机械设计制造及其自动化毕业设计青饲料切割机的设计

毕业设计（论文）题 目青饲料切割机的设计 系 （院）机电工程系专 业机械设计制造及其自动化班 级学生姓名 学 号指导教师 职 称 二一四年六月二十日 滨州学院本科毕业设计（论文） 独 创 声 明本人郑重声明：所呈交的毕业设计(论文)，是本人在指导老师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本设计（论文）不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体均已在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 年 月 日毕业设计（论文）使用授权声明本人完全了解滨州学院关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定。本人愿意按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版，同意学校保存学位论文的印刷本和电子版，或采用影印、数字化或其它复制手段保存设计（论文）；同意学校在不以营利为目的的前提下，建立目录检索与阅览服务系统，公布设计（论文）的部分或全部内容，允许他人依法合理使用。（保密论文在解密后遵守此规定）作者签名: 年 月 日 青饲料切割机的设计 摘 要近几 以年来，有关饲 料加工机 械的 发展逐渐 走热，国产饲料加工机型 如搂草机，割草机，饲草打 捆机等农业 机械的 销量大 幅增加，特别是 青饲料切割 在近几年的市场上出现了 供不应求的局面。现阶段市 场上农产 品的种类 齐全，设备充足，农 机购的置积 极性空前 高涨。但是，根据专 家的分析结果，中国的农 机产品及种类，仍然不能满 足农村市场的 当前需求。当前农 机产品主 要是技术障碍而 不是数量障碍。这种 切割 机的设计中，主要 由安装在 公共驱动 轴上的 切割刀，破碎两 种机 构构成。破碎部 分主要由 剪刀尺壁，刀 片和滚 筒构成，当被切 削齿切割加工 块茎材料，经过 定刀的划割，动刀 的切割，再经过 进一步的刮刀 破碎完成切割 过程；我们可以使 用切割 机构处理 葡萄树，绿 叶饲料杆 。利用 辊压轮 的自动送料 藤蔓自 动加工过，把破 碎部件拆下装 上磨齿板，又可以 进行马铃薯 等淀粉类初 加工机械，因此不仅 能对青饲料 进行加工，而且还能 加工马铃 薯等淀粉类，非常适合 农村的养殖 业发展。关键词：破碎，切割刀，辊压轮iThe Design of The Green Cutting MachineAbstract A significant increase in the past few years, the development of feed processing machinery gradually take the heat , domestic feed processing models such as rakes , mowers , balers forage and other agricultural machinery sales, especially in recent years cut green fodder appeared to outstrip supply on the market . Types of agricultural products on the market at this stage is complete , adequate equipment , farm machinery purchase home with unprecedented enthusiasm . However , based on the analysis of experts , China s agricultural products and categories, still can not meet the current needs of the rural market . Current agricultural products are mainly technical barriers rather than the number of obstacles. This design of the cutting machine , cutting primarily by mounted on a common shaft , the two bodies constituting the crushing . The main part of the wall by a broken foot scissors , blades and rollers constituted , is cutting teeth when cutting tubers materials, through a given cross-cut knife , cutting knife , and then after the completion of further crushing blade cutting process ; we can use the cutter body to deal with vines , leafy feed rod . The use of automatic feeding vines roll wheels automatically processed , remove the broken parts grinding teeth mounted on board , they can be the beginning of potato starch processing machinery , and therefore not only be able to forage for processing, but also processing potatoes and other starchy , well adapted to the rural farming needs. Keywords : crushing , cutting knife , rolling wheelsii目 录第一章 绪 论11.1研究的意义和背景11.2市场前景分析11.3 设计方案的确定21.3.1 设计方案分析21.3.2 设计方案确定3第二章 原理及总体结构的设计52.1 原理及总体结构介绍52.2 传动比的确定6第三章 传动设计93.1 电动机的选择93.2 V带轮的设计93.2.1 V带轮结构的设计93.2.2 相关计算93.2.3 电动机带轮和结构参数的的确定123.3 锥齿轮的设计和材料的选择123.3.1 小锥齿轮分度直径和齿轮精度等级的确定133.3.2 小型锥齿轮的零件图及尺寸参数143.3.3 小型锥齿轮的零件图153.4 设计传动圆柱齿轮163.4.1 相关参数的计算163.4.2 按齿面接触疲劳强度的要求计算163.4.3 按齿根弯曲强度的要求计算173.4.4 几何计算193.4.5 可行性验算20第四章 轴的设计与校核224.1 轴的设计224.1.1 主轴的设计224.1.2 传动轴的设计234.1.3 传动轴与传动轴的设计244.2 主轴的校核254.3 调心球轴承的寿命计算31第五章 刀的设计345.1 切割的概念345.2 切刀的设计345.3 破碎辊筒的设计39第六章 进给机构与机架的设计426.1 进给 机构的 设计426.2 机架 的设计43结 论44参考文献45致 谢46II 滨州学院本可毕业设计（论文） 第1章 绪 论1.1研究的意义和背景建设现代化 农业的一个 重要 物质基础就是农业机 械 的推广和使用，农业 机械的使用是先进 生产力的代表，是提高农民经 济效益的主要手段。 近几以年来，有关饲料加工机 械的发展逐渐走热，国产饲料加工机 型如搂草机，割草机，饲草打捆机等农业机 械的销量大幅增加，特别是 青饲料切割 在近几年的 市场上出现了供不应求的局面。现阶段市场 上农产品的种类齐全，设备充足，农机购的置积 极性空前高涨。但是，根据专家 的分析结果，中国的农机产 品及种类，仍然不能满足 农村市场的当前需求。当前农机产 品主要是技术 障碍而不是数量障碍。在进一步的分析和结合生活实 际的前提下，设计一种满足 当前市场需求 的青饲料切割机，该切割机不仅结构简单 方便操作而 且价格实惠，解决了小型养殖户因 资金不足而无法购买饲料切割机的困扰。1.2 市场前景分析目前市场上很少有适合个体农户，专业户和小型养殖场需求的青饲料切割机。而且这些青饲料切割机还有诸多缺点： （1）大多数青 饲料切割机除 了功能单一，只能切割块状饲 料或青秸秆类物料。 （2）切割刀刃直 刃刚度低而且 一般为，切割多纤 维茎秆 的性能差； （3）操作人员的安 全没有保障，用手喂料时存 在很大安全隐患； （4）切碎块状物料 时不仅均匀度 较差而且粉碎程度较大。因此，在进一步 的分析和 结合生 活实 际的前提下，设计一种满足 当 前市场需求的青饲料切割机，该切割机 不仅结构简单方便 操作而且价格实惠，解决了小型养殖户因资金不足而无法购买 饲料切割机的困扰。1.3 设计方案的确定1.3.1 设计方案分析通过对以往资料的查阅，确定以下四种方案，具体如图1-1、图1-2、图1-3、图 1-4所示。 图 1-1卧式切割机 图 1-2立式切割机 图 1-3卧式辊筒切碎机 图 1-4卧式多功能切割机方案一图 1-1是卧式切割机，此种设计方案最为常见，电动机的主轴上装有切割的砍刀片，靠电动机旋转给刀片提供动力来切割饲料 ，无法切割块状饲料是它的主要缺点，而且砍刀刀片为直刃，功率消耗大，抖动性也大。方案二图 1-2是立式青饲料切割机，其优点是空间占用小并且结构紧凑，缺点是功率消耗大，震动大，而且能切割的饲料种类单一。方案三图 1-3是卧式辊筒破碎机的设计方案，其 优点是解决了切割块茎饲料的问题，而且辊筒上的切割刀片拆卸维修也方便，但是仍不能切割藤蔓类青饲料，因此使用也受到了极大的限制。方案四图 1-4设计方案是多功能卧式切割机，这一设计不仅能切割藤蔓类青饲料还能切割块茎类青饲料，但是这一方案仍有缺点，为了解决切割块茎类饲料，装入了过多的转动刀片，维修拆卸非常不便并且增加了企业成本。1.3.2 设计方案确定通过综合分析以上四种设计方案的优缺点，得到一个多功能青饲料切割机，这一设计既能切割秸秆类青饲料，又能切割块茎类青割饲料，并且在设计时增加了自动进给机构，工作的安全性大大的被提高，也提高了工作效率。 这一方案的 目的是设计一个可 以将块茎，块根类青饲料，切割加工成青饲颗粒的 切割机;同时还具有 切割藤蔓，绿叶青 饲料的切割机构;还可以 方便的对磨碎的 齿板进行拆卸维 修和更换，通过更换齿 板还可以对马铃薯 等淀粉类加工的多用途 的加工机器。这一设计的亮 点就是破碎辊 筒上的刀部件、齿的配合使用，减少了物 料之间的挤压和相 互碰撞的机会，降低了块 茎类饲料加工 似的粉碎程度；采用辊压轮进给的方式 加工秆叶类、藤蔓类饲料，送料时的人 身安全系数得到了提高；又因为在同一传动 轴上安装了切割机构和 破碎机构，在完成加工 块茎类饲料时，也可对块根类饲料 进行加工，并且对秆叶藤蔓 类饲草也可以同时加工。在使用同 一传动轴的前提下优化 了设备的制造步奏，使用同一 驱动轴，降低了使用过和 维修 时的麻烦，节约了成本。当给破 碎辊筒换上磨碎齿板 式的时候，又可对马铃 薯等淀粉类农 产品进行加工。这一设计不仅结构 ，简单，而且方便实用，非常 适合小型养殖户 和个体农户的 发展需要，特别适合偏 远山区的推广和使用。图 1-5为其设计效果图。图 1-5 家用青饲料切割机效果图1电动机 2. 皮带轮防护罩 3. 防护罩 4. 进料斗 5.进料槽 6.机架 7. 出料槽第2章 原理及总体结构的设计2.1 原理及总体结构介绍该设 计的主要 构成由 驱动轴I和与其 装在一起 的小V带轮，位于中 间部位的切 割刀盘和 破碎辊筒，装在另 一端的小锥齿 轮和与 轴II装在 一起的 大锥齿轮，进给轴 III，进给轴IV，和装在 机架下 部的提供动力 的电动机，传动V带和 主动轮，块 茎喂料斗，和情 感秸秆进料 斗机壳等构 件构成，主要由安 装在破碎辊 筒上的 刀齿板，切割刀，和机 壳上的刮刀一 起对植物根块茎，秸秆完成切割 的破碎功能，传动轴 一端安装的 切割刀盘 和动刀片，在动刀 片转动时与安装在 机架上的可 以完成切 割功能的定 刀片组成。在同一传 动轴上安装了 破碎机构和 切割刀盘，因此可 以同时完成切 割和破碎功能。机架上安装 有传动轴，动力由 电动机 提供，当电动 机转动 的时候，主动轮通 过V带将动力输 送给传动轴 一端的从动轮，驱 破碎辊 筒和切 割刀盘完成切割工作。切割机构 的喂料台安装 在靠近切割刀 盘的一侧，小螺杆将 中部传动轴的 破碎辊筒上 的机壳和进料 斗连接为一体；皮带防 护罩装在 主动轮，从动轮上；出料斗 位于机 架的下部；刀盘罩2、喂料斗、出料斗等构件都 安装在机架上。破碎辊 筒的滚动 面上装有 可以拆卸 的刀齿板、刮刀，当使 切割 刀和 刀齿板在一个合 适的螺旋角 度内时，就是所 设计的青饲 料切割机。卸下破 碎辊筒上的 刀齿板，刮刀，换上 磨碎齿板，就可以 对马铃薯等淀 粉类农作物进行加工。在进行饲 料加工时，从喂料台上 喂入秸秆 类青饲草，动刀片 与定刀 片的相互作用完成对 辊压轮送入 的物料。植物的 根部，茎块则由 顶部的 进料斗 进入机壳内。由于 辊筒的快速 旋转，物料在 刀齿板和 切割刀的划割 和切削的 情况下完成饲料 的加工过程。传动原 理如下图2-1所示： 图 2-11.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 传动比的确定联系实际情况 ，在此次设计中主轴转速不宜过高，选择400r/min。下面来进行进一步的分析计算。此次设计选择的电动机转速是1600r/min，功率0.6kw。传动比一般在25，现在选择传动比为4.因此主轴转速为： =1600r/min/4=400r/min （2-1）辊压轮的初选直径为4.5cm，切割饲草时的长度定为1.5cm。下面来确定传动轴III和传动轴IV与主轴的传动比。通过分析可知轴III和轴IV的转速相等，旋转方向相反。如图 2-2设主轴转速为r/s，由于2把动刀片是对称安装的，所以切割的次数为2次/s。 图 2-2设送料辊压轮的转速为转/s，所以： V2R222.5141.3mm/s （2-2）物料的理论速度为V。所以切割刀的理论切割长度为： L70.65/ (2-3) 本设计的实际切割长度为15mm为宜，因此： 70.65/15mm （2-4） 由以上得： /=15/70.65 /=4.71主轴I与传动轴III和传动轴IV的传动比是4.71现已知 400r/min 因此 =84.93r/min则理论上每秒切割物料 V200mm/s在实际操作中饲草在输送时会有打滑的现象，因此以上的进料速度是可以做到的。主轴I与轴III和轴IV之间有两对减速轮，为了计算方便，取锥齿轮传动比为i=2，i=3为圆柱齿轮的传动比。第三章 传动设计3.1 电动机的选型这一青饲料切割机的设计主要面向小型养殖场及个体农户，因此应选用220v供电电压的电动机，综合动力及经济性，现选用YL系列的电动机来驱动机械。体积小，容量大，起动及运转性能好，高效节能是YL系列电动机的抓哟优点，这一系列电动机符合国际标准的相关规定，与单、三相异步电动机有很高的通用型性，在家用电器和农用机械上被广泛的使用，具有很高的经济性。电动机的主要参数：型号:YL801-4 电压:220V功率:0.6KW 额定转速:1600r/min频率:50HZ 效率:80%功率因数:0.94外形尺寸:2952001653.2 V带轮的设计V带轮的设计应满足一下要求：质地均匀，重量小，制作工艺性要好；经过高速动平衡测试，带轮轮槽的粗糙度要小，为了均匀的分布载荷，轮槽在加工时尺寸和角度应控制在合理范围内。带轮材料采用牌号HT200的铸铁。3.2.1 V带轮结构的设计典型的V带轮铸铁结构有以下几种：1.实心式2.腹板式3.孔板式4.椭圆轮辐式。如果采用实心式，必须满足V带轮的基准直径2.5d； 300mm时，可选择腹板式结构；300mm时，可以选择椭圆轮辐式结构。3.2.2 相关计算由以上知所选择电动机的功率为0.6kw，额定转速为n1=1600r/min，选择i=4的传动比，普通V带传动。 （1）计算功率P的确定 通过查阅参考资料1从表8-6中得到工作系数为KA=1.2，所以 P=PKA=1.20.6=0.72KW (3-1) （2）带型的选择 由P和n 由及资料1中的图8-9带型选用Z型 （3）带轮基准直径的确定 由资料1表8-7,8-3选取基准直径 d=71mm的主动轮 所以从动轮直径 d=i d=471=284mm 通过资料1查阅 取d=280mm 带的速度为： V=m/s=5.9535m/s （3-2） 所以带的速度合适。 （4）V带的基准长度的和中心距的确定 由公式 0.7(d+d)a2(d+d), 即248.5 a120 （3-5）从以上计算结果知道，包角的选择合适。 （6）V带根数Z的确定 资料1中式(8-26)得 (3-6) 已知n1=1600r/min, d=71mm, i=4 查阅文献1中表8-4a，表8-4b,得P=0.33kw, P=0.03kw通过查阅1表8-8、8-2,得K=1.14，K=0.92 所以=1.907 选择z=21 公式（3-6）中 K包角的修正系数 K带长修正系数 P单根普通V带的基本额定功率 P单根普通V带额定功率的增量（7） 带的出拉力F的确定 由文献1中式(8-27)得 F= （3-7） 查阅1表8-3, 知q=0.06kg/m,因此 F=54.078845N由文献1式(8-28)得压轴力：F=209.3N3.2.3 电动机带轮和结构参数的的确定带轮的结构方式通过基准直径来确定，通过以上计算知道，电动机V带轮应该选择实心式；主轴V带轮应该选择腹板式。L=(1.52)d, 当B1.5d的情况下，L=B，这里L=28。当=(1.82)d时，这里选择=2d，d为轴的直径。=B ， 这里=B=7 图 3-1 V带轮的轮槽尺寸3.3 锥齿轮的设计和材料的选择结合实际锥齿轮选用直齿式的,传动的机械效率=0.96,小型锥齿轮的传动功率为P=0.5825,转速n=400r/min，i=2为其传动比。 小齿轮的齿面硬度为220-250HBS，大齿轮的齿面的硬度为180-220HBS，大小锥齿轮均用45号钢调质处理。查阅文献2中图17-1中的MQ线得，小锥齿轮的应力=571MPa大锥齿轮的应力=552MPa。3.3.1 小锥齿轮分度直径和齿轮精度等级的确定 考虑到齿轮实际工作的环境的需要，齿轮精度选用8级精度的； （3-8） （1）小锥齿轮的齿数比和所能够传递的转矩TT=9550P/n=95500.5825/400=13.91Nm U=2=i （2)载荷系数K和材料系数C的确定 通过查阅文献2中的表17-18,确定C=1 根据小锥齿轮的工作需要我们选择载荷系数K=1.6 （3）模数m和许用应力和小锥齿轮的齿数z的确定 =0.92=0.92571=525.32MPa 由图17-18选定：z=20,所以z= z1i=40； 模数 =5220=2.6mm ；标准取值模数m=3mm （4）分度圆直径和分锥角的计算 分度圆直径： =m z=6cm =m z =12cm 分锥角：=arc tan(z/ z)=arc tan(6/12)=26.565 =90-=63.435 锥距R=67.1mm, 齿宽b=R=67.11=20.801mm，取0.313.3.2 小型锥齿轮的零件图及尺寸参数 表 1 锥齿轮的相关传传动参数参数代号参数值小齿轮大齿轮齿形角2020大端面模数m33传动比i22齿数z2040分锥角26.56563.435分度圆直径d50100锥距R67.167.1齿宽系数0.310.31齿宽b2525齿顶高33齿高h5.55.5齿根高33齿顶圆直径54.5102.2齿根角3.073.07齿顶角3.073.07顶锥角29.63566.505根锥角23.49560.365安装距A7253外锥角高48.8822.76 选择齿宽b=25mm （1）齿顶圆和直径的确定=13=3mm =65.4mm = =122.7mm （2）平均圆周速度和小锥齿轮直径d1的计算 =50.7mm =1.06m/s =0.9=0.9552=496.8MPa 因为取较小值,因此我们取=497MPa 小锥齿轮直径d1： =54.6mm3.3.3 锥齿轮的零件图 图 3-2 锥齿轮的零件图 3.4 设计传动圆柱齿轮传动比 确定为i=3,每天需要工作时 间2小时,使用寿命10年，需要工作300天,每年,算的小 齿轮转速速=400/2=200r/min,工作时的 传递=0.96,所以=0.58250.96=0.5592kW。3.4.1 相关参数的计算传递精度均选为8级，通过查阅文献1中表10-1确定大小齿轮材料为45号钢调质理，小齿轮的硬度为220-250HBS. 取大齿,齿面硬度为180-220HBS。小齿轮的齿数选用=25，由公式，算的大齿轮的齿数为75即Z2=75；3.4.2 按齿面接触疲劳强度的要求计算 通过文献1中的式(10-9a)得齿面接触强度的理论设计公式： （3-9） （1）公式内各未知量计算值得确定1 载荷系数=1.4，,查阅文献1中的表10-7确定圆柱齿轮的齿宽系数 =0.6； 小齿轮能够传递转矩T1的计算 =26.702Nm=2.670Nmm 查阅1表10-6材料影响弹性系数=189.8MPa 从图10-21d得按中值查的小齿轮的齿面硬度疲劳强度极限=572MPa 大齿轮的疲劳强度=553MPa. 应力循环次数： ， (2)接触疲劳寿命系数：=0.94; =1.0 安全系数S=1; 可能失效高概率为2% 由公式（10-12）得许用应力： =537.68MPa =553MPa3.4.3 按弯曲强度的要求进行计算设计公式 （3-10）可以通过文献1由公式10-5查得 （1）公式 （3-10）中，各未知量的确定查阅文献1中的 图 10-20c ，可以准确的 确定小齿轮和大齿轮 的的弯曲疲劳强度极限；小齿轮的 疲劳极限,大齿轮的 疲劳极限；通过查阅资料1中的图10-18得到齿轮的疲劳寿命系数,弯曲疲劳许用应力的计算和确定我们选用安全弯曲疲劳系数S=1.5，通过查阅资料1中的式(10-12)齿轮许用应力计算公式： (3-11) 所以： =358.4MPa=342.7MPa载荷系数K的确定 由计算公式 ，得到载荷系数该公式中，由资料1中表10-2的=1，查阅图10-8得到动载荷系数1 ,表10-3查得=1.4，表10-4查阅参考资料1得到 =1.293 由b/h=5.38,由文献1中的图10-13,得齿向载荷分布系数=1.27所以由以上数据得 载荷系数 。 齿形系数 和应力校正系数 的确定 查阅参考资料1中的表10-5查得, ,=1.761 计算大齿轮和小齿轮的，并将计算的结果进行比较分析 ，确定选用的数据。从以上计算结果知道，数值比较 大的为小齿轮，所以我们选 用比较 大的数值作为比对基础。（2）设计的相关计算 由以上计算数据带到公式 （3-10）中得到： =1.587mm按齿面弯 曲的疲 劳强 度算的模数 =55.83/25=2.23mm，大于按 齿 根疲劳强度 计算的模数，因为 由 已知理论我们知 道，齿轮的弯曲强 度能够 承载 的力的大小，决定了了齿轮 模数的大小；齿轮直径是唯一 决定 齿面接触疲 劳强度的因素，就以上计 算所 得到的 模数元整为1.5，按要求 算的分度 圆直径55.83mm，所以得到小齿轮 的齿数： =55.83/1.5=37.22，在这里我们取，由得到大齿轮的齿数111。按照以上的设计步骤，我们可以设计出不仅可以满足齿面接触疲劳强度要求，又可以满足齿根弯曲强度的的齿轮传动。并且这一设计，布置合理，具有很高的经济性。3.4.4 几何计算（1）分度圆直径的确定 表 2 圆柱齿轮相关的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z37111分度圆直径d55.5166.5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s2.3652.365齿槽宽e2.3552.355顶隙c0.3750.375标准中心距a108 （2）传动中心距和齿轮宽度的计算 中心距： 齿轮宽度：由公式 得到b=0.555.5=27.75mm 根据实际需要，我们选用, 3.4.5 可行性验算由公式 由以上计算结果知道设计合适。47第4章 轴的设计与校核4.1 轴的设计4.1.1 主轴的设计（1）对主轴 上的转速 和 功率 ,转 矩查阅文献4中的表2-2皮带的传动效率我们选用=0.96所以：r/min kW 由以上数据得到转矩Nmm （2）主轴I最小直径的确定 以文献1中的式(15-2) 来对 主轴I的直径最小值 进行估算；主轴I的材料选用 经过调质处理 的45号钢，根据参 考文献1表15-3 ,取,于是 得轴I的最小直径： mm结合生活实际我们知道，在轴的两端是直径最小的地方。 （3）设计轴的结构 由已经确定 的 最小直径，综合考虑轴 的 震动性和 轴的 刚度，我们现在取mm；因为我们 选 择轴向定位,所以轴 段I-II右端我 们 需留有一轴肩,因此 我们 确定轴II-III段 的直径mm，我们 选 择皮带轮 的尺 寸长度L=28mm,我们选择 mm查阅文献4我们初步确定轴承座的型号为SN508，摘自GB/T7813-1998。 表 3dgA3540803368从上表我们知道A=68,所以我们取mm mm mm因为mm,我们选择 mm因为摩碎辊筒 的 宽度为140m,现取 mm摩碎辊 筒的定位方式采用 轴肩定位的方式,取 mm因为要安 装防护罩,我们取 mm因为刀 盘座具有一 定的宽度,现取 mm根据锥齿轮 的齿宽B=20mm,暂时取 mm综合基本 尺寸和 安装德因素,取 mm轴的具体相 关尺寸如下图4-1所示 图 4-1主轴I4.1.2 传动轴的设计(1)转速，转矩和功率的计算 kW r/min Nmm(2) 轴II最小直径的确定轴的材料我们选用调质处理的45号钢,查阅文献1中的表15-3,我们选取于是得 mm 取传动轴II的最小直径为20mm。 轴II的具体相关尺寸如下图4-2所示图 4-24.1.3 传动轴与传动轴的设计从实际生 活我们知道进给 轴所承受的负载和 转速与都比较小,所以不做具体计算,由整体 设计决定其 尺寸,具体尺寸如图4-3、图4-4所示。 图4-3图4-44.2 主轴的校核(1)扭矩的计算 假设从电机 传 递到皮带轮轮的 功率无损 失为0.6kW,切割机 辊筒上的 子 刀传递的率仅仅达 到总 功率的一半,即 0.6/2=0.3kW；切刀传 递的功率 为0.6/2/1.5=0.2kW锥齿轮 可以传递 的机械功率是0.092kW。 图 4-5 主轴受力的立体图 查阅参考文献6式(4.1),有 Nm Nm Nm Nm扭矩图如下图4-6所示图4-6(2) 轴I弯矩的计算 如图4-7、图4-8所示是轴I的受力分析图4-7 H平面受力图N N N N图4-8 V平面受力图N NNN列方程求解 : 由解得 377.4N 562N同理列方程: 由解得 -178.5N -383.5N弯矩图如图4-9、图 4-10、图4-11所示。 图4-9 H平面弯矩图图 4-10 V平面弯矩图 图 4-11 弯矩总图(3) 轴的强度的 校核从图4-11我 们可 以直观地 得到 弯扭强度 最 大的地方 在辊筒处 M=67492.6Nmm T=13657Nmm由第三强度理论1，可以计算出应力 （4-1） 因为 弯曲 应力是对称 循 环变应力，扭转切 应力通常是 不 对 称的 循环变应力。我们引入 折合系数，来减小两 者 循环 特性 不同的 影响，则计算应力为 参考文献1式15-4（4-2） 式（4-2）中的弯曲应力是对称循环应力；当扭转 应力是 静应力时，我们取；当扭转切应力为 脉动循 环应力时，取；此处我们取。查阅参考文献1式（15-5）： （4-3） 得到： 10.62MPa式中： 轴的计算应力，单位为Mpa; M 轴所受的扭矩，单位为 Nmm; T 轴所受的转矩，单位为Nmm; W 轴的 抗弯 截面系数，单位为，此处W0.1； 对称循环时的轴的许用 弯曲应力，由文献1表15-1知道45号调质处理，=60Mpa;由以上计算结果我们知道轴的设计是安全的；4.3 调心球轴承的寿命计算 图 4-12（1）轴承在垂 直面上和水平面上 的力已 经在轴的校 核时算出由轴承径向力 N N（2） 轴向力和的计算 N N 又因为 Ne 所以 =750.86N 因为=e 所以N 在运转中轴承会有有轻度的冲击载荷,查阅文献1表13-6知道,考虑到实际需要我们取1.2； 因此： N N（4） 验算轴承寿命 因为,所我们以轴承2所受力为准进行验算 由参考文献1式（13-5）有： 从以上计算知道，切割机使用寿命远远小于以上计算数值，所以轴承的选用是合适的。第五章 刀的设计5.1 切割的概念 从生活中 我 们知道切割， 是指用机械加工 的方式克服所 加工 物料内 部的凝聚力，并且将其 加工成我们所 期 望的块、丝、片等形 状 的产品 的操作 过程。要想完成切割运 动机 器应该具备 两个必要条 件，其一是要 有 切割刀具，其二是 物料的“进给”运动。进给运动 就 是指物料 和 刀具的不 断 接触运动。 所谓粉碎，就是 指用机械加工的 方法克 服所要加工的固 体物料 内部的凝聚力然后 把物料分 裂的过程；按照所 加工物料 的尺寸大小的 差异，将大块 物料加工成小块的过 程称为破碎，而将小块 物料加工成 细粉的过程称为 粉磨，我们破碎和粉 磨统称为粉碎。5.2 切刀的设计 （1）切刀的材料和要求切刀的材料一般选用 经过 热 处理 的T9 碳素工具钢 或锰 钢。在这我们选 用 切刀的材 料为T9工具钢。合格的切刀应该满足以下要求： 能够切割的质量高，动力耗用较小小，工作的时候平稳，结构 紧凑，安全 可靠，刃磨方便，拆卸维修方便，价格合理。（2） 刀片设计时应满足的要求在设计和选用 刀片时要满足一下三个要求，即 能够钳 住物料，完成 切割； 切割时所 消耗的机 械功率要小； 切割的 时候阻力矩 要均匀。（3）常用刀片形状的选择 常用的切刀 的刀刃形状 有直线型和曲 线型的两种 ，如图5-1所示： 图 5-1在此次设计中我们选用（c）外曲线刃口刀的形状，来进行滑切。 （4）刀的切割方式分析 切割机械在工 作的时候，切刀 的工作方式 和刀片 的形状 决定功 率消耗的大小，切刀常用 的工作 方式有 正切和滑切。当切 刀滑切工作 的时候，切割阻 力较小，切割比 较容易，切割物料 省力，消耗的 功率也小。当切刀以正 切工作 的方式工作时，切割阻力 比较大，切割也比 较困难，消耗的功率 也大。在这一设计中 刀具的 切割方式为滑切。图5-2是滑切的示意图：图 5-2滑切示意图图中O为刃口 曲线的圆心，BC是刃口 刀的刀刃，切割工作 点为A，切刀 的 回 转半 径为r。当 切刀围 绕刀 轴中心P回转切 割运 动时，工作点A的切 割速度为V。明显，OAV，将V解在 点A进行分解 成切线和 法线两个方 向的分速 度那么称为 滑切 速度，我们称 为正切（砍切）速度。和V之间 所夹的角我们称 为滑切角。当滑切 速度不 为零时 称为有 滑切的 切割，简称 滑切；速度为零的 切割我们 称为正 切或者砍 切。与和的关系为： /=tan从上图5-2分析可知，滑切角不为零 并且最大 的滑切角为，可以轻易实现滑切。如图 5-3滑切省力原理的进一步分析：图 5-3 滑切省力原理图当产生 滑切的时候，切割速度 V会和刀刃的法 线方向偏离，产生滑 切角，此时切刀的 楔入角度会 减小到；从以上 的几何 关系我们可知： tan=BC/AB tan= tancos刀刃切入 物料时的实 际楔入 角的大小与滑 切角的大小成 反比，即大小，切割 时受到的法 向阻力越小，切割的 时候就 越省力；所以，为了达到切割的 时候省力 的要求，除保证刃 口锋利以外，还应 使切割为 滑切，这就是 滑切 省力的 原理。此外，由于刀片 在加工时存在 加工精度 的问题，不管看起 来再怎 么光滑，在显微 镜下仔细 观察 的时候，刃口就会 呈 现锯 齿 状“微观齿”；滑切时，这些尖 锐的“微观齿”就 像锯 子一样将 物 料纤 维 切断，这是 滑切 比正 切省力 的另一原因。（5）物料钳住的条件分析我们以 以下两种不同 钳 住角的大小 切割物料 的 受力情 况来分析 钳住物料，保证稳定 的切割条件。图5-4表示了不 同 钳住角的大小切 割物料 时物 料 的受力情 况： 图 5-4钳住角不同时物料手里分析 图5-4中，CD为 定 刀片刃口，AB为 动刀 片刃口，动、定刀片对 物料 的钳住角为，我们 也称为推挤角。假定以 上切割方式 的摩 擦 角为；AB是 动刀片刃口；CD是 定 刀片刃口，、为动定刀片 对物 料产生 的正压力，、为摩擦力。由图5-4（a)知，由于此时,在切割 的时候会 产生滑移，切割 的稳定性 不能保证；从图5-4(b)知，由于 此时，不仅能够保证切 割的稳 定性，提高 效率，而且切 割时还 会产生滑移。从以上分析.我们知道，保证 钳 住 物 料 稳 定 切 割 的条件 是：钳住角 必须 小于物料和 定 刀片之间 摩擦角之 和即。在本设计 中刀与料的 相对位置 图如 图5-5所示，下面进行 钳住物 料条 件的 分析：图5-5 切刀和物料的 相对 位置图由图5-5知道，切刀 在 旋 转 过 程中，的最大 取值是，由经 验 我们知道，一般情况 下 我 们取，因此只 要 小于 就 可 以了，所以以上 刀的安 装和设 计都是合 理的。 （7）刀的安装我们通 过 螺栓1、2、3、4将 曲线 动刀片A、B 安装在 刀 盘P上，动刀 片与定 刀片的 间隙 通过 调 节螺栓1、2、3、4来 调整，具体 如 下图5-6所示：1、4六角螺栓 2、3 沉头螺栓图 5-6 切刀简图5.3 破碎辊筒的设计 （1）刀的设计在破 碎 辊 筒刀的设 计中 我们 采用了 改进过的 齿 刀配合 的 设计方法，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，然后再由 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，破碎 机构 原理 图 及辊筒 简图如图5-7所示： 图 5-7 破碎机构原理图及辊筒简图如图 （2）刀在辊筒上布置的设计为了 配 合刀 齿板上 螺旋刀齿的 运动，在此 次设 计中我 们将 切 刀 以倾 斜 角来 布置，整体 布 置 如下 图5-8所示： 图 5-8 组合刀 具在 辊筒上 的 布置 （3）辊筒的设计因为 所要进 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 Z L301 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-