机械毕业设计（论文）-杂交水稻籽粒分选清选机械装备设计【全套图纸】

- 1 - 杂交水稻籽粒分选清选机械装备设计杂交水稻籽粒分选清选机械装备设计 学 生: 黄杰灵 指导老师: 吴明亮 （湖南农业大学东方科技学院 ，长沙 410128） 摘 要:杂交水稻工程化制种改变了以前杂交水稻母本于父本间行种植的方式，采用 母本与父本混合种植的方式，这就造成了收获后的种子既有母本又有父本；通过实验研究 分析可得，母本籽粒的长度约6mm 左右，而父本籽粒大约11-12mm，根据两种籽粒的长度 的特性的不同，拟设计以窝眼滚轮筒为主要工作部件的清洗机来清选出所需要的母本籽粒。 本设计根据当前社会发展需要，自行设计了窝眼滚轮筒，介绍了窝眼滚轮筒国内外研究情 况和研究意义。本窝眼滚轮筒重点对分选筒内籽的运动动力学分析，得出了影响籽粒分选 的主要因素窝眼分选筒的直径、角速度及斜置倾角，设计计算了各主要部件所需参数并进 行了校核，完成了装备图及各主要零件的图纸设计，进行了自我总结。 关键词: 分选；窝眼筒；动力学分析；推料螺旋 Design Of Grain Scalping Machine Student: Huang Jieling Tutor: Wu Mingliang （College of Engineering ,Hunan Agricultural University,Changsha ,410128,China） Abstract: Hybrid Rice Seed Production of Hybrid Rice changed the previous inter-row cultivation of the female parent in the way male, female and male parent by way of mixed cultivation, which resulted in the seeds after harvest have both male female parent;analysis can be obtained through experiment, the grain length of about 6mm female parent, while the male seed of about 11-12mm, according to the characteristics of the two grains of different length, to be designed to nest eye roller tube as the main working parts of the washing machine required to settle the election of the female parent grain.The design based on the current social development, to design a roller tube eye socket, eye socket roller tube introduced the situation and significance of domestic and international research. The roller tube nest eyes focus on the movement of seed tube sorting dynamic analysis of grains obtained the main factor separating the eye socket - 2 - diameter tube sorting, angular and oblique angle, design and calculation of the major components required parameters were checked, completed the plans and major parts and equipment design drawings, were self-summary. Keywords: Separation, Indent cylinder, Dynamic analysis；Pusher spiral 目目 录录 摘要1 关键词1 1 前言2 2 系统总体方案的确定3 2.1 基本结构3 2.2 工作原理3 2.3 系统总体方案设计4 3 传动方案的设计4 3.1 电动机的选择4 4 传动设计5 4.1 皮带轮的设计计算5 4.2 滚筒链传动设计计算6 4.3 搅龙链传动设计和计算8 5 主要部件的设计计算及校核9 5.1 窝眼型孔9 5.2 分选滚筒9 5.3 滚筒结构设计10 5.4 螺旋搅龙11 5.5 螺旋供料器的转速12 5.6 机架12 6 种子籽粒动力学分析12 6.1 长粒种子轴向动力学分析12 6.2 长粒种子轴向动力学分析13 7 传动装置的运动和动力参数16 7.1 各轴转速16 7.2 各轴的功率16 - 3 - 7.3 各轴转矩16 8 轴的设计校核16 8.1 轴 1 的设计校 核16 8.2 轴 2 的设计校 核17 8.3 重要轴的强度校核17 8.4 轴承的计算19 8.5 轴承载荷校核19 9 结论19 参考文献 21 致谢 23 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1 前言 杂交水稻制种过程中，种子的纯度对制种至关重要。传统方法在收获籽粒 时，多采用人工收获方式，对不同组合中的父、母本进行单独分收，以便保证 父、母本种子的纯度。这种分收方式，增加收获难度，也降低生产效率。为加 快现代杂交水稻制种的进程，农学育种专家们提出了适合工程化生产的混播制 种，即将父、母本种子按照一定的比例均匀混合，一次性插入田间，父、母本 在田间随机分布，在扬花授粉期，父本周围是母本，母本周围是父本，这样有 利于授粉率；同时，成熟后，父、母本采用机械化一次性收获。大大降低了生 - 4 - 产成本，提高了制种的产量。 杂交稻工程化制种改变了以往杂交稻父本与母本间行种植的方式，采用父 本与母本混合种植的方式，这就造成收获后的种子既有父本又有母本。因此， 研制分离效果达到种子纯度要求的分离清选机成为工程化混播制种的关键。据 湖南省农科院水稻研究所近年来在田间混播制种试验的研究成果：母本籽粒的 长度约 6mm 左右，父本籽粒平均长度为 11-12mm，而其他方向尺寸差距不大。 为此，课题组设计了以窝眼分选筒为主要工作部件的种子分选机来分选出所需 要的母本籽粒。本文针对父、母本籽粒在分选机内的运动进行分析，重点研究 了分选机各关键部件的动力学参数和结构参数与籽粒分选效果之间的关系，为 进一步改进设计窝眼筒式分选机提供理论依据。 2004 年李贤勇、王楚桃，李顺武等将生育期相近而颖壳色泽各异的父本和 母本，采用能机械化操作的混播育苗、混栽授粉和混收等制种环节，最后用色 选机将粒色各异的混收种子进行分选，获得高纯度的杂交水稻种子。张德文， 杨前进，王士梅等育成了适合进行混播制种且可以进行机械收割的强优势杂交 水稻组合，其父母本亲本种子混合播种，扬花期父本给母本授粉后通过化学方 法杀死父本，正常收获杂交种的一种制种方式。播种、移栽和收获都能够进行 机械化操作，大大降低了制种成本。农科院水稻研究所提出了选育了小粒径水 稻种子与长粒径水稻种子进行混播制种，取得了初步的研究成果。混播技术的 推广应用，为杂交水稻制种向工程化、规模化制种奠定了基础。但是种子的分 离与清选又将成为了该项技术的瓶颈，为此，设计出混播制种后的分离清选设 备显得尤为重要。国内外在籽粒分选机方面也进行了相关的研究，并取得了一 定的研究成果，但是其研究对象均是针对谷物加工中的米粒精选、分选及除杂， 专门设计用于杂交水稻籽粒的分选设备还未见报道。 2 系统总体方案的确定 2.1基本结构 窝眼滚筒分选机结构如图1 所示，主要由进料斗、分选筒、承种槽、承种 槽调节机构、排料螺旋、防堵拨齿、主轴、机架、底座、传动机构以及收料箱 等部分组成。进料斗、窝眼滚筒、承种槽、排料螺旋、收料箱构成了短粒母本 种子的输送路线；进料斗、窝眼滚筒、收料箱构成了长粒父本种子的输送路线。 通过调节承种槽调节机构的角度调整种子分离的效果；滚筒带动上部的防堵拨 齿，通过相互作用清除窝眼堵塞；电动机带动链轮将动力分别传送给主轴和分 选筒。 - 5 - 2.2工作原理 待分选的籽粒通过进料斗喂入窝眼分选筒内并随分选筒一起转动。短粒种 子直接充入分选滚筒内壁的窝眼孔中并随分选滚筒一起转动，当被带到一定的 高度后，籽粒脱出窝眼孔，直接掉入承种槽内，再由承种槽内推料螺旋推送经 排种口排出。而长粒种子因不能进入窝眼孔，在分选筒内壁摩擦力的作用下被 带到一定高度后下滑，同时因分选筒沿轴向有一斜置倾角，籽粒在下滑的过程 中存在轴向的滑移运动，最终长籽粒随分选筒一起做复杂的螺旋线运动并沿分 选筒轴线经排种口排出。这样就完成了父本与母本籽粒的分离清选。进料斗、 窝眼分选筒、承种槽、推料螺旋、排料口构成了短粒母本种子的输送路线；进 料斗、窝眼分选筒、排料口构成了长粒父本种子的输送路线。 当分选筒窝眼孔被籽粒堵塞时，防堵拨齿随分选筒的转动主动插入到窝眼 孔中，将堵留在窝眼孔中的籽粒推出窝眼，实现清种，有利于下一步短粒种子 充入窝眼孔实现分选。 2.3系统总体方案设计 1）组成：主要由电动机与分选机两部分组成 2）特点：能保证准确的平均传动比；传递的功率大，且张紧力小，传动的效率 高，一般达到 0.95-0.98；能在低速重载和高温条件及露天等不良环境中工作； 1.窝眼分选筒；2.推料螺旋； 3.主轴；4.承种槽调节机构； 5.排种口 1；6.承种槽；7.排种口 2；8.底座；9.外齿圈； 10.支承轴；11.支承轴轴承；12.机架；13.主轴小链轮； 14.进料斗；15.防堵拨齿； 图 1 窝眼分选筒分选机结构图 Fig.1 Structure of the Indent Cylinder Separator - 6 - 3）传动方案确定：样机中承种槽的螺旋输送器与窝眼滚筒处于同一轴线上，但 其转速常需要分别调节，故通过两对链传动分别提供动力。调速电机传递出来 的动力通过联轴器传递给 2 个小链轮，一个链轮通过链传动将动力传递给主轴 上的相同齿数的小带轮，实现同步传动，传动比为 i1=1，主轴的速度等于电机 的速度，等于主轴上排料螺旋的转速。另一个小链轮通过滚子链与滚筒外齿圈 啮合，带动滚筒转动，传动比为 i2=5。传动示意图如图 2 所示。 3 传动方案的设计 3.1 电动机的选择 根据任务书设计参数，结合机械设计手册表 12-1，选择 Y132S-8 型电动机， 电动机参数如下： 表1 电动机参数表 Tab1 Moror Parameters 电动机型号 额定功率 满载转速 堵转转矩 最大转矩 质量/kg /kw /(r/min) Y132-8 2.2 710 2.0 2.0 63 本设计采用电动机作为该清选机械的动力来源，先通过皮带传动带动齿轮 转动，齿轮转动在通过链条传动到滚筒和推料螺旋来实现预期工作，两级传动， 简单可行。 3.2 传动比的确定和分配 - 7 - n710 =17.75 n40 i 带 带 滚 根据设计要求该清选机得传动由皮带和链组成 i =ii i i =5i =3.55 i 带带链 总 链带 链 假定则 4 传动设计传动设计 4.1 皮带轮的设计计算 4.1.1 皮带轮齿数 查机械设计手册表13-8得,故有 1.1 A K 1.1 2.22.42 CA PK PKW 4.1.2 选V带型号 根据由图13-15查出坐标点位于Z型和A型交界处，现 2.42,710 / min, C PKW nr 暂按选A型计算。 4.1.3 求大、小带轮基准直径 21 dd 、 11 2 1 1 2 13-9d75d =90mm13-9 n d =i901 0.02 =313 n 1 n710 n =200 r/min i3.55 139d =315mm 带 带 由表，应不小于，现取，由式（）得 （） （） （） 由表取 4.1.4 验算带速V 1 d n 1000=3.4m/s 60 V （） 4.1.5 求V带基准长度Ld和中心距a 初选中心距 012 a =1.5 dd =1.5 90315 =607.5 mm（）（）（） 取 0 a =300mm 由式（13-2）得带长 - 8 - 2 21 00 120 2 dd =2a 2 dd4a 31590 =2 300 2 9031540 300 =1240 mm L （） （） （） （） （） 查表13-2，对A型带选用Ld=1250mm。再由式（13-6）计算实际中心距 1 0 )1250 1240 aa300305() 22 d LL mm （ 4.1.6 验算小带轮包角 1 a 由式（13-1）得 满足 0 00000 1 1 125090 18057.318057.3138120 305 d Ld a a 4.1.7 求V带根数Z 由式（13-5）得 00 1 n710 / min,90,133 C aL P ZKK PP rdmm 查表得 0 0.68PKw 查表13-5得 0 0.09pkw 0 1a 138137k =0.891320.93 2.42 0.89 0.933.8 0.680.09 L aK 由查表的，查表得， 由此可得 Z= 取4根 4.1.8 求作用在带轮轴上的压力F0 查表13-1 得 q=0.12kg/m ，故由式（13-17）得单根V带的初拉力 作用在轴上的压力 4.2 滚筒链传动设计和计算 4.2.1 链轮齿数 查机械设计手册表 13-12 选 1 Z =21 大链轮齿数 21 Z =iZ =5 21=105 实际传动比 C 0 2 v 2.5 500P K -1 F =165 KN Zqv （） （） 0 0 Q 2ZF sina2 4 165 sin138 F =165 KN 22 （） 2 1 Z i=5 Z - 9 - 4.2.2 链条节数 初定中心距 由机械设计手册式（13-21）可得 0 a40p 取节数位148 P L 4.2.3 计算功率 由机械设计手册表 13-13 查得1.0, A K 有 CA P =K P=1.0 2.2=2.2KW 4.2.4 链条节距 由式（13-25） 估计此链条传动工作于图 13-33 所示曲线定点的左侧，由表 13-13 可得 采用单排链， 由图 13-33 查得 n1=200r/min 时，10A 链条能传动的功率为 2.5kw （2kw） ，故 采用 10A 链条，节距 p=15.875mm 4.2.5 实际中心距 将中心距设计成可调节的，不必计算实际中心距，可取 0 aa40 15.875mm=635mm 4.2.6 计算链速 由式（13-20） 4.2.7 作用在轴上的压力 2 02121 P 0 2 2aZ +ZZZP L =+) p2a2 2 4021 10510521 () 2402 148 pp pp （ C 0 Zm P P = K K 0 2.2 1.0,P =1.0=2kw 1.11 m K故（） 1.08 1 z K()1.11 19 Z 11 Z Pn21 15.875 200 v1.11 m 60 100060 1000 （/ s） - 10 - 如前所述 Q (1.2 1.3) ,F =1.3F Q FF取 4.3 搅龙链传动设计和计算 4.3.1 链轮齿数 查机械设计手册 表 13-12 选 1 Z31 大链轮齿数 21 Ziz1 3131 4.3.2 链条节数 初定中心距 由机械设计手册式（13-21）可得 0 a40p 取链节数为 节 P L =111 4.3.3 计算功率 由机械设手册表 13-13 查得 A K =1.0,故 CA P =K P=1.0 2.2=2.2KW 4.3.4 链条节距 由式（13-25） 估计次链传动工作于图 13-33 所示曲线的左侧，由 13-13 可得 采用单排链，Km=1.0，故有 由图 13-33 查得当 n1=200r/min 时，10A 链条能传动的功率为 2.5kw（2kw） ， 故采用 10A 链条，节距 p=15.875mm 4.3.5 实际中心距 C Q 1000P1000 2.2 F=2000N V1.11 F =1.3 2000N=2600N （） n200r / minn200r / min n200 i1 n200 搅轴 搅 轴 已知，所以 2 02121 P 0 2 2aZZZ -Zp L =) p2a2 2 4031 3131 31 () 2402 111( pp pp （ 节） 0 m C Z P P K K 1.08 1 z ()1.7 19 Z K 0 2.2 1.01.3() 1.7 PKW - 11 - 将中心设计成可调节的，不必计算实际中心距。可取 0 a=a =40p=40 15.875mm=635mm 4.3.6 计算链速 由式（13-20） 4.3.7 作用在轴上的压力 如前所述(1.2 1.3) ,1.3 QQ FFFF取 5 主要部件的设计计算及校核 5.1 窝眼型孔 由表 1 中不育系 171S 的相关参数，初步确定采用圆柱形窝眼孔，其孔径 d 应比其长度方向尺寸稍长，但又不能大于恢复系中的最小长度尺寸，故孔径 d=67.5 mm 之间。孔深为能够容纳下一粒不育系种子即可，故取孔深为 3 mm。 5.2 分选滚筒 窝眼滚筒是该分选机的关键部件之一，直接决定籽粒分选效果。决定窝眼 滚筒的技术参数主要有 3 个，即：滚筒直径 D、长度 L 及滚筒转速。由于滚筒 长度直接决定籽粒在分选机内接受分选的时间，仅仅决定分选效率，窝眼滚筒 的外径和转速则决定分选后种子的纯度。因此，根据设计经验，并考虑整机尺 寸与工作效率，滚筒长度 L 取 400 mm。依据窝眼型孔的分选原理，恢复系与不 育系均在滚筒内随滚筒一起转动或与滚筒保持一定的相对运动，依据其长度的 差异，短粒种子直接落入型孔中，随着滚筒的旋转而被带到一定的高度，并在 重力的作用下落入窝眼筒中部的承种槽内，最后通过槽内的排料螺旋排出；没 有进入窝眼孔的种子由筒底部排出，这样就完成了长度不一的籽粒的清选。现 考察其中的一粒种子在滚筒内壁的运动动力学问题，暂不考虑窝眼型孔内壁对 籽粒的作用，则其主要受到重力 mg，窝眼滚筒内壁对种子的支反力 FN，和摩擦 力 Ff 的作用。假设滚筒一直以角速度匀速转动，则应保证种子在图示 3 中的 =090范围内时需随滚筒一起运动：在 =90180范围内必须脱离 滚筒内壁。 11 31 15.875 200 1.64(/ ) 60 100060 1000 Z Pn Vm s 10001000 2.2 1341.5() 1.64 1.3 1341.51744 C Q P FN V FNN - 12 - 对图3 中种子沿半径方向列动力学方程 Nn Fmgma 其中： 2 n amw R 所以： 2 N Fmw Rmg 则籽粒不脱离滚筒的条件是：0 N F 即 2 g R g w Rw 或 根据实际估算有滚筒转速 30 50 / minnr 3.14 5.24 30 n w 即 所以 2 0.35 0.99 g Rm w 取D=135mm. 5.3 滚筒结构的确定 为减轻整机的重量，采用中空式的滚筒。里面的结构要根据轴和轴承，主 要结构见下图。 - 13 - 图 4 窝眼滚筒 Fig.4 Nest eye roller 5.4 螺旋搅龙 螺旋供料器在机壁里旋转，要防止螺旋外表与机壁相碰，若稍相碰，马上 损坏机器。但它们的间隙又不能过大，过大会影响送料效率和挤压力，甚至物 料从间隙处倒流，因此这部分零件的加工和安装的要求较高。 5.4.1 螺旋直径的计算 螺旋直径 2.5( ) Q DKm C Q供料量（t/h）(根据原始数据Q=100（kg/h）=0.1（t/h） 填充系数 （查运输机械设计选用手册（下册） P352 表15-1取 =0.25） C倾斜修正系数（查运输机械设计选用手册（下册） P352表15-2取c=1） 物料松散密度（）水稻的松散密度为（0.56） 3 / t m 3 / t m 求的D=50mm 螺旋搅龙图如下。 - 14 - 图 5 螺旋搅龙 Fig.5 Helix mixing dragon 5.5 螺旋供料器的转速 搅龙的转速不宜太高，因为输送能力并不是随转速增加而增加。当速度达 到一定值以后，效率反而下降，且速度过高，物料磨擦生热，出口处得压力升 高，易引起物料变性，影响籽粒的质量，因此搅龙的转速一般在 200400r/min 比较适宜。根据原始数据，现取 n=200r/min 5.6螺旋节距 螺旋节距和螺旋直径相等为51mm 5.6 机架 机架在清选机中的用于容纳和支承各种零部件，本设计采用 5#角钢焊接成， 壳用钢板由螺钉连接或者之间焊接而成，并且在机脚的位置设置两块木条，不 仅方便电机的安装，而且起到了减震作用。 5.7 清选机的整体布局 1.窝眼分选筒；2.推料螺旋； 3.主轴；4.承种槽调节机构； 5.排种口 1；6.承种槽；7.排种口 2；8.底座；9.外齿圈； 10.支承轴；11.支承轴轴承；12.机架；13.主轴小链轮； 14.进料斗；15.防堵拨齿； 图 6 窝眼分选筒分选机结构图 Fig.6 Structure of the indent cylinder separator - 15 - 6 种子籽粒动力学分析 6.1 长粒种子轴向动力学分析 分选筒内长粒种子轴向移动的外力来源于两部分，一是物料流的侧压力， 使籽粒发生侧塌位移；二是由于分选筒斜置，重力沿分选筒轴线方向的分力， 使籽粒沿轴向流动。由于窝眼分选筒是低速运转，产生的物料堆积层很薄，故 忽略物料流的侧压力，只考虑籽粒重力沿分选筒轴线方向的分力。 当长粒种子在摩擦力 Ff1 的作用下沿分选筒内壁径向爬升到一定高度（极 限高度）后，籽粒相对分选筒处于瞬时静止状态，随后籽粒开始下滑并沿轴向 移动，最后从排料口 2 排出。现以长粒种子爬升极限高度位置处建立图 3 示坐 标系，以籽粒重心处为坐标原点 o，x 轴沿分选筒径向，y 轴沿分选筒内壁切线 方向，z 轴沿分选筒轴线方向，分选筒斜置，其轴线与水平轴夹角为 。依据动 力学关系式可知，此时长粒种子受到自身重力 m1g，离心惯性力 P2，分选筒内 壁支持力 FN2 以及轴向摩擦力 Ff2 的作用，受力图如图 3 所示。 由于滚筒转速慢，籽粒上升高度低，科氏加速度小，近似认为绝对加速度 等于牵连加速度。故可得其离心惯性力。 2 12 RmP 将重力 m1g 沿图示坐标轴方向分解 0 x F cos 1g mFy sin 1g mFz y z x 图 7.长粒种子轴向运动受力图 Fig7. Long axial movement by trying to seed Fig.3 Dynamic analysis of axis to long seeds - 16 - 若使长粒种子沿轴向运动，必须有 2 fz FF 沿轴列平衡方程有： 00 22 Nx FPF 可得： 22N FP 而 tgffFF Nf , 22 所以： （4） 0sin 2 11 Rfmgm （5）（gRtg /arcsin 2 式中：分选筒斜置倾角 ，rad；f：摩擦系数；R：分选筒半径， m；g：重力加速度 ，m/s2；：摩擦角，rad；，角速度，rad/s。 由式（5）可知，当分选筒外形尺寸及材料确定后，R、 均为定值，分选 筒斜置倾角 的选择范围由角速度 决定。 6.2 短粒种子动力学分析 由于短粒种子长度方向的尺寸小于窝眼直径，故可落入到窝眼孔中，籽粒 在窝眼孔中受到窝眼的约束，随分选筒一起运动；当短粒种子转动到一定高度 （极限高度）时将脱离窝眼孔，斜抛至承种槽中，并受承种槽中螺旋推送器的 推动沿轴向运动到排料口 1 排出。 6.2.1 分选筒内短粒种子径向动力学分析 短粒种子受到窝眼的约束随分选筒运动到一定高度（极限高度）时，相对 分选筒处于瞬时静止状态，随后籽粒将脱离窝眼的约束，以一定的初速度斜抛 入承种槽内。通过运动分析可知，由于短粒种子运动过程中受到窝眼的约束， 其极限高度位置角 应在 /2 的范围内。 现以短粒种子位于极限高度处建立图 4 示坐标系，以籽粒重心处为坐标原 点 o，x 轴沿分选筒内壁切线方向，y 轴沿分选筒径向。依据动力学关系式可知， 此时短粒种子受到自身重力 m2g，离心惯性力 P3，分选筒内壁支持力 FN3 及 窝眼径向摩擦力 Ff3 的作用，受力图如图 4 所示。 - 17 - 图 8.短粒种子在分选筒径向运动受力图 Fig 8. Short seed tube in the radial motion by the separation attempt 依据图 4 示受力图，由达朗伯原理，可列平衡方程： 0)2/cos(0 23 gmFF Nx （6） 0)2/sin(0 332 PFgmF fy （7） , 2 3333 ,RmPtgffFF Nf 代入得 )2/cos()2/sin( g R 2 tg （8） 化简后 f arctg 1 g Rcos arcsin 2 （9） 式中：短粒种子在分选筒内极限高度的位置角 ，rad；f：摩擦系数； R：分选筒半径，m；g：重力加速度 ，m/s2；：摩擦角，rad；，角速度， rad/s。 当分选筒外形尺寸及材料确定后，R、 均为定值，在保证正常工作的条件下， 极限高度的位置角 与角速度 应满足式（9）所示的关系。 6.2.2 承种槽内短粒种子轴向动力学分析 承种槽内短粒种子轴向运动的外力主要来源于推料螺旋的推力。籽粒脱离 窝眼的约束后落入承种槽，受到螺旋叶片法向推力的作用，在该推力轴向分力 的作用下籽粒沿轴向运动到排料口 1 排出。因为推料螺旋与分选筒同轴，故其 与水平面也呈 倾角，该螺旋设计为标准等螺距、等直径、螺旋面升角为 的 单头螺旋。将螺旋面沿升角 展开，其中一条螺旋线可用图 5 示斜线表示，现 以距离螺旋轴线 r 处的物料颗粒 A 作为研究对象5。建立图 5 示坐标系，x 轴 沿螺旋轴向方向，y 轴垂直于 x 轴方向。依据动力学关系式可知，此时短粒种 子受到自身重力 m2g，螺旋叶片法向推力 FN4，叶片的摩擦力 Ff4，以及承种 槽的支持力 FN5，如图 5 所示。 图 9. 短粒种子承种槽内运动受力图 Fig 9. Short-bearing species of seed movement by trying to tank Fig.5 Dynamic analysis to short seeds in the trough - 18 - 通过运动分析，由于籽粒自身重力很小，且斜置倾角 很小，可忽略重力 沿轴向的分力，而要保证短粒种子 A 在承种槽内能够沿轴运动，法向推力 FN4 的轴向分力应大于 Ff4 的轴向分力，即 )2/cos(cos 44 fN FF （10） tgffFF Nf , 44 代入式（9）中，化简得 ) cos 1 ( tg tg arctg （11） 式中：推料螺旋面升角，rad；f：摩擦系数；g：重力加速度 ，m/s2；：摩擦角，rad；，推料螺旋斜置倾角，rad。 推料螺旋推送籽粒过程中，籽粒的运动受到推料螺旋参数的影响，运动轨 迹并非是单纯的沿轴线作直线运动，而是一空间复合运动。螺旋推力的径向分 力和叶片对籽粒的摩擦力有可能带着籽粒绕螺旋轴转动，对籽粒的输送产生阻 滞和干扰。因此在选择设计推料螺旋时，螺旋面升角 与斜置倾角 应满足式 （11）所示关系，在斜置倾角 确定的前提下，选择设计螺旋面升角 ，以保 证短粒种子被推料螺旋推送出承种槽。 7 传动装置的运动和动力参数 7.1 各轴转速 轴 710( / min) m nnr 轴 710 200( / min) 3.55 m n nr i 主轴 200 =200 r / min) 1 n n n 主 搅 （ - 19 - 7.2 各轴的功率 轴 式中为电动机的额定功率 1 2.22 d PPkw d P 轴 1 2.22 0.962.11()PPKW 主轴 =2.11 0.962()nPKW 主 式中为 V 带传动效率；查表机械设计课程设计手册1-7 取 0.96 7.3 各轴转矩 轴 轴 主轴 8 轴的设计校核 在本设计中均采用圆截面短轴，可以把轴看成只是传递转矩，即各轴都 按扭转强度计算。 8.1 轴 1 的设计校核 轴 1 传递功率 P1=2.2KW, 转速 n1=710r/min ；选用 45 钢，查机械设计表 14-2， 许用扭切力=30MPa 则最小轴颈 8.2 轴 2 的设计校核 轴 2 传递功率 p2=2.1kw , 传递 n2=200r/min ；选用 45 钢，查机械 设计表 14-2， 许用扭切力=30MPa 则最小轴颈 8.3 重要轴的强度校核。 1 9550 9550 2.21 100.75(. ) 200 P TN m n 9550P9550 2 95.5. ) n200 TN m 主 主 （ d 9550P9550 2.22 T =29.86(. ) n710 m N m 66 3 3 9.55 109.55 102.2 .17 0.2 0.2 30710 p dmm n 66 3 3 9.55 109.55 102.11 .25.6 0.2 0.2 30200 p dmm n - 20 - 圆周力 法向力 已知作用在齿轮上的圆周力 Ft=5678N =2045N, 轴向力=5978N, 齿轮的分 r FF 度圆直径 d=34mm，作用在轴右端链轮上外力 F=4500N, L=138mm， k=300mm 1）垂直面的反支撑力 2）水平面的支撑反力 3）F 力在支点产生的反力 4) 绘垂直直面的弯矩图 图 10. 弯矩图 1 1 0 rt 22 95.5 1000 5618 34 FF tan5618 tan202045N t T FN d 径向力 1 ra 1V 2Vr1V dL13834 F-F2045-5618 2222 F =330N L138 F =FF =2045-330=1715N t 1H2H F5618 F =F =2809N 22 1V 2F1V FK4500 300 F =9782N L138 F =F+F =4500+9782=14282N t 0 F5618 F =5978N coscos20 - 21 - Fig 10 Moment diagram 5）绘水平面的弯矩图 6）F 里产生的弯矩图 2F M =F K=4500 0.3=1350N.m a-a 截面 F 力产生的弯矩为： 7）求合成弯矩图 考虑到最不利的情况， 22 2FaVaH MM+M与直接相加 2222 aaFaHaH MM + M+M= 118 +114 +675=861N.m 2222 aaFaHaH MM + M+M22.77114675821 .N m 22 1350 . F MMN m 8）轴传递的转矩 9）危险截面的当量弯矩 从上图可以看出，a-a 截面最危险，其当量弯矩为 22 ea MMT （） 如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数，代入上式可得0.6 22 e M86195.5863N.m（0. 6） 10）计算危险截面处轴的直径 轴的材料选用 45 钢，调质处理，由机械设计基础表 14-1 查得 由机械设计基础表 14-3 查得 则有； B=650MPa ， 1 =60MPa b ， 考虑到键槽对轴的削弱，将 d 值加大 5%，故 d=1.05x16=17mm aV2V aV1V L0.138 M=F=1715=118N.m 22 L0.138 M=F=330=22.77N.m 22 aH1H L0.138 M=F=2809=144N.m 22 2F1F L M =F=9782 0.069=675N.m 2 1 0.034 561895.5 .m 22 t d TFN 2 3 3 1 863 16 0.10.1 60 e b M dmm - 22 - 8.4 轴承的计算 已知装轴承处轴径 d=17mm，转速 n=200r/min，选用深沟球轴承 6303，Cr=13500N 8.5 轴承载荷校核 对深沟球轴承，其径向基本载荷 1 r 6 1 rr 60 =() 10 823=13.5 p h f p n CL f CCKN 式中 基本额定动载荷，查表得 载荷系数，查表 8-15 取=1 p f p f P栋梁动载荷，N 温度系数，查表 8-14 得=1 1 f 1 f 基本额定寿命，本机预设寿命=4000h h L h L n轴承转速，r/min 寿命指数，对球轴承=30 3 6 1 p60 200 13500=4000 110 = 可得P 3715N 故在规定的条件下，6303 轴承可用。 9. 结论 1）本设计的窝眼滚筒分选机是一种种子精选加工设备，精选质量高，生产 率为 100kg/h，能满足生产的实际需要，种子获选率高，除杂效果好。 2）采用双轴支撑滚筒结构，采用螺旋排料，实现连续排料功能。利用窝眼 孔的旋转将不同种类的水稻种子分离。设计滚筒支撑轴、螺旋排料等结构，使 筒精选机使用方便、操作简单、功能齐全。 3）滚筒窝眼尺寸 d 为 7 厘米，滚筒转速为 40r/min。 参考文献 1 吴明亮，王慧敏. 窝眼分选筒式籽粒分选机中籽粒的运动动力学分析M.湖南农业大 学工程学报，2004. 2 赵新军. 水稻作业机械使用维护与故障排除M. 北京：金盾出版社，1955. - 23 - 3 张钟欣，肖枫，于慧春.农产品加工机械有问必答M. 北京；电子出版社，2008. 4 张成堂，商立今.脱粒机M. 北京：中国农业机械出版社，1985. 5