离心式切碎机设计设计说明书-学位论文

PAGE1PAGE0目录TOC\o"1-3"\h\u223031、前言 1246831.1国内、外研究情况 1243201.2现状分析 1296431.3今后的发展方向 392111.3.1小型畜牧机械设备 3100221.3.2规模化及高技术化 310551.3.3发展行走式联合加机械 353022、本设计的主要内容 370672.1、离心式切碎机总体设计 339352.1.1离心式切碎机的构造及工作原理 3172592.1.2生产能的计算 4161722.1.3切碎机的主轴转速的理论计算 4292882.1.4切碎机所消耗的功率的计算 5232092.2传动方案的设计选用 5316732.2.1电动机的选用 5112622.2.2传动方案的设计与选用 7158722.2.3V带的设计选用 7184272.2.4V带的设计计算 8124692.2.5V带轮的设计选用 11200892.2.6V带传动的键的选择 12270172.3轴的设计 1317152.3.1轴的材料选用 13168512.3.2轴的结构的设计 13326522.3.3轴的设计计算 1417478绘制轴的结构简图 143464确定各轴段尺寸 14256452.4轴承的选择 15241672.4.1类型选择 15221862.4.2轴承端盖的设计 15216892.4.3套筒的设计 1648562.4.4轴承的安装形式 16102782.4.5轴承的密封 16197893、各部件的设计说明 17293003.1机筒部分的设计说明 17156413.2圆盘的设计 1718073.3.1刀具的选用 18253203.3.3切碎原理 19153264、控制线路的设计说明 21241734.1控制电路图的设计 21219194.2电路图解读 22240245、总结 2272766、致谢 2314564参考文献： 23273英文摘要和关键词 24离心式切碎机设计摘要：本课题设计的主要内容是离心式切碎机中的切碎机的设计。在给定参数的前提下，主要完成了切碎机筒设计，圆盘的设计，电动机的选择以及传动方案的选择等内容。对相关轴承，轴承座的选用情况也做了详细的介绍。最后，对电动机的控制以及切碎的维修保养等也作了一定程度上的介绍。使本方案有了初步的设计应用价值。关键词：切碎机,电动机,控制电路。1、前言随着我国水果、蔬菜累的发展，切碎、切片要求也越来越高，水果蔬菜累产品越来越多。不管它们最后做出什么产品，开始都要切碎或切片，所以在制造水果、蔬菜产品过程中，切碎机是必不可少的。1.1国内、外研究情况A．使用性能圆锥式\o"破碎机"破碎机的性能主要体现在允许进料粒度、处理能力和排料粒度等3个方面。目前，国内市场上的弹簧圆锥式\o"破碎机"破碎机产品与国际上先进水平相比，性能上的差异主要有进料小、排料大、处理能力低和机器重等几个方面，这主要是设计理念落后造成的。

20世纪50年代，原苏联的西蒙斯式圆锥式\o"破碎机"破碎机技术进入我国，80年代我国又直接引进国钱60年代技术水平的西蒙斯弹簧圆锥机，至今虽经过不少改进，但主体结构基本上没有大的变化。因此，在腔形设计、动力学与运动学的设计等方面，运落后于国际先进水平。B．技术差距设计上的落后主要表现在机构实现层压破碎原理（或称料层破碎）的程度上。20世纪50年代实验室试验证明，物料的单颗粒粉碎与多颗粒（形成料层）粉碎。其功耗和粉碎后的机械理尽可能实现层压破碎，因而可以摆脱完全依靠排矿口来控制出料粒级的情况，从而实现较大的进料粒度、较小的排料粒度和较大的处理能力。因此，设计的先进性在于尽可能为层压破碎创造条件，采用腔形设计和加大破碎力就是有效的措施。以主轴摆动速度和偏心距为例，不同发展阶段的3种圆锥式\o"破碎机"破碎机性能也不同。目前，国内弹簧圆锥式\o"破碎机"破碎机均采用滑动轴承，而国际上至少已有4家主要的\o"破碎机"破碎机制造商（美国的JCI、锡达、Telsncith和英国的Pegson公司等）早在很多年之前就采用滚动轴承取代滑动轴承。滚动轴承允许比滑动轴承更高的运动速度，在同一工况条件下其处理能力超过国产设备30%以上。1.2现状分析目前，常用的秸秆加工机械主要有铡草机、粉碎机、揉切机和压捆机等。铡草机也称切碎机，具有结构简单、功耗低和生产率较高等特点，是重要的饲草料加工机械，主要用于切碎粗饲料(如谷草、稻草、麦秸、苜蓿和玉米秸)。内蒙古农业大学机械厂研制开发的9ZC-160型青秆饲草铡草机，在喂料阶段由喂人辊将物料压扁后切碎。该机为小型饲草加工机械，适用于铡切各种青秆饲草(如玉米秸秆、苜蓿)，配套动力为7．5千瓦，也可由小四轮拖拉机液压悬挂作业，便于流动作业。在同样动力情况下，生产效率为其他机型的2-3倍，青饲草铡切量为5—8吨川、时。此外，还有各类型号的揉草机，可分为小型、中型和大型。小型铡草机结构紧凑，全部采用钢球轴承运转和齿轮传动，加装吃草装置和磨刀砂轮，生产效率高，安全可靠，配置1-2．2千瓦电动机，220伏和380伏电压都可使用，用于铡切干草、秸秆或青饲料，以滚筒式居多。中型铡草机可以切碎秸秆和青饲料，故又称为秸秆青贮饲料切碎机。大型铡草机常用于规模较大的牛、羊饲养场，主要用于切碎青贮饲料，故又称为青贮饲料切碎机，多为圆盘式。大中型铡草机为了便于移动和作业，常装有行走轮，而小型铡草机多为固定式。铡草机加工秸秆(尤其是玉米秸秆)的切口不齐，易产生粗硬的秸秆段，故牲畜不喜采食。秸秆粉碎机是当前品种较多的秸秆加工机械，其加工方式主要是粉碎和揉搓。粉碎机械加工出的秸秆饲料因粒度细小而不利于反刍家畜的消化。因此主要作为秸秆饲料制粒和压块等工序的前期加工设备。另外，秸秆粉碎机动力消耗也较大。针对铡草机和粉碎机的诸多缺点，近年来一些厂家研制开发了多种揉碎机，它们集中了切碎机和粉碎机的优点。如内蒙古农业大学机械加工厂生产的卧式9R-40型揉碎机，既可以与拖拉机悬挂移动，也可采用一般运输方式，提高了机动性能。工作时，锤片式转子在动力机的带动下高速旋转，物料由人工喂人，进入揉碎室后在锤片变高度斜齿板及抛送叶轮的综合作用下受到打击，揉碎而成为丝条状的饲料由抛送叶轮抛送到机外切碎机能把秸秆切成碎段，粉碎机加工艺品的产品呈颗粒状或粉末状，而揉碎机可将秸秆(如玉米、高粱、小麦、牧草和藤蔓)揉碎成丝状段。其独特之处在于：①破坏了秸秆表面硬质茎节，不损失其营养成分，把牲畜不能直接食用的秸秆加工成丝状和适口性好的饲料。②有利于秸秆的干燥、打捆、储存和运输，提高了饲料利用率，扩大了饲料来源。③提高了牲畜的采食率、吃净率和消化率，克服了整秆饲喂利用率低、浪费大和污染严重等缺点。因此，揉碎机在秸秆开发利用中发挥着重要的作用，它实现了牧区和农区之间的资源互补。揉碎机不仅要具有良好的加工性能，而且还要有合理紧凑的结构、较好的动力配套性和机动灵活性。秸秆打捆机采用压缩的加工方式，将松散与密度低的秸秆压缩成高密度草捆，解决了贮存和运输的问题。我国至今已开发研制了包括圆捆机和方捆机在内的多种秸秆、饲草打捆机和田间捡拾打捆联合作业机械。20世纪80年代后期开始，北方地区开发研制了秸秆饲草揉碎机。这种机械是在锤片式饲料粉碎机基础上发展起来的，用齿板代替筛片，在高速旋转的锤片和齿板作用下，可将秸秆揉搓成细丝。1989年，黑龙江省畜牧机械化研究所研制的9RC-40型粗饲料揉碎机通过了省级鉴定。上世纪90年代初期和中期，辽宁省农机研究所研制的9RF-40型揉搓粉碎机以及吉林省农机研究所研制的9RF-40型揉碎机均通过鉴定。河北南农县大地农机制造有限公司生产的玉皇牌多功能秸秆揉碎机，具有生产能力高、能耗低、价位低、使用寿命长的特点，可把各类秸秆揉成绵软的丝条状饲料，在国内处于领先地位。北京嘉亮林海农牧机械有限责任公司生产的9RC-401型饲料揉碎机，适用于中小型牧场和饲养专业户。扛西省红星机械厂的93FC-50型揉碎机、山西省大同农牧机械厂的9RS-40型揉碎机等也问世。2002年，山东省淄博三明环保农业有限公司推出的新一代秸秆加工设备，即YJR—3A型玉米秸秆挤丝揉碎机，适用于含水率70％以下的玉米等秸秆的粗加工，压扁、纵切、挤丝和揉碎等复杂工序一次性完成。近两年来，国产的割草机、搂草机、捡拾打捆机、青饲收获机、铡草机、揉碎机以及牧草收贮加工设备和牧草干燥、草粉、草颗粒、草块(饼)与叶蛋白提取等饲料加工设备的销量大幅增加。畜牧业、养殖业和种植业的发展同畜牧、饲料加工机械行业的发展密切相关，也为该行业提供了巨大商机。1.3今后的发展方向1.3.1小型畜牧机械设备农村小规模、家庭化养殖和小型生态农业的发展需要配备完善的相关设备，特别是适应家庭化和小规模操作的、功能较全面而价格又相对便宜的小型畜牧设备是广大农民迫切需要的。1.3.2规模化及高技术化设备的制造应满足大型饲料企业向集团化、规模化发展的需要。一是发展热处理加工技术(如以膨化膨胀为代表的熟化加工技术正逐步形成一种新的发展潮流)；二是发展液体喷涂加工技术进一步提高饲料的品质，解决热敏营养物(如维生素、氨基酸、酶和微生物等)的添加，保证饲料配方不失真，使饲料生产符合安全与卫生的更高要求；三是提高单机自动化及成套设备自动控制水平。1.3.3发展行走式联合加机械饲草(秸秆)加工机械、饲喂机械、环境控制机械、厩肥清理和运输机械、撒肥机械、有机肥制备机械、草地改良机械及牧草收贮机械等仍有相当需求空间。尽管现在这些单功能的饲草加工机械还有市场，但集秸秆收获、挤丝揉搓、菌液喷洒、饲草和菌液混合、打捆于一体的行走式联合加工机械，因生产效率高、加工成本低、经济效益显著，将会成为今后市场购买的热点。行走式秸秆联合加工机械的配套动力应以大中型拖拉机为主，加工青秸秆每小时20吨(约6．67公顷2、本设计的主要内容原始参数①物料容重0.8吨/米3；②连续切片；③处理能力200kg/h；④切片厚度5～10mm。2.1、离心式切碎机总体设计2.1.1离心式切碎机的构造及工作原理离心式切碎机是一种小型间歇式切碎机械。切碎机由工作圆筒，旋转圆盘，加料斗，卸料口及传动装置等部分组成。该机械适用于将各种瓜果，蔬菜，块根类蔬菜与叶菜切成片状，切碎机主要由圆锥机型、图1切碎机外壳图2切碎机原理回转叶轮和安装在机壳及四周内壁的定刀片等组成，图1是该机的外形图。其工作过程如图2所示。原料经圆锥形喂料斗进入离心式切碎机内叶轮以262r/min的转速带动原料回转。原料产生的离心力可以达到其自身重量的七倍，此离心力使原料压紧在切碎机内壁表面上，并受到叶轮上叶片的驱赶，使原料沿着内壁移动。内壁表面上的定刀片就将其切成厚度均匀的薄片，切下的片料沿着圆锥形机壳的内壁下落，最后落到卸料槽中。调节定刀刃和相对应的机壳内壁之间的间隙，即可获得所需要的切片厚度原料的直径要小于100mm。切片厚度一般在5-10mm，跟换不同形状的刀片，即可切出平片、波纹片、V形丝和椭圆形丝。2.1.2生产能的计算生产能力………（1）式中，τ1—装料时间（秒），设计中取30秒τ2—切碎时间（秒），设计中取240秒τ3—卸料时间（秒），设计中取90秒D—圆筒内径（米），设计中取0.4米H—圆筒有效高度（米），设计中取0.4米ρ—物料的容积密度（接近容重，取0.8吨/米3）ψ—圆筒内物料充填系数（一般取0.50～0.65），设计中选0.52则带入数据得G=3600/(30+240+90)×(π×0.42×0.4)/4×0.52×800=209千克/小时）>200（千克/小时）2.1.3切碎机的主轴转速的理论计算物体围绕中心轴旋转时会受到离心力F的作用。当物体的质量为M、体积为V、密度为D、旋转半径为r、角速度为ω（弧度数/秒）时，可得：

F=Mω2r或者F=V.D.ω2r因为原料产生的离心力要达到其自身重量的七倍，此离心力使原料压紧在切碎机内壁表面上，所以由上式可得：转盘的转速为7Mg=Mω2r2.1.4切碎机所消耗的功率的计算离心式机所消耗的总功率，可用下式进行粗略估算P=Mn/η(W)………（2）式中M为转盘转矩(N·m),η为传动效率;M=fGRR为转盘直径假设物料为块状物体，物料密度ρ=1.0～1.2g/cm3，设计中取ρ=1.1g/cm3则单个物料的体积V1(cm3)单个物料的质量m1（g）=0.2498(kg)一个圆筒内放入物料的个数为N(个)则切碎机所消耗的总功率P：(W)=6.302(KW)2.2传动方案的设计选用2.2.1电动机的选用几种常见电动机的特点(1)Y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。(2)YCJ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。YZR,YZ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。电动机的选型根据上述对几种常用电动机的分析，综合考虑到离心式切碎机属于无特殊要求，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、750r/min等几种可供选择，通常选用同步转速为1500r/min或1000r/min的电动机。本设计选用1000r/min的电动机，满载转速为970r/min。已知离心式切碎机工作所需要功率P=6.3025kw后，查阅《简明机械设计手册》，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7-2-2，选取Y160M-6型电动机,因为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下:表1电动机主要性能参数型号额定功率kW满载时起动转矩额定转矩起动电流额定电流最大转矩额定转矩转速r/min电流A效率%功率因数Y160M-67.597017860.782.06.52.0表2电动机外形和安装尺寸中心高H(mm)外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD悬挂安装尺寸A×B安装螺栓孔直径K轴伸尺寸D×E装键部位尺寸F×D×G160605×(330/2+265)×385254×2101542×11212×42×37图3电动机尺寸2.2.2传动方案的设计与选用传动方案的选择:切碎机转速n=268r/min,所选电动机的转速为1000r/min满载转速为970r/min,因此切碎机的总传动比为i=970/268=3.62，可以有三种方案可以选择：a方案：电动机——三角皮带轮——圆盘。b方案：电动机——链传动——圆盘c方案：电动机——齿轮传动——圆盘a方案采用的是带传动实现减速的目的，带传动的传动比为3～5左右，带传动便于将电动机和圆盘的基础分离，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。b方案采用的是链传动实现减速的目的，与带传动相比无弹性滑动和打滑现象，传动效率高，整体尺寸小，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。c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。以上这三种传动方案都能满足圆盘给料机的功能要求，但结构、性能、经济性和工作环境不同。根据设计数据，擦皮机的容重0.8吨/米3，处理能力200公斤/小时，求出总传动比为3.63，综合考虑选择方案a较合适，电动机基本结构形式采用B3，安装结构形式采用V5安装。2.2.3V带的设计选用带传动是由固联与主动轴上的带轮1、（主动轴）、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（如下图）。当原动机驱动主动轮运转时候，由于带和带轮间的摩擦，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。图4带传动示意图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，近年来窄V带也得到广泛的应用。标准普通V带都制成无接头的环形。其结构由顶胶、抗拉体、底胶合包布等部分组成。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.2.2.4V带的设计计算1）确定计算功率Pd=KA·P查《简明机械设计手册》表6-1-11，按每天工作<10小时，载荷变动小，取KA=1.1Pd=1.1×7.5=8.25kw2）选带型根据Pd=8.25kw和n=970r/min,查《简明机械设计手册》图6-1-3选B型带。3）确定带的基准直径D1和D2根据B型带截型参考《简明机械设计手册》表6-1-22和表6-1-23，选D1=140mmDmin=125mm验算带速：（m/s）V在5～25m/s范围内，所以D1直径合适计算从动轮的直径：D2=iD1=3.62×140=506.8(mm)查《简明机械设计手册》表6-1-22，V带轮的基准系列圆整为D2=500mm传动比i=D2/D1=500/140=3.57(r/min)带速(m/s)<Vmax与经验数据偏差较小，符合要求，可以采用。4）确定中心距a和带的基准长度初定中心距取值范围初定a0=600(mm)计算基准长度根据Ld0,查《简明机械设计手册》表6-1-19,取和Ld0相近的V带基准长度Ld0=2240(mm)实际轴间距（mm）5)验算包角>6）确定带的根数：Z单根V带的基本额定功率P1由D1=140mm和n1=970r/min,普通V带，查《简明机械设计手册》表6-1-37，得P1=2.13kw,ΔP=0.30kw查《简明机械设计手册》表6-1-33，α1=145°时，Ka=0.91查《简明机械设计手册》表6-1-19,Ld=2240mm,B带，取KL=1.00(根)7）确定单根V带的预紧力F0查《简明机械设计手册》表6-1-34,B型带，m=0.17=235.82N8）计算作用在轴上的力FQ(或压轴力)NN9）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，误差不得超过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带用于电动机和减速器之间的传动，结合倾斜式回转容器式混合的具体工作情况（如传递的功率比较小），采用张紧轴的定期张紧的方法[9]，通过电动机与筒体之间的螺栓连接，可以临时调试v带的张紧程度。如图5所示。图5V带的定期张紧装置2.2.5V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钢；小功率的可采用铸铝或塑料。对于本擦皮机我们选用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。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。大小带轮示意图如下图所示：图6小带轮结构图图7大带轮结构图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：（此次离心式切碎机的轴一般选用45钢就能满足要求，45钢的可以查下表：表5轴常用几种材料的及A0值轴的材料Q235-AQ275、35（1Cr18Ni9Ti）4540Cr、35SiMn38SiMo、3Cr13【τT】/MPa15～2520～3525～4535～55A0149～126135～112126～103112～97对于d≤100mm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%。因为轴上有三处键槽，所以mm又由于切碎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dmin=36mm。所以取d1=50mm。2.2.6V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：L=112mm；轴径为d=42mm；选用平键来进行V带传动的径向定位。(经查表得：小带轮上的为：键12×90GB1096—79；表示为：圆头普通平键（A型）；b=14mm，h=8mm；l=90mm；大带轮上的为：键14×28GB1096—79；表示为：圆头普通平键（A型）；b=14mm，h=9mm；l=70mm；)2.3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。按照承受载荷的不同，轴可以分为转轴、心轴、和转动轴三大类。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0.5—0.6,以保证轴的刚度及扭转稳定性。2.3.1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钢圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。由于钢碳比合金钢廉价，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，故采用制造轴尤为广泛，其中最为常见的是用45钢。2.3.2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。设计时候，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：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置；轴上的零件应便于装拆和调整；轴应该具有良好的制造工艺性等。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。2.3.3轴的设计计算绘制轴的结构简图图8轴的结构简图确定各轴段尺寸1）确定各轴段直径1段：d1=φ50mm,根据计算得最小直径即带轮的轴径；2段：d2=φ55mm,取决于圆锥滚子轴承的大小；3段：d3=φ64mm,取决于圆锥滚子轴承轴向固定轴颈直径；4段：d4=φ55mm,取决于圆锥滚子轴承的大小；5段：d5=φ48mm,取决于圆螺母的直径大小的大小。2）确定轴上各轴段长 1段：l1=50mm,取决于大带轮的宽度；2段：l2=66mm,根据轴承压盖宽度，轴承的厚度和螺栓连接的估算；3段：l3=101mm,它取决于切碎机的总高度和转盘的位置；4段：l4=45.75mm,根据轴承压盖宽度，轴承的厚度的估算；5段：l5=43.5mm,取决于圆螺母、垫片、转盘的厚度的大小。轴的强度校核 查资料选择轴的材料为：45号钢，硬度170～217HB，抗拉强度=590Mpa,=295Mpa.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，对于[Ʈ]可查表求得[Ʈ]=370Mpa,故此轴满足要求。2.4轴承的选择2.4.1类型选择轴承是支承轴颈的部件，有时也用来支承轴上的回转零件。按照承受载荷的方向，轴承可分为径向轴承和推力轴承两类。轴承上的反作用力与轴中心线垂直的称为径向轴承；与中心线方向一致的称为推力轴承。根据工作的摩擦性质，轴承又可分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两类。滑动轴承工作平稳、可靠，噪声较小。滚动轴承与滑动轴承相比，有以下优点：（1）在一般工作条件下，摩擦阻力矩大体和液体动力润滑轴承相当，比混合润滑轴承要小很多倍；（2）径向游隙比较小，向心角接触轴承可用预紧方法消除游隙，运动精度高；（3）对于同尺寸的轴颈，滚动轴承的宽度比滑动轴承小，可使机器的轴向结构紧凑；（4）消耗润滑剂少，便于密封，易于保护；（5）不需要用有色金属；（6）标准化程度高，成批生产，成本低。轴承的设计一般包括：决定轴承的结构型式、选择轴瓦和轴承衬的材料、决定轴承结构参数、选择润滑剂和润滑方法、计算轴承工作能力等。本设计中选用圆柱滚子轴承NF216，它能同时受径向和单向轴向载荷，承载能力大。内、外圈可分离，安装时可调整游隙。本设计中轴承的润滑采用油润滑，结构参数如下：表7型号dmmDmmBmmEwmm基本额定动载荷Cr/kN基本额定静载荷Cor/kN极限转速r/minNF21680140261251021254800轴承寿命计算：（1）轴承当量动载荷其中轴向载荷；径向载荷；X径向载荷系数；Y轴向载荷系数；由表可查得为=1.2，因为设计中选用圆柱滚子球轴承，所以Y=0，X=1，P=。（2）额定寿命计算基本额定载荷；寿命指数，由相关资料查得：球轴承=3；因而满足寿命要求。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，转速较低，决定选择单列圆锥滚子轴承。计算采用的实心轴的尺寸为18mm，轴承支承端轴的尺寸为18mm2.4.2轴承端盖的设计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深沟球轴承的外径的具体尺寸，对轴承盖的尺寸进行如下设计。其示意图见图9所示。图9轴承端盖2.4.3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。尺寸见下图：图10套筒的尺寸图2.4.4轴承的安装形式图11轴承的安装形式1套筒2.圆锥滚子轴承3.轴承压盖4.毡毛圈5.螺栓6.轴2.4.5轴承的密封轴承的密封装置是为了阻止灰尘、水、酸气和其它杂务进入轴承，并阻止润滑剂流失而设置的。密封装置分为接触式及非接触式两大类。通过对比可知选取毡圈油封，这种密封主要用与脂润滑的场合，它的机构简单，在轴承盖上开出梯形槽，将毛毡按标准制成环行或带状，放置在梯形槽中以与轴密和接触；或者在轴承盖上开缺口放置毡圈油封，然后用另外一个零件压在毡圈油封上，以调整毛毡与轴的密和程度，从而提高密封效果。3、各部件的设计说明3.1机筒部分的设计说明离心式切碎机是通过离心力将物料送到桶壁，通过叶片推动至桶壁的定刀片上进行切割，如果容器壁过薄，就无法安装刀片，如果过厚，也产生了严重的浪费，所以壁厚应设计一个合理的值。工作机筒分为上下俩部分，上面部分，根据经验，取机筒的壁厚为5㎜。上机筒即工作机筒，高400mm，内径400mm，壁厚5。在上面开一个高160mm，弦长220mm的口，作为马铃薯的出料口，机筒从上面往下385mm的高度需镀金刚砂在内壁上，厚度为2.5mm，有利于马铃薯的去皮，机筒的材料选用不锈钢1Cr13。下面部分主要用来接处理好的物料，材料也是1Cr13，内径30mm，外径为35mm，中间为圆弧过渡。机筒的下面是圆弧面，有一定斜度的。圆筒体底部与上轴承之间用四个螺栓连接。图12切碎机桶3.2圆盘的设计转盘是推动物料切碎的动力源，其设计要点为必须能使物料飞向圆盘四周，通过圆盘上的叶片推动物料与定刀片进行切割，所以叶片的高端要大于物料的总体高度。可以通过改变转盘上的叶片来规定它的生产效益。3.3切碎部分的设计3.3.1刀具的选用茎类物料的切碎机主要有两类:盘刀式切碎机和滚刀式切碎机。盘刀式切碎机的刀具特点为：动刀片刃口线的运动轨迹是一个垂直于回转轴的圆形平面。刀片刃口的几何形状可以是直刃口、凸刃口和凹刃口等，这类切碎机器通用性广，切割质量好，生产效率高，刀片拆卸和安装方便，自动化程度较高。其动刀片和定刀片组成的切割副的结构参数如下图图13刀片结构和安装动刀片的磨刃角为r；刃口厚度；切割角；刀片安装角；刀片安装角和动、定刀片之间的间隙；r直接影响切割阻力大小；刃口厚度是一个独立的几何参数，不仅取决于磨刃角r或物料和刀片刃口侧面的摩擦系数f值。直刃口刀是最常用的刀之一，特点是几何形状简单，易于制造、磨刀，缺点是切割阻力和切割力矩变化较大。使用时，当≥100微米是，算钝刀刃，需要磨刀，为了磨刃到开始时的锐利程度，一般在刃口出留出宽为H的磨刀区域，而△=/tanr，若被切割的物料强度大，则r要小些，但为了延长刀片使用期，r可取大一些。图14刀具形状常用的切割物料刀具有以下几种，如图14所示。由于直刃口刀是最常用的刀之一，具有几何形状简单，易于制造、磨刀的优点，其缺点是切割阻力和切割力矩变较大。考虑到各方面因素，本设计采用直刃刀。3.3.2切碎方式的选用钳住角：过切割点的刃口切线间的夹角钳住物料，保证切割保证切割功率小图15被切物体的3种位置切割功率消耗与刀片的切割方式能否产生滑切，单位刃口长度上承受压力大小（刃口比压）以及刀片的特性系数等因素有关。若要切割功耗小，必须满足下列条件：(1)产生滑切切割速度V可分解为垂直刃口的法向速度Vn和沿刃口的切向速度Vτ。Vn称为正切速度,Vτ称为滑切速度。V和Vn的夹角叫滑切角τ。刀刃滑切作用的大小，可用Vτ和Vn的比值来表示，即：式中－滑切系数；τ一滑切角。τ角越大，滑切作用越大。当τ=0时，只有砍切或正切。此时，没有滑切速度，只有砍切速度。当0＜τ＜时，称为斜切。物体与刀刃间没有切向相对滑动，在正压力下切割物体，需用动力较大。当τ≥时，称为滑切，刀刃既对物体施加正压力，又沿着物体滑切，其切割阻力减小。滑切比砍切（正切）省力，这是一种物理现象。图16切割阻力矩均匀切刀工作时，不但要求耗用动力少，而且要求从切割开始参加切割，直到切割终了的切割阻力矩基本相同，以保持切碎机能够平稳地工作。3.3.3切碎原理块状物料尺寸减小和比表面积增加时利用刀片的楔切作用实现的，宛如加工金属的车到一样是根据切削和车削原理工作的。在农业上：如犁地，和切碎物料一样，主要是应用切削原理。以红薯为例，切割中物料的碎片是这样形成的：开始时带角的切刀刃口像楔子一样在外力作用下压缩物料，走了一段距离a,当压力P达到某个极限值时，物体发生劈碎，形成了长度为L1的碎片段，碎片段的开裂线长度L大于刀片刃口行进的挤压距离a。该过程一次重复产生，但是物料的下部虽然产生裂缝，上面仍联结在一起，并向上跷起。据试验，碎片段的长度决定于它的高h和角,L值随h和的增大而增大。切削块茎的切削阻力=++Pg刀片刃口的切削阻力；为被切割层的变形阻力和刀片楔角上下两个工作面与物料之间的摩擦力；为抛出切削碎片需要的力。图171．计算据试验，主要决定于物料的机械强度B，刀片刃口的厚度t，被切碎片的厚度h，而刀片刃口的切削角影响很小。有公式：=B·b··其中：b刃口工作长度；t=0.003-0.01厘米；B=6.5（对红薯而言）；n为指数，n=0.55（对红薯而言）；刃口厚度=其中，物料和刀片工作面间摩擦角；2.计算刀片刃口劈碎物料的强度极限，决定于拉伸应力和压缩应力，=，对于红薯，（单位：牛/厘米）（、数据从《农产品加工机械与设备》P197中表4-5查得），则将数据代入可得3．计算其中，平均切削速度，（米/秒）要使刀片顺利切片，必须克服该阻力。由经验知，对于红薯P=5.9～6.9。由此可推算出刀盘转速，以合理控制电动机转速，完成切片任务。4、控制线路的设计说明4.1控制电路图的设计马铃薯去皮机的电路控制主要是控制电动机的起动、停止，实现自动控制，并具有必要的保护。本设计采用控制器、熔断器、热继电器和按钮所组成的控制装置对控制对象进行控制。控制装置可根据生产工艺过程对控制对象所提出的基本要求实现其控制作用。其图18如下所示：图18电气控制线路4.2电路图解读（1）电动机的启、停控制启动时，合上闸刀开关Qs，引入三相交流电源，按下起动按钮SB2，则接触器KM线圈得电吸合，其主KM触点闭合，电动机起动；同时与启动按钮并联的KM的辅助动合触点KM也闭和，使KM的吸引线圈经两条路径得电。这样当松开SB2是，SB2自动复位断开，KM线圈通过自身辅助动合触点KM和停止按钮SB1的串联支路继续保持得电，从而保持电机M连续运转。如果不想关闭闸刀开关Qs而使电机听转，直接按下停止按钮SB1，使接触器KM线圈断电，则其动合主触点复位断开，将三相电源断开，电动机停转。（2）线路保护环节：A．熔断器的短路保护——短路时通过熔断器FU1或FU2的熔体熔断切断电路，使电动机立即停转；B．热继电器的过载保护——热继电器具有过载保护作用。由于热继电器的热惯性比较大，即使热元件流过几倍电动机额定电流，热继电器也不会立即动作。因此，在电动机启动时间不太长的情况下，热继电器是经得起电动机的启动电流冲击而不动作的。只有在电动机长时间过载下，串联在主电路中的热继电器FR的热元件（双金属片）因受热而产生变形，能使串联在控制电路中的热继电器FR的动断触点断开，断开控制电路，使接触器KM失电释放，电动机失电停止运转，实现对电动机的过载保护。当电源恢复正常时，接触器线圈也不能自动得电，只有再次按下启动按钮SB2后，电动机才会启动。C．失压和欠压保护——通过接触器KM的自锁触点来实现。当电源电压消失（如停电），或者电源电压严重下降，使接触器KM由于铁心吸力消失或减小而释放，这时电动机停转并失去自锁。而电源电压又重新恢复时，要求电动机及其拖动的运动机构不能自行起动，以确保操作人员和设备的安全。由于电网停电后自锁触点KM的自锁已消除，所以不重新按起动按钮就不能启动。控制电路具备失压和欠压保护后，具有3个优点：①防止电源电压严重下降时，电动机欠电运行②防止电源电压恢复时，电动机突然自动运行造成设备和人身事故；③避免多台电动机同时启动造成电网电压的严重下降。通过上述电路的分析可以看出：电器控制的基本方法是通过按钮发布命令信号，而由接触器执行对电路的控制；继电器则用以测量和反映控制过程中各个量的变化，例如热继电器反应被控制对象的温度变化，并在适当的时候发出控制信号使接触器实现对主电路的各种必要的控。5、总结此次设计的任务是完成离心式切碎机设计的设计。这是我们在大学期间所进行的一次非常全面的设计，为自己在大学四年所学习知识的全面总结和巩固，使我们初步了解和掌握搞设计的基本步骤、基本方法，通过本环节把我们在大学期间所学课程中所获得的理论知识在