大豆滚筒清选机传动结构设计

本科毕业论文题目：大豆滚筒清选机传动结构设计学生姓名 届 2016 学 院 机械工程 专业 机械设计制造及其自动化 指导教师 职称 助教 下达任务日期 2015年12月1日 摘 要大豆滚筒清选机作为农业机械的一种，现在已经越来越普遍地应用到农业的大生产中。国内大豆滚筒清选机的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。近期对机械行业中大豆滚筒清选机的使用情况进行了调查，发现在农业机械行业中，对于大豆等农作物的清选，如果在清选时使用临时设备清选，不但劳动强度太大而且工作效率极低，所以设计一个专用的大豆滚筒清选机势在必行。本文运用大学所学的知识，提出了大豆滚筒清选机的结构组成、工作原理以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了大豆滚筒清选机总的指导思想，从而得出了该大豆滚筒清选机的优点是高效，经济，并且运行平稳的结论。关键词：大豆滚筒清选机；农业机械；设备；高效ABSTRACTWith development of all kind of science technology and global economy, F manipulator is a automated 16 devices that can mimic the human hand and arm movements to do something，aslo can according to a fixed procedure to moving objects or control tools. It can replace the heay labor in order to achieve the production mechanization and automation, and can work in dangerous working environments to protect the personal safety.Therefore widely used in machine building, metallurgy, electronics, light industry and atomic energy sectors.The pneumatic part of the design is primarily to choose the right valves and design a reasonable pneumatic control loop, by controlling and regulating pressure, flow atcompress engt hthdirec tionpro cedurework.Theinvertedpendulumisatypicalhighordersystem,withmultivariable,non-linear, strong-coupling,fleetandabsolutelyinstable.Itisrepresentativeasanidealmodeltoprovenewcontroltheoryandtechniques.Duringthecontrolprocess,pendulumcaneffectivelyreflectmanykeyproblemssuchasequanimity,robust,follow-upandtrack,therefore.Thispaperstudiesacontrolmethodofdoubleinvertedpendulum.Firstofall,themathematicalmodelofthedoubleinvertedpendulumisestablished,thenmakeacontroldesigntodoubleinvertedpendulumonthemathematicalmodel,anddeterminethesystemperformanceindexweightmatrix,byusinggeneticalgorithminordertoattainthesystemstatefeedbackcontrolmatrix.Fthesimulationofthesystemismadeby.KEYWORDS：pneumatic manipulator ；cylinder ；pneumatic loop ；Fout degrees of freedom目 录 摘 要I ABSTRACTII 目 录III 1绪论11.1课题的来源与研究的目的和意义21.2本课题研究的内容31.3滚筒清选机的发展概况3 2大豆滚筒清选机总体结构的设计62.1大豆滚筒清选机的总体方案图82.2大豆滚筒清选机的工作原理102.3机械传动部分的设计计算11 2.3.1电机的选型计算12 2.3.2轴承的设计计算14 2.3.3齿轮传动的设计计算14 2.3.4传动轴的设计计算15 2.3.5键的设计163各主要零部件强度的校核17 3.1机架的设计与校核19 3.2轴承强度的校核计算204大豆滚筒清选机中主要零件的三维建模20 4.1电机的三维建模21 4.2滚轮的三维建模22 4.3滚筒的三维建模22 4.4大豆滚筒清选机的三维建模23结 论24致 谢25参考文献261 绪论1.1课题的来源与研究的目的和意义 随着国际标准化（SIO）的实施，世界大豆滚筒清选机以采用新材料、新技术、新工艺、新结构为基础,19世纪80年代，美国一家专业生产大豆滚筒清选机的公司将新开发的大豆滚筒清选机应用到欧美市场，经过几年的运行，为该公司创造了不菲的利润。继美国的这家生产大豆滚筒清选机的公司之后，日本的古来森公司也看到了大豆滚筒清选机的利润所在，投入了相当大的人力和精力来开发研制大豆滚筒清选机，并且与二十世纪中期投入到了北美等市场。当前，全世界各大机械人厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行大豆滚筒清选机的研发工作。现在国外等著名大豆滚筒清选机的品牌中，都有大豆滚筒清选机的销售，全世界大豆滚筒清选机的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，大豆滚筒清选机的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此大豆滚筒清选机是当今棒料生产加工企业比配的设备已经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的大豆滚筒清选机销售市场，机械人工业是西方资本主义国家的机械工业之一。 机械研究领域的发展与时俱进，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狭隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为目标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。 大豆滚筒清选机自从上世纪九十年代开始就陆续地被应用在农业方面，但传统的大豆滚筒清选机由于清选精度不高，速度缓慢，有好多工厂仍然采用人工清选的方式，这种人工清选的方式劳动效率低下，所以此次设计的大豆滚筒清选机，在传统的大豆滚筒清选机的基础上进行改进创新，应用合理的结构以及动力机构，从而来克服以往的大豆滚筒清选机所不能克服的问题，对后续的大豆滚筒清选机的设计制造有一定的参考意义和价值。 1.2本课题研究的内容本次设计主要针对大豆滚筒清选机进行设计，从大豆滚筒清选机的整体方案出发，然后具体细化出具体内部结构，其具体内部结构主要包括以下几个方面：1、到图书馆里查阅大量相关知识的资料，搜集出各类大豆滚筒清选机的原理及结构，挑选相关内容记录并学习。2、分析大豆滚筒清选机的结构与参数。3、确定设计总体方案。4、确定具体设计方案。5、大豆滚筒清选机的装配图、零件图的绘制。6、说明书的整理。1.3滚筒清选机的发展概况本次毕业设计是关于大豆滚筒清选机的结构的设计，首先对大豆滚筒清选机作了简单的概述；接着分析了该大豆滚筒清选机的结构的方案布局及工作原理，然后根据这些设计准则按照给定参数要求进行选型设计；接着对所选择的大豆滚筒清选机的结构各主要零部件进行了校核。大豆滚筒清选机的结构由机架，滚筒，齿轮传动，以及入料斗等几个部分组成。目前，大豆滚筒清选机正朝着大直径，高速度，低摩擦的方向发展，近年来出现的气垫式大豆滚筒清选机的结构就是其中的一个。在大豆滚筒清选机的设计、制造以及应用方面,目前我国与国外先进水平相比仍有较大差距,国内在设计制造大豆滚筒清选机过程中存在着很多不足。 在20世纪开始，欧美西方资本主义国家都不断地研发和设计新型大豆滚筒清选机，通过尝试各种机械结构的设计来弥补以往大豆滚筒清选机不足的缺陷。 2010年，国家各部委进行详细的调查和论证后认为：大豆滚筒清选机这个大产业在接下来的几十年内产值和市场占有率都会是井喷式的。 在2013七月，在测量市场大小的根本上行使2010之“大豆滚筒清选机产业的市场趋势考查”后续。情况即中国市场正在急剧膨胀，然后韩国，日本和德国都在拼命瓜分市场。 对于我国来说，由于国民经济的萧条，导致大豆滚筒清选机的发展也出现过了萧条的景象，由于加工设备和开发的能力有限，所以大豆滚筒清选机的发展也有一定的局限性，但随着工业水平的提高，大豆滚筒清选机的发展也越来越先进，不断地朝着方便及智能化等方向发展。 本次设计是关于大豆滚筒清选机的结构设计，通过对传统的大豆滚筒清选机的结构进行了设计，使得此种类型的大豆滚筒清选机的结构的使用范围更广泛，更加灵活，并且对今后的选型设计工作有一定的参考价值。2 大豆滚筒清选机总体结构的设计2.1 大豆滚筒清选机的总体方案图本次设计的大豆滚筒清选机采取的方案是：人工将大豆此类农作物倒入料斗里面，然后清选机通过三相电机带动齿轮传动继而带动内外滚筒转动，而内外滚筒内部都有筛网，筛网一安装在外滚筒里面清选大的石子，筛网二安装在内滚筒里面用于清选大豆，由于电机通过齿轮传动机构驱动滚筒转动，从而带动里面的筛网转动，而滚筒里面有三层过滤筛，这样大豆由于重力的作用会自动落入下面的筛网里面被过滤筛逐层过滤，最后有各自对应的出料口出料。其具体方案布局图如下：2.2 大豆滚筒清选机的工作原理 大豆滚筒清选机作为大豆滚筒清选机的一种，也是和其他大豆滚筒清选机的机理类似，其工作原理为：人工将大豆此类农作物倒入料斗里面，然后清选机通过三相电机带动齿轮传动继而带动内外滚筒转动，而内外滚筒内部都有筛网，筛网一安装在外滚筒里面清选大的石子，筛网二安装在内滚筒里面用于清选大豆，由于电机通过齿轮传动机构驱动滚筒转动，从而带动里面的筛网转动，而滚筒里面有三层过滤筛，这样大豆由于重力的作用会自动落入下面的筛网里面被过滤筛逐层过滤，最后有各自对应的出料口出料。2.3 机械传动部分的设计计算2.3.1电机的选型计算 已知整个大豆滚筒清选机的总重量150KG,其他重量50KG，我们取总重量为200Kg，清选箱反复移动速度为12r/min。即：具体的电机设计计算如下:1、确定运行时间本次设计加速时间 负载速度（m/min）有速度可知每秒上升50mm，电机转速 3.负载转矩式中：4.电机转矩启动转矩必须转矩S为安全系数，这里取1.0。 根据以上得出数据，我们选用电机型号为160BL-A，此无电机厂家为机电产品。根据电机的特性曲线以及参数表如下： 根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号为160BL-4030H1-LK-B，电机额定功率为0.37KW，额定转矩为7.62N.m，最大转矩为9N.m，额定转速为 3000r/min。电机大致图如下：外形尺寸292x232，电机输出轴径为24mm。2.3.2轴承的选型计算 轴承的选择并不是只考虑轴径一个因素，还要考虑到轴承的性能，一般要考虑到其寿命、可靠度（指该轴承达到或超过规定寿命的概率）、静载荷、动载荷、额定寿命、基本额定寿命、基本额定载荷等等很多因素。最主要的是允许空间、载荷的大小和方向、轴承工作转速、旋转精度、轴承的刚性（一般磙子轴承的刚性大于球轴承）、轴向游动、安装和拆卸。因为在本设计的轴上径向载荷大，轴向载荷小，而且存在轴或壳体变形大以及安装对中性差的问题，所以选用调心滚子轴承，因为调心磙子轴承主要承受径向载荷，也可同时承受少量的双轴向载荷，而圆锥磙子轴承有打的锥角可承受大的径、轴向联合载荷。所以选用（双列向心）圆锥磙子轴承，有双内圈，并是可分离的轴承，根据d=80mm,由参考资料2P7356 表7278 带紧定套的调心滚子轴承（GB/T288-1994），选用22218CK/W33+H318轴承，其基本额定载荷为=240KN,=322KN, 根据轴承选用配套的轴承座，参考资料2P7-43表7-2-105 适用圆锥孔的异径孔滚动轴承座(GB/T7813-1998) SNK型轴承座，可选用SNK316型的轴承座。2.3.3齿轮传动的设计计算 已知系统工况为该大豆滚筒清选机的结构每天工作12小时，使用环境为干燥，室温，故：1） 选择齿轮材料为45（调质），硬度为280HBS.2） 精度等级选用7级精度； 3）小齿轮齿数z150，大齿轮齿数z275的； 4） 齿轮模数都为2的直齿轮 因为低速级的载荷大于高速级的载荷，所以通过低速级的数据进行计算 1） 确定公式内的各计算数值 （1） 试选Kt1.6 （2）选取区域系数ZH2.433 （3）选取尺宽系数d1 （4）查得10.75，20.87，则121.62 （5）查得材料的弹性影响系数ZE189.8Mpa （6）按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1600MPa；大齿轮的解除疲劳强度极限Hlim2550MPa； （7）计算应力循环次数 N160n1jLh601921（283005）3.3210e8 N2N1/56.64107； （8） 查得接触疲劳寿命系数KHN10.95； KHN20.98 ；（9） 计算接触疲劳许用应力 ；取失效概率为1，安全系数S1，由得： H10.95600MPa570MPa H20.98550MPa539MPa HH1H2/2554.5MPa；2.3.4传动轴的设计计算（1）初步确定轴的直径mm （3.32）根据工作条件，取mm（2）传动轴受力分析N （3.33） N （3.34） N （3.35）（3） 绘制传动轴的受力简图，求支座反力垂直面支反力：由，得： （3.36） 由，得： N （3.37）水平面支反力：由，得： （3.38） N由，得： N （3.39） （4）作弯矩图： A点 Nmm （3.40）B点 Nmm （3.41）C点Nmm （3.42） （5）作转矩T图： Nmm （6）校核轴的强度：按弯扭合成应力校核轴的强度校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面C）的强度。由文献1，15-5可知，取，轴的计算应力 MPa （3.43）选定轴的材料为45钢，调质处理，由文献1表可知，MPa。因此，故安全。（7）精确校核轴的疲劳强度判断危险截面从应力集中对轴的疲劳强度的影响来看，截面IV和V引起的应力集中最严重，而V受的弯矩较大；从受载的情况来看，截面C的应力最大，但应力集中不大，故C面不用校核。只需校核截面V。截面V左侧抗弯截面系数 mm （3.44）抗扭截面系数 mm （3.45）截面V左侧的弯矩M为 Mpa （3.46）截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应 Mpa （3.47） 截面上的扭转切应力MPa （3.48）轴的材料为45钢，调质处理。MPa，MPa，MPa。用插入法求出 ，轴按精车加工，可知，表面质量系数为： 轴未经表面强化处理，固得综合系数为 （3.49） 可知，碳钢的特性系数 取 取所以轴在截面V左侧的安全系数为 （3.50） （3.51） （3.52）故该轴在截面V左侧的强度是足够的。截面V右侧抗弯截面系数 mm抗扭截面系数 mm截面V左侧的弯矩M为 MPa截面V上的扭矩T为 MPa 截面上的弯曲应力 MPa截面上的扭转切应力 MPa截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及取：因， ，轴的材料的敏感系数为 ，故有效应力集中系数按文献1，附为 （3.53） 轴的截面形状系数为轴的材料的敏感扭转剪切尺寸系数为综合系数为 所以轴在截面V左侧的安全系数为 故该轴在截面V左侧的强度是足够的。2.3.5键的选型计算 机械设备中连接的方式有很多种，有螺纹连接，键连接等等，键连接主要是用在轴和其他传动机构配合的场合，用来传递轴的输出扭矩。通常情况下，选取键条的类型很关键，根据不同的工况选取不同的键。一般都有标准值，也就是说，在机械设计手册里面查询得到。键的bh根据径来确定。轴和带轮的联结，d=80mm, 参考资料2P5-194表5-3-18 (GB/T1095-1979)选用B2090的普通B型平键，键长分别为90。3各主要零部件强度的校核3.1机架的设计与校核机架的设计主要要保证刚度、强度、及稳定性。其中，刚度是评定大多数机架工作能力的主要准则；强度是定重载机架工作性能的基本准则，机架的强度应根据机器在运转过程中可能发生最大载荷或安全装置所能传递的最大载荷来校核其静强度，有时还要校核其疲劳强度。机架的强度和刚度都 需要从静态和动态两方面来考虑。动刚度是衡量机架抗振能力的指标，而提高机架的抗振性能应从提高机架的构件的静刚度方面入手，合理设计机架构件的截面形状和尺寸。稳定性是保证机架正常工作的基本条件，必须要注意。1）在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本底；2）抗振性好；3）由于内应力及温度变化引起的结构变形应力最小；4)结构力求便于安装与调整，方便修理和更换零部件； 初步确定机架的形状和尺寸，机架的结构形状和尺寸，取决于安装在它们内部与外部的零部件的形状和尺寸，配置情况、安装与拆卸等要求。同时也取决于工艺、所承受的载荷、运动等情况。机架材料的选用主要根据机架的使用要求，多数机架形状较复杂，故一般采用铸造，由于铸铁的铸造性能好，价廉和吸振能力强，所以应用最广。 由于本设计是用于淀粉的加工设备中，属于重型机架，而圆锥筛的设备可以从淀粉的加工工艺流程图可以看到，此设备一般会布置到二搂，而不会在底层，这就要求机架的重量轻，所以采用焊接机架，而且焊接机架具有制造周期短、重量轻、成本底且强度和刚度高、施工简便等优点，主要由钢板、型钢或铸钢件等焊接而成。左端架起筛筒那部分采用板焊结构，主要就是钢板拼焊而成，右端机架采用型钢结构，主要由槽钢，角钢，和钢板焊接而成，重量轻，成本底，材料利用充分。焊接时应注意以下几点： 材料的可焊性 可焊性差的材料会造成焊接困难，焊缝的可靠性降低 所以本设计考虑到材料的可焊性选用25钢；合理布置焊缝 焊缝应位于低应力区，以获得承载能力大，变形小的构件，焊缝布置要尽可能对称和减少焊缝的数量、尺寸，且焊线要短，主要焊线要连续；提高抗振能力 普通钢材的吸振能力低于铸铁，对抗振能力要求高的焊接件应采取抗振措施，可利用钢板间的摩擦力来吸收振动；合理选择截面形状 提高焊接接头抗疲劳能力和抗脆断能力。尽可能选用标准型材、板材，合理确定焊缝尺寸。3.2轴承强度的校核计算根据根据条件，轴承预计寿命163658=48720小时；(1）已知n=458.2r/min两轴承径向反力：FR1=FR2=500.2N；初先两轴承为深沟球轴承6204型。根据课本P265（11-12）得轴承内部轴向力FS=0.63FR则FS1=FS2=0.63FR1=315.1N；(2)FS1+Fa=FS2Fa=0 故任意取一端为压紧端，现取1端为压紧端 FA1=FS1=315.1NFA2=FS2=315.1N；(3)计算当量载荷 P1、P2根据课本P263表（11-9）取fP=1.5;根据课本P262（11-6）式得P1=fP(x1FR1+y1FA1)=1.5(1500.2+0)=750.3N；P2=fp(x2FR1+y2FA2)=1.5(1500.2+0)=750.3N；(4)轴承寿命计算P1=P2故取P=750.3N；深沟球轴承 =3；4 大豆滚筒清选机中主要零件的三维建模4.1电机的三维建模4.2滚轮的三维建模4.3滚筒的三维建模4.4大豆滚筒清选机的三维建模结论这次的毕业设计基本告一段落了。他基本上包含了我们四年的所学。不过还是有些问题没处理好。比如在实验的过程中发现我们所学习的知识与实践中的操作和加工过程还是有一定的出入。进行实践操作还需要不断的改进。通过我们查阅资料和问老师使得这次的毕业设计能够完成。通过不断的解决实验中所遇到的问题，在这个过程中我也学会了从哪方面下手，如何采用正确有效的方法去分析问题以及搜集整理文献资料，同时能把理论问题运用到实践中。因为这次毕业设计是最后一次设计，所以，不仅仅要有方法一起去发现问题，而且要通过自己的努力去解决问题。通过这次设计与制作，更加深刻了对书本知识的理解和认识，明白了毕业设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。通过这次毕业设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行毕业设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。这是一门综合性很强的课程，其中包含了很多门科目有机械设计、理论力学、工程材料、材料成型、机械制造、制图等知识，通过设计过程可以把以前学的知识进行更加深入的理解，同时大大提高个人训练能力。设计一个零件或结构，要先了解其功能原理，然后在使其满足使用功能的基础上进行设计和创新，不能毫无根据漫无目的的瞎想、乱改。结构设计中的所有结构的有无、位置、尺寸都是有根据甚至有标准的，不能看到别人有而有，也不能乱加或随意编写数据。否则可能对整体功能或使用维修等带来影响。 通过毕业设计，我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致。设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱，有几次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来。我不禁时刻提示自己，一定要养成一种高度负责，认真对待的良好习惯这次设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。在此要感谢指导老师的辛勤教导与详细讲解，您还帮助我们找出解决问题的不同方法。我从此次毕业设计中学到了许多有用的知识和技巧。最后再一次真诚感谢您。 最后，真心得感谢老师的细心教导和帮助。21致 谢 至此在论文完成之际，向我的导师表示由衷的感谢！真心的感谢我的导师这几年来对我的谆谆教导，感谢我敬爱的老师，您不仅在学习学业上给我以精心的指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解，给予我人生的启迪，使我在顺利地完成大学阶段的学业同时，也学到了很多有用的做人的道理，明确了人生目标。知道自己想要什么了，不再是从前那个爱贪玩的我了。导师严谨求实的治学态度，锐意创新的学术作风，认真加负责，公而忘私的敬业精神，豁达开朗的宽广胸怀，平易近人。经过近半年努力的设计与计算，查找了各类的大豆滚筒清选机的设计资料，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动和开心。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为我自己已经尽力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识，在此对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意，谢谢各位同学老师。参考文献1 郑淑芳 机械设计理论研究与探讨 北京：科学出版社，2004.52 黄长艺 清选机操作系统概述 北京：机械工业出版社，2005.13 周宏甫. 大豆滚筒清选机的创新设计.高等教育出版社，2004.34 姜继海，宋锦春，高常识. 大豆滚筒清选机工作原理.高等教育出版社，2002.85 张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计.机械工业出版社，2001.46 钱平. 清选机应用技术 机械工业出版社，2005.17 张辽远. 大豆滚筒清选机操作系统的设计与实现. 机械工业出版社2002.88 基恩士传感器选择手册 2010版本9 黄长艺，严普强.机械工程测试技术基础. 机械工业出版社，2001.110 张桓，陈作模.机械原理.高等教育出版社，2000.811 王昆，何小柏，汪信远. 清选机工作原理.高等教育出版社，1995.1212 徐锦康.机械设计. 高等教育出版社，2004.413 胡泓，姚伯威.机电一体化原理及应用. 北京：国防工业出版社，2000.614 陈铁鸣 清选机的创新. 高等教育出版社，2003.715 孙靖民.机械优化设计. 机械工业出版社，2005.116 王勇领.系统分析与设计.北京:清华大学出版社，1991.717Hirohiko Arai, Kazuo 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