毕业设计（论文）-马铃薯收获机的分离与传动装置设计

题目：马铃薯收获机的分离与传动装置设计学院：工学院

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机械设计制造及其自动化班级：指导教师：职称：

二0一三年五月目录摘要 IAbstract II第一章绪论 11.1国内马铃薯生产现状 11.2马铃薯收获机械的类型及技术要求 21.3研究目标与内容 3第二章马铃薯收获机的分离与传动装置方案设计 72.1分离与传动装置的总体结构 72.2分离与传动装置的总体布局 102.3分离与传动装置的主要性能参数 11第三章主要部件的设计 133.1筛面倾角夹角振幅的确定 143.2曲柄连杆机构的分析与计算 153.3筛面杆条的确定 153.4减速机的确定 15第四章传动轴的校核 225.1传动轴的计算和校核 225.1.1作出轴的计算简图 225.1.2轴的强度校核计算 235.1.3按弯扭合成应力校核轴的强度 245.1.4轴的扭转刚度校核计算 24第五章润滑和密封 225.1密封 225.2润滑 22总结 25致谢 26参考文献 27PAGEIII摘要马铃薯的营养价值非常高，市场潜力巨大。在国外，大约占40%的马铃薯加工成食品后进入消费市场。在国内，一向被国人视为不能登大雅之堂的马铃薯产品也突然间在市场上风靡起来。在北京、上海、广州及西安等全国大中城市，以马铃薯条、马铃薯泥为基本原料的麦当劳、肯德基食品已占据我国快餐市场的半壁江山，而从各种渠道进口的其它油炸薯片或膨化食品等也滚滚而来。中国农科院副院长屈东玉博士在日前召开的中国马铃薯学术年会上指出：“马铃薯是一种产量高、适应性强、经济价值大的作物，应把马铃薯主产区列入国家粮食商品粮基地，享受与水稻、小麦等商品粮基地同样的财税待遇，这将是保证我国粮食安全的有效手段。”马铃薯作为经济作物，种植面积越来越大，而传统的马铃薯收获手段费时费事，劳动强度大且季节性强，因此给农民造成极大的困难。马铃薯种植区大部分在潜山和腰山地区，落后的人工收获方式造成马铃薯冻害和减产等不必要的损失，农民对马铃薯收获机械的要求十分迫切。为了解决上述问题，推广应用小型马铃薯收获机势在必行。应用马铃薯收获机可以大大提高收获效率，降低劳动者的劳动强度，增产增收，减少收获损失，为我国马铃薯生产奠定良好的基础。根据我国马铃薯收获机械多年研制生产经验可以看出，日本、意大利、美国等国外机具适应垄作，很难适应我国平作种植形式。各类型机械需要进行多地域、多收获季节的田间试验和多轮改进，才能提高适应性。针对马铃薯收获机过程的自动化生产，面临的将马铃薯和泥土分离的生产要求，本文设计了振动筛式马铃薯收获机分离与传动装置。可有效对马铃薯与泥土分离。该装置主要包括减速机，曲柄连杆模块，振动筛，吊杆等零部件组成。对马铃薯分离与传动装置进行总体结构、工作原理、技术特点以及关键部件结构与工作参数设计等。关键词：振动筛，收获机，马铃薯AbstractPeelingisanimportantannuletinpotatoprocessing,Methodsofpeelingwhichhavebeenusedatpresentallhastheirlimitation.Alongwiththedevelopmentofpotatoprocessingindustryandtheprogressofoursocietyandeconomy,ithasbecomeanurgenttaskforfindinganefficient,economicalandnopollutionmethodofpotatopeeling.Thispaperintroducedthelarge-scalemachineforpeelingpotatoeswhichisdesignedbytheprincipleoffrictionandsuitedtothefactoryoffoodprocessing,anditpresentedthekeyofdesign,workingprincipleandthecompositionofthelarge-scalemachine.Keywords：Peelingmachine;friction;design;potatoPAGE17第一章绪论1.1目的意义和国内外现状概况马铃薯是我国主要作物之一。发展马铃薯生产，对调整优化农业产业结构、加快脱贫致富及地区经济发展具有非常重要的作用。马铃薯为地下产物,且是块茎繁殖,其收获方式以挖掘机为主。马铃薯收获机可以大大提高收获效率,降低劳动强度,减少损失,为马铃薯生产奠定良好的基础。但是收获方式的落后极大的制约了马铃薯生产发展。为促进马铃薯生产地发展，解决机械化收获问题势在必行。马铃薯收获机械化的关键矛盾是配套动力与机具性能要求之间的矛盾。鉴于动力的限制，与14kw一下拖拉机配套机具的性能不宜要求功能全，只要完成起薯环节，让署块基本露于地面即可，其他工序由人工捡拾完成。从发展看这类机械作为与目前农村具有的小型拖拉机相配套的过渡性机型予以开发、推广。随着近年来马铃薯种植面积的不断增加，对马铃薯收获的机械化水平的需求越来越大.1.1马铃薯收获机发展概况马铃薯是我国北方主要粮食作物之一，在内蒙、甘肃、宁夏、河北、山西、黑龙江、河南等省大面积种植，特别是内蒙、甘肃、河北北部等地因常年干旱少雨，气候寒冷，沙质土壤多，不利于其它作物的生长，马铃薯使成为这些地区的主产粮食作物。近几年来，马铃薯迅速以经济作物走向市场，大量销售到北京、天津、上海、广州等各大城市，美国百事食品有限公司等国外企业也纷纷在我国以承包大面积种薯地形式而参与到马铃薯种植和深加工行业。随着马铃薯向规模化种植的发展，农民要求机械化收获的愿望日趋强烈。由于各地土壤、气候、地形及种植习惯的差异，种植机械发展相对滞后，多采用犁翻人工点播种植，行距不统一。小行距平作与大行距垄作形式共存，平作行距在400-550mm之间，垄作在600—900mm之间。近几年，随着早上市鲜薯需求量的增加，收获季节提前，马铃薯茎叶生长旺盛，薯皮鲜嫩，机械收获更易破皮和缠绕拥土，使农艺要求与机械收获适应性的矛盾更加突出。机械化收获马铃薯技术，关键问题是收获机械适应性差，伤薯率高。因此，研制开发性能优良，适应性强，伤薯率低，多型号，价格适中，并能同大中马力拖拉机配套的收获机械是非常必要的。国内马铃薯收获机发展概况新中国成立初期,我国收获马铃薯采用人工刨或旧犁挖掘的落后方式。直到20世纪60年代中期,马铃薯收获机具的研制工作才逐步发展起来。研究人员在研究原西德、原苏联、日本、瑞士等国外机具的基础上，研制成功了升运链式马铃薯收获机，但是由于受当时历史条件的限制，没能实现大面积推广和使用。20世纪70年代中期，由于手扶拖拉机的大量推广应用,国内又掀起了为手扶拖拉机配套的马铃薯收获机的研制高潮,成功研制了鼠笼式马铃薯收获机,但受当时的配套动力限制,未能生产和推广。1979年，12国农机展览会后，国家将全部马铃薯收获机样机都投放在黑龙江省农业机械工程科学研究院，从而为马铃薯收获机的研究工作创造了良好的条件。到20世纪90年代中期,由于国产小四轮拖拉机的大量推广和应用,研制马铃薯收获机已被列入重要日程。而此后,其市场需求旺盛,先后有小型升运链式马铃薯收获机和振动式马铃薯收获机投放市场,并占据了很大的市场份额。1.1.2国外马铃薯收获机发展概况从农业机械化发展过程来看，马铃薯收获机发展较迟缓，只是近50年才发展到较高水平。国外马铃薯机械化收获起步早、发展快、技术水平高。在2O世纪4O年代初前苏联、美国就开始研制推广应用马铃薯收获机了，5O年代末期全面实现了生产机械化。7O～8O年代，德、英、法、意大利、瑞士、波兰、匈牙利、日本和韩国亦相继实现了马铃薯生产机械化。国外马铃薯收获机械的技术水平相当高，不但生产率高而且高新技术已融于机具之中。如采用振动、液压技术进行挖掘；采用传感技术控制土壤喂人量、马铃薯传运量以及分级装载；采用气压、气流、光电技术进行碎土和分离及利用微机进行监控操作等。原苏联是生产收获机最早的国家。1960年，马铃薯联合收获机保有量是3万台，1976年，保有量是6万台，1979年，马铃薯收获机械工业化程度达到77%（其中国营农场为84%，集体农庄为73%）；到20世纪90年代除，马铃薯收获机共有16种机型，其中10种是联合收获机，其中劳动生产率比其他2行收获机提高1-2倍。美国在1948年以前用收获机来收获马铃薯，然后人工捡拾。直到1967年，开始使用联合收获机，劳动生产率达到100kg/（h·人）。20世纪80年代初期，联合收获机和分段收获的面积占马铃薯种植面积的85%，其中联合收获已经达到50%以上、20世纪到90年代，美国已经基本实现了马铃薯收获机械化。德国20世纪在40年代主要生产和使用抛掷式收获机；50年代主要生产和使用升运链式收获机和捡拾装载机，进行分段收获；到1970年保有量达到6205台；70年代开始生产联合收获机，机型有20多种，均是原联合收获机的变型，其保有量达到6万台；90年代开始生产收获-捡拾装载机和具有自动分选装置的联合收获机。日本在1955年以前使用畜力挖掘机，1955年到1965年生产悬挂式的抛掷式和升运链式收获机。70年代开始引进英国、美国等发达国家的联合收获机，并研制适合日本国情的联合收获机。目前，国外马铃薯收获机械大多采用升运链条式联合作业，技术上已达到相当高的水平。由于国外马铃薯采用机械化垄作种植形式，适应这种特点而设计的收获机械在中国难以适应平作收获。以内蒙百事食品(中国)有限公司种薯基地进口机为例，其全部实现机械化作业，种植方式采用垄作，行距为900mm，收获机械为牵引式双行联合作业，多级链输送，配套动力在59．7kW以上，一次完成挖掘，土、石、薯、秧分离，并可实现薯块大小自动分捡、自行装车等功能该机为全液压操纵，各机构可实现自动折叠运输，伤薯率极低。机体与薯块可能接触部位均用橡胶件保护。又如，芬兰康克公司生产的双行马铃薯收获机为牵引式，配套动力为33．6kW以上，在拖拉机右侧实现挖掘，土、薯、茎叶分离，薯块直接装袋装箱。同时，该机可作为捡拾机使用，后部工作台为液压升降式，薯块或石头可直接运至田地头。日本生产的主要为单行履带自走式联合作业机，行走与输送链HST无级变速，发动机为水冷4冲程3缸柴油机。1.2我国马铃薯收获机发展趋势1.2.1马铃薯生产现状马铃薯原产于南美洲的安第斯山，17世纪由荷兰人带到我国台湾。它是重要的粮食兼用和工业原料作物。目前，全世界主要种植马铃薯的国家有148个，总面积达1838万hm，总产量3亿吨。近年来，种植业结构调整、马铃薯加工业的蓬勃发展、西式快餐大量兴起、方便食品的不断涌现、加工产品的大量开发以及经济效益的提高，极大地调动了农民的种植积极性。我国马铃薯种植面积以10万hmm/年的增长速度逐年增加，2001年达到472万hm，产量居世界第一位；2003年，黑龙江省种植面积60万hm产量达到960万吨。所以从机械化角度来看，马铃薯种植和收获机械蕴涵着巨大的商机。1.2.2马铃薯收获机发展趋势（1）在我国，马铃薯收获机向集机电和液压技术为一体的大型化方向发展，从而提高自动化程度和生产效率，获得最佳的经济效益。（2）向联合作业方向发展，实现多功能作业，降低作业成本和设备投入费用。（3）向自走式发展，装有分级装置，降低劳动强度。（4）注重产品质量，提高可靠性，实现互换性。1.2.3我国马铃薯生产全程机械化的发展趋势（1）要加大公关力度，提高机具性能指标，使其尽快达到国际先进水平。实现定型生产，占领国内市场，替代进口产品。（2）提高“三化”水平，增加作业功能，以满足农业生产需求。（3）提高机电、液压一体化和检测水平，开展联合作业机具的研制。（4）提高生产企业的加工工艺水平，保证设备制造质量。我国马铃薯种植面积大幅攀升，这对我国马铃薯收获机机械生产无疑是一个非常好的机遇，但同时也是一种挑战。总的来说，马铃薯收获市场潜力巨大，如果能充分抓住这个大好时机，认清国内马铃薯收获机械的应用现状，有选择地引进和吸收国内外先进技术，并及时开发出适合我国国情的马铃薯联合收获机，将为我国马铃薯生产奠定良好的基础。1.3马铃薯收获机分离与传动装置设计内同与要求本文的研究目标为：以配用中小动力的马铃薯收获装置为研究对象，针对中国农村分散经营的生产体制和中小型拖拉机拥有量大的特点，适应国内的马铃薯种植方式，重点设计马铃薯收获装置的挖掘及分离原理，探索新的工作方式和新的结构设计，在充分了解马铃薯植株各组成部分收获时的生长状态及田间特性的基础上，简介新型传动机构的工作机理和结构优化设计，设计工作部件的运动特点、所受阻力及对马铃薯与植株的施力方式等。以简化结构，降低功耗，减少成本，提高作业质量为目标，重点研究马铃薯收获装置及其传动部件的运动机理及最佳工作参数。研究的具体内容为：（1）设计马铃薯分离与传动装置的新的工作原理及结构形式。基本设想是用平行连杆机构实现马铃薯的振动式分离与传动，采取将两项功能通过一个工作部件来完成的全新结构，以最大程度地减少动力功耗和收获装置的总体结构尺寸；（2）针对不同马铃薯品种、不同地区及土壤条件，优化传动与工作部件的结构，使其结构参数和运动参数达到最优。第二章马铃薯收获机的分离与传动装置方案设计本设计主要考虑将挖掘后的的马铃薯与泥土分离与传动装置，同时考虑经济实用。达到能以晟少的投资获得较好的经济效益。从而为推广该产品奠定基础。2.1分离与传动装置的总体结构本任务设计的马铃薯分离与传动装置作用是将挖掘后的马铃薯通过振动作用将图块与马铃薯分离并输送出去。马铃薯收获机的清土装置目前主要有抖动升运链式和振动筛式两种，振动筛式结构紧凑、清土效果好、伤果率低等特点，但较抖动升运链式整体震动较大。综合考虑本设计采用振动筛式清土装置，振动筛栅条为纵向排布，栅条中心距可以根据当地马铃薯品种（主要是马铃薯果大小）来确定，为便于将马铃薯秧果成条铺放到远离未收取区的已收区，振动筛设计为下倾式，振动筛通过机架两侧的连杆与机架铰接，由前上部的偏心驱振装置驱动作往复振动，驱振装置上配有偏心平衡块装置。因此，马铃薯的分离与输送装置是一个摆动筛结构，其结构原理是一个曲柄滑块机构。分离与传动装置主要由减速机、尾架、传动机构、摆动筛等机构组成。尾架上焊有2点悬挂的地方，通过螺栓安装在挖掘机机架的侧板上。在尾架中部安装有传动机构，它由传动箱、一对锥齿轮和传动轴组成。传动机构通过传动轴与分离传动装置的动力输出轴连接，挖掘机的动力传动到摆动分离筛上，使转动输送筛转动，将挖掘出的马铃薯输送到摆动筛上达到分离效果。转动输送筛的主动轴的转动作用由链条带动，从而使转动筛达到转动的效果。传动机构末端上有一偏心轮，偏心轮使与其相连的连杆一端作回转运动，在连杆另一端带动摆动筛使其摆动，使马铃薯和土壤达到分离的效果。马铃薯分离与传动装置总体结构如图2.1所示。2.2分离与传动装置的总体方案如前面分析，马铃薯分离与传动装置是由传动装置、振动机构、筛面组成。传动装置将动力输入到振动装置，振动装置带动筛面振动。振动筛面上装有一定间距连续分布的杆条组成的一个栅，工作面的种类对移动土壤的压碎程度和过筛强度起着决定作用。在薯类收获机上常用振动装置可分为振动式和摆动式两种。二者主要区别是：振动筛具有较小的振幅和较高的振动频率，而摆动筛恰好与此相反。偏心轮式振动筛结构简单，工作可靠，但不能把物料沿着筛面向上运动，因此常用于辅助清理机构；摆动筛不仅能分晒土薯，而且还能将在物料向上输送。根据工作需要，选择摆动式振动筛作为本次设计的分离与传输装置。摆动筛由筛子和吊挂杆组成，并通过连杆机构带动筛子摆动。摆动筛有单筛式和双筛式两种。根据曲轴和吊杆布置位置，摆动筛的配置形式由如图2.1所示的几种配置形式。其中，单摆动筛式缺点是：筛子作往复摆动时产生的惯性力得不到平衡，对机架产生冲击力，这种筛子通常用于载荷小的部位上；双摆动筛为平衡惯性力，将曲轴放在两筛子与曲轴的连接错180°，因此惯性力有可能全部或者大部分得到平衡。从结构上考虑，曲轴需要设置在筛子的轮廓外边。用于马铃薯收获机的摆动筛应具有如下特点：在工作时，物料沿倾斜的筛面向上移动输送；在不损伤薯块的情况下，最大限度破碎土块。结合本次设计要求，由于设计的马铃薯分离与输送装置载荷不大，采用单摆动筛结构作为分离与输送装置。因此整个分离装置主要包括：动力输入系统（本次设计采用减速机作为动力输入）、动力传动系统，根据选用的摆动结构，采用曲柄连杆机构作为动力传动系统、工作面、机架。、图2.1摆动筛的几种配置形式综合，分离与输送装置方案如图2.2所示1.减速机2.曲柄连杆机构3.摆动筛4.吊杆图2.2分离与输送装置方案图2.22.3分离与传动装置的主要性能参数 由上面的结构知，分离与传动装置主要包括减速机，曲柄连杆机构，吊杆，筛面组成，减速机是标准件，选用合适的就可以了。影响分离与传输的主要是摆动筛装置。摆动筛的结构如图2.2所示。图2.2摆动筛的结构图如图2.2所示，摆动筛的主要参数有：曲轴转速n、曲柄偏心半径R、筛面倾角、筛子摆动方向与水平面夹角，筛子摆动方向与筛面之间的夹角（）物料在筛面上的运行形式和方向是由筛子加速度的大小和方向决定的。筛子的加速度由下式决定（式2.1）对土壤进行受力分析，结合运动条件，可得土壤在筛面上向上滑移的条件应满足下面公式：（式2.2）土壤在筛面上向下滑移的条件应满足下面公式：（式2.3）式中曲轴角速度（Rad/s）R-曲轴偏心半径（m）t-曲轴转动时间（s）g-重力加速度（m/s2）f-滑动摩擦系数，土壤和薯块对金属筛面的摩擦系数分别是0.5-0.8和0.43筛子摆动方向与水平面之间的夹角（°）筛面倾角（°）筛子与摆动方向与筛面之间的夹角（°）理论分析和实验结果表明，如果土壤不离开筛面而向上运动，那么筛面倾角不要大于7°；欲从筛面上抛起土壤向后输送，筛子的倾角可达17°。为了从筛面上抛起土块，必须满足：1.筛子速度的方向分量（即对筛面垂直线的投影应该向上；筛子的加速度法向分量应该向下，并且其绝对值不小于重力加速度的法向分量，即满足关系式：或（式2.4）可见，抛起土壤只能在曲轴运动的第二象限。抛起不仅能土壤使很好地向上输送，而且土壤松散。因此，在设计的时候应该按照这样的顺序选定：首先确定筛面倾角α，再确定筛子摆动方向与筛面的夹角β，最后确定筛子的摆幅（曲轴偏心半径R）和曲轴转速n。根据生产需求，本次设计的摆动筛尺寸为：长X宽=1500mmX1600mm根据马铃薯大小，确定筛杆之间距离为36mm。为了更好的提高效率，减低振动作用力，传动装置设计了两极分离筛，第一级和第二级，两级倾角不同。与机架由两个吊杆连接，由一个曲柄提供动力。减速机输入轴与转速为540r/min的拖拉机动力轴连接。第三章主要部件的设计3.1筛面倾角夹角的确定在第二章的论述中，知道马铃薯收获机的分离装置主要是由曲柄连杆机构带动摆动筛做往复运动，带动马铃薯块在筛子上面抛下抛下挤压破碎土块，达到分离目的。根据式2.1-式2.4中表示，马铃薯在筛面上面的运动的主要参数有：曲轴转速n、曲柄偏心半径R、筛面倾角、筛子摆动方向与水平面夹角，筛子摆动方向与筛面之间的夹角。下面论述如何选用合适的参数。为了设计可以分离输送马铃薯的装置，必须了解马铃薯的一些力学性能以及图块破碎参数，以便在分离输送的同时既能不破坏马铃薯也能使图块破裂。根据设计手册，马铃薯的力学性能如图2.3所示。马铃薯和土块的外形特性和重量参数如图2.4所示。造成马铃薯图块破碎的压力如图2.5所示。图2.3马铃薯的力学性能图2.4马铃薯和土块的外形特性和重量参数图2.5马铃薯土块破碎所需压力参数筛子采用有效分离面较大的条杆筛,筛架由曲柄连杆机构驱动。除了筛子结构和安装角度外，影响摆动筛分离和输送能力的主要动力因素是筛体的加速度。由平面筛的运动分析可知,筛体加速度的大小与筛面的倾角有关,倾角加大则所需的加速度也应加大。初选摆动筛参数见表5：表5摆动筛参数筛面倾角10°～15°筛条长度490～520振幅26～38筛总宽1760～1850Hz摆动筛运动简图见图3.3.摆动筛的主要参数有：曲轴转速、曲轴偏心半径、筛面倾角、筛子摆动方向与水平之间的夹角、筛子摆动方向与筛面之间的夹角。物料在筛面上一面后滑移，一面被抛起，物料只有被抛起才能达到振动的效果，以使得土块和马铃薯分离。物料在筛面上的运动形式和方向是由筛子加速度的大小和方向决定的。筛子加速度由下式决定：a=ωRcosωt土壤在筛上向下移动的条件为式中ω—曲柄角速度(rad/s)R—区柄偏心半径(m)；t—区柄转动时间(s)；g—重力加速度(m/s2)；f—滑动摩擦系数，土壤和薯块对金属筛面的摩擦系数分别为0.5～0.8和0.43γ—筛子摆动方向与水平面间的夹角(°)α—筛面倾角(°)β—筛子摆动方向与筛面之间的夹角(°)为了在筛面上抛起土垡，必须具备下列条件：（1）筛子速度的法向分量(即对筛面垂直线的投影)应该向上；（2）是筛子加速度的法向分量α应该向下，并且其绝对值应等于或大于重力加速度的法向分量，即：筛面倾角的确定：图3.3摆动筛运动简图查《农业机械设计手册（下册）》可知，对于对于放置在机器后部的辅助分离筛可选定为α=15°；为了保证良好的输送能力，筛子摆动方向与筛面之间的夹角可选定为=20°。3.2曲柄连杆机构的分析与计算曲柄连杆机构需要确定的参数有曲轴半径R,转速n。3.2.1R的确定理论和研究表明，R的振幅为0.02-0.025m之间比较合适。根据设计的机器尺寸参数，马铃薯土块在第二象限内被扬起，马铃薯和筛子分离，当筛子转动一周时，马铃薯回落到筛面上。因此，振幅R的确定其实是将马铃薯抛起的高度达到一定值，马铃薯落到从新落到上面时的高度差造成的下降速度以及图块与筛子相对速度差两者造成的冲击力将图块压碎。该冲击力应该大于造成土块破碎的压力F,F的大小可由第一章确定，约为750N。由动量定理取=0.5s为振动筛在土块落到对应点的法向速度根据设计的尺寸参数，可以选用R=0.025m3.2.2n的确定在选定α、、R后，n可以由下列式子确定。曲轴转速n=30（式3.3）式中K是保证抛起土垡和土块飞跃时间等于曲轴转动整圈所需的时间的系数，要使在图块被抛起过程中曲轴恰巧转动一周，当振幅R=0.02-0.025m时，取查农业机械设计手册，取K=3.3代入R=0.025，α=15°、=20°、K=3.3后得到n=580r/min3.3杆条参数的确定在欧洲的许多国家里，杆间距离通常为25-28mm。而在美国，甚至为40-48mm。亚洲的日、韩等国为30-40mm。这个间隙主要于块茎作物的品种和块茎的尺寸由很大关系。在波兰，一个块茎的平均重量大约为60-80g，而美国可以达到200g左右。一般情况下块茎作物的块茎为扁圆、椭圆、圆、长筒等形状，为了研究方便可以统一采用长、宽、厚三个特征尺寸来描述块茎的物理机械特性，其中厚度尺寸是关键的一个尺寸。分离输送器的杆条间隙如图13，从图中可以看出下面的关系：L=L1+D式中：L--杆间隙L1--杆条间隙要使分离输送器达到筛分土壤，保留块茎的目的，杆条间隙的设计应满足＜c的条件，即保证块茎最小特征尺寸大于杆条间隙，从而使块茎不至于在杆条间隙间随土壤一起漏下。根据资料和实际的测量，我国块茎的厚度尺寸大多在30-80mm之间，因此若取杆间距L为55mm，杆条直径为10mm，代入式中，可得杆条的间隙为45mm。其结构如图3.3：图3.3杆条间隙图3.4传动比的确定与减速器的选择3.4.1传动比的计算已知与减速机动力输入轴的拖拉机动力轴转速540/min,结合第三章计算的转速n=580r/min，取减速比为1：1即可。第五章传动轴的校核5.1传动轴的受力分析计算传动轴一端与减速机连接，一端与曲柄滑块机构连接。其受力分析如图5.1所示。图5.1传动轴受力分析传动轴一端收到减速机带来的扭矩T1，零一端收到曲柄连杆机构带来的扭矩以及径向力F1。减速机与功率为5kw的动力输入机连接，输出转速为580r/min。取减速机传递效率η=0.9，那么减速机输出的动功率P=4.5KW.因此可以计算传递到传动轴的扭矩T.下面计算图5.1所示各量根据代入数值，计算得到T1=74N.m振动过程中，连杆的受力非常复杂，因此传递到传动轴的力F1很难直接计算，可以初步估算下。设计的曲轴机构如图5.2所示。根据力矩平衡，曲轴产生的力矩应该等于T1。即代入r=0.025，T1=74N.m得到F1=2960N5.2求支反力由绕支点B合力矩为零得：1520RA+294360=2941395解得RA=200N由绕支点A转动合力矩为零得：294125-2941160+1520RB=0解得RB=-200N,符号表明实际受力方向与假设相反。5.3做出垂直面MV弯矩图5.4做出扭矩图计算T1由上面计算知T1=74N.m5.5弯扭合成图Mca由于传动轴受力为脉动受力，故弯当量转矩为当量弯矩图如下强度校核应有（式）托辊材料为A3，查表得=55MPa托辊最大危险截面处直径为45mm，又代入得故强度符合要求5.6滚动轴承的初步选择因轴承同时受有径向力和轴向力的作用，故选用角接触球轴承，按照工作要求并根据d=65mm，由轴承产品目录中初步选取0基本游隙组，标准精度级的角接触球轴承7213AC，其尺寸为,成对使用，安装在立式轴承座上。同时在驱动端安装一个膜片式弹簧圈对轴施加预载荷，所以可以保证主轴系统无游隙运动和高刚度，这样可以避免无载荷轴承在高速下可能出现的球打滑现象，球打滑可能会引起表面变粗糙，提高运转噪声。轴承的润滑：该滚动轴承采用脂润滑。润滑脂是增稠剂和基础油的混合物，可分为以下润滑脂类型：(1)由金属皂作为增稠剂与润滑油所构成的金属皂基润滑脂。(2)由无机胶凝剂式有机增稠剂与润滑油构成的非皂基润滑脂。(3)由有机式无机增稠剂与合成油构成的合成润滑脂。该轴承选用２号钙基脂为润滑脂。该轴承为长寿命润滑脂润滑，润滑间隔为一年。第六章密封及润滑的设计6.1密封由于使用低速电动机，在室温下，电动马达可用于常用毛毡密封。毛毡密封圈，毛毡环与套管内填充堵塞泄漏间隙达到密封的目的。毛毡具有天然的弹性，是松孔海绵，储存润滑油和挡尘。轴旋转时，毯子和可反复刮了自己的无油自润滑。6．2润滑1．链轮，由于驱动构件的圆周速度V<12米/秒，使用浸油润滑，所以身体需要有足够的油润滑和冷却。同时，为了避免沉淀物抛出搅拌油，油的顶部的底表面上的齿不小于30〜50mm的距离H。对于单级变速箱，浸油你可以设置所需的石油量。对于单级传动，每1kW的油需要V0=0.35〜0.7dm3。2．滚动轴承，由于传动部件的速度是不高，而且往往难以供给，所以使用润滑脂润滑。不仅密封简单，容易流失，并且可以形成完全独立的膜的滑动面。总结随着食品工业的发展，食品深加工已越来越被世界重视，特别是快餐和方便食品的诞生，促使保鲜脱水蔬菜工业迅速发展起来。而综观国内食品加工产业相对落后。本设计就是针对马铃薯原料的加工需要，进行了马铃薯去皮的设计。美国是世界上最大的马铃薯生产国和出口国。该产业给美国带来了巨大的经济效益。近二十年来，继美国之后，德、法、荷兰、英、瑞士、丹麦、加拿大、日本等国家，也在致力于发展马铃薯食品加工业，从而使世界马铃薯食品加工业进入到当今兴旺发达的阶段。综观我国的马铃薯加工产业，虽然我国的马铃薯种植面积居世界第一，但却产生了我国有巨大马铃薯产量却需要巨额进口的强烈反差。一方面我国有着巨大的市场需求，另一方面又是严重不足的生产加工能力。随着经济的发展，我国事物消费结构也在发生巨大的变化，快餐和休闲食品的消费将快速增长，同时马铃薯的消费趋势也将呈现多样化，其衍生产品的工业需求正在迅速增加。从宏观上看，一方面加入WTO提供了巨大的发展机遇，另一方面还有着13亿人口的国内消费市场，可见马铃薯等果蔬原料的加工将焕发无穷的魅力也势在必行。本课题的提出就是基于上述的实际需要出发，尤其是考虑到任何一种形式的马铃薯原料加工，去皮都是其中一项必不可少且重要的操作环节。去皮效率的高低和安全卫生性将直接影响马铃薯原料加工的效益。针对这些特点所采取的设计方案不仅从实际产量要求出发，而且还结合经济最优化，以达到最低成本产生最大收益。本设计利用电动机为动力源，物料在圆筒形容器中，通过传动轴的作用，依靠带有磨料的工作转盘在中速或高速旋转中形成与工作转盘、筒壁及物料颗粒之间的翻转、揉搓摩擦为主，撞击为辅的综合机械作用效果从而达到去皮的目的。因此可知本课题的设计方案所依据的理论，证明是完全可行的。本课题的设计涉及到机械制造、机械设计、理论力学、材料力学、工程材料基础等多种学科的知识。主要内容包括马铃薯原料去皮机的结构设计、物料的受力分析、主要参数的选择确定、主要零件的校核及分析说明，有完整的理论阐述和设计计算，并附有大量的装配和零件图，更加直观的对整个设计加以论证。其中对果蔬原料去皮机的关键部件——传动轴作了详细的力学分析和计算，并绘制出弯矩扭矩图，通过理论以及大量的计算阐述了传动轴结构的可行性和性能特点。同时工作圆筒的结构设计也是基于相应的理论依据、计算，大量文献资料的阅读，对出售相应机械产品公司的网上查阅了解所确定的。由上可知，本设计基本实现了马铃薯原料去皮机的去皮要求，是一种切实可行的设计方案。致谢这段时间以来，在导师周善炳的悉心指导下，这次毕业设计终于较为顺利地完成了。几个月的时间里，从课题的选定、资料的收集、课题的具体设计到论文的审定改进，周善炳老师都给与了极大的帮助，倾注了大量的心血；在周善炳老师的指导下，学生不仅开拓了思路、扩大了视野、丰富了知识面，还初步掌握了缝隙和处理具体实践问题的科学方法，为学生今后发展打下了坚实的基础。周善炳老师有着深厚的理论功底、宽广的知识面和丰富的实践经验，尤其值得学生学习的是周善炳老师那种在工作中严谨求实、精益求精的治学态度，对待学生严格要求、一丝不苟的负责精神，都将激励学生在以后工作学习中不断努力，这是学生在这段时间内的最大收获，在此谨向周善炳老师致以衷心的感谢和真诚的敬意。同时，由于本人才疏学浅，加之此次设计时间紧任务重，李少云、李建波等同学都给予了重要帮助。由于篇幅限制在此不再将他们一一列举，但是我对他们无私慷慨的帮助表示深深的谢意！此外，感谢我的父母，感谢他们这么多年来的养育之恩，是他们的辛勤工作才使我能顺利地完成学业。感谢父母在我受到挫折、打击时候的鼓励和支持！参考文献[1]杨炳南.马铃薯薯条加工及对策。农机与食品机械，1999,2:1-2[2]王健.马铃薯加工利用前景广阔。农村经济与技术，19989:42-44[3]王秀芳.荷兰的马铃薯加工业。世界农业，19984:22-24[4]王景彬.试论国内外果树脱皮方法及设备。农牧与食品机械，1991,2:22-23[5]孔凡真.马铃薯产品开发大有可为。农业科技通讯，1998,12:28-30[6]陈绍光.马铃薯化学去皮技术研究。湖南农业科学，1998,4:40-41[7]陈芳，邓春岩.基于SolidWorks的土豆去皮机的三维设计.农机化研究.2006,11:126-130[8]罗迎社主编．材料力学．武汉理工大学出版社[9]唐增宝，何永然，刘安俊主编．机械设计课程设计（第二版）．华中科技大学出版社[10]蔡春源主编．新编机械设计实用手册．北京：学苑出版社，2002.3[11]徐灏主编．机械设计手册．北京：机械工业出版社，1999.1[12]周良德，朱泗芳等编著．现代工程图学．湖南科学技术出版社，2000.8[13]施平主编．机械工程专业英语教程．电子工业出版社[14]成大先主编．机械设计手册（第四卷第五版）．化学工业出版社[15]刘守江，张艳来.JL—Ⅱ型马铃薯切屑去皮机的研制.农机化研究.1995,2:17-20MachinedesigntheoryThemachinedesignisthroughdesignsthenewproductorimprovestheoldproducttomeetthehumanneedtheapplicationtechnicalscience.Itinvolvestheprojecttechnologyeachdomain,mainlystudiestheproductthesize,theshapeandthedetailedstructurebasicidea,butalsomuststudytheproductthepersonnelwhichinaspecttheandsoonmanufacture,saleandusequestion.Carriesoneachkindofmachinedesignworktobeusuallycalleddesignsthepersonnelormachinedesignengineer.Themachinedesignisacreativework.Projectengineernotonlymusthavethecreativityinthework,butalsomustinaspectandsoonmechanicaldrawing,kinematics,engineerigmaterial,materialsmechanicsandmachinemanufacturetechnologyhasthedeepelementaryknowledge.Iffrontsues,themachinedesigngoalistheproductioncanmeetthehumanneedtheproduct.Theinvention,thediscoveryandtechnicalknowledgeitselfcertainlynotnecessarilycanbringtheadvantagetothehumanity,onlyhaswhentheyareappliedcanproduceontheproductthebenefit.Thus,shouldrealizetocarriesonbeforethedesigninaspecificproduct,mustfirstdeterminewhetherthepeopledoneedthiskindofproductMustregardasthemachinedesignisthemachinedesignpersonnelcarriesonusingcreativeabilitytheproductdesign,thesystemanalysisandaformulationproductmanufacturetechnologygoodopportunity.Graspstheprojectelementaryknowledgetohavetomemorizesomedataandtheformulaismoreimportantthan.Themerelyservicedataandtheformulaisinsufficienttothecompletelydecisionwhichmakesinagooddesignneeds.Ontheotherhand,shouldbeearnestpreciselycarriesonalloperations.Forexample,evenifplaceswrongadecimalpointposition,alsocancausethecorrectdesigntoturnwrongly.Agooddesignpersonnelshoulddaretoproposethenewidea,moreoveriswillingtoundertakethecertainrisk,whenthenewmethodisnotsuitable,useoriginalmethod.Therefore,designsthepersonneltohavetohavetohavethepatience,becausespendsthetimeandtheendeavorcertainlycannotguaranteebringssuccessfully.Abrand-newdesign,therequestscreenabandonsobsoletelymany,knowsverywellthemethodforthepeople.Becausemanypersonofconservativeness,doesthiscertainlyisnotaneasymatter.Amechanicaldesignershouldunceasinglyexploretheimprovementexistingproductthemethod,shouldearnestlychooseoriginally,theprocessconfirmationprincipleofdesigninthisprocess,withhasnotunifieditaftertheconfirmationnewidea.Newlydesignsitselfcanhavethequestionoccurrencewhichmanyflawsandhasnotbeenabletoexpect,onlyhasaftertheseflawsandthequestionaresolved,canmanifestnewgoodscomeintothemarkettheproductsuperiority.Therefore,aperformancesuperiorproductisbornatthesametime,alsoisfollowingahigherrisk.Shouldemphasize,ifdesignsitselfdoesnotrequesttousethebrand-newmethod,isnotunnecessarymerelyforthegoalwhichtransformtousethenewmethod.Inthedesignpreliminarystage,shouldallowtodesignthepersonnelfullytodisplaythecreativity,noteachkindofrestraint.Evenifhashadmanyimpracticalideas,alsocaninthedesignearlytime,namelyinfrontoftheplanblueprintiscorrected.Onlythen,onlythendoesnotsendtostopsuptheinnovationthementality.Usually,mustproposeseveralsetsofdesignproposals,thenperformthecomparison.Hasthepossibilityverymuchintheplanwhichfinallydesignated,hasusedcertainnotinplansomeideaswhichaccepts.Howdoesthepsychologistfrequentlydiscusscausesthemachinewhichthepeopleadaptsthemtooperate.Designspersonnel''sbasicresponsibilityisdiligentlycausesthemachinetoadaptthepeople.Thiscertainlyisnotaneasywork,becausecertainlydoesnothavetoallpeopletosayinfactallisthemostsuperioroperatingareaandtheoperatingprocess.Anotherimportantquestion,projectengineermustbeabletocarryontheexchangeandtheconsultationwithotherconcernedpersonnel.Intheinitialstage,designsthepersonneltohavetocarryontheexchangeandtheconsultationonthepreliminarydesignwiththeadministrativepersonnel,andisapproved.Thisgenerallyisthroughtheoraldiscussion,theschematicdiagramandthewritingmaterialcarrieson.Inordertocarryontheeffectiveexchange,needstosolvethefollowingproblem:(1)designswhetherthisproducttrulydoesneedforthepeople?Whetherthereiscompetitiveability(2)doesthisproductcomparewithothercompanies''existingsimilarproducts?(3)producesthiskindofproductiswhethereconomical?(4)productserviceiswhetherconvenient?(5)productwhetherthereissale?Whethermaygain?Onlyhasthetimetobeabletoproducethecorrectanswertoabovequestion.But,theproductdesign,themanufactureandthesaleonlycanincarryontotheabovequestionpreliminaryaffirmationanswerfoundationin.Projectengineeralsoshouldthroughthedetaildrawingandtheassemblydrawing,carriesontheconsultationtogetherwiththebranchofmanufacturetothefinallydesignproposal.Usually,canhavesomeprobleminthemanufactureprocess.Possiblycanrequesttosomecomponentssizeorthecommondifferencemakessomechanges,causesthecomponentstheproductiontochangeeasily.But,intheprojectchangemusthavetopassthroughdesignsthepersonneltoauthorize,guaranteedcannotdamagetheproductthefunction.Sometimes,wheninfrontofproductassemblyorinthepackingforeignshipmentexperimentonlythendiscoversinthedesignsomekindofflaw.Theseinstancesexactlyshowedthedesignisadynamicprocess.Alwayshasabettermethodtocompletethedesignwork,designsthepersonneltobesupposedunceasinglydiligently,seeksthesebettermethod.Recentyear,theengineerigmaterialchoicealreadyappearedimportantly.Inaddition,thechoiceprocessshouldbetothematerialcontinuouslytheunceasingagainappraisalprocess.Thenewmaterialunceasinglyappears,butsomeoriginalmaterialscanobtainthequantitypossiblycanreduce.Theenvironmentalpollution,materialrecyclingaspectandsoonuse,worker''shealthandsecurityfrequentlycanattachthenewlimitingconditiontothechoiceofmaterial.Inordertoreducetheweightorsavestheenergy,possiblycanrequesttheusedifferentmaterial.Comesfromdomesticandinternationalcompetition,toproductservicemaintenanceconveniencerequestenhancementandcustomer''saspecttheandsoonfeedbackpressure,canurgethepeopletocarryontothematerialreappraises.Becausethematerialdoesnotselectwhencreatedtheproductresponsibilitylawsuit,hasalreadyhadtheprofoundinfluence.Inaddition,thematerialandbetweenthematerialprocessinginterdependenceisalreadyknownbythepeopleclearly.Therefore,inordertocanandguaranteesthequalityinthereasonablecostunderthepremisetoobtainsatisfactiontheresult,projectengineermakesengineersalltohaveearnestlycarefullytochoose,thedeterminationandtheusematerial.Makesanyproductthefirststepofworkallisdesigns.Designsusuallymaydivideintoseveralexplicitstages:(a)preliminarydesign;(b)functionaldesign;(c)productiondesign.Inthepreliminarydesignstage,thedesigneremphaticallyconsideredtheproductshouldhavefunction.Usuallymustconceiveandconsiderseveralplans,thendecidedthiskindofthoughtiswhetherfeasible;Ifisfeasible,thenshouldmakesthefurtherimprovementtoorseveralplans.Inthisstage,thequestionwhichonlymustconsideraboutthechoiceofmaterialis:Whetherhastheperformancetoconformtotherequestmaterialtobepossibletosupplythechoice;Ifno,whetherhasabiggerassuranceallpermitsinthecostandthetimeinthelimitdevelopsonekindofnewmaterial.Inthefunctionaldesignandtheengineeringdesignstage,needstomakeapracticalfeasibledesign.Mustdrawupthequitecompleteblueprintinthisstage,choosesanddetermineseachkindofcomponentsthematerial.Usuallymustmaketheprototypeortheworkingmodel,andcarriesontheexperimenttoit,theappraisalproductfunction,thereliability,theoutwardappearanceandtheservicemaintenanceandsoon.Althoughthiskindofexperimentpossiblycanindicate,entersintheproducttotheproductionbaseinfrontof,shouldreplacecertainmaterials,but,absolutelycannotthispointtakenotearnestlychoosesthematerialtheexcuse.Shouldunifytheproductthefunction,earnestlycarefullyconsiderstheproducttheoutwardappearance,thecostandthereliability.Hastheachievementverymuchthecompanywhenmanufactureallprototypes,selectsthematerialshouldthematerialwhichuseswithitsproductioninbesame,andusesthesimilarmanufacturetechnologyasfaraspossible.Likethishastheadvantageverymuchtothecompany.Thefunctioncompleteprototypeifcannotactaccordingtotheanticipatedsalesvolumeeconomicallytomake,orisprototypicalandtheofficialproductioninstallmenthasinthequalityandthereliableaspectisverygreatlydifferent,thenthiskindofprototypedoesnothavethegreatvalue.Projectengineerisbestcancompletelycompletethematerialinthisstagetheanalysis,thechoiceandthedeterminationwork,butisnotremainsittotheproductiondesignstagedoes.Because,iscarriesonintheproductiondesignstagematerialreplacementbyotherpeople,thesepeopleareinferiortoprojectengineertotheproductallfunctionsunderstanding.Intheproductiondesignstage,isshouldcompletelydeterminewiththematerialrelatedmainquestionthematerial,causesthemtoadaptwiththeexistingequipment,canusetheexistingequipmenteconomicallytocarryontheprocessing,moreoverthematerialquantitycanquitebeeasytoguaranteethesupply.Inthemanufactureprocess,inevitablycanappeartousesthematerialtomakesomechangesthesituation.Theexperienceindicatedthat,mayusecertaincheapmaterialstotakethesubstitute.However,inthemajoritysituation,inwillcarryontheproductionlatertochangethematerialtohaveintostartbefo