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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)
誠(chéng) 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(zhēng)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(xiě)過(guò)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(shuō)明并表示了謝意。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：
2013年 5 月 26 日
目 錄
摘要 1
關(guān)鍵詞 1
1 前言 2
1.1 課題研究的目的和意義 2
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.3 水稻脫粒機(jī)的現(xiàn)狀分析 4
2 脫粒機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案 4
2.1脫粒機(jī)的整體布局 4
2.2工作原理 5
2.3 工作過(guò)程 5
2.4 主要零部件的選擇 6
2.4.1 脫粒滾筒 6
2.4.2 滾筒滾齒 6
2.4.3 凹板 7
2.4.4 清選機(jī)構(gòu) 7
2.4.5 機(jī)架 8
3 主要零部件的設(shè)計(jì)及參數(shù) 8
3.1 脫粒滾筒主要參數(shù)的選擇 8
3.1.1 滾筒的線速度 8
3.1.2 滾筒直徑 8
3.1.3 滾筒圓柱齒 9
3.2 凹板直徑 9
4 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 9
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 9
4.2 確定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比 9
4.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 9
5 普通V帶傳動(dòng)的計(jì)算 10
5.1 確定計(jì)算功率 10
5.2 選擇V 帶的帶型 10
5.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d并驗(yàn)算帶速v 10
5.3.1 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 10
5.3.2 驗(yàn)算帶速v 10
5.3.3 計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 10
5.4 確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld 11
5.4.1 初定中心距a0 11
5.4.2 初選帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld0 11
5.4.3 計(jì)算實(shí)際中心距 11
5.5 驗(yàn)算小帶輪上的包角α1 11
5.6 計(jì)算帶的根數(shù)z 11
5.6.1 計(jì)算單根V帶的額定功率Pr 11
5.7 確定單根V帶的預(yù)緊力 11
5.8 計(jì)算軸力 12
6 軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 12
6.1 選擇材料，初步確定軸的最小直徑dmin 12
6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
6.2.1 擬定軸上零件的裝配方案 12
6.2.2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 12
6.3 軸上載荷計(jì)算 13
6.3.1 受力分析 13
6.3.2強(qiáng)度校核 14
6.3.3 畫(huà)出受力分析簡(jiǎn)圖 14
7 滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
7.1 軸承壽命校核 15
8 軸承座的選擇 15
9 平鍵的選擇與計(jì)算 15
9.1 類(lèi)型選擇 16
9.2 尺寸選擇 16
9.3 強(qiáng)度驗(yàn)算 16
10 風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì) 15
11 總結(jié) 16
參考文獻(xiàn) 16
致謝 17
小型電動(dòng)水稻脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長(zhǎng)沙410128）
摘要：水稻是我國(guó)的主要糧食作物，具有單產(chǎn)量最高，總產(chǎn)量最穩(wěn)定的特點(diǎn)；近些年水稻種植面積處于穩(wěn)步上升的狀態(tài)。在目前水稻收獲機(jī)械多種形式并存條件下，為了滿(mǎn)足廣大用戶(hù)莖桿需求量的不斷提高，在消化吸收國(guó)內(nèi)外同類(lèi)機(jī)型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)一種水稻半喂入脫粒機(jī)械。作為水稻半喂入脫粒機(jī)脫離部分的核心部件，脫粒滾筒的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，脫離滾筒采用圓柱直齒滾筒，是采用梳刷打擊原理進(jìn)行脫粒的；脫離齒呈螺旋狀排列，方便了水稻的脫離和秸稈的排出；清選機(jī)構(gòu)是采用風(fēng)機(jī)清選，能夠很好的將水稻和雜質(zhì)物分開(kāi)，對(duì)水稻質(zhì)量的提高有一定的幫助。
關(guān)鍵詞:電動(dòng)機(jī)；脫粒；滾筒；
The Design of Small Electric Rice Thresher
Student:
Tutor:
(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract: Rice is our country's main food crop, have the highest single output of the most stable, output characteristic; The rice planting area in recent years has steadily risen state. In the current rice harvest machinery various forms to coexist conditions, in order to satisfy the demand of user stem the unceasing enhancement, digesting and absorbing the basis of domestic and foreign similar type, design a kind of rice half feeding threshing machine. As rice half feeding the core components threshers from parts of the design, threshing roller is of vital importance, from roller adopts cylindrical spur toothed rollers, which is used to comb brush the principle of threshing blow; From tooth spirally arranged, convenient rice from the eduction and straw; Qing choose agencies are using fan can be good clear choice, rice and impurity content will be separated for improving the quality of rice, have certain help.
Key words: Motor；Threshing；Drum；
1 前言
1.1 課題研究的目的和意義
水稻一直以來(lái)是我國(guó)的主要糧食作物之一，它廣泛的種植在我國(guó)的南方地區(qū)。水稻收割后不能及時(shí)地進(jìn)行脫離，在一定程度上影響了水稻的生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量，另一方面人工脫離對(duì)水稻的損失比較大。因此設(shè)計(jì)一種小型電動(dòng)水稻半喂入式脫粒機(jī)對(duì)我國(guó)水稻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是很有必要的，它不但能夠提高我國(guó)水稻的生產(chǎn)，而且將大大減少不必要的勞力輸出。
近幾年 , 隨著聯(lián)合收割機(jī)易地作業(yè)范圍的不斷擴(kuò)大, 聯(lián)合收割機(jī)發(fā)展十分迅速 , 使脫粒機(jī)市場(chǎng)受到一定沖擊。在這種形勢(shì)下,聯(lián)合收割機(jī)、脫粒機(jī)和割曬機(jī)將如何發(fā)展,脫粒機(jī)還有沒(méi)有發(fā)展前途, 這是脫粒機(jī)生產(chǎn)企業(yè)和經(jīng)營(yíng)部門(mén)普遍關(guān)注的問(wèn)題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì) , 目前我國(guó)種植面積基本穩(wěn)定在 3 000 萬(wàn) 。以 1998年為例, 全國(guó)小麥機(jī)收面積為 1 800萬(wàn),其中聯(lián)合收割機(jī)收獲面積為 800 萬(wàn), 由割曬機(jī)收割后脫粒的收獲面積為 1 000 萬(wàn)。聯(lián)合收割機(jī)和割曬機(jī)的收獲面積分別占小麥種植面積的 26. 7 %和 33. 3 %。此外還有 1 200萬(wàn)的山區(qū)和丘陵小塊地的小麥?zhǔn)斋@ ,還全靠人工收割后, 由脫粒機(jī)械進(jìn)行脫粒加工。因此,脫粒機(jī)械的作業(yè)量目前仍占全國(guó)小麥種植面積的70%左右。
再看我國(guó)的水稻、玉米和雜糧的機(jī)收情況。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),全國(guó)水稻機(jī)械化聯(lián)合收獲作業(yè)面積僅為種植面積的 7. 3 %, 還有 92. 7 %的水稻仍靠脫粒機(jī)械進(jìn)行脫粒加工; 玉米機(jī)械化聯(lián)合收獲的面積僅占全國(guó)玉米種植面積的 0. 2 %,而且,目前我國(guó)生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機(jī)大部分只具有摘穗、剝皮和秸稈粉碎等功能 , 籽粒的脫粒還要依靠玉米脫粒機(jī)來(lái)完成。黑龍江是我國(guó)種植大豆面積最大的省 , 大豆機(jī)收水平列全國(guó)之首, 機(jī)收面積占種植面積的 2%,其他省種植的雜糧、玉米和高粱等的脫粒加工有 80 %以上需要靠脫粒機(jī)或人工來(lái)完成。
綜上所述 , 盡管近幾年聯(lián)合收割機(jī)的發(fā)展迅猛 , 但由于我國(guó)地域遼闊 , 氣候和地理?xiàng)l件以及栽培品種、種植方式有較大的差異,加上經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡 , 有些聯(lián)合收獲機(jī)械的性能和部分關(guān)鍵技術(shù)尚不成熟 ,在今后一段時(shí)間內(nèi), 脫粒機(jī)在我國(guó)的糧食作物收獲作業(yè)中, 特別是在山區(qū)、丘陵小塊地、間作套種和雜糧種植地區(qū)仍是不可缺少的作業(yè)機(jī)具。由于場(chǎng)地運(yùn)輸及動(dòng)力源的限制，原有的大中型脫粒機(jī)都準(zhǔn)于適應(yīng)山區(qū)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，特別是北方農(nóng)村仍采用轱轆碾，人力清洗的原始作業(yè)方式，勞動(dòng)力浪費(fèi)嚴(yán)重?，F(xiàn)有小型紋桿式、釘齒式脫粒機(jī)因堵塞纏繞消耗較大，仍需三相電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。由于三相電源缺乏，單相電源普及，急需一種脫粒機(jī)以單相電機(jī)為動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)脫粒精選聯(lián)合作業(yè)。
因此，現(xiàn)結(jié)合所學(xué)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)等知識(shí)，設(shè)計(jì)一種實(shí)用型活齒脫粒機(jī)，以提高自身機(jī)械設(shè)計(jì)水平，提高機(jī)械工作效率，減少人力損耗。通過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，提高繪畫(huà)、CAD、裝配、工藝等方面的能力，加強(qiáng)理論與實(shí)踐的結(jié)合。
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
從世界范圍看，農(nóng)業(yè)起源中心主要有3個(gè)：東亞、中南美洲和西亞。中南美洲起源中心主要就是南美。南美原始農(nóng)業(yè)具有明顯的特點(diǎn)。在種植業(yè)方面，很早就形成以種植馬鈴薯、倭瓜和玉米的格局，不同于東亞中國(guó)北方以粟黍?yàn)橹?、南方以水稻為主，也不同于西亞以種植小麥、大麥為主。日本久保田水稻聯(lián)合收割機(jī)、三久、金子谷物烘干機(jī)、中型拖拉機(jī)、埋草旋耕機(jī)等一大批國(guó)內(nèi)外先進(jìn)適用的機(jī)具得到較好的推廣應(yīng)用, 加快了我國(guó)1.5系列水稻聯(lián)合收割機(jī)技術(shù)改造和完善，成為水稻收獲機(jī)械的主導(dǎo)機(jī)型，大大提升了我國(guó)水稻收獲機(jī)械的整體技術(shù)水平。
目前，全世界的可耕地大約有32億公頃，現(xiàn)在已開(kāi)發(fā)的為13.7億公頃，尚不到可耕地的50%。就世界上的耕地資源來(lái)說(shuō)，在南北美洲和澳洲及亞洲的北部還有大量未開(kāi)發(fā)的后備耕地和休耕的耕地。但是，鑒于氣候和水資源等原因，真正可供開(kāi)發(fā)的耕地資源并不多。南美洲是世界上最后一個(gè)依然還有大量未開(kāi)墾土地的地方，被譽(yù)為“21世紀(jì)世界糧倉(cāng)”。該地區(qū)在巴西的帶領(lǐng)下，過(guò)去十年來(lái)的農(nóng)產(chǎn)品出口呈現(xiàn)爆炸性增長(zhǎng)。由于南美洲國(guó)家實(shí)施市場(chǎng)導(dǎo)向的經(jīng)濟(jì)政策，同時(shí)農(nóng)藝學(xué)得到長(zhǎng)足進(jìn)步，致使從前不可耕種的熱帶土地能夠轉(zhuǎn)變成農(nóng)用地，而且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平超過(guò)了美國(guó)和歐洲，因此出現(xiàn)了這種新的增長(zhǎng)。
大規(guī)模經(jīng)營(yíng)的資本主義大農(nóng)牧場(chǎng)、大種植園主要生產(chǎn)供出口的經(jīng)濟(jì)作物和其他農(nóng)牧產(chǎn)品，專(zhuān)業(yè)化、機(jī)械化程度較高；同時(shí)并存數(shù)量龐大的個(gè)體農(nóng)戶(hù)，除部分以生產(chǎn)糧食作物為主的自給性農(nóng)業(yè)外，也為國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)提供大量農(nóng)牧產(chǎn)品。因此，小型水稻脫粒機(jī)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)作業(yè)的需要，所以大中型水稻脫粒機(jī)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是適合人均耕地面積少、缺乏先進(jìn)適用機(jī)具廣大的農(nóng)民的小型脫粒機(jī)。按“因地制宜、分類(lèi)指導(dǎo)、重點(diǎn)突破、全面推進(jìn)”的原則，抓關(guān)鍵環(huán)節(jié)和適用技術(shù)，大力推廣水稻收獲機(jī)械，積極做好組織服務(wù)工作，提高水稻機(jī)收水平。機(jī)械化收獲是水稻生產(chǎn)的一個(gè)主要環(huán)節(jié)，也是推進(jìn)水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化的難點(diǎn)之一。針對(duì)水稻生產(chǎn)機(jī)械化中存在的某些技術(shù)難題，各地農(nóng)機(jī)部門(mén)積極立項(xiàng)研究，大膽探索試驗(yàn)，對(duì)小型收獲機(jī)械的改進(jìn)與推廣，對(duì)氣吸式水稻播種機(jī)的研制，對(duì)動(dòng)力脫粒清選機(jī)的開(kāi)發(fā)等，為選擇、推廣水稻生產(chǎn)機(jī)械及技術(shù)提供了科學(xué)依據(jù)。
廣東省在推進(jìn)水稻生產(chǎn)機(jī)械化的過(guò)程中雖然做了大量工作，但由于原來(lái)的基礎(chǔ)薄弱，受一些深層次的因素影響較大，導(dǎo)致水稻生產(chǎn)主要環(huán)節(jié)的機(jī)械化水平仍然較低，栽植、烘干機(jī)械很難推廣，耕種收綜合機(jī)械化水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平，處于中下游位置，與先進(jìn)的省份相比差距較大。同時(shí)，為加大水稻機(jī)械化生產(chǎn)的宣傳、推廣、示范的力度，引導(dǎo)廣大農(nóng)民采用先進(jìn)的機(jī)械進(jìn)行水稻生產(chǎn)，在進(jìn)行水稻生產(chǎn)全程機(jī)械化試點(diǎn)的同時(shí)，又確定象州、靈川、賀州和北流4個(gè)糧食生產(chǎn)大縣作為水稻生產(chǎn)機(jī)械化示范縣，籌措資金190萬(wàn)元，建立水稻生產(chǎn)示范基地。
我國(guó)對(duì)中小型脫粒機(jī)的應(yīng)用還不是很全面和完善，本著這個(gè)宗旨我選擇了這個(gè)課題以增強(qiáng)和提高我國(guó)在小型脫粒機(jī)方面的技術(shù)。以滿(mǎn)足人均耕地面積少、缺乏先進(jìn)適用機(jī)具廣大的農(nóng)民。
1.3 水稻脫粒機(jī)的現(xiàn)狀分析
我國(guó)南方一些山區(qū)，水稻聯(lián)合收獲機(jī)的普及還相當(dāng)?shù)牡?，水稻生產(chǎn)沿襲的還是傳統(tǒng)的手作勞動(dòng)，勞動(dòng)強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率低；而我國(guó)大型的水稻脫粒機(jī)只有采用打擊原理設(shè)計(jì)的紋桿切流式滾筒復(fù)式、半復(fù)式脫粒技術(shù)，水稻的生產(chǎn)效率低、稻粒破碎嚴(yán)重，這樣在很大程度上影響了水稻的質(zhì)量和產(chǎn)量。我國(guó)的脫粒機(jī)生產(chǎn)廠家大多堅(jiān)持單產(chǎn)品生產(chǎn)，生產(chǎn)也沒(méi)有形成一定的規(guī)模，導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)效益低下，而且多數(shù)企業(yè)從在有不正當(dāng)競(jìng)爭(zhēng)，售后服務(wù)跟不上，導(dǎo)致發(fā)展的惡性循環(huán)，這樣就直接導(dǎo)致了脫粒機(jī)在我國(guó)大范圍內(nèi)的用運(yùn)；其次，我國(guó)的農(nóng)業(yè)種植區(qū)域比較復(fù)雜，直接導(dǎo)致了我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械的推廣比較緩慢，使得我國(guó)農(nóng)作物的生產(chǎn)效率普遍偏低。近幾年來(lái)我國(guó)加大了對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)注，在農(nóng)機(jī)的科研方面有了很大人力和資金的投入；另一方面在農(nóng)民對(duì)機(jī)器的購(gòu)買(mǎi)方面也制定了許多優(yōu)惠政策，這樣既方便了農(nóng)民的購(gòu)買(mǎi)，又推進(jìn)了科研的不斷創(chuàng)新。
近幾年我國(guó)小型電動(dòng)水稻脫粒機(jī)的設(shè)計(jì)也有了一定的基礎(chǔ)，并且不斷地在它的研發(fā)上取得了快速的進(jìn)展，我國(guó)通過(guò)對(duì)外國(guó)先進(jìn)的脫粒技術(shù)的吸收和對(duì)主要零部件的改進(jìn)，使得小型水稻脫粒機(jī)的結(jié)構(gòu)和性能有了很大的提高，現(xiàn)在已經(jīng)可以生產(chǎn)出操作方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型水稻脫粒機(jī)，為我國(guó)水稻脫粒機(jī)的發(fā)展推廣起到了極大的作用。
2 脫粒機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案
2.1 脫粒機(jī)的整體布局
其結(jié)構(gòu)如圖1
圖1 小型電動(dòng)水稻脫粒機(jī)主體示圖
Figure 1 Small electrical diagram showing the main rice thresher
2.2 工作原理
作業(yè)時(shí)，谷物由喂料斗送入凹板與滾筒之間，經(jīng)滾筒高速旋轉(zhuǎn)脫粒作用積草口排出籽粒和顆殼穿過(guò)凹板通過(guò)風(fēng)選顆殼飛出機(jī)外潔凈的籽粒從出糧斗裝袋。執(zhí)行機(jī)構(gòu)有滾筒、風(fēng)筒、凹板。其中風(fēng)筒由風(fēng)扇、箱體、斜導(dǎo)板構(gòu)成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)尺寸綜合：機(jī)械運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力設(shè)計(jì)重要構(gòu)造滾筒要脫水稻，小麥粒，則應(yīng)該考慮到水稻小麥的大小、形狀，由于該脫粒機(jī)選用半喂入式，所以脫粒后會(huì)產(chǎn)生稻桿，所以執(zhí)行機(jī)構(gòu)必須采用過(guò)濾裝置。
2.3 工作過(guò)程
本設(shè)計(jì)采用的是半喂入式的脫粒方式，用手握住稻桿，讓水稻稻穗進(jìn)入脫粒滾筒后，在滾筒的帶動(dòng)下隨著滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，在滾筒與凹板間的脫粒區(qū)域內(nèi)沿脫粒滾筒運(yùn)動(dòng)，通過(guò)脫粒滾齒的梳刷和打擊作用在隨著凹板間隙的不斷變化,稻粒隨之脫落，脫落的稻粒,通過(guò)凹板的間隙進(jìn)行初次的清選，落下的稻粒和輕質(zhì)雜質(zhì)物在通過(guò)風(fēng)機(jī)進(jìn)行最后的清選工作，而少量的秸稈則隨著脫粒滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)被排送出去，具體方案如圖2所示：
人工喂入
圖2 水稻脫粒機(jī)工作過(guò)程
Figure2 Rice threshers working process
2.4 主要零部件的選擇
2.4.1 脫粒滾筒
作為小型水稻半喂入脫粒機(jī)脫離部分的核心部件，脫粒滾筒的設(shè)計(jì)是至關(guān)重要的，它將從根本上決定整機(jī)性能的優(yōu)劣。
滾筒式脫粒裝置按作物喂入后運(yùn)動(dòng)情況可分為：切線式、軸流切線式和軸流切線徑向式三種。切流式：水稻稻穗被滾筒抓取后，垂直于滾筒軸沿滾筒的切線方向運(yùn)動(dòng)，而不發(fā)生軸向移動(dòng)，稻穗在通過(guò)滾筒與凹版間隙的過(guò)程中被脫粒，脫粒后的稻穗也沿切線方向移開(kāi)滾筒，這種脫粒方式脫粒時(shí)間短，稻粒與秸稈分離不清，需要在脫粒裝置后加設(shè)其他分離裝置。軸流切線式：稻穗被滾筒抓取后，在滾筒作切線回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，還沿著軸向移動(dòng)，其合成運(yùn)動(dòng)的軌跡為螺旋線，這種脫粒方式脫粒時(shí)間長(zhǎng)，稻穗在脫粒間隙受到多次沖擊和搓擦，提高了脫凈率和分離率，減少稻粒的破碎。軸流切線徑向式，對(duì)這種脫粒方式而言，要求滾筒一般為錐形，其作物運(yùn)動(dòng)軌跡為圓錐螺旋線，脫粒效果好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜要求功率也較大。因此本設(shè)計(jì)采用第二種方式即軸流切線式。
滾筒的形狀方面采用的是圓柱齒式圓柱形閉式滾筒，這樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，慣性力大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，克服瞬時(shí)超載荷能力強(qiáng)，脫粒效果好。
2.4.2 滾筒滾齒
脫粒滾筒的脫粒質(zhì)量和脫粒效率與滾筒的滾筒齒和滾筒的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而滾筒齒是滾筒上的主要脫粒元件。脫粒滾筒的滾筒滾齒主要是由圓柱直齒組成。而且滾筒齒是按螺旋線排列在滾筒上。這樣不但提高了脫粒滾筒的脫粒能力，而且提高了稻粒的純凈度。
我國(guó)已有的小型水稻半喂入脫粒機(jī)主要是采用打擊原理對(duì)水稻稻穗進(jìn)行脫粒，多數(shù)采用的是釘齒。通過(guò)釘齒打擊水稻稻穗，產(chǎn)生振動(dòng)和慣性力從而破壞它與穗軸間的連接，以便稻粒和稻穗脫離。工作時(shí)滾筒回轉(zhuǎn)，以其釘齒猛烈的打擊進(jìn)入的稻穗，把絕大部分的谷粒脫下，然后把秸稈帶進(jìn)滾筒與凹板之間，在滾筒釘齒與凹板釘齒所構(gòu)成的側(cè)面間隙之間進(jìn)行摩擦、擠壓把全部谷粒脫下，同時(shí)把秸稈送出脫粒裝置。
釘齒型的脫粒機(jī)要求滾筒線速度高因而功率消耗大，釘齒的打擊又導(dǎo)致了谷粒的破碎率高。秸稈破壞嚴(yán)重，同時(shí)給分離和清選的時(shí)候增加了困難，制造和裝配嚴(yán)格，使用調(diào)整也比較復(fù)雜，容易因釘齒側(cè)間隙不一致而影響脫粒質(zhì)量。
通過(guò)對(duì)以上兩種方案的比較，本設(shè)計(jì)采用的脫粒滾筒的脫粒齒為圓柱齒.
2.4.3 凹板
脫粒機(jī)的脫粒質(zhì)量和凹板有很大的關(guān)系。凹板和脫粒滾筒之間的間隙過(guò)小，則使得脫粒機(jī)的功率變大，而且增加了谷粒的破碎率；要是脫粒間隙過(guò)大的話，脫粒機(jī)的脫粒效果就受到了很大的影響，而且影響了后面稻粒的清選。凹板的結(jié)構(gòu)有柵格式、沖孔篩式和編織篩式等類(lèi)型，以柵格式凹板的分離效果最好。
其結(jié)構(gòu)如圖
圖3 凹板
Figure 3 Intaglio
2.4.4 清選機(jī)構(gòu)
清選機(jī)構(gòu)是主要實(shí)現(xiàn)脫粒后的稻粒與輕質(zhì)雜物之間的分離。常見(jiàn)的清選原理大致可以分為兩類(lèi)：一類(lèi)是按照籽粒的空氣動(dòng)力特性（懸浮速度）進(jìn)行清選。另一類(lèi)是利用氣流和篩子配合進(jìn)行清選。其中后者最為常用，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，分離效率高。本設(shè)計(jì)采用風(fēng)機(jī)按照稻粒的空氣動(dòng)力特性進(jìn)行清選，其中氣流由風(fēng)機(jī)提供， 其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4
圖4 風(fēng)機(jī)
Figure 4 Fans
2.4.5 機(jī)架
機(jī)架在脫粒機(jī)中用于容納和支承各種零部件，本設(shè)計(jì)采用23號(hào)角鋼焊接成，殼用鐵皮鉚合連接或者之間焊接而成，并且在機(jī)腳的位置設(shè)置兩塊木條，不僅方便電機(jī)、風(fēng)機(jī)的安裝，而且起到了減震作用。
3 主要零部件的設(shè)計(jì)及參數(shù)
3.1 脫粒滾筒主要參數(shù)的選擇
3.1.1 滾筒的線速度
脫粒滾筒的作用是通過(guò)帶動(dòng)其上的圓柱齒而進(jìn)行脫粒工作，其滾筒的轉(zhuǎn)速影響著脫離的質(zhì)量和效率，一個(gè)結(jié)構(gòu)合理的滾筒，如果沒(méi)有適當(dāng)?shù)木€速度，就不可能有良好的脫粒性能。線速度的大小，決定了對(duì)作物的沖擊和梳刷作用的強(qiáng)弱。線速度小時(shí)，沖擊力減弱，使脫粒的時(shí)間延長(zhǎng)而生產(chǎn)率低下，甚至脫粒不干凈；線速度越高，沖擊力越大，梳刷作用越強(qiáng)，脫凈率越高，但是線速度過(guò)高時(shí)，脫粒效果的提高并不顯著，功率消耗反而增加，谷粒和秸稈的破碎率也提高，且使谷粒在滾筒上的跳動(dòng)加劇，增加拋散損失。因此，線速度的大小，要以脫凈又不要破碎谷粒為原則。對(duì)圓柱齒式脫粒滾筒而言，線速度一般為10m/s-12m/s,根據(jù)需求取10m/s，這樣滾筒的轉(zhuǎn)速就可以確定了，經(jīng)過(guò)計(jì)算滾筒的轉(zhuǎn)速為415r/min.
3.1.2 滾筒直徑
圓柱齒滾筒的滾筒直徑一般為360mm-460mm，根據(jù)前人的研究取460mm，過(guò)小的話容易纏草，且功率消耗大，工作不穩(wěn)定；過(guò)大則重量大，體積大。為保證脫粒的干凈，滾筒應(yīng)有一定的長(zhǎng)度，目前所采用的滾筒長(zhǎng)度為360mm-450mm,根據(jù)需要去滾筒長(zhǎng)度為450mm。
3.1.3 滾筒圓柱齒
滾筒的圓柱齒是按螺旋線排列，螺線頭越多，則脫粒能力越強(qiáng)，但過(guò)多將使秸稈打得很碎，功率消耗增加。
3.2 凹板直徑
凹板直徑是決定生產(chǎn)率的主要參數(shù)（在限制滾筒轉(zhuǎn)速的情況下，凹板直徑是決定生產(chǎn)率的唯一參數(shù)），凹板直徑與生產(chǎn)率成正比，但不是一次性線性關(guān)系。
根據(jù)凹板直徑與生產(chǎn)率的關(guān)系和實(shí)際生產(chǎn)情況，本設(shè)計(jì)現(xiàn)選取凹板直徑D為490mm，對(duì)水稻脫粒機(jī)來(lái)說(shuō)，其脫粒間隙就是滾筒齒頂圓與凹板圓鋼之間的間隙。
4 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用電動(dòng)機(jī)作為該脫粒機(jī)械的動(dòng)力來(lái)源，通過(guò)V帶傳動(dòng)帶動(dòng)脫粒滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)期工作，單機(jī)傳動(dòng)，簡(jiǎn)單可行。
4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇
從前面可知已選滾筒外緣線速度為v=10m/s，那么滾筒工作轉(zhuǎn)速
( 1)
對(duì)滾筒轉(zhuǎn)速進(jìn)行取整: n=415r/min
查表得V帶的傳動(dòng)比i=2～4則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為：
(2)
現(xiàn)選用工業(yè)上廣泛應(yīng)用的Y系列三相交流異步電動(dòng)機(jī)，其具有高效、節(jié)能、振動(dòng)小、噪聲小和運(yùn)行安全可靠的特點(diǎn)，查表后在根據(jù)計(jì)算選定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132S-4。
4.2 確定傳動(dòng)裝置的傳動(dòng)比
總傳動(dòng)比
(3)
式中 —電動(dòng)機(jī)滿(mǎn)載轉(zhuǎn)速，1440r/min,則
那么V帶的傳動(dòng)比i≈3.4，處于2～4之間，符合要求。
4.3 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)
各軸轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸 (4)
Ⅱ軸 (5)
各軸功率
Ⅰ軸 (6)
式中 —電動(dòng)機(jī)的額定功率
Ⅱ軸 (7)
式中 —V帶傳動(dòng)效率；查表1-7取值0.95
各軸轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸 (8)
Ⅱ軸 (9)
5 普通V帶傳動(dòng)的計(jì)算
電動(dòng)機(jī)型號(hào)為Y132S-4,其額定功率=5.5kw，轉(zhuǎn)速=1440（r/min）；從動(dòng)軸轉(zhuǎn)速=415（r/min），設(shè)計(jì)每天工作<10h。
5.1 確定計(jì)算功率
查表得，工況系數(shù)=1.2,則
(10)
5.2 選擇V 帶的帶型
根據(jù)=6.6kw和=1440（r/min）由圖可知，選用B型V帶。
5.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d并驗(yàn)算帶速v
5.3.1 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑
根據(jù)和，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑=140mm。
5.3.2 驗(yàn)算帶速v
(11)
因?yàn)?m/s<<30m/s在規(guī)定的范圍內(nèi)，故合理。
5.3.3 計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑
(12)
查表，圓整為=500mm。
5.4 確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長(zhǎng)度
5.4.1 初定中心距
即
中心距變化范圍 448≤≤1280
取=700mm
5.4.2 初選帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
(13)
查表,選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度=2500mm.
5.4.3 計(jì)算實(shí)際中心距
(14)
5.5 驗(yàn)算小帶輪上的包角
(15)
5.6 計(jì)算帶的根數(shù)z
5.6.1 計(jì)算單根V帶的額定功率
由=140mm和，查表，可知，取=2.82kw。
根據(jù)，i=3.4和B型帶，查表，得kw。
查表和表得包角系數(shù)=0.925，帶長(zhǎng)修正系數(shù)=1.03
于是
(16)
5.6.2 計(jì)算V帶的根數(shù)z
(17)故取z=3根
5.7 確定單根V帶的預(yù)緊力
(18)
普通B型V帶每米長(zhǎng)度質(zhì)量，
5.8 計(jì)算軸力
（19）
6 軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)
已知輸出軸上的功率，轉(zhuǎn)速，
(20)
轉(zhuǎn)矩
(21)
6.1 選擇材料，初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表，取，于是得
(22)
最小軸徑顯然是安裝大帶輪處軸的直徑，由于此處開(kāi)鍵槽故將直徑加大10%-15%，取。
6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6.2.1 擬定軸上零件的裝配方案
軸上零件的裝配方案如圖5
圖5 軸的結(jié)構(gòu)示意圖
Figure 5 Schematic diagram of the axis
6.2.2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度
1)為了滿(mǎn)足大帶輪的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故?、?Ⅲ段的直徑=33mm；左端用軸端擋圈對(duì)帶輪進(jìn)行軸向固定，螺栓緊固軸端擋圈的結(jié)構(gòu)尺寸查表7-6（GB/T892-1986）。查表6-11可得普通V帶帶輪寬 +2=（—輪槽數(shù)，—槽間距，—第一槽對(duì)稱(chēng)面至端面距離），取B=61mm，為了保證軸端擋圈只壓在大帶輪上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ—Ⅱ段長(zhǎng)度應(yīng)比B略短一些，現(xiàn)取=59mm，大帶輪與軸的周向定位采用平鍵連接。查表5-73 選用的平鍵尺寸為：b×h×L=10mm×8mm×32mm
2)初步選擇滾動(dòng)軸承。軸主要承受徑向力作用，故選用深溝球軸承，參照工作要求，并根據(jù)=35mm，查表8-23選擇深溝球軸承6007，其尺寸d×D×B=35mm×62mm×14mm，故，其左端采用軸承端蓋對(duì)其進(jìn)行定位，取其長(zhǎng)度。軸承的右側(cè)面采用軸肩定位，軸肩高度h=5mm,取其直徑d=45mm.
3）軸承用軸承座定位根據(jù)便于對(duì)軸承添加潤(rùn)滑脂的要求，取軸承座的外端面與大帶輪右端面間的距離，則。
4）滾筒采用平鍵進(jìn)行周向定位，取該處軸徑，則查表4-1鍵的尺寸：b×h×L=14mm×9mm×48mm；滾筒的周向定位，左端采用深溝球軸承定位，右端也同樣采用深溝球軸承進(jìn)行定位，滾筒段的長(zhǎng)度。取
5）取右端軸承的長(zhǎng)度，軸承的右端采用軸肩進(jìn)行定位，d=39mm,為了加工的方便性，開(kāi)個(gè)退刀槽。至此整個(gè)軸的直徑和各段長(zhǎng)度均以結(jié)束，軸的長(zhǎng)度L=694mm。
6.3 軸上載荷計(jì)算
已知皮帶輪對(duì)軸的壓力，取帶輪和滾筒重量分別為、，并且假設(shè)重量在軸上呈線性均勻分布
6.3.1 受力分析
帶輪 水平力
鉛垂力
滾筒 鉛垂力
1.判斷軸的危險(xiǎn)截面
求支反力
水平方向
得：；
求彎矩和的彎矩方程和它們的合成彎矩
2.求的各段方程
在鉛垂力、、、作用下，軸將在xy平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形，其扭矩：
在AC段
在CB段
在BD段
6.3.2 強(qiáng)度校核
按照第三強(qiáng)度理論進(jìn)行強(qiáng)度校核
(23)
式中—在常溫、靜載及一般工作條件下45鋼許用應(yīng)力，；
—抗扭截面系數(shù)，,D為實(shí)心軸的圓截面直徑，D=；
故傳動(dòng)軸的強(qiáng)度滿(mǎn)足要求。
6.3.3 畫(huà)出受力分析簡(jiǎn)圖
其圖如圖6所示
圖6 受力分析
Figure 6 Force Analysis
7 滾動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算
已知裝軸承處軸徑d=35mm，轉(zhuǎn)速n=415r/min，選用深溝球軸承6007，
7.1 軸承壽命校核
當(dāng)量動(dòng)載荷 (24)
式中—徑向載荷，N
—軸向載荷，兩軸承的軸向載荷均為0N
查表8-17得X=1于是可計(jì)算兩軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷：
按表3-6 =1.0~1.2 取=1.2
(25)
驗(yàn)算軸承的壽命
(26)
由壽命校核結(jié)果可以看出兩軸承的壽命均大于設(shè)計(jì)壽命，故所選軸承合格。
8 軸承座的選擇
由于軸承選擇代號(hào)為6007的深溝球軸承，所以選擇軸承座位SN207。
9 平鍵的選擇與計(jì)算
9.1 類(lèi)型選擇
選A型鍵
9.2 尺寸選擇
查表5-73分別選擇軸Ⅰ-Ⅱ、Ⅳ-Ⅴ段平鍵b×h×L=10mm×8mm×32mm、b×h×L=14mm×9mm×50mm
9.3 強(qiáng)度驗(yàn)算
查表6-2得許用擠壓應(yīng)力。
Ⅰ-Ⅱ軸段鍵與鍵槽接觸長(zhǎng)度： (27)
式中d—鍵槽處軸徑，mm
h—平鍵的寬度，mm
T—轉(zhuǎn)矩，N.m
10 風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用農(nóng)機(jī)中廣泛采用的農(nóng)用型風(fēng)機(jī),葉片采用直葉,外形為切角的矩形,以改善風(fēng)機(jī)出口氣流的不均勻性,殼體為蝸殼形外殼,水稻的飄浮速度為,比重,選取風(fēng)機(jī)的風(fēng)速為V=8m/s。
11 總結(jié)
在目前水稻收獲機(jī)械多種形式并存條件下，為了滿(mǎn)足廣大用戶(hù)莖桿需求量的不斷提高，在消化吸收國(guó)內(nèi)外同類(lèi)機(jī)型的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種水稻半喂入脫粒機(jī)械，該機(jī)采用圓柱齒滾筒脫粒、風(fēng)扇清選等機(jī)構(gòu)，使其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、脫粒質(zhì)量好等特點(diǎn)。
設(shè)計(jì)是在張老師的細(xì)心指導(dǎo)下，以及和同學(xué)的不斷討論中，大量的查閱小型電動(dòng)水稻脫粒機(jī)的相關(guān)資料，吸取以往的設(shè)計(jì)方法和思路，通過(guò)自己一段時(shí)期的不懈努力而完成的。
在設(shè)計(jì)上由于自己考慮問(wèn)題的全面性不夠，設(shè)計(jì)知識(shí)不夠系統(tǒng)，設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)比較少，所以一定從在著很多的不足，只能通過(guò)更多的實(shí)驗(yàn)去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題，對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。
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致 謝
我的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將搞完了，回首一路走過(guò)來(lái)的日子，本設(shè)計(jì)是在張嵐老師的悉心指導(dǎo)下完成的。值此謹(jǐn)向張老師表示我最誠(chéng)摯的敬意和感謝!張老師在選題、課題的研究、論文的撰寫(xiě)中都給予了耐心的指導(dǎo)和幫助，對(duì)我要求很?chē)?yán)格，使我在研究領(lǐng)域上的理論和實(shí)踐知識(shí)上都有很大進(jìn)步和提高。更重要的是，張老師那嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、踏實(shí)的工作作風(fēng)以及誨人不倦的良師風(fēng)范使我受益非淺，這將鞭策我在今后的人生道路上不斷前進(jìn)。
與此同時(shí)，我要衷心感謝在大學(xué)四年期間，得到工學(xué)院諸位老師、同學(xué)們的關(guān)心、指導(dǎo)和幫助，想想剛剛開(kāi)始做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我無(wú)所適從，不知從何下手，正是湯老師和各位同學(xué)給我明確了方向，讓我理清了頭緒。使我在學(xué)習(xí)和研究工作中得到長(zhǎng)足進(jìn)步，使我受益匪淺，在此謹(jǐn)致以最誠(chéng)摯的謝意。
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