紅薯分級(jí)分選機(jī)的設(shè)計(jì)含6張CAD圖,紅薯,分級(jí),分選,設(shè)計(jì),cad
目 錄
摘要…………………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞………………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………………2
2 總體方案的擬定…………………………………………………………………………3
2.1 原理分析…………………………………………………………………………3
2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………5
2.3 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的計(jì)算…………………………………………………6
2.4 傳動(dòng)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算…………………………………………13
3 主要零件的選擇和設(shè)計(jì)………………………………………………………………15
3.1 皮帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………15
3.2 直齒圓柱齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………17
3.3 滾子鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………20
3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………………21
3.4.1 高速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………21
3.4.2 低速軸的設(shè)計(jì)計(jì)算……………………………………………………24
3.5 軸承的校核……………………………………………………………………27
3.6 鍵的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核…………………………………………………………27
3.7 潤滑與密封……………………………………………………………………28
3.8 缺點(diǎn)與需要改進(jìn)的地方…………………………………………29
4 結(jié)束語…………………………………………………………………………………29
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………30
致謝……………………………………………………………………………………31
附錄……………………………………………………………………………………32
紅薯分級(jí)分選機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要：本文研究了中國國內(nèi)和國外在紅薯分級(jí)分選機(jī)上面的探索以及發(fā)展情況，針對(duì)發(fā)展前途進(jìn)行了預(yù)測(cè)，制作出了新型的紅薯分級(jí)分選機(jī)器。這個(gè)紅薯分級(jí)分選機(jī)共由三個(gè)部分組合而成，分別是分級(jí)的滾筒、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)是動(dòng)力的來源，運(yùn)用帶輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，把運(yùn)動(dòng)與動(dòng)力傳到圓柱齒輪減速器，接著運(yùn)用鏈輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，把需要的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳動(dòng)到分級(jí)滾筒上面，以此來完成紅薯的分級(jí)分選。設(shè)計(jì)的這個(gè)機(jī)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便操作與維修護(hù)理，生產(chǎn)效率能得以提高，減小了勞動(dòng)強(qiáng)度，為實(shí)現(xiàn)紅薯加工機(jī)械化與規(guī)?；峁┝饲疤帷?
關(guān)鍵詞：紅薯；形狀；分級(jí)機(jī)構(gòu)；分級(jí)滾筒；
The design of sweet potato sorting machine
Abstract: This paper studies the domestic and foreign in the sweet potatoes grading sorting machine of the exploration and development, in view of the development prospect is forecasted, create a new type of sweet potato grading sorting machine. The sweet potato classification separator were made up by three parts, respectively is sizing roller, transmission mechanism and electric motors. Motor is the source of power, the use of belt wheel transmission structure, the motion and power to the cylindrical gear reducer, then using the sprocket drive structure, the need of the movement and power transmission to the grading on the drum, in order to complete the sweet potato grade separation. Design of this machine has simple structure, convenient operation and maintenance of nursing, the production efficiency can be increased, reduced the labor intensity, for the realization of the sweet potato processing mechanization and the scale is provided.
Key Words: sweet potato; shape; the grading mechanism; grading cylinder
1 前言
1.1 選題研究意義
紅薯擁有非常豐富的營養(yǎng)，被公認(rèn)為是營養(yǎng)最均衡合理的食品。紅薯很美味，而且還有藥用價(jià)值，特別是在抗癌方面，它的抗癌的能力綜合排名很高，紅薯擁有這么多的價(jià)值，又被大家所認(rèn)可，因此對(duì)紅薯將來發(fā)展的趨勢(shì)來看，對(duì)它進(jìn)行深加工制作是必然的。大家都知道它是一種保健食品，與此同時(shí)紅薯又非常的美味，還擁有許多的藥用價(jià)值，既然紅薯擁有這么多的價(jià)值，在市場(chǎng)上面消費(fèi)者的認(rèn)可度又高，因此對(duì)紅薯的再加工是很有必要的，然而完成這個(gè)目標(biāo)的前提是紅薯再加工生產(chǎn)應(yīng)該要滿足規(guī)?；c機(jī)械化，這個(gè)對(duì)于紅薯加工工序其中之一的分級(jí)程序起到了承上啟下的關(guān)鍵作用，它的主要作用含有：首先是確保產(chǎn)品的規(guī)格與質(zhì)量指標(biāo)；接著是減少加工生產(chǎn)當(dāng)中原材料的損耗，提升原材料的利用效率，這樣減少生產(chǎn)成本；然后是提高勞動(dòng)效率；最后是對(duì)生產(chǎn)的連續(xù)化與自動(dòng)化有利。
1.2 國內(nèi)外紅薯機(jī)械化發(fā)展概況
我們國家紅薯的產(chǎn)量很大，消費(fèi)紅薯的量也很大，然而卻不是紅薯生產(chǎn)加工的主要國家。紅薯的質(zhì)量還不能夠符合國內(nèi)國外消費(fèi)者對(duì)于紅薯的需求。我國加入世界貿(mào)易組織之后，紅薯在種植、生產(chǎn)和銷售的過程中遇到來自世界各國的競(jìng)爭(zhēng)壓力。所以應(yīng)該加緊提高我們國家在紅薯的種植、生產(chǎn)與加工上的水平，減小跟世界各國之間的差距。這些年來，我們國家對(duì)紅薯的生產(chǎn)加工水平提升的比較慢，最重要的是我們國家紅薯的生產(chǎn)加工機(jī)器比較落后導(dǎo)致的。1950之前，國內(nèi)的食品制作機(jī)器很少，更別提紅薯生產(chǎn)制作了。對(duì)紅薯的再生產(chǎn)基本上是依靠手工制作，都是由工具比較簡(jiǎn)單的小作坊加工生產(chǎn)。只有在一些發(fā)展比較好的城市里有比較少的利用機(jī)器進(jìn)行加工生產(chǎn)紅薯的工廠，他們用的機(jī)器大部分都是從國外購置的。到1950年-1979年這期間，紅薯的生產(chǎn)加工和紅薯加工的機(jī)器都有一些進(jìn)展，國內(nèi)大部分城市都建造很多紅薯的生產(chǎn)加工的廠子。然而對(duì)紅薯的再生產(chǎn)技術(shù)還是比較落后，沒有實(shí)質(zhì)性的變化，工廠還是在運(yùn)用機(jī)械與傳統(tǒng)手工結(jié)合的方式進(jìn)行生產(chǎn)加工，只有一些簡(jiǎn)單的程序采用機(jī)械，還有很多重要的生產(chǎn)程序需要手工來完成。1970年代之后，紅薯加工制作業(yè)得到快速的發(fā)展。這是由于1970年之后改革開放政策的推出，很多外商到中國來進(jìn)行投資，引進(jìn)了許多的先進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)。這類的合資企業(yè)不僅把先進(jìn)的紅薯生產(chǎn)加工技術(shù)帶到了中國，與此同時(shí)還將許多非常先進(jìn)的紅薯制作加工機(jī)器引入到了中國。隨著國內(nèi)消費(fèi)者對(duì)紅薯再生產(chǎn)的質(zhì)量、類型、產(chǎn)品數(shù)的需求陸續(xù)提高，很大程度的推動(dòng)了我們國家紅薯加工制作行業(yè)和紅薯機(jī)器制作的快速發(fā)展。經(jīng)過對(duì)國外紅薯再生產(chǎn)機(jī)器技術(shù)的了解，讓我們國家的紅薯機(jī)器制作行業(yè)得到很大的進(jìn)步。1975年前后，我們國家的紅薯制作加工進(jìn)入到了機(jī)械化與自動(dòng)化行業(yè)。到1980年之后，紅薯加工制作行業(yè)又進(jìn)行了新的技術(shù)改革，在這一次的技術(shù)改革過程中，很多對(duì)紅薯加工再生產(chǎn)的工廠更新了機(jī)器設(shè)備，有的工廠全面引入了國外的先進(jìn)機(jī)器，有的工廠則選用了國內(nèi)制造出的最新的機(jī)器制作設(shè)備。經(jīng)歷過這兩次的技術(shù)方面的改革，使得我們國家紅薯機(jī)器制作行業(yè)得到了很大的發(fā)展。
1.3 紅薯加工的機(jī)器化與發(fā)展的方向
伴隨著社會(huì)全面的發(fā)展，生產(chǎn)機(jī)器越來越進(jìn)步，紅薯已經(jīng)不僅僅是消費(fèi)者生活當(dāng)中的食品，還低推動(dòng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到很大的作用，因此紅薯分級(jí)分選機(jī)器成為紅薯加工生產(chǎn)當(dāng)中的重要機(jī)器。
近些年來，中國將會(huì)完成全面的機(jī)械代替人工生產(chǎn)加工紅薯，來讓紅薯加工變得更加標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化、紅薯制品品種更多、紅薯質(zhì)量更綠色的需求。紅薯機(jī)器將會(huì)集機(jī)電液于一體，向自動(dòng)化跨越[4]。
1.4 常見的紅薯分選機(jī)主要類型
現(xiàn)在為止我們國家選用的紅薯生產(chǎn)加工機(jī)器種類比較多，大小也不一致。我們這篇課題主要探究的是大小分選機(jī)，依照大小分選機(jī)器的構(gòu)造與運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律的不一樣，由可以分成幾種類型。
2 總體方案的擬定
2.1 原理分析
分級(jí)機(jī)上面的分選設(shè)備的孔眼大小與類型應(yīng)該按照紅薯的大小、外形與生產(chǎn)加工的類型來確定。尤其需要注意的是分級(jí)級(jí)數(shù)的設(shè)計(jì)，提升分選的品質(zhì)，來確保后面程序的進(jìn)展順利。紅薯分級(jí)分選機(jī)器是由三個(gè)部分構(gòu)造而成，分別是分級(jí)結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與電動(dòng)機(jī)。紅薯分級(jí)的時(shí)候把紅薯輸送到進(jìn)料的斗里，隨后輸送到分級(jí)滾筒里或者擺動(dòng)的篩里面，讓紅薯在圓筒里面轉(zhuǎn)動(dòng)或者在擺動(dòng)的篩子里面運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)動(dòng)或者運(yùn)動(dòng)的過程中經(jīng)過對(duì)應(yīng)的孔流出來，這樣來實(shí)現(xiàn)分級(jí)的目的。
2.1.1 方案選擇
以滿足設(shè)計(jì)的功能，有兩種方法能完成：
一 運(yùn)用擺動(dòng)篩選來實(shí)現(xiàn)紅薯的分級(jí)
圖1方案一 示意圖
Fig1 The figure of program 1
二 運(yùn)用圓筒式來實(shí)現(xiàn)紅薯的分級(jí)選型
圖2 方案二 示意圖
Fig2 The figure of program 2
2.1.2 方案的比較
第一種方法運(yùn)用的是通過擺動(dòng)篩來完成紅薯分分級(jí)分選，這個(gè)機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)裝備是根據(jù)皮帶傳輸動(dòng)力讓偏心輪運(yùn)動(dòng)，偏心輪帶動(dòng)去病連接桿這個(gè)結(jié)構(gòu)來完成機(jī)器的來回來動(dòng)。擺動(dòng)篩分級(jí)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝容易；篩選的面調(diào)節(jié)整理起來比較簡(jiǎn)單，使用效率比較高；以直線往復(fù)擺動(dòng)為主。震動(dòng)的比較小，對(duì)原材料的損壞比較??；適合用在多種原材料或者同一種原材料不用類型的分選。它的缺點(diǎn)是：動(dòng)力平衡比較麻煩，噪音比較大，不容易清潔洗滌等。第二種方法是運(yùn)用滾筒來完成紅薯的分級(jí)，這個(gè)滾筒是根據(jù)摩擦輪傳動(dòng)，原材料經(jīng)過進(jìn)料口流進(jìn)滾筒的時(shí)候，原材料在里面翻滾轉(zhuǎn)動(dòng)，在這個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中經(jīng)過對(duì)應(yīng)的孔流出來，這樣來實(shí)現(xiàn)分級(jí)的目的。滾動(dòng)式分級(jí)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)為：構(gòu)造簡(jiǎn)單不復(fù)雜，分選的速度快，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，沒有動(dòng)力不均衡的現(xiàn)象。缺點(diǎn)為：機(jī)器占用的位置太大，篩選面利用效率小；因?yàn)楹Y孔調(diào)整起來比較麻煩，很難適應(yīng)原材料。我們這篇課題主要是研究紅薯加工生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和機(jī)械化，主要的是對(duì)這一種原材料進(jìn)行分選，對(duì)紅薯的外觀損壞情況要求不多，因此選取第二種方法較合適。
2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.2.1 總體結(jié)構(gòu)
整體上來說，構(gòu)造可以分成下面這幾個(gè)重要部位：
圖3 結(jié)構(gòu)圖
Fig3 The principle figure of the structure of the sweet potato sorter
2.2.2 傳動(dòng)路線
分選機(jī)構(gòu)造圖如下面這個(gè)圖4所示，這個(gè)結(jié)構(gòu)，是采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)皮帶傳輸動(dòng)力，首先運(yùn)用運(yùn)動(dòng)的作用力對(duì)直齒圓柱齒輪降低速度，經(jīng)過這個(gè)設(shè)備完成速度的減小以后，然后根據(jù)鏈輪的傳輸動(dòng)力的結(jié)構(gòu)把作用力傳遞運(yùn)送給摩擦輪，通過這個(gè)設(shè)備的帶來動(dòng)力，就可以把紅薯進(jìn)行分級(jí)分選了。
Fig4 The transmission route of the sweet potato sorter
2.3 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的計(jì)算
2.3.1 滾筒設(shè)計(jì)
考慮到紅薯的大小與外形的不一致，把滾筒的分級(jí)定成6級(jí)。在對(duì)紅薯進(jìn)行分級(jí)的時(shí)候，可以把相近的兩個(gè)級(jí)的料斗合成一級(jí)，這樣實(shí)現(xiàn)不同的分級(jí)要求。
2.3.2 滾筒孔眼總數(shù)的確定
生產(chǎn)能力G可由下式計(jì)算[5]：
G＝ 3600zλm／1000×1000 （2-1）
式中：z為滾筒上的孔眼總數(shù)；G為生產(chǎn)能力；λ是在一個(gè)時(shí)間里面從孔里落下來的原材料的系數(shù)，由于分級(jí)機(jī)器結(jié)構(gòu)與原材料性質(zhì)的不一樣，滾筒式可以選取1．0％～2．5％；m為物料的平均質(zhì)量。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求給定的參數(shù)G=12 t/h，m=400g，λ= 2.0％
可求出z =1000×1000G／3600λm =1000×1000×12／3600×0.02×400 =417（個(gè)）
2.3.3 滾筒直徑、長度、以及排數(shù)和各排孔數(shù)的確定
在了解生產(chǎn)效率的情況下，運(yùn)用公式計(jì)算出Z是滾筒上面需要的孔的數(shù)量。但是因?yàn)槊恳患?jí)的篩孔的直徑不一樣而滾筒的直徑一致，所以總的孔數(shù)量不可以均勻的分置在每一級(jí)當(dāng)中，應(yīng)該依照生產(chǎn)工藝的需求分成不一樣的圓的中心到兩邊的距離多個(gè)級(jí)別，在根據(jù)級(jí)數(shù)設(shè)計(jì)每一級(jí)的排列孔的數(shù)量。若把滾筒展開成平面，則其關(guān)系為：
每個(gè)級(jí)別的圓洞數(shù)量=有多少排×孔的數(shù)量
每一段的尺寸相當(dāng)于（每一個(gè)圓洞的直線段乘以洞的數(shù)量）加上（洞的間隙乘以洞的數(shù)量）
圓形柱體的周邊長度相當(dāng)于（每行數(shù)量乘以每個(gè)圓孔的直徑）加上（每行乘以圓孔直徑）
初步確定滾筒直徑和長度后，用D:L等于1:4～6進(jìn)行比較，假如它不在所屬的區(qū)域中間，肯定要再次把每個(gè)階段的行數(shù)與圓洞的數(shù)量進(jìn)行改變，繼而滿足到相應(yīng)的比例位置就行。常規(guī)范圍下一般L大于6D，就能夠略微的提高行數(shù)，降低每一行的數(shù)量；一般情況下L小于6D，就應(yīng)該提高每一行圓洞的個(gè)數(shù)，降低行數(shù)[5]。
目前根據(jù)分選對(duì)紅薯的要求，對(duì)篩筒孔徑作下面的預(yù)算：
表1 篩孔孔徑的參數(shù)
Table 2 the parameter of screen size
有效篩面
圓洞的尺寸
有效曬面大小（mm）
粒徑分布比例系數(shù)ai
軸向分布比例系數(shù)bi
第一級(jí)
80×40
15
1/8
1/2
第二級(jí)
85×45
20
1/2
1/4
第三級(jí)
90×50
25
1/4
1/8
第四級(jí)
95×55
30
1/8
1/8
第五級(jí)
100×60
35
1/8
1/8
2.3.4 各級(jí)篩孔數(shù)的計(jì)算
（1）各級(jí)篩孔的孔數(shù)[5]
Z1=ai bi Z。 （2-2）
式中：Z1—每個(gè)篩孔的個(gè)數(shù)，個(gè)；
ai—原料粒徑分布比例系數(shù)；
bi—材料沿著滾動(dòng)的圓筒軸向分布比例系數(shù)；
Z?！鶞?zhǔn)孔數(shù)，個(gè)。
（2）基準(zhǔn)孔數(shù)為[5]
Z。=Z/∑ai bi （2-3）
則 Z。=417 /（ 1/8×1/2＋1/2×1/4＋1/4×1/8＋1/8×1/8＋1/8×1/8）=1668（個(gè)）
則，可求
Z1=ai bi Z。=1/8×1/2×1668=104
Z2=ai bi Z。=1/2×1/4×1668=209
Z3=ai bi Z。=1/4×1/8×1668=52
Z4=ai bi Z。=1/8×1/8×1668=26
Z5=ai bi Z。=1/8×1/8×1668=26
（3）篩選紅薯的圓洞的行數(shù)與每一行圓洞的數(shù)量
已知[5]u = L/D （2-4）
式中：u—長度與直徑之比；
L—滾筒的長度，m；
D—滾筒的直徑，m。
又知滾筒的長度可表示為[5]
L=∑Li =1/P0∑Zi/Ci(di＋ei) （2-5）
式中：P0—正常情況下以第一級(jí)為測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)；
di—各級(jí)篩孔的直徑，m；
ei—個(gè)級(jí)篩孔的孔徑，m；
Ci—圓洞的圓中心到兩邊的距離系數(shù)。
又知[5]CI= P1／P0 （2-6）
式中：P1—各級(jí)篩孔的排數(shù)
因 Si= di＋ei
故 Pi=2πD / Si
則將這些轉(zhuǎn)換式對(duì)L=∑Li =1/P0∑Zi/Ci(di＋ei)進(jìn)行化簡(jiǎn)，得
L=2πD / Si〔Z1(d1＋e1)2＋Z2(d2＋e2)2＋Z3(d3＋e3)2＋Z4(d4＋e4)2＋Z5(d5＋e5)2〕
又估計(jì)u = L/D=4 則D= 1/4L
則L2=2 / π〔104×(0.080＋0.015)2＋209×(0.085＋0.020)2＋52×(0.090＋0.025)2＋26×(0.095＋0.030)2＋26×(0.100＋0.035)2〕
解得L=2.3 m
則D= 1/4L=0.575 m
則由Pi=2πD / Si ，得
P1=2π×0.575 / (0.080＋0.015)=23
P2=2π×0.575 / (0.085＋0.020)=20
P3=2π×0.575 / (0.090＋0.025)=18
P4=2π×0.575 / (0.095＋0.030)=17
P5=2π×0.575 / (0.100＋0.035)=15
因此可以得到每一級(jí)滾筒每一排的孔數(shù)：
由ZPi=Zi/Pi 可得
ZP1= Z1/P1 = 104／23 =5
ZP2= Z2/P2 = 209／20 =10
ZP3= Z3/P3 = 52／18 =3
ZP4= Z4/P4 = 26／17 =2
ZP5= Z5/P5 = 26／15 =2
經(jīng)過圓整后，每一級(jí)滾筒每排的孔數(shù)為：
ZP1=4 ZP2=7 ZP3=3 ZP4=3 ZP5=2
（4）滾筒直徑的確定
各級(jí)滾筒的周長為[5]
li = /2 (di＋ei)Pi （2-7）
l1 = √3/2 (d1＋e1)P1=/2 (0.080＋0.015)×23=1.892 m
l2 = √3/2 (d2＋e2)P2=/2 (0.085＋0.020)×20=1.819 m
l3 = √3/2 (d3＋e3)P3=/2 (0.090＋0.025)×18=1.793 m
l4 = √3/2 (d4＋e4)P4=/2 (0.095＋0.030)×17=1.840 m
l5 = √3/2 (d5＋e5)P5=/2 (0.100＋0.035)×15=1.754 m
在每一個(gè)級(jí)別的長度當(dāng)中，選取較長的用作滾動(dòng)的圓筒的圓周長度。取l=1.892 m。
（5）篩孔間隙修正
ei=2l/ Pi－di
則 e1 =2×1.892/×23－0.080 =0.015
e2 =2×1.892/×20－0.085 =0.024
e3 =2×1.892/×18－0.090 =0.031
e4 =2×1.892/×17－0.095 =0.034
e5 =2×1.892/×15－0.100 =0.046
（6）滾筒直徑[5]
D=l/π （2-9）
則 D=1.892/π=0.60 m
（7）長徑比驗(yàn)算
要確定整個(gè)尺寸，可以根據(jù)每個(gè)級(jí)別一邊的旁邊長度fi [5]，所以
L=∑Li＋∑fi （2-10）
又知[5] fi= Si ／2=1/2(di＋ei) （2-11）
則滾筒的長度為
L=∑ZPi(di＋ei)＋1/2∑(di＋ei) （2-12）
則 L=∑ZPi(di＋ei)＋1/2∑(di＋ei) （2-13）
L=〔4×(0.080＋0.015)＋7×(0.085＋0.020)＋3×(0.090＋0.025)＋3×(0.095＋0.030)＋2×(0.100＋0.035) 〕＋1/2〔(0.080＋0.015)＋(0.085＋0.020)＋(0.090＋0.025)＋(0.095＋0.030)＋(0.100＋0.035)〕=2.393 m
把上面公式計(jì)算得出的滾筒尺寸與圓中心到兩邊的距離放到公式里面進(jìn)行計(jì)算，如果比規(guī)定長度的5%要小的話，就可以把尺寸與圓中心到兩邊的距離確定出來；否則要重新進(jìn)行校正[5]。
由計(jì)算知 D=0.60 m L=2.393 m
則u = L/D=2.393/0.60=3.99
規(guī)定的u = L/D=4 則相差值為4-3.99=0.01＜5％，符合要求。
故可確定滾筒 D=0.60 m L=2.393 m
2.3.5 轉(zhuǎn)速n及水平傾角a的確定
滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度可以對(duì)分級(jí)快慢和生產(chǎn)速度產(chǎn)生很大的影響，然而滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是由直徑?jīng)Q定。因?yàn)闈L筒正常情況下是傾斜放置，所以一般情況下轉(zhuǎn)動(dòng)的速度可以由下面這個(gè)公式算出：
n = 12～14 /√R （2-14）
根據(jù)上面的滾筒的大小長度計(jì)算出， D=0.60 m，依照這個(gè)可以計(jì)算出在這個(gè)設(shè)計(jì)當(dāng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)的速度的界限
n = 12～14 /√R=12～14 /√0.60=15～18 r/min
滾動(dòng)的圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)的速度正常情況下是10～15 r/min，一般情況下不大于30 r/min。再考慮現(xiàn)實(shí)中的加工生產(chǎn)需要，選擇運(yùn)用的滾動(dòng)的圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)的速度n=18 r/min。
根據(jù)上面的公式可以知道，n與√R不成正比，所以滾筒的圓中心到兩點(diǎn)的距離比較的大的時(shí)候，滾筒的轉(zhuǎn)動(dòng)速度就會(huì)相應(yīng)的小。
滾動(dòng)的圓筒的傾斜角度跟滾動(dòng)的圓筒的尺寸有關(guān)系，正常情況下是3 o～5 o，比較長的滾筒選擇較小的數(shù)值，比較短滾筒的就要選取相對(duì)大值。我們這一次設(shè)計(jì)中間，考慮現(xiàn)實(shí)中生產(chǎn)加工的要求取a=4 o。
2.3.6 滾輪和摩擦輪
滾輪與摩擦輪在運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)候，滾圈的動(dòng)力來源于摩擦輪與滾圈的摩擦生成的，它們是相互運(yùn)動(dòng)的零部件。一般情況下，為了方便維護(hù)修理和零件更換更加方便快捷，設(shè)計(jì)的時(shí)候，摩擦輪選用的原材料應(yīng)該比滾圈耐磨擦的性能差，這樣方便把摩損落于摩擦輪上面。摩擦輪與滾圈的構(gòu)造圖5所示。
一般情況下，我們選用的是Q235碳素鋼，來用作滾圈的原材料。摩擦輪的材料常為HT250、HT200等。Q235是本次設(shè)計(jì)當(dāng)中滾圈的原材料， HT200是我們這次設(shè)計(jì)當(dāng)中選用的摩擦輪的原材料。
正常情況下，摩擦輪b與滾輪B的尺寸要相差一點(diǎn)，基本上是的寬度b要比寬度B大到 30～40 mm，這樣一來，不管筒的材質(zhì)怎么變化，都可以滿足它的需求。根據(jù)上面的計(jì)算，得到摩擦輪外面的直徑d=375 mm，寬度是90 mm。
1.滾筒 2.摩擦輪 3.滾圈
圖5 摩擦輪與滾圈
Fig5 The friction wheel and the rolling ring
2.3.7 功率計(jì)算
摩擦輪的工作效率能夠運(yùn)用下面這個(gè)公式算得出：
P=Rn(m1＋13m2)g/60η （2-15）
式中：P—滾動(dòng)的圓筒在轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，它需要的電動(dòng)機(jī)的工作效率W；
R—滾筒內(nèi)半徑，m；
n—滾筒轉(zhuǎn)速，r/min；
m1—滾筒本身質(zhì)量，kg；
m2—滾筒內(nèi)原料質(zhì)量，kg；
η—傳動(dòng)效率，一般取0.6～0.7。本設(shè)計(jì)中取η=0.6。
m2=πR2Lr1Φ （2-16）
式中：L—滾筒的長度，m；
r1—物料的密度，kg/m3；
Φ—滾動(dòng)的圓筒里面物料在中間的物料的補(bǔ)充數(shù)量，正常情況下是0.05～0.10。
我們這次的制作當(dāng)中，用來篩選物品的滾動(dòng)的圓筒，根據(jù)滾的均勻質(zhì)量好半徑，大體上計(jì)算出物料單位體積的質(zhì)量1.2×103 kg/m3，補(bǔ)充的數(shù)量系數(shù)用Φ=0.07，就有
m2=πR2Lr1Φ=3.14×﹙（0.60-0.002×2）/2﹚2×2.393×1.2×103×0.07=56 kg
把上面得出的結(jié)果，輸入到滾動(dòng)的圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候需要的運(yùn)轉(zhuǎn)功率P的公式里面進(jìn)行計(jì)算：
P=Rn(m1＋13m2)g/60η
=﹙（0.60-0.002×2）/2﹚×18×(62＋13×56) ×9.81/60×0.6=1155 W
2.3.8 篩孔的設(shè)計(jì)
篩孔是紅薯分級(jí)分選機(jī)器中重要的組成部分，它的好壞可以直接影響到紅薯的分級(jí)結(jié)果。篩孔有多種形狀，三角形、正方形、長方形等。通過計(jì)算的到，正的三角形排列均勻的篩選面的有效系數(shù)比較大，相對(duì)與正方形的排列面積要大16%。它的有效篩選面的面積大，因此在設(shè)計(jì)的時(shí)候應(yīng)該選取正三角形的排列。
圖6 正三角形排列
Fig6 The equilateral triangle arrangement
2.3.9 選擇電動(dòng)機(jī)
（1）選取電動(dòng)機(jī)的類型與構(gòu)造類型
生產(chǎn)加工的時(shí)候正常情況下選用的是三相交流電源，假如沒有特別要求（例如可以在大的空間內(nèi)穩(wěn)定的調(diào)整速度，經(jīng)常反轉(zhuǎn)等），一般情況下都選用的是三相交流異步電動(dòng)機(jī)。我們國家已經(jīng)制定出標(biāo)準(zhǔn)的Y系列電動(dòng)機(jī)，適合用在不容易燃燒、不容易爆炸、沒有腐蝕性氣味和沒有特別需求的機(jī)械上。因?yàn)閅系列電動(dòng)機(jī)擁有很好的起動(dòng)性能，所以也適合用在一些對(duì)轉(zhuǎn)矩有很高要求的機(jī)器上，例如壓縮機(jī)等。在經(jīng)常起動(dòng)，制動(dòng)和反轉(zhuǎn)的情況下，需要電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小與過載能力大，這個(gè)時(shí)候應(yīng)該選擇應(yīng)用起重及冶金用的YZ型或YZR型的電動(dòng)機(jī)。
三相交流異步電動(dòng)機(jī)依照它的額定功率(指連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下電機(jī)發(fā)熱小于許可溫升的最大功率，它的樹脂標(biāo)在電動(dòng)機(jī)銘牌上面)與滿載的運(yùn)轉(zhuǎn)速度(指負(fù)荷與額定功率相當(dāng)?shù)臅r(shí)候的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)速度，當(dāng)負(fù)荷減小的時(shí)候，電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)速度稍微有一定的升高，但是不會(huì)超過同步轉(zhuǎn)速)的不一樣，擁有系列的型號(hào)。為了適合不一樣的安裝需求，同一個(gè)類型的電動(dòng)機(jī)構(gòu)造又制作成很多種不一樣的安裝形式。每個(gè)型號(hào)的電動(dòng)機(jī)的技術(shù)數(shù)據(jù)(例如額定功率、滿載轉(zhuǎn)速和堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩等)、外觀形狀與安裝大小長度都可以翻閱相關(guān)的產(chǎn)品目錄查看。
按照已經(jīng)知道的需求與條件，選擇運(yùn)用Y型全封閉籠型三相異步電動(dòng)機(jī)。
（2）選擇電動(dòng)機(jī)類型的功率
根據(jù)前面的設(shè)計(jì)計(jì)算得出，工作的時(shí)候需要的電動(dòng)機(jī)輸出功率是
P工作輸出=1.155 KW
電動(dòng)機(jī)到運(yùn)輸帶之間的總效率是
η總=η皮帶η齒輪η3滾動(dòng)軸承η鏈輪η2摩擦輪
=0.96×0.97×0.993×0.96×0.902
=0.703
所以電動(dòng)機(jī)的輸入功率為
P電動(dòng)機(jī)輸入= P工作輸出/η總
=1.155/0.703
=1.64 kW
（3）初選同步轉(zhuǎn)速為750 r/min的電動(dòng)機(jī)
因?yàn)镻電動(dòng)機(jī)輸入≤P電動(dòng)機(jī)額定，所以依照相關(guān)資料表12-1，選取運(yùn)用的電動(dòng)機(jī)型號(hào)是Y132S-8，其額定功率為2.2 KW，滿載轉(zhuǎn)速為710 r/min，即
P電動(dòng)機(jī)額定=2.2 kW
n電動(dòng)機(jī)額定=710 r/min
2.4 傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算
2.4.1 各傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比及各軸轉(zhuǎn)速的計(jì)算的計(jì)算
分配各級(jí)傳動(dòng)比例的時(shí)候應(yīng)該思考的問題：
（1）每一級(jí)的傳動(dòng)比機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比應(yīng)該在推薦值的范圍以內(nèi)，不能比最大值大，這樣利于發(fā)揮它的性能，而且使得它的構(gòu)造更加緊湊。
（2）應(yīng)該讓各級(jí)傳動(dòng)的構(gòu)造長短大小一致、均勻。例如：根據(jù)V帶傳動(dòng)與齒輪傳動(dòng)組合而成的傳動(dòng)設(shè)備，V帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比例不可以太大，不然會(huì)使得大帶輪半徑比變速器的中心要高，構(gòu)成長短不一致，這樣會(huì)給基座的制作與安裝都帶來麻煩。
（3）應(yīng)該讓傳動(dòng)裝置外廓長度緊湊，重量輕。在總中心距和總傳動(dòng)一致的情況下，具有較小的外廓尺寸。
（4）應(yīng)該防止傳動(dòng)零部件之間出現(xiàn)干涉發(fā)生碰撞。高速級(jí)大齒輪和低速軸出現(xiàn)干涉，如果高速級(jí)傳動(dòng)比太大的時(shí)候就有可能發(fā)生這種情況。除了思考上面講的幾點(diǎn)外，還要理論結(jié)合實(shí)際情況，考慮機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)情況、安裝等原因。以此我們就能經(jīng)過實(shí)際測(cè)量和理論計(jì)算來安培分配每一級(jí)的傳動(dòng)比。
電動(dòng)機(jī)在滿載的情況下的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是710 r/min, 需要的輸出是18r/min，因此總的傳動(dòng)比是：
nm / n=710/18≈39.44
V帶傳動(dòng)比常用范圍i≤7；
圓柱齒輪傳動(dòng)單級(jí)減速器傳動(dòng)比的范圍i≤4～6；
鏈傳動(dòng)傳動(dòng)比的范圍i≤6；
摩擦輪傳動(dòng)傳動(dòng)比的范圍i≤5。
故設(shè)計(jì)分配傳動(dòng)比如下：
第一級(jí)V帶傳動(dòng)比 i1=3；
第二級(jí)齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)比 i2=4；
第三級(jí)鏈傳動(dòng)傳動(dòng)比 i3=2；
第二級(jí)摩擦輪傳動(dòng)傳動(dòng)比 i4=1.6。
每一軸的轉(zhuǎn)速是：
n0= nw=710 r/min
n1= n0/ i1=710/3=237 r/min
n2= n1/ i2=237/4=59 r/min
n3= n2/ i3=59/2=30 r/min
n4= n3/ i4=30/1.6=18 r/min
2.4.2 各軸輸入功率的計(jì)算
機(jī)械效率分布如下：V帶傳動(dòng)η1=0.96；滾動(dòng)軸承η2=0.99；圓柱齒輪傳動(dòng)η3=0.97；鏈傳動(dòng)η4=0.96；摩擦輪傳動(dòng)η5=0.90。每個(gè)軸的輸入功率根據(jù)電動(dòng)機(jī)額定功率進(jìn)行計(jì)算，各軸輸入功率是：
P0 = PW = 2.2 kW
P1 = P0η1=2.2×0.96=2.11 kW
P2 = P1η2η3=2.11×0.99×0.97=2.03 kW
P3 = P2η4 =2.03×0.96=1.95 kW
P4 = P3η2η5=1.95×0.99×0.90=1.74 kW
2.4.3 各軸轉(zhuǎn)矩的計(jì)算
T0 = 9550 P0/ n0=9550×2.2/710 =29.59 N·m
T1 = 9550 P1/ n1=9550×2.11/237 =85.02 N·m
T2 = 9550 P2/ n2=9550×2.03/59 =325.58 N·m
T3 = 9550 P3/ n3=9550×1.95/30 =620.75 N·m
3 主要零件的選擇和設(shè)計(jì)
3.1 皮帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
依照設(shè)計(jì)可以知道皮帶的傳動(dòng)比是3，因?yàn)閭鲃?dòng)的速度比較快，位于高速的地方，因此選用傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的穩(wěn)定性。旋轉(zhuǎn)的方位一致的話，帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)是依靠帶和帶輪兩者制件的摩擦作用來完成的。帶傳動(dòng)的話，它擁有傳動(dòng)的穩(wěn)定性，其特點(diǎn)是構(gòu)造的價(jià)格比較便宜緩沖能力比較好。依照草面摩擦的原理，在相同的張力下面，V帶傳動(dòng)比平帶傳動(dòng)更能產(chǎn)生較大的摩擦作用力。還有V帶傳動(dòng)允許傳動(dòng)相對(duì)大，構(gòu)造相對(duì)緊湊，而且V帶標(biāo)準(zhǔn)化而且生產(chǎn)量大的特點(diǎn)，因此我們這里高速軸傳動(dòng)選擇運(yùn)用V帶傳動(dòng)[10]。
3.1.1 確定計(jì)算功率 Pca
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-7 查得工作情況系數(shù)K A =1.1 故 Pca = K A P = 1.1×2.2=2.42 kW
3.1.2 選擇V帶的帶型
根據(jù)Pca=2.42 KW,小帶輪轉(zhuǎn)速n1=710r/min,由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖8-11選用A型。
3.1.3 選取帶輪的基準(zhǔn)直徑dd驗(yàn)算帶速v
（1）初步選定小的帶輪基準(zhǔn)直徑dd
根據(jù)表8-6與表8-8，選取基準(zhǔn)直徑為dd1=140 mm。
（2）驗(yàn)算帶速v
按式v=πdd1 n1/60×1000驗(yàn)算帶的速度
v =πdd1 n1/60×1000
=π×140 ×710/60×1000
= 5.20 m/s
因?yàn)? m/s
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