设计说明书：4LY-180型油菜联合收割机---振动筛的设计

第一章 引言由于面对目前国内油菜联合收割机空白的现状，我们和指导老师打算一起对油菜联合收割机进行设计与研究，并且希望我们的研究设计能给国内油菜联合收割机的发展贡献出一份自己的力量。对于此次的毕业设计，我们怀着认认真真学习、踏踏实实工作的精神和对自己的课题做到科学、有据可依的态度进行调查研究。然而由于我们的知识毕竟有限，在设计调查研究中难免会存在些错误或不足之处，希望各位老师能够给予批评和指教。本次我主要的设计部分是振动筛，它属于清选装置这一类别。在脱粒机和联合收割机上，清粮是在脱粒后进行的；而在油菜等的收割机械上，则先需要对油菜籽进行精选和分离，然后再进行清选。清粮和选粮共同的作用原理是利用清选对象各组成部分之间物理特性的不同而将他们分离开来的。1.1按照油菜籽的空气动力学特性进行分离运用气流进行清选的实质其实是利用油菜籽和夹杂物的空气动力学特性的不同来清选的。物体的空气动力学特性可以用漂浮速度u或者漂浮系数h来表示。漂浮速度是指物体在垂直空气流的作用下，当气流对物体的作用力等于该物体本身的重量而使物体保持漂浮状态时气流所具有的速度。物体与气流相对运动时受到的作用力可以表示为：P=kFu式中 k-阻力系数，与物体的形状、表面状态、表面特性和雷诺数有关。 -空气的密度 F-物体在垂直与相对速度方向上的最大截面积（迎风面积）（m ) u-物体对气流的相对速度（m/s）在垂直气流的作用下，物体的运动方程式为mu=P-G （2）式中m 物体的质量（g）G 物体的重量（mN）当PG时，物体向上运动，当PG时，物体则向下运动。如果物体没有向上或向下的运动，即在气流中处于稳定的悬浮状态，那么加速度u=0则P=G，此时气流的速度等于漂浮速度u。式(1)可以写为 P=kFu =mg （3）u=expmg/(kF)=exp(g/k) （4）k=kF/m称为漂浮系数，于是由式（1）得到的悬浮状态时气流对物体的作用力 P=m ku （5）在实际工作中油菜籽与气流的相对速度一般不等于漂浮速度u，但是在通常的谷物清选速度下，用式（5）计算气流的作用力不会产生较大的误差。显然，漂浮系数不同的物体在和气流做相对运动时，受到气流的作用力P也不尽相同。根据这一原理，我们可将脱出物向空中抛掷，利用风扇所产生的气流来吹扬脱出物，靠气流对脱出物各部分作用力的不同来完成清选的任务。1.2按照油菜籽的尺寸特性进行分离油菜籽的尺寸一般用长度、宽度和厚度来表示。根据这些尺寸的大小，在清选机械中，分别用不同的方法将油菜籽从油菜的菜秆和杂草中分离出来。常见的筛子一般分为四种：编织筛、鱼眼筛、冲孔筛、鱼鳞筛。清粮装置上较多的是釆用冲孔空筛与鱼鳞筛。编织筛用铁丝编织而成，多为方孔，尺寸以14mm14mm或160mm16mm为多。编织筛有效分离面积大，油菜籽的通过性好，对气流阻力小，但缺点是孔型不准确，而且不可调节筛眼的大小，主要用于清理脱出物中较大的混杂物。鱼眼筛是在薄钢板上冲压出凸起的鱼眼状的月牙形筛孔。这种筛孔可以减少短茎杆通过筛孔的机会，而沿着筛面并对鱼眼空方向运动的油菜籽仍可通过。鱼眼筛向后推送混杂物性能较好，且重量较轻，结构简单，但它只有单方向的分离作用，这使得生产效率低。冲空筛的筛孔比较精确，可以得到较洁净的油菜籽，在清粮装置上多用作下筛。这种筛子的主要缺点是在清选不同作物时，需更换不同的筛面。另外，冲空筛对气流也会产生较大的阻力。鱼鳞筛的筛孔是由鱼鱗状的筛片组成的，筛片的角度可以根据不同的需要进行调整，这样便能够使筛孔的大小可以调节从而满足不同时候的不同需求。由于油菜籽的尺寸很小，结合实验实践，我们选用加密圆孔筛，它的分离效果较为理想。1.3利用气流和筛子配合进行分离在脱粒机和油菜联合收割机上，最常用的是风选与筛选相配合的清粮装置。如果只用筛子进行分离，混杂在脱出物中的油菜籽很少有机会直接通过筛孔，并且筛孔又经常会被混杂物堵塞。有了气流配合可将轻杂物吹离筛面，并吹出机外，有利于对油菜籽进行分离。为了更有效的进行分离，我们釆用了双风扇加三层筛面的分离，这样让分离效果更加理想。第二章 我国油菜联合收割机的现状与展望随着我国产业结构的调整，全国最近几年油菜的种植面积迅速增加，尽管受天气状况和种植收益的影响，我国油菜籽年产量波动较大，但总体仍然呈现增加的态势。我国在1999年产量首次突破1000万吨后，一直维持在1000万吨以上的水平，2009年再次创下1366万吨的历史最高纪录，种植面积达到历史第二高位。然而，油菜种子小，果荚容易破裂，在大面积机械化生产作业过程中，收获的是一个重要的环节。收割损失、不当造成产量高产低收获的情况。现在所有的油菜生产机械化问题在整个过程中有相当重要的地位，特别是油菜联合收割机已被列为国家“十五”的关键项目。目前的主要模式是以传统的全喂入式联合收割机改进机器的，但仍有很多问题。如：总损失率高（15%以上），含杂率高（10%以上），此外适应性差。如何开发出中国国情的油菜联合收割机是一个重要问题。2.1油菜的市场情况油菜作为世界范围内主要的油料作物，它的油主要食用，它的饼粕用作田间种植的肥料或饲用。另外油菜也是一种经济作物，其生产种植的成本较低，产出率较高。随着最近几年来人们对油菜品质不断的改良，油菜籽的出油率大大提高，在供人们食用之余菜籽油也广泛应用于化工、可再生能源等领域。转基因油菜也被用来生产可降解塑料的原料和制造医学上昂贵的多肽、蛋白等药物。由于油菜的用途十分广泛，其种植面积也不断增大。油菜在中国种植史已有2000多年，长江、黄河流域的人们也有食用菜籽油的习惯，目前我国食用油的一半以上来自油菜。我国近年食用油的总消费量已达到1300万吨，而国内生产的食用油约800万吨，不能满足人们的食用需求，加上工业用油的需要，不足的仍然依赖从外国进口，菜籽油的短缺与供应不足也是一个比较重要的问题。所以油菜种植培育在我国依旧有很大的上升空间。2.2油菜的种植方式对实现机收的影响中国是世界油菜种植生产大国，全国的种植面积占世界整个种植的四分之一。随着农业种植结构的调整，油菜种植面积还在进一步增加。我国的油菜种植分布广泛。气候、土壤等自然条件的不同造成了种植类型的不一致。从总体上可以将油菜的种植分为两个类型区：第一类为北方区，第二类为南方区。北方区种植油菜的方式相对单一，以人工撒播为主、近年来才推广的用小麦播种机进行条播等种植方式为辅；南方区油菜种植主要是人工移栽，人工撒播的种植方式但相对较少。随着国家将长江以南小麦的收购退出保护价收购范围之内，这势必会造成长江以南与江淮大部分地区油菜种植面积进一步扩大的局面。油菜的种植方式有：1、油菜主要有育苗移栽和直接播种两种种植方式，由于受到双季稻以及其他晚秋作物收获迟的影响，南方的冬油菜不能及时进行播种，所以大多釆用育苗移栽的方式进行种植，以弥补大田生长时间的不足。而北方的春油菜则不受此种农时的影响，一般采用直接播种的种植方式。相同品种的直播油菜与人工移栽油菜相比，株体矮2030cm，行距和株距小5 10cm，分枝数少34 枝，分枝蓬松直径小10 20cm，底角矮1020cm。当然，由于各地气候条件、土壤环境存在差异，以上各项指标也不尽相同，也就是说直播油菜可获得紧凑型株体，而且相邻两行间分枝交错重叠状况有所改善，比移栽油菜更利于实现机械化收获。2、不管是以移栽方式种植的油菜，还是以直播方式种植的油菜，其某些生物特性与稻麦相比很不利于机械化收获：油菜植株下部的茎秆粗壮且坚韧，难于进行切割；油菜株体上部（大约60cm以上）的分枝交错密布，这给分禾带来极大的不便。另外含水率高对以后籽粒与杂物的分离、清选非常不利；成熟的果荚在受到拨禾轮、分禾板的拨动、牵拉后非常容易开裂，造成落粒损失；油菜各个部位的果荚成熟很不一致，过熟的果荚在机械化收获时会开裂落粒，未成熟的青果荚又会产生脱不尽的现象，也会造成损失。由此可见，油菜的生物特性对实现机械化收获也存在着十分重要的影响。2.3油菜收获机械化技术现状由于油菜收获季节时间较紧迫，而劳动强度较大，如果此时再遇上下雨阴天这样的情况，油菜极易霉烂变质，因此这就对油菜实现机械化收获有了迫切需求。人工收获和机械化收获是油菜的两种主要收获方式分。1、人工收获就是整个收获过程都由人工作业来完成。它包括收割、曝晒、碾打脱粒、油菜籽分离、清选等。这对收获时机的把握虽然要求不高，但是人们劳动强度大，工作效率低。在收获过程中如果遇到阴雨天气，极易造成油菜籽的发芽、霉烂、变质等情况，产生巨大损失。就目前我国油菜收获的现状而言，绝大部分地区基本上都是以人工收获为主。2、机械收获油菜主要有两种方式：分段收获和联合收获分段收获 即先对油菜进行收割然后再置于阳光下曝晒最后脱粒、清选的收获方式。在油菜角果快要成熟时，先用割晒机把油菜收割下并铺放在油菜田地里晾晒，当晾晒的油菜快变干的时候再由人工捡拾已晾晒好的油菜植株，均匀投入进收割机的割台上，对油菜进行脱粒、清选的操作。这种收获方式与传统的人工收获相类似，都是利用了作物后熟的原理，这样就延长了收割时期，在农作物还并不是特别成熟的时候就可以提前收获，所以分段收获对收割时机要求不太严格。联合收获 就是将油菜的收割、脱粒、清选等收割步骤结合在一起的一次性完成收获的收获方式。其优点是工作效率高，可以减少工序节约收获时间，特别是在下雨阴天等的情况下，能够争取时间进行抢收。这种方式的缺点就是对收获时机的把握较为严格，偏早偏晚收获都不可以。收获得过早通常会发生油菜籽脱不净、籽粒清洁度不高等情况，同时还会因为油菜种子过嫩使含油量减少；偏晚收获，油菜过于成熟，在收割的过程中油菜籽粒容易脱落，菜籽的损失增加。一直以来，我国的油菜生产种植基本上是依靠传统的手工进行作业，给农民带来较大的劳动强度，同时由于是传统手工业操作劳动密集程度加剧使得生产成本变高，导致生产效率相对较低。所以发展油菜生产机械化技术已经成为了广大农民和相关部门的迫切需要。为此，各地做了不少努力尝试: 如近几年北方少数油菜种植地区为减少劳动强度而对大型稻麦联合收割机稍加改装来收获油菜，这样的投资虽少，但是却因改进的不足致使收获时油菜籽的损失严重，总损失率达1820%。无锡惠山区农机化推广中心对桂林3号联合收割机的割台、脱粒、清选、分离等部分进行了改良设计，并制造除了一款适合油菜收割的竖式切割分禾装置，一并解决了油菜的茎秆粗壮坚韧、分枝茂密交错难以切割的问题。改进后的桂林 U型油菜联合收割机的性能参数为：生产率0.2-0.34hm/h，总损失率12%，总含杂率35%，割幅2.15m，油耗0.8-1.2Kg/h。上海、江苏的相关部门及企业也通过对几种不同机型的割台、脱粒、清选等部分的改进设计来制造适合于生产收获的油菜收割机械，但油菜籽的损失率较高、清选时清洁效率偏低，不能满足实际生活得需求。总而言之，我国油菜收获机械化的实现还需要做出进一步的调查与科学的研究。而产生这一现状的主要原因有：1、机械收获油菜在技术上有一定难度。 油菜收获机械大多是在水稻、小麦收割机的基础上改良设计的。由于油菜植株高大、分枝数多，植株间经常相互纵横交错在一起，在收割时分禾器难以将交织在一起的植株分离开来，所以收割时经常会出现分禾器两侧的油菜被连根拔起而堵塞的现象，这使得机械收获的效率特别低。分禾困难成为油菜机械化收获过程中的一大难题。与稻麦相比油菜的茎秆粗壮，不易切割；分枝茂密容易相互缠绕交织在一起，使分禾困难；果荚成熟不一致，造成机械化收割时一方面成熟的果荚自然开裂落粒，另一方面青黄果荚脱不净，清选分离困难。2、目前的机械化收获不适应油菜种植农艺和油菜品种。 直播油菜在不少国家的农业种植上都作为主要的种植方式，这种种植长成的油菜茎秆较细，分枝较短、不易交织缠绕分禾方便。欧洲及北美等一些油菜种植较大地区的农业专家最新培育的油菜茎秆短、枝交错现象少、果荚成熟一致，这种品种的油菜不但高产优质，而且也方便机械化收获。3、油菜种植田块较小。 特别是在南方地区，油菜通常被种植在田边、地头、坡地上等边角地带，而大田种植又普遍存在夹种套种的情况，使得机械收割难度加大，机械化收获实现困难。4、受财力限制。 许多科学研究院、大型机械设计生产等企业都将主要的资金、精力集中于技术比较成熟、难度相对较小、容易提高工作效率的稻麦联合收割机的开发设计上。 2.4油菜收获机械化技术展望 需要根据中国各地油菜种植的不同情况作出充分考虑调查来进行机械化收获油菜技术的研究开发，能够借鉴运用到稻麦联合收割机中的成熟技术与相关经验。在吸收引进外国先进的油菜收割机技术的基础上，巧妙灵活地将国外先进技术与国内相关成熟的收获技术（如稻麦收获机械化技术）相结合。把油菜机械化收获技术的开发作为主要钻研对象，逐步创新突破。在实际实施操作步骤时，可以把油菜机械化收获技术的开发分为四个部分，采用两种模式。这四个部分是：第一部分是专用工作部件油菜收割工作平台。油菜收割工作平台这部分国内的研究还不是特别多，我们可以通过实验，直接将国外成熟、先进的技术吸收过来，如功能、结构件的采用、结构、尺寸、参数等的设计参考；第二部分作为主要工作部件，除了脱粒、分离、清选装置外，还要配备输送、秸秆切碎、拋撒装置等，可将国外收割机与国内稻麦联合收割机进行对比、实验，改进已有的稻麦联合收割机相应的装置；第三部分是底盘装置，这部分国内技术相对已经成熟，可以直接或适当改进再应用到油菜收割机械上；第四部分为准备功能部分，比如监测系统、照明系统等，根据不同的情况需求，直接利用现有的技术成熟的装置。 两种模式是：一以国外成熟的机器作为模型参考，将国内已有的技术成熟的稻麦联合收割机底盘加以利用并改良，在此基础上对油菜联合收割机进行设计制造。二以改造设计为主，可以对国内现有的履带自走式全喂入联合收割机进行改良设计，以制造出能够适应油菜收割的机械。在这过程中应主要着力解决以下几个技术难点：1、加长割台部分，同时降低拨禾轮的转速，增加拨禾轮的直径以减少植株连根拔起的情况，还要增加侧边纵向切割装置使得喂料的杂物不会那么多。2、釆用循环反复脱粒的清选形式，以减少一次脱粒而并不能完全脱干净油菜籽的损失。3、对脱粒机的滚筒、风扇及筛子等结构参数测量考核再进行设计计算，根据油菜特性选择适合油菜籽的尺寸参数开发设计。4、在动力负载支持允许的条件下，在清选装置上增加油菜收割机械的切碎抛撒装置。现阶段市面上设计研究出的绝大部分收获机械，都是遵循改良设计这一思路进行的。油菜联合收割机的设计制造通过这种思路建立在了目前技术相对成熟的稻麦联合收割机平台之上，这不但降低了开发难度减少投入的成本，缩短了生产制造的周期，而且也能够将价格控制在农民购买能力范围之内。但依循这种思路进行设计改良普遍存在着改制过于简单粗略、技术含量不高等问题，最终会使得收获效果不能达到理想的预期。所以在油菜收获机械的改制过程中务必做到具体问题具体分析，不能以偏概全，出现的小的问题要能够及时发现并迅速解决，将油菜收获专用部件的研究制造作为问题的主要矛盾来研究解决。毕竟油菜跟稻麦还存在着很大的差异，它有着特别的物理生物性状，油菜分枝的纵横相交、角果的极易开裂和成熟度不完全一致等情况对实现机械化收获特别不利！在这样的情况下，单单着手于对稻麦联合收割机的局部零件进行改装、更换以期望能够达到机械化收获油菜的目的显然是不可能实现的。以清选部分为例，只更换筛面却不对物料的运动、性状进行全面的分析，就不能够得到一个理想的筛分效果。由于油菜籽的脱壳、碎秸秆的混杂物料与稻麦籽粒的脱壳、碎秸秆的混杂物料在生物物理特性上存在较大的差异，因此在设计过程中就务必要做到灵活应变。再拿分禾器的改装而言，如果仅仅把用分禾板替换之前的分禾器，在实际的实验测试过程中分禾的效果仍不能达到预期的效果；而此时我们将分禾器改换成为垂直切割器，一方面它能够解决分禾效果不理想的问题，另一方面还可以减少割台的磨损，一举两得。对油菜联合收割机的专用部件进行研制与开发是实现油菜机械化收获的关键，根据油菜的生长特点、生物特性的不同来对专用部件设计研制，以达到理想、全面收获油菜的目的。在设计方法、计算数学和计算机应用技术飞速发展的今天，我们现在已经具备了更好的设计条件，在对油菜的各种特性充分了解的基础上，研究设计出适合农地收获专用的油菜收割部件的愿望是可以达成的。近年来，为了实现油菜的机械化收获，农业部门做出了许多的尝试和探索，设计开发出了一些适合油菜收获的农业机具。而这些机具多数是由喂入式的稻麦联合收割机改良或者改装而来的，这些对其的改装主要体现在一下几个方面： 1、分禾器的改装：油菜的植株生长较高，茎秆以上的分枝茂密且相互之间往往交错在一起，这使得在机械收获时分禾的难度大大增加。由于油菜较高所以在收割时割下的植株容易挂在割台的分禾器上，久之便会发生堵塞的现象从而影响了连续的分禾作业，同时还使割台的损耗大大提高，收获成本增加。对此，为了改善提高分禾的效果、减少割台的损失，有的机型（如上海市奉贤县农业机械研究所研制的U型油菜联合收割机）把左分禾板换上，替换原先的左分禾器。有的机型为了减少割台的损失（如南通农业机械总厂研制的4LD-2Y型油菜联合收割机）还在收割机上安装了前挡板。2、切割装置的改进：相对小麦水稻而言，油菜的茎秆比较粗壮坚韧，在机械收获时需要的切割力更大，所以有些机型（如前所述的上海U型油菜联合收割机）为了增加割刀在收割时的切割力，釆用摆环机构代替曲柄连杆机构，同时还能起到减小震动的作用。3、筛面的更换：由于油菜籽的尺寸相对稻麦籽粒的小得多，因而需要将稻麦联合收割机上的筛面更换为适应于对油菜籽筛分的筛子。有的机具换的是油菜专用筛；有的机具（如桂林-3油菜联合收割机）是用加密圆孔筛替换掉了原来的鱼鱗筛。4、其它改进：为了减少收割过程中油菜籽的损失有的机型增加了二次回收装置，同时还增加了杂料回收收集箱；为扩大秸秆与油菜籽的分离面积，有的机具设置了加密栅格式凹板筛；还有的机具还将脱粒滚筒与凹板的间隙作了适当调整来减少脱粒损失。相关实验研究调查表明：从整体水平而言，改良研制出的油菜联合收割机在收获时的总损失率约为14%-20%，破损率约为2%-4%，出口粮含杂率约为15%-25%。分禾困难、油菜籽收获的损失率及夹杂杂草秸秆率高是所有改良机械普遍存在着问题。在实际生产生活中广大农民朋友不太能够接受这种结果，所以进一步提高整机质量的问题亟待解决。正是由于以上的种种原因，导致直到现在对油菜联合收获机械的开发还处于研制、试验阶段，完善能够满足实际生产操作的机型几乎没有，油菜收获的机械化程度远远跟不上种植业的发展，实际生产需求更不能得到满足，可以说我国的油菜机械化收获市场还处在个别地区试营阶段，没有完全打开。随着加入世界贸易组织，机械化收获油菜的行业必定会受到世界各国的冲击。因而我国油菜联合收获机械的发展壮大还有很长的一段路要走。当然，仅仅通过解决油菜收获的机械问题就像彻底实现油菜收获机械化是远远不够的，还要从油菜品种的选则培育和农艺措施等方面进行研究考虑。目前国内现有种植的绝大部分的油菜品种都不适应机械化收获。就像前面所提到的那样，油菜下部（高度大约有50cm左右）茎秆较粗，其上部（大约60cm以上）分支多且密集，含水率高，如在作业过程中割茬较低主茎秆会全部进入滚筒对脱粒及随后的清选极为不利；如果在收割时将割刀的切割位置提高，这样在收获过程中粗壮的主茎秆就不会进入滚筒，提高了脱粒和清选的质量，但未被割下的茎秆一直留着田地里会给以后的犁耕翻土造成一定的困难。 再比如油菜分枝交错，分禾难度极大，有时油菜茎秆会挂在分禾装置上，影响连续分禾， 而且在分禾过程中枝茎相互牵拉致使角果被炸裂，再加上角果成熟不一致等因素，都会使割台损失增加。通过对收获机械的研究根本不能完全解决这些存在的问题，所以说对收获的对象即油菜的品种选则培育和农艺措施方面考虑也是一个关键的因素。可见，培育茎秆粗细适当、分枝少、角裂现象少的油菜品种，并通过农艺措施（如釆用轻型栽培技术、使用植物生长调节剂一抗角裂剂、催熟剂等）调节油菜的生长发育，使之适应机械化收获也是需要重视的一个方面。从农艺上具体来说可从以下几方面改进：1、采用改良品种。有些品种的油菜生长时的分枝数相对较少，分枝较短并且不会向两边伸展，有利于机械化收获2、适当密植。从调研中可得出：种植密度控制在48万株/亩左右的时候，收获得到的产量达到最高，而随着种植密度的增大分枝数会逐渐减少，因此利用这个现象可以适当将种植密度提高，控制在78万株/亩左右， 以抑制单株的生长，减少单株分枝数。以这种方式进行种植，油菜植株的个体上部一般只有3个分枝左右，对后期成熟时的机械分禾产生的问题不大。3、实用生物化学方法。在油菜的生长过程前期可以喷施生长调节剂，使后期的成熟程度一致，并且生长调节剂的使用还可以保证果荚在收获过程中不易开裂。4、采用条直播种植的种植方式，使菜畦宽度与机械的宽度保持一致，更满足机械化收割的需要。所以根据我们进行的调研结果，实现油菜收获的机械化远不如想象中的简单、轻松，它其实是一项庞大、繁复的工程。在实现机械化收获的研究中不仅仅只对收获机械考虑，也要从油菜的选择培育和种植农艺方面着手，将农机与农艺相结合起来进行调查研究，依据科学技术知识进行设计。同时也要具有不断开拓创新的精神，对机具的设计方案、油菜品种的培育、农艺措施上要有大胆新奇的想法。这样一方面能够研究设计出来符合生产收获要求的油菜收割机械，另一方面还能培育出更适合进行机械化收获的油菜品种，油菜收获的机械化实现指日可待。第三章 振动筛的设计3.1筛面的选择由于油菜籽的尺寸相比较于稻麦子粒的尺寸要小得很多，所以在筛面的选择上必须要选用适合筛分油菜籽的筛面。鉴于前人的实践经验，我们选择了加密圆孔筛。3.2 传动方案的选择方案一：参考江苏大学农机大院油菜联合收割机实验机型的方案。带轮带动一根与机架相连的轴转动，轴两端有一个偏心的凸轮机构通过一根杆传递力矩到筛架的前轴上，筛 架的后轴也通过两端的杆与机架相连组成一个摇摆机构。这样，在带轮带动传动轴旋转时， 筛架在前轴的带动下上下前后往复振动，后轴使筛架能自由的摆动。方案二：带轮直接将转矩传递到筛架的后轴，后轴两端各装有一个偏心块，偏心块外连 接轴承，与轴承配合，轴条再与筛假相连。这样后轴旋转带动偏心块一起旋转，偏心块的转动带动轴承前后上下运动，从而使筛架振动。而筛架前轴也用一对轴承装在固定在机架上的导轨内，筛架在前轴的带动下振动时，后轴在导轨内滑动。比较方案一和方案二的优劣，方案一虽然实用，但是整个传动机构复杂，零部件较多，难于安装。传动涉及的零件多，可靠性不强，一旦某个零件失效，则整个传动装置就会出问题。而实上，市场上已经出现的油菜联合收割机基本上不釆用此种传动方案。相比之下， 方案二结构较为简单，传动效率高，需要的零件少，易于安装。所以我们选择了方案二作为我们设计的振动筛的传动装置。第四章 零件的设计计算4.1后轴的设计计算4.1.1初步确定最小直径 按照扭转强度计算 dA0轴的材料为45钢，A0为126103，取A0为120。后轴为转动轴，功率为2Kw，转速为300n/min，对于直径d100mm的轴，有两个键槽时，轴径增大10%15%。 Dmin=22.58（1+15%）=25.97mm 圆整后为26mm4.1.2轴的结构设计取dAB=28mm。带轮的宽度为35mm，轴端要有挡圈、挡板固定，故取轴AB的长度为38mm。轴AB段用于连接带轮，因此AB轴右端需制出一轴肩，所以取dBC=30mm。轴BC用于连接偏心块，使振动筛能达到振动的效果，偏心块长为60mm，轴BC还连有一个轴承座，用于与机架相连，轴承座长为60mm。所以取轴BC段长度为156mm。考虑到脱粒滚筒的宽度为1200mm。因此两轴承座之间的长度为1200mm。轴CD段没有载荷，所以取dCD=26mm。经计算长为936mm。轴DE段也有偏心块和轴承座，并需传递扭矩给下一级动力，所以dDE=30mm，长为180mm。4.1.3求轴上的载荷 估算筛架的重量：14242802=799680mm=0.79968mG=mg=vg=5.610000.7996820.0019.8=87.7N估算后轴的重量：5.61000pi0.0140.0140.038+0.0150.015(0.156+0.18)+0.0130.0130.936=4.236KgG=4.2369.8=41.51N后轴载荷看成均匀分布q=G/1.31=41.51/1.31=31.68N/m估算偏心块的重量：pi(0.0350.035-0.0150.015) 0.065.60.001=1.06KgG=mg=10.39N估算带轮的重量：0.035pi(0.06150.0615-0.0140.014) 5.61000=2.21KgG=mg=21.66N4.1.4按弯扭合成力校核轴的强度受力图进行校核时，通常只校核轴上承受的最大弯矩和扭矩的截面强度。根据式 =exp(m/v)+4(T/(2w)=expM+(T/(2w)/W-1 中的数值，并取=0.6进行校核。由梁的平衡方程，求出支反力为：21.661285+（10.39+87.7）（1190+50）+31.681.305652.5-31.680.0052.5=Ra1240得Ra=142.29N21.6645+31.680.06331.5=（10.39+87.7）（1190+50）+31681.245622.5-Rb1240得Rb=117.05N在梁AB、BC、CD、DE、EF、FG内，剪力和弯矩都不能用同一方程表示，所以应分段考虑。AB段内：Q（x）=-qx=-0.03168x （0x18mm） M（x）=-1/2qx=-0.01584 x （0x18mm）BC段内：Q（x）=-21.66-qx=-21.66-0.03168x （18mmx63mm） M（x）=-21.66（x-18）-1/2qx=-21.66-0.03168 x （18mmx63mm）CD段内：Q（x）=Ra-21.66-3x=118.64-0.03168x （63mmx113mm） M（x）=118.64（x-63）-0.01584 x （63mmx113mm）DE段内：Q（x）=117.06-（10.39+87.7）-0.03168x （113mmx1255mm） M（x）=18.97（x-113）-0.01584 x-59320 （113mmx1255mm）EF段内：Q（x）=-17.12-（10.39+87.7）-0.03168x （12255mmx1305mm） M（x）=-115.21（x-1255）-0.01584 x-21625.8 （12255mmx1305mm）FG段内：Q（x）=q（1310-x） （1305mmx1310mm） M（x）=1/2q（1310-x） （1305mmx1310mm）带轮的扭矩M=9549N/n=95492/300=63.66N/m画出剪力、弯矩、扭矩图如下：从图中可以看出危险截面在弯矩为10538.68Nmm点所在的截面。M=10538.68NmmT=63660Nmm W=0.1dca=expM+(T)/w=exp10538.67+(0.663660)/(0.126)=25.44MPa前已选定轴的材料为45钢，调制处理，查机械设计（第七版）表15-1得-1=60MPa，所以ca-1，所以设计校核安全。4.2前轴的设计计算4.2.1初步确定最小直径由于前轴没有扭转传动，只承受径向载荷和微小的轴向冲击载荷，所以参考后轴轴径的设计，我们选取最小轴径为16mm。4.2.2轴的结构设计因为轴BC段没有配合要求，只用于平衡和固定，而轴AB段和CD段用于连接导轨、套筒和套轴，有技术要求，所以我们把要求较低轴的BC段直径做的比较小，而不需要特殊加工，取dBC=16mm,dAB=dCD=20mm。经过计算导轨、套筒和套轴的长度，并考虑到筛架的宽度为1200mm，所以我们取轴AB段和轴CD段长为76mm，取轴BC段长为1140mm。4.2.3求轴上载荷筛架的重量为87.7N套筒的重量： G=pi（20-10）225.69.80.000001=1.14N套轴的重量： G=pi（16-10）165.69.80.000001=0.43N Frb=Fre=87.7/2+1.14+0.43=45.42N前轴的重量： G=0.000001pi（76210+81140）5.69.8=15.2N前轴的重量可看成均布载荷 Q=G/1292mm=0.011765N/mm由梁的平衡方程，求出支反力为： Q4623+Frb16=q1246623+Fre1216-Rd1200 解得Rc=Rd=53.02N分段列出剪力和弯矩的方程为：AB段内：Q（x）=-qx=-0.011765xN （0x30mm） M（x）=-1/2qx=-0.005883x Nmm （0x30mm）BC段内：Q（x）=-45.42-qx=-45.42-0.011765xN （30mmx46mm） M（x）=-45.42（x-30）-0.005883x Nmm （30mmx46mm）CD段内：Q（x）=-45.42-qx+Rc=7.6-0.011765xN （46mmx1246mm） M（x）=7.6（x-46）-0.005883x-726.72 Nmm （46mmx1246mm）DE段内：Q（x）=60.62-0.011765xN （1246mmx126mm） M（x）=60.62（x-1246）-0.005883x-9120 Nmm （1246mmx126mm）EF段内：Q（x）=-0.011765（1292-x）N （1262mmx1292mm） M（x）=-0.005883（1292-x） Nmm （1262mmx1292mm）画出剪力、弯矩图如下：从图中可以看出危险截面在弯矩为3495.345 Nmm点所在截面。ca=expM+(T)/w=exp3495.345+(0.6*31146)/(0.116) =8.534MPa因前已选定轴的材料为45钢，经过调制处理，通过查机械设计（第七版）表15-1得-1=60MPa，所以ca-1，所以设计校核安全。4.3带轮的设计计算额定功率P=2Kw，转速n1=300r/min，传动比i=250/300=0.8331.确定计算功率Pca。（以下查表均根据机械设计第七版）查表8-6查得工作情况系数K=1.1。故 Pca=KP=1.12Kw=2.2Kw2.选取窄V带的带型。根据Pca、n1由图8-9确定选用SPA型。3.确定带轮基准直径。 由表8-3和表8-7取主动轮基准直径d=140mm。 根据式i=n1/n2=/，从动轮基准直径。 D=id=0.833140mm=117mm 根据表8-7，取=118mm。 按式（8-13）验算带的速度 U=pidn1/（601000）=pi140200/（601000）=1.46635m/s 带的速度适合。4.确定窄V带的基准长度和传动中心距。 根据0.7（）a0120主动轮上的包角合适6.计算窄V带的根数 由式（8-22）知 z=Pca/（p0+p0）KK 由n1=300r/min，=140mm，i=0.833，查表8-5c和表8-5d得 P01.68 p0=0 查表8-8得K=1，查表8-2得K=0.87，则 z=2.2/(1.68+0) 10.87=1.5 取z=2根7.计算预紧力F。 由式（8-23）知 F=5002.2/(1.4662) (2.5-1)+0.121.466 =562.76+0.26 =563.02N8.计算作用在轴上的压轴力F 由式（8-24）得 F=2zFsin（1/2）=22563.02sin(185.3/2)N =2249.7N9.带轮的结构设计d=（1.82）*d，d为直径 L=（1.52）*d，当d1.5d时，L=B查表8-10得基准宽度（节宽）b=11.0mm 基准线上槽深h=2.75mm基准线下槽深h=11.0mm 槽间距e=150.2mm第一槽对称面至端面的距离f=129mm 最小轮缘厚=6mm带轮宽B=（z-1）e+2f=e+2f=15+20=35mm根据表8-7查得dd=118mm外径d=d=2h=118+22.75=123.5mm轮槽角取为38L=（1.52）d=（4256）mm，B=35mm1.5d，所以L=B=35mm由于带轮的尺寸比较小，所以我们选用了实心式带轮。4.4 后轴轴承的选用由于振动筛工