xx 大學(xué)全 日 制 普 通 本 科 生 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 土豆清洗機(jī)的設(shè)計(jì)THE DESIGN OF THE SWEET POTATO WASHING MACHINE學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 年級專業(yè)及班級： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng) ` 化指導(dǎo)老師及職稱： 教授學(xué) 部： 提交日期： 年 5 月xx 大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)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(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)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(gè)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(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。同時(shí)，本論文的著作權(quán)由本人與 xx 大學(xué)、指導(dǎo)教師共同擁有。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 年 月 日目 錄摘要…………………………………………………………………………………1關(guān)鍵詞……………………………………………………………………………………11 前言……………………………………………………………………………………22 清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理………………………………………………………32.1清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)………………………………………………………………32.2土豆清洗機(jī)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(dòng)…………………………………………………………44.2 方案二 帶傳動(dòng)……………………………………………………………54.3 方案三 鏈傳動(dòng)……………………………………………………………55 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………65.1 選用電動(dòng)機(jī)…………………………………………………………………65.2 機(jī)械傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………85.3 機(jī)械傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………95.3.1 鏈條的設(shè)計(jì)與計(jì)算……………………………………………………105.3.2 滾子鏈的靜強(qiáng)度計(jì)算……………………………………………………115.4 鏈輪基本參數(shù)和主要尺寸……………………………………………………115.5 摩擦輪的設(shè)計(jì)與計(jì)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(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算………………………………………165.6 軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算…………………………………………………………185.6.1 軸的材料…………………………………………………………185.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………185.6.3軸的強(qiáng)度的校核…………………………………………………………185.7軸承蓋的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………215.8 聯(lián)軸器計(jì)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(jì)算………………………………………235.9.1 軸承的選擇………………………………………………………235.9.2 軸承壽命計(jì)算…………………………………………………………235.9.3軸承的潤滑……………………………………………………245.10 滾筒材料的選擇………………………………………………………246 結(jié)論………………………………………………………………………………257 總結(jié)………………………………………………………………………………26參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………26致謝………………………………………………………………………………271土豆清洗機(jī)的設(shè)計(jì)摘 要：滾筒式清洗機(jī)是借圓形滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)，使原料在其中不斷地翻轉(zhuǎn)，同時(shí)用水管噴射高壓水來沖洗翻動(dòng)的原料，以達(dá)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(jī)用于清洗土豆。本滾筒式清洗機(jī)，是一種比較實(shí)用的食品初加工機(jī)械，它是由機(jī)架、電機(jī)、皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)、減速器、聯(lián)軸器、鏈輪傳動(dòng)系統(tǒng)、軸承、螺旋式滾筒、沖洗水管、進(jìn)出料機(jī)構(gòu)組成。電機(jī)、減速器固定在機(jī)架上，電機(jī)通過皮帶傳動(dòng)系統(tǒng)與減速機(jī)相連，減速機(jī)通過聯(lián)軸器與小鏈輪相連，大鏈輪帶動(dòng)滾筒上的摩擦輪而使得滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，滾筒內(nèi)部有螺旋導(dǎo)板，在旋轉(zhuǎn)的同時(shí)，通過螺旋導(dǎo)軌實(shí)行原料的推進(jìn)。本新型滾筒式清洗機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡單、能耗低、工作可靠、制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：清洗機(jī)； 加工機(jī)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(jī)械行業(yè)是直接為食品工業(yè)服務(wù)的行業(yè)。食品工業(yè)的發(fā)展帶動(dòng)了食品機(jī)械的發(fā)展，而食品機(jī)械行業(yè)的科技進(jìn)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(dòng)食品工業(yè)向前發(fā)展隨著食品工業(yè)的發(fā)展，食品機(jī)械在食品工業(yè)中的地位越來越重要。現(xiàn)代化的食品機(jī)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(jìn)了清洗設(shè)備、清洗劑等企業(yè)的快速進(jìn)步。民用、工業(yè)兩大清洗領(lǐng)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(yīng)我國農(nóng)產(chǎn)品快速發(fā)展需要，農(nóng)產(chǎn)品清洗設(shè)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(huì)帶有泥土和農(nóng)藥，所以清洗農(nóng)作物的大量勞動(dòng)是影響我國農(nóng)作物一個(gè)重要問題，如果采用大量人力的話必然導(dǎo)致勞動(dòng)力資源的浪費(fèi)，所以生產(chǎn)一種農(nóng)作物清洗機(jī)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(jī)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(shè)備表面的清洗等，以能夠去除微小的污垢粒子為特點(diǎn)；超精密清洗包括精密工業(yè)生產(chǎn)過程中對機(jī)械零件、電子元件，光學(xué)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(shù)領(lǐng)域得到快速發(fā)展，尤其是碳?xì)湔婵涨逑醇夹g(shù)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(shè)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(shè)備制造商和專業(yè)清洗劑生產(chǎn)供應(yīng)商提供了快速發(fā)展的良機(jī)。目前，各種清洗設(shè)備生產(chǎn)制造經(jīng)營企業(yè)已達(dá) 1000 多家 [1]。所以，農(nóng)作物清洗機(jī)械的優(yōu)化、改進(jìn)、創(chuàng)新是極其重要的。42 清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理2.1 清洗機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的土豆清洗機(jī)主要由滾筒、傳動(dòng)裝置、噴淋水管、電機(jī)、進(jìn)出料斗、出泥斗等組成,通常稱為滾筒式土豆清洗機(jī)或鼠籠式土豆清洗機(jī)。電機(jī)固定在機(jī)架上,主動(dòng)軸從傳動(dòng)系統(tǒng)中得到動(dòng)力后帶動(dòng)其上的摩擦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，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(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)。滾筒是帶有網(wǎng)面的內(nèi)壁有螺旋導(dǎo)軌的圓柱形圓柱筒，滾筒被四個(gè)支座支撐。2.2 土豆清洗機(jī)的工作原理圖 1 總裝圖Fig 1 Assembly Diagram土豆清洗機(jī)的工作原理是土豆經(jīng)進(jìn)料斗進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)的滾筒內(nèi)，噴頭進(jìn)行噴水，滾筒在水池中旋轉(zhuǎn)，滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)利用筒內(nèi)壁螺旋導(dǎo)軌實(shí)現(xiàn)土豆的推進(jìn)。土豆沿滾筒壁向前運(yùn)動(dòng)，在運(yùn)動(dòng)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(dá)到清洗的目的。在滾筒的下面設(shè)有淤泥清除口。3 總體方案的論證滾筒清洗機(jī)機(jī)的清洗機(jī)器為主要實(shí)行機(jī)構(gòu)，其性能的好壞直接影響清洗機(jī)5機(jī)的效率，還有傳動(dòng)系統(tǒng)和集塵裝置也是清洗機(jī)機(jī)的主要機(jī)構(gòu)。方案一 清洗機(jī)器傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)皮帶輪傳動(dòng)主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)鏈輪傳動(dòng)帶動(dòng)托輪，再以摩擦傳動(dòng)滾筒。方案二 清洗機(jī)器傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)齒輪傳動(dòng)主軸使摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)由皮帶輪傳動(dòng)帶動(dòng)托輪，再以齒輪傳動(dòng)滾筒方案三 清洗機(jī)器傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)鏈輪主軸使得摩擦輪高速旋轉(zhuǎn)。滾筒傳動(dòng)：由電動(dòng)機(jī)經(jīng)由齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)托輪，再以齒輪傳動(dòng)滾筒。方案一結(jié)構(gòu)緊湊，布局合理，傳動(dòng)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(gè)方案的比較，選用方案一。4 傳動(dòng)方案的論證4.1 方案一 齒輪傳動(dòng)圖 2 齒輪傳動(dòng)Fig 2 Gear Drive齒輪傳動(dòng)在本設(shè)計(jì)中優(yōu)勢體現(xiàn)在瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，工作平穩(wěn)，傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，適用于功率和速度范圍廣，傳動(dòng)效率高，使用壽命長。但需專門設(shè)備制造，成本較高。4.2 方案二 帶傳動(dòng) 帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)在本設(shè)計(jì)中優(yōu)勢體現(xiàn)在緩沖和吸振，傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小，靠摩擦力傳動(dòng)，過載時(shí)帶與帶輪接觸面間發(fā)生打滑，可防止損壞其他零件，結(jié)構(gòu)簡單，制造、安裝和維護(hù)等均較為方便，成本低廉。但是不能保證準(zhǔn)確的傳動(dòng)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(dòng)效率較低。4.3 方案三 鏈傳動(dòng)6鏈傳動(dòng)在本設(shè)計(jì)中優(yōu)勢體現(xiàn)在鏈傳動(dòng)沒有彈性滑動(dòng)和打滑，能保持準(zhǔn)確的平均傳動(dòng)比，不需要很大的張緊力，作用在軸上的載荷較??；承載能力大；效率高（η=0.95～0.98） 。同時(shí)；鏈傳動(dòng)能吸振與緩和沖擊，結(jié)構(gòu)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(dòng)，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(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不夠平穩(wěn)；傳動(dòng)中有沖擊和噪聲；不宜在載荷變化很大和急促反向的傳動(dòng)中使用；只能用于平行軸間的傳動(dòng)；安裝精度和制造費(fèi)用比帶傳動(dòng)高 [2]。圖 3 帶傳動(dòng)Fig 3 Belt Drive圖 4 鏈傳動(dòng)Fig 4 Chain Drive綜合分析上述三種方案，從傳動(dòng)效率、傳動(dòng)比范圍、傳動(dòng)速度、制造成本和安裝精度、傳動(dòng)裝置外廓尺寸等方面綜合考慮，本設(shè)計(jì)課題的傳動(dòng)方案采用方案三，即采用鏈傳動(dòng)。75 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1 選用電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)的容量（功率）選得是否合適，對電動(dòng)機(jī)的工作和經(jīng)濟(jì)性都有影響。當(dāng)容量小于工作要求時(shí)，電動(dòng)機(jī)不能保證工作裝置的正常工作，或電動(dòng)機(jī)因長期過載而過早損壞；容量過大則電動(dòng)機(jī)的價(jià)格高，能量不能充分利用，且因經(jīng)常不在滿載下運(yùn)動(dòng)，其效率和功率因數(shù)都較低，造成浪費(fèi)。 根據(jù)設(shè)計(jì)設(shè) r1 為滾筒外壁半徑 ；r2 為滾筒內(nèi)壁半徑；r3 為滾筒螺旋導(dǎo)軌外圈半徑；r4 為滾筒螺旋導(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)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(dǎo)軌質(zhì)量：滾筒總質(zhì)量：滾筒重力：(3)NgmG782.43.95860???總清洗機(jī)機(jī)的最大裝載量: k1.件工件所受重力：NgmG78.14.98???件件滿載時(shí)每個(gè)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(dòng)機(jī)至滾筒的總效率(7)8.09.08.3????軸 承摩 擦鏈 輪 ?電動(dòng)機(jī)所需功率(8)kwP.21.0/2/0滾所以選用電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，根據(jù)額定功率選用9Y132M-8 型。 5.2機(jī)械傳動(dòng)裝置的總體設(shè)計(jì)與計(jì)算圖 5 機(jī)械傳動(dòng)裝置Fig 5 Mechanical Transmission Device電動(dòng)機(jī)選定后，根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速n m 及工作軸的轉(zhuǎn)速n w 即可確定傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比 。傳動(dòng)裝置的計(jì)算：wmni?（1）電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 i/710r滾筒轉(zhuǎn)速 n6.2nw傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比 (9)8.326.1/70??wmi（2）分配各級傳動(dòng)比因 ，取 321i?2.1.i則 76/8/?（3） 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)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(dòng)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(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算結(jié)果整理并列于表 1表 1 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)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(dòng)比 2.2 2.2i效率 0.93 0.93?5.3 機(jī)械傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)計(jì)算5.3.1 鏈條的設(shè)計(jì)與計(jì)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(jì)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(jì)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(yīng)選用單排 12A 型滾子鏈，p=19.05mm01,Pn鏈條長度(15)mpL68.15.98???計(jì)算中心距，查表 [4]apckZa)2(21?245.0a83850.9????實(shí)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(qiáng)度計(jì)算在低速（ ）重載鏈傳動(dòng)中，鏈條的靜強(qiáng)度占主要地位。如果仍用0.6m/sv?額定功率曲線選擇計(jì)算，結(jié)果常不經(jīng)濟(jì)，因?yàn)轭~定功率曲線上各點(diǎn)相應(yīng)的條件性安全系數(shù) S 為 8~20，遠(yuǎn)比靜強(qiáng)度安全系數(shù)大。當(dāng)進(jìn)行耐疲勞和耐磨損工作能力計(jì)算時(shí)，若要求的使命壽命過短，傳動(dòng)功率過大，也需進(jìn)行行鏈條的靜強(qiáng)度驗(yàn)算 [5]。鏈條靜強(qiáng)度計(jì)算公式為[6] ][QKSminSFA??（18） 式中 為靜強(qiáng)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(jìn)][ maxFKA行計(jì)算，則可為 3~6[8]；若速度較低，從動(dòng)系統(tǒng)慣性較小，不太重要的傳動(dòng)或作用力的確定比較準(zhǔn)確時(shí), 可取小值；][S為單排鏈極限拉伸載荷。minQ因?yàn)榇藗鲃?dòng)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(shè)計(jì)與計(jì)算土豆清洗機(jī)的工作原理是土豆經(jīng)進(jìn)料斗進(jìn)最簡單的摩擦輪傳動(dòng)是由兩個(gè)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(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。摩擦輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，有過載打滑保護(hù)作用，可無級調(diào)速；但由于在傳動(dòng)中存在彈性滑動(dòng)與打滑，傳動(dòng)效率低，磨損快，不能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，同時(shí)，作用在軸與軸承上的力較大，只宜于中小功率的傳動(dòng)。5.5.1 摩擦輪方案選擇 方案一 圓柱平摩擦輪傳動(dòng)（圖 7）圓柱平摩擦輪傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用：a）結(jié)構(gòu)簡單，制造容易b）壓緊力大，宜用于小功率傳動(dòng)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(dòng)，摩擦輪常采用淬火鋼（如 GCr15，淬硬至 60HRC） ，并采用自動(dòng)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(shí)亦應(yīng)如此 [10]方案二 圓柱槽摩擦輪傳動(dòng)圓柱槽摩擦輪傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用（圖8）：a）壓緊力較圓柱平摩擦輪傳動(dòng)小，當(dāng) 時(shí)，約為其 30%??15?b）有幾何滑動(dòng)，易發(fā)熱與磨損，故應(yīng)限制溝槽高度為 )06.~4.(?hmd)15~(?15c）加工和安裝要求較高d）傳動(dòng)比隨載荷和壓緊力的變化有少量變動(dòng)圖 7 圓柱平摩擦輪傳動(dòng)Fig 7 Cylindrical Flat Friction Wheel Drive圖 8 圓柱槽摩擦輪傳動(dòng)Fig 8 Cylindrical Groove Friction Wheel Drive方案三 端面摩擦輪傳動(dòng)端面摩擦輪傳動(dòng)的特點(diǎn)與應(yīng)用（圖 9）：a）結(jié)構(gòu)簡單，容易制造；b）壓緊力大，有幾何滑動(dòng)，易發(fā)熱和磨損；c）將小輪制成鼓形，可減少幾何滑動(dòng)，降低安裝精度；d）軸向移動(dòng)小輪，可實(shí)現(xiàn)正反向無機(jī)變速，但應(yīng)避免在 附近運(yùn)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(dòng)Fig 9 Friction Wheel Drive綜合以上敘述和此次設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要求，選擇第一種方案5.5.2 摩擦輪的材料摩擦輪材料應(yīng)滿足彈性模量大、耐磨性好、接觸疲勞強(qiáng)度高、價(jià)格低且熱處理及加工性能好等要求。選用原則：a）要求結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)效率高時(shí)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(dòng)，一般選用鑄鐵對鑄鐵或鑄鐵對鋼。c）要求傳動(dòng)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(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)需要，選用鑄鐵為材料。5.5.3 摩擦輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算傳動(dòng)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(dòng)輪材料的彈性模量1E217查表得 MPaE5210.`??所以 MPad 55521 101. ????許用接觸應(yīng)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(gè)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(shí)際中心距 (23)md7021??主動(dòng)轉(zhuǎn)距 NnPT????6.52.193509218圖 10 摩擦傳動(dòng)示意圖Fig 10 Friction Drive Diagram5.6 軸的設(shè)計(jì)和計(jì)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(shè)計(jì)的要求，選45號鋼作材料5.6.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是確定軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸，為軸設(shè)計(jì)的重要步驟。由材料力學(xué)可知，軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為[14] （24）][2.015936TnPTdW??????式中 為軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)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(yīng)力，單位為 。][? Pa由此推得實(shí)心圓軸的最小直徑 (單位為 )為min0d19(25)336min0][2.1059nPCdT????式中 為計(jì)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(dāng)軸段上開有鍵槽時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增大直徑以考慮鍵槽對軸的強(qiáng)度的削弱：時(shí)，單鍵槽增大 3%，雙鍵槽增大 7%； 時(shí)，單鍵槽增大1? d10?5%~7%，雙鍵槽增大 10%~15%。最后應(yīng)對 進(jìn)行圓整。綜合以上取 md51?62軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如下圖：圖 11 主軸Fig 11 Spindle5.6.3 軸的強(qiáng)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(qiáng)度б b=590Mpa，б s=295MPa 。軸為水平放置。因本設(shè)計(jì)中軸為轉(zhuǎn)軸，軸主要受轉(zhuǎn)矩和彎矩，由于對滾筒有三個(gè)支撐輪限制其水平移動(dòng)，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(jì)算彎矩：根據(jù)《材料力學(xué)》上的彎矩的公式 [15]:lFM??（26）其中：20—所受的力，單位 N；F—對應(yīng)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(diǎn)的受力為：lFBCRA??同理可得 B 點(diǎn)的受力為：lACRB?由先前計(jì)算可知：C 點(diǎn)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(jì)算轉(zhuǎn)矩：根據(jù)《材料力學(xué)》轉(zhuǎn)矩公式 [11]：(27)nPe??954其中：—該點(diǎn)處的轉(zhuǎn)矩，單位 N·m；M—某點(diǎn)處的的功率，單位 kw；P—對應(yīng)某點(diǎn)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(dāng)量彎矩圖：根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》中的當(dāng)量彎矩公式 [16]：(28)??22' T???式中：—應(yīng)力校正系數(shù)，對于不變的轉(zhuǎn)矩，取 ；對于脈???b1????動(dòng)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(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)》表 16.3 得， 。28.075??則當(dāng)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(dāng)量彎矩圖見圖 12(d)所示。校核軸徑 ，所以設(shè)計(jì)的軸符合??mdbCC 506.42751.0.'331 ??????要求。由圖可知危險(xiǎn)截面是 C 處。根據(jù)《材料力學(xué)》上的公式 [11]：??????tWT/max(29)驗(yàn)算軸的強(qiáng)度是否符合要求。對于工作機(jī)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(shè)計(jì)與計(jì)算螺釘連接式軸承蓋調(diào)整軸承間隙方便，密封性好，應(yīng)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(jié)構(gòu)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(jì)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(cè)半聯(lián)軸器端面的相應(yīng)徑向槽內(nèi)滑動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接，并補(bǔ)償兩軸的相應(yīng)位移。金屬滑塊聯(lián)軸器適應(yīng)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(jì)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(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)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(yīng)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(jì)算5.9.1 軸承類型選擇軸承的選擇要考慮一下幾個(gè)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(dāng)滾動(dòng)軸承同時(shí)承受徑向和軸向載荷時(shí)，可選用角接觸球軸承、圓錐滾子軸承；當(dāng)軸向載荷較小時(shí)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(qiáng)。本設(shè)計(jì)中，載荷的方向同時(shí)來自軸向和徑向兩個(gè)方向，而且軸向載荷與徑向載荷相比徑向載荷要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軸向載荷。 （2）轉(zhuǎn)速一般軸承的工作轉(zhuǎn)速應(yīng)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(yùn)轉(zhuǎn)場合。推力軸承的極限轉(zhuǎn)速較低。本設(shè)計(jì)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。可用任一種軸承。（3）支撐限位要求固定支承限制兩個(gè)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(dòng)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(shè)計(jì)需要限制單向軸向位移，防止軸向竄動(dòng)。（4）調(diào)心性能當(dāng)兩個(gè)軸承座孔同軸度不能保證或軸的撓度較大時(shí)，應(yīng)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(yù)緊方法可以提高支承的剛度。本設(shè)計(jì)軸的徑向負(fù)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(yù)緊方法可以提高支承的剛度。根據(jù)計(jì)算出的軸的尺寸，可從《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)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(jì)算對于選用的軸承需要進(jìn)行可靠度和疲勞壽命的校核。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知，先計(jì)算當(dāng)量動(dòng)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(jì)，所以只受徑向力，由前面設(shè)計(jì)可知徑向力為 1271.3N[19]。當(dāng)量動(dòng)載荷的公式：arYFXP??（30）式中： —當(dāng)量動(dòng)載荷，NP—徑向載荷，N；rF—軸向載荷，N；aX、Y—徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)。所以根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表 18.7 可得本設(shè)計(jì)的當(dāng)量動(dòng)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(jì)算根據(jù)公式 [21]：rPCL610?????????（31）式中：—當(dāng)量動(dòng)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(shí)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(yīng)取 。 為軸承的預(yù)期使用壽命。根據(jù)本設(shè)計(jì)滾筒篩為 24 小時(shí)hL'10?'連續(xù)使用的，不是滿載荷使用，中斷會(huì)引起比較嚴(yán)重的后果的機(jī)械，在《機(jī)械設(shè)計(jì)》表 18.9[22]中查得預(yù)期壽命的推薦值為 。故本設(shè)計(jì)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(gè)參數(shù)是階梯軸的最小直徑是 65mm，而設(shè)計(jì)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(gè)軸肩擋圈。查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)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(shè)備使用于土豆與水混合時(shí)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(shí)間工作也會(huì)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(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)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(jī)的轉(zhuǎn)速低，所以溫度在 100°C 以下，所以根據(jù)《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)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。