1、全 日 制 普 通 本 科 生 毕 业 设 计 红薯清洗机的设计THE DESIGN OF THE SWEET POTATO WASHING MACHINE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
2、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湖南农业大学东方科技学院、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32.1清洗机的结构32.2红薯清洗机的工作原理33 总体方案的论证44 总体方案的论证44.1 方案一 齿轮传动44.2 方案二 带传动54.3 方案三 链传动55 结构设计65.1 选用电动机65.2 机械传动装置的总体设计与计算85.3 机械传动件的设计计算95.3.1 链条的设计与计算105.3.2 滚子链的静强
3、度计算115.4 链轮基本参数和主要尺寸115.5 摩擦轮的设计与计算145.5.1 摩擦轮方案选择145.5.2 摩擦轮的材料165.5.3 摩擦轮传动的设计和计算165.6 轴的设计和计算185.6.1 轴的材料185.6.2 轴的结构设计185.6.3轴的强度的校核185.7轴承盖的设计计算215.8 联轴器计算及选择225.8.1 联轴器的选用225.8.2 联轴器的型号和主要尺寸225.9 轴承的选择和润滑及其寿命计算235.9.1 轴承的选择235.9.2 轴承寿命计算235.9.3轴承的润滑245.10 滚筒材料的选择246 结论257 总结26参考文献26致谢271红薯清洗机的
4、设计学 生：指导老师： 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。该机用于清洗红薯。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
5、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 MachineAuthor: Tutor: (Oriental Science Technology College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128)Abstract：Drum type washing machine is a circular cylinder by rotation, in which the raw materials continue to flip, w
6、hile 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,
7、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 t
8、he coupling and the small 2sprocket, 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 consumpti
9、on, 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
10、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
11、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，3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
12、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红薯清洗机主要由滚筒、传动装置、喷淋水管、电机、进出料斗、出泥斗等组成,通常称为滚筒式红薯清洗机或鼠笼式红薯清洗机。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 红薯清洗机的工作原理图 1 总装图Fig 1 Assembly Diagram红薯清洗机的工作原理是红薯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红薯的推进。红薯沿滚筒壁向
13、前运动，在运动过程中红薯不断被水刷洗，红薯之间的摩擦、翻转间的刷洗，红薯与滚筒壁之间的磨擦，在共同作用下完成红薯表面的清洗过4程。以达到清洗的目的。在滚筒的下面设有淤泥清除口。3 总体方案的论证此处已删除lFM（26）其中：所受的力，单位 N；F对应力臂，单位 m。l5(a)(b)(c)(d)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：lFBCRA同理可得 B 点的受力为：lACRB由先前计算可知：C 点的受力 ,NF3.127， mllml BCAC100230代入数据得= 608 NRAF= 663.3 NB再代入公式
14、(26)，得=729.6 NmM轴的弯矩图见图 12(b)所示。6计算转矩：根据材料力学转矩公式 11：(27)nPMe954其中：该点处的转矩，单位 Nm；某点处的的功率，单位 kw；P对应某点的转速，单位 r/min。n根据所得数据功率为 1.26kw，转速 16r/min，将数据代入得，= 635.65 Nm；CMeT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)22 T式中：应力校正系数，对于不变的转矩，取 ；对于脉b1动的转矩，取 ；对于对称循环的转矩，取 =1；b01弯矩，单位 Nm；M转矩，单位 Nm。T本设计滚筒连续工作，滚筒中的马铃
15、薯重量相对稳定，于是取公式，查 机械设计 表 16.3 得， 。b1 28.075则当量转矩 Nm。1865.328.0CT以上数据代入(27)得，2 7.9CM742 Nm当量弯矩图见图 12(d)所示。7校核轴径 ，所以设计的轴符合mMdbCC 506.42751.0.331 要求。由图可知危险截面是 C 处。根据材料力学上的公式 11：tWT/max(29)验算轴的强度是否符合要求。对于工作机轴： tWT/max=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
16、广泛。轴承外径 mD10根据轴承外径取螺钉直径 d3螺钉孔直径 m10130dD2505.25.20908)1()1(4取 9mde20.32.D976)43(1)4(5 取 96由结构确定，m查表得 , b7, B8,D618mD826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
17、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：9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
18、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limn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
19、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10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
20、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：arYFXP（30）式中： 当量动载荷，NP径向载荷，N；rF轴向载荷，N；aX、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，3.127PN所以圆锥滚子轴承的基本额定寿命计算根据公式 21：rPCL610（31）式中：当量动载荷， N；P基本额定寿命，常以 106r 为单位；10L寿命指数，球轴承 ，滚子轴承 。3310若轴承的工作转速为 r/min，可
21、求出以小时为单位的基本额定寿命公式：n11hPCnLh16700（32）代入数据得，hLh 31010.2785.4= 9.应取 。 为轴承的预期使用寿命。根据本设计滚筒筛为 24 小时hL10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h10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
22、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红薯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
23、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、12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
24、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。滚筒与电动机的运动方式，功率、转矩及其载荷特性能够相互协调，与其他相邻机构的衔接正常，传动运动和力可靠，不会发生运动干涉。本机符合生产的需要，具有较高的生产率和经济效益。7 总结为期三个多月的毕业设计已经接近尾声，回顾整个过程，我深有感受。在设计过程中，我翻阅了很多与我课题相关的资料，同时将以前所学的有直接联系的相关专业科目认真的温习了一遍，丰富了许多理论方面的知识。这次设计使我四年中学到的基础知识得到了一次综合的应用，使学过的知识结构得到了
25、科学的组合，同时也从理论到实践发生了一次质的飞跃，可以说这次设计是理论知识与实践运用之间相互过渡的桥梁，是我们即将踏上工作岗位的台阶。在毕业设计的过程中，我发现自身的许多不足，理论知识不够扎实，设计经验不足，同时又缺乏实践工作的磨砺，从而导致在设计时难以做出正确的选择，对课题的内容茫然不知所措。对资料的应用也不够确切，对设计产品的具体形状、运作方式、性能指标也不能有一个准确的定位。缺乏对具体产品的想象力，这一切都可能导致我本次设计有不足之处。参考文献1黄大宇，梅瑛. 机械设计课程设计M.吉林：吉林大学出版社，2006：10-25.2成大先. 机械设计手册 单行版 机械传动M.北京：化工工业出版
26、社，2004：4-5.3成大先. 机械设计手册 单行版 轴及其联接M.北京：化工工业出版社，2004：17.4成大先. 机械设计手册 单行版 轴承M.北京：化工工业出版社，2004：23-24.135濮良贵，纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2001：5-6.6沈世德. 机械原理M.北京：机械工业出版社，2001：10-12.7瞿燕南,机械制造技术M. 北京：机械工业出版社，2001：19.8徐 灏. 机械设计手册M. 北京：机械工业出版社，1991：13-14.9机械工程手册，电机工程手册编辑委员会. 机械工程手册M. 北京：机械工业出版社，1995：20-21.10徐 灏. 新编机
27、械设计师手册M. 北京：机械工业出版社，1995：23.11胡家秀. 机械零件设计实用手册M. 北京：机械工业出版社，1999：11-12.12李益民. 机械制造工艺设计手册M. 北京：机械工业出版社，1995：16-20. 13张耀宸. 机械加工工艺设计手册M. 北京：航空工业出版社，1987：24.14Kuehnle M R. Toroidal Drive Combines Concepts.Product EngineeringM. Aug. 1979：21.15Zhang C, WangH. Robust design of assembly and machining toleran
28、ce allocations 1IEM. Transactions. 1998：17-20.16孟宪源. 现代机构手册M. 北京：机械工业出版社，1994：22.17徐锦康. 机械设计M.北京：高等教育出版社，2004：19-24.18吉卫喜. 机械制造技术M. 北京：机械工业出版社，2001：22-23.19机械制图,大连理工大学工程画教研室M.北京：高等教育出版社，2002：7-15.20卜炎.机械传动装置手册（上册）M. 北京：机械工业出版社，1999：21-25.21刘鸿文.材料力学M.北京：高等教育出版社，2005，4：18.22吴宗泽.机械设计实用手册M.北京：化学工业出版社，2003：15.23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.2005：2.致 谢在整个设计过程中，高老师总是耐心地给我们讲解有关方面的知识，及时了解我们设计中遇到的难题，使我们在短时间内完成设计工作。同时她还教导我们不管是在以后的工作还是学习中，都要保持治学严谨的态度。在历经两个多月的设计过程中，她一直为我热心地指导，经常为我解答一系列的疑难问题，以及指导我设计思路。另外，本次毕业设计的圆满结束，也离不开我们本小组其他成员的帮助。我和他们在一起做毕业设计时，经常互相交流，共同探讨问14题，从中我也得到了他们的许多帮助。在此，我衷心地向各位指导老师和我同组人表示感谢！
