玉米脱粒机结构三维设计
华东理工大学 东方贱人
目 录
中文摘要、关键词……………………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要、关键词……………………………………………………………………………Ⅱ 引言………………………………………………………………………………………………3
第1章 玉米脱粒机总体机构………………………………………………………………4
1.1 入料部分………………………………………………………………………………4
1.2 脱离部分………………………………………………………………………………4
1.3 筛选部分………………………………………………………………………………4
1.4 机架部分………………………………………………………………………………4
1.5总体设计………………………………………………………………………………4 第 2 章 玉米脱粒机电动机的选择………………………………………………………6
2.1 钉齿条上钉齿的速度…………………………………………………………………6
2.2 电动机的选择…………………………………………………………………………6 第 3 章 带及带轮的设计…………………………………………………………………8
3.1 传动带及带轮的设计…………………………………………………………………8
3.1.1 确定计算功率………………………………………………………………………8
3.1.2 选择V 带的型号……………………………………………………………………8
3.1.3 确定带轮的基准直径………………………………………………………………8
3.1.4 确定V 带的基准长度和传动中心距………………………………………………9
3.1.5 验算主动带轮上的包角…………………………………………………………9
3.1.6 确定V 带的根数……………………………………………………………………10
3.1.7 确定V 带的初拉力…………………………………………………………………10
3.1.8 求V 带传动作用在轴上的压力……………………………………………………10
3.2 带轮的材料选择……………………………………………………………………10
3.3 带轮的结构设计……………………………………………………………………10
第四章 传动轴的设计……………………………………………………………………13
4.1确定轴的各段直径和长度……………………………………………………………13
4.2初步选择输出轴系……………………………………………………………………14
第五章 总体部分的设计 …………………………………………………………………15
5.1钉齿条及钉齿的设计…………………………………………………………………15
5.1.1钉齿条的总体结构设计……………………………………………………………15
5.1.2钉齿条的设计………………………………………………………………………16
5.1.3钉齿的设计…………………………………………………………………………16
5.1.4圆盘的设计…………………………………………………………………………16
5.2栅格式凹版的设计……………………………………………………………………17
5.3入料口及脱粒机上盖的设计…………………………………………………………19
5.4机架的设计……………………………………………………………………………21
5.5玉米脱粒机的标准件的选择…………………………………………………………23
5.5.1玉米脱粒机上的螺栓的选择………………………………………………………23
5.5.2钩头楔键的选择……………………………………………………………………23 结论 ……………………………………………………………………………………………24 致谢 ……………………………………………………………………………………………25 参考文献 ……………………………………………………………………………………26
玉米脱粒机结构三维设计
摘 要：本文是以脱粒机利用钉齿滚筒如何工作来脱玉米粒为研究对象展开工作的，主要研究玉米脱粒机的工作原理，并在此基础上完成零部件的设计，并依据相关机械设计软件来完成零部件的设计，本着从经济性和实用性的角度出发，针对农业发展的需要设计出一种结构简单，工作效率高的玉米脱粒机。研究的主要内容有玉米脱粒机机构，电机的选择，带及带轮的设计，分析了各种影响脱粒的因素。进而给出了玉米脱粒机总体结构的设计方案。本文根据机器的筛选装置的设计实际要求，从整体上分为入料口和排出口，脱粒装置，筛选装置，带轮传动的设计几个部分，介绍了结构的设计原则和采取的一些措施， 关键词：玉米；脱粒机；带轮设计；钉齿滚筒
The 3D design of machine structure of corn thresher
Abstract: This article is based on how use of spike-tooth drum work to take off the corn thresher started to work as the research object, mainly studies the working principle of the corn thresher and on the basis of complete parts design, and according to the related mechanical design software to complete the design of the parts, from the perspective of economy and practicality, aiming at the need of agricultural development to design a simple structure, high efficiency of corn thresher. Research is the main content of the corn thresher institutions, the choice of motor, the design of the belt and pulley, analyzed the various factors affecting threshing. Then gives the overall structure of the corn sheller design scheme. In this paper, the design of the machine filter device based on the actual requirements, on the whole is divided into into the mouth and discharge, threshing device, filter device and the design of the belt wheel transmission parts, this paper introduces the structure, design principles and measures.
Keywords: corn; threshing machine; pulley design; spike-tooth drum
引 言
玉米脱粒机是我国粮食收获的重要农业机械之一。由于我国地域广阔，各地的地理、气候、农艺要求和经济状况等差异都较大，在丘陵、半山区的间作套种地区以及杂粮、水稻种植区，玉米脱粒机的使用仍十分广泛。所以随着农业的发展，玉米脱粒机仍有十分广阔的市场前景。目前, 杂粮类玉米脱粒机也不十分广泛，仅东北、华北和西北等地一些企业生产玉米、高粱或大豆玉米脱粒机。本文仅对玉米脱粒机进行讨论研究，本课题设计的是玉米脱粒机是玉米剥皮后，经过一段时间的风干，然后将玉米利用脱粒机使玉米和玉米芯分开。它的工作原理是：玉米脱粒机在进行玉米脱粒时，利用钉齿滚筒回转运动的钉齿与栅格式凹板之间的间隙相配合，使玉米粒拖下，即是利用钉齿滚筒和栅格式凹板之间的揉搓作用，将玉米粒脱离玉米芯，并借助其他的机械机构将玉米粒和玉米芯分别从两个不同的出口排出机体之外，循环脱粒，不断的进行填入、脱粒、排出机体。
第1章 玉米脱粒机总体结构
玉米脱粒机主要组成部分：入料口、钉齿脱粒滚筒轴、栅格式凹板、电机及机架等部分组成。整体组成如图1.1所示。
1.1入料部分
入料口与玉米脱粒机的上盖部分相连，它是利用1mm 厚的铁板制成，入料部位与钉齿滚筒的钉齿部位相切，将已剥皮风干的玉米从入料口进入，下滑到脱粒部位，即钉齿滚筒和栅格式凹板之间，进行脱粒。
1.2脱粒部分
脱粒部分主要是由钉齿滚筒、栅格式凹板、半圆型上盖组成。玉米穗在钉齿滚筒和栅格式凹板之间进行脱粒，将已脱下的玉米粒从栅格式凹板的缝隙漏下，落到下滑板，由仓口排出机体之外，玉米芯由入料口的另一端出料口排出机体之外。
1.3筛选部分
筛选部分主要是由栅格式凹板完成，它是由一定数量的铁条及两条主要梁和两条副梁组成，每两根铁条之间的缝隙可以将玉米卡住，然后快速旋转的钉齿滚筒将被卡死的玉米强行脱粒，当然，无论是工作时还是安装时，栅格式凹板是固定不动的。玉米脱粒之后，再将玉米粒经过栅格式凹板，从凹板的缝隙漏出，顺着斜滑板滑出机体之外，目的是将玉米和玉米芯分开。
1.4机架部分
机架是由左机架、右机架、出料口、下滑板及稳定结实的主机梁组成，机架是玉米脱粒机的主要支撑，他承担着脱粒机的主要重量和动力、负载和力矩，因此它的设计是非常重要的部分。机架的两部分要各自稳定，而且相对固定，以便做到机械在运转过程中不会产生晃动、歪斜，造成人身危险，因此为了机架的坚固，此玉米脱粒机的设计采用3mm 厚的角铁制成。
1.5总体设计
为了更好的优化玉米脱离机的机型和结构设计，此玉米脱粒机采用电力拖动，而且电动机也同样采用节能式，电动机安装在玉米脱粒机的下部，与脱粒机的机架的下机梁固定连接，这样可以节省电动机所占用的空间。玉米脱粒机的从入料到脱粒到分离玉米粒和玉米芯，最后将玉米粒和玉米芯排出机体之外，是玉米脱粒机一体完成的，它最大的优点是在短时间内可以完成几个人的劳动强度，从而提高了工作效率，节省了劳动时间[1][2]。此玉米脱粒机有这些优点之外，还有安全性能高、效率高、坚固耐用、结构简单便于保管和维修。
图1.1 总体结构
1—筛选部分 2—脱粒部分 3—入料部分 4—机架部分
第2章 玉米脱粒机电动机选择
本课题设计的玉米脱粒机主轴转速为600r /min ，设定在主轴上有4条钉齿条，每条钉齿条上分布着7个钉齿，总共28个钉齿环绕滚筒在钉齿条上均匀排列。
实测得知每个钉齿受力37N ，当玉米脱粒机正常工作时钉齿滚筒上的钉齿条快速旋转，其中均有两条钉齿条受玉米所给的切向力，而另外两个钉齿条是空行程。
F =N ⋅M ⋅Z
式中：N —钉齿所受的力，单位为N
M —参与工作的钉齿个数
Z —参与工作的钉齿条数
代入数据得：F =37⨯7⨯2=518N
2.1 钉齿条上钉齿的速度
当玉米脱粒机的钉齿滚筒快速转动时，其上钉齿条的钉齿同样有一定的速度，这个速度等于主轴的速度与钉齿的速度，即：
V = 60⨯1000
πN 轴D
式中：V —钉齿的速度，单位为m/s
N 轴—脱粒机主轴的转速，单位为r/min
D —钉齿距轴的最大直径，单位为mm 代入数据得：V =3.14⨯600⨯240=7.54(m/s) 60⨯1000
2.2 电动机的功率
玉米脱粒机所需功率为P W ，由脱粒机的工作阻力和运转参数求定，即：
P W =FV 1000
代入数据得：P W =518⨯7.54=3.9057≈3.91KW 1000
电动机功率由公式p =p w
ηa 来计算，脱粒机传动装置的总效率ηa ，应由组成传动装置的
各个部分运动副的效率乘积，即ηa =η1⨯η2⨯η3，其中分别为每一个传动副的效率，选取传
动副的效率值如下
滚动轴承0.98 0.995 取η1=0.99
V 带传动0.94 0.97 取η2=0.97
滚筒传动（由于钉齿条固定在滚筒上）取η3=1
则ηa =η1⨯η2⨯η3=0.99⨯0.97⨯1=0.96 得到电动机的功率为p =p w
ηa =3.91=4.072≈4KW 0.96
由选择的主轴转速为600r/min,查机械设计指导书中传动比的取值。得到的传动比为2 4，即可满足电动机的转速与主轴的转速相匹配，电动机转速范围为n d =(2 4⨯) 6=004KW 时，符合这两个要求的1 200r 240，当电动机选择的功率为0
只有电动机型号为Y112M-4，其满载转速为1440r/min,额定功率为4KW 。
第三章 带及带轮的设计
根据玉米脱粒机的具体传动要求，可选取电动机和主轴之间用V 带和带轮的传动方式传动，因为在脱粒机的工作过程中，传动件V 带是一个挠性件，它赋有弹性，能缓和冲击，吸收震动，因而使玉米脱粒机工作平稳，噪音小等优点。虽然在传动过程中V 带与带轮之间存在着一些摩擦，导致两者的相对滑动，使传动比不精确但不会影响玉米脱粒机的传动，因为玉米脱粒机不需要精确的传动比，只要传动比比较准确就可以满足要求，而且V 带的弹性滑动对脱粒机的一些重要部件是一种过载保护，不会造成机体部件的严重损坏，还有V 带及带伦的结构简单、制造成本底、容易维修和保养、便于安装，所以，在电动机与玉米脱粒机之间选用V 带与带轮的传动配合是很合理的。
选择V 带和带轮因当从它的传动参数入手，来确定V 带的型号、长度和根数，再来确定导轮的材料、结构和尺寸（轮宽、直径、槽数及槽的尺寸等），传动中心距（安装尺寸），带轮作用在轴的压力（为设计轴承作好准备）。
3.1传动带及带轮的设计
传动带的设计
3.1.1 确定计算功率
P ca =K A ⨯P
其中：K A —工作情况系数
P —电动机的功率
查《机械设计》一书 可知：K A =1.0
P ca =1.0⨯4=4KW
3.1.2 选择V 带的型号
根据计算得知的功率P ca 和电动机上带轮（小带轮）的转速n 1（与电动机一样的速度），查机械设计一书，可以选择V 带的型号为A 型。
3.1.3确定带轮的基准直径
（1）初选主动带轮的基准直径d d 1：根据机械设计一书，可选择V 带的型号参考表6-2，初选d d 1=106mm
（2）计算V 带的速度V ： v =π⨯d d 1⨯n 1
60⨯1000=3.14⨯106⨯1440=7.98m /s 60⨯1000
V 带在5～25m/s的范围内，15～25m/s最宜，速度v 符合要求。
电动机与主轴传动比的计算 i =n 11440==2.4n 2600
（3）计算从动轮的直径d d 2 n d d 2=1⨯d d 1=254.4mm n 2
查机械设计手册得
d d 2=265mm
3.1.4 确定V 带的基准长度和传动中心距a 。
取 0.7⨯(d d 2+d d 1) ≤a 0≤2⨯(d d 2+d d 1)
即：0.7⨯(106+265) ≤a 0≤2⨯(106+265)
得：259.7mm ≤a 0≤742mm
取：a 0=600
带长 L d 0=2⨯a 0+π
2(d d 2+d d 1) +(d d 2-d d 1) 4a 0
即： L d 0=2⨯600+3.14(265-106) ⨯(106+265) +24⨯600
得：L d 0=1782mm
查机械设计书选取带的基准长度
L d =1800mm
实际的中心距可按下列公式求得： 可用经验公式：a ≈a 0+
a ≈a 0+L d -L d 02 得L d -L d 01800-1782=600+=609mm 22
求得 ： 中心距的变动范围为582 636mm
3.1.5 验算主动轮上的包角 α1=1800-d d 2-d d 1⨯57.30 a
265-106⨯57.30=164.80 600
即：α1=1800-
求得 ：α1>1200 故主动轮上的包角合适。
3.1.6 确定V 带的根数 查机械设计书知
V带的根数由下列公式确定：z =
由n 1=1440r /min, d d 1=106mm
0=1.46kW , ∆P 0=0.17kW , K α=0.96, K L =1.01 查机械设计得知P p ca (p 0+ p 0) K αK L )
所以z =4=2.53 (1.46+0.17)0.96⨯1.01
即取 z=3根
3.1.7 确定V 带的初拉力F 0 ,由机械设计中知公式 F 0=500
P ca 2.5(-1) +qv 2 zv K α
查机械设计得q =0.1kg /m
代入相关数据的F 0=140.37N
3.1.8求V 带传动作用在轴上的压力
为了设计安装带轮轴和轴承，比需确定V 带作用在轴上的压力F Q ，它等于V 带两边的初拉力之和，忽略V 带两边的拉力差，则F Q 值可以由下式算出：
即： F Q =2zF 0sin α1
2
164.80
=834N 求得； F Q =2⨯3⨯140.37⨯sin 2
3.2带轮的材料选择
因为带轮的转速v =7.89m /s ，即v
3.3带轮的结构设计
带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径，选择带轮的结构形式，根据带的型号来确定带论轮槽的尺寸，设计如下：
主动带轮的结构选择 因为根据主动带轮的基准直径尺寸d d 1=106mm ，而与主动带轮配合的电动机轴的直径是d 1=20mm ，因为d d 1≥2.5d 1且d d 1≤300mm ，所以主动带轮采用
腹板式。带轮参数的选择： 通过查《机械设计》一书，可以确定主动带轮的结构参数，结构参数如下表，其他的相关尺寸可以根据相应的经验公式计算求得。
表3.1带轮的结构参数 单位（mm ）
主动带轮的厚度可以由计算公式：B =(z -1) e +2f 求得
即：B =(3-1) ⨯15+2⨯9=48mm
主动带轮的结构如图3.1
图3.1主动带轮的结构图
从动带轮的结果选择 因为根据主动带轮的基准直径和传动比来确定，即d d 2=265mm ，由于d d 2
从动带轮的参数选择：通过查《机械设计》一书，可查得带轮的结构参数间表，其他一些相关尺寸可以根据相应的经验公式计算求得。
表3.2带轮的结构参数 单位（mm ）
带的型号
A
b d h a h f e f δ 6 ϕ 380 11.0 2.75 8.7 15 9
从动带轮的厚度可以由计算公式：B =(z -1) e +2f 求得
即：B =(3-1) ⨯15+2⨯9=48mm
从动带轮的结构图如图3.2
图3.2从动带轮的结构图
第4章传动轴的设计
传动轴是玉米脱粒机的主要设计部件之一，他在玉米脱粒机正常工作过程中，承担主要转矩、扭矩、弯矩和支撑传动轴上的回转零件，玉米脱粒是瞬时冲击很大，而且冲击次数很频繁的工作环境，因此传动轴的设计是很关键的一个步骤。它的主要公用是：一是支持轴上所安装的回转零件，使其有确定的工作位置；而是传递轴上的运动和动力。轴按照轴线形状的不同，可以分为曲轴、直轴、软轴和挠形轴等，根据玉米脱粒机的结构特点和组成形状及工作强度和环境的要求，玉米脱粒机的主轴选用直轴形式传递，而且选用直轴中的阶梯轴。此轴的设计如下：
根据轴的扭转强度来初步计算确定其最小直径，可利用经验公式：
d min ≥A 其中：A 0A 0—轴常用的几种材料的[τ]T 的值
p —主轴上的功率 kw
n —主轴上的转速 r/min
σB =650MP ， 轴上的材料由《机械设计》一书中可以查到，应选取调质处理的45号钢，
书中表12-3取A 0=107，于是得 ：
d min ≥=19.9mm 输出轴上的最小直径显然是安装带轮的内孔，必在轴上开有键槽，因此，为了开键槽又不消耗输出轴的强度，可以使周的直径增加5%以上，这样增加输出轴的尺寸，因而可以提高轴的工作强度。即：
d min =19.9⨯(1+5%)≈21mm
主输出轴的最小直径是安装带轮处的直径，为了使所选的轴直径与带轮相配合，故使输出轴端的轴径选为21mm 在《机械设计》一书。可以得知带轮的厚度B =48mm ，则取输出轴 的初段轴径为21mm ，其长度为60mm 。
4.1根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
为了满足带轮的轴向定位要求，Ⅰ—Ⅱ轴段右端需要制出一个轴肩，故取Ⅱ—Ⅲ段的轴直径 24mm ，长度为20mm , 输出轴的径向定位由普通平键来完成。选用键的型号为普通平键b ⨯h ⨯l 为8⨯7⨯35。键的型号可以通过>一书取得。
4.2 初步选择输出轴系
由脱粒机的结构和相关尺寸可知所设计的轴上装有带轮和钉齿滚筒，其上的钉齿承螺旋排列，但由于受力不大可以忽略它的受力。又根据24mm ，初步选取支撑的轴承为相心球轴承，在《机械设计手册》查得相心球轴承的型号为406，它的结构尺寸dDB 为27⨯72⨯23，故取Ⅲ—Ⅳ段与Ⅴ—Ⅵ段的直径相等，即27mm 。长度为30mm 。
考虑到机体的制造误差等原因造成的安装错位或是借口不齐等，滚动轴承应在机体内有一段移动的位移，查《机械设计手册》可等位移量s =8mm 。
取安装钉齿的轴Ⅳ—Ⅴ段的直径为35mm ，长度为800mm ，轴承与轴肩用轴端挡圈固定，左、右两端采用的轴承用轴承座固定轴承，配合为H 7/K 6，其上在距离50mm 处，焊接钉齿滚筒，已知钉齿滚筒长为730mm 。轴的基本结构如图4.1
图4.1轴的结构图
第5章总体部分的设计
5.1 钉齿条及钉齿的设计
钉齿条的功用是固定钉齿的相对位置，使钉齿在正常工作过程中能够持续的正常工作，钉齿所受的脱粒力直接传递到钉齿条上，钉齿条所承受着钉齿的切向力，所以钉齿条应该采用足够强度和刚度的材料制成，根据《脱粒机》一书中，可以查得材料选为45钢，宗上所述，设计的钉齿条的长×宽×高 为730⨯40⨯9，其上分布着钉齿，每个钉齿条上均匀分布着7七各钉齿，每个钉齿均穿过钉齿条，然后用螺母拧紧，其中钉齿条上的通孔设计为圆柱型，它的直径为d =12.5mm ，其结构如图5.1和图5.2。
图5.1钉齿条三维图
图5.2钉齿条的结构图
5.1.1钉齿条的总体结构设计
从钉齿条的功用及其工作要求可以判断出钉齿的工作强度很大，根据《脱粒机》一书得知玉米脱粒机的钉齿滚筒上安装有四条钉齿条，相互之间相差90，而且每条钉齿条上安装钉齿的个数范围在7～10个钉齿，每一个钉齿的d =12.5mm ，四条钉齿条均匀安装在钉齿滚筒上，钉齿在钉齿条上均匀的承螺旋排列方式安装，两相邻的钉齿条之间的钉齿横向距离为50mm ，且承两条螺旋均匀排列，在钉齿条的两端分别用一个厚度是5mm ，直径是d =240mm 的圆盘固定，在两个圆盘上均匀开有钉齿条宽厚的方孔，四个方通孔均匀承90分布，然后将四条钉齿条从四个方孔中穿过，同样，在钉齿条的另一端也用厚度一样但直径为d =220mm 的圆盘固定，且钉齿条穿过方孔2 3mm ，因为连接时是采用焊接完成，方便焊接。这样结构更加坚固、稳定、可靠。
5.1.2钉齿条的设计
钉齿条是玉米脱粒机的主要脱离部件，它的设计关系到玉米脱粒机的质量的好坏，直接关系到玉米脱粒机正常工作时整体的脱粒效果以及脱粒后将玉米粒和玉米芯分离的情况，它的功能是采用脱离滚筒上的四条钉齿，均匀快速的转动，工作时将玉米填人脱粒机中，主轴的转动带动固定在钉齿滚筒上的钉齿，钉齿的顶端以一定的速度去对玉米脱粒（将玉米进行强行脱粒）。玉米在经过四条钉齿条的快速旋转下脱粒，四条钉齿条上的钉齿承螺旋排列，目的在于将玉米芯顺着钉齿的螺旋排列排出机体之外，同时，每一条钉齿条上
00
的钉齿同样在进行脱粒，以便达到有较高的脱粒率。玉米脱粒机的主要功能是脱粒，而钉齿条在工作中起到了重要作用，因此，钉齿条的设计是脱粒机的设计的主要部件。
5.1.3 钉齿的设计
钉齿是玉米脱粒机的主要工作部件，它在工作时直接与玉米相接触，而且它的接触频率很高，尤其是在入料口的部位，这个部位的钉齿摩擦的相当的频繁，因此，在设计钉齿时应当考虑到钉齿的工作强度和工作环境等问题，这里采用了《脱粒机》一书所建议的45钢。
5.1.4 圆盘的设计
圆盘是将钉齿条与主轴固定的主要部件，它不仅起连接作用，而且还可以承担钉齿和钉齿条传递的力矩和弯曲及扭转强度，它位与钉齿条的两端，且采用焊接式连接，同时与主轴也要相对固定，采用焊接的连接方式，因此，圆盘的设计也是钉齿滚筒强度高低的要部件。由《脱粒机》一书，查得圆盘的材料采用刚度和强度较好多45钢制成，其直径d =240mm ，其与钉齿采用焊接的方式连接，目的是为了固定安装钉齿条，其位置在圆盘上固定，其圆盘中心应装套在主轴的直径上（d =35mm ），因此，圆盘的中心应设定为φ=35.5mm 的孔，以便安装在轴上，圆盘的厚度选为5mm ，结构设计如图5.3所示：
图5.3圆盘结构图
5.2栅格式凹板的设计
在玉米脱粒机中，栅格式凹板是与钉齿滚筒相配合的重要部件，栅格式凹板有两种功能，其一，是将玉米脱粒后，使玉米粒从栅格式凹板的缝隙中漏出，而玉米芯被钉齿滚筒上的钉齿螺旋排列排出机之外，从而使玉米粒和玉米芯分开，从不同的出口排出机体之外，达到玉米脱粒清选的作用，其二，栅格式凹板是利用钢筋横向焊接而成，钢筋之间有8mm 的缝隙，这个缝隙可以将玉米卡在两根钢筋的缝隙之间（因为玉米为圆柱型），以便于钉齿对玉米进行快速、稳定的脱粒。
栅格式凹板是由25根直径d =10mm ，长为L =730mm 的钢筋，凹板的直径d =330mm ，由于栅格式凹板是半圆桶型，所以钢筋的两端固定是采用半圆式的铁条制成，而且，在凹板的三分之一处和三分之二处都有很薄的铁条相连加固，相应的铁条选为厚度为m =2mm ，宽度为10mm ，这种方式也同样是采用《脱粒机》 一书中的参数来确定的。栅格式凹板与
机架相连接，同样采用焊接的形式来连接用圆柱钢筋围成的凹板，因为栅格式凹板要安装在机架上，所以将栅格式凹板两端的铁条和中间的铁条都焊接到机架上，这样，可以加固机体与栅格式凹板的连接质量，在正常工作时，由于有机架的固定支撑，可以使栅格式凹板的工作稳定性更高，更加可靠、稳定。栅格式凹版形状如图5.4和图5.5和图5.6。
图5.4凹板的三维图
图5.5凹版的结构图
图5.6凹版的结构图
5.3入料口及脱粒机上盖的设计
入料口是将玉米填入玉米脱粒机机体内的一个途径，它是玉米脱粒机上的一个部件，它的作用在于通过入料口可以将玉米顺利的填入机体内，而且在填入的过程中或是填入后的工作过程中，脱粒机能安全的工作，而且不会将玉米玉米粒或是玉米芯从入料口飞溅出来，造成人员伤害等事故发生，因此，玉米脱粒机的入料口的设计，即关系到玉米脱粒机的工作质量（即脱粒不干净或是不完全等）。因为在将玉米添入脱粒机时，电动机在高速的旋转，连同它的主轴一起旋转，如果入料口的填料方式不利于主轴的工作，此时，这种填料方式对主轴、对机体都有很大的副作用，有可能瞬时加大主轴的承担负载，即同时加大主轴的弯曲应力、扭转应力等，同时也加大了钉齿条上的钉齿的磨损和老化等。如果入料口的设计不当，会造成主轴的瞬时被卡死，电动机闷车等现象发生，这些现象对电动机和玉米脱粒机的主轴有及大的破坏性。因此，在设计玉米脱粒机入料口时应当考虑到设计不当可能发生的危害，精心的设计其结构。
玉米脱粒机的入料口与脱粒机的上盖相连接为一体，即入料口安装在玉米脱粒机的上盖上，两者均采用1mm 的薄铁板制成，玉米脱粒机的上盖承半圆形状，直径为340mm ，长为 900mm ，（入料口的一侧与脱粒机的上盖边缘相切），这样可以是玉米在进入脱粒机机体时，能够很好的被钉齿滚筒上的钉齿打削（脱粒），因此，上盖上的入料口设计很重要。其上入料口的最小口径长为250mm ，宽为250mm ，其上的最大口径（为了方便填料
可以设计大一些）长为400mm ，宽为400mm ，玉米脱粒机的上盖的两端部位、入料口的两侧及中间部位，均采用铁条加固，其连接的方式采用焊接，这样可以提高玉米脱粒机的上盖的刚度，不宜变形，同样也有支撑作用。脱粒机的上盖整体焊接两个角铁上，目的是便于与脱粒机的下半部分安装，将脱粒机上盖的缘地脚与角铁焊接相连，角铁采用的厚度为h 3mm ，长度为900mm ，起加固作用的铁条同样焊接在两个角铁上，以加坚固。在玉米脱粒机上盖的两端设有两个半圆形状的铁板，其采用的材料是一样的，目的一是保障工作人员的安全，因为在玉米脱粒机正常脱粒时，它的主轴高速旋转，如果没有两打的铁板挡住，有可能工作人员不甚将手或衣服绞进玉米脱粒机中，造成人员伤亡等事故发生。二是阻挡脱粒后的玉米飞溅，如果玉米脱粒机上盖的两端没有着两快铁板的拦挡，玉米被脱粒机脱粒后，由于主轴的高速旋转击打脱下的玉米粒四处飞溅，致使脱粒后的玉米不能很好的收集起来，同时飞溅的玉米粒也给工作人员带来危险，因此玉米脱粒机上盖两端的挡板设计是必要的，也是必须的。挡板在玉米脱粒机安装中是纵向布置的，而且，根据它的结构设计，两个挡板都应该骑压轴承座，即挡板的设计即要考虑到它与脱粒机上盖的连接又要考虑到它与轴承座的配合，因此，其直径340mm ，它与轴承相交处的形状根据轴承来确定，其结构如图5.7和图5.8所示：
图5.7上盖三维图
图5.8上盖结构图
5.4机架的设计
机架是玉米脱粒机的主要支撑部件，它是承担所有来自轴及电动机、凹板的冲击和应力，机架的坚固是玉米脱粒机的工作稳定、运转平稳的基础，因此机架无论是从结构上还是从材料上，都应该采用坚固的稳定的材料和样式制成。就此玉米脱粒机来说，它的冲击载荷和内部的应力偏低，电动机达到动力偏小，以及所选用的机型比较轻便，根据《脱粒机》一书，查得的设计材料可采用角铁支撑，角铁支撑的好处在于：在角铁材料本身所支撑的载荷范围条件下，不会发生结构变形，虽然有较小的弹性变形，也不会影响脱粒机机体的坚固、稳定的效果，尽管在玉米脱粒机正常工作的情况下，也不会影响玉米脱粒机的整体效果。选择角铁的厚度为3mm ，这样的材料来支撑玉米脱粒机的主要载荷部分。玉米
脱粒机的机架上安装有一出粒斜板，目的是当脱粒机将玉米脱粒后，玉米粒从栅格式凹板的缝隙中漏出，落到出粒斜板上，玉米粒顺着斜板下滑，从而滑出机体之外，达到将玉米粒随脱粒的完成，而随时地将玉米粒排出机体之外，
它的材料也同样是选用1mm 后的铁板制成。再玉米脱粒机的另一端，即玉米芯的排出端，设计了一个下滑的斜斗，其功用是完成玉米芯顺利的排出机体之外，使玉米芯随玉米脱粒机的主轴的不停旋转，随时的排出集团之外，也便于工作人员的清理，它也是应用1mm 厚的铁板制成的，与机体相连，采用焊接的连接方式，它与栅格式凹板的玉米芯输出端相连，而且，这个斜板与栅格式凹板的连接应该过长10～15mm ，从而保障了玉米芯的顺利滑出。从机架的整体来看，机架的选料、结构设计、受力的不属及玉米粒和玉米芯的随机排出，可以看出玉米脱粒机的机是满足要求的，而且结构设计合理，结构设计如图5.9和图5.10所示：
图5.9机架三维图
5.10机架结构图
5.5玉米脱粒机上的标准件的选择
5.5.1玉米脱粒机上的螺栓的选择
应用在玉米脱粒机上的螺栓是机械设计的标准件, 螺栓的选择可以根据《机械设计手册》查取. 在本脱粒机上选择的螺栓为:公称直径为M8, 长度为八厘米和五厘米, 玉米脱粒机应用的螺栓是起连接作用, 在机体的上盖和机架应用螺栓连接, 在电动机和机体之间也同样用螺栓连接, 而且, 应用公称直径为M8的螺栓, 就可以满足玉米脱粒机的动力需要.
5.5.2钩头楔键的选择
玉米脱粒机上的主轴和带轮是通过钩头楔键相连, 而且, 钩头楔键也同样可以在《机械设计手册》中查取, 它也是一个标准件, 其型号规格为:b=12、h=7、L=50.
在本次设计中我投入了大量的经历经过查阅大量资料，反复修改计算才完成了本次的设计，本次设计的玉米脱粒机的工作原理是电机经皮带，带轮，带动传动轴的转动，晒干的玉米通过入料口在栅格式凹版中被钉齿快速的打击脱粒，脱下的玉米粒从凹版缝隙中经过出粒斜板上滑出机体之外，玉米芯沿滚筒轴向移动，沿着设计好的下滑斜斗滑出机体之外，独特的方形口设计，大大减少了喂入玉米的外溅，此机器工作时可连续投料，与同类产品比，此产品结构紧凑，操作方便，不占场地，搬运方便，进行机械设计是非常艰苦的，我运用了自己四年所能学到的知识，掌握了设计的总的过程，对如何进行前期的准备工作有了进一步的认识，此次的毕业设计锻炼了我绘制三维图的能力，培养了正确的思想和正确的思维方法，严谨的科学态度和独立工作的能力，查阅和利用技术资料的能力，综合分析和解决问题的能力，由于水平有限，且实践不足，设计中一些问题和错误在所难免，恳请老师谅解，并给予批评指正。
经过三个月的毕业设计忙碌之后，设计最终完成，心理有一种说不出的轻松，设计过程中遇到许多的问题，在众多老师和同学的帮助下予以解决。首先要感谢王老师对我的指导和督促，在设计过程中王老师给我指出了正确的设计方向，使我加深了对知识的理解，同时也避免了在设计过程中走弯路，王老师的督促使我一直把毕业设计放在心理，保证按质按量的完成；还要感谢同组同学，是大家营造了良好的学习环境，在做设计的过程中互帮互助，使我的catia,cad 操作水平比以前有了很大提高，同时较全面的掌握了Word 的编辑功能，使我能够按时完成毕业设计。
大学生活即将画上句号，在这四年中我是充实的、快乐的，这要感谢学校领导给我们提供了一个好的学习环境和丰富的课余生活，同时也要感谢所有老师对我们的辛勤培育。
玉米脱粒机结构三维设计
华东理工大学 东方贱人
目 录
中文摘要、关键词……………………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要、关键词……………………………………………………………………………Ⅱ 引言………………………………………………………………………………………………3
第1章 玉米脱粒机总体机构………………………………………………………………4
1.1 入料部分………………………………………………………………………………4
1.2 脱离部分………………………………………………………………………………4
1.3 筛选部分………………………………………………………………………………4
1.4 机架部分………………………………………………………………………………4
1.5总体设计………………………………………………………………………………4 第 2 章 玉米脱粒机电动机的选择………………………………………………………6
2.1 钉齿条上钉齿的速度…………………………………………………………………6
2.2 电动机的选择…………………………………………………………………………6 第 3 章 带及带轮的设计…………………………………………………………………8
3.1 传动带及带轮的设计…………………………………………………………………8
3.1.1 确定计算功率………………………………………………………………………8
3.1.2 选择V 带的型号……………………………………………………………………8
3.1.3 确定带轮的基准直径………………………………………………………………8
3.1.4 确定V 带的基准长度和传动中心距………………………………………………9
3.1.5 验算主动带轮上的包角…………………………………………………………9
3.1.6 确定V 带的根数……………………………………………………………………10
3.1.7 确定V 带的初拉力…………………………………………………………………10
3.1.8 求V 带传动作用在轴上的压力……………………………………………………10
3.2 带轮的材料选择……………………………………………………………………10
3.3 带轮的结构设计……………………………………………………………………10
第四章 传动轴的设计……………………………………………………………………13
4.1确定轴的各段直径和长度……………………………………………………………13
4.2初步选择输出轴系……………………………………………………………………14
第五章 总体部分的设计 …………………………………………………………………15
5.1钉齿条及钉齿的设计…………………………………………………………………15
5.1.1钉齿条的总体结构设计……………………………………………………………15
5.1.2钉齿条的设计………………………………………………………………………16
5.1.3钉齿的设计…………………………………………………………………………16
5.1.4圆盘的设计…………………………………………………………………………16
5.2栅格式凹版的设计……………………………………………………………………17
5.3入料口及脱粒机上盖的设计…………………………………………………………19
5.4机架的设计……………………………………………………………………………21
5.5玉米脱粒机的标准件的选择…………………………………………………………23
5.5.1玉米脱粒机上的螺栓的选择………………………………………………………23
5.5.2钩头楔键的选择……………………………………………………………………23 结论 ……………………………………………………………………………………………24 致谢 ……………………………………………………………………………………………25 参考文献 ……………………………………………………………………………………26
玉米脱粒机结构三维设计
摘 要：本文是以脱粒机利用钉齿滚筒如何工作来脱玉米粒为研究对象展开工作的，主要研究玉米脱粒机的工作原理，并在此基础上完成零部件的设计，并依据相关机械设计软件来完成零部件的设计，本着从经济性和实用性的角度出发，针对农业发展的需要设计出一种结构简单，工作效率高的玉米脱粒机。研究的主要内容有玉米脱粒机机构，电机的选择，带及带轮的设计，分析了各种影响脱粒的因素。进而给出了玉米脱粒机总体结构的设计方案。本文根据机器的筛选装置的设计实际要求，从整体上分为入料口和排出口，脱粒装置，筛选装置，带轮传动的设计几个部分，介绍了结构的设计原则和采取的一些措施， 关键词：玉米；脱粒机；带轮设计；钉齿滚筒
The 3D design of machine structure of corn thresher
Abstract: This article is based on how use of spike-tooth drum work to take off the corn thresher started to work as the research object, mainly studies the working principle of the corn thresher and on the basis of complete parts design, and according to the related mechanical design software to complete the design of the parts, from the perspective of economy and practicality, aiming at the need of agricultural development to design a simple structure, high efficiency of corn thresher. Research is the main content of the corn thresher institutions, the choice of motor, the design of the belt and pulley, analyzed the various factors affecting threshing. Then gives the overall structure of the corn sheller design scheme. In this paper, the design of the machine filter device based on the actual requirements, on the whole is divided into into the mouth and discharge, threshing device, filter device and the design of the belt wheel transmission parts, this paper introduces the structure, design principles and measures.
Keywords: corn; threshing machine; pulley design; spike-tooth drum
引 言
玉米脱粒机是我国粮食收获的重要农业机械之一。由于我国地域广阔，各地的地理、气候、农艺要求和经济状况等差异都较大，在丘陵、半山区的间作套种地区以及杂粮、水稻种植区，玉米脱粒机的使用仍十分广泛。所以随着农业的发展，玉米脱粒机仍有十分广阔的市场前景。目前, 杂粮类玉米脱粒机也不十分广泛，仅东北、华北和西北等地一些企业生产玉米、高粱或大豆玉米脱粒机。本文仅对玉米脱粒机进行讨论研究，本课题设计的是玉米脱粒机是玉米剥皮后，经过一段时间的风干，然后将玉米利用脱粒机使玉米和玉米芯分开。它的工作原理是：玉米脱粒机在进行玉米脱粒时，利用钉齿滚筒回转运动的钉齿与栅格式凹板之间的间隙相配合，使玉米粒拖下，即是利用钉齿滚筒和栅格式凹板之间的揉搓作用，将玉米粒脱离玉米芯，并借助其他的机械机构将玉米粒和玉米芯分别从两个不同的出口排出机体之外，循环脱粒，不断的进行填入、脱粒、排出机体。
第1章 玉米脱粒机总体结构
玉米脱粒机主要组成部分：入料口、钉齿脱粒滚筒轴、栅格式凹板、电机及机架等部分组成。整体组成如图1.1所示。
1.1入料部分
入料口与玉米脱粒机的上盖部分相连，它是利用1mm 厚的铁板制成，入料部位与钉齿滚筒的钉齿部位相切，将已剥皮风干的玉米从入料口进入，下滑到脱粒部位，即钉齿滚筒和栅格式凹板之间，进行脱粒。
1.2脱粒部分
脱粒部分主要是由钉齿滚筒、栅格式凹板、半圆型上盖组成。玉米穗在钉齿滚筒和栅格式凹板之间进行脱粒，将已脱下的玉米粒从栅格式凹板的缝隙漏下，落到下滑板，由仓口排出机体之外，玉米芯由入料口的另一端出料口排出机体之外。
1.3筛选部分
筛选部分主要是由栅格式凹板完成，它是由一定数量的铁条及两条主要梁和两条副梁组成，每两根铁条之间的缝隙可以将玉米卡住，然后快速旋转的钉齿滚筒将被卡死的玉米强行脱粒，当然，无论是工作时还是安装时，栅格式凹板是固定不动的。玉米脱粒之后，再将玉米粒经过栅格式凹板，从凹板的缝隙漏出，顺着斜滑板滑出机体之外，目的是将玉米和玉米芯分开。
1.4机架部分
机架是由左机架、右机架、出料口、下滑板及稳定结实的主机梁组成，机架是玉米脱粒机的主要支撑，他承担着脱粒机的主要重量和动力、负载和力矩，因此它的设计是非常重要的部分。机架的两部分要各自稳定，而且相对固定，以便做到机械在运转过程中不会产生晃动、歪斜，造成人身危险，因此为了机架的坚固，此玉米脱粒机的设计采用3mm 厚的角铁制成。
1.5总体设计
为了更好的优化玉米脱离机的机型和结构设计，此玉米脱粒机采用电力拖动，而且电动机也同样采用节能式，电动机安装在玉米脱粒机的下部，与脱粒机的机架的下机梁固定连接，这样可以节省电动机所占用的空间。玉米脱粒机的从入料到脱粒到分离玉米粒和玉米芯，最后将玉米粒和玉米芯排出机体之外，是玉米脱粒机一体完成的，它最大的优点是在短时间内可以完成几个人的劳动强度，从而提高了工作效率，节省了劳动时间[1][2]。此玉米脱粒机有这些优点之外，还有安全性能高、效率高、坚固耐用、结构简单便于保管和维修。
图1.1 总体结构
1—筛选部分 2—脱粒部分 3—入料部分 4—机架部分
第2章 玉米脱粒机电动机选择
本课题设计的玉米脱粒机主轴转速为600r /min ，设定在主轴上有4条钉齿条，每条钉齿条上分布着7个钉齿，总共28个钉齿环绕滚筒在钉齿条上均匀排列。
实测得知每个钉齿受力37N ，当玉米脱粒机正常工作时钉齿滚筒上的钉齿条快速旋转，其中均有两条钉齿条受玉米所给的切向力，而另外两个钉齿条是空行程。
F =N ⋅M ⋅Z
式中：N —钉齿所受的力，单位为N
M —参与工作的钉齿个数
Z —参与工作的钉齿条数
代入数据得：F =37⨯7⨯2=518N
2.1 钉齿条上钉齿的速度
当玉米脱粒机的钉齿滚筒快速转动时，其上钉齿条的钉齿同样有一定的速度，这个速度等于主轴的速度与钉齿的速度，即：
V = 60⨯1000
πN 轴D
式中：V —钉齿的速度，单位为m/s
N 轴—脱粒机主轴的转速，单位为r/min
D —钉齿距轴的最大直径，单位为mm 代入数据得：V =3.14⨯600⨯240=7.54(m/s) 60⨯1000
2.2 电动机的功率
玉米脱粒机所需功率为P W ，由脱粒机的工作阻力和运转参数求定，即：
P W =FV 1000
代入数据得：P W =518⨯7.54=3.9057≈3.91KW 1000
电动机功率由公式p =p w
ηa 来计算，脱粒机传动装置的总效率ηa ，应由组成传动装置的
各个部分运动副的效率乘积，即ηa =η1⨯η2⨯η3，其中分别为每一个传动副的效率，选取传
动副的效率值如下
滚动轴承0.98 0.995 取η1=0.99
V 带传动0.94 0.97 取η2=0.97
滚筒传动（由于钉齿条固定在滚筒上）取η3=1
则ηa =η1⨯η2⨯η3=0.99⨯0.97⨯1=0.96 得到电动机的功率为p =p w
ηa =3.91=4.072≈4KW 0.96
由选择的主轴转速为600r/min,查机械设计指导书中传动比的取值。得到的传动比为2 4，即可满足电动机的转速与主轴的转速相匹配，电动机转速范围为n d =(2 4⨯) 6=004KW 时，符合这两个要求的1 200r 240，当电动机选择的功率为0
只有电动机型号为Y112M-4，其满载转速为1440r/min,额定功率为4KW 。
第三章 带及带轮的设计
根据玉米脱粒机的具体传动要求，可选取电动机和主轴之间用V 带和带轮的传动方式传动，因为在脱粒机的工作过程中，传动件V 带是一个挠性件，它赋有弹性，能缓和冲击，吸收震动，因而使玉米脱粒机工作平稳，噪音小等优点。虽然在传动过程中V 带与带轮之间存在着一些摩擦，导致两者的相对滑动，使传动比不精确但不会影响玉米脱粒机的传动，因为玉米脱粒机不需要精确的传动比，只要传动比比较准确就可以满足要求，而且V 带的弹性滑动对脱粒机的一些重要部件是一种过载保护，不会造成机体部件的严重损坏，还有V 带及带伦的结构简单、制造成本底、容易维修和保养、便于安装，所以，在电动机与玉米脱粒机之间选用V 带与带轮的传动配合是很合理的。
选择V 带和带轮因当从它的传动参数入手，来确定V 带的型号、长度和根数，再来确定导轮的材料、结构和尺寸（轮宽、直径、槽数及槽的尺寸等），传动中心距（安装尺寸），带轮作用在轴的压力（为设计轴承作好准备）。
3.1传动带及带轮的设计
传动带的设计
3.1.1 确定计算功率
P ca =K A ⨯P
其中：K A —工作情况系数
P —电动机的功率
查《机械设计》一书 可知：K A =1.0
P ca =1.0⨯4=4KW
3.1.2 选择V 带的型号
根据计算得知的功率P ca 和电动机上带轮（小带轮）的转速n 1（与电动机一样的速度），查机械设计一书，可以选择V 带的型号为A 型。
3.1.3确定带轮的基准直径
（1）初选主动带轮的基准直径d d 1：根据机械设计一书，可选择V 带的型号参考表6-2，初选d d 1=106mm
（2）计算V 带的速度V ： v =π⨯d d 1⨯n 1
60⨯1000=3.14⨯106⨯1440=7.98m /s 60⨯1000
V 带在5～25m/s的范围内，15～25m/s最宜，速度v 符合要求。
电动机与主轴传动比的计算 i =n 11440==2.4n 2600
（3）计算从动轮的直径d d 2 n d d 2=1⨯d d 1=254.4mm n 2
查机械设计手册得
d d 2=265mm
3.1.4 确定V 带的基准长度和传动中心距a 。
取 0.7⨯(d d 2+d d 1) ≤a 0≤2⨯(d d 2+d d 1)
即：0.7⨯(106+265) ≤a 0≤2⨯(106+265)
得：259.7mm ≤a 0≤742mm
取：a 0=600
带长 L d 0=2⨯a 0+π
2(d d 2+d d 1) +(d d 2-d d 1) 4a 0
即： L d 0=2⨯600+3.14(265-106) ⨯(106+265) +24⨯600
得：L d 0=1782mm
查机械设计书选取带的基准长度
L d =1800mm
实际的中心距可按下列公式求得： 可用经验公式：a ≈a 0+
a ≈a 0+L d -L d 02 得L d -L d 01800-1782=600+=609mm 22
求得 ： 中心距的变动范围为582 636mm
3.1.5 验算主动轮上的包角 α1=1800-d d 2-d d 1⨯57.30 a
265-106⨯57.30=164.80 600
即：α1=1800-
求得 ：α1>1200 故主动轮上的包角合适。
3.1.6 确定V 带的根数 查机械设计书知
V带的根数由下列公式确定：z =
由n 1=1440r /min, d d 1=106mm
0=1.46kW , ∆P 0=0.17kW , K α=0.96, K L =1.01 查机械设计得知P p ca (p 0+ p 0) K αK L )
所以z =4=2.53 (1.46+0.17)0.96⨯1.01
即取 z=3根
3.1.7 确定V 带的初拉力F 0 ,由机械设计中知公式 F 0=500
P ca 2.5(-1) +qv 2 zv K α
查机械设计得q =0.1kg /m
代入相关数据的F 0=140.37N
3.1.8求V 带传动作用在轴上的压力
为了设计安装带轮轴和轴承，比需确定V 带作用在轴上的压力F Q ，它等于V 带两边的初拉力之和，忽略V 带两边的拉力差，则F Q 值可以由下式算出：
即： F Q =2zF 0sin α1
2
164.80
=834N 求得； F Q =2⨯3⨯140.37⨯sin 2
3.2带轮的材料选择
因为带轮的转速v =7.89m /s ，即v
3.3带轮的结构设计
带轮的结构设计主要是根据带轮的基准直径，选择带轮的结构形式，根据带的型号来确定带论轮槽的尺寸，设计如下：
主动带轮的结构选择 因为根据主动带轮的基准直径尺寸d d 1=106mm ，而与主动带轮配合的电动机轴的直径是d 1=20mm ，因为d d 1≥2.5d 1且d d 1≤300mm ，所以主动带轮采用
腹板式。带轮参数的选择： 通过查《机械设计》一书，可以确定主动带轮的结构参数，结构参数如下表，其他的相关尺寸可以根据相应的经验公式计算求得。
表3.1带轮的结构参数 单位（mm ）
主动带轮的厚度可以由计算公式：B =(z -1) e +2f 求得
即：B =(3-1) ⨯15+2⨯9=48mm
主动带轮的结构如图3.1
图3.1主动带轮的结构图
从动带轮的结果选择 因为根据主动带轮的基准直径和传动比来确定，即d d 2=265mm ，由于d d 2
从动带轮的参数选择：通过查《机械设计》一书，可查得带轮的结构参数间表，其他一些相关尺寸可以根据相应的经验公式计算求得。
表3.2带轮的结构参数 单位（mm ）
带的型号
A
b d h a h f e f δ 6 ϕ 380 11.0 2.75 8.7 15 9
从动带轮的厚度可以由计算公式：B =(z -1) e +2f 求得
即：B =(3-1) ⨯15+2⨯9=48mm
从动带轮的结构图如图3.2
图3.2从动带轮的结构图
第4章传动轴的设计
传动轴是玉米脱粒机的主要设计部件之一，他在玉米脱粒机正常工作过程中，承担主要转矩、扭矩、弯矩和支撑传动轴上的回转零件，玉米脱粒是瞬时冲击很大，而且冲击次数很频繁的工作环境，因此传动轴的设计是很关键的一个步骤。它的主要公用是：一是支持轴上所安装的回转零件，使其有确定的工作位置；而是传递轴上的运动和动力。轴按照轴线形状的不同，可以分为曲轴、直轴、软轴和挠形轴等，根据玉米脱粒机的结构特点和组成形状及工作强度和环境的要求，玉米脱粒机的主轴选用直轴形式传递，而且选用直轴中的阶梯轴。此轴的设计如下：
根据轴的扭转强度来初步计算确定其最小直径，可利用经验公式：
d min ≥A 其中：A 0A 0—轴常用的几种材料的[τ]T 的值
p —主轴上的功率 kw
n —主轴上的转速 r/min
σB =650MP ， 轴上的材料由《机械设计》一书中可以查到，应选取调质处理的45号钢，
书中表12-3取A 0=107，于是得 ：
d min ≥=19.9mm 输出轴上的最小直径显然是安装带轮的内孔，必在轴上开有键槽，因此，为了开键槽又不消耗输出轴的强度，可以使周的直径增加5%以上，这样增加输出轴的尺寸，因而可以提高轴的工作强度。即：
d min =19.9⨯(1+5%)≈21mm
主输出轴的最小直径是安装带轮处的直径，为了使所选的轴直径与带轮相配合，故使输出轴端的轴径选为21mm 在《机械设计》一书。可以得知带轮的厚度B =48mm ，则取输出轴 的初段轴径为21mm ，其长度为60mm 。
4.1根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度
为了满足带轮的轴向定位要求，Ⅰ—Ⅱ轴段右端需要制出一个轴肩，故取Ⅱ—Ⅲ段的轴直径 24mm ，长度为20mm , 输出轴的径向定位由普通平键来完成。选用键的型号为普通平键b ⨯h ⨯l 为8⨯7⨯35。键的型号可以通过>一书取得。
4.2 初步选择输出轴系
由脱粒机的结构和相关尺寸可知所设计的轴上装有带轮和钉齿滚筒，其上的钉齿承螺旋排列，但由于受力不大可以忽略它的受力。又根据24mm ，初步选取支撑的轴承为相心球轴承，在《机械设计手册》查得相心球轴承的型号为406，它的结构尺寸dDB 为27⨯72⨯23，故取Ⅲ—Ⅳ段与Ⅴ—Ⅵ段的直径相等，即27mm 。长度为30mm 。
考虑到机体的制造误差等原因造成的安装错位或是借口不齐等，滚动轴承应在机体内有一段移动的位移，查《机械设计手册》可等位移量s =8mm 。
取安装钉齿的轴Ⅳ—Ⅴ段的直径为35mm ，长度为800mm ，轴承与轴肩用轴端挡圈固定，左、右两端采用的轴承用轴承座固定轴承，配合为H 7/K 6，其上在距离50mm 处，焊接钉齿滚筒，已知钉齿滚筒长为730mm 。轴的基本结构如图4.1
图4.1轴的结构图
第5章总体部分的设计
5.1 钉齿条及钉齿的设计
钉齿条的功用是固定钉齿的相对位置，使钉齿在正常工作过程中能够持续的正常工作，钉齿所受的脱粒力直接传递到钉齿条上，钉齿条所承受着钉齿的切向力，所以钉齿条应该采用足够强度和刚度的材料制成，根据《脱粒机》一书中，可以查得材料选为45钢，宗上所述，设计的钉齿条的长×宽×高 为730⨯40⨯9，其上分布着钉齿，每个钉齿条上均匀分布着7七各钉齿，每个钉齿均穿过钉齿条，然后用螺母拧紧，其中钉齿条上的通孔设计为圆柱型，它的直径为d =12.5mm ，其结构如图5.1和图5.2。
图5.1钉齿条三维图
图5.2钉齿条的结构图
5.1.1钉齿条的总体结构设计
从钉齿条的功用及其工作要求可以判断出钉齿的工作强度很大，根据《脱粒机》一书得知玉米脱粒机的钉齿滚筒上安装有四条钉齿条，相互之间相差90，而且每条钉齿条上安装钉齿的个数范围在7～10个钉齿，每一个钉齿的d =12.5mm ，四条钉齿条均匀安装在钉齿滚筒上，钉齿在钉齿条上均匀的承螺旋排列方式安装，两相邻的钉齿条之间的钉齿横向距离为50mm ，且承两条螺旋均匀排列，在钉齿条的两端分别用一个厚度是5mm ，直径是d =240mm 的圆盘固定，在两个圆盘上均匀开有钉齿条宽厚的方孔，四个方通孔均匀承90分布，然后将四条钉齿条从四个方孔中穿过，同样，在钉齿条的另一端也用厚度一样但直径为d =220mm 的圆盘固定，且钉齿条穿过方孔2 3mm ，因为连接时是采用焊接完成，方便焊接。这样结构更加坚固、稳定、可靠。
5.1.2钉齿条的设计
钉齿条是玉米脱粒机的主要脱离部件，它的设计关系到玉米脱粒机的质量的好坏，直接关系到玉米脱粒机正常工作时整体的脱粒效果以及脱粒后将玉米粒和玉米芯分离的情况，它的功能是采用脱离滚筒上的四条钉齿，均匀快速的转动，工作时将玉米填人脱粒机中，主轴的转动带动固定在钉齿滚筒上的钉齿，钉齿的顶端以一定的速度去对玉米脱粒（将玉米进行强行脱粒）。玉米在经过四条钉齿条的快速旋转下脱粒，四条钉齿条上的钉齿承螺旋排列，目的在于将玉米芯顺着钉齿的螺旋排列排出机体之外，同时，每一条钉齿条上
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的钉齿同样在进行脱粒，以便达到有较高的脱粒率。玉米脱粒机的主要功能是脱粒，而钉齿条在工作中起到了重要作用，因此，钉齿条的设计是脱粒机的设计的主要部件。
5.1.3 钉齿的设计
钉齿是玉米脱粒机的主要工作部件，它在工作时直接与玉米相接触，而且它的接触频率很高，尤其是在入料口的部位，这个部位的钉齿摩擦的相当的频繁，因此，在设计钉齿时应当考虑到钉齿的工作强度和工作环境等问题，这里采用了《脱粒机》一书所建议的45钢。
5.1.4 圆盘的设计
圆盘是将钉齿条与主轴固定的主要部件，它不仅起连接作用，而且还可以承担钉齿和钉齿条传递的力矩和弯曲及扭转强度，它位与钉齿条的两端，且采用焊接式连接，同时与主轴也要相对固定，采用焊接的连接方式，因此，圆盘的设计也是钉齿滚筒强度高低的要部件。由《脱粒机》一书，查得圆盘的材料采用刚度和强度较好多45钢制成，其直径d =240mm ，其与钉齿采用焊接的方式连接，目的是为了固定安装钉齿条，其位置在圆盘上固定，其圆盘中心应装套在主轴的直径上（d =35mm ），因此，圆盘的中心应设定为φ=35.5mm 的孔，以便安装在轴上，圆盘的厚度选为5mm ，结构设计如图5.3所示：
图5.3圆盘结构图
5.2栅格式凹板的设计
在玉米脱粒机中，栅格式凹板是与钉齿滚筒相配合的重要部件，栅格式凹板有两种功能，其一，是将玉米脱粒后，使玉米粒从栅格式凹板的缝隙中漏出，而玉米芯被钉齿滚筒上的钉齿螺旋排列排出机之外，从而使玉米粒和玉米芯分开，从不同的出口排出机体之外，达到玉米脱粒清选的作用，其二，栅格式凹板是利用钢筋横向焊接而成，钢筋之间有8mm 的缝隙，这个缝隙可以将玉米卡在两根钢筋的缝隙之间（因为玉米为圆柱型），以便于钉齿对玉米进行快速、稳定的脱粒。
栅格式凹板是由25根直径d =10mm ，长为L =730mm 的钢筋，凹板的直径d =330mm ，由于栅格式凹板是半圆桶型，所以钢筋的两端固定是采用半圆式的铁条制成，而且，在凹板的三分之一处和三分之二处都有很薄的铁条相连加固，相应的铁条选为厚度为m =2mm ，宽度为10mm ，这种方式也同样是采用《脱粒机》 一书中的参数来确定的。栅格式凹板与
机架相连接，同样采用焊接的形式来连接用圆柱钢筋围成的凹板，因为栅格式凹板要安装在机架上，所以将栅格式凹板两端的铁条和中间的铁条都焊接到机架上，这样，可以加固机体与栅格式凹板的连接质量，在正常工作时，由于有机架的固定支撑，可以使栅格式凹板的工作稳定性更高，更加可靠、稳定。栅格式凹版形状如图5.4和图5.5和图5.6。
图5.4凹板的三维图
图5.5凹版的结构图
图5.6凹版的结构图
5.3入料口及脱粒机上盖的设计
入料口是将玉米填入玉米脱粒机机体内的一个途径，它是玉米脱粒机上的一个部件，它的作用在于通过入料口可以将玉米顺利的填入机体内，而且在填入的过程中或是填入后的工作过程中，脱粒机能安全的工作，而且不会将玉米玉米粒或是玉米芯从入料口飞溅出来，造成人员伤害等事故发生，因此，玉米脱粒机的入料口的设计，即关系到玉米脱粒机的工作质量（即脱粒不干净或是不完全等）。因为在将玉米添入脱粒机时，电动机在高速的旋转，连同它的主轴一起旋转，如果入料口的填料方式不利于主轴的工作，此时，这种填料方式对主轴、对机体都有很大的副作用，有可能瞬时加大主轴的承担负载，即同时加大主轴的弯曲应力、扭转应力等，同时也加大了钉齿条上的钉齿的磨损和老化等。如果入料口的设计不当，会造成主轴的瞬时被卡死，电动机闷车等现象发生，这些现象对电动机和玉米脱粒机的主轴有及大的破坏性。因此，在设计玉米脱粒机入料口时应当考虑到设计不当可能发生的危害，精心的设计其结构。
玉米脱粒机的入料口与脱粒机的上盖相连接为一体，即入料口安装在玉米脱粒机的上盖上，两者均采用1mm 的薄铁板制成，玉米脱粒机的上盖承半圆形状，直径为340mm ，长为 900mm ，（入料口的一侧与脱粒机的上盖边缘相切），这样可以是玉米在进入脱粒机机体时，能够很好的被钉齿滚筒上的钉齿打削（脱粒），因此，上盖上的入料口设计很重要。其上入料口的最小口径长为250mm ，宽为250mm ，其上的最大口径（为了方便填料
可以设计大一些）长为400mm ，宽为400mm ，玉米脱粒机的上盖的两端部位、入料口的两侧及中间部位，均采用铁条加固，其连接的方式采用焊接，这样可以提高玉米脱粒机的上盖的刚度，不宜变形，同样也有支撑作用。脱粒机的上盖整体焊接两个角铁上，目的是便于与脱粒机的下半部分安装，将脱粒机上盖的缘地脚与角铁焊接相连，角铁采用的厚度为h 3mm ，长度为900mm ，起加固作用的铁条同样焊接在两个角铁上，以加坚固。在玉米脱粒机上盖的两端设有两个半圆形状的铁板，其采用的材料是一样的，目的一是保障工作人员的安全，因为在玉米脱粒机正常脱粒时，它的主轴高速旋转，如果没有两打的铁板挡住，有可能工作人员不甚将手或衣服绞进玉米脱粒机中，造成人员伤亡等事故发生。二是阻挡脱粒后的玉米飞溅，如果玉米脱粒机上盖的两端没有着两快铁板的拦挡，玉米被脱粒机脱粒后，由于主轴的高速旋转击打脱下的玉米粒四处飞溅，致使脱粒后的玉米不能很好的收集起来，同时飞溅的玉米粒也给工作人员带来危险，因此玉米脱粒机上盖两端的挡板设计是必要的，也是必须的。挡板在玉米脱粒机安装中是纵向布置的，而且，根据它的结构设计，两个挡板都应该骑压轴承座，即挡板的设计即要考虑到它与脱粒机上盖的连接又要考虑到它与轴承座的配合，因此，其直径340mm ，它与轴承相交处的形状根据轴承来确定，其结构如图5.7和图5.8所示：
图5.7上盖三维图
图5.8上盖结构图
5.4机架的设计
机架是玉米脱粒机的主要支撑部件，它是承担所有来自轴及电动机、凹板的冲击和应力，机架的坚固是玉米脱粒机的工作稳定、运转平稳的基础，因此机架无论是从结构上还是从材料上，都应该采用坚固的稳定的材料和样式制成。就此玉米脱粒机来说，它的冲击载荷和内部的应力偏低，电动机达到动力偏小，以及所选用的机型比较轻便，根据《脱粒机》一书，查得的设计材料可采用角铁支撑，角铁支撑的好处在于：在角铁材料本身所支撑的载荷范围条件下，不会发生结构变形，虽然有较小的弹性变形，也不会影响脱粒机机体的坚固、稳定的效果，尽管在玉米脱粒机正常工作的情况下，也不会影响玉米脱粒机的整体效果。选择角铁的厚度为3mm ，这样的材料来支撑玉米脱粒机的主要载荷部分。玉米
脱粒机的机架上安装有一出粒斜板，目的是当脱粒机将玉米脱粒后，玉米粒从栅格式凹板的缝隙中漏出，落到出粒斜板上，玉米粒顺着斜板下滑，从而滑出机体之外，达到将玉米粒随脱粒的完成，而随时地将玉米粒排出机体之外，
它的材料也同样是选用1mm 后的铁板制成。再玉米脱粒机的另一端，即玉米芯的排出端，设计了一个下滑的斜斗，其功用是完成玉米芯顺利的排出机体之外，使玉米芯随玉米脱粒机的主轴的不停旋转，随时的排出集团之外，也便于工作人员的清理，它也是应用1mm 厚的铁板制成的，与机体相连，采用焊接的连接方式，它与栅格式凹板的玉米芯输出端相连，而且，这个斜板与栅格式凹板的连接应该过长10～15mm ，从而保障了玉米芯的顺利滑出。从机架的整体来看，机架的选料、结构设计、受力的不属及玉米粒和玉米芯的随机排出，可以看出玉米脱粒机的机是满足要求的，而且结构设计合理，结构设计如图5.9和图5.10所示：
图5.9机架三维图
5.10机架结构图
5.5玉米脱粒机上的标准件的选择
5.5.1玉米脱粒机上的螺栓的选择
应用在玉米脱粒机上的螺栓是机械设计的标准件, 螺栓的选择可以根据《机械设计手册》查取. 在本脱粒机上选择的螺栓为:公称直径为M8, 长度为八厘米和五厘米, 玉米脱粒机应用的螺栓是起连接作用, 在机体的上盖和机架应用螺栓连接, 在电动机和机体之间也同样用螺栓连接, 而且, 应用公称直径为M8的螺栓, 就可以满足玉米脱粒机的动力需要.
5.5.2钩头楔键的选择
玉米脱粒机上的主轴和带轮是通过钩头楔键相连, 而且, 钩头楔键也同样可以在《机械设计手册》中查取, 它也是一个标准件, 其型号规格为:b=12、h=7、L=50.
在本次设计中我投入了大量的经历经过查阅大量资料，反复修改计算才完成了本次的设计，本次设计的玉米脱粒机的工作原理是电机经皮带，带轮，带动传动轴的转动，晒干的玉米通过入料口在栅格式凹版中被钉齿快速的打击脱粒，脱下的玉米粒从凹版缝隙中经过出粒斜板上滑出机体之外，玉米芯沿滚筒轴向移动，沿着设计好的下滑斜斗滑出机体之外，独特的方形口设计，大大减少了喂入玉米的外溅，此机器工作时可连续投料，与同类产品比，此产品结构紧凑，操作方便，不占场地，搬运方便，进行机械设计是非常艰苦的，我运用了自己四年所能学到的知识，掌握了设计的总的过程，对如何进行前期的准备工作有了进一步的认识，此次的毕业设计锻炼了我绘制三维图的能力，培养了正确的思想和正确的思维方法，严谨的科学态度和独立工作的能力，查阅和利用技术资料的能力，综合分析和解决问题的能力，由于水平有限，且实践不足，设计中一些问题和错误在所难免，恳请老师谅解，并给予批评指正。
经过三个月的毕业设计忙碌之后，设计最终完成，心理有一种说不出的轻松，设计过程中遇到许多的问题，在众多老师和同学的帮助下予以解决。首先要感谢王老师对我的指导和督促，在设计过程中王老师给我指出了正确的设计方向，使我加深了对知识的理解，同时也避免了在设计过程中走弯路，王老师的督促使我一直把毕业设计放在心理，保证按质按量的完成；还要感谢同组同学，是大家营造了良好的学习环境，在做设计的过程中互帮互助，使我的catia,cad 操作水平比以前有了很大提高，同时较全面的掌握了Word 的编辑功能，使我能够按时完成毕业设计。
大学生活即将画上句号，在这四年中我是充实的、快乐的，这要感谢学校领导给我们提供了一个好的学习环境和丰富的课余生活，同时也要感谢所有老师对我们的辛勤培育。