板栗脱壳机设计

西华大学毕业设计说明书西华大学毕业设计说明书第页摘要板栗由于其营养丰富，美味可口，而且具有食疗价值，深受广大人民喜爱。但是板栗的脱壳一直是困扰人们的一个难题，尤其是在我国这个板栗产业大国，对板栗的生产、加工和销售有着深远的影响。因为现在板栗的需求和种植规模都比较大，加之采用手工脱壳的技术已经无法满足市场的需求，所以采取脱壳机械的方式迫在眉睫。本设计以理论分析和试验研究对板栗剥壳机械技术研究,试制做出板栗脱壳机械以达到高效、高脱壳率低损伤率、结构简化易于操作性能要求。关键词：物料盒，螺旋输送机，滚筒，减速器电机，传动装置

AbstractBecauseofitsnutritious,deliciousandtherapeuticvalue,chestnutislovedbythemajorityofpeople.However,theshellingofchestnuthasalwaysbeenaproblemthatplaguespeople,especiallyinChina,alargecountryinthechestnutindustry,whichhasaprofoundimpactontheproduction,processingandsalesofchestnut.Becausethedemandandplantingscaleofchestnutarerelativelylarge,andtheuseofmanualhullingtechnologycannolongermeettheneedsofthemarket,itisurgenttoadoptthemethodofhullingmachinery.Thisdesignusestheoreticalanalysisandexperimentalresearchtostudythechestnutshellingmachinerytechnology,andtrialproductiontomakechestnutshellingmachinerytoachievehighefficiency,highshellingrate,lowdamagerate,simplifiedstructure,easyoperationperformancerequirements.KeyWords:Materialbox,screwconveyor,drum,reducermotor,transmissiondevice

目录摘要 1Abstract 21绪论 61.1引言 61.2研究背景及意义 61.3研究目的 71.4板栗脱壳技术研究现状 71.5国内研究现状 81.6研究目标 81.7研究内容 81.8研究方案及手段 91.9总结课题技术路线 92板栗脱壳机总体参数的设计 112.1板栗脱壳机的工作原理 112.2螺旋输送机参数的确定 122.2.1螺旋输送机参数确定 122.2.2电机选型计算 173带传动的计算 193.1带传动设计 193.2带型选择 203.3确定带轮的基准直径并验证带速 213.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角 223.5确定带的根数z 243.6确定带轮的结构和尺寸 253.7确定带的张紧装置 253.8计算压轴力 253.9链传动计算 274键的选择与校核 304.1带轮上键的选择与校核 304.1.1键的选择 314.1.2键的校核 314.1.3滚筒轴的校核 335.有限元分析 355.1螺旋输送机的有限元分析 355.2滚筒的有限元分析 386Solidworks虚拟样机设计 41总结与展望 43参考文献 44致谢 45

1绪论1.1引言板栗富含维生素、胡萝卜素、氨基酸及铁、钙等微量元素，长期食用可达到养胃、健脾、补肾、养颜、保健等功效。栗仁的蛋白质含量是香蕉的3倍，荔枝的4倍，为苹果的近40倍;含磷量是香蕉、荔枝的3倍，苹果的8倍、铁、核黄素和维生素的含量也高过一般硬果和水果类，足见栗子的营养十分丰富。板栗可以益气血、养胃、补肾、健肝脾；生食还有治疗腰腿酸疼、舒筋活络的功效。它所含高淀粉质可提供高热量，而钾有助维持正常心跳规律，纤维素则能强化肠道，保持排泄系统正常运作。由于板栗富含柔软的膳食纤维，糖尿病患者也可适量品尝。但板栗生吃难消化，熟食又易滞气，所以，一次不宜多食。最好在两餐之间把板栗当成零食，或做在饭菜里吃，而不是饭后大量吃，以免摄入过多的热量，不利于保持体重。中医学认为，栗性甘温，无毒，有健脾补肝，身壮骨的医疗作用。经常生食可治腰腿无力，果壳和树皮有收敛作用；鲜叶外用可治皮肤炎症；花能治疗瘰疡和腹泻，根治疝气。民间验方多用板栗，每日早晚各生食一至二枚，可治老年肾亏，小便弱频；生栗捣烂如泥，敷于患处，可治跌打损伤，筋骨肿痛，而且有止痛止血，吸收脓毒的作用。板栗含有大量淀粉、蛋白质、脂肪、B族维生素等多种营养素，素有“干果之王”的美称。能防治高血压病、冠心病、动脉硬化、骨质疏松等疾病。同时常吃对日久难愈的小儿口舌生疮和成人口腔溃疡有益。中医认为板栗能补脾健胃、补肾强筋、活血止血。1.2研究背景及意义板栗素有千果之王的美誉，在我国拥有悠久的载种历史，不仅含有许多微量元素，还能入药，深受人们的喜爱，单板栗的结构复杂，外壳坚硬，成熟期短，不易储存，在初加工过程中，剥壳去皮一直困扰着我们，近年以来，国内外先后研发了各种各样的板栗脱壳方法，比如手工剥壳、机械式脱壳、能量脱壳等等，手工剥壳已经不能满足板栗产业的发展，因此为了实现高效率脱壳，本次对板栗剥壳机的发展现状进行了调查分析，在前人的设计经验下设计一台符合我国国情的板栗脱壳机，不受机械结构的影响，不仅可以家庭使用，也能户外使用，还可以高效率，低成本的脱壳去皮。得到完整、干净的板栗仁，促进板栗产业的发展。本次设计采用饶性传动，带动螺旋推料器和切削滚筒转动，对板栗施加剪切力和碰撞摩擦，去除板栗壳，同时将板栗仁与板栗外壳分离，实现剥壳功能。在板栗果中，含量最多的是脂肪和蛋白质，既能给予尽可能多的淀粉。主要的食用植物蛋白质的来源还是板栗果。以前的中原板栗加工品，如在口味、口感和样式等，赢得许多人的青睐。使用板栗，既能是材料或者添加剂，也能直接用于焙烤食物。食物由板栗蛋白粉或添加剂为原料制成的，它的功能特性和蛋白质含量得到了改变与提升。精加工以后，板栗还可以制成营养物质含量高，味道极美的各种食品和保健品，还能简单加工就可食用，提升经济效益。农业逐步进入现代化，主要组成部分是板栗生产自动化，最近几年，板栗机械设备的数量不断增加以及为社会服务的规模持续扩大，工作水平越来越高。虽然现在的板栗脱壳技术水平较高，但是在经济发展较快地方的与示范推广区使用较多，并且大型设备和性能较好的设备少，小型设备和档次较低设备多。在许多地方，作为板栗种子的板栗仁仍使用最初的脱壳方式，地区性发展失调，劳动加工率较低。21世纪的到来后，我国调节农业内部结构发生了新的改变，板栗加工自动化达到了另一个发展程度，也对板栗自动化的进步发生了重要的改变，既推动了现在的更好的需求，构建了符合板栗生产自动化进步的新平台，而且为板栗加工自动化确实成为农业经济进步的上升力量提供了更大的发展进步条件。1.3研究目的板栗脱壳在初加工过程中人工作业劳动强度大、生产率低。目前市场上的板栗主要是手工剥壳，高压水枪去壳，火烧法，真空法等等。利用机器剥壳较少，并且脱壳去衣率低，需要第二次返工，为了提高板栗脱壳率，节省成本，降低资源消耗，设计一款高效的板栗脱壳机。能够更加迅速的运用于板栗脱壳行业，促进行业的发展和社会的进步。1.4板栗脱壳技术研究现状板栗外有坚硬致密的果壳，内有薄薄的红衣紧贴果肉，因此，剥壳去衣就成了板栗加工的首道工序。日前还没有成熟的板栗专用的剥壳机或去衣机。传统剥壳方式较多，在此介绍手工法、火烧法以及生剥和热剥。手工法是最早被使用的板栗脱壳方法，它借助于双手将坚硬的外壳剥离，再经过烫煮和手工搓揉将其内皮去掉。作为对手工法的改进，也有人先将板栗蒸煮、锅炒或烘烤，再手工脱壳，此法可称为热力手工法。这两种方法不但工序复杂，生产效率非常低，不卫生，无法进行规模化的工业生产，而且在烫、蒸煮过程中将造成栗仁营养成分损失，易氧化褐变，产品质最低劣。另外，手工脱壳成本较高，一个人1天最多只能处理10kg板栗。火烧法是先用液化气火焰在高温下将板栗外壳烧掉，然后对未烧尽的板栗进行挤压刮皮，使板栗的仁、衣分开，再将挤压刮皮后的壳、衣、仁混合物一起通过分离器，把栗仁分离出来；最后，将分离出的栗仁进行碾磨、清洗，得到清洁的栗仁。这种方法脱壳率很高，仇燃烧温度难以控制，很容易使板栗熟化，甚至焦化，故必须将处理后的栗仁的表面磨去，以获得干净整沽的外表，因此有一定程度的栗仁损耗。生剥法是在栗子的端部用特制的钢刀切除一小块果壳，切口不伤及果肉，然后用钢钳将其余的果壳剥除。热剥法是当板栗果壳在高温下自然开裂后,借助于钢钳进行人工去壳。热剥法的具体方法有：①太阳下暴晒6-10h；②60-70℃下烘烤1-2h；③70-90℃下烘烤

1-2h；④沸水（100℃）热烫3-5h；⑤60℃温水下料，在4-5h内升温至90℃；⑥150-180℃下烘烤20-25s。热处理的具体时间以果壳开裂为准。试验表明，用上述第三种方法剥壳的板栗果肉色泽好，生产效率高。第四种剥壳方法可降低果肉的破碎率，剥壳、去衣一次完成，效果较好。传统的去衣方法是用热碱法，先将去壳的板栗投入浓度6%-10%、温度90-95℃的烧碱溶液中（栗果与碱液比为1：2），浸泡2-3min后捞出，用清水冲洗后转入旋转式磨光机内磨去内衣，之后再用自来水充分冲洗后，再用2%-4%盐酸中和4-6min。这种方法的明显弊端是果肉明显褐变，也污染环境，所以目前已很少使用。将已去壳的栗果在95-100℃热水中烫漂数分钟，捞出趁热除衣是比较理想的去衣方法。烫漂液中可加人0.02%EDTA（乙二胺四乙酸二钠）、0.01%异抗坏血酸钠、1%食盐和0.1%柠檬酸，以达到护色的效果。板栗的外壳坚硬坚实，与花生、瓜籽、松籽、核桃等硬壳类干鲜果不同，其外壳没有结合缝，难以剥除；内皮软薄，与板栗仁结合紧密且无法直接使用，这样板栗的脱壳及其去皮更加难以实施，近年来板栗的脱壳技术有所发展，但是其整体脱壳率和破壳率以及板栗仁品质还不理想。总的来说，板栗脱壳的方法主要有：手工法、火烧法、化学法、机械法、气体射流、冲击法、能量法、真空法、微波法等。1.5板栗的加工现状

世界板栗加工历史悠久，其加工业尤以欧洲最为发达。意大利、法国、西班牙等国每年生产大量品种繁多的栗加工品，供应国内外市场。在国外，板栗的消费方式呈多样化，如欧洲的栗子多加工成栗泥、栗乳、罐头、蜜饯、果汁等，亚洲许多国家也多将其加工成栗汁、栗粉、栗冰淇淋、盐水栗肉等。我国板栗利用的历史十分悠久。早在6000年前，我们的祖先就以采集野生板栗作为食物的补给。约2300年前，板栗已被列为名果。但是，我国板栗的加工业如今尚属起步阶段，加工品种少，产品质量不高，不能满足人们日益增长的消费需求。我国市场出售的板栗主要是以鲜食为主。最常见的消费方式是糖炒板栗、肉烧板栗，传统名菜为子鸡烧板栗。我国消费方式与板栗加工同世界发达国家相比尚有一定的差距。板栗在开花结果和采收去苞过程中，不可避免的会感染微生物，从而导致板栗极易腐烂变质，不耐贮藏。我国板栗每年因霉烂、虫害、失水和发芽而造成的损失达总产量的20%-30%，原料资源浪费极大。另外，我国每年板栗加工制品还不到总产量的30%，加工方式单一，并且有些加工产品多是低水平的重复，不能适应现代市场的需要，因此影响了板栗市场的发展，进而影响了板栗产业的发展。所以，板栗行业急需进一步研究开发新产品，

向着多样化、方便快捷、美味优质方向发展，并努力开拓国内、国际市场，以谋求规模化发展。在板栗加工行业中，深加工产品均要对板栗进行脱壳去衣。板栗的脱壳去衣是其加工过程中的技术瓶颈，已成为发展板栗深加工的制约因素。因此，研究与发展板栗脱壳去衣方法，对提高板栗加工的生产效率，推动板栗加工业的技术进步具有重要意义。1.6国内研究现状江苏省研制的板栗脱皮设备，由江苏理工大学机械设计工程学院开发的板栗脱皮设备，利用板栗在一定温度下干燥会使栗仁收缩，使得外壳，红衣与栗仁之间的距离都大，可以避免脱皮时对栗仁产生划痕。然后利用在喂料辊上安装的一组间隔相等（约一个板栗直径大小）的锯齿状网盘刀对板栗

进行切割，完成划口任务，该设备工艺实现难度小，机械结构简单，制造成本低，操作容

易，对板栗仁产生的划痕少，但是红衣去除率较低，需另外进行红衣去除，也属于只适用于中小板栗加工工厂的设备。福建板栗脱壳脱皮机，福建林学院提出一种鲜板栗脱壳去衣设备技术构思，该方法朵用先将锥栗划口，然后进行干燥，再对板栗进行揉搓脱壳。该方法引用的关键技术划口部分为本项目完成人员已经公开的技术内容，其它部分则为ZL95101221.5公开的大部分工艺，整套工艺技术是否可行还米进行可行性试验，无技术经济指标，且没有经过有关部门的技术鉴定。

生产出样机只是一种构思而已。该方法采用的工艺比较复杂，估计完成所有机器的制造投资较大，所需场地和能耗都较大，这不适合我国的实际国情。1.7国外研究现状主要以法国为代表，其采用的是先火烧后机械挤压脱去板栗外壳和红衣的方法，板栗由提升机加入特制燃烧室，在其中高温液化气火焰对板栗外壳进行短时间烧灼，然后板栗进入板栗挤压机对未烧尽外壳的板栗进行挤压刮壳，使板栗的仁、衣分开，接着板栗壳、仁、衣的混合物一起进入到分离器，栗仁在此被分离出，最后分离出的栗仁由栗仁研磨机进行碾磨、清洗，从而得到光洁的栗仁。这种板栗脱壳技术是机械式脱壳去衣技术中比较独特的技术，具有脱壳效率高，自动化程度高的优点。但是，整套设备的板栗损耗率较高，而且由于采用高温燃烧将板栗外壳、红衣先行去除的预加工法，而燃烧的温度较难控制，栗仁很容易熟化，甚至焦化，因此整套设备配备了栗仁研磨机，将栗仁表面磨去以获得干净整活的外表，有，定损耗。另外，挤压机在去除残余复杂，价格十分昂贵，只适合大型的厂侵用衣技术的发展方向。1.8研究目标针对我国目前在脱壳技术效率比较低的情况，本课题旨在于设计一款节省人力，节约资源，脱壳率高的板栗脱壳机。该设计适用于对板栗脱壳行业高速发展，为板栗脱壳处理技术的进步提供一定的技术参考和理论支持。1.9研究内容本课题针对板栗脱壳效率较低的现状，为提高生产效率，开发一种板栗去壳装置，要求完成机具总体方案设计，包括机器工作原理、机构和设备选型、传动方案设计等，绘制主要部件装配图、主要零件图。生产效率≥1200kg/h，板栗脱壳率≥90%，果实破损率≤6%；（1）入料系统的设计：旋转轴的设计，联通设计，物料盒设计。（2）脱壳系统的设计：电机的选型、刀片的选型，连通设计。（3）分离系统的设计：箱体设计，内部结构设计，与各系统之间的连接设计。1.10研究方案及手段通过查阅相关资料了解目前板栗脱壳研究现状，归纳总结各种装置的结构特点以及所采用的脱壳方案，找出目前存在的优缺点，针对存在的不足设计新的机械装置来解决问题，并且找到相关的理论研究可参考的手段与方法，选择电机，传动系统、分离系统，最终确定此装置的设计方案，通过优化仿真模拟软件，对该装置进行模拟，针对该装置的不足和缺点进行改进，从而优化该系统。1.11总结课题技术路线首先，我这次的毕业设计主要会围绕三个方面进行设计，分别是入料系统的设计、脱壳系统的设计、壳仁分离系统的设计。关于入料系统主要是通过螺旋轴转动输送板栗。关于脱壳系统主要是通过电机带动刀具高速旋转进行脱壳。关于脱壳系统的设计主要是围绕电机选型、传动系统设计，最后还有一个物料盒的设计。最后会总结一下所有的系统，然后如何进行连接的进行细节分析设计。图1.1技术路线图2板栗脱壳机总体参数的设计2.1板栗脱壳机总体介绍本次设计的板栗脱壳机主要包括三大系统，入料系统，脱壳系统以及壳仁分离系统。其组成部件有物料盒、螺旋输送机、观察口、滚筒、电机以及机架等部件组成。螺旋输送机通过链传动与电机相连继而提供动力。基于本次的脱壳任务量以及脱壳率的综合考虑可得到，螺旋输送机的转速不宜过大。所以采用减速电机来提供所需要的的动力。本次脱壳主要是通过滚筒的高速旋转对板栗产生击打力来实现脱壳，采用带传动与电机相连继而提供动力。图2.1板栗脱壳机外形示意图2.2板栗脱壳机的工作原理螺旋输送机利用带有螺旋叶片的螺旋轴的旋转，使物料产生沿螺旋面的相对运动，物料受到料槽或输送管壁的摩擦力作用不与螺旋一起旋转，从而将物料轴向推进，实现物料的输送。在水平螺旋输送机中，料槽的摩擦力是由物料自身重力引起的；而在垂直螺旋输送机中，输送管壁的摩擦力主要是由物料旋转离心力所引起的。本次脱壳去衣机的脱壳去衣机械形式选用刀具切削、机械滚打形式。具体结构形式参考日本技术的结构形式，工作部分采用下位式高速旋转切削刀辊以及高速旋转滚打器，板栗的推料装置则采用的是螺旋推料装置，工作部分结构优化设计机械式板栗脱壳去衣机的工作部分，即下位式高速旋转切削刀辊、高速旋转滚打器的结构形式以及与螺旋推料器的配合形式的设计将直接影响板栗的脱壳去衣效果。因此，工作部分的结构优化设计在整个设计开发中就十分重要。3参数计算与设备选型3.1螺旋输送机参数的确定3.1.1螺旋输送机参数确定（1）原始资料输送物料板栗，粉状磨琢性较大，其生产量为Q=1.5t/h。物料松散密度为=0.85t/m表3-1螺旋输送机内物料物料名称粉煤松散密度0.6填充系数0.4物料阻力系数12（2）螺旋叶片直径螺旋直径可初步按下式计算：〔3-1〕式中：——输送能力，t/h；——物料特性系数，——填充系数，——倾斜系数，查表得K=0.0415=0.35=1.0。将以上数据代入公式计算得D=0.0415D≥0.0415×2.51.50.35×0.85×1≥0.08m螺旋直径应圆整到标准系列，标准系列为：0.100，0.125，0.160，0.200，0.250，0.315，0.400，0.500，0.630，0.800，1.00，1.25。根据此次的脱壳工作量设计螺旋直径为250mm。（3）螺旋轴螺距 螺距不仅决定着螺旋的升角，还决定着在一定填充系数下物料运行的滑移面，所以螺距的大小直接影响着物料输送过程。要考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量间的适当分布关系两个条件，来确定最合理的螺距尺寸。此次设计螺距为100mm。（4）螺旋轴直径螺旋轴径的大小与螺距有关，因为两者共同决定了螺旋叶片的升角，也就决定了物料的滑移方向及速度分布，所以应从考虑螺旋面与物料的摩擦关系以及速度各分量的适当分布来确定最合理的轴径与螺距之间的关系。经综合分析可得螺旋轴直径d=80mm。（5）螺旋轴转速由于螺旋输送机属于小型的连续输送设备，结构简单。在输送物料的时候，对于螺旋轴径所占据的截面，对输送能力有一定的影响。所以在输送能力计算时不能忽略轴径所占的截面:n=AD=750.25=式中：D——螺旋直径(m)，A——物料综合特性系数。计算可得：极限转速=150（）。圆整为下列转速：20、30、35、45、60、75、90、120、150、190、240、270、310。校核填充系数φ=Q47nrcsD2=1.547×150×1×0.2×0.1×0.252=0.17（6）传动功率螺旋输送机的驱动功率，是用于克服在物料输送过程中的各种阻力所消耗的能量，主要包括以下几个部分：①使被运物料提升高度H(水平或倾斜)所需的能量:②被运物料对料槽壁和螺旋面的摩擦所引起的能量消耗;③物料内部颗粒间的相互摩擦引起的能量消耗;④物料沿料槽运动造成在止推轴承处的摩擦引起的能量消耗;⑤中间轴承和末端轴承处的摩擦引起的能量消耗。从另外的角度，可以这样分:物料与料槽间摩擦消耗的功率;物料与螺旋叶片间摩擦消耗的功率;轴承处摩擦消耗的功率;提升物料及物料颗粒间相互运动消耗的功率。这样，螺旋输送机的电动机驱动功率，就由机构运动过程中所产生的阻力来决定的。阻力主要由以下几个部分组成：物料与料槽之间的磨擦力阻力；物料对螺旋的摩擦阻力;物料倾斜向上输送时的阻力;物料悬挂轴承下的堆积阻力;物料被搅拌所产生的阻力;轴承的摩擦阻力;在计算功率的时候，为简便起见，可以总结螺旋输送机功率为：总的轴功率应包括物料运行需要功率，空载运转所需功率，以及由于倾斜引起的附加功率,三个部分，且：；〔3-5〕〔3-6〕〔3-7〕式中：——生产能力(t/h),——输送距离(m)，——倾斜高度(m)，——螺旋外径(m)，——物料运行阻力系数。已知：=1.5t/h=1.35m=0m=0.250=1.2，将数据带入公式计算得：=6.6W；=17W；=0W。所以，P0=P1+P2+P3=23.6W电动机的驱动功率按下式计算：=〔3-8〕式中：——功率备用系数，根据满足起动的要求及电动机的启动能力值在1.2～1.4范围内选取。——驱动装置总传动效率，对于圆柱齿轮减速器可取0.85～0.9。取=1.4，=0.85，带入公式计算得：=38.87W。由于采用浮动联轴器将驱动装置与螺旋轴直接相连，在其轴上下部存在有悬臂负荷，故只需校验千瓦转速比。P0n=0.0236120=0.0002查得螺旋直径为250的千瓦转速比为0.30，上式得出的值远小于0.30，故是安全的。（7）实体式螺旋叶片的展开尺寸将一个螺距的标准型实体式螺旋面展开，其下料尺寸为：〔3-10〕〔3-11〕〔3-12〕式中：——螺旋轴直径，；——螺旋面展开图圆环内径，；——螺旋面展开图圆环外径，；——展开圆环切除部分的周心角，。图3.2实体式螺旋叶片的展开图螺旋叶片的厚度可根据物料性质和螺旋直径选取，故取螺旋叶片厚度=4.5mm。图3.3管形螺旋轴3.2电机选型计算通过上式计算可知，螺旋输送机输送板栗所需要的功率不是很大。在选择电机时。只要满足其功率的需要即可。本次所选用的电机型号具体参数如下表3-2：表3-2BWD1电机参数电动机型号额定功率KW输出轴径mm安装方式BWD11.535卧式安装图3.4电机示意图在本次设计中，板栗主要依靠滚筒高速旋转产生击打与箱体产生碰撞进行脱壳由于带在传动过程中，存在着功率的损失，查《机械设计课程设计手册》可得，螺旋输送机所需要的转速为500r/min电机功率查《机械设计课程设计手册》得：选择，其铭牌如下表3-3：表3-3Y系列三相异步电动机电动机型号额定功率KW满载转速r/min电流A额定转矩N.M匹配变频容量YVF2-112M-444级1440r/min925.56.0图3.5电机示意图图3.6电动机的安装及外形尺寸示意图3.3带传动设计3.3.1带传动功率计算输出功率P=4KW,转速n1=1440r/min，n2=500r/min。1.确定计算功率，计算功率Pca是根据传递的功率PPca=KAP式中：PKA——工况系数，P——所需传递的额定功率，如电机的额定功率或名义的负载功率，KW。表3-4工作情况系数工况KA空、轻载启动重载启动每天工作小时数/h＜1010~16＞16＜1010~16＞16载荷变动微小液体搅拌机、通风机和鼓风机（≤7.5KW）、离心式水泵和压缩机、轻载输送机1.01.11.21.21.21.3载荷变动小带式输送(不均匀载荷)、通风机（＞7.5KW）、旋转式水泵和压缩机（非离心式）、发电机、金属切削机床、印刷机、旋转筛、锯木机和木工机械1.11.21.31.21.31.4载荷变动大制砖机、斗士提升机、往复式水泵和压缩机、起重机、磨粉机、冲剪机床、橡胶机械、振动筛、纺织机械、重载输送机1.21.31.41.41.51.6载荷变动很大破碎机（旋转式、颚式等）、磨碎机（球磨、棒磨、管磨）1.31.41.51.51.61.8根据V带的载荷平稳，两班工作制（16小时），查《机械设计》P168表8-8，取KA＝1.1。Pca=KA3.3.2带型选择普通V带的带型根据传动的设计功率Pca和小带轮的转速n1按《机械设计》P168图8－11选取。图3.7带型图根据算出的Pca＝4.4kW及小带轮转速n1＝1440r/min，查图得：dd1=80～100可知应选取A型V带。3.3.3确定带轮的基准直径并验证带速由《机械设计》P163表8-4查得，小带轮基准直径为75～180mm则取dd1=95mm>dd(min)=75mm（dd1根据P163表8-4查得）表3-5V带带轮最小基准直径槽型YZABCDEddmin205075125200355500i1=n1所以dd2≈d由《机械设计》P169表8-9查“V带轮的基准直径”得=280mm1.误差验算传动比：i误=dd2dd11-ϵ=280误差i=i误2.带速v=πndd160×1000=π×1440×95满足5m/s<v<25-30m/s的要求，故验算带速合适。3.3.4确定中心距离、带的基准长度并验算小轮包角由式（3-17）可得0.7（95+280）2（95+280）即308808，选取=480mm相应的带长计算Ld0=2a0+π2==由《机械设计》P157表8－2查得Ld＝1640mm实际中心距：a≈a0+Ld-L≈考虑带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的需要，常给出中心距的变动范围如下：amin=a-0.015Ld=516.56-0.015×1640=491.96amax=a+0.03Ld=516.56+0.03×1640=565.76由此可得：中心距要控制在491.96~565.76mm计算小带轮上的包角αα1≈180°-dd2-d≈180°-≈159.48°>120°符合要求。计算单根v带的额定功率pr，由dd1=95mm和n1=1440r/min，查表8-4得p0=1.12KW。根据n1=1440r/min，查表8-6得Ka=0.94，查表8-2得KL=0.99，于是pr=p0+∆p0K=（1.12+0.17表3-6包角修正系数Ka小带轮包角α/(°)180175170165160155150145140K1.000.990.980.960.950.930.920.910.89表3-7弯曲影响系数Kb带型ZABCDE3.3.5确定带的根数z根据三角带根数z=pcapr=4.41.2所以所需带轮的根数为4根。3.3.6确定带轮的结构和尺寸根据V带轮结构的选择条件，电机的主轴直径为d=38mm；由《机械设计》P171，“V带轮的结构”判断：当3d＜dd1(125mm)＜300mm，可采用H型孔板式或者P型辐板式带轮，这次选择H型孔板式作为小带轮。由于dd2>300mm，所以宜选用E型轮辐式带轮。总之，小带轮选H型孔板式结构，大带轮选择E型轮辐式结构。带轮的材料：选用灰铸铁，HT200。3.3.7确定带的张紧装置选用结构简单，调整方便的定期调整中心距的张紧装置。3.3.8计算压轴力当初拉力F0小，则带传动的做传动能力小，容易出现打滑。初拉力F0过大，则带的寿命低，带对轴及轴承的压力大，因此，确定初拉力时，既要发挥带的传动能力，又要保证带的寿命。单根V带的初拉力可由下式确定。F0=5002.5-KaP=500上面已经得到α1=则带传动的压轴力为：Fp=2zF0sin=2×4×132.86×sin=1045.88对带轮的主要要求是质量小且分布均匀、工艺性好、与带接触的工作表面加工精度要高，以减少带的磨损。转速高时要进行动平衡，对于铸造和焊接带轮的内应力要小,带轮由轮缘、腹板（轮辐）和轮毂三部分组成。带轮的外圈环形部分称为轮缘，轮缘是带轮的工作部分，用以安装传动带，制有梯形轮槽。由于普通V带两侧面间的夹角是40°，为了适应V带在带轮上弯曲时截面变形而使楔角减小，故规定普通V带轮槽角为32°、34°、36°、38°（按带的型号及带轮直径确定），轮槽尺寸见表3-8。装在轴上的筒形部分称为轮毂，是带轮与轴的联接部分。中间部分称为轮幅（腹板），用来联接轮缘与轮毂成一整体。表3-8普通V带轮的轮槽尺寸（摘自GB/T13575.1-92）轮槽截面尺寸mm槽形bhhefδd与dd相对应的φ=φ=φ=φ=Y5.31.604.78±0.365≤60—>60—Z8.52.007.012±0.375.5—≤80—>80A11.02.758.715±0.396—≤180—>118B14.03.5010.819±0.411.57.5—≤190—>190C19.04.8014.325.5±0.51610—≤315—>315D27.08.1019.937±0.62312——≤475>475V带轮按腹板（轮辐）结构的不同分为以下几种型式：（1）实心带轮：用于尺寸较小的带轮(dd≤(2.5～3)d时)，如图3-2a。（2）腹板带轮：用于中小尺寸的带轮(dd≤300mm时)，如图3-2b。（3）孔板带轮：用于尺寸较大的带轮((D1－d)≥100mm时)，如图3-2c。（4）椭圆轮辐带轮：用于尺寸大的带轮(dd＞300mm时)，如图3-2d。（a）（b）（c）（d）图3.8带轮结构类型根据设计结果，可以得出结论：小带轮选择实心带轮，如图（a）,大带轮选择孔板带轮如图（c）3.4链传动计算1.链传动应用场合：（1）用于工作可靠，两轴距离较远，宜采用齿轮、要求平均传动比比较准确，不要求瞬时传动比校准；（2）无弹性打滑、对轴压力小、过载会跳齿，吸振性能不强；（3）温度高、环境恶劣；（4）中低速12-15m/s；（5）用于采矿、自行车、摩托车、起重、农业、专用机床、机械等。（6）应用范围：传动功率P≤100KW；传动比i≤8；中心距a≤6m；链速v≤15m/s；传动效率约为0.95~0.98图3.9链条结构2.链传动计算；本次设计传动平稳，结构紧凑所以选用单排链。选用减速电机的型号为：BWD1/XWD3电机的额定功率P=1.5KW已知螺旋推送器的转速为150r/min，小链轮Z1=19，大链轮Z2=47（1）传动比计算：i=Z2Z1=n1n2n1=150×2.47=370.5r/min（2）确定计算功率：由《机械设计》P191表9-6查工作情况系数KA得KA=1.0。主动链轮齿数系数：Kz=1919Pca=KAKZP=1×1×1.5=1.5KW。（3-19）（3）选择链条型号和节距：根据Pca=1.5KW，n1=370.5r/min，由《机械设计》P189图9-11，可选10A。由《机械设计》P189表9-1，可得链条的节距为P=15.875mm。（4）计算链节数和中心距：初选中心距a0=30~50P=30~50×19.05mm取a0相应的链长节数为：Lp0=2a0P=115.5取链长节数Lp=118。由《机械设计》P192表9-7，采用线性插值，计算得到中心距计算系数f1Lp-z则中心距计算系数f1=0.24796链传动的最大中心距为：amax=f1=0.24796=670mm（5）计算链速v，确定润滑方式v=n1z由《机械设计》P192查图9-13，由v=1.49m/s和链号10A。可知应采用滴油润滑。（6）主要设计结论链条型号10A；链轮齿数z1=19，z2=47；链节数3.5带轮上键的选择与校核键的选择包括类型选择和尺寸选择两个方面。简单类型应根据键连接的结构特点、使用要求和工作条件来选择；键的尺寸则按符合标准规格和强度要求来取定，键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽b×键高h表示）与长度L。键的截面尺寸b×h可根据键的标准来选择。3.5.1键的选择与校核在本设计中轴径为50mm，由《机械设计》P118表6-1查所查得，选择的键的类型均为A型圆头普通平键，其材料为45钢，在带轮上键的尺寸如下表所示：表3-9带轮上键的尺寸键键槽半径r公称尺寸bh宽度b深度公公称尺寸b极限偏差轴t毂一般键联结轴N9毂9公称尺寸极限偏差公称尺寸极限偏差最小最大14×91140-0.043±0.02155.5+0.203.8+0.200.250.401.键的剪切强度校核T=9550000Pn（3-25=76.4N∙mP——传递功率KW；n——轴的转速r/min；键在传递动力的过程中，要受到剪切破坏，其受力如下图所示：图3.10键剪切受力图键的剪切受力图如图4-1所示，其中b=14mm,h=9mm.由于轮毂长度为80mm参考键长度系列，取键长L=70mm。本次采用A型平键，则键的工作长度l=L-b=70-14=56mm。键连接的许用剪切应力τ=30MPa，由前面计算可得，轴上受到的转矩τ=2000TblD≤τD——为带轮轮毂直径；b——为键的公称尺寸；l——为键的长度；τ=结构合理2.键的挤压强度校核键在传递动力过程中，由于键的上下两部分之间有力偶矩的作用，迫使键的上下部分产生滑移，从而使键的上下两面交界处产生破坏，其受力情况如下图所示：（初取键的许用挤压应力=100）图3.11键挤压受力图其中b=14mm,h=9mm.由于轮毂长度为80mm参考键长度系列，取键长L=70mm。本次采用A型平键，则键的工作长度l=L-b=70-14=56mm。由《机械设计》P118表6-2键连接的许用挤压应力σbs=100~120MPa，取其平均值σbs=σbs=2000T式中：T——传递的扭矩，N.m。k——键与轮毂键槽的接触高度，k≈0.5h，此处h为键的高度，mm。l——键的工作长度，mm。圆头平键l=L-b，单圆头平键l=L-0.5b，平头平键l=L。这里L为键的公称长度，mm；b为键的宽度，mm。d——轴的直径，mm。σbs——键、轴、毂三者中最弱材料的许用挤压应力，σ所以结构合理。3.5.2滚筒轴的校核本次设计辊刀轴的材料为普通碳钢，辊刀轴径50mm，许用切应力τT轴的扭转强度条件为：τT=TW式中：τT——扭转切应力，T——轴所受的扭矩，N∙mm；WT——轴的抗扭截面系数，mm3N——轴的转速，r/min；P——轴传递的功率，KW；d——计算截面处的直径，mm；τT——许用扭转切应力，MPa由此可得轴的直径d≥39550000d50＞23.35，所以设计合理。4.有限元分析在机械设计中，甚至在很多专业，在进行设计完成后，为了缩短其开发周期，我们进本都会需要进行仿真结果的配合来确定零件是否能够像我们所预想的一样。平时工作中所采用的专业的有限元仿真软件来进行仿真，比如像是ANSYS，但是仿真的思路也都大致相同，下面我用Solidworks中的仿真模块来进行仿真首先，在SOLIDWORKS中创建所需要分析的零件，选择插件SIMULATION，点击新算力，对零件进行有限元分析。其大致的分析流程如下：（1）创建算例：我们所对自己所设计的模型的每次分析都称作一个算例，所以通常我们需要对一个装配体中的重要零件进行多次算例。（2）选择应用材料：这一步需要我们指定我们所设计的重要零件的材料，系统能够根据所使用的材料自动生成其最大屈服力。（3）添加约束：这一步需要我们根据真实的约束情况对齐进行约束，只有正确的约束才能在软件中正常的算出正确的情况。（4）施加载荷：这一步是零件在实际的工作过程中所受到的载荷的集中体现，需要我们自己录入零件所受的载荷。（5）划分网格：对零件进行我们所需要的离散化，这一步基本上是电脑自动完成的步骤。（6）运行分析：在前几步都正确完成之后，我们就需要对其进行运行分析，系统会自动根据我们所输入的数据情况，对零件进行分析。（7）分析结果：在结果生成之后，我们需要对系统所展示出的数据进行分析。4.1螺旋输送机的有限元分析第一步，如图4.1所示，建立螺旋输送机的模型为后续有限元分析做准备，建立模型必须精细准确，会对应后面的网格划分。否则会影响最后的有限元分析结果。图4.1螺旋输送机模型如图4.2所示，在标题栏窗口先对其进行生成网络，在solidworks中，运行此算例之前必须生成网络，其计算时才能准确的进行有限元分析，生成的网格图如下。图4.2有限元生成网格如图4.3所示，可以看出这螺旋叶片基本上没有变形，当零件其他部位都为蓝色，说明受到的推力是非常小的，当颜色为黄色红色，说明其该部位的受力是最大的。这里我们可以看到螺旋叶片所受的最大屈服力为4.138×10^5，而螺旋叶片最大所能承受的屈服力为2.206×10^8，所以该设计符合所需条件。图4.4螺旋输送机有限元分析结果4.2滚筒的有限元分析