板栗脱毛壳机的设计

- 2 - 毕业设计说明书题 目： 板栗脱毛壳机的设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 20XX年X月X日 - 56 - 目录摘要：IAbstract：I第一章 绪论- 1 -1.1 本设计的研究背景- 1 -1.2 课题研究的目的和意义- 2 -1.3 文献综述- 2 -1.3.1 该论文的目的和现实意义- 2 -1.3.2国内外研究情况- 2 -1.3.3本设计的主要概况- 4 -1.3.4 参考文献- 5 -第二章 总体方案的拟定与分析- 6 -2.1 方案的比较与选择- 6 -第三章 电机以及其他配件的选择- 7 -3.1 电机的选择- 7 -3.2 机器的整体设计- 7 -第四章 零部件的设计和选择- 9 -4.1 各部分传动比的确定- 9 -4.2 执行部件的设计- 9 -4.2.1 双辊轮机构的设计- 9 -4.2.2 辊轮轴的设计- 10 -4.2.3 抖动筛板的设计- 12 -4.2.4 凸轮的设计- 13 -4.2.5 凸轮轴的设计- 14 -4.3 传动部件的设计- 15 -4.3.1 电机至主动辊轮的传动设计- 15 -4.3.2 主动辊轮至凸轮机构的传动设计- 18 -4.4 标准件的选择及校核- 21 -4.4.1 滚动轴承的选择及校核- 21 -4.4.2 键的选择计算及校核- 23 -4.5 支架结构和尺寸的确定及其附件的选择- 24 -4.5.1 支架结构的确定- 24 -4.5.2 附件的选择- 26 -第五章 机器的润滑与防护- 29 -第六章 总结- 30 -参考文献- 31 -附录：英文文献原文- 32 -附录：英文文献译文- 47 -板栗脱毛壳机的设计摘要： 板栗脱毛壳机是一种专门去除板栗最外层毛壳的半自动中小型农用机械，设计的主要目的是减轻板栗去毛壳工作的劳动强度、提高生产工作效率。该机械的动力源是YC型单相电动机，主要的工作执行部件是两个相反转动的辊轮，机械的传动方式是带传动，在目前的市场上已经有几个农用机械生产企业生产该作用的机械。本论文以理论设计计算为基础，计算机三维建模和二维图纸生成为辅助手段，全面详细的表述了本课题板栗脱毛壳机的设计过程和设计成果。关键词：半自动去壳，农用机械，带传动，电力驱动。Designof chestnuthairshellmachineAbstract：Chestnut hair shell machine is a dedicated to remove the outermost shell of chestnut hair semi automatic small agricultural machinery, the main purpose is to reduce the design of chestnut hair shell the labor intensity, improve production efficiency. A power source of the machine is YC type single phase motor, the main working parts are two opposite rotating roller, transmission machinery is the belt drive, in the current market has the function of the production of agricultural machinery production enterprise in several mechanical. In this thesis, theoretical calculation based on 3D modeling and 2D drawing, computer as auxiliary means, the design process and results of comprehensive and detailed describes the chestnut hair shell machine.Keywords: Semi automatic shell, agricultural machinery, belt drive, electric drive.第一章 绪论1.1 本设计的研究背景随着经济的发展和人民生活水平的提高，人们对无害的农副产品以及他们的加工食品的需求量越来越大，有些农产品甚至已经形成了一条完整的种植、采摘、收购、加工和销售的产业链，给果农、生产销售商以及消费者带来了很大的方便、有保障的农副食品。板栗是我国的一个传统的坚果类美食，在今天，板栗不仅仅是作为我们一种新鲜的蔬果类食品，由它加工而成的副产品也深受消费者的喜爱，比如炒板栗、板栗脯、板栗罐头等等，也将板栗作为一种食用材料加入到烹饪中去。但是，消费市场需求的扩大，并没有导致板栗加工产业的进一步发展，在板栗的采摘和去壳以及加工的工程中，我国的现状还是大部分停留在人力手工操作的层次上。果农在板栗成熟的季节里用竹竿将板栗从树上打落下来，然后将板栗苞搬运回家中，用剪刀或者其他尖锐的工具将板栗苞撬开，取出苞里面的板栗，通常做到这一步后才能将板栗卖给采购商。这种方法是最简单、最原始的方法，劳动强度很大、生产效率很低，而且很容易对操作者造成意外伤害。这种传统的去毛壳方法由于效率低，在先前完成去壳的板栗在存放时候也会出现一定的困难。通常去壳后的板栗还是比较多的水分的，假如长时间堆积在仓库中，势必会造成最底层的板栗发生霉变，影响了果农的经济收益，也给消费者的食品安全带来了一个隐患。在这个情况下，设计生产处一个能够半自动或者自动去除板栗毛壳的机械已经是时不可待。对此，我通过查找资料等途径，在理论上设计了一种能够进行板栗去毛壳的机器。该机器使板栗苞在一对相互反转的辊轮之间，通过挤压和滑擦作用将最外层的毛刺剥离下来，机器并设计有分离和筛选机构，能够将剥离后的板栗果实和粗细毛壳进行进一步的分离，使板栗果实完全从苞中分离出来，代替传统的手工板栗剥壳作业，切实解决板栗去毛壳难的问题。1.2 课题研究的目的和意义目的：用现代化的机械作业代替传统的板栗去毛壳操作，减轻劳动者的劳动强度，提高去毛壳工作效率，切实解决板栗去毛壳的难题。意义：本设计目前只是在理论的层面上对板栗脱毛壳机进行设计，设计包括图纸和设计计算说明书两个部分。该设计的理论成果能应用到实际生产中，生产出来的机器是板栗果农和板栗加工商之间的一条强韧的纽带。目前，我国的板栗从种植到食品销售还未形成一条完整的产业链，本设计的另一个意义是希望能够带动板栗行业，促进板栗初级加工和精加工机械和设备的研发和制造，进一步加快板栗产业链的形成，加快板栗产业的发展。1.3 文献综述1.3.1 该论文的目的和现实意义 本论文是本科阶段最后一次全面的自我检测，论文介绍了板栗脱毛壳机的方案选择、工作原理、部件设计和校核、总体设计等等，是本设计的文件指导。设计计算部分详细的介绍了零部件的设计计算过程以及必要的校核过程。包括双滚轮机构的设计、辊轮端轴的设计、各个带轮的设计、凸轮以及凸轮轴的设计、电机的选择等等，是本设计文件叙述部分中最重要的语言文字。本设计的最终目的是要制造出板栗脱毛壳机，因此在现实中，本论文是除了工程图和三维模型之外的最全面的对本机器的介绍和解剖。本论文表述了零部件选择的材料、各个尺寸的设计、组件间尺寸的配合等等要求，是工程图纸外对本设计的要详细要求。实际生产和使用中，使用本论文也具有相当大的指导意义，让生产者和使用者更清晰地了解本机器的结构、工作原理以及重要注意事项。保证产品能顺利生产和顺利投入到显示的使用中去，切实解决果农板栗去壳的难题。本论文最后阶段所列出的参考文献，是本人在整个设计过程中所参阅的文献，包括书籍、期刊等等，衷心的感谢他们给我提供了这么好的学习机会！1.3.2国内外研究情况国外研究情况：国外办理去壳机械设备比国内的先进而且要完善，以葡萄牙为首的板栗生产和销售大国，已经形成了基本的板栗种植到销售的产业链，能较方便、高效率地对板栗进行去毛壳、去硬壳等操作。欧洲板栗产业是全球最大的板栗生产区域，占全世界板栗销售的50%左右。相比于中国板栗，欧洲板栗壳较硬，不易脱落，也可能正是由于这个原因，欧洲的板栗加工方面的机械设备比我国的走在前面。国内研究情况：国内的板栗出口主要是出口日本，占据我够板栗出口的90%的份额。相比于其他品种的板栗来讲，我国的板栗壳较软，比较容易剥削，所以传统的手工脱壳操作还保留至今，甚至在板栗大量收获季节，果农也依旧采用这种操作方式，给生产带来了很大的时间上的弊端，同时，该方式劳动强度偏大。我国的板栗去毛壳机械初步生产大致始于本世纪初，目前已经有几个企业生产出来了能应用于实际中的板栗脱毛壳机。比如富康食品机械厂生产的办理去壳机（图1），是该厂工厂工程师根据市场需求研制的板栗去毛刺机专用来解决板栗怎么去皮等板栗加工难题。板栗去壳机使用简单，只需简单阅读说明书即会操作。采用220V的工作电压，整个机械的功率为1.5kw ，机器的型号是FK-300，该产品的尺寸：780x330x980，产品净重：43kg，实用工作效率：每小时可剥净板粟300kg以上。 图1 富康食品机械生产的FK-300型板栗去壳机另一代表型的板栗去壳机是京山县沃仕力农机制造厂生产的沃仕力牌板栗脱毛壳机（图2），该板栗脱壳机解决了板栗收获季节时沉重的劳动强度和生产效率低下的难题，采用单相电源，耗电低、体积小、重量轻，便于安装和移动。该板栗脱蓬机由机架、不划伤板栗籽的不锈钢振动筛、脱蓬轴、脱蓬外筒、电机架、电机、鼓风机、籽壳分离装置、传动装置等组成，工作过程中采用螺旋式推进揉搓原理，整个机械是立式机械，自下而上进行机械的安装，自上而下机械进行板栗脱毛壳作业。图2沃仕力牌板栗脱蓬机1.3.3本设计的主要概况本次设计的板栗脱毛机的工作原理是两个向相反方向转动的辊轮通过对板栗外壳的相互挤压和滑擦，使板栗苞和栗子相互分离，挤压的作用是将包裹在板栗果实上面的毛壳挤碎，使毛壳与果实相分离，滑擦的作用是将已经挤碎或者粘附在果实上的细小的毛壳和毛刺扫落下来，以增加工作机对板栗毛壳脱毛的去壳率，然后分离后的板栗果实和毛壳经过抖动带孔的筛板的筛选，让比较大的毛壳与果实分离，细小的毛刺和板栗果实进入下一级筛选机构鼓风机筛选，鼓风机的风力作用，将细小的毛彻底地从板栗果实和毛刺的混合物中分离出来，达到果实与毛壳的彻底分离，最后果实落入已放置好的集物箱，这是整个机械的工作原理。该方案的主要工作部件是两个辊轮、筛板、鼓风机、电机、导向槽、外壳、电源开关，机构有电机提供动力源，辊轮、筛板、鼓风机和导向槽是工作部分，电源开关是控制部分。所有的运动传递都采用带传动，由电机到主运动的辊轮上的运动传递采用普通Z型带传动，由主动辊轮到从动辊轮和凸轮轴的运动也采用普通Z型带传动，从动辊轮的带轮在带的外侧，实现其与主动辊轮的反向转动，也在这个带传动中起张紧作用，并在整个机械相互配合的部位上加润滑油。该机构的优点是去壳和脱毛率都能达到要求，并且制造成本和精度都不是很高，就是普通农用机械的制造精度，还有由于是带传动，所以对工作环境的要求不是很高，能适应在果园现场作业，机构的去毛率和工作效率都比较高，缺点是带传动需要定期的进行张紧操作，工作久了之后容易出现整体打滑的情况。1.3.4 参考文献1、王民等. 秸秆制作成型燃料的试验与研究. 农业工程学报.1993，9（）：99- 103.2、郭康权，赵东等. 植物材料压缩成型时，粒子的变化及结合形式. 农业工程学报.1995，11（1）：138- 143.3、成大先. 机械设计手册. 第三版. 第2 卷.北京：机械工业出版社，2004.4、宋 超. 板栗精加工技术. 期刊论文 食品工业科技. 1993(06)5、中国农业机械化科学研究院. 农业机械设计手册. 北京：中国工业出版社，1971.6、孙继臣, 常显伶, 王志军, 刘文华, 刘建. 板栗脱蓬机的设计研究. 学术期刊论文.技术设计制造 20117、陈俊红, 鄢丰霞. 国内外板栗产业研究进展. 学术期刊. 板栗产业产业化 20128、郑传祥. 新型板栗脱壳机及其技术经济分析. 学术期刊. 设计研究制造 20019、Wallace R D. The Chestnut Industry in United StatesZ.Proceedings of the International Congress on Chestnut, 1993.10、Bounous. Chestnut Industry in EuropeJ.1995,4(2) 5360.11、濮良贵, 纪名刚, 机械设计. 第八版. 北京：高等教育出版社。第二章 总体方案的拟定与分析2.1 方案的比较与选择方案一：板栗脱毛机的工作原理是两个向相反方向转动的辊轮通过对板栗外壳的相互挤压和滑擦，挤压的作用是将包裹在板栗果实上面的毛壳挤碎，是毛壳与果实相分离，滑擦的作用是将已经挤碎或者粘附在果实上的细小的毛壳和毛刺扫落下来，以增加工作机对板栗毛壳脱毛的去壳率，然后分离的板栗果实和毛壳经过抖动带孔的筛板的筛选，让比较大的毛壳与果实分离，细小的毛刺和板栗果实进入下一级筛选机构鼓风机筛选，鼓风机的风力作用，将细小的毛刺彻底地从板栗果实和毛刺的混合物中分离出来，达到果实与毛壳的彻底分离，最后果实落入已放置好的集物箱。 该方案的主要工作部件是两个辊轮、筛板、鼓风机、电机、导向槽、外壳、电源开关，机构有电机提供动力源，辊轮、筛板、鼓风机和导向槽是工作部分，电源开关是控制部分。所有的运动传递都采用带传动，并在相互啮合的部位上加润滑油。该机构的优点是去壳和脱毛率都能到到要求，并且制造成本和精度都不是很高，就是普通农用机械的制造精度，还有由于是带传动，所以对工作环境的要求不是很高，能适应在果园现场作业，机构的去毛率和工作效率都比较高，缺点是带传动需要定期的进行张紧操作，工作久了之后容易出现整体打滑的情况。方案二：板栗脱毛机的工作原理是通过一个两端大小不一的圆锥形滚筒转动，然后使板栗苞挤压到滚筒和机器外壳之间，通过挤压是板栗苞和果实之间实现分离操作。分离后的毛壳和果实落入第一级筛选机构，抖动筛板，将大的毛壳分离出去，细小的毛刺和板栗果实落入第二级筛选机构，鼓风机筛选，将细小的毛刺彻底地与办理果实分离，最后果实落入集物箱，完成整个去毛壳工作。 该机构的工作部分是滚筒、两级分离机构，动力部分是电机，控制部分是电源开关。所有的运动都由带传动来传递，由电机到抖动筛板和滚筒，相互啮合的机械部分需加入润滑油润滑。机构的优点是整体机构比较简单，部件和传动路线少，易于维护和修理，制造成本和制造精度不高，带传动对机器的工作环境要求不高，能满足果园现场操作的要求，缺点是带传动需要电器张紧操作，长时间使用后容易出现整体打滑的现象，该机构的去毛率和工作效率并不是很高，并且很难再设计过程中进行调节。 综上所述，最终的设计方案选择方案一。第三章 电机以及其他配件的选择3.1 电机的选择电动机类型的选择：该机械是小型农用机械，动力驱动是电源，通常是普通家庭单相电源，即220V交流电源。在单相电机中，YC（JB/T 1011-2007）系列的单相电容启动异步电动机，启动力矩大，启动电流小，适用于满载启动的机械，如空压机、磨粉机等等，使用环境没有很大的限制，能在较为脏乱的环境中正常使用，满足本机械的使用情况，因此电机选用YC型单相电容启动异步电动机。选择电动机的容量：电动机所需功率取电动机工作功率：执行机构所需功率：由电动机至输送链的传动总功率为 上式中=0.96，为带传动的效率；=0.99，为滚动轴承的效率将各个数据代入上式可得：=0.96*0.99=0.9504工作机所需功率为：根据农用机械手册，小型家庭型农用机械的工作转速约为700r/min，带传动的传动比7，因此可选用的电机转速范围为4900r/min.由以上计算数据，根据机械设计课程设计手册，选择电机型号为YC-100L2-4，额定功率为1.5kw，额定转速为1450r/min，整体尺寸为430*260*260。3.2 机器的整体设计通过初步的设计计算过程，利用现代化的信息科学技术，我对本机器的整体设计结构作出如下图所示的三维模型：图3 机器左侧效果图图4 机器右侧效果图第四章 零部件的设计和选择4.1 各部分传动比的确定在上面的设计过程中已经选定了本机器所使用的电动机类型为YC100L2-04型电容驱动异步电动机，满载转速为=1450r/min;带传动的传动比为i7；农用中小型机械的工作执行部分转速约为n=700r/min左右；综上所述，选取从电动机到主动辊轮之间带传动的传动比为=2,因此有： 辊轮工作是转速n=715r/min由此算得此时的生产效率为514.7KG/h,满足任务书要求。通过查找和参阅文献，我找到了在果实去壳这一尅行的机械装置中采用辊轮的构件的都需要一个相对转速差，以实现外壳的滑擦剥落，查找文献后决定采用主从动辊轮之间的传动差取=4.2最合适，再此传动差工作情况下，该机械能得到最高的去壳率，又不会对板栗造成损坏。运动从主动辊轮传递到凸轮轴的过程是通过带传动来实现的，目的是让轴带动凸轮转动，通过一个凸轮推杆机构的作用使筛板发生抖动，加大板栗与毛壳混合物的筛选力度，提升去壳率，因此这个传递没有传动比要求，只要满足机械设计手册要求即可，综合实际情况，在本设计中选取=1.067，满足说机械设计手册中传动比小于等于1的要求，设计合理。4.2 执行部件的设计4.2.1 双辊轮机构的设计 本机械的主要工作部件是双辊轮的转动。结构确定：辊轮采用钢滚筒结构作为支撑以及保证辊轮的强度，以至于整机工作时候有震动的情况下依然能够保持原有的结构；为了不损坏加工的板栗，在辊轮的外围设计为一圈套上去的橡胶套，以减轻与板栗直接接触部分的刚度，有效地保护了需去毛壳的板栗栗子；为了更好更高效的去除板栗毛壳，本设计采用的橡胶外套最外层有凸起的橡胶齿，该结构能确保在双辊轮的相互作用下，把板栗苞中的毛壳和栗子进行完全的分离，并不损坏里面的板栗栗子，综合市场上的板栗栗子尺寸，橡胶轮齿的结构设计为梯形台柱状，顶部为5*5的正方形形状，齿高15mm，齿侧面倾斜度为45度。考虑到辊轮的尺寸比较大，倘若用整个轴来传递转动和支撑，会使州的结构变得过大，加大了机械的整体重量，也增加了机器的制造成本，为解决这一问题，本设计中采用端轴的方式对辊轮进行固定，辊轮内圈的钢制滚筒是空心的，两端的端面上有与端轴相配合的预留孔，以及为了连接端轴和辊轮的螺纹孔。取主动辊轮的转速为n=700r/min，假设板栗苞为一个直径为d=75mm球形，一次装料大约能装载7.5KG左右的板栗苞到机器中，按50%的果实率，也就是有3.75KG左右的板栗栗子被装入机器中，如果要达到500KG/h的生产率，则所需的橡胶齿轮的面积大约为85000,为了有一个适当地栝松，考虑到农用机械的尺寸问题以及整体的协调性，综上所述取辊轮的最大直径为205，长度为420，按上述方法得到的机械生产效率是497.32KG/h,基本满足设计任务中生产效率为500KG/h的要求。辊轮的三维模型如下图： 图6 辊轮三维模型4.2.2 辊轮轴的设计按扭矩初计算辊轮端轴直径：辊轮端轴作为辊轮的支撑件和起到运动的传递作用，在该机械中，辊轮和端轴都只承受较小的工作压力，因此可选择材料为45钢，处理方法为调制处理，依据机械设计第八版轴的设计章节中查表可得，取：C=114， 按扭矩计算轴的最小直径公式为： d其中d为轴的足校直径，P为辊轮的输入功率，P=14.32kw，n为轴的转速，即是辊轮的转速，n=725r/min,代入数据算得d=11.30mm 考虑到键槽以及轴承的选择和装配问题，取轴的最小直径为d=34mm。轴的结构设计：本机械中的轴为两个端轴，与辊轮噢诶和是的时候不是贯穿整个辊轮，而是轴和辊轮通过螺栓连接，因此将轴设计成台阶式，即为阶梯轴。轴承的一端以轴肩来轴向定位，另一端以轴承端盖来轴向定位，轴端挡圈是通过螺钉链接固定于机架上的，轴的最外端是用于与带轮连接配合，设计有键槽，通过键实现带轮的周向固定，带轮的一端用轴肩进行轴向固定，另一端是以轴端挡圈来轴向固定带轮。轴的各个段的直径和长度按结构和整体尺寸而定。轴的最小直径显然是与带轮相配合的那一段轴，以此为最小直径，即此段=34mm,初选带传动的传动方式为普通V带Z型传动，出算带轮尺寸可得此段轴的长度=30mm;与轴承配合的轴段中，初选轴承为深沟球轴承，标记为：滚动轴承 6008 GB/T 276-1994，其尺寸为d*D*T=40*68*15,根据机械设计课程设计手册，按照轴承的安装尺寸设计轴与其配合段的结构尺寸，有=40mm,长度=15mm，其他结构尺寸按照整体机械的尺寸确定，辊轮端轴的三维模型如下所示： 图7 辊轮端轴4.2.3 抖动筛板的设计抖动筛板是作为本机械中的第一级筛选机构，目的是将大的板栗苞碎块和板栗栗子进行分离操作。筛板上面开有孔，以便于板栗栗子从空中落下，到达第二级筛选机构，通过筛板的抖动运动，将无法落入下一级筛选机构的大块板栗苞慢慢地向机械的肥料口端送去，完成大块板栗苞和板栗栗子之间的分离操作。筛板的抖动是通过一个类似凸轮推杆机构的运动来实现的，该机构同构凸轮的转动，在远程情况下推动筛板，筛板的一端通过弹簧与机架相连接，在凸轮由远程到近休的过程中弹簧通过弹力的作用将筛板弹回原有的位置，如此反复，实现筛板的反复抖动。取板栗栗子近似的尺寸为35mm的球形物体，为保证板栗栗子顺利落入下一级筛选机构，在筛板上开设的孔直径设计为d=40mm,大于该尺寸的板栗苞碎块将在筛板的反复抖动运动下被送入废料出口，完成第一级筛选作业。抖动筛板的其他外形尺寸和与凸轮及弹簧相互作用的尺寸按照凸轮和弹簧的尺寸确定，整体外形尺寸按照整个机器的结构尺寸确定，筛板的三维模型如下图。 图8 抖动筛板4.2.4 凸轮的设计凸轮的类型有很多种，在本机械中，由于是中小型农用机械，所以为了尽可能的降低生产制造成本，所以采用最简单的盘形凸轮。本零件的作用是在凸轮远休和近休的相互转换下，通过凸轮推杆机构使筛板发生反复的来回抖动，在这个刚运动的过程中，要求凸轮的行程为H=25mm，其他的要求都不做严格限定。根据机械原理第4章凸轮机构及其设计的内容介绍，设计了该机械中的类似凸轮推杆机构，凸轮采用盘形凸轮，材料选择45钢，不做热处理，凸轮和推杆的连接接触方式为平底从动件凸轮凸轮机构连接方式，该连接方式凸轮对从动件的作用力始终垂直于从动件的平底，传力性能很好，而在本次设计中，凸轮推杆机构所传递和承受的工作载荷均不大，搞采用此结构可行，该机构在运动时接触处容易形成润滑油膜，有利于减少摩擦和磨损，在此机械中抖动筛板的抖动频率比较大，古需要满足能在比较高的速度下运动的机构，平底从动件凸轮推杆机构满足本机械的设计要求。凸轮的设计图如下图所示： 图9 凸轮结构机器尺寸4.2.5 凸轮轴的设计在抖动筛板的下方，是类似的凸轮推杆机构，该机构是通过一根轴的固定支撑作用，使凸轮能在轴的转动带动下，对筛板实现反复的来回推动效果。按扭矩初算轴径：该轴的材料选用45钢，热处理方式为调制处理，硬度217-255HBS，根据机械设计教材，取：C=114， 按扭矩计算轴的最小直径公式为： d，代入数据算得凸轮轴的最小直径是d=9.32mm,考虑到该轴的作用是固定凸轮以及将运动从带轮传递到凸轮上，因此在该轴上还需装配上其他零部件，有轴承、带轮、键、圆螺母等零件。该轴上零件的固定方案为两端轴承的轴向固定是由轴肩和轴承端盖完成，带轮的轴向固定是由轴肩和圆螺母来实现，带轮的周向固定是由普通平键的周向固定来实现。轴上零件的装配顺序为现将轴装入到机架上，然后装入两侧的凸轮和键，将凸轮轴向和周向都固定好，然后装入两端的轴承，再装配轴承端盖，并在这一步将轴、轴承以及轴承端盖都在机架上固定好，只留下伸出来的一段装带轮的轴，将带轮、键装配到预留的轴段上，拧上圆螺母，实现轴上所有零件的装配和固定。确定轴的各段直径和长度：该轴上最小轴径处是与带轮装配的轴段，安扭转条件计算算得的最小直径是9.32mm，在实际中取最小直径为13mm。轴上的滚动轴承初步选择深沟球轴承轴承，根据该处的实际工作情况和机械设计课程设计手册，选取代号为6002的深沟球轴承，标注为：滚动轴承 6002 GB/T 276-1994，其尺寸为d*D*T=15*32*9,因此在与轴承相配合的轴段上轴的直径为=15mm,该轴段的长度为=9mm，与凸轮相配合的轴段安凸轮的实际尺寸确定，即为直径=20mm,该轴段的长度为=20mm,轴端与带轮装配的轴段，初级设计带传动为普通V带Z型传动，按前面的叙述以及设计计算结果，初步设计带轮的直径为160mm，与轴相配合的孔直径为13mm，古在此段轴段上的轴直径为=13mm,长度按后续带轮以及圆螺母的尺寸在后面的设计中确定。至此，其他尺寸按机器的整体结构尺寸确定。4.3 传动部件的设计4.3.1 电机至主动辊轮的传动设计该机械是作为中小型家庭用农用机械，要求传动系统简单，能在比较恶劣的工作环境中正常工作，并且要求制造和维修成本都比较低，因此电机到主动辊轮之间的运动传递采用带传动，带传动是一种挠性传动，能满足该机械的传动要求，并且能实现两个辊轮的方向转动，同时带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，结合本设计的实际使工作环境以及参阅机械设计第八章带传动的内容做出如下设计：该路线的传动采用普通V带Z型带传动，根据机械设计带传动章节表8-1得出以下传动带数据：普通V带的带型节宽 /mm顶宽b/mm高度h/mm横截面积A/楔角Z 8.5 10.0 6.0 47 表1 V带截面尺寸带的截面及节线示意图如下所示： 图10 皮带节线轮廓示意图 图11 皮带截面示意图电机轴带轮的设计：电机轴带轮是整个机器的第一级动力输出轮，皮带采用普通V带Z型带，此带轮与电机轴的装配时轴端的固定是依靠电机轴上的轴肩和轴端挡圈来实现轴端固定的，周向固定是通过普通平键来实现，同时普通平键将电机轴的轴向转动传递到带轮上，通过带轮再传递到主动辊轮的带轮上，完成运动的传递。根据机械设计教材表8-8以及机械的整体尺寸，选择电机轴输出带轮的基准直径为=75mm,由以上的数据算得此带轮的轴的直径d=28mm.带轮的基准直径2.5d，所以采用实心式带轮根据机械设计第八章章节内容，设计次带轮的尺寸结果如下：=1.8d=53.2mm 取=52mm;由表8-10得 =3mm;=61mm; =+2=81mm; f=10mm; B=2f+e=32mm; L=B=32mm。三维模型如下：图12 电机输出轴带轮主动辊轮带轮的设计：主动辊轮的带轮采用铸铁通过铸造方式而制成，此带轮与主动辊轮端轴的装配时轴端的固定是依靠主动辊轮端轴上的轴肩和轴端挡圈来实现轴端固定的，周向固定是通过普通平键来实现，同时普通平键将带轮上的轴向转动传递到主动辊轮端轴上，完成运动的传递。由以上的设计计算结果可知，该结构上的带轮孔直径为d=34mm，而V带轮的结构形式与其基准直径有关，根据机械设计教材第八章章节内容可知，在该结构上要保持i=2的传动比的带轮的基准直径是=150mm，由于2.5*d=100150=因此该带轮可采用实心式结构，而=150300mm，所以该带轮最终应该选择腹板式带轮结构。根据机械设计第八章章节内容，设计此带轮的尺寸结果如下：=1.8d=72mm 取=72mm;由表8-10得 =3mm; =136mm; =+2=156mm; f=10mm; B=2f+e=32mm; C=10mm; L=B=32mm。该带轮的三维模型以及工程图在此说明书上不列出，在本次设计的工程图和三维建模上有详细的图示。4.3.2 主动辊轮至凸轮机构的传动设计在这条运动的传动路线中，要求运动从主动辊轮的另一端输出，通过传动部件最终传递到凸轮轮轴上，带动凸轮的运动，在期间，该传动部件还需带动从动辊轮的运动，并且要保证主动辊轮和从动辊轮之间转向相反。传动方案的确定：由以上传动要求，以及该机械是作为中小型农用机械，传动系统应该简单易维修，并且能经受住比较恶劣的工作环境，在制造和生产上还要求价格低廉，容易制造生产，因此在此传动路线上选择带传动。根据机械设计教材第八章带传动章节内容可知，若要满足以上的传动要求，在改机械上可选用普通V带Z型带传动。查阅机械设计教材表8-1，得此传动带的截面尺寸如下表：普通V带的带型节宽 /mm顶宽b/mm高度h/mm横截面积A/楔角Z 8.5 10.0 6.0 47 表2 V带Z型带的截面尺寸此路线上的带节线的长度有机械的整体结构尺寸而定，具体数值在整机装配工程图上详细标注，此处不做特表表示。主动辊轮输出轴带轮的设计：由以上叙述可知，该结构是普通V带的带轮，在前面的章节我们涉及到输出路线上主动辊轮和从动辊轮需要保持一定的转速差，这个转速差也就是传动比，已经确定这个转速比的最合适的值为i=4.2。参考机械设计教材第八章表8-6，结合本设计的综合结构尺寸，该处的带轮尺寸要设计的比较小，只有这样才能使从动辊轮的带轮不至于过大，按表中推荐的V带轮的最小基准直径，选取基准直径为=50mm,为了降低生产设计以及加工成本，因此使输出端轴和输入端轴采用同样的结构，因此该带轮的轮孔直径为d=34mm,2.5d=84mm50mm=,并且300mm，因此该带轮的结构形式采用实心式结构。由机械设计教材第八章，图8-14的设计计算公式可得此带轮的基本结构尺寸如下：=1.8d=61.2mm， 取=64mm;由表8-10得 =3mm; =34mm; =+2=54mm; f=10mm; e=12mm;B=2f+e=32mm;=8.5mm; L=B=32mm 该带轮的结构示意图在此不作表述。从动辊轮输入轴带轮设计：该带轮的作用是接受从主动辊轮传递下来的运动，转换成为从动辊轮的输入运动，在这个过程中要实现运动的反向传递，因此设计成该带轮安装在皮带的外侧，带轮的外表面与皮带的背面接触配合，通过皮带和带轮外表面的摩擦作用带动带轮的转动，实现运动的传递。为了实现上述运动要求以及满足V带的配合，因此将此带轮的结构设计成没有轮槽的结构，而是一个轮毂，外围是包裹的一圈橡胶制的外圈，该外圈的作用是增大带轮与皮带之间的摩擦，同时橡胶层的存在也在一定程度上起到了吸振缓冲、张紧的作用。该带轮的轮毂结构按照机械设计教材第八章章节内容设计，由于该路线上的传动比 i=4.2,因此该带轮最外圈橡胶层的直径为=210mm,带轮的中心轴孔按照辊轮端轴的尺寸选取，即选取d=34mm,根据机械设计教材第八章章节内容可知，该带轮的结构可设计为孔板式带轮，设计的结构尺寸如下： =1.8d=72mm 取=72mm;由表8-10得 =136mm; f=10mm; B=2f+e=32mm; C=10mm； L=B=32mm。三维模型如下图所示：图13 从动辊轮带轮凸轮轴带轮的设计：凸轮轴的带轮作用是将主动辊轮上的运动输出传递给凸轮轴，再由凸轮轴的转动带动凸轮，实现类似凸轮推杆机构的运动输入。由前面设计计算结果可知，在此凸轮轴带轮的连接处轴的直径为d=13mm,因此该带轮的中心轴孔的直径为d=13mm，根据机械设计教材第八章带轮的设计内容介绍，按表8-1以及机器的实际尺寸选取该带轮的基准直径为=160mm。V带的结构形式与基准直径有关，2.5d=2.5*13=32.5160=，因此该带轮不能采用实心式带轮结构。在本带轮的设计中，=160mm300mm, =2d=26mm; d=13mm; =3mm; =+2=164mm; =7mm; 取 =10mm; 则有 =-2(+)=126mm; =0.5(+)=76mm; 取 f=10mm; e=12mm; B=e+2f=32mm; =8.5mm; =20mm; 由于 B1.5d; 所以 L=B=32mm; =0.25B=8mm.该带轮的所有结构尺寸计算完成。4.4 标准件的选择及校核4.4.1 滚动轴承的选择及校核 滚动轴承的选择应该按照轴承所承受载荷的大小，性质以及方向，还有转速及工作环境要求等等情况来进行选择。假如轴承在工作工程中只承受或者基本上支承受径向载荷，而轴向载荷很小，甚至可以忽略不计的情况下，而且转速比较高，在这种情况下应该选用深沟球轴承轴承；假如轴承在工作的过程中，轴承同时要承受较大的轴向力和径向力，或者传动件的轴向位置需要调整的情况，则应该选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承。在本机器的设计中，轴承在工作过正中受到的径向力远远大于其受到的轴向力，而且工作环境比较多杂物，转速也比较高，因此本机器的滚动轴承选用深沟球轴承。滚动轴承型号的选择：根据机械设计课程设计手册第六章滚动轴承的内容，以及在前面章节对轴的设计结果综合考虑，在本机器的设计中选择的轴承如下：双辊轮轴的轴承标记为：深沟球轴承 6008 GB/T 276-1994其尺寸为：d*D*B=40*68*15;该型号轴承的基本额定动载荷=17.0KN,基本额定静载荷=11.8KN;凸轮轴的轴承标记为：深沟球轴承 6002 GB/T 276-1994其尺寸为：d*D*B=15*32*9;该型号轴承的基本额定动载荷=5.58KN,基本额定静载荷=2.85KN轴承使用寿命的校核：假设该板栗去毛壳机的使用年限为十年，每年在秋季板栗的收获季节每天工作八小时，连续工作一个月，则轴承预计所需的寿命为： =24*30*8=5760h;滚动轴承的寿命校核根据机械设计教材第十三章寿命的校核内容来校核。轴承的寿命校核公式为： =对于深沟球轴承，根据机械设计教材的内容可对上式中=3，结合该轴承在工作中的工作环境，本设计中取=1.00,因为轴承在工作中所承受的轴向载荷相比于景象在和来讲小很多，可以做到忽略不计，因此可认为轴承在整个工作过程中只受到径向载荷作用，所以轴承当量动载荷的计算式为：P=X；根据机械设计教材的内容选取上式中=1.00.双辊轮轴上的轴承寿命校核：由 所以在此机器上双辊轮轴上的轴承选择满足该机器在实际使用过程中的工作要求，选择合理。凸轮轴上的轴承寿命校核：由 所以在此机器上凸轮轴上的轴承选择满足该机器在实际使用过程中的工作要求，选择合理。4.4.2 键的选择计算及校核链接键的选择包括选择其类型和尺寸，类型的选择是由机器的工作环境和键在工作中收到的载荷和振动等情况来选择的，而键的尺寸是通过标准规格和强度要求选择。根据本设计机械在实际的工作情况和链接键在工作中所受的载荷情况，查阅机械设计课程设计手册第四章章节内容，确定本机械中的键选择类型为普通平键A型，各个连接处的键的尺寸计算和校核如下：与电机轴链接的键：电机轴的轴径d=28mm,根据机械设计课程设计手册第四章表4-1选择该键的标记为: GB/T 1096 键 8*7*28选择的键的材料是钢，而电机轴和电机轴带轮的材料也是钢，查阅机械设计教材可知其许用应力=100120MP,在该键的强度校核中选取其中间值，即取其许用应力=110MP。键和电机轴带轮轮毂的接触高度为： K=0.5h=0.5*7=3.5mm;由机械设计教材得键的工作长度为： L=L-b=28-8=20mm;查阅机械设计课程设计手册可知所选的电机输出的最大转矩为=2.5Nm,由机械设计教材第六章6-2式可得该键的工作应力为： =2.1MP因此该键的设计选择合理。辊轮轴上键的选择及校核：辊轮轴上相配合的端轴的轴径d=34mm,根据机械设计课程设计手册第四章表4-1选择该键的标记为: GB/T 1096 键 10*8*25选择的键的材料是钢，而辊轮轴的材料是45钢经过调制处理，辊轮端轴带轮的材料也是钢，查阅机械设计教材可知其许用应力=100120MP,在该键的强度校核中选取其中间值，即取其许用应力=110MP。键和辊轮轴带轮轮毂的接触高度为： K=0.5h=0.5*8=4mm;由机械设计教材得键的工作长度为： L=L-b=25-10=15mm;在双辊轮结构中，主动辊轮承受的工作载荷最大，其承受的工作转矩也最大，由前面章节的设计计算结果可知，主动辊轮端轴上的转矩为=24.8Nm,由机械设计教材第六章6-2式可得该键的工作应力为： =26.27MP因此该键的设计选择合理。凸轮轴带轮键的选择和校核：凸轮轴的轴径d=13mm,根据机械设计课程设计手册第四章表4-1选择该键的标记为: GB/T 1096 键 5*5*28选择的键的材料是钢，而凸轮轴和凸轮轴带轮的材料也是钢，而且凸轮轴与带轮相配合处还经过调质处理，查阅机械设计教材可知其许用应力=100120MP,在该键的强度校核中选取其中间值，即取其许用应力=110MP。键和凸轮轴带轮轮毂的接触高度为： K=0.5h=0.5*5=2.5mm;由机械设计教材得键的工作长度为： L=L-b=25-5=20mm;凸轮轴在工作过程中奖承受凸轮和抖动筛板接触而带来的工作转矩，在满载荷工作的情况下，由前面章节的设计计算结果可知=21.6Nm。由机械设计教材第六章6-2式可得该键的工作应力为： =66.46MP810mm上壳体厚度=0.8510mm下壳体凸缘厚度=1.515mm上壳体凸缘厚度=1.515mm上壳体与下壳体连接螺栓直径16mm轴承端盖螺栓直径6mm定位销直径d d=0.810mm螺栓扳手空间与凸缘宽度安装螺栓直径M8M10M12M16M20M24M30至外箱壁距离131618222634 40至凸缘边距离11 1416202428 34沉头座直径20242432404860轴承旁凸台半径=10mm凸台高度h自定30mm外箱壁至轴承座端面距离=+（58） 35mm双辊轮与内壁距离15mm下壳体肋厚0.85=10mm轴承端盖外径D+(55.5)或=1.25D+10(D轴承外径)98mm轴承端盖凸缘厚度tT=（11.2）3mm表3 机架主要结构尺寸4.5.2 附件的选择轴承盖的选择：轴承盖是作为轴承轴向固定的零部件，在本机械的设计中，轴承盖一共有六个，分别是两个主动辊轮轴轴承盖、两个从动辊轮轴承盖和两个凸轮轴轴承盖。根据机械设计课程设计手册第十一章章节内容，本机械中所用到的轴承盖采用凸缘式轴承盖。参照表11-10和各轴的轴径设计计算各个轴承盖的结构和尺寸，在这里不全部意义列举，仅以主动辊轮端轴的轴承盖为例，该轴承盖的设计计算图示尺寸如下图： 图14 轴承盖结构及尺寸圆螺母的选择：在该机器中，凸轮轴的轴径比较小，它的带轮的轴端固定不适合用轴端挡圈固定，因此采用圆螺母来固定凸轮轴的带轮。根据机械设计课程设计手册第五章表5-6以及凸轮轴的轴径为13mm确定此处选用的圆螺母类型标记为 GB/T 810 M121.25；由前面的设计计算结果及表中的公式通过计算可得： =25mm; h=4.2mm; t=2.5mm;螺纹规格为M12，材料为45钢，槽或全部热处理后的硬度为3545 HRC，圆螺母的表面经过氧化处理。如下图所示： 图15 圆螺母三维模型轴端挡圈的选择：在本机械的双辊轮端轴的带轮的轴向固定、电机轴带轮的轴向固定采用轴端挡圈来实现。根据前面章节的设计计算结果，参阅机械设计课程设计手册第五章表5-3的内容，确定该机械中使用在辊轮轴上的轴端挡圈采用螺栓紧固B型轴端挡圈，螺栓的规格为M620； 垫圈的标记为 垫圈 GB/T 93-1987 6；按表5-3的计算式，有D=45mm;H=5mm;L=12mm;d=6.6mm; 使用在电机轴上的轴端挡圈采用螺栓紧固B型轴端挡圈，螺栓的规格为：M1620;垫圈的标记为 垫圈 GB/T 93-1987 6;按表5-3的计算式，有D=35mm;H=5mm;d=6.6mm。第五章 机器的润滑与防护润滑：本研究的设计成品的使用环境杂物较多，有时候甚至会有比较多的水分，因此机器的润滑要能够防水和防尘。通过查阅文献期刊和专业课教材，本机器中各个滚动轴承的润滑采用润滑脂润滑，满足本机械使用