铡草机的设计 毕业设计

目 录摘 要IHay Cutter Machine DesignII1 前言11.1农业机械在农业现代化中的作用11.2铡草机的应用前景11.3 铡草机研究目的及意义12 总体设计32.1方案的选择32.2整体传动比的分析计算42.3进给机构与机架的设计62.3.1进给机构的设计62.3.2机架的设计63传动设计83.1电动机的选型83.2 V带传动的设计83.2.1 V带轮的设计要求83.2.2 带轮的材料83.2.3 V带轮的结构83.2.4 相关计算93.2.5 带轮的结构设计113.2.6 V带轮的结构参数113.3 锥齿轮的设计123.3.1 选择齿轮材料123.3.2 选定齿轮精度等级123.3.3 按接触疲劳强度设计小齿轮分度直径123.3.4 计算主要尺寸与参数133.4 圆柱齿轮的设计153.4.1 选定精度等级,材料及齿数153.4.2 几何计算193.4.3 验算194 轴及其校核214.1 轴的设计214.1.1 主轴的设计214.1.2 传动轴的设计224.1.3传动轴、的设计224.2 校核224.2.1 主轴的校核234.2.2 调心球轴承的寿命计算245 破碎机构的设计265.1 切刀的设计265.1.1 切刀材料265.1.2 对切刀的要求265.1.3 选用或设计刀片时应满足的要求265.1.4 在本次设计中选用外曲线刃口刀进行滑切265.1.5 刀的滑切与正切分析265.1.6 钳住物料的条件分析285.1.7 刀的安装295.2 破碎辊筒的设计305.2.1 刀的设计305.2.2刀在辊筒上布置的设计305.2.3辊筒的设计30总结31参考文献32致 谢33 25铡草机的设计摘 要 设计一种铡草机，它由装在同一传动轴上的破碎,切碎两种功能的机构构成。破碎机构主要由刀齿板、切刀、刮刀及辊筒构成。加工块茎类物料时,经刀齿的划割,切刀的切割,刮刀的进一步破碎,完成加工过程;同时,可利用切碎机构加工藤蔓、秆叶类;并采用辊压轮对藤蔓进行自动进给。拆下破碎部件,换上磨碎齿板,又可作为薯类淀粉初加工机具。因此,既能满足加工要求,又能加工薯类淀粉,适应农村养殖业的需要。关键词: 破碎; 切刀; 辊筒Hay Cutter Machine DesignAbstract This project is to design a hay cutter machine , in the same transmission from the broken, which is chopped two functions of institution. Crushing institutions is mainly by the cutter tooth board, cutting knife, scraper and rollers material processing tubers. When the cutting knife, the knife blade, cutting the further broken, it compelets machining process. At the same time, it uses chopped agencies processing vines, stem leaf,and the roller on vines automatic feeding. Removing broken parts, grinding, and toothed as potato starch is quite machines. Therefore, it can satisfy the requirements of the processing and processing potato starch, adapt to the needs of rural breeding. Keywords：Breakers; Cutter; Rolling wheel1 前言 1.1农业机械在农业现代化中的作用 农业机械化是建设现代农业的重要物质基础，是先进生产力的代表，是提高农业劳动生产率的主要手段。农业机械化是农业科学技术推广应用的重要载体，是农业现代化的必然过程，加快发展农业机械化是推进城镇化建设，全面建设农村小康社会的重要举措，加快发展农业机械化也是保护和提高粮食综合生产能力，增加农民收入的重要措施。一是通过农业机械，可以代替人工，使大量农村劳动力从繁重的农业劳动中解脱出来，使其投入到产业中，增加农民收入；二是通过实施精量播种、机械施肥、秸秆机械还田等机械化节本增效农业技术，降低农业生产成本；三是通过拓宽农机维修、销售服务市场，吸纳农村剩余劳动力。1.2铡草机的应用前景 经过市场调研发现。很少有适合小型养殖场、专业户和个体农户要求的小型铡草机。并且这些青饲料铡草机还具有以下缺点：1. 大多数铡草机只能单独切割块状薯类或茎秆类物料。2. 切割刀刃为直刃、切割刚度低、对多纤维茎秆的切割性能差。3. 用手喂入茎秆类物料安全性差。4. 块料切碎时切碎均匀度差。故我们设计一种能满足小型养殖场、专业户和个体农户要求。切割性能好，操作安全的小型铡草机。 1.3 铡草机研究目的及意义 该新型机属于一种多功能的草加工机具，特别适于对块茎，块根类物料的切碎和破碎加工，也可作为薯类淀粉加工机具使用。目前的草加工机具，一般采用一片或多片刀片，在旋转过程中将草切碎；对于块茎类草的加工，则用磨齿片将草磨碎。前者满足了藤蔓，秆叶状草的加工；后者可对块茎块根类草的加工。作为一般的加工，已是可行的了，但加工后的物料中，浆状体比较多，粒度细小，对块茎类物料的加工，这种情况尤为突出，不利现在推行的青储草技术的应用。青储草工艺对原料的要求，往往要使切碎或破碎后的草保持较好的粒状，特别对含淀粉高的薯类，要求在加工中尽量减少浆状体，更有利于发挥青储草的效益。本实用于新型的目的是提供一种可将块茎，块根类，一次加工成块粒状的切碎机；同时具有藤蔓，秆叶类的切碎机构；还可较方便地更换上磨碎齿板，作为薯类淀粉加工的多功能机具。本实用新型的优点是破碎辊筒上的齿、刀部件，配合作用，减少了对物料的挤压、碰撞的机会，降低了块茎类草加工的浆状体；同时在加工藤蔓、秆叶类草时采用辊压轮进给，大大提高了送料时的人身安全；加之同破碎机构安装在同一传动轴上的切碎机构。即可完成块茎、块根类的加工，又可同时加工藤蔓、秆叶类草。不但简化了设备，又避免了采用不同的传动轴，共用同一动力，操作使用时的麻烦。破碎辊筒上的刀齿板、切刀、刮刀可拆下，换上磨碎齿板，又具有薯类淀粉加工能力。因而它有结构简单，适应性强的特点，能充分满足农村，特别是山区农村推广。2 总体设计 2.1方案的选择 通过比较研究，选定了四种参考方案。方案一：方案一是一种最常见的卧式铡草机，切刀片装在电动机的主轴上，通过电动机提供给刀片的旋转运动来切割，但是缺点是不能切割块茎类草，同时刀片为直刃砍刀，消耗功率大，振动也大。方案二：方案二是立式铡草机，优点是结构紧凑，占用空间小，缺点与方案一一样，对能切割草的种类有限。方案三：方案三是卧式辊筒破碎机，有点是能很好切割块茎，辊筒上的刀片拆卸也很方便，缺点是不能切割藤蔓类，所以他的使用也受到了很大的限制。 方案四：方案四是卧式多功能铡草机，优点是即能切割藤蔓类，又能切割块茎类，缺点是，该设计在为了完成切割块茎的目的是，过多装入转动刀片，在拆卸刀片时，非常不便，并且过多的刀片也增加产品的成本。通过分析以上四种方案，吸收各自优点，得到一个即能切割藤蔓类，又能切割块茎类的多功能铡草机。并在设计中，增加了藤蔓类物料的自动进给机构，以提高工作安全性。该机主要由传动轴和装在其一端的V带轮，装在其中部的破碎辊筒和切碎刀盘，装在其一端的变速锥齿轮和传动轴上的变速锥齿轮和直齿轮及进给轴、，装在支撑固定它们的机架下部的电动机，主动轮及传动皮带，加之安装在机架上的喂料台，进料斗，机壳等构成，要点是破碎辊筒的滚动面上安装了由刀齿板，切刀，刮刀组成的共同完成对块茎块根类破碎的破碎机构，切碎机构由安装在传动轴一端的切碎刀盘及其上的动刀片，加之固定在机架相应位置上，能在刀盘转动过程中，与动片构成剪切动作的定刀片构成。为使破碎和切碎能同时进行，把破碎辊筒，切碎刀盘装在同一传动轴上。传动轴安装在机架上，动力由机架下部的电动机及其主动轮，通过皮带传给安装在传动轴一端的从动轮，驱动传动轴运转使安装在中部的破碎辊筒及其切刀盘工作。机架上靠切碎刀盘一侧，制作了切碎机构喂料台、自动进给辊压轮及刀盘罩；位于传动轴中部的破碎辊筒上，装有机壳和进料斗，二者用小螺秆连为一体；主动轮与从动轮间套有皮带防护罩；机架下部制作了切碎，破碎物料的出料斗。其中，喂料台，刀盘罩、机壳、进料斗、皮带防护罩，出料斗均连接固定在机架上。破碎辊筒上的刀齿板、切刀、刮刀等用螺钉固定在滚筒的滚动面上，且使刀齿板和切刀有5-10度的螺旋角。这样，就够成一个切碎机。若要作为暑类淀粉加工设备，则可将磨碎齿板替换下破碎辊筒上的刀齿板，切刀和刮刀。磨碎齿板能在辊筒的旋转力带动下，将薯类打磨成浆体，达到加工淀粉的目的。使用时，将藤蔓、秆叶类放在喂料台上，由辊压轮自动将料送入刀盘罩内，动刀片随刀盘的旋转和固定在机架上的定刀片配合，将物料切碎。块茎、块根类则丛破碎辊筒机壳顶部的进料斗送入；在辊筒的旋转力作用下，物料先被刀齿板上的刀齿划割成条，随即由切刀切削下来，再经刮刀进一步破碎，切碎或破碎后的物料从出料斗送出。即可满足加工要求。传动原理如图2-1所示。图 2-1 传动原理简图1.电动机 2.小v带轮 3.v带 4.大v带轮 5.轴承座 6.破碎辊筒 7.主轴 8.切碎刀盘 9.动刀片 10.小锥齿轮 11.大锥齿轮 12.小圆柱齿轮 13.大圆柱齿轮 14.换向圆柱齿轮 15.换向圆柱齿轮 16.传动轴 17.传动轴 18.传动轴 注：图中箭头表示各轴的转动方向2.2整体传动比的分析计算在本设计中，考虑到实际情况，主轴转速在400r/min为宜。以下为具体计算分析过程。因为设计任务提供的电动机是1500r/min、功率是0.55kw。根据带轮传动比的要求（一般传动比在24为宜）现选传动比为3.9。则主轴转速为 =1500r/min/3.9=384.6r/min (2-1)现初步选择辊压轮的直径为40mm，对切削的物料长度定为10mm。现在来分析主轴到传动轴、之间的传动比。因为辊压轮的转动是由轴、提供的，所以轴、的转速相等，转向相反。图 2-2 物料进给示意图参考图2-2现主轴转速设为r/s,由于刀盘上是对称安装的2把动刀片，所以切割次数为2次/s。进给辊压轮设为转/s。 V=2R220125.6mm/s (2-2) V为料的理论进给速度。则每次刀的切割长度是 L=62.8/ (2-3)由设计要求知切割长度以10mm为宜，则 62.8/10mm 即 /=10/62.8 /=6.28主轴与轴、的传动比为6.28 现已知 384.6r/min 则 =61.24r/min 则理论上每秒进料为 V128.2mm/s 考虑到在实际中料在传送过成中的打滑，所以上述进料速度在现实中是可以做到的。在主轴与轴、之间有一对锥齿轮的减速和一对直齿轮的减速，考虑到各对齿轮传动比的适宜范围，现取锥齿轮的传动比i=2,圆柱齿轮的传动比i=3(考虑到计算和设计时的方便)。2.3进给机构与机架的设计2.3.1进给机构的设计 本设计中采用辊压轮对藤蔓类物料进行进给，辊压轮的外缘直径为，转速由前面的总体设计计算可知 V128.2mm/s在本设计中，采用双槽重叠设计，外面钢槽由3mm厚的钢板焊成，在槽的两侧用厚钢板加厚，然后镗孔，轴、穿过孔而被支撑，轴、与辊压轮用平键连接。在钢槽内再插一个薄壁进料槽，槽的底面与水平面成10倾斜。便于送料。详细见图2-3 图 2-3 进料槽及其进给辊压轮1.外钢槽 2.辊压轮 3.薄壁插槽 4.定刀片2.3.2机架的设计 在机架设计中，主体采用40403的等边对角钢，均通过用手工电弧焊将其连接。在机架上表面放置一块10mm厚的铁板以便固定各零件，在机架的4个角上各加焊一块404010的厚铁板，以便获得足够的强度来安装运动轮。根据各零件的设计尺寸，总观全局对机架进行设计，最后机架整体尺寸为628540437。3传动设计3.1电动机的选型 设计的铡草机适用对象为小型养殖场、专业户和个体农户,故电动机电压应选用220V.再考虑到所受的载荷不大,所需动力不是很大,选用小功率的电动机。综合各方面因素,选用YL系列电动机。YL系列电动机是新型高效节能产品,具有体积小、容量大,起动及运转性能优越等特点,符合国际标准IEC的有关规定,并实现同一机座号单、三相异步电动机等级相同,提高了单、三相电动机的互换性和通用性,被广泛应用于冷冻机、泵、风机、,小型机床以及农副业和家用电器等方面.电动机的主要参数：型号:YL801-4；电压:220V；功率:0.55KW；同步转速:1500r/min； 频率:50HZ；效率:68%；功率因数:0.92外形尺寸:295165200电动机的安装方式：选择IBM3型 3.2 V带传动的设计 电动机V带轮的设计 主轴V带轮的设计3.2.1 V带轮的设计要求 设计V带轮时应满足的要求有：质量小；结构工艺性好，无过大的铸造内应力，质量分布均匀，转速高时要经过动平衡，轮槽工作面要经过精细加工（表面粗糙度一般应为3.2）以减带的磨损，各槽的尺寸和角度应保持一定的精度，以使载荷分布较为均匀等。3.2.2 带轮的材料 此处带轮的材料，采用铸铁，材料牌号为HT200。3.2.3 V带轮的结构铸铁制V带轮的典型结构有以下几种形式：实心式腹板式孔板式椭圆轮辐式。 当带轮的基准直径2.5d(d为轴的直径，单位为mm)时，可采用实心式； 300mm时，可采用腹板式（当100mm时，可采用孔板式）；300mm时，可采用轮辐式。3.2.4 相关计算已知电动机的额定功率为0.55KW,转速n1=1500r/min,选取传动比为i=3.9,采用普通V带传动。1.确定计算功率P P=KAP=1.10.55=0.605KW (3-1) 弯曲强度的设计公式为 （3-26) （1）确定公式内的各种计算数值 1） 查的小齿轮的弯曲疲劳强度极限, 大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2）查得弯曲疲劳寿命系数, 3）计算弯曲疲劳许用应力 取弯曲疲劳安全系数S=1.4 =373.2MPa （3-27）=364MPa 4）计算载荷系数K =1.58112 （3-28） 5）查取齿形系数查得， 6）查取应力校正系数 查得, 7）计算大、小齿轮的,并加以比较 小齿轮的数值大,用小齿轮的数值（2）设计计算 =1.448mm 对比计算结果,由齿面接触疲劳强度计算的模数大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数,由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力,而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力,仅与齿轮直径有关,可取由弯曲强度算得的模数1.448并就近圆整为标准值1.5,按接触强度算得的分度圆直径54.83mm算出小齿轮齿数 =54.83/1.5=36.5 （3-29）取大齿轮齿数 这样设计出的齿轮传动,既满足了齿面接触疲劳强度,又满足了齿根疲劳强度,并做到结构紧凑,避免浪费.3.4.2 几何计算1 计算分度圆直径 2 计算中心距 （3-30）3 计算齿轮宽度 考虑到实际需要，取 , 3.4.3 验算 合适.圆柱齿轮传动参数见表3-3表 3-3 圆柱齿轮传动参数参数代号参数值小齿轮大齿轮模数m1.51.5压力角2020传动比i33齿数z36108分度圆直径d54162齿顶高1.51.5齿根高1.8751.875齿顶圆直径57165齿根圆直径50.25158.25齿距p4.714.71齿厚s2.3552.355齿槽宽e2.3552.355顶隙c0.3750.375标准中心距a1084 轴及其校核4.1 轴的设计4.1.1 主轴的设计1. 求主轴上的功率,转速和转矩 取皮带轮传动的效率=0.95 则 kW （4-1） r/min （4-2）于是Nmm （4-3）2. 初步确定轴的最小直径 初步估算轴的最小直径.选取轴的材料为45钢,调质处理. ,取,于是得 mm （4-4） 主轴的最小直径显然在轴的两端.3.轴的结构设计(1) 根据最小直径，考虑到轴的刚度和震动，现取 mm.为了满足皮带轮上的轴向定位要求,I-II轴段右端需制一轴肩,故取II-III段直径为mm.由于皮带轮的尺寸L=28,现取 mm(2) 初步选取轴承座型号为SN508(摘自GB/T7813-1998)其主要参数如表4-1。 表 4-1dgA3540803368由于A=68,现取 mm mm mm因为mm,取 mm由于摩碎辊筒的宽度为140m,现取 mm摩碎辊筒采用轴肩定位,取 mm考虑到安装防护罩,取 mm考虑到刀盘座的宽度,现取 mm因为锥齿轮的齿宽B=20mm,现初步取 mm考虑到安装和基本尺寸,取 mm4.1.2 传动轴的设计1. 计算功率转速和转矩 kW （4-5） r/min 由（4-3）得， Nmm2. 确定最小直径 选取轴的材料为45钢,调质处理,取，由（4-4） 于是得 mm 现取最小直径为20mm4.1.3传动轴、的设计由于进给轴的转速与负载都比较小,所以不做具体计算,由整体设计决定其尺寸。4.2 校核4.2.1 主轴的校核1.扭矩的计算 设皮带轮传递的功率为0.55kW,辊筒子刀传递的功率为总功率的一半,即 kW.切刀传递的功率为kW.锥齿轮传递的功率是0.092kW. 有 Nm （4-6） Nm Nm Nm2.弯矩的计算受力分析如图4-1、图4-2所示。 图 4-1 H平面受力图图 4-2 V平面受力图N NN NN NN N （4-7）列方程求解 : （4-8） （4-9）由（4-7）（4-8)解得 377.4N 562N同理列方程: 解得 -178.5N -383.5N3. 校核轴的强度在辊筒处的弯扭强度最大 M=67492.6Nmm T=13657Nmm按第三强度理论，计算应力 （4-10）为了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数，则计算应力为 （4-11） 式中的弯曲应力为对称循环应力。当扭转应力为静应力时，取；当扭转切应力为脉动循环应力时，取；此处取，由（4-11）得。 由以上计算可知轴的设计是安全的4.2.2 调心球轴承的寿命计算1. 由轴的校核已计算出两轴承在水平面与垂直面上的两个力轴承径向力 N （4-12） N2. 求两轴承上的计算轴向力和 N （4-13） N因为 N,两个支撑反力的合力的合力F将把被切物料沿刃口向外推出，即在切割时产生滑移，不能保证稳定切割。由图5-2(b)知，由于此时。的合力F指向刃口里面，即切割时合力F将把被切物料沿刃口向里面推，切割时不会产生滑移，能保证稳定切割，提高效率。由此可知，保证钳住物料稳定切割的条件是：钳住角须小于物料与定刀片之间摩擦角之和，切刀在旋转过程中，的最大值为，同时由经验可知，通常，所以只要小于就可以了，显然以上设计是满足要求的，刀的安装是合理的。5.1.7 刀的安装 曲线动刀片A、B通过螺栓1、2、3、4安装在刀盘P上，通过调节螺栓1、2、3、4来调整动刀片与定刀片的间隙。具体如下图5-3所示。图 5-3 切刀简图 1、4六角螺栓 2、3 沉头螺栓5.2 破碎辊筒的设计5.2.1 刀的设计 在破碎辊筒刀的设计中才用了改进的齿刀配合设计，在辊筒的旋转力作用下，物料先被刀齿板上的刀齿刮划成条，随即由切刀切削下来，再经刮刀进一步破碎。齿刀的设计中，刀齿采用螺旋布置，与水平线成夹角。各刀在辊筒平面的法线上，高度均为15mm。5.2.2刀在辊筒上布置的设计本设计中将切刀以倾斜来布置，以配合刀齿板上螺旋刀齿的运动。5.2.3辊筒的设计 因为是进行的块茎破碎，工作中会产生大量的水分，所以辊筒必须采取防锈处理，所以辊筒选用材料铝ZL301进行铸造，达到防锈的目的，辊筒的直径选定为300mm，其长度选定为140mm。辊筒主体铸造的厚度为8mm。具体尺寸及辊筒结构如下图5-9所示。图 5-4 辊筒机构简图总结 参考文献 1 濮良贵，纪名刚主编，北工业大学机械原理及机械零件教研组编.，机械设计.第七版.北京：高等教育出版社，20012 毛谦德，李振清主编，袖珍机械设计师手册.第二版.北京：机械工业出版社，20003 成大先主编，机械设计手册.第三版.第二册.北京：化学工业出版社，19994 唐增宝，何永然，刘安俊主编，机械设计课程设计.第二版.武汉：华中理中大学出版社，19995 孙桓，陈作模主编，西北工业大学机械原理及机械零件教研组编.，机械原理.第六版.北京：高等教育出版社，20016 罗迎社主编，材料力学.武汉：武汉理工大学出版社，20017 肖旭霖主编，食品机械与设备.北京：科学出版社，20068 石一兵主编，食品机械与设备.北京：中国商业出版社，19909 周良德,朱泗芳主编,现代工程图学.长沙: 湖南科学技术出版社,2000 10 徐湘机械设计手册北京：化工业出版社，2001 11 吴宗泽. 机械设计师手册. 北京：机械工程出版社，2002致 谢