1、摘 要本次设计玉米脱粒机工作原理就是利用板齿和脱粒辅助轴之间的相互挤搓实现脱粒，板齿安装在滚筒上，滚筒的主轴通过曲柄连杆机构和脚踏板相连。脱粒辅助轴是用于抵住玉米棒，并利于玉米棒在板齿和辅助轴之间滚动和滑动，从而实现脱粒。本设计重点是曲柄连杆机构的设计，以达到最优工况；滚筒、主轴、板齿和脱粒辅助轴的设计，还有排芯区和喂料装置漏斗的设计。设计各项参数达到预期目标，脱净率高、破碎率低、经济性好，尤其适合南方小面积种植农户使用。对减轻劳动强度，提高生产效率，减轻农民负担，增加收入有很大的意义。关键词：脱粒机 脱粒滚筒 脱粒辅助轴 漏斗abstractDesign maize sheller oper
2、ation principle to utilize board tooth and thresh, assist to crowd to rub with the hands and realize threshing each other axle this time, the board tooth is installed on the cylinder, the main shaft of the cylinder links up with the running-board through the crank connecting rod organization. Thresh
3、, assist axle used for, support, live in maize to be excellent, benefit maize to be excellent in board tooth assisting axle roll and slip, thus realize threshing. This design focus is the design of a crank connecting rod organization, in order to reach the optimum operating mode; Cylinder, main shaf
4、t, board tooth and threshing to assist the design of the axle, still arrange the core district and feed the material device -Design of the funnel. Design every parameter reach re-set target, take off net rate high, broken rate low, economy is fine, especially suitable for the little area in the Sout
5、h and plant peasant households to use. To lightening labour intensity, improve production efficiency, lighten peasants burden, increase incomes and have very great meanings.Keywords: Sheller Cylinder threshing Extracts seeds the auxiliary axis Funnel脚踏式玉米脱粒机1目录引言 .2一.玉米脱粒机的工作原理 .4二.玉米脱粒机驱动机构的型式与最优工况
6、的选择 .521 驱动机构的作用与型式 .522 驱动机构最优工况及曲柄最佳位值的选择 .8三.玉米脱粒机驱动机构设计技术要求 .831 驱动机构各构件的相对位置必须满足省力的要求 .832 踏板行程 S 和摆角 的设计要求 .833 行程速比系数 K 和极位夹角 .934 机架高度 H.935 踏板位置的确定 .936 小齿轮中心位置的确定 .1037 摇杆、连杆和曲柄之间的相对位置确定 .10四玉米脱粒机滚筒及脱粒部件的设计分析 .1041 玉米脱粒机的运动特点 .1042 玉米脱粒机的静力平衡 .1143 滚筒动力学分析 .124.4 脱粒滚筒转速 .124.5 滚筒直径及滚筒主轴轴径和
7、齿轮传动比的选择 .1346 滚筒板齿的相关设计 .134.7 玉米脱粒辅助轴的设计 .144.8 辅助轴的的一些安装位置 .154.9 排芯区的设计 .164.10 漏斗的设计和安装 .17五玉米脱粒机的主要工作部件的强度校核 .175.1 玉米脱粒机大齿轮主轴的校核 .1752 玉米脱粒机大齿轮偏心轴的校核 .21结束语 .23参考文献 .24脚踏式玉米脱粒机2引 言在我省广大农村，特别是丘陵地区和山区，在很长的一段时间内，农业生产和部分农产品加工还须人力来完成。如玉米脱粒、花生收获和加工，油菜的脱粒和清选等。如果有一种以人力为动力（有条件的地方可配用小动力）的多用机具，为山区和丘陵地区农
8、民服务，对减轻劳动强度，提高生产效率，减轻农民负担，增加收入有很大的意义。提高农村经济水平、提高劳动生产率加速农村和谐社会的发展做出贡献。目前市场上还没有针对丘陵地区而又多功能的小型机具，并且要求其价格十分低廉，本项目是通过对农村普遍使用的脚踏式人力水稻脱粒机改进而来，使其有多功能，可以进行玉米、油菜、花生脱粒，它具有结构简单重量轻，价格低廉，可在田间移动，完成不同作业时更换工作部件容易。本设计主要针对玉米脱粒机。目前市场上玉米的脱粒大多采用打击原理设计的普通脱粒机，各种传统普通机型的滚筒转速都在 700r/min 以上，滚筒外缘线速度均大于 8m/s，是靠钉齿高速打击玉米果穗实现脱粒的，对玉
9、米籽粒伤害较大。而现在发达国家如美国已将以打击原理为主的玉米脱粒机淘汰,用一种挤搓脱粒技术原理脱粒机取代,并已得到推广应用。这种技术符合脱净率高、破碎率低的要求，全面克服了老式脱粒机存在的缺点。新机型脱粒损失至少比老机型减少 0.5%，而且对种子玉米和普通玉米均适合。玉米含水率对生产率和脱粒有一定的影响。含水率在 13%-20%范围内，技术性能指标比较稳定；含水率超过 20%，则脱净率和破碎率指标下降，夹带量上升，净度指标下降，风选效果和清选质量也会下降。我国的挤搓玉米脱粒技术的研究工作于 2000 年开始起步，并且 取得了快速进展，参考国外技术进行研究阶段已基本完成，在设计和制造中对主要部件
10、又进行了改进完善，使其结构更加趋于合理，性能又得到进一步提高。现已初步掌握了该项技术的系列设计及确定基本技术参数的方法，目前正进行此项技术的完善、深入研究、系列化及推广工作。本项目利用已有的脚踏式人力水稻脱粒机，运用挤搓原理设计而成。各项参数达到预期目标，脱净率高、破碎率低、经济性好，尤其适合南方小面积种植农户使用。对减轻劳动强度，提高生产效率，减轻农民负担，增加收入有很大的意义。脚踏式玉米脱粒机3一.玉米脱粒机的工作原理该玉米脱粒机工艺是仿生技术的一种应用,模仿人工用手搓玉米的动作。滚筒上安装有板齿，滚筒带动板齿转动,与玉米挤搓而脱粒，如图 1.1图 1 脱粒机的工作原理图图 2 带冠板齿脚
11、踏式玉米脱粒机4当玉米从进料区送入(如图 1.3)，玉米就受到板齿的挤搓力，并受往左的推力，所以玉米果穗是边脱粒边往排芯区滑动，这样的话就有利于下一个玉米脱粒的连续性，可同时脱粒好几根玉米，提高了脱粒的效率。图 3 脱粒机的工作简图在脱粒区内，滚筒板齿拨动果穗沿着脱粒辅助轴作圆周运动，由于板齿与滚筒轴心成一定的夹角,所以同时也将果穗向排芯口推动,实际上玉米果穗的运动轨迹是螺旋线。其中一部分板(如图 1.2)所示，设计成顶部带冠形状（二至三处凸起） ，其作用如同人工用竹签子（过去北方农村用于人工脱玉米籽粒的工具） ，先将玉米果穗上的局部籽粒挤掉，以便后面挤搓板顺利。由于脱粒辅助轴上也有一些小小的
12、像挫刀一样的齿纹，这样一来玉米棒就不会被滚筒挤到脱粒辅助轴外，二来增大了玉米、滚筒上的板齿及脱粒辅助的摩擦。玉米在这些力的的作用下既滚动又滑动，以达到挤搓脱粒的效果。二 .玉米脱粒机驱动机构的型式与最优工况的选择21 驱动机构的作用与型式驱动机构的作用是把人脚一定行程的往复运动，转变成曲柄的转动，通过大小齿轮啮合增速后，把转动传给小齿轮，从而带动工作部件转动。使工作部件具有足够的线速度达到满足工作的要求。能满足上述要求而广泛使用的机构脚踏式玉米脱粒机5为曲柄摇杆机构。根据结构形式的不同，我们把曲柄摇杆机构分为三种形式：a）.拉杆式 摇杆和踏板支杆为一直杆，统称总摇杆, 是最早统型第 737型（
13、图 2.1.1） 。该机构为左右两套驱动机构。这个摇杆的支点在它的一个端点。工作时，连杆受拉力作用，总摇杆受拉力。总摇杆长等于力臂长。即,其中 L 为总摇杆长度，S 为踏板行程， 为踏板摇角。2/sin)1(L该机构的特点是摇杆很长，操作省力，各支点及铰接点受力小，耐磨。其缺点是受结构限制摇杆支点位于禾斗壁上，不耐磨易松动。而双面传动由于制造精度低很难达到同时传动的目的，也造成结构复杂成本高。b）压杆式 摇杆和踏板仍为一直杆，支点在中间的直杆形，又称跷跷板形（图 2.1.2） 。工作时连杆受压。总摇杆等于力臂长与重臂长之和，即, 其中 i 为力臂比,它等于力臂长与重臂长之比。2/sin)1(L
14、该机构的特点是把摇杆支点从禾斗移出，装在机架上，采用单边传动，简化结构，降低成本。其缺点是摇杆短小费力，连杆为压杆不稳定易变形，各支点及铰接点受力大，磨损快，现很少采用。c）摆杆式 摇杆和踏板杆不是一直杆 ,而成一定角度，摇杆和踏板为曲杆, 支点在一端（图 2.1.3） 。工作时连杆受拉，而总摇杆长等于力臂长与重臂长之和，即 。2/sin)1(L图 4 支点在一端的直杆式脚踏式玉米脱粒机6图 5 支点在中间的直杆式图 6 踏板和摇杆为曲杆式图 7 驱动构设计上述三种机构，在保证摆角 和一定的踏板行程 S 的情况下，支点在一端的总摇杆长度最短。它的特点是，该机构的特点是单边传动，把摇杆支点移到机
15、架上，连杆为拉杆，各支点和铰接点受力较小，踏板也较长，也省力。因此，该机构是目前比较理想的一种形式。脚踏式玉米脱粒机722 驱动机构最优工况及曲柄最佳位值的选择当确定了踏板和摇杆为曲杆这种形式后，我们再选择该种机构的最优工况。因为人力机具是以人力为动力，所设计的驱动机构一定要把省力、减少疲劳为目标，即当踏力一定时能产生最大的驱动力矩，这就要求传动角接近 900，各构件支点和铰接点受力最小。能满足上述要求的工况是当踏板位于水平位置时，连杆与摇杆和曲柄相垂直。当确定了最佳工况后，就要确定在满足最佳工况下曲柄的最佳位置（即曲柄与水平面的夹角） 。为分析方便，在图 4 中，过 A 点作直线 AC3，平
16、行与 BC交 CD 于 C3。使 DAC3 EDC。设曲柄 AB 长 a，支点距 AD 长为 d，则连杆长 b = d cos，摇杆长 C = a d sin。从满足曲柄存在条件来看，应使 a db c，即 a dd cos a d sin，化简后得出：cos sin1，从数学中知，cossin 的最大值是当 = 450 时，因此曲柄与水平的夹角 为 45 度。三 .玉米脱粒机驱动机构设计技术要求由于脚踏式玉米脱粒机是以人力为动力进行脱粒，因此在设计驱动机构时必须满足省力、人体不易疲劳等要求。所以，所设计的驱动机构踏板脚踏频率不能高，踏板行程不能大，踏板在最低位置应接近不动的脚底，滚筒转速应均
17、匀，脚踏应省力等。因此，在设计驱动机构时应满足如下要求4：31 驱动机构各构件的相对位置必须满足省力的要求如图（2.1.3）所示，当踏板向下运动过程为做功行程，在做功行程内做功是不均匀的，当在做功中段附近，踏板近水平位置时，人易用力，作用力也大，而且力臂也大，所产生的驱动力矩也大，因此希望当踏板近水平位置时，摇杆能和曲柄平行并与连杆垂直，使得此时传动角 接近 90 ，以产生最大的驱动力矩。32 踏板行程 S 和摆角 的设计要求由图(2.1.3)看出，踏板行程 S 是指踏板在两个极端位置时，踏板最端点的脚踏式玉米脱粒机8垂直距离。踏板行程过大，脚提得过高易疲劳，过小则做功小，用不上力，根据实际使
18、用情况看，最合适的踏板行程一般在 180220mm 范围内。踏板行程确定后，踏板摆角越小，连杆和摇杆的夹角越接近于 90 ，越有利于传动，但摆角越小，摆杆支杆必然要加长，引起结构不紧凑，同时踏板支杆的刚性也差，工作一段时间后，踏板易倾斜，造成齿轮偏磨。摆角过大，脚面与踏板接触面小易疲劳，脚上有泥时也容易打滑伤腿，所以一般情况下摆角在 30 35 内比较合适。33 行程速比系数 K 和极位夹角 极位夹角是当摇杆处在上下极限位置时，即曲柄为上下死点位置时，连杆相对应的夹角。K=180+ /180-K行程速度变化系数 极位夹角脱粒机工作时，当踏板由上死点向下运动时，人脚用力踏下是一个做功过程，当踏板
19、由下死点向上运动时，人脚不能做功，依靠滚筒转动惯量一面完成脱粒做功，一面带动踏板向上运动。当 k1 时机构有急回作用，即踏板由下死点向上运动到上死点时，大齿轮的工作转角小，有利于做功和滚筒的运动平稳，有利于力量的发挥，也可提高工作效率；但 k 过大即极位夹角过大会产生冲脚现象，所谓冲脚是指踏板向上运动速度太快，人脚尚未提起，踏板就打在脚板下方，使人产生疲劳，因此在选择极位夹角时，应保证不产生明显冲脚前提下尽量取大值。有关资料表明 1.1K1,即 8.5时不会产生明显的冲象 ,因此,在选择极位夹角时,应保证在不产生明显冲脚的的现象的提条件下,尽量取较大值。34 机架高度 H 当脱粒机工作时，当机
20、架过高不易投入料(玉米),机架过低要弯腰也易疲劳。因此。机架高度应以人的高度来衡量，一般情况下，H = 450550mm 范围为宜。脚踏式玉米脱粒机935 踏板位置的确定踏板运动到上止点时，踏板最远端至集果箱后档板的距离 L1 太大，工作时操作人员弯腰幅度较易疲劳，太短则膝盖可能碰到集果箱后档板，为了保证操作人员操作方便、舒适，一般合适的距离 L1 为 170mm 左右。36 小齿轮中心位置的确定小齿轮中心至集果箱后档板的距离过大，工作时操作人员手外伸太远易疲劳过小则影响整机结构，该距离大小取决于滚筒直径、板齿的高低及板齿与档板的间隙。L 2 的适宜值一般 270 毫米左右。37 摇杆、连杆和
21、曲柄之间的相对位置确定由于受冲击的影响，人力脱粒机脱粒时其做功是不均匀的，在作功中段附近，踏板近水平位置时，操作人员较易使用力气，作用力也大。脚踏板在行程极限位置附近，一方面不容易使用力气,另一方面连杆拉力对曲柄中心距(即力臂)小,在相同大小力的作用 F 所产生的驱动力矩小。只有在作功行程中部时，用力方便、力臂大，所产生驱动力矩最大。因此，当脚踏板近似于水平位置时，摇杆和曲柄平行并与连杆垂直，产生最大的驱动力臂。经对不同的工况进行分析，发现该工况下具有以下优点：连杆受力小，各铰接点支反力小，传动角大，损失小。基于上述分析，可以确定摇杆、连杆和曲柄之间的最佳相对位置，即当脚踏板位于水平位置时，摇杆和曲柄平行并与连杆相垂直。四玉米脱粒机滚筒及脱粒部件的设计分析41 玉米脱粒机的运动特点玉米脱粒机是以人为动力，而人每分钟对踏板动的次数为一定值，不能过高和过低，一般人每分钟踏动次数最高可达 120 次，最少 80 多次，常久使用时可达 90100 次。滚筒在每一转中其各点的速度也是一个变值，当脚踏由上止点向下作功行程开始点其速度最小，随着脚踏板的向下运动作功的增大，转速增高。当
