小型電動水稻脫粒機的設(shè)計【半喂入式】
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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
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小型電動水稻脫粒機的設(shè)計
THE DESIGN OF SMALL ELECTRIC RICE THRESHER
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學(xué)生姓名：
學(xué)??? 號：
年級專業(yè)及班級：
指導(dǎo)老師及職稱： 副教授
學(xué)??? 院：工學(xué)院
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湖南·長沙
提交日期：2013?? 年? 5 月
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
誠 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)設(shè)計作者簽名：
2013年 5 月 26 日
目 錄
摘要 1
關(guān)鍵詞 1
1 前言 2
1.1 課題研究的目的和意義 2
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.3 水稻脫粒機的現(xiàn)狀分析 4
2 脫粒機的總體設(shè)計方案 4
2.1脫粒機的整體布局 4
2.2工作原理 5
2.3 工作過程 5
2.4 主要零部件的選擇 6
2.4.1 脫粒滾筒 6
2.4.2 滾筒滾齒 6
2.4.3 凹板 7
2.4.4 清選機構(gòu) 7
2.4.5 機架 8
3 主要零部件的設(shè)計及參數(shù) 8
3.1 脫粒滾筒主要參數(shù)的選擇 8
3.1.1 滾筒的線速度 8
3.1.2 滾筒直徑 8
3.1.3 滾筒圓柱齒 9
3.2 凹板直徑 9
4 傳動裝置總體設(shè)計 9
4.1 電動機的選擇 9
4.2 確定傳動裝置的傳動比 9
4.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù) 9
5 普通V帶傳動的計算 10
5.1 確定計算功率 10
5.2 選擇V 帶的帶型 10
5.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d并驗算帶速v 10
5.3.1 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑 10
5.3.2 驗算帶速v 10
5.3.3 計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑 10
5.4 確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長度Ld 11
5.4.1 初定中心距a0 11
5.4.2 初選帶所需的基準(zhǔn)長度Ld0 11
5.4.3 計算實際中心距 11
5.5 驗算小帶輪上的包角α1 11
5.6 計算帶的根數(shù)z 11
5.6.1 計算單根V帶的額定功率Pr 11
5.7 確定單根V帶的預(yù)緊力 11
5.8 計算軸力 12
6 軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計 12
6.1 選擇材料，初步確定軸的最小直徑dmin 12
6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
6.2.1 擬定軸上零件的裝配方案 12
6.2.2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 12
6.3 軸上載荷計算 13
6.3.1 受力分析 13
6.3.2強度校核 14
6.3.3 畫出受力分析簡圖 14
7 滾動軸承的設(shè)計計算 15
7.1 軸承壽命校核 15
8 軸承座的選擇 15
9 平鍵的選擇與計算 15
9.1 類型選擇 16
9.2 尺寸選擇 16
9.3 強度驗算 16
10 風(fēng)機設(shè)計 15
11 總結(jié) 16
參考文獻 16
致謝 17
小型電動水稻脫粒機的設(shè)計
學(xué) 生：
指導(dǎo)老師：
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙410128）
摘要：水稻是我國的主要糧食作物，具有單產(chǎn)量最高，總產(chǎn)量最穩(wěn)定的特點；近些年水稻種植面積處于穩(wěn)步上升的狀態(tài)。在目前水稻收獲機械多種形式并存條件下，為了滿足廣大用戶莖桿需求量的不斷提高，在消化吸收國內(nèi)外同類機型的基礎(chǔ)上，設(shè)計一種水稻半喂入脫粒機械。作為水稻半喂入脫粒機脫離部分的核心部件，脫粒滾筒的設(shè)計是至關(guān)重要的，脫離滾筒采用圓柱直齒滾筒，是采用梳刷打擊原理進行脫粒的；脫離齒呈螺旋狀排列，方便了水稻的脫離和秸稈的排出；清選機構(gòu)是采用風(fēng)機清選，能夠很好的將水稻和雜質(zhì)物分開，對水稻質(zhì)量的提高有一定的幫助。
關(guān)鍵詞:電動機；脫粒；滾筒；
The Design of Small Electric Rice Thresher
Student:
Tutor:
(College of Engineering, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)
Abstract: Rice is our country's main food crop, have the highest single output of the most stable, output characteristic; The rice planting area in recent years has steadily risen state. In the current rice harvest machinery various forms to coexist conditions, in order to satisfy the demand of user stem the unceasing enhancement, digesting and absorbing the basis of domestic and foreign similar type, design a kind of rice half feeding threshing machine. As rice half feeding the core components threshers from parts of the design, threshing roller is of vital importance, from roller adopts cylindrical spur toothed rollers, which is used to comb brush the principle of threshing blow; From tooth spirally arranged, convenient rice from the eduction and straw; Qing choose agencies are using fan can be good clear choice, rice and impurity content will be separated for improving the quality of rice, have certain help.
Key words: Motor；Threshing；Drum；
1 前言
1.1 課題研究的目的和意義
水稻一直以來是我國的主要糧食作物之一，它廣泛的種植在我國的南方地區(qū)。水稻收割后不能及時地進行脫離，在一定程度上影響了水稻的生產(chǎn)產(chǎn)量和質(zhì)量，另一方面人工脫離對水稻的損失比較大。因此設(shè)計一種小型電動水稻半喂入式脫粒機對我國水稻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展是很有必要的，它不但能夠提高我國水稻的生產(chǎn)，而且將大大減少不必要的勞力輸出。
近幾年 , 隨著聯(lián)合收割機易地作業(yè)范圍的不斷擴大, 聯(lián)合收割機發(fā)展十分迅速 , 使脫粒機市場受到一定沖擊。在這種形勢下,聯(lián)合收割機、脫粒機和割曬機將如何發(fā)展,脫粒機還有沒有發(fā)展前途, 這是脫粒機生產(chǎn)企業(yè)和經(jīng)營部門普遍關(guān)注的問題。據(jù)不完全統(tǒng)計 , 目前我國種植面積基本穩(wěn)定在 3 000 萬 。以 1998年為例, 全國小麥機收面積為 1 800萬,其中聯(lián)合收割機收獲面積為 800 萬, 由割曬機收割后脫粒的收獲面積為 1 000 萬。聯(lián)合收割機和割曬機的收獲面積分別占小麥種植面積的 26. 7 %和 33. 3 %。此外還有 1 200萬的山區(qū)和丘陵小塊地的小麥?zhǔn)斋@ ,還全靠人工收割后, 由脫粒機械進行脫粒加工。因此,脫粒機械的作業(yè)量目前仍占全國小麥種植面積的70%左右。
再看我國的水稻、玉米和雜糧的機收情況。據(jù)不完全統(tǒng)計,全國水稻機械化聯(lián)合收獲作業(yè)面積僅為種植面積的 7. 3 %, 還有 92. 7 %的水稻仍靠脫粒機械進行脫粒加工; 玉米機械化聯(lián)合收獲的面積僅占全國玉米種植面積的 0. 2 %,而且,目前我國生產(chǎn)的玉米聯(lián)合收獲機大部分只具有摘穗、剝皮和秸稈粉碎等功能 , 籽粒的脫粒還要依靠玉米脫粒機來完成。黑龍江是我國種植大豆面積最大的省 , 大豆機收水平列全國之首, 機收面積占種植面積的 2%,其他省種植的雜糧、玉米和高粱等的脫粒加工有 80 %以上需要靠脫粒機或人工來完成。
綜上所述 , 盡管近幾年聯(lián)合收割機的發(fā)展迅猛 , 但由于我國地域遼闊 , 氣候和地理條件以及栽培品種、種植方式有較大的差異,加上經(jīng)濟發(fā)展不平衡 , 有些聯(lián)合收獲機械的性能和部分關(guān)鍵技術(shù)尚不成熟 ,在今后一段時間內(nèi), 脫粒機在我國的糧食作物收獲作業(yè)中, 特別是在山區(qū)、丘陵小塊地、間作套種和雜糧種植地區(qū)仍是不可缺少的作業(yè)機具。由于場地運輸及動力源的限制，原有的大中型脫粒機都準(zhǔn)于適應(yīng)山區(qū)農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)，特別是北方農(nóng)村仍采用轱轆碾，人力清洗的原始作業(yè)方式，勞動力浪費嚴(yán)重?，F(xiàn)有小型紋桿式、釘齒式脫粒機因堵塞纏繞消耗較大，仍需三相電動機拖動。由于三相電源缺乏，單相電源普及，急需一種脫粒機以單相電機為動力，實現(xiàn)脫粒精選聯(lián)合作業(yè)。
因此，現(xiàn)結(jié)合所學(xué)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、優(yōu)化設(shè)計、可靠性設(shè)計等知識，設(shè)計一種實用型活齒脫粒機，以提高自身機械設(shè)計水平，提高機械工作效率，減少人力損耗。通過對機構(gòu)的設(shè)計，提高繪畫、CAD、裝配、工藝等方面的能力，加強理論與實踐的結(jié)合。
1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
從世界范圍看，農(nóng)業(yè)起源中心主要有3個：東亞、中南美洲和西亞。中南美洲起源中心主要就是南美。南美原始農(nóng)業(yè)具有明顯的特點。在種植業(yè)方面，很早就形成以種植馬鈴薯、倭瓜和玉米的格局，不同于東亞中國北方以粟黍為主、南方以水稻為主，也不同于西亞以種植小麥、大麥為主。日本久保田水稻聯(lián)合收割機、三久、金子谷物烘干機、中型拖拉機、埋草旋耕機等一大批國內(nèi)外先進適用的機具得到較好的推廣應(yīng)用, 加快了我國1.5系列水稻聯(lián)合收割機技術(shù)改造和完善，成為水稻收獲機械的主導(dǎo)機型，大大提升了我國水稻收獲機械的整體技術(shù)水平。
目前，全世界的可耕地大約有32億公頃，現(xiàn)在已開發(fā)的為13.7億公頃，尚不到可耕地的50%。就世界上的耕地資源來說，在南北美洲和澳洲及亞洲的北部還有大量未開發(fā)的后備耕地和休耕的耕地。但是，鑒于氣候和水資源等原因，真正可供開發(fā)的耕地資源并不多。南美洲是世界上最后一個依然還有大量未開墾土地的地方，被譽為“21世紀(jì)世界糧倉”。該地區(qū)在巴西的帶領(lǐng)下，過去十年來的農(nóng)產(chǎn)品出口呈現(xiàn)爆炸性增長。由于南美洲國家實施市場導(dǎo)向的經(jīng)濟政策，同時農(nóng)藝學(xué)得到長足進步，致使從前不可耕種的熱帶土地能夠轉(zhuǎn)變成農(nóng)用地，而且農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力水平超過了美國和歐洲，因此出現(xiàn)了這種新的增長。
大規(guī)模經(jīng)營的資本主義大農(nóng)牧場、大種植園主要生產(chǎn)供出口的經(jīng)濟作物和其他農(nóng)牧產(chǎn)品，專業(yè)化、機械化程度較高；同時并存數(shù)量龐大的個體農(nóng)戶，除部分以生產(chǎn)糧食作物為主的自給性農(nóng)業(yè)外，也為國內(nèi)外市場提供大量農(nóng)牧產(chǎn)品。因此，小型水稻脫粒機不能滿足生產(chǎn)作業(yè)的需要，所以大中型水稻脫粒機已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是適合人均耕地面積少、缺乏先進適用機具廣大的農(nóng)民的小型脫粒機。按“因地制宜、分類指導(dǎo)、重點突破、全面推進”的原則，抓關(guān)鍵環(huán)節(jié)和適用技術(shù)，大力推廣水稻收獲機械，積極做好組織服務(wù)工作，提高水稻機收水平。機械化收獲是水稻生產(chǎn)的一個主要環(huán)節(jié)，也是推進水稻生產(chǎn)全程機械化的難點之一。針對水稻生產(chǎn)機械化中存在的某些技術(shù)難題，各地農(nóng)機部門積極立項研究，大膽探索試驗，對小型收獲機械的改進與推廣，對氣吸式水稻播種機的研制，對動力脫粒清選機的開發(fā)等，為選擇、推廣水稻生產(chǎn)機械及技術(shù)提供了科學(xué)依據(jù)。
廣東省在推進水稻生產(chǎn)機械化的過程中雖然做了大量工作，但由于原來的基礎(chǔ)薄弱，受一些深層次的因素影響較大，導(dǎo)致水稻生產(chǎn)主要環(huán)節(jié)的機械化水平仍然較低，栽植、烘干機械很難推廣，耕種收綜合機械化水平遠遠低于全國平均水平，處于中下游位置，與先進的省份相比差距較大。同時，為加大水稻機械化生產(chǎn)的宣傳、推廣、示范的力度，引導(dǎo)廣大農(nóng)民采用先進的機械進行水稻生產(chǎn)，在進行水稻生產(chǎn)全程機械化試點的同時，又確定象州、靈川、賀州和北流4個糧食生產(chǎn)大縣作為水稻生產(chǎn)機械化示范縣，籌措資金190萬元，建立水稻生產(chǎn)示范基地。
我國對中小型脫粒機的應(yīng)用還不是很全面和完善，本著這個宗旨我選擇了這個課題以增強和提高我國在小型脫粒機方面的技術(shù)。以滿足人均耕地面積少、缺乏先進適用機具廣大的農(nóng)民。
1.3 水稻脫粒機的現(xiàn)狀分析
我國南方一些山區(qū)，水稻聯(lián)合收獲機的普及還相當(dāng)?shù)牡?，水稻生產(chǎn)沿襲的還是傳統(tǒng)的手作勞動，勞動強度大，生產(chǎn)效率低；而我國大型的水稻脫粒機只有采用打擊原理設(shè)計的紋桿切流式滾筒復(fù)式、半復(fù)式脫粒技術(shù)，水稻的生產(chǎn)效率低、稻粒破碎嚴(yán)重，這樣在很大程度上影響了水稻的質(zhì)量和產(chǎn)量。我國的脫粒機生產(chǎn)廠家大多堅持單產(chǎn)品生產(chǎn)，生產(chǎn)也沒有形成一定的規(guī)模，導(dǎo)致經(jīng)濟效益低下，而且多數(shù)企業(yè)從在有不正當(dāng)競爭，售后服務(wù)跟不上，導(dǎo)致發(fā)展的惡性循環(huán)，這樣就直接導(dǎo)致了脫粒機在我國大范圍內(nèi)的用運；其次，我國的農(nóng)業(yè)種植區(qū)域比較復(fù)雜，直接導(dǎo)致了我國農(nóng)業(yè)機械的推廣比較緩慢，使得我國農(nóng)作物的生產(chǎn)效率普遍偏低。近幾年來我國加大了對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的關(guān)注，在農(nóng)機的科研方面有了很大人力和資金的投入；另一方面在農(nóng)民對機器的購買方面也制定了許多優(yōu)惠政策，這樣既方便了農(nóng)民的購買，又推進了科研的不斷創(chuàng)新。
近幾年我國小型電動水稻脫粒機的設(shè)計也有了一定的基礎(chǔ)，并且不斷地在它的研發(fā)上取得了快速的進展，我國通過對外國先進的脫粒技術(shù)的吸收和對主要零部件的改進，使得小型水稻脫粒機的結(jié)構(gòu)和性能有了很大的提高，現(xiàn)在已經(jīng)可以生產(chǎn)出操作方便、經(jīng)濟實用的小型水稻脫粒機，為我國水稻脫粒機的發(fā)展推廣起到了極大的作用。
2 脫粒機的總體設(shè)計方案
2.1 脫粒機的整體布局
其結(jié)構(gòu)如圖1
圖1 小型電動水稻脫粒機主體示圖
Figure 1 Small electrical diagram showing the main rice thresher
2.2 工作原理
作業(yè)時，谷物由喂料斗送入凹板與滾筒之間，經(jīng)滾筒高速旋轉(zhuǎn)脫粒作用積草口排出籽粒和顆殼穿過凹板通過風(fēng)選顆殼飛出機外潔凈的籽粒從出糧斗裝袋。執(zhí)行機構(gòu)有滾筒、風(fēng)筒、凹板。其中風(fēng)筒由風(fēng)扇、箱體、斜導(dǎo)板構(gòu)成。執(zhí)行機構(gòu)運動尺寸綜合：機械運動和動力設(shè)計重要構(gòu)造滾筒要脫水稻，小麥粒，則應(yīng)該考慮到水稻小麥的大小、形狀，由于該脫粒機選用半喂入式，所以脫粒后會產(chǎn)生稻桿，所以執(zhí)行機構(gòu)必須采用過濾裝置。
2.3 工作過程
本設(shè)計采用的是半喂入式的脫粒方式，用手握住稻桿，讓水稻稻穗進入脫粒滾筒后，在滾筒的帶動下隨著滾筒轉(zhuǎn)動，在滾筒與凹板間的脫粒區(qū)域內(nèi)沿脫粒滾筒運動，通過脫粒滾齒的梳刷和打擊作用在隨著凹板間隙的不斷變化,稻粒隨之脫落，脫落的稻粒,通過凹板的間隙進行初次的清選，落下的稻粒和輕質(zhì)雜質(zhì)物在通過風(fēng)機進行最后的清選工作，而少量的秸稈則隨著脫粒滾筒的轉(zhuǎn)動被排送出去，具體方案如圖2所示：
人工喂入
圖2 水稻脫粒機工作過程
Figure2 Rice threshers working process
2.4 主要零部件的選擇
2.4.1 脫粒滾筒
作為小型水稻半喂入脫粒機脫離部分的核心部件，脫粒滾筒的設(shè)計是至關(guān)重要的，它將從根本上決定整機性能的優(yōu)劣。
滾筒式脫粒裝置按作物喂入后運動情況可分為：切線式、軸流切線式和軸流切線徑向式三種。切流式：水稻稻穗被滾筒抓取后，垂直于滾筒軸沿滾筒的切線方向運動，而不發(fā)生軸向移動，稻穗在通過滾筒與凹版間隙的過程中被脫粒，脫粒后的稻穗也沿切線方向移開滾筒，這種脫粒方式脫粒時間短，稻粒與秸稈分離不清，需要在脫粒裝置后加設(shè)其他分離裝置。軸流切線式：稻穗被滾筒抓取后，在滾筒作切線回轉(zhuǎn)運動的同時，還沿著軸向移動，其合成運動的軌跡為螺旋線，這種脫粒方式脫粒時間長，稻穗在脫粒間隙受到多次沖擊和搓擦，提高了脫凈率和分離率，減少稻粒的破碎。軸流切線徑向式，對這種脫粒方式而言，要求滾筒一般為錐形，其作物運動軌跡為圓錐螺旋線，脫粒效果好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜要求功率也較大。因此本設(shè)計采用第二種方式即軸流切線式。
滾筒的形狀方面采用的是圓柱齒式圓柱形閉式滾筒，這樣結(jié)構(gòu)簡單，慣性力大，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，克服瞬時超載荷能力強，脫粒效果好。
2.4.2 滾筒滾齒
脫粒滾筒的脫粒質(zhì)量和脫粒效率與滾筒的滾筒齒和滾筒的轉(zhuǎn)速有關(guān)，而滾筒齒是滾筒上的主要脫粒元件。脫粒滾筒的滾筒滾齒主要是由圓柱直齒組成。而且滾筒齒是按螺旋線排列在滾筒上。這樣不但提高了脫粒滾筒的脫粒能力，而且提高了稻粒的純凈度。
我國已有的小型水稻半喂入脫粒機主要是采用打擊原理對水稻稻穗進行脫粒，多數(shù)采用的是釘齒。通過釘齒打擊水稻稻穗，產(chǎn)生振動和慣性力從而破壞它與穗軸間的連接，以便稻粒和稻穗脫離。工作時滾筒回轉(zhuǎn)，以其釘齒猛烈的打擊進入的稻穗，把絕大部分的谷粒脫下，然后把秸稈帶進滾筒與凹板之間，在滾筒釘齒與凹板釘齒所構(gòu)成的側(cè)面間隙之間進行摩擦、擠壓把全部谷粒脫下，同時把秸稈送出脫粒裝置。
釘齒型的脫粒機要求滾筒線速度高因而功率消耗大，釘齒的打擊又導(dǎo)致了谷粒的破碎率高。秸稈破壞嚴(yán)重，同時給分離和清選的時候增加了困難，制造和裝配嚴(yán)格，使用調(diào)整也比較復(fù)雜，容易因釘齒側(cè)間隙不一致而影響脫粒質(zhì)量。
通過對以上兩種方案的比較，本設(shè)計采用的脫粒滾筒的脫粒齒為圓柱齒.
2.4.3 凹板
脫粒機的脫粒質(zhì)量和凹板有很大的關(guān)系。凹板和脫粒滾筒之間的間隙過小，則使得脫粒機的功率變大，而且增加了谷粒的破碎率；要是脫粒間隙過大的話，脫粒機的脫粒效果就受到了很大的影響，而且影響了后面稻粒的清選。凹板的結(jié)構(gòu)有柵格式、沖孔篩式和編織篩式等類型，以柵格式凹板的分離效果最好。
其結(jié)構(gòu)如圖
圖3 凹板
Figure 3 Intaglio
2.4.4 清選機構(gòu)
清選機構(gòu)是主要實現(xiàn)脫粒后的稻粒與輕質(zhì)雜物之間的分離。常見的清選原理大致可以分為兩類：一類是按照籽粒的空氣動力特性（懸浮速度）進行清選。另一類是利用氣流和篩子配合進行清選。其中后者最為常用，結(jié)構(gòu)簡單，分離效率高。本設(shè)計采用風(fēng)機按照稻粒的空氣動力特性進行清選，其中氣流由風(fēng)機提供， 其結(jié)構(gòu)見圖4
圖4 風(fēng)機
Figure 4 Fans
2.4.5 機架
機架在脫粒機中用于容納和支承各種零部件，本設(shè)計采用23號角鋼焊接成，殼用鐵皮鉚合連接或者之間焊接而成，并且在機腳的位置設(shè)置兩塊木條，不僅方便電機、風(fēng)機的安裝，而且起到了減震作用。
3 主要零部件的設(shè)計及參數(shù)
3.1 脫粒滾筒主要參數(shù)的選擇
3.1.1 滾筒的線速度
脫粒滾筒的作用是通過帶動其上的圓柱齒而進行脫粒工作，其滾筒的轉(zhuǎn)速影響著脫離的質(zhì)量和效率，一個結(jié)構(gòu)合理的滾筒，如果沒有適當(dāng)?shù)木€速度，就不可能有良好的脫粒性能。線速度的大小，決定了對作物的沖擊和梳刷作用的強弱。線速度小時，沖擊力減弱，使脫粒的時間延長而生產(chǎn)率低下，甚至脫粒不干凈；線速度越高，沖擊力越大，梳刷作用越強，脫凈率越高，但是線速度過高時，脫粒效果的提高并不顯著，功率消耗反而增加，谷粒和秸稈的破碎率也提高，且使谷粒在滾筒上的跳動加劇，增加拋散損失。因此，線速度的大小，要以脫凈又不要破碎谷粒為原則。對圓柱齒式脫粒滾筒而言，線速度一般為10m/s-12m/s,根據(jù)需求取10m/s，這樣滾筒的轉(zhuǎn)速就可以確定了，經(jīng)過計算滾筒的轉(zhuǎn)速為415r/min.
3.1.2 滾筒直徑
圓柱齒滾筒的滾筒直徑一般為360mm-460mm，根據(jù)前人的研究取460mm，過小的話容易纏草，且功率消耗大，工作不穩(wěn)定；過大則重量大，體積大。為保證脫粒的干凈，滾筒應(yīng)有一定的長度，目前所采用的滾筒長度為360mm-450mm,根據(jù)需要去滾筒長度為450mm。
3.1.3 滾筒圓柱齒
滾筒的圓柱齒是按螺旋線排列，螺線頭越多，則脫粒能力越強，但過多將使秸稈打得很碎，功率消耗增加。
3.2 凹板直徑
凹板直徑是決定生產(chǎn)率的主要參數(shù)（在限制滾筒轉(zhuǎn)速的情況下，凹板直徑是決定生產(chǎn)率的唯一參數(shù)），凹板直徑與生產(chǎn)率成正比，但不是一次性線性關(guān)系。
根據(jù)凹板直徑與生產(chǎn)率的關(guān)系和實際生產(chǎn)情況，本設(shè)計現(xiàn)選取凹板直徑D為490mm，對水稻脫粒機來說，其脫粒間隙就是滾筒齒頂圓與凹板圓鋼之間的間隙。
4 傳動裝置總體設(shè)計
本設(shè)計采用電動機作為該脫粒機械的動力來源，通過V帶傳動帶動脫粒滾筒轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)預(yù)期工作，單機傳動，簡單可行。
4.1 電動機的選擇
從前面可知已選滾筒外緣線速度為v=10m/s，那么滾筒工作轉(zhuǎn)速
( 1)
對滾筒轉(zhuǎn)速進行取整: n=415r/min
查表得V帶的傳動比i=2～4則電動機的轉(zhuǎn)速范圍為：
(2)
現(xiàn)選用工業(yè)上廣泛應(yīng)用的Y系列三相交流異步電動機，其具有高效、節(jié)能、振動小、噪聲小和運行安全可靠的特點，查表后在根據(jù)計算選定電動機型號為Y132S-4。
4.2 確定傳動裝置的傳動比
總傳動比
(3)
式中 —電動機滿載轉(zhuǎn)速，1440r/min,則
那么V帶的傳動比i≈3.4，處于2～4之間，符合要求。
4.3 傳動裝置的運動和動力參數(shù)
各軸轉(zhuǎn)速
Ⅰ軸 (4)
Ⅱ軸 (5)
各軸功率
Ⅰ軸 (6)
式中 —電動機的額定功率
Ⅱ軸 (7)
式中 —V帶傳動效率；查表1-7取值0.95
各軸轉(zhuǎn)矩
Ⅰ軸 (8)
Ⅱ軸 (9)
5 普通V帶傳動的計算
電動機型號為Y132S-4,其額定功率=5.5kw，轉(zhuǎn)速=1440（r/min）；從動軸轉(zhuǎn)速=415（r/min），設(shè)計每天工作<10h。
5.1 確定計算功率
查表得，工況系數(shù)=1.2,則
(10)
5.2 選擇V 帶的帶型
根據(jù)=6.6kw和=1440（r/min）由圖可知，選用B型V帶。
5.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑d并驗算帶速v
5.3.1 初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑
根據(jù)和，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑=140mm。
5.3.2 驗算帶速v
(11)
因為5m/s<<30m/s在規(guī)定的范圍內(nèi)，故合理。
5.3.3 計算大帶輪的基準(zhǔn)直徑
(12)
查表，圓整為=500mm。
5.4 確定V帶的中心距a和基準(zhǔn)長度
5.4.1 初定中心距
即
中心距變化范圍 448≤≤1280
取=700mm
5.4.2 初選帶所需的基準(zhǔn)長度
(13)
查表,選帶的基準(zhǔn)長度=2500mm.
5.4.3 計算實際中心距
(14)
5.5 驗算小帶輪上的包角
(15)
5.6 計算帶的根數(shù)z
5.6.1 計算單根V帶的額定功率
由=140mm和，查表，可知，取=2.82kw。
根據(jù)，i=3.4和B型帶，查表，得kw。
查表和表得包角系數(shù)=0.925，帶長修正系數(shù)=1.03
于是
(16)
5.6.2 計算V帶的根數(shù)z
(17)故取z=3根
5.7 確定單根V帶的預(yù)緊力
(18)
普通B型V帶每米長度質(zhì)量，
5.8 計算軸力
（19）
6 軸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計
已知輸出軸上的功率，轉(zhuǎn)速，
(20)
轉(zhuǎn)矩
(21)
6.1 選擇材料，初步確定軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表，取，于是得
(22)
最小軸徑顯然是安裝大帶輪處軸的直徑，由于此處開鍵槽故將直徑加大10%-15%，取。
6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
6.2.1 擬定軸上零件的裝配方案
軸上零件的裝配方案如圖5
圖5 軸的結(jié)構(gòu)示意圖
Figure 5 Schematic diagram of the axis
6.2.2 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
1)為了滿足大帶輪的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ軸段右端需制出一軸肩，故取Ⅱ-Ⅲ段的直徑=33mm；左端用軸端擋圈對帶輪進行軸向固定，螺栓緊固軸端擋圈的結(jié)構(gòu)尺寸查表7-6（GB/T892-1986）。查表6-11可得普通V帶帶輪寬 +2=（—輪槽數(shù)，—槽間距，—第一槽對稱面至端面距離），取B=61mm，為了保證軸端擋圈只壓在大帶輪上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ—Ⅱ段長度應(yīng)比B略短一些，現(xiàn)取=59mm，大帶輪與軸的周向定位采用平鍵連接。查表5-73 選用的平鍵尺寸為：b×h×L=10mm×8mm×32mm
2)初步選擇滾動軸承。軸主要承受徑向力作用，故選用深溝球軸承，參照工作要求，并根據(jù)=35mm，查表8-23選擇深溝球軸承6007，其尺寸d×D×B=35mm×62mm×14mm，故，其左端采用軸承端蓋對其進行定位，取其長度。軸承的右側(cè)面采用軸肩定位，軸肩高度h=5mm,取其直徑d=45mm.
3）軸承用軸承座定位根據(jù)便于對軸承添加潤滑脂的要求，取軸承座的外端面與大帶輪右端面間的距離，則。
4）滾筒采用平鍵進行周向定位，取該處軸徑，則查表4-1鍵的尺寸：b×h×L=14mm×9mm×48mm；滾筒的周向定位，左端采用深溝球軸承定位，右端也同樣采用深溝球軸承進行定位，滾筒段的長度。取
5）取右端軸承的長度，軸承的右端采用軸肩進行定位，d=39mm,為了加工的方便性，開個退刀槽。至此整個軸的直徑和各段長度均以結(jié)束，軸的長度L=694mm。
6.3 軸上載荷計算
已知皮帶輪對軸的壓力，取帶輪和滾筒重量分別為、，并且假設(shè)重量在軸上呈線性均勻分布
6.3.1 受力分析
帶輪 水平力
鉛垂力
滾筒 鉛垂力
1.判斷軸的危險截面
求支反力
水平方向
得：；
求彎矩和的彎矩方程和它們的合成彎矩
2.求的各段方程
在鉛垂力、、、作用下，軸將在xy平面內(nèi)發(fā)生彎曲變形，其扭矩：
在AC段
在CB段
在BD段
6.3.2 強度校核
按照第三強度理論進行強度校核
(23)
式中—在常溫、靜載及一般工作條件下45鋼許用應(yīng)力，；
—抗扭截面系數(shù)，,D為實心軸的圓截面直徑，D=；
故傳動軸的強度滿足要求。
6.3.3 畫出受力分析簡圖
其圖如圖6所示
圖6 受力分析
Figure 6 Force Analysis
7 滾動軸承的設(shè)計計算
已知裝軸承處軸徑d=35mm，轉(zhuǎn)速n=415r/min，選用深溝球軸承6007，
7.1 軸承壽命校核
當(dāng)量動載荷 (24)
式中—徑向載荷，N
—軸向載荷，兩軸承的軸向載荷均為0N
查表8-17得X=1于是可計算兩軸承的當(dāng)量動載荷：
按表3-6 =1.0~1.2 取=1.2
(25)
驗算軸承的壽命
(26)
由壽命校核結(jié)果可以看出兩軸承的壽命均大于設(shè)計壽命，故所選軸承合格。
8 軸承座的選擇
由于軸承選擇代號為6007的深溝球軸承，所以選擇軸承座位SN207。
9 平鍵的選擇與計算
9.1 類型選擇
選A型鍵
9.2 尺寸選擇
查表5-73分別選擇軸Ⅰ-Ⅱ、Ⅳ-Ⅴ段平鍵b×h×L=10mm×8mm×32mm、b×h×L=14mm×9mm×50mm
9.3 強度驗算
查表6-2得許用擠壓應(yīng)力。
Ⅰ-Ⅱ軸段鍵與鍵槽接觸長度： (27)
式中d—鍵槽處軸徑，mm
h—平鍵的寬度，mm
T—轉(zhuǎn)矩，N.m
10 風(fēng)機設(shè)計
本設(shè)計采用農(nóng)機中廣泛采用的農(nóng)用型風(fēng)機,葉片采用直葉,外形為切角的矩形,以改善風(fēng)機出口氣流的不均勻性,殼體為蝸殼形外殼,水稻的飄浮速度為,比重,選取風(fēng)機的風(fēng)速為V=8m/s。
11 總結(jié)
在目前水稻收獲機械多種形式并存條件下，為了滿足廣大用戶莖桿需求量的不斷提高，在消化吸收國內(nèi)外同類機型的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一種水稻半喂入脫粒機械，該機采用圓柱齒滾筒脫粒、風(fēng)扇清選等機構(gòu)，使其具有結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、脫粒質(zhì)量好等特點。
設(shè)計是在張老師的細心指導(dǎo)下，以及和同學(xué)的不斷討論中，大量的查閱小型電動水稻脫粒機的相關(guān)資料，吸取以往的設(shè)計方法和思路，通過自己一段時期的不懈努力而完成的。
在設(shè)計上由于自己考慮問題的全面性不夠，設(shè)計知識不夠系統(tǒng)，設(shè)計經(jīng)驗比較少，所以一定從在著很多的不足，只能通過更多的實驗去發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，對機構(gòu)進行優(yōu)化。
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致 謝
我的畢業(yè)設(shè)計即將搞完了，回首一路走過來的日子，本設(shè)計是在張嵐老師的悉心指導(dǎo)下完成的。值此謹(jǐn)向張老師表示我最誠摯的敬意和感謝!張老師在選題、課題的研究、論文的撰寫中都給予了耐心的指導(dǎo)和幫助，對我要求很嚴(yán)格，使我在研究領(lǐng)域上的理論和實踐知識上都有很大進步和提高。更重要的是，張老師那嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、踏實的工作作風(fēng)以及誨人不倦的良師風(fēng)范使我受益非淺，這將鞭策我在今后的人生道路上不斷前進。
與此同時，我要衷心感謝在大學(xué)四年期間，得到工學(xué)院諸位老師、同學(xué)們的關(guān)心、指導(dǎo)和幫助，想想剛剛開始做畢業(yè)設(shè)計的時候，我無所適從，不知從何下手，正是湯老師和各位同學(xué)給我明確了方向，讓我理清了頭緒。使我在學(xué)習(xí)和研究工作中得到長足進步，使我受益匪淺，在此謹(jǐn)致以最誠摯的謝意。
18
附 錄1
小型玉米脫粒機的設(shè)計
1、 引言
玉米脫粒機是我國糧食收獲的重要農(nóng)業(yè)機械之一。軸流式玉米脫粒機,全機有入料斗、脫粒、風(fēng)選、篩選、機架等五個重要部分。脫粒部分由釘齒滾筒、凹板、螺旋板組成。凹板下方有流斗。風(fēng)選部分有風(fēng)扇和出糠口。篩選部分有篩子和偏心滾輪振動器，篩子由偏心滾輪振動器帶動做往復(fù)運動，將玉米芯中夾帶的子粒篩出，由篩孔漏下。其加工流程如下：玉米穗通過料斗進入滾筒，在高速回轉(zhuǎn)滾筒的沖擊和玉米穗、滾筒、凹板的相互作用下被脫粒。脫下的子粒大部分通過凹板孔，由子?；寤鰴C外。穗軸則沿滾筒軸向往后移動，通過篩子表面流出機外。夾帶在穗軸中的部分子粒經(jīng)過篩孔漏下。風(fēng)扇的作用是將夾在子粒中的輕雜帶走。
2、 喂入口和排出口的設(shè)計
為保證玉米穗順利喂入而不堵塞滾筒，料斗底板應(yīng)有一定的斜度；進入滾筒的入口應(yīng)偏向滾筒向下回轉(zhuǎn)的一側(cè)。軸流式滾筒式脫粒裝置的喂入口和排出口設(shè)置在徑向位置時，其設(shè)計原理與切流式脫離裝置基本相同。根據(jù)需要也可配置喂入輪和逐稿輪。在現(xiàn)有的一些脫粒機上，喂入口寬約400-500mm，排出口寬約300mm。有的脫粒裝置上的排出口寬度可以調(diào)節(jié)，用來改變作物的脫粒時間，以適應(yīng)不同作物需要。穗軸排出口與子粒排出口的配置應(yīng)保持一定的距離，以免穗軸于子?；祀s。軸流式滾筒上方的頂蓋與凹板鑲接組成圓筒行的脫粒室。圓柱形軸流滾筒的頂蓋內(nèi)壁應(yīng)有螺旋線導(dǎo)向板，用以控制作物軸向移動的速度。導(dǎo)向板的螺旋升角約為20度到50度，升角過大導(dǎo)向板起不到軸向?qū)偷淖饔?，作物易滯留、積聚、使秸草破碎嚴(yán)重。導(dǎo)向板高度一般為50-70mm.喂入量大、作物層厚、導(dǎo)向板高度取最大值。導(dǎo)向板與滾筒間隙大多為10-15mm，間隙過大，作物軸向流動不暢，使生產(chǎn)率降低，甚至可能發(fā)生堵塞。間隙太小，碎秸草多，功率消耗大，作物濕度較大時還易引起堵塞。因作物層沿軸向逐漸變薄，滾筒與導(dǎo)向板的間隙也可沿軸方向由大變小，以提高脫粒分離的效果。
3、 脫粒裝置的設(shè)計 、滾筒類型的設(shè)計
軸流式脫粒裝置主要由滾筒、凹板、導(dǎo)板和蓋（或罩）等部分組成。工作時，作物由滾筒的一端喂入（順著滾筒軸向或徑向喂入），隨著滾筒的旋轉(zhuǎn)，作物貼著凹板與蓋（或罩）組成的圓筒內(nèi)弧面作螺旋運動。沿著滾筒軸線方向流過脫粒裝置。谷粒、潁殼、碎秸、碎葉等谷?；旌衔镌跐L筒離心力的作用下同時由凹板篩孔（或分離篩孔）落下，秸草則由滾筒的另一端（軸向或徑向）排出。大部分生長成熟、飽滿的谷粒在滾筒前半段脫下分離，一些生長不好和不太成熟的谷粒到后半段才被脫下,后半段滾筒還把其余混在碎秸里的谷粒分離出來。因作物在脫粒裝置內(nèi)的時間長（約2-3秒），能充分的進行分離，故比傳統(tǒng)使用的切流式脫粒裝置脫凈率高，而且有可能把脫粒調(diào)整的柔和些。使受損傷的的谷粒減少。但碎秸桿多，脫粒消耗的功率也相應(yīng)較大。
滾筒的直徑、轉(zhuǎn)速和長度的設(shè)計
常用的圓柱形釘齒滾筒的齒頂圓直徑為200-300 mm。這里取224 mm。軸流滾筒式脫粒裝置對作物的脫粒時間比較長，故滾筒的脫粒速度可比切流滾筒式的稍底些，脫粒間隙可以大些，而不同的作物所要求的脫粒速度與脫粒間隙在調(diào)節(jié)。
4、 清選裝置的設(shè)計、清選裝置的功用
通過總體設(shè)計方案選用吹出型清選裝置。清選風(fēng)道位于風(fēng)扇出口的前面，谷?；旌衔镅鼗逶诔鲲L(fēng)口前落下，輕雜物沿風(fēng)道被吹走，谷?？恐亓Υ┻^氣流場進入集谷裝置。清選風(fēng)道下眼保證輕雜物的吹出通暢，并能截留被氣流吹出的少量谷粒，減少損失。清選風(fēng)道的截面積一般比風(fēng)扇出口的面積大很多，以便在出風(fēng)口處把谷粒混合物吹散。
5、 帶輪傳動
鑒于帶傳動的優(yōu)點和在應(yīng)用中的廣泛性。在一般的機械傳動中，應(yīng)用最廣泛的是V帶傳動。V帶的橫截面呈等腰梯形，V帶輪上也做出相應(yīng)的輪槽。傳動時帶只和輪槽的兩個側(cè)面接觸，即以兩側(cè)面為工作面。根據(jù)槽面摩擦的原理，在同樣的張緊力下，V帶傳動較平帶傳動等產(chǎn)生更大的摩擦力。這是V帶傳動性能上最主要的優(yōu)點。再加上V帶傳動允許的傳動比較大，結(jié)構(gòu)緊湊，以及V帶多以標(biāo)準(zhǔn)化并大量生產(chǎn)的優(yōu)點，因而V帶傳動的應(yīng)用比平帶傳動應(yīng)用廣泛的多。所以綜合以上V帶種種的優(yōu)點和實際操作的可行性，V帶傳動是最佳的選擇。
6、 帶輪的材料
帶輪的材料主要采用鑄鐵，常用的材料牌號為HT150或者為HT200；轉(zhuǎn)速比較高的時候采用鑄鋼（或者用鋼板沖壓后焊接而成）；小功率時可以用鑄鋁或者塑料。
附 錄2
Small corn Sheller design
One、 Introduction
Corn Sheller is China's grain harvest of one of the important agricultural machinery. Axial-flow corn Sheller, the whole machine into the hopper, threshing and winnowing, screening, rack and important parts. Threshing in part by the nail tooth drum, concave, Helix Board composition. Concave bottom stream bucket. Some fans and winnowing out chaff. Filtering is a sieve and eccentric wheel vibrators, shaken by the eccentric wheel vibrators driven do reciprocating motion, the corncob entrainment of grain screening out from under the sieve leakage. The process is as follows: maize ears by hopper into the cylinder at high-speed rotary drum of shock and maize ears, roller, concave plate interactions are threshed. Off most of the grain through concave bore, from grain skateboard slide-out machines. Cobs along drum shaft yearning after moving through a sieve surface flow out of the machine. The aim of the section in the Spike-grain through the sieve leakage. The fan is enclosed in the grain of miscellaneous away.
Two、 feeding inlet and outlet of design
In order to guarantee the smooth feeding corn without clogging rollers, hopper bottom should get some angle; enter the drums of entry should be in favor of the drum down one side of the revolution.
Axial-flow type threshing equipment feeding inlet and outlet settings in radial position, their design principles and cut streaming out of the device is basically the same. Depending on your needs or you can configure the automatic feeder round and round-by-draft. Some of the existing threshers feed entry on approximately 400-500mm, is a 300mm outlet. The threshing of outlet width is adjustable, used to change the threshing time, crop to fit the needs of different crops. Cobs outlet and grain exports configuration should keep a certain distance, to avoid spike in the grain mix. Axial-flow top on the top of the drum and concave inlay-composition of threshing drum line. Cylindrical drums of the top wall-flow should have the Helix design, to control crop axial movement speed. Guide plate of spiral up-angle is approximately 20 ° to 50 °, the angle too large guide plate is the role of axial rushed, crop and the accumulation of stranded,, spiked broken serious. Guide plate height typically 50-70mm-feed capacity, crop guide plate thickness, height for maximum value. Guide plates and rollers gap most 10-15mm, gap is too large, crop axial flow, reducing productivity, and perhaps even blocked. Gap is too small, much grass stubble, power consumption, is the larger crop humidity also easily cause blockage. Because of the crop layer along the axial gradually becomes thin, drum and guide plate of clearance or direction along the axis, to improve the effectiveness of threshing. separation
Three、 threshing equipment、drum type design
Axial-flow by threshing drum, concave, plate and cover (or mask). As you work, the end of the crop by the drum cutter (axial down the drum or radial feed), with the drum rotation, the crop with a concave plate and cover (or cover) the cylinder arc for spiral motion. Along the axis through the threshing drum. Grain, one-piece shell, straw, broken leaf, grain mixture in the cylinder at the same time under the effects of centrifugal force by the concave sieve (or separate sieve) fall, spiked by the other end of the drum (axial and radial). Most of the growth of mature, full of grain in the roller first took off, some growth is not good and not too mature grains to the latter part is off, the latter part of the drum also mixed in the grain stubble. As a result of crops in the threshing equipment a long time (about 2-3 seconds), the separation adequately, therefore, cut than traditional use of flow cytometry threshing equipment net rate is high, and the gentleness of threshing adjustment. The injury of grain. But broken straw, threshing consumption power is appropriate.
drum diameter, speed and length of design
Common cylindrical spike tooth drum of addendum circle with a diameter of 200-300 mm. Here take the 224 mm. Axial-flow type threshing equipment on crop of threshing a long time, the drum of threshing than tangential flow slightly bottom barrel, threshing clearance can be bigger, but different crops may be requested by the threshing speed and threshing gaps in regulated.
Four、 device design、device functions
The overall design scheme selection by blowing out of the device. Cleaning the air duct is located at the front of the fan export grain mixtures along skateboards in the air, light before falling debris along the duct was blown away, grain by gravity through the flow field enter set Valley. Cleaning the air duct eyes that light the patency of the blow out debris and interception is a small amount of airflow blown out of the grain, minimize the loss. Cleaning the air duct of sectional area is generally lower than that of the fan area of export much more so that in the grains outlet and a cool the mixture.
Five、 swith wheel
In view of the advantages of the belt drive and the universality of the application. In typical mechanical transmission, the most widely used is the V-belt drive. V-belt of the cross section is isosceles trapezoid, V belt pulley also make the appropriate wheel slot. Transmission belt sheave and only two side contact, that is, with two side to face. According to the principle of the tank surface friction, in the same tension, V-belt drive lower belt drive and a greater friction. This is the V-belt drive performance major advantages. Plus V belt transmission allows the transmission of larger, more compact, and V belt to standardization and the benefits of mass production, and the application of V-belt drive than flat belt drive more widely. Therefore, taking all these benefits with all sorts of V and the feasibility of actual operations, V-belt drive is the best choice.
Six、 the belt pulley of materials
Pulley of materials made of cast iron, common material designation for the HT150 or high speed comparison HT200; the cast steel (or pressed steel welded together after); small power can cast aluminum or plastic.
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