毕业论文机械设计.docx
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毕业论文机械设计
毕业论文-机械设计
LT
毕业论文﹙设计﹚任务书
院（系）材料成形及控制工程专业班级材控12级学生姓名李云浩
一、毕业论文﹙设计﹚题目谷物干燥机设计及制作
二、毕业论文﹙设计﹚工作自_2016_年_2_月__24_日起至_2014年6月_15_日止
三、毕业论文﹙设计﹚进行地点:
陕西理工学院材料学院
四、毕业论文﹙设计﹚的内容要求：
设计谷物干燥机的甩干系统、烘干系统、整体结构，并制备出完整的设备
具体任务如下：
1、查阅有机械制备设计相关文献；
2、翻译一篇外文科技文献；
3、设计谷物干燥机结构工艺，；
4、使用Pr/E及CAD或相应的软件使用方法，运用该软件完成零件绘制，根据绘制图纸进行工艺制备方案；
6、整理实验结果，撰写学位论文；
进度安排：
第1~3周：
查阅有关机械制造工艺相关文献，并写出文献综述，翻译一篇科技文献（英译汉或汉译英），撰写开题报告，进行开题答辩；
第4~14周：
使用Pr/E、CAD或相应软件绘制零件图纸，设计出需要的零件图纸
第15~18周：
整理计算分析结果，撰写学位论文并准备答辩。
指导教师王华系（教研室）材料成形及控制工程
系（教研室）主任签名批准日期2015年12月
接受论文（设计）任务开始执行日期2016年月日学生签名
谷物干燥机设计及制作
作者：
李云浩
（陕理工材料学院材料成型及控制专业1204班,陕西汉中723000）
指导教师：
王华
[摘要]本产品设计说明书主要阐述了一种谷物干燥机的设计过程。
在本次产品设计过程中采用了AutoCAD及Pro/E软件来完成机构设计、图形绘制和运动分析与计算等，设计好的零件经过机械加工成型，再将加工好的各种零件进行焊接和组装。
谷物干燥机，包括机身、甩干系统、烘干系统等，主电机带动甩干桶初步干燥谷物，机身上还安装有热风电机及烘干板，谷物最后经烘干后装袋。
潮湿的谷物先经过甩干，然后再进行烘干，彻底解决了雨天谷物无法干燥的难题。
[关键词]谷物干燥机；机械加工；焊接；零件加工
Designandmanufactureofgraindryer
Author:
LiYunhao
（1204classesofmaterialsformingandcontrol,ShaanxiInstituteoftechnology,Hanzhoung,Shaanxi723000）
Tutor:
WangHua
[Abstract]Thedesignspecificationofthisproductmainlydescribesthedesignprocessofagraindryer.IntheprocessofproductdesignusingAutoCADandPro/Esoftwaretocompletetheorganizationdesignandgraphicsrenderingandmotionanalysisandcalculation,designofpartsaftermachining,processingofvariouspartsoftheweldingandassembly.Graindriercomprisesamachinebody,adryingsystemanddryingsystem,etc.,themainmotordrivesthedryingbarrelpreliminarydryinggrain,bodyisalsoprovidedwithahot-airmotoranddryingingrainfinallydriedafterbagging.Wetgrainfirstdried,andthendry,completelysolvetheproblemofgraincannotdrywet.
[Abstract]Graindrier；machining；welding；Partsprocessing
1引言
食品安全与能源安全、金融安全并称为当今世界三大经济安全。
中国是一个粮食生产大国，也是一个粮食消费大国。
中国的粮食生产和供求情况不仅关系到中国13亿人口的吃饭问题，而且会影响国际粮食的供求和价格状况。
确保粮食安全不仅是实现国民经济又好又快发展的基本条件，而且是促进社会稳定和谐的重要保障，也是确保国家安全的战略基础。
虽然我国是世界上最大的粮食生产国和消费国，但同时，我国也是一个粮食损耗大国。
我国粮食收获后在脱粒、晾晒、贮存、运输、加工、消费等过程中的损失远远超过了联合国粮农组织规定的5%的标准，在这些损失中，每年因气候原因，谷物来不及晒干或未达到安全水分造成霉变、发芽等损失量巨大。
从国家安全战略角度看，在我国人口众多、农业受自然风险和市场风险影响较大，很多地区气候潮湿，每到农作物成熟的季节，由于连绵不断的阴雨天气，农作物不能及时收割储存，致使大量农产品（小麦、水稻、油菜籽等）霉变、发芽，据不完全统计，每年由于霉变而损失的粮食约有三、四千万吨，足以养活1.5亿到2亿人口。
因此，农产品的干燥就显得尤为重要，大力发展谷物干燥机也就是大势所趋。
1.1课题研究的内容与意义
本设计旨在研制一种农作物干燥设备，使被雨水淋湿的农产品及时得到干燥，方便作物储存。
设计思路是提供一种谷物干燥机，结构简单、使用方便，通过设置甩干系统，使其对潮湿的谷物先进行甩干、再进过烘干系统，使谷物进一步得到干燥，解决了阴雨天气谷物难以干燥的难题。
1.2可行性分析
本产品的设计与加工主要采用Pro/E、AutoCAD2008软件进行。
在制造方面，面临的关键问题分两步，第一步：
谷物甩干系统，主要涉及连续甩干过程谷物输入及输出控制和甩干过程转动稳定性及转速的控制；第二步：
烘干系统，涉及烘干时效率及温度的控制。
解决思路：
1）甩干系统：
甩干桶采用卧式转动方式，以便于实现谷物连续输入及连续甩干；拟采用皮带传动方式来控制甩干桶旋转，可有效的减小了噪音；
2）干燥系统：
谷物甩干后自动流入干燥器；干燥器由干燥板和热风机组成，热风系统的热风大小与温度高低可以调节，实现了温度的测定与控制。
1.3需求分析
消费者对设备的要求是：
a、实用，能达到干燥效果；
b、操作方便，便于移动；
c、成本低；
d、烤漆面不易生锈和脱落。
1.4成本分析
设计成本主要包括电动机（160元），轴承及轴承座（60元），甩干桶及皮带轮（200元），机身架子（350元），热风机（100元），其它（130元），成本大约为1000元。
2干燥机的结构及组成
图2.1为设计的谷物干燥机结构示意图。
图2.1谷物干燥机结构示意图
1.入料槽，2.皮带轮，3.甩干桶，4.主电机，5.轴承，6.拉料板，7.拉料杆，8.挡料板，9.导杆，10.支撑轮11.热风机，12.烘干板，13.固定架，14.排水槽，15.机身。
如图2.1所示，包括机身15，机身15上固定安装有固定架13，固定架13上固定安装有主电机4，同时固定架13上固定安装有热风电机11。
机身15上还通过轴承5安装有甩干桶3。
主电机4的输出轴通过皮带轮2与甩干桶3的一端相连，甩干桶3的一端还与入料槽1相连通；甩干桶3的侧壁开有用于甩水的通孔，甩干桶3的内壁设置有铁丝网。
甩干桶3不与入料槽1相连的一端设置有开口，甩干桶3内部两端之间固接（可以焊接）有支撑杆9，甩干桶3的内部位于支撑杆9的下方安装有拉料板6、拉料杆7、挡料板8（拉料板6、拉料杆7、挡料板8焊接在一起），拉料板6位于靠近入料槽1的一端，挡料板8位于另一端，拉料杆7固接在拉料板6及挡料板8之间。
热风电机10的输出轴与风扇11相连，风扇11旁边安装有热阻丝，机身15上固定安装烘干板12，烘干板12安装在热阻丝远离风扇10的一侧，且烘干板12位于甩干桶3远离入料槽1一侧的侧下方位置处。
机身15上位于甩干桶3的下方位置处设置有排水槽14。
设计的谷物干燥机主要分为三个系统：
甩干系统、烘干系统、支撑部分。
①甩干系统包括：
1.入料槽，2.皮带轮，3.甩干桶，4.主电机，5.轴承，6.拉料板，7.拉料杆，8.挡料板，9.导杆，13.排水槽。
②烘干系统包括：
11.热风机，12.烘干板。
③支撑部分包括：
10.支撑轮，13.固定架，15.机身。
工作原理：
·甩干系统：
谷物干燥机的甩干系统设计主要是根据洗衣机甩衣服的原理进行设计的，它由甩干内桶、外桶、轴承座等组成。
甩干内桶呈圆形，在桶壁上有许多圆孔，工作时，甩干内桶作高速旋转，靠离心力将谷物中的水分甩出桶外，起到甩干作用，而甩干外桶将甩出的水分挡住并聚集排出。
·烘干系统：
烘干系统主要是根据热风机吹干头发的原理进行设计的，它由电动机、风叶、电热元件等组成。
电动机带动风叶转动，吹出的风经过电热元件，变成热风吹出，热风由开关控制可分档调温。
通常只有当电动机通电时，电热元件才能接通加热，以避免机件过热而损坏。
2.1甩干系统
2.1.1进料口
进料口结构如图2.2所示
图2.2进料口结构图
图2.2进料口为漏斗形，方便与谷物顺利进入甩干桶。
其大端直径为100mm，小端直径为25mm，漏斗高度为65mm，漏斗形入料槽下面是竖直的空心管，其外径为25mm，长度为82mm，其壁厚为1mm，竖直空心管下面是圆形拐角，直径与壁厚和竖直管一样，外径为35mm，拐角右边是水平管，其长度为150mm。
2.1.2皮带轮设计
皮带传动是一种依靠摩擦力来传递运动和动力的机械传动。
它的优点主要表现在：
①皮带有良好的弹性，在工作中能缓和冲击和振动，运动平稳无噪音。
②载荷过大时皮带在轮上打滑，因而可以防止其他零件损坏，起安全保护作用。
③皮带是中间零件。
它可以在一定范围内根据需要来选定长度，以适应中心距要求较大的工作条件。
④结构简单制造容易，安装和维修方便，成本较低。
缺点是：
①靠摩擦力传动，不能传递大功率。
传动中有滑动，不能保持准确的传动比，效率较低。
②在传递同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上受力都比齿轮传动等啮合传动大。
③皮带磨损较快，寿命较短
本谷物干燥机的设计传动功率不大，且要求运动平稳无噪音、成本低，所以选择皮带传动。
下面是设计的皮带轮的结构示意图，如图2.3和图2.4
图2.3电机皮带轮示意图
如图2.3所示为电动机上的皮带轮，其中皮带轮部分厚度为20mm，小轴部分厚度为15mm，皮带轮大端宽度为14mm，小端宽度为5mm，皮带轮深度为13mm，装电动机主轴的孔直径为Φ15mm，孔为半圆形，有一个宽度为10mm的部分没有切除。
图2.4甩干桶皮带轮示意图
如图2.4所示，是安装在甩干桶上的皮带轮，皮带轮的最大直径为Φ100mm，厚度为20mm，皮带轮槽的最大宽度为14mm，最小宽度为5mm，皮带轮深13mm，皮带轮一侧有一个突出部位，其外径Φ75mm，内径为Φ50mm，宽度为15mm，在其上面有一个M10的螺纹孔，将来在里面装一个顶钉，在皮带轮内侧有一个宽为8mm，深为3mm的键槽。
将要安装的键的宽度为7mm，长度为20mm，厚度为6mm。
根据以上数据计算甩干桶的转速：
电动机所带皮带轮的直径为：
（2.1）
甩干桶上皮带轮的直径为：
（2.2）
电动机的转速为：
（2.3）
则甩干桶的转速
（2.4）
皮带传动的具体要求
①、三角皮带线速度不宜超过25米／秒，平皮带线速度一般为10～20米／秒，特殊情况下可以降低。
皮带线速度可按下式计算：
（2.5）
式中V——皮带线速度，（米／秒）
D——皮带轮直径，（mm）
n——皮带轮转速，（r/min）
通过计算：
（2.6）
符合要求。
②、平皮带每秒钟经过小皮带轮的次数C不宜超过3～5次，三角皮带不宜超过20次。
（2.7）
式中L——皮带长度（m）
经过测量皮带轮的长度L=0.6m，所以计算：
（2.8）
符合要求
③、小三角皮带轮包角不应小于120°（平皮带150°），否则应减小两皮带轮的直径差值，或增大中心距离，或加装压带轮。
④、小皮带轮直径不能太小，以免皮带弯曲过度，缩短使用寿命。
对于平皮带传动，小皮带轮直径一般要大于夹布胶带厚度的25～30倍。
⑤皮带初拉紧力，以每平方厘米皮带断面积用16～18kg左右的力拉紧较为合适。
2.1.3甩干桶设计
（1）甩干桶的甩干方式确定
洗衣机甩干桶主要分为立式、卧式两类，
①卧式设备谷物平均分布在甩干桶内转动，甩干均匀程度高，不留死角，转动速度快，性能高；而立式设备因谷物由于重力作用会聚集在桶底，甩干的均匀程度较低，是针对一部分谷物转动上抛的原理构成，谷物的甩干质量不被保证。
性能较低，搅拌效果不理想。
②卧式设备转动轴承在设备的两侧，谷物不易包住轴承，操作简单，使用方便，主要是谷物甩干后方便取出；而立式设备谷物在桶底部分甩干时不能遗漏，所以甩干后取出也不方便
③立式设备设备的维修率相对较高，转动轴承在设备下端，轴承易被谷物包住而发生故障。
根据以上分析，选用卧式甩干桶。
（2）甩干桶结构如图2.5所示：
图2.5甩干桶结构图
甩干桶如水桶形状，在桶底中心部位去掉一个Φ35mm的同心圆，同时，在桶底部位焊接一个内径为Φ35mm的同心轴，如图所示甩干桶的外径为217mm，内径为204mm长度为300mm，桶深为290mm，而在桶身上钻有六行四列直径为Φ15mm的孔，最左侧的孔距离底部的长度为80mm，其他的依次为45mm等距排列，在甩干桶高速旋转的作用下，通过这些小孔可以使水分甩出。
而桶底的空心轴是由Φ60×10mm和Φ50×90mm的两端内径都为Φ35mm的轴组成。
在较小的轴上有一个宽为8mm，深为3mm，长为28mm的键槽。
设计将轴承与皮带轮将安装在Φ50mm的轴上，谷物将从Φ35的空管进入甩干桶，甩干桶内侧安装有铁网，以防谷物从Φ15mm的孔内漏出，且水分可以顺利的被甩出。
（3）甩干桶的相关计算
①甩干桶的最大容量为：
（2.9）
式中：
R---甩干桶内半径（mm）
H---甩干桶内深度（mm）
计算得甩干桶最大容量为：
（2.10）
大约等于9.47L
②甩干桶的合理甩干量（单次甩干量）：
由于谷物在甩干桶内还要进行旋转，将水分均匀充分的甩出，甩干桶的合理甩干量为最大甩干量的1/3～1/4左右。
（2.11）
取平均值为2.8L
③谷物干燥机每小时甩干量：
根据洗衣机的甩干时间估算谷物干燥机的甩干时间，洗衣机每桶甩干时间大约为5min，估算每桶谷物的甩干时间为10min，每小时可以甩干6次，所以谷物干燥机每小时甩干量为：
（2.12）
根据粮食的密度计算每小时烘干的谷物重量，不同的粮食,密度是不一样的,粮食的密度叫做“容重”，常见的几种谷物容重有：
小麦：
一等大于790,二等大于770,三等大于750,四等大于730,五等大于710,单位g/L
玉米：
一等大于720,二等大于685,三等大于650,四等大于620,五等大于590,单位g/L
稻谷：
没有容重之说,在清仓查库中就叫粮食密度,一般530~580kg/m3.
取其平均值：
小麦为750g/L；玉米为653g/L；稻谷为555kg/m3
所以计算谷物干燥机的单位时间（h）烘干量为：
小麦：
m=750g/L×16.8L/h=12600g=12.6kg/h
玉米：
m=653g/L×16.8L/h=10970g=10.97kg/h
稻谷：
m=555kg/m3×（16.8×10-3m3/h）=9.32kg/h
欲设计实际甩干桶的内径R’=340mm,桶深为H’=500mm，则每小时要处理80L谷物，每小时处理50kg谷物。
④甩干桶的转动惯量
转动惯量是刚体绕轴转动时惯性（回转物体保持其匀速圆周运动或静止的特性）的量度，用字母I或J表示。
在经典力学中，转动惯量（又称质量惯性矩，简称惯距）通常以I或J表示，单位为kg·m²。
对于一个质点，I=mr²，其中m是其质量，r是质点和转轴的垂直距离。
转动惯量在旋转动力学中的角色相当于线性动力学中的质量，可形式地理解为一个物体对于旋转运动的惯性，用于建立角动量、角速度、力矩和角加速度等数个量之间的关系。
本产品甩干桶的转动惯量要分为四个部分计算，Ⅰ甩干桶外壁空心圆柱部分、Ⅱ甩干桶底部圆盘部分、Ⅲ甩干桶主轴小空心圆柱部分、Ⅳ甩干桶主轴大空心圆柱部分。
㈠计算四个部分的体积V（cm3）
Ⅰ甩干桶外壁空心圆柱部分：
（2.13）
式中：
R---甩干桶外壁外半径（mm）
r---甩干桶外壁内半径（mm）
H---甩干桶高度（mm）
（2.14）
Ⅱ甩干桶底部圆盘部分：
（2.15）
式中：
R---甩干桶底部圆盘外半径（mm）
r---甩干桶底部圆盘内半径（mm）
h---甩干桶底部圆盘厚度（mm）
（2.16）
Ⅲ甩干桶主轴小空心圆柱部分：
（2.17）
Ⅳ甩干桶主轴大空心圆柱部分：
（2.18）
㈡计算四个部分的质量M（kg）：
根据甩干桶的密度为7.85g/cm3，
（2.19）
式中：
---甩干桶的密度（g/cm3）
V---甩干桶外壁空心圆柱部分体积（cm3）
Ⅰ甩干桶外壁空心圆柱部分：
（2.20）
Ⅱ甩干桶底部圆盘部分：
（2.21）
Ⅲ甩干桶主轴小空心圆柱部分：
（2.22）
Ⅳ甩干桶主轴大空心圆柱部分：
（2.23）
根据计算甩干桶的总质量为:
（2.24）
㈢转动惯量的计算I（kg·m2）：
空心圆柱的转动惯量计算公式为：
（2.25）
式中：
m---甩干桶相对应的质量（kg）
r1---甩干桶相应的内半径（m）
r2---甩干桶相应的外半径（m）
Ⅰ甩干桶外壁空心圆柱部分：
（2.26）
Ⅱ甩干桶底部圆盘部分：
（2.27）
Ⅲ甩干桶主轴小空心圆柱部分：
（2.28）
Ⅳ甩干桶主轴大空心圆柱部分：
（2.29）
甩干桶的总体转动惯量为：
（2.30）
2.1.4主电机
电动机选用时应根据工作载荷、电动机性能、工作环境、电源种类、转速高低等条件来选择。
电动机功率有额定功率表示，所选电动机的功率应等于或者稍大于工作要求的功率。
功率选择合适与否，对电动机工作性能和经济性都有影响。
功率小于工作要求，则不能保证其正常工作，或者将其损坏，而功率过大，会造成浪费。
电动机的功率主要根据电动机运行是的发热条件来决定，传动装置的工作条件一般不变或变换很小的载荷下长期连续工作，只要电动机负载不超过额定值就可以。
选择电动机功率的基本公式为：
（2.31）
式中P—电动机功率（KW）
M—电动机转矩（N·m）
n—电动机转速（r/min）
F—作用力（N）
υ—运动速度（m/s）
η—传动效率
w—电动机角速度（rad/s）
电动机的转矩=皮带轮拖动皮带的力X皮带轮的半径，设计中甩干系统重量为13.45KG左右，再加上谷物的重量最多为15KG，直接按重力计算力：
（2.32）
皮带轮的半径为0.05m，则电动机的转矩为
（2.33）
电动机的角速度1280（r/min）约等于21（r/s）
所以根据公式
（2.34）
所以选择电动机的功率为0.55KW。
根据功率选择电动机为Y系列的Y80M1-4电动机，Y系列电动机效率高、节能、堵转转矩高、噪音低、振动小、运行安全可靠；电动机运行地点的海拔不超过1000m；环境空气温度随季节变化，但不超过40℃；最低环境空气温度为-15℃；最湿月月平均最高相对湿度为90%；同时该月月平均最低温度不高于25℃。
电动机有一个轴伸，也可制成双轴伸，第二轴伸亦能传递额定功率，但只能用联轴器传动。
Y80M1-4电动机的参数如下表2.1
表2.1电动机参数表
额定功率
额定电流
转速
效率
功率因素
堵转转矩
堵转电流
最大转矩
噪声
振动速度
重量
额定转矩
额定电流
额定转矩
1级
2级
kW
A
r/min
%
COSФ
倍
倍
倍
dB（A）
mm/s
kg
0.55
1.5
1280
73
0.76
2.4
6.0
2.3
56
67
1.8
17
2.1.5轴承
能否正确选用滚动轴承，对主机能否获得良好的工作性能，延长使用寿命；能否缩短维修时间，减少维修费用，提高机器的运转率，都有着十分重要的作用。
因此，在选择滚动轴承时都必须高度重视。
一般来说，选择轴承的步骤可能概括为：
1.根据轴承工作条件（包括载荷方向及载荷类型、转速、润滑方式、同轴度要求、定位或非定位、安装和维修环境、环境温度等），选择轴承基本类型、公差等级和游隙。
2.根据轴承的工作条件和受力情况和寿命要求，通过计算确定轴承型号，或根据使用要求，选定轴承型号，再验算寿命。
3.验算所选轴承的额定载荷和极限转速。
选择轴承的主要考虑因素是极限转速、要求的确良寿命和载荷能力，其它的因素则有助于确定轴承类型、结构、尺寸及公差等级和游隙工求的最终方案。
由于本设计轴承所占空间位置不大，所承受的载荷也不大，主要承受径向拉力，且要求轴承的内径为50mm，根据国标：
GB/T276--1994选择深沟球轴承6010
图2.6轴承尺寸参数图
表2.2深沟球轴承6010尺寸参数表
基本尺寸/mm
安装尺寸/mm
基本额定动载荷Cr
基本额定动载荷C0r
极限转速/（r·min-1）
d
D
B
Rsmin
dsmin
Dsmax
rasmax
KN
脂润滑
油润滑
50
80
16
1
56
74
1
22.0
16.2
7000
9000
2.1.6拉料板、拉料杆、挡料板、导杆设计
（1）拉料板、拉料杆、挡料板
图2.7拉料板、拉料杆、挡料板示意图
拉料板、拉料杆、挡料板如图2.7所示，其中拉料板是直径为Φ200mm，厚度为2mm的圆板，拉料杆是长度为340mm，直径为Φ5mm的长杆，将拉料杆一端焊接在距离拉料板圆心63mm的位置，挡料板为直径为Φ217mm，厚度为2mm的圆板，与拉料板的距离为270mm，再将拉料杆另一端用直径为Φ5mm的长杆连接起来。
拉料板的主要作用是，当谷物在甩干桶内甩干后，通过拉料板顺利的将谷物拉出送入烘干系统；挡料板的主要作用是，当谷物在甩干桶内高速旋转的时候防止谷物从侧边甩出。
（2）导杆
图2.8导杆示意图
如图2.8导杆是两根直径为Φ5mm，长度为310mm的长杆，两杆之间相距126mm，导杆的主要作用是对拉料板与挡料板起定位作用，同时在拉料杆拉出谷物的时候起到导轨的作用。
将导杆焊接在长度为200mm，宽度为10mm的长板上，长板距导杆一端为10mm，
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