轴流式脱粒机的研究及设计.doc

目 录摘要1第一章 绪 论31.1 课题背景31.2 我国轴流式脱粒机的现状和发展前景41.2.1我国轴流式脱粒机的现状41.2.2我国轴流式脱粒机的发展前景：51.3 设计的主要内容5第二章 系统总体方案设计82.1 轴流式脱粒机工作原理分析82.2 轴流式脱粒机动力方案的分析92.3 轴流式脱粒机总体方案的分析92.3.1 脱粒机动力输入装置的分析102.3.2 入料部分的分析112.3.3 脱粒部分的分析122.3.4 筛选部分的分析122.3.5 机架部分的分析122.3.6 轴流式脱粒机的总体分析13第三章 传动装置的设计163.1电动机的选择163.1.1 齿条上脱粒齿的转速163.1.2 脱粒机所需功率173.1.3 电动机的功率173.1.4 电动机的转速173.2传动带的设计183.2.1确定单根V带的功率183.2.2确定单根V带的型号193.2.3确定带轮的基准直径193.2.4确定传动中心距和带长203.3带轮的设计223.3.1带轮材料的选择223.3.2带轮的结构形式223.3.3V带轮的轮槽233.3.4V带轮的技术要求233.4传动轴的设计243.4.1确定各段轴的长度和直径253.4.2初步选择输出轴系253.4.3确定轴上的圆角和倒角尺寸273.4.4按弯矩合成条件校核轴的强度273.5轴承的选择与润滑32第四章 脱粒装置的设计354.1脱粒齿的设计354.2齿条的设计364.3 滚筒部装的设计364.4 栅格筛的设计37第五章 机架与机罩的设计385.1 机架的设计385.2 机罩的设计38第六章 轴流式脱粒机的操作与使用396.1开车前检查396.2使用操作39设计总结40参 考 文 献42致 谢4345- -轴流式脱粒机的研究及设计【摘 要】本文是对轴流式脱粒机的研究与设计，在分析了现有轴流式脱粒机优缺点的基础上，对其进行改进，提出了一种新的轴流式脱粒机的设计方案。设计一种脱粒更干净，实现免扬，更加小型轻便，成本低，且效率更高，性能更好的脱粒机。适用于小型田间作业。并运用机械优化设计方法对割禾器各个部件进行优化设计，以降低制造成本，从而降低收割机的价格。改进的轴流式脱粒机，用螺旋导向板导流，内部沿所述主轴的轴向依次被两块隔板分为脱粒室、分离室和吸射室，吸射室的尾部上下依次为出糠口和出草口，所述脱粒室内的滚筒上的压条上有若干个脱粒齿；所述分离室内的所述主轴上装有一拔柴齿；所述吸射室内的所述主轴上装有一风扇；在所述筛网之下沿所述主轴长度上有一振动筛，其尾部的下方有一精选筛与出料口相连。这种轴流式脱粒机，小型轻便，使用方便，能够实现彻底免扬，能够保证脱粒的干净与谷粒的完整，使谷物与其他杂质完全分离开来。从而使轴流式脱粒机的效率进一步提高。【关键词】脱粒机；螺旋导向板；振动筛。The Axial Alow Threshing on the research and designAbstract This article is of axial flow threshing, in the research and design of the axial flow threshing and analyzed the advantages and disadvantages of the existing foundation to its improvement, and put forward a new kind of design scheme of the axial flow threshing. Design a threshing cleaner, realize exemption Yang, more small and portable, low cost, and more efficient, threshers better performance. Suitable for small field operations. And using the mechanical design optimization method is to cut shocks optimized design for each part to lower manufacturing costs and reduce the price. Combine harvesterThe axial flow threshing and improved guide plates with spiral, stated, internal diversion along the axial shaft in turn been two clapboard into threshing room, separation chamber and suck shoot room, suck up to shoot the tail is in the room the chaff mouth, mouth and referred to the grass on the threshing indoor roller have several layering threshing dentate; The separation of indoor referred referred to a pull on wood axis gear; The suction shoot indoor referred stated on a fan; spindle Under the screen in referred to Assyria along the length of a vibrating screen on spindle, its tail at the foot of a select screen and discharging port connected.This kind of axial flow threshing, small and portable, use convenient, can realize completely avoid Yang, can guarantee the clean and grain threshing, make the complete grains and other impurities completely separated. Thus the efficiency of the axial flow threshing and further improved.【Keywords】 threshing; Spirals guide plate; Vibrating screen.轴流式脱粒机的研究及设计第一章 绪 论1.1 课题背景轴流式脱粒机主要用于水稻的脱粒。我国是农业大国，水稻是我国最重要的粮食作物之一，水稻种植面积约4.5亿亩。全国水稻种植面积约占粮食作物面积的35%，产量占粮食产量的40%。在全世界水稻产中，我国单产和总产都处于先进行列。2010年稻谷总产有望实现连续第七年增产，水稻单产也有望连续第四年达到历史最好水平。从杂交稻到超级稻以及水上种稻，我国水稻育种栽培技术一直都处于世界前列。水稻用脱粒机在南方水稻产区生产销售较多，但仍以简易的动力带动或人工踩踏的梳刷式滚筒脱粒机较多，其产品结构、技术水平均未有较大的突破,这种脱粒机重量大，搬运极不方便，效率低，耗费人力，并且脱粒不干净，夹杂有大量的稻梗和稻叶，也容易造成谷粒的破碎。新型及改进的水稻脱粒机具有轻便，脱离率高，脱粒干净，保持谷物完整等特点。因此，如能广泛应用，可以大大减轻劳动力，提高生产率。所以，脱粒机的开发与研究尤为重要。我国生产脱粒机的企业，大多是中小型企业，尤以小型企业所占的比例大。因此存在相当一部分生产条件差，人员素质低，管理水平低下的企业，使得产品结构没有更新，依然沿用以往的产品结构及模式。近几年随着市场需求的变化，一些企业开始研制出一些新机型或改进型脱粒机，颇受用户青睐，如山西晋城市西巷农机厂1998年新研究成功的与农用三轮车配套的装袋式简式脱粒机，一上市就受到农民的欢迎，具有较好的市场前景，但这类机型目前在市场所占的份额还不大。轴流式脱粒机是一种自动脱粒机，与传统的动力带动或人工踩踏的梳刷式滚筒脱粒机相比，轴流式脱粒机具有脱粒效率高，脱粒干净（脱净率高于99.5%），破碎率小（谷物破碎率低于0.3%），体积小，方便搬运等一系列优势。近年来，集水稻收割与脱粒于一体的联合收割机的迅速发展对脱粒机市场形成了一定的冲击，但根据调查研究,目前脱粒机在我国农村仍被广泛用于水稻、小麦和玉米等作物的脱粒作业。全国有60%以上的水稻是用动力或人力脱粒机进行脱粒,小麦有近30%是用脱粒机进行脱粒。此外,由于我国地域广阔,各地区的地理、气候、农艺要求和经济状况等差异较大,在丘陵、半山区的间作套种地区以及杂粮、水稻种植区,脱粒机的使用仍十分广泛。据根最新的统计数据作简单测算。中国目前有8亿农民人口，其中有5亿为丘陵山区农民。如果5亿丘陵山区农民中，平均5人组成1户家庭,则有一亿户丘陵山地农业家庭（5亿人口5人/户=1人家）；按户购买农机率为20%计算，则平均每5户丘陵山地家庭中，有一户家庭购买1台/套农耕机。则年丘陵山地农机购买量为2千万台/套（1亿户人家5户人家台/套=2千万台/套）。以此推算，在大约三年左右的市场启动阶段，整个中国丘陵山地农机市场就约有2千万台/套的需求量。由于农机的高损坏率，高折旧率，今后这一市场的补充、维修与升级市场空间将极为开阔。同时，水稻脱粒机在山区的普及能够有效的提高农民的生产效率，其高的脱净率和谷物、谷叶分离装置能够减少农民因谷物与谷叶分离而额外付出的劳动力，在山区及丘陵等地也能被更多的农民所接受。 本次设计内容是轴流式脱粒机，它是由机架、进料口、主轴、装有压条的滚筒，滚筒下的筛网、内部有导向板的上盖、出料口、传动机构和偏心机构组成，采用切线方向进料，螺旋导向板导流，U形钢板齿脱粒，栅格筛分离，水平切线方向排草。脱粒干净，排草顺畅，功率损耗小。目前我国的轴流式脱粒机发展缓慢，缺乏创新，很多地方仍然沿用十几年前的设计标准和构造，因此轴流式脱粒机仍有很多需要研究与创新的方面，以便实现更好的功能，对其进行研究与设计是具有很大意义的。1.2 我国轴流式脱粒机的现状和发展前景1.2.1我国轴流式脱粒机的现状我国水稻脱粒机在南方水稻产区生产销售较多，但其产品结构，技术水平均未有较大的突破。同时脱粒机的发展很不平衡，除了黑龙江、江苏、河南、湖北等地区机械脱粒粮食数量比较高以外（2000万吨以上），其它水稻主产区脱粒机的使用率较低，加上联合收割机的研发，使得很多地方的脱粒机市场受到一定的冲击。因此，脱粒机的推广和发展仍需农机推广部门及有关厂家的创新和努力。目前，对于水稻脱粒机的研究集中在以不同脱粒方式脱粒时对农作物作用的不同情况分析上。主要有以下几个方面：冲击脱粒，搓擦脱粒，梳刷脱粒，挤压脱粒，振动脱粒。我国对水稻脱粒机的研究起步比较晚，目前，对水稻脱粒机的研究有两类方法：一是用同归分析得到同归方程模型的方法；另一类是对脱粒装置的工作过程进行分析假设，通过数学推导和构建数学模型的方法。前者理论基础较完善，缺乏对事物本质的描述，应用范围有限；后者对脱粒装置的理论研究较深入，但难度很大，进展缓慢。1.2.2我国轴流式脱粒机的发展前景：目前，由于丘陵山区农田基本建设和农田基础设施薄弱，山区耕地面积较少，地块小而分散，机耕道建设滞后，机具田间作业和转移都比较困难，加上地方经济条件的限制，使得很多水稻产区的农业机械化程度不高，不少地方还停留在一条龙式的人力耕作阶段。虽然近十几年来联合收割机的研发及普及已经大大减轻了农民的劳动强度，但这也仅仅限于平原地带，对于丘陵、山地及梯田地形的农民来说，联合收割机不仅不会提高生产效率，反而会成为一种负担，因为这些地带农田面积小，分布不均，且多坎坷地带，联合收割机全无用武之地。加上现有的很多脱粒机过于笨重，体积大，搬运极不方便，所以很多地区的农民宁愿用老式的木质传统脱粒机也不用轴流式脱粒机和机械脱粒机。也正因为如此，轴流式脱粒机向中小型和轻便型转变尤为重要。1.3 设计的主要内容本次设计在调查湖南丘陵地区的稻田情况和水稻生长周期之后，在市场上认真比较了几种脱粒机的优缺点之后，做出的优化方案。要求脱粒机实现体积小，重量轻，方便搬运，脱离率高等特点。主要适用于丘陵、山地、梯田等地形的地区。本次设计要求进行轴流式脱粒机的研究与设计，轴流式脱粒机按谷物喂入滚筒的方向不同可分为纵向轴流式（轴向喂入，轴向排出）；横向轴流式脱粒装置；以及切流轴流组合式。考虑到操作上的方便性，本次设计采用切向喂入，切向排出的方式，即采用横向轴流的方式进行研究与设计。轴流滚筒式脱离装置对谷物的脱粒时间较长，滚筒转速和间隙有少许变化对脱离质量的影响不大，因而对安装间隙和速度调节要求不是很严格，这是轴流式脱粒机的一个显著的优点。比较适合经常进行转移作业的地区。在综合考虑和比较老式轴流式脱粒机及各种类型的脱粒机的优缺点后，决定此次轴流式脱粒机的设计思路为：采用皮带传动方式将动力传送到脱粒机，带动滚筒转动，滚筒和脱粒机罩壳内部均设U型脱粒齿，采用搓擦脱粒的方式进行水稻的脱粒。实现脱净率高于99.5%，破碎率低于0.3%的标准。此轴流式脱粒机由机架、进料口、主轴、装有压条的滚筒，滚筒下的筛网、内部有导向板的上盖、出料口、传动机构和偏心机构组成，采用切线方向进料，螺旋导向板导流，U形钢板齿脱粒，栅格筛分离，水平切线方向排草。脱粒干净，排草顺畅，功率损耗小。参考其他实例分析及设计，我认为此次轴流式脱粒机的设计主要要考虑以下问题：1、 轴流式脱粒机滚筒的设计。包括滚筒的长度设计，直径的设计，茎秆喂入部分与滚筒圆心角间的关系。力求以最小的滚筒长度达到脱净，分离，消耗动力小，负荷均匀的目的；2、 轴流式脱粒机螺旋导向板的设计；3、 轴流式脱粒机U形钢板齿的设计；4、 轴流式脱粒机栅格筛的设计，主要是栅格筛的尺寸的选取与设计，以保证谷粒的分离；5、 轴流式脱粒机脱粒间隙的设计计算；6、 轴流式脱粒机滚筒转速的设计计算；7、 轴流式脱粒机支架处轴承型号的选取；8、 轴流式脱粒机机架及机体的设计，外形尺寸设计，力求使机体体积小，外形美观大方；9、 轴流式脱粒机中皮带轮的设计与选取；10、旋导向板尺寸等的设计；11、各种零件材料的选取，机架材料要便于焊接。滚筒，钢板齿等零件要满足受力的强度要求。同时，在确定轴流式脱粒机的结构方案时，又要注意以下几个问题：1、确定U形钢板脱粒齿的安装，齿排的类型以及齿的排列方法； 2、确定钢板脱粒齿的每排数量以及总的数量；3、确定栅格筛的尺寸以及安装方法，要便于安装和拆卸； 4、确定脱粒间隙；5、确定滚筒和支架的安装方式；6、确定滚筒的驱动方式。第二章 系统总体方案设计2.1 轴流式脱粒机工作原理分析脱粒机广泛应用于谷物、大豆、小麦等农作物的脱粒。其工作原理如下：被割作物通过脱离机械的喂入口进入由脱粒滚筒和凹板组成的脱离间隙进行打击和搓擦后，短脱出物通过栅格状凹板进入由清洗筛和风机组成的清粮装置进行清选。长脱出物则进入分离装置进行茎秆与籽粒的分离，长茎秆被排出机外而籽粒等短脱出物则通过分离装置上的筛孔进入下方的清粮装置进行清选。在风机和清选筛的联合作用下，谷壳等等细小轻杂物被吹出机外，干净的籽粒经由籽粒收集装置进入集粮装置。谷物的脱粒原理主要有以下几个方面：冲击脱粒，搓擦脱粒，梳刷脱粒，挤压脱粒和振动脱粒。本次设计主要是应用搓擦脱粒和挤压的原理进行脱粒，是靠元件与谷物之间，以及谷物与谷物之间的相互摩擦和挤压而使谷物脱粒。其中，脱离装置的脱粒间隙的大小尤为重要。脱粒机的工作流程如图2-1。谷物脱离装置短脱出物长脱出物清粮装置籽粒分离机构茎秆机外短脱出物杂余机外图2-1 脱粒机工作流程图轴流式脱粒机的脱粒过程中谷穗的运动方向是沿轴向的，而实现谷穗轴向运动的设备是螺旋导向器，通过滚筒的转动及螺旋导向器的作用使谷穗能够沿轴向运动。其脱粒原理见图2-2。图2-2 脱粒机械一般结构组成及原理图2.2 轴流式脱粒机动力方案的分析在对湖南部分地区脱粒机现状的考察及调研中，我发现很多地区习惯采用电力作为田间机械的动力，如湘西北的部分地区就将老式的脚踏式脱粒机上装上皮带轮进而以电动机带动进行谷物的脱粒。加之汽油和柴油价格较高，因此，此次设计中选取电动机作为动力。2.3 轴流式脱粒机总体方案的分析此轴流式脱粒机以谷物脱粒为主，要求采用轴流式进行脱粒，即稻穗在脱粒机中的运动方向要求是沿轴向的。轴流式脱粒机的进出料的方式有以下几种：1、纵向轴流式（轴向喂入，轴向排出）；2、横向轴流式脱粒装置；3、切流轴流组合式。在设计中考虑到操作的方便，决定采用横向轴流式脱离装置，即切向入料，切向排草。本脱粒机可以实现谷物与草的分离，其脱净率可达97.5%以上，破碎率小于0.3%。其田间作业的具体流程如下：人工将割下的稻穗由进料斗送入轴流式脱粒机，在滚筒上脱粒齿的旋转作用下，稻穗进入脱粒机。在滚筒上旋转的脱粒齿和脱粒机上固定脱粒齿与谷物的搓擦与挤压的作用下，谷物从稻穗脱下，由下筛滤出。脱去谷粒的稻穗在旋转滚筒与螺旋导向器的作用下沿轴向移动，移动过程中继续脱粒。最后从出草斗出来。同时滚筒部装中装有风叶板，滚筒高速旋转过程中产生风力使杂物从下筛中吹出，也实现了谷粒与杂物的分离。（人工将割下的麦秆由进料斗送入轴流式脱粒机，在滚筒上脱粒齿的旋转作用下，杆穗进入脱粒机。在滚筒上旋转的脱粒齿和脱粒机上固定脱粒齿与谷物的搓擦与挤压的作用下，谷物从麦穗脱下，由下筛滤出。脱去谷粒的麦秆在旋转滚筒与螺旋导向器的作用下沿轴向移动，移动过程中继续脱粒。最终由滚筒的尾端将脱净的茎杆抛出机外完成脱粒和分离过程。籽粒杂余由螺旋搅龙推运器推送到扬场带上进行抛扬分离，将谷粒与杂余分离开。）2.3.1 脱粒机动力输入装置的分析脱粒机脱粒最主要的机构是滚筒，滚筒的转速直接影响谷物的脱净率和破碎率。因此，传动方案的选择尤为重要。轴流式脱粒机动力输入有三种方案：（1）链传动；（2）V型带传动；（3）同步带传动。三种传动方案分别见图2-3,2-4,2-5。图2-3 链传动图2-4 V型带1包布；2顶布；3顶胶；4缓冲胶；5芯绳；6底胶；7底胶夹布；8底布 图2-5 同步带链传动，V带传动，同步带传动各有自己的优缺点，应用在合适的场合能够最大限度的发挥其作用，实现机械设计优化设计的目的及意义，三种传动方案的比较及分析见表2-1。表2-1 三种传动方案分析传动效率使用寿命传动转矩成本链传动较好较好较小较贵V型带传动正常最好最大一般同步带传动最好差小昂贵 由上述分析，V型带传动具有安装容易，占地面积小的优点。并且V带是一个挠性件，它具有弹性，能够缓和冲击，吸收震动，因而使脱粒机工作平稳，噪音小等优点。虽然在传动过程中V带与皮带轮之间存在着一些摩擦，使得两者之间的相对滑动，使传动比不精确。但不会影响到脱粒机的传动，因为谷物脱粒机不需要精确的传动比，只要传动比比较准确就能满足要求，而且V带的弹性滑动对脱粒机的一些重要部件会起到一种过载保护，不会造成机体部件的严重损坏。因此，此次轴流式脱粒机的设计中采用V带传动的方式。2.3.2 入料部分的分析入料口与脱粒机的上盖部分通过焊接来进行连接，入料斗是用1mm厚的钢板制成，入料部位与脱粒齿滚筒的脱粒齿部位相切，使已割下的稻穗从入料口进入，稻穗接触到脱粒齿，进而在滚筒与下筛之间进行脱粒。2.3.3 脱粒部分的分析脱离部分主要由滚筒，栅格式弓齿凹板，半圆形上盖，固定脱粒齿，螺旋导向器等组成。稻穗在齿钉滚筒，栅格式凹板之间进行脱粒，已脱下的稻粒从栅格式凹板漏下，同时弓齿滚筒上装有风叶板，可将杂物从栅格式凹板中向两边吹开。经脱粒的稻穗则通过通过滚筒与螺旋导向器的作用下，沿轴向移动，最后从出草口排出机体外。脱粒齿采用U型脱粒齿，齿形见图2-6。图2-6 U型脱粒齿2.3.4 筛选部分的分析筛选部分有两种形式：1、编织筛式；2、栅格筛式。前者处理断穗能力强，断穗量少，但分离能力较差，谷粒损失会多些，湿脱时易堵塞；后者的性能刚好相反，干脱时碎草要多些。因此次设计的轴流式脱粒机为田间脱粒，谷物湿度很高，故采用栅格筛来进行筛选。栅格筛是由一定数量的铁条及两条主要梁和两条副梁组成的凹板。栅格筛主要作用是进行谷粒与稻穗的分离堆放，谷粒通过栅格筛滤出，而稻穗则从出草斗流出。2.3.5 机架部分的分析机架是由左机架、右机架及稳定结构的角铁横梁组成的，机架是脱粒机的主要支撑，承担着脱粒机的主要重量和动力、负载和力矩，因此它的设计是许强不许弱的部分。机架的两部分要各自稳定，而且相对固定，以便做到脱粒机在运转过程中不会发生晃动，歪斜，不会造成人身危险。因此为了机架的稳定与坚固，此脱粒机采用5mm厚的钢板作为机架的材料。2.3.6 轴流式脱粒机的总体分析此脱粒机主要由进料斗、滚筒部装、栅格式凹板（栅格筛）、出料口、机架等部分组成。其从入料到到脱粒到将谷粒和稻穗分离，再到将谷粒、杂物和稻穗分别排出机体外，是脱粒机一体完成的。它最大的优点是在短时间内可以完成几个人的劳动强度，从而提高了工作效率，节省了劳动时间。此外，此轴流式脱粒机还具有安全性能高、效率高、坚固耐用、结构简单、便于维修和保管等优点。其结构总图分别见图2-7、2-8。图2-7 轴流式脱粒机简图主视图1 皮带轮；2键；3毡圈；4轴承挡圈；5轴承上盖；6轴承下座；7机架焊合；811螺栓连接组件；12下筛焊合；13上罩壳焊合；14毡圈；15轴承；16轴承挡圈；17螺栓；图2-8 轴流式脱粒机简图左视图18角铁梁；1921螺栓连接组件；22滚筒组件；23螺栓；24螺栓；2527螺栓连接组件；28固定脱粒齿焊合；2931螺栓连接组件；32加强铁；至此，此轴流式脱粒机的整体方案得到大体的确定，主要由进料斗，滚筒部装（其中包括脱粒齿和风叶板的焊合），栅格式凹板，上罩壳，螺旋导向器，出草斗，机架等组成。在轴流式脱粒机零件的组装过程中，主要是通过焊接来进行连接，因此，此轴流式脱粒机对焊接的要求比较高，要求焊接牢固可靠，不允许有裂纹，夹渣，烧穿等缺陷，以保证脱粒机的质量和强度。整机的技术参数见表2-2。表2-3 轴流式脱粒机的主要技术参数序号项目单位规格1结构形式/轴流式2作业小时生产率千克/小时15003外尺形寸长毫米995宽1050高8484整机质量千克1155滚筒转速转/分850-10006脱粒齿型/U型钢板齿7滚筒直径（直径长度）毫米4247208脱粒齿间距毫米409脱净率/97.5%10破碎率/0.3%11总损失率/2.5%12传动形式/V带传动第三章 传动装置的设计根据水稻脱粒机相关资料的介绍，有关脱粒机的相关参考设计数据如下：脱粒机主轴转速为850-1000r/min，栅格式凹板的直径为518mm，其长度为790mm。在滚筒上设有6根齿条，用来固定脱粒齿，每条齿条上均布着5个U脱型粒齿，总共有30个齿呈螺旋均匀安装。以便经脱粒的稻穗随螺旋排列的脱粒齿的螺旋作用排出机体外。弓齿滚筒的直径（不包括脱粒齿高度）为314mm，U型脱粒齿的齿高为55mm。同时，U型脱粒齿上焊有风叶板，方便将脱离中产生的杂物吹出机体外。3.1 电动机的选择根据实验测量得知水稻脱粒机每个齿的平均受力约为20N，当脱粒机正常工作时滚筒上的齿条及脱粒齿快速旋转。其中均有三条脱粒齿条受水稻所施加的切向力，而另外三条是空行程。因此：F=NMZ=20113=660N即脱粒机正常工作时，受到的切向力为660N。式中：N脱粒齿的平均受力； M参与工作的脱粒齿数； Z参与工作的齿条数。3.1.1 齿条上脱粒齿的转速当轴流式脱粒机的滚筒快速转动时，其上齿条上的脱粒齿同样具有一定的转速，这个转速源于主轴的转速和脱粒齿与轴心的距离，即：V=9.43m/s式中：V脱粒齿的转速； N轴主轴转速； D脱粒齿距轴心的距离。3.1.2 脱粒机所需功率轴流式脱粒机所需功率为PW，应由脱粒机的工作阻力和运转参数确定，即：PW=，计算求得：PW=6.2236.22KW。3.1.3 电动机的功率电动机功率由Pd=来计算，其中是脱粒机传动装置的总效率，是组成传动装置的各个部分运动副的效率之积，即=，其中、分别为每个传动副的效率，选取传动副的效率值如下：滚动轴承（每对）：0.980.995， 取=0.99；V带传动： 0.940.97， 取=0.97；滚筒转动：因脱粒齿固定与滚筒上，取=1。所以 = =0.990.971=0.96由此可得电动机的功率Pd：Pd=6.48KW考虑到其他方面的功率损耗，取Pd=7.5KW3.1.4 电动机的转速在脱粒机中，对滚筒转速的要求是转速适中，转速太大容易造成谷物的破碎率增大，转速太小使脱净率不高。一般要求滚筒转速在8501000r/min之间。本机选择的传动方式是带传动，推荐的带传动的传动比的合理取值范围取i=24，即可满足电动机的转速与主轴的转速相匹配，故电动机的转速范围可选为：nd=in=（24）（8501000）=17004000r/min至此，此轴流式脱粒的中电动机的功率与转速已经得到确定，由1可得满足Pd=7.5KW、nd=17004000r/min条件的电动机有以下两种，其具体技术参数见表3-1表3-1 电动机的技术参数电动机型号额定功率KW满载转速（r/min）同步转速（r/min）额定转矩质量 KgY132S2-27.5290030002.370Y132M-47.5144015002.381综合考虑电动机的和传动装置的尺寸、重量以及带传动的传动比，可知Y132S2-2型电动机较合适。所选电动机的额定功率Pd=7.5KW，满载转速nm=2900r/min，总传动比适中，传动装置结构紧凑。其具体技术参数见上表3-1。3.2 传动带的设计根据轴流式脱粒机的具体传动要求，可选取电动机与主轴间用V带和带轮的传动方式传动。并且V带是一个挠性件，它具有弹性，能够缓和冲击，吸收震动，因而使脱粒机工作平稳，噪音小等优点。虽然在传动过程中V带与皮带轮之间存在着一些摩擦，使得两者之间的相对滑动，使传动比不精确。但不会影响到脱粒机的传动，因为谷物脱粒机不需要精确的传动比，只要传动比比较准确就能满足要求，而且V带的弹性滑动对脱粒机的一些重要部件会起到一种过载保护，不会造成机体部件的严重损坏。所以，在电动机和脱粒机中采用带轮传动是比较合理的。因此，此次轴流式脱粒机的设计中采用V带传动的方式。选择V带和带轮应当从其传动参数入手，来确定V带的型号、长度和根数，再来确定皮带轮的材料，结构和尺寸（轮宽、直径、槽数及槽的尺寸），传动中心距（安装尺寸），带轮作用在轴上的压力。3.2.1 确定单根V带的功率单根V带的基本功率是在规定的实验条件下得到的，实际工作条件下带传动的传动比、V带长度和带轮包角与实验条件不同，因此，需要对单根V带的基本额定功率予以修正，从而得到单根V带的额定功率Pr的计算公式：Pr=KAP式中：KA工作情况系数； P电动机的功率。由2得：KA=1.0，所以单根V带的额定功率可得：Pca=KAP=1.07.5=7.5KW。3.2.2 确定单根V带的型号前面已经计算出单根V带的额定功率和电动机上小带轮的转速（与电动机的转轴速度一样），由2中的图8-11可得所选V带型号为A型。3.2.3 确定带轮的基准直径（1）初选主动带轮的基准直径所选的V带型号为A型，由2表8-6可得：A型带的V带最小基准直径（dd）mim=75mm，所以小带轮的基准直径dd175mm。取dd1=90mm。（2）计算V带的速度vv=13.66m/sV带带速不宜过高或过低，一般要求在525m/s，此处v=13.66m/s，符合要求。（3）计算大带轮的基准直径大带轮的直径计算公式dd2=idd1。此处i为传动比。i=n1/n2=2900/850=3.41式中n1、n2分别为电动机和主轴的转速。所以：dd2=idd1=3.4190=281.6mm根据2表8-8普通带轮的基准直径系列确定V带带轮的基准直径dd2=300mm。3.2.4 确定传动中心距和带长（1）初定中心距两带轮间的中心距直接影响到传动的平稳性和传动效率，中心距大，可以增加带轮的包角，减少单位时间内带的循环次数，有利于提高带的寿命。但中心距过大，则会加剧带的波动，降低带传动的平稳性，同时增大带传动的整体尺寸。中心距小，则有相反的利弊。一般选带传动的中心距为：0.7（dd1dd2）a02（dd1dd2）所以：273a0780取：a0=500（2）计算带长Ld0带长即：=1634.35mm带的基准长度Ld是根据Ld0来确定的，查表8-22带的基准长度系列可得Ld取相近系列，即：Ld=1600mm。（3）计算中心距a及其变动范围传动的实际中心距近似为：=517.18mm考虑到带轮的制造误差、盘长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的需要，常给出中心距的变动范围如下：所以，amin=493.18mm，amax =565.18mm。（4）验算主动轮上的包角1小带轮的包角1小于大带轮的包角2，故小带轮上的总摩擦力相应的小于大带轮上的总摩擦力。因此，打滑只可能在小带轮上发生，所以只需验算小带轮上的包角，使其满足条件即可，为提高带传动的工作能力，应使小带轮上的包角满足以下条件：即：156.7390故满足v带传动的包角要求。（5）确定带的根数zV带的根数由下列公式确定：式中：P0当传动比不等于1时，单根V带额定功率的增量； K当包角不等于180时的修正系数； KL当带长不等于试验规定的特定带长时的修正系数。所以：为了使各根V带受力均匀，带的根数不宜过多，一般应少于10根，否则应选择横截面较大的带型，以减少带的根数。此处选择带的根数为5根。（6）确定带的初拉力F0单根V带所需的最小的初拉力的计算公式为：式中：K当包角不等于180时的修正系数； z带的根数； v带的速度； q传动带单位长度的质量，kg/m。可查2表8-3，得q=0.1kg/m。所以：安装时，应保证初拉力F0大于上述计算出是数值，但也不应过大。（7）计算传动带的压轴力FP为了设计带轮轴的轴承，需要计算带传动作用在轴上的压轴力FP。其计算公式如下：式中：1为小带轮的包角。所以：3.3 带轮的设计V带轮的设计内容包括带轮材料、结构形式、轮槽、轮辐和轮毂的几何尺寸的确定，公差和表面粗糙度的确定等。上述内容都是在已知带轮的基准直径和带轮转速的基础上进行的。此处主要介绍脱粒机上大带轮的设计及基本数据，对于主动小带轮的设计过程略去。3.3.1 带轮材料的选择常用的带轮材料为HT150或HT200。当带轮的转速较高时，可以采用铸钢或用钢板冲压后焊接而成。小功率时可用铸铝或塑料。此次设计的轴流式脱粒机带轮转速不是很高，所以选择材料为HT200。不仅能够满足强度等条件，还具有很好的减震作用。3.3.2 带轮的结构形式V带轮由轮缘、轮辐和轮毂组成。根据轮辐结构的不同，V带轮可以分为实心式、腹板式、孔板式、椭圆轮辐式几种。V带轮的结构形式与基准直径有关。当带轮基准直径为dd2.5d（d为安装带轮的轴的直径，mm）时，可采用实心式；当dd300mm时，可采用腹板式；当dd300mm，同时D1-d1100mm时，可采用孔板式；当dd300mm时，可采用轮辐式。由上面计算可得，大带轮的直径为300mm，故此轴流式脱粒机的带轮采用椭圆轮辐式。其结构图见图3-1。图3-1 带轮结构图3.3.3 V带轮的轮槽V带绕在带轮上发生弯曲变形，使V带工作面发生的夹角发生变化。为了使V带的工作面与带轮的轮槽工作面紧密贴合，将V带轮轮槽的工作面夹角做成小于40。V带安装到轮槽中以后，一般不应超出带轮外圆，也不应与轮槽底部接触。为此规定了轮槽基准直径到外圆和底部的最小高度。轮槽工作表面的粗糙度为Ra1.6或Ra3.2。3.3.4 V带轮的技术要求铸造、焊接或烧结的带轮在轮缘、腹板、轮辐及轮毂上不允许有砂眼、裂缝、缩孔及气泡；铸造带轮在不提高内部应力的前提下，允许对轮缘、凸台、腹板及轮毂的表面缺陷进行修补；转速高于极限转速的带轮要做静平衡，反之要做动平衡。3.4 传动轴的设计传动轴是轴流式脱粒机的主要设计部件之一，它是在脱粒机正常工作过程中，承担主要转矩、扭矩、弯矩和支撑传动轴上的回转零件，谷物脱粒是瞬时冲击很大，而且冲击次数十分频繁的工作环境，因此传动轴的设计是一个十分关键的步骤，它的合理型及强度直接影响到脱粒机的工作效率和质量。传动轴的主要作用有两点：1、支持轴上所安装的回转零件，使其有确定的工作位置；2、传递轴上的运动和动力。轴按照轴线形状的不同，可以分为曲轴、直轴软轴和挠性轴等，根据轴流式脱粒机的结构特点和组成形状及工作强度和环境的要求，次脱粒机的主轴选用直轴形式传递，而且选用直轴中的阶梯轴，此轴的设计如下：根据轴的扭转强度来来初步计算及确定其最小直径，可用经验公式：式中：A0轴常用几种材料的T的值； P主轴上的功率，KW； n主轴的转速，r/min。轴的材料取45号钢，因为脱粒中轴需要承受转矩、弯矩、扭矩等的综合作用，所以轴还需经调质处理，使其硬度达到220-250HB。查表15-32可得：A0=118。于是得：输出轴上的最小直径显然与带轮的内孔相配合，用来安装带轮，所以轴上会开有键槽，因此，为了开键槽又不影响输出轴的强度，可以使轴的直径增加5%以上，这样增加输出轴的尺寸，可以提高轴的强度，即：mm所以输出轴的最小直径为25mm，因为此轴段与皮带轮的内孔相配合，故此段轴的直径应该与带轮内孔直径一样，带轮内孔直径为28mm，所以此段轴的直径亦为28mm。下面确定此段轴长，轴的长度应该与带轮轮毂的长度一致，带轮轮毂长为82mm，所以此段轴长为82mm。所以与带轮相配合的轴段的直径为28mm，长度为82mm。3.4.1 确定各段轴的长度和直径各段轴长度和直径的确定主要是根据各轴段轴向定位的要求来确定。为方便表示，设最小轴段（与带轮内孔相配合的轴段）为，从最小轴段依次为轴段、，共有6个轴段，为满足带轮的定位要求，轴段与轴段需加工一个轴肩，所以轴段取直径为30mm，输出轴的径向定位由键来实现，选用键的型号为单圆头普通平键bhl为8775。此外轴段上还需安装轴承以及轴承端盖和轴承挡圈，查机械设计手册选择轴承及端盖的宽度，初步确定轴承选用深沟球轴承，型号为6206，其基本参数见表3-2。加上轴承端盖及轴承上盖的的宽度，轴段的长度取41.5mm。所以轴的尺寸已经确定：直径为30mm，长度为41.5mm。表3-2 6206轴承基本参数轴承代号基本尺寸/mm安装尺寸/mm基本额定动载荷基本额定静载荷极限转速/（r/min）dDBrs min da minDa maxras max/KN脂润滑油润滑620630621613656119.511.59500130003.4.2 初步选择输出轴系输出轴系即为轴段，由脱粒机的结构和相关尺寸可知所设计的轴上装有带轮和脱粒齿滚筒，滚筒上的脱粒齿呈螺旋状排列。但由于受力不大可以忽略它的受力。输出轴段上主要装配有滚筒，而滚筒是由支撑轮组成的，所以输出轴段的设计较重要。初选轴段的直径为35mm，根据支撑轮的结构及尺寸以及滚筒的长度可以确定输出轴系的长度为742.5mm。输出轴系与轴段之间有一个轴肩，其目的是起定位作用，防止滚筒左右滑动，此轴肩的直径设计为38mm，长度为8mm。轴段和轴段主要用于安装轴承上盖和轴承下座，同时轴段用于安装轴承，轴承选择6206型号，其具体参数见表3-2，所以轴段的直径为30mm，长度为16mm，轴段与轴段有轴肩，目的用于限制轴承的左右滑动，起定位作用。轴段的尺寸如下：直径35mm，长度76.5mm。至此，轴各段的结构和尺寸已经确定，具体如下： D=28mm；L=82mm； D=30mm；L=41.5mm； D=35mm；L=742.5mm； D=38mm；L=8mm； D=35mm；L=76.5mm； D=30mm；L=16mm；轴的基本结构见图3-2。图3-2 轴的结构图3.4.3 确定轴上的圆角和倒角尺寸轴上的圆角和倒角主要在轴肩处加工出来，其主要作用是减少轴上的应力集中，查表15-22，取轴端倒角为1.545，圆角半径取0.5mm。3.4.4 按弯矩合成条件校核轴的强度（1） 求轴上所受作用力的大小根据公式：式中：P电动机的额定功率，KW； n主轴的转速，r/min。所以：（2） 求脱粒齿上的合力大小脱粒齿上的合力主要有圆周力、径向力和轴向力组成，故要求脱粒齿上的合力首先要确定其圆周力、径向力和轴向力。此处先求圆周力，圆周力Ft的计算公式如下：式中：d轴心到脱粒齿齿顶的距离。由上式可得：圆周力圆周力的方向为沿轴转动的切线方向。因本轴流式脱粒机中的滚筒是由3个支撑轮支撑起来的，所以圆周力均匀分布在三个支撑轮上，故每个支撑轮上所受的力为Ft/3，即为253.1N。支承轮结构图见图3-3。径向力Fr一般按圆周力的80%来计算，所以径向力的计算公式如下：解得：Fr=636.22N。径向力的方向为指向轴心的方向。同理，没个支撑轮上的径向力为Fr/3，即为212.1N。由于脱粒机轴向不受力，所以轴向力Fa=0。圆周力、径向力及轴向力的具体受力方向见图3-4。图3-3 支承轮结构图图3-4 轴的受力图（3） 轴在水平面内所受的支反力的计算轴在水平面内所受的支反力如图3-5所示：图3-5 轴的水平受力图RH1可以有下列公式求得：又：所以，解得:由力的平衡可得RH2的值，即：解得： （4） 轴在垂直面内所受的支反力轴在垂直面内所受的支反力如图3-6所示：图3-6 轴的垂直受力图RV1可以有下列公式求得：又：解得:由力的平衡可得RV2的值，即：解得：（5） 做水平和垂直方向的弯矩图MH和MV在水平面内，轴A、B、C、D、E几处的弯矩为：根据公式可知： 水平面内的弯矩图见图3-7（b）。在垂直面内，轴A、B、C、D、E几处的弯矩为：根据公式可知： 水平面内的弯矩图见图3-7（c）。（6） 做扭矩图T经带轮传给轴的力偶距可以用下列公式求得：式中：P电动机的额定功率，KW； n主轴转速，r/min。解得：轴的弯矩图T见图3-7（d）。（7） 做当量弯矩图M对A、B、C、D、E几处，弯矩M为：轴的弯矩图M见图3-7（e）。（8） 校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面做弯扭合成强度的校核计算，由图3-7可得C处是危险截面，所以只需校核C处的强度即可。按照第三强度理论，计算应力公式如下：式中：M轴所受的弯矩，Nmm； T轴所受的扭矩，Nmm； W轴的抗弯截面系数，mm3。计算公式为。计算得：查表15-12可得-1=60MPa由以上计算可得：ca-1，所以轴强度符合要求，安全。图3-6 轴的弯扭图3.5 轴承的选择与润滑在轴的两端必须装有轴承，轴承主要是一个支撑轴的零件，它可以引导轴的旋转，也可以承受轴上空转的零件。此轴流式脱粒机选择的轴承型号为6206，深沟球滚子轴承。其基本参数见表3-2。润滑对于滚动轴承具有重要的意义，轴承中的润滑剂不仅可以降低