机械毕业设计967秸秆粉碎机设计

摘要
21世纪以来我国大力扶持农业发展，农业机械化的实现已初见成效，不仅增加了我国的国际竞争力，而且给国家带来可观的经济收入，还能够提高我国的国民经济生产总值。

通过这次对秸秆粉碎机整体设计及其各部件的分布设计的论述与诠释，来实现小农机具在国内的推广和广泛的应用。

关键词：农业机械化；秸秆粉碎；设计
Since twenty-first Century our country to support agricultural developmentvigorously, implementation has achieved initial success of agricultural machinery,not only to increase the international competitiveness of our country, but alsobring considerable economic income, but also can improve our gross national production. Through the discussion and interpretation of the straw pulverizerdistribution design the overall design and its components, to achieve
the farming machine in the domestic promotion and application.
Keywords:agricultural mechanization ;straw crushing; design
1 设计任务书........................................................
1.1 研究内容和思路................................................
1.1.1 研究内容..................................................
1.1.2 思路......................................................
1.2 主要设计指标..................................................
2 粉碎装置方案的确定................................................
2.1 粉碎机的工作原理..............................................
2.2 粉碎室的形状和宽度............................................
2.2.1 粉碎室形状的选择..........................................
2.3 配套功率的计算及电动机的选择..................................
2.4 锤片速度及转子转速的确定......................................
2.5 理论生产率....................................................
2.6 粉碎室宽度的选择..............................................
2.7 其他装置的确定................................................
3 标准件的选择......................................................
3.1 电机的选择....................................................
3.2 轴承的选择....................................................
3.3 键的选择......................................................
3.4 螺栓的选择....................................................
3.5 螺母的选择....................................................
3.6 垫片的选择....................................................
4 带的设计计算......................................................
4.1 确定计算功率..................................................
4.2 选择V带带型..................................................
4.3 确定带轮基准直径及验算带速....................................
4.4 确定中心距及基准长度..........................................
4.5 验算小带轮包角................................................
4.6 计算带的根数..................................................
5 锤片的设计计算....................................................
5.1 锤片材料的选择................................................
5.2 锤片数目的选择................................................
5.3 锤片排列方式的确定............................................
5.4 齿板的确定....................................................
6 轴的设计计算......................................................
6.1 轴的尺寸设计计算..............................................
6.2 轴的校核...................................................... 设计总结............................................................. 参考文献............................................................. 致谢.................................................................
1 设计任务书
1.1 本课题的研究内容和思路
1.1.1 主要内容
1、研究秸秆的物理学特性。

2、设计秸秆粉碎机
1)考虑材料成分、含水量、喂入量等因素,选择适宜的加工方式。

2)设计喂入机构,锤片的设计计算。

3)选择锤片，确定恰当的线速度。

4)粉碎机构的设计，确定锤片的排列。

5)总体布置，考虑使用方便、尺寸大小、经济性、能耗等因素。

6)关键问题：粉碎机的应用定位，确定其具体参数。

1.1.2 思路
（1）分析加工对象的物理和加工特性。

（2）设计出粉碎的机构和合理布置各部分。

（3）设计的系统做到科学合理，能耗低，结构紧凑。

1.2 本课题主要设计指标
经过查阅资料表明，目前市场上并无此类机械。

在经过立足于我国农村的经济条件，交通状况，生产使用条件的分析之后，我认为本机械在设计上应该满足以下条件：
1、结构简单、体积小、尺寸紧凑，操作、使用、维修方便。

2、的适应性较好，适合加工多种类型物料。

4、生产能力满足要求。

5、配套动力合理，功耗小。

6、噪音低、粉尘少，减少环境污染。

7、机器工作安全可靠，工作部件耐磨性好，使用操作、维修调整方便，价格
便宜。

2 秸秆粉碎装置方案的确定
2.1 粉碎机的工作原理
粉碎机的工作原理主要是采用击碎原理，由电机通过V带的动力传动，带动粉碎室内的转子轴组的高速旋转，通过活动锤片对物料的锤击将其粉碎，并且由于在粉碎室内装有齿板，物料由于在被击碎的过程中随着转子轴组的高速旋转近一步的被细化粉碎，当被粉碎的物料自动落入到集料箱，在通过排料管将粉碎好的饲料进行收集。

2.2 粉碎室的形状和宽度
在加工颗粒状、块状、青饲料、干燥茎杆类、长茎杆饲料时锤片式粉碎的效果最佳，而且，目前应用广泛。

2.2.1 粉碎室形状的选择
粉碎室的一般形状采用圆形，而物料进入粉碎机的圆形粉碎室，受到锤片高速旋转的作用后形成物料层，并作与锤片运动方向相同的圆周运动，环流层运动的速度为锤片速度的70%左右，圆形粉碎室内的环流层由于离心力的作用，使大颗粒在外而小颗粒在内，既不利于排粉，又减少了粉碎受打击的机会，是使大部分粉料不是立即受到正面打击而破裂，而是受到偏心冲击，而受偏心冲击的物料，在冲击点与物料重心之间产生一个旋转力矩，该力矩只能使物料产生旋转运动而不易破裂，造成能量的很大浪费。

所以，物料在圆形粉碎室所受偏心冲击现象和物料环流——气流层的存在，是锤片式粉碎机性能低、效率差的根本原因。

因此改变粉碎室的形状是提高粉碎效率的重要途径之一。

采用水滴行粉碎室。

所谓水滴行粉碎室，顾名思义，即粉碎室的形状像水滴、筛片在粉碎室内也呈水滴状（见图3—1）。

水滴形粉碎室可以改变物料层的分布状态，使物料的环流运动——气流层遭
到有力的破坏，在水滴形粉碎室内，物料由轴向喂入，进入粉碎室后，先作圆周运动，然后作直线运动，产生折射后，其加速度骤然减少，产生反向加速度后，又与锤片相撞，再作圆周运动。

这种周而复始的运动能有效地破坏物料的环流层，且不会出现大外、小在内的层次分明的混合环流。

物料在粉碎室内处于混合状态，在混乱中大粒再次受锤片打击，而细碎的粒料、粉料则及时排除。

显然水滴形粉碎室能很大程度提高粉碎效率。

图3—1 水滴形粉碎室形状
2.3 配套功率的计算
粉碎机配套功率决定其生产能力的大小，依下式计算
Q K N '=
式中 Q —粉碎机理论生产率（T/h ）
K ’—配套动力系数，一般取3~10
理论生产率为0.46t/h ，所以有
3' 6.50.46
N K Q === 配套功率 1N C Q =
1C —系数 ，）5.104.6(1～C =，取C 1=8
Q —生产率，0.46/Q T h =
所以N=8×0.46=3.68KW
取N=4KW 。

2.4 锤片速度和转子速度的确定
锤片撞击力的大小与其工作速度有关，根据经验，一般粉碎精饲料为50～65m/s ，粗饲料及各种麦类为70～100m/s 。

考虑到本机为小型粉碎机，以粉碎粗饲料为主，选锤片速度为80m/s 。

由此，转子转度为：
D
v n π60= 式中 D ——转子直径 60608028300.540
v n D ππ⨯===⨯ r/min 2.5 理论生产率
粉碎机理论生产率按下述的经验公式计算：
60
6.32Brn KD Q = 式中 D ——转子直径
B ——转子长度
r ——物料容重，秸杆30.18/r t m =
n ——转子转速 n=2830r/min
K ——粉碎机结构系数（与筛片的结构参数有关），一般取K=0.16~0.42 将各参数数值带入公式有：
223.6 3.60.160.5400.3200.1828300.46/6060
KD Brn Q T h ⨯⨯⨯⨯⨯=== 2.6 粉碎室宽度的选择
粉碎室的宽度决定了粉碎物料的多少以及粉碎的效率，因此粉碎室的宽度同样是粉碎机的一个重要的参数。

根据我国粉碎机系列的设计要求，这次粉碎机设计的转子轴组选取D=320mm ，粉碎室宽度 B=200mm ，其比值D/B=1.6 符合我国的粉碎机系列设计
要求：D/B=1.1～3.5。

2.7 其他装置的确定
为使本机能够更好地粉碎粗饲料，保证粉碎的操作安全，喂入口设计为径向配置，物料喂入方向线与锤片圆周轨迹相交，喂入口下边缘和转子中心连线与转子水平线夹角 B=70度左右，可保证喂入料不架空，不反料，能够更大程度保证用户使用安全，并能增强锤片打击性能。

排料采用自重落料形式。

粉碎机转子由锤片和锤架组成。

锤架呈圆盘形，上面开有锤片销轴安装孔，锤片通过销轴铰接在锤架上。

当锤架高速旋转时，锤在离心力作用下向外甩开对物料进行加工。

3 标准件的选择
3.1 电机的选择
根据粉碎机的工作条件及生产要求，在电动机能够满足使用要求的前提下，尽可能选用价格较低的电动机，以降低制造成本。

由于额定功率相同的电动机，如果转速越低，则尺寸越大，价格越贵。

粉碎机所需要的功率为3N kw =，故选用Y 系列（IP44）型三相笼型异步电动机。

Y 系列三相笼型异步电动具有效率高、耗电少、性能好、噪声低、振动小、体积小、运行可靠、维修方便等优点。

其结构合理、产品先进、应用广泛。

其主要技术参数如下：
型号：1122Y M -
同步转速：3000/min r
额定功率：kw N 4=
满载转速：2880/min r
堵转转矩/额定转矩：2.2
最大转矩/额定转矩：2.3
质量：38kg
112
机座中心高：mm
3.2 轴承的选择
根据对该粉碎机的结构和对轴的受力分析可知，由于凿片为对称排列，在转子的转动过程中凿片所产生的离心力相互抵消，轴承受到凿片产生的径向力为零，但是由于转子本身会产生一定的离心力，同时转子自身的重力，会使轴承受到轴向力。

因此，在工作过程中轴承同时受到轴向和径向载荷的作用，故选择深沟球轴承6205，其尺寸为15
⨯B
⨯
D
d。

52
25⨯
⨯
=
3.3 键的选择
转子主轴上与带轮的连接键。

选用GB1096——79。

3.4 螺栓的选择
用来连接支承电动机钢板与支架、支承粉碎机钢板与支架用螺栓：由于用于板间连接，螺栓主要是受剪切力作用，故采用受剪螺栓连接。

连接齿板与机体用螺栓主要是受到拉伸力应力，故采用受拉螺栓连接。

选用GB5783——86。

3.5 螺母的选用
主要根据螺栓规格进行选择： GB6170——86。

3.6 垫圈的选择
根据需要选用普通平垫圈：GB848——85。

4 带的设计计算
4.1 带及带轮的选用
本机选用V带传动。

V带传动允许的传动比较大大，结构较紧凑，大多数V 带已标准化。

1.确定计算功率P ca
由《机械设计》表8—7查得工作情况系数为K A=1.0,故
()1.044ca A P K P kw =⨯=⨯=
4.2 选择V 带的带型
根据P ca 、n 选用A 型。

4.3 确定带轮的基准直径d d 并验算带速v
1）初选小带轮的基准直径d d1。

由《机械设计》表8—6和表8—8，取小带轮的基准直径d d1 =90mm 。

2)验算带速V 。

按《机械设计》式（8—13）验算带的速度
1601000
d d n v π=⨯=13.3m/s 因为5m/s<v <30m/s,故带速合适。

3）计算大带轮的基准直径。

根据《机械设计》式（8—15a ），计算大带轮的基准直径d d2
()
21 1.1390101.7d d d id mm ==⨯=
根据《机械设计》表8—8，圆整为d d2 =100mm 。

4.4 确定V 带的中心距a 和基准长度L d 1）根据《机械设计》式（8—20），初定中心距a 0=300mm 。

2）由《机械设计》式（8—22）计算带所需的基准长度
()()22
100120224d d d d d d d L a d d a π
-=+++
()()()21009023009010024300898mm π⎡⎤-=⨯+⨯++⎢⎥⨯⎢⎥⎣⎦
≈
由《机械设计》表8—2选带的基准长度L d =900mm 。

3）按《机械设计》式（8—23）计算实际中心距a 。

0090089830030122d d L L a a mm --⎛⎫≈+=+≈ ⎪⎝⎭
4.5 验算小带轮上的包角α1
()0
00
12157.318017890301d d d d α≈--≈≥ 4.6 计算带的根数z
1．计算单根V 带的额定功率P r 。

由d d1和n 1,查《机械设计》表8—4a 得P 0=1.64kw
根据n 1，i=1.13和A 型带，查《机械设计》表8—4b 得△P 0=0.15kw
查《机械设计》表8—5得K α=0.996,表8—2得K L =0.87,
所以 r 00(P )K (1.640.15)0.9960.87L P P K α=+=+⨯⨯=1.55
2．计算V 带的根数z
ca r P z P ==41.55=2.58 取3根。

5 锤片的设计计算
5.1 锤片材料的选择
锤片是粉碎机的主要工作零件，用来击碎物料。

锤片大多数铰接在转子上，也可以避免碰到硬物时损坏机件，由于受其工作环境条件的约束，其磨损程度也是很快的，由此考虑到制造成本和使用寿命这里选用材料是65n M 钢，两端工作区热处理后硬度为HBC220—250，这样可以提高锤片的使用寿命，达到一个即经济且实用的目的。

.
锤片的形状有很多种，常用的有矩形锤片，阶梯形锤片，尖锐菱形及环行锤片等。

因为矩形锤片比阶梯形锤片和其他类型锤片粉碎性能好，因此本机选用矩形锤片。

锤片都制成对称式，在一端磨损后可换另一端调头使用。

5.2 锤片的数目
锤片的数量对粉碎机的工作性能和效率有很大影响。

锤片数目过多，产生环流，形成气流较大，使饲料颗粒多集中在环流上，不仅减小了打击机会，降低了粉碎效率，同时还会使其功耗增加。

但锤片过少，没有锤片达击空间增加，打击机会减少，也会使生产率下降。

目前，国内外锤片式粉碎机的锤片密度（锤片累计厚度与粉碎室有效宽度之比）多在1:2—1:4范围内。

锤片数目依照锤片工作密度等要求计算如下
σ1
1B k z =
式中 1B —粉碎室的有效宽度， 1B =200mm
1k —锤片工作密度系数， 1k =0.27—0.47
将参数数值代入公式有
6.13006.020.041.011=⨯==σ
B k z 取Z=16
5.3 锤片的排列的确定
我们采用交错平衡排列方式，这样可以显著的提高粉碎效率。

交错排列平衡性好，锤片在粉碎室的宽度上分布均匀，但锤片的安装较为复杂，目前这种排列形式应用较多。

交错排列锤片数目少，制造配件比较方便，转子平衡性能好，机器振动小，物料在粉碎室内分布均匀。

锤片的排列应该满足下列要求：
（1）锤片应该均匀分布在整个粉碎室宽度上
（2）锤片的排列应该有利于转子的动静平衡
（3）锤片应该能使物料均匀分布在粉碎室内，不应使其向一侧堆积
根据前面对锤片排列方式的研究，且由锤片数量的确定，可以确定排列方式如图5—2所示。

锤片
转盘
轴承
图5—2 锤片排列示意图
锤片末端线速度是影响粉碎机工作性能的重要因素之一，物料的粉碎程度和粉碎机的生产率随锤片末端线速度的增高而增大。

线速度越大，冲击粉碎能力越强，越能提高生产率和粉碎细度，但线速度过高，则阻尼增大，空载功率消耗增加，空气还流也增强，排料机会减少，反而会降低生产率，同时转子的不平衡所产生的振动和噪音也随之增大。

因此要选择恰当的锤片末端线速度。

5.4 齿板
齿板的作用主要是阻碍物料在凿片与转子高速旋转时所产生的环流层，加强对物料的揉搓、磨擦和剪切作用，齿板对纤维质多、韧性大、水分高的秸杆类物料，粉碎作用比较明显。

采用螺栓将齿板上、下端固定，使其稳定可靠，安装使用方便。

=4）安装在水滴（1）齿板数目：本机为使安装和维修方便，采用块齿板（n
齿
状圆形部分的机壁上，齿板在机体圆周内按600安装，采用螺栓将其上下端固定，力求安装使用方便。

（2）齿板材料：齿板材料采用HT200灰铸铁制造，其齿尖表面激冷成白口以增强耐磨性，灰铸铁具有优良的减振性，耐磨性好，缺口敏感性小，成本低。

（3）齿板形状尺寸：基本尺寸由粉碎室宽度而定，齿板齿形采用直齿形，齿板厚度为10㎜。

6 轴的设计计算
6.1 轴的尺寸设计计算
1．轴传递扭矩 T （N •mm ）
n
p T 61055.9⨯= 式中 p —电动机功率 p=4kw
n —电动机转速 n=2830r/min
带入公式有
6649.55109.5510134982830
p T N mm n =⨯=⨯⨯=• 2．初步确定轴的最小直径
3n
p A d =I 安装带轮处的直径I d 为轴的最小直径。

根据表15—3有，轴的材料选择为45钢时A=103~126
(103~12611.34~13.87d mm I === 考虑到轴上键槽的削弱，故将轴径加大5%，再查相关标准，取I d =20mm
3．确定带轮的轮缘宽度
带轮的轮缘宽度B
B=（Z-1）e+2f
其中， Z —轮槽数
查表知 e=19 , f=12.5
得 () 1015.122191)-(52f e 1B =⨯+⨯=+-=Z mm
4．轴的结构设计
（1） 拟订轴上的零件装配方案，轴上的大部分零件包括带轮，左端轴承和轴承端盖以及隔套依次从左端装配，仅右端轴承和轴承端盖由右端装配。

（2） 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。

（3） 根据前面最小端直径的确定和带轮设计的结果可知，I d =20mm ，B=101mm ，
（4） 装左端轴承端盖段和轴承段B ：I I d =25mm ，按照《机械设计课程设计手册》中表6—1，因I I d =25mm ，选择深沟球轴承代号6205，其尺寸为155225⨯⨯=⨯⨯B D d 。

（5） 轴上零件的周向固定，均采用平键联接，同时为了保证轴的配合有良好对中性，采用H7/K6，滚动轴承与轴采用H7/K6。

（6）定出轴肩处的圆角半径R=1，轴端倒角取2 45⨯。

选择轴的材料为45钢，调质处理
由表14—1查得22/355,/640mm N mm N s b ==σσ，
211/155,/275mm N mm N ==--τσ，[][]212/60,/98mm N mm N ==-σσ 。

6.2 轴的校核
由于工作时受到不大的弯矩，则用降低许用扭转切应力的办法予以考虑。

因此在校核轴强度的时候只考虑校核扭转应力，只按照轴所受的扭矩来计算轴的强度。

轴的扭矩强度条件为 T τ（Mpa ）
[]T T T d n p W T ττ≤≈=
32.09550000 式中：T τ——扭转切应力，单位为Mpa ；
T ——轴所受的扭矩，单位为N •mm ；
T W ——轴的抗扭截面系数，单位为3mm ；
N ——轴的转速，单位为r/min ；
p ——轴的传递功率，单位为kw ；
d ——计算截面处轴的直径，单位为mm ；
[]T τ——许用扭转切应力，单位为Mpa
这里考虑到开放式平带的传动效率为1，故p=11kw ，n=2830r/min ，d 取轴
的最细处的直径d=20mm ，[]T τ按照《机械原理与方法》表15—3中选取，
[]T τ=30～40Mpa 。

将各个参数数值带入公式有
[]34955000028308.440.220T a T T T MP W ττ=
≈=≤⨯ 满足轴的扭转强度要求，所以强度合格。

设计总结
本次设计，是大学的全部基础课、技术基础课程以及全部专业课程和生产实习的综合。

这是我们在进行毕业之前对所学各课程的一次深入的综合性的总复习,也是一次理论联系实际的锻炼。

它在我们四年的大学生活学习中占有很重要的地位。

在此次毕业设计中我对自己未来将从事的工作进行了一次适应性训练,从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力,为今后参加祖国的现代化建设打下了一个良好的基础。

本次设计查阅了有关手册、教材，并在互联网上进行文献检索，采用了计算机辅助设计软件CAD2007，对各个重要步骤进行了详细计算和说明,必要处都有校核。

装配图和零件图按照国家机械制图标准的习惯画法绘制,通过这次设计，我进一步熟悉了有关标准、规范、技术文件和设计说明书的编写，分析问题、解决问题的能力得到了提高，能够综合运用所学知识解决一些实际生产问题。

圆满地完成了本次毕业设计。

这次设计中我最大的感受是：理论与实践必须相结合，只有将正确的理论应用于实践中，才能真正发挥理论的价值，才能更深刻地了解和掌握理论的真正内涵，而要做到理论与实践相结合必须有一定的理论基础和丰富的实践经验。

在这方面，我很欠缺，还在待于在日后的进一步学习和工作中来弥补和提高。

此外，设计工作是一项繁重的工作，必须具有严谨细致的工作作风和顽强的决心和毅力。

对软件的要求也很高，而软件的熟悉必须通过不断的练习，最好使用快捷键。

必要时可以在一些专业论坛里向前辈请教。

由于能力所限,经验不足，设计中尚有许多不足之处,恳请各位老师给予指教。

参考文献
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[21]郑树森主编.机械零件设计手册[M].哈尔滨工业大学出版社,1998
致谢
通过本次设计，使我们对大学四年所学的知识有了更清晰的认识和深刻的理解，特别是对本专业课程的认识更加系统化了，真正做到了学以致用。

回想以前初学时，很多概念、理论只是肤浅的掌握，现在则由抽象到具体，从理论到实践，完成了认识上的飞跃。

不可否认，在设计过程中，我们遇到了很多困难，但是无论什么困难，通过不懈的努力，我们都克服了。

这个过程，解决了以往在学习过程中某些疑难问题，纠正了一些认识上的错误，更主要的是增强了将理论应用到实践中的能力，为将来献身祖国的机械事业打下了坚实的基础。

设计期间有苦，有累，但是看到自己的设计成果跃然纸上时，心中有无限的喜悦和成就感。

论文的工作是在肖怀国老师悉心指导下完成的，论文的每一点成绩无不凝聚着老师的心血和汗水。

在我做毕业设计期间，曾老师在工作上给予了精心指导。

老师渊博的学识、敏锐的观察力、强烈的创新意识、教书育人的作风以及严谨治学的态度都给我以深刻的教育和影响，这将使作者受益终生。

至此论文完成之际，谨向肖老师表示最衷心的感谢和崇高的敬意。