佳狀態(tài)。時至今日，玉米仍然是全世界各國人民餐桌上不可或缺的食品：在“玉米的故鄉(xiāng)”墨西哥，“國菜”玉米餅的年消耗量達到1200萬噸之多，人們無論貧富貴賤都非常喜歡食用；在發(fā)達國家和地區(qū)，玉米也被作為補充人體所必需的鐵、鎂等礦物質的來源為人們廣泛食用。 蘇格蘭的安德魯·梅克爾（一個安裝工的兒子），發(fā)明了第一臺成功的脫粒機。他的玉米脫粒機包含了許多天才人物在長期的社會發(fā)展過程中作出的貢獻，是一項集社會大成的發(fā)明。在這以前若干世紀就有簡單的脫粒機了。中國人用碾滾繞著圈碾玉米；羅馬人用下端有齒的重木錘來給玉米脫粒。蘇格蘭發(fā)明家們曾發(fā)明采用轉動原理的連枷。揚場機也采用了類似的原理。詹姆斯·梅克爾（安德魯的父親），使蘇格蘭有了第一臺成功的揚場機。他用木頭做了一個驅動滾筒的結實機架，把耐用的布或皮子一條一條地固定在機架上。滾筒轉動時產生風，把穗子和莖稈吹走，剩下糧食。兒子無疑從父親那里得到了借鑒；在制造脫粒機時，安德魯采用了打麻機的原理，靠其速度對玉米束的作用，把玉米粒兒打下來。開始是用馬來帶動機器，后來用蒸汽機，爾后蒸汽又為水力所取代。然而脫粒機在英國卻并不受歡迎（在美國較有用武之地），而且是19世紀30 年代的一次農村騷亂的起因之一。冬天地里沒活兒的時候，對農場的農民們來說，在棚子里用連枷脫粒是整個冬天的活路，使他們聊以敷生，不至于討教區(qū)救濟?，F(xiàn)在脫粒機要改變這一切，是多么大的威脅！因此，脫粒機成了“卡普頓·斯溫”暴亂的主要攻擊目標。這次暴亂于1830 年在肯特開始鬧起來，很快地發(fā)展到產玉米的若干個縣。為了不讓把打場的棚子燒掉，許多農民都把脫粒機搬到院子里，讓鬧事的人們破壞。雖然這次暴亂遭到了無情鎮(zhèn)壓，脫粒機的推廣卻放慢了；東英吉利的許多農民，直到19 世紀末葉還在使用連枷。連枷在劍橋郡稱為“窮棒子”，因為農民曾跟教區(qū)官員達成妥協(xié)，讓失業(yè)農民在棚子下用連枷脫粒。在19 世紀后半期，大多數脫粒工作都是用“脫粒滾筒”來作?！懊摿L筒”最初是用一臺小型蒸汽機來驅動，后來改用牽引機驅動。 脫粒機是用于對小麥、水稻、玉米、高粱、大豆及其它雜糧等作物進行脫粒作業(yè)的重要收獲機械，在我國廣大農村使用十分廣泛。脫粒機在我國生產使用已有數十年的歷史，目前據不完全統(tǒng)計，我國生產各類脫粒機的企業(yè)約有２００余家，年產量在３０萬臺左右。脫粒機是實施生產許可證的農機產品之一，截止１９９７年底，己領取生產許可證的企業(yè)數為１４６家。生產企業(yè)遍布全國各地，其中，以長江以北的麥類產區(qū)分布較多，產量較大，尤其山東、河南、河北、江蘇四省生產以脫麥為主的脫粒機企業(yè)較多，每省有３０家左右。東北地區(qū)主要是生產以脫玉米、豆類及雜糧為主的脫粒機。在長江以南的地區(qū)，大都為生產人工踩踏或動力帶動的梳刷式水稻脫粒機。在西南、西北等地也有一些以生產水稻、小麥類脫粒機為主的企業(yè)，雜糧類脫粒機占有較小比例。 生產脫粒機的企業(yè)，大都為中小型企業(yè)，尤以小型企業(yè)所占比例較大，其企業(yè)經濟性質多為國有和集體企業(yè)，但鄉(xiāng)鎮(zhèn)和個體企業(yè)也為數不少，也有少數的大型生產企業(yè)生產脫粒機，但脫粒機產品不是該企業(yè)主導產品。目前生產脫粒機的企業(yè)大致可分為三種類型：一是有較好的工藝和工裝設備條件，企業(yè)領導注重研究市場需求動態(tài)，人員素質和管理水平都較高的企業(yè)，生產批量較大，年產量均在１萬臺以上，有的高達３萬臺。這些企業(yè)是生產脫粒機的骨干企業(yè)。如河北邱縣機械廠是國內目前生產脫粒機數量最大的企業(yè)之一，１９９７年的年產量近４萬臺，１９９８年在２．７萬臺左右。湖北佳華機械有限公司是國內生產水稻脫粒機數量最大的企業(yè)之一，年產量約在２萬臺以上。二是生產脫粒機歷史雖然很長，但近幾年產品型號、管理水平和生產規(guī)模變化不大，僅占領部分市場份額的老企業(yè)，其生產批量多在幾千臺左右。三是生產條件較差、人員素質低、管理水平不高的一些鄉(xiāng)鎮(zhèn)或個體企業(yè)，雖然每個企業(yè)的生產批量不是很大，有的產量僅為幾百臺，甚至幾十臺，但這類企業(yè)占有相當的數量。從產品的結構和類型來看，目前脫麥類的簡式脫粒機機型占領了大部分市場份額，半復式脫粒機占有少量比例，復式脫粒機產量則很少。產品結構大都為十幾年一貫制的老產品。近幾年隨著市場需求的變化，一些企業(yè)開始研制出一些新機型或改進型脫粒機，頗受用戶青睞，如山西晉城市西巷農機廠１９９８年新研究成功的與農用三輪車配套的裝袋式簡式脫粒機，一上市就受到農民的歡迎，具有較好的市場前景。 水稻用脫粒機在南方水稻產區(qū)生產銷售較多，但仍以簡易的動力帶動或人工踩踏的梳刷式滾筒脫粒機較多，其產品結構、技術水平均未有較大的突破。玉米、豆類及其它雜糧類脫粒機近幾年己開始進入市場，此類機具在東北地區(qū)發(fā)展較快。 1.1.3 國內外在該現(xiàn)狀上的研究分析 改革開放讓中國成為舉世矚目的農業(yè)制造大國，但作為為國民經濟發(fā)展和國防建設提供命脈重要支柱的農業(yè)，中國農業(yè)裝備機械所存在的自主創(chuàng)新能力弱、對外依存度高、國際競爭力不強等問題也越來越凸顯出來。 目前，我國最好的玉米脫粒機是5TY—32型，該設備產品結構緊湊、機體小；采用獨立的脫粒方法，脫粒干凈，玉米棒芯整體拋出，無需清洗，顆粒破碎率低，生產效率高，是全國唯一不打碎玉米幫芯的設備。 當前，雖然我們也取得了不小的進步，但與發(fā)達資本主義國家相比，還有很大的差距，這只是邁出的一小步，要想成為名副其實的工業(yè)大國，必須要以農業(yè)為基石。只有這樣，才能加快進入社會主義進程。 1.2 本課題的研究意義 經過此課題的設計，掌握脫粒機的工作原理，以及連桿偏心輪裝配互動達到除渣的目的，進而實現(xiàn)脫粒的機能。且通過控制釘齒與壁的距離大小及柵孔的大小保證脫離率。從而可實現(xiàn)系列化設計并保證設計原理的正確性。 1.3 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段 1.3.1 主要研究內容 1．小型玉米脫粒機的主要參數的確定 2．主要設計零件的計算 3．繪出一部分零件的零件圖 4．校核重要零件的受力情況 5．繪出玉米脫粒機的裝配圖 1.3.2 采用的研究手段 采用理論計算和實際勘測相結合的設計過程完成本課題。 第2章 脫粒機總體結構設計與方案選擇 2.1 脫粒機的結構組成及工作原理概述 脫粒機結構主要由喂料斗、脫粒滾筒、風機、機架、凹板篩、上蓋、出料斗、電機等組成。 本次設計的玉米脫粒機其工作原理為電機經皮帶輪傳動, 玉米果穗進入進料箱，皮帶輪帶動脫粒滾筒轉動，在脫粒區(qū)內果穗沿脫粒滾筒軸做螺旋滾動與滑動，在此過程中果穗之間、果穗與釘齒之間進行充分擠搓，籽粒被擠搓下來；脫掉的籽粒穿過柵格凹板篩排出主機，通過前、后溜板經過風機沿出料口排出；全部脫掉籽粒的玉米芯沿軸線方向被推送到排芯口排出機外，即完成整個脫粒過程。 2.2 脫粒機的結構組成部分與功能 2.2.1 滾筒的組成與功能 1.脫粒滾筒 軸流式脫粒裝置主要由滾筒、凹板（包括分離篩）、導板和蓋（或罩）等部分組成。工作時，作物由滾筒的一端喂入（順著滾筒軸向或徑向喂入），隨著滾筒的旋轉，作物貼著凹板與蓋（或罩）組成的圓筒內弧面作螺旋運動。沿著滾筒軸線方向流過脫粒裝置。谷粒、潁殼、碎秸、碎葉等谷?；旌衔镌跐L筒離心力的作用下同時由凹板篩孔（或分離篩孔）落下，秸草則由滾筒的另一端（軸向或徑向）排出。大部分生長成熟、飽滿的谷粒在滾筒前半段脫下分離，一些生長不好和不太成熟的谷粒到后半段才被脫下,后半段滾筒還把其余混在碎秸里的谷粒分離出來。因作物在脫粒裝置內的時間長（約2-3秒），能充分的進行分離，故比傳統(tǒng)使用的切流式脫粒裝置脫凈率高，而且有可能把脫粒調整的柔和些。使受損傷的的谷粒減少。但碎秸桿多，脫粒消耗的功率也相應較大。軸流式滾筒脫粒裝置可以不再設置其他專用的分離機構即可滿足作物脫粒后的分離的技術要求。因此在同樣等級的聯(lián)合收割機上以通過能力計，比傳統(tǒng)的脫粒裝置加鍵式逐稿器要高。軸流式滾筒脫粒裝置配無機變速驅動裝置可以適應脫水稻、玉米、小麥、大豆等多種作物。 脫粒滾筒軸結構設計為軸流滾筒式，滾筒上釘齒按多頭螺旋排列。設計長齒長50mm，短齒長40mm，軸長450mm。轉速設計為：1000 r/min.。 (1）滾筒轉速。滾筒上安裝有釘齒，滾筒的作用是帶動釘齒轉動，釘齒推動玉米果穗作螺旋運動。滾筒轉速由滾筒外緣(釘齒頂部)線速度決定，滾筒外緣線速度是以保證不損傷玉米籽粒為前提條件，由資料數據獲得。但滾筒外緣線速度不能過低，否則會影響生產率。根據數據，確認線速度值在3.2～3.9m／s之間最佳。 (2）滾筒直徑。滾筒直徑由凹板直徑決定，并且保證脫粒滾筒外徑與凹板留有90～1O0mm的間隙。根據實際功率負荷計算扭矩，確定軸徑。 （3）滾筒釘齒。釘齒有規(guī)律地安裝在滾筒軸上，其作用是撥動玉米穗沿滾筒軸作復雜運動(玉米穗本身既滾動又滑動，同時沿滾筒軸作不規(guī)則螺旋運動)，也推動玉米穗向排芯口方向移動。釘齒寬度：釘齒設計比較寬，范圍一般為60～120 mm，目的是工作時使玉米穗接觸面較大，避免點接觸產生對玉米穗的局部壓力集中損傷玉米籽粒。 （4）滾筒脫粒段長度。滾筒脫粒段長度是決定脫粒質量的重要參數，滾筒過短影響脫凈率；滾筒過長，會增加功率消耗及制造成本。由網上得知，用籽粒含水率為20％左右(籽粒含水率高相對較難脫粒)的玉米穗做試驗，脫粒段長度一般應為凹板直徑的3.5倍左右。 2.2.2 帶輪的選用 1. 帶輪的材料 帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用的材料牌號為HT150或者為HT200；轉速比較高的時候采用鑄鋼（或者用鋼板沖壓后焊接而成）；小功率時可以用鑄鋁或者塑料。 2. 帶輪傳動 帶傳動是由緊固件連在主動軸上的帶輪（主動輪）、固連于從動軸上的帶輪（從動輪）和緊套在兩輪上的傳動帶組成的。當原動機驅動主動輪轉動時，由于帶和帶輪間的摩擦（或嚙合），便拖動從動輪一起轉動，并傳遞一定的動力。帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、造價低廉以及緩沖吸振等特點，在機械中被廣泛應用。 鑒于帶傳動的優(yōu)點和在應用中的廣泛性，選擇帶傳動為玉米脫粒機傳遞動力。 在一般的機械傳動中，應用最廣泛的是V帶傳動。V帶的橫截面呈等腰梯形，V帶輪上也做出相應的輪槽。傳動時帶只和輪槽的兩個側面接觸，即以兩側面為工作面。根據槽面摩擦的原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動較平帶傳動等產生更大的摩擦力。這是V帶傳動性能上最主要的優(yōu)點。再加上V帶傳動允許的傳動比較大，結構緊湊，以及V帶多以標準化并大量生產的優(yōu)點，因而V帶傳動的應用比平帶傳動應用廣泛的多。所以綜合以上V帶種種的優(yōu)點和實際操作的可行性，V帶傳動是最佳的選擇。 設計帶輪時應該滿足的要求有：質量小，結構工藝性好；無過大的鑄造應力；質量分布均勻，轉速高的時候要求經過動平衡，輪槽工作表面要精細加工（表面粗糙度要求一般比較高點，以減少帶的磨損，各槽的尺寸和角度應保持一定的精度，以使載荷分布比較均勻。 2.2.3 其他零部件的結構與功能 1. 喂入口和排出口的設計 為保證玉米穗順利喂入而不堵塞滾筒，料斗底板應可以有一定的斜度；也可以沒有，因為它可以通過控制呈螺旋式旋轉的釘齒尺寸調整進而達到和有斜度的滾筒能實現(xiàn)一樣的效果。 軸流式滾筒式脫粒裝置的喂入口和排出口設置在徑向位置時，其設計原理與切流式脫離裝置基本相同。根據需要也可配置喂入輪和逐稿輪。在現(xiàn)有的一些脫粒機上，喂入口寬約400-500mm，排出口寬約300mm。有的脫粒裝置上的排出口寬度可以調節(jié)，用來改變作物的脫粒時間，以適應不同作物需要。穗軸排出口與子粒排出口的配置應保持一定的距離，以免穗軸于子?；祀s。軸流式滾筒上方的頂蓋與凹板鑲接組成圓筒行的脫粒室。圓柱形軸流滾筒的頂蓋內壁應有螺旋線導向板，用以控制作物軸向移動的速度。導向板的螺旋升角約為20度到50度，升角過大導向板起不到軸向導送的作用，作物易滯留、積聚、使秸草破碎嚴重。導向板高度一般為50-70mm.喂入量大、作物層厚、導向板高度取最大值。導向板與滾筒間隙大多為10-15mm，間隙過大，作物軸向流動不暢，使生產率降低，甚至可能發(fā)生堵塞。間隙太小，碎秸草多，功率消耗大，作物濕度較大時還易引起堵塞。因作物層沿軸向逐漸變薄，滾筒與導向板的間隙也可沿軸方向由大變小，以提高脫粒分離的效果。 在徑向喂入作物的軸流滾筒式脫粒裝置上，喂入口段內的導向板必須將喂入的作物導送到喂入口寬度以外，避免使作物回帶到喂入口前，使喂入口不均勻或產生滾筒堵塞。徑向排草的軸流滾筒上，最后一塊導向板的位置應使脫粒過的喂草能導送至排出口位置，或伸入排出口段內100-150mm，以免排草不暢。相臨的導向板應前后重疊配置，重疊量約50mm。 2.風機的設計 結構如圖所示： 圖2-1 2.3脫粒機總體結構設計輪廓 圖2-2 2.4 脫粒機的的合理方案選擇與論證 脫粒滾筒和凹板結構參數選擇 在滾筒上影響脫粒性能的主要是滾筒的線速度而非角速度，當其保持不變，凹板弧長也固定時，試驗表明，在喂入量較小時小直徑滾筒凹板的谷粒分離率隨喂入量的增加而急劇下降。大直徑者其分離率與小直徑的相仿；但當喂入量增大時分離率能保持較高的值，因此，大直徑滾筒的分離率較穩(wěn)定。 紋桿滾筒的直徑多為450－600mm，個別的達800mm。我國部頒標準，直徑尺寸系列為400、450、550、600mm，紋桿數在D≤450mm時M＝6；D＝500－550m時M＝8，D≥600mm時M＝10。至于滾筒直徑對作業(yè)的影響可由以下試驗結果說明之，下圖所示，如果α＝1200，脫粒速度＝32.5m/s保持不變時，則 1．當D由550mm增到1265mm時，可使脫粒和分離性能加強（如分離性能增強30%左右），生產率也相應地提高（由4kg/s提高到7kg/s）。 2．當喂入量和其他條件不變，滾筒的阻力矩M隨D（由500逐級增達800mm）值而增大，但在650mm后就平緩下來（下圖）。由于角速度下降，所需功率反而減少。如以D＝800與600相比，可降低13％。這是由于莖稿的彎曲等變形能量消耗隨凹板曲率而變小所致。 圖2-3 每米滾筒長度的阻力矩.功率耗用和滾筒直徑的關系 綜上所述，通過放大滾筒直徑比放大凹板弧長提高分離率，它既可保持凹板包角不變，不致破壞總體配置，又可以不使單位喂入量的功率耗用增加多少，甚至有所降低；同時，其分離率比較穩(wěn)定，受喂入量的變化較少，所以放大滾筒直徑是提高生產率的一個有效途徑。 脫粒裝置凹板的通過性能對于聯(lián)合收獲機的生產率和工作質量有很大關系。如果凹板分離率很高，逐稿器的分離負荷減少，因而分離損失也可減少。凹板分離率主要取決于凹板弧長及凹板的有效分離面積。當脫粒速度增加時，凹板分離 率也相應提高。凹板弧長增加脫凈率增高，但弧長達到一定值后再增大時，脫凈率就增加得極為有限，而莖稈和谷粒的破碎反倒增高。 凹板的通過性能對分離率有直接的影響，故應提高凹板的有效分離面積，但如過頭，谷粒中的含雜率激劇增加不利于清選，凹板的強度也會削弱，故一般柵格狀凹板篩孔面積占總面積的百分數（又稱活篩面）為45－75％，谷粒分離率可達80－90％?，F(xiàn)有凹板弧長為350－700mm，包角為100°－1200，少數可達150°－1800。 紋桿滾筒式脫粒裝置的脫粒功率主要隨作物喂入量而定，但也與作物品種、濕度、谷草比以及喂入方式、凹板結構尺寸等有關，一般情況下紋桿滾筒脫粒小麥所需的單位功率約3－3.8KW／kg/s。在用大滾筒時可能降低一些。把紋桿滾筒作為雙滾筒脫粒裝置之一使用時，此值應略減。紋桿滾筒功率波動較大，設計時常取最大功率為平均功率的1.5－2倍。 2.5 本章小結 本章具體的說明了脫粒機的結構，各部分部件的功能及其使用特點。進而以此達到合理選用最佳各部分零件。使脫粒機能完成任務書所要求的功能，精度。達到了本次課題的目的。 第3章 脫粒機設計計算過程及電機的選擇 3.1 各部分的校核 3.1.1 V傳帶的設計計算 (1). 已知電動機型號為Y90L-2，額定功率為2.2kw，轉速N1=2840r/min，傳動比i=3，二班制工作，載荷變化較大，工作環(huán)境惡劣。確定設計功率，由表7.6查得工作情況系數Ka=1.5，則Pd=KaP=1.52.2=3.3kw選取帶型。根據P.n.由圖7.11查取，選A型帶。 (2). 確定帶轉的基準直徑，根據表2.7薦用最小基準直徑.可選小帶輪直徑為d=100mm。則大帶輪直徑為d/mm=i d=1100=300mm，根據表7.3取d=315mm，其傳動比誤差小于5%，故可用。 (3).驗算帶的速度： V/（m/s）==3.141002840601000=14.86.注： V計算v帶基準長度： (5).L/mm=2a+(d+d)+(d-d )4 a=2350+3.142350+(315-100)=1384.57mm。由表7.2選取v帶基準長度為L=1400mm，由式7.22計算實際中心距a: a/mm=a+(L-L)2=350+(1400-1384.57)2=358mm (6).計算小輪包角。由式(7.3)得： a=180-(d-d)a57.3=180-(315-100)35857.3=145.59 (7).確定v帶根數。根據式(7.23)計算帶的根數z。由表7.3查取單根v帶所能傳遞的功率P=2.08kw。由式(7.19)計算功率增加p，由表7.4查得k=0.772510 由表7.5查得k=1.1373，故得p/kw= k(1- k)=0.7725102840(1-1∕1.1373)=0.26 由表7.8查得：k=0.88，由表7.2查得：k=0.96，則帶的根數： Z=P∕ (p+p)kk=3.3∕ (2.08+0.26)0.960.88=1.71,取z=2根 (8).計算除拉力。由表7.1查得m=0.1kg/m，由式7.2得初拉力： F/N=500pZV{(2.5-k)k}+mv =5003.3214.281.5+0.114.86=124.29 (9).計算作用在軸上的壓力。由式7.25得： Q/N=2ZFsina/2=22124.29sin72.795=474.9 3.1.2 軸的校核 1.選擇軸的材料 因傳遞功率不大，并對質量及結構尺寸無特殊要求，故選用材料為45鋼，調質處理 2.初算軸徑 對于轉軸，按扭轉強度初算軸直徑，查表10.2得，C=106—118，考慮到軸端轉矩比彎矩小，故取C=118. 則 d∕mm=C=118=13.5 考慮鍵槽的影響，取d∕mm=13.51.5=20.25 3.結構設計 (1).軸承部件得結構形式：為了方便軸承部件的裝拆，此機體采用剖分式結構。因傳遞功率小，發(fā)熱小，估計軸不會伸長，故軸承部件的③從d處開始設計。軸段①，在上邊計算d就是軸段①的直徑。 即d =24mm,長度為58mm. 軸段②，在確定軸段②的直徑時，應考慮到密封圈的尺寸方面，查 設計手冊，可選用氈圈油封JB/ZQ4606—1986中的軸徑為30mm,則軸徑 ②的直徑d=30mm. (2).軸承與軸段③及軸承⑦，考慮到滾筒傳遞玉米棒時有軸向力，故軸承類型選用角接觸球軸承。軸段③上安裝軸承，其直徑應便于軸承安裝，又應符合軸承內徑系列?，F(xiàn)在暫取軸承型號為7208C,查軸承手冊，內徑d=40mm,外徑D=80mm,寬度B=18mm，故取軸段③的直徑d=40mm. 通常同一軸上的兩個軸承取得型號相同，故軸段⑦的直徑d=40mm,軸段⑦的長度與軸承寬度相同，故取L=18mm. (3).軸段④上的軸徑應略微大于軸段③，故取d=64mm,L=200mm. (4).軸段⑤與軸段⑥：根據軸肩與安裝要求，故選用d=70mm,軸段⑤的長度L=10mm. 為了減小應力集中，并考慮有軸承的拆卸，軸段⑥的直徑應根據7208C軸承的定位軸肩d確定，即d= d=48mm. (5). 機體與軸段②③⑥的長度：軸段②③⑥的長度L﹑L﹑L除與軸上零件有關外，還與機體及軸承蓋等零件有關。為了避免與不動機體相碰，應取H=15mm。為了補償機體的鑄造誤差，軸承應深入軸承座孔內適當距離，以保持軸承在任何時候都能座落在軸承座孔上，為此取軸承上靠近機體內壁的端面與機體內壁的距離△=5mm。為保證擰緊上下軸承座連接螺栓所需扳手空間，軸承座應有足夠的寬度C=50mm。根據軸承7208C的外圈直徑，由機械設計手冊可查的軸承蓋凸緣厚度e=10mm。為避免帶輪與不動的軸承蓋連接螺栓相碰，即應有足夠的間距K,可取K=20mm。軸段②﹑③﹑⑥的長度就隨之確定下來，即： l/mm=B+△+H+2=18+5+15+2=40 l/mm=(C-B-△)+e+K=(50-18-15)+10+20=57 l/mm=(H+△)-10=10 進而，軸、的支點及力點間的跨距也隨之確定下來了，7208C軸承力作用點距外環(huán)寬邊18.2mm，取該點為支點。取滾筒中間的軸段④的中間為力作用點，則可得跨距L=104.2,L=121.8mm,L=121.8mm。 (6).鍵連接選用平鍵。 軸的受力分析 T/(N×mm)=9.55×10=9.55×10×=14325 圓周力： F/(N)===447.65 徑向力：F(N)= Ftan=447.65×tan20°=162.93 軸向力：F(N)===476.38 (1).畫軸的受力簡圖(下圖)。 圖3-1 （2）.計算支撐反力。 在水平面上 R/N==18.89 R/N= F- R=162.93-18.89=144.04 在垂直平面上 R=R===223.8, 軸承I上的總支撐力 R(N)= ==224.63 R(N)== =266.17 (3)畫彎矩圖。 在水平面上 a—a剖面左側 M/(N·mm)=R·L=18.89×121.8=2300.80 a—a剖面右側 M′/(N·mm)=R·L=144.04×121.8=17544.07 在垂直平面上 M/(N·mm)=R·L=223.83×121.8=27262.49 合成彎矩 a—a剖面左側 M/(N·mm)= ==27359.40 a—a剖面右側 M′/(N·mm)===31429.70 (4)畫轉矩圖（下圖） 圖3-2 2.校核軸的強度 a—a剖面右側，因彎矩大，有轉矩，應力集中，故a—a剖面右側為危險剖面。 由附表10.1，抗彎剖面模量 W/mm=0.1d-=0.1×64-=24155.7 抗扭剖面模量 W/mm=0.2d-=0.2×64-=50370.1 彎曲應力： /MPa===1.13 /MPa==1.13 =0 扭曲應力： /MPa===0.28 /MPa====0.14 對于調質處理的45鋼，由表10.1查的=650MPa,=300MPa,=155MPa;由表10.1注②查的材料的等效系數=0.2，=0.1。 鍵槽引起的應力集中系數，由附表10.4查得K=1.825,K=1.625 絕對尺寸系數，由附圖10.1查得=0.8，=0.76。 軸磨削加工時的表面加工質量系數由附圖10.2查得=0.92 安全系數 S== =107.14 S===455.88 S===104.30 查表10.5得許用安全系數〔S〕=1.3—1.5,顯然S>〔S〕, 故a—a剖面安全。 對于單向轉動的轉軸，通常轉矩按脈動循環(huán)處理，故取折合系數=0.6，則當量應力/MPa===1.18 已知軸的材料為45鋼，調質處理，由表10.1查得=650MPa,由表10.4查得〔〕=60MPa。 顯然，<〔〕,故軸的a—a剖面右側的強度滿足要求。 3.校核鍵的強度 V帶輪鍵連接的擠壓應力 /MPa===6.49 取鍵軸的材料都為鋼，查表得〔〕=120—150MPa，顯然，<〔〕 故強度足夠。 3.1.3 校核軸承壽命 由機械設計手冊查7208C軸承得C=26800N,C=20500N。 （1）計算軸承的軸向力。由表11.13查得7208C軸承內部軸向力計算公式，則軸承Ⅰ.Ⅱ的內部軸向力分別為 S/N=0.4F=0.4R=0.4×224.63=89.852 S/N=0.4F=0.4×266.17=106.468 S與A的方向相同，則 （S+A）/N=89.852+476.38=566.232 顯然，S+A>S,因此軸有右移趨勢，但由軸承部件結構圖分析可知軸承Ⅱ將使軸保持平衡，但兩軸承的軸向力分別為 F/N=S=89.852 F/N= S+A=566.232 比較兩軸承的受力，因Fe 所以 X=0.44, Y=1.36 當量動載荷 P/N=X F+Y F=0.44×266.17+1.36×566.232=887.2 〔3〕校核軸承壽命 L/h= ()=()=136122.4 已知機器使用5年，兩班工作制，則預期壽命 L′/h=8×2×300×5=24000 顯然，L》L′，故軸承壽命很充裕。 3.1.4 連桿機構的選擇 根據運動的原理，選擇曲柄搖桿機構。（如下圖所示） 圖3-3 3.2 電機的選擇 根據電機的帶輪與主軸帶輪的直徑值可以得出帶的傳動比為3.剛好在在V帶傳動2-4之間，因為滾筒的轉速為1000轉每分鐘，所以求出電機的轉速為3000轉每分鐘。所選的電機為全封閉式結構的電壓為220V。 ==0.980.960.97=0.82 所以電動機所需功率為P=P =1.50.82=1.84kw，根據電動機的類型,容量和轉速，由電機產品目錄或有關于手冊，選定電動機型號為Y90L-2,其主要性能如下表所示。 表3-1 Y90L-2型電動機的主要性能 電動機型號 額定功率/（kw） 滿載速度/(r/min ) 起動額定（轉矩轉矩） 最大額定（轉矩轉矩） Y90L-2 2.2 2840 2.2 2.2 3.3 本章小結 通過對各部分部件的選用及計算與校核，得出的結論完全符合且滿足各項安全指標。從而進一步確保了本次設計的準確性與合理性。 第4章.玉米脫粒機的可靠性設計 4.1脫粒滾筒運轉的穩(wěn)定性： 現(xiàn)代化聯(lián)合收獲機的發(fā)展方向是在增大生產率的同時提高作業(yè)質量。收獲的損失主要原因是脫粒不凈、谷粒破碎和分離不凈，而這些損失與脫粒滾筒和逐稿器的轉速波動有密切的關系。為此一般要求脫粒滾筒和逐稿器的轉速波動不大于5－7％。 聯(lián)合收獲機在作業(yè)時脫粒裝置的負荷是在不斷變化著的，而供給脫粒裝置的功率也是在不斷變化著的。 例如由于谷物產量的變異、雜草的多少以及地面分布不勻，尤其是由于收割臺輸送過程中造成的谷物流的不均勻，使得喂入量的變異系數一些機器上可達σ＝±31.4％，則3σ＝±94％，即此種有規(guī)律的變異幅度達平均值的一倍多。 另一方面，由于地面地形、土壤含水量、抗壓強度等的變異，使行走裝置的行走阻力變化為σ＝±25％，則3σ＝±75％；前者使工作部件的作業(yè)負荷發(fā)生變化、后者使提供給脫粒裝置的動力大小發(fā)生變化，二者同時作用的結果就可能使運轉很不平穩(wěn)。 4.2對發(fā)動機的要求： 為了能適應上述工作特點，對聯(lián)合收獲機的發(fā)動機提出以下要求： 1．應具有足夠而適當的功率儲備； 2．發(fā)動機或脫粒滾筒應具備足夠的轉動慣量。 3．聯(lián)合收獲機的發(fā)動機應用全程式調速器，并應有足夠的調速靈敏度。 由上可知，為了得到脫粒滾筒作業(yè)的穩(wěn)定性，即減少其運轉的不均勻度 δ，在下述三種情況下都以采用較大的滾筒轉動慣量為佳： 一是在發(fā)動機功率配備不足的情況下，可在滾筒軸上采用附加飛輪的方 法，另一種是在發(fā)動機額定轉矩MeH大于阻力矩M1＋M2的情況下，喂入量突增時，較大的轉動慣量I也可依靠其運轉系統(tǒng)本身貯存的能量克服阻力矩的變化，使轉速不致發(fā)生過大的波動。還有一種是在人工喂入的脫粒機上，滾筒采用較大而適度的轉動慣量尤為必要。 綜上所述，脫粒機機構合理可靠。  第5章 結論 本課題通過了對脫粒機的結構設計，方案設計計算，穩(wěn)定性分析。更加確切的說明了此次設計的正確性。在方案計算論證過程中得到了的最佳運動狀態(tài)數據。保證了脫粒機的穩(wěn)定性和精度。也進行了可靠性分析，保證滾筒運轉的可靠性。通過本次課題設計使我更好的掌握設計的基本知識。讓我了解了產品如何設計才會接近合理。為今后的學習和工作中打下了良好的基礎。 致 謝 通過與孫老師在畢業(yè)設計相處的這一段時間內，進而逐步了解了他的嚴謹治學態(tài)度，扎實的畫圖功底基礎，這與孫老師之所以能成為學校機械專業(yè)方面的佼佼者是密不可分的，只要是學生自己研究時出現(xiàn)了難題或疑慮，孫老師總會細心地幫我們講解，在畢業(yè)設計中讓我學到和了解許多新的東西。所以，在這里我要向孫老師致以我最真摯的謝意。 最后，感謝和我在一起設計的搭檔，感謝他們在畢業(yè)設計中給予我的鼓勵和幫助。 參考文獻 1 成大先等. 機械設計手冊. 化學工業(yè)出版社　 2 陳鐵鳴等. 機械設計. 哈爾濱工業(yè)大學,2006 3 楊曉輝. 簡明機械實用手冊. 科學出版社　 4 濮良貴，紀名剛. 主編. 機械設計學習指南.第四版.高等教育出版社，2001 5 濮良貴，紀名剛. 主編. 機械設計.第七版，高等教育出版社，2001 6 王俊發(fā).主編.農產品加工機械.哈爾濱工程大學出版社，2001 7 李寶筏. 主編. 農業(yè)機械學.上下冊.農業(yè)出版社,1996 8 劉子林.主編.電機與電氣控制.電子工業(yè)出版社 9 王麗潔.吳佩年,機械制圖.哈爾濱工業(yè)大學出版社,1998 10 王知行,鄧宗全.機械原理.高等教育出版社,2006 11 劉品.機械精度設計與檢測.第4版.哈爾濱工業(yè)大學出版社,2006 12 編輯組編.機械設計手冊. 機械工業(yè)出版社，1986年12 13 韓鴻鸞.數控機床的機械結構與維修[M].山東科學技術出版社，2005年 14 中國機械工業(yè)教育協(xié)會組.數控機床及其使用維修[M].北京機械工 業(yè)出版社，2001年 15 孫恒，陳作模,葛文杰主編. 機械原理.第七版.高等教育出版社，2000年3月 16 濮良貴主編.機械設計.西北工業(yè)大學出版社，2003年3月