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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
滾筒式紅薯清洗機的設(shè)計
DESIGN OF THE SWEET POTATO WASHING MACHINE
學生姓名： 李文韜
學 號： 200940614127
年級專業(yè)及班級： 2009級機械設(shè)計制造及其自動 ` 化(1)班
指導(dǎo)老師及職稱： 張嵐 副教授
學 院： 工學院
湖南·長沙
提交日期：20 年 月
湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
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，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(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人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。同時，本論文的著作權(quán)由本人與湖南農(nóng)業(yè)大學工學院、指導(dǎo)教師共同擁有。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。
畢業(yè)設(shè)計作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………2
2 清洗機的結(jié)構(gòu)及工作原理…………………………………………………3
2.1 清洗機的結(jié)構(gòu)…………………………………………………………3
2.2 紅薯清洗機的工作原理………………………………………………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………………………………………………………4
4.2 方案二 帶傳動……………………………………………………………5
4.3 方案三 鏈傳動……………………………………………………………5
5 結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………………………6
5.1 選用電動機…………………………………………………………………6
5.2 機械傳動裝置的總體設(shè)計與計算……………………………………………8
5.3 機械傳動件的設(shè)計計算………………………………………………………9
5.4 帶的設(shè)計與計算………………………………………………………10
5.5 摩擦輪的設(shè)計與計算………………………………………………………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 摩擦輪傳動的設(shè)計和計算……………………………………………15
5.6 軸的設(shè)計和計算…………………………………………………………15
5.6.1 軸的材料…………………………………………………………………16
5.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………17
5.6.3 軸的強度的校核……………………………………………………………18
5.7 軸承蓋的設(shè)計計算…………………………………………………………19
5.8 聯(lián)軸器計算及選擇…………………………………………………………19
5.8.1 聯(lián)軸器的選用………………………………………………………20
5.8.2 聯(lián)軸器的型號和主要尺寸…………………………………………20
5.9 軸承的選擇和潤滑及其壽命計算………………………………………21
5.9.1 軸承的選擇……………………………………………………………21
5.9.2 軸承壽命計算…………………………………………………………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………………………………………………………………………………24
致謝………………………………………………………………………………25
滾筒式紅薯清洗機的設(shè)計
學 生：李文韜
指導(dǎo)老師：張 嵐
(湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，長沙 410128)
摘 要：滾筒式清洗機是借圓形滾筒的轉(zhuǎn)動，使原料在其中不斷地翻轉(zhuǎn)，同時用水管噴射高壓水來沖洗翻動的原料，以達到清洗目的。污水和泥沙由滾筒的網(wǎng)孔經(jīng)底部集水斗排出。該機用于清洗紅薯。本滾筒式清洗機，是一種比較實用的食品初加工機械，它是由機架、電機、皮帶傳動系統(tǒng)、減速器、聯(lián)軸器、鏈輪傳動系統(tǒng)、軸承、螺旋式滾筒、沖洗水管、進出料機構(gòu)組成。電機、減速器固定在機架上，電機通過皮帶傳動系統(tǒng)與減速器相連，減速器通過聯(lián)軸器與小鏈輪相連，大鏈輪帶動滾筒上的摩擦輪而使得滾筒轉(zhuǎn)動，滾筒內(nèi)部有螺旋導(dǎo)板，在旋轉(zhuǎn)的同時，通過螺旋導(dǎo)軌實行原料的推進。本新型滾筒式清洗機具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、工作可靠、制造成本低的優(yōu)點。
關(guān)鍵詞：清洗機； 加工機械； 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)展帶動了食品機械的發(fā)展，而食品機械行業(yè)的科技進步與發(fā)展，又為食品工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件，大大推動食品工業(yè)向前發(fā)展。
隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品機械在食品工業(yè)中的地位越來越重要?，F(xiàn)代化的
食品機械不僅可以生產(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，也促進了清洗設(shè)備、清洗劑等企業(yè)的快速進步。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。
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帶有泥土和農(nóng)藥，所以清洗農(nóng)作物的大量勞動是影響我國農(nóng)作物一個重要問題，如果采用大量人力的話必然導(dǎo)致勞動力資源的浪費，所以生產(chǎn)一種農(nóng)作物清洗機械對提高生產(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；超精密清洗包括精密工業(yè)生產(chǎn)過程中對機械零件、電子元件，光學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，尤其是碳氫真空清洗技術(shù)的引入已在形成現(xiàn)在精密五金零件的主要清洗趨勢，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。目前，各種清洗設(shè)備生產(chǎn)制造經(jīng)營企業(yè)已達1000多家[1]。
所以，農(nóng)作物清洗機械的優(yōu)化、改進、創(chuàng)新是極其重要的。
2 清洗機的結(jié)構(gòu)及工作原理
2.1 清洗機的結(jié)構(gòu)
設(shè)計的紅薯清洗機主要由滾筒、傳動裝置、噴淋水管、電機、進出料斗、出泥斗等組成,通常稱為滾筒式紅薯清洗機或鼠籠式紅薯清洗機。電機固定在機架上,主動軸從傳動系統(tǒng)中得到動力后帶動其上的摩擦輪轉(zhuǎn)動，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)動滾筒轉(zhuǎn)動。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，滾筒被四個支座支撐。
2.2 紅薯清洗機的工作原理
圖1 總裝圖
Fig 1 Assembly Diagram
紅薯清洗機的工作原理是紅薯經(jīng)進料斗進入到旋轉(zhuǎn)的滾筒內(nèi)，噴頭進行噴水，滾筒在水池中旋轉(zhuǎn)，滾筒旋轉(zhuǎn)時利用筒內(nèi)壁螺旋導(dǎo)軌實現(xiàn)紅薯的推進。紅薯沿滾筒壁向前運動，在運動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
滾筒清洗機機的清洗機器為主要實行機構(gòu)，其性能的好壞直接影響清洗機機的效率，還有傳動系統(tǒng)和集塵裝置也是清洗機機的主要機構(gòu)。
方案一 清洗機器傳動：由電動機經(jīng)皮帶輪傳動主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動：由電動機經(jīng)鏈輪傳動帶動托輪，再以摩擦傳動滾筒。
方案二 清洗機器傳動：由電動機經(jīng)齒輪傳動主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動：由電動機經(jīng)由皮帶輪傳動帶動托輪，再以齒輪傳動滾筒
方案三 清洗機器傳動：由電動機經(jīng)鏈輪主軸使得摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動：由電動機經(jīng)由齒輪傳動帶動托輪，再以齒輪傳動滾筒。
方案一結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，傳動簡單，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)過三個方案的比較，選用方二。
4傳動方案的論證
4.1 方案一 齒輪傳動
圖2 齒輪傳動
Fig 2 Gear Drive
齒輪傳動在本設(shè)計中優(yōu)勢體現(xiàn)在瞬時傳動比恒定，工作平穩(wěn)，傳動準確可靠，適用于功率和速度范圍廣，傳動效率高，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
帶傳動帶傳動在本設(shè)計中優(yōu)勢體現(xiàn)在緩沖和吸振，傳動平穩(wěn)、噪聲小，靠摩擦力傳動，過載時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、安裝和維護等均較為方便，成本低廉。但是不能保證準確的傳動比，需要較大的張緊力，增大了軸和軸承的受力，帶的壽命較短，傳動效率較低。
4.3 方案三 鏈傳動
鏈傳動在本設(shè)計中優(yōu)勢體現(xiàn)在鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比，不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較??；承載能力大；效率高（η=0.95～0.98）。同時；鏈傳動能吸振與緩和沖擊，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，并能在溫度較高、濕度較大、油污較重等惡劣環(huán)境中工作。但是高速運轉(zhuǎn)時不夠平穩(wěn)；傳動中有沖擊和噪聲；不宜在載荷變化很大和急促反向的傳動中使用；只能用于平行軸間的傳動；安裝精度和制造費用比帶傳動高[2]。
圖3 帶傳動
Fig 3 Belt Drive
圖4 鏈傳動
Fig 4 Chain Drive
綜合分析上述三種方案，從傳動效率、傳動比范圍、傳動速度、制造成本和安裝精度、傳動裝置外廓尺寸等方面綜合考慮，本設(shè)計課題的傳動方案采用方案二，即采用帶傳動。
5 結(jié)構(gòu)設(shè)計
5.1 選用電動機
電動機的容量（功率）選得是否合適，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常工作，或電動機因長期過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載下運動，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費。
根據(jù)設(shè)計
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）
則滿載時整個滾筒所受重力：
（6）
滿載時每個托輪所受切向力：
根據(jù)滾筒清洗機的效率為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)軌做螺旋運動，其螺旋運動軌跡長度為18m，則其螺旋運動速度；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：
電動機至滾筒的總效率：
(8)
電動機所需功率
(9)
所以選用電動機額定功率
由于滾筒轉(zhuǎn)速不高，可選用Y系列三相異步電動機，根據(jù)額定功率選用Y132M-8型。 5.2 機械傳動裝置的總體設(shè)計與計算
圖5 機械傳動裝置
Fig 5 Mechanical Transmission Device
電動機選定后，根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速n m 及工作軸的轉(zhuǎn)速n w 即
可確定傳動裝置的總傳動比。傳動裝置的計算：
（1）電動機轉(zhuǎn)速
滾筒轉(zhuǎn)速
傳動裝置的總傳動比 (9)
（2）分配各級傳動比
因，取
則
（3） 計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(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
滾筒的滾動功率v
w
c）各軸轉(zhuǎn)矩
軸 (10)
軸
將運動和動力參數(shù)計算結(jié)果整理并列于表1
表1 運動和動力參數(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
傳動比 2.5 2.4
效率 0.93 0.93
5.3 機械傳動件的設(shè)計計算
5.3.1 帶傳動的設(shè)計與計算
(1) 確定計算功率:
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)速及計算功率，查機械設(shè)計圖8-11，選取B型V帶。
(3) 確定帶輪的基準直徑并驗算帶速：
1)初選小帶輪的基準直徑
查機械設(shè)計表8-6及表8-8選小帶輪的基準直徑；
2）驗算帶速
據(jù)機械設(shè)計 8-13有：
（14）
3）計算大帶輪的基準直徑
，查表8-8圓整后取
（4）確定中心距，并選擇V帶的基準長度：
1）初定中心距
(15)
即
取
2）計算相應(yīng)的帶長
(16)
查表8-2取
3）計算中心距及其變動范圍
傳動的實際中心距近似為
(17)
中心距變動范圍
5)驗算小帶輪上的包角，應(yīng)保證其包角大于
(18)
（6）確定帶的根數(shù)：
(19)
取
（7）計算帶的初拉力：
由機械設(shè)計式8-6，得單根V帶所需的最小初拉力為
（20）
對于新安裝的V帶，初拉力應(yīng)為；對于運轉(zhuǎn)后的V帶，初拉力應(yīng)為。
（8）計算帶傳動壓軸力
（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)計與計算
紅薯清洗機的工作原理是紅薯經(jīng)進料斗進最簡單的摩擦輪傳動是由兩個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動和動力。摩擦輪傳動結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，噪聲小，有過載打滑保護作用，可無級調(diào)速；但由于在傳動中存在彈性滑動與打滑，傳動效率低，磨損快，不能保持準確的傳動比，同時，作用在軸與軸承上的力較大，只宜于中小功率的傳動。
5.5.1 摩擦輪方案選擇
方案一 圓柱平摩擦輪傳動（圖7）
圓柱平摩擦輪傳動的特點與應(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
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，摩擦輪常采用淬火鋼（如GCr15，淬硬至60HRC），并采用自動壓緊卸載環(huán)
e）為降低兩軸的平行度要求，可將輪面之一制成鼓形，軸系剛性差時亦應(yīng)如此[10]
方案二 圓柱槽摩擦輪傳動圓柱槽摩擦輪傳動的特點與應(yīng)用（圖8）：
a）壓緊力較圓柱平摩擦輪傳動小，當時，約為其30%
b）有幾何滑動，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）傳動比隨載荷和壓緊力的變化有少量變動
圖7 圓柱平摩擦輪傳動
Fig 7 Cylindrical Flat Friction Wheel Drive
圖8 圓柱槽摩擦輪傳動
Fig 8 Cylindrical Groove Friction Wheel Drive
方案三 端面摩擦輪傳動端面摩擦輪傳動的特點與應(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，易發(fā)熱和磨損；
c）將小輪制成鼓形，可減少幾何滑動，降低安裝精度；
d）軸向移動小輪，可實現(xiàn)正反向無機變速，但應(yīng)避免在附近運轉(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
Fig 9 Friction Wheel Drive
綜合以上敘述和此次設(shè)計的結(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、接觸疲勞強度高、價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、傳動效率高時采用淬火鋼對淬火鋼或鋼對鋼。
b）對于尺寸較大、轉(zhuǎn)速較低、且為干摩擦的開式傳動，一般選用鑄鐵對鑄鐵或鑄鐵對鋼。
c）要求傳動平穩(wěn)、不添加潤滑劑，噪聲小和摩擦系數(shù)高的場合，可選用鑄鐵（或鋼）對酚醛層壓布材、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)計需要，選用鑄鐵為材料。
5.5.3 摩擦輪傳動的設(shè)計和計算
傳動比
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
所以每個托輪的寬度
小摩擦輪直徑
取
大摩擦輪直徑
實際中心距
(23)
主動轉(zhuǎn)距
圖10 摩擦傳動示意圖
Fig 10 Friction Drive Diagram
5.6 軸的設(shè)計和計算
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號鋼最為常用。
根據(jù)本設(shè)計的要求，選45號鋼作材料
5.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計的重要步驟。
由材料力學可知，軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為
[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。
由此推得實心圓軸的最小直徑(單位為)為
(25)
式中為計算常數(shù)，
取決于軸的材料和受載情況
查表取
所以
當軸段上開有鍵槽時，應(yīng)適當增大直徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱：時，單鍵槽增大3%，雙鍵槽增大7%；時，單鍵槽增大5%~7%，雙鍵槽增大10%~15%。最后應(yīng)對進行圓整。
綜合以上取
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計如下圖：
圖11 主軸
Fig 11 Spindle
5.6.3 軸的強度校核
查資料選擇軸的材料為:45號鋼,正火,硬度170-217HB,抗拉強度бb=590Mpa，бs=295MPa 。軸為水平放置。
因本設(shè)計中軸為轉(zhuǎn)軸，軸主要受轉(zhuǎn)矩和彎矩，由于對滾筒有三個支撐輪限制其水平移動，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：
計算彎矩：
根據(jù)《材料力學》上的彎矩的公式[15]:
（26）
其中：
—所受的力，單位N；
—對應(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點的受力為：
同理可得B點的受力為：
由先前計算可知：
C點的受力,
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。
計算轉(zhuǎn)矩：
根據(jù)《材料力學》轉(zhuǎn)矩公式[11]：
(27)
其中：
—該點處的轉(zhuǎn)矩，單位N·m；
—某點處的的功率，單位kw；
—對應(yīng)某點的轉(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。
求當量彎矩圖：
根據(jù)《機械設(shè)計》中的當量彎矩公式[16]：
(28)
式中：
—應(yīng)力校正系數(shù)，對于不變的轉(zhuǎn)矩，取；對于脈動的轉(zhuǎn)矩，??；對于對稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩，取=1；
—彎矩，單位N·m；
—轉(zhuǎn)矩，單位N·m。
本設(shè)計滾筒連續(xù)工作，滾筒中的馬鈴薯重量相對穩(wěn)定，于是取公式，查《機械設(shè)計》表16.3得，。
則當量轉(zhuǎn)矩N·m。
以上數(shù)據(jù)代入(27)得，
742 N·m
當量彎矩圖見圖12(d)所示。
校核軸徑，所以設(shè)計的軸符合要求。
由圖可知危險截面是C處。
根據(jù)《材料力學》上的公式[11]：
(29)
驗算軸的強度是否符合要求。對于工作機軸：
=752×16/[π(50×10-3)3]
=61Mpa＜[τ]。
[τ]值查表得到45號鋼的[τ]=370Mpa,故此軸滿足要求。
5.7軸承蓋的設(shè)計與計算
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 ,
,
,
代號入下圖所示：
圖13 軸承蓋
Fig 13 Bearing Cap
5.8 聯(lián)軸器的計算與選擇
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，以實現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接，并補償兩軸的相應(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)濟性，這里選擇金屬滑塊聯(lián)軸器。
5.8.2 聯(lián)軸器的型號和主要尺寸
從《機械傳動裝置設(shè)計手冊》 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算
5.9.1 軸承類型選擇
軸承的選擇要考慮一下幾個因素：
（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。當滾動軸承同時承受徑向和軸向載荷時，可選用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承；當軸向載荷較小時可選用深溝球軸承。角接觸球軸承和圓錐滾子軸承需成對安裝使用，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。
本設(shè)計中，載荷的方向同時來自軸向和徑向兩個方向，而且軸向載荷與徑向載荷相比徑向載荷要遠遠大于軸向載荷。
（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，適用于高速運轉(zhuǎn)場合。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速較低。
本設(shè)計工作轉(zhuǎn)速只有16轉(zhuǎn)/分鐘，小于一般軸承的的極限轉(zhuǎn)速?？捎萌我环N軸承。
（3）支撐限位要求
固定支承限制兩個方向的軸向位移，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)計需要限制單向軸向位移，防止軸向竄動。
（4）調(diào)心性能
當兩個軸承座孔同軸度不能保證或軸的撓度較大時，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)計軸的徑向負荷較大，有來自滾筒、原料和水的壓力共同作用，對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)計算出的軸的尺寸，可從《機械傳動裝置設(shè)計手冊》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型號的圓錐滾子軸承。
5.9.2 軸承壽命計算
對于選用的軸承需要進行可靠度和疲勞壽命的校核。
根據(jù)《機械設(shè)計》可知，先計算當量動載荷，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，所以只受徑向力，由前面設(shè)計可知徑向力為1271.3N[19]。
當量動載荷的公式：
（30）
式中：
—當量動載荷，N
—徑向載荷，N；
—軸向載荷，N；
X、Y—徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)。
所以根據(jù)《機械設(shè)計》中表18.7可得本設(shè)計的當量動載荷的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算根據(jù)公式[21]：
（31）
式中：
—當量動載荷，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)計滾筒篩為24小時連續(xù)使用的，不是滿載荷使用，中斷會引起比較嚴重的后果的機械，在《機械設(shè)計》表18.9[22]中查得預(yù)期壽命的推薦值為。故本設(shè)計選用軸承滿足要求。由于在查圓錐滾子軸承的安裝參數(shù)中有一個參數(shù)是階梯軸的最小直徑是65mm，而設(shè)計中階梯軸只有60mm，所以為使安裝的合理性和安全性，此處增加一個軸肩擋圈。查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》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)速很低但長時間工作也會使內(nèi)部溫度升高，所以要選擇耐水和耐熱的油脂潤滑。查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》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）。由于工作機的轉(zhuǎn)速低，所以溫度在100°C以下，所以根據(jù)《機械傳動裝置設(shè)計手冊》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。筒體的大小標準著規(guī)格和生產(chǎn)能力。筒體應(yīng)具有足夠的剛度和強度。在安裝和運行中應(yīng)保持規(guī)范化，這對減小運轉(zhuǎn)阻力及功率消耗、減輕不均勻磨損、減少機械事故、保證長期安全高效運轉(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，用不銹鋼。本設(shè)計中筒體材料選用A3鋼。
6 結(jié)論
在本設(shè)計中，執(zhí)行工作的從動件能滿足生產(chǎn)工藝提出的運動形式、運動規(guī)律、功能范圍和運動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。滾筒與電動機的運動方式，功率、轉(zhuǎn)矩及其載荷特性能夠相互協(xié)調(diào)，與其他相鄰機構(gòu)的銜接正常，傳動運動和力可靠，不會發(fā)生運動干涉。本機符合生產(chǎn)的需要，具有較高的生產(chǎn)率和經(jīng)濟效益。
7 總結(jié)
為期三個多月的畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，回顧整個過程，我深有感受。在設(shè)計過程中，我翻閱了很多與我課題相關(guān)的資料，同時將以前所學的有直接聯(lián)系的相關(guān)專業(yè)科目認真的溫習了一遍，豐富了許多理論方面的知識。這次設(shè)計使我四年中學到的基礎(chǔ)知識得到了一次綜合的應(yīng)用，使學過的知識結(jié)構(gòu)得到了科學的組合，同時也從理論到實踐發(fā)生了一次質(zhì)的飛躍，可以說這次設(shè)計是理論知識與實踐運用之間相互過渡的橋梁，是我們即將踏上工作崗位的臺階。
在畢業(yè)設(shè)計的過程中，我發(fā)現(xiàn)自身的許多不足，理論知識不夠扎實，設(shè)計經(jīng)驗不足，同時又缺乏實踐工作的磨礪，從而導(dǎo)致在設(shè)計時難以做出正確的選擇，對課題的內(nèi)容茫然不知所措。對資料的應(yīng)用也不夠確切，對設(shè)計產(chǎn)品的具體形狀、運作方式、性能指標也不能有一個準確的定位。缺乏對具體產(chǎn)品的想象力，這一切都可能導(dǎo)致我本次設(shè)計有不足之處。
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致 謝
在整個設(shè)計過程中，張老師總是耐心地給我們講解有關(guān)方面的知識，及時了解我們設(shè)計中遇到的難題，使我們在短時間內(nèi)完成設(shè)計工作。同時他還教導(dǎo)我們不管是在以后的工作還是學習中，都要保持治學嚴謹?shù)膽B(tài)度。在歷經(jīng)兩個多月的設(shè)計過程中，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)計思路。另外，本次畢業(yè)設(shè)計的圓滿結(jié)束，也離不開我們本小組其他成員的幫助。我和他們在一起做畢業(yè)設(shè)計時，經(jīng)?；ハ嘟涣?，共同探討問題，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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