水稻除芒机结构设计

目    录1 绪 论31.1  设计的目的与意义31.2  国内外发展现状31.2.1 国外发展现状31.2.2 国内发展现状42 水稻除芒机的总体方案设计及工作原理52.1 总体方案的选择52.2 总体结构52.3 工作原理63 电动机的选择63.1 电动机类型和结构63.2 选择电动机的容量73.3 选择电动机的型号74 滚筒的设计84.1 滚筒的型式84.2 滚筒的直径84.3 滚筒的长度94.4 滚筒钉齿的形状94.5 钉齿的排列104.5.1 钉齿排数M104.5.2 排列的螺旋线头数K104.5.3 齿迹距a104.5.4 钉齿配置的步骤104.6 滚筒的线速度V125 凹板筛的设计125.1 凹板筛的型式选择125.2 凹板筛的包角125.3 凹板筛间隙的确定125.4 喂入口及排料口的位置设置136 滚筒盖板的设计136.1 滚筒盖板的特点136.2 螺旋导板的位置136.3 螺旋导板的高度146.4 螺旋导板的间隙146.5 螺旋导板的升角147 主轴的设计和校核187.1 选择轴的材料207.2 初步确定轴的直径227.3 轴的结构设计23.7.4 轴上零件的周向定位247.5 滚筒主轴的强度校核257.6 键连接的强度校核268 轴承的选用279 总结2810 参考文献29致谢29321  绪 论1.1  设计的目的与意义水稻小麦是我国第一大粮食作物，不到的水稻小麦种植面积，生产了约占世界总产量左右的粮食。近些年水稻小麦种植面积处于稳步上升的转状态。在目前水稻小麦收获机械多种形式并存的条件下，为了满足广大用户茎杆需求量的不断提高，在消化吸收国内外同类型机型的基础上，设计一种水稻小麦半喂入式的除芒机械，该机械采用夹持喂入、弓齿滚筒除芒、风扇清选等机构，使其具有机构简单、体积小、重量轻、除芒质量好等特点。    近几年，随着联合收割机作业范围的不断扩大，联合收割机发展十分迅速，使除芒机市场受到一定的冲击。在这种形式下，联合收割机、除芒机和割晒机将如何发展，怎么发展，除芒机还有没有发展前途，这是除芒机相关方面应当高度关注的问题。据统计，目前我国的种植面积为4.3亿亩，此外还有1200万hm2 的山区和丘陵小块地的小麦收获全靠人工收割后，再由除芒机械进行除芒。所以，除芒机械对农作物的收获还占有很大的工作量。我国的水稻小麦、玉米、小麦等农作物机械收割的状况。据不完全统计，我国水稻小麦机械化收获的作业面积仅仅只占总种植面积的7.3%，绝大多数的水稻小麦除芒仍然靠除芒机进行除芒；玉米机械收获面积仅占全国玉米种植面积的0.2%，而且，目前我国生产的玉米联合收获机大部分只具有摘穗、剥皮和秸秆粉碎等功能，籽粒的除芒还要靠除芒机来完成。就全国范围来说，对于农作物的收获除芒80%以上要靠除芒机和人工来完成。终上所述，尽管近年来联合收割机的迅猛发展，但是由于我国幅员辽阔、气候地理条件加上种植方式的差异，以及不同地区的经济发展的不平衡、联合收割机械的广泛应用还有相当长的路要走。因此，在今后的相当长的的时间内，除芒机在我国农作物的收获中，尤其是边远的山区、丘陵地带，除芒机仍然是主要的不可或缺的农业收获机械。本设计通过对水稻小麦除芒机械的分析和对存在的问题进行改进，设计一种半喂入式除芒机，为进一步改进和提高水稻小麦除芒机械奠定基础。    随着我国农业的快速发展，我国越来越关注农村问题，农业机械化的发展速度进一步加大，由机械代替人力作业已是我国农业发展的一个趋势，而要实现我国农业的的现代化，其物质承担者农业机具的开发与利用必须紧跟上；同时为了完成和巩固本科知识和课程的学习；因此也就有了此时这篇设施作业机具全喂入式水稻除芒机的设计。    我国是一个以农业生产为主的发展中国家，农业的兴衰关系到人民的生活乃至国家的稳定。20世纪后半期我国以7%的耕地面积养活了占世界22%的人口，这其中农业科技做出了很大的贡献。但是目前随着人口的不断增长和环境的不断恶化，我国的农业的发展也正面临着严峻的考验。如何让在日常的生产影响中有效地提高生产率，实现一机多用是摆在人们面前的一个棘手的问题。实现农业的现代化、智能化是今后农业的必然选择。通过采用现代化农业工程和机械技术，适应自然环境，为植物生产收获提供相对更为有利条件，而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖而进行有效生产的农业。它是在人们生活需求不断增长的同时发展起来的，是在人为可控设施下的农业生产，具有高投入、高技术含量、高品质、高产量和高效益等特点，是最具活力的现代新农业。而近期生产收获作业机具发展重点是：开发全喂入式水稻除芒机，合理选择配套动力。要求体积和质量小、动力足，操作舒适，符合人机工程学的设计原理，减轻操作者的劳动强度，尽量减少发动机对设施环境的污染。动力最好选用是电动机。南方地区为了解决晚稻的肥料的问题，夏收的时侯有稻草回田当绿肥用的习惯，这一点，全喂入水稻除芒机解决的比较好，当在田间作业时，因除芒后全部茎秆都被打碎了，有助于梨耕，茎秆也易于腐烂。可见自古至今，除芒生产对于农业生产的重要性，因此在现阶段对设施作业机具机构的研究和设计是很有必要的。与此同时，规模逐年扩大的水稻除芒机发展趋势，也成了社会各界关注的热点。在这种情况下，有必要对我国水稻除芒机的发展现状和未来发展趋势等问题进行认真研究，形成正确的认识，这不仅对目前我国水稻除芒机行业技术进步及相关产业产品定位的意义重大，而且对未来整个行业的发展十分有益。同时我国是农业大国，农村市场巨大，要发展农村经济，就更需要转移农村劳动力，提高劳动土地面积。可以预料，在未来一段时间里，中国将成为世界上最大的水稻除芒机市场之一。1.2  国内外发展现状1.2.1 国外发展现状1800年，固立式打谷机，“地猪牌”在美国得到广泛应用，木架式的推家上固立滚筒进行打谷，手工进行分离清选。以后产生了具有抖动特点的分离装置。1850年后，自动喂入、解捆、谷粒处理等出现，并逐渐发展完善。在本世纪以前，是把收割和除芒看作完全独立考虑的 到了本世纪提出了降低成本和缩短作业时间都要求，希望制成切割器和除芒装置作合在一起的收割机。这种想法是在140多年以前在美国作业记的，110年前制成了机器，70年前，开始用带了发动机的联合收割机，近代的自走式联合收割机大约是在40多年前制成的。日本久保田水稻小麦联合收割机、三久、金子谷物烘干机、中型拖拉机、埋草旋耕机等一大批国内外先进适用的机具得到了较好的推广应用，加快了我国水稻小麦联合收割机技术的改造和完善，成为水稻小麦收获机械的主导机型，大大提升了我国水稻小麦收获机械的整体技术水平。目前，全世界的可用耕地大约有32亿公顷，已开发的有13.7亿公顷，未达到可用耕地的一半。就总的耕地资源来说，在南美和澳洲以及亚洲的北部还有大量的耕地未开发。但是由于气候等原因，真正可供开发的耕地并不多。大规模经营的资本主义大农牧场、大种植园主要生产供出口的经济作物和其他农牧产品，专业化、机械化程度较高；同时并存数量庞大的个体农户，除部分以生产粮食作物为主的自给性农业外，也为国内市场提供大量的农牧产品。因此，小型水稻小麦除芒机不能满足生产作业的需要，所以大中型水稻小麦除芒机已经得到了广泛的应用。但是适合人均耕地面积少、缺乏先进适用机具广大的农民的小型除芒机。近几年我国小型水稻小麦除芒机的设计也有了一定的基础，并且不断地在它的研发上取得了快速的进展，我国通过对外国先进的除芒技术的吸收和对主要零部件的改进，使得小型水稻小麦除芒机的结构和性能有了很大的提高，现在已经可以生产出操作方便、经济实用的小型水稻小麦除芒机，为我国水稻小麦除芒机的发展和推广起到了极大的作用。    国外水稻除芒机的发展，基本上分为欧美和日本两大类型。所谓欧美型，也就是说这些国家以旱地为主，地块大，各类作物以小麦为主。而日本型是指以水田为主，田块小，经常规模也小，以水稻小麦为主。因此，前者用的水稻除芒机是大型的，大功率的，而后者用的机型都是小型的或中型的。    虽然上述两类地区因其自然条件不同，使用的机型不同，但其实现粒物收获过程机械化所经历的过程却大体上是相同的，即都是先从半机械化开始，然后逐步向机械化过渡，最后实现收获过程机械化。到了五十年代，已基本上实现了收获过程的半机械化。例如美国在1950年已拥有70万左右的水稻除芒机，这时的机收面积已占收获面积的75%。基本上实现了半机械化，到 了七十年代初美国水稻除芒机的数量达到85万之多。机收面积达到了95%以上。目前已向大型、高效和自动化方向发展。     日本的情况有所不同，实现收获过程半机械化的进程要比欧美国家慢得多，当然这里面有些客观原因，地块小，且是水田作业，因此到了六十年代的中期开始探索适用于日本的水稻除芒机。到了七十年代中期大约前后用了十年左右的时间，研制出多种适用于日本的水稻除芒机，除芒机等产品。目前已大量推广使用，可以说已基本上实现了收获的过程半机械化。     从研究的动向看，着重于以下几方面的研究：一是机具的可靠性；二是改善操作性能，提高自动化程度；三是使水稻除芒机更能适应作物生长的自然条件，以提高水稻除芒机的适应性、效率和工作质量。四是提高劳动生产率。1.2.2 国内发展现状    解放前，水稻除芒机也和其它农业机械一样是个空白，根本谈不上研制。解放后，农业机械化发展很快，水稻除芒机有了很大的发展，华北和东北不少地区已开始使用我国自己生产的水稻除芒机，如5TYD1120水稻除芒机已成批生产，提供农业使用。近几年我国已先后研制出几种适用于北方地区使用的新机型，并已定型大批投产。我国南方十三个省市、区、市近年来大力发展了对水稻除芒机的研制，取得重大突破。机型都为全喂入式的，除芒后不能保持茎秆完整，为了解决广大农民这一迫切要求，我国南方地区从1970年开始研制半喂入式水稻除芒机。经过短短几年努力，取得了重大成果，到目前为止先后经省、区、市级定型的样机已有十五种，形式多种多样，有大有小。这些机型目前正大批投产，早定型投产的样机，目前已在农业生产上发挥了作用。     事物总是不断发展的，水稻除芒机的研制工作也是一样，还需要不断的提高和发展；比如研究更为合理的新机型，努力实现通用化、标准化和系列化，把新技术、新工艺和新材料应用到水稻除芒机上，以便提高水稻除芒机的工作可靠性，改善其操作性能，减轻机器重量，提高其耐用度和降低造价。2 水稻除芒机的总体方案设计及工作原理2.1 总体方案的选择本水稻除芒机采用的是全喂入型除芒机构，对于半喂入型除芒机构，其对作物的自然状况比较敏感，生长乱的作物及高矮参差达的作物除芒时，可能会造成无法脱净。本水稻除芒机适于除芒清选稻、麦及豆类、油菜、高粱、小米等多种农作物的全喂入式水稻除芒机，属于一种农机设备。总体方案确定的依据：1） 完成农作物的除芒，保证脱净率99%以上；     2） 要求农作物破碎率不得大于0.5%；  3） 要求生产率高，机构简单，体积小，易制造、维修，工作可靠，少出故障；  4） 打碎的杂物尽量少；2.2 总体结构 该水稻除芒机主要由除芒机、扬场机、传动变速装置、滚筒盖板、凹板筛、螺旋推进器、电动机、皮带轮及机架等组成（见图21、22）；1它具有结构紧凑，适应性强，一次完成除芒和清洗两道工序等优点。主要技术参数指标： 配用标定功率13Kw,同步转数1500r/min,电机净重131Kg。2.3 工作原理工作时，作物由作物喂入口均匀地喂入机内，高速运转的滚筒钉齿将作物随之抓入除芒室内，在钉齿和盖板螺旋导向板的作用下，作物一边作圆周运动，一边作轴向推移运动，而栅格式凹板筛对运动的作物有产生一定的阻力，使作物不断在滚筒的打击下和栅格式凹板筛的梳刷搓揉下，实现籽粒的脱离，被脱离的籽粒经过栅格式凹板筛的筛孔落入螺旋输送器工作区域，籽粒在旋转螺旋叶片的推动下，作轴向运动，向一端集运过去，然后由物料口送入扬场机的皮带上，通过扬场机的抛洒作用，使籽粒与碎叶杆等其它杂物相分离从而完成除芒和清选的任务。被割谷物经除芒机械的喂入口进入由除芒滚筒和凹版组成的除芒装置进行打击和搓擦后，短脱出物通过栅格状凹版进入由清选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，颖壳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。3 电动机的选择3.1 电动机类型和结构电动机类型和结构型式要根据电源（交流或直流），工作条件（温度、空间、尺寸等）和载荷特点（性质大小、启动性能和过载情况）、转速来选择。由于本设计没有特殊的要求，以及设计本身的要求，本设计的电动机均由Y系列电动机中选出，Y系列电动机适用于不易燃、不易爆、无腐蚀性气体的场合。最终本设计选用Y系列三相异步电动机。3.2 选择电动机的容量   标准电动机的容量由额定功率表示，所选用电动机的额定功率应稍大于工作要求的功率。若容量小于工作要求，则不能保证工作机正常工作，或使电动机长期过载，极易损坏；容量过大则增加成本从而造成浪费。电动机的容量主要由运行时发热条件限定，在不变或变化很小的载荷下长期连续运行的机械，只要其电动机的负载不超过额定值，通常不必校验发热和启动力矩。所需功率为：       式中：   工作机实际工作需需要的电动机输出功率；                工作所需输入功率；                电动机至工作机之间传动装置的总效率；工作机所需的功率应由机器工作阻力和运动参数计算求得，              或            式中：    工作机的阻力；N                工作机的线速度；m/s                工作机的阻力矩；N*m                工作机的转速；r/min                工作机的效率；由于电动机的输出功率已经知道，而且传动效率也在97.5%以上，所以可得工作所需输入功率：=12.73.3 选择电动机的型号   对Y系列电动机，通常多选用同步转速为1500r/min和1000r/min;这里我综合电动机和传动装置的尺寸、重量、价格以及传动比的特点及大小，我选用1500r/min的电动机比较方便。查阅实用机械手册选用Y2614型号电动机，额定功率13Kw，同步转速1500r/min,满载时功率因数为0.88。4 滚筒的设计4.1 滚筒的型式滚筒是除芒机构的最重要的工作部件，它的几何参数和运动参数的设计对脱谷机构的工作性能具有决定性的影响。滚筒的型式有开式和闭式两种，而开式滚筒最适合于全喂入式脱谷机构，它是在齿根圆上等间隔的装有数条齿杆，钉齿就安装在齿杆上，开式的滚筒的结构简单，重量轻，易制造，维修方便，滚筒对作物的抓取能力也比较强，同时作物进入除芒室后有较好的膨松作用，有利于除芒，对喂入作物层的厚薄变化有较好的适应性，因此滚筒堵塞的现象较少，即使堵塞了也比较容易排除。4.2 滚筒的直径     滚筒的直径是一个很重要的参数，它对滚筒的动作性能有很大的影响，一般说，直径大，胃口也大，消化能力强即喂入量大，除芒和分离能力也强。     直径过大时，机器外形大，重量大，不好；直径过小时，又易引起缠草和塞死滚筒，而且胃口也小，不能适应高产的要求，故也不好；通常，为了避免缠草，其最小齿根圆直径应保证齿根圆的周长大于该地区割下最高杆的杆长。     即要求：                   L   或    式中：   滚筒最小的齿根圆直径          L 割下作物最高杆的杆长目前齿根圆直径：  小型机取=300330毫米   中型机取=430150毫米                  大型机取=460500毫米本设计过程中取=320毫米，由周长公式可得=1004.8毫米；根据我国目前作物生长状况 L 合符要求。齿根圆直径选定后，再选择合适的钉齿高度h，然后按下式计算出滚筒的工作直径，亦即顶圆直径D。=+2h钉齿不能太矮，否则影响抓取能力，但也不能太高，否则易弯曲，应根据喂入量的大小而异。目前钉齿的高度：   小 型 机取h=5060毫米                       大中型机取h=7075毫米本设计中机构部件取h=60毫米；则顶圆直径=+2h=320+260=440毫米。4.3 滚筒的长度轴流式滚筒的长度也是一个很重要的设计参数，长度大说明除芒流程长，作物在除芒室内停留的时间长，这对脱净有好处。对于全喂入式的除芒机构来说，大致有这样一种规律，中型机的滚筒长度通常只有10001100毫米长即可，小型机的滚筒长度有500700毫米。本设计的水稻除芒机的滚筒长度采用1090毫米。如41图所示：图414.4 滚筒钉齿的形状钉齿是滚筒的主要除芒元件，特别是对于全喂入式除芒机构来说，粒物进入除芒室靠钉齿抓取，作物进入除芒室后又靠钉齿打击除芒，茎杆在除芒室内作轴向运动还是靠钉齿对它施加很高的圆周速度使它沿着盖板上的螺旋导板运动，直到最后吧茎杆逐出机外也还是由钉齿完成。全喂入式除芒机构工作时粒物全部进入除芒室，因此，钉齿负荷较大，所以要求钉齿有较强的打击能力和较高的强度，在本设计中钉齿的形状采用适用于全喂入轴流型除芒机构的指形钉齿，为了减少碎草，钉齿的工作面都有的后倾角，为了避免带草和提高钉齿在排草口的排草能力，在设计过程中采用在齿高2/3处后倾(如42图所示)。         图424.5 钉齿的排列 钉齿的排列应考虑到能充分发挥每个钉齿的作用，从而达到除芒性能好而需用的钉齿数目最少，全喂入式的除芒滚筒其排列方法都是按螺旋线排列。4.5.1 钉齿排数M根据已有经验数据的参考，在设计的过程中取M=6。少于6排时，则每两排钉齿间抓取粒物的时间间隔太长，每排抓的太厚，不利于除芒和分离。多于6排时，试验表明其效果不比6排有明显的区别故为了减轻机重，降低造价，通常都采用6排排列。4.5.2 排列的螺旋线头数K     对全喂入轴流式滚筒，因其流程长，转速又高，故不宜采用较多的螺旋头数排列，一般取K=12头，小型机取K=1,而大、中型机取K=2。故可在设计的过程中取K=2。     说明一下，所选用的齿杆排数M应是螺旋线头数K的整数倍，否则不能保证每个齿上有同样多的齿通过；即：4.5.3 齿迹距a根据已有经验数据的参考，目前常取齿距=80130毫米，全喂入式取偏低值，小于80毫米是没有必要的，这样不仅齿数增多，而且重量增大，制造成本也增加，因实践证明齿距大于80毫米以上还是具有良好的工作性能的，但也不能太大，否则因钉齿过少而脱不净。综上可取=80，a=28。4.5.4 钉齿配置的步骤     钉齿配置展开图的作图步骤方法如下：1） 选择M、K及a三个参数并计算出螺距t=aM。2） 选择合适的滚筒长度L，以滚筒长度L及齿根圆周长为边画一矩形，如图所示。3） 把边长分成M等分，并在各等分上画与滚筒长度边的平行线，这些平行线即代表各排齿杆的位置。4） 在齿杆的两端画出钉齿配置界限线，界限线离边端1015毫米。5） 自C点取CB=t，连AB得一斜线，即在圆柱面上的螺旋展开线。6） 自C点其顺次取线段长为（齿距），经各段的端点引与AB斜线的平行线，这样所得的各个斜线与各齿杆的交点，即为钉齿的配置位置，即每个交点上应装一个钉齿。此设计的水稻除芒机钉齿直接定位法如下：图434.6 滚筒的线速度V     一个结构合理的滚筒如没有适当的线速度，就不能有良好的除芒性能。     对全喂入轴流式滚筒，因其除芒流程长，为减少碎杆，查阅参考资料常取V=2025米/秒。      而在设计中取滚烫的线速度V=24米/秒。      选好滚筒线速度后，按下式计算出应有的滚筒转速n：n=      式中： D滚筒的直径。根据所取用的线速度，计算出应有的滚筒转速为n=1042r/min。故可取滚筒转速n=1050r/min。5 凹板筛的设计5.1 凹板筛的型式选择对凹板筛的要求是粒物通过性能好，有助于除芒，不让长茎杆通过，漏下的小杂物也应该尽量少，构造简单，易制造，重量轻和坚固耐用；在本设计的方案选用栅格式凹板筛，主要是其有助于除芒，分离粒物能力好，损失少，坚固耐用；栅格筛的筛孔用钢丝和扁钢组成，常见筛孔长宽=2015毫米，其中长为扁钢的距离，宽为钢丝的间隔，材料常用23.5钢丝及203 、204或205的扁钢，全喂入式用的凹板筛，为了提高其除芒能力和加强其阻粒分离能力，通常钢丝从扁钢的对称中心穿过。根据参考数据，本设计材料采用2钢丝和204的扁钢。5.2 凹板筛的包角包角的大小对粒物的分离效果有很大影响，包角大，则分离面积大，分离效果好，适当增加包角就可以适当缩短滚筒的长度；查阅资料，对于全喂入轴流式除芒机构大多采用包角。而在此设计的机构部件中采用包角，这样可增加作物的揉搓时间，进一步降低未脱净率，并解决难脱作物品种一次脱净的问题。5.3 凹板筛间隙的确定全喂入轴流式除芒机构，因作物有较长的工作流程，所以脱净和分离能力都是比较好的，为了减少碎杆，提高喂入量和减少功率消耗，其凹板筛间隙一般取1025毫米，而在此设计的机构中凹板筛间隙取25毫米。所设计的凹板筛如51图所示：图515.4 喂入口及排料口的位置设置对全喂入轴流式除芒机构，为了提高滚筒的抓取能力，和避免输送槽的回草现象，喂入口的最低点位置应开在滚筒轴线的下方，即要保证滚筒轴线应在输送槽底的延长线上，喂入口的宽带一般大、中型机取460500毫米，小型机取270毫米。排草口位置的正确设置，对保证滚筒的工作可靠性和提高滚筒的消化能力很重要，为了排草顺畅，排草口的最低位置亦应开设在滚筒轴线的下方。排草口的宽度，大、中型机取400毫米，小型机取270毫米，排草的高度要大于宽度。而在此设计的机构部件中喂入口的宽度取270毫米，排草口的宽度取320毫米，而排草口的高度取420毫米。6 滚筒盖板的设计6.1 滚筒盖板的特点在轴流式脱谷机构的滚筒盖板的内侧，装有螺旋导板，它有引导粒物作螺旋轴向运动的任务，通常小型机上装有2条，中型机上装有3条，大型机上装有35条。而在本设计的机构部件中，螺旋导板设计为3条；粒物作螺旋的次数增多，运动的行程也愈多，除芒和分离的效果也愈好。6.2 螺旋导板的位置考虑导板的位置时，应考虑如下原则： 1） 在滚筒喂入口的地方，为了防止回草，通常用一条导板横跨喂入口全宽。2） 最后一条导板应跨进排草口的三分之一宽度处，否则会增加排草的困难。3） 其余导板安设时，前后要有一定的重叠度，否则部分粒物因螺旋回转不连续，会影响喂入量。     如图61所示：图616.3 螺旋导板的高度    对全喂入轴流式除芒机构，导板的高度不能太小，因喂入到除芒室的粒物有一定的厚度；若高度太小，则导板未能充分引导粒物作螺旋运动，其中厚度超过导板高度以外的部分作物，因得不到导板的良好引导，其轴向运动速度就降低了，影响了除芒机构的消化能力，降低了喂入量，也易引起塞死滚筒。但导板也不能太高，否则会使盖板尺寸庞大。    目前小型机的导板高度常取1820毫米，大、中型机用3060毫米，最好选用60毫米。在本设计的机构部件中，螺旋导板的高度取20毫米。6.4 螺旋导板的间隙对全喂入轴流型，间隙常用1020毫米，当用较高的导板时，则间隙可以小些，反之间隙要取大些。从滚筒齿顶到盖板内侧之间这一环形截面积不能太小，否则缓冲地带不够，一旦喂入量突然增多时，易引起塞死滚筒，也影响喂入量。在本设计的机构中，螺旋导板的间隙取16毫米。6.5 螺旋导板的升角如图所示，升角小时，粒物运动的阻力小，但粒物轴向运动的速度慢，影响喂入量；而升角大时，粒物运动阻力大，但粒物轴向运动速度快，消化得好，一般常用升角。在此设计的机构部件中螺旋导板的升角取。所设计的部件的特点如图62所示：图627 主轴的设计和校核7.1 选择轴的材料    轴的材料主要是碳素钢和合金钢，根据传动的功率和一些参数选择材料，最常用的材料是45#钢，经过调质处理，得到的组织具有良好的综合力学性能，即有较好的强度，同时具有良好的塑性和韧性，因无特殊要求，选用45#钢，调质处理；查机械设计手册表11.1查得毛坯直径200毫米，硬度217255HBS，抗拉强度极限=640Mpa，屈服强度极限=355 Mpa，弯曲疲劳极限=275 Mpa剪切疲劳极限=155 Mpa。 7.2 初步确定轴的直径   轴是机械传动的中的重要零件，设计时应满足合理的结构，足够的强度，必要的强度和振动稳定性，以及良好的工艺性等，轴的设计就是根据轴上零件的定位和固定要求，以及加工和装配要求，合理定出轴的结构外形和全部尺寸过程。   设计轴时必需要先对轴的直径进行必要的估算，由于本实用型的水稻除芒机的主轴主要承受扭矩作用，所以只需按轴所受的转矩来进行计算。扭矩强度条件为:                 =  =  式中：   轴的扭转切应力，Mpa          T轴所受到的扭矩，N.mm          n轴的转速，r/min          P轴所传递的功率，Kw          轴的许用扭转切应力，Mpa          轴的抗扭截面模量，对实心圆轴，=/16，可得轴的直径： =     式中C为取决于轴材料的许用扭转切应力的系数，当弯矩相对转矩很小时，C取较小值，取大值，反之，C取较大值，取较小值。几种轴材料的和C值：轴的材料1354540 21312201225203030404052C16013514812513511811810710798根据选择的轴材料为45#钢，按照上述方法，对轴的直径进行估算=44.5毫米，因此所设计的主轴直径取为48毫米。7.3 轴的结构设计主要承受扭矩的零件，从强度方面考虑，则以圆截面最好，空心矩形的次之，除芒室的宽度为1000毫米，轴承的宽度为45毫米，轮子边缘到腔壁的间距为140毫米和114毫米，其中主动轮的一端为140毫米，另一端为114毫米。则轴长：L=1000+140+114+2 45=1344毫米。其结构如图71所示。图717.4 轴上零件的周向定位   皮带轮的周向定位采用平键连接，由手册查得平键截面bh=149；根据轮毂的宽度选用平键为14970；同时轴肩高度h一般取为：h=（0.070.1）d,取为0.0848=3.84毫米。7.5 滚筒主轴的强度校核1. 对轴进行受力分析并简化轴的受力将滚筒上的受力简化为集中力通过键作用于轴上，轴承对轴的支点反力也简化为集中力通过轴承载荷作用与轴上。通过对轴上零件的作用力分析，轴受到的作用力有:轴承的支点反力（即轴的径向力）、对滚筒的作用力、电机的转矩，如下图72所示：图72  2. 计算水平面上的剪切力和弯矩，画出水平弯矩图，并找出危险截面。     剪切力:   =992N      =1984NF点弯矩： =550mm=5.456Nmm剪切图及弯矩图如下图73：图733. 计算垂直面上的剪切力和弯矩，画出水平弯矩图，并找出危险截面。剪切力：            =1732N       =3464NF点弯矩：             =550mm=9.526Nmm剪切图及弯矩图如下图74：图74  4. 计算转矩                   N      对滚筒主轴的强度用第四强度理论校核，则有：                        校核结果：                   46.38      所以受到最大力的截面安全；轴的强度安全，满足使用要求。7.6 键连接的强度校核   键连接就是用键把轴和轴上的零件联接起来的一种结构形式，这种联接具有结构简单，工作可靠、装拆方便等优点；根据轴径d，查键的标准，得到键的截面尺寸bh=149；根据轮毂的宽度，查键的标准，取L=70；校核条件：挤压强度                剪切应力           式中： T传递的扭矩；N.mm       d轴径；mm       h键的高度；mm       l键的工作长度，对A型键l=L-b；mm       许用挤压应力；M        键的许用剪应力；M键的材料：45号钢校核：   = =14.18M         = =4.558M  故满足挤压强度和剪切强度。8  轴的设计与计算8.1  轴的材料选择    除芒机在工作时，除芒轴的转速很高，而且传递的扭矩很大，综合考虑，轴的材料选择45钢调质处理，硬度为195-290，其接触疲劳强度极限，弯曲疲劳极限取。8.2  轴的最小直径确定                 由公式                                  (17)    其中 该轴传递的功率，；         该轴的转速，；        指轴的材料和承载情况确定常数。    已知  =2.02，查机械设计手册21可得C=128，代入上式可得                                选。8.3  轴的结构设计    为了便于轴上零件的拆卸，经常把轴做成阶梯形。轴的直径从轴端逐渐向中间增大，可依次将齿轮和带轮等从轴的上端装拆，为了使轴上的零件便于安装，轴端及各轴的端部应有倒角。轴上磨削的轴段应有砂轮越程槽，车制螺纹轴段应有退刀槽。各段轴的直径，如有配合要求的轴段，应尽量采用标准直径，安装轴承、齿轮等标准件的轴径，应符合各标准件的内径系列规定。采用的套筒、螺母、轴端挡圈作轴向固定时，应把装零件的轴段长度做的比零件轮毂短，以确保螺母等紧靠零件端面。除芒轴结构初定如图7所示：图7  轴的结构图Fig. 7  shaft structure9  键连接选择    键连接可分为平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。 平键按用途分有三种：普通平键、导向平键和滑键。平键的两侧面为工作面，平键连接是靠键和键槽侧面挤压传递转矩，键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙。平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性好等优点，因而应用广泛。本设计采用的是平键连接 。    查表机械设计手册21表4-1分别选择轴1、2段平键bhL=6mm6mm20mm、bhL=10mm8mm22mm。材料为45钢，其许用挤压应力，取其平均值，。10  滚动轴承选用 已知装轴承处轴径，转速，查机械设计手册22，选用圆锥滚子轴（GB/T 276-1994摘录）,选型号为30208，其基本参数为，。基本额定动载荷。11  主要部件校核11.1  圆柱齿轮校核    齿面接触接触疲劳强度校核，公式如下：                                       (18)    上述式中：齿数比； 弹性影响系数；区域系数;为轮齿的转矩；     齿轮宽度;分度圆直径；为载荷系数。    代入数据得：<    符合要求，齿轮安全。11.2  轴的校核11.2.1  轴上载荷的计算    求轴承上的支反力    垂直面内：            水平面内：            画受力简图与弯矩图，如图8所示：    据第四强度理论且忽略键槽影响                                                                              表4  受力分析Table 4  Stress analysis载荷                         水平面H                          垂直面V                                                          支反力F                                              弯矩M                                           总弯矩                        扭矩T                         轴安全。图8  受力简图和弯矩图Fig. 8   Force diagram and bending moment diagram11.2.2  按弯扭合成应力校核轴强度进行校核时，只校核轴承上承受弯矩和扭矩最大的截面强度，取=0.6,轴的计算应力为：         前已选定轴材料为45号钢,调质处理,由机械设计23表15-1查得=60Mpa 因此<,故安全。 1="" 9="" 11.2.3="" :="" 1.59="1.33" 1.28="" 0.85="" 0.92="" 0.1-0.2="" 0.15="0.05-0.1" 0.75="">S=1.5    故安全11.3  键强度校核    在本设计中除芒轴传递的扭矩最大，根据要求，需对除芒轴的键连接进行强度校核，因载荷均匀分布，根据平键连接的挤压强度公式：                                                      (19)    式中：T为转矩（Nmm）； 为轴径（mm）； 为键的高度（mm）； 为键的工作长度（mm）； 为许用挤压应力（MPa）；    代入数据得  <可以实现设计要求。11.4  滚动轴承校核    根据上述数据，可计算：圆周力径向力轴向力  11.4.1  当量动载荷计算    该圆锥滚子轴承受和的作用，必须求出当量动载荷P。由下式可求：                                                          （20)其中，分别为径向系数和轴向系数。因为<0.37    所以               11.4.2  计算所需的径向基本额定动载荷    对于圆锥滚子轴承30208，其径向基本额定载荷                                         (21)式中载荷系数，查表238-15取=1；    当量动载荷，1239.44N；    温度系数，查表236-4得=1；    基本额定寿命24，本机预设寿命=8000h；    轴承转速，650；    寿命指数25，对滚子轴承=10/3。<    故所选轴承符合要求。11.4.3  验算轴承的寿命                  >8000h由寿命校核结果可以看出两轴承的寿命均大于设计寿命，故所选轴承合格。12 轴承的选用轴承的作用是支撑轴及轴上的零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支撑之间的摩擦和磨损。     因为滚动轴承已经标准化，所以我们只需要选型就可以了。 滚动轴承的类型应根据所受的载荷大小、性质、方向、转速及工作要求来选择。由于本设计的轴基本上只承受径向载荷且承载能力不要求很高，所以我们选择深沟球轴承6000系列。查袖珍机械设计师手册第二版。选轴承尺寸如下：d=40,D=64，B2=12，rmin=1000，极限转速12000（油润滑），轴承代号61908。  结束语本设计能够有效的对稻谷进行除芒、分离作业，具有结构紧凑，体积小，质量轻，噪音小、无污染、操作灵活轻便等特点。在设计过程中，受条件的限制，部分设计还是理论上的，要进行实际的运用，还有待于样机的制作，对其进行不断的改进，使之趋于完善。参考文献1 全腊珍，张淑娟.画法几何与机械制图M.北京：中国农业大学出版社，2007.10-12.2 邓文英主编.金属工艺学M.北京：高等教育出版社.2002.56-70.3 徐学林.互换性与测量技术基础M.长沙：湖南大学出版社,2010.54-56.4 张伟.农业机械学M.哈尔滨：东北林业大学出版社,2008.166-168.5 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理M.北京：高等教育出版社，2009.78-80.6 衣淑娟.水稻小麦半喂入除芒机的设计J.黑龙江八一农垦大学，2000.26-30.7 王万钧.农业机械设计手册M.北京：机械出版社,2000.189-1928 张兰星.谷物收割机械原理与计算M.长春：吉林人民出版社,1995.24-25.9 中国农业机械化科学研究院. 农业机械设计手册M.北京：机械工业出版社，1988.185.10 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Systems199822(3)：129141.                                      致    谢经过一个学期的学习和设计，本次毕业设计终于顺利完成，本次毕业设计，是在指导老师xx教授的悉心指导下完成的，使我在设计的过程中少走了弯路。在此，我衷心感谢xx教授在百忙之中抽出时间给予我耐心的指导，并提出了有建设性的意见。并且深受x教授严肃的治学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风的感染和激励。通过这次设计，巩固了大学学到的各类专业知识，并学到了新的知识。同时，也衷心感谢老师和工学院的专业老师四年来的谆谆教诲，在这四年中学到扎实专业基础的同时，也提高了思考问题的能力和转变了对问题的思维方式。当然，在本次设计中，由于本人知识水平有限和有未考虑详细的设计问题，设计中难免会存在不足与错误，敬请各位老师与同学批评指正，我将汲取经验努力改正，再次对各位老师和同学们表示衷心的感谢！  9 总结   经过两个月左右的准备及实际工作，在xx老师和同学的指导帮助下，此次毕业设计顺利完成。本次的设计，总体上所设计的方案时合理正确的，但由于时间和资料的不足，更加上自身知识有限，难免由设计上的缺陷，在设计运用上会有许多的问题，比如，加工工艺，制造成本，还有就是设备的稳定性保证和使用寿命的预测。水稻除芒机具有的生产率高，能耗低，各项性能指标优越的特点，目前已运用于我国农业领域。通过此次课题设计，使我对相关的专业知识的综合运用，有了一定程度上的把握。使理论知识和生产实践密切地结合起来，使这些知识得到了进一步巩固、加深和扩展。通过此次课题设计，学习和掌握了常见机械零件，机械传动装置或简单机械的一般设计方法和原则。培养了分析和解决机械设计问题的能力，为以后进行相关的设计工作打下了基础。使我在使用掌握计算机绘图、运用并熟悉相关设计资料（包括手册，标准和规范等）以及进行经验估算等方面有了一定程度的提高。总之，此次设计为我今后的学习和工作打下了坚实而牢固的基础，为今后从事设计工作奠定了广阔，深厚的基础 。由于水平有限，在设计中如有不正之处，请指导老师不吝指正                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   &