【《某玉米脱粒机脱粒机械系统的设计案例》7000字】

-9-某玉米脱粒机脱粒机械系统的设计案例目录TOC\o"1-3"\h\u20550某玉米脱粒机脱粒机械系统的设计案例 1205811.1板齿设计 1269141.1.1板齿作用 15261.1.2板齿样式及尺寸 2170341.2电动机设计 23281.2.1板齿玉米脱粒机所需功率 278541.2.2电机选择 3274111.3传动带的设计 4173581.3.1传动带的选取 4155651.3.2V带设计 4208461.4带轮设计 7146251.4.1带轮材料 7255931.4.2主动带轮设计 714201.4.3从动带轮设计 888781.5脱粒滚筒设计 10197511.5.1脱粒主轴作用 10291351.5.2阶梯轴设计 10231811.5.3脱粒滚筒设计 1349651.5.4阶梯轴的校核 14271541.6凹板设计 1948951.6.1凹板作用 19160461.6.2凹板类型 19322671.6.3凹板间隙 2059611.6.4凹板其他尺寸 20115821.7脱粒仓结构设计 21202921.7.1脱粒仓作用 21252601.7.2脱粒仓结构与尺寸 221.1板齿设计1.1.1板齿作用板齿是脱粒机干活时的主要脱谷部件。板齿设计的形式好坏直接关系到玉米脱粒机的脱粒品质。在脱粒机工作时，脱粒滚筒上的板齿均匀旋转，对玉米的实穗起挤搓作用，并且带动玉米果穗向最终出芯的地方运动。1.1.2板齿样式及尺寸本设计中有两种板齿，即冠板齿和平板齿。为了模拟人工用竹棒挤出玉米穗上部分果实粒的动作，将前一组板牙设计成冠板牙。冠板牙齿首先挤出部分谷粒，便于后续的脱谷。板牙的后半部分是板齿。脱谷机运行中，板牙和玉米穗频繁接触，需要保证板牙的硬度、强度、疲劳强度、耐磨性和韧性。主轴安装有16个板齿，还是前后分布其中前8个是冠板齿，后8个是平板齿。16个板牙均匀地安装在脱粒筒的脱粒部。板齿高40mm、宽10mm、长度100mm如图3-1、图3-2所示。图3-1带冠板齿的设计图3-2平板齿的设计1.2电动机设计1.2.1板齿玉米脱粒机所需功率玉米片的脱谷机的主要部件是脱谷卷。架子上安装了板牙。板牙用滚子转动，转动玉米的果实的穗，做螺旋运动。鼓的旋转速度由安装在鼓上的板牙上部的线速度决定。鼓的旋转速度一定不要伤害玉米种子。玉米粒的水分率低，脱谷的话比较容易破裂。从所学知识可以看出，13%左右的含水率玉米的果穗从0.8米以下的高度落下，种子的颗粒不会碎裂。玉米粒从高处掉落撞击地面相当于高速和板尺的接触。因此，可以计算卷外边缘的最大线速度。根据公式：和(1.1)式中：S为实验材料距离地面高度，单位为m；g为重力的加速度，值为9.8m/s2；t为下落时间，单位为s；v为下落至地面时的瞬时速度，单位为m/s。当S=0.8时，由上式可得m/s。因此，作为脱谷辊外缘的板尺上的线速度不能超过4m/s。鼓线速度太小会影响到脱粒效率。那条线的速度最好是1.0m/s到1.9m/s之间。也要考虑凹板曲率对玉米脱谷机脱谷效果的影响。脱粒机大的情况下选择更高的值，脱粒机选择小的值。这个设计是为了设计小型齿锥的脱谷机，设计线速度v=1.13m/s。根据资料，分散到每一个板齿受到156N的力。因此，16个板齿的总受力为：N。因此当玉米脱粒机进行脱粒时，受到2496N的切向力。式中：是单个拿出来一个板齿所受到的力；为脱粒时参与脱粒板齿的数量。当板齿玉米脱粒机工作时，脱粒滚筒上的板齿快速的转动，这时滚筒转速为：r/min(1.2)式中：为板齿顶部线速度；N轴为脱粒机主轴的转速；D顶为板齿齿顶距离滚筒轴心的距离。玉米脱粒机在脱粒时所需的功率为：KW(1.3)1.2.2电机选择由此，一点一点计算出配套电动机的功率。固定的电动机的功率：为板齿玉米脱粒机的总传动效率。总传动效率与滚动轴承的传动效率和V带传动效率还有滚筒传动效率三者相乘的关系：式中：为每对轴承的传动效率，0.98～0.995，取0.99；为V带传动效率，0.94～0.97，取0.97；为滚筒传动效率，因此各个板齿都是以焊接方式固定在脱粒滚筒上，因此取近似值1；综上可得：KW(1.4)如果主轴转速在260r/min时，借鉴《机械设计手册》书中已有的常见传动比，选取V型带，其传动比为iV带=2～5，渐渐就能选出合适的电动机，然后找到合套的脱粒滚筒配套。根据上面可知得电动机转速的最大值与最小值：r/min因此选择Y160L-6电动机，其转速为970r/min，功率为11KW，电流为24.6A，输出轴直径为42毫米。1.3传动带的设计1.3.1传动带的选取选取V型皮带传动方式。V型皮带也可称为三角带，切开一个面会看到梯形模样。它的优点是：安装简单、传动效率高、没有太大声音、不占地方、传动中心距大、传动稳定、具有弹性，可以缓冲吸震、防止过载打滑防止零件损伤；不好的地方是不能准确的传达传动比。V带广泛应用与农业机械领域。因为板齿玉米脱粒机对于传动比没有精确的要求，所以选择V型皮带来工作是最棒的选择。1.3.2V带设计首先确定计算功率：式中：KA代表工作情况况系数，在查找《机械设计》书中表5-6可得KA=1.1；P电动机为一个电动机的功率，8.18KW。故：KW检索《机械设计》书中图5—7，当计算的功率是8.998KW，主动带轮转速也就是电动机转速为970r/min时，选取B型V皮带。初步选取主动V带轮的大致基准直径D1：查阅《机械设计》书中表5-7，当选取B型V带时，Dmin=125，推荐槽轮数为2～8，初选主动带轮D1=140mm。计算V带的速度V：m/s(1.5)在5~25m/s范围内，因此速度符合V带要求。电动机和主轴传动比：(1.6)计算从动V带轮的直径D2：mm先分析出中心距：即：得：461.4mm≤a0≤1324mm取：a0=800mm最终得到带长(1.7)即：mm看并查找《机械设计》书，表5—3可得V型皮带基准长度Ld=2500mm根据已知公式：中心距mm验算主动带轮包角：因为151.50°可能会大于V带传动所要求的最小包角120°，支持V型皮带的使用条件。V带需要几根公式如下：(1.8)式中：为每段普通V带的容许功率；为考虑不一样包角的影响系数，被称作包角系数；是由什么组成材料情况的系数，即为材料系数，关于棉线布和棉线绳结构的胶带k=0.75，对于化学线绳结构的胶带，k=1.0；为计算传动比的影响时，单根普通V带传递的功率的增量，可通过下式计算：(1.9)式中：为单根普通V带所能传递的转矩修正值，，从《机械设计》书中查表可得；为主动轮的转速，单位r/min。查看《机械设计》书，表5-10：=970r/min时候，=0.3查看《机械设计》书，表5—9得，=0.93查看《机械设计》书，表5—3得，=1.03查看《机械设计》书，表5—5得，=1.08以上可得到：(1.10)因此取V型皮带选为4根就可以了。单根V带的初拉力由：(1.11)式中：q是指带的单位长度的质量，单位kg/m，翻看《机械设计》书中表5-4，得q=0.17。N为了设计出合适带轮轴与轴承，必须先通过计算得到V带作用在轴上的压力Q，它是由两边的初拉力相加得到的，如果忽略v带两边的拉力差，之后Q值可以由大约由下式算出：（1.12）求得N1.4带轮设计1.4.1带轮材料上述计算的皮带轮的旋转速度：m/s。由于7.11m/s＜25m/s，转速可能不太高，因此选择灰铸铁作为带轮的材料，其编号为HT200。1.4.2主动带轮设计根据皮带轮的基准直径设计皮带轮的结构尺寸，选择皮带轮的基本构造形式，根据皮带的型号设计皮带轮槽和基本尺寸。根据上述能算出主动的带轮的准确直径：D1=140mm。主动带轮可直接与电动机输出轴配合，中间不需要其他东西。由于带轮与电机输出轴它们之间的配合关系是过盈配合，所以起到较紧的作用。周向也需要东西来固定，可以加一个平键。电动机输出轴的直径设置为42毫米。由于D1≤3d电动机，因此主动带轮结构采用了固定的不空结构。搜寻《机械设计》书，参考表5—12，确定出主动带轮的每一部分的结构参数，并参照相关经验公式计算可以得出剩余尺寸。主动带轮厚度：mm（1.13）主动带轮平均宽度：mm主动带轮基准线上的沟槽深度：mm主动带轮基准线下槽深：mm主动带轮槽间距：mm主动带轮第一槽对称面至端面的距离：主动带轮外径：mm（1.14）主动带轮槽轮角：因为D1≤190，所以，极限偏差为±30′。综上所述，主动带轮的结构如图3-3所示。（a）主动带轮的二维设计（b）主动带轮的三维设计图3-3主动带轮的设计1.4.3从动带轮设计由上面计算出从动带轮的直径为：D2=522，因为D2＞300，所以主动带轮结构可以使用轮辐连接结构。翻看《机械设计》书，参考表5—12，确定出主动带轮的具体结构参数，并通过一点一点的分析计算出其他的一些尺寸。从动带轮的厚度：mm（1.15)从动带轮基准宽度：mm从动带轮基准线上面的沟槽深度：mm从动带轮基准线下面的沟槽深度：mm从动带轮俩个沟之间的距离：mm从动带轮第一个槽对称面到端面的垂直距离：从动带轮外部直径：mm从动带轮槽轮角：由已知D2＞190，所以，因此极限偏差为±30′。如上所述，主动带轮大概结构如图3-4所示。（a）从动带轮的二维设计（b）从动带轮的三维设计图3-4从动带轮的设计1.5脱粒滚筒设计1.5.1脱粒主轴作用脱粒主轴是在玉米脱谷机进行脱谷作业时，支撑弯曲力矩、扭矩、扭矩、脱粒鼓正常动作的旋转部件。脱粒主轴的设计十分关键，当玉米脱粒机脱粒时，瞬间冲击非常大，冲击次数频繁。脱粒主轴有①脱粒机脱粒作业所需的各种力量的传递。②安装在支承轴上的板牙、螺旋叶片等脱谷部件应位于固定的工作位置。根据轴的形状，可以将轴分成曲柄、直轴、软轴等。虽然直轴一般是实心的，但是根据机械的构造要求，可以将轴设计成空心的，可以减轻整体的质量。这个设计，根据板牙玉米脱谷机的工作强度，工作环境，选择直轴作为脱粒主轴。根据外形，直轴分为光轴和楼梯轴。光轴形状简单，易于加工，直径相同，应力集中源少，但光轴定位轴部件却不容易。楼梯轴是各轴段的直径不同，容易安装到轴上的部件。这个设计根据牙龈玉米脱谷机的结构特征选择阶梯轴形状的直轴。为了提高玉米脱谷机的工作质量而脱谷时，滚轮和玉米穗可以充分接触，脱谷主轴由两端刚性轴的楼梯轴和脱谷罩的焊接组成，这样减轻主轴质量增加脱粒辊的直径。1.5.2阶梯轴设计皮带驱动的效率是：脱粒轴上功率为：KW玉米脱粒轴转速：r/min脱粒主轴转矩：N·mm(1.16)由已知公式：，通过扭转强度来初步确定阶梯轴的最小直径。式中：A0翻看《机械设计》书，研究表8-3，由推导出值；P代表的是轴上的功率，它的规定单位为KW；N是指旋转的速度，单位为r/min。选择45号钢，先进性调整处理然后进行工艺处理，如调质。查阅《机械设计》书，根据表8-3，由45号钢的得出：=118。因此，轴的最小直径为：mm输出轴上的最小直径一般为安装带轮那段阶梯轴部位的直径。该段轴需要开有键槽才可以保证与带轮周向定位。因此需要增加5%～7%的轴径。所以，该段轴的直径为：mm输出轴的最小直径一般是安装带轮那段轴的直径，这段轴的直径必须大于37.24。为了更好的与带轮相互配合并且保证轴的强度，定该段直径为75mm。因为带轮的厚度为80，从动带轮中心突起部位长度为110mm。为了便于轴端定位，需要加装轴端挡圈，因此阶梯轴该段轴长为108mm。选定轴承代号为61021轴承，因此阶梯轴该段直径为105mm。设计轴承端盖直径为91mm，因此阶梯轴该段直径为90mm。设计的凹板直径为250mm，脱粒滚筒需要比凹板小90～100mm，因此脱粒滚筒外径设计为150mm，脱粒滚筒套内径为120mm。因此该段阶梯轴直径为120mm。滚筒的脱粒段的长度决定了玉米脱粒机的脱粒质量。如果滚筒太短就会影响脱净率，然而也不能为了保证脱净率将滚筒设计得过长，这会增加制造成本以及功率消耗。玉米籽粒含水率越高则越难脱粒。根据查阅文献[30]后得出，使用20%左右含水率玉米进行脱粒时，脱粒段长度应为凹板直径的1.5倍左右。因此脱粒段长度为：mm，因此设计脱粒滚筒脱粒区段的长度为880mm。综上所述，阶梯轴如图3-5，所示。（a）阶梯轴的二维设计（b）阶梯轴的三维设计图3-5阶梯轴的设计脱粒主轴由阶梯轴外焊接上脱粒套构成，这样可以减轻主轴的质量，增大脱粒滚筒直径，如图3-6所示。图3-6脱粒主轴的设计1.5.3脱粒滚筒设计脱粒滚筒是玉米脱粒机完成脱粒工作的重要组成部件。脱粒滚筒可分为三个区段，分别是入料区、脱粒区段、排芯区段。入料区段上脱粒滚筒安装有两片螺旋叶片，其作用是推动从入料斗进入的果穗有序的进入脱粒区。脱粒区段上脱粒滚筒安装有多个板齿，其不仅对玉米果穗进行脱粒，还推动玉米果穗向排芯区运动。排芯区段脱粒滚筒安装有两快直板齿，其作用是脱粒未脱干净的玉米果穗。在脱粒区段，为了使玉米果穗既受到板齿的脱粒作用，又被其推入排芯区，脱粒区段的板齿与中心轴需要有一定的角度。当此角度选择较小（3°～6°）时，板齿容易玉米籽粒的表皮。当此角度选取较大（12°～30°）时，板齿容易刮擦与挤压玉米穗产生水心。当此角度选择适中（6°～12°）时，效果最好。因此本设计将此角度设定为9°。脱粒区段的板齿一共16个，分为两组。为了模仿人工用竹签先挤掉玉米果穗上的局部籽粒这一动作，前一组的板齿设计成如图3-7所示的带冠板齿。带冠板齿先将局部籽粒挤掉，方便后续的脱粒。后一部分板齿为平板齿如图3-8所示。因为在脱粒机工作时板齿与玉米果穗频繁接触，需要保证板齿硬度、强度、疲劳强度、耐磨性以及韧性等，故将平板齿以及带冠板齿的顶部进行淬火处理。平板齿、带冠板齿、排芯区直板齿、螺旋叶片都焊接在脱粒滚筒上。脱粒滚筒焊接在中心轴上，在带轮的带动下匀速转动，如图3-9所示。脱粒滚筒直径为150毫米，长度为1400毫米。图3-7带冠板齿的设计图3-8平板齿的设计（a）脱粒滚筒二维设计（b）脱粒滚筒三维设计图3-9脱粒滚筒的设计1.5.4阶梯轴的校核（1）通过弯扭合成强度校核阶梯轴轴承A与轴承B间的距离：1400+20+20+10+10=1460mm轴承A到V带轮中心距离：20+30+110÷2=105mm根据阶梯轴的结构，绘制阶梯轴的受力简图，如图3-10所示通过受力平衡，计算轴所受力：得：计算弯矩：画出弯矩图，如图3-10所示。对称变化的转矩，轴承A处的单量弯矩：轴承A处承受最大弯矩以及转矩，因此校核A处的强度。(1.17)查阅《机械设计》书，表8-1，45号钢直径为105mm时，需用应力为：因为，所以轴的强度符合要求。图3-10轴受力图及计算图（2）通过疲劳强度校核阶梯轴危险界面一般在弯矩、转矩比较大的地方以及截面面积较小的应力集中的地方。本阶梯轴在轴承A处的轴段以及为了减轻重量中间的直径为100毫米的轴肩处。①轴承A处截面疲劳强度校核抗弯截面系数：抗扭截面系数：合成弯矩：N·mm转矩：N·mm弯曲应力幅：MPa(1.19)弯曲平均应力：MPa扭转减应力幅：MPa(1.20)扭转平均应力：MPa通过：查阅《机械设计》书，表8-1，MPa查阅《机械设计》书，附图1b，2b：查阅《机械设计》书，附图5：查阅《机械设计》书，附图8：综合系数影响值：(1.21)查阅《机械设计》书，表8-1，弯曲疲劳极限：MPa查阅《机械设计》书，表8-1，剪切疲劳极限：MPa考虑弯矩作用的安全系数：考虑转矩作用的安全系数：安全系数：(1.22)取因为，所以轴承A处阶梯轴截面安全。②为了减轻重量中间的直径为100毫米的轴肩处截面疲劳强度校核抗弯截面系数：抗扭截面系数：合成弯矩：N·mm转矩：N·mm弯曲应力幅：MPa弯曲平均应力：MPa扭转减应力幅：MPa扭转平均应力：MPa通过：查阅《机械设计》书，表8-1，MPa查阅《机械设计》书，附图1b，2b：查阅《机械设计》书，附图5：查阅《机械设计》书，附图8：综合系数影响值：查阅《机械设计》书，表8-1，弯曲疲劳极限：MPa查阅《机械设计》书，表8-1，剪切疲劳极限：MPa考虑弯矩作用的安全系数：考虑转矩作用的安全系数：安全系数：取因为，所以直径为100mm的轴肩处截面安全。1.6凹板设计1.6.1凹板作用栅格凹板是与板尺相配合的重要部件。它的主要功能：（1）筛分玉米籽粒与玉米芯，使他们从不同的途径排出脱粒机。玉米果穗上脱落的籽粒通过凹板的间隙，进入出料口收集芯则不能通过凹板间隙，在板尺的带动下进入排芯区，顶开排芯区压板后，从排芯斗排出脱粒机。（2）栅格式凹板为多条圆钢焊接在凹板架上，圆钢之间留有一定的缝隙，玉米可以卡在两条圆钢之间，以便于快速并且稳定的对玉米进行脱粒。1.6.2凹板类型栅格凹板通常有两种类型，分别为O型栅格凹板以及U型栅格凹板，如图3-11和图3-12所示。这两种结构的栅格凹板，U型的适合与大批量的挤搓式玉米脱粒机，因为在其上部为打开的方式，可以储存更多玉米果穗。O型栅格凹板适合小批量的玉米脱粒机，本设计选用O型栅格凹板。图3-11U型栅格凹板图3-12O型栅格凹板1.6.3凹板间隙根据查阅的资料，玉米籽粒平均长度尺寸为10.86毫米，宽度尺寸为7.22毫米，厚度尺寸为4.08毫米[姜彦武．史明明户用轻便型玉米脱粒机的设计[J]．机械研究与应用，2017，30(4)：87-89]。玉米果穗最长为217.85毫米，最短为157.46毫米，其中果穗长度为175毫米到194毫米之间的占81.5%；玉米果穗最小直径为25.13毫米，最大直径为36.24毫米，90%的玉米果穗直径为28毫米到36毫米；脱粒后90%的玉米芯直径为23毫米到30毫米[吴俊飞，韩云飞.小型玉米脱粒机高速转子的结构设计及有限元分析[J].农机研究，2017，38(9)，41-44.王聚鑫.5TY-90型玉米脱粒机[J].农村百事通,2017(17):50-50.孔庆龙.浅谈玉米脱粒机的有效维护[J].农业与技术,2016(12期):60-60.姜彦武．史明明户用轻便型玉米脱粒机的设计[J]．机械研究与应用，2017，30(4)：87-89吴俊飞，韩云飞.小型玉米脱粒机高速转子的结构设计及有限元分析[J].农机研究，2017，38(9)，41-44.王聚鑫.5TY-90型玉米脱粒机[J].农村百事通,2017(17):50-50.孔庆龙.浅谈玉米脱粒机的有效维护[J].农业与技术,2016(12期):60-60.包丽,王媛,张洪军,等.玉米脱粒机除雪除杂装置结构优化设计[J].齐齐哈尔大学学报(自然科学版),2018,v.34(04):54-56.于志刚.玉米脱粒机的使用保养及故障排除[J].农机使用与维修,2018(7):47-47.王淑兰,富淼,刘柱.玉米脱粒机清选装置的研究现状及发展趋势[J].农业工程技术,