畢 業(yè) 設 計（論 文）
設計(論文)題目： 環(huán)模制粒機設計
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摘 要 III
Abstract IV
第1章 緒 論 1
1.1 立項背景及研究意義 1
1.2 國內(nèi)外近況分析 1
1.2.1 國內(nèi)外環(huán)模制粒技術的技術近況 1
1.2.2 國內(nèi)外環(huán)模制粒機的結構近況 2
1.3 本文研究內(nèi)容 6
1.4 本文的研究方案 6
第2章 環(huán)模制粒機的主體結構建模 8
第3章 環(huán)模制粒機主要參數(shù)設計計算 12
3.1 環(huán)模制粒機的成形過程 12
3.3主傳動系統(tǒng)的設計 13
3.3.1 主電機的選擇 13
3.3.2 齒輪的參數(shù)的選擇和校核 13
3.3.3 軸的結構設計 20
3.3.4 其他零件的設計 26
3.3.4.1 底座的設計 26
3.3.4.2 齒輪箱體設計 27
3.3.4.3 軸承蓋設計 27
第4章 環(huán)模和壓輥設計 28
4.1環(huán)模設計 28
4.1.1 環(huán)模的熱處理工藝 28
4.1.2 環(huán)模?？椎募庸すに?28
4.1.3 環(huán)模的結構 29
4.1.4環(huán)模的參數(shù)計算 29
4.1.5 新環(huán)模的使用 31
4.1.6環(huán)模的保養(yǎng)和維護 31
4.2壓輥設計 31
4.2.1 壓輥的正確配合使用 32
4.2.2壓輥的維護和保養(yǎng) 32
4.2.3 環(huán)模和壓輥工作間隙的調(diào)整 33
第5章 制粒機的維護和檢修 34
5.1 制粒機的使用和維護 34
5.2 制粒機的檢修 34
5.3 制粒機的安全性分析 34
第6章 總結和展望 35
6.1 設計總結 35
6.2設計展望 35
參考文獻 36
致 謝 38
IV
摘要
環(huán)模制粒機設計
摘 要
環(huán)模飼料制粒機的作用是將各種配合好的粉狀飼料壓制成顆粒，這不僅讓飼料的物理性能和生化性能有了一定的改變，而且使飼料的利用率和喂養(yǎng)的適用性有了大大地提高。飼料工業(yè)在我國起步較晚，我國許多制粒設備與國外同等設備相比還有很大差距。通過調(diào)查和了解發(fā)現(xiàn)，我國很多廠商現(xiàn)有的制粒設備性能方面還存在很多問題。但是隨著近年來中國經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國飼料在機械創(chuàng)新和技術運用方面已經(jīng)有了突飛猛進的發(fā)展。
本文主要對國內(nèi)外現(xiàn)有的各種制粒機的優(yōu)缺點進行比較和分析，力求設計方案在現(xiàn)有產(chǎn)品的基礎上，不斷完善，不斷創(chuàng)新，該設計在保證產(chǎn)量的情況下，著力從環(huán)保、穩(wěn)定性、產(chǎn)品質(zhì)量等方面著手，方案設計主要以理論計算為依據(jù)，目的是使設計方案更合理、更具說服力。同時，在繪圖過程中不僅通過CAD軟件進行輔助設計，而且還利用三維軟件SolidWorks建立環(huán)模制粒機主體機構模型，使設計的效率大大提高。
關鍵詞：環(huán)模;制粒機;結構;SolidWorks
Abstract
Die pelletizing machine design
Abstract
Ring die pelleter can cooperate with all kinds of powder feed and pressed them into particles, this not only makes the physical properties and biological properties of feed had certain change, and make the utilization rate of feed and feed the applicability of have greatly improved. Feed industry in our country starts late, many granulating device in our country also has the very big disparity compared with the same equipment abroad. Through the investigation and understanding, found that many vendors in China there are many existing granulating equipment performance problems. But with the rapid development of China's economy in recent years, our country applied in feed in mechanical innovation and the development by leaps and bounds. Feed machinery of the fastest growing enterprise in our country, for example, is the shepherd group and zhengchang group, its technology enjoys a high reputation both at home and abroad
This article mainly discusses the existing advantages and disadvantages of all kinds of granulating machine at home and abroad, comparison and analysis to design on the basis of existing products, constantly improve, innovation. Under the condition of the design in production, emphatically from the aspects of environmental protection, stability, product quality, design mainly based on the theoretical calculation, the purpose is to make the design more reasonable, more convincing. At the same time, not only in the process of drawing aided design by CAD software, but also the use of 3 d software SolidWorks ring die pelletizing machine body model is set up, to greatly improve the design efficiency.
Keywords: Ring die；Granulating machine；Structure；SolidWorks
第1章 緒論
第1章 緒 論
1.1 立項背景及研究意義
隨著經(jīng)濟的發(fā)展，飼料工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的重要基礎產(chǎn)業(yè)之一。在畜禽業(yè)中，畜禽生長離不開飼料，顆粒飼料具有很多優(yōu)點，例如：體積小、不易受潮、散裝儲存和運輸方便等。
制粒機、冷卻機、粉碎機、分離機和噴漆設備是飼料制粒的主要機械設備，其中加工顆粒飼料的核心設備是顆粒飼料制粒機。目前，我國已經(jīng)開發(fā)出具有自己知識產(chǎn)權的環(huán)模制粒裝配系統(tǒng)和以環(huán)模制粒機為核心的顆粒飼料生產(chǎn)成套生產(chǎn)線自控生產(chǎn)系統(tǒng)，并在一定基礎上得到了使用，這可以滿足目前我國國內(nèi)對建設大型的顆粒加工廠對裝配的需求，但此項技術的智能化程度較低，且生產(chǎn)線的大型水平與國外的先進水平還有一定的差距。
可見，研究高效節(jié)能的制粒技術對農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有非常重要的意義，因此，設計出低耗和高產(chǎn)能的環(huán)模制粒機對提高我國制粒機在制粒方面的國際競爭力、促進三農(nóng)的發(fā)展和提高飼料機械的整體設計及制造水平具有重要的理論意義和現(xiàn)實價值。
1.2 國內(nèi)外近況分析
1.2.1 國內(nèi)外環(huán)模制粒技術的技術近況
國外技術現(xiàn)狀：
擁有了十分完善的技術體系：發(fā)達國家在環(huán)模制粒裝備技術體系上已經(jīng)健全，能夠提供優(yōu)質(zhì)、高效的設備和完善的問題解決方案。國際上著名的環(huán)模制粒設備企業(yè)有瑞士的BUHLER公司、美國的CPM公司、奧地利的ANDRITZ公司、德國的MUNCH公司、丹麥的Sprout-Matador公司等。
可信度高，節(jié)能、環(huán)保、高效：國外環(huán)模制粒裝備的企業(yè)重視基礎研究，其制造的關鍵部位的零件使用壽命超過國內(nèi)同類產(chǎn)品的2-3倍；裝備的材質(zhì)和潤滑油的使用都充分考慮環(huán)保的問題；應用除臭的在線檢測技術；
向大型化、自動化方向邁進：國外制粒裝備時產(chǎn)50t甚至達到100t的環(huán)模裝備已經(jīng)成為主流，這些機器設備的自動化程度較高，能夠實線無人操作，并且能夠實現(xiàn)一鍵開機和全過程智能監(jiān)控。
成套化、智能化程度高，實現(xiàn)顆粒飼料生產(chǎn)的只能管理：國外企業(yè)在裝備集成化的基礎上開發(fā)出了管-控一體化，實現(xiàn)了從半自動生產(chǎn)單元到大規(guī)模的全自動生產(chǎn)過程的控制系統(tǒng)的自動化服務，使其具有工藝流程的優(yōu)化與控制、能量消耗的優(yōu)化、設備狀況的實時監(jiān)測和管理等多種功能。
國內(nèi)技術現(xiàn)狀：
擁有相對完善的環(huán)模制粒裝備產(chǎn)業(yè)體系和技術體系，但其技術平臺和基礎研究相對滯后：我國制粒裝備已形成相對完善的體系，基本能夠滿足國內(nèi)的各種生產(chǎn)應用需求。但總體來說，我國的制粒裝備技術平臺和基礎研究相對來說比較滯后，產(chǎn)品的設計缺乏先進試驗和檢測技術條件的支撐；環(huán)模制粒裝備技術方面的人才還比較短缺，這極大制約了產(chǎn)品的創(chuàng)新力度和技術水平。
部分指標已經(jīng)接近國際的先進水平，但總體技術水平和國際的先進水平還有較大的差距：今年我國已經(jīng)成功研制出的制粒機有雙齒輪驅動制粒機、雙軸分功能制粒機、雙級同步帶驅動制粒機、平模制粒機、雙輥制粒機等多種新型的制粒裝備；為了在提高質(zhì)量的前提下，降低能耗，我國對環(huán)模、壓輥的幾何參數(shù)和環(huán)模轉速等的結構、工藝參數(shù)等方面在不斷優(yōu)化和改進；設計出的新型環(huán)模、壓輥的調(diào)節(jié)機構，大大地提高了環(huán)模和壓輥之間的配合和彼此之間的工作效率；針對環(huán)模和壓輥間的磨損現(xiàn)象，我們進行了大量的分析和研究，旨在使環(huán)模和壓輥間的磨損達到最低。雖然我國在環(huán)模治理裝備方面有了長足的發(fā)展，但在綠色環(huán)保、核心部件使用壽命等核心指標與國際先進水平還有相當大差距，急需提升和改進。
1.2.2 國內(nèi)外環(huán)模制粒機的結構近況
顆粒飼料制粒設備及其工藝配套設備，根據(jù)水產(chǎn)、禽畜和特種水產(chǎn)飼料的加工要求不同而進行不同的配置。根據(jù)環(huán)模和壓輥、平模和壓輥間的組合模式可分為：平模直輥、大小壓輥、三輥、二輥和雙環(huán)模式環(huán)模制粒機。其他類型的制粒機還有：休勒制粒機、對輥式制粒機、盤式微粒機、活塞式制粒機和螺桿式制粒機等。顆粒壓制機、環(huán)模壓輥的常用配置類型見圖1-1。
圖1-1 顆粒機類型
國外具有代表性的環(huán)模制粒機可分為：
1.三輥式顆粒制粒機
以英國的UMT公司為代表的三輥式顆粒制粒機是此類制粒機的代表性的裝備。
UMT公司生產(chǎn)的三輥式顆粒制粒機采用同步齒形帶傳動，具有負荷均勻，傳動效率和噪聲低等多種優(yōu)點。UMT雙級傳動顆粒制粒機構造見圖1-2。
圖1-2 UMT雙級傳動顆粒制粒機構造
2.雙輥式顆粒制粒機
目前顆粒制粒機是目前使用最為普遍的一種制粒機機型。傳動方式以齒輪傳動為主，其產(chǎn)品以CPM公司的為代表。環(huán)模固定在空心軸上，并繞其旋轉，實心軸上有固定的壓輥，為動模型的制粒機。環(huán)模采取的三分式環(huán)模加以固定，其拆裝比較容易，并且潤滑系統(tǒng)設備配有自動循環(huán)，使用安全性更高。主要結構見圖1-3。
圖1-3 CPM公司顆粒制粒機結構
3.大小輥式顆粒制粒機
相對而言，在國際市場上大、小壓輥式的環(huán)模顆粒制粒機的使用并不是很普及。能夠實現(xiàn)集大、小壓輥制粒效果是此類環(huán)模壓輥的組合方式的特點，不同物料的特性決定大、小不同的壓輥在環(huán)模中的相對位置，其主要結構見圖1-4。
圖1-4 大小壓輥環(huán)模顆粒制粒機構造
4.雙環(huán)模顆粒制粒機
隨著飼料生產(chǎn)技術的不斷發(fā)展，我國研制了一款新型顆粒制粒機，雙環(huán)模顆粒制粒機。前后環(huán)模組合型和內(nèi)外環(huán)模組合型是新型顆粒制粒機的兩種基本結構。
前后組合型的雙環(huán)模顆粒制粒機
前后組合的雙環(huán)模顆粒制粒機不僅改善了營養(yǎng)價值指數(shù)，而且使顆粒易碎性和顆粒飼料生產(chǎn)的費用得以降低。PCM/P6型顆粒制粒機的構造見圖1-5。
圖1-5 前后組合雙環(huán)模顆粒制粒機的構造
內(nèi)外組合型的雙環(huán)模顆粒制粒機
此類制粒機是動輥結構，傳動方式可以分為兩級，內(nèi)環(huán)模和外環(huán)模的壓輥
軸，內(nèi)環(huán)模和外環(huán)模的壓輥軸是由2臺不同電動機分別傳動，主要結構見圖1-6。
圖1-6 內(nèi)外組合雙環(huán)模顆粒制粒機的構造
國內(nèi)典型的環(huán)模制粒機以江蘇牧羊集團為代表，具有傳動系統(tǒng)平穩(wěn)可靠、使用壽命長、維護成本低、性能可靠、有較好的韌性和強度等多種優(yōu)點，構造如圖1-7所示
圖1-7 MUZL350/420系列顆粒機
1.3 本文研究內(nèi)容
通過以上了解和分析，我們對環(huán)模制粒機已經(jīng)有了比較清晰的認識，它對飼料機械產(chǎn)品十分重要，因此，對于其結構設計的研究具有很十分重要的現(xiàn)實意義。目前，國內(nèi)和國外對環(huán)模制粒機的研究方向不同，國外的主打方向是環(huán)模制粒機的機理分析與試驗探究，而國內(nèi)主打的方向是產(chǎn)品的介紹、設計的方式和工藝因素對其制?？赡軒淼挠绊?。因此，國外的制粒機的種類相對而言比較齊全，性能較好，而國內(nèi)的品種較單一，性能相對落后，試驗數(shù)據(jù)不夠充分。本文通過對環(huán)模制粒機的機械原理和對環(huán)模制粒機的主體結構進行分析和設計計算。具體研究內(nèi)容包括：
（1） 對環(huán)模制粒機的結構和主要參數(shù)進行分析；
（2） 對環(huán)模制粒機主體部分零部件進行設計、選型；
（3） 利用CAD畫出環(huán)模制粒機主體部分裝配圖和相關的零件圖。
1.4 本文的研究方案
本文的探究內(nèi)容為環(huán)模制粒機主體結構設計，故研究的重點為為環(huán)模制粒機的主傳動部分和制粒部分。生產(chǎn)的顆粒飼料直徑為4mm，壓縮比為1:12，制粒機的產(chǎn)量8小時/t,工作壽命為10年每天工作8小時，每年按300天計算，兩班倒。因此，我們要做的工作的工作之一是確定電機的參數(shù)；主傳動選用齒輪傳動，對齒輪進行設計計算；通過假定的環(huán)模轉速對環(huán)模壓輥的尺寸進行分析和設計；完成整機的主要部件的組裝圖、重要零件的工程圖。
35
第2章 環(huán)模制粒機的主體結構建模
第2章 環(huán)模制粒機的主體結構建模
通過以上分析，我們對環(huán)模制粒機的主體結構部分有了具體的了解，本章通過利用軟件Solidworks[28],對環(huán)模制粒機的主體部分進行三維建模，使制粒機的結構更加清晰和明確。利用軟件建?？煞譃閺淖蟮接?、從下到上的步驟，本設計中采用從下到上的建模方法。
零件裝配的具體操作步驟如下：
（1） 打開Solidworks軟件，鼠標單擊“標準”工具欄中的（新建）按鈕，在“新建Solidworks文件”的對話框中選擇“裝配體”模板，然后鼠標單擊“確定”按鈕，顯示“插入零部件”屬性管理器。
（2） 插入底座。鼠標單擊“插入零部件”屬性管理器中的“瀏覽”按鈕，找到已經(jīng)建好的“底座.sldprt”文件。
（3） 鼠標單擊“打開”按鈕，此時可以移動鼠標指針到圖形區(qū)域的任一位置，單擊鼠標左鍵調(diào)出底座模型，如圖2-1所示。此時，在特征管理器顯示“底座”特征，并默認此底座的特征形式為“固定”。
圖2-1 插入底座
（4） 插入齒輪箱。鼠標單擊工具欄中（插入零部件）的按鈕，調(diào)入“齒輪箱.sldprt”的文件。移動鼠標至任一位置，單擊鼠標左鍵來確定特征實體的調(diào)入，如圖2-2所示。
（5） 齒輪箱和底座的配合定位。在圖形區(qū)域中用鼠標單擊選中如圖2-3所示的“面1”和“面2”，鼠標單擊工具欄中按鈕，顯示出“配合”屬性編輯器，在屬性編輯器的“標準配合”選項欄中選擇“重合”配合，單擊按鈕，生成兩面的重合配合。在齒輪箱的任意一面左鍵單擊，將齒輪箱拉到和底座相裝配的位置，如圖2-4所示。
圖2-2 出入齒輪箱
圖2-3 “重合”配合定位
圖2-4 齒輪箱和底座配合
（6） 插入齒輪軸。鼠標單擊工具欄中（插入零部件）按鈕，調(diào)入“齒輪軸.sldprt”文件。移動鼠標至任一位置，單擊鼠標左鍵來確定特征實體的調(diào)入，如圖2-5所示。
圖2-5 插入齒輪軸
圖2-6 調(diào)用擋圈標準件
（7） 擋圈和齒軸的配合。在圖形區(qū)域中，用鼠標選中如圖2-7所示的“面1”和“面2”，鼠標單擊工具欄中按鈕，顯示“配合”屬性編輯器，在屬性編輯器的“標準配合”選項欄中選擇“同軸心”配合，單擊按鈕，生成“同心1”配合。
（8）在圖形區(qū)域中，用鼠標選中如圖2-8所示的“面1”和“面2”，單擊工具欄中按鈕，顯示“配合”屬性編輯器，在屬性編輯器的“標準配合”選項欄中選擇“重合”配合，單擊按鈕，生成“重合2”配合。同樣的的方式可以完成另一端擋圈的配合。
利用和以上相同的方法（同軸心、重合、移動、旋轉）即可完成整個結構的裝配?？偟谋▓D和裝配圖如2-9，2-10所示。
圖2-7 “同軸心”配合齒軸和擋圈
圖2-8 “重合”配合擋圈和齒軸
圖2-9環(huán)模制粒機的爆炸圖
圖2-10 環(huán)模制粒機總體模型
第3章 環(huán)模制粒機主要參數(shù)設計計算
第3章 環(huán)模制粒機主要參數(shù)設計計算
3.1 環(huán)模制粒機的成形過程
粉粒間存在的間隙是環(huán)模制粒機的成形過程基礎。粉料由進料口進入制粒室內(nèi)環(huán)模與壓輥之間的擠壓區(qū)，環(huán)模以一定轉速順時針旋轉，同時壓輥借助擠壓區(qū)內(nèi)部環(huán)模與壓輥、物料間的摩擦也順時針旋轉，物料被擠壓并壓緊，在?？妆阂欢螘r間從?？妆粩D出，同時經(jīng)切刀切斷，最終形成所需要的顆粒。依照物料在被擠壓的過程中顯示的不同狀態(tài)，我我們可以把其分為3個區(qū)域：供料區(qū)域、變形壓緊區(qū)域、擠壓成形區(qū)域（見圖3-1）。
圖3-1 制粒原理示意圖
3.2 環(huán)模制粒機的主傳動形式
本設計方案主傳動的傳動形式是齒輪傳動。與其他傳動相比可知，齒輪傳動效率更高，工作平穩(wěn)，結構相對而言較緊湊。工作時，齒輪轉動是通過電動機帶動的，經(jīng)由空心軸帶動環(huán)模轉動，從而由環(huán)模轉動帶動壓輥轉動，最后把物料擠壓成形。主傳動示意圖見圖3-2。
圖3-2 主傳動示意圖
3.3主傳動系統(tǒng)的設計
3.3.1 主電機的選擇
通過查閱吳克疇教授摘譯的《混合飼料生產(chǎn)工藝》這一文獻[15]，一臺制粒機的生產(chǎn)效率Q近似可由下列計算公式得出：
（3.1）
式中：
N：電動機的驅動功率（KW）；
：壓粒的散料密度（t/m3 ）；
：壓粒電動機的效率，取值為0.8-0.9；
P:要壓粒的壓力(p)；
K:壓縮率，取0.5-0.7
公式經(jīng)換算可獲得的驅動功率為：
（3.2）
已知：Q=8，=0.9；
查表可知：P=60；K=0.6；=0.5；
帶入公式得N=8.9KW，所以我們可取N=9KW。查《機械設計手冊》[25]選取電動機Y280M-4，額定功率0.9KW，額定轉速1480r/min，效率0.94。電動機和軸用聯(lián)軸器連接，聯(lián)軸器效率0.99。
3.3.2 齒輪的參數(shù)的選擇和校核
環(huán)模線速度為5-8m/s時為最佳速度，在此選用v=6m/s。得環(huán)模轉速為
=262.2r/min
則傳動比i=1480/262.2=5.6。
1. 選定齒輪的類型、精度等級、材料性能、齒數(shù)
選用的齒輪為斜齒圓柱齒輪，壓力角，精度為8級；
大小齒輪選用的材料為45鋼調(diào)質(zhì)；
試選小齒輪齒數(shù),則大齒輪齒數(shù)；
初選螺旋角。
2. 根據(jù)齒面接觸疲勞強度設計
（1）由下式試算小齒輪分度圓直徑
（3.3）
1） 確定公式中各參數(shù)值。
1 試選載荷系數(shù)=1.3；
2 查《機械設計》[26]表10-20得區(qū)域系數(shù)=2.425；
3 根據(jù)《機械設計》式（10-21）計算接觸疲勞強度用重合度系數(shù)
4 根據(jù)《機械設計》式（10-23）可得螺旋角系數(shù)
5 計算小齒輪轉矩T1
6 查《機械設計》圖10-５得材料的彈性影響系數(shù)
7 計算接觸疲勞許用應力
根據(jù)《機械設計》圖10-25d得小齒輪、大齒輪接觸疲勞極限為
。
根據(jù)《機械設計》式（10-15）得應力循環(huán)次數(shù)：
根據(jù)《機械設計》圖10-23，得接觸疲勞壽命系數(shù)。
取安全系數(shù)S=1、失效概率為1%，得
取和中較小的作為齒輪的接觸疲勞許用應力，即
2） 試計算小齒輪的分度圓直徑
（2） 調(diào)整小齒輪的分度圓直徑
齒輪圓周速度v
齒寬b
1） 計算實際載荷系數(shù)KH
1 根據(jù)《機械設計》表10-2可知使用系數(shù)KA=1.25
2 根據(jù)速度v和8級精度，可知動載荷系數(shù)KV=1.21
3 齒輪圓周力
Ft1=2T1/dt1=2×537900/76.332=14100N
《機械設計》表10-3可得齒間載荷分配系數(shù)=1.4
4 用插值法可以查得8級精度的小齒輪在相對支撐非對稱布置時的齒向載荷分配系數(shù)=1.354
由以上數(shù)據(jù)可得實際載荷系數(shù)
2) 按實際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑
相應的齒輪模數(shù)
3. 根據(jù)齒根彎曲疲勞強度設計
（1） 由《機械設計》中式（10-20）試算齒輪模數(shù)，即
（3.4）
1） 確定參數(shù)值
1 試選載荷系數(shù)=1.3
2 根據(jù)《機械設計》式（10-18），得彎曲疲勞強度的重合度系數(shù)
3 彎曲疲勞強度的重合度系數(shù)
4 計算
5 齒輪當量齒數(shù)
6 根據(jù)《機械設計》圖10-17可知齒形系數(shù) ，
7 根據(jù)《機械設計》圖10-18得應力修正系數(shù)，
8 根據(jù)《機械設計》圖10-24c查得小、大齒輪齒根彎曲疲勞極限分別為
，
9 根據(jù)《機械設計》圖10-22得彎曲疲勞壽命系數(shù),
10 取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，則
故可得
因為大齒輪的大于小齒輪，所以取
=
2） 計算模數(shù)
（2） 調(diào)整出輪模數(shù)
圓周速度
齒寬b
齒高h
齒高
1) 計算實際載荷系數(shù)
1 根據(jù)速度v和8級精度，由《機械設計》圖10-8得動載荷系數(shù)
2 由
〉100
查《機械設計》表10-3得尺間載荷分配系數(shù)。
結合=13.79查《機械設計》圖10-13可知。
得實際載荷系數(shù)
2) 由下式計算按實際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)
由于按齒根接觸疲勞強度計算得到的法面模數(shù)小于按齒面接觸疲勞強度計算得到的法面模數(shù)。故取=3mm，取按接觸疲勞強度計算得到的分度圓直徑=99.358mm計算小齒輪齒數(shù)，即
取=32mm，則，?。ê突ベ|(zhì)）
4. 計算幾何尺寸
（1） 計算中心距
由于模數(shù)為增大圓整為3mm，故在此將中心距減小圓整為330mm。
（2） 圓整后的中心距修正螺旋角
（3） 小大齒輪的分度圓直徑
（4） 齒輪寬度b
取，
5. 圓整后的校核
為了確保齒輪的工作能力，需要對齒輪進行校核。
（1） 根據(jù)齒面接觸強度校核
求重合度系數(shù)
其他數(shù)據(jù)按前面相應的方法查相關圖表可知：
，，，，，，，，，，，則
即滿足齒面接觸疲勞強度的條件。
（2） 根據(jù)齒跟彎曲疲勞強度校核
計算重合度系數(shù)
螺旋角系數(shù)
其他尺寸根據(jù)前面所述查相應的圖表可知：
，，，，，，，，，，，，，，則
即齒根彎曲疲勞強度滿足要求。
6. 設計結論
齒數(shù)，，壓力角，模數(shù)，螺旋角，中心距，齒寬，，變位系數(shù)，分度圓直徑，。小齒輪選用45鋼（調(diào)質(zhì)），大齒輪也選用45鋼（調(diào)質(zhì)）。同時齒輪按照8級精度設計。
3.3.3 軸的結構設計
1.計算齒輪軸、空心軸上的功率、，轉速，轉矩
取鍵的傳動效率為0.97，則
，
2.求作用在齒輪上的力
已知分度圓直徑，而
圓周力， 徑向力及軸向力的方向如圖3-3所示。
圖3-3軸上力方向分布
3. 初步確定軸的最小直徑
軸選用的材料為45鋼，采用調(diào)質(zhì)處理，取，于是得得軸最小直徑
齒輪軸的最小直徑是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑，為了使聯(lián)軸器與軸的直徑相配合，應該選擇合適的聯(lián)軸器型號。
聯(lián)軸器的計算轉矩為：，查閱《機械設計》表14-1，因為轉矩的變化很小，因此取，則
根據(jù)計算轉矩應小于聯(lián)軸器公稱轉矩的條件，查閱GB/T 5014-2003知，聯(lián)軸器選用的型號是GY7型凸緣，公稱轉矩為
4. 軸的結構設計
齒輪軸的設計：
（1） 擬定軸的設計方案，如圖3-4、3-5分別為齒輪軸的結構示意圖和三位實體模型。
圖3-4齒輪軸的結構示意圖
圖3-5 齒輪軸模型
空心軸的設計：
擬定如圖3-6所示的空心軸的結構方案。圖3-7為空心軸的實體模型。
圖3-6 空心軸結構
圖 3-7 空心軸實體模型
主軸的設計：
擬定如圖3-8的主軸結構方案。圖3-9為主軸的實體模型。
圖3-8 主軸結構
圖3-9主軸實體模型
壓輥軸的設計：
壓輥軸主要用來支撐壓輥，不隨壓輥作轉動，用螺紋鏈接固定在制粒機后座。軸主要承受徑向壓力。
擬定如圖3-10的壓輥軸結構方案。圖3-11為壓輥軸的實體模型。
圖3-10 壓輥軸結構
圖3-11 壓輥軸實體模型
5.求軸上的載荷
因軸的受力和強度分析相同，故在此只分析齒輪軸。齒輪軸的載荷分析圖如圖3-12。
因在中間，故
則
同理可得：
故總彎矩為
扭矩為
6.依據(jù)彎扭合成應力來校核軸的強度
在進行校核時，一般情況下只校核軸上所承受的彎矩和扭矩截面（即危險截面）的強度。因為齒輪軸的旋轉方式是單向旋轉，所以扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，取，故軸的計算應力為：
齒輪軸所選用的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)《機械設計》表15-1查閱得。因此，故齒輪軸軸安全。同理可求得空心軸和主軸也安全。
圖3-12齒輪軸載荷分析圖
3.3.4 其他零件的設計
3.3.4.1 底座的設計
底座的材料是灰鑄鐵鑄成，底座的下部的兩個支架是用以固定地腳螺釘?shù)?，箱體與底座所連接的面要求銑平，粗糙度一般為12.5，如圖3-13所示
圖3-13 底座模型
3.3.4.2 齒輪箱體設計
箱體設計成方形結構，整體采用鈑金焊接工藝制造，用螺栓與底座固連如圖3-14所示。
圖3-14 齒輪箱箱體
3.3.4.3 軸承蓋設計
軸承蓋的材料均為鑄件，鑄好后軸承蓋進行進一步的精加工。軸承蓋壓住軸承的外圈，起到的作用是壓緊，軸承蓋的材料為HT200.如圖3-15所示，是軸承蓋的基本結構。
圖3-15 軸承蓋模型
第4章 環(huán)模與壓輥設計
第4章 環(huán)模和壓輥設計
4.1環(huán)模設計
環(huán)模既是顆粒飼料制粒機中最主要的零件之一，又是易于磨損的部件，而且顆粒飼料制粒機中環(huán)模的價格非常昂貴；環(huán)模質(zhì)量的穩(wěn)定性和質(zhì)量的好壞不僅會直接影響到環(huán)模的使用年限，而且還會對顆粒飼料制粒機的產(chǎn)量和飼料的質(zhì)量產(chǎn)生巨大的影響。
環(huán)模制粒機的失效形式的失效形式包括?？缀铜h(huán)模內(nèi)環(huán)表面的損壞報廢和環(huán)模開裂、模孔的堵塞（壓不出料）。環(huán)模?？椎谋砻婀鉂嵆潭葘Νh(huán)模能否順利出料也具有很大的影響。20鋼、45鋼、20Cr、40CrMnMo、20CrMnTi等合金結構鋼和中低碳素結構鋼，是我國國內(nèi)目前顆粒飼料制粒機的環(huán)模材料。
4.1.1 環(huán)模的熱處理工藝
在環(huán)模材料的加工工藝中，正火、滲碳、淬火、調(diào)質(zhì)、滲氮等是常見的熱處理方式。去除材料內(nèi)應力，同時為下一道工序做必要準備是正火處理的目的，環(huán)模的滲碳處理不但可以使模孔、內(nèi)環(huán)表面的硬度，環(huán)模的耐磨性得到提高，而且還可以延長環(huán)模的使用壽命。
環(huán)模的淬火處理所應用的介質(zhì)主要是水和油。油的冷卻速率要比水的冷卻速率快慢些，如果在水中加入0.15%-0.30%的聚乙烯醇溶液，其冷卻的速率介于水和油之間，這樣較好的熱處理組織變可以獲得。
環(huán)模的調(diào)質(zhì)不僅是為了能夠得到比較高的強度和柔性，而且使為了保持環(huán)模心部的綜合性能。環(huán)模的調(diào)質(zhì)處理一般安排在精車、粗加工或擴孔之后；也可以安排在滲氮之前。
環(huán)模的滲氮作用和滲碳相似，主要是為了增強環(huán)模表面的耐磨性，滲氮后的環(huán)模表面的硬度可以達到HV400以上。
4.1.2 環(huán)模?？椎募庸すに?
環(huán)模制粒機生產(chǎn)飼料能否順利出料的重要影響因素是環(huán)模?？椎谋砻婀鉂嵍?。相對于昂貴的進口多工位鉆孔專用機床的設備而言，一般的人工進給的鉆孔難以達到要求的光潔度標準，因此鉆頭主要依靠進口，造成環(huán)模的制造成本在大幅度的上升。現(xiàn)在國內(nèi)許多廠商綜合考慮以上因素，利用經(jīng)由改進國的普通鉆床，輔以不可缺少的工裝使鉆孔的半自動化成為可能，從而使其生產(chǎn)效率和環(huán)模模孔的表面光潔度得到了提高，其制造成本也大大降低。
4.1.3 環(huán)模的結構
產(chǎn)品的質(zhì)量與生產(chǎn)效率受環(huán)模?？椎男螤詈统叽绲挠绊憽Ｄ？椎囊话憬孛嫘螤畛蕡A形，主要的形式有四種：直形孔、外錐孔、內(nèi)錐孔和階梯孔。因為直孔比較簡單，所以直孔被廣泛應用。直孔、錐孔和曲線孔是進料口的主要三種形式。錐孔角度一般為60-120度。
4.1.4環(huán)模的參數(shù)計算
（1） 確定環(huán)模面積
首先我們應確定單位功率的面積，此參數(shù)的選用對能源的使用效率有直接的影響。目前，環(huán)模制粒機的單位功率面積大多數(shù)是憑借經(jīng)驗得出的，飼料顆粒越難擠壓，則此參數(shù)就會越小。目前，國內(nèi)環(huán)模制粒機的主流機型單位功率面積的數(shù)據(jù)匯總見圖4-1，
圖4-1 單位功率面積取值范圍
可以看出，大部分的單位功率取值在左右。在本設計中。選用此參數(shù)值為。
由單位功率面積，可以按下列公式來確定環(huán)模的工作面積：
(4.1)
其中：
A為單位功率面積 ；
S為環(huán)模工作面積 ；
則環(huán)模的工作面積為
（2） 確定環(huán)模直徑與寬度
通常情況下，環(huán)模的直徑D與寬度B的關系為
(4.2)
其中：
B為環(huán)模的有效寬度 ；
D為環(huán)模的內(nèi)經(jīng) ；
K為環(huán)模的寬徑比（一般取0.2-0.35） 在此取K=0.3。
環(huán)模面積的計算公式為
(4.3)
聯(lián)立試（2-6）和試（2-7）可知環(huán)模的直徑D與環(huán)模的寬度B的計算公式為
?？椎闹睆剑驂嚎s比為1:12，故?？子行чL度
環(huán)模的孔型和具體的尺寸設計按圖4-2設計，其中，有效長度，開口角，擴孔直徑為6。所設計的環(huán)模實體模型如圖4-3。
圖4-2 孔型參數(shù)
圖4-3 設計的環(huán)模
4.1.5 新環(huán)模的使用
新環(huán)模必須與新壓輥相配用：影響環(huán)模使用的最重要原因之一是壓輥是否正確使用。在長期的生產(chǎn)和實踐中發(fā)現(xiàn)，工作面不平整、出孔率偏低、產(chǎn)能下降等現(xiàn)象是壓輥不規(guī)范的使用所導致的。
4.1.6環(huán)模的保養(yǎng)和維護
我們知道，環(huán)模使制粒機中易磨損且價格昂貴的部件，其質(zhì)量的好與壞直接影響到環(huán)模的使用壽命，所以對環(huán)模的保養(yǎng)和維護就變得極為重要。通常的保養(yǎng)和維護方法為：
1. 新環(huán)模下機后工作面應改及時檢查和清理：
1 檢查壓入孔中是否有鐵塊，如果孔中有鐵塊要及時取出；
2 檢查工作面是否有局部凸起的現(xiàn)象；
3 工作面被壓輥壓出直槽情況是否存在，如存在這一現(xiàn)象，應是壓輥間隙調(diào)整得太近導致的，應該把壓輥間隙調(diào)整的松些；
2. 檢查工作面的減壓槽咬邊現(xiàn)象是否存在，如果存在咬邊這一現(xiàn)象，應是由于壓輥與環(huán)模之間有相應的錯位所致，應該更新或維修壓輥。
3. 檢查是否有斷螺絲在螺絲孔內(nèi)，如果有斷螺絲在螺絲孔內(nèi)要及時拿出：
4.2壓輥設計
壓輥是與環(huán)模相配套使用的關鍵環(huán)模制粒機之一，壓輥和環(huán)模通過相互擠壓，把粉狀飼料擠壓成所要的形狀。一般來說，生產(chǎn)用得制粒機在制粒室內(nèi)利用兩個或三個壓輥。壓輥的表面應能夠提供最大的摩擦力。本設計方案中兩個壓輥被應用在制粒機壓粒室內(nèi)。
環(huán)模擠壓物料是通過壓輥來實現(xiàn)的，為了達到預期效果，壓輥表面通常增加耐磨或加大摩擦力的方法使壓輥上按壓輥軸向拉絲或開凹坑。根據(jù)不同的飼料生產(chǎn)要求，壓輥的表面制造也不同，通常的選取原則為：
1 為了確保做出來的料型比較好，一般使用封閉槽的壓輥殼；
2 孔型壓輥殼和組合壓輥殼主要針對的是難壓制且多種配方的飼料生產(chǎn)，卷料性和均勻性較均衡；
3 畜禽料生產(chǎn)時，為了確定有一定的卷料性能，一般使用通槽的壓輥殼生產(chǎn)。
在本次的設計中，壓輥表面所選取的壓輥材料為40Cr，經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理后的硬度為HRC49。
一般情況下，壓輥直徑的大小會對壓粒時物料的攝取角有直接的影響，因此在允許要求的范圍內(nèi)增大壓輥直徑。當兩個壓輥被采用時，壓輥直徑d與環(huán)模內(nèi)徑D的關系通常為：
考慮到兩個壓輥間應存在一定的間隙，本設計方案中采取的關系為：
故本設計中的壓輥所得到的直徑為
壓輥的寬度取值應略小于環(huán)模的有效寬度，以使在有效寬度內(nèi)達到高效擠壓的目的。故本方案中去壓輥寬度：，如圖4-4為設計的壓輥實體模型。
圖4-4 壓輥
4.2.1 壓輥的正確配合使用
在壓輥的使用過程應該盡可能的多付輥殼輪流使用，這對環(huán)模工作面的平整度很有幫助。具體的使用方法：當新環(huán)模與第一副輥殼配合使用時，用到輥殼壽命的50%時就必須換下，調(diào)整第二副新輥殼使用，當?shù)诙陛仛な褂玫綁勖?0%時再換下，換上第三副輥殼使用，然后以此類推。
4.2.2壓輥的維護和保養(yǎng)
壓輥的維護和保養(yǎng)大致可分為以下幾種情況：
1 一頭大一頭小
這說明制粒機存在主軸軸承間隙過大，或者主軸存在彎曲這一情形；壓輥軸頭和銅套有間隙；對制粒機進行檢修、更換喂料刮刀。
2 中間大兩頭小
此為喂料不勻稱并且同一副壓輥在同一只環(huán)模上使用時間超過了一定的限度；應采用多副壓輥總成輪番使用，因為壓輥磨損比環(huán)模磨損快，所以這有利于環(huán)模和壓輥之間的正常磨損，從而使各自工作面都較平整，這樣有利于生產(chǎn)。
3 工作面磨損不正常
工作面磨損不正常的原因是壓輥串邊或者喂料不勻稱以及模輥的間隙太小。如兩端邊上有凸出，應整磨掉；砂輪可以用來修復輥齒頂部的變形；如果齒槽的中間存在異物，應該盡快拿出。
4.2.3 環(huán)模和壓輥工作間隙的調(diào)整
環(huán)模與壓輥間隙調(diào)整的合理性對制粒機的生產(chǎn)性能會產(chǎn)生直接的影響。合理的調(diào)整能夠讓制粒機獲得最大的生產(chǎn)能力，因此環(huán)模和壓輥之間的使用壽命會有所延長。圖4-5為模輥工作面的示意圖。
1、 壓輥 2、物料層 3、已成型顆粒 4、模輥間隙 5、粘附層 6、環(huán)模
圖4-5 模輥工作面示意圖
要達到正確的模輥間隙，通常的調(diào)整方法的是：在確保環(huán)模和壓輥的工作面干凈并且沒有積料的狀況下，讓環(huán)模轉動一周，有四分之一或是三分之一的工作面，能把輥殼帶動運轉便可達到需要。一般情況下，?？仔〉那闆r下兩者間隙要小些，反之亦然；新壓模的間隙要小一些，舊壓模的間隙要大一些；要是壓輥與環(huán)模的間隙太小，這樣不但會加劇壓輥與環(huán)模之間磨損，而且會加大其噪聲，反之，如果間隙太大，會導致出料困難。
第5章 制粒機的維護與檢修
第5章 制粒機的維護和檢修
5.1 制粒機的使用和維護
（1）環(huán)模工作前，在粉粒中可滴加水或蒸汽的量在4%左右，有時也可滴加小于等于3%油脂和小于等于10%蜜糖的量。
(2) 對環(huán)模、壓輥、切刀等易損壞的設備進行定期的檢查，發(fā)現(xiàn)問題，并及時解決問題，確保制粒機正常有效的工作。
(3) 對進入環(huán)模的雜物堅決杜絕。
(4) 對環(huán)模不得進行熔焊工藝處理。
5.2 制粒機的檢修
制粒機的拆裝和易損件的更換是制粒機的檢修的主要內(nèi)容。本設計考慮的重點主要是制粒主傳動系統(tǒng)的拆裝和易損件的拆裝。
5.3 制粒機的安全性分析
在制粒的過程中，制粒機材質(zhì)的安全、物料殘留與不清潔、潤滑油路的安全等因數(shù)都對制粒機的安全有影響，具體表現(xiàn)形式如下：
材質(zhì)安全：在粉體飼料制粒成形的過程中，制粒機的相關部件之間會直接與產(chǎn)生接觸、摩擦，材料的安全與飼料生產(chǎn)的安全之間存在直接的影響。
殘留與不清潔：制粒機通常情況下要加工多種物料，因為不能完全清潔制粒機加工上一種物料所剩下的殘留，讓其與其他物料混合會帶來交叉污染，從而影響飼料的安全。
潤滑油路安全：環(huán)模和壓輥在制粒過程中會快速旋轉，因此各軸承潤滑油之間消耗會非常劇烈，在把潤滑油注入時，不合理的注油會把多余的潤滑油擠入制粒室與物料混合，從而給飼料的安全的影響。
針對制粒室存在的多種安全性問題，我們可以采用對制粒室的清洗技術加以減輕其對制粒效果的影響。
40
第6章 總結和展望
第6章 總結和展望
6.1 設計總結
為了完成本次設計，做了如下的主要工作：
（1）通過查閱資料文獻后，分析國內(nèi)外不同的制粒機的優(yōu)缺點，然后進行本次畢業(yè)的設計.
（2）對環(huán)模制粒機主要部件進行設計，數(shù)據(jù)計算。
（3）利用Solidworks建立所設計的環(huán)模制粒機三維模型并導出二維工程圖。
6.2設計展望
（1）環(huán)模加工的顆粒形狀比較固定，改變顆粒的形狀需要更換環(huán)模的模型，這樣不但會降低效率，而且會導致環(huán)模與壓輥之間的間隙在改變，能否在不更換環(huán)模的情況下，實現(xiàn)所需顆粒的加工。
（2）環(huán)模與壓輥之間的間隙如何自動調(diào)整。
（3）如何減少環(huán)模的壓輥之間的摩擦。
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致謝
致 謝
本科生活，轉眼即逝，在這幾年的時間里，我成長了很多。這離不開一群和藹可親的老師和友善的同學的幫助，正是他們的悉心指導與支持，我才能克服困難，順利完成我的本科畢業(yè)設計。
首先，我要特別感謝我的畢業(yè)設計指導老師—萬宏老師，感謝萬老師為我們提供的寶貴學習場所，正是這濃厚的學習氛圍，使我浮躁得心快速沉下來，感謝萬老師一絲不茍的工作作風、嚴謹求實的工作態(tài)度，正是萬老師的言傳身教，才讓我在各個方面都取得很大的進步。
同樣，我要感謝在萬老師實驗室一起學習的小伙伴們，感謝你們在畢業(yè)設計期間給予的幫助和支持，我還要感謝陪我度過最美好時光的母校，感謝母校培養(yǎng)了我。
最后，祝我的母校發(fā)展越來越好！