xx 大學全 日 制 普 通 本 科 生 畢 業(yè) 設 計 土豆清洗機的設計THE DESIGN OF THE SWEET POTATO WASHING MACHINE學生姓名： 學 號： 年級專業(yè)及班級： 機械設計制造及其自動 ` 化指導老師及職稱： 教授學 部： 提交日期： 年 5 月xx 大學全日制普通本科生畢業(yè)設計誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文是本人在指導老師的指導下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。同時，本論文的著作權由本人與 xx 大學、指導教師共同擁有。本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔。畢業(yè)設計作者簽名： 年 月 日目 錄摘要…………………………………………………………………………………1關鍵詞……………………………………………………………………………………11 前言……………………………………………………………………………………22 清洗機的結構及工作原理………………………………………………………32.1清洗機的結構………………………………………………………………32.2土豆清洗機的工作原理……………………………………………………33 總體方案的論證…………………………………………………………………44 總體方案的論證…………………………………………………………………44.1 方案一 齒輪傳動…………………………………………………………44.2 方案二 帶傳動……………………………………………………………54.3 方案三 鏈傳動……………………………………………………………55 結構設計…………………………………………………………………………65.1 選用電動機…………………………………………………………………65.2 機械傳動裝置的總體設計與計算……………………………………………85.3 機械傳動件的設計計算………………………………………………………95.3.1 鏈條的設計與計算……………………………………………………105.3.2 滾子鏈的靜強度計算……………………………………………………115.4 鏈輪基本參數(shù)和主要尺寸……………………………………………………115.5 摩擦輪的設計與計算……………………………………………………145.5.1 摩擦輪方案選擇………………………………………………………145.5.2 摩擦輪的材料…………………………………………………………165.5.3 摩擦輪傳動的設計和計算………………………………………165.6 軸的設計和計算…………………………………………………………185.6.1 軸的材料…………………………………………………………185.6.2 軸的結構設計………………………………………………………185.6.3軸的強度的校核…………………………………………………………185.7軸承蓋的設計計算………………………………………………………215.8 聯(lián)軸器計算及選擇…………………………………………………………225.8.1 聯(lián)軸器的選用………………………………………………………225.8.2 聯(lián)軸器的型號和主要尺寸………………………………………225.9 軸承的選擇和潤滑及其壽命計算………………………………………235.9.1 軸承的選擇………………………………………………………235.9.2 軸承壽命計算…………………………………………………………235.9.3軸承的潤滑……………………………………………………245.10 滾筒材料的選擇………………………………………………………246 結論………………………………………………………………………………257 總結………………………………………………………………………………26參考文獻………………………………………………………………………………26致謝………………………………………………………………………………271土豆清洗機的設計摘 要：滾筒式清洗機是借圓形滾筒的轉(zhuǎn)動，使原料在其中不斷地翻轉(zhuǎn)，同時用水管噴射高壓水來沖洗翻動的原料，以達到清洗目的。污水和泥沙由滾筒的網(wǎng)孔經(jīng)底部集水斗排出。該機用于清洗土豆。本滾筒式清洗機，是一種比較實用的食品初加工機械，它是由機架、電機、皮帶傳動系統(tǒng)、減速器、聯(lián)軸器、鏈輪傳動系統(tǒng)、軸承、螺旋式滾筒、沖洗水管、進出料機構組成。電機、減速器固定在機架上，電機通過皮帶傳動系統(tǒng)與減速機相連，減速機通過聯(lián)軸器與小鏈輪相連，大鏈輪帶動滾筒上的摩擦輪而使得滾筒轉(zhuǎn)動，滾筒內(nèi)部有螺旋導板，在旋轉(zhuǎn)的同時，通過螺旋導軌實行原料的推進。本新型滾筒式清洗機具有結構簡單、能耗低、工作可靠、制造成本低的優(yōu)點。關鍵詞：清洗機； 加工機械； 滾筒式； 螺旋； 摩擦輪 2The Design of the Sweet Potato Washing MachineAbstract：Drum type washing machine is a circular cylinder by rotation, in which the raw materials continue to flip, while high-pressure water spray with a hose to wash turning raw materials to achieve the cleaning purpose. Water and sediment from the bottom of the drum set by Pelton mesh discharged. Washing machine for sweet potato. The drum washing machine, is a relatively early use of food processing machinery, which is from the rack , motor, belt drive system, reducer, coupling, sprocket drive system, bearings, spiral rollers, wash water ,block plate, the material agencies. Motor, gear rack fixed to the motor through the belt drive system is connected with the reducer, speed reducer is connected through the coupling and the small sprocket, large sprocket driving the friction wheel roller and makes rotating drum, drum inside have a spiral Guides in the rotation ,at the same time, promote food discharge. This new type of drum type washing machine has benefits of simple structure, low energy consumption, reliable, low manufacturing cost.Key words：Washing Machine； Food Processing Machinery； Drum Type；Spiral； Friction Wheel31 前言食品機械行業(yè)是直接為食品工業(yè)服務的行業(yè)。食品工業(yè)的發(fā)展帶動了食品機械的發(fā)展，而食品機械行業(yè)的科技進步與發(fā)展，又為食品工業(yè)發(fā)展創(chuàng)造了有利的物質(zhì)條件，大大推動食品工業(yè)向前發(fā)展隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品機械在食品工業(yè)中的地位越來越重要。現(xiàn)代化的食品機械不僅可以生產(chǎn)出高附加值的產(chǎn)品，而且可以提高資源的利用率。制造業(yè)的高速發(fā)展，也促進了清洗設備、清洗劑等企業(yè)的快速進步。民用、工業(yè)兩大清洗領域巨大的市場需求，造就了中國清洗行業(yè)嶄新的未來。為適應我國農(nóng)產(chǎn)品快速發(fā)展需要，農(nóng)產(chǎn)品清洗設備在我國逐步發(fā)展起來。許多農(nóng)作物由于生長過程中必然會帶有泥土和農(nóng)藥，所以清洗農(nóng)作物的大量勞動是影響我國農(nóng)作物一個重要問題，如果采用大量人力的話必然導致勞動力資源的浪費，所以生產(chǎn)一種農(nóng)作物清洗機械對提高生產(chǎn)力具有重要影響。清洗按照精度的要求不同，主要分為一般工業(yè)清洗，精密工業(yè)清洗和超精密工業(yè)清洗三大類。一般工業(yè)清洗包括車輛、輪船、飛機表面的清洗，一般只能去掉比較粗大的污垢；精密工業(yè)清洗包括各種產(chǎn)品加工生產(chǎn)過程中的清洗，各種材料及設備表面的清洗等，以能夠去除微小的污垢粒子為特點；超精密清洗包括精密工業(yè)生產(chǎn)過程中對機械零件、電子元件，光學部件等的超精密清洗，以清除極微小污垢顆粒為目的。近年來，干式清洗發(fā)展迅速，如激光清洗、紫外線清洗、等離子清洗、干冰清洗、真空清洗等。在高、精、尖工業(yè)技術領域得到快速發(fā)展，尤其是碳氫真空清洗技術的引入已在形成現(xiàn)在精密五金零件的主要清洗趨勢，是目前替代 ODS 最好工藝路線。中國清洗行業(yè)的現(xiàn)狀我國到處都在建設新的工廠和生產(chǎn)線,正在逐步成為“世界加工廠”，巨大的市場需求，為工業(yè)清洗設備制造商和專業(yè)清洗劑生產(chǎn)供應商提供了快速發(fā)展的良機。目前，各種清洗設備生產(chǎn)制造經(jīng)營企業(yè)已達 1000 多家 [1]。所以，農(nóng)作物清洗機械的優(yōu)化、改進、創(chuàng)新是極其重要的。42 清洗機的結構及工作原理2.1 清洗機的結構設計的土豆清洗機主要由滾筒、傳動裝置、噴淋水管、電機、進出料斗、出泥斗等組成,通常稱為滾筒式土豆清洗機或鼠籠式土豆清洗機。電機固定在機架上,主動軸從傳動系統(tǒng)中得到動力后帶動其上的摩擦輪轉(zhuǎn)動，摩擦輪緊貼滾圈，摩擦輪與滾圈相互間產(chǎn)生的摩擦力驅(qū)動滾筒轉(zhuǎn)動。滾筒是帶有網(wǎng)面的內(nèi)壁有螺旋導軌的圓柱形圓柱筒，滾筒被四個支座支撐。2.2 土豆清洗機的工作原理圖 1 總裝圖Fig 1 Assembly Diagram土豆清洗機的工作原理是土豆經(jīng)進料斗進入到旋轉(zhuǎn)的滾筒內(nèi)，噴頭進行噴水，滾筒在水池中旋轉(zhuǎn)，滾筒旋轉(zhuǎn)時利用筒內(nèi)壁螺旋導軌實現(xiàn)土豆的推進。土豆沿滾筒壁向前運動，在運動過程中土豆不斷被水刷洗，土豆之間的摩擦、翻轉(zhuǎn)間的刷洗，土豆與滾筒壁之間的磨擦，在共同作用下完成土豆表面的清洗過程。以達到清洗的目的。在滾筒的下面設有淤泥清除口。3 總體方案的論證滾筒清洗機機的清洗機器為主要實行機構，其性能的好壞直接影響清洗機5機的效率，還有傳動系統(tǒng)和集塵裝置也是清洗機機的主要機構。方案一 清洗機器傳動：由電動機經(jīng)皮帶輪傳動主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動：由電動機經(jīng)鏈輪傳動帶動托輪，再以摩擦傳動滾筒。方案二 清洗機器傳動：由電動機經(jīng)齒輪傳動主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動：由電動機經(jīng)由皮帶輪傳動帶動托輪，再以齒輪傳動滾筒方案三 清洗機器傳動：由電動機經(jīng)鏈輪主軸使得摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動：由電動機經(jīng)由齒輪傳動帶動托輪，再以齒輪傳動滾筒。方案一結構緊湊，布局合理，傳動簡單，可靠性高，使用壽命可以得到保障，制造成本低，加工簡單。方案二、三效率比較低，加工成本高。經(jīng)過三個方案的比較，選用方案一。4 傳動方案的論證4.1 方案一 齒輪傳動圖 2 齒輪傳動Fig 2 Gear Drive齒輪傳動在本設計中優(yōu)勢體現(xiàn)在瞬時傳動比恒定，工作平穩(wěn)，傳動準確可靠，適用于功率和速度范圍廣，傳動效率高，使用壽命長。但需專門設備制造，成本較高。4.2 方案二 帶傳動 帶傳動帶傳動在本設計中優(yōu)勢體現(xiàn)在緩沖和吸振，傳動平穩(wěn)、噪聲小，靠摩擦力傳動，過載時帶與帶輪接觸面間發(fā)生打滑，可防止損壞其他零件，結構簡單，制造、安裝和維護等均較為方便，成本低廉。但是不能保證準確的傳動比，需要較大的張緊力，增大了軸和軸承的受力，帶的壽命較短，傳動效率較低。4.3 方案三 鏈傳動6鏈傳動在本設計中優(yōu)勢體現(xiàn)在鏈傳動沒有彈性滑動和打滑，能保持準確的平均傳動比，不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較小；承載能力大；效率高（η=0.95～0.98） 。同時；鏈傳動能吸振與緩和沖擊，結構簡單，加工成本低廉，安裝精度要求低，適合較大中心距的傳動，并能在溫度較高、濕度較大、油污較重等惡劣環(huán)境中工作。但是高速運轉(zhuǎn)時不夠平穩(wěn)；傳動中有沖擊和噪聲；不宜在載荷變化很大和急促反向的傳動中使用；只能用于平行軸間的傳動；安裝精度和制造費用比帶傳動高 [2]。圖 3 帶傳動Fig 3 Belt Drive圖 4 鏈傳動Fig 4 Chain Drive綜合分析上述三種方案，從傳動效率、傳動比范圍、傳動速度、制造成本和安裝精度、傳動裝置外廓尺寸等方面綜合考慮，本設計課題的傳動方案采用方案三，即采用鏈傳動。75 結構設計5.1 選用電動機電動機的容量（功率）選得是否合適，對電動機的工作和經(jīng)濟性都有影響。當容量小于工作要求時，電動機不能保證工作裝置的正常工作，或電動機因長期過載而過早損壞；容量過大則電動機的價格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載下運動，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費。 根據(jù)設計設 r1 為滾筒外壁半徑 ；r2 為滾筒內(nèi)壁半徑；r3 為滾筒螺旋導軌外圈半徑；r4 為滾筒螺旋導軌內(nèi)圈半徑；r5 為滾筒滾圈半徑；b 為滾圈長度；b1 為滾筒總長度；b2 為螺旋導軌總長度。取 mrrmrrmr 67.0,5.,2.0,57.,9.04321 ???bb41,7.滾筒外殼體積：(1)3322121 057.)57.09.(5.3)(rv ???????殼摩擦圓體積：3322215 4.).6.(.4)( mbr圓螺旋導軌體積：查表得 33/109.,/108.7kgmkg????橡 膠鑄 鐵 ??滾筒外殼質(zhì)量：(2)vm465.3殼鑄 鐵殼摩擦圓質(zhì)量：kgk5.108.4.03???圓鑄 鐵圓 ?8螺旋導軌質(zhì)量：滾筒總質(zhì)量：滾筒重力：(3)NgmG782.43.95860???總清洗機機的最大裝載量: k1.件工件所受重力：NgmG78.14.98???件件滿載時每個托輪所受切向力：(4)NF 7.20643cos).2.3(/cos)( ???? ??件滾筒線速度：(5)smsDnvw /56.0/84.160/ ????滾滾筒所需功率：(6)kwFP31.256.723?滾查表得：93.0?鏈 輪?8.0?摩 擦?軸 承 9齒 輪電動機至滾筒的總效率(7)8.09.08.3????軸 承摩 擦鏈 輪 ?電動機所需功率(8)kwP.21.0/2/0滾所以選用電動機額定功率 kwm3?由于滾筒轉(zhuǎn)速不高，可選用 Y 系列三相異步電動機，根據(jù)額定功率選用9Y132M-8 型。 5.2機械傳動裝置的總體設計與計算圖 5 機械傳動裝置Fig 5 Mechanical Transmission Device電動機選定后，根據(jù)電動機的滿載轉(zhuǎn)速n m 及工作軸的轉(zhuǎn)速n w 即可確定傳動裝置的總傳動比 。傳動裝置的計算：wmni?（1）電動機轉(zhuǎn)速 i/710r滾筒轉(zhuǎn)速 n6.2nw傳動裝置的總傳動比 (9)8.326.1/70??wmi（2）分配各級傳動比因 ，取 321i?2.1.i則 76/8/?（3） 計算傳動裝置的運動參數(shù)和動力參數(shù)a）各軸轉(zhuǎn)速1 軸 min/7101rn?2 軸 min/32i/.22 ri?3 軸 1473/23r10滾筒轉(zhuǎn)速 min/14.3/74rn?b）各軸功率1 軸 kwP012 軸 kw79.23.2 ???鏈 輪?3 軸 03齒 輪滾筒的滾動功率kP7.29.7234 ???摩 擦 輪?c）各軸轉(zhuǎn)矩軸 (10)? mNnT ???5.401/350/5011軸 ?P??78279.2922將運動和動力參數(shù)計算結果整理并列于表 1表 1 運動和動力參數(shù)表Table 1 Kinematic and Dynamic Parameters Table參數(shù) 1 軸 2 軸 轉(zhuǎn)速 710 322 1min/??r功率 3 2.79kwP轉(zhuǎn)矩 40.5 82.7NT?/傳動比 2.2 2.2i效率 0.93 0.93?5.3 機械傳動件的設計計算5.3.1 鏈條的設計與計算取小鏈輪齒數(shù) 15?Z則大鏈輪齒數(shù) ，取 (11)5.37.22??i 382?Z初定中心距，一般取 ，取 pa)0~(0 pa011以節(jié)距計的初定中心距 (12)30/0?pap鏈條節(jié)數(shù) (13)212121 ]/)[(/)( ?ZZLp ?????4.358385???7取 （取偶）?pL計算額定功率 (14)kwKPmlzA 8.1965.07.310 ???鏈查表得 ,5.,.1AK[3],965.0?ml ）（ 查 表 并 用 線 性 插 值 得為工況系數(shù)，A為齒數(shù)系數(shù)，z為鏈長系數(shù)，lK為排數(shù)系數(shù)，m根據(jù) 查得：應選用單排 12A 型滾子鏈，p=19.05mm01,Pn鏈條長度(15)mpL68.15.98???計算中心距，查表 [4]apckZa)2(21?245.0a83850.9????實際中心距,一般 (16)ac??ca)04.~2.(?m580?鏈條速度 smsPnZv /23.0/1065.94816??有效圓周力 (17)NvFt 7.23.0?12作用在軸上的力 FtAKF)20.1~5(?N7?5.3.2 滾子鏈的靜強度計算在低速（ ）重載鏈傳動中，鏈條的靜強度占主要地位。如果仍用0.6m/sv?額定功率曲線選擇計算，結果常不經(jīng)濟，因為額定功率曲線上各點相應的條件性安全系數(shù) S 為 8~20，遠比靜強度安全系數(shù)大。當進行耐疲勞和耐磨損工作能力計算時，若要求的使命壽命過短，傳動功率過大，也需進行行鏈條的靜強度驗算 [5]。鏈條靜強度計算公式為[6] ][QKSminSFA??（18） 式中 為靜強度安全系數(shù)；為工況系數(shù)；AK為排數(shù)系數(shù)； m為有效圓周力。F,并查表得 ， ， [7]kN5217.6.?1?AKmkNQ1.3in?所以 84.3?S為許用安全系數(shù)，一般為 4~8；如果按最大尖峰載荷 來代替 進][ maxFKA行計算，則可為 3~6[8]；若速度較低，從動系統(tǒng)慣性較小，不太重要的傳動或作用力的確定比較準確時, 可取小值；][S為單排鏈極限拉伸載荷。minQ因為此傳動速度較低 可取最小值，取][4][?S所以 滿足要求][S?5.4 鏈輪基本參數(shù)和主要尺寸鏈輪齒數(shù) 38,152?Z配用鏈條的節(jié)距 mp0.9配用鏈條的滾子外徑 d1小鏈輪分度圓直徑13[9] (19)mZpd25.9sin0.1i58801 ????小鏈輪齒頂圓直徑(20)dpda??2.1mx1m15.07)9.105.59( ???Za)6.11min1.5(2. ??取 da01?小鏈輪齒根圓直徑 mf 35.891.25.1 ??大鏈輪分度圓直徑Zpd0sin.i381021802???大鏈輪齒頂圓直徑dpa??5.2mx2 m9.241)9.10.13( ???Zda)622min2.38.5.38.(0??取 a42?大鏈輪齒根圓直徑mdf 1.289.1302??鏈輪齒寬 bf5查表得 , 為鏈條內(nèi)節(jié)內(nèi)寬7.?所以 f1?pba .20.930?14圖 6 齒形Fig 6 Tooth5.5 摩擦輪的設計與計算土豆清洗機的工作原理是土豆經(jīng)進料斗進最簡單的摩擦輪傳動是由兩個直接接觸并相互壓緊的摩擦輪組成，靠兩輪接觸面所產(chǎn)生的摩擦力來傳遞運動和動力。摩擦輪傳動結構簡單，傳動平穩(wěn)，噪聲小，有過載打滑保護作用，可無級調(diào)速；但由于在傳動中存在彈性滑動與打滑，傳動效率低，磨損快，不能保持準確的傳動比，同時，作用在軸與軸承上的力較大，只宜于中小功率的傳動。5.5.1 摩擦輪方案選擇 方案一 圓柱平摩擦輪傳動（圖 7）圓柱平摩擦輪傳動的特點與應用：a）結構簡單，制造容易b）壓緊力大，宜用于小功率傳動c）為了減小壓緊力，可將輪面之一用非金屬材料作覆面d）大功率傳動，摩擦輪常采用淬火鋼（如 GCr15，淬硬至 60HRC） ，并采用自動壓緊卸載環(huán)e）為降低兩軸的平行度要求，可將輪面之一制成鼓形，軸系剛性差時亦應如此 [10]方案二 圓柱槽摩擦輪傳動圓柱槽摩擦輪傳動的特點與應用（圖8）：a）壓緊力較圓柱平摩擦輪傳動小，當 時，約為其 30%??15?b）有幾何滑動，易發(fā)熱與磨損，故應限制溝槽高度為 )06.~4.(?hmd)15~(?15c）加工和安裝要求較高d）傳動比隨載荷和壓緊力的變化有少量變動圖 7 圓柱平摩擦輪傳動Fig 7 Cylindrical Flat Friction Wheel Drive圖 8 圓柱槽摩擦輪傳動Fig 8 Cylindrical Groove Friction Wheel Drive方案三 端面摩擦輪傳動端面摩擦輪傳動的特點與應用（圖 9）：a）結構簡單，容易制造；b）壓緊力大，有幾何滑動，易發(fā)熱和磨損；c）將小輪制成鼓形，可減少幾何滑動，降低安裝精度；d）軸向移動小輪，可實現(xiàn)正反向無機變速，但應避免在 附近運02?d轉(zhuǎn)；e）要注意大輪的剛度，并控制二軸線的垂直度 [11]；16圖 9 端面摩擦輪傳動Fig 9 Friction Wheel Drive綜合以上敘述和此次設計的結構要求，選擇第一種方案5.5.2 摩擦輪的材料摩擦輪材料應滿足彈性模量大、耐磨性好、接觸疲勞強度高、價格低且熱處理及加工性能好等要求。選用原則：a）要求結構緊湊、傳動效率高時采用淬火鋼對淬火鋼或鋼對鋼。b）對于尺寸較大、轉(zhuǎn)速較低、且為干摩擦的開式傳動，一般選用鑄鐵對鑄鐵或鑄鐵對鋼。c）要求傳動平穩(wěn)、不添加潤滑劑，噪聲小和摩擦系數(shù)高的場合，可選用鑄鐵（或鋼）對酚醛層壓布材、皮革、橡膠或壓制石棉纖維等 [12]。根據(jù)此裝置的結構和設計需要，選用鑄鐵為材料。5.5.3 摩擦輪傳動的設計和計算傳動比 4.62?i摩擦系數(shù)查表取 05.?載荷系數(shù) ，取1~.K.?K齒寬系數(shù) ab??取4.02a 2.0綜合彈性模量 [13] (21)1Ed?, 為主、從動輪材料的彈性模量1E217查表得 MPaE5210.`??所以 MPad 55521 101. ????許用接觸應力查表得 H7~30][??取 MPaH60][??初算中心距 (22)3222][19)1(?????????HadniPfKEi??m1.7562019.4305.5.)4.6(3 ??????????取 ma7?式中 為摩擦因數(shù)，查表取 ；f .f為傳遞功率；2P為小摩擦輪轉(zhuǎn)速；n摩擦輪寬度 mab154702.????所以每個托輪的寬度 /'小摩擦輪直徑 miad 5.198)02.1(4.67)1(21 ???????取 md大摩擦輪直徑 ad134027021????實際中心距 (23)md7021??主動轉(zhuǎn)距 NnPT????6.52.193509218圖 10 摩擦傳動示意圖Fig 10 Friction Drive Diagram5.6 軸的設計和計算5.6.1 軸的材料軸的常用材料是優(yōu)質(zhì)碳素鋼，如35、45和50，其中以45號鋼最為常用。根據(jù)本設計的要求，選45號鋼作材料5.6.2 軸的結構設計軸的結構設計是確定軸的合理外形和全部結構尺寸，為軸設計的重要步驟。由材料力學可知，軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為[14] （24）][2.015936TnPTdW??????式中 為軸的扭轉(zhuǎn)切應力，單位為 ;T Ma為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為 ;mN?為軸傳遞的功率，單位為 ；Pkw為軸的轉(zhuǎn)速，單位為 ;nr/in為軸的抗扭截面系數(shù)，單位為 ；TW3為許用扭轉(zhuǎn)切應力，單位為 。][? Pa由此推得實心圓軸的最小直徑 (單位為 )為min0d19(25)336min0][2.1059nPCdT????式中 為計算常數(shù)，C6?取決于軸的材料和受載情況查表取 12所以 mnPd8.452.1933mi0 ????當軸段上開有鍵槽時，應適當增大直徑以考慮鍵槽對軸的強度的削弱：時，單鍵槽增大 3%，雙鍵槽增大 7%； 時，單鍵槽增大1? d10?5%~7%，雙鍵槽增大 10%~15%。最后應對 進行圓整。綜合以上取 md51?62軸的結構設計如下圖：圖 11 主軸Fig 11 Spindle5.6.3 軸的強度校核查資料選擇軸的材料為:45 號鋼,正火,硬度 170-217HB,抗拉強度б b=590Mpa，б s=295MPa 。軸為水平放置。因本設計中軸為轉(zhuǎn)軸，軸主要受轉(zhuǎn)矩和彎矩，由于對滾筒有三個支撐輪限制其水平移動，滾筒水平方向固定穩(wěn)定，所以此軸只在垂直方向有力的作用，水平方向沒有受力。軸的受力情況如圖 12（a）所示：計算彎矩：根據(jù)《材料力學》上的彎矩的公式 [15]:lFM??（26）其中：20—所受的力，單位 N；F—對應力臂，單位 m。l (a)(b)(c)(d)圖 12 軸的校核Fig 12 Verification of the Shaft由力矩平衡，可得 A 點的受力為：lFBCRA??同理可得 B 點的受力為：lACRB?由先前計算可知：C 點的受力 ,NF3.127?，，， mllml BCAC100230?代入數(shù)據(jù)得= 608 NRAF= 663.3 NB21再代入公式(26)，得=729.6 N·mM軸的彎矩圖見圖 12(b)所示。計算轉(zhuǎn)矩：根據(jù)《材料力學》轉(zhuǎn)矩公式 [11]：(27)nPe??954其中：—該點處的轉(zhuǎn)矩，單位 N·m；M—某點處的的功率，單位 kw；P—對應某點的轉(zhuǎn)速，單位 r/min。n根據(jù)所得數(shù)據(jù)功率為 1.26kw，轉(zhuǎn)速 16r/min，將數(shù)據(jù)代入得，= 635.65 N·m；CMeT?軸的扭矩圖見圖 12(c)所示。求當量彎矩圖：根據(jù)《機械設計》中的當量彎矩公式 [16]：(28)??22' T???式中：—應力校正系數(shù)，對于不變的轉(zhuǎn)矩，取 ；對于脈???b1????動的轉(zhuǎn)矩，取 ；對于對稱循環(huán)的轉(zhuǎn)矩，取 =1；??b01????—彎矩，單位 N·m；M—轉(zhuǎn)矩，單位 N·m。T本設計滾筒連續(xù)工作，滾筒中的土豆重量相對穩(wěn)定，于是取公式 ，??b1?????查《機械設計》表 16.3 得， 。28.075??則當量轉(zhuǎn)矩 N·m。16.328.0??CT以上數(shù)據(jù)代入(27)得，222' 1786.9??CM742 N·m當量彎矩圖見圖 12(d)所示。校核軸徑 ，所以設計的軸符合??mdbCC 506.42751.0.'331 ??????要求。由圖可知危險截面是 C 處。根據(jù)《材料力學》上的公式 [11]：??????tWT/max(29)驗算軸的強度是否符合要求。對于工作機軸： tWT/max??=752×16/[π(50×10 -3)3]=61Mpa＜[τ]。[τ]值查表得到 45 號鋼的[τ]=370Mpa,故此軸滿足要求。5.7 軸承蓋的設計與計算螺釘連接式軸承蓋調(diào)整軸承間隙方便，密封性好，應用廣泛。軸承外徑 mD10?根據(jù)軸承外徑取螺釘直徑 d3螺釘孔直徑 m10130???dD2505.25.2??090~8)1()1~(4??取 9?mde20.32.??D976)43(1)4(5 ?取 96由結構確定，m23查表得 , mb7?, B8,D612代號入下圖所示：圖 13 軸承蓋Fig 13 Bearing Cap5.8 聯(lián)軸器的計算與選擇5.8.1 聯(lián)軸器的選用這里選擇金屬滑塊聯(lián)軸器。金屬滑塊聯(lián)軸器是利用中間滑塊，在其兩側半聯(lián)軸器端面的相應徑向槽內(nèi)滑動，以實現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接，并補償兩軸的相應位移。金屬滑塊聯(lián)軸器適應于低速重載的場合。且金屬滑塊聯(lián)軸器制造工藝成熟，加工成本低，考慮到經(jīng)濟性，這里選擇金屬滑塊聯(lián)軸器。5.8.2 聯(lián)軸器的型號和主要尺寸從《機械傳動裝置設計手冊》 的表 16—24[17]金屬滑塊聯(lián)軸器的主要尺寸和特性參數(shù)可以查得 ，所以應選 WH7，軸孔直徑為 55mm。如圖 14 所示：24圖 14 金屬滑塊聯(lián)軸器Fig 14 Metal Slider Coupling5.9 軸承的選擇和潤滑及其壽命計算5.9.1 軸承類型選擇軸承的選擇要考慮一下幾個因素：（1）載荷的方向、大小和性質(zhì)向心軸承主要承受徑向載荷，推力軸承主要承受軸向載荷。當滾動軸承同時承受徑向和軸向載荷時，可選用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承；當軸向載荷較小時可選用深溝球軸承。角接觸球軸承和圓錐滾子軸承需成對安裝使用，一般滾子軸承比球軸承的承載能力大，且承受沖擊載荷的能力強。本設計中，載荷的方向同時來自軸向和徑向兩個方向，而且軸向載荷與徑向載荷相比徑向載荷要遠遠大于軸向載荷。 （2）轉(zhuǎn)速一般軸承的工作轉(zhuǎn)速應低于極限轉(zhuǎn)速 。深溝球軸承、角接觸軸承和圓limn柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速較高，適用于高速運轉(zhuǎn)場合。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速較低。本設計工作轉(zhuǎn)速只有 16 轉(zhuǎn)/分鐘，小于一般軸承的的極限轉(zhuǎn)速?？捎萌我环N軸承。（3）支撐限位要求固定支承限制兩個方向的軸向位移，可選用能承受雙向軸向載荷的軸承；單向限位支承可選用能承受單方向軸向載荷的軸承；游動支承軸向不限位，可選用內(nèi)、外圈不可分離的向心支承。本設計需要限制單向軸向位移，防止軸向竄動。（4）調(diào)心性能當兩個軸承座孔同軸度不能保證或軸的撓度較大時，應選用調(diào)心性能好的調(diào)心球軸承和調(diào)心滾子軸承。25（5）剛度要求一般滾子軸承的剛度大，球軸承的的剛度小。角接觸球軸承、圓錐滾子軸承采用預緊方法可以提高支承的剛度。本設計軸的徑向負荷較大，有來自滾筒、原料和水的壓力共同作用，對軸承的剛度要求較高，并要能承受一定沖擊力，圓錐滾子軸承采用預緊方法可以提高支承的剛度。根據(jù)計算出的軸的尺寸，可從《機械傳動裝置設計手冊》的圓錐滾子軸承尺寸與性能參數(shù)表中選擇 [18]。所以，選擇 30311 型號的圓錐滾子軸承。5.9.2 軸承壽命計算對于選用的軸承需要進行可靠度和疲勞壽命的校核。根據(jù)《機械設計》可知，先計算當量動載荷，載荷分為軸向和徑向，但此軸為水平放置，軸向力可以忽略不計，所以只受徑向力，由前面設計可知徑向力為 1271.3N[19]。當量動載荷的公式：arYFXP??（30）式中： —當量動載荷，NP—徑向載荷，N；rF—軸向載荷，N；aX、Y—徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)。所以根據(jù)《機械設計》中表 18.7 可得本設計的當量動載荷的 X 和 Y 分別為1 和 0[20]。將數(shù)據(jù)代入得，3.127??PN所以圓錐滾子軸承的基本額定壽命計算根據(jù)公式 [21]：rPCL610?????????（31）式中：—當量動載荷， N；P26—基本額定壽命，常以 106r 為單位；10Lε—壽命指數(shù)，球軸承 ，滾子軸承 。3??310??若軸承的工作轉(zhuǎn)速為 r/min，可求出以小時為單位的基本額定壽命公式：nhPCnLh????????16700（32）代入數(shù)據(jù)得，hLh 31010.2785.4????????= 9.應取 。 為軸承的預期使用壽命。根據(jù)本設計滾筒篩為 24 小時hL'10?'連續(xù)使用的，不是滿載荷使用，中斷會引起比較嚴重的后果的機械，在《機械設計》表 18.9[22]中查得預期壽命的推薦值為 。故本設計選用軸承滿h10?足要求。由于在查圓錐滾子軸承的安裝參數(shù)中有一個參數(shù)是階梯軸的最小直徑是 65mm，而設計中階梯軸只有 60mm，所以為使安裝的合理性和安全性，此處增加一個軸肩擋圈。查《機械設計課程設計手冊》表 5—1[23],可查到 GB/T886—1986—55×65 的軸肩擋圈。其輪廓圖如下圖所示：圖 15 軸肩擋圈Fig 15 Shaft Shoulder Retaining Ring5.9.3 軸承的潤滑由于本設備使用于土豆與水混合時的清洗過程，而且滾筒要連續(xù)工作不可能手工潤滑雖然轉(zhuǎn)速很低但長時間工作也會使內(nèi)部溫度升高，所以要選擇耐水和耐熱的油脂潤滑。查《機械設計課程設計手冊》表 7—2 知，可選用的性能比較好的通用鋰基潤滑脂（GB/T 7324—1994） 。由于工作機的轉(zhuǎn)速低，所以溫度在 100°C 以下，所以根據(jù)《機械傳動裝置設計手冊》表 30—2 得，軸承座的密封可采用墊密封的材料為天然橡膠的橡膠墊片。