水稻脱粒机的设计

本科毕业设计（论文）论文题目水稻脱粒机的设计
作者姓名佟景仲
专业机械设计制造及其自动化
指导教师李灵凤副教授
2018年6月
燕山大学本科生毕业设计（论文）水稻脱粒机的设计
继续教育学院
学院：
机械设计制造及其自动化
专业：
佟景仲
姓名：
学号：
16164109210551006
李灵凤
指导教师：
2018年6月
答辩日期：
摘要
摘要
为了满足水稻脱粒生产的需要，设计一种针水稻脱粒机已迫在眉睫，该水稻脱粒机可一次性完成脱粒、筛选、分离和装袋作业。

该机体积小、重量轻，操作灵活，通过性与适应性好，较好地解决了水稻收获的难题。

该机采用半进料、弓齿式滚筒脱粒机脱粒，确保脱粒干净、破碎率低，分离性能好。

本次设计的主要目的是针对现存的水稻脱粒结构进行了优化、对其存在的一些缺点进行改进；首先在原理上，主要以梳刷脱粒为主，打击原理为辅两者相互结合的脱离方式对水稻进行脱粒，这主要体现在脱离滚筒的齿的设计上。

其次，清选方面是采用风机和筛子结合进行清选，在一定方面上提高了稻粒和杂质的分离，提高了稻粒的纯净度。

关键词：水稻脱粒机；脱粒；分离；清选
燕山大学本科生毕业设计（论文）
Abstract
In order to meet the needs of threshing production of rice, it is imminent to design a kind of needle rice thresher. The rice thresher can complete threshing, screening, separation and bagging. The machine is small in size, light in weight, flexible in operation, good in adaptability and adaptability, and solves the problem of rice harvest better. The machine is threshing by half feeding and bow toothed cylinder threshing machine to ensure that the threshing is clean, the crushing rate is low, and the separation performance is good.
The main purpose of this design is to optimize the grain threshing structure of the existing rice and improve some shortcomings of its existence. In principle, the main purpose is to thresh the rice with the principle of combing brush and threshing, and the principle of combating the separation of the rice from each other, which is mainly embodied in the design of the teeth separated from the roller. . Secondly, cleaning is done by combining fan and sieve to improve the separation of rice grain and impurities and improve the purity of rice grain.
Keywords:Rice thresher; threshing; separation; cleaning
目录
摘要 (I)
Abstract......................................................................................................................... I I 目录 (III)
第1章绪论 ........................................................................................................ - 1 -
1.1 课题背景及研究的目的和意义 .................................................................. - 1 - 第2章水稻脱粒机的总体设计 ............................................................................ - 2 -
2.1 脱粒机工作原理 .......................................................................................... - 2 -
2.2 系统的功能描述和功能分解 ...................................................................... - 3 -
2.3 总体方案设计和求解 .................................................................................. - 4 - 第3章水稻脱粒机的各部分设计 ........................................................................ - 5 -
3.1 脱粒装置设计 .............................................................................................. - 5 -
3.1.1 脱粒原理 ................................................................................................ - 5 -
3.1.2 脱粒装置类型选择 ................................................................................ - 5 -
3.1.3 脱粒滚筒转速计算 ................................................................................ - 6 -
3.1.4 滚筒直径计算 ........................................................................................ - 7 -
3.1.5 脱粒滚筒长度确定 ................................................................................ - 7 -
3.1.6 滚筒脱粒齿设计 .................................................................................... - 7 -
3.2 清选装置设计 .............................................................................................. - 8 -
3.2.1 清选原理 ................................................................................................ - 8 -
3.2.2 清选装置类型的选择 ............................................................................ - 9 -
3.2.3风机参数的选择和计算 ......................................................................... - 9 -
3.2.4 凹板的设计 .......................................................................................... - 10 -
3.3 动力的选择 ................................................................................................ - 11 -
3.3.1 整机消耗的功率计算 .......................................................................... - 11 -
3.3.2 电动机的选择 ...................................................................................... - 12 -
3.4.4 皮带轮的设计与计算 .......................................................................... - 12 -
3.4.5 确定V带根数 ..................................................................................... - 13 -
3.4.6 单根V带预紧力的计算 ..................................................................... - 14 -
3.4.7 计算压轴力 .......................................................................................... - 14 -
3.5 轴的设计与计算 ........................................................................................ - 14 -
3.5.1 轴的材料选择 .................................................................................... - 14 -
3.5.3 轴的结构设计 .................................................................................... - 14 -
3.5.4 键连接选择 ........................................................................................ - 15 -
3.5.5 滚动轴承选用 .................................................................................... - 15 - 第4章主要部件的校核 ...................................................................................... - 16 -
4.1 圆柱齿轮校核 ....................................................................................... - 16 -
4.2 轴的校核 ............................................................................................... - 16 -
4.3 键强度校核 ........................................................................................... - 18 -
4.4 滚动轴承校核 ....................................................................................... - 18 -
4.5 计算所需的径向基本额定动载荷 ......................................................... - 18 - 结论 .................................................................................................................... - 19 - 参考文献 ................................................................................................................ - 20 - 致谢 .................................................................................................................... - 21 -
第1章绪论
第1章绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
我国稻区分布广泛，从南方的海南，到我国的最北边黑龙江，到遥远的西边伊犁，再到东边的台湾;还有在海平面以下的耕地，位于云南和贵州的高原耕地，都有水稻的存在。

水稻种植面积的90%主要在平原三角洲地带和东北三省。

此外，在云南高原、浙江平原地带和宝岛台湾也是我国水稻的集中产区。

这些地区的自然环境，生产力发展状况、经济条件和水稻的种植水平的发展都不平衡。

根据这些因素，我们分析出随着人们对于水稻的需求的增加，必然会依赖于水稻脱粒机的增加。

1800年坚固的垂直脱粒机在美国广泛使用。

木框推杆使用一个坚实的滚筒进行打谷并用手将其分开。

后来又生产出具有抖动特性的分离装置。

1850年后，自动进料，解包和粮食加工出现并逐渐发展起来。

在本世纪以前，是把收割和脱粒看作完全独立考虑的到了本世纪提出了降低成本和缩短作业时间都要求，希望制成切割器和脱粒装置作合在一起的收割机。

国内外先进适用的久保田水稻联合收割机，三九，金谷干燥机，中型拖拉机，埋地旋耕机等先进适用工具得到了推广应用，加快了我国水稻联合收割机的发展。

收割机技术。

转化和改良已成为水稻收获机械的主导模式，大大提高了我国水稻收获机械的整体技术水平。

近年来，小型脱粒机的设计也奠定了一定的基础，并在研究开发上取得了较快的进展。

中国已经小幅度采用国外先进的脱粒技术和主要部件的改进。

脱粒机的结构和性能得到了很大的改善，现在可以生产出一种操作简便，经济实用的小型脱粒机，对稻米的开发和推广起到了重要作用脱粒机在中国。

水稻是中国最大的粮食作物，不到30％的水稻产区生产占世界总产量约40％的食物。

近年来，水稻种植面积一直在稳步上升。

为了满足广大用户对茎杆不断增长的需求，在各种稻谷收获机械的现状条件下，设计了一台基于国内外同类型机器的消化吸收的大米半进料式脱粒机。

本机采用夹紧送料，脱粒滚筒脱粒，风机清理等机构，具有机构简单，体积小，重量轻，脱粒质量好的特点。

本文设计旨在通过改进水稻脱粒机械的分析和改善存在的问题以及设计一台半喂食脱粒机来进一步改进水稻脱粒机械。

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第2章水稻脱粒机的总体设计
2.1 脱粒机工作原理
切割后的谷物送入由脱粒滚筒和凹版组成的脱粒装置中，通过脱粒机的进出口进行冲击擦拭，脱落的短材料进入由筛网和风机组成的清洁装置通过凹版进行清洁;长脱出物则进入分离装置进行茎秆与籽粒的分离，长茎秆被分离出机外，而籽粒等短脱出物则通过分离装置上的筛孔进入下方的清粮装置进行清选；在风机和清洁筛的共同作用下，从机器中吹出小而轻的碎屑，清洁的谷物通过谷物收集装置进入谷物收集装置。

图2.1 水稻脱粒机三维视图
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2.2 系统的功能描述和功能分解
（1）进料部分
进料部位与钉齿滚筒的钉齿部位之间有一定的间隙，将已割下来的水稻经过人工从进料口进入，然后水稻的穗部分进入脱粒部位，即钉齿滚筒与网格式凹板之间，进行脱粒。

（2）脱粒部分
脱粒部分是由钉齿滚筒和网格式凹板组成。

水稻穗在钉齿滚筒和网格式凹板之间进行脱粒，脱落的颗粒从网格状的凹槽泄漏，落到下滑板，通过摇动器和风扇的清洁，从端口排出。

（3）筛选部分
筛分部分主要由网格式凹板，风机和振动筛完成。

米穗进入脱粒段后，经过脱粒滚齿辊。

大米脱粒后，谷物从凹板经过格栅式凹板缝隙漏出，当然，网格式凹板在操作和安装过程中是固定的。

颗粒沿着倾斜的滑动件滑动，在摇动器和风扇的共同作用下分离颗粒和杂质。

这部分设计是要实现水稻的脱粒功能，机构要实现这个功能就需要动力，这就涉及到动力的选择与安装，即机构的动力功能的设计。

此外脱粒机的工作还需要控制，这就是脱粒机的控制功能的设计。

从以上的分析我们可以得出，水稻脱粒机的设计有三个主要部分：脱粒部分，动力部分和控制部分。

通过上述分析，我们可以得出机构功能构成图，如图2-2所示。

图2.2 机构功能构成图
2.3 总体方案设计和求解
动力由发动机输出，动力通过V形皮带分三部分输出，一部分用于脱粒滚筒，一部分用于分离装置，另一部分用于清洁装置。

整机结构的简易示意图如图2.3所示。

1.风机
2.凹版筛
3.滚筒
4.弓齿
5.振动筛
6.出粮口
图2.3 脱粒机的结构图
第3章水稻脱粒机的各部分设计
3.1 脱粒装置设计
3.1.1 脱粒原理
（1）冲击脱粒：脱粒是由脱粒元件和粮食头的相互影响而产生的。

冲击速度越高，脱粒能力越强，但破碎速率越大。

（2）搓刮脱粒：谷粒由脱粒元件和谷物之间以及谷物和谷物之间的摩擦脱落。

脱粒装置的脱粒间隙的大小至关重要。

（3）梳刷脱粒：通过脱粒元件对谷粒施加拉力而脱粒。

（4）滚筒式脱粒机：通过脱粒机构对谷物施加挤压力来脱粒。

此时作用在谷物上的力主要是沿着谷物表面的法向力。

（5）振动脱粒：通过脱粒元件对谷物施加高频振动来脱粒。

在长期生产实践中总结了上述几种脱粒方法，并将米存储在壳中。

如果它是裸露的，储存时间很短。

种子很脆，容易破碎。

因此，设计主要采用梳刷脱粒，辅以打击脱粒，二者共同完成脱粒。

3.1.2 脱粒装置类型选择
脱粒装置按不同的方式分有不同的类型，按进料方式可分为：全部进料式和部分进料式；
按脱粒齿形可分为：
（1）切流纹杆滚筒式脱粒装置，其由纹杆滚筒、网格状凹版、间隙调节装置等组成。

主要通过搓刮脱粒，辅以冲击，脱粒分离能力强，破穗率小。

然而，当饲料不均匀并且谷物的湿度高时，脱粒质量显着降低。

（2）切流钉齿滚筒式脱粒装置，其由钉齿滚筒和钉齿凹板组成。

脱粒是利用穗上的强烈撞击和脱粒间隙中的摩擦进行的。

抓地力强，对不均匀饲养和潮湿作物适应性强，但茎秆破碎率高，分离效果差。

（3）双滚筒脱粒装置，使用两个串联的滚筒工作。

第一个鼓的速度较低，可以
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首先脱除成熟，成熟的谷粒。

第二个滚筒具有更高的旋转速度和更小的间隙，可以将尚未从前一个滚筒上移除的谷物完全脱粒。

（4）轴流滚筒脱粒装置，轴筒功耗受作物物理力学性能的影响，比传统型更敏感，饲料作物长度，含水量的影响更大。

（5）弓齿滚筒式脱粒装置，适用于脱粒水稻，也用于脱小麦。

脱粒仅穗头进入滚筒，使得脱粒后茎杆的完整性得以保存；凹筛分离杂质含量低，有利于后续清理;大部分的谷物都可以通过凹筛分离，谷物破碎损坏小，耗电量小。

但是，它只能适应长秆的作物，不适应矮秆作物，对作物的适应性差。

考虑到农村稻田成本等因素，本设计采用半滚筒喂料脱粒装置。

脱粒方式分为上部脱落，下部脱落和侧向脱落三种形式。

上部脱落分离效果好，滚筒位置低，进料性能差；下部脱落式分离性能差，断穗和带柄较少，适用于普通夹持式半进料脱粒机和联合收割机；侧向脱落式分离性能和进料性能较好，适用于卧式联合收割机。

本次设计采用的是下部脱落式，如图3-1所示。

图3.1半进料式脱粒装置的脱粒方式
3.1.3 脱粒滚筒转速计算
通常根据滚筒的有效直径计算滚筒的旋转速度。

当加大滚筒速度时，脱净率增加，水稻带柄率减少，但破碎率和断茎率也都会增加，当滚筒速度大于12米/秒时，水稻脱净率可以达到99％，但是，如果圆周速度过大，则脱离效率并不显著地提高，只是使谷粒在滚筒上的跳动加剧，这样反而会增加谷粒的损失。

当滚筒的圆周速度太小时，弓齿对穗的冲击力就会减弱，从而延长脱粒时间而降低生产效率。

通常情况下对于水稻来说：。

我们可以根据圆周速度V求得滚筒的转速。

+
V⨯
D
=π
H
/
60
(n
)
n+
=
∴π
V
(
)
/
60H
D
第3章 水稻脱粒机的各部分设计
D ——滚筒直径（不包括弓齿高度）；
H ——弓齿的高度，取mm 65。

滚筒转速min /616465.0/1560r n =⨯⨯=π
取min /650r n =。

3.1.4 滚筒直径计算
滚筒圈直径D 由两个条件确定：防止滚筒缠草和滚筒对茎秆的最大允许包角, 其计算式为：
)mm (/πL D ≥)mm (/360παl D ≥
L ——下作物的长度mm ；
l ——作物进料深度, 一般大于400mm ；
ɑ——所包围滚筒的允许包角,一般为120º。

一般情况下, 选用较大直径比较有利, 选取原因是：作物进料得越深, 未脱损失越少；进料入口弧度大, 可以提高进料性能；滚筒不易缠草, 对作物品种和湿度具有良好的适应性;大面积凹面筛网，分离能力强;惯性指标大，运行平稳，适应超载性能好;凹板的曲率小，送入脱粒室的秸秆少，有助于降低能耗。

L 取1200mm ，l 取300mm 。

则
由上式可得：mm D 382≥，
由上式可得：mm D 300≥。

滚筒直径一般为mm 600-400按齿顶计算），齿根处直径一般为mm 460-360。

由于在该设计中采用的是半进料式脱粒装置，所以农作物的头部进入脱粒装置。

因此，滚筒的直径可以取为400毫米，而不用担心卷绕。

(不含弓齿高）。

3.1.5 脱粒滚筒长度确定
脱粒滚筒的长度与进给率和弓齿的总数有关。

当作物潮湿时，半进料脱粒机工作量大，一般选择为600-1000mm ，机器设计鼓长度设置为700mm 。

3.1.6 滚筒脱粒齿设计
（1）脱粒滚筒长度确定
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弓齿的形状有“V”字形和“U”字形两种。

试验结果表明，当“V”字形弓齿顶角为22º时，功耗和断穗率都最少。

这时“U”字形弓齿圆弧的功率消耗小，断穗率也小。

在这种设计中，滚筒上的脱粒齿采用三牙齿，可以提高梳刷和脱粒质量，且滚筒不易缠绕。

弓齿用45钢制造，淬火部位的硬度为HRC 45-55。

（2）弓齿的排列
半喂入式脱粒滚筒排列成菱形，运转稳定，生产率高。

因此，在这种设计中，使用了齿排对角排列。

除了在脱粒期间实现均匀的载荷之外，弓形齿还以螺旋形布置，这也促进了非旋转流体沿轴向方向的流动。

所以，选择弓齿的排列按照螺旋线分区的排列。

我把它分为三个部分，第一部分是精梳部分，占整个卷筒长度的10％-15％，精梳齿为6-8毫米的钢丝，用于梳子的导向和推动。

精梳齿安装在滚筒进料端的锥形表面上。

第二部分为脱粒部分，约占滚筒全长的70-75％，钢丝直径5-6mm，它分为两个区域。

前部面积约占总长度的40-45％。

由于谷粒刚刚进入脱粒间隙，脱粒量较大，加强齿安装。

第三部分是除草部分，仅占滚筒总长度的8-10％。

线径为5-6mm。

为提高排草能力，齿距相对接近60mm，齿形与脱粒齿相同。

图3.2 脱粒滚筒三维图
3.2 清选装置设计
3.2.1 清选原理
经脱粒装置脱下的并被分离装置分离出的短脱出物中混有碎茎秆、稻壳和灰尘等细小夹杂物。

清选装置的功能就是分离混合物中的籽粒，将其中的多余夹杂物排出机外，以得到干净的籽粒。

清洁的原理大致可以分为两类：一类是根据谷物的空气动力特性（悬浮速度）进行分类。

另一种是使用气流和筛子进行清洁。

第3章 水稻脱粒机的各部分设计
3.2.2 清选装置类型的选择
谷物清选装置的类型主要有：气流式、筛式和气流筛子混合式。

（1）气流式清选装置：按照谷物混合物各组成部分的空气动力学特性的不同进行清选。

根据这个原理，可以使用相关的机器将混合物投入空气中，或者利用风扇产生的气流来分离和分选谷物。

浮动速度较小的轻质碎片吹的较远，而浮动速度大的籽粒将落在靠近风机较近的地方。

（2）筛子式清选装置：使用混合物的各种组分的尺寸特征的差异进行分离和分选。

具体方法是：根据粮食的大小和形状，设计合适的筛子以达到筛选的目的。

（3）气流筛子组合式清选装置：利用混合物组分的尺寸特性和空气动力学特性，将筛网和风扇进行匹配来分离混合物。

谷物清理效果好，大部分脱粒机和联合收割机上都采用这种类型的配合。

本设计采用第三种清选装置，其结构如下图3.3所示。

图3.3 风扇筛子式清选装置
3.2.3风机参数的选择和计算
（1）风机叶轮的外径D1
ϕγ/pg U =
其中ϕ为压力系数，一般4.0~3.0=ϕ取=0.35。

代入上式得：=U 23.61(m/s) 1D =π
n 60ϕγ/pg =60/(3.14×650)×23.61=0.69m 取1D =0.70m 。

（2）风扇进风口的直径2D =(0.65～0.8)1D ，取2D ＝0.70×0.70=0.50m 。

（3）风扇宽度Ｂ
20.2~0.1D B ）（=，取B=0.50m 。

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（4）风机出风口高度S
1)4.0~35.0(D S =，取=S 0.28m 。

（5）风扇功率kw Qp N 043.09.0102/9.192.0102/=⨯⨯==η
（6）叶轮内径3D
3D ＝1)5.0~35.0(D ,取3D ＝０.4×0.70=0.28m
（7）叶片数Z 的确定
6~4=Z ,取5=Z 片。

3.2.4 凹板的设计
（1）凹板类型的确定
凹板有编织筛式和网格式两种，其比较如表3.1所示。

表3.1 编织筛式与网格式凹板的对比
经过综合比较，本设计采用网格式凹板，其结构如图3.4所示。

图3.4板筛结构示意图
（2）凹板直径的确定
凹板的直径是决定生产率的主要参数（在限制滚筒转速的情况下，凹板的直径
凹板类型 筛孔尺寸（mm ） 优点 缺点
编织筛凹板
钢丝直径2.5 处理断穗能力很强，断穗、带柄率少结构简单、容
易制造 容易变形、 湿脱性能差、 易堵塞易磨损
网格式凹板 筛孔宽12-15 筛孔长20-30 刚性好、分离能力强、夹带损失小、湿脱适好
结构和制造工艺复杂、
较多、断穗、带柄较多
第3章 水稻脱粒机的各部分设计
是决定生产率的唯一参数），凹板直径与生产率成正比，但不是线性关系。

根据凹板直径与生产率的关系和实际生产的关系，本次设计我们选取凹板直径D 为490mm ，对水稻脱粒机而言，它的脱粒间隙就是滚筒齿顶圆与凹板圆钢之间的距离。

图 3.5 凹板三维图
3.3 动力的选择
3.3.1 整机消耗的功率计算
（1）脱粒装置的功耗计算
当脱粒装置运行时，操作的稳定性较好（保障脱粒滚筒运转稳定性的条件：有足够的惯性矩；发动机有足够的储备能力和更敏感的调速器）的条件下，其功率总消耗用N 表示。

功率的总消耗由两个部分组成：一部分用于克服滚筒空转而消耗的功率（占总功率消耗的5%-7%），一部分用于克服脱粒阻力而消耗的功率（占总功率消耗的93%-95%），所以脱粒装置的功耗为：
N =k N + t N
其中空转功率消耗:k N =ωA + 3ωB
310)3.0-2.0(-⨯=A
61068.0-48.0-⨯=）（B
其中脱粒功率消耗t N :这个过程有些复杂，稻谷首先是以较低的速度进入脱粒装置的入口处，与高速旋转的脱粒滚筒接触后，然后被拖入脱粒间隙进行脱粒，既有梳刷也有打击，这里我们的研究依据是动量守恒定律：
mv t P ∆=∆，t m m ∆∆='/
)
1(1000/2F v m N t -'=
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m '—单位时间进料的谷物量；
F —综合搓擦系数，0.7-0.8；
v —滚筒的切向速度，15m / s 。

将数据代入N =k N + t N 得：
N = 0.52+1.5=2.02
（2）清选装置的功率消耗的计算
)(/kw N Q N p s s η=
η——选别能力系数，0.8-0.9。

==η/p s s N Q N 1.75（kw ）。

3.3.2 电动机的选择
经过上述计算，我们可以得出水稻脱粒机消耗的总功率，它消耗的总功率是：=总P 0.043+2.02+1.75+1=4.813（kw ）。

查看机械设计手册可选取广泛用于农业上的Y 系列的三相异步电机，选取型号为：Y160M2-8，其额定功率为 5.5kw ，满载转速为min /750r .满足水稻脱粒机所需要的动力。

3.4.4 皮带轮的设计与计算
（1）带型的选定
根据总体规划的选择，选择的是Y160M2-8电动机，它的额定功率为5.5kw ，转速为min /750r 。

查看机械设计手册可以得到工况系数为0.1=K 。

计算功率为：
kw P K p c 5.5=⨯=
根据计算得到的功率和电动机的转速参数，查手册可知皮带的型号，选择采用SPZ 型皮带。

（2）带轮直径与带速的确定
通过查机械设计手册可知小带轮的直径，有min 1d d d d ≥，其中min d d 是V 带的最小基准直径，当1d d 过小，会降低皮带的使用寿命。

当1d d 过大时，虽然皮带的使用寿命可以延长，但皮带传动的整体尺寸会增加。

V 带的最小基准直径参考值如下表
3.2所示
第3章 水稻脱粒机的各部分设计
表3.2 V 带轮的最小基准直径
类型 Y Z SPZ A SPA B SPB C SPC D E
mm d d /min 20 50 63 75 90 125 140 200 224 355 500
选取小带轮的直径mm d d 751=。

大带轮的基准直径mm id d d d 25.867515.1)1(12=⨯=-=ζ，取mm d d 902=。

上式中ζ是V 带传动的滑动率，这个值很小，在计算中可以忽略不计。

带速的计算：max 1100060/v n d v d ≤⨯=π
代入数据的 s m v /64.8=
对于普通的V 带来说，s m v /255max -=，当速度太小时传递的功率较小，当速度太大则离心力过大，计算的结果在合理范围内，符合设计要求。

（3）带的基准长度和轴间距的确定
)(2)7.021021d d d d d d a d d +≤≤+（
mm a 2000=
所需带的基准长度为：
021221004/)()(2/2a d d d d a L d d d d d -+++=π
mm L d 33.6590=
2/)(00d d L L a a -+≈
代入数据的实际的轴间距为
mm a 34.185=
3.4.5 确定V 带根数
V 带根数可由以下公式计算： []()[]l A c c k k p p p p p z +∆+==000
查看机械设计手册可得：
30.00=∆p ，A k =0.99，l k =0.97，0p =kw 54.1
()]12.397.099.03.054.15.5=⨯⨯+=z
圆整后取V 带根数3
=z
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3.4.6 单根V 带预紧力的计算
()[]20/5.2500qv zv k p k F A c A +-⨯=
=264.81.064.8399.0/5.599.05.2500⨯+⨯⨯⨯-⨯
）（ =N 28.169
3.4.7 计算压轴力
2/sin 210αz F F Q =
2/sin 310max αz F F Q =
N F Q 21.10152/52.176sin 328.1692=︒⨯⨯⨯=
N F Q 82.152221.10155.1max =⨯=
3.5 轴的设计与计算
3.5.1 轴的材料选择
当脱粒机正在工作时，脱粒轴高速旋转并且传递的转矩很大，经过综合考量，轴的材料选择45钢调质处理，硬度为195-290HBS ，其接触疲劳强度极限Mpa H 620-550lim =σ，弯曲疲劳极限取Mpa FE 480-410lim =σ。

3.5.2 轴的最小直径确定 由公式mm n P C d 3/≥
P =2.02kw ，min /650r n =
mm d 45.18≥
选mm d 20=
3.5.3 轴的结构设计
为了便于去除轴上的部件，轴通常被制成阶梯形状。

轴的直径从轴端向中间逐渐增大，并且齿轮和滑轮可以从轴的上端顺序地分离。

为了便于在轴上安装部件，轴和每个轴的端部应该倒角。

轴部分的轴磨削应该有一个砂轮越程槽，车制螺纹轴段应有退
刀槽。

第3章 水稻脱粒机的各部分设计
轴的每个部分的直径，如有配合要求的轴段，应尽可能使用标准直径，安装轴承、齿轮等标准件的轴径，应符合各标准件的内径系列规定。

当套筒，螺母和轴端止动环用于轴向固定时，安装部件的轴段长度应短于部件轮毂的长度，以确保螺母等紧密接触零件的端面。

脱粒轴结构初定如图3.6所示：
图3.6 轴的结构图
3.5.4 键连接选择
键连接可分为平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。

根据用途有三种平键：普通平键、导向平键和滑键。

平键的两侧是工作表面。

平键连接通过按压键的侧面和键槽来传递扭矩，在键的上表面和轮毂槽的底部之间留有间隙。

平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性好等优点，因此被应用广泛。

本次设计采用的是平键连接。

查看机械设计手册分别选择轴1、2段平键b ×h ×L=6mm ×6mm ×20mm 、b ×h ×L=10mm ×8mm ×22mm 。

材料为45钢，其许用挤压应力Mpa 120-100=σ，取其平均值，Mpa 110=σ。

3.5.5 滚动轴承选用
已知装轴承处的轴径mm d 40=，转速min /650r n =，查看机械设计手册我们可以得到：选用圆锥滚子轴（GB/T 276-1994摘录）,选型号为30208，其基本参数为，mm B mm D mm d 18,80,50===。

第4章 主要部件的校核
第4章 主要部件的校核
4.1 圆柱齿轮校核
齿面接触接触疲劳强度校核，公式如下：
[]H H E H Z Z u bd u KT σσ≤±=2
11/)1(2
代入数据得：
Mpa H 980=σ<Mpa 1170
符合要求，齿轮安全。

4.2 轴的校核
（1）轴上载荷的计算
求轴承上的支反力
N F NV 9171= N F NV 3142=
N F NH 25181= N F NH 8632=
画受力简图与弯矩图，如图4.1所示：
图4.1 受力简图和弯矩图
据第四强度理论且忽略键槽影响
[]MPa W M 70/1=≤=-σσ
69.210W -=⨯
受力分析如下表 4.1
所示：
燕山大学本科生毕业设计（论文）
表4.1 受力分析
载荷 水平面H 垂直面V
支反力F
N F NH 25181= N F NV 9171= N F NH 8632= N F NV 3142=
弯矩M mm N F M NV VMax ⋅=⨯=1888507511 mm N F M NV VMax ⋅=⨯=1888507511
总弯矩
mm N M M M V H ⋅⨯=+=51max 221max 11001.2mm N M M M V H ⋅⨯=+=52max 222max 21051.1
扭矩T mm N T ⋅=138633
[]MPa MPa W M ca 7069.25102.9/101093.1/1-6351==⨯⨯⨯==--σσ
[]MPa MPa W M ca 7069.20045.01.0/101034.2/1-3352==⨯⨯⨯==-σσ
轴安全。

（2）按弯扭合成应力校核轴强度
N W T M ca 8.48301.0/)109.2616.0()105.99(/)(13232322=⨯⨯⨯+⨯=∂+=σ
（3）精确校核轴的疲劳强度
31.0d w ==3301.0⨯=32700mm
32.0d w T ==3302.0⨯=35400mm
MPa W M B 8.362700/99500/===σ
MPa w T T 3.485400/26100/1===-σ
MPa B 640=σ MPa 1551=-τ
067.030/2/==d r 33.130/40/==d D
又可查得轴的材料敏性系数为：
82.0=σq 85.0=τq
故有效应力集中系数为：
48.1159.182.01)1(1=-⨯+=-+=）（σσσαq k
计算安全系数ca S ：
08.405.18.3683.1/275/1=⨯+⨯=+=-m a k S σψσσσσσ
71
.22/3.4815.02/3.4862.1/155/1=⨯+⨯=+=-m a k S τψτττττ 26
.271.228.4/71.208.4/2222=+⨯=+=τστσS S S S S ca >S=1.5
第4章 主要部件的校核
故安全。

4.3 键强度校核
在这种设计中，脱粒轴传递最大扭矩。

根据要求，需要检查脱粒轴的关键连接强度。

由于载荷均匀分布，使用基于平键连接的挤出强度公式：
[]p p dhl T σσ=≤/4
Mpa dhl T p 5.6240620/105.74/44=⨯⨯⨯⨯==σ<[]Mpa p 110=σ
可以实现设计要求。

4.4 滚动轴承校核
依据以上数据，我们可以可算出：
N d T F t 65.331726.42/1005.72/2511=⨯⨯==
N F F t r 44.123903.13cos /20tan 65.3317cos /tan =︒︒⨯=⨯=βα
N F F t 77.76703.13tan 65.3317tan =⨯==βα
4.5 计算所需的径向基本额定动载荷
对于圆锥滚子轴承30208，其径向基本额定载荷
ε/16)10/60()/(h t p r nL f P f C ⨯=
N C r 40.8403)10/800065060)(1/44.12391(3/16=⨯⨯⨯=<KN 63
故所选的轴承符合设计要求。

验算轴承的寿命：
h n P C L r h 43/106105.260/)/(10⨯=='>8000h
由寿命校核的结果可以看出：两轴承的寿命均大于设计寿命，故所选轴承合格。