散粮装车机喂料部分结构毕业设计.docx
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散粮装车机喂料部分结构毕业设计
目次
1前言1
2传动方案设计1
3喂料部分设计及计算2
3.1已知原始数据2
3.2螺旋输送设计计算2
3.3电机的选择5
3.4输送量校核5
3.5减速机的选择5
3.6联轴器的选择6
3.7传动轴轴承的选择6
3.8机壳的结构6
3.9传动轴的设计6
3.10链传动设计计算7
3.11螺旋轴的设计10
4车架部分设计及计算13
4.1车架设计13
4.2转向系统设计15
4.3车轮轴设计16
4.4行走装置设计18
4.5支撑架设计20
设计结论22
设计心得23
致谢24
参考资料25
1
前言
输送机是在一定的线路上连续输送物料的物料搬运机械，又称连续输送机。
输送机输送能力大，运距长，还可在输送过程中同时完成若干工艺操作，所以应用十分广泛。
汽车散粮装车机是一种散粮装车设备，也是一种输送机械，具有可移动，操作轻巧方便等特点，可以很好的完成散粮装车任务。
散料装汽车是散粮接收发放系统中必不可少的重要组成部分。
装车机效率决定着装车发放作业的效率。
研究高效的装汽车作业散料装车机具有良好的实际应用价值。
本设计的目的在于完成散粮装车机喂料部分结构设计。
内容包括：
查阅资料、方案设计，撰写方案论证报告，设计计算，绘制图纸（总装图、主要部装和零件图），完成设计说明书等。
通过本课题可以训练学生的机械设计、粮食工程、工程材料、计算机应用等综合运用能力。
装车机的种类也很繁多，有摇臂式散粮装车机，也有螺旋式散粮装车机，还有刮板式装车机（扒谷机）。
形式也较灵活，可以由几种输送机械的配合而组成，也可以是专门的机械设备，但其主体一定还是输送机械。
可以采用带式输送机，刮板输送机，螺旋输送机等输送机械；可以是单级，也可以是多级，比如说可以先用一个喂料机喂料，然后在将散粮通过皮带机等输送到散粮车上。
有鉴于此，本装车机的基本组成为：
喂料部分，输送部分。
输送部分采用带式输送机，喂料部分采用双向螺旋式喂料。
2传动方案设计
本次设计喂料装置结构如图1所示。
喂料部分传动路线为：
电机—减速机—联轴器—传动轴—链传动—螺旋喂料。
传动轴轴承采用带立式座外球面球轴承UCP2系列，螺旋输送轴采用带凸台圆形座外球面球轴承UCFC2系列。
电机与减速机直联在一起，减速机采用行星摆线针轮减速机，联轴器采用弹性柱销联轴器，螺旋喂料采用双向反螺旋喂料，螺旋轴采用无缝钢管制成，两头各焊接一个轴头。
图1喂料部分
3喂料部分设计及计算
3.1已知原始数据
本次设计装车机主要原始数据如表1所示。
表1已知工艺参数表
规格型号
ZCJ100
输送物料
散粮
装车能力Q（t/h）
≥100
物料密度γ0（t/m3）
0.75
3.2螺旋输送设计计算
本次设计采用双向反螺旋式喂料，如图1所示。
表2各种散拉物料的特性系数
物料名称
推荐填充系数
A值
小麦
0.30～0.40
75
大豆
0.20～0.30
45
稻谷
0.30～0.40
60
表3倾斜修正系数
输送机的倾斜角度（0）
0
5
10
15
20
修正系数β0
1
0.9
0.8
0.7
0.65
K1值
叶片形式
满面式
齿式
带式
浆式
K1
1.0
0.8
0.7
0.5
（1）确定螺旋直径D
本螺旋体采用满面式螺旋叶片，水平输送。
由于双向螺旋双向喂料，故而将其输送量折合为75t/h计算，取b=s/D为0.9。
查表2得A为75，
为0.5，查表3得β0为1.0，K1为1.0。
将上述数据带入公式得螺旋直径
式（3-1）
取D=300mm，s=0.9D=270mm，螺旋轴径d=0.2D=60mm。
式中，Q—输送量（t/h）；
b—s/D比值；
A—物料特性系数，见表2；
—填充系数，见表2；
—物料密度（t/m3）；
β0—倾斜修正系数，见表3；
K1—螺旋叶片的形式对输送量的影响系数，见表3。
（2）
确定螺旋转速
式（3-2）
验算转速
式（3-3）
验算结果n>nmax，不满足要求。
可以将转速降低来达到要求，取n=138rpm。
（3）
值的验算
将有关数据代入公式得：
式（3-4）
（4）校核输送量
将验算后的数据带入公式得：
式（3-5）
验算结果符合要求，取Q=75t/h。
（5）驱动功率的计算
已知Q=100t/h；L平=2m；H=0；取
=1.2；取
=0.9；K=1.4。
将以上数据代入公式得
式（3-6）
式（3-7）
式中，L平—输送机水平投影长度（m）；
H—倾斜输送时物料提升高度（m）；
—物料的总阻力系数，对于谷物、油料及其加工产品，
=1.2～1.3；
K—功率储备系数，一般为1.2～1.4；
—传动装置的总效率，一般取0.80～0.90。
3.3电机的选择
根据以上计算数据可选电机为Y90S-4型，额定功率为1.1KW，但考虑到本次设计任务为≥100t/h，而且在实际作业中有各种不可预料的因素，考虑到以上各种因素选择电机型号为Y系列4极Y90L-4电机，额定功率1.5KW，满载转速1400rpm。
3.4输送量校核
根据电机型号从新计算输送量。
式（3-8）
式（3-9）
，满足设计要求。
3.5减速机的选择
由于螺旋轴转速较低，而且不能有很大的地方安装减速机，故而需要减速比较大且体积小的减速机。
本次设计采用行星摆线针轮减速机。
根据电机转速和螺旋轴转速初步确定减速比为
式（3-10）
由于链传动有一定的减速作用故将减速比定为
=9。
减速机输出转速为
式（3-11）________________________________________________________________________________________________
输出功率为
式（3-12）
输出轴直径45mm，输出转矩为
89.4N.m式（3-13）
减速机型号选ZWD4型。
将电机与减速机直联，如图2所示。
图2ZWD4型摆线针轮减速机
3.6联轴器的选择
根据减速机的输出轴径45mm，输出转矩为89.4N.m。
查机械设计手册，选用弹性柱销联轴器型号为。
主动端：
Z型轴孔、C型键槽、dz=45mm、L1=84mm；从动端：
J1型轴孔、A型键槽、d2=40mm、L=84mm。
3.7传动轴轴承的选择
考虑到转速较低，且传动轴外露的特点，宜采用带座轴承。
根据联轴器输出轴孔直径40mm，传动轴轴承选用带立式座外球面球轴承UCP208。
3.8机壳的结构
考虑到装车机需要进入仓内作业，为了方便出入粮仓，加之考虑到后面输送部分宽度840mm，可以将机壳加宽一点，取机壳左右宽度为2058mm。
根据后面输送部分与喂料部分的结合长度，取机壳前后长度为519mm。
机壳上装螺旋组件的地方开豁口，便于安装螺旋组件，安装完以后用钢板焊接。
3.9传动轴的设计
根据联轴器输出轴的直径d2=40mm，半联轴器长度L=84mm，带立式座外球面球轴承UCP208宽度49.2mm可定该段轴径为40mm，长度为148mm.中间轴段轴径为50mm，长度根据喂料部分壳体长度可定为460mm，下一轴段与第一轴段轴径相同为45mm，长度可由链传动确定，下一轴段与小链轮配合，轴径定为35mm，由小链轮的宽度可定该轴段长度，其结果见链轮设计部分。
3.10链传动设计计算
3.10.1链传动计算
（1）输入功率
。
式（3-14）
（2）输入转速
。
式（3-15）
（3）减速比为
，式（3-16）
输出转速为
。
式（3-17）
（4）选择链轮齿数
取小链轮齿数为Z1为25，大链轮的齿数为
。
式（3-18）
（5）确定计算功率
查机械设计手册得工况系数KA为1.2，主动链轮齿数系数KZ为1.31，单排链，计算功率为
式（3-19）
（6）选择链条型号和节距
根据Pca=2.28KW及n1=156rpm,可选链型为12A，链条节距为p为19.05mm。
（7）计算链节数和中心距
初选中心距a0=（30～50）P=（30～50）×19.05=700～952.5mm。
取a0=710mm。
相应的链长节数为
式（3-20）
取LP=107。
计算理论中心距
式（3-21）
实际中心距为a′=a-Δa=721mm，其中Δa=0.003a=2mm。
（8）计算链条长度
将数据带入公式得链条长度
式（3-22）
（9）计算链速，确定润滑方式
式（3-23）
由V=1.24m/s和链号12A，查得应用滴油润滑。
（10）
有效圆周力
式（3-24）
（11）作用于轴上的拉力计算
压轴力系数为KFp为1.18，工况系数KA为1.2，则作用于轴上的拉力为
FP=KFpKAFe=1.18×1.2×1169.35=1655.8N式（3-25）
3.10.2链轮计算
（1）小链轮计算
小链轮基本参数见下表4
表4小链轮基本参数（mm）
链条节距
p
19.05
链条滚子外径
d1
11.91
链条内链板高度
h
18.08
链条排距
p1
22.78
链条内链节内宽
b1
12.57
a）分度圆直径
式（3-26）
圆整为d1=152mm。
b）
齿顶圆直径
式（3-27）
式（3-27）
式中，d1—滚子直径。
取da1=164mm。
c）齿根圆直径
式（3-28）
d）齿高
式（3-29）
式（3-30）
取ha=5mm。
式中，d1—链条滚子外径。
e）轮毂厚度
根据传动轴与链轮配合处轴径35mm可得小链轮厚度为
式（3-31）
式中，K为常数，当d>150mm时取K=9.5。
f）轮毂长度
式（3-31）
式（3-32）
取L=55mm。
g）齿宽
因p=19.05>12.7，故
bf=0.95b1=0.95×12.57=12mm。
式（3-33）
（2）大链轮计算
基本参数和计算公式按照小链轮。
其计算结果为：
d2=170mm，da2=179mm，df2=158.23mm，齿高、齿宽同小链轮，轮毂厚度h，轮毂长度L有链轮轴孔决定，结果在螺旋轴设计计算中给出。
3.11螺旋轴的设计
（1）已知数据
转速n=137rpm，输送功率P=0.96KW，无缝钢管直径为60mm，长度为2008mm。
（2）选择轴的材料和热处理方式
根据转速和功率可选无缝钢管材料为Q235-A，焊接轴头材料为45钢调质处理。
（3）初估轴的最小直径
焊接轴头部分最小轴径为与链轮配合处，此处有一个键槽，A值需增加5%，取A=124，于是得
。
式（3-34）
估算无缝钢管直径
。
式（3-35）
式中，
—空心轴内外径比值，此处
=50/60=0.83。
无缝钢管直径d钢管=60>29.42mm，满需要求。
因焊接轴头与链轮配合处有一键槽，故将计算得出的轴径增大7%得d轴头=25.39mm，但因轴头部分需与钢管焊接，根据钢管内径50mm，初步选定d轴头=40mm。
则链轮轮毂厚度为
。
式（3-36）轮毂长度为
式（3-37）
式（3-38）
取L=58mm。
（4）轴的结构设计
最小轴径处根据链轮宽度58mm，在轴端加装轴端挡圈，根据轴径40mm，轴端挡圈公称直径为50mm，为了保证挡圈只压在链轮毂上而不压在轴端，需使轴端长度比链轮宽度稍短，取其长度为57mm，接下来一段应与轴承配合，两者之间应有一个轴
肩，取其轴径为45mm，于此同时选定轴承采用带凸台圆形座外球面球轴承UCFC209，根据其轴套长度50mm，且该段尾部应有退刀槽，取其长度为51.2mm，其中退刀槽宽度为1mm，接下来一段轴肩需与无缝钢管焊接在一起，钢管内径50mm，故该段轴径也应为50mm，因无缝钢管长度为2008mm，左右都要安装轴承，机壳两端挡板距离2058mm，挡板厚度4mm，挡板距轴承轴套1mm，故钢管端部距轴肩距离为22mm伸入钢管长度为63mm，即可定出该段长度可定为85mm，即可满足要求。
最右端轴段也安
装UCFC209轴承，长度只需比轴承轴套宽度稍宽即可，取其长度为50mm，轴径为45mm。
（5）轴上零件的周向固定
链轮与轴的周向固定采用平键连接，根据配合处轴径40mm，查得平键截面b×h=12×8，键槽用键槽铣刀加工，根据配合轴段长度57mm，取键长L=50mm。
同时为了保证链轮与轴配合有良好的对中性，故选择链轮轮毂与轴的配合为H8/h7；轴承与轴采用过渡配合H7/js6，同时采用紧定螺钉连接也可起到一定的周向固定作用，选紧定螺钉型号为M8×10。
（6）确定轴上圆角、倒角和退刀槽尺寸
轴端倒角1×450，各个轴肩圆角半径为R1，退刀槽1×0.4。
（7）求轴上载荷
将轴当成简支梁，两个轴承充当铰链，装配链轮端悬臂，轴上所受载荷为链轮所施加的有效拉力和压轴力。
由于左右所受轴向力相同，故轴所受轴向力相互抵消。
轴的计算简图见下图3-（a）所示。
图3轴的载荷分析图
图中，L1=62mm，L2=2088mm。
水平支反力为FH1，FH2。
见图3-b。
式（3-39）
式（3-40）
垂直面支反力为FV1，FV2。
见图3-d
式（3-41）
式（3-42）
（8）绘弯矩图
水平弯矩图MH见图3-c，最大弯矩为B点弯矩。
MHB=72500N.mm。
垂直弯矩图MV见图3-e，最大弯矩为B点弯矩。
MVB=102667N.mm。
总弯矩图M见图3-f，最大弯矩为B点弯矩。
125685N.mm。
式（3-43）
（9）绘扭矩图
整个轴长范围内仅受链轮处扭矩，其值为：
T=9550000P/n=9550000×0.91/137=66920N.mm。
式（3-44）
扭矩图见图3-g。
（10）校核轴的强度
从上面的分析可以知道轴上的危险截面为B处，故需校核B处强度。
按第三强度理论计算应力。
轴上所受扭转切应力为脉动循环变应力，取α=0.6。
轴的计算应力为：
。
式（3-45）
前已选定轴的材料为45钢，调制处理，查得[σ-1]=60MPa。
因此σca<[σ-1]，故安全。
4车架部分设计及计算
4.1车架设计
由于本次设计的装车机质量不大，且其行驶速度不能太高，大约为人的步行速度，故其行驶速度设计为1m/s。
车架采用较简单型钢焊接钢结构。
见下图4所示。
图4车架焊接组件
1-纵梁；2-中间横梁；3-减速机座底板；4-端部横梁
中间横梁2用工字钢，h=100，b=80。
两端横梁3和两边纵梁1采用槽钢，h=100mm，b=60mm。
将槽朝外，工字钢焊接在槽钢的背面。
车架要与下面的车轮相连接，由于焊接组件底部距离车轮轴较近，且装车机工作频率不太大，工作环境路面良好，故只在两边的槽钢下面焊接有两块钢板，不必采用钢板弹簧将钢板直接焊接在车轮轴上。
车架的总体长度为2000mm，总宽度为840mm，这两个值是由输送部分决定的。
为使车架受力均匀，将中间设计两个横梁，且最左端中间横梁（第一横梁）2距离左端部横梁（前横梁）距离为590mm，跨过一段距离后在加一根比较小的横梁，称为副横梁（第二横梁）。
这两根横梁之间焊接一块厚20mm的正方形钢板用来作为减速机座底板。
两根横梁之间的距离是由减速机座宽度决定的，其值将在行走装置设计中给出。
右端中间横梁（第三横梁）距离右端端部横梁（后横梁）距离可定为529mm。
由于车架中间部分受力最大，这也是中间加装副横梁的原因之一，所以使得两个中间横梁距离两端端部横梁的距离不一致。
4.2转向系统设计
转向系统由转向操纵机构和转向器、转向传动机构组成。
结构设计如图5所示。
图5为俯视图。
图5转向系统
1-方向盘；2-转向器；3-转向操纵机构；4-转向拉杆；5-转向横拉杆；6-转向节；7-车轮
其中2转向器采用齿轮齿条式转向器，转向操纵机构3为直径为30mm的Z字形的杆件，转向横拉杆为直径20mm的杆件，两端焊接有接头与转向拉杆用带孔螺栓连接。
转向节6是转向系统的重要部分，见图6所示。
转向节与车轮前轴的连接如图7所示。
两车轮之间的距离根据车架总宽度定为1110mm，左右都留出84mm来安装转向节。
图6转向节
图7转向节与车轮的连接
1-转向横拉杆；2-带孔螺栓M14×60；3-转向操纵杆；4-转向拉杆；5-前梁；6-主销；7-封盖；8-螺栓M6×25；9-转向节
前梁端部制有主销孔，与转向节的上下主销转向节9与前梁5通过主销6连接，主销两端有封盖7通过螺栓8连接。
转向节下耳上有凸缘，转向拉杆4通过球头销与凸缘连接，从而使转向拉杆拉动转向节转动。
在拉杆上也制有凸缘，凸缘与转向横拉杆通过带孔螺栓连接，从而使拉杆拉动左车轮的同时也拉动转向横拉杆带动右车轮转动。
4.3车轮轴设计
4.3.1前轮轴设计
前轮轴需与转向节相连，故在前轮轴两端制成与转向节配合使用的拳部，并且要有一定的倾角来满需车轮主销内倾角，主销内倾角设为60然后再将前梁过度到水平圆形轴段。
由于机器整体重量不大，将水平轴端直径设计为60mm。
根据前述左右车轮距离1110mm转向节尺寸可得前梁总长度为945mm，其中中间水平段长度为569mm，两端向内倾斜60。
结构如图8所示。
图8前轮轴
4.3.2后轮轴设计
后轮轴是驱动轴，上面安装有驱动装置。
根据前轮轴设计，后轮轴轴径也为60mm。
但后轮轴需要轴壳用来和车架连接，即所谓的桥壳。
取桥壳外径为90mm，桥壳用厚度为5mm的钢管制成，则内径为80mm，后轴与桥壳内壁距离为10mm。
后轴总长度有两车轮距离决定。
后轴桥壳需伸进车轮轮毂里面，用一对圆锥滚子轴承和端部凸缘与轮毂相接。
由于中间需加装行走链轮，故桥壳需要易于拆卸。
故将桥壳制成左右两半，根据行走链轮在轴上的位置来确定左右桥壳的长度。
桥壳通过其端部凸缘与一对带菱形座外球面球轴承UCFLU212连接，轴承轴套一端顶住链轮作为链轮的轴向固定，链轮的周向固定采用键连接，选用。
其结构如图9所示。
图9后轴、链轮、轴承、桥壳的装配关系
1-桥壳；2-螺栓；3-UCFLU212轴承；4-行走链轮；5-后轴；
4.4行走装置设计
4.4.1驱动装置设计
驱动装置同样采用喂料部分的直联电机型摆线针轮减速机，电机同样采用Y90L-4，额定功率1.5KW，满载转速1400rpm。
减速机型号为ZWD-4，传动效率取η=0.97。
4.4.2传动装置设计
（1）输入功率P链
装车机速度不能太快，约为人的步行速度为宜，取其速度为V=1m/s。
因速度较低，故行走装置采用链传动，则链传动输入功率为
。
式（4-1）
（2）链轮转速
前轮直径取400mm。
则后轴转速及从动链轮转速为：
式（4-2）
传动比取i=1.5，则主动链轮转速为
式（4-3）
（3）选择链轮齿数
选择小链轮齿数为Z1=19，则大链轮齿数为
Z2=iZ1=19×1.5=28。
式（4-4）
（4）确定计算功率
查机械设计手册得工况系数KA为1.2，齿数系数KZ为1.31，单排链，则计算功率为
Pca=KAKZP链=1.2×1.31×1.46=2.3KW。
式（4-5）
（5）选择链条型号和节距
根据Pca=2.3KW及n1=72rpm，查机械设计手册，可选链型为16A。
其节距为p=25.4mm。
（6）计算链节数和中心距
初选中心距a0=（30～50）P=（30～50）×25.4=762～1270mm。
取a0=913mm。
相应的链长节数为
。
式（4-6）
取链长节数Lp=104。
（7）计算链条长度
将数据带入公式得链条长度为
式（4-7）
（8）
计算链速，确定润滑方式
式（4-8）
由V=0.58m/s和链号16A，查得应用定期人工润滑方式润滑。
（9）
计算有效圆周力
式（4-9）
（10）计算作用于轴上的拉力
查得压轴力系数为KFP为1.18，工况系数KA为1.2，则作用于轴上的拉力为FP=KFPKAFe=1.18×1.2×2517.24=3564.41N。
式（4-10）
4.4.3链轮计算
（1）小链轮计算
小链轮已知参数如下表5
表5小链轮参数（mm）
链条节距
p
25.4
链条滚子外径
d1
15.88
链条内链板高度
h
18.54
链条排距
p1
29.29
链条内链节内宽
b1
15.75
计算公式同喂料部分，这里就不在一一详细表述，只列出最终结果如下表6
表6小链轮计算参数（mm）
d
da
df
ha
h
L
bf
154
165
138
13.5
18.5
75
15
（2）大链轮计算
大链轮基本参数参数同小链轮，其计算结果如表7所示。
表7大链轮计算参数（mm）
d
da
df
ha
h
L
bf
227
239
211
14
30
100
15
行走装置的结构如图10所示
图10行走装置
4.5支撑架设计
支撑架是支撑输送部分的结构，其高度应有输送部分倾斜角度而定。
本此设计中支撑架的结构如图11所示。
支撑架上面有50mm宽的窝边，以便与输送部分壳体相连，下部焊接在车架上。
在车架的右边焊接有座板2，可供人坐在上面控制装车机的操作。
座板2下面有两根角钢3焊接支撑。
其中宽度B=300mm，高度H1和H2由输送部分的倾斜角度和支
撑位置决定。
座板2时候厚度为4mm的钢板焊接在一起的边长300mm的中空板件。
图11支撑架
1-支撑架；2-座板；3-座板支架；4-窝边
在支撑架的前边（H1边）需要加装液压缸，用来举升喂料部分，后边（H2边）需要安装输送部分驱动电机。
设计结论
在本装车机设计中我负责喂料部分和车架的设计。
在喂料部分中，我做了如下工作：
喂料部分的整体和各个部分结构设计；各种标准件的选择；传动路线的确定；传动轴的设计；链传动的设计；螺旋喂料的设计计算；螺旋轴的校核。
在车架部分我做了如下工作：
车架焊接组件的设计；转向系统设计；车轮轴的设计，后轮轴与车架焊接组件的连接；行走装置的设计；支撑架的设计。
相比于以往的装车机，本次设计的装车机结构更加紧凑，直接将两种输送机械结合在一起，避免了
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