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目 錄
摘 要 I
Hay Cutter Machine Design II
1 前言 1
1.1農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中的作用 1
1.2鍘草機(jī)的應(yīng)用前景 1
1.3 鍘草機(jī)研究目的及意義 1
2 總體設(shè)計(jì) 3
2.1方案的選擇 3
2.2整體傳動(dòng)比的分析計(jì)算 4
2.3進(jìn)給機(jī)構(gòu)與機(jī)架的設(shè)計(jì) 6
2.3.1進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6
2.3.2機(jī)架的設(shè)計(jì) 6
3傳動(dòng)設(shè)計(jì) 8
3.1電動(dòng)機(jī)的選型 8
3.2 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 8
3.2.1 V帶輪的設(shè)計(jì)要求 8
3.2.2 帶輪的材料 8
3.2.3 V帶輪的結(jié)構(gòu) 8
3.2.4 相關(guān)計(jì)算 9
3.2.5 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.2.6 V帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù) 11
3.3 錐齒輪的設(shè)計(jì) 12
3.3.1 選擇齒輪材料 12
3.3.2 選定齒輪精度等級(jí) 12
3.3.3 按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)小齒輪分度直徑 12
3.3.4 計(jì)算主要尺寸與參數(shù) 13
3.4 圓柱齒輪的設(shè)計(jì) 15
3.4.1 選定精度等級(jí),材料及齒數(shù) 15
3.4.2 幾何計(jì)算 19
3.4.3 驗(yàn)算 19
4 軸及其校核 21
4.1 軸的設(shè)計(jì) 21
4.1.1 主軸Ⅰ的設(shè)計(jì) 21
4.1.2 傳動(dòng)軸Ⅱ的設(shè)計(jì) 22
4.1.3傳動(dòng)軸Ⅲ、Ⅳ的設(shè)計(jì) 22
4.2 校核 22
4.2.1 主軸Ⅰ的校核 23
4.2.2 調(diào)心球軸承的壽命計(jì)算 24
5 破碎機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 26
5.1 切刀的設(shè)計(jì) 26
5.1.1 切刀材料 26
5.1.2 對(duì)切刀的要求 26
5.1.3 選用或設(shè)計(jì)刀片時(shí)應(yīng)滿足的要求 26
5.1.4 在本次設(shè)計(jì)中選用外曲線刃口刀進(jìn)行滑切 26
5.1.5 刀的滑切與正切分析 26
5.1.6 鉗住物料的條件分析 28
5.1.7 刀的安裝 29
5.2 破碎輥筒的設(shè)計(jì) 30
5.2.1 刀的設(shè)計(jì) 30
5.2.2刀在輥筒上布置的設(shè)計(jì) 30
5.2.3輥筒的設(shè)計(jì) 30
總結(jié) 31
參考文獻(xiàn) 32
致 謝 33
32
鍘草機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要
設(shè)計(jì)一種鍘草機(jī)，它由裝在同一傳動(dòng)軸上的破碎,切碎兩種功能的機(jī)構(gòu)構(gòu)成。破碎機(jī)構(gòu)主要由刀齒板、切刀、刮刀及輥筒構(gòu)成。加工塊莖類(lèi)物料時(shí),經(jīng)刀齒的劃割,切刀的切割,刮刀的進(jìn)一步破碎,完成加工過(guò)程;同時(shí),可利用切碎機(jī)構(gòu)加工藤蔓、稈葉類(lèi);并采用輥壓輪對(duì)藤蔓進(jìn)行自動(dòng)進(jìn)給。拆下破碎部件,換上磨碎齒板,又可作為薯類(lèi)淀粉初加工機(jī)具。因此,既能滿足加工要求,又能加工薯類(lèi)淀粉,適應(yīng)農(nóng)村養(yǎng)殖業(yè)的需要。
關(guān)鍵詞: 破碎; 切刀; 輥筒
Hay Cutter Machine Design
Abstract
This project is to design a hay cutter machine , in the same transmission from the broken, which is chopped two functions of institution. Crushing institutions is mainly by the cutter tooth board, cutting knife, scraper and rollers material processing tubers. When the cutting knife, the knife blade, cutting the further broken, it compelets machining process. At the same time, it uses chopped agencies processing vines, stem leaf,and the roller on vines automatic feeding. Removing broken parts, grinding, and toothed as potato starch is quite machines. Therefore, it can satisfy the requirements of the processing and processing potato starch, adapt to the needs of rural breeding.
Keywords：Breakers; Cutter; Rolling wheel
1 前言
1.1農(nóng)業(yè)機(jī)械在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化中的作用
農(nóng)業(yè)機(jī)械化是建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，是提高農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率的主要手段。農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣應(yīng)用的重要載體，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然過(guò)程，加快發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化是推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè)，全面建設(shè)農(nóng)村小康社會(huì)的重要舉措，加快發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化也是保護(hù)和提高糧食綜合生產(chǎn)能力，增加農(nóng)民收入的重要措施。一是通過(guò)農(nóng)業(yè)機(jī)械，可以代替人工，使大量農(nóng)村勞動(dòng)力從繁重的農(nóng)業(yè)勞動(dòng)中解脫出來(lái)，使其投入到產(chǎn)業(yè)中，增加農(nóng)民收入；二是通過(guò)實(shí)施精量播種、機(jī)械施肥、秸稈機(jī)械還田等機(jī)械化節(jié)本增效農(nóng)業(yè)技術(shù)，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本；三是通過(guò)拓寬農(nóng)機(jī)維修、銷(xiāo)售服務(wù)市場(chǎng)，吸納農(nóng)村剩余勞動(dòng)力。
1.2鍘草機(jī)的應(yīng)用前景
經(jīng)過(guò)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)。很少有適合小型養(yǎng)殖場(chǎng)、專(zhuān)業(yè)戶和個(gè)體農(nóng)戶要求的小型鍘草機(jī)。并且這些青飼料鍘草機(jī)還具有以下缺點(diǎn)：
1. 大多數(shù)鍘草機(jī)只能單獨(dú)切割塊狀薯類(lèi)或莖稈類(lèi)物料。
2. 切割刀刃為直刃、切割剛度低、對(duì)多纖維莖稈的切割性能差。
3. 用手喂入莖稈類(lèi)物料安全性差。
4. 塊料切碎時(shí)切碎均勻度差。
故我們?cè)O(shè)計(jì)一種能滿足小型養(yǎng)殖場(chǎng)、專(zhuān)業(yè)戶和個(gè)體農(nóng)戶要求。切割性能好，操作安全的小型鍘草機(jī)。
1.3 鍘草機(jī)研究目的及意義
該新型機(jī)屬于一種多功能的草加工機(jī)具，特別適于對(duì)塊莖，塊根類(lèi)物料的切碎和破碎加工，也可作為薯類(lèi)淀粉加工機(jī)具使用。
目前的草加工機(jī)具，一般采用一片或多片刀片，在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中將草切碎；對(duì)于塊莖類(lèi)草的加工，則用磨齒片將草磨碎。前者滿足了藤蔓，稈葉狀草的加工；后者可對(duì)塊莖塊根類(lèi)草的加工。作為一般的加工，已是可行的了，但加工后的物料中，漿狀體比較多，粒度細(xì)小，對(duì)塊莖類(lèi)物料的加工，這種情況尤為突出，不利現(xiàn)在推行的青儲(chǔ)草技術(shù)的應(yīng)用。青儲(chǔ)草工藝對(duì)原料的要求，往往要使切碎或破碎后的草保持較好的粒狀，特別對(duì)含淀粉高的薯類(lèi)，要求在加工中盡量減少漿狀體，更有利于發(fā)揮青儲(chǔ)草的效益。
本實(shí)用于新型的目的是提供一種可將塊莖，塊根類(lèi)，一次加工成塊粒狀的切碎機(jī)；同時(shí)具有藤蔓，稈葉類(lèi)的切碎機(jī)構(gòu)；還可較方便地更換上磨碎齒板，作為薯類(lèi)淀粉加工的多功能機(jī)具。
本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是破碎輥筒上的齒、刀部件，配合作用，減少了對(duì)物料的擠壓、碰撞的機(jī)會(huì)，降低了塊莖類(lèi)草加工的漿狀體；同時(shí)在加工藤蔓、稈葉類(lèi)草時(shí)采用輥壓輪進(jìn)給，大大提高了送料時(shí)的人身安全；加之同破碎機(jī)構(gòu)安裝在同一傳動(dòng)軸上的切碎機(jī)構(gòu)。即可完成塊莖、塊根類(lèi)的加工，又可同時(shí)加工藤蔓、稈葉類(lèi)草。不但簡(jiǎn)化了設(shè)備，又避免了采用不同的傳動(dòng)軸，共用同一動(dòng)力，操作使用時(shí)的麻煩。破碎輥筒上的刀齒板、切刀、刮刀可拆下，換上磨碎齒板，又具有薯類(lèi)淀粉加工能力。因而它有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，能充分滿足農(nóng)村，特別是山區(qū)農(nóng)村推廣。
2 總體設(shè)計(jì)
2.1方案的選擇
通過(guò)比較研究，選定了四種參考方案。
方案一：方案一是一種最常見(jiàn)的臥式鍘草機(jī)，切刀片裝在電動(dòng)機(jī)的主軸上，通過(guò)電動(dòng)機(jī)提供給刀片的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)切割，但是缺點(diǎn)是不能切割塊莖類(lèi)草，同時(shí)刀片為直刃砍刀，消耗功率大，振動(dòng)也大。
方案二：方案二是立式鍘草機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，占用空間小，缺點(diǎn)與方案一一樣，對(duì)能切割草的種類(lèi)有限。
方案三：方案三是臥式輥筒破碎機(jī)，有點(diǎn)是能很好切割塊莖，輥筒上的刀片拆卸也很方便，缺點(diǎn)是不能切割藤蔓類(lèi)，所以他的使用也受到了很大的限制。
方案四：方案四是臥式多功能鍘草機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是即能切割藤蔓類(lèi)，又能切割塊莖類(lèi)，缺點(diǎn)是，該設(shè)計(jì)在為了完成切割塊莖的目的是，過(guò)多裝入轉(zhuǎn)動(dòng)刀片，在拆卸刀片時(shí)，非常不便，并且過(guò)多的刀片也增加產(chǎn)品的成本。
通過(guò)分析以上四種方案，吸收各自優(yōu)點(diǎn)，得到一個(gè)即能切割藤蔓類(lèi)，又能切割塊莖類(lèi)的多功能鍘草機(jī)。并在設(shè)計(jì)中，增加了藤蔓類(lèi)物料的自動(dòng)進(jìn)給機(jī)構(gòu)，以提高工作安全性。
該機(jī)主要由傳動(dòng)軸Ⅰ和裝在其一端的V帶輪，裝在其中部的破碎輥筒和切碎刀盤(pán)，裝在其一端的變速錐齒輪和傳動(dòng)軸Ⅱ上的變速錐齒輪和直齒輪及進(jìn)給軸Ⅲ、Ⅳ，裝在支撐固定它們的機(jī)架下部的電動(dòng)機(jī)，主動(dòng)輪及傳動(dòng)皮帶，加之安裝在機(jī)架上的喂料臺(tái)，進(jìn)料斗，機(jī)殼等構(gòu)成，要點(diǎn)是破碎輥筒的滾動(dòng)面上安裝了由刀齒板，切刀，刮刀組成的共同完成對(duì)塊莖塊根類(lèi)破碎的破碎機(jī)構(gòu)，切碎機(jī)構(gòu)由安裝在傳動(dòng)軸一端的切碎刀盤(pán)及其上的動(dòng)刀片，加之固定在機(jī)架相應(yīng)位置上，能在刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，與動(dòng)片構(gòu)成剪切動(dòng)作的定刀片構(gòu)成。為使破碎和切碎能同時(shí)進(jìn)行，把破碎輥筒，切碎刀盤(pán)裝在同一傳動(dòng)軸上。傳動(dòng)軸安裝在機(jī)架上，動(dòng)力由機(jī)架下部的電動(dòng)機(jī)及其主動(dòng)輪，通過(guò)皮帶傳給安裝在傳動(dòng)軸一端的從動(dòng)輪，驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸運(yùn)轉(zhuǎn)使安裝在中部的破碎輥筒及其切刀盤(pán)工作。機(jī)架上靠切碎刀盤(pán)一側(cè)，制作了切碎機(jī)構(gòu)喂料臺(tái)、自動(dòng)進(jìn)給輥壓輪及刀盤(pán)罩；位于傳動(dòng)軸中部的破碎輥筒上，裝有機(jī)殼和進(jìn)料斗，二者用小螺稈連為一體；主動(dòng)輪與從動(dòng)輪間套有皮帶防護(hù)罩；機(jī)架下部制作了切碎，破碎物料的出料斗。其中，喂料臺(tái)，刀盤(pán)罩、機(jī)殼、進(jìn)料斗、皮帶防護(hù)罩，出料斗均連接固定在機(jī)架上。破碎輥筒上的刀齒板、切刀、刮刀等用螺釘固定在滾筒的滾動(dòng)面上，且使刀齒板和切刀有5-10度的螺旋角。這樣，就夠成一個(gè)切碎機(jī)。若要作為暑類(lèi)淀粉加工設(shè)備，則可將磨碎齒板替換下破碎輥筒上的刀齒板，切刀和刮刀。磨碎齒板能在輥筒的旋轉(zhuǎn)力帶動(dòng)下，將薯類(lèi)打磨成漿體，達(dá)到加工淀粉的目的。
使用時(shí)，將藤蔓、稈葉類(lèi)放在喂料臺(tái)上，由輥壓輪自動(dòng)將料送入刀盤(pán)罩內(nèi)，動(dòng)刀片隨刀盤(pán)的旋轉(zhuǎn)和固定在機(jī)架上的定刀片配合，將物料切碎。塊莖、塊根類(lèi)則叢破碎輥筒機(jī)殼頂部的進(jìn)料斗送入；在輥筒的旋轉(zhuǎn)力作用下，物料先被刀齒板上的刀齒劃割成條，隨即由切刀切削下來(lái)，再經(jīng)刮刀進(jìn)一步破碎，切碎或破碎后的物料從出料斗送出。即可滿足加工要求。傳動(dòng)原理如圖2-1所示。
圖 2-1 傳動(dòng)原理簡(jiǎn)圖
1.電動(dòng)機(jī) 2.小v帶輪 3.v帶 4.大v帶輪 5.軸承座 6.破碎輥筒 7.主軸Ⅰ 8.切碎刀盤(pán) 9.動(dòng)刀片 10.小錐齒輪 11.大錐齒輪 12.小圓柱齒輪 13.大圓柱齒輪 14.換向圓柱齒輪Ⅰ 15.換向圓柱齒輪Ⅱ 16.傳動(dòng)軸Ⅱ 17.傳動(dòng)軸Ⅳ 18.傳動(dòng)軸Ⅲ 注：圖中箭頭表示各軸的轉(zhuǎn)動(dòng)方向
2.2整體傳動(dòng)比的分析計(jì)算
在本設(shè)計(jì)中，考慮到實(shí)際情況，主軸轉(zhuǎn)速在400r/min為宜。以下為具體計(jì)算分析過(guò)程。
因?yàn)樵O(shè)計(jì)任務(wù)提供的電動(dòng)機(jī)是1500r/min、功率是0.55kw。根據(jù)帶輪傳動(dòng)比的要求（一般傳動(dòng)比在2～4為宜）現(xiàn)選傳動(dòng)比為3.9。則主軸轉(zhuǎn)速為
=1500r/min/3.9=384.6r/min (2-1)
現(xiàn)初步選擇輥壓輪的直徑為40mm，對(duì)切削的物料長(zhǎng)度定為10mm?，F(xiàn)在來(lái)分析主軸Ⅰ到傳動(dòng)軸Ⅲ、Ⅳ之間的傳動(dòng)比。
因?yàn)檩亯狠喌霓D(zhuǎn)動(dòng)是由軸Ⅲ、Ⅳ提供的，所以軸Ⅲ、Ⅳ的轉(zhuǎn)速相等，轉(zhuǎn)向相反。
圖 2-2 物料進(jìn)給示意圖
參考圖2-2現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)速設(shè)為r/s,由于刀盤(pán)上是對(duì)稱安裝的2把動(dòng)刀片，所以切割次數(shù)為2次/s。
進(jìn)給輥壓輪設(shè)為轉(zhuǎn)/s。
V=2R＝220＝125.6mm/s (2-2)
V為料的理論進(jìn)給速度。
則每次刀的切割長(zhǎng)度是
L==62.8/ (2-3)
由設(shè)計(jì)要求知切割長(zhǎng)度以10mm為宜，則
62.8/＝10mm
即 /=10/62.8
/=6.28
主軸Ⅰ與軸Ⅲ、Ⅳ的傳動(dòng)比為6.28
現(xiàn)已知 ＝384.6r/min
則 =61.24r/min
則理論上每秒進(jìn)料為 V＝128.2mm/s
考慮到在實(shí)際中料在傳送過(guò)成中的打滑，所以上述進(jìn)料速度在現(xiàn)實(shí)中是可以做到的。
在主軸Ⅰ與軸Ⅲ、Ⅳ之間有一對(duì)錐齒輪的減速和一對(duì)直齒輪的減速，考慮到各對(duì)齒輪傳動(dòng)比的適宜范圍，現(xiàn)取錐齒輪的傳動(dòng)比i=2,圓柱齒輪的傳動(dòng)比i=3(考慮到計(jì)算和設(shè)計(jì)時(shí)的方便)。
2.3進(jìn)給機(jī)構(gòu)與機(jī)架的設(shè)計(jì)
2.3.1進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中采用輥壓輪對(duì)藤蔓類(lèi)物料進(jìn)行進(jìn)給，輥壓輪的外緣直徑為，轉(zhuǎn)速由前面的總體設(shè)計(jì)計(jì)算可知
V＝128.2mm/s
在本設(shè)計(jì)中，采用雙槽重疊設(shè)計(jì)，外面鋼槽由3mm厚的鋼板焊成，在槽的兩側(cè)用厚鋼板加厚，然后鏜孔，軸Ⅲ、Ⅳ穿過(guò)孔而被支撐，軸Ⅲ、Ⅳ與輥壓輪用平鍵連接。在鋼槽內(nèi)再插一個(gè)薄壁進(jìn)料槽，槽的底面與水平面成10°傾斜。便于送料。詳細(xì)見(jiàn)圖2-3
圖 2-3 進(jìn)料槽及其進(jìn)給輥壓輪
1.外鋼槽 2.輥壓輪 3.薄壁插槽 4.定刀片
2.3.2機(jī)架的設(shè)計(jì)
在機(jī)架設(shè)計(jì)中，主體采用40×40×3的等邊對(duì)角鋼，均通過(guò)用手工電弧焊將其連接。在機(jī)架上表面放置一塊10mm厚的鐵板以便固定各零件，在機(jī)架的4個(gè)角上各加焊一塊40×40×10的厚鐵板，以便獲得足夠的強(qiáng)度來(lái)安裝運(yùn)動(dòng)輪。根據(jù)各零件的設(shè)計(jì)尺寸，總觀全局對(duì)機(jī)架進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后機(jī)架整體尺寸為628×540×437。
3傳動(dòng)設(shè)計(jì)
3.1電動(dòng)機(jī)的選型
設(shè)計(jì)的鍘草機(jī)適用對(duì)象為小型養(yǎng)殖場(chǎng)、專(zhuān)業(yè)戶和個(gè)體農(nóng)戶,故電動(dòng)機(jī)電壓應(yīng)選用220V.再考慮到所受的載荷不大,所需動(dòng)力不是很大,選用小功率的電動(dòng)機(jī)。綜合各方面因素,選用YL系列電動(dòng)機(jī)。
YL系列電動(dòng)機(jī)是新型高效節(jié)能產(chǎn)品,具有體積小、容量大,起動(dòng)及運(yùn)轉(zhuǎn)性能優(yōu)越等特點(diǎn),符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC的有關(guān)規(guī)定,并實(shí)現(xiàn)同一機(jī)座號(hào)單、三相異步電動(dòng)機(jī)等級(jí)相同,提高了單、三相電動(dòng)機(jī)的互換性和通用性,被廣泛應(yīng)用于冷凍機(jī)、泵、風(fēng)機(jī)、,小型機(jī)床以及農(nóng)副業(yè)和家用電器等方面.
電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)：型號(hào):YL801-4；電壓:220V；功率:0.55KW；同步轉(zhuǎn)速:1500r/min；
頻率:50HZ；效率:68%；功率因數(shù):0.92外形尺寸:295165200
電動(dòng)機(jī)的安裝方式：選擇IBM3型
3.2 V帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
① 電動(dòng)機(jī)V帶輪的設(shè)計(jì) ② 主軸V帶輪的設(shè)計(jì)
3.2.1 V帶輪的設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)V帶輪時(shí)應(yīng)滿足的要求有：質(zhì)量??；結(jié)構(gòu)工藝性好，無(wú)過(guò)大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過(guò)動(dòng)平衡，輪槽工作面要經(jīng)過(guò)精細(xì)加工（表面粗糙度一般應(yīng)為3.2）以減帶的磨損，各槽的尺寸和角度應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。
3.2.2 帶輪的材料
此處帶輪的材料，采用鑄鐵，材料牌號(hào)為HT200。
3.2.3 V帶輪的結(jié)構(gòu)
鑄鐵制V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有以下幾種形式：①實(shí)心式②腹板式③孔板式④橢圓輪輻式。
當(dāng)帶輪的基準(zhǔn)直徑2.5d(d為軸的直徑，單位為mm)時(shí)，可采用實(shí)心式； 300mm時(shí)，可采用腹板式（當(dāng)100mm時(shí)，可采用孔板式）；300mm時(shí)，可采用輪輻式。
3.2.4 相關(guān)計(jì)算
已知電動(dòng)機(jī)的額定功率為0.55KW,轉(zhuǎn)速n1=1500r/min,選取傳動(dòng)比為i=3.9,采用普通V帶傳動(dòng)。
1.確定計(jì)算功率P
P=KAP=1.10.55=0.605KW (3-1)
2.選取帶型 根據(jù)P，n 確定選用Z型
3.確定帶輪基準(zhǔn)直徑
取主動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 d=71mm
則從動(dòng)輪基準(zhǔn)直徑 d=i d=3.971=276.9mm (3-2)
取 d=280mm
驗(yàn)算帶的速度
V==m/s=5.57<35m/s (3-3)
可知帶的速度合適
4.確定V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距
根據(jù) 0.7(dd1+dd2)
120°
主輪上的包角合適
6.計(jì)算V帶的根數(shù)Z
(3-7)
由n1=1500r/min, dd1=71mm, i=3.9 P=0.31kw, △P=0.03kw，K=0.92
K=1.14
則 =1.697 (3-8)
取z=2
7.計(jì)算預(yù)緊力F
F= (3-9)
q=0.06kg/m,
故
F=49.687584N
8.計(jì)算作用在軸上的壓軸力F
F===192.3N (3-10)
3.2.5 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)帶輪的基準(zhǔn)直徑選擇結(jié)構(gòu)形式，根據(jù)帶的截型確定輪槽尺寸，帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸所列經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，確定了帶輪的各部分尺寸后，即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應(yīng)的技術(shù)條件等。
由以上的計(jì)算可知：電動(dòng)機(jī)的V帶輪選實(shí)心式；主軸V帶輪選腹板式。
3.2.6 V帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)
V帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)如表3-1
表 3-1 V帶輪的結(jié)構(gòu)參數(shù)
·
注：電動(dòng)機(jī)V帶輪
L=(1.5~2)d, B<1.5d時(shí)，L=B，此處L=28
=(1.8~2)d, d為軸的直徑，此處=2d
主軸V帶輪
L=（1.5~2）d, 當(dāng)B<1.5d時(shí)，L=B,此處L=28
=B 此處=B=7
3.3 錐齒輪的設(shè)計(jì)
選用直齒錐形齒輪,取錐齒輪傳動(dòng)效率=0.95。
小錐齒輪傳動(dòng)功率為P=0.5225,轉(zhuǎn)速n=384.6r/min.傳動(dòng)比i=2。
3.3.1 選擇齒輪材料
小齒輪用45調(diào)質(zhì),齒面硬度200-230HBS
大齒輪用45調(diào)質(zhì),齒面硬度170-200HBS
根據(jù)齒面硬度中值 小齒輪=565MPa
大齒輪=545MPa
3.3.2 選定齒輪精度等級(jí)
根據(jù)工作情況,選用8級(jí)精度
3.3.3 按接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)小齒輪分度直徑
(3-11)
(1) 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T
T=9550P/n=95500.5225/384.6=12.97N·m (3-12)
(2) 齒數(shù)比
u=i=2
(3) 配對(duì)材料系數(shù)C
C=1
(4) 載荷系數(shù)
根據(jù)載荷情況,齒輪精度和齒輪結(jié)構(gòu)位置取K=1.5
(5)許用應(yīng)力
=0.9=509MPa (3-13)
=0.9=491MPa
取小值,所以 ==491MPa
（6）計(jì)算小齒輪分度圓直徑d
=52mm (3-14)
3.3.4 計(jì)算主要尺寸與參數(shù)
(1)選定小齒輪齒數(shù)z
根據(jù)小齒輪直徑,齒面硬度選定z=20,則z= zu=40
(2)確定模數(shù)m
=2.6mm (3-15)
取標(biāo)準(zhǔn)值m=2.5mm
(3)計(jì)算分度圓直徑,
=m z=50mm
=m z=100mm
(4)計(jì)算分錐角,
=arc tan(z/ z)=arc tan(20/40)=26.565° (3-16)
=90°-=63.435°
(5) 計(jì)算錐距R
R===55.9mm (3-17)
(6) 計(jì)算輪齒寬度b
取=0.33
b=R=55.9=18.447mm (3-18)
取b=20mm
(7) 計(jì)算齒頂圓直徑,
==12.5=2.5mm (3-19)
==54.59mm
102.2m (3-20)
(8) 計(jì)算平均圓周速度
41.75mm (3-21)
=0.84m/s (3-22)
錐齒輪傳動(dòng)參數(shù)見(jiàn)表3-2
表 3-2 錐齒輪傳動(dòng)參數(shù)
參數(shù)
代號(hào)
參數(shù)值
小齒輪
大齒輪
齒形角
20°
20°
大端面模數(shù)
m
2.5
2.5
傳動(dòng)比
i
2
2
齒數(shù)
z
20
40
分錐角
26.565°
63.435°
分度圓直徑
d
50
100
錐距
R
55.9
55.9
齒寬系數(shù)
0.33
0.33
齒寬
b
20
20
齒頂高
2.5
2.5
齒高
h
5.5
5.5
齒根高
3
3
齒頂圓直徑
54.5
102.2
齒根角
3.07°
3.07°
齒頂角
3.07°
3.07°
頂錐角
29.635°
66.505°
根錐角
23.495°
60.365°
安裝距
A
72
53
外錐角高
48.88
22.76
3.4 圓柱齒輪的設(shè)計(jì)
選取傳動(dòng)比i=3,工作壽命10年,每天工作1小時(shí),每年工作300天,小齒輪轉(zhuǎn)速 =384.6/2=192.3r/min,傳動(dòng)效率=0.95,則功率=0.52250.95=0.496375kW。
3.4.1 選定精度等級(jí),材料及齒數(shù)
1 選8級(jí)精度
（1）選取小齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)),齒面硬度為200-230HBS.
選取大齒輪材料為45鋼(調(diào)質(zhì)),齒面硬度為170-200HBS
（2）選小齒輪齒數(shù)=24
選大齒輪齒數(shù)
2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
接觸強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 (3 -22)
（1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）取載荷 =1.3
2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，由(4-12)
=24.65N·m=2.465N·mm
3） 尺寬系數(shù) =0.5
4） 材料的彈性系數(shù) =189.8MPa
5）齒面度中值查得小齒輪的接疲勞強(qiáng)度極限為=565MPa, 大齒輪的接疲勞強(qiáng)度極限為=545MPa.
6) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （3-23）
7）疲勞壽命系數(shù) =0.95; =1.0
8）接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1
=536.75MPa （3-24）
=545MPa
(2) 計(jì)算
1）小齒輪分度圓直徑 ,代入中較小值
=50.58mm
2）圓周速度v（3-22）
=0.51m/s
3）齒寬b（3-18）
=25.29mm
4)計(jì)算齒寬與齒高這比b/h
模數(shù) =50.58/24=2.1mm
齒高 =4.725mm
b/h=25.29/4.725=5.35
5）計(jì)算載系數(shù)
根據(jù) v=0.51m/s,8級(jí)精度,動(dòng)載荷系數(shù)。
假設(shè), =1.2。
使用系數(shù) =1
小齒輪相對(duì)支承皮懸臂時(shí),
=1.278
由b/h=5.35,,=1.22
故載荷系數(shù) （3-25）
6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
7）計(jì)算模數(shù)m，由（3-15）
=54.83/24=2.28mm
3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 （3-26)
（1）確定公式內(nèi)的各種計(jì)算數(shù)值
1） 查的小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限, 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
2）查得彎曲疲勞壽命系數(shù),
3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4
=373.2MPa （3-27）
=364MPa
4）計(jì)算載荷系數(shù)K
=1.58112 （3-28）
5）查取齒形系數(shù)
查得，
6）查取應(yīng)力校正系數(shù)
查得,
7）計(jì)算大、小齒輪的,并加以比較
小齒輪的數(shù)值大,用小齒輪的數(shù)值
（2）設(shè)計(jì)計(jì)算
=1.448mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果,由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù),由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力,而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力,僅與齒輪直徑有關(guān),可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.448并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值1.5,按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑54.83mm算出小齒輪齒數(shù)
=54.83/1.5=36.5 （3-29）
取
大齒輪齒數(shù)
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng),既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度,又滿足了齒根疲勞強(qiáng)度,并做到結(jié)構(gòu)緊湊,避免浪費(fèi).
3.4.2 幾何計(jì)算
1 計(jì)算分度圓直徑
2 計(jì)算中心距 （3-30）
3 計(jì)算齒輪寬度
考慮到實(shí)際需要，取 ,
3.4.3 驗(yàn)算
合適.
圓柱齒輪傳動(dòng)參數(shù)見(jiàn)表3-3
表 3-3 圓柱齒輪傳動(dòng)參數(shù)
參數(shù)
代號(hào)
參數(shù)值
小齒輪
大齒輪
模數(shù)
m
1.5
1.5
壓力角
20°
20°
傳動(dòng)比
i
3
3
齒數(shù)
z
36
108
分度圓直徑
d
54
162
齒頂高
1.5
1.5
齒根高
1.875
1.875
齒頂圓直徑
57
165
齒根圓直徑
50.25
158.25
齒距
p
4.71
4.71
齒厚
s
2.355
2.355
齒槽寬
e
2.355
2.355
頂隙
c
0.375
0.375
標(biāo)準(zhǔn)中心距
a
108
4 軸及其校核
4.1 軸的設(shè)計(jì)
4.1.1 主軸Ⅰ的設(shè)計(jì)
1. 求主軸Ⅰ上的功率,轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
取皮帶輪傳動(dòng)的效率η=0.95
則 kW （4-1）
r/min （4-2）
于是N·mm （4-3）
2. 初步確定軸的最小直徑
初步估算軸的最小直徑.選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理. ,取,于是得 mm （4-4）
主軸的最小直徑顯然在軸的兩端.
3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(1) 根據(jù)最小直徑，考慮到軸的剛度和震動(dòng)，現(xiàn)取 mm.為了滿足皮帶輪上的軸向定位要求,I-II軸段右端需制一軸肩,故取II-III段直徑為mm.由于皮帶輪的尺寸L=28,現(xiàn)取 mm
(2) 初步選取軸承座型號(hào)為SN508(摘自GB/T7813-1998)其主要參數(shù)如表4-1。
表 4-1
d
g
A
35
40
80
33
68
由于A=68,現(xiàn)取 mm mm
mm
因?yàn)閙m,取 mm
由于摩碎輥筒的寬度為140m,現(xiàn)取 mm
摩碎輥筒采用軸肩定位,取 mm
考慮到安裝防護(hù)罩,取 mm
考慮到刀盤(pán)座的寬度,現(xiàn)取 mm
因?yàn)殄F齒輪的齒寬B=20mm,現(xiàn)初步取 mm
考慮到安裝和基本尺寸,取 mm
4.1.2 傳動(dòng)軸Ⅱ的設(shè)計(jì)
1. 計(jì)算功率﹑轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
kW （4-5）
r/min
由（4-3）得， N·mm
2. 確定最小直徑
選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,取，由（4-4）
于是得 mm
現(xiàn)取最小直徑為20mm
4.1.3傳動(dòng)軸Ⅲ、Ⅳ的設(shè)計(jì)
由于進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)速與負(fù)載都比較小,所以不做具體計(jì)算,由整體設(shè)計(jì)決定其尺寸。
4.2 校核
4.2.1 主軸Ⅰ的校核
1.扭矩的計(jì)算
設(shè)皮帶輪傳遞的功率為0.55kW,輥筒子刀傳遞的功率為總功率的一
半,即 kW.切刀傳遞的功率為kW.錐齒輪
傳遞的功率是0.092kW.
有 N·m （4-6）
N·m
N·m
N·m
2.彎矩的計(jì)算
受力分析如圖4-1、圖4-2所示。
圖 4-1 H平面受力圖
圖 4-2 V平面受力圖
N N
N N
N N
N
N （4-7）
列方程求解 : （4-8）
（4-9）
由（4-7）（4-8)解得 377.4N 562N
同理列方程:
解得 -178.5N -383.5N
3. 校核軸的強(qiáng)度
在輥筒處的彎扭強(qiáng)度最大
M=67492.6N·mm T=13657N·mm
按第三強(qiáng)度理論，計(jì)算應(yīng)力 （4-10）
為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù)，則計(jì)算應(yīng)力為 （4-11）
式中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力。當(dāng)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力為靜應(yīng)力時(shí)，??；當(dāng)扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)應(yīng)力時(shí)，??；此處取，由（4-11）得。
由以上計(jì)算可知軸的設(shè)計(jì)是安全的
4.2.2 調(diào)心球軸承的壽命計(jì)算
1. 由軸的校核已計(jì)算出兩軸承在水平面與垂直面上的兩個(gè)力
軸承徑向力 N （4-12）
N
2. 求兩軸承上的計(jì)算軸向力和
N （4-13）
N
因?yàn)? N<
所以軸承1被壓緊,軸承2被放松
3. 求軸承當(dāng)量動(dòng)載荷和
因?yàn)? （4-14）
所以 =750.86N (4-15)
由（4-14）
所以 N
因軸承運(yùn)轉(zhuǎn)中有輕度沖擊載荷,,取1.2
N N
4. 驗(yàn)算軸承壽命
因?yàn)?所以按軸承2所愛(ài)力大小進(jìn)行驗(yàn)算
[1] (4-16)
顯然遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鍘草機(jī)的使用壽命 ,所以選用的軸承是合理安全的。
5 破碎機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
5.1 切刀的設(shè)計(jì)
5.1.1 切刀材料
一般采用經(jīng)過(guò)熱處理的T9碳素工具鋼或錳鋼。在此選T9工具鋼
5.1.2 對(duì)切刀的要求
良好的切刀（或稱切碎器）應(yīng)滿足要求： 切割質(zhì)量高，耗用動(dòng)力小，結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，安全可靠，便于刃磨，使用維修方便。
5.1.3 選用或設(shè)計(jì)刀片時(shí)應(yīng)滿足的要求
刀片在設(shè)計(jì)和選用時(shí)應(yīng)滿足下列三個(gè)方面的要求，即① 鉗住物料，保證切割；② 切割功率要??；③ 切割阻力矩均勻。
5.1.4 在本次設(shè)計(jì)中選用外曲線刃口刀進(jìn)行滑切
5.1.5 刀的滑切與正切分析
鍘草機(jī)械工作時(shí)，功耗的大小與切刀的工作方式以及刀片的特性參數(shù)有關(guān)，切刀的工作方式有滑切與正切之分。當(dāng)按滑切工作時(shí)，切割阻力小，容易切割，切割時(shí)省力，功率消耗也小。當(dāng)切刀按正切方式工作時(shí)，切割阻力大，切割困難，功率消耗也大。下面僅討論本刀具用到的滑切原理。
圖 5-1 切刀滑切示意圖
圖中BC為回轉(zhuǎn)曲線刃口刀的刀刃，O為刃口曲線的圓心，A點(diǎn)為切割工作點(diǎn)，切刀的回轉(zhuǎn)半徑為r。當(dāng)切刀在傳動(dòng)系統(tǒng)作用下繞刀軸中心P以一定角速度做定軸回轉(zhuǎn)切割運(yùn)動(dòng)時(shí)，刀刃上工作點(diǎn)A的切割速度為V，顯然，VOA，將V分解為過(guò)點(diǎn)A切線和法線方向的兩個(gè)分速度，即滑切速度，正切（砍切）速度。
與V之間的夾角及為滑切角。當(dāng)滑切速度不為零時(shí)的切割及稱為有滑切的切割，簡(jiǎn)稱滑切；當(dāng)滑切速度為零的切割稱為正切或砍切。和和的關(guān)系為
/=tan （5-1）
由圖5-1分析可知，滑切角顯然不為零，最大為，能實(shí)現(xiàn)滑切。
若切刀的楔角為，則正切時(shí)，切割速度V就在A點(diǎn)的法線方向，即V垂直于刀刃，切刀正好是以角的楔子楔入物料?；袝r(shí)，因切割速度V偏離了刀刃的法線方向，與法線方向產(chǎn)生了一個(gè)滑切角，這時(shí)切刀的楔入角度由減小到。從上圖的幾何關(guān)系可知
tan=BC/AB
tan= tancos （5-2）
即滑切角越大時(shí)，刀刃切入物料的實(shí)際楔入角就越?。磳?shí)際切割時(shí)只是刀刃口在切割），這是大小，切刀受到的法向阻力越小，易于切入，切割省力。因此，要使切割省力，除保證刃口鋒利以降低刃口比壓（比壓為刃口單位面積的壓力，與刀刃鋒利程度有關(guān)）外，還須使切割為滑切，這正是利用了滑切省力的原理。
此外，刀刃口的表面即使看起來(lái)光滑，但由于刀片在加工時(shí)的精度問(wèn)題，在顯微鏡下觀察，刃口也呈現(xiàn)鋸齒狀的“微觀齒”?；袝r(shí)，這些尖銳的“微觀齒”就像鋸子一樣將物料纖維切斷，這是滑切較正切省力的另一原因。
5.1.6 鉗住物料的條件分析
滑切也可以分為有滑移的滑切和無(wú)滑移的滑切兩種。切割時(shí)當(dāng)動(dòng)刀片與靜刀片之間的夾角達(dá)一定值時(shí)，物料就會(huì)產(chǎn)生沿刃口向外推移的現(xiàn)象，這叫有滑移的滑切。出現(xiàn)這種情況對(duì)穩(wěn)定切割是不利的，所以應(yīng)當(dāng)盡可能的避免此種情況的出現(xiàn)。
下面以兩種不同鉗住角切割物料的受力情況來(lái)分析鉗住物料，保證穩(wěn)定的切割條件。下圖5-2表示了不同鉗住角切割物料時(shí)物料的受力情況。
圖 5-2 不同鉗住角的物料受力分析圖
圖5-2中AB為動(dòng)刀片刃口，CD為定刀片刃口，夾角為動(dòng)、定刀片對(duì)物料的鉗住角，也稱推擠角。假定以兩種鉗住角切割時(shí)的摩擦角均為。
AB為動(dòng)刀片刃口；CD為定刀片刃口；為動(dòng)、定刀片對(duì)物料的鉗住角，又稱推擠角；為動(dòng)刀片對(duì)物料產(chǎn)生的正壓力；為定刀片（或支撐面）對(duì)物料產(chǎn)生的正壓力；、為動(dòng)、靜刀片與物料在切割點(diǎn)處的摩擦力；為兩種鉗住角切割時(shí)物料與動(dòng)、靜刀片間的摩擦角。
由圖5-2(a)知，由于此時(shí)>,兩個(gè)支撐反力的合力的合力F將把被切物料沿刃口向外推出，即在切割時(shí)產(chǎn)生滑移，不能保證穩(wěn)定切割。
由圖5-2(b)知，由于此時(shí)<。的合力F指向刃口里面，即切割時(shí)合力F將把被切物料沿刃口向里面推，切割時(shí)不會(huì)產(chǎn)生滑移，能保證穩(wěn)定切割，提高效率。
由此可知，保證鉗住物料穩(wěn)定切割的條件是：鉗住角須小于物料與定刀片之間摩擦角之和，<
切刀在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，的最大值為，同時(shí)由經(jīng)驗(yàn)可知，通常＝，＝，所以只要小于就可以了，顯然以上設(shè)計(jì)是滿足要求的，刀的安裝是合理的。
5.1.7 刀的安裝
曲線動(dòng)刀片A、B通過(guò)螺栓1、2、3、4安裝在刀盤(pán)P上，通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓1、2、3、4來(lái)調(diào)整動(dòng)刀片與定刀片的間隙。具體如下圖5-3所示。
圖 5-3 切刀簡(jiǎn)圖
1、4．六角螺栓 2、3 沉頭螺栓
5.2 破碎輥筒的設(shè)計(jì)
5.2.1 刀的設(shè)計(jì)
在破碎輥筒刀的設(shè)計(jì)中才用了改進(jìn)的齒刀配合設(shè)計(jì)，在輥筒的旋轉(zhuǎn)力作用下，物料先被刀齒板上的刀齒刮劃成條，隨即由切刀切削下來(lái)，再經(jīng)刮刀進(jìn)一步破碎。齒刀的設(shè)計(jì)中，刀齒采用螺旋布置，與水平線成夾角。各刀在輥筒平面的法線上，高度均為15mm。
5.2.2刀在輥筒上布置的設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)中將切刀以傾斜來(lái)布置，以配合刀齒板上螺旋刀齒的運(yùn)動(dòng)。
5.2.3輥筒的設(shè)計(jì)
因?yàn)槭沁M(jìn)行的塊莖破碎，工作中會(huì)產(chǎn)生大量的水分，所以輥筒必須采取防銹處理，所以輥筒選用材料鋁ZL301進(jìn)行鑄造，達(dá)到防銹的目的，輥筒的直徑選定為300mm，其長(zhǎng)度選定為140mm。輥筒主體鑄造的厚度為8mm。具體尺寸及輥筒結(jié)構(gòu)如下圖5-9所示。
圖 5-4 輥筒機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
總結(jié)
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致 謝