基于UG三维的玉米脱粒机的创新设计

目 录1.引言12.玉米脱粒机总体结构12.1入料装置12.2强制喂入装置22.3脱粒装置22.4机架22.5筛选装置22.6总体设计33.玉米脱粒机主要参数33.1 电动机的选择33.2 滚筒上纹杆转速43.3 滚筒功率确定43.4 电动机功率确定43.5电动机的选择54.传动系统设计64.1传动带的设计与校核6 4.1.1 确定计算功率6 4.1.2 选择V带的型号7 4.1.3确定带轮的基准直径7 4.1.4 确定传动中心距和带长8 4.1.5 验算主动轮上的包角8 4.1.6 确定V带的根数8 4.1.7 确定带的初拉力9 4.1.8求V带传动作用在轴上的压力94.2 V带带轮设计95.关键部件设计115.1脱粒滚筒设计115.2导向上护盖设计125.3栅格式凹板设计135.4喂料口设计135.5机架的设计146传动轴设计15参考文献：16附赠UG三维文件领取加Q 197216396 或 11970985 玉米脱粒机的创新设计摘要：为了降低玉米脱粒过程中的劳动强度以及提高脱粒工作效率，设计一款玉米脱粒机。该机器主要有喂料斗，上护盖，下护盖，纹杆式脱粒滚筒，机架以及传动部件等机构组成。由电动机提供动力，经带传动将回转力矩传递至纹杆式脱粒滚筒，脱离滚筒与栅格式脱粒凹板和上护导轨盖相配合进行脱粒，玉米粒经收集装置输出机器外，玉米芯从出料口排出。关键词：玉米 脱粒机 创新设计1.引言玉米在我国乃至世界粮食生产中的重要地位，决定了玉米生产加工备受关注。中国是玉米作物种植大大面积平原的玉米收获作业，基本上可以实现集玉米收获，去皮，脱粒，清选一体化作业。但在一些小面积甚至丘陵地带种植的玉米，大型联合收获机无法国，据不完全统计，2005年中国玉米产量为13937万吨，在东北与华中平原的进入，就形成了收获后再进行去皮与脱粒等工作。传统玉米脱粒主要依靠纯手工作业或者利用专用脱粒机械通过人力进行脱离作业。近几年随着农业机械化的发展，小型电动玉米脱粒设备已开始普及，目前常见的玉米脱粒形式有冲击式脱粒，碾压式脱粒，挤搓式脱粒，差速式脱粒，搓擦式脱粒等几大形式，上述脱粒形式各有特点。根据玉米脱粒工作实际比较与研究，根据搓擦式原理创新设计一种脱粒机。其工作原理是：在玉米脱粒时，通过纹杆式脱粒滚筒与下方的栅格式凹板相配合进行搓擦脱粒，经过上护盖的导板使玉米移动脱粒。玉米芯随导板从排料口排出，玉米粒经下方的收集装置从下方排出。2.玉米脱粒机总体结构 该玉米脱粒机的主要组成部分有：入料口、螺旋推进器、纹杆式脱粒装置、栅格式凹板、机架、上下护盖等组成。 2.1入料装置 入料口整体形状呈斗状，与机器的上护板通过螺栓相连，入料口由2mm厚的钢板焊接而成，已剥皮的玉米从入料口上方进入机器，利用自身重力滑落至螺旋推进器。 2.2强制喂入装置 强制喂入装置即螺旋推进器，利用螺旋推机器的轴向转动将玉米从纹杆式脱粒滚筒的切向喂入，依靠脱粒滚筒与栅格式凹版和上护板相互配合进行搓擦脱粒。 2.3脱粒装置 脱粒装置主要由脱粒滚筒与栅格式凹版组成，经螺旋推进器喂入的玉米穗在脱粒滚筒与凹版的相对转动下进行搓擦脱粒，上护盖内设有螺旋形导板，有利于玉米在脱粒过程中保持方向一致，提高了玉米在脱离过程中的运动速度。玉米穗在钉齿滚筒和栅格式凹板之间进行脱粒，将已脱下的玉米粒从栅格式凹板的缝隙漏下，落到下滑板，由仓口排出机体之外，玉米芯借助于滚筒上的螺旋式纹杆和上护盖上的螺旋导板，由出料口排出机体之外。 2.4机架机架是由左机架、右机架、出料口及稳定结实的主机梁组成，机架是玉米脱粒机的主要支撑，他承担着脱粒机的主要重量和动力、负载和力矩，因此它的设计是许强不弱的部分。机架的两部分要各自稳定，而且相对固定，以便做到机械在运转过程中不会产生晃动、歪斜，造成人身危险，因此为了机架的坚固，此玉米脱粒机的设计采用三毫米厚的角铁制成。 2.5筛选装置 筛选装置主要由栅格式凹板组成，它是由一定数量的铁条及两条主要梁和副梁组成，每两根副梁之间的缝隙可以将玉米卡住，然后快速旋转的纹杆式滚筒将被卡死的玉米强行脱粒，当然，无论是工作时还是安装时，栅格式凹板是固定不动的。经脱粒滚筒脱下的玉米粒靠栅格式凹板上的间隙落入下护盖的收集装置，由于玉米芯不能穿过凹板的间隙，进而实现玉米粒与玉米芯的分离，玉米芯通过轴向运动从出料口排出机器。 2.6总体设计由上所述，该玉米脱粒机由三相异步电动机提供动力，电动机固定在机架的下方，通过带传动将动力传至传动轴。将待脱粒的玉米穗从机体的斗式入料口喂入，经过螺旋推进器从纹杆式脱粒滚筒的切向强制喂入，进入到脱粒区域的玉米穗在纹杆式脱粒滚筒与其下方的栅格式凹板相互配合下进行搓擦脱粒，玉米穗在上护盖设的螺旋导板与滚筒上的螺旋纹杆共同作用下呈螺旋式轴向运动。经脱粒的玉米粒在栅格式凹板的分离作用下与玉米芯分离，玉米粒经凹板下方的下护盖收集装置进行收集，玉米芯从机体的出料口排出机外。该玉米脱粒机工作效率高，单位时间内可完成多人的工作量，大大降低了劳动强度，节省了工作时间，还有安全性能高、效率高、坚固耐用、结构简单便于维修和保管等优点。玉米脱粒机主要结构如图所示： 图2.6 玉米脱粒机主要结构示意图3.玉米脱粒机主要参数 3.1 电动机的选择纹杆式玉米脱粒机较钉齿式玉米脱粒机消耗功率较大，但因所设计设计的玉米脱粒机为小型玉米脱粒机，故实际所需功率并不大。根据资料查询得知查得该尺寸纹杆式脱粒滚筒受力约为。 3.2 滚筒上纹杆转速确定该机器滚筒转速为800，由于纹杆固定在滚筒上，故纹杆的角速度与滚筒的一致。由于设计的纹杆式脱粒滚筒为锥状，故取其平均半径为有效半径。 式中：有效半径 大端半径 小端半径 故纹杆有效转速为： 式中：纹杆的转速 脱粒机主轴的转速 钉齿距轴心的距离 3.3 滚筒功率确定 玉米脱粒机所需功率为，应由脱粒机的工作阻力和运转参数求定，即：，计算求得： 3.4 电动机功率确定电动机功率由公式来计算，脱粒机传动装置的总效率，应由组成传动装置的各个部分运动副的效率只积，即 ，其中、 分别为每一个转动副的效率，选取传动副的效率值如下： 滚动轴承（每对）0.980.995 即取 =0.99 V带传动 0.940.97 即取 =0.97 滚筒转动 （因为钉齿条固定于滚筒上） 即取 =1则 由此可得电动机的功率：3.5电动机的选择 根据资料脱粒机一书可查得主轴的转速在 750850，按机械设计指导书中表一所推荐的传动比合理取值范围，取V带的传动比24，即可满足电动机的转速与主轴的转速相匹配，故电动机转速范围可选为：。 符合这一范围的同步电动机转速的有720，1440，2900，根据容量和相关转速，由机械设计通用手册查出三种适宜的电动机型号，因此有三种不同的传动比方案，如表1：表1 电动机的型号和技术参数及传动比 方案电动机型号额定功率电动机转速基本参数P/kW同步转速满载转速效率（%）电动机重量（KG）功率因数1Y160M2-85.5750720851190.742Y132S2-45.51500144085.5680.843Y132S1-25.53000290085.5640.88 综台考虑电动机和传动装置的尺寸、重量以及带传动的传动比，可知方案3比较适合。因此选定电动机型号为Y132S1-4。所选电动机的额定功率5.5kw，满载转速=1440rmin，总传动比适中，传动装置结构较紧凑。如表2：表2 其主要参数如下表型 号 额定功率 KW 满 载 时 额 定 电 流额 定 转 矩最 大 转 矩转速rmin 电流（380V）效 率 % 功率因数Y132S1-45.51440 1185.5 0.8472.02.2表3为电动机具体安装尺寸：表3 电动机尺寸列表 单位中心高 H 外形尺寸底脚安装尺寸 地脚螺栓孔直径 轴伸尺寸 装键部位尺寸 电动机的输出轴尺寸 1324.传动系统设计 4.1传动带的设计与校核 4.1.1 确定计算功率 其中：工作情况系数电动机的功率 查机械设计一书中的表147 可知：=1.0KW4.1.2 选择V带的型号 根据计算得知的功率和电动机上带轮（小带轮）的转速（与电动机一样的速度），查机械设计一书图1412，可以选择V带的型号为A型。4.1.3确定带轮的基准直径 （1）初选主动带轮的基准直径：根据机械设计一书，可选择V带的型号参考表142，选取。（2）计算V带的速度V： V带在的范围内，速度V符合要求。电动机与主轴传动比的计算 （3）计算从动轮的直径 4.1.4 确定传动中心距和带长取 即：得： 取： 带长 即： 得： 实际的中心距可按下列公式求得： 求得 ： 4.1.5 验算主动轮上的包角即：求得 ： 满足V带传动的包角要求。4.1.6 确定V带的根数 V带的根数由下列公式确定： 其中 ： 单根普通V带的许用功率值 考虑包角不同大的影响系数，简称包角系数 考虑的材质情况系数，简称材质系数，对于棉帘布和棉线绳结构的胶带，取 ，对于化学线绳结构的胶带，取 。 计入传动比的影响时，单根普通V带所能传递的功率的增量，其计算公式如下： 式中：单根普通V带所能传递的转矩修正值 ，从机械设计可以查表1410 主动轮的转速 查得： 则： 查表取值： 由 查得： 所以： 即： 取 根4.1.7 确定带的初拉力 单根V带适当的初拉力 由下列公式求得 其中：传动带单位长度的质量， 即：4.1.8求V带传动作用在轴上的压力 为了设计安装带轮轴和轴承，比需确定V带作用在轴上的压力，它等于V带两边的初拉力之和，忽略V带两边的拉力差，则值可以近似由下式算出： 即： 求得； 4.2 V带带轮设计 4.2.1主动轮设计因为带轮的转速，即，转速比较低，所以材料选定为灰铸铁，硬度为。带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径，选择带轮的结构形式，根据带的型号来确定带论轮槽的尺寸，设计如下：主动带轮的结构选择 因为根据主动带轮的基准直径尺寸，而与主动带轮配合的电动机轴的直径是，因此根据经验公式，所以主动带轮采用腹板式。 通过查机械设计一书，可以确定主动带轮的结构参数，结构参数如下表，其他的相关尺寸可以根据相应的经验公式计算求得。 表带轮的结构参数 单位（mm）带的型号A1311.082.758.715106主动带轮的厚度可以由计算公式： 求得 即 : 主动轮结构如图所示： 图4.1 主动轮结构4.2.2 从动轮设计从动带轮的结果选择 因为根据主动带轮的基准直径和传动比来确定，即 ，所以从动带轮同样采用腹板式。通过查机械设计一书，可查得带轮的结构参数间表，其他一些相关尺寸可以根据相应的经验公式计算求得。 表带轮的结构参数 单位（mm）带的型号A1311.082.758.715106 从动带轮的厚度可以由计算公式： 求得 即 : 从动轮结构如图所示： 图4.2 从动轮结构5.关键部件设计 5.1脱粒滚筒设计 脱粒滚筒是玉米脱粒机上的主要部件之一，其设计的好坏直接关系到玉米脱粒机的工作质量，直接关系到玉米脱粒机正常工作时整体的脱粒效果以及脱粒后将玉米粒和玉米芯分离的情况。纹杆式脱粒滚筒的主要功能是采用均匀固定在滚筒上的三条螺旋纹杆与按一定规律分布在其中的条状纹杆相配合，在滚筒的高速转动下，通过纹杆式脱粒滚筒与下方的栅格式凹板相互配合进行搓擦脱粒。 本脱粒机采用滚筒作为固定纹杆的部件，滚筒式较栅条式的优点主要表现为，滚筒式不会卡主或者夹住脱离过程中的玉米穗从而导致脱粒机拥堵甚至损害部件。滚筒制作成带有一定角度的形状，喂入口为小端，出口为大端，在同样转速下玉米穗在脱粒机中行进的速度越来越快，逐渐递增的速度有利于提高玉米脱离的质量与速度。滚筒由2mm厚的铁板制成，大端直径为mm.小端直径为mm,总长度为mm,三条螺旋纹杆条呈圆形均匀固定，在纹杆条中间均匀固定摩擦条以增加摩擦面积进而提高脱粒质量。脱粒滚筒可分为三部分，强制喂入部分，脱离部分，分离部分。喂入部分由搅龙组成，利用搅龙特殊的结构将从喂料口落下的玉米穗沿脱粒滚筒的切向强制喂入脱粒部分。脱粒部分主要结构上述已具体阐述，在此不再赘述。分离部分主要作用为将脱完粒的玉米芯和玉米粒进一步分离。脱粒滚筒的具体结构如图所示： 图5.1 脱脱粒滚筒具体结构5.2导向上护盖设计上护盖主要起两方面作用：一方面，保护封闭机体，防止脱下的玉米粒向上飞出机器造成浪费；另一方面，上护盖的内侧设有多组螺旋式的导板，在玉米穗脱粒过程中起到强制导向作用。上护盖主要有2mm厚的铁板制成，通过螺栓固定在机架上，与下护盖和两侧的护盖将脱粒机的工作部分封闭为一个密闭的空间。上护盖的主要结构如图所示： 图5.2 上护盖具体结构5.3栅格式凹板设计在玉米脱粒机中，栅格式凹板是与脱粒滚筒相配合的重要部件，栅格式凹板有两种功能，其一，是将玉米脱粒后，使玉米粒从栅格式凹板的缝隙中漏出，而玉米芯被脱粒滚筒上的分离板排列排出机之外，从而使玉米粒和玉米芯分开，从不同的出口排出机体之外，达到玉米脱粒清选的作用，其二，栅格式凹板是利用钢筋与钢板交错焊接而成，钢筋与钢板之间的缝隙，这个缝隙可以将玉米卡在两根钢板的缝隙之间（因为玉米为圆柱型），以便于滚筒对玉米进行快速、稳定的脱粒。栅格式凹板分为两部分，其中一部分为与脱粒滚筒的脱粒部分相配合进行搓擦脱粒的栅格式脱粒凹板，形状相应的为锥形。另一部分为与脱粒滚筒的分离部分相配合的栅格式筛选凹板，将玉米芯与玉米粒分开清选。栅格式凹板的具体结构如图所示： 图5.3 栅格式凹板具体结构5.4喂料口设计入料口是将玉米填入玉米脱粒机机体内的一个途径，它是玉米脱粒机上的一个部件，它的作用在于通过入料口可以将玉米顺利的填入机体内，而且在填入的过程中或是填入后的工作过程中，脱粒机能安全的工作，而且不会将玉米玉米粒或是玉米芯从入料口飞溅出来，造成人员伤害等事故发生，因此，玉米脱粒机的入料口的设计，即关系到玉米脱粒机的工作质量（即脱粒不干净或是不完全等）。因为在将玉米添入脱粒机时，电动机在高速的旋转，连同它的主轴一起旋转，如果入料口的填料方式不利于主轴的工作，此时，这种填料方式对主轴、对机体都有很大的副作用，有可能瞬时加大主轴的承担负载，即同时加大主轴的弯曲应力、扭转应力等，同时也加大了钉齿条上的钉齿的磨损和老化等。如果入料口的设计不当，会造成主轴的瞬时被卡死，电动机闷车等现象发生，这些现象对电动机和玉米脱粒机的主轴有及大的破坏性。因此，在设计玉米脱粒机入料口时应当考虑到设计不当可能发生的危害，精心的设计其结构。喂料口与脱粒机的上护盖是分开的，通过螺栓紧固连接。形状设计为斗形，这样下方的玉米穗就会通过上方玉米穗的重力顺利进入机器中。喂料口的具体结构如图所示： 图5.4 喂料口具体结构5.5机架的设计机架是玉米脱粒机的主要支撑部件，它是承担所有来自轴及电动机、凹板的冲击和应力，机架的坚固是玉米脱粒机的工作稳定、运转平稳的基础，因此机架无论是从结构上还是从材料上，都应该采用坚固的稳定的材料和样式制成。就此玉米脱粒机来说，它的冲击载荷和内部的应力偏低，电动机达到动力偏小，以及所选用的机型比较轻便，根据脱粒机一书，查得的设计材料可采用角铁支撑，角铁支撑的好处在于：在角铁材料本身所支撑的载荷范围条件下，不会发生结构变形，虽然有较小的弹性变形，也不会影响脱粒机机体的坚固、稳定的效果，尽管在玉米脱粒机正常工作的情况下，也不会影响玉米脱粒机的整体效果。选择角铁的厚度为，其规格尺寸为：高为，宽为。机架的具体结构如图所示： 图5.5 机架具体结构6传动轴设计 传动轴是玉米脱粒机的主要设计部件之一，他在玉米脱粒机正常工作过程中，承担主要转矩、扭矩、弯矩和支撑传动轴上的回转零件，玉米脱粒是瞬时冲击很大，而且冲击次数很频繁的工作环境，因此传动轴的设计是很关键的一个步骤。它的主要公用是：一是支持轴上所安装的回转零件，使其有确定的工作位置；而是传递轴上的运动和动力。轴按照轴线形状的不同，可以分为曲轴、直轴、软轴和挠形轴等，根据玉米脱粒机的结构特点和组成形状及工作强度和环境的要求，玉米脱粒机的主轴选用直轴形式传递，而且选用直轴中的阶梯轴。此轴的设计如下： 根据轴的扭转强度来初步计算确定其最小直径，可利用经验公式： 其中：轴常用的几种材料的的值 主轴上的功率 主轴上的转速 轴上的材料由机械设计基础一书中表181 可以查到，应选取调质处理的45号钢，书中表182取，于是得 ： 由于该玉米脱粒机为纹杆式脱粒，所需直径应比计算大，在此选择轴的直径为40mm.主输出轴的最小直径是安装带轮处的直径，为了使所选的轴直径与带轮相配合，故使输出轴端的轴径选为38在机械设计基础一书。查表可以得知带轮的厚度，则取输出轴的次段轴径为，其长度为。6.1 轴形状确定由于该传动轴上只固定一带轮，因此轴的结构较为简单，其结构如图所示：参考文献：1机械设计2玉米脱粒机的改进吉林省犁树县郭家店乡农机站 宋彦文 常友山35TXY3A型玉米脱粒机许忠45TY0.2型玉米脱粒机陈吕西55TY10玉米脱粒机的性能测试潘庆和65TYQ100型负压气流清选玉米脱粒机的研制与试验李耀刚7型玉米种子复式脱粒机阎冠 张守勤8型甜玉米脱粒机的研制张旦闻 王大力9齿盘式玉米脱粒机的运动和参数分析崔东飞19