轴流式脱扬机毕业设计--轴流式脱扬机的总体及脱粒装置毕业设计

轴流式脱扬机毕业设计--轴流式脱扬机的总体及脱粒装置毕业设计
JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本科毕业设计
题目：轴流式脱扬机的总体及脱粒装置毕业设计学院：江西农业大学
姓名： XXX
学号： 007
专业：机械设计制造及其自动化
年级： XXX级
指导教师： XXX 职称：XX
二○一二年五月
摘要
本设计是关于轴流式脱扬机的总体设计，主要对轴流式脱扬机的脱粒装置总体进行计算和分析设计。

轴流式脱扬机脱粒部分主要由滚筒、主轴、钉齿、机架等组成，通过对进入脱粒室的谷物进行冲击和揉搓作用，分离茎秆和谷粒，并直接将谷粒抛出。

它能有效提高脱粒效率，有利于脱粒干净，减低对稻穗的破碎率，并能很好的分离茎秆和谷粒，从而有效提高农业生产率，大大减轻农民劳动强度。

关键字：脱扬机；分离；滚筒
Abstract
This project ,which focused on the total calculation and analysis of Axial de-Yang machine's Threshing devices ,is about the total design of Axial de-Yang machine .
The Axial de-Yang machine's threshing part is constitute of roller,spindle,frame and nail tooth.When grain get into the threshing room,through to the impact of the grain and knead role,the stem and the grain will separate,and the grain will been throw away.this machine can effectively improve the efficiency of threshing,make threshing more clearer, and reduce the grain's broken rate,what's more,it can be well to separate stem and grain,then effectively improve agricultural productivity,reduce farmer's labor intensity.
Key words :Axial de-Yang machine;separate;roller
目录
1. 绪论 (1)
1.1设计的目的与意义 (1)
1.2国内外发展现状 (1)
2. 轴流式脱扬机的总体方案设计及工作原理 (2)
2.1总体方案的选择 (2)
2.2工作原理 (2)
3. 电动机的选择 (3)
3.1电动机的类型和结构 (3)
3.2电动机容量的选择 (3)
3.3.电动机型号的选择 (4)
4. 滚筒的设计 (4)
4.1.滚筒的型式 (4)
4.2.滚筒的直径和转速 (4)
4.3滚筒齿的形状和排列 (5)
4.4滚筒长度 (5)
5. 滚筒钉齿的设计 (5)
5.1滚筒钉齿的形状 (6)
5.2滚筒钉齿的排列 (6)
6. 凹板筛的设计 (7)
6.1凹板筛型式选择 (7)
6.2凹板筛包角选择 (7)
6.3凹板筛间隙确定 (7)
7. 滚筒主轴的设计与校核 (7)
7.1.滚筒主轴的形状 (7)
7.2.选择轴的材料 (7)
7.3初步确定轴的直径 (8)
7.4轴的结构设计 (8)
7.5轴上零件的周向定位 (9)
7.6滚筒主轴的强度校核 (9)
7.6.1.对轴进行受力分析并简化轴的受力 (9)
7.6.2.计算水平面上的剪切力和弯矩，找出危险截面 (9)
7.6.3.计算垂直面上的剪切力和弯矩，并找出危险截面 (9)
7.6.4.计算转矩 (10)
7.7键联接的强度强度校核 (10)
8. 轴承的选用 (11)
参考文献 (12)
致谢 (13)
1. 绪论
1.1设计的目的与意义
随着我国农业的不断发展，我国对农村的问题越来越关注，农业是国民经济的基础, 这是不以人们意志为转移的客观经济规律。

农业生产力发展的水平和农业劳动生产率的高低, 决定了农业为其他部门提供剩余产品和劳动力的数量, 进而制约着这些部门的发展规模和速度。

只有农业发展了, 国民经济其他部门才能得以进一步的发展。

而农业机械化是农业现代化的中心环节, 它凝聚着现代科学技术的最新成果, 并配合农业生物等农业技术, 成为发挥增产作用的基本手段和提高劳动生产率、减轻繁重体力劳动的必要条件和根本途径, 从而带来生产力的质的飞跃，面对我过十几亿的人口压力，发展农业的机械化显得尤其重要，由机械化代替人力畜力作业不只是我国农业的未来发展趋势，也是整个世界农业的发展趋势。

我国是一个以农业生产为主的发展中大国，20世纪后半期我国用占世界7%的耕地,却为世界22%的人口提供了基本充足的食品。

农业的快速稳步的发展离不开农业机械化。

中国农业机械化经过多年的努力发展，已经取得了一定的成就，但是仍然存在一些不足，如何让在日常的生产影响中有限的提高生产率，实现一机多用是摆在人们面前的一个棘手的问题，实现农业的现代化、智能化是今后农业的必然选择。

通过采用现代化农业工程和机械技术，适应自然环境，为植物生产收获提供相对更为有利条件，从而在一定程度上摆脱对自然环境的依赖而进行有效生产的农业，它是在人们生活需求不断增长的同时发展起来的，是在人为可控设施下得农业生产，具有高投入、高技术含量、高品质、高产量和高效益等特点，是最具活力的现代新农业。

全喂入式轴流式脱扬机，要求体积的质量小、动力足，操作舒适，符合人机工程学的设计原理，减轻作业者劳动强度，尽量减少发动机对设施环境的污染。

我国是农业大国，农村市场巨大，要发展农村经济，就需要转移农村劳动力，提高劳动土地面积，可以预料，在未来的一段时间里，中国将成为世界上最大的脱扬机市场之一。

1.2国内外发展现状
1949年,全国农业机械化装备总动力只有8101万千瓦, 农用拖拉机只有117台,
一些大型农业机械如联合收割机、农用载重汽车基本上是空白。

经过半个多世纪的发展, 农业机械拥有量增长了上千倍, 有的品种甚至数万倍，截至2003年底,全国农业机械总动力达到6亿kW以上,农机原值达3362亿美元。

农用拖拉机保有量达1494万台,拖拉机配套农机具2292万部, 联合收获机械36万台，农田作业机械化水平显著提高,机械耕地、播种、收获水平分别达到46.8 %、26.7 %、19 %；2004年小麦机收比1995年提高了47%，农业机构服务领域由原来的农田作业,逐步向产前和产后延伸,向其他领域扩展。

一大批设施农业设备、农副产品加工机械、畜牧业机械、林业机械、植保机械、运输机械、农田基本建设机械等迅速增长。

温室面积达到69 亿平
方米, 田园管理机达到 4 万台。

[1]
近年来, 国际上不少大型农机企业看准中国巨大
的农机市场, 与中国有关部门和企业合作,在中国开拓事业, 取得了双赢的佳绩。

国内一些大型企业, 不断学习国外的先进经验和技术, 加大技术改造和升级换代力度, 推进了国产农业机械化产品质量的提高。

为鼓励大型农业机械的进口, 国家还制定了优惠进口税收政策。

在中国举办类似于今天的展览会, 也是农机界加强国际交流与合作的重要形式, 我们积极支持这类活动在中国开展。

国外轴流式脱扬机的发展，基本上分为欧美和日本两大类型，欧美国家以旱地为主，地块大，各类作物以小麦为主；日本以水田为主，田块小，以水稻为主。

因此，前者用的脱扬机是大型的，大功率的，而后者用的机型都是小型的或中型的。

2. 轴流式脱扬机的总体方案设计及工作原理
2.1总体方案的选择
脱粒机械的农业技术要求是：脱的干净、损失少、没有碎粒和脱壳现象，并且尽可能避免谷粒的机械损伤，这对于作为留种的谷粒来说更为重要，因为即使受到轻微的损伤也会影响发芽率。

此外由于谷物的茎杆有着很高的经济价值，要尽量减少其损失和损坏。

脱粒机应具有一定的生产率。

脱粒的本质在于使谷粒和作物本身分离，欲达到这个目的就得借助某一形式的脱粒装置。

本设计采用的是全喂入型脱粒机构，脱粒装置是滚筒式的，滚筒为一高速旋转的圆柱体，在滚筒表面上装有脱粒元件，而在滚筒下面装有不动的圆弧形凹板，凹板和滚筒之间保持一定的间隙，称为脱粒间隙。

脱粒时滚筒将谷物从脱粒间隙中通过进行脱粒，滚筒上采用钉齿式脱粒元件。

2.2工作原理
一、冲击脱粒
这种脱粒方法目前应用最广，靠脱粒原件与谷穗的相互冲击作用而达到脱粒目的。

能增强冲击作用，提高生产率和脱净率，但冲击过强会使谷粒破碎和损伤。

冲击强度一般是用冲击速度来衡量的。

二、揉擦脱粒
它是靠谷穗与脱粒原件之间的揉擦以及谷物之间的相互摩擦而使谷粒脱下来的。

揉擦力越大脱得越干净，但这种方法易使谷粒损伤，用它脱水稻最不适宜。

本设计的工作原理是：将谷物连同茎秆由进料口进入脱粒室，经滚筒的冲击揉搓作用，茎秆伴随滚筒旋转到出料口，谷物直接掉落在凹板筛上，并落入螺旋输送器，这样茎秆自另一侧出料口排出，谷粒由螺旋输送器从出料口一侧又重新到达进料口一侧，并落入抛扬器，谷粒由抛扬器抛出，从而达到谷物的全喂入脱扬目的。

3. 电动机的选择
3.1电动机的类型和结构
电动机类型和结构形式要根据工作条件、电源、载荷特点和转速来确定。

对于本设计的电动机没有特殊要求，而Y 系列电动机适用于不易燃易爆，无腐蚀性场合，故选用Y 系列三相异步电动机。

3.2电动机容量的选择
所选电动机的额定功率应大于实际工作的功率以防止过载损坏电动机，更不能小于实际的功率以免造成机器无法正常工作。

电动机所需功率计算公式为：
KW
P
P
w
d
η
= （3—1）
其中P d 一一电动机工作时的实际输出功率
P
w
一一工作所需额定功率
η一一总传动效率
P
w
的确定：
KW
FV
W
w P η
1000=
（3—2）
其中F 一一工作机阻力 V 一一工作机线速度
η
W
一一工作机效率
由于传动效率大于97%，可得工作所需输入功率为KW P P d w 7.12==η
3.3. 电动机型号的选择
综合电动机与传动装置的尺寸、重量、价格以及传动比的特点和大小，选用1500r/min 的电动机比较方便，额定功率13KW ，满载功率因素0.88。

4. 滚筒的设计
4.1.滚筒的型式
图4—1 滚筒
4.2.滚筒的直径和转速
滚筒的直径不可过大，以免工作阻力增大，但滚筒直径过小则易于缠草。

故其最小齿根圆直径应保证齿根圆的周长大于该地区割下最高杆的杆长。

L D 〉0π或π
L
D 〉
0 （4—1）
式中： D 0————滚筒最小的齿根圆直径 L ————割下作物最高杆的杆长
本设计过程中D 0为320毫米，由公式得周长1005毫米，符合要求。

再根据钉齿高度，确定顶圆直径
h
D D 20+= （4—2）
钉齿高度取85毫米，所以顶圆直径为490毫米。

滚筒的速度是影响工作质量的重要参数，当滚筒的圆周速度太小时，钢丝齿对稻穗的冲击力减弱，需要增长脱粒时间而降低生产率。

但如果圆周速度过大，脱粒效率的提高并不明显，仅使谷粒在滚筒上的跳动加剧，增加谷粒的抛散损失。

目前已有的机器上多为8.8—9.4米/秒（齿顶端线速度），电机带动的机具为11~12.6米/秒。

脱粒籼稻时由于籼稻比较容易脱粒，滚筒速度对脱粒效率影响不大显著。

4.3滚筒齿的形状和排列
滚筒上的齿用长度为85mm 的钉齿，经热处理后表面硬度为HRC55，以提高耐磨性。

随着齿的增长，可以提高脱粒能力，但易带草，并且消耗的动力多。

各种齿都采用交错排列，每根齿板条上的齿距一般取50~60毫米。

安装时相邻两齿板条上的齿错开半个齿距。

简易脱粒机的滚筒都制成开式，即滚筒齿固定在齿板上，然后与滚筒的左右幅板连接，齿板条多为6~12根，本设计选用6根。

4.4滚筒长度
滚筒长度主要取决于滚筒的传动动力，单人脚踏板齿轮驱动的脱粒机滚筒长1000~1100毫米，电动机带动的脱粒滚筒，考虑到滚筒的结构强度，一般取2000毫米以内。

本设计轴流式脱扬机的滚筒长度采用1000毫米。

5. 滚筒钉齿的设计
5.1滚筒钉齿的形状
图5—1 钉齿
钉齿是滚筒的主要脱粒元件，特别是对全喂入式脱粒机构来说，谷物进入脱谷室是靠钉齿抓取，谷物进入脱谷室后又是靠钉齿打击脱粒，茎秆在脱谷室内做螺旋轴向转动还是靠钉齿对它施加很高的圆周速度使它沿着盖板上的螺旋导板运动，直到最后把茎秆逐出机外还是由钉齿完成。

全喂入式脱粒机的钉齿常用的有楔形钉齿、板形钉齿、指形钉齿三种。

前两种脱粒能力较强，适用于切流型脱粒机构，指形钉齿脱粒能力弱，适用于全喂入轴流型脱粒机构，因为轴流型脱粒流程长，为了减少碎草，采用脱粒能力较弱的指形钉齿。

为了避免带草和提高钉齿在排草口的排草能力，通常钉齿的工作面都有10°~15°的后倾角。

5.2滚筒钉齿的排列
钉齿在滚筒上的排列方式对滚筒的脱粒性能都是有一定的影响的，钉齿的排列应考虑到充分发挥每个钉齿的作用。

对于轴流式全喂入脱粒机滚筒，其钉齿排列方式按螺旋线排列比较好这样即可以充分发挥每个钉齿的抓取能力有利于连续均匀喂入，有利于脱粒，又可以在滚筒全长上有较多的齿迹。

滚筒上的钉齿均匀的配置在数排齿杆上，齿杆的数量最好是双数的，有利于滚筒的平衡，考虑整体的重量、经济性等通常采用六排排列。

相邻两个齿迹的距离叫做齿迹距，通常为20~40毫米，齿迹距过小虽然脱粒作用
强但是碎矸显著增多，消耗功率加大。

由于本设计是全喂入式，取偏低值，可取齿迹距为28毫米。

相邻钉齿的距离也不能过大或者过小，过大脱粒难以干净，过小消耗功率大，容易缠草，易打碎稻穗，故本设计选择65毫米。

6.凹板筛的设计
6.1凹板筛型式选择
对于比较容易脱粒的籼稻，可以不用滚筒凹板，而对难以脱粒的粳稻或脱小麦时，一般都采用滚筒筛式凹板，本设计采用栅格式凹板筛，这种凹板筛目前应用最广，其优点明显，利于脱粒，分离谷粒能力强，坚固耐用。

栅格筛孔用钢丝和扁钢组成，筛孔常见的是20×15毫米，长为扁钢距离宽为钢丝的间距，本设计材料采用φ2~φ3.5
钢丝及20×3、20×4或20×5扁钢。

6.2凹板筛包角选择
包角的大小对谷粒分离效果影响很大，适当增加包角可以适当缩短滚筒长度，本设计采用202°包角，这样可以最好的增加作物揉搓时间，使脱粒更加干净。

6.3凹板筛间隙确定
全喂入式脱扬机考虑到较好的脱粒和分离能力，凹板筛间隙一般在10~25毫米之间，本设计选择20毫米。

7.滚筒主轴的设计与校核
7.1.滚筒主轴的形状
图7—1 滚筒主轴
7.2.选择轴的材料
轴的材料主要是碳素钢和合金钢，根据传动的功率和一些参数选择材料，最常用45#钢，经调质处理得到的组织具有良好的综合力学性能，有较好的强度，同时兼具较好的塑性和韧性，查表得毛坯直径≤200毫米，硬度217-255HBS，抗拉强度极限为
640MPa ,屈服强度极限为355MPa ,弯曲疲劳极限为275MPa ,剪切疲劳极限为155MPa 。

7.3初步确定轴的直径
轴是机械传动的重要零件，必须达到足够的强度，保持良好的稳定性，并具有良好的工艺性，根据轴上零件的定位和固定要求以及加工装配要求，合理的定出轴的结构外形和全部尺寸。

对于轴流式脱扬机的主轴主要是承受扭矩作用，故只需按轴所受的转矩来进行计算。

扭矩强度条件：
[]ττr
r
r
r
W
W
n P T ≤⎪⎭⎫ ⎝⎛
⨯==1039550 （7—1）
式中： τr ————轴的扭转切应力 T ————轴所受的扭矩 n ————轴的转速
[]
τr ————轴的许用扭转切应力 W r ————轴的抗扭截面系数 由于本设计的轴采用的是实心轴，由
16
3
D
W
t
π=
（7—2）
可得轴的直径：
[]
3
31095505n P C n P d r =⎪⎭⎫
⎝
⎛⨯≥
τ （7—3）
C 取决于[]τr 的大小，C 取较小值时[]
τr 取较大值，反之取较小值。

根据轴的材料以及估算结果，轴直径取48毫米。

7.4轴的结构设计
轴主要有轴颈、轴头、轴身三部分组成，考虑到滚筒主轴主要承受扭矩，故采用
圆截面的实心传动轴，以保持良好的强度，轴长设计为1400毫米。

7.5轴上零件的周向定位
本设计主要使用皮带轮传动，轴上皮带轮的周向定位采用平键连接，由手册并根据轮毂宽度选用14×9×70的平键，轴肩高度为0.08×48=3.84毫米。

7.6滚筒主轴的强度校核
7.6.1.对轴进行受力分析并简化轴的受力
根据对滚筒主轴上零件的作用力分析，将其上各受力简化为集中力，其所受力主要为电机的转矩、轴的径向力以及滚筒的作用力。

其受力如图所示：
图7—2 滚筒主轴的受力分析图
7.6.2.计算水平面上的剪切力和弯矩，找出危险截面
剪切力：N N F F F F F 1984,99242542=+===
弯矩：m N mm F M ·
6.54555021=⨯= 剪切图弯矩图分别为：
图7—3 滚筒主轴水平面上的剪切与弯矩图
7.6.3.计算垂直面上的剪切力和弯矩，并找出危险截面
剪切力： N N F F F 3464,1732631===
弯矩： m N mm F M ·
6.95255012=⨯= 剪切图弯矩图分别为：
图7—4 滚筒主轴垂直面上的剪切与弯矩图
7.6.4.计算转矩
由N n
T P w 7.829550=⨯=,运用第四强度理论校核滚筒主轴强度，则有：
[]
σσ≤=+⨯T
M
W
2
2
75.01
1 （7—4）
校核结果：
[]
σσ≤=++=
MPa W
T
M M 4.4675.02
21 （7—5）
故所受最大力截面安全，该轴符合强度的安全要求。

7.7键联接的强度强度校核
对于平键联接，如忽略摩擦，则当联接传递扭矩时键轴一体受力较大，可能的失效有：软弱零件的工作面被压溃或磨损和键的剪断等。

对于实际采用的材料组合和标准尺寸来说，压溃或磨损常是主要失效形式。

因此，通常只作联接的挤压强度或耐磨性计算，但在重要的场合也要验算键的强度。

根据轴径查表得b×h=14×9,取L=70，联接所能传递转矩
[]
σσσp p p hld T ≤=
,4
1
（7—6）
其中：[]σp
———————许用挤压应力
T ———————传递的扭矩 h ———————键的高度 l ———————键的接触长度 d ———————轴的直径
ττp
bdl T
≤=
2 （7—7）
其中： τp ———————键的许用剪切应力 τ———————剪切应力
经校核τ=4.532MPa ≤τp ;σp =14.08MPa ≤[]σp
,故满足强度要求。

8. 轴承的选用
轴承的作用是支撑轴及轴上的零件，保持轴的旋转精度，减少轴与支撑之间的摩擦和磨损。

本设计因为轴主要是受轴向和径向载荷，故选用滚动轴承，相比于滑动轴承，采用滚动轴承的机器起动力矩小，有利于在负载下起动；径向游隙比较小，运转精度高；可使机器轴向结构紧凑；对于大多数滚动轴承，轴承组合结构较为简单；消耗润滑剂少，便于密封和维护；不需要要用有色金属；标准化程度高，能成批生产，使用成本低。

因此本设计直接选择深沟球轴承6000系列。

查手册可得，选轴承尺寸如下：
1000,122,64,40min ====r B D d ，极限转速12000，轴承代号61908.
参考文献
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致谢
本设计是在严霖元教授、吴彦红教授的悉心指导下，与周鹏坤同学共同完成的，经过接近两个月的准备及对实际脱扬机的测绘分析，顺利完成了本次设计。

通过此次毕业设计，对大学四年的课程做了一个系统全面的回顾和深化，并使我更加熟练了对AutoCAD的运用，为以后的工作打下更好的基础。

本设计总体上还是合理的，但是由于自身的知识、实践等有限，还有一些地方有疏漏不足之处，请指导老师不吝指正。

在这次设计的过程中，我们有幸得到严霖元教授和吴彦红教授的耐心帮助和支持，为我们丰富了设计的方法，在此对两位老师表示衷心的感谢，同时在设计的过程中班里同学的帮助让我们能更快更好的完成设计，在此也一并表示感谢！
工学院王晨
2012年5月13日
13。