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小型釘齒玉米脫粒機的設計
Design of small nailed corn thresher
摘要
本文中設計的玉米脫粒機，用機械來取代人工進行?，F代化農業(yè)技術的發(fā)展，促進了玉米產量的大幅度提高，因此對脫粒技術提出更高的要求。如果使用人工來進行脫粒，不僅花費很長的時間，而且工作強度大，非常不方便，我國農業(yè)是小農經濟，也就是說大型的機器在我們國家的農村是推廣不開來的。所以現在要研究一種比較小的玉米脫粒機，效率要高，破碎率要低，這樣勞動人民的強度就變輕了，并且將農業(yè)生產的現代化水平變得更高。
本論文主完成的內容有：玉米脫粒機總體方案的設計,輸出軸的選擇,傳送帶及帶輪的選用，其他零件的設計。根據設計要求，選擇V型帶傳動作為傳動方式，確保機構的穩(wěn)定，確定脫粒機的技術參數。選擇45號鋼為軸的材料，保證軸的強度以及剛度；根據軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度。設計釘齒條來固定釘齒，使之呈螺旋狀；確定柵格凹板的設計。入料口及上蓋的設計，能夠有效避免出現玉米棒卡死或濺出的情況。
本論文設計的玉米脫粒機重點是小型、釘齒。設計的時候，脫粒機的動力來源是電動機，電動機通過輸出軸和傳送帶，將動力傳送到釘齒脫粒滾筒上，之后它又跟柵格板進行配合，玉米粒也就排出機器了。
關鍵詞 玉米；脫粒機；小型；釘齒；設計
II
Abstract
Corn thresher is a machine for threshing corn by mechanical action instead of manual operation. With the development of modern agricultural planting technology, the yield of maize has been greatly improved, and new requirements for threshing technology of maize have been put forward. Artificial threshing is time-consuming, laborious and extremely inconvenient. However, the current situation of agriculture in China is mostly the small-scale peasant economy, which determines that it is difficult to popularize large machinery in some aspects. The research and development of small corn thresher with high efficiency and low crushing rate is of great significance for reducing the labor intensity of farmers and improving the mechanization of agricultural operations.
The main content of this paper is: the design of the overall plan of the corn sheller, the selection of the output shaft, the selection of the conveyor belt and the pulley, and the design of other parts. According to the design requirements, the V-belt drive is selected as the transmission method to ensure the stability of the mechanism and the technical parameters of the threshing machine are determined. Select 45 steel as the material of the shaft to ensure the strength and rigidity of the shaft; determine the diameter and length of each section of the shaft according to the axial positioning requirements. The nail rack is designed to fix the spikes and make them spiral; the design of the grid concave plate is determined. The design of the inlet and top cover can effectively prevent corn sticks from being stuck or spilled.
Based on the above reasons, this paper mainly designs small threshing corn thresher. The main contents are as follows: the machine is mainly composed of an inlet port, a grid type concave plate, a nail tooth threshing cylinder and a transmission part. The motor is used as the power source, the power is output from the output shaft of the motor, and then passed through the drive belt to the nail tooth threshing roller, the corn is separated from the grid format concave plate and the corn grain is discharged from the machine, and the corn core is discharged from the other end of the feed.
Keywords threshing machine small nail tooth design
目 錄
摘要 I
Abstract II
1 緒論 1
1.1 本課題研究的背景及意義 1
1.2 國內外玉米脫粒機的發(fā)展現狀 2
1.3 玉米脫粒機市場需求的分析 3
1.4 玉米脫粒機技術發(fā)展及市場前景的分析 3
1.5 本課題研究的主要內容及擬解決的主要問題 3
2 總體方案、主要參數的設計與確定 4
2.1 玉米脫粒機的組成 4
2.2 玉米脫粒機的總體設計 6
2.3 技術參數的設計與確定 6
2.4 釘齒條上釘齒轉速的確定 7
2.5 釘齒滾筒轉速的確定 7
2.6 電動機的選擇與確定 7
3 帶及帶輪的設計 10
3.1 傳動帶的設計 10
3.1.1確定傳送帶的功率 10
3.1.2選擇V帶的型號 10
3.1.3確定帶輪的基準直徑 10
3.1.4確定傳動中心距和帶長 11
3.1.5驗算主動輪上的包角 11
3.1.6確定V帶的根數 11
3.1.7確定帶的初拉力 12
3.1.8求V帶傳動作用在軸上的壓力 12
3.2 帶輪的設計 12
3.2.1帶輪的材料選擇 12
3.2.2主動帶輪的設計 13
3.2.3從動帶輪的設計 13
3.2.4帶輪輪槽的設計 14
3.2.5 帶輪技術要求的確定 14
4 傳動軸的設計 15
4.1 傳動軸最小直徑的估算 15
4.2 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 16
4.3 初步選擇輸出軸 16
4.4 確定輸出軸上的圓角半徑 16
4.5 按彎扭合成條件校核軸的強度 16
4.5.1軸受力簡圖的繪制 16
4.5.2求輸出軸上的所受作用力的大小 17
4.5.3釘齒條上的合力 17
4.5.4軸上水平面內所受支反力 18
4.5.5軸在垂直面內所受的支反力 18
4.5.6作彎矩圖 18
4.5.7作當量彎矩圖 19
4.5.8校核軸的強度 19
5 其他零件的設計、選擇與確定 21
5.1 釘齒條的設計 21
5.1.1釘齒條的總體結構設計 21
5.1.2釘齒條及釘齒的設計 21
5.1.3釘齒的設計 22
5.1.4圓盤的設計 22
5.2 柵格式凹板的設計 22
5.3 入料口及脫粒機上蓋的設計 23
5.4 機架的設計 24
5.5 軸承座的設計 25
5.6 玉米脫粒機上標準件的選擇 25
結論 26
致謝 27
參考文獻 28
4
1 緒論
1.1 本課題研究的背景及意義
玉米是世界上主要糧食作物之一，國內，有三個地區(qū)是玉米的主產區(qū)。一個是在北方，主要是東北三省，在這種植的玉米占到全國總面積40%；還有一個地方，就是在黃淮，主要地方是山東，河南等，這些地方種植玉米的面積占到總面積的25%；三，還有一個地方是在西南地區(qū)，在這種植的玉米的面積大約是總面積的15%?，F在農業(yè)的機械化一直都是在進步的，但依然不能很好地滿足當今玉米脫粒的需求，所以說，研究高效玉米脫粒機是非常重要的。
1、自己可以供應糧食
對于國家來說，研發(fā)玉米脫粒機，對收獲玉米機械化發(fā)展是一個重要的里程。國內人口眾多，主要集中在農村，并且每年人口都在向上增長，但是耕地每一年都在變少，在這樣的情況下，保障糧食的供給是現在非常重要的一個問題。有的人曾經這樣提出過，到二十一世紀時，我國的產糧將難以滿足自身需求，為了打破這種情況，國家擴大玉米種植的比例，并且對玉米作物進行增產，使玉米的產量變高，需選用高產、高質量的玉米品種，，在進行種植時的形式是緊湊的，在移種，還有收獲時都使用機器。玉米還是主要的飼料，現在人們的生活是越來越好了，飲食結構一直在發(fā)生改變，口糧的比例是一直在降低的，但是現在飼料的需求量反而提高了，最多的就是玉米。玉米種植的地區(qū)越來越廣，產量也得以提高，所以現在必須要發(fā)展玉米生產機械化。
2、現在更加看重玉米的經濟價值
在多種糧食作物中，玉米的產量是最高的。每畝產量為600~900公斤，據研究顯示，玉米最高可達可以達到1517公斤，現在的生產量跟理論產量之間的差距還是非常大的，所以潛力還是非常大的。從全球的玉米產量來看，我們國家生產的玉米的量在世界第二的水平，跟第一的美國的產量進行對比，比他們要少，所以我國還可以對玉米進行加大生產。糧食的產量變高了，這樣玉米機械化水平也就變高了。
3、玉米收獲機械化是農業(yè)機械化發(fā)展的重要表現。
現在很多種植玉米的老百姓希望在收獲玉米的時候，能夠有一種符合實際情況的玉米機械，對于農業(yè)生產來說，是非常著急需要的，現在玉米機械化的水平不高，對于農業(yè)機械化來說，想要繼續(xù)發(fā)展就要對機械化設備進行發(fā)展。有地方政府提出了要提前實現農業(yè)現代化，要是對這個目標進行實現，那么首先農業(yè)就要實行機械化，在這個過程里面，一定要在收獲玉米的時候，用機械化來進行?，F在的情況是在收獲玉米的時候，基本上都是通過人工來進行，用的工具也都是傳統(tǒng)的工具，勞動時強度非常大，而且效率也不高。因此推廣農業(yè)機械化，是非常有必要的。
對于收獲玉米加工機械化，玉米脫粒機的改良非常重要，所以要對它去進行研究，對它去進行開發(fā)。所謂玉米脫粒機，就是將玉米去皮后，風干一段時間，使用機器分離玉米跟玉米芯，這樣的機器就是玉米脫粒機。在工作時，通過釘齒滾筒進行的回轉動作，釘齒跟柵格板的中間在配合的時候是間隙配合，在對玉米進行脫粒的時候，因為裝置的作用，玉米粒跟玉米芯就分別從兩邊的口排出來，來回的對玉米粒進行脫離，持續(xù)將脫好的玉米粒排出脫粒機。
4、當前玉米脫粒機的缺陷在于高破碎、高損耗
目前，國內生產的玉米僅僅落在美國的后面，是世界上第二的水平。每年生產的玉米總量，僅低于小麥產量，在進行秋收的時候，它種植的面積，還有產量是當季最多的，對于農業(yè)經濟來說，玉米是一種主要的經濟作物。玉米現在不僅作為一種糧食，還可以作為飼料，并且產生的經濟價值是非常高的，現在還可以將玉米作為乙醇燃料，在國際貿易里面，玉米作物的重要性是越來越高?？萍家恢痹诎l(fā)展，收獲玉米的機器類型也是多了起來，并且技術更加先進。原本的玉米脫粒機劣勢就在于破碎率是非常高的，并且效率還不高，保存、運輸起來都不方便。
按照前面的分析，現在需要研究一種更新的玉米脫粒機，它在脫粒的時候可以自動化進行，并且脫凈率要高，破損率不宜高，這樣獲得的玉米的籽粒質優(yōu)良，農民在工作的時候強度也就降低了，可以用在日常農業(yè)生產上。全自動的玉米脫粒機，在進行設計的時候，在進給的時候，凸輪是穩(wěn)定進行的，要想讓玉米粒很快的脫落下來，就要通過刀具轉動產生切向力來實現，它的構造不能復雜，效率要高，不僅能夠用在家庭農業(yè)種植上，還能夠用在企業(yè)的生產上，這樣有利于農業(yè)機械化水平的提升。
1.2 國內外玉米脫粒機的發(fā)展現狀
1、現在國內玉米脫粒機的狀況
國內種植的農作物要使用脫粒機的是小麥，還有水稻，在某一個地方種植農作物的時候，收獲的時候使用脫粒機，也就是一種機械的進步。在東北地區(qū)，很多農業(yè)企業(yè)都使用了脫粒機，這樣他們的生產效率就是非常高的，用了脫粒機之后，安全性也是更好的。因為我們國家的地方是非常大的，在北方地區(qū)，種植的比較多的農作物是玉米，還有豆子等，在北方地區(qū)，用的脫粒機主要是棒槌式的。中型或大型的農機企業(yè)基本上都是國有控股，他們生產的脫粒機偏向于大型化，不適用于家庭小型作業(yè)。
當今，已經有科研單位研究出，可以從玉米里面提煉出來乙醇，所以玉米的使用領域越來越廣。這對玉米脫粒機的研究，提高工作效率、安全性，起到了推動性的作用。
2、現在國外玉米脫粒機的發(fā)展狀況
世界上第一個回轉滾筒脫粒裝置是在18世紀的時候被研發(fā)出來，為了給玉米進行脫粒，對機器進行了很多的實驗研究，一直都有更新的玉米脫離裝置被研究出來。在1815年的時候，美國人研究出來了世界上第一臺專門用來對玉米進行脫粒的機器，只不過這個機器是要手動進行操作的。在進行脫離的時候，有人將曲柄進行搖動，這樣轉盤片也就轉動起來了，這樣轉盤就緊緊的壓著玉米穗了，玉米芯上面的玉米粒也就掉下來了。后來美國有公司研發(fā)了一種更新的玉米脫粒機，型號是HS-48，這種新的玉米脫粒機的性能是非常不錯的，不同品質的種子玉米都能很好的進行脫粒，在脫粒的過程中，不會造成太多的種子的破碎，很多發(fā)達國家現在都是用這種玉米脫粒機的。這種機器的生產率是非常高的，破碎率只有百分之零點八，不過它的體積非常大，價格高。
1.3 玉米脫粒機市場需求的分析
玉米在整個農作物里面的排名在第三，在國內，有三個地方是主要種植玉米的地方。一個主要是東北三省，占到全國總面積的40%；還有是在黃淮地區(qū)占到種植總面積25%；還有是在西南地區(qū)，在這種植玉米的面積約是總面積15%?，F在農業(yè)的機械化一直都是在進步的，所以如何高效率的去收集已經是必須要去研究的，所以說，研究玉米收獲機是非常重要的。從全球來看，玉米是一種主要的糧食，也是一種主要的飼料，產量是非常高的，并且每年的產量也沒有太大的浮動。現在有必要去研究一種玉米脫粒機，這個機器在脫粒的時候，破損率要低，并且生產效率還要高，這樣農業(yè)機械化程度也就變得更高了。
1.4 玉米脫粒機技術發(fā)展及市場前景的分析
與原來使用的脫粒機，新研發(fā)的脫粒機的破碎率比較低，即使玉米含水量高，脫粒的時候脫凈率也非常高，還有該機器在進行清理的時候非常便利，體積不大，便于安放。此前機器主軸轉動時速度非常高，要對玉米進行脫粒，都是通過高速轉動的軸上釘齒，將玉米穗進行打擊，這樣實現脫粒，玉米的破碎是非常的嚴重的。玉米的含水量要是達到18%，國產的機器在對玉米進行脫粒的時候，脫凈率在98%到99%，破碎率不到2%，主機非常容易出現卡死的情況。本論文研究的這個機器在使用之后，脫凈率是有了顯著的提高，破損率明顯還要小，降低了主機卡死、封堵情況，跟國際水平相差不大，技術上提升了。
1.5 本課題研究的主要內容及擬解決的主要問題
1、本論文研究的內容：
（1）設計小型釘齒玉米脫粒機的總體方案，將它的工作原理圖畫出來。
（2）進行相關的設計，還有計算主要技術參數，設計出結構。
（3）畫出裝配圖還有零件圖，編寫說明書。
2、論文擬解決的主要問題：
（1）在脫粒時，釘齒上面承受的力會傳送到釘齒條上面，設計釘齒條時，一邊要對釘齒加強固定，優(yōu)化它的布局，改善脫粒效果，并且有利于對剛度，強度進行確保。
（2）在進行帶傳動時，要避免出現打滑的情況，并且滿足疲勞強度要求，使用壽命足夠長，選擇符合要求的帶還有帶輪。
（3）確定軸每段尺寸規(guī)格時，需要按照軸向定位的要求進行。校核軸的強度時，應根據彎扭合成應力來進行。
2 總體方案、主要參數的設計與確定
2.1 玉米脫粒機的組成
下圖2-1就是玉米脫粒機的主要結構：
8
6
4
3
2
5
7
1
圖2-1 總體結構
1—上蓋；2—軸承座；3—主軸；4—傳動帶；5—電動機；
6—機架；7—釘齒；8—釘齒條
1、輸入裝置的選擇
對于脫粒機來說，最關鍵的零部件就是滾筒，滾筒轉動的速度是多少，關系到脫粒時候的脫凈率還有破碎率。所以，在確定傳動辦法的時候是非常關鍵的。脫粒機在將動力輸入的時候，有三種辦法：
（1）鏈傳動；圖2-2所示
圖2-2 鏈傳動
（2）V型帶傳動；圖2-3所示
圖2-3 V型帶
1—包布；2—頂布；3—頂膠；4—緩沖膠；5—芯繩；
6—底膠；7—底膠夾布；8—底布
（3）同步帶傳動。圖2-4所示
圖2-4 同步帶
鏈傳動，V帶傳動，同步帶傳動，這三種傳動，他們各有優(yōu)劣，只有用對了地方，才可以最大化的發(fā)揮出它的作用，機械設計的目的也就達到了，對這三種方案進行對比，如下表2-1 。
表2-1 三種傳動方案分析
傳動效率
使用壽命
傳動轉矩
成本
鏈傳動
較好
較好
較小
較貴
V型帶傳動
正常
最好
最大
一般
同步帶傳動
最好
差
小
昂貴
通過上面的對比，V型帶傳動，它的安裝比較簡單，占據的空間也不大。它是一種撓性零部件，具備一定的彈性，便于對沖擊進行緩沖，可以把震動吸收進來，這樣一來脫粒機在工作時候的性能就非常穩(wěn)定了，并且降低了噪聲。在傳動的時候，V帶跟皮帶輪的中間會有一定的摩擦，因此這兩個部件會產生滑動，傳動比就會產生浮動。然而對于脫粒時候的傳動是沒有影響的，因為脫粒機對于傳動比并沒有嚴格的要求，并且V型帶還能夠進行過載保護，這樣機器的零件就不會被弄壞。所以論文設計的這款脫粒機，傳動部分就是用V型帶。
2、入料部分
入料部位是與脫粒機上面的蓋子相連接的，選取材料是鐵板，厚度1mm，入口的地方與釘齒滾筒上釘齒是相切的，將玉米去皮之后，由此處投放，進入脫粒的過程。
3、脫粒部分
脫粒的位置在釘齒滾筒跟柵格板之間，脫下來的玉米粒從柵格板的縫隙這個地方落下來，從倉口落機器的外面。玉米芯通過滾筒的作用，從入料口另外一端掉出來。
4、篩選部分
該部分的組成是柵格板式的凹版，主要由鐵條構成的，每兩根鐵條之間會有一定的間隙，這樣玉米就被卡在這里，之后因為轉動速度足夠快，釘齒滾筒就可以對這個被卡死的玉米進行脫粒。無論在安裝的時候，還是進行脫粒的時候，柵格板的凹板都是不會動作的。脫粒好了之后，玉米粒從這個縫隙里面掉下去，順著斜滑板，就滑到脫粒機的外面去了，主要是將玉米還有玉米芯分離下來。
5、機架部分
對于脫粒機來說，機架是主要的支承，它承擔這個機器的全部質量，還有動力，力矩，載荷，所以在設計機架的時候，強度一定要非常大才可以。機架的兩邊一定都要穩(wěn)定，并且要固定好，這樣在進行工作的時候，機架才會避免出現振動、歪倒的情況，引起安全事故。為了提高機架的穩(wěn)固性，在設計的時候選用角鐵，厚度3mm。
2.2 玉米脫粒機的總體設計
為了玉米脫粒機的結構設計的更好，選擇的動力用的是電力，電動機是選擇低能耗的類型，在玉米脫粒機的下面，將電動機裝上去，讓它跟機架的下機梁固定在一起，進行連接，這樣一來節(jié)約電動機占據的空間。使用脫粒機對玉米進行脫粒的時候，從入料口把玉米扔進去，到最后脫粒完成，玉米顆粒還有玉米芯從兩邊從機器里面排出來，它的好處就是，脫粒速度是非?？斓?，并且一個機器完成的工作量可以是好幾個人的工作量，這樣作時候的效率得到了有效的提高，脫粒所需時間也就變短了。這個玉米脫粒機的好處不僅有這些，而且工作的時候安全性是非常高的，效率還非常高，構造不復雜，就算是后期出現故障，維修也簡單。
2.3 技術參數的設計與確定
對其他脫粒的有關數據查看，來確定設計的脫粒機的技術數據：
1、脫粒機主軸為750~850 r/min；
2、柵格式凹板的直徑為320mm；
3、凹板的長度為710mm；
4、釘齒條共四根，在主軸的上面，每一個齒條的上面都有釘齒7個。安裝時，這些釘齒是螺旋狀布局的，并且是非常勻稱的，一共有28個，這樣玉米芯就能夠跟著這個螺旋釘齒出到機器的外面去了，裝在滾筒上面的釘齒長是33.5。
5、按照實際上進行的測量，每一個釘齒受到的力大小是40，若脫粒機運轉正常，那么釘齒條的轉動速度足夠高，在這個里面玉米會有一個切向力給在這個里面兩條釘齒條，還有兩個釘齒條的行程是空的，那么，，所以脫粒機的工作是正常的話，切向力的大小是560。
2.4 釘齒條上釘齒轉速的確定
若玉米脫粒機的釘齒滾筒在轉動的時候速度非?？?，滾筒上釘齒獲得轉動速度，則：
，
2.5 釘齒滾筒轉速的確定
用下式計算得脫粒機工作時候的功率：
由，可得：。
2.6 電動機的選擇與確定
確定電動機的類型時，要看它的性能能否完全滿機器的要求，并且要求電動機的結構盡可能簡易，工作的時候可靠性要高，后期保養(yǎng)維護方便。在滿足以上要求的情況下，優(yōu)先使用低價的電動機，降低成本。
正常來說，機器對于調整速度的要求不高，那可以選用籠型三相電的的電動機。因為這個電動機的在啟動的時候容量跟電源的容量是能夠匹配的。一般的的籠型電動機，在進行啟動的時候，轉矩是比較小的，特別是啟動用的是降壓，只能用在空載，或者是載荷比較輕的地方。要是籠型電動機啟動轉矩非常高的，基本上用的地方啟動轉矩是非常大的機器上，比方說壓縮機等。有的機器是要進行有級調整速度的，可使用的電動機是變極多速籠型電動機，比方說電梯上用等等。要是有的是裝有飛輪的，并且負載是帶有沖擊性的，那么使用的電動機應該是高轉差籠型電動機，比方說沖壓機床等。
如果啟動的時候轉矩要求非常大的，機器啟動，停止都是非常頻繁的，并且還要對速度進行調整，那么使用的電動機是繞線型的。
若生產機器的容量比較小，并且對于速度不需要調整的，可以用同步電動機。
若有機器在對速度進行調整時范圍比較大，或者是對于所處地點要進行控制，則使用的電動機應該是勵直流低壓電機電動機。若有的機器機械特征是比較軟的，啟動轉矩是比較大的，則使用的電動機可以是串勵或復勵直流電動機。直流電動機后期維護麻煩，而且價格也稍高。
預防工作地點有爆炸危險，使用的電動機應該是防爆結構的。按照危險的等級來進行對電動機進行選擇。
對電動機進行降溫時，指的是如何在電動機里面布局冷卻回路，選擇何種冷卻介質，推動方式等。正常來說，電動機的冷卻介質都是空氣，通過機殼的表面來進行冷卻，其推動是自循環(huán)。
根據它的構造，還有安裝形式來進行劃分，有臥式的，有立式的，正常來說用臥式的比較多，情況比較特別的話，用立式的。立式的電動機價格都比較高。
1、電動機功率的確定
公式：，則該脫粒機的傳動部分總效率為：
滾動軸承轉動副效率為0.98~0.995，選值=0.99
V帶傳動轉動副效率為0.94~0.97，選值=0.97
滾筒的轉動與釘齒條同步，則值為=1
得：
得：
2、電動機轉動的速度確定
查看脫粒機的有關資料，知道它的主軸在轉動的時候速度是750～850，根據查找資料之后選定一個較為合理的數值，確定V帶的傳動比就是2～4，則電動機的轉動速度和主軸的轉動速度是能夠滿足要求的，那么電動機轉動的速度就是：
～～。
3、確定電動機的型號
Y系列電動機在安裝時，它的規(guī)格，還有功率都是滿足IEC標準的，此電動機工作的時候效率是非常高，并且噪聲低，安全性高，可靠性好。
Y355電動機的技術條件是能夠滿足的，Y80~315電動機絕緣用的是B級的。Y355電動機絕緣用的是F級的。額定電壓為380V，額定頻率為50Hz。功率3kW及以下為Y接法；其它功率均為△接法。電動機工作地點海拔不宜超過一千米，氣候變化了，環(huán)境，空氣，還有溫度也就都改變了，溫度最高只能是四十度，最低只能是零下十五度。
對這些要求能夠滿足的同步電動機，他們的轉動速度有720，1440，2900，查看資料篩選出三種比較合適的電動機，所以傳動比就有三種，如下表2-2。
表2-2 電動機的技術參數
方案
電動機
型號
額定
功率
電動機轉速
基本參數
P/kW
同步
轉速
滿載
轉速
效率
%
電動機重量
KG
功率
因數
1
Y160M2-8
5.5
750
720
85
119
0.74
2
Y132S2-4
5.5
1500
1440
85.5
68
0.84
3
Y132S1-2
5.5
3000
2900
85.5
64
0.88
對比之后，確定選用第二種方案。所以選用的電動機是，這個電動機的有關數據列在表2-3。
表2-3 電動機主要參數
電動機型號
額定功率
轉速
r／min
電流
380V
效率%
功率因數
額定電流
額定轉矩
最大轉矩
Y132S2-4
5.5
1440
11
85.5
0.84
7
2
2.2
31
3 帶及帶輪的設計
通過對帶輪上面的柔性帶進行張緊，這樣就可以將動力傳輸出去，這就叫做帶傳動。按照傳動的原理不一樣，可以進行分類。帶傳動的構造不復雜，非常穩(wěn)定，可以對震動進行緩解，并且傳送的動力非常大，價格還便宜，也不需要進行潤滑。在很多機器里面都使用了。使用帶傳動有各有優(yōu)劣：
（1）優(yōu)點：傳動的時候穩(wěn)定性非常好，可以對振動進行吸收，構造不復雜，并且花費少，維護起來比較容易，擾性還有彈性非常不錯，一旦有過載的情況出現它會打滑。
（2）缺點：傳動比不精準，帶的使用壽命短，還有軸承受的載荷非常大，傳動部分體積過大，效率不高。
按照設計的玉米脫粒機的具體狀況，選用的傳動方式是V帶和帶輪，脫粒機在進行工作的時候，V帶是一個撓性零件，它是有彈性的，可以對沖擊進行緩沖，吸收震動，所以說脫粒機在工作的時候，有非常好的穩(wěn)定性，并且噪聲較小等等。盡管在傳動過程中，V帶跟帶輪之間存在一定的摩擦，這兩個零件肯定會產生相對的滑動，那么傳動比不精準了，不過即使是這樣，對于玉米脫粒機的傳動沒有任何影響，因為這個機器對于傳動比的要求不是很高。此外V帶有彈性，對于脫粒機的一些主要零件來說，還可以實現過載保護，這樣這些零部件就不易出現破壞，V帶還有帶輪的構造都不復雜，價格比較低，后期保養(yǎng)，維修都比較容易。所以說，脫粒機傳動部分用V帶還有帶輪是比較符合要求的。
3.1 傳動帶的設計
3.1.1確定傳送帶的功率
(3-1)
式中——工作情況系數
——電動機在工作時的功率
查機械手冊得：
得：
3.1.2選擇V帶的型號
通過計算，這個電動機的功率還有帶輪轉動的速度均可得出，查機械手冊，確定使用的V帶的型號是B型的。
3.1.3確定帶輪的基準直徑
1、將主動帶輪的基準直徑確定下來
V型帶的型號已經確定，那么。
2、將V帶的速度算出：
V帶速度在～20，對于要求是能夠滿足的。
算出電動機跟主軸的傳動比
3、將從動輪的直徑大小算出來
3.1.4確定傳動中心距和帶長
帶輪的中心距對傳動穩(wěn)定性及傳動效率有較大影響影響，中心距大了，那么帶輪的包角就變大了，那么單位時間里面帶進行周轉的次數也就變少了，這樣帶的使用周期也就邊長了。要是中心距過大，那么帶子的波動也就變大了，那么帶子進行傳動的時候穩(wěn)定性也就降低了，并且整個帶子變松。中心距若比較小，則與之相反。將傳動帶的中心距算出：
確定
即：
得：，?。?
帶子的長也就是
所以：，得：
確定：
算得真正的中心距：
可以算出：
3.1.5驗算主動輪上的包角
大帶輪的包角是比小帶輪的包角要大的，那么說在小帶輪上面的總摩擦力是小于大帶輪上面的總摩擦力的。所以，只可能在小帶輪的上面出現打滑的情況，只需要對小帶輪上面的包角進行驗算，查資料的帶輪包角應大于120°，若要帶傳動在工作時候的效果提高，需滿足以下關系式：
即：算出來：
V帶進行傳動的時候，是能夠滿足包角要求的。
3.1.6確定V帶的根數
按下式算出V帶數目：
（3-2）
式中 ——V帶的許用功率值;
——包角影響系數;
——材質情況系數;
——單根V帶傳遞功率增量，。其中：—主動輪的轉速。
查資料得：，
那么：
查得：
從 由此得出：
那么：
得：確定根
3.1.7確定帶的初拉力
用下式可算得一根V帶的初拉力為
式中—單位長度傳動帶所具有的質量，
可得：
3.1.8求V帶傳動作用在軸上的壓力
設計輪軸和軸承時，為便于安裝，需要滿足下列關系式 ：
可得：
3.2 帶輪的設計
3.2.1帶輪的材料選擇
帶輪常用材料就是HT150，還有HT200，在帶輪轉動的速度是非?？斓臅r候，用過鑄鋼，或者是用鋼板來進行沖壓，之后再進行焊接。功率較大的話，那么選用材質為鑄鋁或者是塑料。對于強度要求是能夠滿足的，并且還能很好的緩和震動。
已知帶輪轉動的速度是，也就是說，轉動的速度是非常低的，所以選擇灰鑄鐵，硬度在。
3.2.2主動帶輪的設計
V帶輪的組成有輪緣、輪輻，還有輪轂。按照輪輻的構造不一樣，V帶輪進行劃分，有實心的，有腹板的，還有孔板的，還有橢圓的。其結構跟基準直徑有很大關系。
1、如果它的基準直徑是d≤2.5d，那么結構是實心的；
2、當d＜300mm時，那么結構就是腹板式的；
3、當d＜300mm，并且的時候，那么結構就是孔板式的；
4、當d≥300mm時，那么結構就是輪輻式的。
構造帶輪時，根據它的基準直徑，來確定帶的型號，對輪槽的大小進行確定，思路如下：
因為主動帶輪的基準直徑大小是，跟它進行配合的電動機軸的直徑大小是，所以按照經驗來確定～～，它的結構用的是腹板式的。
確定帶輪的有關數據，如下表3-1：
表3-1帶輪的結構參數（mm）
帶的型號
m
h
e
f
16
5
20
14
14
7.5
38°
17.5
用下式算出主動帶輪的厚：
即：
圖3-1主動帶輪的結構
3.2.3從動帶輪的設計
已知主動帶輪的基準直徑，再根據傳動比，可以確定從動輪，，，因此從動輪的結構也是腹板式的。
表3-2帶輪的結構參數單位（mm）
帶的型號
m
h
e
f
B
16
5
20
14
14
7.5
38°
17.5
用下式算出 從動輪的厚：
也就是：，如圖3-2。
圖3-2從動帶輪的結構
3.2.4帶輪輪槽的設計
在帶輪的上面，V帶繞在其上，會出現形變，這樣一來它的工作面的角度也就改變了。要想然V帶跟帶輪輪槽的工作面貼合的更緊，那么它跟工作面之間的角度要比四十度還小。
在輪槽里面安裝V帶，不能到帶輪外圓之外，也不能碰到輪槽的最下面。所以，輪槽的基本直徑跟外圓，跟底部之間的距離是進行了規(guī)定的，輪槽的工作面粗糙度是1.6或3.2。
3.2.5 帶輪技術要求的確定
鑄造，或者焊接，或者是燒結的帶輪，應盡量使表面狀況良好，鑄造帶輪應力沒有變大的情況下，可以修整輪轂的面，如轉動速度非常快的，帶輪要進行靜平衡，反之，他要進行動平衡。
4 傳動軸的設計
設計玉米脫粒機的時候，傳動軸也是一個比較重要的零件，在工作的時候，它對于轉矩，彎矩，扭矩進行承受，并且對傳動軸上面的回轉零件進行支承，在脫離的時候，沖擊力是非常大的，并且沖擊次數還是很多的，所以設計傳動軸是非常重要的。對傳動軸進行設計的時候，要滿足下面幾點要求：
（1）剛度以及強度要足夠大
指的是軸的承受能力一定要強，在預計的使用時間內，軸不會因受損無法正常工作。
（2）構造一定要合理
也就是說設計的這個軸，生產起來要簡單，疲勞強度要大，便于軸上零件的拆裝，并且對軸來說，固定的可靠性是非常高的。
設計軸的結構的時候需要注意：
軸還有軸上面的零部件，其工作地點應該是確定的；裝在軸上面的零件，不管是拆，還是裝，還是調整都要方便，并且軸在加工還有裝配的時候，工藝性一定要好，軸的強度以及剛度一定要高，使用材料的時候合理規(guī)劃，避免浪費，盡可能減輕重量。
4.1 傳動軸最小直徑的估算
在求軸直徑的最小值時，按照軸的扭轉強度來，用下式來算：
（4-1）
式中——常見軸的材質的的值；
——主軸上的功率；
——主軸轉速。
軸選擇材料是碳鋼，還有合金鋼，有時也用球墨鑄鐵。碳鋼強度非常大，不過應力集時敏感度不高，便于進行機械加工，或是進行熱處理，價格低廉，使用范圍廣。正常機器上面的軸，用的是比較優(yōu)質的碳鋼，在這個里面用的最多是45號鋼。要想提高機械性能，那么對它進行正火處理，或者是調質處理。如果軸載荷比較小，或者是沒有那么重要的，熱處理就沒有必要了，只需使用一般的碳素鋼即可。合金鋼的機械性是非常不錯的，一般生產的軸速度快，載荷大，并且體積小，質量比較輕的。要是溫度非常高，或者是非常低，或者是工作環(huán)境容易腐蝕的話，那么軸還是用合金鋼來生產是比較好的。軸究竟選用何種材料，要按照它的工作狀況，重要程度，復雜程度，生產數量等進行考慮，來選用最合適的。
本論文中軸用的是45號鋼，對它進行調質處理，那么，確定得：
帶輪與輸出軸上面最小直徑相合，開一個鍵槽在軸的上面，若想開槽之后，軸的強度沒有變化，則需要讓它的直徑加大5%，這樣輸出軸變粗，自然工作時候的強度也就變大，也就是
4.2 根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
在軸Ⅰ—Ⅱ段右端加一個軸肩，以滿足軸向定位要求，因此軸Ⅱ—Ⅲ段直徑是，輸出軸要實現徑向定位，基本上是通過平鍵來實現。鍵的規(guī)格是。
4.3 初步選擇輸出軸
前文對脫粒機的結構，還有規(guī)格已經介紹過，在軸的上面裝了帶輪，還裝了釘齒滾筒，它的釘齒在進行排列的時候，都是按照螺旋的形狀進行的，受到的力是比較小的，所以受力這一塊就無需考慮。因，查《機械手冊》確定向心球軸承作為支承軸承，其型號是406，其規(guī)格為,軸的Ⅲ—Ⅳ段跟Ⅴ—Ⅵ段直徑是一樣的，也就是。
因為在生產的時候會有偏差出現，這樣就會出現裝的時候有錯位等情況，滾動軸承在機器里面要有一段可以移動的距離，查機械資料確定位移，如圖4-1。
圖4-1軸的結構
4.4 確定輸出軸上的圓角半徑
按照上述要求，計算軸肩處圓角半徑，在軸的端面進行倒角，其是，小軸肩為，軸肩是利用階梯直軸，降低軸的直徑變化處截面所受應力。
4.5 按彎扭合成條件校核軸的強度
4.5.1軸受力簡圖的繪制
下圖4-2中分析了軸的受力，作彎矩圖：
圖4-2軸的彎矩圖
4.5.2求輸出軸上的所受作用力的大小
按照公式：
（4-2）
式中—電動機額定功率；
—主軸轉動時的速度；
得：。
4.5.3釘齒條上的合力
（4-3）
式中—是輸出軸的軸心與釘齒之間的距離。
即：
（4-4）
式中80%—徑向力與圓周力的比值。
得：
（4-5）
因為在主軸的軸方向上，是沒有力施加在玉米脫粒機的上面的，那么
圖4-2（b）中指出各個力的方向。
4.5.4軸上水平面內所受支反力
按照公式：
（4-6）
式中——輸出軸Ⅲ—Ⅳ段中心線跟Ⅳ—Ⅴ段距離左側的三分之一地方的距離；
——就是輸出軸Ⅳ—Ⅴ段跟左邊三分之一處到右邊Ⅴ—Ⅵ段中心線有多遠。
得：
公式：
（4-7）
得：
4.5.5軸在垂直面內所受的支反力
按照公式：
（4-8）
式中——釘齒頂端與軸心之間的距離。
即：
可以得，
4.5.6作彎矩圖
在水平面上，軸上面有三個點，他們的彎矩大小是：
按照式子：
（4-9）
即：
圖4-2（b）就是水平面上的彎矩
垂直的這個面里面，B,C,D這三個點的彎矩大小是：
按照公式：
可以得
即：
按照公式：
（4-10）
即：
圖4-2（c）是垂直面中的彎矩。
將合成的彎矩算出：
圖4-2（d）就是軸的合成彎矩圖
按照公式：
，如圖4-2（e）
即：
4.5.7作當量彎矩圖
B點：
C點的左邊：
D點的右邊：
圖4-2（f）為該軸的當量彎矩。
4.5.8校核軸的強度
校核的時候，只要對當量彎矩的最大值，還有強度進行校核即可。按照相關經驗，可以算出來：
（4-12）
式中 ——軸的抗彎拋面模量，；
——軸的許用應力，。
軸實際承受彎曲應力的循環(huán)特性，從、、中確定合適的數值。
查看機械書本就有，碳鋼，對一直在進行周轉的變應力進行承受時，許用應力的大小就是。
由上可得軸的強度滿足要求，合格。
5 其他零件的設計、選擇與確定
5.1 釘齒條的設計
釘齒條作為脫粒裝置中的重要部件，對脫粒機性能的提升尤為重要，對脫粒效果及玉米粒與棒芯分離有很大影響。脫粒滾筒的快速轉動，帶動四根釘齒條工作，將玉米放入脫粒機后，主軸轉動，從而釘齒滾筒上面的釘齒也跟著轉動，玉米粒就被分離了。在釘齒條的上面，釘齒的排列是按照螺旋形狀進行的，是為了方便玉米芯順著釘齒從機器里面排出去，并且任何一個釘齒都是可以對玉米進行脫粒的，這樣脫粒的效率就非常高了。玉米脫粒機主要就是為了用來進行脫粒的，所以，設計釘齒條是非常關鍵的。
5.1.1釘齒條的總體結構設計
依據釘齒條的作用，還有工作要求，可以得出這個釘齒的工作強度非常高，查看機械資料，可知其滾筒上面裝了釘齒條四個，兩兩之間呈，且每個釘齒條上面裝釘齒數為個，每個釘齒的直徑均為，每一個釘齒都是裝在釘齒筒上，它們的布局呈螺旋狀，釘齒條跟釘齒條之間的距離是50mm。釘齒條從方形的孔里面穿過去，在圓盤的面上面漏出來，大概，最終在進行連接處焊接，這樣構造穩(wěn)定性好，可靠性高。
釘齒條通過圓盤來進行固定，因為釘齒條太長，所以在主軸三分之一到三分之二的地方，跟主軸連接時選用鐵柱焊接，鐵柱的直徑為10mm，使釘齒條不易耗損，并且軸的扭轉剛度，還有彎曲剛度都有了提高，主軸跟釘齒滾筒在連接處非常穩(wěn)定，固定性也非常好。
5.1.2釘齒條及釘齒的設計
釘齒所在位置的固定，是通過釘齒條來實現，在工作的時候，釘齒要能不間斷的進行加工，釘齒所受作用力是直接傳送到釘齒條上面的，同時還受到釘齒的切向力的作用，所以使用45號鋼。在釘齒條的上面有釘齒七個，用螺母擰緊，釘齒條作圓形通孔，直徑的大小是，而且，開一個比較小的槽在釘齒條上面，是便于將釘齒裝到釘齒條上的時候，開的小槽可以跟釘齒上面的凸楞進行配合，這樣就可以實現軸向固定了見圖5-1。
圖5-1 釘齒條結構圖
5.1.3釘齒的設計
對于玉米脫粒機來說，釘齒是非常重要的零件，在工作時它是和玉米持續(xù)接觸的，特別是在機器進料的地方，釘齒的摩擦次數是非常多的，所以對釘齒進行設計的時候，對它所處的工作環(huán)境，還有它的強度這些問題都要進行考慮，原材料選用的是45號鋼，讓釘齒在釘齒條上固定好，需開一個小凸楞在釘齒上面，便于釘齒固定在釘齒條上，其直徑是，長為，，，，，。
5.1.4圓盤的設計
釘齒條和主軸固定時，主要是用圓盤連接的，圓盤還能夠承受釘齒和釘齒條傳送的力矩、彎矩以及扭轉強度。它在釘齒條的兩頭焊接安裝。所以說，設計的圓盤樣式，對于釘齒滾筒來說，與它的強度密切相關。查看脫粒機的有關資料，圓盤使用的材料是45號鋼，直徑大小是，在圓盤上面有四方形槽，主要是為將釘齒條固定，和圓盤的中心之間的距離是，安裝圓盤時應注意，使其中心位于主軸直徑上，所以這個圓盤的中心應該就是孔，這樣它才能在軸上面進行安裝，圓盤的厚是，它上面的孔高度是9.5mm，寬度是40.5mm，一樣都是為了將釘齒條裝在上面。圖5-2中就是它的結構：
圖5-2 圓盤結構圖
5.2 柵格式凹板的設計
在設計的這個脫粒機里面，柵格板凹版這個零件是用來跟釘齒滾筒進行配合的，它有兩個作用：一個是在脫粒完成后，從柵格板的縫隙中，玉米粒就出來了，之后玉米芯順著釘齒滾筒上面的螺旋構造，就落到了機器的外面，這樣，玉米粒跟玉米芯就完全分離，并且不會混雜在一起；第二個作用，柵格板的凹版是通過焊接鋼筋來加工的，鋼筋和鋼筋之間有縫隙，縫隙的大小是10mm，這個縫隙正好可以把要脫粒的玉米卡在這兒，這樣一來脫離的時候效率也就更高，穩(wěn)定性也就更高。
柵格式凹板的組成是鋼筋，有25根，他們每一根的直徑是，長度在的鋼筋，凹板的直徑，凹板在固定的時候，在它的兩邊裝鐵條來進行，鐵條的直徑是315mm，鐵條的厚是8mm，高是25mm。因柵格式凹板設計為半圓狀，則在其左右兩側端口，均用半圓鐵條固定，在將凹板三等分的中間位置，用了一個比較薄的鐵條，對它來進行連接、加固。該鐵條的尺寸是厚度為，寬度為。柵格式凹板跟機架進行連接，連接的辦法依然是焊接，確保連接的質量。因為機架對柵格式凹板會起到一個固定，還有支承的作用，所以穩(wěn)定性更好，可靠性更高，整體上來看，這個也是將脫粒機設計成了一個整體，整個機器的剛度也就變高了。
圖5-3 凹板結構圖
5.3 入料口及脫粒機上蓋的設計
玉米送入到脫粒機里面，只有從入料口這個地方進去，將玉米從入料口放進去后，玉米就開始進行脫粒了，不可從入料口這個地方掉出來的，這樣會出現安全事故的，所以說，入料口的設計，對這個機器的工作質量不小的影響。將玉米從入料口扔進去，電動機轉動的速度非常快，帶著主軸一起進行轉動，要是入料口設計不合格，對于主軸的工作是沒有好處的，對于整個機器來說都是沒有好處的，有可能導致主軸在某一瞬間被卡死了，電動機停止工作的情況，這樣一來機器就損壞了。所以設計入料口的時候，避免讓它出現這些現象，對它的結構要進行仔細的設計。
脫粒機入料口這個地方跟它上面的蓋子是連接在一起的，沒有分開，也就是說在脫粒機上面的蓋子上裝入料口，這兩個都是用比較薄的鐵板來進行加工的，厚度只有，脫粒機上面的蓋子的形狀是一個半圓，直徑大小是，它的長是。入料口的最小口徑長為，寬為，其上的最大口徑長為，寬為，在脫粒機上面的蓋子兩頭的地方，入料口兩邊，還有中間的地方，都使用鐵條來焊接，這樣一來上蓋不會出現形狀的改變，并且還能夠進行支承。將脫粒機上面的蓋子焊接在兩個角鐵的上面，主要是為了方便跟脫粒機下面進行組裝，角鐵的厚是，長是90mm。在脫粒機上面的蓋子上，兩頭都裝了鐵板，這個鐵板的形狀都是半圓型的，均使用同種原材料，一方面可用來確保工人的生命安全，在進行脫粒的時候，主軸轉動的速度是非?？斓?，要是沒得鐵板擋住的話，要是人無意間把手，或者是把衣裳弄到脫粒機里面的話，就可能發(fā)生安全事故。還有一個目的，就是脫粒之后，防止玉米粒從進料口這個地方濺出來，不利于收集，所以要在入料口這個地方安裝擋板。在玉米脫粒機上裝擋板的時候，一定要縱向來進行安裝，按照設計的這個結構，擋板都要裝在軸承座的上面，不僅要注意跟上蓋進行連接，還要注意跟軸承座之間的配合。其直徑大小是，按照軸承來確定跟軸承連接的地方的形狀，圖5-4就是它的結構：
圖5-4 上蓋結構圖
5.4 機架的設計
就玉米脫粒機而言，主要的支承零部件就是機架，軸、電動機以及凹板的沖擊載荷和應力均由機架來承受。機架結構緊湊，脫粒機在工作時才能確保穩(wěn)定，才能工作順暢，所以這個機架不管是結構，還是材料，都一定要穩(wěn)固。本論文設計的玉米脫粒機，內應力和沖擊載荷都不高，還有電動機也較輕便。查看相關的資料之后，進行支承的時候選用角鐵。角鐵不僅自身可以承受一定的載荷，并且結構不會出現改變，雖然有的時候會有輕微的彈性變化，不過對于整個機器來說，穩(wěn)定，還有牢固是沒有任何的問題的，玉米脫粒機的工作是非常正常的，這種形狀的變化對于機器的性能沒有任何的影響。確定角鐵的厚是3mm，其大小是高為40mm，寬為40mm。裝兩段橫梁在機架的上面，需要它在進行工作的時候強度更大，承受能力更大，受到沖擊，扭矩等不能出現形狀的改變，所以說橫梁用的也是角鐵，厚度是4mm，其大小是40mm，寬為40mm。裝一個斜板在機架的上面，主要是便于玉米粒從柵格板的縫隙下落，沿著斜板向外滑，就落到機器的外面。
斜板裝在機器上面，方便工作的人對它進行及時的清理，并且斜板在跟柵格板進行連接的時候，長度只能在～，這樣玉米芯才能順利的從機器里面滾出來。從機架的整體結構，還有使用材料，還有它的結構等來觀察，機架是能夠滿足要求的，圖5-5就是其的結構：
圖5-5機架示意圖
5.5 軸承座的設計
對主軸進行支承的零件是軸承，按照軸的動力，負荷，彎曲應力等來確定軸承的類型。對主軸進行支承的時候用的是滾動軸承，軸承也是一個標準零部件，它的類型不一樣，特征也就不一樣，功能也就不一樣。本論文研究的玉米脫粒機，它的軸承質量較小，尺寸是軸承是裝在角鐵的上頭的，角鐵的厚是4，在固定的時候用M8螺栓來進行的，見下圖5-6。
圖5-6軸承座的基本結構尺寸
5.6 玉米脫粒機上標準件的選擇
1、確定脫粒機上面的螺栓
裝在脫粒機上面的螺栓是一個標準件，查看機械資料來進行選擇。本論文中脫粒機使用的螺栓是M8，長有8cm和5cm，機器的上蓋在跟機架連接的時候用到螺栓，將電動機跟脫粒機進行連接的時候也用到螺栓。
2、確定使用的鉤頭楔鍵
在設計的脫粒機中，主軸還有帶輪進行連接時，用的就是鉤頭楔鍵，查看機械手冊選用，具體大小是：b=12、h=7、L=50.
結論
本論文到這里基本上就算是完成了，首先進行的分析是理論的，之后進行的是實際的計算，將大學學到的專業(yè)知識跟實踐聯(lián)系起來。對于農業(yè)發(fā)展來說，肯定是要想著機械化的方向去發(fā)展的，對于農民來說，勞動強度是變輕了的，時間花的也少了的，效率也是提高了很多的。論文里面設計的機器是釘齒玉米脫粒機，使用這個機器之后，玉米粒跟玉米芯就完全分下來了，這個機器是非常先進的，并且生產率也很高，市面上的需求量還是非常大的，當然了因為自身的水