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棉桿鍘切機(jī)設(shè)計(jì)說明書
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào)
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí) 12-1
指導(dǎo)教師
日 期 2012.05
大學(xué)教務(wù)處制
前言
隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，我國能源危機(jī)和環(huán)境污染問題越來越突出，引起人們普遍關(guān)注。正在開展的社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)，也要求農(nóng)村在能源和環(huán)境兩方面取得突破。農(nóng)作物秸稈是重要的生物質(zhì)能源，又是豐富的資源，棄之則廢，用之則貴，而棉桿在地區(qū)優(yōu)勢(shì)隨處可見。利用同時(shí)具有能源和環(huán)保效益的秸稈沼氣技術(shù)獲取生物質(zhì)能源，是農(nóng)作物秸稈的資源化利用一條非常有潛力的途徑。
實(shí)際調(diào)查顯示，現(xiàn)有的農(nóng)作物加工機(jī)械配套的動(dòng)力要求高，耗能比較大，不適合農(nóng)村及偏遠(yuǎn)的山區(qū)使用?，F(xiàn)通過對(duì)棉桿的加工成型和長(zhǎng)度的分析，研究設(shè)計(jì)一種小型，易操作，生產(chǎn)成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，安全系數(shù)高的棉桿鍘切機(jī)。
目 錄
1棉桿鍘切機(jī)的綜述及發(fā)展前景..................................................1
1.1農(nóng)業(yè)機(jī)械在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用..........................................1
1.2棉桿鍘切機(jī)簡(jiǎn)介........................................................1
1.3市場(chǎng)前景分析..........................................................1
2整機(jī)總體設(shè)計(jì)方案............................................................1
2.1實(shí)現(xiàn)原理介紹..........................................................1
3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)................................................................2
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇..........................................................2
3.2錐齒輪的設(shè)計(jì)..........................................................3
3.2.1選擇齒輪材料及精度等級(jí)..........................................3
3.2.2按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)小齒輪分度直徑................................3
3.2.3計(jì)算主要尺寸與參數(shù)..............................................4
3.3圓柱齒輪的設(shè)計(jì)........................................................5
3.3.1選定精度材料及齒數(shù)..............................................6
3.3.2按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算..............................................6
3.3.3計(jì)算具體參數(shù)....................................................6
3.3.4按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)..............................................7
3.3.5幾何計(jì)算........................................................8
3.4軸的設(shè)計(jì)..............................................................9
3.4.1主軸Ⅰ的設(shè)計(jì)....................................................9
3.4.2傳動(dòng)軸Ⅱ的設(shè)計(jì).................................................11
3.4.3傳動(dòng)軸Ⅲ、Ⅳ的設(shè)計(jì).............................................11
3.5軸的校核.............................................................12
3.5.1主軸Ⅰ的校核...................................................12
3.6V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)........................................................15
3.6.1V帶輪的設(shè)計(jì)要求和材料..........................................15
3.6.2V帶輪的結(jié)構(gòu)....................................................15
3.6.3相關(guān)計(jì)算.......................................................15
3.6.4帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).................................................16
4刀的設(shè)計(jì)...................................................................16
4.1切割與粉碎...........................................................16
4.2切刀的設(shè)計(jì)...........................................................16
4.2.1切刀的材料.....................................................16
4.2.2對(duì)于切刀的要求.................................................16
4.2.3選用或設(shè)計(jì)刀片時(shí)應(yīng)滿足的要求...................................16
4.3刀的滑切與正切分析...................................................16
4.4鉗住物料的條件分析...................................................17
4.5刀的安裝.............................................................18
5進(jìn)給機(jī)構(gòu)與機(jī)架的設(shè)計(jì).......................................................19
5.1進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).......................................................19
5.2機(jī)架的設(shè)計(jì)...........................................................19
6總結(jié).......................................................................20
致謝........................................................................21
參考文獻(xiàn)....................................................................22
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)
棉桿鍘切機(jī)的綜述及發(fā)展前景
1.1農(nóng)業(yè)機(jī)械在現(xiàn)代化建設(shè)中的作用
農(nóng)業(yè)機(jī)械化是建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，是提高農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率的主要手段。農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣應(yīng)用的重要載體，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然過程，加快發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化是推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè)，全面建設(shè)農(nóng)村小康社會(huì)的重要舉措，加快發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化也是保護(hù)和提高糧食綜合生產(chǎn)能力，增加農(nóng)民收入的重要措施。一是通過農(nóng)業(yè)機(jī)械，可以代替人工，使大量的農(nóng)村勞動(dòng)力從繁忙的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)中解脫出來，使其投入到產(chǎn)業(yè)中，增加農(nóng)民收入；二是通過實(shí)施精量播種、機(jī)械施肥、秸稈機(jī)械還田等機(jī)械化節(jié)本增效農(nóng)業(yè)技術(shù)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本；三是通過拓寬農(nóng)機(jī)維修、銷售服務(wù)市場(chǎng)，吸納農(nóng)村剩余勞動(dòng)力。
1.2棉桿鍘切機(jī)簡(jiǎn)介
該機(jī)構(gòu)屬于一種多功能的桿料加工機(jī)具，特別適于對(duì)桿類物料的切斷加工，也可作為薯類淀粉加工機(jī)具使用。
本實(shí)用于新型的目的是提供一種可將棉桿，一次加工成塊粒狀的棉桿鍘切機(jī)，同時(shí)具有同時(shí)在加工棉桿時(shí)采用輥壓輪進(jìn)給，大大提高了送料時(shí)的人身安全。它有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能充分滿足農(nóng)村，特別是山區(qū)農(nóng)村推廣。
1.3市場(chǎng)前景分析
經(jīng)過市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)。很少有適合小型養(yǎng)殖場(chǎng)、專業(yè)戶和個(gè)體農(nóng)戶要求的小型棉桿鍘切機(jī)。并且這些棉桿鍘切機(jī)還具有以下缺點(diǎn)：
（1）大多數(shù)棉桿鍘切機(jī)只能單獨(dú)切割莖桿類物料。
（2）切割刀刃為直刃、切割剛度低、對(duì)棉桿的切割性能差。
（3）用手喂入桿料類物料安全性差。
（4）塊料切碎時(shí)切碎均勻度差。
故我們?cè)O(shè)計(jì)一種能滿足小型養(yǎng)殖場(chǎng)、專業(yè)戶和個(gè)體農(nóng)戶要求。切割性能好，操作安全的小型棉桿鍘切機(jī)。
解決的思路如下：
（1）根據(jù)生產(chǎn)要求和自動(dòng)化程度選擇合適的動(dòng)力源。
（2）確定傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
（3）通過受力要求計(jì)算出機(jī)構(gòu)中各個(gè)零件的尺寸大小，型號(hào)等。
（4）對(duì)鍘切裝置的設(shè)計(jì)。
（5）對(duì)整體傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
2整機(jī)總體設(shè)計(jì)方案
2.1實(shí)現(xiàn)原理介紹
該機(jī)主要由傳動(dòng)軸Ⅰ裝在其一端的變速錐齒輪和傳動(dòng)軸Ⅱ上的變速錐齒輪和直齒輪及進(jìn)給軸Ⅲ、Ⅳ，裝在支撐固定它們的機(jī)架下部的電動(dòng)機(jī)，主動(dòng)輪及傳動(dòng)皮帶，加之安裝在機(jī)架上的喂料臺(tái)，進(jìn)料斗，機(jī)殼等構(gòu)成，切碎機(jī)構(gòu)由安裝在傳動(dòng)軸一端的切碎刀盤及其上的動(dòng)刀片，加之固定在機(jī)架相應(yīng)位置上，能在刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，與動(dòng)片構(gòu)成剪切動(dòng)作的定刀片構(gòu)成。傳動(dòng)軸安裝在機(jī)架上，動(dòng)力由機(jī)架下部的電動(dòng)機(jī)及其主動(dòng)輪，通過皮帶傳給安裝在傳動(dòng)軸一端的從動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)使安裝在中部的切刀盤工作。機(jī)架上靠切碎刀盤一側(cè)，制作了切碎機(jī)構(gòu)喂料臺(tái)、自動(dòng)進(jìn)給輥壓輪及刀盤罩；主動(dòng)輪與從動(dòng)輪間套有皮帶防護(hù)罩；機(jī)架下部制作了切碎，切斷物料的出料斗。其中，喂料臺(tái)，刀盤罩、機(jī)殼、進(jìn)料斗、皮帶防護(hù)罩，出料斗均連接固定在機(jī)架上。
使用時(shí)，將棉桿放在喂料臺(tái)上，由輥壓輪自動(dòng)將料送入刀盤罩內(nèi)，動(dòng)刀片隨刀盤的旋轉(zhuǎn)和固定在機(jī)架上的定刀片配合，將物料切碎。即可滿足使用者要求。
傳動(dòng)原理如圖2-1所示。
圖2-1傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖
1. 電動(dòng)機(jī)2.小v帶輪3.v帶4.大v帶輪5.軸承座7.主軸Ⅰ8.切碎刀盤9.動(dòng)刀片10.小錐齒輪11.大錐齒輪12.小圓柱齒輪13.大圓柱齒輪14.換向圓柱齒輪Ⅰ15.換向圓柱齒輪Ⅱ16.傳動(dòng)軸Ⅱ17.傳動(dòng)軸Ⅳ18.傳動(dòng)軸Ⅲ（注：圖中箭頭表示各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向）
2.2整體傳動(dòng)比分析計(jì)算
在本設(shè)計(jì)中，考慮到實(shí)際情況，主軸轉(zhuǎn)速在400r/min為宜。以下為具體計(jì)算分析過程。
因?yàn)樵O(shè)計(jì)任務(wù)提供的電動(dòng)機(jī)是1500r/min、功率是0.55kw。根據(jù)帶輪傳動(dòng)比的要求（一般傳動(dòng)比在2～4為宜）現(xiàn)選傳動(dòng)比為3.9。則主軸轉(zhuǎn)速為 =1500r/min/3.9=384.6r/min
現(xiàn)初步選擇輥壓輪的直徑為40mm，對(duì)切削的物料長(zhǎng)度定為10mm。現(xiàn)在來分析主軸Ⅰ到傳動(dòng)軸Ⅲ、Ⅳ之間的傳動(dòng)比。
因?yàn)檩亯狠喌霓D(zhuǎn)動(dòng)是由軸Ⅲ、Ⅳ提供的，所以軸Ⅲ、Ⅳ的轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)向相反。
考慮到在實(shí)際中料在傳送過成中的打滑，所以上述進(jìn)料速度在現(xiàn)實(shí)中是可以做到的。
在主軸Ⅰ與軸Ⅲ、Ⅳ之間有一對(duì)錐齒輪的減速和一對(duì)直齒輪的減速，考慮到各對(duì)齒輪傳動(dòng)比的適宜范圍，現(xiàn)取錐齒輪的傳動(dòng)比i=2,圓柱齒輪的傳動(dòng)比i=3(考慮到計(jì)算和設(shè)計(jì)時(shí)的方便)。
3傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.1電動(dòng)機(jī)的選擇
考慮到設(shè)計(jì)的棉桿鍘切機(jī)適用對(duì)象為小型養(yǎng)殖場(chǎng)、專業(yè)戶和個(gè)體農(nóng)戶,故電動(dòng)機(jī)電壓應(yīng)選用220V.再考慮到所受的載荷不大,所需動(dòng)力不是很大,選用小功率的電動(dòng)機(jī)。
綜合各方面因素,選用YL系列電動(dòng)機(jī)。
YL系列電動(dòng)機(jī)是新型高效節(jié)能產(chǎn)品,具有體積小、容量大,起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)性能優(yōu)越等特點(diǎn),符合國際標(biāo)準(zhǔn)IEC的有關(guān)規(guī)定,并實(shí)現(xiàn)同一機(jī)座號(hào)單、三相異步電動(dòng)機(jī)等級(jí)相同,提高了單、三相電動(dòng)機(jī)的互換性和通用性,被廣泛應(yīng)用于冷凍機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、,小型機(jī)床以及農(nóng)副業(yè)和家用電器等方面。
電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)：
型號(hào):YL801-4
電壓:220V
功率:0.55KW
同步轉(zhuǎn)速:1500r/min
頻率:50HZ
效率:68%
功率因數(shù):0.92外形尺寸:295165200
電動(dòng)機(jī)的安裝方式：
選擇IBM3型
3.2錐齒輪的設(shè)計(jì)
選用直齒錐形齒輪,取錐齒輪傳動(dòng)效率=0.95。
小錐齒輪傳動(dòng)功率為P=0.5225,轉(zhuǎn)速n=384.6r/min.傳動(dòng)比i=2。
3.2.1選擇齒輪材料及精度等級(jí)
小齒輪用45調(diào)質(zhì),齒面硬度200-230HBS。
大齒輪用45調(diào)質(zhì),齒面硬度170-200HBS。
根據(jù)齒面硬度中值,按參考資料中MQ線查得小齒輪=565MPa；大齒輪=545MPa。
根據(jù)實(shí)際工作情況，選定精度等級(jí)為8級(jí)精度。
3.2.2按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)小齒輪分度直徑
（3.1）
（1）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T
T=9550P/n=95500.5225/384.6=12.97N·m
（2）齒數(shù)比
u=i=2
（3）配對(duì)材料系數(shù)C；查參考資料,得C=1
（4）載荷系數(shù)
根據(jù)載荷情況,齒輪精度和齒輪結(jié)構(gòu)位置取K=1.5
（5）許用應(yīng)力
=0.9=0.9565=509MPa
=0.9=0.9545=491MPa
取小值,所以==491MPa
（6）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d
=52mm （3.2）
3.2.3計(jì)算主要尺寸與參數(shù)
（1）選定小齒輪齒數(shù)z
由參考資料,并根據(jù)小齒輪直徑,齒面硬度選定z=20,則z= zu=40
（2）確定模數(shù)m
=52/20=2.6mm；取標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5mm
（3）計(jì)算分度圓直徑,
=m z=50mm
=m z=100mm
（4）計(jì)算分錐角,
=arc tan(z/ z)=arc tan(20/40)=26.565°
=90°-=63.435°
（5）計(jì)算錐距R
R===55.9mm （3.3）
（6）計(jì)算輪齒寬度b
取=0.33；b=R=55.9=18.447mm；取b=20mm
（7）計(jì)算齒頂圓直徑,
==12.5=2.5m
===54.59mm
=102.2mm
（8）計(jì)算平均圓周速度
=41.75mm
=0.84m/s
在理論上齒輪副分析中側(cè)隙為零，但實(shí)際中齒輪運(yùn)行中會(huì)齒型會(huì)變大（溫度上升）。要是在常溫沒側(cè)隙就會(huì)咬死，而且為了在齒輪的側(cè)隙上留下空間儲(chǔ)油。在齒型變到最大時(shí)也要留有空間給儲(chǔ)油。所以都會(huì)有側(cè)隙。有側(cè)隙也有缺點(diǎn)就是當(dāng)齒輪副轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)向時(shí)會(huì)帶來回程誤差和沖擊。但不同場(chǎng)合的齒輪副的側(cè)隙要求不同，像儀表為了減小回程誤差就要小側(cè)隙，而經(jīng)常轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)向的地方防止沖擊過大也要小側(cè)隙。錐齒輪在運(yùn)行的時(shí)候會(huì)發(fā)熱，溫度上升，齒就會(huì)變大，而且齒面不可能做到絕對(duì)的精確，可能會(huì)產(chǎn)生公差，為了保證工作的時(shí)候不會(huì)卡死，齒輪傳動(dòng)中必須要有間隙。
表3-1錐齒輪傳動(dòng)參數(shù)
參數(shù)
代號(hào)
參數(shù)值
小齒輪
大齒輪
齒形角
20°
20°
大端面模數(shù)
m
2.5
2.5
傳動(dòng)比
i
2
2
齒數(shù)
z
20
40
分錐角
26.565°
63.435°
分度圓直徑
d
50
100
錐距
R
55.9
55.9
齒寬系數(shù)
0.33
0.33
齒寬
b
20
20
齒頂高
2.5
2.5
齒高
h
5.5
5.5
齒根高
3
3
齒頂圓直徑
54.5
102.2
齒根角
3.07°
3.07°
齒頂角
3.07°
3.07°
頂錐角
29.635°
66.505°
根錐角
23.495°
60.365°
安裝距
A
72
53
外錐角高
48.88
22.76
3.3圓柱齒輪的設(shè)計(jì)
選取傳動(dòng)比i=3,工作壽命10年,每天工作1小時(shí),每年工作300天,根據(jù)上述表述知小齒輪轉(zhuǎn)速=384.6/2=192.3r/min,選取錐齒輪傳動(dòng)效率=0.95,則功率=0.52250.95=0.496375kW。
3.3.1選定精度材料及齒數(shù)
（1）選8級(jí)精度。
（2）由參考資料選取小齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)),齒面硬度為200-230HBS；選取大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)),齒面硬度為170-200HBS。
（3）選小齒輪齒數(shù)=24；選大齒輪齒數(shù)。
3.3.2按齒面接觸強(qiáng)度計(jì)算
（1） 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
（3.4）
（2） 試選取載荷=1.3
（3）由參考資料選取齒寬系數(shù) =0.5
（4）由參考資料查得材料的彈性影響系數(shù)=189.8MPa
（5）由參考資料圖按齒面硬度中值查得小齒輪的接疲勞強(qiáng)度極限為=565MPa, 大齒輪的接疲勞強(qiáng)度極限為=545MPa.
（6）由參考資料式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
（7）由參考資料查得接觸疲勞壽命系數(shù)=0.95； =1.0
（8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1，由參考資料得
=536.75MPa （3.5）
=545MPa （3.6）
3.3.3計(jì)算具體參數(shù)
（1）試算小齒輪分度圓直徑 ,代入中較小值
=50.58mm
（2）計(jì)算圓周速度v
=0.51m/s
（3）計(jì)算齒寬b
=25.29mm
（4）計(jì)算齒寬與齒高這比b/h
模數(shù) =50.58/24=2.1mm
齒高 =4.725mm
b/h=25.29/4.725=5.35
（5）計(jì)算載系數(shù)
根據(jù) v=0.51m/s,8級(jí)精度,由參考資料[1]圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)
假設(shè),由參考資料[1]表10-3查得=1.2
由參考資料查得使用系數(shù)=1
由查得8級(jí)精度,小齒輪相對(duì)支承皮懸臂時(shí),
=1.278
由b/h=5.35,,查參考資料得=1.22；故載荷系數(shù)
（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
由參考資料得
（7）計(jì)算模數(shù)m
=54.83/24=2.28mm
3.3.4按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
（1）由參考資料得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
（3.7）
（2） 確定公式內(nèi)的各種計(jì)算數(shù)值
由參考資料查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限,大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
由參考資料查得彎曲疲勞壽命系數(shù),
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由參考資料得
=373.2MPa
=364MPa
（3） 計(jì)算載荷系數(shù)K
（4）查取齒形系數(shù)
由參考資料查得,
（5） 查取應(yīng)力校正系數(shù)
由參考資料查得,
（6）計(jì)算大、小齒輪的,并加以比較
；
小齒輪的數(shù)值大,用小齒輪的數(shù)值
（7）設(shè)計(jì)大小齒輪齒數(shù)
=1.448mm （3.8）
對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.448并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值1.5,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑54.83mm算出小齒輪齒數(shù)：=54.83/1.5=36.5??；大齒輪齒數(shù) 。
3.3.5幾何計(jì)算
（1）計(jì)算分度圓直徑8
；
（2）計(jì)算中心距
（3）計(jì)算齒輪寬度
，取, （考慮到實(shí)際需要）
3.3.6驗(yàn)算
；
經(jīng)過驗(yàn)算，合適。
表3-2圓柱齒輪傳動(dòng)參數(shù)
參數(shù)
代號(hào)
參數(shù)值
小齒輪
大齒輪
模數(shù)
m
1.5
1.5
壓力角
20°
20°
傳動(dòng)比
i
3
3
齒數(shù)
z
36
108
分度圓直徑
d
54
162
齒頂高
1.5
1.5
齒根高
1.875
1.875
齒頂圓直徑
57
165
齒根圓直徑
50.25
158.25
齒距
p
4.71
4.71
齒厚
s
2.355
2.355
齒槽寬
e
2.355
2.355
頂隙
c
0.375
0.375
標(biāo)準(zhǔn)中心距
a
108
3.4軸的設(shè)計(jì)
3.4.1主軸Ⅰ的設(shè)計(jì)
（1） 選定主軸Ⅰ上的功率,轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩取皮帶輪傳動(dòng)的效率η=0.95，則
kW
r/min
于是N·mm
（2） 初步確定軸的最小直徑
先按參考文獻(xiàn)初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理. 根據(jù)參考文獻(xiàn)取,于是得 mm，主軸的最小直徑顯然在軸的兩端。
（3） 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
根據(jù)最小直徑，考慮到軸的剛度和震動(dòng)，現(xiàn)取 mm.為了滿足皮帶輪上的軸向定位要求,I-II軸段右端需制一軸肩,故取II-III段直徑為mm.由于皮帶輪的尺寸L=28,現(xiàn)取 mm，初步選取軸承座型號(hào)為SN508。
表3-3主軸的主要參數(shù)
d
g
A
35
40
80
33
68
圖3-1主軸Ⅰ的具體尺寸
由于A=68,現(xiàn)取mm ，mm，mm
因?yàn)閙m,取 mm
由于摩碎輥筒的寬度為140m,現(xiàn)取 mm
摩碎輥筒采用軸肩定位,取 mm
考慮到安裝防護(hù)罩,取 mm
考慮到刀盤座的寬度,現(xiàn)取 mm
因?yàn)殄F齒輪的齒寬B=20mm,現(xiàn)初步取 mm
考慮到安裝和基本尺寸,取 mm
3.4.2傳動(dòng)軸Ⅱ的設(shè)計(jì)
（1） 計(jì)算功率﹑轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
kW
r/min
N·mm
（2） 確定最小直徑
選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,根據(jù)參考文獻(xiàn)取
于是得 mm
現(xiàn)取最小直徑為20mm。
圖3-2傳動(dòng)軸Ⅱ的具體尺寸
3.4.3傳動(dòng)軸Ⅲ、Ⅳ的設(shè)計(jì)
由于進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)速與負(fù)載都比較小,所以不做具體計(jì)算,由整體設(shè)計(jì)決定其尺寸,具體尺寸如圖3-3、圖3-4所示。
圖3-3轉(zhuǎn)動(dòng)軸Ⅲ的具體尺寸11
圖3-4傳動(dòng)軸Ⅳ的具體尺寸
3.5軸的校核
3.5.1主軸Ⅰ的校核
圖3-5主軸Ⅰ的受力立體圖
（1） 扭矩的計(jì)算
設(shè)皮帶輪傳遞的功率為0.55kW,刀傳遞的功率為總功率的一半,即 kW.切刀傳遞的功率為kW.錐齒輪傳遞的功率是0.092kW.
由參考文獻(xiàn)有
N·m
N·m
N·m
N·m
圖3-6扭矩圖
（2） 彎矩的計(jì)算
受力分析如圖3-7、圖3-8所示
圖3-7H平面受力圖
圖3-8V平面受力圖
N；N；N；N；N；N
N
N
N
列方程求解 :
①
②
由①②解得 377.4N； 562N
同理列方程:
③
④
由③④解得 -178.5N； -383.5N
圖3-9V平面彎矩圖
圖3-10H平面彎矩圖
圖3-11彎矩總圖
（3） 校核軸的強(qiáng)度
通過彎扭圖可以明顯看出在輥筒處的彎扭強(qiáng)度最大。M=67492.6N·mm；T=13657N·mm
按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力
因?yàn)橛膳ぞ禺a(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常不是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計(jì)算應(yīng)力為
式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力。當(dāng)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，取；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)，??；此處取
由參考文獻(xiàn)有
10.62MPa[] （3.9）
式中： 為軸的計(jì)算應(yīng)力，單位為Mpa；M為軸所受的扭矩，單位為 N·mm；T為軸所受的扭矩，單位為N·mm；W為軸的抗彎截面系數(shù)，單位為，此處W0.1；[]為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)的軸的許用彎曲應(yīng)力，由文獻(xiàn)查得45調(diào)質(zhì)[]=60Mpa。
由以上計(jì)算可知軸的設(shè)計(jì)是安全的。
3.6V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
3.6.1V帶輪的設(shè)計(jì)要求和材料
設(shè)計(jì)V帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動(dòng)平衡，輪槽工作面要經(jīng)過精細(xì)加工（表面粗糙度一般應(yīng)為3.2）以減帶的磨損，各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。此處帶輪的材料，采用鑄鐵，材料牌號(hào)為HT200。
3.6.2V帶輪的結(jié)構(gòu)
鑄鐵制V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：①實(shí)心式②腹板式③孔板式④橢圓輪輻式。
當(dāng)帶輪的基準(zhǔn)直徑2.5d(d為軸的直徑，單位為mm)時(shí)，可采用實(shí)心式； 300mm時(shí)，可采用腹板式（當(dāng)100mm時(shí)，可采用孔板式）；300mm時(shí)，可采用輪輻式。
3.6.3相關(guān)計(jì)算
已知電動(dòng)機(jī)的額定功率為0.55KW,轉(zhuǎn)速n1=1500r/min,選取傳動(dòng)比為i=3.9,采用普通V帶傳動(dòng)。
（1） 確定計(jì)算功率
由參考資料查得工作情況系數(shù) KA=1.1,故P=KAP=1.10.55=0.605KW。
（2） 選取帶型
根據(jù)P，n 由參考資料確定選用Z型。
（3） 確定帶輪基準(zhǔn)直徑
由參考資料取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 d=71mm則從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 d=i d=3.971=276.9mm，根據(jù)參考資料取d=280mm。
按參考資料驗(yàn)算帶的速度V==m/s=5.57<35m/s，帶的速度合適。
（4） 確定V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距
根據(jù) 0.7(dd1+dd2)
,兩個(gè)支撐反力的合力的合力F將把被切物料沿刃口向外推出，即在切割時(shí)產(chǎn)生滑移，不能保證穩(wěn)定切割。
由圖4-2(b)知，由于此時(shí)<。的合力F指向刃口里面，即切割時(shí)合力F將把被切物料沿刃口向里面推，切割時(shí)不會(huì)產(chǎn)生滑移，能保證穩(wěn)定切割，提高效率。
由此可知，保證鉗住物料穩(wěn)定切割的條件是：鉗住角須小于物料與定刀片之間摩擦角之和，<
在本設(shè)計(jì)中刀與料的相對(duì)位置圖如圖4-3所示，進(jìn)行鉗住物料條件的分析。
圖4-3刀與料的相對(duì)位置圖
由圖4-3可知，切刀在旋轉(zhuǎn)過程中，的最大值為，同時(shí)由經(jīng)驗(yàn)可知，通常＝，＝，所以只要小于就可以了，顯然以上設(shè)計(jì)是滿足要求的，刀的安裝也是合理的。
4.5刀的安裝
曲線動(dòng)刀片A、B通過螺栓1、2、3、4安裝在刀盤P上，通過調(diào)節(jié)螺栓1、2、3、4來調(diào)整動(dòng)刀片與定刀片的間隙。具體如下圖4-4所示。
圖4-4切刀簡(jiǎn)圖
5進(jìn)給機(jī)構(gòu)與機(jī)架的設(shè)計(jì)
5.1進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中采用輥壓輪對(duì)棉桿類物料進(jìn)行進(jìn)給，輥壓輪的外緣直徑為，轉(zhuǎn)速由前面的總體設(shè)計(jì)計(jì)算可知 ，V＝128.2mm/s。
在本設(shè)計(jì)中，采用雙槽重疊設(shè)計(jì)，外面鋼槽由3mm厚的鋼板焊成，在槽的兩側(cè)用厚鋼板加厚，然后鏜孔，軸Ⅲ、Ⅳ穿過孔而被支撐，軸Ⅲ、Ⅳ與輥壓輪用平鍵連接。在鋼槽內(nèi)再插一個(gè)薄壁進(jìn)料槽，槽的底面與水平面成10°傾斜，便于送料。
圖5-1進(jìn)料槽及其進(jìn)給輥壓輪
5.2機(jī)架的設(shè)計(jì)
在機(jī)架設(shè)計(jì)中，主體采用40×40×3的等邊對(duì)角鋼，均通過用手工電弧焊將其連接。在機(jī)架上表面放置一塊10mm厚的鐵板以便固定各零件，在機(jī)架的4個(gè)角上各加焊一塊40×40×10的厚鐵板，以便獲得足夠的強(qiáng)度來安裝運(yùn)動(dòng)輪。
6總結(jié)
通過以上的設(shè)計(jì)，讓我更加熟練的掌握了一般機(jī)械設(shè)計(jì)的步驟，通過查閱各種文獻(xiàn)資料也增長(zhǎng)了各方面的知識(shí)。如刀具的設(shè)計(jì)和機(jī)架的設(shè)計(jì)，同時(shí)通過對(duì)切割機(jī)的設(shè)計(jì)。也讓自己深深體會(huì)到理論設(shè)計(jì)和實(shí)際需求之間曾在這一定的差距。在設(shè)計(jì)中不僅要從繪圖方面出發(fā)，還要考慮實(shí)際加工工藝。讓自己的設(shè)計(jì)在現(xiàn)實(shí)中是可行的。
在設(shè)計(jì)中通過使用各種材料，也進(jìn)一步加深了對(duì)各材料的了解和使用場(chǎng)合。在繪圖中，在老師的指導(dǎo)和最后的修改中，也讓自己加深了各種繪圖中的技巧，并糾正了很多平時(shí)沒有注意到的畫法上的錯(cuò)誤。在繪圖過程中的反覆修改，也讓自己深深體會(huì)到在設(shè)計(jì)和繪圖中必須要具有的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度。
在對(duì)機(jī)架的設(shè)計(jì)中，第一次用到了等邊對(duì)角鋼和槽鋼以及熱軋鋼板，必須通過焊接將他們連接起來組成機(jī)架。在繪圖標(biāo)注中,通過復(fù)習(xí)以前工程圖學(xué)中的焊接部分，讓自己對(duì)焊接符號(hào)的標(biāo)注有了更深的了解。在齒輪箱體的設(shè)計(jì)中，也讓自己對(duì)鑄件有了一定的認(rèn)識(shí)，加深了對(duì)鑄造過程中應(yīng)該注意問題的理解。
總之，本次設(shè)計(jì)是收獲頗豐的。不僅第一次比較全面地運(yùn)用了所學(xué)的專業(yè)知識(shí)，還學(xué)會(huì)了在設(shè)計(jì)中如何分析問題,解決問題。
致謝
經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。
承蒙 老師的耐心指導(dǎo)，我順利地完成了我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在此深深感謝我的老師給予了我耐心的指導(dǎo)和幫助,表現(xiàn)了他對(duì)工作高度負(fù)責(zé)的精神，同時(shí)也感謝給我?guī)А懂嫹◣缀巍返睦钇嚼蠋?，《機(jī)械設(shè)計(jì)》的張函老師，《互換性與測(cè)量技術(shù)》的馬少輝老師，《先進(jìn)制造技術(shù)》的張宏老師，沒有這些課程做基礎(chǔ)，是無法完成畢業(yè)設(shè)計(jì)，感謝你們！同時(shí)在CAD繪圖中，感謝 老師提出的寶貴意見。
在我的設(shè)計(jì)過程中，還得到了眾多同學(xué)的支持和幫助，在此，我對(duì)這些同學(xué)表示我衷心的感謝和永遠(yuǎn)的祝福！
對(duì)于這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，還有許多美好的設(shè)想由于時(shí)間和自身因素?zé)o法得以實(shí)現(xiàn)，這不能不說是本次設(shè)計(jì)的遺憾之處。不過，至少它啟發(fā)了我的的思維，提高了我的動(dòng)手能力，豐富了我為人處世的經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步鞏固了所學(xué)知識(shí)，這為我在以后的學(xué)習(xí)過程當(dāng)中奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。也為以后在自己的工作崗位上發(fā)揮才能奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
最后感謝機(jī)械電氣化工程學(xué)院和我的母校四年來對(duì)我的大力栽培。
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