机械设计说明书—花生剥壳去壳机设计

摘 要因为花生需求的增加导致了花生种植面积增加，花生产量也在逐年增加。市面上的花生深加工产品也越来越多，将花生剥壳后深加工提高产品附加值。所以市面上的花生剥壳机也是越来越多。机器也是层次不齐，市面上花生剥壳机普遍存在的稳定性不好、不能适应条件不好环境和剥率较低等问题，所以设计了刮板式花生剥壳机。根据花生剥壳机剥壳部件的转速和功率，选择了皮带传动，电动机。然后再根据刮板半径设计转轴、半栅筛、箱体等零部件; 本文首先介绍了剥壳机的国内发展现状及研究意义。其次，本文确定了花生剥壳机的整体方案设计，以及介绍了剥壳机的分类和主要组成，以及现状存在的问题。根据现状问题确定了主体结构的设计和布置。然后，本文介绍了花生剥壳机主体结构详细设计，其中包括带轮，主轴，刮板，电动机，等具体设计和计算。图文并茂的讨论了传动机构以及执行机构的结构设计。最后对整体设计过程做出总结，分析了设计过程中遇到的问题，从设计过程中总结经验和教训。关键词: 花生；花生剥壳机；剥壳机械化；刮板剥壳；三维建模38AbstractWith the continuous development of peanut farming, peanut production increased year by year. Peanut processing products available in the market, more and more, the deep processing of peanut sheller higher value added products. So the market is more and more peanut sheller. Machine is uneven levels, poor stability of the market peanut sheller exist, can not meet the conditions of the poor environment and stripping rate and other issues, the design of the scraper peanut sheller.According sheller parts speed and power, the choice of a belt drive, electromagnetic motor, based on the design speed and radius of the shaft, half grizzly, cabinet and other components; This paper describes the current situation of domestic development Sheller and significance. Peanut Sheller is from the hopper, the guide mechanism, broken shell body, transmission and other components, is relying on the material by its own gravity to form a top-down system of pipeline operations. Secondly, we determined the overall program design peanut sheller, and introduced the existing classification sheller and main components, and the status of the problem. Finalized the design and layout of the main structure. Then, the paper describes the main structure of the peanut sheller detailed design, including pulleys, spindle, scraper, motors, and other specific design and calculation. Comprehensive and detailed discussion of the structural design of the transmission mechanism and the actuator. Finally, make a summary of the overall design process, analyzes the problems encountered in the design process, summarize experiences and lessons learned from the design process.Keywords: Peanut; peanut sheller; peel mechanization; scraper peel; dimensional modeling目录目录11绪论11.1课题提出的背景11.2 花生脱壳机械的发展11.3 花生脱壳机械的研究应用现状31.3.1 当前花生剥壳机使用的脱壳技术31.3.2 新型脱壳技术31.3.3 花生脱壳机械的工艺研究41.3.4 花生脱壳机械存在的问题41.4 花生脱壳机械研究重点51.4.1 研究剥壳机械的常用性和适应性51.4.2 提高花生机剥壳率,降低破损率51.4.3 提高剥壳自动化程度52 刮板式花生剥壳机的结构及工作原理62.1 选择刮板花生去壳机理由62.2刮板式花生剥壳机主体结构62.2.1破壳部分结构设计72.2.2风机分离部分的设计73 刮板式花生剥壳机关键部件结构设计93.1设计前各项参数的确定93.1.1 刮板的半径及转速确定9312 刮板所需功率计算93.1.3可用传动部件的分析103.1.4可用传动部件的选择103.1.5电动机的选择113.2 电机与轴之间的V带传动设计133.2.1 V带计算133.2.2 V带轮的设计143.3主轴的设计及参数计算163.4 轴承和键的选择193.4.1轴承的选择193.4.2键的选择203. 5刮板结构设计203.6半栅筛的设计213.7惯性筛分选系统设计223.7.1惯性筛原理分析223.7.2筛网运动部件结构223.7.3、设计曲柄滑块机构223.7.3曲柄轴设计243.7.4连杆设计263.7.5惯性筛的曲柄轴与刮板轴间的V带传动设计273.8筛网293.9风机分离部分的设计293.10 机架的模态分析303.10.1 模态建立过程303.10.2 模态分析314 使用花生脱壳机的要求354.1花生脱壳机操作方法与注意事项354.2花生剥壳机的保存方法355 总结365.1 本文总结365.2 设计遇到问题36参考文献371绪论1.1课题提出的背景 花生含有大量的脂肪和蛋白质，它是我们日常生活当中最要的植物油来源之一。也是我们日常摄取植物植物蛋白重要来源。在平时的烘培食品当中，经常含有使用花生或脱脂后花生饼粕蛋白质的使用。在我们日常的饮食和烹调当中可以起到原料或添加剂。现在我们把花生蛋白质作为原料或者食品添加剂不仅可以提高食品的蛋白质，还可以改变食物的味道和形态。日常的人造奶油、起酥油、色拉油、调和油等都是花生油重要组成。花生不仅经过简单加工就可食用，而且还可以加工成各种营养丰富、色香味俱全食品和营养品。花生加工成副产品产生的花生壳和花生饼粕可以用作饲料，提高花生的经济效益。 一般花生作为出口产品或深加工产品，都需要进行剥壳加工这道工序，花生在榨取花生油的时候，为了提高出油率。都会对花生去壳。传统花生剥壳是手工剥壳，手工剥壳不仅效率低，而且手容易起水泡，长茧。因此在主产区的广大农民急需一种工具来代替他们手工剥壳。使花生生产地的农民不必浪费劳动力用手工剥壳方式剥壳，提高花生剥壳的速度满足需求。花生剥壳机就是把花生的外壳利用挤压剪切等方法把外壳去掉从而得到花生仁一种农业机械。但是由于花生的物理特性决定花生不能再收获的时候就发明一种机器把花生给去壳。只有花生的含水量降到一定程度的时候才能剥壳保证剥壳后花生质量，由于近几年花生附加产品多，需求大，种植面积不断增加。花生手工剥壳已经无非满足社会需要。实现花生剥壳机械自动化是一种大势所趋，刻不容缓。1.2 花生脱壳机械的发展中国最早的花生剥壳机产生和研究可以追查到1965年原八部下达的花生剥壳机的课题研究，至此之后陆陆续续就有各式各样的不同功能的花生剥壳机问世。款式有包括功能单一的花生剥壳机特点是结构简单价格低，广泛应用于家庭。具有剥壳、分离和清选功能等多种功能的的花生剥壳机特点是体积比较大，分级功能多,基本用于花生深加工企业。国产花生剥壳机的种类很多，比如6BH-60型、6BH-20B型等，其工作效率都可以达到为人工工作效率的2O到60倍以上。 接下来让我介绍我国近几年的花生剥壳产品:1）封闭栅条凹板、纹杆滚筒式花生剥壳机早期我国的花生剥壳机研发主要是借鉴国外已有的一些技术成果，在此基础上研制出的有TH-340型的花生剥壳机，剥壳部分是将若干根纹杆镶嵌到圆筒上来组成封闭式的纹杆滚筒，然后下面则由钢条来组成的栅条形式的凹板。该机器的入料口比较大，出料口比较小。机器工作的时候，花生在滚筒的推动下有入口滚动到出口。花生在滚筒和凹板中收到了冲击，挤压下进行剥壳。因为花生主要受到揉搓的影响直接剥壳，所以花生的破损率比较高。同时为了将花生仁和未剥壳的花生分离开来，通常这种剥壳机构都需要一个分离装置。所以在之后陆陆续续研制出TH-47O型和BH-570型等各种剥壳机都有比较的改进。2）直立橡胶板与封闭的橡胶板滚筒组成的剥壳机该机器的剥壳装置是封闭胶辊和直立胶板，采用了挤压的剥壳原理。机器运转时，是胶辊让花生移动，过程中通过间隙为5-20mm。由胶辊和胶板之间相互作用的挤压作用下脱壳，这样可以很好地避开了剥壳部件的揉搓作用,相同的破碎率就有所降低，但仍可在保持在5以上。原因是由于直径小的花生在还没有剥壳的时候就已经被分选出来了，所以剥壳的效率很低，只有30%左右。所以不得不在后面增设一个循环机构，以使花生在经多次挤压来提升脱壳率，但这样机器结构就变得复杂、体型就变得很庞大。3）开式的纹杆滚筒和编织凹板式花生剥壳机剥壳机采用了编制的丝网来编制凹板和使用两个金属条纹杆组成的开式滚筒。作业时，滚筒的推动着花生前进，受执行部件的挤压揉搓来达到剥壳作用，该结构与封闭滚筒式是很不同的，花生主要是受到开式条纹滚筒的搅拌作用进行剥壳，但是有个弊端是这个力是柔性的。也因此破损率比较低，还只可控制在3%-5% 。但是他的剥净率比较高，其原因是凹板是编制网孔凹板，在剥壳的时候只有直径小于网孔的花生在没有剥壳的情况下被分离出来。长果的花生则没有别分离。4）立式剥壳机械立式的剥壳机是采用了由两根扁钢在条经过焊接的情况下而制成立式的转子，下面装着用编织丝网而制成的具有编织平底筛网，在剥壳机内部，花生在立式的转子的推动下进行相互的磨擦，因此花生就可以这样剥壳了。该方法叫做柔性的揉搓法。经过多次的实践证明，该机对花生仁的破碎率很低，可以控制在3以下的。但其所有的缺点就是因采用立式传动则传动机构是比较复杂的。5）编织凹板滚筒与开式扁条滚筒组合而成的剥壳机该机器用的是开式扁条滚筒（三根用刚制成扁条）和凹板结构（用编织丝网制成）。该机器在使用时候，是扁条推动花在其滚动行转动，凹板与扁条形成活动层。花生在该运动层内进行着互相揉搓而使其达到剥壳作用。由于在该机构中，避开了剥壳部件挤压冲击的直接作用，使用该机器优点是：避开了剥壳部件直接冲击作用。是花生搓花生的作用，这样花生破损率比较低属于柔性剥壳。经过实验数据表明该机器破伤率(破碎率+损伤率)仅仅只有0.91。1.3 花生脱壳机械的研究应用现状当前国内的花生剥壳机其的剥壳原理、材料和构造基本可分为挤压、揉搓钢纹杆-钢栅条与凹板。打击、揉搓为主的橡胶滚筒与橡胶浮动凹板两大类。普遍存在脱壳质都不高情况，破损率大9%的情况。所以剥壳出来的花生一样用于榨油。没有达到出口贸易的标准。现在主要是研究先进的脱壳原理来解决花生剥壳机现在存在主要问题的一种方法。1.3.1 当前花生剥壳机使用的脱壳技术当前花生脱壳机使用的脱壳技术分以下几种。撞击法脱壳：花生受到高速运转的冲击力的阻挠，导致花生壳产生破裂已达到破壳的目的。碾搓法脱壳：花生固定在定磨片上受到了来自动磨片碾搓的作用，导致花生外壳像是被外壳撕裂样子可以实现脱壳。剪切法脱壳：花生固定在刀架上受到来至刀板的剪切力的作用，花生外壳瞬间被切裂打开，使花生和果仁能够分开。挤压法脱壳：在两根轮毂中间放入花生，然后是两个轮毂的转速相同方向相反，期间在调整间隙。花生子在间隙收到旋转挤压的力使花生壳破裂。搓撕法脱壳：和挤压脱壳有点相识是用橡胶辊筒进行搓撕作用进行脱壳1.3.2 新型脱壳技术压力膨胀法：首先用一定的压力气体冲入花生壳内，让他们保持一段时间。当花生内外气压达到一致的时候。之后再瞬间卸压，在内外平衡被打破的时候，壳体的气压因与外部差的作用下产生了巨大的爆破力而使得冲破壳体，从而使其达到脱壳的目的。真空法：它与压力膨胀法相反，是把花生放在真空爆壳机里，然后加热具有水分的花生到达一定程度的温度时，再用真空泵抽吸。花生在吸热同时外壳的水分逐渐蒸发，其外壳的韧性和强度都在降低，但是它的脆性却不断在增加。在真空的作用壳外压力也在下降，壳内的压力还保持在较高的水平。当这样保持到一定数值的时候，就会使外壳爆炸进行剥壳。激光法 使用激光切割每个花生的外壳。有数据表明，这个方法可以使花生达到100%的完整率。但是这个费用高昂，效率也不高等特点。所以不容易被使用。1.3.3 花生脱壳机械的工艺研究花生剥壳机我们除了在设备和原理研究外，我们也在研究剥壳工艺来提高花生剥壳的效率和剥壳质量，有以下两种工艺。分级处理：首先把花生按大小分级，在根据大小相同进行脱壳，可以提高脱壳率和减少破损率。水分含量：花生果的含水量对剥壳质量有很大影响，通常花生壳含水率大，它的韧性比较大，也不容易搓破。但是花生的含水少，它剥壳的时候容易破损。所以要让花生壳含水少而花生含水多一点。这样有利于提高剥壳质量。也就是说让外壳含水率低可以保证它具有最大脆性，仁不能因为水太少容易破裂，要让仁有一定的水分。保证让人有一定的塑性变形，减少人的破损率。1.3.4 花生脱壳机械存在的问题现在我国的花生剥壳机还是停留在90年代的阶段。主要是资金投入不足，花生剥壳机的关键部件还是停留在以前水平。所以基本上剥壳性能也没有什么大的突破。因此机械剥壳对花生仁的损伤率都很高，用来作为种子的和长期保存的都用手工剥壳。机械剥壳主要存在几点问题： 脱壳率低，破损率大。 性能不稳定。 适应环境差 剥壳成本还是有点高。 没有进行大规模的实验，性能和商品还有待时间上考虑。1.4 花生脱壳机械研究重点从我过加入wto之后，剥壳机需求增多，导致国内外对花生剥壳机重视和研究，现在花生剥壳机存在问题，在以后发展中对花生剥壳机的生产产生的问题进行总结，不断完善性能和功能。1.4.1 研究剥壳机械的常用性和适应性当前研究花生剥壳机的适应性和常用性是主要研究方向，现在的许多花生剥壳机专门针对一个地区或者专门的品种来设计，其通用性和兼容性比较差。所以提高花生剥壳机的通用性和兼容性可以通过更换重要部件就能对其他带壳物料进行脱壳加工。研究通过更换重要部件就能满足不同坚果脱壳需要，同时提高工艺水平，降低机器的生产成本。适应不同企业加工需求，如果花生剥壳机械能够适应这种发展方向，可以影响该机械能否更好推广。1.4.2 提高花生机剥壳率,降低破损率现在花生剥壳机均存在脱壳率和破损率的之间矛盾，怎么提高剥壳率，降低破损率一直都是剥壳机的关键技术。探讨新的关键技术，提升结构的方便性。重点攻关这项关键技术可以影响花生剥壳机的发展前景。1.4.3 提高剥壳自动化程度和自动化方向发展的大多数机器仍然依赖于人工喂养和定位的自动控制，影响运行速度和运行质量，因此运动电气，新技术等方面，进一步提高加工精度和运行速度，提高脱壳产品质量和效率，满足加工企业的需求，增加国内外的市场占有率。随着人类社会发展，将有不断有新的技术、结构、工艺不断被研究出来。运用于花生剥壳机械当中。当液压传动技术、电子电力技术、等行业的发展。一些低效率的传动和笨重材料将被淘汰。同时新的技术运用将会提高机械的运行效率，提高机械的使用时间，怎么使用这些新的技术运用到机械当中是我们当前研究的题目。2 刮板式花生剥壳机的结构及工作原理2.1 选择刮板花生去壳机理由由于当前花生剥壳机都存在性能不稳定，脱壳率与破损率想矛盾，环境适应能力差通用性和利用率低等问题，所以设计了刮板式花生剥壳机，通过改进花生剥壳机的技术方案，使它的稳定性和通用性利用率提高。 设计的刮板式花生去壳机具备撞击法，碾搓法，剪切法和挤压法的特点，所以脱壳效率很高，效果好.12.2刮板式花生剥壳机主体结构刮板式花生脱壳机主要由进料箱脱壳转轴部件（包括刮板架和刮板） 惯性筛、风机、电机、支 架、花生壳收集斗等组成。如图2-1所示。图2-11剥壳箱 2.风机 3.花生仁出口 4.电机 5.机架 6.花生壳收集箱7.传动装置运行过程是从上往下，从花生收集开始，花生进入剥壳箱。经过刮板的挤压和撞击后才能进行剥壳，有些没有被剥壳的花生留在栅格上面再次经过刮板碾搓和挤压进行剥壳。刮板和栅格间隙称为剥壳间隙，剥壳间隙影响破碎率和生产率。半笼筛栅条与栅条间隙影响破碎率和脱净率。把栅条做成半笼筛固定在剥壳箱内，剥壳后花生壳和花生仁经过半笼筛下落，同时受到风机吹来的风，把花生壳吹到收集斗。花生和花生仁因为比较重下落到惯性筛上，惯性筛把花生和花生仁分开。花生仁在惯性筛的作用下从过滤网一边收集起来。收集起来的花生在换一次间距小一点的半笼筛进行剥壳。其结构简图如图2-2所示。图2-22.2.1破壳部分结构设计破壳机构是使用刮板与花生的撞击来实现花生的破碎工作的，如下示意图就很清楚地表达了花生在工作机构中是如何被破除外壳的。（图2-2）这个结构很充分地利用了栅笼和刮板之间的配合，栅笼中两铁棒之间的距离经过很合理的设计，这样栅笼就可以当做花生破壳的支撑点，而且还未破壳的花生就不会从栅笼之间掉下，同时刮板与栅笼之间的距离也是经过合理的设计使得不同尺寸的花生都可以被刮板敲击到而达到破壳的目的，而在破壳完成后花生在刮板旋转情况下达到壳仁分离同时也因为尺寸的减少而可以顺利通过栅笼进入下一道工艺。图1 栅笼与刮板的配合进行花生的破壳2.2.2风机分离部分的设计在上一部分花生与仁分离后经过栅笼进入了风力分离部分，其利用花生壳与花生仁的质量不同则，则选择适当型号的风机将花生壳吹离（风力太小则没效果，风力过大会将花生仁也吹走），从下图（图2-3）的示意图就可以看出由风机直接送风将花生壳吹离，但是从中也能看出风机并不能完全的解决花生壳杂质问题，还是有些不能清除。图2-3 花生剥壳机风机部分示意图3 刮板式花生剥壳机关键部件结构设计刮板式花生剥壳机能否正常运行，关键是要看重要部件的设计。如果设计的合理规范，机器才能正常运行。假如设计不合理，机器是不能正常运行，设计出来就是一堆废品，所以花生剥壳机的关键部件设计起到重中之重，规范人性化设计可以给我们使用机器带来许多方便。3.1设计前各项参数的确定3.1.1 刮板的半径及转速确定根据期刊可以知道当刮板转轴的旋转速度要达到确保能够将花生壳通过打击作用撞碎。从实验数据中可以看出，当刮板和花生果的相对速度达到4-5m/s时候，能够比较好的破碎花生壳的效果。根据这个实验结果来设计刮板轴的转速和刮板旋转半径。1如图3-1，当花生下落的位置基本都在板轴半径的0.5R至R之间。设计是用0.5R的最小半径设计标准设计。为了有较高的生产效率，取半径R=260mm ，v=4-5m/s由，r=0.5R， 得n=294367.5 r/min；图3-1 312 刮板所需功率计算因为刮板式花生剥壳机剥壳原理是高速旋转的转轴带动刮板，对花生果进行反复打击与碰撞以及刮板和半笼筛对花生果产生摩擦和碾搓，剪切，挤压下进行的。所以脱壳功率不是简单的动能能够计算。还要考虑到空气阻力和摩擦对剥壳的功率的影响。所以在就算功率的时候不能忽略。应该按照以下公式计算。Rd每脱1kg物料所需功（N.m/kg） K花生与刮板的摩擦系数； A运转消耗的功率系数 Q脱壳机的加工量（kg/h）机械效率；P=(KW) 首先根据设计要求取Q=1000kg/h，根据实验数据取K=2，A=1.4 ，Rd=300 N.m/kg， =0.7计算出结果功率等于1.2kw，所以刮板花生剥壳机的需要的功率应该不低于1.2kw。2。3.1.3可用传动部件的分析花生剥壳机在电机动力出来后的传送过程中可以通过的方式有直齿轮、斜齿轮、带轮和涡轮蜗杆传动等的传送方发。如下表（表3-1）所示的常用传动机构比较分析：如表3-1表3-1目前可供选择的常用传动机构带传动特点是：传动平稳、噪声低、有利于清洁，同时具备有缓冲减振和过载保护的作用，维修方便。而且与链传动和齿轮传动相比较，带传动的强度较低还有就是及疲劳寿命较短齿轮传动效率高、传动比稳定、工作可靠、寿命长、结构紧凑、比带、链传动所需的空间尺寸小涡轮蜗杆传动传动比较大，且体积小，单头的涡轮蜗杆还具有的能自锁，不需要另加制动装置就罗任意德停在任意位置，但其不足之处就是它的效率太低3.1.4可用传动部件的选择1、 齿轮的传动电动机通过一个有保护作用的联轴器将扭距带出引入，并传入一个带有分配着传动比的减速器，接着通过联轴器传人开式的齿轮副，这样同时带动两轴的传动。如下图（图3-2）所示。 图3-2 齿轮式传动的系统图用齿轮传动的特点是：工作很是可靠，寿命也比较长，传动精确且具备着效率高和结构紧凑的特点，还有就是功率和速度适用范围广等，但是其成本相对地来说是较高的，对于制造这种小型的花生剥壳机是很不合算的。2、 V带传动由电动机的转距通过如下图所示（图3.6），皮带使用皮带轮传人了冲压机并直接传人主动轴。图3-3 皮带式传动系统图这种带轮的传动方式就是传动平稳，噪音低的特点，同时还可以起到过载保护的作用。带传动的成本是比较低的，对于刮板式花生剥壳机这种对传动比的要求并不是很高的机器就可以选择使用带传动来达到减速作用，带的传动方式还可以使制造更方便且达到比较经济。3.1.5电动机的选择电机的选择包括的类型，选择结构，功率和速度，并确定类型的。最常用为三相交流异步电动机。所以一般来说尽量选择Y系列类型的三相异步交流电动机。特点是启动性能好，所以一般应用于要求较高的启动转矩机械。最主要的是它价格低廉，工作效率也高，可靠性好且稳定。结构简单有利于维修。但是不适合在易燃易爆有腐蚀的场所。根据计算的转轴需要的功率和转速，可以确定两种电机型号: 分别是Y90L-4型 和Y100L-6型根据电机全负荷的速度和刮板速度可以计算总传动比，在下表3-2中的数据和两个电机传动比。表3-2 传动比方案号电机型号额定功率kw同步转速r/min满载转速r/min总传动比 i1Y100L-615100094024592Y90L-415150014003.81从表中可以看出方案一：总传动比小，但价格高，不适用于家庭小农业机械，所以方案选择2，电机型号Y90L-4。结构如图3-4。图3-4 电机查看机械手册可知电机的中心距H=90mm，轴外径为24mm，轴的外伸长度为50mm。总宽为180mm轴的转速：，轴的输入功率：轴的转矩： 3.2 电机与轴之间的V带传动设计3.2.1 V带计算通过上面电动机的选择和一些相关值的计算并确定了本机械的电动机运用Y90L-4型的电动机，在上面我们已知的它的额定功率为1.5kw；同步转速为1500r/min；满载转速为1400r/min；传动比=3.81。由此将这些数据运用到通过查手册所得的计算公式，可以得到：1、确定计算功率Pca：查手册得知=工况系数 KA=1.1则Pca=KAP=1.11.5=1.65kw2V带轮的型号选择V带分有普通的V带和窄V带，这些带的型号都是已经标准化了。其中普通的V带含有7中不同的型号分别是：Y、Z、A、B、C、D、E七种；而另一种窄的V带轮标准的型号就只有四种他们分别是：SPZ、SPA、SPB、SPC，根据 Pc、n1查机械设计手册的书的找到最适合的带为A型。3.确定带轮基准直径为了减小带在工作时的弯曲应力应集中过大而采用较大的带轮直径，从而使主带轮和从带轮的尺寸都偏大些。一般我们都取dmin，根据主动轮的基准直径系中进行选取带轮直径=75mm3，则根据传动比可以算出从动轮基准直径为：从动轮直径: 由已知的功率公式P=Fv/1000可道，当要传递的功率P达到一定值时，带的速度v就会越高，根据公式可以看出所需要的圆周力F则越小，因而V带的根数就不需要那么多。由公式 所以符合设计要求4确定中心距a和带的基准长度：初取中心距a0=700m符合0.7（d1+d2）a01206.计算V带的根数z:已知,=3.81 查表得：，代入公式，计算得:Z=1.99.所以根数取27. 通过计算求出带作用在带轮轴上的压力FQ查文献3表得8.计算作用在轴上的压轴力代入数值计算得=678.04N。3.2.2 V带轮的设计1、V带轮的材料：在V型带轮的材料选用时，最经常用的是HT150和HT200这两种，当电机的转速较高时（也就是带轮的尺寸较大时）可以采用铸钢或者用钢板冲压加工后再焊接而成。当功率不那么大的时候材料的选择上就比较松，可以使用铸铝或者塑料来进行。关于刮板式花生剥壳机的设计所需要的载荷不大，所以可以选择HT150来作为带轮的材料。2、带轮的结构形式：根据所使用带轮的结构尺寸的不同，V带轮通常使用的形式有：石心式、孔板式、腹板式以及椭圆轮廓的形式。小带轮由于d12.5d，其中d为带轮实际安装时的轴的轴径，因为尺寸偏小所以可采用实心式。当然看大带轮，由于大带轮由于d2400mm。则要采取措施降低其重量，所以可以可采用腹板式的带轮。3、V带轮的轮槽设计V带轮的轮槽尺寸是与前面所选用的V带的型号相互对应得起来的，大小带轮的轮槽与V带轮的A型相应的尺寸如下表所示（表3-3）。表3-3 轮槽尺寸尺寸类型小带轮大带轮轮槽类型AAd（mm)75286基准宽度bd（mm)11.011.0基准线上槽深hamin（mm)2.752.75基准线下槽深hfmin（mm)8.78.7槽间距e（mm)150.3150.3第一槽对称面到端面距离fmin（mm)轮缘厚d（mm)12124、V带轮的技术要求：V带轮的各部分铸造时（轮、腹板、轮辐及轮毂）不允许有气泡、缩孔、裂缝和砂眼，在铸造过程中允许在应力不提高的前提下可以加一些凸台、腹板等部件等表面有缺陷的部件进行修补。5、V带的张紧、安装及维护：V型带轮的胶带层在工作一段时间后，就会因为塑性变形和工作磨损使得V型带松弛开来，从而使张紧力变小，带轮的传动能力也随之下降，所以要定期地对胶带层进行检查，如果发现其中有一根的松紧带有损坏，则应该将全部带轮都换上新的，不能只换其中一根，因为新旧带的张紧不一会使得带轮传动不平稳。如果旧带还可以使用，应测量其长度，然后再选择与其长度相同的带进行组合使用。此处应该注意的还有带不能与矿物油酸碱等物质接触，免得使带变质；也不要把教导放在阳光下暴晒。3.3主轴的设计及参数计算在花生剥壳机壳部分设计中最主要的部分就是轴的设计，这轴的作用是用来支撑刮板，并使其旋转起来的机械零件同时还具有传递转矩的功能。轴在设计时组要要考虑的设计因素有力学需求和制造工艺等，其中要做的事有选择可用的合适材料，对轴的各个部分的形状尺寸进行合理的设计。并使用前面已经得出的结果主轴的参数：转速n=367.5r/min、输入功率为P2=1.35kw、转矩为35.08N.m来进行设计。1、选择主轴的材料通常的轴选材上多用碳素钢与合金钢。因为这轴没有其余特殊的要求，因此根据机械设计手册可以选用调制处理的45号钢，并在其中的性能参数如下表3-4所示表3-4材料的性能参数毛坯直径mm硬度HBS强度极限B屈服极限S弯曲疲劳极限-10b-1b 200217255650360300102.5602、初步估算最小轴径由公式查书得知取A0=105，于是得3、主轴的结构设计轴的设计包含了输出轴结构设计的合理性和全部尺寸参数的设计。首先要确定的是轴上各个零件的专配方案；其次是要对轴上零件的定位方式进行确定；接着第三步是要计算并选定各个轴段的直径和长度尺寸。轴的设计首先从V带轮的安装开始的，取d1=22。为了满足带轮的安装带轮需要固定则可以使用一端轴肩定位，此处的直径可以选择d2=28mm，V带轮的大小尺寸为50，要考虑到轴端挡圈跟V带配合而不是轴端面配合，可以减少一些尺寸故取第一段长度l1=49mm；第二段要经过轴承端盖，轴承端盖的总长度为25mm，此时端盖外端与V带轮间的距离为32.5mm，故l2=57.5mm；第三段安装轴承，根据尺寸要求选择深沟球轴承6207，故取d3=35mm， l3=17mm，第四段为轴承和刮板轴向定位，取d4=60mm，考虑刮板与壁厚距离所以取l4=28。第五段主轴上安装执行机构刮板，去刮板的直径d5=60mm，刮板架安装长度l5=500mm，因为轴的两端轴承必须一样轴承，且满足轴承的定位需要所以第6段取d6=35mm，l6=30mm。如图3-3和表3-5所示。图3-3 主轴简图表3-5 主轴各段的尺寸设计轴端名轴I轴II轴III轴IV轴V轴VI直径（mm）222835656035长度（mm）3457.52718500303、轴强度的校核由结构图和弯矩的计算得出第五段轴是危险截面，载荷分析如图3-5所示，则受力计算：转矩：T35.081 N.mm ，直径：已知d=60mm。 圆周力Ft：Ft=2T/d=35.0812/0.06=1169.37N径向力Fr：Fa=Fttan/cos=1415.2N轴向力Fa：Fa =Fttan=634.4N已知AB=271.50mm，BC=286.50mm，CD=115.00mm。水平面上支撑反力：RH1=FtLBC/LAC=2367.7286.5/558=1215.7N RH2=FtLAB/LAC=2367.7271.5/558=1152.0N垂直面上支撑反力：RV1=(FrLBC+Fad/2)/LAC=(1415.2286.5+634.460/2)/558=760.7NRV2=(FrLAB-Fad/2)/LAC=(1415.2271.5-634.460/2)/558=654.4N水平面上的弯矩： MH=660.0N.m 垂直面上的弯矩： MV=394.0N.m总弯矩： = =768.7N.m扭矩： T=0.671.03=42.618 N.mm 计算当量弯矩： =768.7N.m校核轴的强度，由公式 e=Me/W=768.7103/（0.1603）=35.59MpaFr2，所以只要对左侧的轴承校核即可。查书得，fp=1.01.2，取中间值fp=1.1。则有当量载荷：p=fpFr2=1.11434.08N轴承预期寿命：Lh=103608=28800h轴承寿命计算：Lh=106/60n(Cr/p)3=106/（60183.73）(25.5/1.43408)3=509998h28800由上面的计算可以看出6027深沟球轴承是可以满足要求的3.4.2键的选择键的作用是将轴和轴上零件之间进行转矩的传递。有些轴的作用还有使得零件的轴向固定与移动。此处我们选用平键来将带轮的转矩传递到轴上。平键的工作面试在两侧面上，键的上表面与轮毂槽的下表面之间留有一定的间隙。由于前面我们设计的轴的直径d1=22mm，根据查GB/T 1096-2003，所以取键尺寸：bh=87，L=1890mm。根据轴的直径我们取键长度L=25mm。3. 5刮板结构设计考虑到花生剥壳机是利用打击和挤压脱壳原理，所以对刮板的要求比较严格，需要一定刚度和强度。况且刮板式收到断断续续的冲击。经常磨损。1根据期刊实验结果表明，刮板使用木板和橡胶板的剥壳效果差，剥净率在70%左右。使用钢板的剥净率可以控制在95%以上。所以刮板的零件都是使用45钢制造然后用m10螺栓和刮板架相连接，让刮板有利于调整和更换。刮板结构是采用四个直钢板组合成十字型并与连接杆用螺栓连接，而连接杆则是焊接固定在旋转筒上其三维如图3-6.图3-6 刮板钢板的长和宽分别是500和130，刮板的内径和外径分别是60和70，旋转中心距是260。3.6半栅筛的设计半栅笼作用有两点，一是让剥壳的花生掉落，而是让未剥壳花生继续留在剥壳箱继续剥壳。但是我国的品种比较多，尺寸大小不相同。一般来说花生仁的尺寸在7-14mm之间。所以为了提高花生剥壳机的通用性，所以我们设计的时候可以设计不同尺寸的半笼筛来适应不同品种花生。在剥壳的时候可以根据不同的花生选择合适的花生。脱壳时，刮板和半笼筛形成一个活动层，该层的厚度就是刮板和半龙筛之间的距离，称为剥壳间隙。剥壳间隙越小,破碎率和生产效率越高。为了降低破碎率,应适当增大剥壳间隙。经试验证明,剥壳间隙最佳值30mm左右。考虑到不同品种的花生果大小的差异,我们将剥壳间隙定为25-40mm可调,脱小果时调为25-30mm,脱大果时可调为30-35mm。4半笼筛的栅条是用两块墙板进行固定的。栅条的材料是HT150墙板材料是HT200，栅条的直径为10，长度为576mm，因为特殊作用，还需对其表面进行表面处理，可以渗碳和热处理，组成半圆笼筛，间距为。这样可以使剥出来的花生仁能够过栅格，为剥花生继续留在剥壳箱继续剥壳。半笼栅的内径为。如图3-7图3-7 半笼栅3.7惯性筛分选系统设计3.7.1惯性筛原理分析当设计惯性筛的时候，为了使花生沿工作表面不断的来回运动，必须是筛网用一定频率来振动。惯性筛的动力源是电机的转速经过两次带轮减速后传递到曲柄轴，然后曲柄轴通过连杆连接筛网，组成曲柄滑块机构作为惯性筛执行机构。3.7.2筛网运动部件结构这部分结构是通过曲柄滑块机构让让电机旋转力变成前后摆动，从而使得花生仁和剩余的花生果在不断震动的情况下分离开来（因为在震动情况下大颗粒的花生会到最上面来）如图3-8.图3-8筛网运动曲柄滑块机构3.7.3、设计曲柄滑块机构先依照给定的运动参数和尺寸参数来建立出机构的方程。根据不同的运动要求建立的方程式也是不一样的，接着再用不同的数学方法和解法来对其进行求解并得到需要的尺寸。确定曲柄长a和连杆长b现给定滑块行程h=1，导路偏距e=0.3，而机构的最大压力角amax=a=30o，接下来使用解析法来设计设计计算偏置曲柄滑块机构，来确定曲柄长a和连杆长b，如图3-9所示。图3-9 曲柄滑块简图在上图中作出曲柄滑块机构的两个极限位置及机构具有最大压力角的位置。从图中就可以做出滑块在两极限位置的坐标为x1和x2。即可得到以下三个方程：再看上图中最大压力角的位置，还可得到以下关的系式：为方便设m=，则上式可简化为以上的四个方程就可以解出所需的参数：a、b、x1、x2。用校园发简化上面的公式得：但由于以上为二元二次方程组要计算的话就比较困难，所以就使用近似的计算方法来求解a和x1。选定a的初始值=0.5h，a的变化步长=0.002，设定允许的误差值d=0.001；第一次迭代，先选择一个a的初始值，代入式(3.6.1-4)中求得第一次近似值。然后将和代入式(3.6.1-3)中，一般不能满足此式，会出现误差，即第二次迭代，先确定a的变化步长，从而获得第二次迭代的a值为将代入式(3.6.1-4)中求得。然后将和代入式(3.6.1-3)中得第二次迭代的误差。第三次迭代（后面依次循环计算）得出的数据整理后如下表所示（表3-7）表3-7 五次迭代的结果迭代次数ax1dx10.30.968246-0.0635120.2980.96618-0.0476730.2960.964114-0.031940.2940.962048-0.0161950.2920.959981-0.00055由计算结果可以看出，第5次迭代结束d就小于给定的误差值了。由此可将和值代入式得b=1.98, x2=1.9599812 。而我们这儿实际的滑块运动距离为h=100mm， 则按照比例计算得偏心距为e=0.310=30mm， 曲柄长度a=0.292100=29.2mm，连杆长度为 b=1.98100=198mm。3.7.3曲柄轴设计轴的转速：轴的输入功率：轴的输入转矩：1. 查书估算最小的轴径算出轴的最小直径，查机械手册选取。2.根据计算确认主轴结构如图3-10所示。图3-10（1）由于曲轴的设计从v带轮开始，V带轮轴配合的毂孔长34。根据计算轴的最小直径取d7=22由于定位要求，应在5-7段之间加一段轴肩，故d6=24，综合考虑花生剥壳机支架的长度由于v带轮的专配需要，所以L6=28.5。（2）曲柄滑块机构配合在支架的中间，取曲柄的偏心距为30、 L3=40，中间曲轴直径去d3=20。（3）曲轴跟轴承座之间有段距离，轴承座也需要轴向定位，所以d4=28，根据专配的需要保证曲轴在专配的中间，所以L4=240。（4）曲轴需要两个轴承座固定，且保准安装的稳定，所以d1=25，L1=37，轴承座也需要一个定位，也需要满足对称需要，所以d2=28，所以L2=240。如表3-8主轴各段的尺寸设计轴端名轴I轴II轴III轴IV轴V轴VI轴VI直径（mm）22242528202825长度（mm）3428.5384040240373.选择滚动轴承根据轴的结构设计，由于该轴没有受轴向载荷的作用，考虑到轴承的性价比较高，选用轴承座来固定曲柄轴是最经济划算的方案。外球面球轴承实际上是深沟球轴承的一种变型，特点是它的外圈外径表面为球面，可以配入轴承座相应的凹球面内起到调心的作用。根据曲柄轴d1和d5=25，初步选用UCP205外球面轴承。具体参数如图3-11和表3-9图3-11 轴承座表3-9 参数表带座轴承型号Bearing Unit No.轴径Shaft Dia外型尺寸Dimensions(mm)重量Weight (kg)dmmhaebS1S2gwnBiUCP2052536.5140105381319157114.334.10.80（4）轴上零件的周向固定V带轮与轴7的周向定位采用平键联接， 表平键参数如下：长度取25mm3.7.4连杆设计连杆在连杆机构中两端分别与主动和从动构件连接以传递运动和力的杆件，为了保证连杆在结构轻巧的条件下有足够的刚度和强度，连杆材料采用精选含碳量的优质中碳结构钢45模锻，表面喷丸强化处理，提高强度。刚制连杆的毛坯一般都是锻造，其毛坯形式有两种；一种是体、盖分开锻造；另一种是将体、盖锻成一体，在加工过程中再切开或采用胀断工艺将其胀断。采用整体模锻的加工方式，具有原材料消耗少，劳动生产率高、成本低等优点。其图3-12图3-12 连杆根据曲轴设计出连杆，连杆的大端孔内径为20外径为25，小端孔内孔为10外径为15。两个中心距为200。3.7.5惯性筛的曲柄轴与刮板轴间的V带传动设计首先列出设计的基本条件：曲柄轴输入功率 P=1.323KW，转速：=150r/min传动比：，假设每天运转时间t10h1.确定计算功率工作情况系数 =1.1得2.选择V带带型根据功率和转速查文献确定带型为A型3.确定带轮基准直径由主动轮直径选取，从动轮直径为：，取得验证v带的速度有得=所以选的v带合适4.计算中心距a和带的基准长度初步确定中心距 根据带的基准长度：=1820mm选取基准长度实际中心距a：由式得5.验算主动轮上包角由式得得出合适6.计算V带的根数z：有参数,=2.45查表得，代入数值， 得Z=1.56，取z=2。7.计算预紧力，得8.计算作用在轴上的压轴力=896.9N9.V带轮的结构参数如下表 表3-10 结构参数尺寸类型小带轮大带轮轮槽类型AAd（mm)75184基准宽度bd（mm)11.011.0基准线上槽深hamin（mm)2.752.75基准线下槽深hfmin（mm)8.78.7槽间距e（mm)150.3150.3第一槽对称面至端面距离fmin（mm)轮缘厚d（mm)12123.8筛网此花生剥壳机的筛网主要作用是把未剥壳的花生和花生仁分离出来。一般花生仁的尺寸一般是7-14mm，所以设计的筛网的孔的尺寸大小我设计为10mm。花生剥壳机中选用钢丝编织筛网，因为它的筛分效果较好，而且花生因自重较小故对它的损坏较小，故使用寿命较长在这里使用比较合适。结构如图3-13。图3-13 筛网3.9风机分离部分的设计这部分的结构设计比较简单，就是利用花生仁与花生壳的重量相差很大所以就是用风的作用把质量较轻的花生壳从下图所标的花生壳出口吹出，可以看到这里设置了个当板，把飞驰而出的花生壳挡住，使其落在一定方位内，也可以在出口装上麻袋，这样方便打扫。工作时步骤也是使得花生壳与花生仁分离，即只要设计出合理的管道使得风可以通过通道传到花生与花生壳下落的位置，如下图所示就可以很好的表示去其结构如图3-14。图3-14 风机结构图3.10 机架的模态分析机架在花生剥壳机当中承受着复杂的载荷，使用有限元分析可以了解机架的频率和振型，从而更好地的设计机架。使用的机架是用焊接而成，专配比较简单。跟铸件相比有一定的内应力，使用传统的设计和分析难以保证其安全性。所以要对它进行模态分析以了解其结构，提高安全性。3.10.1 模态建立过程