螺旋挤搓式玉米脱粒机的设计文档格式.doc
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3.3.1电动机的功率 9
3.3.2电动机的转速 10
4辊子传动轴的设计 12
4.1确定轴的各段直径和长度 12
4.2脱粒机轴的设计 12
4.3轴强度的校核 13
5带的设计 14
5.1带轮的设计 14
5.2.1主动带轮的设计 14
5.2.2从动带轮的设计 14
5.2V带的设计 15
5.2.1计算功率 15
5.2.2选择V带型号 15
5.2.3计算带轮的基准直径 15
5.2.4确定传动中心距和带长 16
5.2.5验算主动轮上的包角 16
5.2.6计算带的根数 16
5.2.7确定单根V带适当的初拉力 17
6机械的操作准则和日常保养 18
6.1有效的避免爆炸 18
6.2正确的使用 18
6.3安全操作准则 18
6.4玉米脱粒机的维护保养 18
结论 20
参考文献 21
附录 22
致谢 25
摘要
传统的玉米脱粒机脱净率不是很高，需要进行后期的玉米粒的筛选工作，给农民增加了劳动负担。
并且机器都是较大型的，不是很轻便。
针对玉米脱粒现状，对现在的玉米机进行脱净率的提高的改进设计很有必要。
此次设计的脱粒机的工作原理是利用钉齿对玉米棒打击产生的惯性破坏玉米粒与玉米芯的连接。
因为在打击过程中，玉米粒会产生振动，从而产生较大的惯性力。
当破坏连接之后，运动旋转的滚筒与圆筒凹版之间的产生的螺旋挤搓力可以将玉米粒搓离玉米芯，此搓力是仿照人工脱粒设计的。
搓离开的玉米粒由筛孔分开来，从出料口顺着斜滑板集中排出。
同时鼓风装置将混在玉米粒里的玉米丝、皮儿等杂质吹出来。
玉米芯则借助滚筒上的螺旋排列的钉齿的螺旋推力和螺旋导向作用，由即出料口排出机体之外。
关键词：
玉米脱粒机；
仿人工搓粒；
铁齿滚筒；
螺旋挤搓
ABSTRACT
Thetraditionalcornthresheroffnetratethanmaizegrainisveryhigh,needtobescreeningofcorninthelatework,increasedthelaborburdentopeasants.Andmachinesarerelativelylarge,notverylight.Accordingtothepresentsituationofcorn,cornmachinenowimproveddesigntoimprovethethreshingrateisverynecessary.Thedesignofthethreshingmachineworkingprincipleistousethenailtoothofcornonthecobblowinertiadamagecornandcorncobconnection.Becauseintheattackprocess,corngrainwillproducevibration,resultinginagreaterinertiaforce.Whenconnectedtoafailure,andbetweentherotarymotionofthedrumandthedrumgravureofhelixcrowdedrubforcecanbethecorngrainstwistfromcorncobandtherubbingforceismodeledonthedesignofmanualthreshing.Leavethecorngrainbyrubbingsievetoseparatefromthedischargeport,alongtheinclinedslidedischarge.Atthesametimetheblowerdevicewillbemixedinthecornkernelsofcornsilk,leatherandotherimpuritiesblownout.Corncobisusingscrewarrangedonacylinderoftoothofspiralthrustandspiralguidingrole,ofthedischargingmouthoutsidetheinstitutionalbody.
Keywords:
cornthresher；
artificialrub；
nailtoothroller；
screwextrusion
1绪论
我国作为一个农业大国，玉米的种植在世界谷物类中有很大的比例。
在我国玉米的总产量以及种植面积居于小麦和水稻之后，位于第三名，但是每年的平均单产均居于首位。
最近几年以来，人们越来越认识到玉米产业的高附加值，因而成为黄金产业和朝阳产业。
在05年我国玉米的工业消费量突破了两千一百万吨，同时玉米消费比例也从0.5％提高到了13.4％，在各国的粮食安全和国民经济发展中占有重要地位。
因此我国政府大力发展玉米深加工产业，玉米也逐渐成为国内农产品市场的“黄金”品种。
介于玉米在我国农业市场占有的比重较大，于是决定设计有关玉米脱粒方面的机构。
对于从小在农村长大的我清晰地记得，小时候都是人工进行玉米脱粒，不仅效率非常低而且大大增加了农民的劳作时间，严重影响了生产效率。
随着我国科技的发展，越来越多的科技产品的设计发明都运用到了农业的生产。
脱粒机是一种农业收个机械，它能够把农作物的籽粒和其茎秆分离开来。
当然不同的农作物有不同种类的脱粒机，同种农作物的脱粒机也是在不断改进的。
玉米脱粒机的制造很大程度上降低了人们的劳动强度，从而也进一步提高了农业生产力。
玉米脱粒机的设计是本文的研究对象，于是我们分析查找了许多资料，首先考察了不同种玉米脱粒机，差速原理的玉米脱粒机脱净率不是很高，碾压式的破损率比较高，权衡利弊最终设计钉齿式玉米脱粒机。
其工作原理是：
利用进行回转运动的钉齿和圆孔式凹板之间的间隙配合，在圆孔式凹板与铁齿滚筒之间的揉搓下，将玉米粒脱离玉米芯，并借助其他的机械机构将玉米粒同玉米芯、玉米丝、皮分别从不同的出口排出机体之外。
由于此螺旋挤搓是仿人工的，所以降低了破损率，有较高的生产效率。
在这个过程当中，我们将学到更多的知识。
（1）首先着重懂得零件结构，锻炼了自己独立思考和独立工作的能力，提高了绘图技能以及设计能力，尤其是运用计算机画图的能力.
（2）通过玉米脱粒机的设计，让我们在机械的方案设计、结构制造、机械的加工余量的计算，编写和检查技术文件等方面有一个全面的锻炼。
（3）在设计的过程当中，要思考各零件之间的配合。
安装的精确与否直接影响着工作效率。
在玉米脱粒机的设计过程中，要进行细致的调查和要就分析，结合实际的生产进行，并且要吸收国内外先进技术，制定出合理的设计方案。
我们要好好地加油，使我们的国家在农业现代化机械方面有更好的发展。
2玉米脱粒机的整体结构
2.1整体结构
玉米脱粒机的主要组成部件：
入料口、钉齿脱粒滚筒轴、圆孔式凹板、鼓风机、机架。
整体组成如下图1所示：
图1玉米脱粒机
2.1.1入料口部分
入料口与上盖相连，选用的材料是2mm厚的冷轧钢板。
把已经剥好皮的玉米倒入入料口，玉米棒下滑到钉齿滚筒和圆孔式凹板之间，从而进行玉米脱粒。
图2入料口部分
2.1.2脱粒与筛选部分
脱粒部分主要组成部分（如下图3）：
圆孔式凹板、钉齿滚筒、半圆型上盖。
钉齿打击玉米，使玉米粒产生振动，利用产生的惯性力破坏它与玉米芯之间的连接，同时高速旋转的转子撞击玉米粒脱落，从而实现玉米的脱粒。
筛选部分主要是由圆孔式凹板组成的。
机构中圆孔式凹版是固定的。
完成玉米脱粒后，玉米粒从圆孔式凹版的圆孔中漏出来，由滑板滑出机构。
其目的是把玉米粒筛选出来和玉米芯分离开。
而干净的玉米芯通过滚筒上的钉齿的导向和推力由出料口排出机构外。
图3脱粒与筛选部分
2.1.3鼓风筛选部分
鼓风筛选部分组要组成部分：
风扇、杂质出口。
玉米粒由圆孔式凹板滑下来的时候通过风扇吹出的风，把玉米粒中参杂的玉米皮、玉米丝等吹出机体外。
图4鼓风筛选部分
2.1.4机架部分
机架的主要组成部分（如下图5）：
主机梁、左机架、右机架、下滑板、出料口。
为了保证机械在工作的过程中保持稳定，避免对人身安全造成威胁，机架的每个部分都要相对固定和稳定，所以制成脱粒机的主体材料是3的角铁。
图5机架部分
2.2螺旋挤搓的优势及意义
由于此脱粒机的螺旋挤搓是仿人工的，和农民用手进行挤搓玉米使其脱粒时的工作原理相同，所以相比于其他的脱粒机籽粒的破损率较低。
尤其是同碾压式的玉米脱粒机进行比较大大降低了籽粒的破损率，提高了生产效率。
同差速原理的脱粒机进行比较，差速脱粒机的脱净率不如螺旋挤搓式的脱净率高，综合考虑到成本及操作等，选用螺旋挤搓式的玉米脱粒机。
螺旋挤压式玉米脱粒系统完成玉米的脱粒及籽粒与玉米芯的分离，同时能有效地降低玉米籽粒的损伤率，提高玉米的脱净率及玉米芯的完整度。
螺旋挤搓式玉米脱粒机大大提高了生产效率，解放了农民的双手，解决了劳务繁忙问题，需要的人工少，而且主要是工作效率有大大的提高，几个人一上午就能完成上万斤玉米的脱粒。
2.3钉齿条的设计
钉齿条的功能是利用均匀快速转动的钉齿的顶端去对玉米进行脱粒。
它是脱粒机的主要部件，因此其设计直接关系到脱粒机的工作状况。
钉齿在工作时直接与玉米相接触，所以钉齿摩擦的相当的频繁。
考虑到这个问题，根据《脱粒机》书中所建议的S45C,参考其工作环境和工作强度，每条钉齿条上安装13个钉齿。
钉齿直径，长为。
2.4凹板的设计
凹版的功能是将玉米粒通过缝隙漏出、玉米芯通过钉齿排出机构外，从而使玉米粒和玉米芯分离开；
凹版的缝隙（孔）可以将玉米棒卡住，相当于固定玉米棒的作用。
凹版与钉齿滚筒的配合是脱粒机的重要工作部件。
传统的脱粒机的凹版一般是栅格型，为了使玉米棒脱粒脱得更干净、使玉米粒有更高的完整率，本设计采用半圆桶型中的圆形孔。
本设计采用的是半圆桶型圆孔铁板的凹板，其厚度为、长度l=900mm。
根据实际观察可知玉米粒有连在一起的现象，并且3个连在一起的概率最大，所以设计圆孔直径为，圆孔的圆心间距为40mm。
将凹版展开圆孔呈7行19排排列在直径为220mm的半圆筒上。
凹版和滚筒之间的距离将直接影响到脱粒机的工作效率。
距离过大，同等工作时间内可以提高脱粒效率，但是降低了脱净率；
距离过小，虽然增大了玉米的脱净率，但是降低了工作效率，同时也增加了玉米的损伤率。
考虑到脱粒效率、脱净率等，一定要把握好凹版和滚筒之间的距离。
根据经验，凹版和滚筒的距离取45mm。
为了使凹板有更高的稳定性，将凹板焊接到机架上。
提高了凹板和机体的连接质量。
更加接近脱粒机的一体化设计，使整体的刚度有一定的提高。
图6凹板的设计
2.5上盖及入料口的设计
玉米脱粒机的上盖是用厚度为2mm的冷轧钢板制成的半圆形状的上盖。
其直径为、长为900mm。
机体上有两个厚度为3mm、长度为900mm的等边角钢，号数为3.0。
将上盖的缘地脚焊接在两个角钢上，便于下半部分与上盖的安装。
入料口与脱粒机的上盖相连，。
玉米棒由入料口进入机构，并且在持续不断地填入过程中脱粒机都在正常工作。
因此填料方式要顺应主轴的旋转方向，不然对主轴瞬时的负载可能造成瞬时间卡死、电动机闷车等现象。
长期下来会对钉齿有磨损，对机体有很大的副作用。
所以为了保证正常的填料，斗底板有一定的倾斜度，使玉米棒顺利进入脱粒区，避免发生堵塞现象。
在填料过程中还要防止玉米粒从入料口飞溅出来，保障工作人员的安全。
所以入口偏向滚筒向下旋转的一侧。
在玉米脱粒机的上盖两端有两个纵向布置的半圆形铁板，防止玉米粒飞溅出来，保障工作人员的安全和便于收集玉米粒。
铁板的另一个作用是防止操作人员将手或者衣服搅入脱粒机。
挡板的设计既要考虑到与上盖的连接还要考虑到与轴承座的配合。
轴承与挡板的相交处的形状由轴承来确定，其直径为。
其结构如图7所示：
图7上盖结构图
2.6机架的设计
因为机架式脱粒机的主要支撑部位，起着稳定工作的重要作用。
所以机架要从结构和材料上选择坚固稳定的。
因为本次设计的脱粒机电机动力偏小，冲击载荷偏低，机型较轻便。
同时参考《脱粒机》一书，本次设计可采用角钢支撑。
选择的角钢的厚度为3mm,钢号数为3.0。
因为角钢在所承受的在和范围内，不会发生结构变形，这样就不会影响脱粒机稳定坚固的效果。
机架上的两段横梁同样选用角钢材质。
出粒斜板的作用是使玉米粒顺着斜板滑出来，便于玉米粒的收集，不需要用太厚的材质，采用1mm厚的铁板即可。
在另一端还有一下滑的斜斗，与机体焊接相连。
其作用是使玉米芯排出机体外，便于人工清理，同样也不需要太厚的材质，但需要有一定的长度，以保证顺利滑出，即采用1mm厚、长为～的铁板。
从整体来看，机架的选材、结构设计是满足要求的，并且结构设计合理。
结构设计如下图8所示：
图8机架示意图
2.7轴承座的选用
考虑到轴的载荷、扭转应力、弯曲应力等，选定滚动轴承来支撑主轴。
此次设计的脱粒机是轻便型的所以需要选用比较轻便的轴承。
通过查《机械设计手册》选定尺寸为中调心球轴承1306。
查《机械设计手册》选用轴承座SNK306固定,毛毡圈密封。
2.8螺栓的选用
螺栓是起连接作用的，都是标准件，通过《机械设计手册》即可查取。
考虑到上盖和机架的连接、电动机和机体之间的连接都是用螺栓连接，为了满足电动机的动力要求，选用公称直径为M10的螺栓。
其他部位的螺栓选用直径为8的即可满足、其长度为80mm。
2.9风扇叶及风扇盖设计
由经验可知风扇叶的材料是厚度为3mm的冷轧钢板，风扇盖是厚度为1mm的冷轧钢板。
四片扇叶均匀的焊接在风机轴上。
风扇叶直径为160mm，圆角为R1。
3玉米脱粒机的设计
结合脱净率、生产效率以及损坏率等多方面的综合考虑，仿人工的搓力脱粒机的玉米粒损坏率比碾压原理的脱粒机要低，脱净率和生产效率比差速原理的脱粒机要高，且在耐用、操作等方面的优点要好于其他类型的玉米脱粒机。
3.1钉齿的设计
铁齿的转速利用公式求得，即：
（3-1）
注：
—钉齿转速
—主轴转速
—钉齿到轴心的距离
3.2钉齿滚筒的设计
滚筒是完成玉米脱粒的关键部位，在其表面均匀分布有滚齿。
玉米棒在齿力的作用下进行脱粒。
一般滚筒的外缘线速为4m/s，经过改进确定其线速为3.5m/s，使其有最高的生产效率。
转速为340r/min,速度为3.4m/s。
3.3电动机的确定
玉米脱粒机工作的时候铁齿快速的旋转，而有两个铁齿条受到的是玉米棒施加的切向力，剩下的两个是空行程，所以：
（3-2）
即当玉米脱粒机正常工作的时候，受到的切向力大小是。
—钉齿所受到的力
—参与工作时的钉齿钉的个数
—参与工作时的钉齿条的条数
3.3.1电动机的功率
电动机的功率由公式
（3-3）
计算，是传动装置的总效率，脱粒机传动装置的总效率由以下公式计算，即
（3-4）
选取的运动副的效率值如下：
（3-5）
由公式可计算电动机的功率
（3-6）
3.3.2电动机的转速
根据相关资料得，玉米脱粒机的主轴的转速在750～850r/min之间，按《现代机械设计》所推荐数值，传动带的合理取值范围为i=2～4之间，这时电动机转速得范围为：
（3-8）
结合工作环境、劳作强度等要求,查《现代机械设计手册》选用Y系列（IP44）的封闭式三相异步电动机。
其中符合上述所求得的电动机转速范围的封闭式三相异步电动机的转速有三种如下，通过《机械设计通用手册》结合容量和相关转速，分别查出三种适宜的电动机的型号。
有三种不同方案，如表1所示：
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
额定转速
效率（%）
电动机重量（KG）
功率因数
1
Y160S2-2
7.5
3000
2900
86.2
72
0.88
2
Y132M-4
1500
1440
87.0
79
0.85
3
Y160SM-6
1000
970
86.0
119
0.78
4
Y160L-8
750
715
72.0
145
0.75
根据相关转速，进行比较可知方案二较合适，固选定型号为Y132M-4的电动机。
选定的电动机的额定功率为＝7.5kw，额定转速为=1440。
其主要参数如表2所示：
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
r／min
电流（380V）
效率
%
15
87
7
2.2
2.3
表3电动机尺寸列表（单位mm）
中心高
H
外形尺寸
底脚安装尺寸
地脚螺栓孔的直径
轴伸尺寸
装键部位尺寸
电动机输出轴的尺寸
132
470*347.5*345*2
220*150
38
图9电动机结构图
4辊子传动轴的设计
传轴是组成钉齿式玉米脱粒机的主要部件之一，在脱粒过程中滚筒轴主要承受弯矩、转矩和扭矩，并且作为轴上零件的支撑。
考虑到其工作环境和结构特点，选则阶梯轴。
设计如下：
利用经验公式确定其最小直径：
（4-1）
—轴常用的材料的的值
—主轴上的功率kw
—主轴的转速r/min
轴上的材料由《机械设计》中表15—1可知，选取调质处理的S4C5钢，。
由表15—3取A0=105，于是得：
根据轴的扭转条件设计最小直径。
即：
d=d（1+5%）=23（1=5%）=24mm
最小的直径在主轴输出的安装带轮处，为了使轴直径和带轮相配合选用轴径为24mm的输出轴。
已知带轮的厚度B=61mm、风扇带轮的厚度B=18mm,所以选择输出轴右段的轴径为d=24mm、长度为65mm。
4.1确定轴的各段直径和长度
Ⅰ—Ⅱ轴段的右端需要一个轴肩来满足带轮轴向定位的要求。
所以Ⅱ—Ⅲ段的轴直径为d=32mm。
而径向定位用普通平键即可，查《机械设计》可知道键的型号，普通平键的尺寸b*h*l为11*9*35。
因为机构轴上装有的钉齿滚筒、带轮，以及由于钉齿是承螺旋状排列的，所以受力很小（可以忽略）。
因为d=32mm，所以初步选取调心球轴承为支撑的轴承。
由《机械设计手册》可以查到：
调心球轴承的型号为1306、尺寸d*D*B为30*72*19。
所以设计Ⅲ—Ⅳ段与Ⅴ—Ⅵ段的直径是相等的，即d=45mm。
机体在制造或其他过程中有可能造成借口不齐、安装错位等，所以在滚动轴承的机体内应有一段移动的位移。
选择Ⅳ—Ⅴ段的直径为d=45mm。
左、右两端的轴承均采用轴承座固定。
在距离其的一定距离处焊接钉齿滚筒。
（钉齿滚筒长为740mm）。
4.2脱粒机轴的设计
轴段是钉尺段，为方便轴向定位，保证一定的脱粒效率，根据资料选取。
钉齿直径为16mm，高度为30mm，材料选用Q235，考虑到钉齿是主要磨损件，对钉齿进行淬火处理。
4.3轴强度的校核
校核轴上承受的最大当量弯矩强度即可。
（4-2）
注：
W—轴的抗弯截面系数
[]—轴的许用应力
根据《机械设计》一书可查出：
（4-3）
的S4C5钢，许用弯曲应力为60MPa>
16.96MPa（查《机械设计基础》可知）所以满足要求。
5带的设计
因为玉米脱粒机机构的传动要求比较高，根据理论知识可以选择用V带和带轮做电动机和主轴之间的传动。
5.1带轮的设计
选择V带和带轮的时候参考传动参数，根据传动参数来确定V带的型号、长度、根数，同时根据传动参数确定带轮的结构、材料、尺寸（轮宽、直径、槽数、槽的尺寸等）以及传动中心距、带轮作用在轴上的压力。
5.2.1主动带轮的设计
（1）材料的选择
根据带轮的转速选用材料为铁素体基体灰铸铁。
（2）结构设计
根据所以主动带轮的结构采用的是T字型。
（3）参数的选择
通过《机械设计基础》可知，首先确定结构参数（如下表），其他的尺寸则根据相应的公式计算得出。
表4带轮的结构参数
带的型号
B
14.0
3.50
10.8
11.5
125
（5-1）
求得主动带轮的厚度为61mm.
5.2.2从动带轮的设计
由主动带轮的传动比、基准直径来设计从动带轮，因为D2=280mm,D2=
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