玉米脱粒机的主体结构设计

题目：CY574玉米脱粒机的主体结构设计

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：玉米、脱粒机、设计、ANSYS

1

Abstract

Foralongtimeourcornshellermainlyhittingtheprincipleofmaizethreshing,cornthreshing

processleadingtohighratesofbrokencom,notonlyreducesitsvalue,butalsocausedgreatfriendtotheir

productivityandfarmers'incomeimpact.ThestatusquoofChina*scornthreshing,cornshellertoimprove

theexistingdesignisnecessary.Cornfarmersinordertoreducelaborintensitythreshingtime,improve

efficiency,andthereforetodesignanewtypeofcornsheller,cornthreshingimproveproductionresults,

hasgreatsignificance.

Cornshellersqueezerubstylestructurewasmainlycomposedbyaroundplatewithpiecesofscreening

structure,thegapisgreaterthantwo-roundcornkernels,spindlespiralleavesandthreshingboard

composedtoothstructure,work,spiralleafspindledrivemaizeforwardmotionmadeintothethreshing

zoneandthecontactbetweenthelugscorn,comcontactbetweencom,cornwithalatticestructurein

contactwitheachotherthroughsqueezingbetweenthepickup,therebydownthreshingthecorngrainsto

achievecomthreshingeffect,takenwaysqueezerubstyle,onlyasmallimpactoncomandcomkernelscan

protectdamaged,sothiseffectismuchlargerthanthetraditionalthreshingthreshingway.Inthedesign

process,mainlyusedPro/Eforthree-dimensionalmodeling,usingANSYSsoftwaretoboardspindlecom

threshingteethonstressanalysis,thusDesignanewtypeofcornsheller.

Keywords:com,thresher,design,ANSYS

2

目录

摘要......................................................................1

Abstract...............................................................................................................................................2

第一章引言.............................................................6

1.1课题的背景..........................................................6

1.1.1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.............................................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......................................16

3.1机构的组成部分.....................................................16

3.2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...............................................21

3.5脱粒滚筒的设计.....................................................21

3

3.6机架部分设计.......................................................22

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.....................................................26

5.1V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

二章V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.............................................39

8.1有限元分析的简介...................................................39

8.2ANSYS的特色功能..................................................39

8.3结构静力学分析.....................................................41

8.4结构静力分析流程...................................................41

4

8.5脱粒板齿静力分析...................................................42

8.6脱粒机板齿的建模...................................................42

8.7Workbench创建几何体...............................................42

8.8添加材料库.........................................................45

8.9添加模型材料属性...................................................46

8.10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.............................................60

9.1玉米脱粒机的维护........60

9.2结论...61

参考文献...62

致谢...63

5

第一章引言

1.1课题的背景

1.1.1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。

1.2国内外玉米脱粒机的概况

1.2.1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

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。

6

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（2T）,主要是利用摩擦原理来脱粒的。

图2—1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6~12m/s,滚筒的直径一般为240~500

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，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。

7

如图2-2所示

32

000000000000000000000000000000000

0000000000000000000000000000000000

I.滚筒2.钉齿3.冲孔凹板4.喂入斗

图2—2钉齿式玉米脱粒机结构图

1.2.2.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犷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AECgroup公司研发最普遍被应用的一种玉米脱粒机。

以TYT7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槌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

8

型，在滚筒上按照螺旋排列，脱粒机脱粒轴上的板齿线速度W4m/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。

12

1.滚筒2.进料区螺旋3.进料斗4.脱粒板齿5.栅格凹板

图2-2挤搓式玉米脱粒机

1.2.3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7'10m/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，玉米含水率在猪”。%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

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。

9

1.3设计主要研究方法

1.3.1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：

生产率：2000~3000千克/小时；

脱净率＞98%；

破碎率＜5%；

1.3.2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，

1.3.3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。

10

第二章玉米脱粒机工作原理分析

2.1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-Mm/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2T玉米结构图

2.2各种类型的玉米脱粒机的特点分析

2.2.1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

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

11

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。

2.2.2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2-3

12

图2—2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

2.2.3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馄子，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，第一个辐子叫压力辐，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，另外一个协助辐，起到协助支撑的作用，三个相形成一个锥形状空间，协

助另外两个辐将玉米果穗脱粒。第三辑称为脱粒滚筒辐、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，三个辑相互之间形

成一定的角度，在三个差速辐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，脱粒辑在相互挤搓的摩擦

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

13

图2—3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

14

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

2

I.滚筒2.进料区螺旋3.进料斗4.脱粒板为5.搦格网板

图2-3挤磋式玉米脱粒机部分结构图

15

第三章挤搓式玉米脱粒机设计的确定

3.1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

16

3.2脱粒机各个部分机构设计

3.2.1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□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。

3.2.2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。

17

2-3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L

XBXH=1139X550X565mm如图2-3

3.2.3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3-2

18

3-2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：0型和U型如图所示

3-3

19

0型栅格凹板U型栅格凹板

3.3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

20

3.4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

3.5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3-6

21

图3-6脱粒滚筒结构图

3.6机架部分设计

机架是玉米脱机的支撑部件，规格为LXBXH分别为：1480X500X550；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3-5

22

23

第四章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4T板齿

图4-1脱粒板齿

4.1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

产生的切向力为尸=NxMxZ=98X8X2=1568N,也就是玉米脱粒机正常运行时，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一参与脱粒滚筒上的平板数

Z一工作时参与的齿条数

4.2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3.0〜4.0%,

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速度。

即丫/*%*3.14X34OX19O_34”

60x100060x1000'八'

24

其中：V一板齿滚筒的转速

N轴一脱粒机主轴的转速

。一滚筒的直径

故该机符合要求

4.3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

P，丫

旋转参数进行求解，即：“100（），

竺篇^5.3312=5.3KW

Pw

P

Pd=^KW

通过电动机功率的公式必可知并计算，脱粒机总体传动装置的总效率为“,

及每个部分运动副之间效率的乘积所确定的，即％=7*小*〃3,其中每个传动副的效

率分别为小、%、小，选择脱粒机部件之间传动副的效率值如下:

滚动轴承（每对）0.98〜0.995即取7=0.99

V带传动0.94〜0.97即取%=0.97

脱粒滚筒（板齿焊接在脱粒轴上）即取

则兀=〃1*%*小=0.99x0.96x1=0.96

由此可得电动机的功率：

F*V340x3.4

Pd==5.495B5.5KW

1000*/1000x0.96

4.4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270〜420治山之

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，=2〜5之间,

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

=/*„=（2~5）x340=680~1700^^符合这个条件的有Y132M1-6型号电机。

25

第五章带及带轮的设计

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。

5.1V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：降=1.0

%=KA*P

其中：匕一计算功率（KW）

长从一工作情况系数

P一传递的额定功率（KW）

Pca=\.0x5.5^5.5KW

5.2选定V带的型号

据计算功率Eq=5.5kw和主动轮转速nl=340r/min,通过《机械设计手册》书中的

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。

5.3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3：通过《机械设计基础》书中相关参数

图表，可知选择V带的型号相当合适，参考表9—6,选取R21257”〃?。

（2）计算V带的速度V：

26

兀*Di*N[3.14x125x340/

v=-=----------------------=6.28m/

60x100060x10005

介于5〜25%〜的范围内，所以选'合适。

传动比的计算

(3)计算从动轮的直径2

%=%*4=96%4°X125°353,77m

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9=355mm

5.4确定传动中心距和带长

取0.7*(0+%。<2*(。]+%)

即：0.7x(125+355)<a0<2x(125+355)

得：336mm<<960mm

取：勺=550nvn

计算带长：

La=2*%+.*(。1+&)+⑷1

24ao

3.14(355-125)

即：Ld=2x550+——x(125+355)+

“24x550

得：Ld=1853Jnim

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〃=1800mm

实际的中心距按公式得

2xLd-nx(£>l+D2)+J[2xLd-n(D1+D2)]2-8X(£>2-D1)

a---------------------------------------------------------

8

27

Ldd~Ld

a=a。+

2

求得：a-524mm

中心距的变动范围为475〜550mm。故中心距符合要求。

5.5脱粒机带轮包角的校核

<21=180°-(D2-D1)*57.3°!a

=180°-(355-125)*57.3°/524

4=157.1°>120°满足V带传动的包角

5.6计算带的根数Z

计算单根V带的具体额定功率

由ddl=125mmSnl=960r/min查表9-3得PO=1.67kw；

根据nl=960r/min,查表9-4得△尸0=0.25kw；

分别查表9-5及9-2可得Ka=LKL=O.75

故有Pd=(P°+"o)KaKL=a.67+0.25)X1X0.75KW=1.44kw

计算V带根数Z

Z=Pea/Pd=5.5/1.44=3.8

取4根

5.7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

500xPea2.52

F0=x(------1)+qv

vxZKa

其中q-—传动带单位长度的质量，单位：kg/m

500x5.52.57

即尸o=x(-1)+0.10x6.28Q165N

6.28x41

28

5.8传动轮作用在轴上的压力

Ba、

即。=2xZxFOxcos=2xZxFOxsin

22

157.1

求得：g=2x4x165xsin--------=1585.408N

2

29

第六章V带轮的选择

6.1带轮的材料选择

带轮的转速v=6.28m/s,即v<20m/s,转速较低，材料可选HT200

6.2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2句25〃"〃，电动机轴与主动带轮相配合的直径为

&=38mm,依据相关经验公式口之（2$〜3）*4=47,确定主动带轮采用实心式。

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bdfheIpDP(pa

B1411.51619141253817.4

主动轮的厚度由计算公式

厚度B为：B=（Z-l）e+2f=3X19+2X11.5=80mm

主动轮的结构如图6-2

30

图6-2主动轮机构图

6.3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2=25。制〃，4<300加，所以从动带轮同样采用腹板式。

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。

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从动带轮的结构参数单位(mm)

带的型号bdfheIpDP(Pa

B1411.51619142503817.4

从动带轮的厚度B

B=(Z-l)e+2f=3X19+2XU.5=80mm

从动带轮的结构如图6-4

图6-4从动带轮的结构

32

第七章脱粒主轴的设计

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

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