机械毕业设计（论文）-小型户用清粮机设计【全套图纸sw三维】

小型户用清粮机设计说明书小型户用清粮机设计说明书 学生姓名 学 号 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业机械化及其自动化 班 级 13-1 指导老师 日 期 2013 .05 塔里木大学机械电气化工程学院制 13 届毕业设计 前前 言言 在农业脱粒生产中，当脱出物中的长茎稿分离出去后，谷粒中尚有短稿颖壳等夹杂 物（合起来称为谷粒混合物） ，而将这些夹杂物清除出去，同时要使谷粒的清洁率不低于 95-98%，损失率也不能太高，就是设计清粮机的目的。目前市场上的清粮机械种类不是 很多，适合农民，特别是适合经济条件不算是太好的农民的清粮机械就更不多了，所以， 本设计本着省材、经济、高效的目的，主要体现了为农户考虑的特点。由于要求结构简 单，设计主要应用了轮系对各个动力需求处进行传动。在设计中，皮带轮的传动采用了 二级传动，这样使得该机械更加紧凑，提高了效率；筛子的驱动采用了偏心轮轴机构， 使机器在工作时的震动得到很大程度上的抵消：风机采用的是大众型农用清粮风机；清 粮方式是风选与筛选（两层筛：上筛为鱼鳞筛，下筛为长孔筛 ）结合的方式。本设计因 实验条件的欠缺，所以主要是根据前人的设计和现有的文献资料，进行的理论设计，主 要设计了整体机构和部分主要的零件。 关键词关键词：清粮机；筛；风机；传动 全套图纸，完整版设计，加全套图纸，完整版设计，加 153893706153893706 塔里木大学毕业设计 2 目目 录录 1 1 绪论绪论 3 1.1 该研究工作在国民经济中的实用价值与理论意义3 1.2 本研究主题范围内国内已有资料综述3 1.3 本论文所要解决的问题3 2 2 工作原理与总体布置工作原理与总体布置 3 2.1 工作原理3 2.2 筛子布置3 2.3 总体布置示意图3 3.3. 各部分设计与计算各部分设计与计算 .4 3.1 初步选择电动机4 3.2 三角胶带的设计计算4 3.3 各带轮的结构设计5 3.4 带轮布置7 3.5 偏心机构8 3.6 中间轴的设计与计算9 3.7 轴的配合设计10 3.8 清粮筛11 3.9 风机设计11 4.4. 本设计相关问题参数讨论本设计相关问题参数讨论 .11 4.1 清粮风机相关参数的讨论11 4.2 流量 Q.11 4.3 风机全压12 4.4 风机的功耗和效率12 4.5 谷粒在筛面上的运动和筛子参数的选择12 总总 结结 .16 致致 谢谢 .17 塔里木大学毕业设计 3 参考文献参考文献 .18 1 1 绪论绪论 1.11.1 该研究工作在国民经济中的实用价值与理论意义该研究工作在国民经济中的实用价值与理论意义 本研究工作的内容就是设计小型的户用清粮机。当今中国的广大农村，经济还不是 很发达，收入水平相对于发达国家还是比较低下的，他们很难支付联合收获机昂贵的费 用，因此小型的户用清粮机的价格符合他们的购买力，设计也就具有一定的现实意义。 另外，农村不比农场，农场都是大地块，农村大多是小地块，农民不具备使用联合收获 机的条件，他们大多采用先收割，再场上脱粒、清粮，所以小型的农用清粮机很符合他 们的实际情况，具有广阔的市场前景，设计之同时也具有一定的经济意义。 1.21.2 本研究主题范围内国内已有资料综述本研究主题范围内国内已有资料综述 在农用机械行业中，清粮机已经不是什么新的话题，很早就有人去设计生产，随着 我国农业的发展，清粮机也得到了长足的发展，改革开放以来，出现了很多类型的清粮 机，但是大多是大中型的，主要是为大中型农场服务的，也就是说很少有农户直接使用 的，因此很长时间以来，很多地方的小农户都是人工清粮，效率极其低下！ 1.31.3 本论文所要解决的问题本论文所要解决的问题 本论文所要解决的问题就是，设计一种小型的户用清粮机，并在实验样机实验后， 修改设计中的不足之处。在论文中将阐述：这种清粮机的生产率大约 2 吨每小时；需要 解决的问题有动力的输出与传递问题；清粮筛子和风机的参数讨论问题等。 2 2 工作原理与总体布置工作原理与总体布置 2.12.1 工作原理工作原理 本清粮机所处理的谷物是大豆和玉米，因为谷物混合物中含有较多的轻杂物，而且 体积大，所以采用的形式是气流筛选式，先由风机将作物进行风选，经过风选后的作物 落在筛面上进行进一步筛选，经过两层筛子的筛选后，作物方能达到清理的目的 2.22.2 筛子布置筛子布置 上下两筛式：上筛清除颖壳等夹杂物；下筛清除草籽、瘪粒等比谷物小的杂物 塔里木大学毕业设计 4 2.32.3 总体布置示意图总体布置示意图 图 2-1 总体布置示意图 3.3. 各部分设计与计算各部分设计与计算 3.13.1 初步选择电动机初步选择电动机 根据中国广大农民的实情，初步拟定该清粮机的生产率为 2t/h。经过粗略的计算和 以前的经验，选择额定功率为 4.0kw，效率为 83%，型号为 Y132M1-6 的电动机；其转速 为 n1=950r/min。电机轴基准直径为 D=22mm（依照此确定电机皮带轮的孔径） 。 3.23.2 三角胶带的设计计算三角胶带的设计计算 （1）确定计算功率 ca P 计算功率是根据传递的功率，并考虑到载荷性质和每天运转时间长短等因素的影P 响而确定的，即： （3-1） caA PK P kw 式中：传递的额定功率 P 工作状况系数，取 1.3 A K 则： ca P1.3 4.05.2 kw （2）选择带型 根据计算功率和小带轮的转速，选定带型为 B 型普通 V 带。验算带速 ca P 1 n ，满足条件。 95m/s8 60000 950180143 60000 nD v 11 . . s25m/ 其中：为电动机带轮的基准直径（初步选定的）180mmD1 为电动机的转速 1 n950r/min 设传动比为 ，则由 （3-2）i 21 DiD 得： 1 400 i2.24 180 塔里木大学毕业设计 5 中间大轮转速为： 2 1 950 424 / min i nr 验算 ，根据机械手册上的数据选定 D2=400mm 即：中 221 424 Di D180378mm 200 间大带轮的基准直径。 （3）确定中心距 初定中心距： 012 A(0.72)(DD )4061160mm 取 450mm，胶带长度： 此处已删除此处已删除 1.电机带轮 2 偏心轴小带轮 3 偏心轴大带轮 4 风机带轮 图 3-4 带轮传动布置方式示意图 3.53.5 偏心机构偏心机构 根据筛孔分离率与振幅频率关系曲线，选择筛子的震动频率为 400-450r/min，振幅 为 9mm。 塔里木大学毕业设计 6 图 3-5 偏心机构 图 3-6 偏心机构 设定底架 OO2=245mm，偏心距 OF=6.5，摇杆 O2B=86.6mm,连架杆 FB=240 ,则 222 2 86.6245246.5 cos 2 86.6 245 cos0.1532 67 H H H 222 2 86.6245240 cos 2 86.6 245 cos0.47 61.48 N N N 震动角度为,由此计算振幅5.12HN 5.12 2sin240 2 8.56 Q mm 塔里木大学毕业设计 7 误差在允许范围，因此，假定尺寸符合设计要求。 3.63.6 中间轴的设计与计算中间轴的设计与计算 （1）选择轴的材料为 45 钢，调质处理。查表得： bs-11 590MPa 295MPa255MPa140MPa， （2）初步确定轴端直径 取系数 A 为 103，轴的输入端直径为，取67mm21 424 04 103 n P Ad 33 . . 22mm （3）轴的结构设计 取轴肩处的直径为 25，轴颈处配合为，轴的结构草图见图 3-7。m80R f9 H9 a ., 计算支承反力、弯矩及扭矩。 （图 3-7） 1）支承反力 oo Ax zF (ab)zF c281 R3 158.15302N b441 1121N3021515833R3zFR Ax0Bx . 2）弯矩 0 Ax zF a3 158.15 108 M24.2N m 10001000 0 Bx zF c3 158.15 95 M100N m 10001000 3）扭矩（取扭矩折合系数为 0.6） 中间大带轮传递的转矩： （3-m2N40 950 04 9550 n P 9550T 1 . . 7） 4）计算弯矩 ca M 按第三强度理论，根据已求出的弯矩图和扭矩图，求出计算弯矩 ca M （3-m102.87N24060100TMM 2222 ca )()( 8） 5）校核轴的强度 塔里木大学毕业设计 8 对危险截面 A 处进行校核，先求出轴的抗弯截面模量。 3 0.1dW （3- 1 3 ca ca 6MPa96 2210 100087102 W M . . . 9） （3- T 3 T T 88MPa18 2220 240 W T . . . 10） 式中：扭转剪应力， T MPa 许用扭转剪应力，取 T 30MPa 很明显，所选轴的强度满足工作要求，因为此轴为一级传动轴，是最容易出现疲劳 磨损的零件，所以其它零件也满足强度要求，故在此省略其校核过程。 图 3-7 轴受力分析图 3.73.7 轴的配合设计轴的配合设计 对正常工作条件下的滑动轴承，给定的间隙必须保证形成良好的润滑油层，形成液 体摩擦状态。因此，所选配合的最小间隙应大于形成最小油层的厚度，而最大间隙则应 保证轴承机构有足够的同轴度、旋转精度和使用寿命等。鉴于此，查机械手册，确定了 轴与滑动轴承的配合为，基孔制 H8/f9。现在查表确定 22 H8/f9 配合中孔与轴的极限 偏差。 基本尺寸 22 属于大于 1830尺寸段，查表得 IT8=33，IT9=52mm 对于基准孔 H8 的 EI=0，其 ES=EI+IT8=+33m 对于 f9,由表得 es=-20,其 ei=es-IT9=-20-52=-72mm 塔里木大学毕业设计 9 所以， 0330 0 2222H8 . 0200 0720 2222f9 . . 皮带轮内孔与轴径处配合，采用基孔制，公差等级 IT8，为便于拆装，选取较松的 过渡配合，H8/h8。 3.83.8 清粮筛清粮筛 为了使本清粮机能够适应较宽的范围，上筛即颖壳筛选用开度可调的鱼鳞筛。因为 它本身就具有较大的下移能力，而且还有气流的吹送，故筛面选择上倾，下倾角 为正 值，这样可以增加筛落强度，取 1=2o；下筛即谷粒筛倾角很小，选择下倾，2=-4o， 选用长孔筛，筛长筛宽L600mm400mmB 筛子的驱动： 上下筛组成一筛箱，一起由偏心轴连杆机构驱动，二者惯性力得以平衡。 筛箱振动频率与大带轮转速相同均为次/分钟，振幅 9mm。424 3.93.9 风机设计风机设计 根据以往清粮机风机设计，采用大众性农用清粮型风机，它的特点是风压低，流量 大，机构简单，出口处风速均匀。此风机风扇宽度较大，叶片数较少（）叶片为4z 后向直叶片，外形为矩形，倾角叶片能使宽度较大的风机出口处气流速度不均匀性得到 改善。风机中间采用镂空设计方式，减轻了机体重量。 图 3-8 风机机构图 叶片的画法：本设计中风机叶片采用的是后向直叶片，初步确定了为 o 30 需要说明的是，本设计中的清粮风机是根据经验设计的，在以后将通过试验进 行修正。 4.4. 本设计相关问题参数讨论本设计相关问题参数讨论 4.14.1 清粮风机相关参数的讨论清粮风机相关参数的讨论 表示风机工况的主要参数为流量 Q 及压力 PO。在清粮机上，出风口处气流速度 V2对 清选质量的影响很大，是一个重要参数，但是在风机结构尺寸已定时，V2与 Q 具有确定 的关系。 4.24.2 流量流量 Q Q 空气流量可按下式进行计算： （4-1） 2 BSVQ 式中： 风机出口宽度B 风机出口高度S 苏联杜尔宾教授建议以下式计算 T B 2 V （4-2）CosSinVV kmin2 / )( 式中： 谷粒最低临界速度（大豆、玉米为） kmin Vs14m89/. 塔里木大学毕业设计 10 筛片与水平面的夹角 谷粒与筛片的摩擦角 空气密度 3 1.2kg / m 现知玉米、大豆与钢板的摩擦角为，若取，将以上数据代入 （4-2） o 20 o 30 式，有： ，取平均值 s7m129891V0V kmin2 /.s8m10V2/. 3 2 QBSV0.47 0.15 10.80.764m /s 4.34.3 风机全压风机全压P 计算公式： （4-3） ds PPP 式中：气流出口动压，若以代入，则： d P 2 V P 2 2 d s8m10V2/. ，因为平均速度，而且出口处的速度之均匀性较差，故动压应 2 d m70NP/ 2 V d P 乘以修正系数，若取则：。051. 2 d m5N73P/. 风机出口处静压，用来克服气流通过筛子和清粮室的阻力和运送轻杂物，我 s P 国农业机械手册根据前苏联的资料，建议双筛结构，取 2 s m245N196P/ 风机全压 2 ds m5N3185269PPP/ 清粮室作为气流通道，其阻力甚小，风机出口处动压在清粮室中有一部分转换成静 压后可用于克服清粮室阻力，所以在出风管处气流静压很小。 4.44.4 风机的功耗和效率风机的功耗和效率 （1） 有效功率 即输出功率： e N （4- ey PQ269.5318.5 NN0.7640.200.24kw 10001000 4） （2）轴功率N 轴功率就是风机轴上的输入功率，若风机的全压效率为则： （4- y N 0.20.24 N0.270.32kw 0.73 5） （3）电机功率（即风机需要的电机功率） m N （4- m m N KN 6） 式中：风机传动效率 （取） m 840. 电机容量储备系数（取）K51. ，取 m 0.230.3 N1.50.320.38 w 0.84 k 0.35 wk 4.54.5 谷粒在筛面上的运动和筛子参数的选择谷粒在筛面上的运动和筛子参数的选择 在本设计中采用的是偏心轮连杆机构，为了便于分析讨论，现将其简化为曲柄连杆 机构，则曲柄圆心到偏心轮圆心的偏心距，即：re 谷粒在筛面上，必须对筛面有相对运动才能落入筛孔，而这种相对运动是由筛体运 动传来的。本清粮机的筛体是由双偏心轮连杆机构驱动的。 塔里木大学毕业设计 11 图 4-1 筛子的运动机构 曲柄中心与连杆在筛体上的铰接点的连线即筛子的运动方向，其余水平方向的夹角 叫振动方向角，以逆时针方向为正，顺时针为负。筛面与水平面的夹角为，小于 谷粒与筛面的摩擦角设筛体的两吊杆长度相等且互相平行，吊杆长度和连杆长度远大 于筛子的振幅，则筛上各点的运动轨迹相同，并近似于一直线。因此可将筛体的运AB 动看作简谐运动。设筛子的运动以方向为正，谷粒沿筛面的相对运动以沿筛面向上OM 为正，则筛子的运动可用下式表示： 位移 trCosx 速度 tSinr dt dx x 加速度 tCosrx 2 式中 曲柄半径r 曲柄角速度 时间t 在时间内筛体的加速度为负值，方向向左，在时间内，加速 2 3 2 2 5 2 3 度为正值，方向向右。惯性力则与加速度方向相反。I 设曲柄位于、象限时，加速度为正指向右方，此时作用于谷粒的力有重PIIVM 力，筛面法向反力，惯性力，其中。mgNNtanF )(ISinmgCosN 设谷粒沿筛向上滑动的加速度为，则：AB 2 AB 2 dt d （4-FmgSinICos dt d m 2 AB 2 )( 7） 化简后可得： （4- )()( Cos )Sin( g-tCosr dt d Cos Cos 2 2 AB 2 8） 设，则： Cos Cos)( （4- )( Cos )Sin( gtCosr dt d1 2 2 AB 2 9） 塔里木大学毕业设计 12 当时，0,谷粒将沿筛面上滑，当tCosr 2 )( Cos )Sin( g 2 AB 2 dt d 时，即可求出谷粒的上滑的极限角速度。即1tCos )( Cos )Sin( g r 2 令，则时谷粒将向上滑动，因此可得使K g r 2 )( Cos )Sin( 1 K 1 KK 谷粒向上移动的曲柄极限转速为： （4- )( rCos )gSin(30 n1 10） 当曲柄位于、象限内时，筛体具有负加速度，使谷粒沿筛面向下移动的IIIIIAB 力为： （4- mgSinICosF dt d m 2 BA 2 )( 11） 将trCosmxmI 2 tantSinrCosgCosmNtanF 2 )( 代入上式，有 （4- Cos Sin g Cos )Cos( trCos dt d 2 2 BA 2 )( 12） 令，则上式可写作 Cos )Cos( （4- )( )( Cos Sin gtrCos dt d1 2 2 BA 2 13） （4-3）式与（4-9）式的不同点在于前是负号，而是向下的。由于，在 BA 左向时限内筛体的加速度为负，最小值为，故在时，tCos1 )( )( Cos Sin gr 2 相对加速度等于零。令此时的为，则被筛物沿筛面向下移动的筛体运动体制限界 2 指标为： 2 K （4- )( )( Cos Sin K g r 2 2 14） 当时，。0)( tanK2 当时，谷粒才能向下滑动，此时曲柄的极限转速为 2 KK （4- )( rCos )gSin(30 n2 15） 当时，0 )( tan r g30 n2 塔里木大学毕业设计 13 由于)(ISinmgCosN 当时谷粒被抛起，即0N )(ISinmgCos 即 ： )Sin( gCos trCos 2 因为最大值为 1，当时，谷粒即被抛起。tCos )( Sin Cos g r 2 令，则时谷粒将被抛起。 )( Sin Cos 3 K 3 KK 谷粒在筛面上的运动状态取决于筛子的运动指数与、间的关系。随着相互K 1 K 2 K 关系的不同，可能有下列不同的状态： ， 相对静止 2 KK 1 KK 仅向下运动，只有后移无前移 21 KKK 仅向上运动，只有前移无后移 12 KKK 可向上和向下运动，下滑上滑 213 KKKK 可向下和向上运动，上滑下滑 12 KKK 经过以上的分析可以得出抛离条件为：抛离只能出现在右半周内即在内， 2 3 2 即在后移过程中，时，脱出物抛离筛面。抛离极限转速为 3 K )( Sin Cos 3 KK 。 3 K r g30 n 在本设计中，所设计的是清粮筛，要求无抛离，后移大于前移，运动特征值状态为： ，所取参数值为：，将这些数据代人 213 KKKK o 2 o 20 o 30 上述相关表达式有： 1 K )( Cos )Sin( 460 Cos48 Sin18 o o . 380 Cos8 Sin22 Cos Sin K o o 2 . )( )( 3 K132 Sin28 2Cos Sin Cos o o . )( )( 很明显，前面所取的运动特征值满足清粮筛的条件。2K 213 KKKK 为了使本清粮机能够适应较宽的范围，上筛选择鱼鳞筛。因为它本身就具有较大的下 移能力，而且还有气流的吹送，故筛面选择上倾，上倾角 为正值，这样可以增加筛落 强度，取 a=2 度；下筛谷粒筛倾角很小，选择下倾，选用 a=-2 度，选择长孔筛。 塔里木大学毕业设计 14 塔里木大学毕业设计 15 总总 结结 此小型清粮机的设计机构紧凑，结构简单，操作与维护方便，从传动部分到工作部分， 理论上符合设计的最初要求，但是偏心机构处与各轴承处，筛架轴的接触端需要经常加 润滑油，以减小摩擦，增加零部件的使用寿命。风机和电机的底座处均有皮带张紧螺栓， 可在一定范围内调节风机和大带轮的转速。 设计的缺点是由于整体机构由电机驱动，所以会受电源的限制，导致使用场地的局限 性。 此设计完全属于理论设计，缺乏实物与实践，且本