本科生畢業(yè)論文（設計）任務書畢業(yè)論文（設計）題目 玉米脫粒機設計 學生姓名 專業(yè)班級機械設計制造及其自動化 學號 指導教師 工作單位 機電工程學院 一、畢業(yè)論文（設計）的主要內容分析國內外研究現(xiàn)狀，并分析機器的用途及工作原理，合理確定機器的運動方案，并完成有關的設計計算，并利用三維軟件進行運動仿真（可選） 。最終設計一玉米脫粒機，并用計算機繪制機器的裝配圖和零件圖。編寫一份設計計算說明書（含圖表，各部份的設計必須要有相關的結構分析和數(shù)據(jù)計算為依據(jù)，標準件及其他零件部件選型要作說明，論文格式參照畢業(yè)論文設計要求） 。 2、畢業(yè)論文（設計）的主要任務、基本要求及完成成果形式要求學生能綜合利用所學的機械原理、機械設計、材料力學、理論力學、機械制圖等課程的相關理論及知識，依據(jù)給定的技術參數(shù)設計一玉米脫粒機，并用 AUTOCAD 繪制總裝配圖和全部零件圖紙。培養(yǎng)和訓練學生的實際動手能力、查閱文獻手冊的能力和撰寫論文的能力。 本畢業(yè)論文寫作進度： 2018.11.30～2018.12.5 選題，下達任務書 2018.12.10 前：收集資料，撰寫文獻綜述、外文翻譯 撰寫開題報告初稿； 2018.12.20 前：完成開題報告的修改稿； 2018.12.30 前：完成開題報告的定稿； 2019.1.16 前：完成畢業(yè)設計的基本框架，完成論文結構安排，并向導師匯報 2019.3.1 前：收集相關資料和復習相關理論。 2019.4.6 前：整理資料，分析機器工作原理，并完成方案設計及結構設計計算部分。并整理計算說明書； 2019.4.15 前：繪制零件圖及裝配圖草圖，形成初稿，準備論文中期檢查；； 2019.4.24 前：利用相關軟件進行運動仿真（可選） ，完成畢業(yè)設計的修改一稿； 2019.5.1 前：完成畢業(yè)設計的修改二稿；完善圖紙； 2019.5.6 前：完成畢業(yè)設計的定稿；圖紙定稿； 2019.5.9 前：整理畢業(yè)設計的全部資料，修改不合格部分，合格后全部資料裝訂成冊；2019.5.10：進行畢業(yè)設計網(wǎng)上重復度查詢，提交查詢報告，通過畢業(yè)答辯的資格審查，進行畢業(yè)答辯； 2019.5.20 前：上交所有的畢業(yè)設計資料。 三、畢業(yè)論文（設計）必讀參考資料[1]孫恒， 陳作模. 機械原理. 第七版. 北京：高等教育出版社， 2006：15-205 [2]濮良貴 ,紀名剛. 機械設計.第八版. 北京：高等教育出版社， 2006: 06-302 [3]楊家軍. 機械創(chuàng)新設計技術. 北京：科學出版社，2008 [4]哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室. 理論力學. 高等教育出版社 ,2009 機械設計手冊 互聯(lián)網(wǎng) 指導教師簽名： 教研室主任簽名： 院長簽名（章）： 年 月 日本科生畢業(yè)論文（設計）開題報告姓名 學號 專業(yè) 機械設計制造及其自動化題目 玉米脫粒機的設計一． 研究的目的和意義（不少于 400 字）玉米是世界三大糧食作物之一，種植面積僅次于水稻和小麥，位居第三。玉米不僅是作為糧食使用，還是化工、醫(yī)藥、視頻、能源等多種產(chǎn)業(yè)的重要原料，在世界各國的糧食安全和國民經(jīng)濟發(fā)展中占有及其重要的地位。20 世紀 90 年代以來，世界各國對玉米的需求量和利用率呈上升趨勢。玉米，從作為人類口糧，到作為畜生飼料，再到工業(yè)生產(chǎn)原料，經(jīng)歷了三個階段的身份轉變。玉米作為口糧消費占了玉米總消費量的 5%左右，不過隨著時代的變遷，這個比例出現(xiàn)了逐年下降的趨勢。玉米作為三大主要糧食品種之一，在解決人類溫飽的問題上起到了舉足輕重的作用。今天，世界各地人民仍然把玉米當做餐桌上必不可少的食品，任何生活水平的人們都有食用玉米的習慣，在經(jīng)濟水平相對發(fā)達的國家，人們也廣泛運用玉米來補充人類所需的礦物質。而經(jīng)濟水平相對落后的某些國家，廉價的玉米，甚至可以作為每日的充饑之物。在這樣的大環(huán)境下，玉米行業(yè)產(chǎn)生了前所未有的活力，農民和商人也對此充滿熱情。溫家寶總理也曾提出：要居安思危，思則有備，有備無患。儲糧于田，儲糧于庫，都是為了維護農民的利益，維護糧食市場的穩(wěn)定，維護國家糧食的安全。因此玉米生產(chǎn)的質量和效率就尤為重要。但是由于受到生產(chǎn)工具的限制，農民面臨這現(xiàn)實性的難題——脫粒，目前我國大多數(shù)的玉米產(chǎn)地都在沿用著如下脫粒方式：1，比較落后的脫粒方式：如連蓋打、竹片撬、木棒打、兩個玉米棒子相互搓、螺絲刀脫粒以及一些老式手搖脫粒機脫粒等，這些落后的脫粒方式沿用至今，嚴重制約著玉米生產(chǎn)的效率，讓農民的勞動更加繁重不堪；2，采用大、中型玉米脫粒機：利用大、中型脫粒機設備脫粒。這種方式脫粒，容易將玉米粒及玉米芯打碎，嚴重影響玉米質量。在玉米脫粒過程中往往一次脫粒脫不干凈，需要第二次脫粒。同時，購置大、中型的脫粒機費用較貴，制約農民朋友的購買熱情，影響玉米農戶的收入。由于國內玉米穗脫粒時水分高，籽粒與芯軸連接強度大，致使脫離質量下降，脫粒損失提高。了解國內玉米脫粒機發(fā)展現(xiàn)狀，結合我國國情，研制出滿足我國脫粒市場需求的高脫凈率、低損傷率玉米脫粒機，是我國種子加工中迫切需要解決的一個實際問題。因此，根據(jù)玉米脫粒過程中存在的問題，本文設計了一種結構簡單，制造方便，脫粒效率高的小型電動脫粒機。二．國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢（不少于 400 字）玉米脫粒機是我國糧食收獲的重要農業(yè)機械之一。據(jù)調查，目前脫粒機在我國農村仍然被廣泛使用于對水稻、小麥和玉米等作物的脫粒作業(yè)，全國約有 60%以上的水稻是用動力或人力脫粒機進行脫粒，小麥有近 30%是靠脫粒機脫粒。另外，由于我國地域廣闊，各地的地理、氣候、農藝要求和經(jīng)濟狀況等差異都較大，在丘陵、半山區(qū)的間作套種地區(qū)以及雜糧、水稻種植區(qū)，玉米脫粒機的使用仍十分廣泛。所以隨著農業(yè)的發(fā)展，玉米脫粒機具有十分廣闊的市場前景。脫粒機在我國出產(chǎn)使用已經(jīng)有十年的歷史，將玉米籽從作物的穗頭上分離下來所使用的機具，稱為脫粒機具。但是目前我國所采用的都是通過打擊原理設計的普通脫粒機，各種傳統(tǒng)普通機型的主軸轉速在 320r/min 以上、滾筒外緣線速度均大于 8m/s，是靠釘齒或窄板齒高速打擊玉米穗實體的，對玉米籽傷害較大。但由于普通脫粒機的個別主要性能指標偏低；玉米脫粒后的破碎率較高，致使玉米制種企業(yè)多年來受到脫粒環(huán)節(jié)損失量偏大的困擾。我國每年玉米制種量約為 180 萬，損失量按 5%計算，將造成 0.9 萬的玉米種子損失。目前發(fā)達國家如美國已經(jīng)將以打擊原理為主的玉米脫粒機淘汰，用一種擠搓技術原理的脫粒機取代，并已經(jīng)得到廣泛應用。這種技術符合脫凈效率高、破碎率低的要求，全面克服了老式脫粒機存在的缺點。新型脫粒機的損失至少比老式型減少 5%，而且對普通玉米和種子玉米均適合。從 1785 年蘇格蘭人朱梅克（Andrew Meikle）發(fā)明第一個回轉滾筒脫粒裝置，人們對種子玉米脫粒裝置做了大量的試驗和研究，不斷開發(fā)新的種子玉米脫粒裝置。1815 年美國開發(fā)出世界上第一臺專用于玉米脫粒的手工操作玉米脫粒機。該玉米脫粒機的脫粒部分主要由裝有釘子的盤型脫粒裝置構成，通過手搖曲柄來轉動一個安裝有釘子的盤子。脫粒時，操作員一邊搖動曲柄來旋轉盤片，一邊使緊壓玉米穗，這個盤子就從玉米芯上把籽粒脫落下來。美國 AEC group 公司生產(chǎn)的 HS-48 型擠搓式種子玉米脫粒機，脫粒性能好、對不同類型種子玉米的適應性強、種子破碎率相對打擊式種子玉米脫粒機小，在歐洲及美國等發(fā)達國家應用普遍。該機生產(chǎn)率高（10-12t/h）,破碎率 0.8%左右，但體積龐大，價格昂貴。80 年代初期，我國開始推行實現(xiàn)種子生產(chǎn)專業(yè)化、種子加工機械化、種子質量標準化、種子布局區(qū)域化和以縣為單位組織統(tǒng)一供種“四化一供的種子體系，政府撥款從國外引進一批種子加工成套設備。1996 年重慶市農機所陳宮西開發(fā)采用搓擦式原理5TY-0.2 型玉米脫粒機。2001 年農業(yè)部規(guī)劃設計研究院何曉鵬在消化吸收美國引進設備的基礎上自主研發(fā)新型擠搓式玉米脫粒機，由北京西達農業(yè)工程科技發(fā)展中心進一步改進的基礎上生產(chǎn)出了各種系列擠搓式玉米脫粒機。2007 年沈陽農業(yè)大學李心平研制出了差速式玉米脫粒機。我國對于此項技術研究工作起步較晚，因此目前廣泛使用還是以老式的脫粒機為主，但就現(xiàn)在的研究成果來看，進步非?？欤ㄟ^參加國外的技術進行研究，并不斷加以改進，我國已經(jīng)初步掌握了該項技術，并且正在進行完善、深入研究、系列化及推廣工作，相信在不久的將來我國將會擁有自主研制的高科技的玉米脫粒機。三．主要研究內容和技術方案（不少于 400 字）? 調查市場現(xiàn)有玉米脫粒機的脫粒方式具體調查市面已有的玉米脫粒機，分析它們的脫粒方式，主要有碾壓式、搓擦式、差速式、擠壓式和打擊式等 5 種脫粒方式。根據(jù)脫粒滾筒的外形可以分為圓盤形、圓柱形和圓錐形。按脫粒滾筒的安放形式又可以分為臥式和立式。按脫粒元件來分其種類更多，常見的有紋桿釘齒、弓齒、風扇葉輪及組合式等。? 多種玉米脫粒機脫粒方式對比利用列表法羅列出各種玉米脫粒機脫粒方式并且進行對比，對比的項目主要包括脫粒的速度、效率、種子玉米破碎率、是否脫凈等方面比較。對比出它們的優(yōu)缺點。選擇出最好用的脫粒方式，以作參考。? 設計玉米脫粒機的喂料機構設計出一種玉米脫粒機的喂料機構，綜合考慮玉米喂料的方式，現(xiàn)在以下 3 種方式1：玉米棒頭部先進入工作區(qū)；2：玉米棒尾部先進入工作區(qū)；3：玉米棒身平行進入工作區(qū)；列出各種喂料方式進行優(yōu)劣性對比，綜合考慮選擇出最合理的喂料方式，及其機構的設， ；并在此依據(jù)基礎上完成零部件的設計。? 設計玉米脫粒機的脫粒機構通過市場玉米脫粒機的調查對比，總結出各種脫粒方式的優(yōu)缺點后，設計出一種完善的脫粒機構，包括玉米工作面的選擇、刀具的對比選擇、脫粒方式的選擇（包括碾壓式、搓擦式、差速式、擠壓式和打擊式、刀具平行切割、刀具環(huán)形切割等方式） ，并設計出脫粒機構傳動部分的傳動系統(tǒng)? 設計玉米脫粒機的篩選機構設計出一種玉米棒和玉米粒的篩選機構，確保脫粒前玉米棒的篩選和脫粒后玉米粒大小的分類，及其脫粒后玉米空棒的回收工作? 設計玉米脫粒機的除塵機構一種玉米粒的清理除塵機構? 考慮玉米脫粒機的安全設置及其設備的維護設計的玉米脫粒機必須考慮其安全裝置，機箱的設計、工作區(qū)域的安全工作，防止脫粒后的玉米粒飛濺出來傷人? 玉米脫粒機的三維模型及其仿真設計 基于樣機虛擬技術，通過玉米脫粒機的設計，建立三維模型，進行脫粒運動分別找出它們的優(yōu)缺點。并進行控制系統(tǒng)與機械傳動系統(tǒng)的聯(lián)合仿真，為玉米脫粒機樣機的研制提供依據(jù)。 ? 玉米脫粒機的傳感器檢測技術玉米棒是否脫粒干凈，將檢測刀的信息反饋到控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)作出判斷，以指揮脫粒機的下一步動作。脫粒干凈的玉米棒和脫粒不干凈的玉米棒進行篩選回收再脫粒，保證脫粒機的脫粒效果。四．進度安排計劃編寫完成論文的時間為 2015 年 3 月初到 2015 年 5 月底，具體安排如下：（1）任務安排及相關事項說明，收集資料（1～2 個星期） ；（2）方案設計(確定清洗機各部分的結構)（1～2 個星期） ；（3）草圖設計（畫出清洗機各零件的三維圖、運動仿真模型等） （1～2 個星期） ；（4）繪制零件圖（1 個星期） ；（5）完成裝配圖（1～2 個星期） ；（6）主編寫論文（1～2 個星期） ；（7）答辯。 5．參考文獻與資料[1] 孫桓，陳作模 . 機械原理. 6版. 北京：高等教育出版社,2001.[2] 濮良貴，紀名剛 . 機械設計. 7版. 北京：高等教育出版社,2001.[3] 濮良貴. 機械設計. 5版. 北京：高等教育出版社,1989.[4] 濮良貴. 機械零件. 4版. 北京：高等教育出版社,1982[5] 成大先. 機械設計手冊. 4版. 北京.化學工業(yè)出版社，2005.[6] 吳宗澤. 機械設計課程設計手冊. 3版. 北京：高等教育出版社,2006.[7] 龔桂義. 機械設計課程設計圖冊. 3版. 北京：高等教育出版社,2005.[8]王先逵. 機械制造工藝學上下冊. 北京: 清華大學出版社，1989.[9]李寶筏. 農業(yè)機械學 . 北京：中國農業(yè)出版社，1994.[10]呂仲文. 機械創(chuàng)新設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2004.[11]王成燾. 現(xiàn)代機械設計——思想與方法. 上海：上?？茖W技術文獻出版社，1999.[12]王步瀛. 機械零件強度計算的理論和方法. 北京： 高等教育出版社，1986.[13]陳呂西. 5TY－0.2 型玉米脫粒機. 糧油加工（電子版）雜志.1998.[14]閻志清， 高太寧. 我國脫粒機行業(yè)現(xiàn)狀及對策. 糧油加工（電子版）雜志.1998.[15]常建國. 黑龍江省脫粒機械的現(xiàn)狀及發(fā)展建議.糧油加工（電子版）雜志.1998.[16]宋彥文，常友山 . 玉米脫粒機的改進. 農機質量與監(jiān)督.1995.[17]閻冠，張守勤 . FTY-10型玉米種子復式脫粒機 . 糧油加工（電子版）雜志.1994.[18]崔東飛. 齒盤式玉米脫粒機的運動和參數(shù)分析. 農業(yè)裝備技術. 1996.[19]吳多峰，袁長勝 . HS－48 型玉米脫粒機. 現(xiàn)代化農業(yè).2006[20]Juvinall R. C. Engineering Considerations of Stress ，Strain and Strength. New York： McGraw Hill，1967.[20]Hindhede I ，Uffe. Machine Design Fundamentals：A Practical Approach.New York： Wiley，1983.[20]Rajput R K. Elements of Mechanical Engineering.Katson Publ. House.學生簽名： 年 月 日指導教師意見指導教師簽名： 年 月 日注：①開題報告用 A4 紙打印裝訂在畢業(yè)論文（設計）任務書后，學生可根據(jù)開題報告的長度加頁。②開題報告應根據(jù)畢業(yè)論文（設計）任務書，在教師指導下，有學生本人獨立撰寫，在畢業(yè)論文（設計）開始后三個星期內完成。③指導教師意見包括以下內容：學生的調研是否充分；研究內容和技術方案是否明確；是否已經(jīng)具備開始論文（設計）的條件；能否達到預期目標；是否同意進入論文（設計）階段。學號： 密級： 本科生畢業(yè)論文（設計）玉米脫粒機的設計院(系)名 稱：機電工程學院 專 業(yè) 名 稱：機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名： 指 導 教 師： 年五月十二日鄭重聲明本人呈交的學位論文，是在導師的指導下，獨立進行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本學位論文的研究成果不包含他人享有著作權的內容。對本論文所涉及的研究工作做出貢獻的其他個人和集體，均已在文中以明確的方式標明。本學位論文的知識產(chǎn)權歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名：日 期：I摘 要玉米是一種重要的糧食作物，與其相關的脫粒加工裝置一直受到人們的普遍關注。在市面已有的脫粒機中，脫粒裝置都是利用安裝在高速旋轉的主軸上的特殊齒狀物對玉米進行碰撞，對玉米進行強行脫粒。這種脫粒方式對玉米粒傷害大、破碎率高、不能達到脫粒要求。根據(jù)中國國情的需求，本論文在市面已有機器的基礎上設計了新一代的玉米脫粒機，低破碎率、高工作效率是其主要的特點。這對玉米的脫粒具有重要的影響。該脫粒機的脫粒部分主要由柵格式凹版、釘齒脫粒滾筒、釘齒條組成。以電動機為動力，電動機均勻旋轉通過減速箱和帶傳動帶動傳動軸同步轉動，傳動軸穿過滾筒與安裝在軸上面的釘齒條一起旋轉，釘齒條上面分布的釘齒通過搓擠的方式能夠使玉米粒脫離下來，脫落的玉米粒和玉米芯通過格柵式凹板和隔板的分離最后從不同的出口排出機體之外。該脫粒機機體結構簡單、操作方便、造價便宜，在市場上有不可取代的競爭優(yōu)勢。關鍵詞：玉米；脫粒；釘齒；柵格式凹版；釘齒脫粒滾筒IIIIABSTRACTCorn is a kind of important food crops, with related threshing processing device has been widespread concern. In the market of the existing threshing and threshing device is installed on the high-speed rotation of the spindle by using the special tusk to collision of corn, to clamp down on corn threshing. This way of threshing for corn damage, broken rate is high, can't meet the requirements of threshing.According to the demand of the China's national conditions, this paper on the basis of the existing market machine design is a new generation of corn thresher, low breakage rate, high work efficiency is its main characteristic. It has an important influence on corn threshing. The thresher threshing part is mainly composed of grid type gravure, tooth threshing roller, screw rack. Powered by electric motors, motor rotate equably by reducer drive shaft synchronous rotation, and belt transmission shaft through the drum with nail rack installed on axis rotation, the distribution of the rack above the screw tooth rubs ways to make the corn kernels from down, fall off the final separation of corn and corn cob through partition from different export outside eduction body. The sheller the body structure is simple, easy to operate, cost cheap, have irreplaceable competitive advantage in the market.Keywords:corn. Threshing. Nail tooth. Grid type gravure. Spike-tooth cylinderIII目 錄摘 要 IABSTRACTII第 1 章 引言 .11.1 論文研究的目的和意義 11.2 國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 11.3 本論文的設計亮點 2第 2 章 總體運動方案設計 .42.1 機器的組成 42.2 機器的總體運動方案 5第 3 章 機械結構設計 73.1 運動及動力參數(shù)設計 73.2 電動機的選擇 73.3 減速器結構選擇及設計 93.3.1 齒輪的設計 103.3.2 傳動軸 1、2 的設計 .123.4 V 帶及帶輪的設計 .153.5 傳動軸 3 的設計和強度校核 .203.6 釘齒條的設計 .273.7 釘齒的設計 .273.8 圓盤的設計 .283.9 柵格式凹板的設計 .293.10 機座和箱體的設計 303.10.1 軸承座的設計 303.10.2 螺栓的選擇 313.10.3 鉤頭楔鍵的選擇 31第 4 章 潤滑、密封及附件的選擇 .324.1 潤滑的選擇確定 .324.2 密封形式 .32第 5 章 總結與展望 .33參考文獻 .34致 謝 .36附 錄 .371第 1 章 引言1.1 論文研究的目的和意義玉米被稱為三大糧食作物之一，種植面積僅次于水稻和小麥，位居世界第三。玉米除了作為糧食使用之外，還是工業(yè)、醫(yī)藥、能源等多種產(chǎn)業(yè)的重要原料，玉米在世界各國的糧食生產(chǎn)安全和國民經(jīng)濟發(fā)展中占有及其重要的地位。20 世紀80 年代以來，世界各國對玉米的需求量和利用率一直呈上升趨勢。玉米最開始作為人類糧食食用，現(xiàn)在已經(jīng)作為工業(yè)生產(chǎn)的原料。玉米作為口糧消耗占據(jù)了玉米總消耗量的 10%，但是由于時代的變遷，這個比例出現(xiàn)了逐年下降的趨勢。玉米作為世界三大糧食之一，在解決人類溫飽的問題上起到了重要的作用。而經(jīng)濟水平相對落后的某些國家，廉價的玉米，甚至可以作為每日的充饑之物。在這樣的大環(huán)境下，玉米行業(yè)產(chǎn)生了前所未有的發(fā)展前景，農民和商人也對此充滿熱情。這都是為了維護農民的經(jīng)濟利益，維護糧食市場的穩(wěn)定，保護國家糧食的安全。因此玉米生產(chǎn)的質量和效率就顯得尤為重要。但是由于受到生產(chǎn)工具的限制，人們面臨了一個現(xiàn)實性的難題——脫粒。因為國內玉米粒含水分過高，玉米粒與玉米芯連接強度大，導致脫粒質量不理想，脫粒破碎率較高。通過市場調研和國內發(fā)展現(xiàn)狀，結合我國國情，研制一款滿足我國脫粒市場需求的高脫凈率、高效率、低破碎率玉米脫粒機，是我國農業(yè)生產(chǎn)中迫切待解決的一個重要問題。1.2 國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢玉米脫粒機在我國使用情況已經(jīng)有十多年的時間了，將玉米粒從作物的穗芯上脫離下來所使用的機器，稱為脫粒機器。就目前我國所采用的脫粒方式都是通過撞擊原理設計的普通脫粒機，大部分傳統(tǒng)普通機器的主軸轉速在 320r/min 以上、滾筒脫粒速度均大于 7.5m/s，都是通過釘齒或特殊冠狀齒型高速旋轉打擊玉米穗實體來進行脫粒的，這種方式對玉米粒傷害較大。另外大多數(shù)脫粒機性能偏低，玉米粒破碎率也比較高，致使玉米制種企業(yè)一直受到脫粒環(huán)節(jié)損失量偏大的困擾。我國每年玉米制種量高達 200 萬噸，損失率按 8%計算，將造成 16 萬噸的2玉米種子損失。目前部分發(fā)達國家已經(jīng)將以撞擊原理為主的老一代脫粒機淘汰，用一種搓擠技術原理的脫粒機取代，并已經(jīng)開始投入市場廣泛應用。這種新型脫粒機完全符合脫凈效率高、破碎率低的要求，全面改善了老式脫粒機存在的缺陷。新型脫粒機的損失至少比老式型減少 5%，而且對普通玉米和種子玉米均適合使用。蘇格蘭人發(fā)明了世界上第一臺滾筒回轉式脫粒機，當時研究者對種子玉米脫粒裝置花費了大量的精力，并不斷完善、研發(fā)新一代的種子玉米脫粒裝置。美國農業(yè)研究院生產(chǎn)出了世界上第一臺手動曲柄式操作玉米脫粒機。該玉米脫粒機的脫粒部分主要由裝有釘子的盤型脫粒裝置構成，通過手搖曲柄來轉動一個安裝有釘子的盤子。脫粒時，工作人員需要手動搖動曲柄來轉動盤片，通過圓盤與曲軸對玉米進行擠壓從而達到脫粒的效果。在之后的幾十年里，美國一家農業(yè)公司生產(chǎn)了一種搓擠式種子玉米脫粒機，脫粒性能好、效率高、種子破碎率相對撞擊式脫粒機減少 50%，在歐洲部分發(fā)達國家投入使用。該機器生產(chǎn)率高（11t/h）,破碎率低（1%），但是體積龐大，造價昂貴。80 年代中期，我國意識到農業(yè)生產(chǎn)的重要性，政府出資從國外引進一批種子玉米搓擠式脫粒機用于研究。1996 年我國生產(chǎn)了搓擦式原理的玉米脫粒機。2001年農業(yè)設計研究院的工作者在學習國外脫粒機的基礎上自主研發(fā)了新一代搓擠式玉米脫粒機，最后進一步改進生產(chǎn)出了各種系列搓擠式玉米脫粒機。2007 年我國研制出了差速式玉米脫粒機。我國對于此項技術研究工作起步比較晚，因此目前廣泛使用的還是以老式的脫粒機為主，但就現(xiàn)在的研究成果來看，我國脫粒機的進步非?？?，通過參加國際上的技術研究交流，不斷改進，我國已經(jīng)初步掌握了該項核心技術，正在進行深入研究的后續(xù)工作，相信在不久的將來我國將會擁有自主研發(fā)的高科技的玉米脫粒機。1.3 本論文的設計亮點目前我國大多數(shù)的玉米產(chǎn)地都在沿用著如下脫粒方式：1，相對較落后的脫粒方式：如圓盤敲打、竹片撬擊、木棒打擊、兩個玉米棒相互搓擠、刀具脫粒以及一些老式手搖式脫粒機脫粒等，這些落后的脫粒方式3一直沿用至今，嚴重約束著玉米生產(chǎn)的效率，讓農民的勞動更加繁重頭痛；2，采用大、中型玉米脫粒機：利用大、中型脫粒機設備脫粒。這種方式脫粒，容易將玉米粒及玉米芯打碎，嚴重影響玉米粒質量。另外，大型機器脫粒很粗糙，一根玉米往往需要多次脫粒，才能完全脫粒干凈，這也嚴重影響了玉米脫粒的工作效率。同時，購置大、中型的脫粒機費用較貴，制約農民朋友的購買熱情，影響玉米農戶的收入。針對國內發(fā)展現(xiàn)狀中存在的問題，本論文設計了一種結構簡單、造價成本低、脫粒效率高、脫凈率高、破碎率低的小型電動脫粒機。該玉米脫粒機也是利用搓擠原理進行工作的，通過特別設計的平行釘齒對玉米穗進行多次循環(huán)搓擠，使玉米粒與芯軸松動達到脫粒的目的。4第 2 章 總體運動方案設計2.1 機器的組成這款玉米脫粒機由電動機、機械傳動部分、入料結構、脫粒結構、篩選結構、出料結構和機箱組成。如圖 2.1 所示：圖 2.1 機構總體結構圖1.電動機 2.單級減速器 3.隔板 4.格柵式凹板 5.V 帶傳動 6.脫粒滾筒 7.傳動軸 8.入料口 9.釘齒 10.釘齒條 11.圓盤 12.軸承座 13.玉米渣出料口 14.玉米粒出料口5機械傳動部分——機構傳動部分主要由電動機、單級圓柱齒輪減速器、V 帶傳動和主軸組成。入料結構——入料端口與脫粒機的機體上蓋連接，入料板是利用 2mm 的鋼板制成，入料部位與釘齒滾筒的釘齒部位連接在一起，工作時，只需將簡單處理的玉米從入料口投入，玉米下落到脫粒部位后，即釘齒滾筒和柵格式凹板之間，進行脫粒。脫粒結構——脫粒部分主要由脫粒滾筒、釘齒條、柵格式凹板、釘齒固定圓盤組成。當玉米進入脫粒滾筒后，玉米在釘齒條的回轉引導作用下，卡在柵格式凹板的鋼條之間，釘齒條在主軸的同步轉動下使玉米受到釘齒的搓擠作用進行脫粒，受到作用后脫落下來的玉米粒從柵格式凹板的縫隙之間下落到隔板上，經(jīng)過脫粒完成的玉米芯和玉米粒分別從不同的出料口排出機體。篩選結構——篩選部分主要是用來分離玉米粒和玉米渣的，分離工作由柵格式凹板和玉米粒隔板來完成，凹板由 25 根鋼條依次排列構成的網(wǎng)狀結構，內鋪在脫粒滾筒的圓弧面，脫落下來的玉米粒從柵格式凹板網(wǎng)裝結構進行分離，從網(wǎng)狀的縫隙落下，經(jīng)過隔板的緩沖減速之后從出料口排出。玉米碎屑或者較輕的秸稈雜物、灰塵等能夠隨風從出風口排除，另一部分：玉米顆粒能夠不受風力影響順利掉落在玉米隔板上，得到干凈無雜物的玉米顆粒。出料結構——出料部分由兩個出料口組成，分別為玉米渣出料口和玉米粒出料口。脫粒完成的玉米渣在釘齒螺旋回轉導向作用下，由脫粒滾筒出料口排出機體之外，玉米粒經(jīng)過簡單的篩選除塵之后，沿斜滑板滑出機體之外。2.2 機器的總體運動方案經(jīng)過市場調研和設計，規(guī)定脫粒機機體的容積為 728L，機體長、寬、高尺寸分別為 1300mm、700mm、1100mm，工作效率 650—700kg/h 的進度完成脫粒。脫粒機的動力由安裝在機體下梁上的電動機提供，電動機的外觀尺寸不易過大，盡量節(jié)省空間。電動機均勻旋轉通過單級圓柱齒輪減速器減速，運動傳遞經(jīng)過 V 帶傳動進一步減速得到主軸的轉速一般在 320～420r/min，大帶輪與傳動軸同步轉動，傳動軸穿過滾筒與安裝在軸上面的釘齒條一起旋轉，釘齒條上面分布的釘齒通過搓擠的方式能夠使玉米粒脫離下來，脫落的玉米粒和玉米芯通過柵格式凹板的分6離最后從不同的出口排出機體之外。該脫粒機的工作效率很可觀，此外，該玉米脫粒機還有安全性能高、堅固耐用、結構簡單便于維修和保管的特點。根據(jù)實踐測量得知:當玉米粒受大于 42N 的壓力會從玉米棒完全脫離，所以接觸玉米的每個釘齒的均勻受力為 42N，當玉米脫粒機正常工作時釘齒滾筒上的釘齒條快速旋轉，其中均有兩條釘齒條受玉米所給的切向力，而另外兩個釘齒條是空行程，根據(jù)設計要求需要，選擇參與工作的釘齒個數(shù) 較為合理。7M?根據(jù)《玉米脫粒機》一書中可知，一種小型玉米脫粒機的介紹中：當玉米脫粒機脫粒滾筒處于工作狀態(tài)時，釘齒條和釘齒轉數(shù)一樣，這里取主軸轉速400r/min，根據(jù)主軸所需轉速合理分配傳動比，取 1 級減速器的傳動比 3.4，V帶傳動比 i=2～3，即可滿足電動機的轉速與主軸的轉速相匹配，帶式輸動機工作時有輕微震動，經(jīng)常滿載，每天雙班制工作 16 小時，工作電壓為 380/220V。機構運動簡圖如圖 2.2 所示：圖 2.2 機構運動簡圖1、電動機 2、單級圓柱齒輪減速器 3、傳動軸 2 4、傳動軸 1 5、V 帶 6、傳動主軸 3 7、釘齒條7第 3 章 機械結構設計3.1 運動及動力參數(shù)設計已知條件：根據(jù)實踐測量得知：接觸玉米的每個釘齒的均勻受力為 42N，選擇參與工作的釘齒個數(shù) 7M?較為合理。由切向力公式可知：*42758FNMZN??（3.1）其中：N—釘齒所受的力M—參與工作的釘齒個數(shù)Z—參與工作的釘齒條數(shù)即：玉米脫粒機正常工作時，受到的切向力為 588N.根據(jù)《玉米脫粒機》一書中介紹可知，當玉米脫粒機處于工作狀態(tài)時，釘齒條上的釘齒有相同的轉速，主軸轉速 400r/min，由《脫粒機》資料可知，轉速主要跟主軸的轉速和釘齒的半徑有關。釘齒半徑 435mm，即：*3.14059.106/606NDVms????（3.2）其中：V—脫粒機工作時釘齒的轉速N—主軸旋轉的速度D—釘齒的半徑玉米脫粒機工作時所需要的功率主跟由釘齒所受阻力和轉速有關，即：8589.1065.3wpKW??（3.3）其中： —玉米脫粒機功率w3.2 電動機的選擇3.2.1 電動機的功率脫粒機傳動部分的總效率為 ，即a?123=*（3.4）其中 、 、 分別為每一個運動副的效率，選取傳動副的效率值如下： 1?23根據(jù)《機械設計》一書可知：滾動軸承取 10.9??、 V 帶傳動取 、20.97??滾筒轉動取 3?即： a123=*0.96.??電動機的功率由公式計算：wa=PKW?（3.5）即： da*589.106=.5710FVP???3.2.2 電動機的轉速根據(jù)資料《齒盤式玉米脫粒機的運動和參數(shù)分析》一書中可知，為了滿足玉米粒能剛好脫落，也不至于受擠壓力過大而破損，主軸的轉速一般在 320～420r/min，根據(jù)主軸所需轉速合理分配傳動比，取 1 級減速器的傳動比3.4，V 帶傳動比 i=2～3，即可滿足電動機的轉速與主軸的轉速相匹配，故電動機轉速范圍可選為：n*(6.102)470r/mindi???::9（3.6）符合這一范圍的同步電動機轉速的有 290r/min，根據(jù)其他相關要求，由《機械設計》一書查表可查出電動機型號，如表 1：表 3.1 電動機的型號和技術參數(shù)及傳動比電機型號 額定功率 電動機轉速 基本參數(shù)P/KW 同步轉速 滿載轉速 效率（%）電動機重量（KG）功率因素Y132S1 5.5 3000 2900 85.5 64 0.88選定電動機型號為 Y132S1-2。表 3.2 其主要參數(shù)如下表滿載時型號 額定功率轉速r/min電流(380v)效率 功率因素額定電流額定轉矩最大轉矩Y132S2-25.5 1440 11 85.5 0.84 7 2.0 2.2表 3.3 電動機尺寸列表中心高 外形尺寸 底腳安裝尺寸地腳螺栓孔直徑軸伸尺寸 裝鍵部位尺寸電動機的輸出尺寸10132 475 345?315216 140 12 38 80?10 41 333.3 減速器結構選擇及設計根據(jù)玉米脫粒機的要求，需設計一個單級圓柱齒輪減速器，減速器使用年限10 年，工作為一班工作制，載荷平穩(wěn)，室內工作，輸出端轉速 ,減850/minvr?速器傳動比 3.4i?。 該減速器僅由齒輪傳動組成，即可滿足傳動比要求。傳動系統(tǒng)方案如下圖 3.1 所示：圖 3.1 減速器結構設計3.3.1 齒輪的設計3.3.1.1 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)。1.按要求可知，選用斜齒圓柱齒輪傳動，采用軟齒面。運輸機為一般機器，速度不高，選用 8 級精度（GB10095-88）。2.根據(jù)《機械設計》一書查表可知，大小齒輪材料為 45 號調質鋼 。 113.選小齒輪齒數(shù)為 ， 齒輪齒數(shù)為 。取 80.120Z?203.987.4Z??4.螺旋角：初選 4?3.3.1.2 按齒面接觸強度設計齒輪。由設計計算公式：222.3{*1()/*[]}edKTZudHu?????（3.7）確定有關參數(shù)： 載荷系數(shù) ； 小齒輪的轉矩 ；齒寬系數(shù) ； 1.3tK?1203TNm?:1d??；189.eZMP?4u3.3.1.3 計算齒輪各項參數(shù)1.計算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中較小的值。 1td[]H?2212.3{.1034.987.3.8975}6.17td m?????許用接觸應力：[](5402.)/531.2HMPa????（3.8）2.計算圓周速度 V。 1*/601.25/tdnms????（3.9）3.計算齒寬 b 及齒寬與齒高之比 b/h 。 1*67.5.17td????（3.10）模數(shù)： 011cos/43.cos23.58tmZm??齒高： 2.5.587.6h???12齒寬： 67.15.68.b???4.計算縱向重合度0.1324tan1.903????（3.11）5.計算載荷系數(shù)。根據(jù) V=1.125m/s，7 級精度。由《機械設計》一書圖 10-8 查得動載系數(shù)， 1.5vK?查表 10-3 可知斜齒輪 ；1.51vKHF???由表 10-2 查得使用系數(shù) KA=1； 用插值法查得 7 級精度小齒輪相對支承非對稱布置時，由表 10-4 ，.349?由圖 10-13 查的 1.28KF?故載荷系數(shù)：1.5.3491.5avHKF????（3.12）6.校核分度圓直徑，由式1(/)67.15(.1.3)7.2ttdKm????（3.13）7.計算模數(shù)。1/7.203.56mdZ???（3.14）按接觸強度算得的分度圓直徑 ,計算應有的齒數(shù)。 1.算出小齒輪齒數(shù) 取 01cos/48.6cos2.58Zd????12Z8.幾何尺寸計算：13（1）、計算分度圓直徑 128.570dZm???2m（3.15） （2）、計算中心距 012()/(7.5)/2cos1473.5ad????（3.16）（3）、按圓取整后的中心距修正螺旋角012arcos()/148Zma?????（3.17）由于角度相差不大，故參數(shù)不必修正。計算分度圓直徑： 01/cos47dZn?02/cos1427.5dZnm??計算齒輪寬度： 1*bm??圓整后?。? 175B2703.3.2 傳動軸 1、2 的設計3.3.2.1 軸的材料和熱處理的選擇由《機械零件設計手冊》中的圖表查得傳動軸 1、2 選 45 號鋼，調質處理，HB217～255650bMPa??360sPa??180MPa??3.3.2.2 按照扭轉強度初步設計軸的最小直徑根據(jù)軸的扭轉強度來初步計算確定其最小直徑，可利用經(jīng)驗公式：3min0pdA?（3.18）14主動軸： 1334.02586.Pnd??從動軸： 2233.940.861考慮鍵槽： 16.057.352d??考慮鍵槽： 24.894.選取標準直徑： 17dm?選取標準直徑： 2453.3.2.3 軸的結構設計根據(jù)軸上零件的結構特點和工作條件，同時考慮到強度的原則，主動軸和從動軸均設計直軸中的階梯軸進行運動傳遞。此軸的設計如下：3.3.2.4 軸的強度校核主動軸的強度校核：圓周力： 201045/732.14tTFNd???9.153Nm:??100.ebMd????（3.19）徑向力 ： 0tan342.7tan1249.rFN???（3.20）軸向力 ： tan/0a??15（3.21）作主動軸受力簡圖 3.2 所示：圖 3.2 減速器主動軸強度校核0.5.432.716.357HABtRFN????69805/8CHAMLm:.VB0.538.7290.5/1.27CARLN???:16轉矩： 90.153TNm?:校核： 222.8.76.4CHVCM???:????2 222136.40.9153.68eaTNm???由圖表查得， ??15bP????3316.0029.1.*5ebMd m????（3.22）考慮鍵槽： 29.3d??則強度滿足設計要求。3.4 V 帶及帶輪的設計根據(jù)玉米脫粒機的設計要求，需要在減速器和傳動軸之間采用 V 帶傳動，因為在脫粒機的工作過程中，V 帶傳動結構簡單、傳動平穩(wěn)、價格便宜、不需要潤滑、易維護等特點。而且 V 帶的彈性滑動對脫粒機的傳動軸起到過載保護，減少機器機器損傷，因此在減速器和軸之間選用 V 帶傳動配合是很合理的。3.4.1 已知條件和設計內容 設計 V 帶傳動時的已知條件包括：帶傳動的工作條件；傳動位置與總體尺寸限制；所需傳遞的額定功率 P、小帶輪轉速 、大帶輪轉速1850/minr?240/minnr?、傳動比等因數(shù) 。12.4ni?3.4.2 確定計算功率計算功率 是根據(jù)傳遞的功率 P 和帶的工作條件而確定的caPcaAPK?（3.23）17式中： —工作情況系數(shù)，查《機械設計》一書中的表 8-7 可知：AK 1.0AK?—計算功率caP—所需傳遞的額定功率，如電動機的額定功率或名義的負載功率 1.05.caPKW??3.4.3 選擇 V 帶的帶型根據(jù)計算功率 和小帶輪的轉速 ，查《機械設計》一書圖 8-11，可以選ca1n擇 V 帶的型號為 B 型。3.4.4 確定帶輪的基準直徑 并驗算帶速 V1d根據(jù)《機械設計》一書圖 8-6、8-8，取小帶輪基準直徑 1d30m?1*d3.4085.7/606nv s????（3.24）因在 5～25m/s 的范圍內，故帶速合適。計算大帶輪的基準直徑 2d12n850*13276.5m4dd???（3.25）根據(jù)要求取整 270dm?3.4.5 確定傳動中心距 a 和帶長 dL由 12120.7*()a*()DD???3300.++7??18028ma?（3.26）初定中心距： 0a=5(d21d0120)L2*+()+4ad???2d03.4(73)5(0)6.825m????（3.27）按《機械設計》一書中查表 8—2， 選帶的基準長度 160dL?， 按照《機械設計》一書中式 8—23 實際的中心距： 001635498.522dLa m??????498a?3.4.6 驗算小帶輪上的包角 1002118*57.3daa??0001 .169498???（3.28）滿足 V 帶傳動的包角要求.3.4.7 確定 V 帶的根數(shù) zV 帶的根數(shù) Z 由下列公司計算：0()caAraLPKZ??:（3.29）19為了使各根 v 帶受力均勻，帶的根數(shù)不宜過多，一般應少于 10 根。否則，應選擇橫截面積較大的帶型，以減少帶的根數(shù)?！紤]的材質情況系數(shù)，簡稱材質系數(shù)，對于棉簾布和棉線繩結構的膠帶，lK取 K=0.75，對于化學線繩結構的膠帶，取 K=1.0。（1）計算單根 v 帶的額定功率 rP由 d30m?和 1850/in?，根據(jù)《機械設計》查表 8-4a，得02.5PKW根據(jù) 18/inr， 和 B 型帶，根據(jù)《機械設計》查表 8-4b，得2.0.36PKW?:（2）根據(jù)《機械設計》查表 8-5 得 925a根據(jù)《機械設計》查表 8-2 得 .l則： 0()(0.36).0.2.43ralPKKW??????:55.6(2.).92Z?（3.30）即：Z=2 根.3.4.8 計算單根 V 帶的初拉力 0minF（ ）根據(jù)《機械設計》查表 8-3 得 B 型的單位長度質量 q=0.18kg/m2ca0min(2.5)P()+vzKF??（3.31）即： 20(2.59).5=[+0189.]=56.NF???3.4.9 求 V 帶傳動作用在軸上的壓軸力 20為了設計安裝帶輪軸和軸承，比需確定 V 帶作用在軸上的壓力 ，它等于 VpF帶兩邊的初拉力之和，忽略 V 帶兩邊的拉力差，則 Q 值可以近似由下式算出：pF10mina=2*()s2Z（3.32）求得： 0p16=25sin=93.57N2F?3.4.10 V 帶輪的設計1. 帶輪的材料因為帶輪的轉速 ,即 ,轉速比較底，所以材料選定為灰5.78/vms?25/vs?鑄鐵，硬度為 。10HT2.帶輪的結構形式V 帶輪有輪緣、輪輻和輪轂組成。V 帶輪的結構形式主要與帶輪的基準直徑有關，選擇帶輪的結構形式，根據(jù)帶的型號來確定帶輪輪槽的尺寸，設計如下；（1）主動帶輪的結構選擇 因為根據(jù)主動帶輪的基準直徑尺寸 130dm?，而與主動帶輪配合的輸出軸的直徑是 ，038dm?因此根據(jù)《機械設計》一書中經(jīng)驗公式：02.593dm???（3.33）10381d??所以主動帶輪采用腹板式。（2）帶輪參數(shù)的選擇：21主動帶輪的厚度可以由計算公式：(Z1)*t2sB???（3.34）求得： (3)0458m??3.從動帶輪的設計從動帶輪的結果選擇 因為根據(jù)主動帶輪的基準直徑和傳動比來確定，即，所以從動帶輪同樣采用腹板式。2240,D30m??從動帶輪的參數(shù)選擇：通過查《機械設計基礎》一書，可查得帶輪的結構參數(shù)間表，其他一些相關尺寸可以根據(jù)相應的經(jīng)驗公式計算求得。表 3.4 帶輪參數(shù)帶的型號m f t s pb??b?B 16 5 20 14 14 7.5 03817.4