原粮风选机 设计说明书.docx
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原粮风选机设计说明书
机电工程学院
毕业设计说明书
设计题目:
TFX-50型移动式原粮风选机设计
——整体设计
学生姓名：
赵鹏飞
学号：
200848050916
专业班级：
机制F0805
指导教师：
鲁选民
2012年5月18日
目次
前言1
1设计方案说明2
1.1风选机简介2
1.2设计要求2
2设计方案的确定2
3设计计算4
3.1给料滚筒设计计算4
3.2料斗尺寸的确定16
3.3绞龙设计计算16
3.4风道计算与风机、离心除尘器选取20
4.机器的安装、试车和调整21
4.1安装22
4.2试车22
4.3调整22
设计总结24
致谢26
参考文献27
前言
本次设计的内容是原粮风选机，对于学机制专业的我来说，显得有点陌生。
经过鲁选民老师的讲解，有了一个初步概念，但是想要着手设计，却还显得困难。
于是我开始收集资料，网上、图书馆有许多相关资料，经过查阅资料，我对风选机的概念进一步加深了。
3月20日我们随同鲁老师一起来到新乡，到新华粮库的厂区进行实习调研。
上午，杨总通过多媒体设备给我们讲述了厂区建设的概况，很多地方我听得不是很明白，主要还是自己所学知识的局限性，但是我能感觉到要规划好整个厂区的设计，绝对不是一件简单的事，需要考虑各个厂房规划的合理性，以及内部设备的布局设计，这样复杂的一个工程，没有足够的知识和功夫是不可能完成的。
我对杨总真的是非常的佩服！
下午鲁老师给我们安排了任务，对一台新造的风选机进行观察、测量。
这台机器的主要原理是吸风机在前端进行吸风除尘，下料口在后半部上方，当物料往下落时大杂、轻杂、灰尘被吸走，大杂从排杂通道直接排除，轻杂沉降后被绞龙绞出，而灰尘通过两个沙克龙排到灰箱里。
这台机器的设计比较合理，采用传统的吸入式除杂方法，绞龙、沙克龙的位置设计也非常到位。
以前在书上看到的只是些原理图，总有些距离感，感觉很抽象，现在一台实体机器放在眼前，清楚了许多，虽然这样一台机器没有什么太大的创新之处，但是能够运用基本原理完成设计确实也不是一件容易的事，这也必定对我将要进行的毕业设计有很大参考价值。
明白原理之后我们进行了拍照、测量、记录，之后便回去了。
由于所学知识有限，在设计过程中经常遇到各种难题，但是非常感谢能够鲁老师辅导以及同学们的帮助，经过努力，终于在规定的时间里完成了这次设计。
1设计方案说明
1.1风选机简介
风选，顾名思义，利用风力对物料进行分选，以达到去除杂质的目的。
说的科学一点就是利用物料和杂质之间空气动力学性质的差异，通过气流的作用进行除杂的方法。
按照气流的方向的不同，风选法可分为垂直气流风选、水平气流风选和斜气流风选三种。
这种方法的思路很简单，在风选机还未发明之前，人们已经开始利用，比如，在小麦收获之后，经过碾压，麦粒麦壳已经分离，接下来人们会进行扬场，即在有风的天气，并且风的大小比较适合的时候用木锨将小麦扬起，在下落的过程中就会完成风选，麦粒和轻杂分离开来。
经过多年的发展，风选法已经在许多行业得到利用，各式各样的风选机也应运而生。
农业，矿业，甚至是垃圾处理，风选法都展示着它强大的功能。
1.2设计要求
本次设计的对象是移动式原粮风选机，型号为TFX50，即每小时处理的原粮为50吨，实现的功能是将其中8%的杂质去除，要求设计出结构合理、除杂效果理想、运行可靠、价格合理的原粮风选机。
2设计方案的确定
经过收集资料、参观调研以及老师的指导，前期确定了两种方案。
方案一：
图2-1方案一原理图
该方案的基本设计思路是采用吹风式风选，原粮从进料口进入后经过一排风机的风选，由于净粮和轻杂的空气动力学性质不同，轻杂落入靠右的杂质口，而净粮则落入出料口。
该方案的优点是结构简单紧凑，耗能较低，但缺点也很明显，即除杂效果不好，净粮和杂质容易混在一起，同时杂质口的灰尘未得到处理而直接排入空气，造成环境污染，导致工作环境较差。
方案二：
图2-2方案二主视图
图2-3方案二后视图
该方案的基本思路是采用吸风式除杂，电机带动风机转动吸风，原粮从进料斗喂入，原粮在下落的同时轻杂被吹起，大部分在沉降室沉降，通过绞龙绞出，大杂通过滚筒被绞出，在拍杂口排除，未在沉降室沉降的灰尘被吸入沙克龙，在沙克龙的作用下，灰尘沉降在灰箱中，净风通过风机排出。
净粮则从出料口出来。
下端为移动行走装置，与机架相连。
该方案的优点很明显，除杂率高，工作效率也高，排出的空气不会污染环境。
缺点是部件较多，占用空间大，耗能较高。
通过对比，采用了方案二。
3设计计算
3.1给料滚筒设计计算
3.1.1基本参数及设计方案
由于设计方案要求每小时处理原粮为50吨，通过查找资料以及借鉴现有成品，确定滚筒长度为2米，直径为1.3米。
滚筒的主要作用为布料和绞出大杂，而原粮的颗粒大小约为8*3*2（长宽厚），为保证粮粒能够充分下落又保证滚筒起到布料和绞出大杂的作用，确定筛网的网眼为方空，大小为25mm*25mm。
原粮从滚筒左端落入，右端出大杂。
滚筒转速约为15r/min。
滚筒与滚筒轴采用键连接，滚筒支撑采用四个滚轮支撑，滚轮座焊接在机壳上。
滚筒轴设计为外伸梁。
传动方案设计为链轮传动，链传动优点是有多边形效应，有利于滚筒布料。
电机采用减速电机，型号为YCJ80-100L2-4，功率
P=3Kw
输出转速
n1=43r/min
输出转矩
T=613N·m
图3-1滚筒方案图
3.1.2滚筒链传动设计计算
1.选择链轮齿数Z1、Z2，确定传动比i
一般链轮齿数在17-114之间，优先选用的链轮齿数系列为17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。
常取i=2-3.5之间。
初步确定传动比i＇=2.5，Z1取23，
Z2＇=i＇Z1
得Z2＇=57.5，取Z2=57。
传动比
i=Z2/Z1
计算得
i=2.48
则滚筒转速
n2=n1/i
得
n2=17.33r/min
2.计算当量的单排链的计算功率
Pca=KAKZP/KP
式中：
KA-----工况系数；
KZ-----主动链轮齿数系数；
KP-----多排链系数；
P------传递的功率，kW。
查《机械设计手册》得KA=1.4，KZ=1.1，KP=1，P=3kW。
代入计算得
Pca=4.62kW
3.确定链条型号和节距p
链条型号根据当量的单排链的计算功率Pca和主动链轮转速n1由图3-2得到。
然后查《机械设计手册》确定链条节距p。
查得链条型号为12A,节距p=19.05mm。
图3-2A系列、单排滚子链额定功率曲线
4.计算链节数和中心距
初选中心距a0=（30-50）p，按下式计算链节数LP0
LP0=2a0/p+[（Z2-Z1）/2∏]²p/a0
计算得
LP0=140.58
圆整为整数后得
LP=140
链传动的最大中心距为:
a＇=f1p[2LP-（Z1+Z2）]
式中，f1为中心距计算系数。
查《机械设计手册》得
f1=0.24849
代入计算得
a＇=946.6m
确定中心距为
a=945mm
5．计算链速v，确定润滑方式
平均链速
v=Z1n1p/（60×1000）
代入Z1=23，n1=43，p=19.05，计算得
v=0.314m/s
6.计算链传动作用在轴上的压轴力Fp
压轴力Fp可近似取为
Fp≈KFpFe
式中：
Fe-----有效圆周力，N；
KFp-----压轴力系数，对于水平传动KFp1.15；对于垂直传动KFp=1.05。
而Fe=T/d2=613/0.35187N=1742.5N,代入得
Fp=2003.8N
3.1.3滚筒链轮设计计算
1.选择材料及热处理方法
选用45钢，淬火处理，硬度为40～45HRC。
2.分度圆直径
查《机械设计手册》得
d=p/sin（180/Z）
代入p=19.05,Z1=23,Z2=57,得
d1=139.90mm
d2=351.87mm
3.齿顶圆直径
查《机械设计手册》得
dmax=d+1.25p-d
dmin=d+（1-1.6/z）p-d1
代入p=19.05，d1=139.90mm，d2=351.87mm，得
145.81mm≦da1≦151.90mm
358.48mm≦da2≦363.77mm
取
da1=150mm
da2=360mm
4.齿根圆直径
查《机械设计手册》得
df=d-d1
式中：
d1-----滚子最大直径。
代入d1=139.90mm，d2=351.87mm，d1=11.91mm，得
df1=128.09mm
df2=340.09mm
5齿形
按GB/T243-1997。
6链轮公差
齿根圆直径的公差为h11，齿顶圆直径的公差为h11；齿坯孔的公差为H8；尺宽的公差为h14；齿根圆径向圆跳动小链轮的为10、大链轮的为11级；齿根圆处端面圆跳动小链轮的为10级、大链轮的为11级。
图3-3链轮侧视图
图3-4链轮主视图
3.1.4滚筒轴的设计与校核
1.主轴直径初步估算
轴是组成整个机器的重要零件。
它可以支撑其他转动件回转同时传递转矩，它又通过轴承和机架连接。
所有轴上零部件都围绕轴线作回转运动，形成一个以轴为基准的基本组合体---轴系部件。
滚筒主轴主要受弯矩和扭矩，所以按弯扭合成力矩初步估算轴的直径。
选择轴的材料为45钢，调质处理。
由《机械设计手册》查得材料力学性能数据为
毛坯
材料
硬度
（HB）
抗拉强度σbMPa
屈服点
σs
MPa
弯曲疲劳强度σ-1
MPa
扭转疲劳强τ-1
MPa
<=200
217-155
650
360
270
155
材料为45钢，查得
轴的材料
Q235
45
[τ]/N·mm-2
12~20
20~30
A
160~135
118~107
由于结构设计需采用实心轴结构，所以按照实心轴的许用切应力的计算公式：
d≥（5T/[τ]）⅓×（1/（1-γ4））⅓
或：
d≥A×（P/n）⅓×（1/（1-γ4））⅓
其中：
d-----轴直径（mm）
T-----轴传递额定转转矩（N.mm）
P-----轴传递额定功率（kw）
n-----轴转速（r/min）n=17.33r/min
[τ]-----轴材料许用切应力（MPa），查《机械设计手册》取[τ]=20
A-----按[τ]而定系数，查手册取A=115
γ-----空心圆轴内直径d0与外直径d的比值。
由实心轴的计算公式可得
dmin=A
=115
=64.09mm
故初取轴径为:
d=65mm
按上式计算的轴径，是未考虑键槽对轴强度的影响的，若开一个键槽则轴径会增大3%—7%，经计算得：
d=66.95—69.55mm
故主轴直径取
d=70mm
2.轴的结构设计及受力分析
根据轴所需的结构，绘制轴草图如下：
图3-5主轴简图
2003.8N
F1
受力简图：
613N•m
F2
图3-6主轴受力简图
F1、F2由下式求得
2003.8N=F2-F1
2003.8Nl=F2l'
解得
F1=964.6NF2=2968.4N
弯矩图如下
466.9N•m
A
图3-7主轴弯矩图
扭矩图如下
613N•m
A
图3-8主轴扭矩图
按下式进行轴的强度校核
σca=
式中：
σca-----轴的计算应力，MP;
M-----轴所受的弯矩，N•mm；
T-----轴所受的扭矩，N•mm；
[σ-1]-----对称循环应变力时轴的许用弯曲应力。
W-----轴的抗弯截面系数，mm³，计算公式查《机械设计》第四版第373页表15-4得
解得
W=34300
代入解得
σca=22.5
σca≤[σ-1]
故强度足够，满足使用要求。
3.1.5滚筒轴承的选择与计算
1.选择轴承的原则：
（1）当转速较高、载荷较小、旋转精度要求高时选择球轴承；转速较低，载荷较大时选择滚子轴承；
（2）轴承同时受轴向与径向联合载荷时选接触球轴承或圆锥滚子轴承；径向载荷过大，径向载荷过小时选深沟球轴承；
（3）各类轴承使用时，内外圆间的倾斜角应控制在允许的偏差值范围之内，
要不然会增大轴承的附加载荷，，从而降低使用寿命；
（4）为便于安装拆卸与调整间隙要选用内外圈可分离轴承，具有内锥孔的轴承或带紧定套的轴承；
（5）选用轴承要讲究经济性。
结合上述受力分析可得：
轴承所受径向力较大，同时又有相对较大的轴向力，根据对每种系列轴承的分析，本设计中选取352215型（GB/T299-1995）双列圆锥滚子轴承。
2.轴承的结构设计
1）轴承的配合：
轴承的周向固定和径向间隙的大小是通过轴承和轴及轴承座的配合达到的。
径向间隙不仅关系到轴承的运转精度，同时还会影响它的使用寿命。
轴承是标准件，与相关零件配合时其内孔与外径分别是基准孔和基准轴，在配合时不需要标注。
轴承内孔与外径都具有公差带较小的负偏差，与圆柱体的基准孔和基准轴都不尽相同。
本设计中的轴承的回转套圈受旋转载荷，应选用较紧的配合。
综合考虑：
为了与设计中采用的较高公差等级的轴承配合的轴与孔，对加工精度、表面粗糙度及形位公差都要有相应的较高的要求，在设计中轴承做孔公差带选用：
k7；轴外径公差带选用：
H8。
2）轴承的润滑与密封：
（1）轴承的润滑主要是为了降低摩擦阻力和减轻磨损，也有吸振、冷却、防锈和密封的作用。
根据《机械工程手册》提供的滚动轴承润滑方式的选择标准，在综合考虑实际情况，在设计中采用油润滑，油润滑的优点是润滑的冷却都较好；
（2）轴承的密封是为了阻止润滑剂从轴承中流失，也防止外尘、水分进入轴承。
本设计中，由于滚筒在工作过程中对外界环境要求一般，而内部工作环境较差，所以在轴承端盖中采用毡圈密封，另一侧采用唇形密封圈，并背着轴承安装。
3.轴承的计算
1）轴承的径向载荷和轴向载荷
Fr=F2=2968.4N
Fa=200N
2）确定径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y
查《简明机械零件设计手册》第二版第485页表14-24得
X=1Y=0.44cotα=1.64
3）计算当量动载荷
P=XFr+YFa
解得
P=3296.4N
4）计算轴承寿命
L
=16667/n（
）
式中：
C-----基本额定动载荷,N；
ft-----温度系数；
fp-----载荷系数；
ε-----指数。
查《机械设计手册》第四版第320页表13-4，第321页表13-6得
ft=1fp=1.2
对于滚子轴承
ε=10/3
基本额定动载荷为
C=170000N
代入解得
Lh=2.67
h
寿命满足使用要求。
5）静强度校核
计算当量静载荷
P0=0.5Fr+Y0Fa
查《机械设计课程设计手册》第3版第75页表6-7得
Y0=0.8
代入解得
P0=1644.2N
静载荷应满足
C0≥S0P0
式中：
C0-----基本额定静载荷，N；
S0-----静载强度安全系数。
查机械设计手册得
C0=242kNS0=2.5
代入解得
S0P0=4110.5N
则静强度满足使用要求。
图3-9主轴轴承
3.2料斗尺寸的确定
由滚筒基本尺寸
l=2md=1.3m
进料口面积约为滚筒截面的1/3-1/2,进料口尺寸设计为0.5m×0.6m，料斗大端尺寸设计为1.5m×1.5m，高度设计为0.54m。
图3-10喂料斗
3.3绞龙设计计算
本设计中，绞龙的主要作用是将落入沉降室的杂质绞出，绞龙的设计主要考虑叶片直径，绞龙长度，功率大小等。
3.3.1基本尺寸的确定
由于本设计中每小时处理原粮为50t，含杂率约为8%，故每小时处理杂质量约为4t，绞龙处约为3t-4t。
1.2螺旋输送机输送量和功率计算
水平螺旋输送机的生产率可以按照下边的经验公式进行计算:
Q0=3600Fvγ（t/h）
式子中，F——机槽内物料的横断面积（m²）；
V——被输送的物料的轴向的运动速度；
γ——物料的单位容积重量（t/m³）
机槽内物料的横断面积为：
F=（πD²/4）ψβK
其中，D——螺旋叶片直径（m）；
Ψ——机槽的填充系数，其具体数据可见下表3-1；
β——倾斜布置的输送机对F的修正系数，由于本次设计的输送进料部分是水平方向布置，故其值为1.0。
K——螺旋叶片的形式对输送量的影响系数，见表3-2。
表3-1各种散料的特性系数
物料名称
推荐填充系数ψ
A值
小麦
0.30～0.40
65
稻谷
0.30～0.40
60
面粉
0.30～0.40
40
麸皮、米糠、胚芽
0.20～0.35
40～50
棉籽
0.30～0.35
55
碎油饼
0.25～0.30
40
表3-2螺旋叶片形式的修正系数
叶片形式
满面式
齿式
带式
浆式
K
1.0
0.8
0.7
0.3
查询粮食工程设计手册中的关于螺旋输送轴的有关设计技术要求等，选择满面式叶片的螺旋体，根据螺旋输送机螺旋体与螺旋轴的系列推荐尺寸，选择螺旋体直径
D=250mm
对应的螺旋轴直径
d=48mm
根据以下公式进行计算：
Q0=47D²ψSnγCK
其中:
D——螺旋叶片直径，为250mm；
Ψ——物料的装满系数,
S——螺距，推荐的直径为250mm的叶片对应的螺距为200mm；
n——螺旋轴转速（r/min），系列值为60、70、80、90、100、110、120、140、160、190；选择推荐值为80r/min；
γ——物料容重，上面表格可查阅；
C——倾斜修正系数，为水平布置，其值为1.0；
K——螺旋叶片叶形的影响系数，选择的为满面式，其值1.0。
将各数值代入解得
Q0=9.2t/h
满足。
驱动电动机功率（kw）计算公式：
N=Q/367η（wL+H）K
式中：
Q——输送量，取为4t/h；
W——物料阻力系数：
粮食及其加工产品取1.2～1.3，棉籽、麦芽、糖块取1.5，苏打、食盐取2.5；
L——螺旋输送机的水平投影长度，设计量为2m；
H——倾斜输送时物料提升的高度，向上为正，向下为负，本次设计为水平布置，为0；
K——电机功率储备系数，可取1～1.4，取为1。
η——总传动效率，减速器取0.94。
根据粮食部门对螺旋输送机的测试结果，实际轴的功率要比理论计算功率大3～4倍。
根据以上公式及一些已知数据，最后算出电动机的理论功率为0.0283kw，考虑到绞龙轴还要带动搅杆轴转动，电动机所需功率应比理论计算的大，查询建明机械零件设计手册，选择YS系列小功率三相异步电动机，其具体参数为机座号56，铁芯数2，极数4，电机功率90w，电机转速2800r/min。
减速器选用谐波减速器，根据设计手册选择NBD250型减速器，其公称传动比为355。
减速器通过联轴器与螺旋轴联接。
3.3.2联轴器的选用
由于电机轴与绞龙轴可能存在同轴度不高、相互间偏离等情况，所以采用滚子链联轴器。
滚子链联轴器结构简单，尺寸紧凑，质量较轻，拆装方便，维修容易，而且具有一定补偿性能和缓冲性能。
查《机械设计课程设计手册》第96页表8-4得，联轴器型号为GL4。
3.3.3轴承的选择与计算
1.轴承的选取
由于绞龙轴承受一定的轴向力，故选取圆锥滚子轴承型号为30207，采用正安装。
2.轴承的计算
1）轴承的径向载荷和轴向载荷
Fr=248NFa=200N
2）确定径向动载荷系数X和轴向动载荷系数Y
查《简明机械零件设计手册》第二版第485页表14-24得
X=0.4Y=1.9
3）计算当量动载荷
P=XFr+YFa
解得
P=479.2N
4）计算轴承寿命
L
=16667/n（
）
式中：
C-----基本额定动载荷,N；
ft-----温度系数；
fp-----载荷系数；
ε-----指数。
查《机械设计手册》第四版第320页表13-4，第321页表13-6得
ft=1fp=1.1
对于滚子轴承
ε=10/3
基本额定动载荷为
C=75200N
代入解得
Lh=6.05
h
寿命满足使用要求。
5）静强度校核
计算当量静载荷
P0=0.5Fr+Y0Fa
查《机械设计课程设计手册》第3版第75页表6-7得
Y0=1.1
代入解得
P0=344N
静载荷应满足
C0≥S0P0
式中：
C0-----基本额定静载荷，N；
S0-----静载强度安全系数。
查机械设计手册得
C0=82500kNS0=2.5
代入解得
S0P0=840N
则静强度满足使用要求。
图3-11绞龙部装图
3.4风道计算与风机、离心除尘器选取
3.4.1风道的设计
本设计中风道采用垂直风道，这样结构紧凑，风选效果也比较好。
风道示意图见下：
图3-12风道示意图
3.4.2确定风速
物料经喂料斗落入风道内，风选道接近垂直，查得稻壳的悬浮速度约为3m/s，糙米的悬浮速度约为10m/s，故垂直吸风道内风速可定为
v1=4m/s
3.4.3风量计算
风量由以下公式确定：
Q0=3600v1lh
式中：
l-----垂直吸风道长度，本设计中l=2.26m；
h-----垂直吸风道宽度h=0.44m；
代入解得
Q0=14319m/h
3.4.4风机、离心除尘器选取
查《粮食工程设计手册》第957页表12.1-35，选取风机型号为No.6A式，序号第8。
查《粮食工程设计手册》第927页，表12.1-12选取离心除尘器为下旋60型，四联组合。
4.机器的安装、试车和调整
4.1安装
安装前根据验收规则对机器进行验收，并要熟悉安装技术要求和输送机图纸要求。
安装的技术要求见《机械设备安装工程施工及验收规范》。
4.1.1安装顺序
安装的一般顺序是：
1滚筒部分，先从机顶将滚筒装入，再安装轴承座，然后将轴系零件装到轴上，再与滚筒配合装好；绞龙部分，先将绞龙主体装入，再装上轴承，然后将轴承座、轴承端盖连接到盖板上，再将盖板与机壳连接,最后装上机槽。
2.将料斗、出料管道连接到机壳上；
3.装上旋风除尘器；
4.将整机与移动机架连接
4.安装上各电机，装上链条，完成安装，准备试车。
4.1.2安装注意事项
1.全部轴、轴承、驱动装置安装后均应转动灵活；
2.安装好绞龙轴后，应注意绞龙叶片与溜槽不能接触，保持10mm的距离。
3安装驱动装置时，应注意电动机轴线和减速器高速轴线的同心、应保证联轴器两半体平行径向位移小于0.1mm。
在最大圆周上轴向间隙差小于0.5mm。
4.2试车
4.2.1使用前准备
新安装的风选机在正式投入使用前，应进行2小时空载以及及8小时负载运转。
试运转前，除一般检查风选机的安装是否符合安装技术要求外。
4.2.2试运转期间应进行下列工作：
1）检查风选机各运转部位应无明显噪音；
2）各轴承无异常温升；
3）出料是否均匀
4）夹紧装置与绞龙配合是否正常；
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