多功能青饲料切割机项目设计方案

1 多功能青饲料切割机项目设计方案 第 1 章 绪论 然辩证法在机械发展领域的应用 自然辩证法是马克思哲学的重要组成部分，其研究对象是自然界发展和科学技术发展的一般规律、人类认识自然和改造自然的一般方法以及科学技术在社会发展中的作用。 自然辩证法的发展是与人类对自然界的生产实践活动和人类科技的进步密切相关的。从技术层面来讲，机械工业特别是近代机械工业的发展对推动自然辩证法的发展有着至关重要的作用，它和科学领域内的进步一起促进了现代自然辩证法的发展。而同时，自然辩证法的发展进步又反作用于机械工业，两者之间是互相联系，互相作用，共同进步的。 现代机械工业的发展为自然辩证法的发展提供了丰富多样的感性资料。它的研究方法与设计理念极大的丰富了辩证法的理论体系。马克思主义自然辩证法的系统自然观的提出就是典型实例。现代机械系统发展了系统自然观的理念。系统自然观的经典思想是普遍联系与相互作用，而机械工业的发展实实在在的影响了自然界和人类社会，它所创造的丰富的物质财富影响了人类社会的方方面面。自然辩证法的系统论思想展现在机械领域的个个环节。机械工业的产品分为零件产品和整体功能产品，零件是构成整体的基础，是系统的部分，单个零件不 具有任何的功能；大型的机械产品是由成百上千的小型零件装配而成的，是一个整体，是独立的系统，只有这个整体系统才具有人们所期望的功能。正由于机械工业中的机械具有典型的系统整体性特点，故机械整体的各个零件都是经过精密设计的，各零件之间的配合也是十分精确的，不可以随便拆装，否则就会打乱机械零件之间的相互联系，从宏观方面来讲，会破坏整个机械的整体特性，机械的整体性能也会大打折扣。 从设计思路上讲，机械的发展经过了从研究部分到整体的设计模式向从整体到部分的设计模式。从自然辩证法上看，机械发展的历史是系统思维方式在设计领 域普遍应用的表现。这种思维方式是一种既谨严精细而又整体论的理论，它的最大的特征是把研究的对象定义为一个整体系统，这时整体所表现出来的特性是完全不同于部分的特点，而研究所获得视角与结论也是完全不同的。系统思维突破的传统的科学思维方式，为机械工作者提供了一种崭新的科学思维。今天，我们研究机械，首先从所研究的机械整体出发，研究机械的功能和行为，然后再考虑部分，从机械整体、零件与环境的相互联系、相互制约、相互依存的关系中考 2 察机械的整体性能和运动规律。在机械中，机械整体的功能绝对不是各个零件功能的简单叠加，而一种可以 满足人类生产需要的新功能。简单的例子就是，再机械行业中，人们为了节约成本而会使用大量的标准件，如螺母、螺钉、垫圈、轴承等，这些标准件被批量生产，通用与各种机械设备中，从而组成了各种各样功能的新式机械。 从系统论上说，机械工业的发展并不是孤立无联系的，它从属于人类社会这个更大的系统，是与人类社会的发展密切相关的。 从机械设计的形式和结构来讲，现代的机械是动态的开放系统，与外界有着千丝万缕的联系，不断与外界进行着物质、能量和信息的交换，这一特性是我们机械工作者在设计机械时必须着重考虑的因素，因为这一特性直接决定 着所设计机械的好坏，以及所要求功能的达成。 从机械与人类社会发展的关系方面讲，现代机械的发展趋势有两种：简单机械与复杂机械，与科学的发展有些类似（走向统一与简明和走向变化与复杂）。 从机械工业与生态环境的关系方面讲，现代机械的设计与生产越来越考虑与生态的关系。 业机械在现代化建设中的应用 机械科学是一门有着悠久历史的学科，是国家建设和社会发展的支柱学科之一。 机械制造业是制造业的重要组成部分，是国家工业体系的重要基础和国民经济各部门的装备部。机械制造技术水平的提高与进步对整个国民经济的发展，以及科技 、国防实力的提高有着直接的重要的影响，是衡量一个国家科技水平和综合国力的重要标志之一。 在相当长的时期里，中国经济还得靠制造业牵引。制造业增加值在国内生产总值中所占的比重一直维持在 40%以上；中国财政收入的一半来自于制造业；制造业吸引了一半的城市就业人口，农村剩余劳动力转移也有将近一半流入了制造业； 20 世纪 90 年代以来， 我国制造业出口额一直维持在总出口额的 80%以上，创造了接近 3/4 的外汇收入。 1988 年 9 月，邓小平同志根据当代科学技术发展的趋势和现状，提出了“科学技术是第一生产力”的论断。邓小平同志的 这一论断，体现了马克思主义的生产力理论和科学观。“科学技术是第一生产力”，既是现代科学技术发展的重要特点，也是科学技术发展必然结果。社会生产力是人们改造自然的能力。作为人类认识自然、改造自然能力的自然科学，必然包括在社会生产力之中。科学技术一旦渗透和作用于生产过程中，便成为现实的、直接的生产力。现代科学技术发 3 展的特点和现状告诉我们，科学技术特别是高技术，正以越来越快的速度向生产力诸要素全面渗透，同它们融合。 场前景分析 经过市场调研发现，很少有适合小型养殖场、专业户和个体农户要求的小型青饲料切割机， 并且这些青饲料切割机还具有以下缺点： （ 1）大多数青饲料切割机只能单独切割块状饲料或茎杆类物料。 （ 2）切割刀刃为直刃、切割刚度低、对多纤维茎杆的切割性能差。 （ 3）用手喂入茎杆类物料安全性差。 （ 4）块料切碎时切碎均匀度差。 故我们设计一种能满足小型养殖场、专业户和个体农户要求。切割性能好，操作安全的小型多功能青饲料切割机。 功能青饲料切割机简介 该新型机属于一种多功能的饲料加工机具，特别适于对块茎，块根类物料的切碎和破碎加工，也可作为薯类淀粉加工机具使用。 目前 的饲料加工机具，一般采用一片或多片刀片，在旋转过程中将饲料切碎；对于块茎类饲料的加工，则用磨齿片将饲料磨碎。前者满足了藤蔓，杆叶状饲料的加工；后者可对块茎块根类饲料的加工。作为一般青饲料的加工，已是可行的了，但加工后的物料中，浆状体比较多，粒度细小，对块茎类物料的加工，这种情况尤为突出，不利现在推行的青储饲料技术的应用。青储饲料工艺对原料的要求，往往要使切碎或破碎后的饲料保持较好的粒状，特别对含淀粉高的薯类青饲料，要求在加工中尽量减少浆状体，更有利于发挥青储饲料的效益。 本设计的目的是提供一种可将块茎，块根 类青饲料，一次加工成块粒状的青饲料切碎机；同时具有藤蔓，杆叶类青饲料的切碎机构；还可较方便地更换上磨碎齿板，作为薯类淀粉加工的多功能机具。 本设计的优点是破碎辊筒上的齿、刀部件配合作用，减少了对物料的挤压、碰撞的机会，降低了块茎类饲料加工的浆状体；同时在加工藤蔓、杆叶类饲料时采用辊压轮进给，大大提高了送料时的人身安全；加之同破碎机构安装在同一传动轴上的切碎机构，既可完成块茎、块根类青饲料的加工，又可同时加工藤蔓、杆叶类饲料。不但简化了设备，又避免了采用不同的传动轴，共用同一动力，操作使用时的麻烦。破碎辊筒上 的刀齿板、切刀、刮刀可拆下，换上磨碎齿板，又具有薯类淀粉的加工能力。因而它有结构简单，适应性强的特点，能充分满足农 4 村，特别是山区农村推广。效果图如图 1示。 图 1多功能青饲料切割机效果图 1电动机 2. 皮带轮防护罩 3. 防护罩 4. 进料斗 7. 出料槽 5 第 2 章 总体设计 案的筛选 通过分析比较常见的卧式切割机、立式切割机、卧式辊筒破碎机、卧式多功能切割机四种方案，吸收各自优点，得到一个即能切割藤蔓类青饲料，又能切割块茎类青饲料的多功 能青饲料切割机。并在设计中，增加了藤蔓类物料的自动进给机构，以提高工作安全性。 现原理介绍 为使破碎和切碎能同时进行，把破碎辊筒，切碎刀盘装在同一传动轴上。传动轴安装在机架上，动力由机架下部的电动机及其主动轮，通过皮带传给安装在传动轴一端的从动轮，驱动传动轴运转使安装在中部的破碎辊筒及其切刀盘工作。机架上靠切碎刀盘一侧，制作了切碎机构喂料台、自动进给辊压轮及刀盘罩；位于传动轴中部的破碎辊筒上，装有机壳和进料斗，二者用小螺杆连为一体；主动轮与从动轮间套有皮带防护罩；机架下部制作了切碎，破碎物料的出料斗 。 动机的选择和整体传动比的分析计算 动机的选择 综合考虑多功能青饲料切割机的传动装置，选取同步转速为 1500r/电动机。 Y 系列三相异步电动机的技术数据及外形尺寸，由参考文献 6 见表 188 表 2动机型号及主要尺寸 型号 额定功率（ 满载转速（ r/ 同步转速（ r/ 电动机中心高度 (外伸轴直径和长度（ 390 1500 80 19 40 体传动比的分析计算 在主轴与 轴、之间有一对锥齿轮的减速和一对直齿轮的减速，考虑到各对齿轮传动比的适宜范围，查参考文献 6 表 2取锥齿轮的传动比 i=2,圆柱齿轮的传动比 i=3(考虑到设计和计算时方便 )。 6 第 3 章 传动机构的设计 带传动的设计 动机 V 带轮的设计 已知电动机的额定功率为 速 n=1500r/选取传动比为 i=用普通 V 带传动 （ 1）确定计算功率1表 8得工作情况系数 0 （ 2）选取带型 根据 n 由参考文献 1图 8定选用 Z 型 （ 3）确定带轮基准直径 由参考文献 1表 8表 8主动轮基准直径 1从动轮基准直径 i 71=据参考文献 1表 8 80参考文献 1式 (8算带的速度 V=100060 11 100060150071 m/s= 主轮上的包角合适 （ 6）计算 V 带的根数 Z 由参考文献 1 式 (8 z)( 00 由 1n =1500r/11i=由参考文献 1表 8参考文献 1表8 参考文献 1表 8 K=参考文献 1表 8 0 z= z=2 （ 7）确定带的初拉力 1 式 (8 2)00 查参考文献 1表 8得 q=m,故 = 8）计算作用在轴上的压轴力 1式 (8 得 2 10 z= . 6 922 = 主轴 V 带轮的设计 由以上的计算可知：电动机的 V 带轮选实心式；主轴 V 带轮选腹板式。 8 图 3V 带轮的轮槽尺寸 由参考文献 7 查表 3 3得 V 带轮的结构参数如下表 3 表 3轮的结构参数 齿轮的设计 设计用于青饲料切割机闭式直齿圆锥齿轮传动，轴夹角 090 ，传递功率 ，转速 齿数 u=班制 5 小时工作 ，寿命 10 年（每年按 300 天计算），小齿轮作悬臂布置。 （ 1） 由参考文献 1,小齿轮用 45 号钢调质 ,齿面硬度 250齿轮用 45号钢调质 ,齿面硬度 220 9 （ 2）根据工作情况 ,选用 8 级精度。 （ 3）试选小齿轮齿数 181z 3618*212 422 z 2183612 由齿面接触疲劳设计公式 23 211 )() （ 1）试选载荷系数 6.12）计算小齿轮传递的转矩 （ 3）由表选取齿宽系数 （ 4）查表得材料的弹性影响系数 （ 5）确定区域载荷系数的标准直齿齿轮传动 Z （ 6）根据循环次数公式0计算应力循环次数 81 10*300*10(*1*060 hn 0*0*0 h（ 7）查参考文献 1 图 10线得接触疲劳寿命系数 （ 8）查参考文献 1 图 10d）得接触疲劳极限应力 001 ，702 （ 9）计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 S M P 00*i 0 0*i （ 10）由接触强度计算小齿轮的分度圆直径 23211 )() 232 )*) (11)计算齿轮的圆周速度 10 m /000*60 0 11 (12)计算载荷系数 1 由参考文献 1 查图 10得 10.1 齿轮做悬臂布置，查参考文献 1 表 10轴承系数 25.1由公式得 （ 13）接触强度载荷系数 14）按实际载荷系数校核分度圆直径 11 取标准值 m=3 15）计算齿轮的相关参数 411 0822 021 rc c o s 48256390 12 （ 16）圆整并确定齿宽 圆整取 02 ， 41 11 度 （ 1）确定弯曲强度载荷系数 2） 计算当量齿数 可得 11 zz v， o s 222 zz v（ 3） 查参考文献 1 查表 10 4）计 算弯曲疲劳许用应力 由参考文献 1 图 10弯曲疲劳寿命系数 S 由参考文献 1 图 10 401 ， 252 按脉动循环变应力确定许用弯曲应力 89111 M P 8222 （ 5）校核弯曲强度 根据弯曲强度条件公式 22 111 ) ，进行校核 122 1111 2) P 222 1112 P 满足弯曲强度，所以所选参数合适。 柱齿轮的设计 选取传动比 i=3,工作寿命 10 年 ,每天工作 5 小时 ,每年工作 300 天 ,小齿轮转速1n =选 取 锥 齿 轮 传 动 效 率 =则 功 率1P =12 其计算过程与锥齿轮的原理相同 由参考文献 5 查表 10以上计算数据 整理如下表 3 3柱齿轮传动参数 参数 代号 参数值 小齿轮 大齿轮 模数 m 力角 20 20 传动比 i 3 3 齿数 z 36 108 分度圆直径 d 54 162 齿顶高 根高 顶圆直径 65 齿根圆直径 距 p 厚 s 槽宽 e 隙 c 准中心距 a 108 13 第 4 章 轴与校核 的设计 轴的结构设计须在经过初步强度计算，已知轴的最小直径以及轴上零件尺寸（主要是毂孔直径及宽度）后才进行。 轴的设计 通过计算相关数据，其主要参数如表 4 表 4承座主要参数 1d d g A 35 40 80 33 68 通过计算相关数据，轴的具体尺寸如图 4示 图 4传动轴 动轴的设计 通过计算相关数据，可以得出轴的具体尺寸如图 4示 14 图 4传动轴 动轴的设计 由于进给轴的转速与负载都比较小 ,所以不做具体计算 ,由整体设计决定其尺寸 ,具体尺寸如图 4 4示。 图 4传动轴 图 4传动轴 15 核 轴的校核 扭矩图如图 4示 图 4矩图 弯矩总图如图 4示 图 4矩总图 通过弯扭图可以明显看出在辊筒处的弯扭强度最大 M= T=13657N 为由扭矩产生的弯曲应力 是对称循环变应力，而由扭矩所产生的扭转切应力 则常不是对称循环变应力。为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数 ，则计算应力为 16 ( 22 4 参考文献 1式 15 式中的弯曲应力为对称循环应力。当扭转应力为静应力时，取 ；当扭转切应力为脉动循环应力时，取 ；此处取 由参考文献 1式（ 15 )2()(224 1 献 1表 15得 45 调质 1=60由以上计算可知轴的设计是安全的。 心球轴承的寿命计算 图 4调心球轴承受力分析 通过计算其寿命远远大于切割机的使用寿命 ,所以选用的轴承是合理安全的。 17 第 5 章 进给机构与机架的设计 给机构的设计 本设计中采用辊压轮对藤蔓类物料进行进给，辊压轮的 外缘直径为 40 ，转速由前面的总体设计计算可知 V s 在本设计中，采用双槽重叠设计，外面钢槽由 3的钢板焊成，在槽的两侧用厚钢板加厚，然后镗孔，轴、穿过孔而被支撑，轴、与辊压轮用平键连接。在钢槽内再插一个薄壁进料槽，槽的底面与水平面成 10倾斜。 架的设计 架的设计准则 1、工况要求：即任何机架的设计首先必须保证机器的特定工作要求。例如，保证机架上 安装的零部件能顺利运转，机架的外形或内部结构不致有阻碍运动件通过的突起；设置执行某一工况所必需的平台；保证上下料的要求、人工操作的方便及安全等。 2、刚度要求：在必须保证特定的外形条件下，对机架的主要要求是刚度。如果基础部件的刚性不足，则在工作的重力、夹紧力、摩擦力、惯性力和工作载荷等的作用下，就会产生变形，振动或爬行，而影响产品定位精度、加工精度及其它性能。 3、强度要求：对于一般设备的机架，刚度达到要求，同时也能满足强度的要求。 4、稳定性要求：对于细长的或薄壁的受压结构及受弯 些板壳结构也存在失稳问题或局部失稳问题。失稳对结构会产生很大的破坏，设计时必须校核。 5、美观：目前对机器的要求不仅要能完成特定的工作，还要使外形美观。 6、 其它：如散热的要求，防腐蚀及特定环境的要求。 架设计的一般要求 在满足机架设计准则的前提下，必须根据机架的不同用途和所处环境，考虑下列各项要求，并有所偏重。 1、机架的重量轻，材料选择合适，成本低。 18 2、结构合理，便于制造。 3、结构应使机架上的零部件安装、调整、修理和更换都方便。 4、结构设计合理 ，工艺性好，还应使机架本身的内应力小，由温度变化引起的变形应力小。 5、抗振性能好。 6、耐腐蚀，使机架结构在服务期限内尽量少修理。 7、有导轨的机架要求机架导轨面受力合理，耐磨性良好。 架的设计步骤 1、初步确定机架的形状和尺寸。根据设计准则和一般要求，初步确定机架结构的形状和尺寸，以保证其内外部零件能正常运转。 2、根据机架的制造数量、结构形状及尺寸大小，初定制造工艺。例如非标准设备单件的机架、机座、可采用焊接代替铸造。 3、分析载荷情况。载荷包括机架上的设备重量、机 架本身重量、设备运转的动载荷等。 4、确定结构的形式。例如采用桁架结构还是板结构等，再参考有关资料，确定结构的主要参数 (即高、宽、板厚与材料等 )。 5、画出结构简图。 6、参照类似设备的有关规范、规程，确定本机架结构所允许的挠度和应力。 7、进行计算，确定尺寸。 8、有必要时，进行详细计算并校核或做模型试验，对设计进行修改，确定最终尺寸。 在多功能青饲料切割机的机架设计中，主体采用 40 40 3 的等边对角钢，均通过用手工电弧焊将其连接。在机架上表面放置一块 10的铁板以便固定各零件，在机架的 4 个角上各加焊一块 40 40 10 的厚铁板，以便获得足够的强度来安装运动轮。根据各零件的设计尺寸，总观全局对机架进行设计，最后机架整体尺寸为 628 540 437 19 结束语 科学是人们关于自然、社会和思维的知识体系，技术则是自然科学知识在生产过程中的应用。科学技术虽不是生产力的独立要素，但当它渗透到生产力的三个基本要素之中，就会引起生产工具、劳动对象、劳动者发生重大变化，并转化为直接生产力，从而推动社会生产迅速发展。 在现代社会中，科学技术不仅是一般的生产力，而且是第一生产力。因为：（一）科学 技术已经成为生产力发展中最重要的因素。在古代，生产的发展和经济的增长，主要依靠人们体力劳动；在近代，劳动生产率的提高和经济的增长，主要因素仍然是资金、劳动力和资源的投入；而当代，科学技术因素在发达国家经济增长的比重中超过一半，有些地区和部门甚至高达 60 90。从而，科学技术因素成为与古代和近代生产力相区别的基本特征之一。（二）科学技术已全面渗透到生产力诸要素之中。无论是劳动者技能的提高，劳动工具的变革和创新、劳动对象的开拓，还是生产力诸要素的合理配置，生产活动最优化的组织管理，都是通过科学技术的作用来实 现的。科学技术与生产已经一体化了，已经成为推动生产力发展的重大杠杆。（三）科学技术对现代社会生产的发展具有主导作用和超前作用。科学技术在经济、社会发展中的地位和作用越来越重要，从一定意义上说，它已经成为制约经济、社会发展的“决定性因素”。 农业机械化是建设现代农业的重要物质基础