玉米脱粒机的结构设计 【三维Proe5.0】【7张CAD图纸、文档资料齐全】
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玉米脱粒机的结构设计
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外文翻译资料1机电一体化技术及其应用研究1 机电一体化技术发展机电一体化是机械、微、控制、机、信息处理等多学科的交叉融合，其发展和进步有赖于相关技术的进步与发展，其主要发展方向有数字化、智能化、模块化、化、人性化、微型化、集成化、带源化和绿色化。1.1 数字化微控制器及其发展奠定了机电产品数字化的基础，如不断发展的数控机床和机器人；而计算机网络的迅速崛起，为数字化设计与制造铺平了道路，如虚拟设计、计算机集成制造等。数字化要求机电一体化产品的软件具有高可靠性、易操作性、可维护性、自诊断能力以及友好人机界面。数字化的实现将便于远程操作、诊断和修复。1.2 智能化即要求机电产品有一定的智能,使它具有类似人的逻辑思考、判断推理、自主决策等能力。例如在 CNC 数控机床上增加人机对话功能，设置智能 I/O 接口和智能工艺数据库，会给使用、操作和维护带来极大的方便。随着模糊控制、神经网络、灰色、小波理论、混沌与分岔等人工智能技术的进步与发展，为机电一体化技术发展开辟了广阔天地。 1.3 模块化由于机电一体化产品种类和生产厂家繁多，研制和开发具有标准机械接口、动力接口、环境接口的机电一体化产品单元模块是一项复杂而有前途的工作。如研制具有集减速、变频调速电机一体的动力驱动单元；具有视觉、图像处理、识别和测距等功能的电机一体控制单元等。这样，在产品开发设计时，可以利用这些标准模块化单元迅速开发出新的产品。1.4 网络化由于网络的普及，基于网络的各种远程控制和监视技术方兴未艾。而远程控制的终端设备本身就是机电一体化产品，现场总线和局域网技术使家用电器网络化成为可能，利用家庭网络把各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家用电器系统，使人们在家里可充分享受各种高技术带来的好处，因此，机电一体化产品无疑应朝网络化方向发展。1.5 人性化机电一体化产品的最终使用对象是人，如何给机电一体化产品赋予人的智能、情感和人性显得愈来愈重要，机电一体化产品除了完善的性能外，还要求外文翻译资料2在色彩、造型等方面与环境相协调，使用这些产品，对人来说还是一种享受，如家用机器人的最高境界就是人机一体化。1.6 微型化微型化是精细加工技术发展的必然，也是提高效率的需要。微机电系统(Micro Electronic Mechanical Systems，简称 MEMS)是指可批量制作的，集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路，直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。自 1986 年美国斯坦福大学研制出第一个医用微探针，1988 年美国加州大学 Berkeley 分校研制出第一个微电机以来，国内外在 MEMS 工艺、材料以及微观机理方面取得了很大进展，开发出各种 MEMS器件和系统，如各种微型传感器（压力传感器、微加速度计、微触觉传感器） ，各种微构件（微膜、微粱、微探针、微连杆、微齿轮、微轴承、微泵、微弹簧以及微机器人等） 。 1.7 集成化集成化既包含各种技术的相互渗透、相互融合和各种产品不同结构的优化与复合，又包含在生产过程中同时处理加工、装配、检测、管理等多种工序。为了实现多品种、小批量生产的自动化与高效率，应使系统具有更广泛的柔性。首先可将系统分解为若干层次，使系统功能分散，并使各部分协调而又安全地运转，然后再通过软、硬件将各个层次有机地联系起来，使其性能最优、功能最强。1.8 带源化是指机电一体化产品自身带有能源，如太阳能电池、燃料电池和大容量电池。由于在许多场合无法使用电能，因而对于运动的机电一体化产品，自带动力源具有独特的好处。带源化是机电一体化产品的发展方向之一。1.9 绿色化技术的发展给人们的生活带来巨大变化，在物质丰富的同时也带来资源减少、生态环境恶化的后果。所以，人们呼唤保护环境，回归，实现可持续发展，绿色产品概念在这种呼声中应运而生。绿色产品是指低能耗、低材耗、低污染、舒适、协调而可再生利用的产品。在其设计、制造、使用和销毁时应符合环保和人类健康的要求，机电一体化产品的绿色化主要是指在其使用时不污染生态环境，产品寿命结束时，产品可分解和再生利用。2 机电一体化技术在钢铁中应用 外文翻译资料3在钢铁企业中，机电一体化系统是以微处理机为核心，把微机、工控机、数据通讯、显示装置、仪表等技术有机的结合起来，采用组装合并方式，为实现工程大系统的综合一体化创造有力条件，增强系统控制精度、质量和可靠性。机电一体化技术在钢铁企业中主要应用于以下几个方面：2.1 智能化控制技术(IC)由于钢铁具有大型化、高速化和连续化的特点，传统的控制技术遇到了难以克服的困难，因此非常有必要采用智能控制技术。智能控制技术主要包括专家系统、模糊控制和神经等，智能控制技术广泛于钢铁的产品设计、生产、控制、设备与产品质量诊断等各个方面，如高炉控制系统、电炉和连铸车间、轧钢系统、炼钢连铸轧钢综合调度系统、冷连轧等。2.2 分布式控制系统(CS)分布式控制系统采用一台中央机指挥若干台面向控制的现场测控计算机和智能控制单元。分布式控制系统可以是两级的、三级的或更多级的。利用计算机对生产过程进行集中监视、操作、管理和分散控制。随着测控技术的，分布式控制系统的功能越来越多。不仅可以实现生产过程控制，而且还可以实现在线最优化、生产过程实时调度、生产计划统计管理功能，成为一种测、控、管一体化的综合系统。CS 具有特点控制功能多样化、操作简便、系统可以扩展、维护方便、可靠性高等特点。CS 是监视集中控制分散，故障面小，而且系统具有连锁保护功能，采用了系统故障人工手动控制操作措施，使系统可靠性高。分布式控制系统与集中型控制系统相比，其功能更强，具有更高的安全性。是当前大型机电一体化系统的主要潮流。 2.3 开放式控制系统(OCS)开放控制系统(Open Control System)是计算机技术发展所引出的新的结构体系概念。 “开放”意味着对一种标准的信息交换规程的共识和支持，按此标准设计的系统，可以实现不同厂家产品的兼容和互换，且资源共享。开放控制系统通过工业通信网络使各种控制设备、管理计算机互联，实现控制与经营、管理、决策的集成，通过现场总线使现场仪表与控制室的控制设备互联，实现测量与控制一体化。2.4 计算机集成制造系统(CIMS)钢铁企业的 CIMS 是将人与生产经营、生产管理以及过程控制连成一体，外文翻译资料4用以实现从原料进厂，生产加工到产品发货的整个生产过程全局和过程一体化控制。目前钢铁企业已基本实现了过程自动化，但这种“自动化孤岛”式的单机自动化缺乏信息资源的共享和生产过程的统一管理，难以适应钢铁生产的要求。未来钢铁企业竞争的焦点是多品种、小批量生产，质优价廉，及时交货。为了提高生产率、节能降耗、减少人员及现有库存，加速资金周转，实现生产、经营、管理整体优化，关键就是加强管理，获取必须的效益，提高了企业的竞争力。美国、日本等一些大型钢铁企业在 20 世纪 80 年代已广泛实现 CIMS 化。2.5 现场总线技术(BT)现场总线技术(ie Bus Technology)是连接设置在现场的仪表与设置在控制室内的控制设备之间的数字式、双向、多站通信链路。采用现场总线技术取代现行的信号传输技术(如 420mA，C 直流传输)就能使更多的信息在智能化现场仪表装置与更高一级的控制系统之间在共同的通信媒体上进行双向传送。通过现场总线连接可省去 66%或更多的现场信号连接导线。现场总线的引入导致CS 的变革和新一代围绕开放自动化系统的现场总线化仪表，如智能变送器、智能执行器、现场总线化检测仪表、现场总线化 PLC(Programmable Logic Controller)和现场就地控制站等的发展。 2.6 交流传动技术传动技术在钢铁工业中起作至关重要的作用。随着电力技术和微电子技术的发展，交流调速技术的发展非常迅速。由于交流传动的优越性，电气传动技术在不久的将来由交流传动全面取代直流传动，数字技术的发展，使复杂的矢量控制技术实用化得以实现，交流调速系统的调速性能已达到和超过直流调速水平。现在无论大容量电机或中小容量电机都可以使用同步电机或异步电机实现可逆平滑调速。交流传动系统在轧钢生产中一出现就受到用户的欢迎，应用不断扩大。 毕业设计（论文）课题任务书 学生姓名 系 班级 机械1203（专升本） 题目名称 1.内容及要求：在了解玉米脱粒机工作原理和基本机构的基础上， 完成玉米脱日记的主体结构设计。最后以 CAD 图纸式提交成果， 撰写论文。2.技术要求：生产率：20003000千克/小时； 脱净率98，破碎率 5% 3.进度安排： 起 迄 日 期02/17-03/1503/15-04/1204/13-05/1505/15-06/05 06/06-06/10 工 作 内 容 了解玉米脱粒机的工作原理、国内外相关产品的研制现状；熟悉课题、调研、收集资料、撰写开题报告，方案设计，设计计算，总体设计完成论文写作与相应图纸装订等；制作答辩 PPT 文档及相关答辩；工作。 备 注 4.4. 参考文献：参考文献： 1 吴多峰.HS48型玉米脱粒机.现代化农业.2006(09)2 马继光.立足国情，瞄准国际先进水平，发展我国种子加工技术-种子加工技术引进的项目实施与思考.中国农技推广.2001(05).293 王冰.玉米脱粒机试验方法的编制.农机质量与监督.1997(03).254 东北农学院.农业机械学理论与设计.1961 5 Mark. Corn Shellers: Types and General Description,Corn S,20126 吴多峰.板齿式与钉齿式玉米脱粒机的性能比较.农机化研究.2006(10) 7 刘长荣,郑玉才.机械设计基础上下册 M.北京:中国农业科技出版社, 2002, 2.8-1338 蔡春源 主编 新编机械设计手册辽宁科学技术出版社出版 1993 年4 月于东北大学9 作者: 日本农业机械学会编 吴关昌等译 农业机械手册 出版日期: 199110 作者: 甘肃省农村应用技术广播学校编 农业机械 出版日期: 198911 张成堂 商立今 编 脱粒机 中国农业机械出版社出版 出版日期: 198512 北京农业工程大学主编 农业机械学 农业出版社 第二版 下册 1980年 5 月13 卜炎 主编 机械传动装置设计 下册 机械工业出版社 1997 年 12 月14 董佑福 收获机械化现状与发展趋势 S. 收获机械论文集,2005.15 何晓鹏 一种玉米脱粒机P.ZL 00 2 50725.0. 北京:国家知识产权局,2001.16 张汝坤 5TX-500 型脱粒机的研究设计 Design of 5TX-500 Rice and Wheat Thresher 指导教师: 年 月 日系审查意见： 主 任: 年 月 日 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 题 目： CY574 玉米脱粒机的主体结构设计 学 院： 机械与汽车工程学院 专 业： 机械设计制造及自动化 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成时间： 2014 年 6 月 福建工程学院福建工程学院毕业设计（论文）开题报告毕业设计（论文）开题报告机械与汽车工程学院 院（系） 机械设计制造及其自动化 专业设计（论文）题目 玉米脱粒机 学生姓名 学号 起迄日期 设计地点 指导教师 余罗兼 2014 年 4 月 1 日1. 结合毕业设计（论文）课题任务情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写文献综述。2.2. 1 1选题的意义、研究现状及存在问题选题的意义、研究现状及存在问题 我国是一个农业大国，玉米更是三大粮食之一。据统计，2013 年我国玉米种植面积达到 6000 万公顷，居世界第二。目前，我国的玉米主要分布在东北和华北的主产区以及西北西南的一部分地区，年玉米的产量达到 1.2 亿吨，为人们的生产和生活提供了大量的原材料和食品种类。 自上个世纪七十年代末的苏格兰人朱梅克(Andrew Meikle)发明了第一个回转滚筒脱粒装置，人们对玉米脱粒装置做了大量的试验和研究，不断开发出新的玉米脱粒装置。三十年之后美国开发出世界上第一台专用于玉米脱粒的手工操作玉米脱粒机。该机的脱粒部分主要由装有钉子的盘型脱粒装置构成，通过手摇曲柄来转动一个安装有钉子的盘片。脱粒时，操作员一边摇动曲柄来旋转盘片，一边使盘片紧压玉米穗，这个盘片就从玉米芯上把籽粒脱落下来。加拿大的一家公司研制了用于单穗种子玉米脱粒的 SCS-2 型玉米脱粒机，它由 3 个包有橡胶的并以相同方向不同速度旋转的辊子组成，在三个差速旋转的辊子所产生的摩擦力作用下，玉米籽粒被脱落下来。该机不伤胚芽、不断玉米芯，具有破碎率低、未脱净率低及适应性强等特点。美国的 AEC group 公司生产的 HS-48 型挤搓式种子玉米脱粒机，脱粒性能好、对不同类型种子玉米的适应性强、种子破碎率相对打击式种子玉米脱粒机小，在欧洲及美国等发达国家应用普遍。该机生产率高(1012t/h)，破碎率 0.8%左右，但体积庞大，价格昂贵。我国自上个世纪七十年代初期自行研制了冲击式原理玉米脱粒机，并且得到了普及应用,当时以大、中型脱粒机为主。进入八十年代后，农村开始实行家庭联产承包责任制，我国又相继研发了冲击式原理的一系列中、小型玉米脱粒机，以适应农户的生产需要八十年代初期，我国开始推行实现种子生产专业化、种子加工机械化、种子质量标准化、品种布局区域化和以县为单位组织统一供种“四化一供”的种子体系，政府拨款从国外引进一批种子加工成套设备。1996 年重庆市农机研究所陈宫西开发采用搓擦式原理 5TY-0.2 型玉米脱粒机。2001 年农业部规划设计研究院何晓鹏在消化吸收美国引进设备基础上进行自主研发的新型挤搓式玉米脱粒机，由北京西达农业工程科技发展中心、甘肃酒泉奥凯种子机械有限公司和北京市丰田种子机械厂在进一步改进的基础上生产出了各种系列挤搓式玉米脱粒机。2007 年沈阳农业大学李心平研制出了差速式玉米脱粒机。 我国玉米剥粒过程与国外存在着很大的差异，国外农田的玉米穗收获后先经过烘干室将玉米穗烘干后，再进行脱粒。而国内玉米剥粒公司的规模一般比较小，没有足够的资金建立果穗烘干室，基本上没有果穗烘干工艺过程。国内种子公司通常采用的办法是将玉米穗场上晾干后，然后再进行脱粒。由于国内玉米穗脱粒时水分高，籽粒与芯轴联接强度大，致使脱离质量下降，脱粒损失提高。了解国内外玉米脱粒机发展现状，结合我国国情，研制出满足我国脱粒市场需要的高脱净率、低损伤率玉米脱粒机，是我国种子加工中迫切需要解决的一个实际问题。 3.3. 研究目标和内容研究目标和内容理想的玉米剥粒机是一种既省力又省劲，操作方便，安全可靠，噪音小，能源消耗低，工作效率高的实用型机器。本设计就以上要求为目的，让农民从繁重的体力劳动中解脱出来的一种新型农业机器，用于对晾干后的玉米穗进行脱粒（据试验测量，玉米穗最理想的剥粒水分范围是 11%15%） 。该玉米剥粒机主要由入料口、凹板和钉齿滚筒及传动部件等组成。平板齿滚筒上的板齿通常按螺旋线排列，成排的固定在滚筒上。板齿形状有冠状形板齿、平板齿。滚筒外缘线的速度一般为 34m/s，滚筒直径一般为 190250mm。凹板有冲孔式和栅格式两种。 综上所述，本设计主要由方形入料口、栅格式凹板、冠状平板齿滚筒及传动部件等组成。以电动机为动力源，动力由电动机输出轴输出，再通过传动带传递到冠状平板齿的脱筒上，冠状平板齿滚筒配合栅格式凹板将玉米脱粒，玉米粒从栅格式凹板分离并排出机体外，而玉米芯从入料的另一端排出机体之外。3.3.设计方案的可行性分析和预期目标：设计方案的可行性分析和预期目标： 本设计基于各种玉米脱粒机的结构，主要研究脱粒机的传动系统的结构、工作原理及其脱粒装置、喂料和出料装置设计并在此依据基础上完成零部件的设计，并利用机械设计相关绘图软件来完成零部件的设计。本着从经济性和实用性的角度出发，针对农业发展的需要设计出一种结构简单，工作效率更高的玉米脱粒机。 研究的主要内容基本包括玉米脱粒机构、电机的选择、带轮的结构设计。一般机械设计的设计方法，通常多从总体方案开始，在总体方案中首先从机构的分析开始，确定方案后再进行必要的设计计算和结构设计，最后以完整的设备图纸及设计计算说明书作为整个设计的成果。对于玉米脱粒机的设计，首先对玉米穗的物料特性、机械材料的选择等进行相应的了解和研究，其次，根据已有的脱粒机，对其进行分析，确定整体结构；从经济性和效率考虑，脱粒机动力来源取自电动机，根据所学知识确定传动系统；本玉米脱粒机的主要功能是对玉米进行脱粒，辅助功能是对脱下来的玉米粒进行除尘，根据脱粒的需求，玉米粒从侧边下滑板输出机体外。 指导教师意见（对课题的深度、广度及工作量的意见和对毕业设计（论文）结果的预测）：课题满足毕业设计的要求，能体现本专业的培养目标，使学生得到比较全面的训练，选题来自实际，工作量饱满，开题准备充分，经努力能完成任务。指导教师：_ 年 月 日系意见： 主 任：_ 年 月 日-50510152025303540455061.281.301.321.341.361.381.401.42Von-Mises(Mpa)AngleVon-Mises01234567891061.281.301.321.341.361.38AngleVon-Mises(Mpa)Von-Mises1摘要摘要 长期以来我国玉米脱粒机主要是以击打原理对玉米进行脱粒，导致玉米脱粒过程中玉米的破碎率偏高，不仅降低了其价值，也对其生产效率与农民朋友的收入造成很大的影响。针对我国玉米脱粒现状，对现有玉米脱粒机进行改进设计很有必要。为了降低农民在玉米脱粒时劳动强度、提高工作效率,因设计一款新型的玉米脱粒机，提高玉米脱粒生产效果，具有很大的意义。挤搓式得玉米脱粒机的结构主要是由圆钢与幅板组成筛选结构，两圆钢的间隙大于玉米颗粒，主轴为螺旋叶与脱粒板齿组成结构，工作时，主轴上的螺旋叶带动玉米做向前的运动，进入脱粒区域，玉米与板齿之间接触、玉米与玉米之间接触、玉米与栅格结构接触，经过相互之间的挤搓，从而将玉米粒脱粒下来，从而达到玉米脱粒的效果，采取挤搓式的方式，不但对玉米的冲击力较小，而且能够使玉米粒的减少损害，因此这种脱粒效果是非常可观的，远远超过传统脱粒方式。在设计的过程中，主要用Pro/E 进行三维建模、利用 ANSYS 软件对玉米脱粒的主轴上的板齿不同角度受力分析，从而设计出一款新型的玉米脱粒机。 关键词：关键词：玉米、 脱粒机 、设计、ANSYS2 The Design of Corns Threshers Abstract: For a long time our corn sheller mainly hitting the principle of maize threshing , corn threshing process leading to high rates of broken corn , not only reduces its value, but also caused great friend to their productivity and farmers income impact. The status quo of Chinas corn threshing , corn sheller to improve the existing design is necessary. Corn farmers in order to reduce labor intensity threshing time , improve efficiency, and therefore to design a new type of corn sheller , corn threshing improve production results , has great significance. Corn sheller squeeze rub style structure was mainly composed by a round plate with pieces of screening structure , the gap is greater than two- round corn kernels , spindle spiral leaves and threshing board composed tooth structure , work , spiral leaf spindle drive maize forward motion made into the threshing zone and the contact between the lugs corn , corn contact between corn , corn with a lattice structure in contact with each other through squeezing between the pickup , thereby down threshing the corn grains to achieve corn threshing effect, taken way squeeze rub style , only a small impact on corn and corn kernels can protect damaged , so this effect is much larger than the traditional threshing threshing way . In the design process, mainly used Pro / E for three-dimensional modeling , using ANSYS software to board spindle corn threshing teeth on stress analysis , thus Design a new type of corn sheller . Keywords : corn, thresher , design , ANSYS3目目 录录摘要摘要 1AbstractAbstract 2第一章引言第一章引言 61.1 课题的背景 61.1.1 前 言6 1.2 国内外玉米脱粒机的概况 6 1.2.1 国内玉米脱粒机研究现状 6 1.2.2 国外玉米脱粒机研究现状 8 1.2.3 板齿式与钉齿式脱粒机性能比较 9 1.3 设计主要研究的内容10 1.3.1 研究报告10 1.3.2 研究方法10 1.3.3 设计的主要内容10第二章玉米脱粒机工作原理分析第二章玉米脱粒机工作原理分析 11 2.1 玉米果穗的基本物理特性11 2.2 各种类型的玉米脱粒机的特点分析11 2.2.1 打击式玉米脱粒机的分析11 2.2.2 搓擦式玉米脱粒机的结构特点分析12 2.2.3 差速式玉米脱粒机的结构特点分析13 2.3 挤搓式玉米脱粒机的工作原理14第三章挤搓式玉米脱粒机总体方案的确定第三章挤搓式玉米脱粒机总体方案的确定163.1 机构的组成部分163.2 脱粒机各部分机构设计16 3.2.1 集料口的设计16 3.2.2 脱粒部分的设计17 3.2.3 筛选部分的设计18 3.3 排芯口的设计20 3.4 下料口和排芯口的设计214 3.5 脱粒滚筒的设计213.6 机架部分设计22 第四章玉米脱粒机相关参数的确定第四章玉米脱粒机相关参数的确定24 4.1 电动机的选择24 4.2 脱粒轴上板齿的转速24 4.3 脱粒机轴的功率25 4.4 电动机的转速25第五章带及带轮的设计第五章带及带轮的设计26 5.1 V 带传动的计算功率26 5.2 选定 V 带的型号26 5.3 确定带轮的基准直径并验算带速26 5.4 确定传动中心距和带长27 5.5 校核小带轮包角28 5.6 计算带的根数 Z 28 5.7 确定初拉力28 5.8 传动轮作用在轴上的压力29第六章第六章 V V 带轮的选择带轮的选择30 6.1 带轮的材料选择30 6.2 主带轮结构设计30 6.3 从动轮的设计31第七章第七章 脱粒主轴的设计脱粒主轴的设计33 7.1 轴端的最小直径33 7.2 圆柱销的校核35 7.3 轴上键的校核35 7.4 脱粒轴转矩的计算36 7.5 脱粒轴的校核37第八章玉米脱粒机的有限元分析第八章玉米脱粒机的有限元分析39 8.1 有限元分析的简介39 8.2 ANSYS 的特色功能395 8.3 结构静力学分析41 8.4 结构静力分析流程418.5 脱粒板齿静力分析428.6 脱粒机板齿的建模42 8.7 Workbench 创建几何体42 8.8 添加材料库45 8.9 添加模型材料属性468.10 划分网格 48 8.11 施加载荷与约束 50 8.12 结果后处理 52 8.13 不同安装倾斜角度的板齿分析 54第九章玉米脱粒机的维护与结论第九章玉米脱粒机的维护与结论60 9.1 玉米脱粒机的维护60 9.2 结 论 61参考文献参考文献62致谢致谢636第一章第一章 引引 言言1.11.1 课题的课题的背景背景.1 前言前言 传统玉米脱粒机是在主轴上安装钉齿条,在脱粒的过程中，依靠主轴高速带动幅盘上的钉齿条高速旋转，对玉米进行搅合和碰撞,从而进行脱粒，但脱粒的效果不好，对玉米颗粒的表面造成伤害，破损率较大。传统脱粒机的脱粒破损率远远超过 5%。近些年，农业种植政策的改革与玉米品种的改善，南方的一些地方也开始大面积种植玉米，种植玉米主要以家庭经营为主。随着国家的经济的发展和提高，机械化的普及化，小型机械进入农村，从而农业种植大体也采取了机械化，从而加强农业的生产效率，同时也降低农民劳动强度，促进国家经济的发展，据 2013 年农业经济报道，我国北方地区，小麦和玉米等农作物占全国农业经济产值的 43.5%，同时出口量占全国的 32%左右，从一颗种子种植到进入包装袋这个过程都实现了机械化，从而促进地区的经济的发展，更值得一提的是，农业机械化的发展促进机械研制和推广，特别是对玉米脱粒机的研发，不管是在玉米脱粒机的使用还是推广都有着相当可观的市场，科技的创新开阔了市场。 本次设计介绍一种新型玉米脱粒机的设计和研究，玉米经过剥皮晾干，水分在 15%以下的玉米，容易脱粒，玉米经过脱粒机将玉米粒和玉米粒分开，它的工作原理是，玉米通过集料口进入推料区通过轴上的螺旋叶向前螺旋将玉米移送到脱粒区域，玉米在板齿与筛板之间挤搓，玉米螺旋的在脱粒区域旋转，经过两个区域的脱粒，将玉米芯移送到排芯的区域在排芯板的螺旋搅合，在排芯口安装了一个制动阀门，当玉米芯没有一定的量的时候，玉米继续呆着排芯区域进行脱粒，从而达到脱粒完整的效果。当达到一定量的玉米芯的时候，制动阀门就会自动打开排出玉米芯，观察玉米脱粒的效果，效果不好，调整制动阀门的力度。挤搓式脱粒对玉米的冲击力较小，对玉米表面的损伤不高，从而提高脱粒的完整性。1.21.2 国内外玉米脱粒机的概况国内外玉米脱粒机的概况.1 国内玉米脱粒机研究现状国内玉米脱粒机研究现状根据农业机械研究报告，我国农作物脱粒机脱粒装置按照农作物脱粒装置分类，分7为全喂入和半喂入脱粒装置两种类型；全喂入的脱粒机的滚筒主要有：粮食秸秆鼓、 尖刺的鼓型、双鼓、鼓和轴流风机叶轮；半喂入脱粒装置主要是以弓齿滚筒式，工作的时候，将作物的茎秆基部夹住，蕙头的上部进入脱离装置，这种脱粒装置一般用于脱水稻。根据结构被划分成长短，半双工和全双工的三种形式，轴向流类型玉米脱粒机按滚筒的形式分为水平和垂直的轴向流。玉米脱粒机的主要工作种类原理有：冲击原理、梳刷原理、揉搓原理、辗压原理；目前，我国常用的脱粒方式是冲击脱粒，由一定的速度脱粒轴对谷物进行脱粒。例如使用农业打谷钉齿式滚筒的脱粒机，主要就是利用冲击式的原理来进行脱粒的，此外还有挤搓式脱粒就是利用玉米果穗与脱粒滚筒相互之间的摩擦，以及果穗与果穗之间的摩擦，从而达到脱粒的效果。例如，手摇旋转式玉米脱粒机以及玉米脱粒机螺纹杆式的玉米脱粒机如图（2-1） ，主要是利用摩擦原理来脱粒的。图 21 纹杆式玉米脱粒装置1 纹杆滚筒 2 栅格凹板目前在国内市场中，受到最多消费者青睐的机型是冲击式的玉米脱粒机。以 3TC-5型号玉米脱粒机为例。工作原理采用钉齿对玉米穗和颗粒惯性损失与玉米棒连接是玉米脱粒的影响。钉齿滚筒在旋转运动的情况下，玉米脱粒机滚筒的钉齿顶部与玉米果穗接触，玉米果穗与凹板相互接触产生挤压摩擦，从而实现脱粒。脱粒结构：冲击式玉米脱粒机主要是由钉齿滚筒和凹板组成的。滚筒上的钉齿按照螺旋排列成排固定在钉齿条上，用螺母旋紧再用焊接的方式加以固定可靠。根据农业机械设计手册得知滚筒上的钉齿的外缘速度一般为 612m/s,滚筒的直径一般为240500 之间，凹板有孔洞和栅格条两种方式，凹板的包角一般为 120 度到 180 度之间，8一般凹版上装有导向板，从而实现导向运动。工作过程：果穗进入集料口后，被滚筒上的钉齿冲击，果穗与凹板的接触摩擦，从而实现脱粒；使用凹版过滤出玉米杂质和玉米粒的玉米，玉米芯利用轴向力排出。如图 2-2 所示图 22 钉齿式玉米脱粒机结构图.2.2.国外玉米脱粒机研究现状国外玉米脱粒机研究现状 挤搓式玉米脱粒机：常用的是国外在玉米脱粒机、应用了一种模仿人动作的技术，以实现机器代替人工的一项原则轧制玉米。其特点如下：一是为了保证机器的运行时对玉米粒产生较小的伤害，因为机器所运行时滚筒轴的转动速度设计得较慢；二是该机器是被使用的范围较广，它能对含水率范围在16%27%的玉米进行较好的脱粒。三是脱粒机可以通过筛选机构筛选玉米粒，玉米芯则推送到排芯区排出分离，玉米须，皮从风口排出，脱净率高，洁净率高，但玉米粒损失少。 板齿式玉米脱粒机：是盛行于欧美地区，由美国 AEC group 公司研发最普遍被应用的一种玉米脱粒机。以 TY-17型的玉米脱粒机为例子。（1）工作原理：板齿式玉米脱粒机运用了计搓脱粒的原理，运用仿生的手段，模仿手搓玉米使玉米与玉米棒棰分离的方法进行脱粒，在脱粒区域间，因为板齿焊接在空心轴上形成适合脱粒的夹角，所以玉米果穗可以向上下和前方运动，两侧和底部的栅板来回9摩擦，从而实现玉米脱粒效果（2）结构特点：板齿式脱粒机机构中脱粒效果的机构主要由板齿式滚筒和栅格凹板组成。平板齿比较宽，焊接在滚筒上成一定的角度。板齿的种类分为平板齿和冠状板齿两种类型，在滚筒上按照螺旋排列，脱粒机脱粒轴上的板齿线速度4m/s；凹板为栅格圆钢，分布于左、右、下，在三个方向，包角为90，在脱粒机中起到挤搓和拍板的作用。（3）玉米果穗通过集料口进入进料区，在滚筒的作用下，进行螺旋推送运动，与滚筒上的板齿相互旋转搅动，箱体内的果穗通过板齿旋转无规则的搅动，搅动的期间与板齿相互接触，同时也和栅格凹板相互接触，果穗与果穗之间的接触玉米果穗在箱体内做螺旋推进运动，被板齿脱落下来的玉米颗粒顺着倾斜滑板排出机外，未脱粒完成的玉米芯继续脱粒，最后排出机外。图 2-2挤搓式玉米脱粒机.3 板齿式与钉齿式脱粒机性能比较板齿式与钉齿式脱粒机性能比较1)钉齿式玉米脱粒机的滚筒速度运行在为 710m/s，如果超过 10m/s 速度值，对玉米果穗的损耗直接超过平板齿的脱粒效率，直接影响玉米市场的经济效益。 。2)通过实验的分析，玉米含水率在 1320%范围内，如果使用板齿式与钉齿式的脱粒机，两者的脱粒效果不分上下，当玉米的水分含量达到 20 ，并且钉齿式脱粒机脱粒，显10著降低了很多，但板齿式脱粒机脱粒的效果略有减少。3)板齿式脱粒机与钉齿式脱粒机相对比结构上紧凑，但生产脱粒的效果比钉齿式的好。4) 板齿式脱粒机具有高净率低破碎率和低功耗的优势，将通过种子企业的认可越来越多，有很大的市场需求。1.31.3 设计主要研究方法设计主要研究方法.1 研究报告研究报告设计一款新型的玉米脱粒机，主要是提升脱净率，降低破碎率来改善传统玉米脱粒机的性能，抛弃旧式的钉齿滚筒的使用，采用国外普遍使用的板齿式脱粒机，由于板齿与脱粒轴形成一定的角度，在脱粒箱体内既可以向上、向下运动，还有轴向排出玉米芯的功能，在脱粒的过程中玉米与板齿接触，玉米跟凹板相互接触摩擦，从而实现玉米脱粒，再经过凹板筛选，玉米芯和玉米粒从不同的出口排出。技术要求：技术要求： 生产率：20003000 千克/小时； 脱净率98； 破碎率5%；.2 研究方法研究方法查阅各种相关的脱粒资料，对各种脱粒原理进行比较分析，最终决定采用板齿式的脱粒装置，玉米经过栅格凹版进行筛选，玉米芯受到板齿传动排出机外，经过这个工作过程来确定大体设计机构，对总体结构的设计分析最后确定最佳的设计方案，.3 设计的主要内容设计的主要内容 对玉米脱粒机整体的设计，确定机构的总体布局及结构方案。编写说明书对传动系统、机身结构、绘制零件图、修改图纸及论文等。11第第 2 2 章章玉米脱粒机工作原理分析玉米脱粒机工作原理分析2.12.1 玉米果穗的基本物理特性玉米果穗的基本物理特性 玉米中含有大量的营养保健物质，在德国营养保健协会，经过试验研究的数据表明，玉米所含的营养价值在其他的食品当中含量最高，对人类保健效果最好，玉米果穗形状为圆锥状的，属于规则的物理形式，根据农业机械设计手册得知玉米粒的物体流动力学特性可以知道玉米的修正系数为 2.11 临界速度为 9.8-14m/s,玉米属于散装式物料，在钢板上滑动摩擦角为 20 度在木板上 22 度，休止角为 29 度到 35 度，其综合特性系数为 0.0558，玉米的容积质量为 0.65-0.78,充满系数为 0.2-0.4 结构如图 2-1图 2-1 玉米结构图2.22.2 各种类型的玉米脱粒机的特点分析各种类型的玉米脱粒机的特点分析.1 打击式玉米脱粒机装置机构的分析打击式玉米脱粒机装置机构的分析打击式原理的玉米脱粒机设计，主要是由钉齿或者螺纹杆对玉米果穗进行反复的击12打，玉米受到钉齿的击打，产生震动和受到惯性的力致使从玉米芯失去连接，经过钉齿打击玉米粒就脱落下来，从而实现脱粒的效果，这种原理主要是利用打击的方式和击打的方式，玉米表面受到伤害较大，玉米脱净率高、生产的效率高。打击原理与普通的脱粒机相比较，没有特别的区别，按照滚筒的机型的类别可以分为纹秆式脱粒机，钉齿式脱粒机，据农业报告可知，纹秆式玉米脱粒机受到国内外大企业的青睐，因为脱粒的效果好，与钉齿式的玉米脱粒机脱粒效果相对比纹秆式玉米脱粒机对玉米颗粒的损伤小，纹秆式的脱粒装置大体和钉齿式得装置差不多，但纹秆式一般采用卧式结构，结构形式比较单一，与钉齿式的装置主要区别在纹秆上的螺纹有两种类型，螺纹的主要目的是增加摩擦力高脱粒的效果，使玉米果穗与其有更好的接触。与钉齿式脱粒机相对比，纹秆式脱粒机虽然脱粒的效果好，生产率高，分离果穗的能力强，但结构形式相对单一，消耗的功率高，对于水分含量较高的玉米果穗脱粒效果差，在我国广大的农村和中小型企业应用相对小。.2 搓擦式玉米脱粒机的机构装置分析搓擦式玉米脱粒机的机构装置分析搓擦式原理的脱粒机，主要是通过玉米果穗与脱粒机构装置所产生的摩擦，还有果穗与果穗自己的摩擦，果穗的脱粒效果跟摩擦力的大小有很大的影响。摩擦力的增大致使玉米脱粒的效果好，但超过一定的数值时，会造成玉米粒的表面擦伤，或者脱壳，脱粒机构的表面粗糙程度与两者之间的间隙直接影响着摩擦力的大小，这样原理的脱粒机，脱粒效果好，玉米芯断比较少，洁净率高，其与打击式脱粒机脱粒的效果的相比较，挤擦式得破碎率低，但排芯口的所排出的玉米颗粒比较多。 该装置结构图为 2-2 主要是由锥齿轮、小齿轮、顶搓齿、离净盘组成的。脱粒工作区域主要由螺旋锥齿轮和凸边缘的角度支持，包括与钉齿和顶搓齿。在使用该机构装置可以调节顶搓齿背后的弹簧来调整脱粒区域的大小，离净盘自动拉动玉米果穗，玉米穗脱粒按从上到下进行脱粒。 脱粒、 锥齿轮和从该点的不同方向的大小进行摩擦，玉米果穗脱粒生产中产生自转，锥齿轮、支撑舌和脱离盘上之间也对玉米果穗产生的摩擦力，玉米果穗从上往下依次进行脱粒从而达到脱粒的效果，脱下来的玉米粒经过脱离盘旋转排出机外，夹带的杂质通过风机清选，从机架的底部收集干净的玉米粒。本机是破碎的玉米芯比较小，破碎率低，净关率高，操作简单方便，性能稳定可靠，脱粒机的内部装置紧凑，但紧固耐磨，使用比较方便，但生产效率低不大适合大型企业所使用。该机的结构简图 2-313图 22 搓擦式脱粒机构1 锥齿轮 2 小齿轮 3 顶搓齿 4 皮带轮 5 离净盘.3 差速式玉米脱粒机的机构分析差速式玉米脱粒机的机构分析差速式玉米脱粒机主要是利用是橡胶制成的辊子，其转速方向一样，但之间存在速度差所组成的脱粒机。它可以采取了的撕掉玉米皮、 玉米籽粒仿照被手擦掉、 可以脱粒容纳 含有 25%水分或更少玉米粒，不受水分的影响，玉米穗的破碎率很低，脱粒机的脱净率很高，但生产的效率很低，第一个辊子叫压力辊，它的功能：1）是可以脱粒，2）可以对不同规格的玉米果穗进行调节，它的表面带有橡胶的螺纹条，致使其与玉米之间产生摩擦力，另外一个协助辊，起到协助支撑的作用，三个辊形成一个锥形状空间，协助另外两个辊将玉米果穗脱粒。第三辊称为脱粒滚筒辊、 表面和其他两个卷不是相同的它的表面由组成几个深锥花的图案主要用来提高玉米脱粒机的能力，三个辊相互之间形成一定的角度，在三个差速辊上对玉米产生摩擦力上，围绕旋转轴玉米的动作，依靠自身重力从底部依次脱粒顶部，依靠对玉米的切向力脱粒滚筒，脱粒辊在相互挤搓的摩擦下将玉米粒脱下来，将玉米芯推送到机外，这种机型结构简单，操作方便，脱净率高，但生产效率低，不适合企业使用，只适合单个果穗脱粒的使用。2-3 其结构简图14图 23 差速式脱粒机构图1 玉米果穗 2 脱粒元件2.3 玉米脱粒机的工作原理挤搓式玉米脱粒机凹板主要由圆钢管与机体内的薄板焊接而成的，两圆钢之间的间隙大于玉米粒的宽度，主轴利用采用实心轴并在轴面上依次螺旋焊接板齿，脱粒的板齿分为带冠板齿和平板齿，两板齿相互之间组合脱粒，在工作时主轴上的速度通过主轴上的从动轮减速，带动着滚筒旋转，在主轴的开头端焊接双向螺旋叶片，在工作在状况下，玉米果穗进入进料区，既受到向前、向上、下运动，在运动的过程中玉米果穗与左右两边的栅格，还有底部的栅格相互之间揉搓，并使果穗上的玉米粒脱落掉，玉米果穗在受15到板齿的撞击不是很大，对玉米籽粒损伤软、 小损害。在脱粒机的箱体内的脱粒区，脱粒轴上板齿效仿人用手挤扣玉米果穗，被扣掉一点的玉米果穗继续在脱粒区受到脱粒滚筒的不断旋转冲击，由于板齿与传动轴之间形成一个角度，致使玉米果穗朝着排芯口推动，把板齿顶部设计三个凸起的齿，在脱粒的过程中就像就竹签扣头部玉米粒挤掉。致使玉米果穗顺利脱粒。其结构简图 2-3图 2-3 挤磋式玉米脱粒机部分结构图16第三章第三章 挤搓式玉米脱粒机设计的确定挤搓式玉米脱粒机设计的确定3.13.1 机构的组成部分机构的组成部分挤搓式玉米脱粒机主要组成的机构有：集料口、从动带轮、主动轮、电动机、下料口、栅格板、轴承座、排芯口、下料口、脱粒轴、脱粒仓等部分组成。如图 3-1 所示。3-1 整体结构图173.23.2 脱粒机各个部分机构设计脱粒机各个部分机构设计.1 集料口的设计集料口的设计集料口位于上箱体顶部与其相焊接，采用 2mm 厚，材料为 Q235 的钢板焊接而成的，晾干剥好皮的玉米果穗就从集料口进入推料区域，在集料区的玉米果穗受到螺旋叶的推送，螺旋推送到脱粒区进行脱粒。结构如图 3-2图 3-2 进料口玉米果穗通过集料口被装进去，通过集料口玉米果穗直接进入箱体,是脱粒机重要的部件。它的功能就是把玉米集中起来将玉米放入机体内，在放玉米的同时也保证了人身的安全避免造成事故的发生，在工作的旋转时，玉米芯或者玉米粒不会飞溅出来对工作人员的伤害，也保证了脱粒的质量，如果放入的方式不对，不利于主轴的运动，对机体产生副作用，在电动机转动的同时，从动轮子转动驱动，有时会瞬间增加负载增加时，弯曲应力，扭转应力，还造成加速的上齿板的磨损和疲劳老化。集料口的设计的不但就造成箱体内的玉米果穗过多，造成脱粒轴的卡死，直接影响电动机的使用。对于造成玉米脱粒机的损坏。经过周全的考虑，在脱粒轴的开头端，设计螺旋机构，致使玉米果穗顺利进入脱粒区。降低箱体内玉米芯的堵塞，造成脱粒轴和电动机的损害。.2 脱粒部分的设计脱粒部分的设计 脱粒部分主要是玉米果穗经过集料口，掉入脱粒滚筒内，脱粒轴通过从动轮带动，玉米果穗经过螺旋机构的推进，致使玉米果穗进入脱粒区域，经过平板齿和冠齿进行脱粒，脱粒下来的玉米粒通过下料口排出，玉米芯通过脱粒轴推进排芯区，排芯区上的制动阀，当挤满很多的玉米芯时候才可以排出。182-3 脱粒部分整体结构图 脱粒部分使用 2mm 厚，材料为 Q235 的钢板、5mm 厚，材料为 Q235 的钢板等焊接而成的。脱粒部分主要由：脱粒轴、栅格凹板、制动阀、下箱体、左右支板组成，其结构尺寸为LBH=1139550565mm 如图 2-.3 筛选部分的设计筛选部分的设计在脱粒机内，玉米果穗通过脱粒轴上的板齿、冠齿和焊接在下箱体的凹板之间进行脱粒，将脱粒下来的玉米粒通过栅格凹板下滑到下料口，通过下料口的倾斜滑板将玉米粒排出机外，在箱体内的玉米芯经过焊接在脱粒轴上的板齿产生螺旋推力将玉米芯推送到排芯的区域，通过排芯口排出机子外。如图所示 3-2193-2 筛选部分结构图在玉米脱粒的过程中，脱粒轴与栅格凹板紧密的配合，直接关系玉米脱粒的质量，是脱粒机中重要的组合部件。脱粒机机中的栅格凹板具有两个重要的功能：第一：玉米脱粒后，玉米粒通过凹板缝隙漏到下料斗，玉米芯经过脱粒轴旋转力把玉米芯排出机外，第二：栅格式凹板主要使用两根圆钢直径为 12mm，相互之间形成一定的间隙，间隙为13.5mm，缝隙的作用可以把玉米卡在这个缝隙之间上，从而使脱粒板齿与玉米迅速接触、从而达到脱粒的效果。脱粒机中栅格凹板主要有 48 根圆钢直径为 12mm，其中圆钢的长度分别为238mm、868mm、1108mm，根据农业机械技术手册得知滚筒与凹板之间的距离在90120mm 之间，所以栅格凹板的直径为 290mm，栅格板利用三个厚 2mm、直径为 498mm幅盘组成，之后焊接固定在下箱体上，脱粒机中栅格板整体结构主要有两种类型：O 型和 U 型如图所示 3-320 O 型栅格凹板 U 型栅格凹板3.33.3 排芯口的设计排芯口的设计 脱粒滚筒把脱粒未脱完整的玉米芯和完全脱粒完成的玉米果穗推送到排芯区，当排芯区未脱完整的而玉米果穗，被制动阀压住无法排出，当排芯区积累一定量的玉米芯的时候，制动阀才可以打开，这样的好处是：使玉米脱粒机的脱净率得到保证，但脱净率不够的时候，适当的调节制动阀的力度以保证玉米脱粒的效果。如图 3-3 所示 图 3-3 制动阀的结构图213.43.4 脱粒机下料口和排芯口的设计脱粒机下料口和排芯口的设计 排芯口采用 2mm 厚的钢板焊接而成，主要作用是把排出的玉米芯排放在一起，主要的作用是把的清理玉米芯、杂质与玉米粒分开的作用，与脱粒机的上箱体焊接在一起，其结构如图 3-4 下料口主要是脱粒下来的玉米粒有利于集中排出机外，采用的是 2mm 厚的钢板焊接而成，下箱体与其焊接其结构如图 3-4 图 3-4 排芯口 下料口3.53.5 脱粒滚筒的设计脱粒滚筒的设计脱粒滚筒是玉米脱粒机当中最重要的机构，它决定着玉米脱粒的好坏，在脱粒轴的表面螺旋焊接着带冠的平板齿和平板齿，它们相互之间交替成一定的角度焊接在脱粒轴上，致使玉米果穗在玉米滚筒的作用下可以向前螺旋运动，达到脱粒效果。玉米脱粒机的脱粒轴总长度为 1310mm，滚筒的直径为 190mm。箱体中玉米脱粒区总长度为 640mm，排芯区总长为 230mm，推料区总长为 230mm。脱粒轴主要采用空心轴与两个轴头利用圆柱销相连接在一起，空心轴的好处：减少材料，增大空间，当传动轴传递扭矩时，从径向截面传递到看到外面的有效弯矩较大的地方。当寻找所需传递大扭矩转矩需要与轴径相比较。由于在轴心部位传递力矩的作用较小，所以一般采用空心的，以减少转轴的自重。其结构简图 3-622图 3-6 脱粒滚筒结构图3.63.6 机架部分设计机架部分设计 机架是玉米脱机的支撑部件，规格为 LBH 分别为：1480500550；是安装动力源的机构，机架的作用是承受着脱粒机施加的重力，动力，震动和箱体与凹板之间的冲击力，机架在脱粒机中起到定位安装、支撑的作用，选择 5 毫米厚的角钢焊接制成，防止在工作运行中由于机器产生的震动对工作人员的人身伤害。其结构图 3-523图 3-6 机架24第四章第四章 玉米脱粒机构件相关参数的确定玉米脱粒机构件相关参数的确定玉米脱粒机主轴上有八个平板齿和八个冠状平板齿，它们均为螺旋排列成一定的角度均匀的排列在空心轴上，将已脱粒完的玉米芯排出机外，脱粒滚筒板齿的直径为190mm，脱粒轴上滚筒板齿平均均为宽为 80mm，高为 45mm、厚为 10mm。如图 4-1 板齿图 4-1 脱粒板齿4.14.1 电动机的选择电动机的选择参考 HT-6 挤搓式玉米脱粒机，其板齿宽度为 110mm，受均布载荷 138N；这次设计挤搓式玉米脱粒机滚筒上的平板齿宽度为 80mm，所以由参考的型号可以知道每个板齿受到玉米冲击大约为 98N，脱粒轴上焊接着 24 个平板齿，平均每个平板齿对玉米受力98N，当玉米脱粒机正常工作时，主轴上的平板齿在快速旋转。因此在玉米脱粒机正常运行所产生的切向力为9882=1568N,也就是玉米脱粒机正常运行时，ZMNF脱粒滚筒所产生的切向力为 1568N。其中： N-为冠状平板齿所受到的力 M参与脱粒滚筒上的平板数 Z-工作时参与的齿条数4.24.2 脱粒轴上平板齿的转速脱粒轴上平板齿的转速 根据农业机械设计手册书中提到可知，玉米脱粒滚筒的转速一般为，当玉米脱粒机的脱粒轴在旋转运行时，板齿随着滚筒的旋转也参数相应的sm0 . 40 . 3速度。 即，smDNV4 . 310006019034014. 3100060轴25 其中：板齿滚筒的转速V 脱粒机主轴的转速轴N 滚筒的直径 D故该机符合要求4.34.3 脱粒机主轴的功率脱粒机主轴的功率玉米脱粒机运行中脱粒轴所需要的功率为，脱粒机中的脱粒轴受到工作阻力和WP旋转参数进行求解，即：，1000VFPWKWpW3 . 53312. 510004 . 31568 通过电动机功率的公式可知并计算，脱粒机总体传动装置的总效率为，KWPPawda及每个部分运动副之间效率的乘积所确定的，即 ，其中每个传动副的效321a率分别为、，选择脱粒机部件之间传动副的效率值如下：123 滚动轴承（每对）0.980.995 即取 =0.991 V 带传动 0.940.97 即取 =0.972 脱粒滚筒（板齿焊接在脱粒轴上） 即取 =13则 96. 0196. 099. 0321a由此可得电动机的功率：KWVFPad5 . 5495. 596. 010004 . 334010004.44.4 电动机的转速电动机的转速通过脱粒机书中的相关数据得知，玉米脱粒轴的转速一般在 270420之minr间，按照机械设计指导书中推荐参考传动比例， V 带的传动比范围在25 之间，i就可以符合电动机与脱粒轴之间的转速适当配合，所以选择电动机转速范围，可以选择符合这个条件的有 Y132M1-6 型号电机。minr1700680340)52(nind第五章第五章 带及带轮的设计带及带轮的设计26 在玉米脱粒机工作旋转运行中，电动机与主轴采用带轮与 V 带之间的传动，从而达到传动效果 玉米脱粒机在旋转的操作中，传动皮带 V 是灵活、 弹性，可以减轻影响，吸收震动，从而让玉米脱粒机运行中平稳，噪声小，过载时将引起打滑，保护机器等优点，虽然会有过程中的两个驱动器之间的一些摩擦，使二者的相对运动，使驱动相对不精确，但不影响玉米脱粒机的传动，传送带的整体结构简单，具有一定减轻震动的能力，能在大轴距间和多轴间传动，成本低，不需要润滑，维护简单，便于安装。因此，V 带与带轮相互配合的传动是在电机与玉米脱粒之间选择是比较合理的。传动参数是用来确定带轮与 V 带选择的，然后确定 V 带的类型、长度和根数，确定带轮使用的材料，结构和轮子大小（轮宽度和直径，槽和槽的尺寸，数量等）两轮之间的中心距，在轴上承受带轮所施加的压力。5.15.1 V V 带传动的计算功率带传动的计算功率 根据机械设计手册书中相关图表 9-7 得知， 机器运行的工作情况系数：0 . 1AK PKPAca 其中：caP一计算功率（)KW 工作情况系数AK 传递的额定功率（)PKW KWaPC5 . 55 . 50 . 15.25.2 选定选定 V V 带的型号带的型号据计算功率5.5kw 和主动轮转速 n1=340r/min，通过机械设计手册书中caP的图 9-8 的普通 V 带选型图，初步可以得知 V 带的大体型号选择普通的 B 型 V 带。5.35.3 带轮基准直径的确定以及带速的验算带轮基准直径的确定以及带速的验算（1）初步选择主动轮相关参数，其基准直径：通过机械设计基础书中相关参数1D图表，可知选择 V 带的型号相当合适，参考表 96，选取。1Dmm125（2）计算 V 带的速度 V： smNDv28. 610006034012514. 31000601127 介于的范围内，所以选合适。sm5251D传动比的计算 （3）计算从动轮的直径2D mmDnnD3531253409601212根据机械设计手册相关数据图表可以知道带轮的具体参数要取整，所以取=355mm1D5.45.4 确定传动中心距和带长确定传动中心距和带长取 )21(2)21(7 . 0DDaDD即：)355125(20)355125(7 . 0a 得：mmamm9600336 取： mma5500计算带长计算带长 ： 0122104)()(22aDDDDaLd 即： 5504)125355()355125(214. 35502dL 得：mmdL7 .1853 通过机械设计手册当中表 9-2 的相关参数可以得知，选取带的标准长度为=1800mmdL实际的中心距按公式得a8)1282)21-d2)21d2DDDDLDDL（20dLddLaa 求得 ： mma52428中心距的变动范围为mm。故中心距符合要求。5504755.55.5 脱粒机带轮包角的校核脱粒机带轮包角的校核 =180-(D2-D1)*57.3/a1a =180-（355-125）*57.3/524 =157.1120 满足 V 带传动的包角1a5.65.6 计算带的根数计算带的根数 Z Z计算单根 V 带的具体额定功率；得查表及由kw67. 103-9min/r9601nmm1251ddP；得，查表根据kw25. 004-9min/r9601nP分别查表 9-5 及 9-2 可得 Ka=1，KL=0.75故有(1.67+0.25)10.75KW=1.44kwLKKPPP)00d（计算 V 带根数 Z 8 . 344. 1/5 . 5d/caPPZ取 4 根5.75.7 确定初拉力确定初拉力确定初拉力 F0 查表 9-1 得 B 型带单位长度质量 q=0.17kg/m 故 2qv1-a5 . 2vca5000）（KZPF其中 q-传动带单位长度的质量，单位：mkg /即NF165228. 610. 01-15 . 2428. 65 . 55000）（5.85.8 传动轮作用在轴上的压力传动轮作用在轴上的压力即即21sin022cos02FZFZQ29求得：求得：NQ408.158521 .157sin16542第第 6 6 章章 V V 带轮的选择带轮的选择6.16.1 带轮的材料选择带轮的材料选择30 带轮的转速 v=6.28 m/s ，即 v20 m/s ，转速较低，材料可选 HT2006.26.2 主带轮结构设计主带轮结构设计主动轮的设计主要依据从动轮的直径及相关参数的确定，来确定带轮的结构设计，从三角带的型号来确定带轮槽的参数，具体设计如下： 主动带轮的选择：根据主动带轮的结构直径已经确定为，电动机轴与主动带轮相配合的直径为mmD1251，依据相关经验公式，确定主动带轮采用实心式。mmd3815 . 2(1D47)31d带轮其它参数的选择：根据机械设计实用手册可知，主动轮的主要结构参数，具体的参数见表所示，由经验公式可以计算出其他的相关参数。 主带轮的结构参数 单位（mm）带的型号bdfhelpDPaB1411.51619141253817.4主动轮的厚度由计算公式厚度 B 为：B=(Z-1)e+2f=319+211.5=80mm主动轮的结构如图 6-231图 6-2 主动轮机构图6.36.3 从动轮的设计从动轮的设计从动带轮结构设计的选择，主要依据主动带轮的基准直径，以及传动系统的传动比来确定，即 ，所以从动带轮同样采用腹板式。mmD2502mmD3002从动带轮的参数选择：根据机械设计实用手册查询，由表可知带轮具体的结构参数，由经验式可以计算出其他相关参数与尺寸。 从动带轮的结构参数 单位（mm）带的型号bdfhelpDPaB1411.51619142503817.4从动带轮的厚度 BB=(Z-1)e+2f=319+211.5=80mm32从动带轮的结构如图 6-4图 6-4 从动带轮的结构第第 7 7 章章 脱粒主轴的设计脱粒主轴的设计在玉米脱粒机构中最为核心部位的部件为脱粒轴，在工作运行中脱粒轴主要承担着弯矩、转矩、和支撑轴上的旋转零件。在工作时，脱粒轴瞬间受到很大的冲击力，由于频繁的冲击，对脱粒轴的设计是一个很关键的一步，轴的设计应满足下列几方面的要求：在结构中必须合理受力，尽量避免或减少应力集中，足够的强度 (静强度和疲劳强度)，必须的刚度，特殊情况下的耐腐蚀性和耐高温性，高速轴的振动稳定性及良好的加工工艺性，有利于轴上零件的相互定位，可靠，适当装配与装拆的方便等。轴的主要作用是：1）安装在轴上的回转零件，能准备实现其轴向定位；2）承接传33递轴上所产生的作用力，根据玉米脱粒机的工作形式与工作的状态和装配特点。根据玉米脱粒机结构要求和环境、 玉米脱粒轴传递的直梯轴轴的窗体中的使用，由于滚筒的直径要求比较大，中间部门采用空心轴与两端的实心轴直径用圆柱销相互配合，再焊接牢固可靠，使用的空心轴的好处：减少材料，增大空间，当传动轴传递扭矩时，从径向截面传递到看到外面的有效弯矩较大的地方。当寻找所需传递大扭矩转矩需要与轴径相比较。由于在轴心部位传递力矩的作用较小，所以一般采用空心的，以减少转轴的自重。7.17.1 轴端的最小直径轴端的最小直径轴抗扭强度计算确定轴端的轴的直径，由经验公式： 30npAd 其中：轴常用的几种材料的的值0A T0A 主轴上的传递功率pkw 主轴上的转速nminr轴上使用的材料可以在机械设计手册中可以查得，选取 45 号钢来调质处理，取，可得MPB6501180Ammd47.2933403 . 5118min轴的开端安装带轮，初步估算轴的直径，将计算值圆取整后做轴的最小直径，当截面上有键槽时，有一个键槽轴径增大 5%7%,从而增加轴的直径尺寸，提高轴的工作强度。即 mmdd94.32%)5147.29%51min（）（将其取整：mmd40轴的输出端的直径主要为了带轮相互配合，所以用输出端的轴径为 40mm,根据机械设计手册查得从带轮的的直径为 63mm 那么这段轴的直径为 40mm，长度为58mm，为了在使用的过程中带轮与轴相互配合在轴一端增加螺纹，以便使用大螺母把34它们旋紧其结构如图 7-1：如图 7-1 端轴头的图 7-2 轴的整体设计357.27.2 圆柱销的校核圆柱销的校核为了使实心轴与空心轴相互配合链接，采用直径为 10mm 的圆柱销与其链接在一起。计算圆柱销的工作剪力：NDTFS168285142967剪切面面积为：24-22m1053.784mm104d）（A销轴的工作应力为： a902.14MPapa1014. 22m4-1053.7816816MPNAFS所以圆柱销符合剪切强度要求，故安全。7.37.3 轴上键的校核轴上键的校核由于轴的开端段长为 58mm 选用圆头普通平键（A 型） 按轴的直径 d=40mm,及带轮宽，据文献得键的键宽 b键高 h 为，mm355B810 长度的键。mm48L 强度校核 键的使用材料为 45 钢，V 带轮使用材料为铸铁，根据查表可知键联接的许用应力 MPaP8070键的工作长度 mmhkmmLl0 . 485 . 05 . 043210482b-， 挤压应力： 安全）(806 .3448434967.14220002000MPaPMPakldITP367.47.4 脱粒轴转矩的计算脱粒轴转矩的计算1）求脱粒轴转矩根据公式： 求得npT 9550000其中：电动机的额定功率pkw主轴的转速nminr即： mm1429673405 . 59550000NT轴头的载荷由静力方程 0AM0-6911662MFrFNV 0BM0691166r-11661MFFNV）（解得支反力为 1699.618N 1NVFNFNV21.1142轴的载荷分析图377.57.5 脱粒轴的校核脱粒轴的校核 通过校核，正常情况下只有承担最大的弯矩的强度需要校核，也就是 A 危险截面的强度。下表的数值结果是根据经验公式计算得出的。 载荷 垂直面 V 支反力 F =1699.618 =-114.211NVFN2NVFN 剪力SF =1681SFN 弯矩 M M=1.311MKN 扭矩 T T=1.429MKN 公式 ： aMPWTMWcaMca22)(式中 ： 轴的抗弯抛面模量，W3mm轴的许用应力，。按轴实际所受弯曲应力的循环特性，在、 aMPb1、中选取其相应的数值，从机械设计实用手册可以查出。 b0b1aMPWcaMca3 .22401 . 014297213按机械设计实用手册书中查得，对于的碳钢，所以MPa601 ， 故安全。MPaMPa6013 .2238第八章第八章 玉米脱粒机的有限元分析玉米脱粒机的有限元分析ANSYS 作为全球知名的大型 CAE 分析软件，ANSYS 自 20 世纪 70 年代诞生以来，随着世界信息技术和有限元理论的高速发展，在各个领域得到了高度的评价和广泛的应用。与迅猛发展的计算机技术，到各种工程软件也已广泛应用。ANSYS 软件软件对其多物理场耦合分析能力成为主流软件的应用，得到了越来越广泛的应用于工程分析。8.18.1 有限元分析的简介有限元分析的简介在任何场合，ANSYS 为这些场合提供了广泛的仿真解决方案，这些方案对设计过程中提供了虚拟的仿真环境。全球的诸多组织都相信 ANSYS 为它们的工程仿真软件投资带来最好的价值。ANSYS 软件是大型通用有限元分析软件、 金融结构、 流体、 电场、 磁场、 声场分析于一体。它的组成是由全球最大仿真有限分析软件之一的美国 ANSYS公司开发，能与多种建模软件兼容，实现数据共享化与替代。软件主要包括 3 个部分：预处理区域，分析计算区域和后处理区域。（1）预处理模块提供了功能强大的建模和网格划分工具，用户可以方便地构造有限元39模型。（2）分析计算模块包括结构分析， （线性分析、非线性分析和高度非线性分析） 、流体动力学分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力（3）后处理模块可以使用颜色来计算轮廓显示、 显示、 显示、 粒子梯度矢量流可视化显示、立体部分显示器，透明和半透明显示（见图表显示的内部结构） ，可以通过图表、曲线表示计算结果的输出。8.28.2 ANSYSANSYS 的特色功能的特色功能ANSYS 的特色功能如下（1）前后处理。 1）双向参数互动的 CAD 接口： 2）智能网格生成器；3）各种结果的数据处理：4）各种结果的图形及动画显示；5）全自动生成计算报告。（2）线性、非线性静力分析1)非线性分析;2）几何非线性分析能力；(大变形、 高应力的压力淬火、 软化、 旋转压力增强的负载） ；3）材料非线性 （近 70 种非线性材料本构模型，包括弹性塑料、 超弹性、 非弹性、 岩石和混凝土、 扩大材料、 密封材料、 铸铁等） ；4）非线性单元称为边界/状态；5）高级联系单位 (点接触点跨接触，只抚触上所有东西软，软对软表面接触、 线性接触 (MPC) 等支持大滑移和摩擦模型，多场耦合接触)（3）其它非线性单元（旋转铰接单元，弹簧阻尼器单元，壳单元） （4）动态分析能力屈曲分析 （线性屈曲、 非线性屈曲，圆对称屈曲分析）（5）高对称性分析（模态循环对称分析，环状对称的结构，轴对称，平面对称和反对称的静态分析） 。（6）断裂力学分析 (应力强度因子、 J 积分、 裂缝提示能量释放率)通用疲劳分析（7）结构热分析401）热传导的稳定温度场，热对流，热辐射2）瞬态温度场（热传导、热对流、热辐射、相变） ；3）管流热耦合；4）支持复杂热载荷和边界条件；5）非线性特性（接触传热、非线性材料）（11）耦合场分析部分及其他功能。1） 静态流体 （液固耦合分析的静态和动态分析） 。2）声学分析（声波在各种声学介质中的传播、声波的反射和吸收（远场）3）耦合场分析（12）设计优化算法（13）扩普优化：扩普形状优化、扩普频率优化。（14）概率设计系统（PDS)（15）其他使用技术（16）二次开发特征（17）求解器：直接求解器，各种迭代求解，求解特征值。（18）并行求解器。8.38.3 结构静力学分析结构静力学分析 结构静力分析是最基本，最广泛使用类型的分析，由于线性弹性材料，静态加载的情况之一。线性分析包含着两个大意：首先就是材料为线性，应力应变关系为线性，变形是可恢复的，另外结构发生的是小位移、小应变、小转动，结构刚度不因变形而变化。除了线性分析线性静态分析，但也包括线性的动态分析、 和线性动态分析，通常包括以下的分析：模态分析、 谐波分析、 随机振动分析、 响应谱分析、 瞬态动力学分析和线性屈曲分析。认为是相应的非线性分析，大变形和线性分析的主要分析的非线性分析等。ANSYS Workbench 14.0 平台可以很容易地完成以上任何一种分析及任意几种类型分析的联合计算。线性静力学分析41所谓静力学就是结构受到静态荷载的作用，惯性和阻尼可以忽略，在静态载荷作用下，结构处于静力平衡状态，此时必须充分约束，但由于不考虑惯性，则质量对结构没有影响，但是很多情况下，如果荷载周期远远大于结构自振周期，则结构的惯性效应能够忽略，这种情况可以简化为线性静力分析来进行。 ANSYS Workbench 14.0 的线性静力分析可以将多种载荷组合到一起进行分析，即可以进行多工况力学分析。8.48.4 结构静力分析流程结构静力分析流程 （1)创建分析项目：将结构静力分析（Static Structural）调入工 程项目流程图。 （2)在工程数据（Engineering Data）中定义材料属性。 （3)创建或导入几何模型。 （4）定义零件行为。 （5）定义连接关系；接触关系，关节弹簧等。 （6）对模型进行网格划分。 （7）创建分析设置。 （8）施加载荷及约束。 （9）设置求解选项并求解。 （10）结果后处理。8.58.5 脱粒板齿静力分析脱粒板齿静力分析脱粒板齿是玉米脱粒机的关键部件，它的相关参数直接影响玉米脱粒的效果。8.68.6 脱粒机板齿的建模脱粒机板齿的建模 脱粒板齿建模使用 Creo Pro / E 模型中，由于其强大的建模功能，方便，其接口与 ANSYS 工作台 14.0 软件的兼容性是好，其机构建模图 6-142图 6-18.78.7 WbWb 创建几何体创建几何体Step1Step1：直接利用 Creo 启动 Workbench14.0 命令如图 图 7-1 ANSYS14.0 集成到 Creo Pro/EStep2Step2：启动 Workbench 并建立分析项目如图 7-243图 7-2 创建分析项目 BStep3Step3：双击项目 B 中的 B3 Geometry，此时进入到 DesignModeler 界面，选择单位Millimeter，单击 OK 按钮。此时设计树中 Import1 前显示，表示需要生成几何体，此时图形窗口中没有图形显示，如图 7-344图 7-3 生成前的 DesignModeler 界面Step4Step4 ： 单击该（生成）按钮，即可显示生成的几何模型，如图 7-4 所示图 7-4 生成后的 DesignModeler 界面45Step5:Step5: 单击 DesignModeler 界面右上角的（关闭）按钮，退出DesignModeler,返回到 Workbench 主要界面。8.88.8 添加材料库添加材料库Step1Step1：双击项目中 B 中的 B2Engineering 数据进入材料参数设置界面图 8-1 所示，材料参数可以设置在界面中。 图 8-1 材料参数设置界面Step2Step2：在 Outline ofschematicB2：Engineering Data 中 A3 下的单击灰色添加新的材料 45 号如图 8-2图 8-2 添加新的材料46Step3Step3：在 Toolbox 中进行材料属性的添加定义，由于脱粒板齿的材料为 45 号钢，其属性：弹性模量 2.06e11、泊松比为 0.3、密度为 7800。别把 Toolbox 中的 Physical Properties 的鼠标左键拉到新建 45 材料属性那进行密度设置。同样在 Linear Elastic 的进行同样的设置，弹性模型和泊松比进行设置；如图 8-3 所示 图图 8-38-3 添加材料的属性添加材料的属性Step4Step4 单击工具栏中的按钮，返回到 Workbench 主界面材料库添加完毕。8.98.9 添加模型材料属性添加模型材料属性Step1Step1：双击主界面项目 B 中的 B4 栏 Model 项，进入图 9-1 所示 Mechanical 界面，在该界面下即可进行网格划分、分析设置、结果观察等操作。47图 9-1Mechanical 界面Step2Step2：选择 mechanical 界面左侧 Outlines（分析树）中 Geometry 选项下的 solid，此时即可在 Detail of“solid”参数列表中给模型添加材料，在其 Material 中的添加成如图 9-2 所示图 9-2 变更材料488.108.10 划分网格划分网格Step1Step1：选择 mechanical 界面左侧 Outline（分析树）中的 Mesh 选项，此时可在Details of“Mesh” （参数列表）中修改网格参数，在 sizing 中 Element Size 中设置为 2.e-003m,在 Mesh 选项中点击右键选择 insert 选择 method 中的 Details of “Hex Dominant method”apply 模型，如图所示 10-1 所示 图 10-1 修改材料后的分析树49Step2Step2：在 outlines(分析树）中的 Mesh 选项右击，在弹出的快捷菜单中选择命令此时会弹出图 10-2 所示的进度条，表示网格正在划分，当网格划分完成后，进度条自动消失，最终的网格效果如图 10-3 所示10-2 生成网格图 10-3 网格效果508.118.11 施加载荷与约束施加载荷与约束Step1Step1：选择 Mechanical 界面左侧 Outline(分析树）中的 “Static Structural（B5)选项，此时会出现图 11-1 所示的 Environment 工具栏。图 11-1Envionment 菜单栏Step2Step2：选择 environment 工具栏中的 supports（约束Fixed support（固定约束）命令，此时在分析树中会出现 Fixed Support 选项，选中Fixed Support，选择模板的地面进行固定约束在中，单击Geometry 选项下的 apply 按钮，即可选中面上施加固定约束，如图 11-2 所示。如图 11-2 施加固定约束51Step3Step3：同步骤 step1，选择 environment 工具栏中的 Loads（载荷）force（力）命令，此时在分析树中出现 force 选项，选中 force，在 Details of“Force” （参数列表）面板中 Geometry 选择 apply 按钮，选择需要施加力的面，在 Define By 栏中选择Component 选项，表示按坐标的方式输入数字，在 Y Component 栏输入-98N。此时在Graph（图表区）和 Tabular Data（图表数据）区分别显示了载荷数值，保持其他选项默认即可。如图 11-3 所示图 11-3 添加面载荷Step4Step4：在 Outlines（分析树）中 Static Structural（B5)选项右击，在弹出快捷的菜单中选择命令此时会出现进度显示条，表示求解正在进行中，当求解完成后进度条会自动消失，如图 11-4 所示52图 11.4 求解8.128.12 结果后处理结果后处理Step1Step1：选择 Mechanical 界面左侧 Outline（分析树）中 Solution（B6）选项，此时会出现 Solution 工具栏。如图 12-1 所示图 12-1solution 工具栏Step2Step2：选择 Solution 工具栏中的 Stress（应力）Equivalent（Von-Mises）命令，此时分析树中会出现 Equivalent stress（等效应力）选项，如图 12-2 所示。53图 12-2 添加等效应力Step3Step3：在 Outlines（分析树）中的 Solution(B6)选项右击在弹出快捷菜单中选择命令，将会出现进度条，表示正在求解，当求解完成后进度条会自动消失。如图 12-3 所示图 12-3 应力分析云图548.138.13 安装不同倾斜角度的板齿分析安装不同倾斜角度的板齿分析为了优化玉米脱粒机脱粒的效果，对安装在轴上，不同倾斜角度的板齿进行了ANSYS WorkbenchD 等效应力的分析。其结果应力分析图如下所示：（1）倾斜度为 0 度、5 度的应力分析图，其最大应力分别为 1.2916e6 Pa、1.2446e6Pa，其如图 13-1 所示 图 13-1 0 度、5 度应力分析图（2)倾斜度为 10 度、15 度的应力分析图，其最大应力分别为1.2938e6Pa、1.3391e6Pa，其如图 13-2 所示图 13-2 10 度、15 度应力分析图55（2）倾斜度为 20 度、25 度的应力分析图，其最大应力分别为1.3288e6Pa、1.2825e6Pa，其如图 13-3 所示图 13-3 20 度、25 度应力分析图（3)倾斜度为 30 度、35 度的应力分析图，其最大应力分别为 1.2557e6Pa、1.2947e6，其如图 13-3 所示图 13-4 30 度、35 度应力分析图56（5）倾斜度为 40 度、45 度的应力分析图，其最大应力分别为 1.401e6Pa、1.2904e6，其如图 13-3 所示图 13-4 40 度、45 度应力分析图其以上倾斜角度分析曲线总图其如下 13-5 所示图 13-5 应力曲线分析图 从曲线分析图可以看出，当倾斜的角度为 5 度的时候受到的应力是最小的。再从 1度到 10 度之间进行优化分析。其应力分析图如下。57（1）倾斜度为 1 度、2 度的应力分析图，其最大应力分别为 1.2506e6 Pa、1.3057e6Pa，其如图 13-7 所示图 13-7 1 度、2 度应力分析图（2）倾斜度为 3 度、4 度的应力分析图，其最大应力分别为 1.2706e6 Pa、1.363e6Pa，其如图 13-8 所示图 13-8 3 度、4 度应力分析图58（3）倾斜度为 5 度、6 度的应力分析图，其最大应力分别为 1.2446e6 Pa、1.2848e6Pa，其如图 13-9 所示图 13-6 5 度、6 度应力分析图（4）倾斜度为 7 度、8 度的应力分析图，其最大应力分别为 1.2757e6 Pa、1.3061e6Pa，其如图 13-
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