毕业设计（论文）-土豆挖掘机的设计（全套图纸三维）.pdf

本科毕业设计(论文) 题目：土豆挖掘机的设计 院 系： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 2016 年 4 月 I 摘要 土豆作为人们的主要食品之一，具有丰富的营养价值，人们在日常生活中， 人们都会围绕土豆来做出各种不同的菜肴，例如炒菜，炖汤等等。而通过刀具切 削土豆片会很麻烦，如果有能够对土豆进行自动挖掘的机械，那样在一定程度上 会大大提高挖掘效率和质量。 该土豆挖掘机主要由机架、连接杆、摆臂、连接件、曲柄、抖动轮、挖掘铲、 定位轴、地轮等等零部件组成。动力是通过拖拉机带动该土豆挖掘机在农田里面 进行自动挖掘作业。该机效率高，产能好，适合批量挖掘土豆的场所。 关键词：土豆挖掘机；机架；挖掘铲；产能 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Abstract potatoes as one of the main food of the people, with rich nutritional value, people in daily life, people will around the potato to make a variety of dishes, such as cooking, soup, and so on. And through the cutting tool cutting potato chips will be very troublesome, if there is to be able to peel the skin of the machine, then to a certain extent, will greatly improve the efficiency and quality of the peel. The potato peeler is through artificial potatoes into potato peeling machine barrel inside, at the bottom of the motor through the transmission gear to drive the transmission shaft to rotate, so as to drive the rotating body rotation, rotation body spot welding can be through the potatoes with a rotating body surface friction and skin small metal grinding, potatoes and with the rotary body to rotate together, and the inner wall of the cylinder body welding scraping knife, that comes with the rotation of the rotating body, the inside of the barrel body of potatoes has been constantly and the surface of a rotating body of small metal grinding blade and the inner wall of the barrel body scraping knife friction to the skin effect Key words:Potato peeling machine,cutting tool,rotating body, peeling III 目目 录录 摘要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 . 1 1.2 本课题研究的内容 . 2 1.3 国内外发展现状 . 2 2 土豆挖掘机总体结构的设计 . 4 2.1 土豆挖掘机的总体方案图 . 4 2.2 土豆挖掘机的工作原理 . 4 2.3 机械传动部分的设计计算 . 5 2.3.1V 带传动的设计计算. 7 2.3.2 轴承的设计计算. 8 2.3.3 轴的设计 . 8 3 各主要零部件强度的校核 . 10 3.1 机架强度的校核与计算 . 11 3.2 转轴强度的校核计算 . 12 3.3 轴承强度的校核计算 . 14 4 土豆挖掘机中主要零件的三维建模 . 15 4.1 机架的三维建模 . 17 4.2 挖掘铲的三维建模 . 18 4.3 摆臂的三维建模 . 20 4.4 土豆挖掘机的三维建模 . 22 结 论 . 23 致 谢 . 24 参考文献 . 25 1 1 绪论 1.1 课题的来源与研究的目的和意义 在英国，土豆挖掘设备等产业越来越多地将工场设在河边，利用人工来对土 豆进行挖掘。在这样的生产需要下，19 世纪初出现了新型的土豆挖掘机，1965 年，德国人费伦斯发明了半自动的土豆挖掘机，降低了人工的浪费。1981 年费 伦斯又创制出提供回转动力的土豆挖掘机，扩大了土豆挖掘机的应用范围。土豆 挖掘机的发明和发展， 使土豆等类似食品的加工行业和工业生产都得以机械动力 化。土豆挖掘机几乎是 20 世纪唯一的加工土豆的机械。 当今社会，无论从挖掘数量、质量、经济效益等各方面来衡量，此次设计的 新型土豆挖掘机，它已经远远超越了以往的传统的土豆挖掘机，并成为各国争相 发展的行业。1986 年江苏的永赶公司实现了土豆挖掘机的创新设计，并通过打 入亚洲以及南美市场，取得了不错的成绩。从 20 世纪起，新型的土豆挖掘机不 断诞生，进入 20 世纪，出现各种实验应力分析方法，人们已能够通过机电的有 机结合设计出智能化的土豆挖掘机， 相信在不久的将来， 改机电一体化智能产品， 将会得到越来越广阔的应用。 土豆作为人们的日常的食品， 是人们的生活的需要。 为了实现土豆的自动化挖掘，从而来代替传统的人工削皮来提供劳工效率，适应 现代化机械工业高速发展的需要， 所以在机械设备中它们的挖掘设备的生产也有 着严格的要求。传统的土豆在没有自动挖掘设备而需要人工挖掘的情况下，挖掘 效率低下，劳动强度大，所以设计一个专用的土豆挖掘势在必行。 通过对实际的生产设备进行考察，从而提出了新型土豆挖掘机的结构组成、 工作原理，拟定了土豆挖掘机总的指导思想，得出了该新式土豆挖掘机的优点是 高效，经济且易维修的结论。 根据结合自身所学和本次所选课题的难易度， 觉得无论是在知识层面还是在 软件的运用技能上面，该课题很适合我，加之本课题来源于当今社会机械工业土 豆挖掘设备的创新和更新换代基础之上，通过设计出土豆挖掘机，从而来满足当 今社会土豆挖掘设备不足的缺陷。 2 1.2 本课题研究的内容 土豆作为人们的日常食物的一种，经常出现在人们的餐桌上面。本次设计的 土豆挖掘机主要是针对日常生活中见到的土豆来进行的， 由于该土豆挖掘机的挖 掘铲采用焊接的形式，其形状采用铲形，所以它的强度和结构设计合理，并且能 够满足对指定区域的土豆挖掘干净的条件。 本次设计主要针对土豆挖掘机进行设计，从土豆挖掘机的整体方案出发，然 后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面： 1、到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集出各类土豆挖掘机的原理及 结构，挑选相关内容记录并学习。 2、分析土豆挖掘机的结构与参数 3、确定设计总体方案 4、确定具体设计方案（包括挖掘机构的设计，V 带传动的设计，电机，轴 承等的选型设计等等） 5、土豆挖掘机的三维图的绘制、CAD 装配图、零件图的绘制。 6、说明书的整理 1.3 国内外发展现状 我们在 2002 来自于王健的以前的资料，他数十年的废寝忘食建造了一个简 单的土豆挖掘机机构，开纯机械时代。王健更设计出多功能复合土豆挖掘机，在 这之后，台湾教授颜洪森以传动的土豆挖掘机为基础，开发了一系列的土豆挖掘 机，如四连杆式，六连杆式等等土豆挖掘机，查建中和其他人一起以凸轮机构为 对象，共同钻研考虑怎样改良按压力引发的角度以及零部件的分理。总之，传统 的对象加上科学的分析和先进的理论， 使得土豆挖掘机在国内的研究范围和深度 得到了极大的丰富和发展。 何人最先取得此项专利已无可知晓， 只了解到外国科学家在十九世纪末建造 出了一部类似于土豆挖掘机的机械，整体部分是用齿轮以及连接杆件机构组装， 但是却没有做出实物来加以佐证.20 世纪初又有人运用齿轮以及连接杆件体系制 造出类似的土豆挖掘机，然而相关资料中并没有找到对这个作品的介绍，所以那 个时候有关土豆挖掘机的研究还仅能思组成以及运动起来的规律。同期，又有两 位发明家麦吉以及弗兰科创作了首部彻底用计算机操纵的土豆挖掘机。 接下来几 3 年有关此机器的设计被充分的融入了运行操纵理论。1979 年席罗思在行进土豆 挖掘机里加入了操纵水平行走的仪器，同样在腿上加入了保持和校对偏向的装 置。20 世纪末布朗、罗布特以及莎普恩斯研究了加入了液压部件和直流电机的 相应土豆挖掘机。 这都意味着人类对机械体系的认识已从简单的考虑迈入了整体 操纵、计算机和高新科技的相互融汇贯通的康庄大道。 从广阔的视野、各种各样的活动，还有和学术报告、规范标准以及另外别的 角度的的详细内容，我们得到了包含定位、性质以及应用土豆挖掘机的大环境。 土豆挖掘机已发展到注重提高生产效率，成品质量稳定性。最近，超多的市场已 经建立了土豆挖掘机的商业用途，像土豆挖掘机，它的应用已经渗透到家庭家居 生活等。出色的土豆挖掘机技术不仅实现创建一个新的市场，也为提高人们的生 活水品做出了非常重要的贡献。 在一个国家或地区有土豆挖掘机具有普遍偏向的 方式。今后，会更加流行正在蓬勃发展的土豆挖掘机。OMG 国标早就认可中介 范例，ISO 资质也授与了能减少劳动力的土豆挖掘机。即使在大规模对土豆进行 挖掘的活动，这是越来越多的土豆挖掘机的使用。根据土豆挖掘机技术应用在通 讯，家电，汽车，医疗设备和其他，土豆挖掘机已被广泛认可。它是一种动力， 看来像它会导致一个新的行业。土豆挖掘机研发情况固然都在被上述所整理，然 而这些仍然是显示出要把土豆挖掘机推向消费者。 欧美等发达国家成立有相应计 划，本国也需求更好的战略，方能维持积极地有力发展。新服务土豆挖掘机对于 市场具有应用性很强的领域，比如孜孜不倦的创新产品、医疗项目、相关福利以 及防不胜防的自然性或人为性灾难。在另一方面，虽然产自日本的工业土豆挖掘 机依然是行业里最好的，但其他国家都在奋起直追。在关于实际使用中，美国提 出了很多观点。在美国有建立国家计划项目，欧洲也是，如 Horizon2020，我们 的国家也需要更好的政策，才能保持健康的发展前景。传统的土豆挖掘机产品图 片如下图 1,2 所示： 4 图 1 图 2 5 2 土豆挖掘机总体结构的设计 2.1 土豆挖掘机的总体方案图 土豆挖掘机属于食品加工设备的一种，通常市面上用到的都是焊接框架式 的， 因为焊接框架式的土豆挖掘机结构强度足够，其形状很容易轻松地就将土豆 从地里挖掘出来。该土豆挖掘机主要由机架、连接杆、摆臂、连接件、曲柄、抖 动轮、挖掘铲、定位轴、地轮等等零部件组成。动力是通过拖拉机带动该土豆挖 掘机在农田里面进行自动挖掘作业。该机效率高，产能好，适合批量挖掘土豆的 场所。 其总体方案图如下图 1- 1 所示： 1- 1 土豆挖掘机总体方案图 2.2 土豆挖掘机的工作原理 该土豆挖掘机主要由机架、连接杆、摆臂、连接件、曲柄、抖动轮、挖掘铲、 定位轴、地轮等等零部件组成。动力是通过拖拉机带动该土豆挖掘机在农田里面 进行自动挖掘作业。该机效率高，产能好，适合批量挖掘土豆的场所。 6 2.3 机械传动部分的设计计算 2.3.1 V 带传动的设计计算 （1）设计功率 d P kwP A K d P0 . 152 . 0= A K 1.2 P传递的功率 （2）选定带型 根据 d p 和 1 n 选取普通 V 带 C 型， 1 n 小带轮转速，为 1350r/min （3）传动比 = 0 i1.76 2 n i n1 min/818018 76. 1 1440 r= （4）小带轮基准直径 1 d d （mm） 由 B1 表 8112 和表 8114 选定 1 d d 100mm min d d75r/min （5）大带轮基准直径 2 d d （mm） cmdid dd 15010076. 1 1 2 = 由 B3 表 87 得 2 d d=150mm （6）带速验算 smvsm nd v d /3025/54 . 7 100060 1440100 100060 max 1 1 = = = （7）初定轴间距 0 a （mm） mmdda dd 190)(2 0 21 =+= （8）所需带的基准长度 0 d L （mm） 7 0 2 0 4 )( )( 2 2 12 210 a dd ddaL dd ddd += 2804 80 280 2 2802 2 + 650mm 带型选择为 A900 （9）实际轴间距a mm d L d L aa177 2 886900 280 2 0 0 += + （10）小带轮包角 1 oo 3 . 57180 12 1 = a dd dd = oo 3 . 57 287 80 180 = o 164 （11）单根 V 带的基本额定功率 1 p 根据系统工况，我们可以取 1 p =0.37kw （12） 1i 时单根 V 带型额定功率增量 1 P 根据系统工矿，在这里我们取 1 P =0.15kw （13）V 带的根数 Z Z =39 . 3 87. 096. 0)15 . 0 32. 1 ( 8 . 4 ) 11 ( = + = + L k a kpp d P a k 小带轮包角修正系数取 0.96 L k 带长修正系数查取 0.87 （14） 单根 V 带的预紧力 0 F 8 2 0 ) 1 5 . 2 (500mv Zv P k F d a += = 2 54 . 7 1 . 0 54 . 7 4 8 . 4 ) 1 96 . 0 5 . 2 (500+ =134（N） mV 带每米长的质量（kg/m）查 B1 表 8124，取 0.1k/gm （15）作用在轴上的力 F )(106182sin41342 2 1 sin 0 2NZFF= = o )(159282sin41343 2 1 sin 0 3 max NZFF= = o max F考虑新带初预紧力为正常预紧力的 1.5 倍 （16）带轮的结构和尺寸 带轮是传动系统的传动组件之一，需要有足够的刚度和强度才能满足要求。 根据系统的需求，我们可以选择铸铁作为带轮的材料，因为铸铁的强度和刚度方 面度能够满足系统的需求。 带轮的材料为 HT200，查 B1 表 8110 得基准宽度制 V 带轮轮槽尺寸，根 据带轮的基准直径查 B1。 2.3.2 轴承的设计计算 已知轴承预计寿命 203658=58400 小时； (1）已知 n=458.2r/min 两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N； 初先两轴承为深沟球轴承 6208 型。 根据课本 P265（11- 12）得轴承内部轴向力 FS=0.63FR 则 FS1=FS2=0.63FR1=315.1N； (2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取 1 端为压紧端 FA1=FS1=315.1N FA2=FS2=315.1N； 9 (3)计算当量载荷 P1、P2 根据课本 P263 表（11- 9）取 f P=1.5;根据课本 P262（11- 6）式 得 P1=fp(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N； P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N； (4)轴承寿命计算 P1=P2 故取 P=750.3N； 深沟球轴承 =3； 2.3.3 轴的设计 轴作为机器的一个关键组成部分，其为各类传动部件的安装，传动的扭矩和 旋转运动围绕轴进行，而且经过轴承和机架连接。为了满足定位轴上的紧固件和 容易加工和装配的轴类零件和拆卸，通常轴设计成阶梯轴。轴系的零件是由轴和 它上边的零部件构成一个装配体系，研究轴的过程中不仅要研究轴体自己的数 据，还要将系统里的全部零部件融合在一起。 因为用于振动的传递的轴体不仅要传送扭矩，还得经受住弯矩，是以本人研 究的阶梯性轴是转动轴。因为确定了小带轮的参数，相应的大带轮随之确定。接 下来的工作就是计算轴体的直径了。 轴体的研究需要凭借扭转强度来调整弯曲的 强度，因为可用作轴的原料比较多，所以必须得明确轴的应用环境，还有规定诸 如刚度，强度以及别的机构机能。可以使用热处理这种方法，当然也要琢磨怎样 使加工简单并且花费较少，用研究计算所得的数据以确定轴体的用料，故采取 45 号钢当成轴体的原料，它需要 40MPa 的切应力。然后需要做正火或者调质处 理来确保它的力学性能。 由前知：卷筒上传递的功率是 12.9kw，转速 n=3.9m/min，选用钢，为保证 其机械性能，应进行调试处理。 轴径的初步估算 估算公式： dA0 3 3 3 n p 式中 A0 是与材料有关的系数， 查1P370表 15- 3 得 A0=108 10 dA0 3 3 3 n p =108 3 9 . 3 9 . 12 =15.76 圆整，取 d=16mm 由于此轴是固定心轴，受力情况并不严重。因此，接上式估算的轴径可作 为轴的最大直径。参考现有同类产品，取最小轴径 d=15mm。 （1）确定轴上零件的布置方式。为使结构紧凑，并考虑具体的工艺性和强度要 求，将大齿轮与卷筒一侧对称地安装在轴颈处。即大齿轮在卷筒右侧，通过键与 卷筒固联在一起。轴承两端装有轴承盖，内有档油板和密封圈。轴承盖用螺钉 M1220 与卷筒固定在一起。 （2）根据工艺和强度要求把轴制成阶梯形，这样可以使轴上零件定位可靠并且 拆装方便。 3 各主要零部件强度的校核 3.1 机架强度的校核与计算 机架的选择根据整个系统的总重量来定，方管机架受力分析得出，由分析 得出底架在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。 见 下图： 即物料和底架上面的所有零部件等等给的压力为 G=20000N（10000Kg） +(1000X20N)=30000N; 根据方管承载力计算公式： M=Pac/L bhhh W= 12 （仅用于截面) f=M/W材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。 M=Pac/L=11960 xL，本次设计初定 L 为 1200mm 则 M=13456N.M bhhh W= 12 ，初定方管为 40 x40 x5。计算 W 得出 2 10.42cm 46 2 M13456 f=1212.35 10a=12.12 10a W10.42cm 由于 N PP 折算后位 270Mpa 11 查的普通碳素结构钢 Q235A 的抗拉强度为 375500Mpa， 由于 270Mpa 远远 小于 375Mpa，所以初定方管满足要求。 3.2 转轴强度的校核计算 受力分析：卷筒部件的大齿轮和卷筒未与轴直接接触，但其上的力通过轴承 传递到了主轴上。因此，主轴所受轴承的力与卷筒所受轴承的力大小相等方向相 反。另外，主轴两端还受两个支承架的支承力。若考虑重力的作用，主轴还受卷 筒部件的重压作用。 轴的空间受力图： 图 3- 2 轴的空间受力图 由前知：RA =392N，R A=24500N；RB=31642N，R B35874N，估计卷筒重 量约为 154 公斤，则 G=1509N。将轴上作用力分解为水平面受力图和垂直面受 力图，求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力，并画出弯矩图： 支反力： 根据平衡方程 R1+R2=RA+G+RB RA64+G236+RB408=R2472 解得，R1=5383.8N，R2=28159.2N 弯矩图： O X y z 12 图 3- 3 弯矩图 YX 面受力图： 支反力： 根据平衡方程 R1+R2=RA+RB RA64+RB408=R2472 解得，R1=26042.2N， R2=34331.8N 弯矩图： 图 3- 4 弯矩图 合成弯矩图 M= 22 ZXXY MM+ 图 3- 5 合成弯矩图 13 对照结构图，分析合成弯矩图，可知主轴较危险的三个部面分别是：中间轴 颈110 的右端面，右端面轴承的中间部面，右端轴颈的左端面。（主轴 结构图）。 这三个合成弯矩分别是： M= 2 2 2 2 5111551115）（）（+ BB RRRR = 22 )513587115 8 . 34331()5131642115 2 . 28159(+ =2669644 mmN M=2841782.4 mmN M= 2 2 2 2 )28()28(+RR