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学校代码： 10410 序 号： 050433 本 科 毕 业 设 计 题目： 脚踏式玉米脱粒机 学 院 ： 工 学 院 姓 名 ： 刘宏宇 学 号 ： 20050433 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 年 级 ： 2005级 指导教师 ： 吴瑞梅老师 二 年 五 月 摘 要 本次设计玉米脱粒机工作原理就是利用板齿和脱粒辅助轴之间的相互挤搓实现脱粒，板齿安装在滚筒上，滚筒的主轴通过曲柄连杆机构和脚踏板相连。脱粒辅助轴是用于抵住玉米棒，并利于玉米棒在板齿和辅助轴之间滚动和滑动，从而实现脱粒。本设计重点是曲柄连杆机构的设计，以达到最优工况；滚筒、主轴、板齿和脱粒辅助轴的设计，还有排芯区和喂料装置 漏斗的设计。 设计各项参数达到预期目标，脱净率高、破碎率低、经济性好，尤其适合南方小面积种植农户使用。对减轻劳动强度，提高生产效率，减轻农民负担，增加收入有很大的意义。 关键词： 脱 粒机 脱粒滚筒 脱粒辅助轴 漏斗 to to to is on of up in to be to be in is of a in to to of of is in to To s 踏式玉米脱粒机 1 目录 引言 . 1 一 . 错误 !未定义书签。 二 . 错误 !未定义书签。 2 1 驱动机构的作用与型式 . 错误 !未定义书签。 2 2 驱动机构最优工况及曲柄最佳位值的选择 . 错误 !未定义书签。 三 . 错误 !未定义书签。 3 1 驱动机构各构件的相对位置必须满足省力的要求 . 错误 !未定义书签。 3 2踏板行程 . 错误 !未定义书签。 3 3行程速比系数 K 和极位夹角 . 错误 !未定义书签。 3 4 机架高度 H . 错误 !未定义书签。 3 5 踏板位置的确定 . 错误 !未定义书签。 3 6 小齿轮中心位置的确定 . 错误 !未定义书签。 3 7 摇杆、连杆和曲柄之间的相对位置确定 . 错误 !未定义书签。 四玉米脱粒机滚筒及脱粒部件的设计分析 . 错误 !未定义书签。 4 1 玉米脱粒机的运动特点 . 错误 !未定义书签。 4 2 玉米脱粒机的静力平衡 . 错误 !未定义书签。 4 3 滚筒动力学分析 . 错误 !未定义书签。 粒滚筒转速 . 错误 !未定义书签。 滚筒直径及滚筒主轴轴径和齿轮传动比的选择 . 错误 !未定义书签。 4 6 滚筒板齿的相关设计 . 错误 !未定义书签。 米脱粒辅助轴的设计 . 错误 !未定义书签。 助轴的的一些安装位置 . 错误 !未定义书签。 芯区的设计 . 错误 !未定义书签。 斗的设计和安装 . 错误 !未定义书签。 五玉 米脱粒机的主要工作部件的强度校核 . 错误 !未定义书签。 米脱粒机大齿轮主轴的校核 . 错误 !未定义书签。 5 2玉米脱粒机大齿轮偏心轴的校核 . 错误 !未定义书签。 结束 语 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 错误 !未定义书签。 江西农业大学毕业论文 题 目：脚踏式玉米脱粒机 学 院：工 学 院 姓 名：刘宏宇 学 号： 20050433 专 业：机械设计制造及其自动化 年 级： 2005级 2班 指导教师：吴瑞梅 设计目的 现在南方有很多省份多山地，农村的玉米脱粒不容易实现集体作业。为了家庭或个体实现玉米脱粒，而设计此玉米脱粒机。以方便帮助广大农村家庭的玉米脱粒作业。 一、玉米脱粒机的工作原理 该玉米脱粒机工艺是仿生技术的一种应用 ,模仿人工用手搓玉米的动作。滚筒上安装有板齿，滚筒带动板齿转动 ,在脱粒辅助轴的共同作用下，与玉米挤搓而实现脱粒 。 脱粒工作原理图 当玉米从进料区送入，玉米就受到板齿的挤搓力，滚筒板齿拨动果穗沿着脱粒辅助轴作圆周运动，由于板齿与滚筒轴心成一定的夹角 ,所以同时也将果穗向排芯口推动 ,实际上玉米果穗的运动轨迹是螺旋线。由于脱粒辅助轴上也有一些小小的像挫刀一样的齿纹，这样一来玉米棒就不会被滚筒挤到脱粒辅助轴外，二来增大了玉米、滚筒上的板齿及脱粒辅助的摩擦。玉米在这些力的的作用下既滚动又滑动，以达到挤搓脱粒的效果。 带冠板齿 整机工作示意图 二、驱动机构 驱动机构的作用是把人脚一定行程的往复运动，转变成曲柄的转动，通过大小齿轮啮合增速后，把转动传给小齿轮，从而带动工作部件转动。使工作部件具有足够的线速度达到满足工作的要求。考虑采用曲柄连杆机构。 曲柄连杆机构 它的特点是，该机构的特点是单边传动，把摇杆支点移到机架上，连杆为拉杆，各支点和铰接点受力较小，踏板也较长，也省力。 当确定了踏板和摇杆为曲杆这种形式后，我们再选择该种机构的最优工况。即当踏力一定时能产生最大的驱动力矩，这就要求传动角接近 90。能满足上述要求的工况是当踏板位于水平位置时，连杆与摇杆和曲柄相垂直。 当确定了最佳工况后，就要确定在满足最佳工况下曲柄的最佳位置，即曲柄与水平面的夹角。 因此当踏板近水平位置时，摇杆能和曲柄平行并与连杆垂直，使得此时传动角 接近90，才能产生最大的驱动力矩。 也就确定了摇杆、连杆和曲柄之间的最佳相对位置，即当脚踏板位于水平位置时，摇杆和曲柄平行并与连杆相垂直。 三、脱粒滚筒 滚筒转速由滚筒外缘（板齿顶部）线速度决定，滚筒外缘线速度是以保证不伤害玉米籽粒为前提条件。 从参考文献中，用籽粒含水率为 13%左右的玉米穗做试验，将其做自由落体实验，得出滚筒外缘（板齿顶部）线速度应该小于 4m/s，但滚筒外缘线速度不能过低，否则会影响生产率。根据试验数据，确认线速度值在 3.9 m/ 通过数据及试验结果取滚筒直径 D=292 。根据 已有的脱粒机的主轴数据取滚筒轴轴径 20 。 板齿齿的旋向及与水平的夹角：由工作简图 ,玉米得在螺旋齿给它的轴方力从右到左滑动，所以板齿的旋向为右旋。夹角影响到板齿对玉米轴向推力的大小，太大会使的玉米还没完全脱粒就快速的向排芯区排掉了，太小了玉米滑动的速度过慢，以至于已脱净了的玉米芯还在脱粒区滑动，从而就降低了工作效率及多余的功率消耗。根据有关资料查得取 60 较合适，既保证了脱净率又保证了工作效率。 四 玉米脱粒辅助轴 脱粒辅助轴是用于抵住玉米棒 ,并利于玉米棒在板齿与辅助轴间滚动及滑动，协助板齿脱粒。其直径大小得比玉米棒大，要不能玉米棒会从其反方向掉到果箱中。玉米棒一般直径 40 50 ，所以脱粒辅助轴的大小取 60 。 而它又不受多大扭矩，只受点横向及纵向的推力，并且力很小，这样的话就可以设计成在小金属轴上套木质的空轴，并且小金属轴除两头用来安装做成圆柱形的，其它部位都做成方轴 辅助轴上的齿纹 辅助脱粒轴 五、排芯区 在排芯区内板齿离辅助性轴的最小距离应大于玉米芯，所以得大于 40 ，而滚筒的是不变的，只能在这区域内减小辅助轴的直径，由几何关系可知： a40而 S=30 ，则 a10 ，在这取 10 。由此可得排芯区内，辅助轴的直径为 40 。 六、漏斗 玉米棒得先从右边放入 ,这样的话才能保证有足够的工作区来脱粒 ,否则可能存在脱粒不净的现象。另一方面，板齿离脱粒辅助轴的间隙比玉米棒小，再加上辅助轴也就比玉米棒大些，如没有漏斗的话，玉米棒喂入时可能掉到辅助轴的外侧。漏斗有支撑架用螺栓栓在脱粒机机架上。 漏斗的设计及安装 欢迎各位老师批评指正！ 购买后包含有 咨询 要 本次设计玉米脱粒机工作原理就是利用板齿和脱粒辅助轴之间的相互挤搓实现脱粒，板齿安装在滚筒上，滚筒的主轴通过曲柄连杆机构和脚踏板相连。脱粒辅助轴是用于抵住玉米棒，并利于玉米棒在板齿和辅助轴之间滚动和滑动，从而实现脱粒。本设计重点是曲柄连杆机构的设计，以达到最优工况；滚筒、主轴、板齿和脱粒辅助轴的设计，还有排芯区和喂料装置 漏斗的设计。 设计各项参数达到预期目标，脱净率高、破碎率低、经济性好，尤其适合南方小面积种植农户使用。对减轻劳动强度，提高生产效率，减轻农民负担，增加收入有很大的意义。 关键词： 脱 粒机 脱粒滚筒 脱粒辅助轴 漏斗 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 1 to to to is on of up in to be to be in is of a in to to of of is in to To s 买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 2 目录 引言 . 2 一 . 4 二 . 5 2 1 驱动机构的作用与型式 . 5 2 2 驱动机构最优工况及曲柄最佳位值的选择 . 8 三 . 8 3 1 驱动机构各构件的相对位置必须满足省力的要求 . 8 3 2踏板行程 . 8 3 3行程速比系数 K 和极位夹角 . 9 3 4 机架高度 H . 9 3 5 踏板位置的确定 . 9 3 6 小齿轮中心位置的确定 . 10 3 7 摇杆、连杆和曲柄之间的相对位置确定 . 10 四玉米脱粒机滚筒及脱粒部件的设计分析 . 10 4 1 玉米脱粒机的运动特点 . 10 4 2 玉米脱粒机的静力平衡 . 11 4 3 滚筒动力学分析 . 12 粒滚筒转速 . 12 滚筒直径及滚筒主轴轴径和齿轮传动比的选择 . 13 4 6 滚筒板齿的相关设计 . 13 米脱粒辅助轴的设计 . 14 助轴的的一些安装位置 . 15 芯区的设计 . 16 斗的设计和安装 . 17 五玉 米脱粒机的主要工作部件的强度校核 . 17 米脱粒机大齿轮主轴的校核 . 17 5 2玉米脱粒机大齿轮偏心轴的校核 . 20 结束 语 . 23 参考文献 . 24 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 3 引 言 在我 省 广大农村，特别是丘陵地区和山区，在很长的一段时间内，农业生产和部分农产品加工还须人力来完成。如玉米脱粒、花生收获和加工，油菜的脱粒和清选等。如果有一种以人力为动力（有条件的地方可配用小动力）的多用机具，为山区和丘陵地区农民服务，对减轻劳动强度，提高生产效率，减轻农民负担，增加收入有很大的意义。提高农村经济水平、提高劳动生产率加速农村和谐社会的发展做出贡献。 目前市场上还没有针对丘陵地区而又多功能的小型机具，并且要求其价格十分低廉，本项目是通过对农村普遍使用的脚踏式人力水稻脱粒机改进而来，使其有多功能，可以进行玉米、油菜、花生脱粒，它具有结构简单重量轻，价格低廉，可 在田间移动，完成不同作业时更换工作部件容易。本 设计主要针对玉米脱粒机。 目前市场上玉米的脱粒 大多 采用打击原理设计的普通脱粒机，各种传统普通机型的滚筒转速都在 700r/上，滚筒外缘线速度均大于 8m/s，是靠钉 齿高速打击玉米果穗实现脱粒的，对玉米籽粒伤害较大。 而现在 发达国家如美国已将以打击原理为主的玉米脱粒机淘汰 ,用一种挤搓脱粒技术原理脱粒机取代 ,并已得到推广应用。这种技术符合脱净率高、破碎率低的要求，全面克服了老式脱粒机存在的缺点。新机型脱粒损失至少比老机型减少 而且对种子玉米和普通玉米均适合。 玉米含水率对生产率和脱粒有一定的影响。含水率在 13%围内，技术性能指标比较稳定；含水率超过 20%，则脱净率和破碎率指标下降，夹带量上升，净度指标下降，风选效果和清选质量也会下降。 我国的挤搓玉米脱粒 技术的研究工作于 2000年开始起步，并且 取得了快速进展，参考国外技术进行研究阶段已基本完成，在设计和制造中对主要部件又进行了改进完善，使其结构更加趋于合理，性能又得到进一步提高。现已初步掌握了该项技术的系列设计及确定基本技术参数的方法，目前正进行此项技术的完善、深入研究、系列化及推广工作。本项目利用已有的脚踏式人力水稻脱粒机，运用挤搓原理设计而成。 各 项参数达到预 期目 标 ， 脱净 率高、破碎率低、 经济性好，尤其适合南方小面 积 种植 农户 使用。 对减轻劳动强 度，提高生 产 效率， 减轻农 民 负担， 增加收入有很大的意 义 。 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 4 一 作原理 该 玉米 脱粒 机 工艺是仿生技术的一种应用 ,模仿人工用手搓玉米的动作。滚筒上安装有板齿，滚筒 带动板齿转动 ,与玉米挤搓而脱粒，如图 1 脱粒机的工作 原理图 图 2 带冠板齿 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 5 当玉米从进料区送入 (如图 玉米就受到板齿的挤搓力，并受往左的推力，所以玉米果穗是边脱粒边往排芯区滑动，这样的话就有利于下一个玉米脱粒的连续性，可同时脱粒好几根玉米，提高了脱粒的效率。 图 3 脱粒机的工作简图 在脱粒区内，滚筒板齿拨动果穗沿着脱粒辅助轴作圆周运动，由于板齿与滚筒轴心成一定的夹 角 ,所以同时也将果穗向排芯口推动 ,实际上玉米果穗的运动轨迹是螺旋线。其中一部分板 (如图 示，设计成顶部带冠形状（二至三处凸起），其作用如同人工用竹签子（过去北方农村用于人工脱玉米籽粒的工具），先将玉米果穗上的局部籽粒挤掉，以便后面挤搓板顺利。由于脱粒辅助轴上也有一些小小的像挫刀一样的齿纹，这样一来玉米棒就不会被滚筒挤到脱粒辅助轴外，二来增大了玉米、滚筒上的板齿及脱粒辅助的摩擦。玉米在这些力的的作用下既滚动又滑动，以达到挤搓脱粒的效果。 二 动机构的型式与最优工况的选择 2 1 驱动机构 的作用与型式 驱动机构的作用是把人脚一定行程的往复运动，转变成曲柄的转动，通过大小齿轮啮合增速后，把转动传给小齿轮，从而带动工作部件转动。使工作部件具有足够的线速度达到满足工作的要求。能满足上述要求而广泛使用的机构为曲柄购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 6 摇杆机构。根据结构形式的不同，我们把曲柄摇杆机构分为三种形式： a） 摇杆和踏板支杆为一直杆，统称总摇杆 , 是最早统型第 737型（图 该机构为左右两套驱动机构。这个摇杆的支点在它的一个端点。工作时，连杆受拉力作用，总摇杆受拉力。总摇杆长等于力臂长。即2/1( ,其中 为踏板摇角。 该机构的特点是摇杆很长，操作省力，各支点及铰接点受力小，耐磨。其缺点是受结构限制摇杆支点位于禾斗壁上，不耐磨易松动。而双面传动由于制造精度低很难达到同时传动的目的，也造成结构复杂成本高。 b）压杆式 摇杆和踏板仍为一直杆，支点在中间的直杆形，又称跷跷板形（图 工作时连杆受压。总摇杆等于力臂长与重臂长之和，即2/1( , 其中 它等于力臂长与重臂长之比。 该机构的特点是把摇杆支点从禾斗移出，装在机架上，采用单边传动，简化结构，降低成本。其缺点是摇杆短小费力，连杆为压杆不稳定易变形，各支点及铰接点受力大，磨损快，现很少采用。 c）摆杆式 摇杆和踏板杆不是一直杆 ,而成一定角度，摇杆和踏板为曲杆 , 支点在一端（图 工作时连杆受拉，而总摇杆长等于力臂长与重臂长之和，即2/1( 。 图 4 支点在一端的直杆式 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 7 图 5 支点在中间的直杆式 图 6 踏板和摇杆为曲杆式 图 7 驱动 构设计 上述三种机构，在保证摆角和一定的踏板行程 点在一端的总摇杆长度最短。 它的特点是，该机构的特点是单边传动，把摇杆支点移到机架上，连杆为拉杆，各支点和铰接点受力较小，踏板也较长，也省力。因此，该机构是目前比较理想的一种形式。 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 8 2 2 驱动机构最优工况及曲柄最佳 位 值的选择 当确定了踏板和摇杆为曲杆这种形式后，我们再选择该种机构 的最优工况。因为人力机具是以人力为动力，所设计的驱动机构一定要把省力、减少疲劳为目标，即当踏力一定时能产生最大的驱动力矩，这就要求传动角接近 900，各构件支点和铰接点受力最小。能满足上述要求的工况是当踏板位于水平位置时，连杆与摇杆和曲柄相垂直。 当确定了最佳工况后，就要确定在满足最佳工况下曲柄的最佳位置（即曲柄与水平面的夹角）。为分析方便，在图 4中，过 行与 3。使 。设曲柄 a，支点距 d，则连杆长 b = d 杆长 C = a d 满足曲柄存在条件来看，应使 a d b c，即 a d d a d 简后得出： 1，从数学中知， 450时，因此曲柄与水平的夹角为45度。 三 动机构设计技术要求 由于脚踏式 玉米脱粒机 是以人力为动力进行脱粒，因此在设计驱动机构时必须满足省力、人体不易疲劳等要求。所以，所设计的驱动机构踏板脚踏频率不能高，踏板行程不能大，踏板在最低位置应接近不动的脚底，滚筒转速应均匀，脚踏应省力等。因此，在设计驱 动机构时应满足如下要求 4： 3 1 驱动机构各构件的相对位置必须满足省力的要求 如图（ 示，当踏板向下运动过程为做功行程，在做功行程内做功是不均匀的，当在做功中段附近，踏板近水平位置时，人易用力，作用力也大，而且力臂也大，所产生的驱动力矩也大，因此希望当踏板近水平位置时，摇杆能和曲柄平行并与连杆垂直，使得此时传动角 接近 90 ，以产生最大的驱动力矩。 3 2 踏板行程 S 和摆角的设计要求 由图 (出，踏板行程 板最端点的垂直距离。踏板行程过大，脚提得过 高易疲劳，过小则做功小，用不上力，根据实际使用情况看，最合适的踏板行程一般在 180 220板行程确定后，购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 9 踏板摆角越小，连杆和摇杆的夹角越接近 于 90 ，越有利于传动，但摆角越小，摆杆支杆必然要加长，引起结构不紧凑，同时踏板支杆的刚性也差，工作一段时间后，踏板易倾斜，造成齿轮偏磨。摆角过大，脚面与踏板接触面小易疲劳，脚上有泥时也容易打滑伤腿，所以一般情况下摆角在 30 35 内比较合适。 3 3 行程速比系数 K 和极位夹角 极位夹角是当摇杆处在上下极限位置时，即曲柄为上下死点位置时，连杆相对应的夹角 。 K=180 + /180 K 行程速度变化系数 极位夹角 脱粒机工作时，当踏板由上死点向下运动时，人脚用力踏下是一个做功过程，当踏板由下死点向上运动时，人脚不能做功，依靠滚筒转动惯量一面完成脱粒做功，一面带动踏板向上运动。当 k 1 时机构有急回作用，即踏板由下死点向上运动到上死点时，大齿轮的工作转角小，有利于做功和滚筒的运动平稳，有利于力量的发挥，也可提高工作效率；但 谓冲脚是指踏板向上运动速度太快，人脚尚未提起，踏板就打在脚板下方，使人产生疲劳， 因此在选择极位夹角时，应保证不产生明显冲脚前提下尽量取大值。 有关资料表明 K1,即 不会产生明显的冲 象 ,因此 ,在选择极位夹角时 ,应保证在不产生明显冲脚的的现象的 提条件下 ,尽量取较大值。 3 4 机架高度 H 当脱粒机工作时， 当机架过高不 易 投入料 (玉米 ),机架过低要弯腰也易疲劳。因此。机架高度应以人的高度来衡量，一般情况下， H = 450 550 3 5 踏板位置的确定 踏板运动到上止点时，踏板最远端至集果箱后档板的距离 大，工作时操作人员弯腰幅度较易疲劳，太短则膝盖 可能碰到集果箱后档板，为了保证操作人员操作方便、舒适，一般合适的距离 70 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 10 3 6 小齿轮中心位置的确定 小齿轮中心至集果箱后档板的距离过大，工作时操作人员手外伸太远易疲劳过小则影响整机结构，该距离大小取决于滚筒直径、 板 齿的高低及板 齿与档板的间隙。 70毫米左右。 3 7 摇杆、连杆和曲柄之间的相对位置确定 由于受冲击的影响，人力脱粒机脱粒时其做功是不均匀的，在作功中段附近，踏板近水平位置时，操作人员较易使用力气，作用力也大。脚踏板在行程极限位置附近，一方面不容易使用力 气 ,另一方面连杆拉力对曲柄中心距 (即力臂 )小 ,在相同大小力的作用 有在作功行程中部时，用力方便、力臂大，所产生驱动力矩最大。因此，当脚踏板近似于水平位置时，摇杆和曲柄平行并与连杆垂直，产生最大的驱动力臂。经对不同的工况进行分析，发现该工况下具有以下优点：连杆受力小，各铰接点支反力小，传动角大，损失小。 基于上述分析，可以确定摇杆、连杆和曲柄之间的最佳相对位置， 即当脚踏板位 于水平位置时，摇杆和曲柄平行并与连杆相垂直。 四 玉米脱粒机 滚筒及脱粒 部件的设计分析 4 1 玉米 脱粒机的运动特点 玉米 脱粒机是以人为动力，而人每分钟对踏板动的次数为一定值，不能过高和过低，一般人每分钟踏动次数最高可达 120 次，最少 80 多次，常久使用时可达 90 100次。 滚筒在每一转中其各点的速度也是一个 变值，当脚踏由上止点向下作功行程开始点其速度最小，随着脚踏板的向 下运动作功的增大，转速增高。当脚踏板达到最低位置时，转速大致最高值。当脚踏板从下止点向上运动是空行程，转速逐渐降低，当大致上止点时，转速达到最低值。按每分钟脚踏板的运动次数所换算的大齿轮转速可看作平均值，最高转速与最低转速差别不应过大，否则运转不 稳定甚至不能正常工作。 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 11 4 2 玉米 脱粒机的静力平衡 设脱粒时脱粒阻力为 滚筒切线方向 (图 脚踏力为 P 取脚踏板支杆为分离体 ,从支杆受力平衡得出 : P 1 1式中 : 连杆受力 i 力臂比 取大齿轮为分离体，根据受力平衡得出： 11 式中： 大齿轮圆周力 a 曲柄半径 大齿轮节圆半径 取滚筒（包括小齿轮）为分离体，根据受力平衡得出： t a 设 1 ，代入上式，则 t （ 1） 式中： R 滚筒半径； r 小齿轮 节圆半径 ; i 大小齿轮齿数比。 从运动关系知，滚筒线速度在设计时认为是一常量，大齿轮角速度 1 取决于踏板 每分钟运动次数（正常工作中踏板运动次数 取 90 100次），则： 301 n ，而 11 111 式中： 1 大齿轮角速度 滚筒角速度（小齿轮角速度） 而滚筒线速度： ，所以 最后得出：i 3011 （ 2） 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 12 （ 2） 表明踏力大小及影 响因素，从式中看出，踏力的大小与所选择的脱粒速度 C 和脱粒 阻力 曲柄半径 a 和力臂 i 成反比，与滚筒半径大小无关。上述结论只有选定 变大小齿轮的传动比 n 的情况下才是正确的，如不考虑脱粒线速度 C，正如式 （ 1） 所示踏力的大小与传动比和滚筒半径正比。当按选定所必需的脱粒速度后，为了减小脚踩力 P，只有适当地增大力臂比 a。 4 3 滚筒动力学分析 为了便于分析，取大齿轮为分离体。把滚筒和小齿轮的转动惯量 换算到大齿轮上，小齿轮对大齿轮的作用，用换算阻力 M= 替，滚筒空转阻力矩用 示。连杆对大齿轮的作用，用 示，连杆在运动中对大齿轮作用近似地看作与地面垂直。 设作功过程开始点 上止点。转速为，作功结束点 下止点，转速为 0，在作功行程内 2s i n 在作功行程内，根据能量守恒定律： A=（ M+M） +1/21/22 2M+ +1/2J( 22) 在空行程内 ,根据能量守恒定律得出 1/2 22)=(M+ 将上式代入作功 M+（ 3） 粒滚筒 转速 脱粒线速度是保证脱粒质量的主要参数。滚筒上安装有板齿，滚筒滚筒是带动板齿转动，板齿推动玉米果穗作螺旋运动。 由动力分析知，脚踏板踏力的大小与滚筒线速度成正比，为了减少踏力不宜选取高的线速度，但从另一方面为了保证运动的稳定性，必须有足够的动能，滚筒线速度不能低。 滚筒转速由滚筒外缘（板齿顶部）线速度决定，滚筒外缘线速度是以保证不伤害玉米籽粒为前提条件，由试验数据获得的。用籽粒含水率为 13%（因籽粒含水率较低，相对比较容易破碎）左右的玉米穗做试验 ,查阅资 料得出 滚筒外缘（板齿顶部）线速度应小于或购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 13 等于 4m/s。但滚筒外缘线速度不能过低，否则会影响生产率。根据试验数据，确认线速度值在 3.9 m/ 滚筒直径 及滚筒主轴 轴径 和齿轮传动比的选择 1 滚筒直径 滚筒设计的主要要求是工作时省力，要有足够的转动动能来保证运转的稳定性。现从两方面分析如下： 从动力学分析知，滚筒的转动动能为 : A=1/2 而滚筒的转动惯量 J=中 :m滚筒 (包括齿板和弓齿压盘等 )质量 ； R滚筒半径 ； 将 动动能 A=1/2=1/2,想提高滚筒的动能 ,只有增加滚筒质量 ,而与直径大小无关。 再从动力学分析知 ,踏力的大小为 : P=a 由此式看出 ,当脱粒阻力 一定值时 ,踏力 P 与所选择的滚筒线速度有关 ,与选取的半径无关。综合以上分析看出，半径的选取与动力参数无关，通过数据及试验结果取滚筒直径 D=280+b/2=292。 2 滚筒轴轴径 由于小齿轮与滚筒间的动力传输不是靠键付给主轴的 ,所以它不受扭矩 ,只是承受来自脱粒时的径 向力 ,所以也不需特别的要求 , 可根据实际功率负荷计算扭矩，确定轴径。根据已有的脱粒机的主轴数据取 20 . 3齿轮传动比的选择 从运动分析知： C=R 故 R= C/ 1 为大齿轮角速度，它与踏板每分钟踏动次数有关，一般情况下踏板踏动次数为 90 100 次，相应 1为 ,当滚筒线速度 C 选定后 ,半径的大小仅取决大小齿轮速比 i 表示了不同线速度 ,不同传动比情况下的半径值 齿齿顶线速度 ,而一般指滚筒半径 是 指齿板半径 ,因而计算出的半径值应减去 板 齿高 h。 4 6 滚筒 板齿的相关设计 板齿有规律地安装在滚筒轴上，其作用是拨动玉米穗沿辅助轴作复杂运动购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 14 （玉米穗本身既滚动又滑动，同时沿脱粒辅助轴作不规则螺旋运动），也推动玉米穗向排芯口方向移动。 板齿宽度 :板齿应与齿板一样宽或稍小点，根据机器大小一般范围为 4060量取宽点，目的是工作时与玉米穗接触面较大，避免接触点太小，产生对玉米穗的局部压力集中，损伤玉米籽粒。 板齿高度 :板齿通过螺栓安装在齿板上 ,板齿要超出滚筒侧板的最外缘，由其几何关系可得：222 的最外缘，其值为 350 ， 值为 280， 24， 所以 h23 ,考虑到脱粒的效果， 经计算及几何关系得：板齿高度 h=30 （如图 。 板齿齿的旋向及与水平的夹角 ：由工作简图 (图 玉米得在螺旋齿给它的轴方力从右到左滑动，所以板齿的旋向为右旋 (如图 夹角影响到板齿对玉米轴向推力的大小，太大会使的玉米还没完全脱粒就快速的向排芯区排掉了，太小了玉米滑动的速度过慢，以至于已脱净了的玉米芯还在脱粒区滑动，从而就降低了工作效率及多余的功率消耗。根 据有关资料查得取 60较合适，既保证了脱净率又保证了工作效率 。 图 8 板齿简图 图 9 滚筒展开图 米 脱粒辅助轴的设计 脱粒辅助轴是用 于 抵住玉米棒 ,并利于玉米棒在板齿与辅助轴间滚动及滑动，协助板齿脱粒。其直径大小得比玉米棒大，要不能玉米棒会从其反方向掉到果箱中。玉米棒一般直径 40 50，所以脱粒辅助轴的大小取 60。 而它又不受多大扭矩，只受点横向及纵向的推力，并且力很小，这样的话就可以设计成在小金属轴上套木质的空轴，并且小金属轴除两头用来安装做成圆柱形 的，其它部位都做成方轴（如图 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 15 图 10 辅助轴上的齿纹 图 11 辅助脱粒轴 这样与带方孔的木质轴配合，来传递力，其成本大大降低。为了不让玉米棒在其上打滑，因为打滑的话就会影响脱粒的效果，产生脱粒不净，在其上开像锉刀一样的齿纹（如图 增加它与玉米棒之间的摩擦力。 助轴的的一些安装位置 如图 （ ，因为在脱粒区内玉米棒子是永远不应掉下去的，所以 S 小于脱掉了玉米的棒芯 (35 40 )， 0。 由几何关系可 得 25 7222 302 D 滚筒直径 b 齿板的宽 度 h 板齿高 d 脱粒辅助轴的直径 由脱粒原理可知滚筒、板齿外缘、玉米及脱粒辅助轴的几何关系，如图（ ，脱粒辅助轴的轴线应在安装圆（ 17+30=247）上， 0，这样可得出 45。 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 16 图 12 脱粒辅助轴安装位置图 图 13 脱粒辅助轴安装位置图 b 圆 1 板齿最外缘（ 40+12+30=182 ） 圆 2 板齿外缘加上脱粒区的间隙 82+35=217） 圆 3 脱粒辅助轴的轴线安装圆（ 17+30=247） 芯区的设计 在排芯区内（如 下 图）板齿离辅助性轴的最小距离应大于玉米芯，所以得大于 40 ，而滚筒的是不变的，只能在这区域内减小辅助轴的直径，由几何关系可知： a40而 S=30，则 a10，在这取 10。由此可得排芯区内，辅助轴的直径为 40。 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 17 斗的设计和安装 根据工作简图 知 ,玉米棒得先从右边放入 ,这样的 话才能保证有足够的工作区来脱粒 ,否则可能存在脱粒不净的现象。另一方面，板齿离脱粒辅助轴的间隙比玉米棒小，再加上辅助轴的也就比玉米棒大些，如没有漏斗的话，玉米棒喂入时可能掉到辅助轴的外侧。鉴于这些，设计漏斗如图 漏斗有支撑架用螺栓栓在脱粒机机架上。 图 15 漏斗的设计及安装 五 玉米脱粒机的 主要工作部件的强度校核 米脱粒机 大齿轮 主 轴的校核 1 大齿轮受力分析 大齿轮受如下力的作用（如上图 ） 连杆受驱动力 中 Pb=力按试验数据取 P=45 Pb=45= = = 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 18 (3) 嗤合力 把嗤合力 5，并且分解成 Pt=a/65/n=力 G G=3 f= 主轴的弯矩校核 大齿轮轴结构如 右 图 主轴的受力图 : 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 19 以上弯距图可以知道点 M 处直径最小，所以弯距最大。所以只需要校正该处弯曲强度就可以。 根据强度条件 z 其中 32= /（ 32 0152） =10 z=10107N/m=表得到 45#钢的 s=352安全系数为 2。所以 = s/2=176 以该轴弯曲强度核对合格。 3 主轴的 剪切强度 校 核 校核条件： 根据直径的大小和合成 剪切力的大小校对 点 。 62 M P 因为 = 45#钢根据上面的安全系数取 2的时候，计算得到 =176以 = =176=买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 20 故根据剪切强度核对，该轴合格。 综上所说，大齿轮轴的强度符合要求。 5 2 玉米脱粒机 大齿轮偏心轴的校核 偏心轴结构如图所示， 受力图如下 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 21 1弯曲强度校核条件 当安全系数取 2的时候，材料用 45#钢，根据大齿轮轴校核得到： =176 心轴在 m； m； 合成弯矩 )(a a x a x 2=10 由于 ， 所以，根据弯曲强度校核该轴符合要求。 2剪切强度校核 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 22 校核条件： 由于大齿轮轴校核可以知道 45#钢安全系数取 2。 所以 = P m a x 所以 。 根 据剪切强度条件，偏心轴强度符合要求。 由综上校核可得 ，上述偏心轴强度符合要求。 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 23 结束语 毕业设计是对我们对大学四年来所学知识的大检阅 ,也是我们实践锻炼的机会 ,能够达到深化理论 ,理论与实践更好地结全的目的。在设计过程中，发现自己对知识掌握的不扎实，知识的漏洞很多，更是觉得知识与实践之间的差别。通过这次的实践设计，初步掌握和了解到作为工程技术人员应该具备的专业素质和创新精神。更加深入掌握机械设计的理论基础，并大体了解到设计的基本过程，为以后的进行工程技术设计打下了基础。 由于相关的数据比 较少，在整个设计过程中遇到不少麻烦，不过通过大量的阅读有关资料，特别是吴瑞梅老师的精心指导下，完成了本项设计。另外因为时间的仓促，水平的有限，本设计难免有些不合理甚至错误的地方，还望请指正！ 购买后包含有 咨询 踏式玉米脱粒机 24 参考文献 1 李宝笺主编农业机械学 M北京：中国农业出版社， 2003 2 吴克坚主编机械原理 M北京：高等教育出版社， 1997 3 中国农业机械化科学研究院编 实用机械设计手册 M北京：中国农业机械出版社， 1984 4 王新章关于人力脱粒机的设计问题 J南昌：江西农业大学学 报，1981(1)125 江西农业大学工学院编 . “小农具的改进设计 ”课题鉴定技术文件汇编 ,1989年元月 6 吴宗泽主编 . 机械设计 . 北京 :高等教育出版社 2003 7 机械工程手册 ,电机工程手册编辑委员会 . 机械工程手册 版 机械工业出版社 ,1996 8 严霖元编 . 机械制造基础 . 江西农业大学 ,2000 9 成大先主 主编 零部件的结构与组合 :上册 ,下册 化学工业出版社 ,1997 10 成大先主编 机械设计的错 例与禁忌 . 北京 :化学工业出版社 ,1997 11卜炎主编 上册 ,下册 . 北京 :机械工业出版社 ,1999 学校代码： 10410 序 号： 050433 本 科 毕 业 设 计 题目： 脚踏式 玉米脱粒机 学 院 ： 工 学 院 姓 名 ： 刘宏宇 学 号 ： 20050433 专 业 ： 机械设计制造及其自动化 年 级 ： 2005级 指导教师 ： 吴瑞梅 老师 二 年 五 月脚踏式玉米脱粒机 1 摘 要 本次设计玉米脱粒机工作原理就是利用板齿和脱粒辅助轴之间的相互挤搓实现脱粒，板齿安装在滚筒上，滚筒的主轴通过曲柄连杆机构和脚踏板相连。脱粒辅助轴是用于抵住玉米棒，并利于玉米棒在板齿和辅助轴之间滚动和滑动，从而实现脱粒。本设计重点是曲柄连杆机构的设计，以达到最优工况；滚筒、主轴、板齿和脱粒辅助轴的设计，还有排芯区和喂料装置 漏斗的设计。 设计各项参数达到预期目标，脱净率高、破碎率 低、经济性好，尤其适合南方小面积种植农户使用。对减轻劳动强度，提高生产效率，减轻农民负担，增加收入有很大的意义。 关键词： 脱粒机 脱粒滚筒 脱粒辅助轴 漏斗 to to to is on of up in to be to be in is of a in to to of of is in to To s 踏式玉米脱粒机 2 目录 引言 . 2 一 . 4 二 . 5 2 1 驱动机构的作用与型式 . 5 2 2 驱动机构最优工况及曲柄最佳位值的选择 . 8 三 . 8 3 1 驱动机构各构件的相对位置必须满足省力的要求 . 8 3 2 踏板行程 S 和摆角的设计要求 . 8 3 3 行程速比系数 K 和极位夹角 . 9 3 4 机架高度 H . 9 3 5 踏板位置的确定 . 9 3 6 小齿轮中心位置的确定 . 10 3 7 摇杆、连杆和曲柄之间的相对位置确定 . 10 四玉米脱粒机滚筒及脱粒部件的设计分析 . 10 4 1 玉米脱粒机的运动特点 . 10 4 2 玉米脱粒机的静力平衡 . 11 4 3 滚筒动力学分析 . 12 粒滚筒转速 . 12 滚筒直径及滚筒主轴轴径和齿轮传动比的选择 . 13 4 6 滚筒板齿的相关设计 . 13 米脱粒辅助轴的设计 . 14 助轴的的一些安装位置 . 15 芯区的设计 . 16 斗的设计和安装 . 17 五玉 米脱粒机的主要工作部件的强度校核 . 17 米脱粒机大齿轮主轴的校核 . 17 5 2 玉米脱粒机大齿轮偏心轴的校核 . 20 结束 语 . 23 参考文献 . 24 脚踏式玉米脱粒机 3 引 言 在我 省 广大农村，特别是丘陵地区和山区，在很长的一段时间内，农业生产和部分农产品加工还须人力来完成。如玉米脱粒、花生收获和加工，油菜的脱粒和清选等。如果有一种以人力为动力（有条件的地方可配用小动力）的多用机具，为山区和丘陵地区农民服务，对减轻劳动强度，提高生产效率，减轻农民负担，增加收入有很大的意义。提高农村经济水平、提高劳动生产率加速农村和谐社会的发展做出贡献。 目前市场上还没有针对丘陵地区而又多功能的小型机具，并且要求其价格十分低廉，本项目是通过对农村普遍使用的脚踏式人力水稻脱粒机改进而来，使其有多功能，可以进行玉米、油菜、花生脱粒，它具有结构简单重量轻，价格低廉，可 在田间移动，完成不同作业时更换工作部件容易。本 设计主要针对玉米脱粒机。 目前市场上玉米的脱粒 大多 采用打击原理设计的普通脱粒机，各种传统普通机型的滚筒转速都在 700r/上，滚筒外缘线速度均大于 8m/s，是靠钉 齿高速打击玉米果穗实现脱粒的，对玉米籽粒伤害较大。 而现在 发达国家如美国已将以打击原理为主的玉米脱粒机淘汰 ,用一种挤搓脱粒技术原理脱粒机取代 ,并已得到推广应用。这种技术符合脱净率高、破碎率低的要求，全面克服了老式脱粒机存在的缺点。新机型脱粒损失至少比老机型减少 而且对种子玉米和普通玉米均适合。 玉米含水率对生产率和脱粒有一定的影响。含水率在 13%围内，技术性能指标比较稳定；含水率超过 20%，则脱净率和破碎率指标下降，夹带量上升，净度指标下降，风选效果和清选质量也会下降。 我国的挤搓玉米脱粒 技术的研究工作于 2000 年开始起步，并且 取得了快速进展，参考国外技术进行研究阶段已基本完成，在设计和制造中对主要部件又进行了改进完善，使其结构更加趋于合理，性能又得到进一步提高。现已初步掌握了该项技术的系列设计及确定基本技术参数的方法，目前正进行此项技术的完善、深入研究、系列化及推广工作。本项目利用已有的脚踏式人力水稻脱粒机，运用挤搓原理设计而成。 各 项参数达到预 期目 标 ， 脱净 率高、破碎率低、 经济性好，尤其适合南方小面 积 种植 农户 使用。 对减轻劳动强 度，提高生 产 效率， 减轻农 民 负担， 增加收入有很大的意 义 。 脚踏式玉米脱粒机 4 一 作原理 该 玉米 脱粒 机 工艺是仿生技术的一种应用 ,模仿人工用手搓玉米的动作。滚筒上安装有板齿，滚筒 带动板齿转动 ,与玉米挤搓而脱粒，如图 1 脱粒机的工作 原理图 图 2 带冠板齿 脚踏式玉米脱粒机 5 当玉米从进料区送入 (如图 玉米就受到板齿的挤搓力，并受往左的推力，所以玉米果穗是边脱粒边往排芯区滑动，这样的话就有利于下一个玉米脱粒的连续性，可同时脱粒好几根玉米，提高了脱粒的效率。 图 3 脱粒机的工作简图 在脱粒区内，滚筒板齿拨动果穗沿着脱粒辅助轴作圆周运动，由于板齿与滚筒轴心成一定的夹 角 ,所以同时也将果穗向排芯口推动 ,实际上玉米果穗的运动轨迹是螺旋线。其中一部分板 (如图 示，设计成顶部带冠形状（二至三处凸起），其作用如同人工用竹签子（过去北方农村用于人工脱玉米籽粒的工具），先将玉米果穗上的局部籽粒挤掉，以便后面挤搓板顺利。由于脱粒辅助轴上也有一些小小的像挫刀一样的齿纹，这样一来玉米棒就不会被滚筒挤到脱粒辅助轴外，二来增大了玉米、滚筒上的板齿及脱粒辅助的摩擦。玉米在这些力的的作用下既滚动又滑动，以达到挤搓脱粒的效果。 二 动机构的型式与最优工况的选择 2 1 驱动机构 的作用与型式 驱动机构的作用是把人脚一定行程的往复运动，转变成曲柄的转动，通过大小齿轮啮合增速后，把转动传给小齿轮，从而带动工作部件转动。使工作部件具有足够的线速度达到满足工作的要求。能满足上述要求而广泛使用的机构为曲柄脚踏式玉米脱粒机 6 摇杆机构。根据结构形式的不同，我们把曲柄摇杆机构分为三种形式： a） 摇杆和踏板支杆为一直杆，统称总摇杆 , 是最早统型第 737型（图 该机构为左右两套驱动机构。这个摇杆的支点在它的一个端点。工作时，连杆受拉力作用，总摇杆受拉力。总摇杆长等于力臂长。即2/1( ,其中 L 为总摇杆长度， S 为踏板行程，为踏板摇角。 该机构的特点是摇杆很长，操作省力，各支点及铰接点受力小，耐磨。其缺点是受结构限制摇杆支点位于禾斗壁上，不耐磨易松动。而双面传动由于制造精度低很难达到同时传动的目的，也造成结构复杂成本高。 b）压杆式 摇杆和踏板仍为一直杆，支点在中间的直杆形，又称跷跷板形（图 工作时连杆受压。总摇杆等于力臂长与重臂长之和，即2/1( , 其中 i 为力臂比 ,它等于力臂长与重臂长之比。 该机构的特点是把摇杆支点从禾斗移出，装在机架上，采用单边传动，简化结构，降低成本。其缺点是摇杆短小费力，连杆为压杆不稳定易变形，各支点及铰接点受力大，磨损快，现很少采用。 c）摆杆式 摇杆和踏板杆不是一直杆 ,而成一定角度，摇杆和踏板为曲杆 , 支点在一端（图 工作时连杆受拉，而总摇杆长等于力臂长与重臂长之和，即2/1( 。 图 4 支点在一端的直杆式 脚踏式玉米脱粒机 7 图 5 支点在中间的直杆式 图 6 踏板和摇杆为曲杆式 图 7 驱动 构设计 上述三种机构，在保证摆角和一定的踏板行程 S 的情况下，支点在一端的总摇杆长度最短。 它的特点是，该机构的特点是单边传动，把摇杆支点移到机架上，连杆为拉杆，各支点和铰接点受力较小，踏板也较长，也省力。因此，该机构是目前比较理想的一种形式。 脚踏式玉米脱粒机 8 2 2 驱动机构最优工况及曲柄最佳 位 值的选择 当确定了踏板和摇杆为曲杆这种形式后，我们再选择该种机构 的最优工况。因为人力机具是以人力为动力，所设计的驱动机构一定要把省力、减少疲劳为目标，即当踏力一定时能产生最大的驱动力矩，这就要求传动角接近 900，各构件支点和铰接点受力最小。能满足上述要求的工况是当踏板位于水平位置时，连杆与摇杆和曲柄相垂直。 当确定了最佳工况后，就要确定在满足最佳工况下曲柄的最佳位置（即曲柄与水平面的夹角）。为分析方便，在图 4 中，过 A 点作直线 行与 。设曲柄 a，支点距 为 d，则连杆长 b = d 杆长 C = a d 满足曲柄存在条件来看，应使 a d b c，即 a d d a d 简后得出： 1，从数学中知， 450 时，因此曲柄与水平的夹角为45 度。 三 动机构设计技术要求 由于脚踏式 玉米脱粒机 是以人力为动力进行脱粒，因此在设计驱动机构时必须满足省力、人体不易疲劳等要求。所以，所设计的驱动机构踏板脚踏频率不能高，踏板行程不能大，踏板在最低位置应接近不动的脚底，滚筒转速应均匀，脚踏应省力等。因此，在设计驱 动机构时应满足如下要求 4： 3 1 驱动机构各构件的相对位置必须满足省力的要求 如图（ 示，当踏板向下运动过程为做功行程，在做功行程内做功是不均匀的，当在做功中段附近，踏板近水平位置时，人易用力，作用力也大，而且力臂也大，所产生的驱动力矩也大，因此希望当踏板近水平位置时，摇杆能和曲柄平行并与连杆垂直，使得此时传动角 接近 90 ，以产生最大的驱动力矩。 3 2 踏板行程 S 和摆角的设计要求 由图 (出，踏板行程 S 是指踏板在两个极端位置时，踏板最端点的垂直距离。踏板行程过大，脚提得过 高易疲劳，过小则做功小，用不上力，根据实际使用情况看，最合适的踏板行程一般在 180 220围内。踏板行程确定后，脚踏式玉米脱粒机 9 踏板摆角越小，连杆和摇杆的夹角越接近 于 90 ，越有利于传动，但摆角越小，摆杆支杆必然要加长，引起结构不紧凑，同时踏板支杆的刚性也差，工作一段时间后，踏板易倾斜，造成齿轮偏磨。摆角过大，脚面与踏板接触面小易疲劳，脚上有泥时也容易打滑伤腿，所以一般情况下摆角在 30 35 内比较合适。 3 3 行程速比系数 K 和极位夹角 极位夹角是当摇杆处在上下极限位置时，即曲柄为上下死点位置时，连杆相对应的夹角 。 K=180 + /180 K 行程速度变化系数 极位夹角 脱粒机工作时，当踏板由上死点向下运动时，人脚用力踏下是一个做功过程，当踏板由下死点向上运动时，人脚不能做功，依靠滚筒转动惯量一面完成脱粒做功，一面带动踏板向上运动。当 k 1 时机构有急回作用，即踏板由下死点向上运动到上死点时，大齿轮的工作转角小，有利于做功和滚筒的运动平稳，有利于力量的发挥，也可提高工作效率；但 k 过大即极位夹角过大会产生冲脚现象，所谓冲脚是指踏板向上运动速度太快，人脚尚未提起，踏板就打在脚板下方，使人产生疲劳， 因此在选择极位夹角时，应保证不产生明显冲脚前提下尽量取大值。 有关资料表明 K1,即 不会产生明显的冲 象 ,因此 ,在选择极位夹角时 ,应保证在不产生明显冲脚的的现象的 提条件下 ,尽量取较大值。 3 4 机架高度 H 当脱粒机工作时， 当机架过高不 易 投入料 (玉米 ),机架过低要弯腰也易疲劳。因此。机架高度应以人的高度来衡量，一般情况下， H = 450 550围为宜。 3 5 踏板位置的确定 踏板运动到上止点时，踏板最远端至集果箱后档板的距离 大，工作时操作人员弯腰幅度较易疲劳，太短则膝盖 可能碰到集果箱后档板，为了保证操作人员操作方便、舒适，一般合适的距离 170右。 脚踏式玉米脱粒机 10 3 6 小齿轮中心位置的确定 小齿轮中心至集果箱后档板的距离过大，工作时操作人员手外伸太远易疲劳过小则影响整机结构，该距离大小取决于滚筒直径、 板 齿的高低及板 齿与档板的间隙。 适宜值一般 270 毫米左右。 3 7 摇杆、连杆和曲柄之间的相对位置确定 由于受冲击的影响，人力脱粒机脱粒时其做功是不均匀的，在作功中段附近，踏板近水平位置时，操作人员较易使用力气，作用力也大。脚踏板在行程极限位置附近，一方面不容易使用力 气 ,另一方面连杆拉力对曲柄中心距 (即力臂 )小 ,在相同大小力的作用 F 所产生的驱动力矩小。只有在作功行程中部时，用力方便、力臂大，所产生驱动力矩最大。因此，当脚踏板近似于水平位置时，摇杆和曲柄平行并与连杆垂直，产生最大的驱动力臂。经对不同的工况进行分析，发现该工况下具有以下优点：连杆受力小，各铰接点支反力小，传动角大，损失小。 基于上述分析，可以确定摇杆、连杆和曲柄之间的最佳相对位置， 即当脚踏板位 于水平位置时，摇杆和曲柄平行并与连杆相垂直。 四 玉米脱粒机 滚筒及脱粒 部件的设计分析 4 1 玉米 脱粒机的运动特点 玉米 脱粒机是以人为动力，而人每分钟对踏板动的次数为一定值，不能过高和过低，一般人每分钟踏动次数最高可达 120 次，最少 80 多次，常久使用时可达 90 100 次。 滚筒在每一转中其各点的速度也是一个 变值，当脚踏由上止点向下作功行程开始点其速度最小，随着脚踏板的向 下运动作功的增大，转速增高。当脚踏板达到最低位置时，转速大致最高值。当脚踏板从下止点向上运动是空行程，转速逐渐降低，当大致上止点时，转速达到最低值。按每分钟脚踏板的运动次数所换算的大齿轮转速可看作平均值，最高转速与最低转速差别不应过大，否则运转不 稳定甚至不能正常工作。 脚踏式玉米脱粒机 11 4 2 玉米 脱粒机的静力平衡 设脱粒时脱粒阻力为 用 于滚筒切线方向 (图 脚踏力为 P 取脚踏板支杆为分离体 ,从支杆受力平衡得出 : P 1 1式中 : 连杆受力 i 力臂比 取大齿轮为分离体，根据受力平衡得出： 11 式中： 大齿轮圆周力 a 曲柄半径 大齿轮节圆半径 取滚筒（包括小齿轮）为分离体，根据受力平衡得出： t a 设 1 ，代入上式，则 t （ 1） 式中： R 滚筒半径； r 小齿轮 节圆半径 ; i 大小齿轮齿数比。 从运动关系知，滚筒线速度在设计时认为是一常量，大齿轮角速度 1 取决于踏板 每分钟运动次数（正常工作中踏板运动次数 n 为常量，常取 90 100 次），则： 301 n ，而 11 111 式中： 1 大齿轮角速度 滚筒角速度（小齿轮角速度） 而滚筒线速度： ，所以 最后得出：i 3011 （ 2） 脚踏式玉米脱粒机 12 （ 2） 表明踏力大小及影 响因素，从式中看出，踏力的大小与所选择的脱粒速度 C 和脱粒 阻力 正比，与曲柄半径 a 和力臂 i 成反比，与滚筒半径大小无关。上述结论只有选定 C 后，改变大小齿轮的传动比 i 使踏板每分钟有一定转速 n 的情况下才是正确的，如不考虑脱粒线速度 C，正如式 （ 1） 所示踏力的大小与传动比和滚筒半径正比。当按选定所必需的脱粒速度后，为了减小脚踩力 P，只有适当地增大力臂比 i 和曲柄半径 a。 4 3 滚筒动力学分析 为了便于分析，取大齿轮为分离体。把滚筒和小齿轮的转动惯量 换算到大齿轮上，小齿轮对大齿轮的作用，用换算阻力 M= 替，滚筒空转阻力矩用 示。连杆对大齿轮的作用，用 示，连杆在运动中对大齿轮作用近似地看作与地面垂直。 设作功过程开始点 上止点。转速为，作功结束点 下止点，转速为 0，在作功行程内 作的功为： 2s i n 在作功行程内，根据能量守恒定律： A=（ M+M） +1/21/22 2M+ +1/2J( 22) 在空行程内 ,根据能量守恒定律得出 1/2 22)=(M+ 将上式代入作功 A 的公式得出 M+（ 3） 粒滚筒 转速 脱粒线速度是保证脱粒质量的主要参数。滚筒上安装有板齿，滚筒滚筒是带动板齿转动，板齿推动玉米果穗作螺旋运动。 由动力分析知，脚踏板踏力的大小与滚筒线速度成正比，为了减少踏力不宜选取高的线速度，但从另一方面为了保证运动的稳定性，必须有足够的动能，滚筒线速度不能低。 滚筒转速由滚筒外缘（板齿顶部）线速度决定，滚筒外缘线速度是以保证不伤害玉米籽粒为前提条件，由试验数据获得的。用籽粒含水率为 13%（因籽粒含水率较低，相对比较容易破碎）左右的玉米穗做试验 ,查阅资 料得出 滚筒外缘（板齿顶部）线速度应小于或脚踏式玉米脱粒机 13 等于 4m/s。但滚筒外缘线速度不能过低，否则会影响生产率。根据试验数据，确认线速度值在 3.9 m/s 之间最佳。 滚筒直径 及滚筒主轴 轴径 和齿轮传动比的选择 1 滚筒直径 滚筒设计的主要要求是工作时省力，要有足够的转动动能来保证运转的稳定性。现从两方面分析如下： 从动力学分析知，滚筒的转动动能为 : A=1/2 而滚筒的转动惯量 J 近似地认为 : J=中 :m滚筒 (包括齿板和弓齿压盘等 )质量 ； R滚筒半径 ； 将 J 值代入 转动动能 A 式则得出 : A=1/2=1/2,想提高滚筒的动能 ,只有增加滚筒质量 ,而与直径大小无关。 再从动力学分析知 ,踏力的大小为 : P=a 由此式看出 ,当脱粒阻力 一定值时 ,踏力 P 与所选择的滚筒线速度有关 ,与选取的半径无关。综合以上分析看出，半径的选取与动力参数无关，通过数据及试验结果取滚筒直径 D=280+b/2=292 。 2 滚筒轴轴径 由于小齿轮与滚筒间的动力传输不是靠键付给主轴的 ,所以它不受扭矩 ,只是承受来自脱粒时的径 向力 ,所以也不需特别的要求 , 可根据实际功率负荷计算扭矩，确定轴径。根据已有的脱粒机的主轴数据取 20 . 3 齿轮传动比的选择 从运动分析知： C=R 故 R= C/ 1 为大齿轮角速度，它与踏板每分钟踏动次数有关，一般情况下踏板踏动次数为 90 100 次，相应 1 为 ,当滚筒线速度 C 选定后 ,半径的大小仅取决大小齿轮速比 i 表示了不同线速度 ,不同传动比情况下的半径值 齿齿顶线速度 ,而一般指滚筒半径 是 指齿板半径 ,因而计算出的半径值应减去 板 齿高 h。 4 6 滚筒 板齿的相关设计 板齿有规律地安装在滚筒轴上，其作用是拨动玉米穗沿辅助轴作复杂运动脚踏式玉米脱粒机 14 （玉米穗本身既滚动又滑动，同时沿脱粒辅助轴作不规则螺旋运动），也推动玉米穗向排芯口方向移动。 板齿宽度 :板齿应与齿板一样宽或稍小点，根据机器大小一般范围为 4060量取宽点，目的是工作时与玉米穗接触面较大，避免接触点太小，产生对玉米穗的局部压力集中，损伤玉米籽粒。 板齿高度 :板齿通过螺栓安装在齿板上 ,板齿要超出滚筒侧板的最外缘，由其几何关系可得：222 D 为滚筒侧 板的最外缘，其值为 350 ， D 为滚筒直径，其值为 280 ， b 为齿板的宽度，为 24 ， 所以 h23 ,考虑到脱粒的效果， 经计算及几何关系得：板齿高度 h=30 （如图 。 板齿齿的旋向及与水平的夹角 ：由工作简图 (图 玉米得在螺旋齿给它的轴方力从右到左滑动，所以板齿的旋向为右旋 (如图 夹角影响到板齿对玉米轴向推力的大小，太大会使的玉米还没完全脱粒就快速的向排芯区排掉了，太小了玉米滑动的速度过慢，以至于已脱净了的玉米芯还在脱粒区滑动，从而就降低了工作效率及多余的功率消耗。根 据有关资料查得取 60较合适，既保证了脱净率又保证了工作效率 。 图 8 板齿简图 图 9 滚筒展开图 米 脱粒辅助轴的设计 脱粒辅助轴是用 于 抵住玉米棒 ,并利于玉米棒在板齿与辅助轴间滚动及滑动，协助板齿脱粒。其直径大小得比玉米棒大，要不能玉米棒会从其反方向掉到果箱中。玉米棒一般直径 40 50 ，所以脱粒辅助轴的大小取 60 。 而它又不受多大扭矩，只受点横向及纵向的推
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