挤搓式玉米脱粒机毕业设计

设 计 用 纸目 录第一章 概 述11.1 甜玉米产业发展前景11.2 甜玉米加工现状21.3 设计任务及目的3第二章 甜玉米脱粒机的种类和功能比较42.1 挤搓式脱粒机的结构与工艺流程42.2 切削式玉米脱粒机工作原理及特点5第三章 整体方案的设计确定73.1 玉米脱粒机的组成73.2 玉米脱粒机形状学矩阵73.3.1方案一的评定83.3.2 方案二的评定83.2 方案的确定93.3 设计过程9第四章 输送系统的设计与校核104.1 输送系统的总体分析104.2 输送系统电动机的选择114.3 输送系统减速机构的运动及参数计算114.4 输送系统各零件的设计及校核134.4.1 V带的设计计算134.4.2蜗轮蜗杆的设计计算154.4.3蜗轮轴的校核18第五章 切削系统的设计与计算235.1 切削系统的整体分析235.2 切削系统电动机的选择235.3 切削系统减速机构的运动及动力参数计算245.4 切削系统各零件设计及校核255.4.1第一级减速皮带轮的设计计算255.4.2第二级减速皮带轮的设计计算26第六章 经济环保性分析28第七章 结 论29参 考 文 献30致 谢30-33-第一章 概 述1.1 甜玉米产业发展前景甜玉米作为一种新型蔬菜，不但籽粒含糖量高，甜味纯正，而且脂肪、蛋白质含量均高于普通玉米。同时在乳熟期收获，蛋白质中的醇溶蛋白比例少，提高了蛋白质的品质，加上籽粒中含有大量维生素和矿质营养，使其既有丰富的营养物质，又易于被消化吸收。常食甜玉米有利于防止血管硬化，降低血液中胆固醇含量，还有利于防止肠道疾病的发生，保健效果好，更是老少皆宜的新型食品1。1. 甜玉米的类型 生产中应用的主要有普甜玉米、超甜玉米和加甜玉米三种类型。 普甜玉米 乳熟期籽粒含糖量一般在8%16%，是普通玉米的2倍多，其中水溶性多糖含量是普通玉米的10倍左右。由于籽粒含糖量和水溶性多糖含量的提高，使籽粒甜而且具有一种独特的糯性。在成熟籽粒中，淀粉显著少于普通玉米，籽粒皱缩秕瘪，一般呈半透明状。 超甜玉米 乳熟期籽粒含糖量高达25%35%，其中蔗糖含量高达22%30%，比普甜玉米高出1倍以上。因籽粒秕，种子发芽率低，苗期生活力弱。 加甜玉米 这种甜玉米兼有普甜玉米和超甜玉米的优良品质，含糖量高风味好，同时收获期长，接近成熟的籽粒糖分含量仍可达15%以上。籽粒含水量可达50%，仍可作鲜食加工。而且这种甜玉米种子的发芽率和苗期长势与普甜玉米相当，显著优于超甜玉米。 2. 甜玉米的品种选用 目前我国已育成了一批不同类型的甜玉米品种，适合河南省种植的主要品种有：甜单1号、2号，甜玉2号、4号、6号，绿色超人等。此外，结束国家鲜食甜玉米品种区试（黄淮海区），并推荐审定的新品种有绿色先锋、郑超甜2号等。另外，“在市场上占有一定分量的甜玉米的新一带基因改造已经在维吉尼亚取得了一定的成效2”。值得注意的是，甜玉米品种的选用首先应注意品种的丰产性状和品质性状。一般要求亩产鲜穗600公斤以上，同时具备甜度适宜，香味纯正，质地柔嫩，果穗长度应达18厘米以上，大小均匀，籽粒结实饱满，排列整齐，种皮较薄，符合加工和鲜食的基本要求。其次，要求品种的生育期符合当地生产生态条件，种子发芽率高，苗势较强，超甜玉米尤应要求有较高的发芽率和较强的苗势。第三，所选品种对当地的主要病害有较强的抗性，特别要能抗穗粒腐病。另外，用于加工罐头的品种，应具有着粒深，出籽率高的特点。 现在甜玉米已经作为一种大众化蔬菜，开始进入千家万户。甜玉米的鲜穗除了鲜食，绝大部分是用于加工。加工可以有效地解决甜玉米鲜穗难以贮藏的问题。目前我国的甜玉米初加工主要以速冻加工和罐头加工为主。甜玉米的速冻加工，是甜玉米初加工的主要方式之一，主要品种有速冻整穗甜玉米、速冻整粒甜玉米，通过前处理、烫漂、脱粒、速冻等工序制成，而整粒要采用单体速冻。速冻的甜玉米产品可直接小包装上市出售，亦可作为饭店、超市配菜及其他深加工的大包装原料。甜玉米罐头加工，可分为整粒甜玉米罐头、整段甜玉米罐头和糊状的甜玉米罐头等不同品种，通过前处理、脱粒、削粒刮浆、调料、装罐密封、杀菌等工序制成。甜玉米罐头产品的保质期较长。甜玉米脱水加工，通过前处理、脱粒、冷冻干燥等工序制成，是近几年甜玉米新的一种加工方式。脱水甜玉米粒附加值高，主要用作调料包、汤料包中的原料。甜玉米汁的加工，是将鲜甜玉米经过削粒刮浆及无菌处理，直接制成玉米爽饮品，亦可作为饮料、乳品、面点等产品的原料。甜玉米的初级加工，为甜玉米的新产品开发提供了充足的原料，通过大力开发甜玉米的深加工产品，如甜玉米焙的水饺、八宝粥、冰淇淋、汤料等等，提高了甜玉米产品的附加值，也为甜玉米产业提供了更广阔的发展前景。加工后的产品无论从内在品质以及外观质量等方面都达到了国家绿色食品无公害的标准。目前加工产品的销售已经由过去主销杭州、上海等南方城市，逐渐扩展到北方的山东、河北等地区，而且北京地区的销量也呈逐年上升的趋势。3另外甜玉米还可制成饮料饮用，加工甜玉米的最佳工艺条件为：粒度20m,在2030 MPa压力1,75下均质。41.2 甜玉米加工现状甜玉米加工工艺技术要点主要为：（1）原料：要求采收成熟度适中的甜玉米穗，颗粒柔嫩饱满；（2）剥皮、去丝：要求将外皮和穗丝去除干净；（3）脱粒：是工艺中重要环节，采用机器脱粒，操作时要及时调整刀具中心孔基准，保证甜玉米粒完整，并及时清理脱粒机；（4）清洗：要洗去碎的甜玉米粒及残留的穗丝、杂质；（5）预煮：是加工的关键工序，目的是抑制甜玉米中酶活性及杀菌，并保持甜玉米特有色泽。一般可将甜玉米粒放入9095的水中煮约5分钟。（6）进入速冻工艺前，要先经振动沥水。冻结时要在极短的时间内通过05这一最大冰晶生成带，蒸后继续降温经速冻机速冻的甜玉米粒中心温度，一定要达到18以下，以利贮藏和运输。称量包装、检验、装箱等工序均在10以下的包装间进行。最后送入18的低温库中储藏，待售。然而在以上的六个工艺工程中，我们现在面临主要问题就是其主要环节脱粒工艺的效率低下，并且加工出的玉米子粒破碎率高，外观质量不理想。其主要原因就是我们现在的国产甜玉米脱粒机在结构，生产效率上都存在着很大的缺陷。而外国产品却又价格高昂。所以由于这种不足大大的影响了我国甜玉米产业的发展。现有台湾木笔甜玉米脱粒机如图11所示：图11 台湾木笔甜玉米脱粒机1.3 设计任务及目的鉴于目前我国甜玉米产业发展的现状，想要使这个产业的发展潜力能够最大的发挥出来，就是能有价格低廉，效率高的甜玉米脱粒机的制造。因此本文的任务就是从简化机构、提高脱粒质量、降低成本入手，设计出了新一代甜玉米脱粒机，与现有其它同类设备相比其要有性能稳定、操作方便、籽粒破碎率低，对物料的适应性好、脱净率高等特点。其具体任务如下：1、 进行调研，了解现今工厂中甜玉米脱粒机的使用状况；2、 设计方案分析并选定；3、 总体原理图的绘制；4、 对零部件结构进行具体设计，并初定尺寸；5、 对零部件进行强度校核；6、 绘制总装图和部分零件图；7、对该设备进行经济环保性分析。现有台湾木笔甜玉米脱粒机如图11第二章 甜玉米脱粒机的种类和功能比较2.1 挤搓式脱粒机的结构与工艺流程工艺流程：玉米果穗进入进料箱, 皮带轮带动滚筒转动, 滚筒对应进料箱的一段为一对短螺旋片, 螺旋片转动将果穗送入脱粒区; 在脱粒区内, 果穗沿凹板做螺旋滚动与滑动至排芯区, 在此过程中果穗之间、果穗与栅格凹板之间进行充分挤搓, 籽粒被挤搓下来; 脱掉的籽粒穿过栅格凹板排出主机, 送入预清机; 全部脱掉籽粒的玉米芯被推送到排芯区, 排芯区充满后在拨轮的作用下将排芯口压板顶开, 玉米芯排出机外, 即完成整个脱粒过程。工作原理：该脱粒工艺是仿生技术的一种应用, 模仿人工用手搓玉米的动作。在脱粒区内,滚筒板齿拨动果穗沿栅格凹板作圆周运动, 由于板齿与滚筒轴心成一定的夹角,所以同时也将果穗向排芯口推动, 实际上玉米果穗的运动轨迹是螺旋线。其中一部分板齿设计成顶部带冠形状(二至三处凸起) , 其作用如同人工用竹签子(过去北方农村用于人工脱玉米籽粒的工具) 先将玉米果穗上的局部籽粒挤掉, 以便后面挤搓顺利。由于排芯口压板的作用, 正常工作时物料始终充满机器内部,所以板齿拨动果穗时具有一定的推力, 即果穗是在受到推挤的情况下与栅格凹板接触, 与栅格凹板做相对运动, 并且既滚动又滑动, 以达到挤搓脱粒的效果。果穗相互之间也同样是在受到一定压力的作用下进行充分挤搓, 并且机内所有果穗的任何部位都有充分的挤搓的机会, 从而达到脱掉全部籽粒的目的。挤搓式玉米脱粒机与其他普通玉米脱粒机对比有如下特点：（1）机型此类机型一般不宜过小。分析其主要原因是, 凹板的曲率半径越小, 越容易将玉米果穗磕断, 并容易将籽粒磕碎, 凹板直径250 mm已接近极限值(一般玉米穗长大于200 mm )。倘若能解决喂料问题, 则机器还能够设计的更小。（2）含杂由于该脱粒机采用栅格式凹板结构的原因, 缝隙不宜过小(过小则出现夹带增多问题) , 脱粒过程中一小部分玉米芯被挤碎, 致使脱出的玉米籽粒中含碎芯较多,净度偏低, 因此需配置预清机。从现场观察, 被挤碎的玉米芯截面呈多种形状，且长短不一。（3）生产率对于挤搓式脱粒机来说没有明显的产量界限。该系列脱粒机标定的生产率是在保证各项技术性能指标的条件下给定的。若超过标定产量喂入, 则导致技术性能指标下降(脱净率下降、破碎率上升) 喂入量过大会影响脱净率、破碎率提高和增加电机负荷。（4）玉米含水率对脱粒的影响玉米含水率对生产率和脱粒质量有一定影响。玉米含水率在13% 20% 范围内, 技术性能指标比较稳定;玉米含水率超过20% , 则脱净率和破碎率指标下降, 夹带量上升, 净度指标下降, 更主要的是影响预清机正常工作, 其主要表现为大杂粘筛, 风选效果和清选质量下降。（5）破碎在规定滚筒转速范围内运行, 有效地避免了打击破碎的可能性, 但磕碎的现象依然存在, 机型越小(凹板直径越小) , 磕碎的机会越多。经试验观察分析, 磕碎情况分两种, 一种情况是玉米果穗进入机内时是呈纵横无规律状况, 其中果穗轴与脱粒滚筒轴空间垂直或近似垂直(俗称横着进入) , 若玉米穗较长, 则易被板齿磕断, 同时断开处附近的籽粒容易被磕碎; 第二种情况是果穗在脱粒运动过程中被隔板(用作支撑栅格圆钢的钢板) 所磕,将籽粒磕碎(这也是国外样机存在的弊端)。总结其优、缺点如下：在规定滚筒转速范围内运行, 有效地避免了打击破碎的可能性, 但磕碎的现象依然存在, 机型越小(凹板直径越小) , 磕碎的机会越多。经试验观察分析, 磕碎情况分两种, 一种情况是玉米果穗进入机内时是呈纵横无规律状况, 其中果穗轴与脱粒滚筒轴空间垂直或近似垂直(俗称横着进入) , 若玉米穗较长, 则易被板齿磕断, 同时断开处附近的籽粒容易被磕碎; 第二种情况是果穗在脱粒运动过程中被隔板(用作支撑栅格圆钢的钢板) 所磕,将籽粒磕碎(这也是国外样机存的弊端)。2.2 切削式玉米脱粒机工作原理及特点切削式甜玉米脱粒机对玉米的切削有脱净率高，子粒破坏小的特点。玉米是由传送带或者传送夹持机构将玉米输入到切削区域，切削刀具采用车床的切削原理来进行切削，刀具尖端切入到玉米子粒和玉米芯之间，刀具进行旋转或者往复运动使玉米子粒和玉米芯脱离。刀具能够根据玉米棒的粗细程度来调整其切削的位置，这样能使切削质量达到比较高的要求。切削下来的玉米子粒由机器的侧口留出机器，而玉米芯则由排芯区的传送装置推动其继续向前走，直至在机器另一端的出口送出。该种机器的玉米输入传送夹持构件采用橡胶材料制造，这样两夹持滚轮之间的距离就可以根据玉米的粗细程度不同而做适当的调整，而且还不会对玉米子粒造成损坏。而其玉米芯的输出夹持滚轮用尼龙制造，其上套有缺口圆铁片，这样可以夹紧玉米芯，而能将其顺利的送出机器。切削式玉米脱粒机的机型比较小巧，减小了机器的占地空间也减轻了机器的总重量。第三章 整体方案的设计确定3.1 玉米脱粒机的组成本文介绍的玉米脱粒机要完成以下工作过程：（1） 通过传送、夹持部件将玉米送入机器内部；（2） 通过刀具切削，将玉米子粒脱掉；（3） 玉米子粒在侧口流出；（4） 玉米芯通过另一端的传送、夹持部件送出机器。从以上的工作过程来看，该机器应该主要分为三个部分：玉米输入传送部件、刀具切削部件、玉米芯的输出传送部件。图31 甜玉米脱粒机功能分解图3.2 玉米脱粒机形状学矩阵 玉米脱粒机功能分解如上图31所示根据分解图列出形态学矩阵如表31表31 玉米脱粒机形状学矩阵功能元 局 部 解 1 2 3A玉米输入传送带夹持传送B脱粒挤搓脱粒往返切削旋转切削C玉米芯输出传送带夹持传送所以其组合起来的方案数为： N=223=12对于机器整体的组合方案可能数为12种，但并不是所有方案都是可行的，在众多方案中，由定性到定量进行优选，有些方案不符合设计要求或各分功能的解不相等，这些就应该删去，从中优选几个可行方案，再进行原理性试验、评定决策。从中选出符合功能目标的最佳原理方案。根据功能要求和环境保护等方面考虑，优选出两个可行方案如下：方案一： A2+B1+C1方案二： A2+B3+C13.3 方案的比较评定3.3.1方案一的评定（1） 方案分析说明方案一中对玉米棒的输入和玉米芯的输出都是用夹持输送的方法，该方法的动力是采用电动机，经过一级或多级减速最后将动力传递到夹持部件的执行部件。该种方法在传送玉米棒或玉米芯的过程中不但能起到输送的作用，还可以提供一定的轴向力，以满足加工的要求。该方案的切削功能是通过刀具往返切削运动来达到的。并采用仿型切削的方法。（2） 方案的优点该方案的传送设计即能提供运动，还可以提供一定的轴向力，能满足加工要求。而且所采用的仿型切削方法可以对和仿型块相似的玉米切削的比较干净，并且破碎率比较小。（3） 方案的缺点该方案的切削部分需要多个仿型块，制作比较麻烦。而且刀具的往返运动耗费时间，导致工作效率的下降。3.3.2 方案二的评定（1） 方案分析说明方案二中对玉米棒和玉米芯的输送都是采用的夹持方法，该种方法的特点已经在方案一的分析说明中有所说明。该方案的切削功能是通过刀具的旋转，玉米直接运动而实现的，两种运动组合即能形成刀具相对玉米的螺旋运动从而来实现切削功能。（3） 方案的优点该方案的传送特点已在方案一中有所涉及，该方案切削部分的优点就是仅需要制造一能旋转的刀具即可。原理功能的实现上比较简单。而且刀具的制造也比较容易。（4） 方案的缺点该方案的缺点主要在于切削部分的切削功能上，虽然实现切削比较简单，但是对于不同粗细的玉米，刀具自身不能随时调整切削圆周的大小，而需要停机进行调节。3.2 方案的确定 综合以上两方案的优缺点，各有其特色，其实用性都比较强，本文从易于实现切削运动，机器的布局小巧和经济性来考虑，所以选用方案一。3.3 设计过程（1） 草拟玉米脱粒机的结构，确定它的各部组成，确定一些尺寸。（2） 各部分的设计和度算。（3） 根据计算参数确定重要部分的尺寸。（4） 画总图和零件图。（5） 最后进行精确的校核。第四章 输送系统的设计与校核4.1 输送系统的总体分析本机设计中，因为输入系统和输出系统的功能有很大的相似之处，所以输入系统和输出系统采用相同的机构设计（以下统称输送系统）。输送系统采用电动机作为动力源，经过一级或多级减速传动，最后传送至输送系统的执行构件处，随后执行构件夹持玉米棒（玉米芯）进行运动。在本文的设计中，总体思路为电动机动力和运动经带传动或链传动传送至蜗杆或锥齿轮处，通过蜗轮蜗杆或锥齿轮传动进行减速、转动变相。最后经由蜗轮轴或锥齿轮轴将运动传送到夹持执行件处。对于玉米输入的夹持滚轮采用橡胶材料制造，该滚轮对玉米棒具有夹持和导向的作用，送料滚轮采用凹面圆柱体形状，以增加对玉米棒接触面积，使玉米送料排料通畅。利用滚轮，刀片和刀杆实现联合定位夹持，当玉米轴线有较大误差时，也能自动校正，以保证顺利切削。而滚轮采用橡胶材料，是为了避免生锈和对食品的污染。送料驱动机构的功能是完成对玉米棒的输送及夹持动作，并保持玉米芯棒轴线与机器刀具盘主轴共线。送料驱动机构中滚轮输送轴线要始终与主轴线对中，两对滚轮自动咬住物料，当玉米直径变化时，两对弹簧自动伸缩，但其对称中心线固定不变，以保证两滚轮对称中心不变。对于玉米芯的输出滚轮则用尼龙材料制成，滚轮上再套一缺口圆形铁片，以便于能使其牢固的咬住玉米芯，使玉米芯能顺利排出机器。其进料系统如图41所示：图41 进料系统图4.2 输送系统电动机的选择在本文的设计中，玉米脱粒机的工作条件和技术数据分别如表41和表42所示，表41 玉米脱粒机工作条件表工作年限工作班制工作环境载荷性质生产批量10较干净稍有波动小批表42 玉米脱粒机技术数据表刀轮切削力F(N)转速V(m/s)刀具直径D(mm)2405200滚轮夹持力F(N)滚轮转速V(m/s)滚轮直径D(mm)1000.1332根据以上数据进行选择电动机。（1）选择电动机系列，根据工作要求及工作条件应选用三相异步电动，封闭式结构，电压380V，Y系列电动机。滚轮所需要的有效功率为 传动总效率为 其中： 故所需电动机功率为选择电机 查表4.12-1可选Y型三相异步电动机Y801-4，该电动机的数据参数如表43所示，表43 电动机数据参数表电动机型号额定功率同步转速满载转速Y80140.55Kw1500r/min1390r/min查机械设计课程设计表4.122得中心高为80mm，DE=1940，重量为17kg。4.3 输送系统减速机构的运动及参数计算（1）输送部分的总传动比及传动比的分配总传动比为：因在整个系统中运动的转向需要进行向垂直方向转化，故在整个传动减速过程中需要有蜗轮蜗杆传动或者锥齿轮传动。但是在本文所涉及的机器设计中需要较大的传动比但还希望机构紧凑。而蜗轮蜗杆传动具有：结构紧凑，传动比大，传动平稳，无躁声等一系列特点，故在运动方向变化、较大减速的部分采用蜗轮蜗杆的传动。在一级减速中，减速的幅度不需要太大，因此可以选择链传动或者带传动均可以，不过带传动有：传动平稳，躁声小；传动过载时可以打滑，防止其它零件损坏；结构简单，易于制造和安装，成本低等特点，故在一级减速结构中选用带传动。而带传动另外一个有点就是不需要进行油润滑，这对于食品加工机械需要清洁这一要求非常相符。这也是在一级传动中选用带传动的主要原因。因此根据总传动比和各个减速结构的传动比范围和性质粗略初定传动比分配如下： 则蜗杆传动比为： 故由此可计算出各轴功率，转速和转矩：1. 0轴电动机主动轴 2 I轴既蜗杆轴 3 II轴既蜗轮轴 4. 轴主轴 故各轴功率和转矩及传动比列表如表44表44 各轴功率转矩及传动比轴序功率P(kw)转速n(r/min)转矩T(N.m)传动比效率00.167 1390 1.14 1.0 1 0.159 1158 1.31 1.2 0.95 0.014 77 1.75 16 0.71 0.013 77 1.61 1.0 0.954.4 输送系统各零件的设计及校核4.4.1 V带的设计计算（1） 求计算功率 由表347得： 所以其计算功率为： （2） 选定带的截型选用普通V带。由图1048根据，应该选择Z型带。（3） 确定带轮基准直径根据表1058，Z型带，应选用 而该级传动传动比为i=1.2故大带轮的基准直径为 （4）验算带速和传动比带速 带速在525m/s之间，故可以。（5）初定轴间距 由公式：得 即 取 （6） 确定带的基准长度 =739 mm 查表1028，取 （7） 实际轴间距a 考虑安装调整，补偿预紧力中心距要有一定调整范围 故所取中心距在最大和最下之间，符合要求。（8） 小带轮包角 （9） 求V带根数 查8图106得，查表106得 查表107得 所以所需要的V带根数为：所以选取V带根数为Z=1 Z=1(10) 单根V带的预紧力 （11） 作用在轴上的力 4.4.2蜗轮蜗杆的设计计算（1） 选择传动类型，精度等级和材料因考虑到传递的功率不大，转速不是很高，故选用ZA蜗杆传动，精度等级为8c GB1008988。蜗杆用35CrMo，表面淬火，硬度为4550HRC；表面粗糙度。蜗轮用HT250铸造。（2） 确定蜗轮齿数 按=16 蜗杆头数 ， ，（3） 按蜗轮齿面接触疲劳强度进行设计计算 确定作用在蜗轮上的转矩T2，按,， 确定载荷系数K 由7表6-6得选用系数为，取载荷分布系，由于蜗轮转速为77r/min，蜗轮的圆周速度可能较小，（）故选动载荷系数, 于是 确定许用接触应力，由7表67中查得，力循环次数为： 则 确定模数m以及蜗杆分度圆直径由公式得由7表62得， 取m=2,() m=2, 验算蜗轮的圆周速度 故取是合适的。（4）分度圆直径，及中心距a 蜗杆分度圆直径 蜗轮分度圆直径 中心距 取实际中心距， 则蜗轮需要进行变位。（5） 蜗轮的变位系数 由公式得（6） 校核蜗轮齿根弯曲疲劳强度由7表68，按，查得；由7表69查得。则许用弯曲应力为： 由公式故由公式 得： 故蜗轮蜗杆弯曲疲劳强度足够。（7）蜗杆、蜗轮各部分尺寸计算（按7表64和表65） 蜗杆齿顶高 齿根高 齿高 分度圆直径 齿顶圆直径 齿根圆直径 蜗杆轴向齿矩 蜗杆齿宽 蜗轮齿顶高 齿根高 齿高 分度圆直径 喉圆直径 齿根圆直径 咽喉母圆半径 齿宽 故取 齿宽角 顶圆直径 故取 （8）热平衡计算 滑动速度，由公式 得 当量摩擦角 由7表610按，查得 传动效率,由7式（619）得 箱体所需散热面积 按自然通风计算，取油的工作温度；周围空气温度，由7式（621）得： （9）精度及齿面粗糙度的选择由7表61，按，为一般动力传动，选取精度等级为8级，标记为8cGB1008988。蜗杆齿面粗糙度 蜗轮齿面粗糙度 （10）润滑油的选择力速度因子： 由7图615查得运动粘度，再由表612选GN220W蜗轮蜗杆油。4.4.3蜗轮轴的校核因蜗轮轴在设计计算的时候选的比较细，因此对它进行强度的校核。作用在蜗轮的圆周力、轴向力、径向力分别为： 根据材料力学知识对蜗轮轴进行校核，该轴可简化为伸出梁。根据伸出梁的受力变形情况可绘出出该轴的受力图如下图41： 图41 主轴的结构及计算图（1） 绘轴的受力简图 垂直面支反力由得 则有 由得 对蜗轮的力则水平面支反力 由得 则有 由得 对滚轮的力则水平支反力 得 故 故 所以： （2） 做弯矩图 垂直面弯矩图（见图41c）A点 水平面弯矩 图（见图41d）A点 合成弯矩M图（图41e）A点 （3）作转矩T图（图41f） （4）作计算弯矩图（图41g）A点 B点 （5）校核轴的强度由图41a可见，A弯矩最大，E点轴径最小，所以该轴的危险截面为A点和E点所在剖面。由45钢调质处理查8表81得，再由表83查得。按7式87计算剖面直径A点轴径 该值小于原设计该点处轴径15mm，安全。E点的计算弯矩为 故E点轴径考虑键槽影响，有一个键槽，轴径加大5% 该值小于原设计该点处轴径10mm，安全。（6）精确校核轴的疲劳强度图41a中，截面均为有应力集中的剖面，均有可能是危险剖面。其中和剖面，和剖面应力集中系数相同，但是和剖面的受力较大些，故只校核、剖面就够了。 校核剖面的疲劳强度该剖面因为键槽引起的应力集中系数由7表11查得：，。该剖面受的弯矩和转矩分别为： 故该剖面产生的正应力及其应力幅、平均应力为 ， 该剖面产生的扭剪应力及其应力幅、平均应力为 45钢机械性能查表81得：，；绝对尺寸影响系数由7附表14得：，；表面质量系数查7附表15得：，。查7表15得：，。所以剖面的的安全系数为： ，所以剖面安全。 对于和两个剖面，其计算转矩分别为： ， 而两个剖面的轴径分别为10mm和15mm，故只校核受力相对教大的剖面即可。该剖面因过渡圆角引起的应力集中系数由7附表12查得：，；绝对尺寸影响系数由7附表14查得：，；表面质量系数查7附表15得：，；查7表15得：，。剖面所受的弯矩和转矩分别为： 则剖面产生的正应力及其应力幅、平均应力为： ， 剖面产生的扭剪应力机器应力幅、平均应力为： 剖面的安全系数为 ，所以剖面安全。第五章 切削系统的设计与计算5.1 切削系统的整体分析本文第三章中已经提到，根据优化化设计理论该机器的切削部分采用旋转刀具的切削方法进行玉米脱粒。该机的设计是设计一厚度为6mm的原形刀架盘,刀架盘的中间设计一直径为60mm的圆孔,以使玉米能顺利通过刀架盘而进入玉米芯输出系统。将五把刀具均匀的安装在刀架盘上，并在刀具和刀架盘边缘凸缘之间安装一刀具调整盘，当发现机器脱净率不够高，或者脱粒过于严重时，就转动刀具图51 玉米脱粒机刀具原理图的）调整盘，使刀具角度有所变化，从而实现切削半径的变化。其具体形式见图51所示。机器的切削系统是采用电动机来提供动力，经一级或多级减速传动，最后传至旋转刀具进行玉米切削。在整个系统的减速过程中因为减速比并不是太大，因此可选用带传动或者链传动进行减速。不过因带传动比较平稳，噪声小；且在载荷过载时，带在带轮上打滑，能起到保护其它零件的作用。最为主要的是带传动不需要润滑，比较符合食品加工机械对清洁度的要求。因此切削系统的整个减速系统均采用V带传动。而对于切削刀具，因为切削的甜玉米子粒是食用品，因此刀具、刀具盘和刀具调整盘等与玉米直接接触的零件均采用不锈钢材料加工制造。刀具盘是通过螺钉连接与转动的皮带轮相连接，皮带轮上的轴承安装在机器的箱体上（本机器的箱体有一些地方是通过焊接的方式连接起来。5.2 切削系统电动机的选择根据第四章中表41和表42所列数据进行选择电动机。（1）选择电动机系列，根据工作要求及工作条件应选用三相异步电动，封闭式结构，电压380V，Y系列电动机。刀具所需要的有效功率为 传动总效率为 其中，。所需的电动机总功率为 查7表4.12-1可选Y型三相异步电动机Y90S-2或Y90L-4。选择电机 两种方案进行比较如表51，表51 电动机数据及传动比方案号电动机型号额定功率同步转速满载转速总传动比1Y90S-21.5300028405.42Y90L-41.5150014002.69其中方案1总传动比大，为使传动装置结构紧凑，故选电动机Y90L-4型，额定功率为1.5kw,同步转速1500r/min，满载转速1400r/min， 查7表4.12-2得中心高H=90mm D*E=2450。65.3 切削系统减速机构的运动及动力参数计算在5.1中已经提到，机器切削系统的减速机构均采用带传动。切削系统的总传动比为： 根据总传动比并考虑到机器结构的布置，因此将传动比分为两级传动，初定一级传动比为，则低速级传动比为：故由此可计算出各轴功率，转速和转矩：1. 0轴电动机主动轴 2 I轴既中间轴 3 II轴既刀轮轴 4. 轴刀盘 故各轴功率和转矩及传动比列表如表52表52 各轴功率转矩及传动比轴序功率P(kw)转速n(r/min)转矩T(N.m)传动比效率01.47 1400 10.03 1 1 1.40 700 19.05 2 0.95 1.31 519 24.19 1.35 0.94 1.19 519 21.8 1 0.915.4 切削系统各零件设计及校核5.4.1第一级减速皮带轮的设计计算（1） 求计算功率 由7表34得： 所以其计算功率为： （2） 选定带的截型选用普通V带。由8图104根据，应该选择Z型带。（3） 确定带轮基准直径根据8表105，Z型带，应选用 而该级传动传动比为i=2故大带轮的基准直径为： （4）验算带速和传动比带速 带速在525m/s之间，故可以。（5）初定轴间距 由公式：得 即 取 （6） 确定带的基准长度 =721.1mm 查8表102，取 （7） 实际轴间距a mm考虑安装调整，补偿预紧力中心距要有一定调整范围 故所取中心距在最大和最下之间，符合要求。（8） 小带轮包角 （9） 求V带根数 查8图106得，查表106得 查表107得 所以所需要的V带根数为：所以选取V带根数为Z=2 Z=2(10) 单根V带的预紧力 （11） 作用在轴上的力 5.4.2第二级减速皮带轮的设计计算（1） 求计算功率 由7表34得： 所以其计算功率为： （2） 选定带的截型选用普通V带。由8图104根据，应该选择A型带。（3） 确定带轮基准直径根据8表105，A型带，应选用 而该级传动传动比为i=2故大带轮的基准直径为： 根据8表105取： （4）验算带速和传动比带速 带速在525m/s之间，故可以。（5）初定轴间距 由公式：得 即 取 （6） 确定带的基准长度 =1004mm 查8表102，取 （7） 实际轴间距a 考虑安装调整，补偿预紧力中心距要有一定调整范围 故所取中心距在最大和最下之间，符合要求。（8） 小带轮包角 （9） 求V带根数 查8图106C得，查表8106得 查表107得 所以所需要的V带根数为：所以选取V带根数为Z=1 Z=1(10) 单根V带的预紧力 （11） 作用在轴上的力 因在切削系统中涉及的轴和轴承等相对其轴径受到的力都不是很大，故在本文中不再进行强度校核。第六章 经济环保性分析随着人民生活水平的不断提高，人们对生活环境和生活质量的要求也会越来越高。本文所设计的机器（玉米脱粒机）为食品加工机械，所以对对清洁度要求比较高。该设计中，凡是与玉米子粒直接接触的部件均采用了特殊的材料制成，以确保产品的卫生状况良好。本设备对与其它的玉米脱粒机有着以下优