小型柵格式玉米脫粒機設(shè)計【電力拖動】
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小型柵格式玉米脫粒機設(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：為了降低農(nóng)民在玉米脫粒時勞動強度、提高工作效率,設(shè)計玉米脫粒機。該機主要有入料口、柵格式凹板和釘齒脫粒滾筒及傳動部件等組成。以電動機為動力源，動力由電動機輸出軸輸出，再通過傳動帶傳遞到釘齒脫粒滾筒上，釘齒脫粒滾筒配合柵格式凹板將玉米脫粒，玉米粒從柵格式凹板分離并排出機體外，而玉米芯從入料的另一端排出機體之外。
關(guān)鍵詞：玉米；脫粒機；效率；結(jié)構(gòu)；設(shè)計；
The Design of small Corn Threshing Machine
Student: Tong Fanglu
Tutor: Ren Xuguang
（College of engineering，Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China）
Abstract: For reducing a peasant during the period of the maize threshes, the intensity of labour, raises working efficiency , designs maize sheller. Be machine's turn to have mainly enter expect that the mouth , bars form notch board and nail tooth the cylinder threshing and drive component etc. are composed of. Take electric motor as driving force source, driving force exports axis output from the electric motor , the nail tooth seed-husking cylinder threshes on the cylinder threshing again by the fact that belt delivery arrives at the nail tooth, coordinating bars form notch board with the maize, besides niblet complies with bars form notch board separation and the outside discharging airframe, but the maize core discharges airframe from another one end entering material.
Key words: Maize; Sheller;Efficiency; Structure; Design
1 前言
玉米是世界三大糧食作物之一,我國年種植面積大約有3.67億畝。我國現(xiàn)有三大玉米產(chǎn)區(qū)。一是北方玉米區(qū)，包括吉林、黑龍江、遼寧等省市，種植面積約占全國40％；二是黃淮平原春夏玉米區(qū)，包括山東、河南等省市；種植面積約占25％；三是西南丘陵玉米區(qū)，包括云貴等省，約占種植面積的15％。隨著農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展，玉米收獲已成為制約農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的瓶頸之一。為此，加快玉米收獲機械化的發(fā)展已成為當(dāng)務(wù)之急[1] 。發(fā)展玉米收獲機械化的意義：
（1）解決糧食自給，是加快玉米收獲機械化發(fā)展的一項國策。我國有13億人口，8億多是農(nóng)民，由于每年人口純增1000多萬，耕地每年減少，形勢十分嚴(yán)峻。有人甚至預(yù)言在21世紀(jì)中國的糧食難以自給，為了使外國某些人的預(yù)言破產(chǎn)，我國采取了擴大玉米種植面積和提高玉米單產(chǎn)兩項措施，提高單產(chǎn)主要靠選用高產(chǎn)優(yōu)良品種、緊湊型玉米種植模式、覆蓋、移栽、機械收獲等措施。我國糧食問題從長遠(yuǎn)看不是口糧問題，主要是飼料問題，其中更主要的是玉米問題。因為隨著人民生活水平的提高，飲食的變化，人均口量不斷下降，需要更多的飼料糧，而飼料糧首選作物是玉米。玉米面積不斷擴大，單產(chǎn)不斷提高，是玉米收獲機械化發(fā)展的客觀需要。
（2）對玉米價值認(rèn)識的不斷提高，是推動玉米收獲機械化發(fā)展的動力。玉米是高產(chǎn)之王。玉米最高單產(chǎn)達(dá)1548公斤/畝（23.2噸/公頃），其潛在理論單產(chǎn)可達(dá)3765公斤/畝（56.34噸/公頃），增產(chǎn)潛力極大。我國玉米產(chǎn)量居世界第二，但單產(chǎn)比美國低56%，列居世界第28位，是糧食增產(chǎn)希望之所在。糧食的增產(chǎn)，帶來農(nóng)民收入的提高，必將推動玉米生產(chǎn)機械化的發(fā)展。
（3）發(fā)展玉米收獲機械化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的必然，也是農(nóng)機化發(fā)展的客觀要求。解決玉米收獲的機械化問題是廣大干部群眾的迫切要求，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的急需，玉米生產(chǎn)機械化水平低已成為制約實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化的瓶頸。河南省委、省政府提出要率先實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，實現(xiàn)這一目標(biāo)首先必須實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化過程中，必須解決玉米收獲的機械化。由于收獲基本靠人工和舊式工具進(jìn)行，勞動強度大，效率低，“三秋”時間拖得很長，因此做好推廣玉米機械化收獲工作，已迫在眉捷。
而玉米脫粒機作為玉米收獲機械化的重要組成部分，它的研究和開發(fā)也是必不可少的。玉米脫粒機是玉米脫皮后，經(jīng)過一段時間的風(fēng)干，然后將玉米利用脫粒機使玉米和玉米芯分開，這種機械就是玉米脫粒機。它的工作原理是：玉米脫粒機在進(jìn)行玉米脫粒時，利用釘齒滾筒回轉(zhuǎn)運動的釘齒與柵格式凹板之間的間隙相配合，使玉米粒脫下（釘齒滾筒和柵格式凹板之間的揉搓作用，將玉米粒脫離玉米芯），并借助其他的機械機構(gòu)將玉米粒和玉米芯分別從兩個不同的出口排出機體之外，循環(huán)脫粒，不斷的進(jìn)行填入---脫粒---排出機體[2] 。
2 設(shè)計任務(wù)書
為了更優(yōu)化玉米脫粒機的機型和結(jié)構(gòu)設(shè)計，此玉米脫粒機采用電力拖動，而且電動機也同樣采取節(jié)能式，電動機安裝在玉米脫粒機的下部，與脫粒機的機架的下機梁固定連接，這樣可以節(jié)省電動機所占用的空間。玉米脫粒機的從入料到脫粒到分離玉米粒和玉米芯，最后將玉米粒和玉米芯排出機體之外，是玉米脫粒機一體完成的，它最大的優(yōu)點是在短時間內(nèi)可以完成幾個人的勞動強度，從而提高了工作效率，節(jié)省了勞動時間。此玉米脫粒機有這些優(yōu)點之外，還有安全性能高、效率高、堅固耐用、結(jié)構(gòu)簡單便于維修和保管。
同時為了改進(jìn)現(xiàn)有脫粒機的現(xiàn)有狀態(tài)，提高工作效率，所以該機有由入料口、釘齒脫粒滾筒軸、柵格式凹板、機架等部分組成。整體組成如圖1所示：
圖1 總體結(jié)構(gòu)圖
Fig 1 The overall structure diagram
入料斗與進(jìn)料口與玉米脫粒機的上蓋部分相連，它是利用2mm米厚的鐵板制成，入料部位與釘齒滾筒的釘齒部位相切，將已撥皮的玉米從入料口進(jìn)入，下滑到脫粒部位，即釘齒滾筒和柵格式凹板之間，進(jìn)行脫粒。
脫粒部分主要是由紋桿滾筒、柵格式凹板、半圓型上蓋組成。玉米穗在紋桿滾筒和柵格式凹板之間進(jìn)行脫粒，將已脫下的玉米粒從柵格式凹板的縫隙漏下，落到下滑板，排出機體之外，玉米芯借助于滾筒上的紋桿產(chǎn)生的螺旋推力和螺旋導(dǎo)向作用，由入料斗的另一端（即出料口）排出機體之外。落下籽粒分主要是柵格式凹板完成的它是由一定數(shù)量的鐵條及兩條主要梁和兩條副梁組成，每兩根鐵條之間的縫隙可以將玉米卡住，然后快速旋轉(zhuǎn)的釘齒滾筒將被卡死的玉米強行脫粒，當(dāng)然，無論是工作時還是安裝時，柵格式凹板是固定不動的。玉米脫粒之后，再將玉米粒經(jīng)過柵格式凹板，從凹板的縫隙漏出，順著斜滑板滑出機體之外，目的是將玉米和玉米芯分開。
3 計算說明書
根據(jù)《農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊》[3]和《YT-1.5型小型玉米脫粒機設(shè)計》[4]的介紹，有關(guān)玉米脫粒機的相關(guān)設(shè)計的參考數(shù)據(jù)：脫粒機主軸為轉(zhuǎn)速一般為600～900r/min ，柵格式凹板的直徑為一般為320mm左右 ，由于設(shè)計的玉米脫粒機脫粒能力較大所以其凹板的長度為803mm，在滾筒的設(shè)計上，一改傳統(tǒng)的設(shè)計方法，大膽采用紋桿代替滾筒，并在主軸上設(shè)有四條紋桿，每條紋桿上均勻分布著螺紋型板齒，以便玉米芯隨螺旋板齒出的螺旋作用排出機體之外，紋桿滾筒的直徑為240mm。
3.1 電動機的選擇
根據(jù)實踐測量得知每條紋桿的均勻受力為320N ，當(dāng)玉米脫粒機正常工作時紋桿滾筒上的紋桿快速旋轉(zhuǎn)，其中均有兩條紋桿受玉米所給的切向力，而另外兩個紋桿是空行程。
（1）
即玉米脫粒機正常工作時，受到的切向力為640N 。
其中：N —紋桿所受的力,單位：N；
Z—參與工作的釘齒條數(shù)。
紋桿上的板齒轉(zhuǎn)速
根據(jù)《農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊》當(dāng)玉米脫粒機的紋桿滾筒快速轉(zhuǎn)動時，其上的板齒同樣有一定的轉(zhuǎn)速，這個轉(zhuǎn)速原于主軸的轉(zhuǎn)速和板齒的高度，即：
（2）
其中：—板齒的轉(zhuǎn)速，單位：m/s；
—脫粒機主軸的轉(zhuǎn)速，單位：r/min；
—板齒距軸心的距離，單位：mm。
3.1.1 電動機的功率
玉米脫粒機所需功率為，應(yīng)由脫粒機的工作阻力和運轉(zhuǎn)參數(shù)求定，即：
（3）
計算求得：
電動機功率由公式
（4）
來計算，脫粒機傳動裝置的總效率，應(yīng)由組成傳動裝置的各個部分運動副的效率之積，即
（5）
其中、、 分別為每一個轉(zhuǎn)動副的效率，選取傳動副的效率值如下：
滾動軸承（每對）0.98～0.995 即取 =0.99；
V帶傳動 0.94～0.97 即取 =0.96；
滾筒轉(zhuǎn)動 （因為釘齒條固定于滾筒上）即取 =1。
則
由此可得電動機的功率：
3.1.2 電動機的轉(zhuǎn)速
根據(jù)資料《農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊》一書可查得主軸的轉(zhuǎn)速在 600～900r/min，按《機械設(shè)計指導(dǎo)書》中表一所推薦的傳動比合理取值范圍，即可滿足電動機的轉(zhuǎn)速與主軸的轉(zhuǎn)速相匹配，符合這一范圍的同步電動機轉(zhuǎn)速的有720r/min,970r/min，1440r/min，根據(jù)容量和相關(guān)轉(zhuǎn)速，由《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》查出三種適宜的電動機型號，最總選定， Y132M-4為適合機型 額定功率7.5kW 滿載轉(zhuǎn)速1440r/min 重量81kg。
3.1.3 電動機的型號和技術(shù)參數(shù)及傳動比
綜臺考慮電動機和傳動裝置的尺寸、重量以及帶傳動的傳動比，。因此選定電動機型號為Y132M-4。所選電動機的額定功率＝7.5kW，滿載轉(zhuǎn)速=1440r/min，總傳動比適中，傳動裝置結(jié)構(gòu)較緊湊。其中心高H 為 132外形尺寸為 底腳安裝尺寸AB為 地腳螺釘直徑K為 鍵安裝部位尺寸 為 電動機輸出軸尺寸G為33
3.2 傳動裝置的設(shè)計
根據(jù)玉米脫粒機的具體傳動要求，可選取電動機和主軸之間用V帶和帶輪的傳動方式傳動，因為在脫粒機的工作過程中，傳動件V帶是一個撓性件，它賦有彈性，能緩和沖擊，吸收震動，因而使玉米脫粒機工作平穩(wěn)，噪音小等優(yōu)點。雖然在傳動過程中V帶與帶輪之間存在著一些摩擦，導(dǎo)致兩者的相對滑動，使傳動比不精確但不會影響玉米脫粒機的傳動，因為玉米脫粒機不需要精確的傳動比，只要傳動比比較準(zhǔn)確就可以滿足要求，而且V帶的彈性滑動對脫粒機的一些重要部件是一種過載保護，不會造成機體部件的嚴(yán)重?fù)p壞，還有V帶及帶倫的結(jié)構(gòu)簡單、制造成本底、容易維修和保養(yǎng)、便于安裝，所以，在電動機與玉米脫粒機之間選用V帶與帶輪的傳動配合是很合理的。
3.2.1 傳動帶的設(shè)計
(1) 確定計算功率
（6）
其中：—工作情況系數(shù)；
—電動機的功率，單位：kW。
查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》[7]一書可知：=1.0
kw
(2) 選擇V帶的型號
根據(jù)計算得知的功率和電動機上帶輪（小帶輪）的轉(zhuǎn)速（與電動機一樣的速度），查《機械設(shè)計手冊》[6]一書可以選擇V帶的型號為B型。
(3)確定帶輪的基準(zhǔn)直徑
初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑：根據(jù)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》[7]一書，可選擇V帶的型號選取。
計算V帶的速度V：
（7）
V帶在～的范圍內(nèi)，速度V符合要求。
電動機與主軸傳動比的計算 （8）
計算從動輪的直徑
（9）
(4) 確定傳動中心距和帶長
取
即：
得：
?。?
帶長 （10）
即：
得：
按《機械設(shè)計基礎(chǔ)》一書，選擇相近的基本長度和 相對應(yīng)的公稱長度（內(nèi)周長）可查得：， 。
實際的中心距可按下列公式求得：
（11）
也可用經(jīng)驗公式： （12）
求得 ：
(5) 驗算主動輪上的包角
（13）
即：
求得 ： 滿足V帶傳動的包角要求。
(6) 確定V帶的根數(shù)
V帶的根數(shù)由下列公式確定： （14）
其中 ：—單根普通V帶的許用功率值，單位：kW；
—考慮包角不同大的影響系數(shù)，簡稱包角系數(shù)；
—考慮的材質(zhì)情況系數(shù)，簡稱材質(zhì)系數(shù)，對于棉簾布和棉線繩結(jié)構(gòu) 的膠帶，取 ，對于化學(xué)線繩結(jié)構(gòu)的膠帶，取 。
—計入傳動比的影響時，單根普通V帶所能傳遞的功率的增量。
查表取值：
由 查得：
所以：
即： 取 根
(7) 確定帶的初拉力
單根V帶適當(dāng)?shù)某趵?由下列公式求得
（15）
其中：—傳動帶單位長度的質(zhì)量，單位：kg/m 。
即：
(8)求V帶傳動作用在軸上的壓力
為了設(shè)計安裝帶輪軸和軸承，比需確定V帶作用在軸上的壓力，它等于V帶兩邊的初拉力之和，忽略V帶兩邊的拉力差，則值可以近似由下式算出：
即： （16）
求得；
3.2.2 V帶帶輪的設(shè)計
（1）帶輪的材料選擇
因為帶輪的轉(zhuǎn)速，即，轉(zhuǎn)速比較底，所以材料選定為灰鑄鐵，硬度為。
(2) 結(jié)構(gòu)設(shè)計
帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑，選擇帶輪的結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的型號來確定帶論輪槽的尺寸，設(shè)計如下：
帶輪的設(shè)計:
因為根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑尺寸，而與主動帶輪配合的電動機軸的直徑是，因此根據(jù)經(jīng)驗公式～～，所以主動帶輪采用腹板式。
帶輪參數(shù)的選擇： 通過查《機械設(shè)計基礎(chǔ)》一書，可以確定主動帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)，其他的相關(guān)尺寸可以根據(jù)相應(yīng)的經(jīng)驗公式計算求得。
主動帶輪的厚度可以由計算公式： （17）
其中Z — V帶的根數(shù)；
t —V帶的寬度，單位：mm；
s — 帶輪中間連接處的厚度,單位: mm。
即 ：
3.3 脫粒軸的設(shè)計
傳動軸是玉米脫粒機的主要設(shè)計部件之一，他在玉米脫粒機正常工作過程中，承擔(dān)主要轉(zhuǎn)矩、扭矩、彎矩和支撐傳動軸上的回轉(zhuǎn)零件，玉米脫粒是瞬時沖擊很大，而且沖擊次數(shù)很頻繁的工作環(huán)境，因此傳動軸的設(shè)計是很關(guān)鍵的一個步驟。它的主要公用是：一是支持軸上所安裝的回轉(zhuǎn)零件，使其有確定的工作位置；而是傳遞軸上的運動和動力。軸按照軸線形狀的不同，可以分為曲軸、直軸、撓性軸。根據(jù)玉米脫粒機的結(jié)構(gòu)特點和組成形狀及工作強度和環(huán)境的要求，玉米脫粒機的主軸選用直軸形式傳遞，而且選用直軸中的階梯軸。此軸的設(shè)計如下：
根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強度來初步計算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗公式：
（18）
其中：—軸常用的幾種材料的的值；
—主軸上的功率，單位：kW；
—主軸上的轉(zhuǎn)速 單位：r/min。
軸上的材料選取調(diào)質(zhì)處理的45號鋼，，，，，，取，于是得
輸入軸上的最小直徑顯然是安裝帶輪的內(nèi)孔，必在軸上開有鍵槽，因此，為了開鍵槽又不消耗輸出軸的強度，可以使周的直徑增加5%以上，這樣增加輸出軸的尺寸，因而可以提高軸的工作強度。即：
3.3.1 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
主輸出軸的最小直徑是安裝帶輪處的直徑，為了使所選的軸直徑與帶輪相配合，故使輸出軸端的軸徑選為25mm。根據(jù)傳動帶論設(shè)計可以得知，帶輪的L為63mm則取輸出軸的次段軸徑為，其長度為。
根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
為了滿足帶輪的軸向定位要求，軸段右端需要制出一個軸肩，故取軸的軸的左端第二節(jié)段的軸直徑 ，輸出軸的徑向定位由普通平鍵來完成。選用鍵的型號為普通平鍵。鍵的型號可以通過查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》一書取得。
初步選擇輸出入軸系,軸的基本結(jié)構(gòu)如圖2。
圖2 軸的基本結(jié)構(gòu)圖
Fig 2 The basic structure
脫粒機的結(jié)構(gòu)和相關(guān)尺寸可知所設(shè)計的軸上裝有帶輪和紋桿滾筒，其上的板齒承螺旋排列，但由于受力不大可以忽略它的受力。又根據(jù)，初步選取支撐的軸承為相心球軸承，在《機械設(shè)計手冊》查得深溝球球軸承的型號為6006，它的結(jié)構(gòu)尺寸為，故?、蟆舳闻cⅤ—Ⅵ段的直徑相等，即?？紤]到機體的制造誤差等原因造成的安裝錯位或是借口不齊等，滾動軸承應(yīng)在機體內(nèi)有一段移動的位移，查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》可等位移量。取安裝釘齒的軸Ⅳ—Ⅴ段的直徑為，軸承與軸肩用軸承座固定，左、右兩端采用的軸承用軸承座固定軸承，在Ⅳ—Ⅴ軸段左端開始5mm處開始焊接圓盤，同理，右端也是，焊接釘齒滾筒，已知釘齒滾筒長為。
確定輸出軸上的倒角
按前面所述的原則，求出軸肩處的圓角半徑r的值，詳細(xì)見圖。軸端倒角在軸的兩端均為，小軸肩為軸肩的作用是使階梯直軸在軸徑改變截面上減小應(yīng)力集中。
3.3.2 按彎扭合成條件校核軸的強度
輸出軸上的所受作用力的大小
根據(jù)公式： （19）
其中：—電動機的額定功率，單位：kW；
—主軸的轉(zhuǎn)速，單位：r/min。
即：
釘齒條上的合力
根據(jù)公式： 求得
其中 ：—輸出軸的軸心到釘齒頂?shù)木嚯x
即 ：
根據(jù)公式： （20）
其中：80%—徑向力占圓周力的百分?jǐn)?shù)。（根據(jù)《機械設(shè)計基礎(chǔ)》[7]查得）
即 ：
求軸上的支反力大小：
根據(jù)《機械設(shè)計》[8]書中提供的設(shè)計校核依據(jù)，求支反力大小。
（21）
（22）
（23）
（24）
帶入數(shù)據(jù)得
在水平面內(nèi)，軸上
計算軸所受的彎矩和扭矩，并校核軸的強度：
根據(jù)公式 ：
（25）
（26）
總彎矩為
（27）
按彎扭合成條件校核軸的強度以及作軸的分析如圖3
圖3 軸強度校核圖
Fig 3 The strength of the axis check figure
彎扭合成
進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大當(dāng)量彎矩的強度。可真對某些危險截面（即彎矩和扭矩大而軸頸可能不足的界面）昨晚你合成強度校核計算。按第三強度理論。計算應(yīng)力。
（28）
通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力是對稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力則常不是對稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮二者循環(huán)特性的不同影響，引入折合系數(shù)，則計算應(yīng)力為
= （29）
當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為靜應(yīng)力時，取當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力時，脫粒機工作時，軸承受的是脈動循環(huán)應(yīng)力，故
又根據(jù)抗彎、抗扭截面系數(shù)計算公式，在截面最大處沒有開設(shè)鍵槽和通孔。
故，根據(jù)《機械設(shè)計》[8]取
公式 ： （30）
式中 ： —軸的抗彎截面系數(shù)，單位：；
—軸的許用應(yīng)力，單位： 。
按軸實際所受彎曲應(yīng)力的循環(huán)特性，在、、中選取其相應(yīng)的數(shù)值，對于承受對稱循環(huán)變應(yīng)力時的許用應(yīng)力為60MPa。
所以強度符合要求。
3.4 紋桿的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計
紋桿是玉米脫粒機的主要脫離部件，它的設(shè)計關(guān)系到玉米脫粒機的質(zhì)量的好壞，直接關(guān)系到玉米脫粒機正常工作時整體的脫粒效果以及脫粒后將玉米粒和玉米芯分離的情況，它的功能是采用脫離滾筒上的四條紋桿，固定在圓盤上，均勻快速的轉(zhuǎn)動，工作時將玉米填人脫粒機中，主軸的轉(zhuǎn)動帶動固定在紋桿滾筒上的板齒，板齒的頂端以一定的速度去對玉米脫粒（將玉米進(jìn)行強行脫粒）。玉米在經(jīng)過四條紋桿的快速旋轉(zhuǎn)下脫粒，四條紋桿上的板齒承基本呈螺旋排列，目的在于將玉米芯順著板齒的螺旋排列排出機體之外，同時，每一條紋桿上的板齒同樣在進(jìn)行脫粒，以便達(dá)到有較高的脫粒率。玉米脫粒機的主要功能是脫粒，而釘齒條在工作中起到了重要作用，因此，紋桿的設(shè)計是脫粒機的設(shè)計的主要部件。
從紋桿的功用及其工作要求可以判斷出板齒的工作強度很大，根據(jù)《脫粒機》一書得知玉米脫粒機的紋桿滾筒上安裝有四條紋桿，相互之間相差，而且每條紋桿上安裝板齒的個數(shù)范圍在20~40個板齒，四條紋桿均勻安裝在脫粒滾筒上，板齒在紋桿上均勻的承螺旋排列方式安裝，且承兩條螺旋均勻排列，在紋桿的兩端分別用一個厚度是，直徑是的圓盤固定，在兩個圓盤上均勻開有紋桿寬厚的方孔，四個方通孔均勻承分布，然后將四條紋桿從四個方孔中穿過，同樣，在紋桿的另一端也用厚度一樣直徑同樣為的圓盤固定，是紋桿穿過方孔而且在圓盤的表面漏出2～3，因為連接時是采用焊接完成，方便焊接。這樣結(jié)構(gòu)更加堅固、穩(wěn)定、可靠。
圓盤將紋桿固定，但由于紋桿過長（即），因此，在主軸的最大截面的長度的二分之一處，采用直徑是的鐵柱使紋桿與主軸相連，它們的連接方式采用焊接式，這樣可以增加紋桿的剛度，以便紋桿受更大的強度時不宜損壞，同時也使軸的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度有很大的增加，使紋桿的扭轉(zhuǎn)剛度和彎曲剛度增加，這樣可以使脫粒滾筒的整體剛度和強度極大增加，主軸和脫粒滾筒之間的固定性好，穩(wěn)定性高等優(yōu)點。
紋桿的功用是固定板齒的相對位置，使板齒在正常工作過程中能夠持續(xù)的正常工作，板齒所受的脫粒力直接傳遞到紋桿上，紋桿所承受著板齒的切向力，所以紋桿應(yīng)該采用足夠強度和剛度的材料制成，根據(jù)《螺旋擠搓式玉米脫粒機的設(shè)計》[9]一書中，可以查得材料選為45鋼，宗上所述，設(shè)計的紋桿的長×寬×高 為，其上分布著板齒，每個紋桿上均勻分布著板齒，其結(jié)構(gòu)如圖4
圖4 紋桿結(jié)構(gòu)圖
Fig 4 Pin rack structure
3.4.1 板齒的設(shè)計
板齒是玉米脫粒機的主要工作部件，它在工作時直接與玉米相接觸，而且它的接觸頻率很高，尤其是在入料口的部位，這個部位的板齒摩擦的相當(dāng)?shù)念l繁，因此，在設(shè)計板齒時應(yīng)當(dāng)考慮到板齒的工作強度和工作環(huán)境等問題，這里采用了《小型揉搓式玉米脫粒機的設(shè)計》[10]一書所建議的45鋼。
3.5 圓盤的設(shè)計
圓盤是將釘齒條與主軸固定的主要部件，它不僅起連接作用，而且還可以承擔(dān)板齒和紋桿傳遞的力矩和彎曲及扭轉(zhuǎn)強度，它位與紋桿的兩端，且采用焊接式連接，同時與主軸也要相對固定，采用焊接的連接方式，因此，圓盤的設(shè)計也是脫粒滾筒強度高低的要部件。由《機械設(shè)計通用手冊》[11]一書，查得圓盤的材料采用剛度和強度較好多45鋼制成，其直徑，其上均勻分布著四個長方形的通孔，目的是為了固定安裝紋桿，其位置在圓盤上固定，長方孔的底線距圓盤的中心為，其圓盤中心應(yīng)裝套在主軸的直徑上（），因此，圓盤的中心應(yīng)設(shè)定為的孔，以便安裝在軸上，圓盤的厚度選為，其上的長方形孔高為10mm、寬為45mm，同樣也是為了安裝其上的紋桿。
3.6 柵格式凹板的設(shè)計
在玉米脫粒機中，柵格式凹板是與釘齒滾筒相配合的重要部件，柵格式凹板有兩種功能，其一，是將玉米脫粒后，使玉米粒從柵格式凹板的縫隙中漏出，而玉米芯被釘齒滾筒上的釘齒螺旋排列排出機之外，從而使玉米粒和玉米芯分開，從不同的出口排出機體之外，達(dá)到玉米脫粒清選的作用，其二，柵格式凹板是利用鋼筋橫向焊接而成，鋼筋之間有的縫隙，這個縫隙可以將玉米卡在兩根鋼筋的縫隙之間（因為玉米為圓柱型），以便于釘齒對玉米進(jìn)行快速、穩(wěn)定的脫粒[12] 。
柵格式凹板是由27根直徑長為的鋼筋，凹板的直徑，凹板兩邊由兩個直徑為，厚度為，高度為的鐵條固定，由于柵格式凹板是半圓桶型，柵格式凹板與機架相連接還需要一個柵格托架，同樣采用焊接的形式來連接用圓柱鋼筋圍成的凹板，因為柵格式凹板要安裝在機架上，所以將柵格式凹板兩端的鐵條和中間的柵格托架都焊接到機架上，這樣，可以加固機體與柵格式凹板的連接質(zhì)量，在正常工作時，由于有機架的固定支撐，可以使柵格式凹板的工作穩(wěn)定性更高，更加可靠、穩(wěn)定。從整體來將，也達(dá)到了脫粒機的一體化的設(shè)計，提高整體剛度。
3.7 柵格托架的設(shè)計
柵格托架是用來固定柵格式凹版的，它是通過焊接使柵格式凹版連接在機架上，并用上蓋預(yù)先開設(shè)的的槽來定位。材料選用Q235鋼 [13] 。柵格托架如圖7。
圖5 柵格托架圖
Fig 5 Grid bracket figure
3.8 入料斗和進(jìn)料口的設(shè)計
入料斗是將玉米填入玉米脫粒機機體內(nèi)的一個途徑，它要通過進(jìn)料口使玉米眼釘齒滾筒的切線方向進(jìn)入脫粒機機體內(nèi)，它們是玉米脫粒機上的組合部件，它的作用在于通過入料斗和進(jìn)料口可以將玉米順利的填入機體內(nèi)，而且在填入的過程中或是填入后的工作過程中，脫粒機能安全的工作，而且不會將玉米玉米?；蚴怯衩仔緩娜肓隙凤w濺出來，造成人員傷害等事故發(fā)生，因此，玉米脫粒機的入料斗和進(jìn)料口的設(shè)計，即關(guān)系到玉米脫粒機的工作質(zhì)量（即脫粒不干凈或是不完全等）。因為在將玉米添入脫粒機時，電動機在高速的旋轉(zhuǎn)，連同它的主軸一起旋轉(zhuǎn)，如果入料斗和進(jìn)料口的填料方式不利于主軸的工作，此時，這種填料方式對主軸、對機體都有很大的副作用，有可能瞬時加大主軸的承擔(dān)負(fù)載，即同時加大主軸的彎曲應(yīng)力、扭轉(zhuǎn)應(yīng)力等，同時也加大了釘齒條上的釘齒的磨損和老化等。如果入料斗的設(shè)計不當(dāng)，會造成主軸的瞬時被卡死，電動機悶車等現(xiàn)象發(fā)生，這些現(xiàn)象對電動機和玉米脫粒機的主軸有及大的破壞性。因此，在設(shè)計玉米脫粒機入料斗時應(yīng)當(dāng)考慮到設(shè)計不當(dāng)可能發(fā)生的危害，精心的設(shè)計其結(jié)構(gòu)。
3.9 上蓋的設(shè)計
玉米脫粒機的入料斗和進(jìn)料口與脫粒機的上蓋相連接為一體，其連接方式為焊接即入料斗和進(jìn)料口安裝在玉米脫粒機的上蓋上，兩者均采用的薄鐵板制成，玉米脫粒機的上蓋承半圓形狀，直徑為，長為，（進(jìn)料口的一側(cè)與脫粒機的上蓋邊緣相切），這樣可以是玉米在進(jìn)入脫粒機機體時，能夠很好的被釘齒滾筒上的釘齒打削（脫粒），因此，上蓋上的入料口設(shè)計很重要。其上進(jìn)料口的最小口徑長為，寬為，其上的最大口徑（為了方便填料可以設(shè)計大一些）長為，寬為，玉脫粒機的上蓋整體焊接兩個角鐵上，并在角鐵上加工出來四個給柵格托架定位的槽，目的是便于與脫粒機的下半部分安裝，將脫粒機上蓋的緣地腳與角鐵焊接相連，角鐵采用的厚度為，長度為，起加固作用的鐵條同樣焊接在兩個角鐵上，以加堅固。在玉米脫粒機上蓋的兩端設(shè)有兩個半圓形狀的鐵板，其采用的材料是一樣的，目的一是保障工作人員的安全，因為在玉米脫粒機正常脫粒時，它的主軸高速旋轉(zhuǎn)，如果沒有兩打的鐵板擋住，有可能工作人員不甚將手或衣服絞進(jìn)玉米脫粒機中，造成人員傷亡等事故發(fā)生。
3.10 鍵強度的校核
根據(jù)《機械設(shè)計》一書中所提到的，對于軸端直徑為25mm的軸，其間的長度在18～90之間，又根據(jù)《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》[14]一書中間的型號選取b×h為8×7的鍵，有根據(jù)實際情況選擇適當(dāng)?shù)逆I長，初步選取。
鍵與軸的鏈接為靜連接，材料為45剛，承受載荷為120～150MPa
（31）
帶入數(shù)據(jù)得
故強度符合。
3.11 軸承的選擇和校核
本機只承受徑向力，故選用深溝球軸承，為了與軸做配合，故選取6006號軸承其參數(shù)如下：,基本額定動載荷，基本額定靜載荷。
由于軸承的基本額定壽命與破壞概率有關(guān)，所以在實際上按基本額定壽命計算選擇出的軸承中，可能有10%軸承發(fā)生提前破壞；同時，也可能有90%的軸承超過基本額定壽命還能繼續(xù)工作，甚至相當(dāng)多的軸承還能在工作一個、兩個或更多個基本額定壽命。
由于所選的軸承只能承受純徑向動載荷，（當(dāng)量動載荷）
由于此前算過，釘齒，乃至軸上所承受的徑向力為，而軸承所能承受的基本額定動載荷,小于所能承受的基本額定動載荷，所以負(fù)荷強度要求。
（32）
帶入數(shù)據(jù)得：
由于玉米脫粒機是季節(jié)性使用的機械，工作時間并不長，工作周期不長，又因為該機主要在戶外工作，工作溫度為常溫，不會引起應(yīng)溫度過高而造成的軸承損壞，因此，軸承壽命符合機器工作條件。
3.12 機架的設(shè)計
機架是玉米脫粒機的主要支撐部件，它是承擔(dān)所有來自軸及電動機、凹板的沖擊和應(yīng)力，機架的堅固是玉米脫粒機的工作穩(wěn)定、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)的基礎(chǔ)，因此機架無論是從結(jié)構(gòu)上還是從材料上，都應(yīng)該采用堅固的穩(wěn)定的材料和樣式制成。就此玉米脫粒機來說，它的沖擊載荷和內(nèi)部的應(yīng)力偏低，電動機達(dá)到動力偏小，以及所選用的機型比較輕便，設(shè)計材料可采用角鐵支撐，角鐵支撐的好處在于：在角鐵材料本身所支撐的載荷范圍條件下，不會發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，雖然有較小的彈性變形，也不會影響脫粒機機體的堅固、穩(wěn)定的效果，盡管在玉米脫粒機正常工作的情況下，也不會影響玉米脫粒機的整體效果。選擇角鐵的厚度為，其規(guī)格尺寸為：高為，寬為。在機架上有兩段橫梁，要求它的工作強度大，承載能力強，受沖擊載荷、彎矩、扭矩不會變形，因此這兩端橫梁選為角鐵的厚度為，而它的高為，寬為，這樣的材料來支撐玉米脫粒機的主要載荷部分。玉米脫粒機的機架上安裝有一出粒斜板，目的是當(dāng)脫粒機將玉米脫粒后，玉米粒從柵格式凹板的縫隙中漏出，落到出粒斜板上，玉米粒順著斜板下滑，從而滑出機體之外，達(dá)到將玉米粒隨脫粒的完成，而隨時地將玉米粒排出機體之外，它的材料也同樣是選用 后的鐵板制成。再玉米脫粒機的另一端，即玉米芯的排出端，設(shè)計了一個下滑的斜斗，其功用是完成玉米芯順利的排出機體之外，使玉米芯隨玉米脫粒機的主軸的不停旋轉(zhuǎn)，隨時的排出集團之外，也便于工作人員的清理，它也是應(yīng)用厚的鐵板制成的，與機體相連，采用焊接的連接方式，它與柵格式凹板的玉米芯輸出端相連，而且，這個斜板與柵格式凹板的連接應(yīng)該過長～，從而保障了玉米芯的順利滑出[15]。從機架的整體來看，機架的選料、結(jié)構(gòu)設(shè)計、受力的不屬及玉米粒和玉米芯的隨機排出，可以看出玉米脫粒機的機是滿足要求的，而且結(jié)構(gòu)設(shè)計合理。
3.13 玉米脫粒機上標(biāo)準(zhǔn)件的選擇
3.13.1 螺栓的選擇
應(yīng)用在玉米脫粒機上的螺栓是機械設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)件,此時，需要選擇適合的螺栓，脫粒機上蓋與機架連接為帶有預(yù)緊力和工作拉力的螺栓連接[17]，本機工作載荷不穩(wěn)定應(yīng)用公式 （33）
其中為—承受的工作載荷，單位：N；
—為螺栓的總拉力，單位：N；
—為殘余預(yù)緊力，單位：N。
上蓋與機架連接為的螺栓為工作載荷不穩(wěn)定的緊螺栓連接，此處
此處可假設(shè)選釘齒接觸上蓋時的接觸力為最大工作載荷
帶入數(shù)據(jù)得：
單個螺栓的強度為
（34）
上蓋與機架有六顆螺栓相連接，實際的應(yīng)該是帶入公式
得 ，圓整為8。
螺栓的選擇可以根據(jù)《機械設(shè)計手冊》查取.在本脫粒機上選擇的螺栓為:公稱直徑M8的螺栓[16],就可以滿足玉米脫粒機的脫粒機上蓋和機架連接需要。
3.13.2 鉤頭楔鍵的選擇
玉米脫粒機上的主軸和帶輪是通過鉤頭楔鍵相連,而且, 鉤頭楔鍵也同樣可以在《機械設(shè)計手冊》中查取,它也是一個標(biāo)準(zhǔn)件,其型號規(guī)格為:b=12、h=7、L=50。
4 結(jié)論
隨著社會的進(jìn)步，生活中的每一個角落都有機器的參與。農(nóng)業(yè)是我國的基礎(chǔ)經(jīng)濟、是國家發(fā)展的根本，機械化的普及，不僅使農(nóng)業(yè)加強了農(nóng)業(yè)化生產(chǎn)，同時也減輕了農(nóng)民的勞動強度,節(jié)省時間,提高效率。玉米脫粒機結(jié)構(gòu)簡單，占用面積小，容易搬運，性價比高，生產(chǎn)率很高,而且單位時間內(nèi)生成效率高,動力強，是現(xiàn)在市場上應(yīng)用很廣的產(chǎn)品。
本機主要適用于已剝皮玉米的脫粒工作，長為911mm高為1166mm，寬為416mm 功率7.5kW。本機采用先進(jìn)的釘齒條滾筒，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的滾筒與釘齒的固定鏈接方式，從而可以更換釘齒，更好的提高了整機的使用效率，采用釘齒條還能減輕啟動載荷，對玉米粒飛濺有很好的防護效果，其主要功能是將玉米與玉米芯分開,達(dá)到玉米脫粒的效果,本機生產(chǎn)率很高,而且單位時間內(nèi)生成效率高,是現(xiàn)在市場上應(yīng)用很廣的產(chǎn)品,但是,此產(chǎn)品也有一些不足之處,比如由于脫粒機是用電力帶動，停電或斷電時就不可以繼續(xù)工作；還有玉米的大小也會影響脫離的完美性。和一些的玉米脫粒機相比還是有一定的優(yōu)勢的,其主要優(yōu)勢是動力強。因此,在今后還要對玉米脫粒機進(jìn)一步開發(fā),使玉米脫粒機更完美,更效率化。
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致 謝
經(jīng)過三個月的忙碌之后，畢業(yè)設(shè)計最終完成，心理有一種說不出的輕松。設(shè)計過程中遇到了許多問題，在眾多老師和同學(xué)的幫助下予以解決。首先要感謝老師對我的指導(dǎo)和督促，在設(shè)計過程中任述光老師給我指出了正確的設(shè)計方向，使我加深了對知識的理解，同時也避免了在畢業(yè)設(shè)計過程中走彎路，任老師的督促使我一直把畢業(yè)設(shè)計放在心里，保證按質(zhì)按量的完成；還要感謝班上的同學(xué)，是大家營造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，在做設(shè)計的過程中互幫互助，使我的CAD操作水平比以前有了很大提高，同時較全面的掌握了Word的編輯功能，使我能夠按時完成畢業(yè)設(shè)計。
大學(xué)生活即將畫上句號，在這四年中我是充實的、快樂的，這要感謝學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)給我們提供了一個好的學(xué)習(xí)環(huán)境和豐富的課余生活，同時也要感謝所有老師對我們的辛勤培育。
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