机械毕业设计1626玉米脱粒机设计

目录

1.引言........................................................................................................................................ 1 2.玉米脱粒机总体结构 (1)

2.1入料部分 ..................................................................................................................... 1 2.2脱粒部分 ..................................................................................................................... 1 2.3筛选部分 ..................................................................................................................... 2 2.4风选部分 ..................................................................................................................... 2 2.5机架部分 ..................................................................................................................... 2 3.玉米脱粒机的设计 . (3)

3.1电动机的选择 ............................................................................................................. 3 3.2钉齿条上的钉齿转速 ................................................................................................. 4 3.3钉齿滚筒的转速 ......................................................................................................... 4 3.4电动机的功率 ............................................................................................................. 4 3.5电动机的转速 ............................................................................................................. 5 4.辊子带及带轮的设计 (7)

4.1传动带的设计 (7)

4.1.1确定计算功率 .................................................................................................. 7 4.1.2选择V 带的型号 ............................................................................................. 7 4.1.3确定带轮的基准直径 ...................................................................................... 8 4.1.4确定传动中心距和带长 .................................................................................. 8 4.1.5验算主动轮上的包角 ...................................................................................... 9 4.1.6确定V 带的根数 ............................................................................................. 9 4.1.7计算单根V 带的初拉力的最小值min 0)(F . (10)

4.1.8计算压轴力

p

F (10)

4.2 V 带带轮的设计 ....................................................................................................... 10 5.辊子传动轴的设计 .. (12)

5.1根据轴的扭转强度来初步计算确定其最小直径 ................................................... 12 5.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 (13)

5.3确定输出轴上的圆角半径r 值 ............................................................................... 14 5.4按弯扭合成条件校核轴的强度 . (14)

5.4.1作轴的简图 .................................................................................................... 14 5.4.2求输出轴上的所受作用力的大小 ................................................................ 14 5.4.3钉齿条上的合力 ............................................................................................ 15 5.4.4轴上水平面内所受支反力如图 .................................................................... 15 5.4.5轴在垂直面内所受的支反力 ........................................................................ 15 5.4.5作弯矩图 ........................................................................................................ 16 5.4.6作弯矩图 ........................................................................................................ 17 5.4.7作当量弯矩图（弯矩、扭矩合成图） ........................................................ 17 5.5校核轴的强度 ........................................................................................................... 17 6.钉齿条的设计 ...................................................................................................................... 18 7.凹板的设计 .......................................................................................................................... 19 8.入料口及脱粒机上盖的设计 .............................................................................................. 20 9.风扇带及带轮的设计 . (21)

9.1传动带的设计 (21)

9.1.1确定计算功率 ................................................................................................ 21 9.1.2选择V 带的型号 ........................................................................................... 22 9.1.3确定带轮的基准直径 .................................................................................... 22 9.1.4确定传动中心距和带长 ................................................................................ 22 9.1.5验算主动轮上的包角 .................................................................................... 23 9.1.6计算单根V 带的初拉力的最小值min 0)(F .. (23)

9.1.7计算压轴力

p

F (24)

9.2结构设计 ................................................................................................................... 24 10.风机传动轴设计 . (25)

10.1根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 ................................................. 26 10.2初步选择输出轴系 ................................................................................................. 26 10.3确定输出轴上的圆角半径r 值 ............................................................................. 27 10.4按弯扭合成条件校核轴的强度 .. (27)

10.4.1求输出轴上的所受作用力的大小 (27)

10.4.2钉齿条上的合力 (27)

10.5校核轴的强度 (28)

11.风扇叶及风扇盖设计 (28)

12.机架的设计 (29)

13.轴承座的选用 (30)

14.螺栓的选用 (30)

15.玉米脱粒机的安全操作 (31)

15.1超速运转,机械“爆炸” (31)

15.2禁止过疲劳或酒后操作 (31)

15.3应用合理 (31)

15.4安全规则 (32)

16.玉米脱粒机的维护 (32)

16.1玉米脱粒机的技术保养 (33)

16.2玉米脱粒机的保管 (33)

致谢 (34)

参考文献 (35)

1.引言

玉米是世界三大粮食作物之一，种植面积仅次于水稻和小麦，位居第三。玉米即是粮食优势畜禽饲料中的主要成分，还是化工、医药、视频、能源等多种产品的重要原料，在各国的粮食安全和国民经济发展中占有重要地位。20世纪90代以来，世界各国对玉米的需求量和利用率均呈上升趋势。

玉米脱粒机是玉米脱皮后，经过一段时间的风干，然后将玉米利用脱粒机使玉米和玉米芯分开，这种机械就是玉米脱粒机。在玉米脱粒机技术发展初期，两种玉米脱粒装置的发明具有重要意义：1785年苏格兰人安朱·梅克发明了第一台回转滚筒式玉米脱粒装置，从而开创了机械脱粒的先河。1812年美国人发明了世界上第一台手动盘式玉米脱粒装置。随着玉米脱离技术的发展，玉米脱粒装置收到国内外农机工作者的极大关注。

它的工作原理是：玉米脱粒机利用钉齿滚筒回转运动的钉齿与圆孔式凹板之间的间隙相配合，在钉齿滚筒和圆孔式凹板之间的揉搓作用下，将玉米粒脱离玉米芯，并借助其他的机械机构将玉米粒和玉米芯分别从两个不同的出口排出机体之外，循环脱粒。同时，风筛装置将杂质排出。循环不断的进行入料、脱粒、排出机体。

2.玉米脱粒机总体结构

玉米脱粒机主要组成部分：入料口、钉齿脱粒滚筒轴、圆孔式凹板、风机和机架等部分组成。整体组成如图1所示：

2.1入料部分

入料口与玉米脱粒机的上盖部分相连，它是利用2mm厚的冷轧钢板制成。将已剥皮的玉米从入料口进入，下滑到脱粒部位，即钉齿滚筒和圆孔式凹板之间，进行脱粒。

2.2脱粒部分

脱粒部分主要是由圆孔式凹板、钉齿滚筒、半圆型上盖组成。由钉齿打击玉米穗，使玉米籽粒产生振动和惯性力而破坏它与穗轴之间的连接，在钉齿滚筒

的转动下齿侧面间和钉齿顶部与凹板弧面间产生搓擦，实现脱粒。

2.3筛选部分

筛选部分主要是由圆孔式凹板完成。凹板的圆孔与快速旋转的钉齿滚筒将将玉米强行脱粒。无论是工作时还是安装时，圆孔式凹板是固定不动的。玉米脱粒之后，再将玉米粒经过圆孔式凹板，从凹板的圆孔漏出，顺着斜滑板滑出机体之外，目的是将玉米粒和玉米芯分开。玉米芯借助于滚筒上的螺旋排列的钉齿的螺旋推力和螺旋导向作用，由入料口的另一端（即出料口）排出机体之外。

2.4风选部分

风选部分由出糠口、风扇等组成。玉米粒经凹板滑下，通过风扇的风力，将籽粒中轻质杂质由出糠口吹出机外。

2.5机架部分

机架是由左机架、右机架、出料口、下滑板及稳定结实的主机梁组成。机架的各部分要各自稳定，而且相对固定，以便做到机械在运转过程中不会产生晃动、歪斜，造成人身危险，因此为了机架的坚固，此玉米脱粒机的设计采用三毫米厚的角铁制成。

3.玉米脱粒机的设计

根据《脱粒机》一书的介绍，有关玉米脱粒机TY —4。5型的相关设计的参考数据：脱粒机主轴为750～850min r

，圆孔式凹板的直径为320mm ，其凹板的长度为900在主轴上设有四条钉齿条，每条钉齿条上均匀分布着十个钉齿，总共40个钉齿呈螺旋均匀安装，以便玉米芯随螺旋钉齿的螺旋作用排出机体之外，钉齿滚筒的直径为220mm ，滚筒上的钉齿长度为45mm 。

3.1电动机的选择

根据实践测量得知每个钉齿的均匀受力为N 40，当玉米脱粒机正常工作时钉齿滚筒上的钉齿条快速旋转，其中均有两条钉齿条受玉米所给的切向力，而另外两个钉齿条是空行程，因此，

N NMZ F 94021340=??==，

即玉米脱粒机正常工作时，受到的切向力为N 800。 其中：N —钉齿所受的力

M —参与工作的钉齿个数 Z —参与工作的钉齿条数 3.2钉齿条上的钉齿转速

当玉米脱粒机的钉齿滚筒快速转动时，其上钉齿条的钉齿同样有一定的转速，这个转速原于主轴的转速和钉齿的半径，即：

s m

D

N V 8.63100060220

75014.31000

60=???=

?**=

轴π，

其中：V —钉齿的转速

轴

N —脱粒机主轴的转速

D —钉齿距轴心的距离 3.3钉齿滚筒的转速

玉米脱粒机所需功率为W P ，应由脱粒机的工作阻力和运转参数求定，即：

1000FV

P W =

，计算求得： W

p W 7.22k 10008.63

940≈?=

。

3.4电动机的功率 电动机功率由公式

W

P P a

W

d k η=

计算，脱粒机传动装置的总效率a η，应由组成传动装置的各个部分运动副

的效率只积，即

321ηηηη**=a ，其中1η、2η、3η 分别为每一个转动副的效

率，选取传动副的效率值如下：

滚动轴承 球轴承(稀油润滑) 1η=0。99 V 带传动 2η=0。96

滚筒转动 （因为钉齿条固定于滚筒上） 即取 3η=1 则 96.0196.099.0321=??=**=ηηηηa

由此可得电动机的功率：W

FV P a d 9.5k 96.010008.63

9401000=??=*=

η

3.5电动机的转速

根据资料《脱粒机》一书可查得主轴的转速在 750～850min r

，按《机械设计指导书》中表一所推荐的传动比合理取值范围，取V 带的传动比=i 2～4，即可满足电动机的转速与主轴的转速相匹配，故电动机转速范围可选为：

2（==in n d ～15007504=?）～3000min r

。

根据工作环境要求,按《现代机械设计手册》选用Y 系列(IP44)封闭式三相异步电动机。符合电动机转速范围的三相异步电动机转速的有720min r

，

1440min r

，2900min r

，根据容量和相关转速，由《机械设计通用手册》查出三

种适宜的电动机型号，因此有三种不同的传动比方案，如表1：

表1 电动机的型号和技术参数及传动比

综台考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动的传动比，可知方案2比较适合。因此选定电动机型号为Y132M-4。所选电动机的额定功率d P ＝7。5kw ，

额定转速m n =1440min r

，总传动比适中，传动装置结构较紧凑。如表2：

表2 其主要参数如下表 型 号

额定功率 KW

满 载 时

堵转电流

堵转转矩

最大转矩

转速min r

电流（380V ） 效 率 % 功率因数

Y132M-4

7.5 1440

15

87.0 0.85 7 2.2 2.3

表３ 电动机尺寸列表 单位mm

4.辊子带及带轮的设计

根据玉米脱粒机的具体传动要求，可选取电动机和主轴之间用V 带和带轮的传动方式传动。

选择V 带和带轮因当从它的传动参数入手，来确定V 带的型号、长度和根数，再来确定导轮的材料、结构和尺寸（轮宽、直径、槽数及槽的尺寸等），传动中心距（安装尺寸），带轮作用在轴的压力（为设计轴承作好准备）。

4.1传动带的设计 4.1.1确定计算功率

P K P A ca =

其中：A K —工作情况系数

P —电动机的功率

查《机械设计》一书中的表8—7 可知：A K =1。0

57.5.70.1=?=ca P 4.1.2选择V 带的型号

根据计算得知的功率

ca P 和电动机上带轮（小带轮）的转速1n （与电动机

一样的速度），查《机械设计》一书图8—11，可以选择V 带的型号为B 型。

4.1.3确定带轮的基准直径

（1）初选主动带轮的基准直径1D ：根据《机械设计》一书，可选择V 带的型号参考表8-6，选取1D mm 140=。

（2）计算V 带的速度V ： s m

N D v 10.551000601440

14014.31000

601

1≈???=

?=

π

V 带在5～

s m

3的范围内，速度V 符合要求。 电动机与主轴传动比的计算 92

.1750

1440

2

1

===n n i

（3）计算从动轮的直径2D

mm

iD D 268.8125750144012=?==

根据表8-8,圆整为mm D 2802= 4.1.4确定传动中心距和带长 取 )(2)(7.02121D D a D D +≤≤+ 即：)280140(2)280140(7.00+?≤≤+?a

得：

mm a mm 8402940≤≤

取：

mm a 5000=

带长 0

2

1221004)()(22a D D D D a L d -+

++≈π

即：0054)140280()280140(214.350022

0?-+

+?+?=d L

得：

mm L d 1669.20=

按《机械设计》一书中查表8-2，选带的基准长度 mm L d 1600

=。 实际的中心距可按下列公式求得：

经验公式：

20

0d d L L a a -+

≈

求得 ： mm a 534.6≈ 4.1.5验算主动轮上的包角

1

2013.57180a D D --

≈α

即：

013.57005140

028180?--

=α

求得 ： 0

01903.916≥=a 满足V 带传动的包角要求。

4.1.6确定V 带的根数 计算单根V 带的额定功率r P 由min 1440401D 11r

n mm ==和,查表8-4a 得kw 2.82P 0=

根据

min 14401r

n =， 1.92=i 和B 型带，查表8-4b 得kW P 0.40

0=? 查表8-5得6,9.0=αK 表8-2得.92,0=L K 于是

kW K K P P P L r 2.84)(00=?+=α

计算V 带根数z

2.64==

r

ca

P P z

取3根。

4.1.7计算单根V 带的初拉力的最小值min 0)(F

由表8-3得B 型带的单位长度质量m kg q /.180=

N

qv zv K F 210)P K -(2.5500

)(2ca

min 0=+=αα

应使带的实际初拉力min 00)(F F

4.1.8计算压轴力p

F

为压轴力的最小值

N

z F o

p 247.61263.91sin 102322)sin (F 2)(1

0min

=???==α

4.2 V 带带轮的设计 带轮的材料选择 因为带轮的转速

s m

v 0.551=，即

s m

v 25 ，转速比较底，所以材料选定为

150HT 。

结构设计

带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径，选择带轮的结构形式，根据带的型号来确定带轮轮槽的尺寸，设计如下：

主动带轮的结构选择 因为根据主动带轮的基准直径尺寸

mm mm D 3001401≤=，而与主动带轮配合的电动机轴的直径是mm d 381=，，所

以主动带轮采用腹板式。

带轮参数的选择： 通过查《机械设计》一书，确定主动带轮的结构参数，结构参数如下表，其他尺寸根据相应的经验公式计算求出。

表４ 带轮的结构参数 单位（mm ）

带的型号 d

b

min a h min f h

e

min f

min δ

2r d d

B

14.0 3.50 10.8

0.4

19±

11.5

7.5

1.0~0.5

125

主动带轮的厚度可以由计算公式：f e z B 2)1(+-= 求得 即 ： mm B 6111.5219)13(=?+?-= 从动带轮的设计

从动带轮的结果选择 因为根据主动带轮的基准直径和传动比来确定，即

mm D 2802=，mm D 3002 ，所以从动带轮同样采用腹板式。

从动带轮的参数选择：通过查《机械设计》一书，查得带轮的结构参数间表，其他尺寸根据相应的经验公式计算求出。 带的型号 d

b

min a h min f h

e

min f

min δ

2r d d

B 14.0 3.50 10.8

0.4

19±

11.5

7.5

1.0~0.5

125

从动带轮的厚度可以由计算公式：f e z B 2)1(+-= 求得 即 ： mm B 6111.5219)13(=?+?-= 从动带轮的结构如图3：

图3 从动带轮的结构

5.辊子传动轴的设计

传动轴是玉米脱粒机的主要设计部件之一，他在玉米脱粒机正常工作过程中，承担主要转矩、扭矩、弯矩和支撑传动轴上的回转零件，玉米脱粒是瞬时冲击很大，而且冲击次数很频繁的工作环境，因此传动轴的设计是很关键的一个步骤。它的主要公用是：一是支持轴上所安装的回转零件，使其有确定的工作位置；而是传递轴上的运动和动力。轴按照轴线形状的不同，可以分为曲轴、直轴、软轴和挠形轴等，根据玉米脱粒机的结构特点和组成形状及工作强度和环境的要求，玉米脱粒机的主轴选用直轴形式传递，而且选用直轴中的阶梯轴。此轴的设计如下：

5.1根据轴的扭转强度来初步计算确定其最小直径，可利用经验公式：

3

0n p

A d ≥

其中：

0A —轴常用的几种材料的[]T τ的0A 值

p —主轴上的功率 kW

n —主轴上的转速 min r

轴上的材料由《机械设计》一书中表15—1 可以查到，应选取调质处理的45号钢，MP B 650=σ，书中表15—3取1180=A ，于是得 ：

mm d 327507.5

1183

min ≈?=

输出轴上的最小直径显然是安装带轮的内孔，必在轴上开有键槽，因此，为了开键槽又不消耗输出轴的强度，可以使周的直径增加5%以上，这样增加输出轴的尺寸，因而可以提高轴的工作强度。即：

mm d d 42%)51(23%)51(≈+?=+=

主输出轴的最小直径是安装带轮处的直径，为了使所选的轴直径与带轮相配合，故使输出轴端的轴径选为24mm 。由于带轮的厚度mm B 61=，再加上风扇带轮的厚度B=18mm,则取输出轴的右段轴径为mm d 42=，其长度为mm 65。

5.2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

为了满足带轮的轴向定位要求，Ⅰ—Ⅱ轴段右端需要制出一个轴肩，故取Ⅱ—Ⅲ段的轴直径mm d 28= ，输出轴的径向定位由普通平键来完成。选用键的型号为普通平键bhl 为5078??。键的型号可以通过查《机械设计》一书取得。

初步选择输出轴系

由脱粒机的结构和相关尺寸可知所设计的轴上装有带轮和钉齿滚筒，其上的钉齿承螺旋排列，但由于受力不大可以忽略它的受力。又根据mm d 28=，初步选取支撑的轴承为调心球轴承，在《机械设计手册》查得调心球轴承的型号为1306，它的结构尺寸dDB 为197230??，故取Ⅲ—Ⅳ段与Ⅴ—Ⅵ段的直径相等，即mm d 30=。

考虑到机体的制造误差等原因造成的安装错位或是借口不齐等，滚动轴承应

在机体内有一段移动的位移，查《机械设计手册》可得位移量mm s 8=。

取安装钉齿的轴Ⅳ—Ⅴ段的直径为mm d 40=，，左、右两端采用的轴承用轴

承座固定轴承，配合为

6

7

K H ，其上在距离mm 50处，焊接钉齿滚筒，已知钉齿

滚筒长为mm 407。轴的基本结构如图4：

5.3确定输出轴上的圆角半径r 值

按前面所述的原则，求出轴肩处的圆角半径r 的值，详细见图。轴端倒角在轴的两端均为0

452?，小轴肩倒圆角为R1。轴肩的作用是使阶梯直轴在轴径改变截面上减小应力集中。

5.4按弯扭合成条件校核轴的强度 5.4.1作轴的简图

轴的结构 5.4.2求输出轴上的所受作用力的大小

根据公式：

n p

T 9550

= 求得

其中：p —电动机的额定功率 kw n —主轴的转速 min r

即：

m N T ?=?

=95.57509550

5.4.3钉齿条上的合力

根据公式：

d T

F t 2=

求得

其中 ：d —输出轴的轴心到钉齿定的距离

即 ：

N F t 7950.2695.5

2=?=

根据公式：

%80*=t r F F 求得

其中：80%—径向力占圆周力的百分数 （根据《脱粒机》查得） 即 ：N F r 636%80795=?= 根据公式：

βtg F F t a *= 求得

由于玉米脱粒机的主轴轴向不受力。 则取0=a F （根据《脱粒机》查得） 圆周力t F 径向力r F 轴向力

a F 的方向如图所示（

b ）

5.4.4轴上水平面内所受支反力如图

根据公式：

323

1L L L F R t H +*=

求得

其中：2L —是输出轴上Ⅲ—Ⅳ段的中心线到Ⅳ—Ⅴ段距左端二分之一处的距离 mm

3L —是输出轴上Ⅳ—Ⅴ段距左端二分之一处到右端Ⅴ—

Ⅵ段中心线之间的距离mm

即 ：

N

R H 397.5450450450

7951=+?=

根据公式：

12H t H R F R -=求得

即 ： N R H 397.5397.5-7952== 5.4.5轴在垂直面内所受的支反力

根据公式：

3

2312L L L F R a r v ++

=

求得

其中 ：D —钉齿的顶端到主轴轴心的距离 mm

即 ：

N

R v 318450450240204506361=+?+

?=

根据公式 ：12v r v R F R -= 求得 即 ：

N R v 3183186362=-=

5.4.5作弯矩图

在水平面内，轴上B 、C 、D 三点的弯矩为 ： 根据公式 ： 0==DH BH M M

2

2121L R M H CH =

求得

即：

m N M CH ?=??=40.250.45397.50.52 作水平面内弯矩图如图1（b ）所示

在垂直面内，轴上B 、C 、D 三点的弯矩为 ： 根据公式 ：

0==DV BV M M

2

21121L R M v cv =

求得

即 ：

m N M cv ?=??=32.200.453180.52

1 根据公式 ：

212D

F M M a cv cv -

= 求得

即 ：

m N M cv ?=?-

=32.202220

032.202

作垂直面内弯矩图如图 1 （c ）所示 合成的弯矩为 ：

0==D B M M

m N M M M cv CH c ?=+=

+=51.55)32.20(40.25(22

2121） m N M M M cv CH c ?=+=

+=51.55)32.20()40.25(222222

作轴的合成弯矩图如图 1 （d ）所示。 5.4.6作弯矩图

根据公式 ：

n p

T T C B 9550

== 求得

即 ：

m N T T C B ?=?

==95.57505

.79550

其中 ： p —电动机的额定功率 kw

n —主轴转速 min r

0=D T

作轴的弯矩图 1 （e ）所示 5.4.7作当量弯矩图（弯矩、扭矩合成图） B 点：

m N T M BCa ?==95.5

C 点左侧 ：m N T

M M C cca ?=+=+=108.5395.5)51.55(222

21

D 点右侧 ：

mm N M M c cca ?==108.532

作轴的当量弯矩图 1 （f ）所示。 5.5校核轴的强度

进行校核时，通常只校核轴上承受最大当量弯矩的强度（既危险截面c 的强度）。由经验公式及上面计算出的数值可得出。

公式 ：[]a

ca ca MP W T M W M σσ≤+==2

2

式中 ： W —轴的抗弯截面系数，3

m m