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1、 全日制普通本科生毕业设计小型水稻脱粒机设计SMALL RICE THRESHER DESIGN由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706 学生姓名：学 号：年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动 指导老师及职称： 学 部：理工学部提交日期：2012年5月 湖南农业大学东方科技学院全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中
2、均作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 毕业设计作者签名： 年 月 日目 录摘要1关键词11 前言1 1.1 课题研究的和意义2 1.2 小型水稻脱粒机的现状2 1.3 本设计的创新思路32 总体方案确定3 2.1 脱粒机的工作原理3 2.2 设计目的4 2.3 设计任务4 2.4 系统功能描述和功能分解4 2.4.1 喂入部分4 2.4.2 脱粒部分4 2.4.3 筛选部分5 2.5 总体方案的设计和求解53 脱粒装置设计6 3.1 脱粒原理6 3.2 脱粒装置类型选择7 3.3 脱粒滚筒转速计算8 3.4 滚筒直径计算8 3.5 脱粒滚筒长度确定9 3.6
3、 滚筒脱粒齿确定9 3.6.1 弓齿形状选择9 3.6.2 弓齿排列9 3.6.3 相关参数计算94 清选装置设计10 4.1 清选原理10 4.2 清选装置类型选择10 4.3 风机参数计算11 4.3.1 风机计算11 4.3.2 风机参数选择11 4.4 凹版设计11 4.4.1 凹版类型确定11 4.4.2 凹版直径确定12 4.4.3 凹版与滚筒之间间隙确定125 动力选择12 5.1 整机消耗的功率计算12 5.1.1 脱粒装置的消耗的功率计算12 5.1.2 清选装置的消耗的功率13 5.2 电动机选择136 传动装置的设计14 6.1 传动路线14 6.2 确定传动装置的传动比
4、14 6.3 确定传动装置的动力参数14 6.4 皮带轮的设计与计算15 6.4.1 带型确定15 6.4.2 带轮直径与带速确定15 6.4.3 带的基准长度和轴间距确定16 6.5 验算小带轮的包角16 6.6 确定V带的根数16 6.7 单根V带预警力计算17 6.8 计算压轴力177 圆柱齿轮的设计与计算17 7.1 材料的选择及许用应力确定17 7.2 按轮齿接触强度计算17 7.3 按齿根弯曲强度计算188 轴设计与计算20 8.1 轴的材料选择20 8.2 轴的最小直径确定20 8.3 轴结构设计209 键连接选择21 10 滚动轴承选用2111 主要部件校核21 11.1 圆柱
5、齿轮校核21 11.2 轴校核21 11.2.1 轴上载荷计算21 11.2.2 按弯扭合成应力校核轴的强度22 11.2.3 精确校核轴的疲劳强度23 11.3 键强度校核24 11.4 滚动轴承校核24 11.4.1 当量动载荷计算24 11.4.2 计算所需的径向基本额定动载荷24 11.4.3验算轴承的寿命25结束语25参考文献25致谢26附录27小型水稻脱粒机设计摘 要： 为了满足湖南农村水稻脱粒生产的需要，设计一种针对湖南市场的水稻脱粒机已迫在眉睫，该水稻脱粒机可一次性完成脱粒、筛选、分离和装袋作业。该机体积小、重量轻，操作灵活，通过性与适应性好，较好地解决了丘陵、山区和水田水稻收
6、获的难题。该机采用半喂入、弓齿式滚筒脱粒机脱粒，确保脱粒干净、破碎率低，分离性能好。 关键词：水稻脱粒机；脱粒；分离；清选Small rice thresher designAbstract:In order to meet the needs of the production of Hunan rural rice threshing , the design of one kind of rice thresher for Hunan market is imminent, this kind of rice thresher can complete threshing, separa
7、tion, screening and packaging operation. This machine has small volume, light weight, flexible operation, Passing ability and good adaptability to better solve the hills, mountains, and the problem of rice paddy harvest. The machine uses half- feeding, bow roller gear threshers threshing, ensure thr
8、eshing clean, broken rate is low, good separation performance. Key Words: Rice thresher; thresh ;separate；clean1 前言 水稻在三大粮食作物面积和产量仅次于小麦，多于玉米。亚洲的水稻种植面积占世界的90%以上，中国的水稻的总产量和面积位于世界第一位和第二位。目前中国的水稻种植面积达4.3亿亩，水稻作为我国第一大粮食作物，约占粮食总产量的。水稻生产不仅担负着确保我国粮食安全的重任，还肩负实现种粮增效、稻农增收和全面推进新农村建设的重大使命。但是和西方的发达国家相比较，我国的水稻收获的机械
9、化程度严重偏低，收获过程中粮食的损失大，制约着我国农村产业结构调整和农民收入水平的增长。1.1 课题研究的意义 水稻是我国第一大粮食作物，不到的水稻种植面积，生产了约占世界总产量左右的粮食。近些年水稻种植面积处于稳步上升的转状态。在目前水稻收获机械多种形式并存的条件下，为了满足广大用户茎杆需求量的不断提高，在消化吸收国内外同类型机型的基础上，设计一种水稻半喂入式的脱粒机械，该机械采用夹持喂入、弓齿滚筒脱粒、风扇清选等机构，使其具有机构简单、体积小、重量轻、脱粒质量好等特点。 近几年，随着联合收割机作业范围的不断扩大，联合收割机发展十分迅速，使脱粒机市场受到一定的冲击。在这种形式下，联合收割机、
10、脱粒机和割晒机将如何发展，怎么发展，脱粒机还有没有发展前途，这是脱粒机相关方面应当高度关注的问题。据统计，目前我国的种植面积为4.3亿亩，此外还有1200万hm2 的山区和丘陵小块地的小麦收获全靠人工收割后，再由脱粒机械进行脱粒。所以，脱粒机械对农作物的收获还占有很大的工作量。我国的水稻、玉米、小麦等农作物机械收割的状况。据不完全统计，我国水稻机械化收获的作业面积仅仅只占总种植面积的7.3%，绝大多数的水稻脱粒仍然靠脱粒机进行脱粒；玉米机械收获面积仅占全国玉米种植面积的0.2%，而且，目前我国生产的玉米联合收获机大部分只具有摘穗、剥皮和秸秆粉碎等功能，籽粒的脱粒还要靠脱粒机来完成。就全国范围来
11、说，对于农作物的收获脱粒80%以上要靠脱粒机和人工来完成。终上所述，尽管近年来联合收割机的迅猛发展，但是由于我国幅员辽阔、气候地理条件加上种植方式的差异，以及不同地区的经济发展的不平衡、联合收割机械的广泛应用还有相当长的路要走。因此，在今后的相当长的的时间内，脱粒机在我国农作物的收获中，尤其是边远的山区、丘陵地带，脱粒机仍然是主要的不可或缺的农业收获机械。本设计通过对水稻脱粒机械的分析和对存在的问题进行改进，设计一种半喂入式脱粒机，为进一步改进和提高水稻脱粒机械奠定基础。1.2 小型水稻脱粒机的现状1800年，固立式打谷机，“地猪牌”在美国得到广泛应用，木架式的推家上固立滚筒进行打谷，手工进行
12、分离清选。以后产生了具有抖动特点的分离装置。1850年后，自动喂入、解捆、谷粒处理等出现，并逐渐发展完善。在本世纪以前，是把收割和脱粒看作完全独立考虑的 到了本世纪提出了降低成本和缩短作业时间都要求，希望制成切割器和脱粒装置作合在一起的收割机。这种想法是在140多年以前在美国作业记的，110年前制成了机器，70年前，开始用带了发动机的联合收割机，近代的自走式联合收割机大约是在40多年前制成的。日本久保田水稻联合收割机、三久、金子谷物烘干机、中型拖拉机、埋草旋耕机等一大批国内外先进适用的机具得到了较好的推广应用，加快了我国水稻联合收割机技术的改造和完善，成为水稻收获机械的主导机型，大大提升了我国
13、水稻收获机械的整体技术水平。目前，全世界的可用耕地大约有32亿公顷，已开发的有13.7亿公顷，未达到可用耕地的一半。就总的耕地资源来说，在南美和澳洲以及亚洲的北部还有大量的耕地未开发。但是由于气候等原因，真正可供开发的耕地并不多。大规模经营的资本主义大农牧场、大种植园主要生产供出口的经济作物和其他农牧产品，专业化、机械化程度较高；同时并存数量庞大的个体农户，除部分以生产粮食作物为主的自给性农业外，也为国内市场提供大量的农牧产品。因此，小型水稻脱粒机不能满足生产作业的需要，所以大中型水稻脱粒机已经得到了广泛的应用。但是适合人均耕地面积少、缺乏先进适用机具广大的农民的小型脱粒机。近几年我国小型水稻
14、脱粒机的设计也有了一定的基础，并且不断地在它的研发上取得了快速的进展，我国通过对外国先进的脱粒技术的吸收和对主要零部件的改进，使得小型水稻脱粒机的结构和性能有了很大的提高，现在已经可以生产出操作方便、经济实用的小型水稻脱粒机，为我国水稻脱粒机的发展和推广起到了极大的作用。1.3 本设计的创新思路本次设计的主要目的是针对现存的小型水稻脱粒结构进行了优化、对其存在的一些缺点进行改进；首先在原理上，主要以梳刷脱粒为主，打击原理为辅两者相互结合的脱离方式对水稻进行脱粒，这主要体现在脱离滚筒的齿的设计上。其次，清选方面是采用风机和筛子结合进行清选，在一定方面上提高了稻粒和杂质的分离，提高了稻粒的纯净度。
15、2 总体方案确定2.1 脱粒机工作原理4 被割谷物经脱粒机械的喂入口进入由脱粒滚筒和凹版组成的脱粒装置进行打击和搓擦后，短脱出物通过栅格状凹版进入由清选筛和风机组成的清粮装置进行清选；长脱出物则进入分离装置进行茎秆与籽粒的分离，长茎秆被排出机外，而籽粒等短脱出物则通过分离装置上的筛孔进入下方的清粮装置进行清选；在风机和清选筛的联合作用下，颖壳等细小轻杂物被吹出机外，干净的籽粒经由籽粒收集装置进入集粮装置。2.2 设计目的进一步加深学生对大学所学理论知识的理解，培养学生运用理论知识独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生对设计有一完整和系统的概念；同时通过毕业设计，培养学生计算，使用技术资料及绘
16、制图形的工程设计能力，为今后的工作打下坚实的基础。2.3 设计任务 1、 传动装置的设计 2、 脱粒装置的设计 3 、清选装置的设计 4 、动力的匹配要求：1、输送流畅 2、生产效率:1吨/时 3、要求机构设计方案合理、结构紧凑，体积小，质量轻，噪音小、无污染，使用方便。 4、完成3张A0图纸（折合），并要求CAD1绘制。 5、撰写设计说明书，文字在1.01.5万字间，条理清楚，计算有据，翻译一定数量的英文（摘要）。 6、设计说明书的内容包括：课题的目的、意义、国内外动态；研究的主要内容；总体方案的拟定和主要参数的设计计算；传动方案的确定及设计计算，主要工作部件的设计；主要零件分析计算和校核；
17、参考文献，鸣谢。2.4 系统的功能描述和功能分解2.4.1 喂入部分喂入部位与钉齿滚筒的钉齿部位存在一定的间隙，将已割下来的水稻经过人工从喂入口进入，水稻的穗部分进入脱粒部位，即钉齿滚筒和栅格式凹板之间，进行脱粒。2.4.2 脱粒部分 脱粒部分主要是由钉齿滚筒、栅格式凹板。水稻穗在钉齿滚筒和栅格式凹板之间进行脱粒，将已脱下的谷粒从栅格式凹板的缝隙漏下，落到下滑板，经过振动筛和风机的清选，由仓口排出机体之外2。2.4.3 筛选部分筛选部分主要是由栅格式凹板、风机、振动筛完成，当水稻穗进入脱粒部分后，经过弓齿滚筒的脱粒，水稻脱粒之后，再将谷粒经过栅格式凹板，从凹板的缝隙漏出，当然，无论是工作时还是
18、安装时，栅格式凹板是固定不动的。谷粒顺着斜滑板，在振动筛和风机的综合作用下，将谷粒和杂质分开3。本设计要求实现水稻的脱粒以及水稻茎秆的分离，其主要功能是脱粒，机构的脱粒需要动力，这就涉及到动力的选择与安装，为机构的动力功能；脱粒机的工作还需要控制，这是脱粒机的控制功能。根据上述分析，绘制的机构功能构成图4如图1所示。图1 水稻脱粒机的机构功能构成图 Fig.1 Rice thresher body function structure figure为了实现脱粒机的脱粒功能，脱粒机需要动力，从发动机输出的动力经过皮带轮的传递给脱粒滚筒；根据不同的条件，脱粒滚筒需要不同的转速，这要求脱粒机需要调节
19、控制功能，经过分析，得到如图2所示的水稻脱粒机的功能树。2.5 总体方案设计和求解 对上述功能树的分析可知，脱粒机包括动力部分、脱粒部分、传动部分，根据功能可以寻求其功能载体，根据功能载体可以形成形态学矩阵，如表1所示5。 根据形态学矩阵可知，本设计共有4243=96种方案可以供选择。根据设计说明书的要求，水稻脱粒机要输送流畅，动力足够且稳定性好，以及结合农村的具体情况考虑，经过综合分析，选用A3B2C1D2。动力经发动机输出，通过V带将动力三部分输出，一部分给脱粒滚筒，一部分给分离装置 ，一部分给清选装置。整机的结构初步确定如图3所示。图2 水稻脱粒机的功能树 Fig.2 Rice thre
20、sher function tree表1 水稻脱粒机的形态学矩阵Table 1 Rice thresher morphological matrix 分功能 功能解 1 2 3 4A 驱动 水冷柴油机 汽油机 电动机 风冷柴油机B 脱粒 全喂入 半喂入C 传动 带传动 链传动 圆柱齿轮传动 同步带传动D 清选 气流式 风扇筛子式 气流清选筒1.风机 2.凹版筛 3.滚筒 4.弓齿 5.振动筛 6.出粮口图3 脱粒机的结构图Fig. 3 The diagram structure of Thresher3 脱粒装置设计3.1 脱粒原理 此处已删除Fig. 7 shaft structure9 键
21、连接选择 键连接可分为平键连接、半圆键连接、楔键连接和切向键连接。 平键按用途分有三种：普通平键、导向平键和滑键。平键的两侧面为工作面，平键连接是靠键和键槽侧面挤压传递转矩，键的上表面和轮毂槽底之间留有间隙。平键连接具有结构简单、装拆方便、对中性好等优点，因而应用广泛。本设计采用的是平键连接 。 查表机械设计手册21表4-1分别选择轴1、2段平键bhL=6mm6mm20mm、bhL=10mm8mm22mm。材料为45钢，其许用挤压应力，取其平均值，。10 滚动轴承选用 已知装轴承处轴径，转速，查机械设计手册22，选用圆锥滚子轴（GB/T 276-1994摘录）,选型号为30208，其基本参数为
22、，。基本额定动载荷。11 主要部件校核11.1 圆柱齿轮校核 齿面接触接触疲劳强度校核，公式如下： (18) 上述式中：齿数比； 弹性影响系数；区域系数;为轮齿的转矩； 齿轮宽度;分度圆直径；为载荷系数。 代入数据得： 符合要求，齿轮安全。11.2 轴的校核11.2.1 轴上载荷的计算 求轴承上的支反力 垂直面内： 水平面内： 画受力简图与弯矩图，如图8所示： 据第四强度理论且忽略键槽影响 表4 受力分析Table 4 Stress analysis载荷 水平面H 垂直面V 支反力F 弯矩M 总弯矩 扭矩T 轴安全。图8 受力简图和弯矩图Fig. 8 Force diagram and ben
23、ding moment diagram11.2.2 按弯扭合成应力校核轴强度进行校核时，只校核轴承上承受弯矩和扭矩最大的截面强度，取=0.6,轴的计算应力为： 前已选定轴材料为45号钢,调质处理,由机械设计23表15-1查得=60Mpa 因此S=1.5 故安全11.3 键强度校核 在本设计中脱粒轴传递的扭矩最大，根据要求，需对脱粒轴的键连接进行强度校核，因载荷均匀分布，根据平键连接的挤压强度公式： (19) 式中：T为转矩（Nmm）； 为轴径（mm）； 为键的高度（mm）； 为键的工作长度（mm）； 为许用挤压应力（MPa）； 代入数据得 可以实现设计要求。11.4 滚动轴承校核 根据上述数据
24、，可计算：圆周力径向力轴向力 11.4.1 当量动载荷计算 该圆锥滚子轴承受和的作用，必须求出当量动载荷P。由下式可求： （20)其中，分别为径向系数和轴向系数。因为 0.37 所以 11.4.2 计算所需的径向基本额定动载荷 对于圆锥滚子轴承30208，其径向基本额定载荷 (21)式中载荷系数，查表238-15取=1； 当量动载荷，1239.44N； 温度系数，查表236-4得=1； 基本额定寿命24，本机预设寿命=8000h； 轴承转速，650； 寿命指数25，对滚子轴承=10/3。8000h 由寿命校核结果可以看出两轴承的寿命均大于设计寿命，故所选轴承合格。结束语本设计能够有效的对稻谷进
25、行脱粒、分离作业，具有结构紧凑，体积小，质量轻，噪音小、无污染、操作灵活轻便等特点。在设计过程中，受条件的限制，部分设计还是理论上的，要进行实际的运用，还有待于样机的制作，对其进行不断的改进，使之趋于完善。参考文献1 全腊珍，张淑娟.画法几何与机械制图M.北京：中国农业大学出版社，2007.10-12.2 邓文英主编.金属工艺学M.北京：高等教育出版社.2002.56-70.3 徐学林.互换性与测量技术基础M.长沙：湖南大学出版社,2010.54-56.4 张伟.农业机械学M.哈尔滨：东北林业大学出版社,2008.166-168.5 孙桓，陈作模，葛文杰.机械原理M.北京：高等教育出版社，20
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29、perimental Results from Internal Odometry Error Correction with the OmniMate Mobile RobotJIEEE Translations on Robotics and Automation199814(6)：963969.25 F.MariaAJimenezMultisensor fusion：An Antonornous Mobile RobotJJournal of Intelligent and Robotic Systems199822(3)：129141. 致 谢经过一个学期的学习和设计，本次毕业设计终于
30、顺利完成，本次毕业设计，是在指导老师全腊珍教授的悉心指导下完成的，使我在设计的过程中少走了弯路。在此，我衷心感谢全腊珍教授在百忙之中抽出时间给予我耐心的指导，并提出了有建设性的意见。并且深受全教授严肃的治学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风的感染和激励。通过这次设计，巩固了大学学到的各类专业知识，并学到了新的知识。同时，也衷心感谢东方科技学院的老师和工学院的专业老师四年来的谆谆教诲，在这四年中学到扎实专业基础的同时，也提高了思考问题的能力和转变了对问题的思维方式。当然，在本次设计中，由于本人知识水平有限和有未考虑详细的设计问题，设计中难免会存在不足与错误，敬请各位老师与同学批评指正，我将汲取经验努力改正，再次对各位老师和同学们表示衷心的感谢！附录附录1：装配图附录2：滚筒装配图附录3：小带轮零件图附录4：弓齿的螺旋排列图附录5：轴零件图附录6：脱粒齿零件图附录7：齿轮零件图 附录8：凹版筛零件图附录9：大带轮零件图附录10：端盖零件图14