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土豆
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毕业论文（设计）开题论证审批表学生姓名 年级专业及班级 机械设计制造及其自动化(6)班指导教师及职称 开题时间年 月 日毕业论文（设计）题目土豆清洗机的设计文献综述选题研究意义为适应我国农产品快速发展需要，农产品清洗设备在我国逐步发展起来。许多农作物由于生长过程中必然会带有泥土和农药，所以清洗农作物的大量劳动是影响我国农作物一个重要问题，如果采用大量人力的话必然导致劳动力资源的浪费，所以生产一种农作物清洗机械对提高生产力具有重要影响。土豆是非谷类作物中重要的粮食作物之一。土豆淀粉是土豆加工的主要产品之一。土豆淀粉中的土豆含有多种人体需要的营养物质。每500克土豆约可产热能635千卡，含蛋白质(蛋白质食品)11.5克、糖14.5克、脂肪1克、磷100毫克、钙90毫克、铁(铁食品)2克，胡萝卜素0.5毫克，另含有维生B1、B2、C与尼克酸、亚油(油食品)酸等。其中维生素B1、B2的含量分别比大米高6倍和3倍。特别是土豆含有丰富的赖氨酸，而大米、面粉恰恰缺乏赖氨酸。但是很多人却还没有意识到。它被广泛应用于食品、医药、纺织、造纸、饲料、铸造等众多工业领域。土豆淀粉加工业在我国具有广阔的前景。土豆淀粉的生产工艺流程如下：输送清洗碎解水洗-筛分除沙沉淀（或浓缩）脱水烘干风冷包装。目前我国已经和正在引进的土豆淀粉加工成套设备有多条。我国的土豆资源极其丰富,世界各国栽培的很大一部分都起源于我国,因此我国是土豆生产的巨大基地,也是土豆贮藏保鲜技术开展的较早的国家之一。红铃薯是人民生活中不可缺少的副食品,也是重要的保健食品。土豆含有丰富的淀粉、膳食纤维、胡萝卜素、维生素A、B、C、E以及钾、铁、铜、硒、钙等10余种微量元素和亚油酸等，营养价值很高，被营养学家们称为营养最均衡的保健食品。这些物质能保持血管弹性，对防治老年习惯性便秘十分有效。人民对粮食食品所需量大大减少,而对水果蔬菜等副食品的所需量反而大大增加。于是近几年土豆种植业迅速发展,竞争也就相对加大了.现在我国已经加入了世界贸易组织,这对我国的土豆产业又是一大挑战，但激烈的竞争也给土豆产业注入了新的活力,现在市面上的果蔬产品,不论是品种的数量还是质量都有了很大提高。土豆具地下块根，块根纺锤形，外皮土黄色或紫红色，收获时沾有泥土，其形状不规则，一般呈卵形或扁圆形，土豆表皮很厚，另外土豆对温度很敏感，温度过高过低都会影响日后淀粉的质量。基于以上原因，对土豆清洗的要求是很高的，清洗效果直接影响土豆淀粉的质量，如淀粉的白度和杂质的含量。清洗阶段是土豆预处理阶段的一部分，一般步骤如下：从地里新收获的土豆先通过干筛筛分，除去杂质及少量尺寸达不到要求的土豆，存放于日常存放地。土豆通过一定斜度的清洗沟槽流送，在清洗沟槽中土豆被水浸泡附着在表面的相当一部分大块泥土脱落，之后土豆被送人清洗机内，经过2次或3次清洗后，被送人下一道工序或通过倾斜式输送带输送到贮存料斗中备用。国外引进成套设备中清洗工艺采用2台或3台板式清洗机串联。板式清洗机主要的优点是，能满足设计要求，清洗效果较好，清洗后，可以进行连续生产；板式清洗机主要的缺点是，整台设备尺寸较大，结构较复杂，功率较大，耗水量较大，土豆的破损率较大。对清洗机设计的重点就是在保证具有上述板式清洗机主要优点的前提下，能够使设备尺寸缩小，结构简单，耗水量少，使土豆的破损率降低等。清洗是一种与人们生活实践关系十分密切的劳动，人类从远古时期就开始从事这种劳动。由于传统清洗操作简单，或只是作为一道工序依附于生产过程中，没有引起广泛关注。进入21世纪，人们生活已经从温饱阶段进入到舒适时代，对于清洗产品越来越多的需求，加速了新产品研发步伐；同时，制造业的高速发展，也促进了清洗设备、清洗剂等企业的快速进步。民用、工业两大清洗领域巨大的市场需求，造就了中国清洗行业崭新的未来。清洗可以从不同的角度进行分类，根据清洗范围的不同，目前通常将清洗分为民用清洗和工业清洗两类。在日常生活中，与个人和家庭生活密切相关的洗涤，包括衣物清洗，人体皮肤，头发清洗，家庭用品，房屋的清洗等，通常称为民用清洗。在工业生产劳动过程中涉及到的清洗都属于工业清洗的范畴。食品工业。纺织工业。造纸工业。印刷工业石油加工业。交通运输业，电力工业、金属加工业、机械工业汽车制造，仪器仪表，电子工业、邮电通讯、家用电器、医疗仪器。光学产品、军事装备，航空航天，原子能工业等都大量应用到清洗技术。清洗机的发展与清洗机电源的发展息息相关，而开关型电源发展又与电力电子开关器件的发展紧密相连。发展可以分为三个大的阶段；第一个阶段是采用电子管放大器；第二个阶段是采用晶体管模拟放大器；第三个阶段是采用晶体管数字(开关)放大器。今后，清洗技术的发展将更加迅速普及，大批的大专院校、科研院所、专业公司的科技人员将加入清洗技术研究开发队伍，一些现在存在的行业技术问题得到解决，行业总体技术水平大幅度提高。新技术、新产品大量涌现，各种新颖的清洗设备进入市场和人们的日常生活。人们将不再只是依靠经验来清洗各种实用化的计算机软件将问世；行业分工更加专业、细致，行业标准和技术规范得到推广普及，行业管理规范有序，清洗行业的前景无限美好。国内外研究现状 按照清洗精度的要求不同，主要分为一般工业清洗，精密工业清洗和超精密工业清洗三大类。一般工业清洗包括车辆，轮船、飞机表面的清洗，一般只能去掉比较粗大的污垢；精密工业清洗包括各种产品加工生产过程中的清洗，各种材料及设备表面的清洗等，以能够去除微小的污垢粒子为特点；超精密清洗包括精密工业生产过程中对机械零件、电子元件，光学部件等的超精密清洗，以清除极微小污垢颗粒为目的。近年来，干式清洗发展迅速如激光清洗、紫外线清洗、等离子清洗、干冰清洗、真空清洗等。在高,精，尖工业技术领域得到快速发展尤其是碳氢真空清洗技术的引入已在形成现在精密五金零件的主要清洗趋势，是目前替代ODS最好工艺路线。中国清洗行业的现状我国到处都在建设新的工厂和生产线正在逐步成为“世界加工厂”，巨大的市场需求，为工业清洗设备制造商和专业清洗剂生产供应商提供了快速发展的良机。目前，各种清洗设备生产制造经营企业已达1000多家，其中，超声波清洗机生产企业已从20世纪90年代初的几家发展到现在的200多家，从而形成了一个巨大的产业清洗行业概念的首次出现，是在1992年由原国家环保局现国家环保总局组织北京大学等单位编制，并得到国务院批准的中，按照国务院的分工，清洗行业由原电子工业部(现信息产业部)负责。从1992年开始，一些从事清洗设备，清洗剂，清洗技术生产应用和研究的企事业单位和个人，开始发起筹备成立一个全国性的清洗行业组织。1994年5月1 7日，中国洗净工程技术合作协会正式得到国家批准，并在民政部登记注册。参考文献1 卜炎.机械传动装置手册（上册）. 北京：机械工业出版社，19992 刘朝儒.机械制图. 第五版 北京：高等教育出版社，20063 董均果.实用材料手册. 冶金工业出版社 机械工业出版社，20024 吴宗泽.机械设计实用手册. 化学工业出版社，20035 纪名刚.机械设计. 第七版 北京：高等教育出版社， 20016 孙恒.机械原理. 第七版 北京：高等教育出版社 20057 无锡轻工业学院编. 食品工厂机械与设备【M】. 北京：轻工业出版社,19868 肖振金.翁明辉.食品工厂机械与设备M. 中国化工出版社，1997，9：47-509 颜庭筠.赵翮翔.谈谈发展专用清洗机的一些看法 J .组合机床与自动化加工技术.199010 邱宣怀.机械设计M.高等教育出版社，2005，12：314-37611 刘鸿文.材料力学M.高等教育出版社，2005，4：49-12012 陈旭俊主编.工业清洗机及清洗技术【M】.北京：化学工业出版社13 刘鸿文.材料力学（第三版 上册）.北京：高等教育出版社，199214 卜炎.实用轴承技术手册M，机械工业出版社，2004，1：2115 金续曾.电机电气控制线路图册M，水利电力出版社，200716 赵影.电机与电力拖动M，国防工业出版社，2006.7研究方案清洗的目的：对作为生产淀粉的原料鲜土豆或土豆干片进行清洗 ，是保证淀粉质量的基础。清洗的越净 ，淀粉的质量就越好。清洗的内容：主要是清除土豆外表皮层沾带的泥沙。土豆清洗机的工作原理是土豆在清洗沟槽中被水浸泡后，附着在表面的相当一部分大块泥土脱落，经传送带送入滚筒式土豆清洗机进料口,土豆经进料斗进入到旋转的滚筒内，滚筒在水池中旋转，利用土豆自身的重力的分力作为推进力，实现土豆的自动推进。土豆沿滚筒壁向前运动，在运动过程中土豆不断被水刷洗，土豆之间的摩擦、翻转间的刷洗，土豆与滚筒壁之间的磨擦，在共同作用下完成土豆表面的清洗过程。设计的土豆清洗机主要由滚筒、传动装置、喷淋、水箱池、电机、进出料斗、出泥斗等组成,通常称为滚筒式土豆清洗机或鼠笼式土豆清洗机。电机固定在机架上，电动机与减速器直接联式，减速器采用的是摆线针轮减速器。滚筒被两个支座支撑，滚筒的主轴通过金属滑块联轴器和减速器的输出轴相联。滚筒的主轴与焊接在滚筒内口上的连接件相互固定在一起。电机带动减速机,清洗滚筒由很多根直径8mm的圆钢绕滚筒直径方向焊接而成，滚筒式土豆清洗机的动力来自电动机，通过滚筒在水池中旋转，以达到清洗的目的。在水池的底部设有淤泥清除口，此出泥口也具有聚集淤泥的作用，为清除淤泥带来很大方便。研究方法：通过市场调查，了解市场上土豆清洗的需求、优点、不足，有传统工艺和现代化机械生产两种方式，进行综合分析选择。以小组讨论方式，相互提出问题，来检查方案的可行性。通过在图书馆和网上查阅相关资料，进行必要知识的补充和运用。通过所学理论知识进行计算，对土豆清洗机的传动方案进行选择，工作原理和设计方案进行确定，对运动和动力参数的设计进行计算，对传动比及动力参数进行计算，最后完成电气控制。预期成果：开题报告、毕业设计论文一篇、CAD设计图。条件保障：通过大学三年半的学习，掌握了机械制图、金属工艺学、互换性与测量技术基础、机械创新设计、机械制造工艺徐、数控技术以及CAD、pro-E等软件的一些基本操作，能独立完成一些专业基础课的课程设计，并能进行一些具有实践性的分析。在学习生涯中有过实践，积累了一些经验，能独立完各门课程设计、实验操作，已经具备进行该设计的基本能力，另校图书馆收藏了许多有关专业方面的知识书籍和周刊，并且提供了网络化的机房，可以在中国知网、中国期刊网、维普网、万方数据库、超星数字图书馆等网站查阅有关资料。时间进程安排2011.11.1 - 2011.11.7 参加征题、审题、选题工作2011.11.8 - 2011.11.27 接受毕业论文任务书2011.12.23 - 2011.12.26 进行毕业论文开题论证报告2011.12.29 - 2012.2.17 交毕业论文（初稿）第一稿2012.4.3 - 2012.4.10 接受论文中期检查2012.4.11 - 2012.4.30 根据指导的修改和修改意见，完成论文第二稿2012.5.1 - 2012.5.4 完成论文正稿开题论证小组意见 组长签名： 年 月 日专业委员会意见专业教研室主任签名： 年 月 日注：此表意见栏必须由相应责任人亲笔填写。专业名称必须是全称，例如“会计学专业”，班序号用阿拉伯数字“1”、“2”标注。此表如不够填写，可另加页。xx大学全日制普通本科生毕业设计 土豆清洗机的设计THE DESIGN OF THE SWEET POTATO WASHING MACHINE学生姓名： 学 号： 年级专业及班级： 机械设计制造及其自动 化指导老师及职称： 教授学 部： 提交日期： 年 5 月xx大学全日制普通本科生毕业设计诚信声明本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文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均作了明确的说明并表示了谢意。同时，本论文的著作权由本人与xx大学、指导教师共同拥有。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22 清洗机的结构及工作原理3 2.1清洗机的结构3 2.2土豆清洗机的工作原理33 总体方案的论证44 总体方案的论证4 4.1 方案一 齿轮传动4 4.2 方案二 带传动5 4.3 方案三 链传动55 结构设计6 5.1 选用电动机6 5.2 机械传动装置的总体设计与计算8 5.3 机械传动件的设计计算9 5.3.1 链条的设计与计算10 5.3.2 滚子链的静强度计算11 5.4 链轮基本参数和主要尺寸11 5.5 摩擦轮的设计与计算14 5.5.1 摩擦轮方案选择14 5.5.2 摩擦轮的材料16 5.5.3 摩擦轮传动的设计和计算16 5.6 轴的设计和计算18 5.6.1 轴的材料18 5.6.2 轴的结构设计18 5.6.3轴的强度的校核18 5.7轴承盖的设计计算21 5.8 联轴器计算及选择22 5.8.1 联轴器的选用22 5.8.2 联轴器的型号和主要尺寸22 5.9 轴承的选择和润滑及其寿命计算23 5.9.1 轴承的选择23 5.9.2 轴承寿命计算23 5.9.3轴承的润滑24 5.10 滚筒材料的选择246 结论257 总结26参考文献26致谢27土豆清洗机的设计 摘 要：滚筒式清洗机是借圆形滚筒的转动，使原料在其中不断地翻转，同时用水管喷射高压水来冲洗翻动的原料，以达到清洗目的。污水和泥沙由滚筒的网孔经底部集水斗排出。该机用于清洗土豆。本滚筒式清洗机，是一种比较实用的食品初加工机械，它是由机架、电机、皮带传动系统、减速器、联轴器、链轮传动系统、轴承、螺旋式滚筒、冲洗水管、进出料机构组成。电机、减速器固定在机架上，电机通过皮带传动系统与减速机相连，减速机通过联轴器与小链轮相连，大链轮带动滚筒上的摩擦轮而使得滚筒转动，滚筒内部有螺旋导板，在旋转的同时，通过螺旋导轨实行原料的推进。本新型滚筒式清洗机具有结构简单、能耗低、工作可靠、制造成本低的优点。关键词：清洗机； 加工机械； 滚筒式； 螺旋； 摩擦轮 The Design of the Sweet Potato Washing Machine Abstract：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 Wheel1 前言 食品机械行业是直接为食品工业服务的行业。食品工业的发展带动了食品机械的发展，而食品机械行业的科技进步与发展，又为食品工业发展创造了有利的物质条件，大大推动食品工业向前发展随着食品工业的发展，食品机械在食品工业中的地位越来越重要。现代化的食品机械不仅可以生产出高附加值的产品，而且可以提高资源的利用率。制造业的高速发展，也促进了清洗设备、清洗剂等企业的快速进步。民用、工业两大清洗领域巨大的市场需求，造就了中国清洗行业崭新的未来。为适应我国农产品快速发展需要，农产品清洗设备在我国逐步发展起来。许多农作物由于生长过程中必然会带有泥土和农药，所以清洗农作物的大量劳动是影响我国农作物一个重要问题，如果采用大量人力的话必然导致劳动力资源的浪费，所以生产一种农作物清洗机械对提高生产力具有重要影响。清洗按照精度的要求不同，主要分为一般工业清洗，精密工业清洗和超精密工业清洗三大类。一般工业清洗包括车辆、轮船、飞机表面的清洗，一般只能去掉比较粗大的污垢；精密工业清洗包括各种产品加工生产过程中的清洗，各种材料及设备表面的清洗等，以能够去除微小的污垢粒子为特点；超精密清洗包括精密工业生产过程中对机械零件、电子元件，光学部件等的超精密清洗，以清除极微小污垢颗粒为目的。近年来，干式清洗发展迅速，如激光清洗、紫外线清洗、等离子清洗、干冰清洗、真空清洗等。在高、精、尖工业技术领域得到快速发展，尤其是碳氢真空清洗技术的引入已在形成现在精密五金零件的主要清洗趋势，是目前替代ODS最好工艺路线。中国清洗行业的现状我国到处都在建设新的工厂和生产线,正在逐步成为“世界加工厂”，巨大的市场需求，为工业清洗设备制造商和专业清洗剂生产供应商提供了快速发展的良机。目前，各种清洗设备生产制造经营企业已达1000多家1。所以，农作物清洗机械的优化、改进、创新是极其重要的。2 清洗机的结构及工作原理2.1 清洗机的结构设计的土豆清洗机主要由滚筒、传动装置、喷淋水管、电机、进出料斗、出泥斗等组成,通常称为滚筒式土豆清洗机或鼠笼式土豆清洗机。电机固定在机架上,主动轴从传动系统中得到动力后带动其上的摩擦轮转动，摩擦轮紧贴滚圈，摩擦轮与滚圈相互间产生的摩擦力驱动滚筒转动。滚筒是带有网面的内壁有螺旋导轨的圆柱形圆柱筒，滚筒被四个支座支撑。2.2 土豆清洗机的工作原理图1 总装图Fig 1 Assembly Diagram土豆清洗机的工作原理是土豆经进料斗进入到旋转的滚筒内，喷头进行喷水，滚筒在水池中旋转，滚筒旋转时利用筒内壁螺旋导轨实现土豆的推进。土豆沿滚筒壁向前运动，在运动过程中土豆不断被水刷洗，土豆之间的摩擦、翻转间的刷洗，土豆与滚筒壁之间的磨擦，在共同作用下完成土豆表面的清洗过程。以达到清洗的目的。在滚筒的下面设有淤泥清除口。3 总体方案的论证滚筒清洗机机的清洗机器为主要实行机构，其性能的好坏直接影响清洗机机的效率，还有传动系统和集尘装置也是清洗机机的主要机构。方案一 清洗机器传动：由电动机经皮带轮传动主轴使摩擦轮高速旋转。滚筒传动：由电动机经链轮传动带动托轮，再以摩擦传动滚筒。方案二 清洗机器传动：由电动机经齿轮传动主轴使摩擦轮高速旋转。滚筒传动：由电动机经由皮带轮传动带动托轮，再以齿轮传动滚筒方案三 清洗机器传动：由电动机经链轮主轴使得摩擦轮高速旋转。滚筒传动：由电动机经由齿轮传动带动托轮，再以齿轮传动滚筒。方案一结构紧凑，布局合理，传动简单，可靠性高，使用寿命可以得到保障，制造成本低，加工简单。方案二、三效率比较低，加工成本高。经过三个方案的比较，选用方案一。4传动方案的论证4.1 方案一 齿轮传动图2 齿轮传动Fig 2 Gear Drive齿轮传动在本设计中优势体现在瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确可靠，适用于功率和速度范围广，传动效率高，使用寿命长。但需专门设备制造，成本较高。4.2 方案二 带传动 带传动带传动在本设计中优势体现在缓冲和吸振，传动平稳、噪声小，靠摩擦力传动，过载时带与带轮接触面间发生打滑，可防止损坏其他零件，结构简单，制造、安装和维护等均较为方便，成本低廉。但是不能保证准确的传动比，需要较大的张紧力，增大了轴和轴承的受力，带的寿命较短，传动效率较低。4.3 方案三 链传动链传动在本设计中优势体现在链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比，不需要很大的张紧力，作用在轴上的载荷较小；承载能力大；效率高（=0.950.98）。同时；链传动能吸振与缓和冲击，结构简单，加工成本低廉，安装精度要求低，适合较大中心距的传动，并能在温度较高、湿度较大、油污较重等恶劣环境中工作。但是高速运转时不够平稳；传动中有冲击和噪声；不宜在载荷变化很大和急促反向的传动中使用；只能用于平行轴间的传动；安装精度和制造费用比带传动高2。图3 带传动Fig 3 Belt Drive图4 链传动Fig 4 Chain Drive综合分析上述三种方案，从传动效率、传动比范围、传动速度、制造成本和安装精度、传动装置外廓尺寸等方面综合考虑，本设计课题的传动方案采用方案三，即采用链传动。5 结构设计5.1 选用电动机电动机的容量（功率）选得是否合适，对电动机的工作和经济性都有影响。当容量小于工作要求时，电动机不能保证工作装置的正常工作，或电动机因长期过载而过早损坏；容量过大则电动机的价格高，能量不能充分利用，且因经常不在满载下运动，其效率和功率因数都较低，造成浪费。 根据设计设 r1为滚筒外壁半径 ；r2为滚筒内壁半径；r3为滚筒螺旋导轨外圈半径；r4为滚筒螺旋导轨内圈半径；r5为滚筒滚圈半径；b为滚圈长度；b1为滚筒总长度；b2为螺旋导轨总长度。取 滚筒外壳体积： (1)摩擦圆体积： 螺旋导轨体积： 查表得滚筒外壳质量： (2)摩擦圆质量： 螺旋导轨质量： 滚筒总质量： 滚筒重力： (3)清洗机机的最大装载量:工件所受重力： 满载时每个托轮所受切向力： (4)滚筒线速度： (5)滚筒所需功率： (6)查表得： 电动机至滚筒的总效率 (7)电动机所需功率 (8)所以选用电动机额定功率由于滚筒转速不高，可选用Y系列三相异步电动机，根据额定功率选用Y132M-8型。 5.2 机械传动装置的总体设计与计算图5 机械传动装置Fig 5 Mechanical Transmission Device 电动机选定后，根据电动机的满载转速n m 及工作轴的转速n w 即可确定传动装置的总传动比。传动装置的计算： （1）电动机转速 滚筒转速 传动装置的总传动比 (9) （2）分配各级传动比 因，取 则（3） 计算传动装置的运动参数和动力参数 a）各轴转速 1轴 2轴 3轴 滚筒转速 b）各轴功率 1轴 2轴 3轴 滚筒的滚动功率 c）各轴转矩 轴 (10) 轴 将运动和动力参数计算结果整理并列于表1表1 运动和动力参数表Table 1 Kinematic and Dynamic Parameters Table 参数 1轴 2轴 转速 710 322 功率 3 2.79转矩 40.5 82.7传动比 2.2 2.2效率 0.93 0.935.3 机械传动件的设计计算5.3.1 链条的设计与计算取小链轮齿数则大链轮齿数，取 (11)初定中心距，一般取，取 以节距计的初定中心距 (12)链条节数 (13) 取 （取偶）计算额定功率 (14)查表得3为工况系数，为齿数系数，为链长系数，为排数系数，根据查得：应选用单排12A型滚子链，p=19.05mm链条长度 (15)计算中心距，查表4 实际中心距,一般 (16) 链条速度 有效圆周力 (17)作用在轴上的力F 5.3.2 滚子链的静强度计算 在低速（）重载链传动中，链条的静强度占主要地位。如果仍用额定功率曲线选择计算，结果常不经济，因为额定功率曲线上各点相应的条件性安全系数S为820，远比静强度安全系数大。当进行耐疲劳和耐磨损工作能力计算时，若要求的使命寿命过短，传动功率过大，也需进行行链条的静强度验算5。链条静强度计算公式为 6 （18） 式中 为静强度安全系数； 为工况系数； 为排数系数； 为有效圆周力。,并查表得，7所以为许用安全系数，一般为48；如果按最大尖峰载荷来代替进行计算，则可为368；若速度较低，从动系统惯性较小，不太重要的传动或作用力的确定比较准确时,可取小值；为单排链极限拉伸载荷。因为此传动速度较低可取最小值，取所以满足要求5.4 链轮基本参数和主要尺寸链轮齿数 配用链条的节距 配用链条的滚子外径 小链轮分度圆直径 9 (19)小链轮齿顶圆直径 (20) 取小链轮齿根圆直径 大链轮分度圆直径 大链轮齿顶圆直径 取大链轮齿根圆直径 链轮齿宽 查表得 , 为链条内节内宽所以 图6 齿形Fig 6 Tooth5.5 摩擦轮的设计与计算土豆清洗机的工作原理是土豆经进料斗进最简单的摩擦轮传动是由两个直接接触并相互压紧的摩擦轮组成，靠两轮接触面所产生的摩擦力来传递运动和动力。摩擦轮传动结构简单，传动平稳，噪声小，有过载打滑保护作用，可无级调速；但由于在传动中存在弹性滑动与打滑，传动效率低，磨损快，不能保持准确的传动比，同时，作用在轴与轴承上的力较大，只宜于中小功率的传动。5.5.1 摩擦轮方案选择 方案一 圆柱平摩擦轮传动（图7）圆柱平摩擦轮传动的特点与应用： a）结构简单，制造容易 b）压紧力大，宜用于小功率传动 c）为了减小压紧力，可将轮面之一用非金属材料作覆面 d）大功率传动，摩擦轮常采用淬火钢（如GCr15，淬硬至60HRC），并采用自动压紧卸载环 e）为降低两轴的平行度要求，可将轮面之一制成鼓形，轴系刚性差时亦应如此10 方案二 圆柱槽摩擦轮传动圆柱槽摩擦轮传动的特点与应用（图8）： a）压紧力较圆柱平摩擦轮传动小，当时，约为其30% b）有几何滑动，易发热与磨损，故应限制沟槽高度为 c）加工和安装要求较高 d）传动比随载荷和压紧力的变化有少量变动图7 圆柱平摩擦轮传动Fig 7 Cylindrical Flat Friction Wheel Drive图8 圆柱槽摩擦轮传动Fig 8 Cylindrical Groove Friction Wheel Drive 方案三 端面摩擦轮传动端面摩擦轮传动的特点与应用（图9）： a）结构简单，容易制造； b）压紧力大，有几何滑动，易发热和磨损； c）将小轮制成鼓形，可减少几何滑动，降低安装精度； d）轴向移动小轮，可实现正反向无机变速，但应避免在附近运转； e）要注意大轮的刚度，并控制二轴线的垂直度11；图9 端面摩擦轮传动Fig 9 Friction Wheel Drive 综合以上叙述和此次设计的结构要求，选择第一种方案5.5.2 摩擦轮的材料摩擦轮材料应满足弹性模量大、耐磨性好、接触疲劳强度高、价格低且热处理及加工性能好等要求。选用原则：a）要求结构紧凑、传动效率高时采用淬火钢对淬火钢或钢对钢。b）对于尺寸较大、转速较低、且为干摩擦的开式传动，一般选用铸铁对铸铁或铸铁对钢。c）要求传动平稳、不添加润滑剂，噪声小和摩擦系数高的场合，可选用铸铁（或钢）对酚醛层压布材、皮革、橡胶或压制石棉纤维等12。根据此装置的结构和设计需要，选用铸铁为材料。5.5.3 摩擦轮传动的设计和计算传动比 摩擦系数查表取 载荷系数 ，取齿宽系数 取综合弹性模量13 (21),为主、从动轮材料的弹性模量查表得所以许用接触应力查表得取初算中心距 (22) 取式中 为摩擦因数，查表取； 为传递功率；为小摩擦轮转速；摩擦轮宽度 所以每个托轮的宽度 小摩擦轮直径取 大摩擦轮直径 实际中心距 (23)主动转距 图10 摩擦传动示意图Fig 10 Friction Drive Diagram5.6 轴的设计和计算5.6.1 轴的材料 轴的常用材料是优质碳素钢，如35、45和50，其中以45号钢最为常用。根据本设计的要求，选45号钢作材料5.6.2 轴的结构设计 轴的结构设计是确定轴的合理外形和全部结构尺寸，为轴设计的重要步骤。由材料力学可知，轴的扭转强度条件为 14 （24）式中 为轴的扭转切应力，单位为; 为轴传递的转矩，单位为; 为轴传递的功率，单位为； 为轴的转速，单位为; 为轴的抗扭截面系数，单位为； 为许用扭转切应力，单位为。由此推得实心圆轴的最小直径(单位为)为 (25)式中为计算常数，取决于轴的材料和受载情况查表取 所以 当轴段上开有键槽时，应适当增大直径以考虑键槽对轴的强度的削弱：时，单键槽增大3%，双键槽增大7%；时，单键槽增大5%7%，双键槽增大10%15%。最后应对进行圆整。综合以上取轴的结构设计如下图：图11 主轴Fig 11 Spindle5.6.3 轴的强度校核查资料选择轴的材料为:45号钢,正火,硬度170-217HB,抗拉强度b=590Mpa，s=295MPa 。轴为水平放置。因本设计中轴为转轴，轴主要受转矩和弯矩，由于对滚筒有三个支撑轮限制其水平移动，滚筒水平方向固定稳定，所以此轴只在垂直方向有力的作用，水平方向没有受力。轴的受力情况如图12（a）所示：计算弯矩：根据材料力学上的弯矩的公式15: （26）其中： 所受的力，单位N； 对应力臂，单位m。图12 轴的校核Fig 12 Verification of the Shaft由力矩平衡，可得A点的受力为： 同理可得B点的受力为： 由先前计算可知：C点的受力,代入数据得 = 608 N = 663.3 N再代入公式(26)，得 =729.6 Nm轴的弯矩图见图12(b)所示。计算转矩：根据材料力学转矩公式11： (27)其中： 该点处的转矩，单位Nm；某点处的的功率，单位kw； 对应某点的转速，单位r/min。根据所得数据功率为1.26kw，转速16r/min，将数据代入得，= 635.65 Nm；轴的扭矩图见图12(c)所示。求当量弯矩图：根据机械设计中的当量弯矩公式16： (28)式中：应力校正系数，对于不变的转矩，取；对于脉动的转矩，取；对于对称循环的转矩，取=1；弯矩，单位Nm； 转矩，单位Nm。本设计滚筒连续工作，滚筒中的土豆重量相对稳定，于是取公式，查机械设计表16.3得，。则当量转矩Nm。以上数据代入(27)得， 742 Nm当量弯矩图见图12(d)所示。校核轴径，所以设计的轴符合要求。由图可知危险截面是C处。根据材料力学上的公式11： (29)验算轴的强度是否符合要求。对于工作机轴：=75216/(5010-3)3=61Mpa。值查表得到45号钢的=370Mpa,故此轴满足要求。5.7轴承盖的设计与计算螺钉连接式轴承盖调整轴承间隙方便，密封性好，应用广泛。轴承外径 根据轴承外径取螺钉直径 螺钉孔直径 取 取 由结构确定，查表得 , , , 代号入下图所示：图13 轴承盖Fig 13 Bearing Cap5.8 联轴器的计算与选择5.8.1 联轴器的选用 这里选择金属滑块联轴器。金属滑块联轴器是利用中间滑块，在其两侧半联轴器端面的相应径向槽内滑动，以实现两半联轴器的联接，并补偿两轴的相应位移。金属滑块联轴器适应于低速重载的场合。且金属滑块联轴器制造工艺成熟，加工成本低，考虑到经济性，这里选择金属滑块联轴器。5.8.2 联轴器的型号和主要尺寸从机械传动装置设计手册 的表162417金属滑块联轴器的主要尺寸和特性参数可以查得 ，所以应选WH7，轴孔直径为55mm。如图14所示：图14 金属滑块联轴器Fig 14 Metal Slider Coupling5.9 轴承的选择和润滑及其寿命计算5.9.1 轴承类型选择轴承的选择要考虑一下几个因素： （1）载荷的方向、大小和性质向心轴承主要承受径向载荷，推力轴承主要承受轴向载荷。当滚动轴承同时承受径向和轴向载荷时，可选用角接触球轴承、圆锥滚子轴承；当轴向载荷较小时可选用深沟球轴承。角接触球轴承和圆锥滚子轴承需成对安装使用，一般滚子轴承比球轴承的承载能力大，且承受冲击载荷的能力强。本设计中，载荷的方向同时来自轴向和径向两个方向，而且轴向载荷与径向载荷相比径向载荷要远远大于轴向载荷。 （2）转速一般轴承的工作转速应低于极限转速。深沟球轴承、角接触轴承和圆柱滚子轴承的极限转速较高，适用于高速运转场合。推力轴承的极限转速较低。本设计工作转速只有16转/分钟，小于一般轴承的的极限转速。可用任一种轴承。 （3）支撑限位要求固定支承限制两个方向的轴向位移，可选用能承受双向轴向载荷的轴承；单向限位支承可选用能承受单方向轴向载荷的轴承；游动支承轴向不限位，可选用内、外圈不可分离的向心支承。本设计需要限制单向轴向位移，防止轴向窜动。（4）调心性能当两个轴承座孔同轴度不能保证或轴的挠度较大时，应选用调心性能好的调心球轴承和调心滚子轴承。（5）刚度要求一般滚子轴承的刚度大，球轴承的的刚度小。角接触球轴承、圆锥滚子轴承采用预紧方法可以提高支承的刚度。本设计轴的径向负荷较大，有来自滚筒、原料和水的压力共同作用，对轴承的刚度要求较高，并要能承受一定冲击力，圆锥滚子轴承采用预紧方法可以提高支承的刚度。根据计算出的轴的尺寸，可从机械传动装置设计手册的圆锥滚子轴承尺寸与性能参数表中选择18。所以，选择30311型号的圆锥滚子轴承。5.9.2 轴承寿命计算对于选用的轴承需要进行可靠度和疲劳寿命的校核。根据机械设计可知，先计算当量动载荷，载荷分为轴向和径向，但此轴为水平放置，轴向力可以忽略不计，所以只受径向力，由前面设计可知径向力为1271.3N19。当量动载荷的公式： （30）式中： 当量动载荷，N径向载荷，N；轴向载荷，N； X、Y径向动载荷系数和轴向动载荷系数。所以根据机械设计中表18.7可得本设计的当量动载荷的X和Y分别为1和020。将数据代入得， 所以圆锥滚子轴承的基本额定寿命计算根据公式21： （31）式中： 当量动载荷，N； 基本额定寿命，常以106r为单位； 寿命指数，球轴承，滚子轴承。若轴承的工作转速为 r/min，可求出以小时为单位的基本额定寿命公式： （32）代入数据得， =应取。为轴承的预期使用寿命。根据本设计滚筒筛为24小时连续使用的，不是满载荷使用，中断会引起比较严重的后果的机械，在机械设计表18.922中查得预期寿命的推荐值为。故本设计选用轴承满足要求。由于在查圆锥滚子轴承的安装参数中有一个参数是阶梯轴的最小直径是65mm，而设计中阶梯轴只有60mm，所以为使安装的合理性和安全性，此处增加一个轴肩挡圈。查机械设计课程设计手册表5123,可查到GB/T88619865565的轴肩挡圈。其轮廓图如下图所示： 图15 轴肩挡圈Fig 15 Shaft Shoulder Retaining Ring5.9.3 轴承的润滑 由于本设备使用于土豆与水混合时的清洗过程，而且滚筒要连续工作不可能手工润滑虽然转速很低但长时间工作也会使内部温度升高，所以要选择耐水和耐热的油脂润滑。查机械设计课程设计手册表72知，可选用的性能比较好的通用锂基润滑脂（GB/T 73241994）。由于工作机的转速低，所以温度在100C以下，所以根据机械传动装置设计手册表302得，轴承座的密封可采用垫密封的材料为天然橡胶的橡胶垫片。 5.10 滚筒材料的选择筒体部分的质量占到整机的70%80%, 因此筒体的材质和壁厚是决定设备制作成本的重要因素。筒体的大小标准着规格和生产能力。筒体应具有足够的刚度和强度。在安装和运行中应保持规范化，这对减小运转阻力及功率消耗、减轻不均匀磨损、减少机械事故、保证长期安全高效运转、延长回转圆筒的寿命都十分重要，必须根据这一要求来设计筒体。筒体的刚度主要是筒体截面在较大力作用下，抵抗径向变性的能力。同体的强度问题表现为筒体在载荷作用下产生裂纹及变形。筒体材料一般用A3钢、普通低合金钢，其中以16Mn用的较多；也可以用锅炉钢。要求耐腐蚀时，用不锈钢。本设计中筒体材料选用A3钢。6 结论在本设计中，执行工作的从动件能满足生产工艺提出的运动形式、运动规律、功能范围和运动性能等诸方面的具体要求。结构简单，尺寸大小适度，在整体布置上占有空间小，布局紧凑。制造加工容易，维修拆装方便，工作中稳定可靠，使用安全，具有足够的寿命。滚筒与电动
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