葵花籽剥壳机设计

目录目录 1 引言 .1 1.2 几种典型的剥壳机具 .1 2 葵花籽剥壳机总体设计 .1 2.1 本设计的主要内容 .2 2.2 葵花籽剥壳机的构造及工作原理.2 3 动力装置的设计选用 .5 3.1 剥壳机的主轴转速的选取.5 3.2 剥壳机所消耗的功率的计算 .6 3.3 电动机的选用 .6 4 传动方案的设计与选用 .8 4.1 传动方案的选择.8 4.2 V 带设计选用.9 4.3 V 带轮的设计选用.11 4.4 V 带传动的键的选择.13 5 轴的设计 .13 5.1 轴的材料选用.13 5.2 轴的结构的设计.14 5.3 轴的设计计算 .15 6 轴承的选择 .17 6.1 轴承类型的选择.17 6.2 轴承端盖和套筒的设计.17 6.3 轴承的安装形式.19 6.4 滚动轴承的润滑及配合.19 6.5 滚动轴承的密封.20 7 控制线路的设计说明 .21 7.1 控制电路图的设计.21 7.2 电路图解读.21 总结.22 致谢.23 参考文献.23 英文摘要.24 1 立式离心式剥壳机设计 摘要：立式离心式剥壳机是油料剥壳的一种常用机械设备,其主要用于对葵花籽、油菜籽等油料 的脱皮工作；本次设计能使油料脱壳的剥壳率、整仁率都大大的提高；从而在对油籽的加工中，使人力 和物力资源的浪费的减少，同时提高了劳动生产率。本课题设计的主要内容是立式离心式葵花籽剥壳机 的设计。主要通过对原始数据的分析、方案的论证比较与选择，完成了剥壳机的总体设计，转盘的设计， 电动机的选择以及传动方案的选择等内容。在此基础上对剥壳机机体的结构尺寸、驱动转轴的结构尺寸、 V 带传动、控制电路等进行了详细的计算和说明。并且对轴承以及轴承盒的型号作了选择。使本方案有 了初步的设计应用价值。 关键词：剥壳机，V 带传动，设计，离心式，立式 1 引言 食品加工设备的发展是与加工工艺密切相结合的，与科技不断进步，人类生活水平不 断提高是分不开的。食品加工是把原料食品去杂质、调节水分、脱壳、去皮或研磨，最后 加工成可以食用且符合不同质量标准的食品。葵花籽剥壳机是葵花籽收获后剥壳精选不可 缺少的设备。在加工成食品时，都需要将收获后的籽粒进行剥壳精选才能达到所需效果。 近年来，随着科学技术的飞速发展，许多食品的营养价值也陆续被发现。试验研究表明， 葵花籽的营养价值非常高，部分地区的供需矛盾十分突出。因此开发葵花籽剥壳机的销售 市场，其前景十分广阔，设计应用型的机型也就迫在眉睫。 农产品加工机械包括对收获后的农产品或采集的禽、畜产品进行初步加工，以及某 些以农产品为原料进行深度加工的机械设备。经加工后的产品便于储存、运输和销售， 供直接消费或作为工业原料。不同的 农产品有不同的加工要求和加工特性，同一种农 产品通过不同的加工过程可以得到不同的成品。因此，农产品加工机械的品种很多，使 用较多的有谷物干燥设备、粮食加工机械、油料加工机械、棉花加工机械、麻类剥制机 械、茶叶初制和精制机械、果品加工机械、乳品加工机械、种子加工处理设备和制淀粉 设备等。为实现各工序之间的连续作业和操作自动化，常将前后工序的多台加工机械组 合成加工机组、加工间或综合加工厂。 按工艺流程分为两大类：一类用于将稻谷、 高粱、粟和黍等原粮 脱壳去皮，碾制 成成品米。例如稻谷原粮先经各种除杂清理设备清除各种杂质后，进入砻谷机并分离稻 壳。排出的谷糙混合物进入谷糙分离筛。分离筛利用稻谷和糙米在粒度、密度和表面特 性等方面的差异，将未脱壳的稻谷分离出来并送回砻谷机。糙米则进入碾米机碾制成白 2 米，然后经成品分级筛除去糠粞和碎米，即得成品 白米。另一类用于将 小麦、玉米、 大麦、荞麦和莜麦等原粮去掉皮层和胚芽，研磨成成品粉。例如小麦原粮经各种除杂清 理设备清除各种杂质和沾附在麦粒表面的泥土、灰尘后，进入磨粉机研磨成粉，并经 一组平筛筛理提取成品面粉。中间物料再进入另一台磨粉机研磨，反复提取面粉，最后 经刷麸机将麸皮排出。 制油工艺主要分压榨法、浸出法等。不同的制油工艺采用不同的机械设备，但制油 原料都先经油料清理机械清除杂质，并用各种类型的油料剥壳机剥去外壳并使壳仁分离， 然后用轧胚机压制成胚料。用浸出法时，将胚料浸在溶剂（己烷或轻汽油）中把油浸出， 经过滤、蒸发和汽提等设备使油与溶剂分离，溶剂回收后可反复使用；用压榨法时，将 胚料放在蒸炒锅内炒熟后，送入螺旋榨油机或液压榨油机内挤压出油。浸出或榨出的毛 油再由各种 精炼设备过滤、水化、碱炼、酸炼、脱色和脱臭等炼制成精油或成品油。由 此看来，剥壳机在日常油籽加工上是必不可少的，它的应用会将越来越广;这使得在 对剥壳机的要求会愈来愈高，高剥壳率的已经大势所趋了。 1.1 国内、外研究情况 国外葵花籽剥壳机的发展已经有上百年的历史，以美国、原苏联、英国、法国、瑞士 等国家发展较快。国外厂商根据用户的不同需求，可在剥壳机上配备多种工作装置。国外 葵花籽剥壳机用途广，市场大，且投入生产的剥壳机多为离心式的。 我国葵花籽剥壳机的研制自 1965 年原八机部下达剥壳机的研制课题以来，已有几十种 葵花籽剥壳机问世。只进行单一剥壳功能的葵花籽剥壳机结构简单，价格便宜，以小型家 用为主的剥壳机在我国一些地区广泛使用。但能够完成脱壳、分离、清选功能的较大型的 葵花籽剥壳机由于经济性，技术性等原因，还未能在全国范围内推广。 我国正处于葵花籽剥壳机械化发展初期，葵花籽剥壳机在全国范围内的保有量不高， 发展葵花籽剥壳机既节省了劳动力，又提高了生产率和经济效益，有着极为广阔的市场和 应用前景。葵花籽剥壳机是我国目前市场的需求而自行研制开发的普及产品，是用于葵花 籽脱壳的专业设备，该机葵花籽脱壳、壳仁分离于一体，具有剥净率高、清洁度好、结构 简单、操作方便、节省人力等特点。加工的葵花籽破碎率低、分选干净、色泽好、杂质少， 各项指标均符合国家标准。葵花籽剥壳机它以后的发展将是一片光明，前途无量。 近几年来，国内有些企业和科研院所已经逐步研制开发出了具有单一功能的的油籽 剥壳机设备，如：花生剥壳机、棉籽剥壳机、红花籽剥壳机等，其结构简单，价格便宜， 这是我国在农村和一些企业都广泛使用的首选剥壳机。但在生产中也存在如下问题： 1）剥壳率低。由于剥壳机漏剥或剥壳不完全，果、仁去净率不高，有些剥壳机剥壳 率只有 60%。 3 2）损失率高。由于设计参数不合理，造成剥壳不完全现象严重，碎仁夹带在碎壳中难 以回收而被弃除，形成严重的浪费。 3）果仁完整性差。有些机具的设计，为了减少漏剥或剥壳不完整的现象，一味的追求 剥壳率的提高，导致高的破碎率，从而降低了产品的商业价值。 4）适应性差。当油籽的品种、大小规格、外壳现状和含水率等因素出现变化时，剥壳 机的剥壳性能就变差。 从而国内能够完成脱壳、分离、清选功能较大型的油籽剥壳机由于经济性，技术性等 原因，还未在全国范围内使用推广。 国外油籽剥壳机的发展历史已经有上百年了，其特点主要是能够根据用户的不同需求， 在剥壳机的配备上多种工作装置。国外油籽剥壳机的用途广，且以简单、高效的离心式剥 壳机为主的剥壳机抢占着全球很大市场。 本次设计是结合国内外立式离心式剥壳机的结构特点和工作原理，并通过分析现状和 存在的问题结合探讨改进方法，设计出更加可靠的设备。对研究立式离心式剥壳机酱油重 要意义。 1.2 剥壳的目的和要求 剥壳是带壳的坚果、油籽在进行加工之前的一道重要工序。坚果、油籽的外壳主要由 纤维素和半纤维素组成。根据资料介绍，不少油籽的皮壳重量较大，有的油籽其皮壳重量 占其总量的一半以上，而其含油量又很少，一半占重量的 1%左右。因此，如果用带皮壳的 油籽进行压榨或浸出取油，皮壳必将起吸油作用，降低出油率；且皮壳所含的色素和胶质 较多，在制油过程中，这些杂质将会将会转移到油中而影响油的品质，造成精炼的困难。 一般说来，坚果果仁及油料籽仁中含含皮壳量愈少愈好。但在压榨法去油工艺中，对 某些诸如棉籽。花生之类的高油份油料，为了使其在压榨时能承受足够高的压力，往往要 求人中含有一定量的皮壳，因此少量的皮壳对疏通油路有一定的作用。 对剥壳的要求是：剥壳率要高。考虑到颗粒的大小不一，因此，必须采用分级剥壳或 回收重剥工艺。其次，要防止粉末度太大。适当地剥壳形式及坚果，油籽的水分含量，可 减少果仁破碎。 1.3 剥壳几种典型的方法 坚果及油料剥壳应根据其外壳的不同特性，颗粒外形、大小和果仁之间的附着情况等， 采取不同的剥壳方法，常见的剥壳方法有：挤压法、撞击法、剪切法和碾搓法。 挤压法 ：借助轧辊的挤压作用使壳破碎，如核桃剥壳机等。 撞击法 ：借助打板或壁面的高速撞击作用使皮壳变形直至破裂，适用于壳脆而仁韧的 物料如用离心式剥壳机剥松子壳等。 4 剪切法 ：借助锐利面的剪切作用使壳破碎，如板栗剥壳机等。 碾搓法 ：即借助粗糙面的碾搓作用使皮壳疲劳破坏而破碎。除下的皮壳较为整齐， 碎块较大。这种方法适用于皮壳较脆的物料。 2 葵花籽剥壳机总体设计 2.1 剥壳机方案的选择 为了实现预定的功能有两个方案可供选用： 方案一 采用单层式甩盘进行离心剥壳，其结构简单，容易设计制造，性价比高，但 是其产量相对方案二较低。 方案二 采用三层式甩盘进行离心剥壳，其特点是结构相对复杂，要求加工工艺高， 价格相比方案一高，但其产量大动力省。 方案的比较及选择：由于在设计要求内方案一能够满足要求的条件下，方案一比方案二性 价比高，所以选用单层式甩盘。 2.2 本设计的主要内容： 原始参数 1）物料名称：葵花籽； 2）物料容重：0.44 吨/米 3； 3）剥壳方式：连续剥壳； 4）处理能力 100kg/h。 2.2 葵花籽剥壳机的构造及工作原理 2.2.12.2.1 剥壳机的整体结构及工作原理剥壳机的整体结构及工作原理 1）离心式剥壳机的结构）离心式剥壳机的结构 离心式剥壳机的结构主要由转盘、打板、挡板、可调节门、料斗、卸料斗及传动机构 组成。水平转盘上装有数块打板，挡板固定在圆盘周围的机壳上，通过调节手轮可使料门 上下移动，以控制进料量。剥壳机的整体结构示意图如图 1 所示。 5 图 1 葵花籽剥壳机的整体结构示意图 2 2）离心式剥壳机撞击剥壳的原理）离心式剥壳机撞击剥壳的原理 当一葵花籽以较大的离心力撞击避面时，壁面对葵花籽产生一同样大小的反作用力， 使葵花籽外壳产生变形和裂纹。外壳的弹性变形使葵花籽离开壁面，而籽仁因惯性力的作 用继续朝前运动，并在紧靠外壳变形处产生了弹性变形。当葵花籽离开壁面时，由于外壳 与籽仁具有不同的弹性，其运动速度也不同，籽仁将要阻止外壳迅速向回移动致使外壳在 裂纹处拉开，实现壳、仁分离。 影响离心式剥壳机效果的因素是物料水分、撞击速度、物料撞击点、挡板角度等。根 据试验，转盘外圆的适宜圆周速度为：葵花籽 3038m/s，棕榈子约 31m/s，油茶子约 11m/s。关于撞击点，必须考虑被撞击物的结构。例如葵花籽为长条形，籽粒长轴前后的壳、 仁之间都有间隙，中间部位没有间隙，因此葵花籽经转盘甩出与挡板的撞击点最好在其长 轴的前后部位，这样，不但易于剥壳，且籽仁也不易破碎，为此，西安油脂科学研究所研 究出 V 形槽甩板式转盘。葵花籽由高速旋转的转盘中部进入 V 形槽甩板之间，经 V 形槽导 向，使葵花籽沿长轴方向飞向挡板，达到了良好的撞击剥壳效果。 2.2.22.2.2 工作机结构设计工作机结构设计 6 1)1)挡板挡板 挡板的形式有圆柱形和圆锥形两种。圆锥形挡板因工作面与籽粒的运动方向成一定的 角度，能避免受冲击的籽粒返回转盘造成的重复撞击，从而减少籽仁的破碎度。而圆柱形 挡板的撞击力大，有利于外壳的破碎，适用于具有坚硬外壳的坚果及油料剥壳，如核桃、 棕榈子、油桐子等。故葵花籽剥壳机应采用圆锥形挡板，且挡板应采用耐磨材料制成。 2)2) 转盘转盘 离心式剥壳机的工作部件是转盘（甩盘）和挡板。转盘具有多种形式。按打板的结构 可分为直叶片式、弯叶片式、扇形甩块式和刮板式（图 2） 。其主要作用是形成籽粒通道并 打击（或甩出）籽粒使之剥壳。打板的数量由实验决定，通常为 436 块。对于葵花籽剥壳， 常采用 1016 块打板。 图 2 扇形甩块式转盘 取转盘半径 R=300mm，厚度 h=20mm，材料为 45 号钢， 转盘圆周长为 L=2R=23.140.3=1.884m V=1.88410=0.01884 3 10 3 m 3)3) 料斗料斗 （1 1）料斗整体结构）料斗整体结构 料斗的设计主要考虑其容积及自流下料 ，因此料斗设计成上面为立方体、下面为四棱 柱的组合形式（图 3） 。考虑到自流下料，故淌板与垂直线成 45角。淌板的作用是加速、 整流和导向。喂入量采用插板调节。通过调节手轮改变插板的前后位置，即可调节下料斗 的开度，以此来满足不同的喂入量。 7 图 3 料斗示意图 （2 2）下料口缝隙高度的计算）下料口缝隙高度的计算 参考【1】离心式剥壳机的生产率可由下式估算： Q=3600KLhv 式中 Q-生产率（kg/h）100kg/h L -下料口圆周长（m） h-下料口缝隙高度（m） v-籽粒进入转盘的速度（m/s） ，一般约 0.037m/s -物料密度（kg/m3）400 kg/m3 K-校正系数，由试验确定。取 0.7 转盘半径 R = 0.3m，转盘圆周长为 L=2R=23.140.3=1.884 下料口形状为正方形，边长为 40mm.则下料口周长为 440=0.16m 3 10 下料口缝隙高度 h=0.0168m v Q LK3600400037 . 0 0.160.73600 100 =16.8mm 4)4)分选机的设计分选机的设计 重力分选机的主要工作部件为振动网面 2 和风机 3（如图 4） ，振动网面由钢丝编织而 成，网面呈双向倾斜状态，纵向（即 x 向）倾角为 ，横向（即 y 向）倾角为 。网面由振 动电机作往复振动，振动方向角（振动方向与水平方向间的夹角）为 。网面同时收到自下 而上的气流作用。将物料置于网面上，料层厚度为 ，在机械振动和上升气流的作用下， 物料呈半悬浮状态，不同颗粒会按密度、尺寸大致相同的颗粒，则按密度的不同产生自动 分层的现象。在适当的振动、气流参数下，下层密度大的颗粒收到网面作用而沿纵向（即 x 向）上滑，上层密度小的颗粒不与网面接触，沿物料层纵向下滑，形成了不同密度物料 的纵向分离。由于网面横向倾角 角，加之物料不断从高端喂入，使纵向分离的、不同密 8 度的颗粒沿着不同轨迹作横向（即 y 向）流动。不同密度物料的纵向、横向运动的轨迹不 同，结果在网面出料边 4 的不同位置上获得密度不同的各种颗粒。 轻、小颗粒 重、大颗粒 图 4 分选机原理图 a.物料按密度分层及上、下层种子的纵向（即 x 向）分离 b.种子在网面上的运动路线 1.喂料斗 2.振动网面 3.分机 4.出料边 5)5)机架的设计说明机架的设计说明 机架的作用是支撑机筒和传动系统的，将皮带轮的带电机围在里面，保证操作者的安 全，同时机架还有安装支撑电机的作用。机架由角钢焊接而成。 3 动力装置的设计选用 3.1 剥壳机的主轴转速的选取 影响离心式剥壳机效果的因素是物料水分、撞击速度、物料撞击点、挡板角度等。根 据试验【2】，转盘外圆的适宜圆周速度为：葵花籽 3038m/s，取 30m/s。 由速度与半径和角速度的关系 Rw 取 R = 300mm 则 = 100rad/s R w 3- 10310 30 由=2n 得出 =15.4r/s=955r/min 2 w n 14 . 3 2 97 9 注：-圆周速度（m/s） R-转盘半径（mm） w-转盘角速度（rad/s） 3.2 剥壳机所消耗的功率的计算 葵花籽剥壳机所消耗的总功率，参考【1】可用下式进行粗略估算 (W) Mn P 式中： M为转盘转矩(Nm)， 为传动效率。 fGRM R为摩擦臂矩，R=0.4D（D 为转盘直径） 剥壳机每小时处理 200kg 葵花籽，每分钟处理 3.333kg 葵花籽，则葵花籽剥壳机所消 耗的总功率 P： (W)44.12110 68 . 0 9556 . 04 . 08 . 9333 . 3 1 . 1)4 . 0( nDfmgfGRnMn P =12.11 (KW) 3.33.3 电动机的选用 3.1.13.1.1 几种常见电动机的特点几种常见电动机的特点 1 1）Y Y 系列三相异步电动机系列三相异步电动机 Y 系列是我国统一设计的一般用途全封闭自扇笼型三相异步电动机，防护等级为 IP44。Y 系列电动机具有效率高、启动转矩大、噪声低，振动小，可靠性高等特点，适用 于不含易燃，易爆或腐蚀性气体的一般场所和无特殊要求的机械，如：金属切削机床、泵， 风机、运输机械、农业机械、食品机械等。它的额定电压 380V，频率 50Hz。 2）YCJYCJ 系列齿轮减速三相异步电动机系列齿轮减速三相异步电动机 YCJ 系列齿轮减速电动机由 Y 系列（IP44）电动机与齿轮减速器耦合而成，齿轮箱与 电动机已成为一整体，可直接输出低转速大转矩。适用于矿山、冶金、建材、化工、食品、 造纸，农机等行业。它的额定电压 380V，频率 50Hz。 3 3）YZRYZR，YZYZ 系列冶金及起重用三相异步电动机系列冶金及起重用三相异步电动机 YZR,YZ 系列电动机具有较大的过载能力和较高的机械强度，适用于短时或断续运转， 频繁启动、制动，有过载及有显著振动与冲击的设备。专用于起重和冶金机械或类似的其 10 他设备。YZR 系列为绕线型转子电动机；YZ 系列为笼型转子电动机。它的额定电压 380V， 频率 50Hz。 2.3.22.3.2 电动机的选型电动机的选型 根据上述对几种常用电动机的分析，综合考虑到葵花籽剥壳机属于无特殊要求，配用 效率高、启动转矩大、噪声低，振动小的 Y 系列三相异步电动机就可以了。同一功率的异 步电动机有同步转速 3000、1500、1000、750 r/min 等几种可供选择，本设计选用 3000r/min 的电动机，满载转速为 2930r/min，安装结构形式采用 V1 安装。 已知葵花籽剥壳机工作所需要功率 P=12.11kw 后，由于考虑到电动机功率应当比计算 的值大一些，查阅标准表 22-4【3】，选取 Y160M2-2 型电动机（结构如图 6） ，为了使总的传 动比尽量的大，使结构紧凑， 。而且此电动机的转速高，价格低。这种电动机的数据如表 1: 表表 1 1 电动机主要性能参数电动机主要性能参数 型号额定功率 kW 起动转矩 额定转矩 起动电流 额定电流 最大转矩 额定转矩 满载转速 r/min Y160M2-2152.27.02.32930 表表 2 2 电动机外形和安装尺寸电动机外形和安装尺寸 中心高 H(mm) 外形尺寸 L(AC/2+AD) HC 悬挂安装尺寸 AB 安装螺栓孔直径 K 轴伸尺寸 DE 装键部位尺寸 FDG 90 310(175/2+155 )170 216140103880103833 图 6 电动机尺寸 4 传动方案的设计与选用 4.1 传动方案的选择 方案一：电动机皮带轮转盘。 11 方案二：电动机链传动转盘。 方案三：电动机齿轮传动转盘。 一方案采用的是带传动实现减速的目的，带传动的传动比 2i5，带传动便于将电 动机和转盘的基础分离，减轻振动的干扰，传动平稳，结构简单，成本低，安装维护方便， 带损坏后容易更换。过载时，带在带轮上打滑，可防止其他零件的损坏，起到安全保护的 作用。带传动对环境的要求比较低。一般情况下，在带传动中只要不接触润滑油，都不会 影响到其寿命。 二方案采用的是链传动实现减速的目的，与带传动相比，链传动无弹性滑动和打滑现 象，因而能保持准确的传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带那样张得很紧，所以 轴上的径向压力较小；链条采用金属材料制成，在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸 较小，结构较为紧凑；但链传动只能实现平行轴间链轮的同向传动；运转时不能保持恒定 的瞬时传动比；磨损后易发生跳齿，工作时有噪声，不宜用于载荷变化很大，高速和急速 反向的场合。 三方案采用的是齿轮传动实现减速的目的，它的效率高，结构紧凑，工作可靠，寿命 强，传动比稳定。齿轮减速传动器能够实现单位时间内的精确的传动比，作为独立的传动 装置，能达到 3000kw。但它的安装精度高，结构紧凑，制造成本大。齿轮传动对环境的要 求比较高，当啮合齿轮在啮合的过程中，有粒状物夹杂其中，会加快齿轮的磨损，进而导 致齿轮寿命的减短。 剥壳机转速 n=955r/min，所选电动机的满载转速为 2840r/min，因此剥壳机的总传动 比为 i=2930/955=3.07，以上这三种传动方案都能满足葵花籽剥壳机的功能要求，但结构、 性能、经济性和工作环境不同。根据设计数据，剥壳机的处理能力 200 千克/小时且要求连 续处理，求出总传动比为 3.07，综合考虑选择方案一较合适。 图 7 带传动示意图 4.2 V 带设计选用 带传动是由固联与主动轴上的带轮 1（主动轮） 、固联与从动轴上的带轮 3（从动轮） 和紧套在两轮上的传动带 2 组成的（如图 7） 。当原动机驱动主动轮运转时候，由于带和带 12 轮间的摩擦，便拖动从动轮一起转动，并传递一定的动力。带传动具有结构简单、传动平 稳、造价低廉以及缓冲振动等特点。 V 带有普通 V 带、窄 V 带、联组 V 带、齿形 V 带、大契角 V 带、宽 V 带等多种类型， 其中普通 V 带应用最广泛。窄 V 带适用于传递功率较大同时又要求外形尺寸较小的场合， 近年来也得到广泛的应用。 标准普通 V 带都制成无接头的环形。其结构由顶胶、抗拉体、底胶和包布等部分组成。 抗拉体的结构分为帘布芯 V 带和绳芯 V 带两种。帘布芯 V 带，制造较方便。绳芯 V 带柔韧 性较好，抗弯强度高，适用于转速较高，载荷不大和带轮较小的场合。 普通 V 带的截型分为 Y、Z、A、B、C、D、E 七种，窄 V 带的截型分为 SPZ、SPA、SPB、SPC。 4.2.14.2.1 V V 带的设计计算带的设计计算 1）确定计算功率 Pd=KAP 参考【4】表 2.6-5，按每天工作120 6）确定带的根数：Z 单根 V 带的基本额定功率 P1 由 D1=80 mm 和 n1=2840 r/min,普通 V 带，参考【4】表 2.6-6 和 2.6-7，得 14 P1=0.26 kw , kw04 . 0 P 参考【4】表 2.6-9，1=163时，包角修正系数 Ka=0.96 参考【4】图 2.6-4,Ld=1600 mm，Z 带，带长修正系数 KL=1.16 (根)458. 3 16 . 1 96 . 0 )04 . 0 26 . 0 ( 65 . 1 )( 1 L d KKpp P Z 7）确定单根 V 带的预紧力 F0 参考【6】表 8-3，Z 型带，m=0.06 9 . 01 5 . 2 500 2 0 mV ZV P K F d a 9 . 089.1106 . 0 89.114 65 . 1 1 96 . 0 5 . 2 500 2 =32.69 （m 是 V 带单位长度的质量） 8) 计算作用在轴上的力 FQ(或压轴力) N 6 . 258 2 163 sin469.322 2 sin2 1 0 ZFFQ N 9 . 387 2 sin3 1 0 max ZFFQ 9) V 带的安装要求 （1）普通 V 带和窄 V 带不得混用； （2）各带轮轴线应相互平行，各带轮相对应的 V 形槽对称平面应重合，误差不超过 20 （3）带嵌入轮槽前，应先调小中心距，不得强行撬入； （4）中心距调定应使带的张紧适度，应控制好初张紧力。 10）V 带传动的安装及张紧 V 带的张紧方法有定期张紧和自动张紧两种方法。所设计的传动 V 带用于电动机和工 作机之间的传动，结合葵花籽剥壳机的具体工作情况（如传递的功率比较小） ，采用张紧轮 的定期张紧的方法，可以临时调试 v 带的张紧程度。 4.3 V 带轮的设计选用 对于 V 带轮的设计应满足的要求有：质量小，结构工艺性好；无过大的铸造内应力； 质量分布均匀，转速高时要经过动平衡；轮槽工作面要精细加工，以减少带的磨损；各槽 的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。 带轮的材料主要采用铸铁，常用的材料牌号为 HT150 或 HT200；转速较高的宜采用铸 15 钢；小功率的可采用铸铝或塑料。对于本剥壳机我们选用 V 带轮的材料为：铸铁 HT150。 铸铁制 V 带轮的典型结构有以下几种形式：实心式，腹板式，孔板式，椭圆轮辐式。 对于 V 带轮的结构尺寸，当带轮的基准直径 dd2.5d（d 为轴的直径）时可采用实心 式；dd300mm 时，可采用腹板式；dd300mm 时，可采用轮辐式； 所以：对于小带轮其 dd=80mm ； 采用腹板式。 对于大带轮其 dd=240mm ； 采用腹板式。 带轮的结构设计，主要是根据带轮的基准直径选择结构形式；根据带的截面类型确定 轮槽的尺寸；确定了带轮的各部分尺寸后，即可以绘制出零件图，并按照工艺要求标注出 相应的技术条件。 大小带轮示意图如图 9、10 所示： 图 9 小带轮结构图 16 图 10 大带轮结构图 4.4 V 带传动的键的选择 在本设计当中，选择圆头普通平键联接。因为圆头普通平键宜放在轴在上指状铣刀铣 出的键槽内，从而使键在键槽内固定良好。这种键用途广泛。缺点是键的端部侧面与轮毂 并不接触，不能参与传递转矩，而且轴上键槽端部的应力集中较大。本设计中加工的键槽 用端铣刀加工的，故可选用 A 型键槽。 由上述可知电动机的输出轴的伸出长度为：E=50mm；轴径为 D=24mm；选用平键来进行 V 带传动的径向定位。 (参考【6】表 5-4 得：小带轮上的为： 键 87 GB10962003；表示为：圆头普通平 键（A 型） ；b=8mm，h=7mm；l=40mm； 大带轮上的为：键 87 GB10962003；表示为：圆头普通平键（A 型） ； b=8mm，h=7mm；l=40mm。 ） 5 轴的设计 轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗轮等） ，都 必须安装在轴上才能运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支撑回转零件及传递动力和 运动。 按照承载荷受的不同，轴可以分为转轴、心轴、和传动轴三大类。工作中既承受弯矩 有承受扭矩的轴承称为转轴。这类轴在各种机器中最为常见。只承受弯矩而不承受扭矩的 称为心轴，心轴又分为转动心轴和固定心轴。只承受扭矩而不承受弯矩的轴称为传动轴。 经过分析此次设计的轴是转轴。 轴还可以按照轴线形状的不同，分为曲轴和直轴两大类。曲轴通过连杆可以将旋转的 运动改变为往复直线运动，或者做相反的运动变化。直轴根据外形的不同，可分为光轴和 阶梯轴两种。直轴一般都制成实心的。在那些由于机器结构的要求而需要在轴中装设其它 零件或者减小轴的质量具有特别重大作用的场合，则将轴制成空心的。空心轴内径与外径 的比值通常为 0.50.6，以保证轴的刚度及扭转稳定性。 5.1 轴的材料选用 轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆 钢。 由于碳钢比合金钢廉价，对应集中的敏感性较底，同时也可以用热处理或化学热处理 的办法提高其耐磨性和抗疲劳强度，故采用碳钢制造轴尤为广泛，其中最为常见的是 45 钢。 合金钢比碳钢具有更高的力学性能和更好的淬火性能。因此，在传动较大动力并要求减小 尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下的轴，常采用合金钢。 必须指出：在一般工作温度下（低于 200） ，各种碳钢和合金钢的弹性模量均相差不 17 多，因此在选择钢的种类和决定钢的热处理方法时，所根据的是强度和耐磨性，而不是轴 的弯曲和扭转刚度。但也应当注意，在既定条件下，有时也可选择强度较低的钢材，而用 适当增大轴的截面面积的办法来提高轴的刚度。 各种热处理（如高频淬火、渗碳、氮化、氰化等）以及表面强化处理（如喷丸、滚压 等） ，对提高轴的抗疲劳强度都有着显著的效果。 轴的常用材料及主要力学性能见表 3。 表 3 轴的材料及主要力学性能 抗拉疲劳 强度 B 屈服 疲劳 强度 S 弯曲 疲劳 强度 1 剪切 疲劳 强度 1 许用 弯曲 强度 1 备注 材料 牌号 热处理 毛 坯 直 径 /mm 硬度/HBS MPa Q235-A 热轧或锻 后空冷 100 100-250 400-420 375-390 225 215 17010540 用于受载 荷不大的 轴 100170-217590295255140 正火 回火100-300 162-217570285245135 55 调质 200217-25564035527515560 45 100-300 685490355185 应用最广 泛 20Cr 渗碳 淬火 回火 60 渗碳 56-62 HRC 64039030516060 用于要求 强度及韧 性均较高 的轴 100270-300900735430260 40CrNi 调质 100-300 240-270785570370210 75 用于很重 要的轴 38CrMoAlA 调质 60293-32193078544028075 60-100 277-302835685410270 100-160 241-277785590375220 用于要求 高耐磨， 高强度且 热处理 （氮化） 变形很小 的轴 QT600-3190-270600370215185 QT800-2245-335800480290250 用于制复 杂外形的 18 轴 5.2 轴的结构的设计 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素： 轴在机器中的安装位置及形式；轴上安装的零件的类型、尺寸、数量以及和轴连接的方法； 载荷的性质、大小、方向及分布情况；轴的加工工艺等。由于影响轴的结构因素较多，且 其结构形式又要随着具体情况的不同而异，所以轴没有标准的结构形式。轴的结构应便于 轴上零件的定位、固定和装拆，尽量减小应力集中，受力合理，有良好的工艺性。对于要 求刚度大的轴，还应从结构上考虑减小轴的变形。总之，设计的时候必须对不同情况进行 具体的分析。但是，不论何种具体条件，轴的结构都应该满足： 1）轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置； 2）轴上的零件应便于装拆和调整； 3）轴应该具有良好的制造工艺性等； 4）载荷的性质、大小、方向及分布情况。 因此，可以先根据轴系的不同要求，将轴的各部分分开考虑，然后再根据相互关系， 和加工、安装、拆卸、维修等的要求综合考虑，并相应地调整各部分的结构和尺寸链。 53 轴的设计计算 5.3.15.3.1 最小直径计算最小直径计算 初步计算轴径常用类比法、经验法及按许用切应力估算法，初步估算的轴径作为轴结 构设计的基础。 带轮一般放在轴的端部，可以先求出轴的最小直径： 轴的基本直径尺寸公式如下： （此次葵花籽剥壳机的轴一般选用 3 3 2 . 0 9550000 n P d T 45 钢就能满足要求，45 钢的可以查表 4。 T 表 4 轴常用几种材料的及 A0值 轴的材料 Q235-A Q275、35 （1Cr18Ni9Ti） 45 40Cr、35SiMn 38SiMo、3Cr13 /MPa T 1525203525453555 A014912613511212610311297 mm n P Ad02.13 995 5 . 1 120 33 0 19 对于 d100mm 的轴，有一个键槽时候，轴径要增大 5%7%，有两个键槽时候应该增大 10%15%。因为轴上有一处键槽，所以 mm93.1307 . 1 02.13d 又由于剥壳机的主轴承受的是冲击动载荷，故在设计时，轴的最小处直径应比理论计 算的要大一些，然后，再综合考虑，暂时选取轴的材料为 45 号钢，调质处理，dmin=20mm。 5.3.25.3.2 绘制轴的结构简图绘制轴的结构简图 图 11 轴的结构简图 5.3.35.3.3 确定各轴段尺寸确定各轴段尺寸 1）确定各轴段直径 1 段：d1=24mm, 根据计算的最小直径即带轮的轴径； 2 段：d2=34mm, 1 段右端需制出一轴肩并和要考虑轴承端盖的孔径； 3 段：d3=40mm, 根据圆锥滚子轴承的内径； 4 段：d4=47mm, 取决于圆锥滚子轴承轴向固定轴颈直径； 5 段：d5=40mm, 取决于圆锥滚子轴承内径的大小； 6 段：d6=34mm，考虑轴承端盖的孔径； 7 段：d7=32mm, 取决于机筒轴的直径； 8 段：d8=28mm，考虑扇形转盘的轴向定位； 9 段：d9=24mm, 取决于圆螺母的直径的大小。 2）确定轴上各轴段长 1 段：l1=90mm，取决于大带轮的宽度； 2 段：l2=45mm，根据轴承端盖宽度 20mm，和为了轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润 滑剂的要求取端盖的左端面与大带轮的右面间的距离 l=25mm； 3 段：l3=19.75mm，轴承的厚度 19.75mm 右端用套筒轴向固定； 4 段：l4=110mm，它取决于剥壳机的总高度和转盘的位置； 5 段：l5=19.75mm，根据轴承宽度； 6 段：l6=30mm，根据轴承端盖宽度，轴承的厚度的估算及润滑要求； 7 段：l7=110mm，取决于支撑板的高度； 20 8 段：l7=73.5mm，考虑机体的高度以及分选筛的安装 9 段：l8=20mm，取决于转盘的厚度的大小。 5.3.45.3.4 轴的强度校核轴的强度校核 查资料选择轴的材料为：45 号钢、正火，硬度 170217HB，抗拉强度=590Mpa， b =295Mpa。 s 下面根据材料力学的公式 验算轴的强度是否符合要求。 对于轴 ， Mpa d n P W T t 4 . 182 10242 . 0 2840 5 . 1 9550000 2 . 0 9550000 3 3 3 max 对于可查表求得=370Mpa，故此轴满足要求。由扭矩 T 形成的扭转剪应力为 =T/WT 。 6 轴承的选择 6.1 轴承类型的选择 由于滚动轴承的静摩擦系数仅为滑动轴承的百分之一，并且使用维护方便，支承结构 简单，因而滚动轴承使用极其广泛，并在许多领域逐步取代了滑动轴承。在此选用滚动轴 承。 选择滚动轴承的类型与多种因素有关，通常根据下列几个主要因素，并可参考各个滚 动轴承的类型和特性综合考虑。 负荷大小和方向，例如既有径向又有轴向的联合负载一般选用角接触球轴承或圆锥滚 子轴承，如径向负荷大，轴向负荷小，可选用深沟球轴承和内外圈都有挡边的圆柱滚子轴 承，如同时还存在轴或壳体变形大以及安装对中性差的情况，可选用调心球轴承、调心滚 子轴承；如轴向负荷大，径向负荷小，可选用推力角接触球轴承、推力圆锥滚子轴承，若 同时要求调心性能，可选推力调心滚子轴承。 轴承的刚性，一般滚子轴承的刚性大于球轴承，提高轴承的刚性，可通过“预紧” ，但 必须适当。轴向游动，轴承配置通常是一端固定，一端游动，以适应轴的热胀冷缩，保证 轴承游动方式，一是可选用内或外圈无挡边的轴承，另一种是在内圈与轴或者外圈与轴承 孔之间采用间隙配合。摩擦力矩，需要低摩擦力矩的机械， （如仪器）应尽量采用球轴承， 还应避免采用接触式密封轴承。安装与拆卸，装卸频繁时，可选用分离型轴承，或选用内 圈为圆锥孔的、带紧定套或退卸套的调心滚子轴承、调心球轴承。 由于整个旋转轴承受较大的轴向力和转速较低的特点，综合各种滚动轴承的性能和特 点，根据实际需要，轴径向、轴向载荷均较大，决定选择圆锥滚子轴承。计算采用的实心 21 轴的尺寸为 28mm，轴承支承端轴的尺寸为 20mm。我们可参考【3】的表 6-7 圆锥滚子轴承尺 寸与性能参数表中选择；选用 GB/T297-1994 圆锥滚子轴承 30208 型。 6.2 轴承端盖和套筒的设计 6.2.16.2.1 轴承端盖轴承端盖 轴承端盖在这里主要起到的作用是对滚动轴承的轴向定位以及对其进行密封。这主要 是防止滚动轴承在润滑时润滑油的泄漏而会污染到混合物料。结合到驱动转轴的尺寸和圆 锥滚子轴承的外径的具体尺寸，对轴承盖的尺寸进行如下设计。 (1)轴承盖材料的确定 轴承盖的材料选为 HT200。 图 12 轴承端盖 6.2.26.2.2 套筒的设计套筒的设计 由于轴承的外圈的配合精度要求较高，如果直接与机架进行配合，则要求的精度较高 在机架上不便加工，故采用套筒比较合适。尺寸见图 10。 22 图 13 套筒 6.3 轴承的安装形式 23 图 14 轴承的安装形式 1.套筒 2.圆锥滚子轴承 3. 螺栓 4.轴承压盖 5.轴 6.4 滚动轴承的润滑及配合 6.4.16.4.1 润滑剂的种类润滑剂的种类 1）润滑油 润滑油原则上可以在任何条件下都可以用，尤其在有良好的散热能力时。但由于它的 密封要求较高，轴承部件的结构较为复杂，一般只在润滑脂不能胜任的情况下使用。 2）润滑脂 一般情况下，在轴承的转速不高的条件下选用。对环境的要求不是很高，在选择时， 应使轴承的实际工作温度低于润滑脂滴点 1020 度。 3）固体润滑剂 常用的为石墨，多掺在润滑脂中，但他们不宜用于高速和高精度轴承。 6.4.26.4.2 润滑剂的选择考虑因素润滑剂的选择考虑因素 1）轴承的工作温度 滚动轴承在运转中，由于摩擦发热使轴承的温度升高。当摩擦发热量和散热量平衡时， 轴承中可以达到稳定运转温度，此温度是选择润滑剂的决定因素。 2）轴承负荷 如果润滑适当，则可在接触面形成油膜，以减小摩擦和磨损。轴承负荷对形成油膜的 24 影响很大，轴承的负荷越大，越