毕业设计（论文）-光叶楮剥皮机设计.doc

摘要木材剥皮在木材生产和用材部门中都是一项不可缺少的工序。在许多工程中都需要在加工之前对原木进行剥皮处理。本次设计的主要目的是利用计算机对小型木材剥皮机的机械部分进行二维设计并作简单的运动仿真。由于计算机设计的显著优势，大大减少了设计及制造样机并进行调试的时间，从而显著降低了成本。本次设计在分析木材剥皮机的工作原理并作初步的设计之后，利用国内广泛应用的CAD/CAM开发软件AUTOCAD完成对适合小型木材加工厂的简易木材剥皮机各机械零部件进行实体造型，并在AUTOCAD环境中完成各零部件的虚拟装配，最终利用该软件的运动分析模块进行初步的运动仿真，模拟真实的加工过程，分析检查是否有干涉现象存在。在二维设计结束后，利用AutoCAD软件绘制木材剥皮机各零部件的二维图纸及总装配图，使本次设计更贴近实际生产，更容易被实际推广和应用。关键词：光叶楮；剥皮；设计；全套图纸加扣 301225058232-目录摘要I目录III1绪论11.1光叶楮概述11.2研究背景及意义31.3国内外应用与发展现状41.4常见剥皮机类型72总体设计92.1拟定总体设计方案92.2拟定传动形式102.3拟定总体结构113传动装置的设计133.1带传动设计133.2齿轮传动设计153.3轴的设计19总结30参考文献311绪论1.1光叶楮概述光叶楮（一种人工密植一年成材的构树新品种）全身是宝；树皮是特种纸和纺织工业的优质原料也是一种很好的出口材料、树杆，树枝是造纸工业的好原料，也是纤维板工业的好原料、树叶是优质饲料原料。光叶楮直径小不能作板材，用于造纸工业的使用率高（可达100%）。光叶楮根系浅而发达具有很强的防风固沙水土保持的能力。构树（光叶楮）繁殖力强，房前屋后路边荒地到处都有野生构树的踪影。超短期的光叶楮一年成材，伐后可以再生，种一次苗可以多年受益等。光叶楮是一种难得的优质的经济林和环保林，发展光叶楮林纸结合，大量用于造纸工业可以获得很好的经济效益，环保效益和社会效益（生物产量和经济价值远优于种杨木桉树）。光叶楮是近几年由日本引进的构树新品种，为桑科构树属落叶乔木，由于其有生长速度快，产量高，经济效益高的特点而被称为“摇钱树”。其树皮、木质、叶子用途都很广，应用价值也非常高，在国际市场上备受青睐，是用于做高级纸张、高级食品包装纸、高档布料(降落伞用料)等产品的关键原料，目前市场前景广阔，出口更是供不应求。近两年山东省已进人种植开发阶段，给种植者和开发公司带来了巨大的经济效益，也为出口创汇做出了贡献。光叶楮对自然环境的适应能力非常强，寿命长，耐干旱，耐盐碱(抗盐性可达3%以上)，而且还有改良土壤的特性，一次种植，几十年收益，是集生态效益、经济效益于一身的昂贵树种，种植和管理容易，繁殖速度快，当年种植，当年见效。光叶楮的木材纤维形态优良，材质疏松，色浅，枝干光滑，使用不同的工艺技术，可生产高密度板(热磨机械浆)、本色纸板、高瓦楞纸以及文化用纸等用纸浆，同时韧皮纤维又是高档布料的纤维原料。经中国制浆造纸工业研究所检测，光叶楮的韧皮纤维平均长度为7.48cm，比国内同属树木韧皮纤维高23.2%，色泽洁白，强度大，成浆率85%以上。深加工时用碱量仅为5%，常压蒸煮，原浆不经漂白，白度就达80%以上，仅此一项就节约了大量的生产成本。种植光叶楮，生产资金周转快，成本较低，一年投资，可多年连续受益。以2007年为例，投入苗子成本不足1.5万元/hm2，而产值翻番有余，如再深加工产值可过15万元/hm2，大大优于速生杨的经济效益。木质又是高密度板材的优质原料，附加值非常高；光叶楮叶子中蛋白质含量为23.48%，是麸皮的2.1倍，苜蓿的1.5倍，ca、P、zn、Fe、Mn、Cu等微量元素和氨基酸的含量也很丰富，是禽、畜、鱼、虾的优质饲料。根据国内价格计算，种植光叶楮，单位面积收入要比小麦和速生杨高3-4倍，如管理得当，效益更高。建立一个0.67万hm2的光叶楮种植基地，年可生产木浆12万t，利税2.4亿元，可生产特种纤维纸浆1万吨，利税9900万元，总利税可达3.4亿元(不包括树叶的利用效益)，一个10万t规模的造纸厂，两年就能收回成本，可带动2万户农民致富，经济效益非常突出。目前，即墨市已开始开发研究、试验示范生产，并取得了一定的进展，即将大面积推广。林纸结合是造纸工业发展的趋势，面对原材料紧缺的严峻形势，国内的造纸企业正在逐渐规划建立本企业的原料基地，对原料生产进行定向培育，解决高质量的、稳定的原料供应基地问题。光叶楮因其适应能力强，对土壤要求不严，且成本比杨树要低得多，丘陵、荒山、滩涂等都可开发种植。基地建设可使用多种形式，如公司+农户，企业+农户，农户自主种植，企业合同收购，也可合作、合资或股份制等。据调查，日本目前生产的特种纤维纸达1000多种，在工业、民用等各方面广泛应用，特种纸浆的价格为3万元/吨左右。此外，韩国、东南亚地区的需求量也非常大。就国内而言，随着人们生活水平的提高，国内的特种纸和高档纸需求量也非常大。国内具有地大物博的优势，发展空间非常大，据此，快速建立光叶楮生产栽培基地，加快生产特种纸和高档纸，除满足国内市场需求外，还可以直接进入国际市场参与国际竞争，出口创汇。1.2研究背景及意义木材剥皮在木材生产和用材部门都是一项不可缺少的的工序。诸如，造纸厂、纸浆厂、木材加工厂、铅笔板厂、火柴厂、贮木厂、某些国防工业部门以及国内南方林区的森林砍伐、木材水运等，都分别需要对原木、小径木进行剥皮。木材剥皮有许多关键的实际意义：1.便于木材保管。树干的韧皮部和形成层含有大量的有机物质，这些物质给有害菌虫的繁殖创造了有利条件。为了避免病虫害对木材的蛀蚀，剥去树皮具有良好效果。国内南方广西、云南、四川等林区，在木材采伐的同时，都要将树皮剥去，否则，树木被伐倒后很短时间内，即会被害虫蛀蚀，腐烂成废材。2.能够保证木材加工成品的质量。对机械加工的原木来说，原木剥皮后，更容易发现木材缺陷，从而可以更合理的量材下锯，以提高出材率。为了获得高质量的纸张、单板及胶合板，也必须先剥掉树皮。3.改善锯的工作条件。原木经过拖集，搬运和贮存今后，树皮表面和缝隙内积存了泥沙和其他杂物，当用锯加工这类原木时，锯齿磨损严重，易于变钝或损坏，木材剥皮后，此现象可避免。4.能充分利用木材和节省劳动力。如在制材前进行原木剥皮，则在制材过程中所产生的大量板皮和板条，可以供造纸和生产人造板用。此外，树皮本身也可作为化工原料和燃料。同时，由于除掉约占10%的树皮，可减少装卸和搬运的负担，用材部门可省去处理树皮的工作，改善卫生条件。5.手工剥皮劳动强度很大，生产率很低。例如，手工剥皮原木，生产率一般为0.5-2立方米/人日；手工去枝丫，生产率仅为0.5-1层积立方米/人日。这样就需要耗费大量劳动力，使生产生本大为提高。而使用机械剥皮，可使剥皮成本下降，生产率提高几倍甚至几十倍。比如，使用长6米、直径2.4米的干式连续作用滚筒剥皮机去枝丫材，其生产成本仅为手工剥皮的三分之一，生产率较手工剥皮提高23倍。由此可见，实现剥皮机械化，在生产实际中有着十分关键的现实意义。1.3国内外应用与发展现状国外木材剥皮工作经历了手工剥皮、半机械化剥皮、机械化剥皮及水力剥皮等几个阶段，使用剥皮机已有几十年的历史。1.手工剥皮机械剥皮没有涌现之前或小规模生产时，用人工以弯刀、镰刀、斧子、铲刀等进行剥皮，生产率依原料及条件而异。如赤松小径立方米/人日。北欧芬兰、瑞典等国家使用的剥皮刀和剥皮铲为150X200毫米左右，木柄长1.5-1.7米，铁铲侧面有一小钩齿，便于翻转木材。春夏两季好剥时，使用薄铲或空心铲。冬季难剥皮或树皮厚时，则用厚铲或剥皮弯刀。铲刀刃口锋利，剥皮时木质损失很小，小于0.5%。一般工人都自带两、三把刀具，根据树皮厚薄选用。使用剥皮铲的生产率比较高，春夏两季可达3-5立方米/人日。2.半机械化剥皮手持原料，向转动的刀刃推进进行剥皮。或相反，手持转动的刃具向原料推进进行剥皮（即简易铣刀式剥皮机或手提式剥皮机）。不论前者或后者，均用一马力左右的动力，其剥皮效率为手工剥皮的两倍，实际使用，多用前者，尤其是枝丫及板皮剥皮作业。3.机械化剥皮通常以滚筒式、环式及铣刀式为主。滚筒剥皮机和环式剥皮机均已形成系列。早期的滚筒剥皮机为湿式，即剥皮时需洒水，或将滚筒的一部分浸在水中进行。后来，为保护环境，涌现了干式滚筒剥皮机。这种剥皮机生产率高，剥皮时不用水，可在冬季对冻木进行剥皮。环式剥皮机应用范围广阔，并在不断发展，使用了光电、液压、气动等新技术。环式剥皮机中，尤以芬兰的VK型系列剥皮机应用最为广泛，是国际上公认的先进机型。此外，美国、加拿大和日本等国已使用水力剥皮机并大量投入生产使用。剥皮机原理系使用高压水的喷射冲击力剥皮，水压一般为80-100千克/毫升。加拿大还使用了喷头式和轮环式两种水力剥皮机。喷头式水力剥皮机装有2-3个可以转动的喷头，每个喷头有7-8个喷嘴，动力为2000-3000马力，水压为106.5-127.8千克/毫升。轮环式水力剥皮机的轮环上有喷水口，原木通过轮环，树皮被高压水冲掉。水力剥皮机的优点是：净度高、速度快、不受原木形状限制，适于原木端面不规则，树皮纤维扭曲的树种剥皮，在剥皮的同时，还可以除掉腐朽部分。缺点是：投资和耗电量大，对水质要求比较严格，否则喷嘴易被堵塞。国外剥皮机发展迅速，各类剥皮机保有量逐年增加。如，日本早在1970年就已经有滚筒剥皮机1846台，铣刀式剥皮机2805台，合计4651台。此外，还有很多环式剥皮机、水力剥皮机等等。美国、加拿大、西德、北欧、苏联等国，广泛使用环式剥皮机、滚筒剥皮机、铣刀式剥皮机及各种专用剥皮机等。国外研发和使用剥皮机主要有以下几个特点：1.对已研发成功，并在生产上得到应用的产品不断进行改进，尽量使用先进技术。例如，芬兰的VK-16型环式剥皮机，自五十年代问世以来，至今已经过多次改进，刀盘由离心配重式改为液压，上料、进料剥皮等全部由液压控制，还使用了光电控制等新技术，单机自动化程度很高。与此同时，VK-16剥皮机还有几种变形，以适应多种树种和多种用途剥皮。现在VK-16型剥皮机已形成系列，共计有20余种，在国际市场上有一定的竞争能力，推销到全球近50个国家。2.广泛研发新结构、新形式、新用途的剥皮机，积极使用新技术、新工艺，不断有所突破。同时，逐步淘汰了相形见绌的旧机型。3.对已研发成的剥皮机，坚持在生产中使用，这是国外剥皮机得以迅速发展的关键原因之一。4.环式剥皮机、滚筒剥皮机、铣刀式剥皮机和水力剥皮机在国外应用最广。芬兰、瑞士以及苏联等国主要使用环式剥皮机；日本、西德等国滚筒剥皮机和铣刀式剥皮机应用很普遍；美国、加拿大等国生产中大量使用水力剥皮机。5.多年来，国外剥皮机研发重点是机械式剥皮机，机械式剥皮机约占剥皮机总数的90%。但是，随着科学技术的发展，新型的非机械式剥皮装置不断发展，比重逐渐增加。剥皮机今后的发展趋势，可总结为以下几个方面：1.滚筒机械剥皮机在机械剥皮中最早涌现，至今已有六十多年的历史。在长期的生产实践中显示出其强大生命力。滚筒剥皮机能剥弯曲木，甚至能剥带叉的原木或枝丫，并能去朽，这些都远较其他机械式剥皮机优越。同时，其生产木为0.4-2.2，效率高，使用寿命长，所以至今仍被广泛沿用。湿式滚筒剥皮机较干式滚筒剥皮机木质损伤小，但干式滚筒剥皮机生产率高，并且没有污染和公害，因此这两种滚筒剥皮机今后都将继续使用和不断发展。目前，滚筒剥皮机朝大规格方向发展，以进一步提高生产率，降低成本。如北欧已使用直径5米，长21米，生产率为200立方米/小时的滚筒剥皮机。还使用直径3.8米，长60米，生产率300层积立方米/小时的长原木滚筒剥皮机，该机可剥长度为7米的原木。2.环式剥皮机是机械剥皮的一种好机型，得到了广泛应用，并迅速发展。这些剥皮机使用了一些新的技术，单机自动化程度越来越高。目前，环式剥皮机正朝着扩大其使用范围的方向发展。现已研发了很多具有新型结构的环式剥皮机和专用剥皮机。有的具有修圆结构，能改善剥皮质量，扩大使用范围；有的能剥树皮纵向纤维强度大并带油脂的树种；还研发了去节剥皮机等。3.铣刀式剥皮机的生产率不及环式和滚筒式剥皮机，木质损失也比它们大一些。但由于其结构比较简单，成本较低，在中小批原木剥皮中，仍广泛应用。现在国外已研发出生产率高、木质损失小，甚至无木质损失的铣刀式剥皮机，从而使铣刀式剥皮机大大前进了一步。4.水力剥皮机是一种先进的剥皮方式，它不受原木形状限制，剥皮净度高、速度快，没有木质损失，已在一些国家大量投入生产使用，今后还会有进一步发展。5.一些国家正在试验研究气力剥皮、木片去皮、削片同时去皮等。同时，超高频剥皮法、电力水波剥皮法、磁场效应等新的剥皮方式不断涌现，为剥皮事业开辟了广阔的前景。1.4常见剥皮机类型木材剥皮机是木材加工机械中的关键设备之一。由于树种不同,其树皮构造也不同,且木材有弯曲度和树叉、树包、树节、径级、含水率和冻材等诸多影响因素,给木材剥皮机的研发和推广应用带来许多困难,现介绍国内木材剥皮机的研发和使用状况。对剥皮机械的要求是：生产率高，木质损失少，技术先进，结构简单可靠，操作方便等。应这样的要求，并考虑到原木树种、径级、弯曲度、尖削度、树皮形态等因素的差异很大，国外研发了很多剥皮机，现已知道的即有一百多种。在所有剥皮机中，机械式剥皮机约占90%，因此，目前全球各国使用的绝大部分为机械式剥皮机，其余为水力剥皮、化学剥皮等。化学剥皮是将药物涂于立木根部，通过树液流动，被吸入木质部，破坏形成层组织，使树皮与木质部之间的联系大大弱化，从而使树木脱皮。剥皮机的类型愤述如下：1.根据结构形式分1）滚筒剥皮机2）环式剥皮机3）铣刀式剥皮机4）摩擦、锤击式剥皮机5）水力剥皮机6）削片同时去皮装置7)非机械式剥皮装置2.根据安装方式分1）移动型剥皮机。如手提式剥皮机和其他在伐区内流动剥皮的机械。其特点是重量轻、移动方便，机动性大、2）固定型剥皮机械。它主要是安装在生产量大而且作业场地固定的贮木厂、木片厂、木材加工厂、防腐厂、造纸厂等企业中。其特点是生产率高，机械化程度高，剥皮质量好。3.根据剥皮原理分1）机械式剥皮装置：包括锐刀、钝刀剥皮机、摩擦式剥皮机等等；2）水力剥皮装置3）化学剥皮装置4）超高频剥皮装置5）气力剥皮装置6）电力水波剥皮装置7）木材去皮装置4.根据使用范围可分为普通剥皮机和专用剥皮机。2总体设计2.1拟定总体设计方案如前所述，木材剥皮机的类型很多，本文根据设计任务需要，初步拟定设计一台槽式剥皮机，其主要特点是：槽式剥皮机使用滚轴式剥皮，结构上简单结实，刚性强，故障率低，使用寿命长。它由剥皮滚轴、进料口、出皮口、出木口、动力传动装置五部分组成。打破传统滚筒式木材剥皮机，出料、入料都要停机的缺点。把木皮出口及木出口分离，实现连续不断地工作，从进料剥皮出木再进料再剥皮再出木整个过程连续不断，实现了流水作业。相对不同的木种，剥皮效果可以进行调整，木材长短不一，弯曲螺旋干湿不同都可以上机剥皮。单机作业一天可以剥皮35-50吨的原木，大大地节省了人力。1、使用开放式料仓，可从一头进料，另一头出料的流水线作业，克服了现有滚筒式剥皮机停电进料，出料，分段式工作方式的缺点，工作效率高。2、由于齿牙对木段的冲击，不仅使木段在机壳内做循环运动，且绕自身回转，因此剥皮效率高，桉木杨木等难剥皮的树种有较好的剥净率。3、对木材的适应性强，可对不同树种，直径，长度和形状的木段进行剥皮，由于木段做回转运动和不规则跳动，故弯曲木段的凹部也能与剥皮齿牙很好的接触。因此，对弯曲原木的剥净率比其他滚筒式高得多。4、因庞大的机壳是固定不动的，所以耗能小，故障率低，维修工作量小，震动和噪声比滚筒剥皮机要低的多，机器落地即可生产，甚至无需底座安装，操作便捷。剥皮机上的剥皮装置的刀头的大小和形状必须根椐光叶楮的大小、形状和产品工艺要求确定。特别注意剥皮倾斜角度的设计，提高剥皮质量，以保证后道工序的顺利进行。光叶楮剥皮机是由剥皮机构、传动机构和电动机组成。光叶楮剥皮时将光叶楮运送至进料斗，然后流入到剥皮滚筒或振动筛中，使光叶楮在滚筒里滚转和移动或在振动筛中作相对运动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到剥皮目的。为了实现预定的功用，初拟方案为使用滚筒式进行光叶楮剥皮图2方案二示意图见图2所示，其滚筒由摩擦轮带动，物料通过料斗流入到滚筒时，在其间滚转和移动，并在此过程中通过相应的孔流出，以达到剥皮目的。滚动式剥皮机的优点为：结构简单，剥皮效率高，工作稳定，不存在动力不平衡现象。缺点为：设备占地面积大，剥皮面使用率低；因为刀头调整困难，对原料的适应性差。本文研究的主要目的是实现光叶楮生产的规模化和机械化，而且主要针对单一物料进行剥皮，对光叶楮的损伤情况不做过多要求，因此，该方案较为合理。2.2拟定传动形式常见的传动机构有带传动、链传动、摩擦轮传动、齿轮传动等，本次设计初选带传动和链传动。下面比较链传动和带传动的优缺点：1）带传动带传动是具有中间挠性件的一种传动，其优点有1)缓和载荷冲击；2）运行稳定，无噪音；3）过载时引起带轮打滑，可防止其他零件的损坏；4）适应中心距较大的工作条件。其缺点在于：1）有弹性滑动和打滑，效率较低不能保持准确的传动比；2）带寿命较短2）链传动与带传动相比较，链传动的主要优点是：没有滑动；工况相同时，传动尺寸比较紧凑；不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；效率较高；能在温度较高、湿度较大的环境中使用等。因链传动有中间元件(链)，需要时轴间距离可以很大。链传动的缺点是：只能用于平行轴之间的传动；瞬时速度不均匀，高速运转时不如带传动稳定；不宜在载荷很大和急促反向的传动中应用；工作时有噪音；制造价格比带传动高。本次设计考虑到剥皮机的工作效率和使用寿命，综合决定选用链传动机构。2.3拟定总体结构总体结构分为以下主要部分：滚筒、收集料斗、机架、传动装置、摩擦轮等。图3光叶楮剥皮机结构图光叶楮剥皮机的传动路线见图4所示，该机构是通过电动机驱动皮带传动，将运动和动力直齿圆柱齿轮减速器，通过减速器减速后，再由链轮传动机构将运动和动力传递给摩擦轮，在摩擦轮的带动下，以实现对光叶楮的剥皮。1.电动机2.带轮3.摩擦轮4.摩擦轮轴5.一级直齿圆柱齿轮减速器图4光叶楮剥皮机的传动路线3传动装置的设计3.1带传动设计根据设计可知带轮传动比为3，因传动速度较快，处于高速端，故使用带传动来提高传动的稳定性。并转动方向一致，带轮的传动是通过带与带轮之间的摩擦来实现的。带传动具有传动稳定，成本低廉以及缓冲吸振等特点。根据槽面摩擦原理，在相同的张紧力下，V带传动较平带传动能产生更大的摩擦力。再加上V带传动允许传动比较大，结构较紧凑，以及V带以标准化并且大量生产的优点，因此本次设计高速轴传动选用V带传动。（1）选择普通V带截型带的型号可根据计算功率Pd选取，计算功率Pd=KAP其中KA：工作情况系数P：名义传动功率本设计中由于是带式输送机传动，每天两班制，根据机械设计手册，P156表8-7因此选取KA=1.2Pd=KA*P=1.24=4.8千瓦根据机械设计手册，P157图8-11得：选用A型V带（2）确定带轮基准直径，并验算带速根据机械设计手册得，推荐的小带轮基准直径为75-100mm为了减小带的弯曲应力应使用较大的带轮直径，查普通V带带轮基准直径系列，可取dd1=125mmdd2=n1/n2dd1=（960/240）125=500mm根据机械设计手册P74表5-4，取dd2=500mm实际从动轮转速n2=n1dd1/dd2=960125/500=240r/min带速V：V=dd1n1/601000=125960/601000=6.28m/s在5-25m/s范围内，带速合适。（3）确定带长和中心距初定中心距a0=500mm0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2)0.7(125+450)a02(125+500)所以有：437.5mma01250mm根据机械设计手册P84式（5-15）得：L0=2a0+（/2）(dd1+dd2)+(dd2-dd1)2/4a0=2500+1.57(125+500)+(500-125)2/4500=2051.6mm根据机械设计手册，表8-2选取相近的V带基准长度Ld=2000mm确定中心距aa0+(Ld-Ld0)/2=500+(2000-2051.6)/2=474.2mm(4)小带轮包角的验算1=180-(dd2-dd1)/a57.3=180-(500-125)/474.257.3=134.7120（5）确定带的根数带的根数应取整数，为使各根带受力均匀，带的根数不能太多，一般2-5为宜，最多不多于8-10根。否则应增大带轮基准直径或选择较大型号的带，重新设计。单根V带传递的基本额定功率.据dd1和n1，根据机械设计手册，图8-7得P0=1.4千瓦i1时单根V带的额定功率增量.据带型及i根据机械设计手册，表8-4b得P0=0.11千瓦根据机械设计手册，表8-5，得包角系数K=0.91；查表8-2得长度系数KL=0.91ZPd/(P0+P0)KKL=4.8/(1.4+0.11)0.910.91=3.84因此取Z=4根(6)计算轴上载荷为了设计安装带传动的轴和轴承，必须确定带传动作用在轴上的径向载荷。如果不考虑带的两边拉力差，则压轴力可近似地根据带两边的预拉力的合力来计算，由图可得根据机械设计手册，表8-3查得每米带长的质量q=0.1kg/m，根据机械设计手册，式（8-27）单根V带的预拉力：F0=171N由于新带容易松弛，所以对非自动张紧的带传动，安装新带时的预拉力应为上述预拉力的1.5倍。则作用在轴承的载荷FQFQ=2ZF0sin(1/2)=24171sin(134.7/2)=1262.5N10）带的张紧装置各种材料的V带都不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一段时间的运转后，就会因为塑性变形而松弛。使预紧力FO降低。为保证带传动的能力，应定期张紧。此处使用定期张紧装置。3.2齿轮传动设计1）选择齿轮类型、精度等级、材料及齿数根据图4所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动。滚筒为一般工作设备，速度不高，故选用7级精度（GB10095-88）材料选择。根据机械设计手册表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。选小齿轮齿数z1=24，大齿轮齿数z2=424=962）根据齿面接触强度设计根据公式（10-9a）进行试算，即d1t2.323KT1/d(u1)/u(ZE/H)2（3-17）（1）确定公式内的各计算数值初选载荷系数Kt=1.3。计算小齿轮传递的转矩。T1=9550P1/n1=95502.11/237=85.02Nm=8.502104N毫米根据机械设计手册表10-7选取齿宽系数d=1.2。根据机械设计手册表10-6查得材料的弹性影响系数ZE=189.8MPa1/2。根据机械设计手册图10-21d根据齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1=600MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=550MPa。根据机械设计手册式10-13计算应力循环次数N1=60n1jLh=602371(2830015)=1.024109N1=1.024109/4=0.256109根据机械设计手册图10-19取接触疲劳寿命系数KHN1=0.90；KHN1=0.95。计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1，符合要求系数S=1，由根据机械设计手册式（10-12）得H1=KHN1lim1/S=0.9600MPa=540MPaH2=KHN2lim2/S=0.95550MPa=522.5MPa(3）计算试算小齿轮分度圆直径d1t，代入H中较小的值。d1t2.323KT1/d(u+1)/u(ZE/H)2=2.3231.38.502104/1.2(4+1)/4(189.8/522.5)2=57.459毫米计算圆周速度v。v=d1tn1/601000=57.459237/601000=0.71m/s计算齿宽b。b=dd1t=1.257.459=68.951毫米计算齿宽与齿高之比b/h。模数mt=d1t/z1=57.459/24=2.394毫米齿高h=2.25mt=2.252.394=5.39毫米b/h=68.951/5.39=12.79计算载荷系数。根据v=0.71m/s，7级精度，根据机械设计手册图10-8查得动载荷系数Kv=1.04；直齿轮，KHa=KFa=1；根据机械设计手册表10-2查得使用系数KA=1；根据机械设计手册表10-4用插值法查得7级精度、小齿轮相对支承对称设置时，KHB=1.315。由b/h=12.79，KHB=1.315查机械设计手册图10-13得KFB=1.28；故载荷系数K=KAKvKHaKHB=11.0411.315=1.368根据实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，根据机械设计手册式（10-10a）得d1=d1t3K/Kt=57.45931.368/1.3=58.436毫米计算模数m。m=d1/z1=58.436/24=3.43毫米5）根据齿根弯曲强度设计根据机械设计手册式（10-5）得弯曲强度的设计公式为m32KT1/dz12(YFaYSa/F)（1）确定公式内的各计算数值根据机械设计手册图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=500MPa；大齿轮的弯曲强度极限FE2=380MPa；根据机械设计手册图10-18取弯曲疲劳寿命系数KFN1=0.85，KFN1=0.88；计算弯曲疲劳许用应力。取弯曲疲劳符合要求系数S=1.4，根据机械设计手册式（10-12）得F1=KFN1FE1/S=0.85500/1.4MPa=303.57MPaF2=KFN2FE2/S=0.88380/1.4MPa=238.86MPa计算载荷系数K。K=KAKvKFaKFB=11.0411.28=1.331查取齿形系数。根据机械设计手册表10-5查得YFa1=2.65；YFa2=2.196。查取应力校正系数。根据机械设计手册表10-5查得YSa1=1.58；YSa2=1.786。计算大、小齿轮的YFaYSa/F并加以比较。YFa1YSa1/F=2.651.58/303.57=0.01379YFa2YSa2/F=2.1961.786/238.86=0.01642大齿轮的数值大。(3）设计m321.3318.502104/1.2242(0.01642)=1.75毫米对于计算结果，由齿面接触强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，因为齿轮模数m的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.75并就圆整为标准值m=2.0毫米，根据接触强度算得的分度圆直径d1=58.436毫米，算出小齿轮齿数z1=d1/m=58.436/229大齿轮齿数z2=429=116这样设计出的齿轮传动，既符合了齿面接触疲劳强度，又符合了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。6）几何尺寸计算（1）计算分度圆直径d1=z1m=292=58毫米d2=z2m=1162=232毫米(3）计算中心距a=(d1+d2)/2=(58+232)/2=145毫米（3）计算齿宽b=dd1=1.258=69.6毫米取B2=70毫米，B1=75毫米。（4）机构设计及绘制齿轮零件图。3.3轴的设计进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采取相应的计算方法，并恰当地选取其许用应力。对于传动轴应根据扭转强度条件计算。对于心轴应根据弯曲强度条件计算。对于转轴应根据弯扭合成强度条件计算。(1)根据扭转强度条件计算：这种方法是根据轴所受的扭矩来计算轴的强度，对于轴上还作用较小的弯矩时，通常使用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。通常在做轴的结构设计时，常使用这种方法估算轴径。实心轴的扭转强度条件为：由上式可得轴的直径为为扭转切应力，MPa式中：T为轴多受的扭矩，Nmm为轴的抗扭截面系数，n为轴的转速，r/minP为轴传递的功率，千瓦d为计算截面处轴的直径，mm为许用扭转切应力，Mpa，值根据轴的不同材料选取，常见轴的材料及值见下表：表1轴的材料和许用扭转切应力轴的材料Q235，2035451Cr18Ni9Ti40Cr,35SiMn,2Cr13,42SiMn12-2020-3030-4015-2540-52A160-135135-118118-107148-125100.7-98空心轴扭转强度条件为：其中即空心轴的内径与外径d之比，通常取=0.5-0.6这样求出的直径只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。例如，在设计一级圆柱齿轮减速器时，假设高速轴输入功率P1=2.475千瓦，输入转速n1=960r/min，则可根据上式进行最小直径估算，若最小直径轴段开有键槽，还要考虑键槽对轴的强度影响。根据工作条件，选择45#钢，正火，硬度HB170-217，作为轴的材料，A0值查表取A0=112，则因为高速轴最小直径处安装联轴器，并通过联轴器与电动机相连接，设有一个键槽，则：此外，工程上，由于减速器输入轴通过联轴器与电动机轴相联结，则外伸段轴径与电动机轴径不能相差太大，否则难以选择合适的联轴器，取，查表，取,则：综合考虑，可取通过上面的例子，可以看出，在实际运用中，需要考虑多方面实际因素选择轴的直径大小。(2)根据弯曲强度条件计算：由于考虑启动、停车等影响，弯矩在轴截面上锁引起的应力可视为脉动循环变应力。则其中：M为轴所受的弯矩，NmmW为危险截面抗扭截面系数()具体数值查机械设计手册B19.3-15-17.为脉动循环应力时许用弯曲应力(MPa)具体数值查机械设计手册B19.1-1(3)根据弯扭合成强度条件计算由于前期轴的设计过程中，轴的主要结构尺寸轴上零件位置及外载荷和支反力的作用位置均已经确定，则轴上载荷可以求得，因而可根据弯扭合成强度条件对轴进行强度校核计算。进行校核时，一般只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。根据机械设计手册式（15-5）及上表中的数据，以及轴单向转动，扭转切应力为脉动循环变应力，取a=0.6，轴的计算应力ca=M12+(aT1)2/W=1006242+(0.685020)2/0.1703=3.3MPa如前所述，选择轴的材料为45钢，调质处理，根据机械设计手册表15-1查得-1=60MPa。因此ca-1,故符合要求。3.4滚筒的设计考虑到光叶楮大小形状的差别，将滚筒的分级情况定为6级。在实际分级中，可以将相邻的两级料斗合为一级，以符合不同分级的需要。现在设计使用5节滚筒，6级分级。1)滚筒刀头总数的确定生产能力G可由下式计算：G3600zm/10001000(3-1）其中：z为滚筒上的刀头总数；G为生产能力；为在同一秒内从刀头掉下物料的系数，因剥皮机型和物料性质不同而异，滚筒式可取1.0%2.5%；m为物料的平均质量。根据设计要求给定的参数G=12t/h，m=400g，=2.0%可求出z=10001000G/3600m=1000100012/36000.02400=417（个）滚筒直径D、长度L以及各段排数P和各排刀头数量Z的确定在生产能力已知的情况下，通过式(3-1）求取的Z为滚筒上所需的刀头数量。但因为各段刀头直径不同而滚筒直径相同，因此这个总刀头数量不能平均分配在各段中，而应根据工艺的要求分成不同直径的若干级别，再依倾斜角度设各段排数以确定同一级每排筛刀头数量量。若把滚筒展开成平面，则其关系为各段刀头数量=排数每排刀头数量各段长度=（各段刀头直径每排刀头数量）（刀头间隙各排刀头数量）则滚筒的圆周长度=（排数各段直径）（排数直径）根据经验，各段的刀头数量之和等于总刀头数量Z，各段长度之和是所设计的滚筒长度，但这样设计各段滚筒的直径各不相同，无法连接在一起。因此一般取滚筒中直径较大的一级作为整个滚筒的直径。初步确定滚筒直径和长度后，用D:L=1:46进行校核，若不在此范围内，就应重新调整各段排数或刀头数量，直至达到此比例范围内为止。一般若L6D，则可适当增加排数，减少每排刀头数量；若L6D，则应增加每排刀头数量，减少排数。现在由剥皮所需光叶楮的需求，对滚筒直径作如下估计：表1刀头直径的参数刀头直径长宽（毫米）刀头间隙（毫米）粒径分布比例系数ai轴向分布比例系数bi第一段8040151/81/2第二段8545201/21/4第三段9050251/41/8第四段9555301/81/8第五段10060351/81/82)各段滚筒刀头数量量的计算（1）各段刀头的刀头数量Z1=aibiZ。(3-2）其中：Z1每个刀头的个数，个；ai原料粒径分布比例系数；bi原料沿滚筒轴向分布比例系数；Z。基准刀头数量，个。(3）基准刀头数量为Z。=Z/aibi(3-3）则Z。=417/（1/81/21/21/41/41/81/81/81/81/8）=1668（个）则，可求Z1=aibiZ。=1/81/21668=104Z2=aibiZ。=1/21/41668=209Z3=aibiZ。=1/41/81668=52Z4=aibiZ。=1/81/81668=26Z5=aibiZ。=1/81/81668=26（3）刀头排数与每排刀头数量的计算已知u=L/D(3-4）其中：u长度与直径之比；L滚筒的长度，m；D滚筒的直径，m。又知滚筒的长度可表示为L=Li=1/P0Zi/Ci(diei)(3-5）其中：P0基准排数，一般以第一段为基准；di各段刀头的直径，m；ei各段刀头的直径，m；Ci刀头的直径及间隙对排数的影响比例系数。又知CI=P1/P0(3-6）其中：P1各段刀头的排数因Si=diei故Pi=2D/Si则将这些转换式对L=Li=1/P0Zi/Ci(diei)进行化简，得L=2D/SiZ1(d1e1)2Z2(d2e2)2Z3(d3e3)2Z4(d4e4)2Z5(d5e5)2又估计u=L/D=4则D=1/4L则L2=2/104(0.0800.015)2209(0.0850.020)252(0.0900.025)226(0.0950.030)226(0.1000.035)2解得L=2.3m则D=1/4L=0.575m则由Pi=2D/Si，得P1=20.575/(0.0800.015)=23P2=20.575/(0.0850.020)=20P3=20.575/(0.0900.025)=18P4=20.575/(0.0950.030)=17P5=20.575/(0.1000.035)=15因此解得各段滚筒每排刀头数量：由ZPi=Zi/Pi解得ZP1=Z1/P1=104/23=5ZP2=Z2/P2=209/20=10ZP3=Z3/P3=52/18=3ZP4=Z4/P4=26/17=2ZP5=Z5/P5=26/15=2经圆整后，各段滚筒每排的刀头数量为：ZP1=4ZP2=7ZP3=3ZP4=3ZP5=2（4）滚筒直径的确定各段滚筒的周长为li=/2(diei)Pi(3-7）l1=3/2(d1e1)P1=/2(0.0800.015)23=1.892ml2=3/2(d2e2)P2=/2(0.0850.020)20=1.819ml3=3/2(d3e3)P3=/2(0.0900.025)18=1.793ml4=3/2(d4e4)P4=/2(0.0950.030)17=1.840ml5=3/2(d5e5)P5=/2(0.1000.035)15=1.754m各段计算周长中，最长的作为整个滚筒的周长，则l=1.892m。（5）刀头间隙修正因为各段计算周长与确定的滚筒轴长l存在差值，则根据下式修正：ei=2l/Pi-di(3-8）则e1=21.892/23-0.080=0.015e2=21.892/20-0.085=0.024e3=21.892/18-0.090=0.031e4=21.892/17-0.095=0.034e5=21.892/15-0.100=0.046（6）滚筒直径D=l/(3-9）则D=1.892/=0.60m（7）长径比验算总长度的确定，应将各段的一侧边缘尺寸fi计入，因此L=Lifi(3-10）又知fi=Si/2=1/2(diei)(3-11）则滚筒的长度为L=ZPi(diei)1/2(diei)(3-12）则L=ZPi(diei)1/2(diei)(3-13）L=4(0.0800.015)7(0.0850.020)3(0.0900.025)3(0.0950.030)2(0.1000.035)1/2(0.0800.015)(0.0850.020)(0.0900.025)(0.0950.030)(0.1000.035)=2.393m将计算出的滚筒长度和直径代入长径比公其中进行验算，若不超过规定长度比的5%，则可确定长度和直径；否则要重新进行校正。由计算知D=0.60mL=2.393m则u=L/D=2.393/0.60=3.99规定的u=L/D=4则相差值为4-3.99=0.015%，符合要求。故可确定滚筒D=0.60mL=2.393m3)转速n及水平倾角a的确定滚筒的转速影响分级效率及生产能力，而滚筒的转速取决于直径。滚筒一般呈倾斜放置，则一般转速可由以下公式确定：n=1214/R(3-14）则根据前述滚筒尺寸参数计算中，知D=0.60m，根据公式解得本设计中的转速范围n=1214/R=1214/0.60=1518转/分又考虑滚筒的转速一般为1015转/分，一般不超过30转/分。在结合实际生产需求，最终确定滚筒的转速n=18转/分。由上式可知，n与R成反比，即滚筒直径越大，其转速越小。而滚筒的倾角a与滚筒的长度有关，一般约为3o5o，长的滚筒取小值，短的取大值。本设计中滚筒的长度为L=2.393m，结合实际生产的需要，取a=4o。4)滚轮和摩擦轮滚轮和摩擦轮工作时，滚圈的动力是由摩擦轮与之摩擦所产生的，她们是一对相对运动的部件。一般为了维修及更换零件的方便，在设计上，摩擦轮所选择的材料要比滚圈耐磨性差，以便把磨损落在摩擦轮上。摩擦轮和滚圈的结构见图5所示。滚圈的常见材料为Q235、Q255、40号碳素钢。摩擦轮的材料常为HT250、HT200等。本次设计取滚圈的材料为Q235，摩擦轮的材料为HT200。摩擦轮的宽度b一般比滚圈宽度B大3040毫米，以补偿筒体热胀冷缩和轴向窜动的需要，经计算摩擦轮外径为d=375毫米，宽度为90毫米（由与滚圈宽60毫米关系式计算得出）。1.滚筒2.摩擦轮3.滚圈图5摩擦轮与滚圈Fig5Thefrictionwheelandtherollingring5)功率计算对于摩擦轮传动式，其功率可用下式计算：P=Rn(m113m2)g/60(3-15）其中：P滚筒转动所需要的电动机功率，W；R滚筒内半径，m；n滚筒转速，转/分；m1滚筒本身质量，kg；m2滚筒内原料质量，kg；传动效率，一般取0.60.7。本设计中取=0.6。m2=R2Lr1(3-16）其中：