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红薯分级分选机的设计【6张图纸】【优秀】

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关键词：: 红薯分级分选设计图纸优秀

资源描述：

红薯分级分选机的设计

35页 17000字数+说明书+任务书+开题报告+6张CAD图纸

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任务书.doc

合计6张图纸总汇.dwg

开题论证记录.doc

红薯分级分选机的设计开题报告.doc

红薯分级分选机的设计说明书.doc

选题审批表.doc

摘要…………………………………………………………………………………………1

关键词………………………………………………………………………………………1

1 前言………………………………………………………………………………………2

2 总体方案的拟定…………………………………………………………………………3

　　　2.1 原理分析…………………………………………………………………………3

　　　2.2 总体结构设计……………………………………………………………………5

　　　2.3 各执行机构主要参数的计算…………………………………………………6

　　　2.4 传动装置的运动和动力参数的计算…………………………………………13

3 主要零件的选择和设计………………………………………………………………15

　　　3.1 皮带传动的设计计算…………………………………………………………15

　　　3.2 直齿圆柱齿轮的设计计算……………………………………………………17

　　　3.3 滚子链传动的设计计算………………………………………………………20

　　　3.4 轴的设计计算…………………………………………………………………21

　　　　　3.4.1 高速轴的设计计算……………………………………………………21

　　　　　3.4.2 低速轴的设计计算……………………………………………………24

　　　3.5 轴承的校核……………………………………………………………………27

　　　3.6 键的设计计算与校核…………………………………………………………27

　　　3.7 润滑与密封……………………………………………………………………28

　　　3.8 主要缺点和有待进一步改进的地方…………………………………………29

4 结束语…………………………………………………………………………………29

参考文献………………………………………………………………………………30

致谢……………………………………………………………………………………31

附录……………………………………………………………………………………32

　　　摘要：本文分析了中国国内外红薯分级分选机的研究和发展现状，对未来进行了展望，设计出了一种新型红薯分级分选机构。该红薯分级分选机是由分级滚筒、传动机构和电动机组成。采用电动机提供动力，通过带轮传动机构，将运动和动力传送到直齿圆柱齿轮减速器，然后再通过链轮传动机构，将所需的运动和动力传送至分级滚筒上，从而实现红薯的分选。整个机构简单且易于操作，便于维护，提高了生产效率，降低了劳动强度，为实现红薯加工机械化与规模化提供了前提。

　　　关键词：红薯；形状；分级机构；分级滚筒；

　　　Abstract: This paper analyzes the present situation of the Chinese domestic and foreign sweet potato sorting machine research and development, on the future prospects, we design a new type of sweet potato sorting mechanism. The sweet potato sorting machine is composed of grading cylinder, transmission mechanism and a motor. The power provided by a motor, through a belt pulley transmission mechanism, the movement and power is transmitted to the straight tooth cylindrical gear reducer, and then through the chain wheel transmission mechanism, the required movement and power is transmitted to the classification on the drum, thereby we can realize the separation of sweet potato. The entire mechanism is simple and easy to operate, easy to maintain, improve production efficiency, reduce labor intensity, which help to achieve the sweet potato processing mechanization and scale and to provide the premise.

　　　Key Words: sweet potato; shape; the grading mechanism; grading cylinder

红薯分级分选机的设计.gif

内容简介：: 湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）中期检查表学部：理工学部学生姓名杨彪学号200841914307年级专业及班级2008 级机械设计制造及其自动化专业（ 3 ）班指导教师姓名高英武指导教师职称教授毕业论文题目红薯分级分选机的设计毕业论文工作进度已完成的主要内容尚需解决的主要问题1、认真阅读参考资料后，初步确定了设计方案，包括送料机构的设计以及分级机构的设计2、根据设计要求，完成了电机型号的选择以及转动比设计计算3、根据设计方案的结构要求，完成了传动机构的设计与布置，包括带轮传动机构、齿轮传动机构、蜗轮蜗杆传动机构以及链轮传动机构的选择与设计4、按照进度要求，撰写了设计说明书的一部分，并完成了对装配图、零件图的小部分绘制1、设计方案需作进一步改进、优化，使结构更加合理2、传动方案布置需作进一步改进，以便进行装配与维修保养3、需对零件的尺寸及公差配合进行合理的设计计算与选用，以确保达到设计要求4、需进一步完善对零件图和装配图的绘制指导教师意见指导教师签名：年月日检查（考核）小组意见检查小组组长签名：年月日湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）任务书学生姓名杨彪学号200841914307年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(3)班指导教师及职称高英武教授学部理工学部20 年月日填写说明一、毕业论文（设计）任务书是学院根据已经确定的毕业论文（设计）题目下达给学生的一种教学文件，是学生在指导教师指导下独立从事毕业论文（设计）工作的依据。此表由指导教师填写。二、此任务书必须针对每一位学生，不能多人共用。三、选题要恰当，任务要明确，难度要适中，份量要合理，使每个学生在规定的时限内，经过自己的努力，可以完成任务书规定的设计研究内容。四、任务书一经下达，不得随意更改。五、各栏填写基本要求。（一）主要内容和要求：1工程设计类选题明确设计具体任务，设计原始条件及主要技术指标；设计方案的形成（比较与论证）；该生的侧重点；应完成的工作量，如图纸、译文及计算机应用等要求。2实验研究类选题明确选题的来源，具体任务与目标，国内外相关的研究现状及其评述；该生的研究重点，研究的实验内容、实验原理及实验方案；计算机应用及工作量要求，如论文、文献综述报告、译文等。3文法经管类论文明确选题的任务、方向、研究范围和目标；对相关的研究历史和研究现状简要介绍，明确该生的研究重点；要求完成的工作量，如论文、文献综述报告、译文等。（二）主要参考文献与外文资料：在确定了毕业论文（设计）题目和明确了要求后，指导教师应给学生提供一些相关资料和相关信息，或划定参考资料的范围，指导学生收集反映当前研究进展的近13年参考资料和文献。外文资料是指导老师根据选题情况明确学生需要阅读或翻译成中文的外文文献。（三）毕业论文（设计）的进度安排：1设计类、实验研究类课题实习、调研、收集资料、方案制定约占总时间的20%；主体工作，包括设计、计算、绘制图纸、实验及结果分析等约占总时间的50%；撰写初稿、修改、定稿约占总时间的30%。2文法经管类论文实习、调研、资料收集、归档整理、形成提纲约占总时间的60%；撰写论文初稿，修改、定稿约占总时间的40%。六、各栏填写完整、字迹清楚。应用黑色签字笔填写，也可使用打印稿，但签名栏必须相应责任人亲笔签名。毕业论文（设计）题目红薯分级分选机的设计主要内容和要求（宋体五号，行间距单倍行距）1主要内容包括: 1.1本项目研究的目的、意义、国内外研究的动态； 1.2总体方案的拟定和主要参数的设计计算； 1.3传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计； 1.4主要受力零件的强度或寿命校核计算； 1.5装配总图、部件图、零件工作图的绘制。2要求2.1主要技术参数：生产率2.2查阅资料15篇以上，翻译一定数量的外文资料；2.3机构设计可靠、布局合理、与各执行机构协调工作；2.4画图相当于3-4张A0图纸的工作量（包括2张以上CAD图纸）；2.5设计计算说明书1万字以上，条理清楚，计算有据。格式按湖南农业大学全日制普通本科生毕业论文（设计）规范化要求；2.6设计说明书的内容包括：课题的目的、意义、国内外动态；研究的主要内容；总体方案的拟定和主要参数的设计计算；传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计；主要零件分析计算和校核；参考文献；鸣谢。注：此表如不够填写，可另加附页。主要参考资料（具体格式以规范化要求规定为准）1 刘晓杰.食品通用机械与设备.北京：高等教育出版社，2010：30-40.2 历建国、赵涛.食品加工机械M.成都：四川科学技术出版社，1984：130-152.3 许学勤.食品机械与设备M.北京：中国轻工业出版社，2008：138-142.4 马海乐.食品机械与设备M.北京：中国农业出版社，2004：75-85.5 肖旭霖.食品机械与设备M.北京：科学出版社，2006：75-85.6 中国农业机械化科学研究所.实用机械设计手册M.北京：中国农业机械出版社，1984：130-152.7 谷文英.配合饲料工艺学M. 北京：中国轻工业出版社，1999：88-92.8 沈再春.农产品加工机械与设备M. 北京：中国轻工业出版社，1993：105-120.9 庞声海、饶应昌.饲料加工机械使用与维修M. 北京：中国农业出版社，2000：88-98. 工作进度安排（宋体五号，行间距固定值22磅）起止日期主要工作内容2011.09.102011.09.20选题2011.09.212011.09.24下达任务书2011.09.252011.09.30查找资料，开题2011.10.012012.03.03设计计算,画图2012.04.012012.04.05中期考核2012.04.062012.05.04完善，交设计初稿2012.05.052012.05.06完善，交设计二稿2012.05.072012.05.20修改，答辩，交终稿要求完成日期：20 12 年 5 月 5 日指导教师签名：接受任务日期：20 12 年 9 月 21 日；学生本人签名：注：签名栏必须由相应责任人亲笔签名。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证记录学部：理工学部学生姓名杨彪学号200841914307年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化专业(3)班指导教师姓名高英武指导教师职称教授毕业论文（设计）题目红薯分级分选机的设计论证小组质疑及指导意见1. 怎样实现红薯的大小分选？2. 怎样防止红薯分选时的堆积和阻碍现象？3. 怎样减少红薯碰撞、提高好薯率？学生回答简要记录1. 采用几组大小不同的分选孔来进行红薯的大小分选。2. 采用倾斜一定角度的导薯槽板，使红薯在此自然分行、滚动，以防止红薯堆积和阻碍现象。3. 采用浮力、振动和网格相配合的办法进行分选，可以减少红薯的碰撞，提高好薯率。论证小组成员签名记录人签名：论证时间： 2011 年12 月19 日注：记录、签名栏必须用黑色笔手工填写。湖南农业大学东方科技学院毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名杨彪学号200841914307年级专业及班级2008级机械设计制造及其自动化(3)班指导教师及职称高英武教授开题时间年月日毕业论文（设计）题目红薯分级分选机的设计文献综述（选题研究意义、国内外研究现状、主要参考文献等）一、红薯概述及红薯分选机的研究意义红薯（学名：Ipomoea batatas），又名番薯、甘薯、山芋、地瓜、红苕、线苕、白薯、金薯、甜薯、朱薯、枕薯等。常见的多年生双子叶植物，草本，其蔓细长，茎匍匐地面。块根，无氧呼吸产生乳酸，皮色发白或发红，肉大多为黄白色，但也有紫色，除供食用外，还可以制糖和酿酒、制酒精。世界红薯 97.9%的面积集中在发展中国家。日本、美国、韩国等发达国家和地区栽培面积一直呈下降趋势。目前栽培面积仅相当于60年代的5%。据联合国粮农组织统计世界上共有111个国家栽培红薯.中国是世界最大的红薯生产国.中国薯类生产相对比较集中，以2003年为例，9个省份的产量就占全国的74%。红薯含有丰富的淀粉、膳食纤维、胡萝卜素、维生素A、B、C、E以及钾、铁、铜、硒、钙等10余种微量元素和亚油酸等，营养价值很高，被营养学家们称为营养最均衡的保健食品。食物纤维，对于现代人来说显得尤为宝贵。医学研究证实，缺乏具有通便作用的食物纤维，可诱发各种生活习惯病和大肠癌。红薯经过蒸煮后，部分淀粉发生变化，与生食相比可增加40%左右的食物纤维。多种不溶于水纤维的增加，可有效刺激肠道，促进排便。红薯广泛应用于食品、医药、化工、造纸等10多个行业，利用红薯可以制成数百种工业产品和数百种食品。在鲜红薯加工中，用于淀粉加工的比例最大，淀粉可以进一步加工成粉条、粉丝、粉皮等粉制品。另外用红薯淀粉还可以制成变性淀粉、柠檬酸、酒精等，在医药上可以用来生产医药用的包装塑料、药片填剂和青霉素及核苷类物质。红薯每加工一次就可以增值一次。加工成普通淀粉可以增值0.75倍，精制淀粉可以增值1倍，加工成粉条可以增值1.52倍，加工薯脯可增值3倍（但量有限）。另外加工后的薯渣可以造糖、酒精，综合利用后可以增值5-6倍，如果加工成方便粉丝、或精制粉丝、保健淀粉出售，可以增值10-15倍不等。还有红薯的茎尖、叶柄等制成蔬菜进行综合加工效益更高。总之，红薯是不耐存放的作物，只有深加工才可以增值。正因为红薯巨大的使用价值和良好的市场前景，所以它对促进我国相关食品行业的发展有着十分重要的意义，随着科学技术的进步，食品深加工已经越来越被世界重视，特别是便餐和方便食品的诞生，促使保鲜脱水蔬菜工业迅速发展起来，这更要求原料的深加工伴随着发展。其中红薯原料的深加工就是受到人们高度重视且发展较快的产业之一。我国是世界最大的红薯生产国。但在我国绝大部分红薯被直接用作饲料和食用，红薯的附加价值并没有得到很好的挖掘。由于每年仅有百分之几用于深加工，致使鲜薯过剩，增加了越冬保鲜难度，也降低了它的营养价值。究其原因主要是缺少加工设备，特别是分选机械。而从国外引进设备价格昂贵，生产成本高，致使国内该产业发展缓慢。因此研究设计出一套成本低、结构简单实用以及分选效率高的红薯分选机是红薯深加工承上启下的关键设备，对红薯深加工流程有着重要的影响。二、红薯分选机国内外研究现状近年来，随着农业科技的发展和人民水平的提高，国内外红薯品种越来越多，人们对红薯的品质也有了更高的要求。为了提高红薯的加工质量和出品等级，需要对红薯进行严格的质量分级和大小分级。目前，我国具备先进红薯分选设备的企业很少，有大型生线的企业也仅仅是对质量和大小进行分选，装备比较落后。因此，市场上销售的红薯大多数依靠机械配合人工的方式实现分级。人工分级的主要缺点是：劳动量大、生产率低而且分选精度不稳定；红薯分选难以实现快速、准确和无损化。截止到目前为止，国内外已有不少学者及科研人员在此领域取得了重大进展。根据红薯检测指标的不同，红薯分选机大致可分为大小分选机、重量分选机、外观品质分选机和内部品质分选机。2.1 大小分选机的研究现状大小分选机是按照红薯大小进行分选，在红薯分选机中应用最为广泛。目前可用于红薯分选的方法有筛子分选法、回转带分选法、辊轴分选法、滚筒式分选法等。其中，前3种方法由于各自存在不同的缺点而未能推广使用。滚筒式分选法其分选装置主要由喂料机构、V型槽导薯板、分选滚筒、接薯盘及传动系统组成。工作时，红薯由倾斜输送器提升后，先经手选装置由人工剔除伤残果，然后通过输送带送人薯箱，打开料门，输送至导薯槽板。在此，红薯自然分行滚动，不会出现红薯堆积和阻碍现象。分选滚筒开有孔径逐级增大的圆孔，红薯从V型导薯槽板流至滚筒外边进行自动校径的分选。小于分选孔的红薯先从第一滚筒分选孔落人接薯盘，大于分选孔的则经V型导红薯槽继续向前滚动，直至遇到相应分选孔落下，于是在不同的接薯盘可得到不同等级的红薯。此分选装置结构简单，对红薯损伤小，成本较低，分选精度和效率较高，适用于球形和近似球形物料的分选，在国外应用较广。为了减少红薯碰撞，提高好薯率，有的大小分选机是利用浮力、振动和网格相配合的办法进行分选，但有关此方面的报道较少。由以上可知，红薯大小机械式分选法中，滚筒式分选法是最优的一种。另外，随着电子技术和计算机图像技术的发展，采用光电传感器或CCD摄像机对红薯的大小进行测量判别已成为此类分选机的机对红薯的大小进行测量判别已成为此类分选机的研究热点。因为它们是对红薯的大小进行不损伤的非接触性计量，适用于任何种类的红薯。冯斌、汪懋华研究了一种基于计算机视觉的红薯大小检测方法，试验表明该方法检测速度快、正确率高、适用范围宽，能够满足红薯自动检测要求。2.2 重量分选机按重量进行分选的分选机械早期是利用杠杆原理进行分选的。目前，机械式重量分选机主要有固定衡量秤体、运动输送盘式和固定限位装置、运动衡量秤体式两种机型。机械式重量分选对红薯的损伤较小，而且具有较广的通用性，但是由于各种误差及摩擦影响等分选精度不是很高。近年来，随着计算机和称重传感技术的迅速发展和现代科学技术的相互渗透，电子称重技术及应用有了新的发展。基于此，国内外已开始研制电子称重式分选机。电子称重式分选机一般采用压力传感器称量红薯，微机系统对传感器输出信号进行采样、放大、滤波、模数转换、运算和处理，并控制机械执行机构进行分选。王新亭等在现有电子称重式红薯分选台的基础上，对其测控系统进行了重新研制，将原有的Pc机控制替代为单片机控制。由于系统采用微机控制，可按需选择准确的分选基准，具有更高精度和更高的控制灵活度，在实际中具有更广的应用前景。以色列ESHET EILON公司、美国AUTOLINE公司生产的电子称重式分选机，在分选检测技术上已经很成熟，工作效率高，并具有较高的分选精度。但是由于该设备操作较为复杂，而且设备成本较高，难以在我国推广使用。我国对该类型红薯分选机的研制尚处于起步阶段，需要科研人员充分利用国外已经取得的研究成果，研制适合于我国实际情况的电子称重式分选机。2.3 外观品质分选机外观品质分选机是按红薯的大小、表面缺陷、色泽、形状、成熟度等进行分选的分选机。其分选方法包括：光电式色泽分选法和计算机图像处理分选法。色泽分选法是根据颜色不同反射光的波长就不同的原理对红薯颜色进行区分。而计算机图像处理分选法是利用计算机视觉技术一次性完成果梗完整性、果形、红薯尺寸、果面损伤、成熟度等检测，可以测得红薯大小、果面损伤面积等具体数值，并根据其数值大小进行分类。国内外学者在利用计算机视觉技术对红薯外部品质检测方面进行了大量的研究，并取得了重大进展。在缺陷检测方面，Tao Y等研制出的基于计算机视觉的苹果缺陷检测系统，达到了快速和全面检测的效果。Leemans V 等研究了一个基于缺陷特征的红薯实时分级方法。该方法的准确率可达73，其中错误发生的一部分情况是良性的，而另一部分则由于缺陷是晒伤或撞伤，或者缺陷太靠近果梗和花萼很难被检测到。在颜色检测方面，目前普遍采用色度直方图计算各色度的累计值作为分级特征，且识别的方法仍然是统计模式方法居多。Kazuhiro 采用二级神经网络对苹果进行颜色分级，通过将苹果果面沿花萼梗方向分区并分别进行处理，解决了因苹果果面曲率不同而引起的反射梯度不同的问题。在国内，为实现苹果颜色的在线检测，李庆中等设计了苹果颜色自动分级系统，基本上实现了实时分级的要求。在果形检测方面，目前描述苹果形状的方法有多种，包括编码法、统计法、几何结构法和光谱法等。边界编码法虽然能够准确地描述苹果的形状，但数据量大而且压缩困难。2.4 内部品质分选机内部品质包括红薯的糖度、硬度、酸度和内部缺陷等指标，通常红薯内部品质主要依靠破坏性检验方法。目前用于红薯硬度的检测方法主要有变形法和声学法。但由于变形法只能测量红薯的局部硬度，声学法易受噪音和机械振动的影响等而限制了其应用。而近红外法和核磁共振法可用于红薯糖度、硬度的检测。近红外光谱技术在农产品内部品质检测方面发展较快，具有检测速度快、可同时检测多种内部成分等优点。其基本原理是当用近红外光照射红薯时，不同的红薯内部成分对于不同波长的光学吸收和散射程度不同，而内部光谱也会随着红薯内部成分质量分数的不同而发生变化。利用这一特性，即可根据近红外光谱特征分析红薯中的主要成分及其质量分数。何东健等。利用近红外分光法检测红薯内部品质，结果表明：近红外分光法不但能检测红薯糖度、酸度，而且能检测内部缺陷，完全满足在线检测红薯内部品质的要求。刘燕德等应用近红外漫反射光谱分析技术设计了一种近红外光谱红薯内部品质自动检测系统，该系统能够快速地用于红薯内部品质的无损检测和分级。核磁共振技术作为一项新的检测技术在红薯内部品质检测方面也有着较大的发展潜力。Kim等设计了1台NMR在线分级设备并进行了测试，发现鳄梨在带50mmS的状态下，所得油水的共振峰值比值与成熟度的相关系数高达0970。Chaughule等使用自由感应衰减(FID)谱的方法对人参果中的可溶性碳水化合物进行了测定。Zion等提出一种基于MRI进行计算机检测的快速方法，并对不同品种的苹果进行损伤检测，取得了较好的试验结果。另外，用超声波检测西瓜的内部空心已比较成熟。其它缺陷的检测目前有：x射线分析法、计算机视觉检测方法、介电特性检测方法、电子鼻技术等。利用计算机视觉技术对农产品内部品质进行无损检测也是近几年研究的一个热门课题，到目前该技术已比较成熟，应用也日趋广泛。随着嗅觉传感技术的不断发展，电子鼻技术也得到了广泛的研究与应用。Lakshmi 等通过对变化的电子鼻传感器数据进行了多元分析，把苹果按成熟度分成未成熟、成熟和过成熟3种等级。通过判别式分析法，电子鼻技术的正确分级率达83。三、主要参考文献1 曹其新，吕恬生，永田雅辉日本蔬菜和红薯拣选机器人的发展状况J机械设计与研究，1998(4)：91 12 沈林生农产品加工机械M北京：机械工业出版社，1988：89953沈再春农产品加工机械与设备M北京：中国农业出版社，1993：51534冯斌，汪懋华基于计算机视觉的红薯大小检测方法J农业机械学报，2003，34(1)：73755王莉FJZ一500型红薯重量分级机称量误差理论分析J农业机械学报，1997，28(1)：89936王新亭，张东兴红薯分选台单片机测控系统的研究J中国农业大学学报，2003，8(4)：41-437应义斌，景寒松，马俊福，等黄花梨品质检测机器视觉系统J农业机械学报，2000，31(2)：1 131 158应义斌，饶秀勤，黄永林，等运动红薯图像的实时采集方法与系统研究J农业机械学报，2004，35(3)：1 791839蒋焕煜，应义斌，王剑平，等红薯品质智能化实时检测分级生产线的研究J农业工程学报，2002，18(6)：158 16010杨秀坤，陈晓光，马成林，等用遗传神经网络方法进行苹果颜色自动检测的研究J农业工程学报，1997(2)：1 731 7611何东健，杨青，薛少平，等果实表面颜色计算机视觉分级技术研究J农业工程学报，1998，14(3)：202 20512冯斌，汪懋华基于颜色分形的红薯计算机视觉分级技术J农业工程学报，2002，18(2)：14114413李庆中，张漫，汪懋华基于遗传神经网络的苹果颜色实时分级方法J中国图像图形学报，2000，5(9)：77978414籍保平，吴文才计算机视觉苹果分级系统J农业机械学报，2000，31(6)：118 1 21研究方案（研究目的、内容、方法、预期成果、条件保障等）研究目的：根据红薯分选机的结构特点，进行结构设计。研究内容：1.研究分选机的工作原理 2.进行分选机的可行性分析 3.书写设计说明书、绘制图纸。研究方法：1.查找资料，并整理资料。 2.对分选机进行尺寸及结构分析，设计出基本结构，并绘出总装图及零件图。预期成果：设计出结构合理、操作简单、动作可靠，使用寿命长的分选机。条件保障：1.有高教授对一些疑难的悉心指导 2.有图书馆的设计手册进行资料查找 3.利用网络软件资源进行设计时间进程安排（各研究环节的时间安排、实施进度、完成程度等）1、知识准备 1-2周2、主题方案设计 3-5周3、设计计算、结构设计、制图 6-10周4、整理设计说明书 11-12周5、准备答辩 13周开题论证小组意见组长签名：年月日专业委员会意见专业教研室主任签名：年月日湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计红薯分级分选机的设计THE DESIGN OF SWEET POTATO SORTING MACHINE学生姓名：杨彪学号：200841914307年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化(3)班指导老师及职称：高英武教授学部：理工学部湖南长沙提交日期：2012年5月湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与湖南农业大学东方科技学院、指导教师共同拥有。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。毕业设计作者签名：年月日目录摘要1关键词11 前言2 2 总体方案的拟定32.1 原理分析32.2 总体结构设计52.3 各执行机构主要参数的计算62.4 传动装置的运动和动力参数的计算133 主要零件的选择和设计153.1 皮带传动的设计计算153.2 直齿圆柱齿轮的设计计算173.3 滚子链传动的设计计算203.4 轴的设计计算213.4.1 高速轴的设计计算21 3.4.2 低速轴的设计计算243.5 轴承的校核273.6 键的设计计算与校核273.7 润滑与密封283.8 主要缺点和有待进一步改进的地方294 结束语29参考文献30致谢31附录32红薯分级分选机的设计学生：杨彪指导老师：高英武(湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128)摘要：本文分析了中国国内外红薯分级分选机的研究和发展现状，对未来进行了展望，设计出了一种新型红薯分级分选机构。该红薯分级分选机是由分级滚筒、传动机构和电动机组成。采用电动机提供动力，通过带轮传动机构，将运动和动力传送到直齿圆柱齿轮减速器，然后再通过链轮传动机构，将所需的运动和动力传送至分级滚筒上，从而实现红薯的分选。整个机构简单且易于操作，便于维护，提高了生产效率，降低了劳动强度，为实现红薯加工机械化与规模化提供了前提。关键词：红薯；形状；分级机构；分级滚筒； The design of sweet potato sorting machineStudents: Yang BiaoTutor: Gao Yingwu(Orient Science & Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract: This paper analyzes the present situation of the Chinese domestic and foreign sweet potato sorting machine research and development, on the future prospects, we design a new type of sweet potato sorting mechanism. The sweet potato sorting machine is composed of grading cylinder, transmission mechanism and a motor. The power provided by a motor, through a belt pulley transmission mechanism, the movement and power is transmitted to the straight tooth cylindrical gear reducer, and then through the chain wheel transmission mechanism, the required movement and power is transmitted to the classification on the drum, thereby we can realize the separation of sweet potato. The entire mechanism is simple and easy to operate, easy to maintain, improve production efficiency, reduce labor intensity, which help to achieve the sweet potato processing mechanization and scale and to provide the premise.Key Words: sweet potato; shape; the grading mechanism; grading cylinder1 前言1.1 选题研究意义红薯具有很高的营养价值，含有丰富的淀粉、膳食纤维、胡萝卜素、维生素A、B、C、E以及钾、铁、铜、硒、钙等10余种微量元素和亚油酸等，被营养学家们称为营养最均衡的保健食品。同时红薯既是美味可口的食物，又具有药用价值，尤其在抗癌蔬菜方面，它的抗癌能力排名第一，正因为红薯具有如此多的价值，市场认可度高，所以对红薯的深加工势在必行，而实现这一目标的前提是红薯的加工必须实现规模化与机械化，作为红薯加工工序之一的分级工序起到了承上启下的关键作用，其主要作用包括：一是保证产品的规格和质量指标；二是降低加工过程中原料的损耗率，提高原料利用率，从而降低产品的成本；三是提高劳动生产率，改善工作环境；四是有利于生产的连续化和自动化1。1.2 国内外红薯机械化发展概况我国是世界红薯生产消费大国，但还不是红薯加工强国。红薯的品质还难以完全满足国内外消费者的要求，红薯市场主要还在国内。随着我国加入WTO，红薯生产销售面临着激烈的全球市场竞争，因此必须尽快提升我国红薯种植和加工的水平，缩短与国外的差距。近几十年来，我国的红薯加工水平提高缓慢，主要是我国的红薯机械加工技术水平落后造成的2。20世纪50年代以前，我国几乎没有食品机械工业，更不用说红薯加工。红薯的生产加工主要以手工操作为主，基本属于传统作坊生产方式。仅在沿海一些大城市有少量工业化生产方式的红薯加工厂，所用设备几乎是国外设备。进入20世纪5070年代，红薯加工业及红薯机械行业得到一定的发展，全国各地新建了一大批红薯加工工厂。但这样依然没有从根本上改变红薯加工落后的面貌，这些加工厂尚处于半机械半手工的生产方式，机械加工仅用于一些主要的工序中，而其他生产工序仍沿用传统的手工操作方式。到了20世纪80年代以后，红薯工业发展迅速。这得益于80年代以后的改革开放政策。随着外资的引入，出现很多独资、合资等形式的外商红薯加工企业。这些企业在将先进的红薯生产技术引进国内的同时，也将大量先进的红薯机械带入国内。再加上社会对红薯加工质量、品种、数量要求的不断提高，极大地推进了我国红薯工业以及红薯机械制造业的发展。通过消化吸收国外先进的红薯机械技术，使我国的红薯机械工业的发展水平得到很大提高。20世纪80年代中期，我国红薯工业实现了机械化和自动化。进入20世纪90年代以后，又进行了新一轮的技术改造工程。在这一轮的技术改造工程中，许多红薯加工厂对设备进行了更新换代，或直接引进全套的国外先进设备，或采用国内厂家消化吸收生产出的新型机械设备。经过两轮的技术改造工程，极大推进了我国红薯机械工业的发展，红薯机械工业现已形成门类齐全、品种配套的产业，已经为机械工业中的重要产业之一3。1.3 国内红薯机械化未来发展方向红薯在中国食品产业占有重要地位，随着社会发展和进步，红薯不但是人们生活的必需品，而且对经济起了很好的作用，而红薯分选机是红薯生产中的一种主要机械。21世纪，中国将实现红薯生产和加工全程机械化，以满足红薯生产规模化、经营产业化、红薯产品多元化、红薯质量无公害化的要求。红薯机械将集机、电、液于一体，向智能化、自动化跨越4。1.4 目前国内常见的红薯分选机主要有以下几种类型目前我国红薯业生产上使用的分选机类型很多，大小不一。根据红薯检测指标的不同，红薯分选机大致可以分为大小分选机、重量分选机、外观品质分选机和内部品质分选机。本课题主要研究的是大小分选机，而根据其结构和工作原理的不同，大小分选机可分为筛子分选机、回转带分选机、辊轴分选机、滚筒式分选机5。2 总体方案的拟定2.1 原理分析分级机上的分级装置的孔眼的大小和形状必须根椐红薯的大小、形状和产品工艺要求确定。特别注意分级级数的设计计算，提高分选质量，以保证后序工序的顺利进行。红薯分选机是由分级机构、传动机构和电动机组成。红薯分选时将红薯运送至进料斗，然后流入到分级滚筒或摆动筛中，使红薯在滚筒里滚转和移动或在摆动筛中作相对运动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到分级目的。2.1.1 方案选择为了实现预定的功用，有两套方案可以实现：(参见图1、图2)方案一采用摆动筛式进行红薯的分选图1方案一示意图Fig1 The figure of program 1方案二采用滚筒式进行红薯分选图2 方案二示意图Fig2 The figure of program 22.1.2 方案的比较方案一采用摆动筛式来进行红薯的分选，其机械振动装置由皮带传动使偏心轮回转，偏心轮带动曲柄连杆机构实现机体的直线往返式摆动。摆动筛分级机的优点为：结构简单，制造、安装容易；筛面调整方便，利用率高；以直线往复摆动为主。振动为辅，对物料损伤少；适用多物料及同一物料多种不同规格的分级。缺点为：动力平衡困难，噪音大，清洗不方便等5。方案二采用滚筒式来进行红薯的分选，其滚筒由摩擦轮带动，物料通过料斗流入到滚筒时，在其间滚转和移动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到分级目的。滚动式分级机的优点为：结构简单，分级效率高，工作平稳，不存在动力不平衡现象。缺点为：机器占地面积大，筛面利用率低；由于筛孔调整困难，对原料的适应性差5。本课题研究的主要目的是实现红薯生产的规模化和机械化，而且主要针对单一物料进行分级，对红薯的损伤情况不做过多要求，故采用方案二比较合理。2.2 总体结构设计2.2.1 总体结构总体结构分为以下主要部分（如图3所示）：进料斗、滚筒、收集料斗、机架、传动装置、摩擦轮等。图3 红薯分选机结构图Fig3 The principle figure of the structure of the sweet potato sorter2.2.2 传动路线红薯分选机的传动路线如图4所示，该机构是通过电动机驱动皮带传动，将运动和动力直齿圆柱齿轮减速器，通过减速器减速后，再由链轮传动机构将运动和动力传递给摩擦轮，在摩擦轮的带动下，以实现对红薯的分级。1.电机 2.皮带轮 3.摩擦轮 4.摩擦轮轴 5.单级直齿圆柱齿轮减速器 6.链传动图4 红薯分选机的传动路线Fig4 The transmission route of the sweet potato sorter2.3 各执行机构主要参数的计算2.3.1 滚筒设计考虑到红薯大小形状的差异，将滚筒的分级情况定为6级。在实际分级中，可以将相邻的两级料斗合为一级，以满足不同分级的需要。现在设计采用5节筛筒，6级分级5。2.3.2 滚筒孔眼总数的确定生产能力G可由下式计算5： G 3600zm10001000 （2-1）式中：z为滚筒上的孔眼总数；G为生产能力；为在同一秒内从筛孔掉下物料的系数，因分级机型和物料性质不同而异，滚筒式可取1025；m为物料的平均质量。根据设计要求给定的参数G=12 t/h，m=400g，= 2.0可求出z =10001000G3600m =100010001236000.02400 =417（个）2.3.3 滚筒直径D、长度L以及各级排数P和各排孔数Z的确定在生产能力已知的情况下，通过式（2-1）求取的Z为滚筒上所需的孔数。但由于各级筛孔孔径不同而滚筒直径相同，所以这个总孔数不能平均分配在各级中，而应根据工艺的要求分成不同直径的若干级别，再依级数设每级排数以确定同一级每排筛孔数。若把滚筒展开成平面，则其关系为每级孔数=排数每排孔数每级长度=（每级筛孔直径每排孔数）（筛孔间隙各排孔数）则滚筒的圆周长度=（排数各级孔径）（排数孔径）理论上，每级的孔数之和等于总孔数Z，每级长度之和是所设计的滚筒长度，但这样设计计算各级滚筒的直径各不相同，无法连接在一起。因此一般取滚筒中直径较大的一级作为整个滚筒的直径。初步确定滚筒直径和长度后，用D:L=1:46进行校核，若不在此范围内，就应重新调整每级排数或孔数，直至达到此比例范围内为止。一般若L6D，则可适当增加排数，减少每排孔数；若L6D，则应增加每排孔数，减少排数5。现在由分选所需红薯的需求，对筛筒孔径作如下估计：表1 筛孔孔径的参数Table 2 the parameter of screen size筛孔孔径长宽（mm）孔隙（mm）粒径分布比例系数ai轴向分布比例系数bi第一级8040151/81/2第二级8545201/21/4第三级9050251/41/8第四级9555301/81/8第五级10060351/81/82.3.4 各级筛孔数的计算（1）各级筛孔的孔数5 Z1=ai bi Z。（2-2）式中：Z1每个筛孔的个数，个；ai原料粒径分布比例系数；bi原料沿滚筒轴向分布比例系数；Z。基准孔数，个。（2）基准孔数为5 Z。=Z/ai bi （2-3）则 Z。=417 /（ 1/81/21/21/41/41/81/81/81/81/8）=1668（个）则，可求 Z1=ai bi Z。=1/81/21668=104 Z2=ai bi Z。=1/21/41668=209Z3=ai bi Z。=1/41/81668=52Z4=ai bi Z。=1/81/81668=26Z5=ai bi Z。=1/81/81668=26（3）筛孔排数与每排孔数的计算已知5u = L/D （2-4）式中：u长度与直径之比；L滚筒的长度，m；D滚筒的直径，m。又知滚筒的长度可表示为5L=Li =1/P0Zi/Ci(diei) （2-5）式中：P0基准排数，通常以第一级为基准；di各级筛孔的直径，m；ei个级筛孔的孔径，m；Ci筛孔的直径及间隙对排数的影响比例系数。又知5CI= P1P0 （2-6）式中：P1各级筛孔的排数因 Si= diei故 Pi=2D / Si则将这些转换式对L=Li =1/P0Zi/Ci(diei)进行化简，得L=2D / SiZ1(d1e1)2Z2(d2e2)2Z3(d3e3)2Z4(d4e4)2Z5(d5e5)2又估计u = L/D=4 则D= 1/4L则L2=2 / 104(0.0800.015)2209(0.0850.020)252(0.0900.025)226(0.0950.030)226(0.1000.035)2解得L=2.3 m则D= 1/4L=0.575 m则由Pi=2D / Si ，得P1=20.575 / (0.0800.015)=23P2=20.575 / (0.0850.020)=20P3=20.575 / (0.0900.025)=18P4=20.575 / (0.0950.030)=17P5=20.575 / (0.1000.035)=15由此可得各级滚筒每排孔数：由ZPi=Zi/Pi 可得 ZP1= Z1/P1 = 10423 =5 ZP2= Z2/P2 = 20920 =10ZP3= Z3/P3 = 5218 =3ZP4= Z4/P4 = 2617 =2ZP5= Z5/P5 = 2615 =2经圆整后，各级滚筒每排的孔数为：ZP1=4 ZP2=7 ZP3=3 ZP4=3 ZP5=2（4）滚筒直径的确定各级滚筒的周长为5 li = /2 (diei)Pi （2-7） l1 = 3/2 (d1e1)P1=/2 (0.0800.015)23=1.892 ml2 = 3/2 (d2e2)P2=/2 (0.0850.020)20=1.819 ml3 = 3/2 (d3e3)P3=/2 (0.0900.025)18=1.793 ml4 = 3/2 (d4e4)P4=/2 (0.0950.030)17=1.840 ml5 = 3/2 (d5e5)P5=/2 (0.1000.035)15=1.754 m各级计算周长中，最长的作为整个滚筒的周长，则l=1.892 m。（5）筛孔间隙修正因为各级计算周长与确定的滚筒轴长l存在差值，则按下式修正5： ei=2l/ Pidi （2-8）则 e1 =21.892/230.080 =0.015e2 =21.892/200.085 =0.024e3 =21.892/180.090 =0.031e4 =21.892/170.095 =0.034e5 =21.892/150.100 =0.046（6）滚筒直径5 D=l/ （2-9）则 D=1.892/=0.60 m（7）长径比验算总长度的确定，应将各级的一侧边缘尺寸fi计入5，因此 L=Lifi （2-10）又知5 fi= Si 2=1/2(diei) （2-11）则滚筒的长度为 L=ZPi(diei)1/2(diei) （2-12）则 L=ZPi(diei)1/2(diei) （2-13）L=4(0.0800.015)7(0.0850.020)3(0.0900.025)3(0.0950.030)2(0.1000.035) 1/2(0.0800.015)(0.0850.020)(0.0900.025)(0.0950.030)(0.1000.035)=2.393 m将计算出的滚筒长度和直径代入长径比公式中进行验算，若不超过规定长度比的5，则可确定长度和直径；否则要重新进行校正5。由计算知 D=0.60 m L=2.393 m则u = L/D=2.393/0.60=3.99规定的u = L/D=4 则相差值为4-3.99=0.015，符合要求。故可确定滚筒 D=0.60 m L=2.393 m2.3.5 转速n及水平倾角a的确定滚筒的转速影响分级效率及生产能力，而滚筒的转速取决于直径。滚筒一般呈倾斜放置，则通常转速可由以下公式确定5： n = 1214 /R （2-14）则由前面滚筒尺寸参数计算中，知D=0.60 m，根据公式可得本设计中的转速范围n = 1214 /R=1214 /0.60=1518 r/min又考虑滚筒的转速一般为1015 r/min，一般不超过30 r/min。在结合实际生产需求，最终确定滚筒的转速n=18 r/min。由上式可知，n与R成反比，即滚筒直径越大，其转速越小。而滚筒的倾角a与滚筒的长度有关，一般约为3 o5 o，长的滚筒取小值，短的取大值。本设计中滚筒的长度为L=2.393 m，结合实际生产的需要，取a=4 o。2.3.6 滚轮和摩擦轮滚轮和摩擦轮工作时，滚圈的动力是由摩擦轮与之摩擦所产生的，她们是一对相对运动的部件。通常为了维修及更换零件的方便，在设计上，摩擦轮所选择的材料要比滚圈耐磨性差，以便把磨损落在摩擦轮上。摩擦轮和滚圈的结构如图5所示。滚圈的常用材料为Q235、Q255、40号碳素钢。摩擦轮的材料常为HT250、HT200等。这里取滚圈的材料为Q235，摩擦轮的材料为HT2005。摩擦轮的宽度b一般比滚圈宽度B大3040 mm，以补偿筒体热胀冷缩和轴向窜动的需要，经计算摩擦轮外径为d=375 mm，宽度为90 mm（由与滚圈宽60 mm关系式计算得出）。1.滚筒 2.摩擦轮 3.滚圈图5 摩擦轮与滚圈Fig5 The friction wheel and the rolling ring2.3.7 功率计算对于摩擦轮传动式，其功率可用下式计算5： P=Rn(m113m2)g/60 （2-15）式中：P滚筒转动所需要的电动机功率，W；R滚筒内半径，m；n滚筒转速，r/min；m1滚筒本身质量，kg；m2滚筒内原料质量，kg；传动效率，一般取0.60.7。本设计中取=0.6。 m2=R2Lr1 （2-16）式中：L滚筒的长度，m；r1物料的密度，kg/m3；物料在滚筒中的填充系数，一般为0.050.10。在本设计中，所涉及的滚筒用来筛选红薯，按其平均质量和半径，估算出物料密度1.2103 kg/m3，填充系数选取=0.07，则m2=R2Lr1=3.14（0.60-0.0022）/222.3931.21030.07=56 kg 将以上结果代入滚筒转动时所需的电动机功率P的计算公式中5：P=Rn(m113m2)g/60=（0.60-0.0022）/218(621356) 9.81/600.6=1155 W2.3.8 筛孔的设计筛孔是分级机械的主要工作部分，其优劣程度直接影响分级效果。筛孔有正方形、矩形、正三角形等排列。经计算，正三角形排列筛面的有效系数比正方形排列增加16，如图6所示，其有效筛面面积更大，故在设计中采取正三角形排列5。图6 正三角形排列Fig6 The equilateral triangle arrangement2.3.9 选择电动机（1）选择电动机类型和结构形式生产单位一般用三相交流电源，如无特殊要求(如在较大范围内平稳地调速，经常起动和反转等)，通常都采用三相交流异步电动机。我国已制订统一标准的Y系列是一般用途的全封闭自扇冷鼠笼型三相异步电动机，适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体和无特殊要求的机械，如金属切削机床、风机、输送机、搅拌机、农业机械和食品机械等。由于Y系列电动机还具有较好的起动性能，因此也适用于某些对起动转矩有较高要求的机械(如压缩机等)。在经常起动，制动和反转的场合，要求电动机转动惯量小和过载能力大，此时宜选用起重及冶金用的YZ型或YZR型三相异步电动机6。三相交流异步电动机根据其额定功率(指连续运转下电机发热不超过许可温升的最大功率，其数值标在电动机铭牌上)和满载转速(指负荷相当于额定功率时的电动机转速，当负荷减小时，电机实际转速略有升高，但不会超过同步转速磁场转速)的不同，具有系列型号。为适应不同的安装需要，同一类型的电动机结构又制成若干种安装形式。各型号电动机的技术数据(如额定功率、满载转速、堵转转矩与额定转矩之比、最大转矩与额定转矩之比等)、外形及安装尺寸可查阅产品目录或有关机械设计手册13。按已知的工作要求和条件，选用Y型全封闭笼型三相异步电动机6。（2）选择电动机类型的功率由前面设计计算已知，工作机所需的电动机输出功率为P工作输出=1.155 KW 电动机至运输带之间的总效率为总=皮带齿轮3滚动轴承链轮2摩擦轮 =0.960.970.9930.960.902 =0.703 所以电动机的输入功率为P电动机输入= P工作输出/总=1.155/0.703 =1.64 kW（3）初选同步转速为750 r/min的电动机由P电动机输入P电动机额定，故根据机械设计课程设计手册表12-1，选择电动机型号为Y132S-8，其额定功率为2.2 KW，满载转速为710 r/min，即P电动机额定=2.2 kWn电动机额定=710 r/min2.4 传动装置的运动和动力参数的计算2.4.1 各传动装置的总传动比及各轴转速的计算的计算分配各级传动比时应考虑的问题：（1）各级传动比机构的传动比应在推荐值的范围内，不应超过最大值，已利于发挥其性能，并使其结构紧凑7。（2）应使各级传动的结构尺寸协调、匀称。例如：由V带传动和齿轮传动组成的传动装置，V带传动的传动比不能过大，否则会使大带轮半径超过变速器的中心高，造成尺寸不协调，并给机座设计和安装带来困难7。（3）应使传动装置外廓尺寸紧凑，重量轻。在相同的总中心距和总传动比情况下，具有较小的外廓尺寸。（4）在变速器实际中常使各级大齿轮直径相近，使大齿轮有相近的侵油深度。高、低速两极大齿轮直径相近，且低速级大齿轮直径稍大，其侵油深度也稍深些有利于侵油润滑。（5）应避免传动零件之间发生干涉碰撞。高速级大齿轮与低速轴发生干涉，当高速级传动比过大时就可能产生这种情况。除考虑上诉几点还要理论联系实际，思考机器的工作环境、安装等特殊因素。这样我们就可以通过实测与理论计算来分配各级的传动比了8。电动机的满载转速为710 r/min, 要求的输出为18r/min，则总的传动比为8：nm / n=710/1839.44V带传动比常用范围i7；圆柱齿轮传动单级减速器传动比的范围i46；链传动传动比的范围i6；摩擦轮传动传动比的范围i5。故设计分配传动比如下：第一级V带传动比 i1=3；第二级齿轮传动传动比 i2=4；第三级链传动传动比 i3=2；第二级摩擦轮传动传动比 i4=1.6。电动机轴为0轴，减速器高速轴为1轴，低速轴为2轴，摩擦轮轴为3轴，各轴转速为8：n0= nw=710 r/min n1= n0/ i1=710/3=237 r/min n2= n1/ i2=237/4=59 r/min n3= n2/ i3=59/2=30 r/min n4= n3/ i4=30/1.6=18 r/min2.4.2 各轴输入功率的计算机械效率分布如下：V带传动1=0.96；滚动轴承2=0.99；圆柱齿轮传动3=0.97；链传动4=0.96；摩擦轮传动5=0.90。各轴输入功率按电动机额定功率计算，各轴输入功率即9：P0 = PW = 2.2 kWP1 = P01=2.20.96=2.11 kWP2 = P123=2.110.990.97=2.03 kWP3 = P24 =2.030.96=1.95 kWP4 = P325=1.950.990.90=1.74 kW2.4.3 各轴转矩的计算T0 = 9550 P0/ n0=95502.2/710 =29.59 NmT1 = 9550 P1/ n1=95502.11/237 =85.02 NmT2 = 9550 P2/ n2=95502.03/59 =325.58 NmT3 = 9550 P3/ n3=95501.95/30 =620.75 Nm3 主要零件的选择和设计3.1 皮带传动的设计计算根据设计可知皮带轮传动比为3，因传动速度较快，处于高速端，故采用带传动来提高传动的平稳性。并旋转方向一致，带轮的传动是通过带与带轮之间的摩擦来实现的。带传动具有传动平稳，造价低廉以及缓冲吸振等特点。根据槽面摩擦原理，在同样的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。再加上V带传动允许传动比较大，结构较紧凑，以及V带以标准化并且大量生产的优点，所以这里高速轴传动选用V带传动10。3.1.1 确定计算功率 Pca由机械设计表8-7 查得工作情况系数K A =1.1 故 Pca = K A P = 1.12.2=2.42 kW3.1.2 选择V带的带型根据Pca=2.42 KW,小带轮转速n1=710r/min,由机械设计图8-11选用A型。3.1.3 确定带轮的基准直径dd并验算带速v（1）初选小带轮的基准直径dd由机械设计表8-6和表8-8，取基准直径dd1=140 mm。（2）验算带速v按式v=dd1 n1/601000验算带的速度v =dd1 n1/601000 =140 710/601000 = 5.20 m/s 因为5 m/sv30 m/s，故带速合适。（3）计算大带轮的基准直径根据式dd2= idd1=3140=420 mm，根据机械设计表8-8，圆整为dd2= 400 mm。3.1.4 确定V带的中心距a和基准长度L d根据公式0.7（dd1 +dd2）a0 2（dd1 + dd2）初步确定中心距a0 =750mm由式6：Ld=2a0+/2(dd1+ dd2)/+ (dd1- dd2)2/4a0 = 2750+/2(140+400)+(400-140)2/4750 = 2371 mm由机械设计表8-2 选带的基准长度 Ld=2240 mm。计算实际中心距 a =a 0 +（L d- Ld）/2=750+（22402371）/2=685 mm3.1.5 验算小带轮上的包角a1 a1 =180 o -57.5 o(dd2- dd1)/a =180 o -57.5 o(400140)/685=158 o120 o取a=158 o。3.1.6 计算带的根数z（1）计算单根V带的额定功率Pr由dd1=140 mm和n1=710r/min，查机械设计表8-4a得 P0=1.26 kW。根据n1=710r/min，i=3和A型带，查机械设计表8-4b得 P0=0.09 kW。查机械设计表8-5得Ka=0.95，表8-2得KL=1.06，于是Pr=( P0+ P0)KaKL=(1.26+0.09)0.951.06=1.36 kW（2）计算V带的根数zz= Pca/ Pr=2.42/1.36=1.78取2根。3.1.7 计算单根V带的初拉力的最小值（FO）min由机械设计表8-3得A型带的单位长度质量q=0.1 kg/m，所以（FO ）min=500(2.5Ka) Pca / Ka zv +qv2=500（2.5-0.95）2.42/（0.9525.20）+0.15.202 =193N3.1.8 计算轴压力FP由式（FP）=2Z（FO ）min sin(a1/2)=22193sin(158/2)=758N3.1.9 带轮的结构设计V 带轮结构设计从略。3.1.10 带的张紧装置各种材质的V 带都不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一段时间的运转后，就会由于塑性变形而松弛。使预紧力FO 降低。为保证带传动的能力，应定期张紧。此处采用定期张紧装置11。 3.2 直齿圆柱齿轮的设计计算3.2.1 选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数（1）按图4所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。（2）滚筒为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB 10095-88）（3）材料选择。由机械设计表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280 HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240 HBS，二者材料硬度差为40 HBS。（4）选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=424=963.2.2 按齿面接触强度设计由设计计算公式12（10-9a）进行试算，即 d1t2.32 3KT1/d(u1)/u(ZE/H)2 （3-17）（1）确定公式内的各计算数值试选载荷系数Kt=1.3。计算小齿轮传递的转矩。T1 = 9550 P1/ n1=95502.11/237 =85.02 Nm=8.502104 Nmm由机械设计表10-7选取齿宽系数d=1.2。由机械设计表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8 MPa1/2。由机械设计图10-21d按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1=600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=550MPa。由机械设计式10-13计算应力循环次数N1=60n1jLh=602371(2830015)=1.024109N1=1.024109/4=0.256109由机械设计图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.90；KHN1=0.95。计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1，安全系数S=1，由由机械设计式12（10-12）得H1= KHN1lim1/S=0.9600 MPa=540 MPaH2= KHN2lim2/S=0.95550 MPa=522.5 MPa（2）计算试算小齿轮分度圆直径d1t，代入H中较小的值。d1t2.32 3KT1/d(u+1)/u(ZE/H)2=2.32 31.38.502104/1.2(4+1)/4(189.8/522.5)2=57.459 mm计算圆周速度v。v =d1t n1/601000 =57.459237/601000 = 0.71 m/s计算齿宽b。b =dd1t=1.257.459=68.951 mm计算齿宽与齿高之比b/h。模数 mt= d1t/ z1=57.459/24=2.394 mm齿高 h= 2.25 mt=2.252.394=5.39 mmb/h=68.951/5.39=12.79计算载荷系数。根据v=0.71 m/s，7级精度，由机械设计图10-8查得动载荷系数Kv=1.04；直齿轮，KHa= KFa=1；由机械设计表10-2查得使用系数KA=1；由机械设计表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承对称布置时，KHB=1.315。由b/h=12.79，KHB=1.315查机械设计图10-13得KFB=1.28；故载荷系数K= KA Kv KHa KHB=11.0411.315=1.368按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由机械设计式12（10-10a）得d1= d1t 3K/ Kt=57.45931.368/ 1.3=58.436 mm计算模数 m。m = d1/ z1=58.436/24=3.43 mm3.2.3 按齿根弯曲强度设计由机械设计式12（10-5）得弯曲强度的设计公式为 m32KT1/d z12 (YFa YSa /F) （3-18）（1）确定公式内的各计算数值由机械设计图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=500 MPa；大齿轮的弯曲强度极限FE2=380 MPa；由机械设计图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85，KFN1=0.88；计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由机械设计式12（10-12）得F1= KFN1FE1/S=0.85500/1.4 MPa=303.57 MPaF2= KFN2FE2/S=0.88380/1.4 MPa=238.86 MPa计算载荷系数K。K= KA Kv KFa KFB=11.0411.28=1.331查取齿形系数。由机械设计表10-5查得 YFa1=2.65；YFa2=2.196。查取应力校正系数。由机械设计表10-5查得 YSa1=1.58；YSa2=1.786。计算大、小齿轮的YFa YSa /F并加以比较。YFa1 YSa1 /F=2.651.58/303.57=0.01379YFa2 YSa2 /F=2.1961.786/238.86=0.01642大齿轮的数值大。（2）设计计算m321.3318.502104 /1.2242 (0.01642)=1.75 mm对于计算结果，由齿面接触强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.75并就圆整为标准值m= 2.0 mm，按接触强度算得的分度圆直径d1=58.436 mm，算出小齿轮齿数z1 = d1/ m=58.436/229大齿轮齿数 z2 = 429=116这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费12。3.2.4 几何尺寸计算（1）计算分度圆直径d1= z1m=292=58 mmd2= z2m=1162=232 mm（2）计算中心距a = (d1+ d2)/2=(58+232)/2=145 mm（3）计算齿轮宽度b =d d1=1.258=69.6 mm取B2=70 mm，B1=75 mm。（4）机构设计及绘制齿轮零件图（从略）。3.3 滚子链传动的设计计算3.3.1 选择链轮齿数取小链轮齿数z1=19，大链轮的齿数为z1=iz2=219=38。3.3.2 确定计算功率由机械设计表9-7查得KA=1.0，由机械设计图9-13查得KZ=1.52，单排链，则计算功率为Pca= KAKzP=1.01.522.2=3.34 kW3.3.3 选择链条型号和节距根据Pca=3.34 kW及n2=59 r/min查机械设计图9-11，可选20A-1。查机械设计表9-1，链条节距为p=31.75 mm。3.3.4 计算链节数和中心距初选中心距a0=(3050)p=(3050) 31.75=952.51587.5 mm。取a0=1000 mm。相应的链长节数为Lp0=2 a0/p+( z1+ z2)/2+( z2-z1)/22 p/ a0=21000/31.75 + ( 19+38)/2 + ( 38-19)/22 31.75/ 100091.78 取链长节数L=92节。查机械设计表9-7得到中心距计算系数fi=0.24883，则链传动的最大中心距为a = fip2 Lp-( z1+ z2)=0.2488331.752 92-( 19+ 38)987 mm3.3.5 计算链速v，确定润滑方式v = n2z1p /601000 =591931.75/6010000.6 m/s由v=0.6 m/s和链号20A-1，查机械设计图9-14可知应采用滴油润滑。3.3.6 计算压轴力Fp有效圆周力为：Fe=1000P/v=10002.2/0.63667 N 链轮水平布置时的压轴力系数KFp=1.15，则压轴力为FpKFpFe =1.1536674217 N。 3.4 轴的设计计算3.4.1 高速轴的设计计算（1）由机械设计式12（15-2）初步估算轴的最小轴径： dmin= A03P1/n1 （3-19）确定公式内的各种计算数值选轴的材料为45钢（调质），由机械设计表153，取=112由前面的设计算得 P1=2.11 kW，n1=237 r/min（2）设计计算：dmin= A03P1/n1=11232.11/237=23.3 mm轴的最小轴径为d=(1+0.14)=26.6mm 圆整后取27mm。（3）轴的结构设计1）拟定轴上零件的装配方案根据设计要求，现选用图7所示的装配方案。图7 高速轴的装配方案 Fig 7 The assemble program of high speed shaft2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度a、为了满足小皮带轮的轴向定位要求，-轴的右端需制出一轴肩，故取-段的直径d-=34 mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=37 mm。小皮带轮与轴配合的毂孔长度L1=48 mm，为了保证轴端挡圈只压在小皮带轮上而不压在轴的端面上，故-段的长度应比L1略短一些，现取l-=46 mm。b、初步选择滚动轴承。应轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用单列圆锥滚子轴承。参照工作要求并根据d-=34 mm，由机械设计课程设计手册初步选取0基本游隙组、标准精度级的单列滚锥轴承30208，其尺寸为dDT=40 mm80 mm19.75 mm，故d-= d-=40 mm；而l-=19.75 mm。右端滚动轴承采用轴肩定位。由机械设计课程设计手册查得30208型轴承的定位轴肩高度h=4.5 mm，因此，取d-=49 mm。c、取安装齿轮处的轴端段-的直径d-=50 mm，经计算，由于小齿轮的齿根圆到键槽底部的距离e2mt(mt为端面模数)，故将齿轮和轴做成一体，即齿轮轴的形式。d、轴承盖的总宽度为20 mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求13，取端盖的外端面与小皮带轮右端面的距离l=30 mm，故l-=50 mm。e、取齿轮距箱体内壁之距离a=16 mm。考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8 mm，已知滚动轴承宽度T=19.75 mm，则l-=T+s+a=19.75+8+16=43.75 mml-= s+a=8+16=24 mm至此，已经确定了轴的各段直径和长度。（4）轴上零件的周向定位小皮带轮的周向定位采用平键连接。按d-由机械设计表6-1查得平键截面bh=8 mm7 mm，键槽用键槽铣刀加工，长为40 mm，同时为了保证小皮带轮与轴配合良好的对中性，故选择小皮带轮轮毂与轴的配合为H7/ k6。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处轴的直径尺寸公差为m614。（5）确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计表15-2，取轴左端倒角为1.045 o，轴右端倒角为1.645 o，各轴肩处的圆角半径见表15-2。（6）求轴上的载荷首先根据轴的结构图（图7）做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值（参看机械设计图15-23）。对于30208型圆锥滚子轴承，由机械设计课程设计手册查得a= 16.9 mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距64.35+64.35=128.7 mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，如图7所示。从轴弯矩和扭矩图中可以看出截面C是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的MH、MV及M的值列与下表（参看图8）。表2 截面C的支反力、弯矩及扭矩数值Table 2 the section C of the reacting force, bending moment and torque value 载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=1466N, FNH2=1466NFNV1=533.5N, FNV2=-533.5N弯矩MMH=94557 NmmMV1=34410.75NmmMV2=-34410.75 Nmm总弯矩M1= M2=945572+34410.752=100624 Nm扭矩TT1=85020 Nmm图8 轴的载荷分析图Fig8 The analysis of the small gear wheel axle load（7）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据机械设计式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6，轴的计算应力ca=M12+(aT1)2 /W=1006242+(0.685020)2 /0.1703=3.3 MPa前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计表15-1查得-1=60 MPa。因此ca0.07d，故取h=6 mm，则轴环处的直径d-=82 mm。轴环宽度b1.4h，取l-=12 mm。d、轴承盖的总宽度为20 mm（由减速器及轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承盖的拆装及便于对轴承添加润滑脂的要求16，取端盖的外端面与小链轮左端面的距离l=30 mm，故l-=50 mm。e、取齿轮距箱体内壁之距离a=16 mm。考虑到箱体的铸造误差，在确定滚动轴承位置时，应距箱体内壁一段距离s，取s=8 mm，已知滚动轴承宽度T=22.75 mm，则l-=T+s+a+（70-66）=22.75+8+16+4=50.75 mml-=s+a=8+16=24 mm至此，已经确定了轴的各段直径和长度。（4）轴上零件的周向定位齿轮、小链轮的周向定位采用平键连接。按d-由机械设计表6-1查得平键截面bh=20 mm12 mm，键槽用键槽铣刀加工，长为56 mm，同时为了保证齿轮与轴配合良好的对中性，故选择小皮带轮轮毂与轴的配合为H7/ n6；同样，小链轮与轴的连接，选用平键12 mm8 mm22 mm，小链轮与轴配合为H7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是由过度配合来保证的，此处轴的直径尺寸公差为m617。（5）确定轴上圆角和倒角尺寸参考机械设计表15-2，取轴端倒角为1.645 o，各轴肩处的圆角半径见表15-2。（6）求轴上的载荷首先根据轴的结构图（图9）做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，应从手册中查取a值（参看机械设计图15-23）。对于30211型圆锥滚子轴承，由机械设计课程设计手册查得a= 21 mm。因此，作为简支梁的轴的支承跨距60.75+60.75=121.5 mm。根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图，如图10所示。从轴弯矩和扭矩图中可以看出截面B是轴的危险截面。现将计算出的截面C处的MH、MV及M的值列与下表（参看图10）。表3 截面B的支反力、弯矩及扭矩数值Table 3 the section B of the reacting force, bending moment and torque value 载荷水平面H垂直面V支反力FFNH1=1403.5N, FNH2=1403.5NFNV1=511N, FNV2=-511N弯矩MMH=85263 NmmMV1=31043.25NmmMV2=-31043.25 Nmm总弯矩M1= M2=852632+31043.252=90738 Nmm扭矩TT1=325580 Nmm图10 轴的载荷分析图Fig10 The analysis of the small gear wheel axle load（7）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据机械设计式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向旋转，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6，轴的计算应力ca=M12+(aT1)2 /W=907382+(0.6325580)2 /0.1703=1.4 MPa前已选定轴的材料为45钢，调质处理，由机械设计表15-1查得-1=60 MPa。因此ca-1,故安全。3.5 轴承的校核3.5.1 高速轴轴承的校核由于同时承受轴向力和径向力的作用，且左右轴承受力大小相同，所以在这里仅需校核其中任意一个轴承即可，现取右轴承进行校核，故P=FNH22+FNV22 =14662+533.52 = 1560 N。预期计算轴承寿命（按工作10年，年工作200天，4小时工作制），则有：Lh =102004=8000h右轴承所需的基本额定动载荷 C = P60 n Lh/106=1560 10/360237 8000/106=6455 N查机械设计课程设计表15-6可知，30208型滚动轴承的额定动载荷Cr=63.0 kN。此，C, 故安全！同理左边轴承C ，也安全！3.5.2 低速轴轴承的校核由于同时承受轴向力和径向力的作用，且左右轴承受力大小相同，所以在这里仅需校核其中任意一个轴承即可，现取左轴承进行校核，故P=FNH22+FNV22 =1403.52+5112 = 1494 N。预期计算轴承寿命（按工作10年，年工作200天，4小时工作制），则有：Lh =102004=8000h右轴承所需的基本额定动载荷 C = P60 n Lh/106=1494 10/36059 8000/106=4074 N查机械设计课程设计表15-6可知，30208型滚动轴承的额定动载荷Cr=90.8 kN。此，C, 故安全！同理右边轴承C ，也安全！3.6 键的设计计算与校核3.6.1 高速轴上联接的键的校核已知装小带轮处的轴径 d = 27，高速轴上的转矩是85.02 Nm，载荷有轻微冲击。（1）选择键联结的类型和尺寸一般8级以上精度的带轮有定心精度要求，应选用平键联接。由于带轮在轴端，故选用单圆头平键（A型）。根据 d = 27，由机械设计表6-1查得键的截面尺寸为：宽度 b = 8，高度 h = 7。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长 L = 40（比轮毂宽度要小些）。（2）校核键联接的强度键、轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表6-2查得许用挤压应力p = 100120MPa，取其平均值，p = 110 MPa。键的工作长度 l = L b/2 = 40 8/2 =36,键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.57=3.5mm。由机械设计式17（6-1）可得：p =2T103/kld=285.02103/3.53627=49.982 MPa p = 110 MPa故合适。键的标记为：键 840 GB/T 1096-2003。3.6.2 电机上联接的键的校核已知装大带轮处的轴径d =38,皮带轮轮毂宽度为46，需传递的转矩T=29.59Nm，载荷有轻微冲击。（1）选择键联结的类型和尺寸一般8级以上精度的带轮有定心精度要求，应选用平键联接。由于带轮在轴端，故选用单圆头平键（A型）。根据 d = 38，由机械设计表6-1查得键的截面尺寸为：宽度 b = 10，高度 h = 8。由轮毂宽度并参考键的长度系列，取键长 L = 40（比轮毂宽度要小些）。（2）校核键联接的强度键、电机轴和轮毂的材料都是钢，由机械设计表6-2查得许用挤压应力p = 100120MPa，取其平均值，p = 110 MPa。键的工作长度 l = L b/2 = 40 10/2 =35,键与轮毂键槽的接触高度k=0.5h=0.58=4mm。由机械设计式17（6-1）可得：p =2T103/kld=229.59103/43538=11.124 MPa p

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