毕业设计（论文）-螺旋平模造粒机设计（全套图纸三维）.pdf

齐齐哈尔大学毕业设计（论文） i 摘 要 随着经济的发展和人民生活质量的提高，固体垃圾的排放量亦越来越多，而以固 废减量化、资源化、无害化为目的的固废的处理与处置技术也在多元化发展的计划之 中。其中，对固体废弃物实现资源化处置的堆肥化技术已成为了主要技术之一；又颗 粒肥料在土壤中可以形成一个大的养分含量较高的区域，不断扩散供作物吸收利用， 而这个区域周围的土壤，则不致因养分浓度过高而影响土壤微生物的活动。本文在分 析国内外多种造粒技术后，对固体物料颗粒造粒机进行设计和研究。结合实际的有机 肥造粒技术需求和功能要求，确定螺旋式平模造粒机的总体设计方案，选择最优的设 计方案，并对其各个功能组件的结构进行分析设计，确定各功能组件的组成，保证其 功能要求和性能要求。并利用 cad、ug 等软件绘制相应的设计图纸。 全套图纸三维，加 153893706 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） ii 关键词：颗粒肥； 造粒机； cad； ug abstract chinas agricultural production widespread use of chemical fertilizer, organic fertilizer excessive the problem of insufficient. in the development of ecological agriculture sustainable development today. the emissions of solid waste are increasing,so the technology to use of solid waste to produce organic fertilizer has important significance and prospects. among them, the composting technology has become the one of key technologies to realize recycling of solid waste; and granulated fertilizer in the soil can form a large region of nutrient content is higher, spreading for crop absorption, while the area surrounding soil, and is not due to high nutrient concentrations affect the activity of soil microorganisms. in this paper, after analyzing a variety of granulation technology at home and abroad, to solid material pellet granulator for design and research. combining actual organic fertilizer granulation technology requirements and functional requirements, determine the overall design of spiral die pelletizer, selection of an optimal design scheme, and analyzes the structure of each functional component design, determine the composition of functional components, ensure its functionality and performance requirements. 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） iii key word：granular fertilizer；granulator；cad；ug 目录 摘要 abstract 第一章 绪论 . 1 1.1 课题的背景及意义 1 1.1.1 生物有机肥的作用 1 1.1.2 固体废弃物的处理 1 1.2 课题相关技术的国内外发展概况 2 1.3 主要研究内容 3 1.4 技术任务书 3 第二章 设计计算说明书 . 4 2.1 螺旋式平模造粒机的工作原理 4 2.2 螺旋式平模造粒机的总体设计 4 2.2.1 螺旋式平模造粒机具体机型的选择 5 2.2.2 切刀安装方式和切刀数目的确定 5 2.2.3 电动机的安装方式及传动减速方式的确定 5 2.2.4 结构组成及工作原理 6 2.2.5 主要技术参数 6 2.3 螺旋式平模造粒机的动力设计 7 电动机的选择 7 2.4 螺旋挤压装置的设计计算 7 2.4.1 螺旋的设计 7 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） iv 2.4.2 电动机功率计算 . 13 2.5 成型模孔的设计 . 14 2.6 传动系统的设计 . 16 2.6.1 传动组件的设计 . 16 2.6.2 传动组件运动参数的计算 . 17 2.6.3 锥齿轮组的设计计算 . 18 2.7 心轴的校核 . 22 2.7.1 轴的强度校核 . 22 2.7.2 轴的刚度校核 . 22 2.8 轴承的选择 . 23 2.9 键的选择及强度计算 . 23 2.10 螺旋式平模造粒机造粒和出粒组件的设计 25 2.10.1 造粒组件的设计 25 2.10.2 出粒组件的设计 27 第三章 调整轴套的数控加工 28 3.1 加工示意图 . 28 3.2 数控加工程序 . 32 第四章 垫片的模具设计 42 4.1 概述 . 43 4.2 冲裁件的工艺性分析 . 43 4.2.1 冲裁件的冲压工艺性 . 43 4.2.2 确定冲裁工艺方案 . 43 4.2.3 模具的结构形式 . 43 4.3 工艺计算 . 44 4.3.1 排样设计及材料利用率计算 . 44 4.3.2 冲压力的计算 . 45 4.3.3 凸凹模刃口尺寸的计算 . 46 4.3.4 压力中心的计算 . 47 4.4 选择与确定模具的零部件的结构与尺寸 . 47 4.4.1 凹模外型尺寸的确定与选择 . 47 4.4.2 凸模外形尺寸的确定与选择 . 47 4.4.3 标准模架的选择 . 48 4.4.4 定位零件的选择 . 48 4.4.5 卸料装置的确定与选择 . 49 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） v 4.4.6 连接螺钉的确定与选择 . 49 4.5 冲压设备的选择 . 49 4.5.1 制件所需冲压力与压力机公称压力的关系 . 49 4.5.2 压力机的选择 . 49 4.6 模具图 . 50 第五章 切刀的有限元分析 52 5.1 概述 . 52 5.2 有限元模型的创建 . 55 第六章 使用说明书 55 6.1 产品的用途及使用范围 . 55 6.2 操作及其维护 . 55 6.3 使用前的准备工作 . 55 6.4 使用方法 55 结论 55 参考文献 55 致谢 59 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） vi 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 1 第一章 绪论 1.1 课题的背景及意义 1.1.1 生物有机肥的作用 生态有机肥营养元素齐全，可以改善土壤性能，改良因使用化肥造成的土壤 板结现象 1 。改善土壤理化性状，提高土壤供肥、保肥、保水的能力。生物有机 肥中的有益微生物进入土壤后和土壤中微生物形成彼此间的同生增殖关系，限制 有害菌生长并转化成有益菌，相互促进，相互作用，起到群体的协同作用，有益 菌在繁殖增长过程中产生大量的代谢产物，促进有机物的分解转化，能间接或直 接为作物提供刺激性物质和多种营养， 调控和促进作物生长。 有机肥在适宜的空气、 湿度、温度等条件下，被微生物持续分解，释放出各种养分和二氧化碳供给作物吸收 利用，比化肥的肥效长 2 。 有机肥在作物根系形成的优势有益菌群能限制有害病原菌繁殖，增强作物抗 病抗逆能力，降低重茬作物的病情指数，连年施用可很大程度上缓解连作障碍。 减轻环境污染，对人、畜、环境安全、无毒，是一种新型环保型肥料。 有机肥中的腐殖质能吸收某些农药，从而消除农药残毒及减轻重金属污染土壤， 减轻土壤环境污染，改善周边生态环境。 1.1.2 固体废弃物的处理 生产有机肥的原料很多，有农业废弃物,畜禽粪便，工业废弃物，生活垃圾等。近 年来固体废弃物的排放量与日俱增，而以固废减量化、资源化、无害化为目的的固体 废弃物处置和处理技术也在多元化的发展计划之中。我国的农业作业中普遍存在着施 用化肥过量、有机肥施用不足而导致的农产品质量不高、农业环境污染的问题。在走 可持续发展道路、发展生态农业的今天，充分的利用已有的生活固废，尤其是富含有 机质和一定量钾、氮、磷等营养元素的有机固废来发展生物有机肥技术具有十分重要 的意义 3 。 有机复合肥设备是用于对固体废弃物的无害化处理和资源化利用的专业设备。设 备采用的主要原料为禽畜粪便、菌类下脚料等有机废弃物，经过预处理、槽式发酵、 混合、造粒成型、冷却包装等工序，完成连续式的有机肥工厂化生产，实现有机废弃 物的无害化处理、资源化利用。有机复合肥设备的主要组成机器有发酵激活机、发酵 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 2 槽、混合机、造粒机、冷却包装机等。本课题研究的是有机复合肥的成型造粒机。 1.2 课题相关技术的国内外发展概况 （1）国外技术研发现状 早在 20 世纪 30 年代，美国就开始研究螺旋式颗粒成型技术并设计了螺旋式成型 机。在 1976 年，研究出了螺旋式颗粒肥料成型设备。日本于 20 世纪 50 年代引进固化 成型技术后进行了改进，发展成了日本固化成型颗粒肥料的工业体系，研制出了圆柱 状成型机及相关设备。20 世纪 70 年代后期，欧洲许多国家如芬兰、比利时、法国、德 国、意大利等也开始了大颗粒肥料技术的研究。当前，日本、美国及欧洲一些国家螺 旋式颗粒肥料成型设备已经成熟并形成了生产体系，在农业领域普遍推广使用。在亚 洲，泰国、印度、菲律宾等国家从 20 世纪末开始先后研制出螺旋式颗粒肥料机。目前， 国外用来生产颗粒肥技术的成型设备主要有四种，分别为液压驱动冲压成型机、机械 驱动冲压成型机、螺杆挤压成型机和环模颗粒成型机。 国外大颗粒肥料技术的发展大体分为三个阶段。 20 世纪 30 年代至 50 年代是第一 阶段，为研究、示范、交叉引进阶段，研究的重点是以大颗粒肥料代替原始的小颗粒 肥料。20 世纪 70 年代至 90 年代为第二阶段，主要发展是各国普遍对大颗粒肥料的认 识。对大颗粒肥料产生了兴趣，开展大颗粒肥料的研究，到 90 年代，欧洲、美洲和亚 洲的一些国家在农业领域大量地应用大颗粒肥料。 20世纪90年代后期至今为第三阶段， 大颗粒肥料的肥效让各国认同，都研究和使用螺旋式颗粒肥料制造设备制造大颗粒肥 料并使用大颗粒肥料。 国外螺旋式颗粒肥料生产技术的发展有如下特点：生产技术大部分已经成熟，并 达到规模化和商业化；设备制造比较规范，但能耗高，价格高。 （2）国内研发现状。 我国从 20 世纪 80 年代起开始致力于螺旋式颗粒肥料技术的研究，主要引进韩国、 日本、中国台湾等成套设备。随后，荷兰、比利时等国家的技术和设备也相继引入我 国。我国也在研究大颗粒肥料的技术，也设计出了螺旋式颗粒肥料成型机。标志着我 国的螺旋式颗粒肥料生产设备达到国际水平。在全国范围内，还处于研究示范阶段， 设备的技术原理比较先进，成本低廉；规模化和市场化较差；管理不规范，支持政策 缺乏，推广速度缓慢。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 3 1.3 主要研究内容 （1）螺旋式平模造粒机的工作原理。 (2)螺旋式平模造粒机的组成部件。 (3)螺旋式平模造粒机的传动系统。 (4)磨具应用及三维仿真。 （5）完成毕业设计说明书一部(要求详见齐齐哈尔大学毕业设计论文工作手册)； （6）完成整机装配图（零号图纸）一张，零件图(一号图纸）一张，手绘图（三号图 纸）一张。 （7）三维实体建模模型图一份 。 1.4 技术任务书 表 1-1 技术参数表 生产率 电动机转速 实体螺旋转速 35t/h 740r/min 60 r/min 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 4 第二章 设计计算说明书 2.1 螺旋式平模造粒机的工作原理 造粒机动力由减速电机提供，电机通过联轴器与齿轮连接，经齿轮传动组再次减 速后主轴转速达到预定转速 60r/min，同时将动力传递给造粒机主轴，造粒机主轴带动 螺旋和甩料盘转动。有机肥物料倒入造粒室，经螺旋传动，物料被螺旋挤压，从模板 上密布的小孔中挤压成条状。固定在甩料盘上的两把切刀随甩料盘转动把条状物料切 割成颗粒状成品有机肥，然后甩料盘把颗粒有机肥从排料口甩出。 2.2 螺旋式平模造粒机的总体设计 本次毕业设计设计的是螺旋式平模螺旋机，其结构简图如图2-1所示。 1 3 2 4 6 7 8 5 1、下料口 2、送料螺旋 3、筒壁 4、成型模板 5、切刀 6、甩料板 7、联轴器 8、电动机 图 2- 1 螺旋式平模造粒机简图 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 5 我们需要确定螺旋式平模造粒机具体机型，螺杆的强度，切刀的安装方式和切刀 的个数，传动方式，减速方式等等。 2.2.1 螺旋式平模造粒机具体机型的选择 本设计在设计布局上采用折叠式，即将电机、主轴螺杆置于两个不同的水平面上， 如此布局有很多好处：其一可较大幅度降低整机长度,进而提升了设备刚度,节省了原 材料,降低了成本；其二是主轴与联轴器之间采用齿轮传动,大大地提高了传动的可靠 度；其三是由于电机位置较低、大大地减小了机械振动与噪声。如下图 2-1 所示。 2.2.2 切刀安装方式和切刀数目的确定 切刀通常有两种安装方式，一种是安装在甩料盘上，切刀随着甩料盘的旋转而转 动，依靠转动产生的动能实现切粒；一种是安装在箱体上固定不动，由模板转动产生 的动能实现切粒。螺旋式造粒机模板固定不动，适合前一种的切刀安装方式，而动模 式造粒机模板随主轴转动，适合后一种安装方式，同时，安装在箱体上的切刀容易调 整切刀的角度，以此控制有机肥颗粒成品的形状。本设计切刀安装方式采用前一种。 切刀通常有两种工作模式：一种是“间隙式”切粒，切刀与模板之间有固定的间 隙，这种切粒方式操作简单，切刀与模板磨损小，使用寿命长，但切出的颗粒形状不 规则、碎屑多；一种是“接触式”切粒，切刀始终与模板保持接触，这种切粒方式切 出的颗粒外观整齐、碎屑少，产品质量高，但切刀与模板磨损快，使用寿命短。 由于有机肥颗粒对外观形状及产品质量要求不高，所以本设计采用前一种即“间 隙式”切粒方式，以减少模板的磨损，增加模板使用寿命。 甩料盘转速和切刀的数量共同决定了有机肥颗粒的长度，甩料盘转速越快，切刀 数量越多，则有机肥颗粒越短。同时切刀数目越多，切刀的磨损也会减少。本次设计 要求造粒机主轴转速为 60r/min，故使用两把切刀为宜。 2.2.3 电动机的安装方式及传动减速方式的确定 电动机有两种安装方式，即卧式安装和立式安装。 电动机采用卧式安装时，虽然占用空间较大，但是输出轴一般没有轴向载荷，不 需要安装轴承，同时卧式安装的电动机振动较小，运行平稳性好。由于是卧式安装， 需要把电动机输出轴的水平旋转变为垂直旋转，同时电动机需要再次减速，综合考虑 采用锥齿轮传递转速及扭矩。 电动机立式安装占用空间少，散热快，但电动机输出轴轴向载荷大，需要安装滚 子轴承承受载荷，立式安装主轴和电动机轴都是垂直旋转，所以可以用圆柱齿轮或者 是皮带轮减速。立式安装主要适合小型电动机的安装，电动机较大时采用立式安装容 易导致电动机振动过大，稳定性不好。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 6 本次设计为了电动机运行的平稳性，采用卧式安装电动机，同时使用一对锥齿轮 以达到减速和传动的目的。 2.2.4 结构组成及工作原理 螺旋式平模造粒机由机架、主轴螺杆、电动机、传动齿轮等组成。电机启动通过 联轴器带动齿轮转动，通过齿轮传动带动螺杆转动,物料由进料口喂入,在螺杆的旋转 作用下带动螺杆旋转使得物料受到挤压，挤压的物料通过成型模板上的小孔成条状穿 过小孔,经固定在甩料盘上的切刀切割成颗粒状落到甩料盘上,再经甩料盘把颗粒肥料 从出料口排除。组成结构如下图 2-1 所示。 2.2.5 主要技术参数 表 2-1 造粒机主要参数 序号 项目 单位 参数 1 外形尺寸：长宽高 mm 16935961795 2 重量 结构重 量 kg 240 使用重 量 300 3 生产率 ht 35 4 配套动力 kw 2.30 5 螺旋轴转速 minr 60 6 传动比 3.33 7 螺旋输送量 t/h 23.15 8 螺旋外径 mm 400 9 螺旋轴转速 r/min 60 10 电动机转速 r/min 740 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 7 2.3 螺旋式平模造粒机的动力设计 电动机的选择 电动机的选择首先是确定转速。额定功率相同的同类型电动机由若干种转速可供 设计选用。电动机转速越高，则磁极越少，尺寸及重量越小，一般来说价格也越低； 但是由于造粒机主轴转速较低，所选用的电动机转速越高，减速传动所需传动装置的 总传动比必然增大，传动级数增多，尺寸及重量增大，从而使传动装置的成本增加。 兼顾电动机及传动装置，对两者加以综合分析，选择同步转速为 740r/min 的电动机。 电动机同步转速为 740r/min，实际额定转速约为 740r/min，主轴转速为 60r/min， 所以总传动比33.12 60 740 =i。由于传动模块中有一对锥齿轮传动，锥齿轮传动的最佳 传动比为 u=14，所以优先选择减速电动机，且减速电动机的传动比范围为 25。电动 机与主动锥齿轮轴通过联轴器连接，所以电动机输出轴端不需要法兰盘。因此选择的 该减速电动机的输出转速约为 200r/min， 输出转矩为mmn 5 1022 . 2 ， 传动比33 . 3 1 =i。 2.4 螺旋挤压装置的设计计算 2.4.1 螺旋的设计 螺旋式平模造粒机的螺旋按不同的分类方式可分为很多种形式。若按螺旋螺旋直 径分可分为等径螺旋和变径螺旋; 若按螺旋螺距分可分为等距螺旋和变距螺旋; 若按 螺旋螺旋型式分可分为连续型与断续型。针对本设计各因素综合考虑, 确定采用等径、 连续、变螺距螺旋。螺旋上的螺旋需分为三段，分别为进料段、封闭段、挤出段, 其 设计可不断的增加对物料的挤压作用力, 使物料被强制从成型孔挤出。特别是第三段 螺旋，需具有恒定的作用力,使得物料能被均匀的从成型孔挤出，挤出速度和挤出量基 本保持均匀一致, 以便于保证后续加工的稳定性。 （一） 变螺距螺旋的挤出压力分析 下料螺旋是螺旋式平模造粒机的核心部分，其受力十分复杂，可通过合理假设， 不计微小作用力的影响，在理想状态下来研究其受力情况。 （1） 挤出压力的形成 物料随螺旋输送叶片向下推进，在物料脱离螺旋叶片到达成型模板时，经挤料板 物料被挤入到预先设计好的成型孔中成型，这就是挤压成型的基本原理。物料在螺旋 叶片中移动的过程中，形成颗粒挤颗粒以及颗粒与型腔内壁的压力传动，这种物料进 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 8 入机头后受到挤压就产生物料与成型孔、物料与模板的摩擦力以及物料颗粒间聚集的 较大的摩擦力、螺旋叶片通道的摩擦阻力等，在这些力的作用下，必然形成一定的压 力迫使物料从模板上的成型孔中挤出，这个压力就是挤出压力，也称为成型压力 24 。 螺旋式平模造粒机正是靠螺旋的转动而产生的压力来压注物料来完成成型。所以设计 需要在压力分析、压注影响因素分析的基础上确定适当的参数，以便设备在不被破坏 的 前提下能承受最大挤出压力的负荷。 （2） 变螺距螺旋压力曲线的分布 当螺旋叶片的螺距设计为变螺距的时，从封闭段螺旋到挤出段出料口来看，挤出 方向的压力随着螺旋螺距的减小而压力逐渐增大，到物料到达挤出段时几乎变为纯压 力驱动，这时的最高压力有益于压注。从反作用压力方向来看，机头挤出口至进料口 方向随着螺旋螺距的变大而压力逐渐减小，在进料段压力已逐渐降低为较小的零压力， 到进料箱口自然较平稳地释放为零压，其压力分布曲线如图2-2所示。 图 2-2 变螺距螺旋的压力曲线分布图 可见整个螺旋叶片三段间的压力过度连续性平稳，正向压力在挤出端最大，反向 压力到下料口几乎为零压，相应的进料口的返料现象必大大减小。同时随着螺旋螺距 进 料 段 输 送 段 挤 出 段 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 9 的变化，正向挤出压力相应增大，可大大提高挤出口的压注压力。 （3） 影响挤出压力的其它因素 1)质量要求及模腔通畅性。生产高质量、形状复杂的胚体阻力大，反之则小。 2)压缩机构结构。压料板的角度合理则阻力小，反之则大；螺旋长则阻力大， 反之则小。 3)压缩比。压缩比大，阻力大，反之则小，所谓压缩比是指被挤出坯体实际断 面与挤压料简直径之比。 4)润滑情况。料筒各段及螺旋有润滑时阻力小，反之则大。 5)物料性质。物料较粗及含水率低的原料占比例多，阻力大，反之则小，其受 物料塑性指数的影响。 分析以上影响阻力大小的几方面主要因素，实际工作中还有许多因素，因此目前 配置定型的变螺距螺旋式平模造粒机要适应各种配比的物料和应用场合是很困难的， 必须针对实际应用情况进行相应的参数设计与结构设计 24 。 （二） 变螺距螺旋的参数设计 经大量研究和分析发现，变螺距螺旋不仅可以减少返料现象，而且有十分大的挤 出口增压能力，所以需对变螺距螺旋的参数设计与结构设计作进一步的探索和研究。 （1）螺旋机输送量的确定 螺旋机的输送量是指在特定的时间内输送完（即配制完）所需的物料量，这特定 的时间是根据每台搅拌站的生产率和生产周期而定。以q 代表在一个生产周期（即打 一罐料）所需的粉料量，以t 代表打一罐料所需的配料时间，那么要求螺旋机的输送 量即为：q=q/t (t/h)。也可用公式g= 4 rcn60 2 sd (t/h)计算，在此用公式 q= 4 rcn60 2 sd (t/h)进行计算： q=15.23 4 18 . 08 . 06008. 04 . 014. 360 4 rcn60 22 = = sd t/h（2-1） d-螺旋直径 s-螺距 n-螺旋轴转速 c倾斜系数 与螺旋机倾斜角有关 0时c=1 5时c=0.9 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 10 10时c=0.8 15时c=0.7 20时c=0.65 容重 (t/m3) 物料填充系数 取0.70.8 （2）螺旋机功率的确定 螺旋机的功率是由螺旋机构运行中所产生的阻力决定的。阻力包括以下几种： 1）物料与螺旋壳体的磨擦力 2）物料与螺旋叶片的磨擦力 3）物料被搅拌产生的阻力 4）物料悬挂轴承下的堆积阻力 由于这些阻力计算起来较抽象，一般按以下经验公式计算： p = )l(367/ 0 hkq+ = )8 . 04 . 08 . 1 (367/74 . 1 3 . 1 =1.025kw （2-2） p 螺旋轴上所需功率(kw) k功率贮备系数(此处取1.3) q输送量(t/h) 0物料阻力系数 （此处选1.8） l 螺旋机进出口水平投影长度(米) h 螺旋机进出口垂直投影长度(米)(向上输送时取正值, 向下输送时取 负值) 受力计算 （3）设计螺旋所需扭矩t0 t 0 =9550p/n =60/025. 19550=163.15n.mm （2-3） 据此选取减速机的大小 （4）根据所需扭矩计算平键的挤压强度 jy 、剪切强度 p 挤压强度 jy = 55669 15.1632 dkl 2 = t =0.017mpa （2-4） 查得平键的许用平均挤压应力 jy =110mp 因 jy ，故将用 2 22 f safay y 计算模数。 计算锥齿轮大端模数。 由公式： () 3 2 22 22 1 2 1 15.01 4 f safa rr yy uz kt m + （2- 20） 33. 5 01636. 0 133. 317 3 1 5 . 01 3 1 1053. 01 . 14 3 22 2 5 = + = 查表得大端模数为5 . 5=m。 计算锥齿轮参数 计算分度圆直径： mmmzd5 .93175 . 5 11 = 308565 . 5 22 = mzdmm 计算外锥距： mm u dr5 .162 2 133. 3 5 .93 2 1 22 11 = + = + = 计算齿宽： mmrb r 57.54 5 . 162 3 1 1 =，圆整为mm55b = 计算平均分度圆直径： 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 21 ()mmdd rm 6 .77 3 1 5 . 015 .935 . 01 11 = = ()mmdd rm 64.255 3 1 5 . 013085 . 01 22 = = 计算锥齿轮圆周速率：sm nd v m /82. 0 100060 2006 .77 100060 11 1 = = = 。 （2） 按齿面接触疲劳强度校核 对于压力角= 20的锥齿轮，齿面接触疲劳强度的校核公式为： () 5.01 5 3 1 2 1 h rr eh ud kt z = （2-21） 式中： h -齿面接触应力 )(mpa ； h -许用接触应力 )(mpa ； e z-材料的弹性影响系数，查得 40cr 的弹性影响系数 mpaze 8 . 189=。 计算许用接触应力。 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限mpa h 600 1lim =； 大齿轮的接触疲劳 强度极限mpa h 550 2lim =。取接触疲劳寿命系数91.0 1 = hn k；94. 0 2 = hn k。取安全 系数2.1=s，计算接触疲劳许用应力的公式为： s k hhn h lim = （2-22） 所以 mpa s k hhn h 455 2 . 1 60091. 0 1lim1 1 = = mpa s k hhn h 431 2 . 1 55094. 0 2lim2 2 = = 接触疲劳许用应力取较小的值mpa h 431 2 =。 接触疲劳强度校核。 按公式，得： 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 22 ()ud kt z rr eh 3 1 2 1 5.01 5 = （2-23） mpa76.381 33.368 3 1 5 .01 3 1 1053.01 .1 8 .1895 3 2 5 = = 因计算结果 2 hh 所以锥齿轮处的连接键的挤压强度符合要求。 根据所需扭矩计算螺旋处平键的挤压强度 jy 、剪切强度 p 前面已经算出螺旋所需扭矩t0=9550p/n = 60/025. 19550 =163.15n.m 则挤压强度 jy =2t/dkl= 55669 15.1632 =0.017mpa 查得平键的许用挤压应力 jy =110mp 因 jy 1319 1925 2532 35 螺钉规格 m4、m5 m5、m6 m6、m8 m8、m10 m10、m12 4.5 冲压设备的选择 4.5.1 制件所需冲压力与压力机公称压力的关系 压力机公称压力必大于总压力的 1.6 到 1.8 倍， 1.8f 总1.8110=198（kn） 则冲裁时可选择 250kn 的压力机。 4.5.2 压力机的选择 1.8110=198（kn） 所以可以选择公称压力为 250kn 的冲床。型号为 jb23-25，设备参数如下： 表 4-2 设备参数表 公称力 250kn 工作台尺寸左右*前后 560*560 公称力行程 2.5mm 滑板尺寸左右*前后 250*250 喉径 190mm 模柄孔尺寸 40 立柱间距 250mm 冲压次数 100 次/分 工作台至滑板距离 560mm 垫板厚度 65mm 行程 90mm 机身最大倾角 30 装模高度调节量 70mm 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 50 4.6 模具图如下： 图 4-3 模具装配图 1 图 4-4 模具装配图 2 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 51 图 4-5 模具爆炸图 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 52 第五章 切刀的有限元分析 5.1 概述 有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解。它将求解域看成是由许多 称为有限元的小的互连子域组成，对每一单元假定一个合适的(较简单的）近似解，然 后推导求解这个域总的满足条件(如结构的平衡条件） ，从而得到问题的解。这个解不 是准确解，而是近似解，因为实际问题被较简单的问题所代替。由于大多数实际问题 难以得到准确解，而有限元不仅计算精度高，而且能适应各种复杂形状，因而成为行 之有效的工程分析手段。 有限元是那些集合在一起能够表示实际连续域的离散单元。有限元的概念早在几 个世纪前就已产生并得到了应用，例如用多边形（有限个直线单元）逼近圆来求得圆 的周长，但作为一种方法而被提出，则是最近的事。有限元法最初被称为矩阵近似方 法，应用于航空器的结构强度计算，并由于其方便性、实用性和有效性而引起从事力 学研究的科学家的浓厚兴趣。经过短短数十年的努力，随着计算机技术的快速发展和 普及，有限元方法迅速从结构工程强度分析计算扩展到几乎所有的科学技术领域，成 为一种丰富多彩、应用广泛并且实用高效的数值分析方法。 5.2 有限元模型的创建 本模型的有限元分析使用的是 ug 软件，主要按下面六个步骤进行有限元模型的创 建： 第一步：打开切刀模型进入 ug 高级仿真模块，然后新建 fem; 第二步：对切刀定义材料，选择 steel; 第三步：对切刀进行 3d 四面体网格创建; 第四步：新建仿真; 第五步：对切刀竖直部分进行固定约束; 第六步：对切刀水平部分远端设置力，力垂直切线方向向下，为 500n。 这样有限元模型的创建就完毕了，然后新建解算方案并进行求解，下面就是有限 元分析结果： 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 53 图 5-1 变形分析 图5- 2 应力分析 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 54 图5- 3 反作用力 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 55 第六章 使用说明书 6.1 产品的用途及使用范围 此次设计的螺旋式平模肥料造粒机适用于中小型企业的生产，生产颗粒肥料的直 径为 8mm。生产的颗粒肥可保存也可直接施入农田，所有植物均可以使用，是未来肥料 加工制造的首选设备。 6.2 操作及其维护 （1）每次设备起动后，应先空载运转一段时间，待设备运转正常后再加料，加料 时要保持加料均匀，不得大量突增突减或过载运行。 （2）若无特殊情况，不得负载停机。一般停机之前，应待机槽内物料基本卸空时 再停机。如满载工作时发生紧急停机后的再启动，必须先适量排出颗粒成型机入料口 内的物料，再启动设备。 （3）操作人员应经常检查设备各部件，特别是螺旋轴和机器孔模应保持完好无损 状态。一旦发现有残缺损伤的机件应及时修复或更换。 6.3 使用前的准备工作 （1）检查所有零件是否完整齐备。 （2）检查各紧固件是否有松动现象。 （3）检查各传动部件是否灵活。 （4）将所有润滑点都注满润滑油。 6.4 使用方法 空载开启设备等待机器旋转稳定后把物料倒入入料口中，形成颗粒后接收颗粒， 每次设备起动后，应先空载运转一段时间，待设备运转正常后再加料，加料时要保持 加料均匀，不得大量突增突减或过载运行。将要停止加工时应在停止加料后，待模具 中的物料基本被挤出后再停机，以防下次加工启动时因负载过大而损毁设备。 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 56 结论 在发展生态农业，走可持续发展道路的今天，现代农业领域越来越重视生态种植， 讲究绿色有机无污染，所以单纯的无机化肥式种植将渐渐被淘汰，而绿色有机肥会越 来越受欢迎，所以固体颗粒肥造粒机的研究将具有重要的意义和广阔的市场前景。 本次设计主要在研究国内外主流造粒成型方法的基础上，利用螺旋式平模造粒机 原理来生产有机肥颗粒。本次设计从总体出发主要对其总体、各个部件及其零件进行 了设计。总体流程和结论如下： （1）根据市场需求，设计要求和阅读国内外资料确定了总体设计方案。 （2） 针对不同性能和功能要求， 对螺旋式平模造粒机各个功能组件进行研究设计。 对动力部分、传动部分、造粒和出粒部分分别进行设计。 （3）对螺旋式平模造粒机中的部分零部件如主轴、锥齿轮等关键部位的零件进行 设计计算并校核，以保证其功能要求和性能要求，同时绘制造粒机总装配图和零件图。 （4）通过本次设计，我相信，只要我继续保持在这次设计中的刻苦创新精神，努 力学习，严格的要求自我，提升自我，步入社会后，遇到再大的困难，我也能冷静的 面对，找到解决问题的方法，不断锻炼自己，成为一个有所作为的机械人，为社会和 国家做贡献！ 齐齐哈尔大学毕业设计（论文） 57 参考文献 1 韩书伟 等,河南农业 j，河南农业出版社， 2011 2 蔺忠龙 等，安徽农业科学 ，安徽农业出版社，2010 3 杜娟，中国资源综合利用,2009 4 李兴田. 有机无机复混肥的生产工艺与技术j.化学工业与工程 术,2005,(10):45- 47. 5 陈秀宁,施高义. 机