纵轴流式水稻联合收割机清选系统结构设计

纵轴流式水稻联合收割机清选系统结构设计摘 要：水稻是我国的主要粮食作物，具有单产量最高，总产量最稳定的特点；近些年水稻种植面积处于稳步上升的状态。在目前水稻收获机械多种形式并存条件下，为了满足广大用户的要求，在消化吸收国内外同类机型的基础上，设计一种清选装置。本文简述了国内、外联合收割机的研究现状和典型清选装置的工作原理。通过查阅资料了解水稻的农艺、形态参数。通过对比,选择单风机双层振动筛清选装置，此种装置结构相对简单，但基本能满足此种收割机清选功能的要求。本课题的研究为指导实际生产，提高轴流清选装置的性能以及降低成本提供了理论依据。关键词：水稻；纵置式轴流；清选；理论依据The Structure Design of Vertical Type Axial Flow Rice Combine Harvester Cleaning SystemAbstract: Rice is our countrys main food crop, have the highest single output of the most stable, output characteristic; The rice planting area in recent years has steadily risen state. In the current rice harvest machinery various forms to coexist conditions, in order to satisfy the demand of users, digesting and absorbing the basis of domestic and foreign similar type, design a kind of cleaning device. This paper describes the working principle of domestic and outside the combine harvester Research and typical cleaning device. Through access to information to understand rice agronomic, morphological parameters.By contrast, select a single fan double vibrating screen cleaning device, such device structure is relatively simple, but can basically meet the functional requirements of such a harvester cleaning.The study of the subject to guide the actual production, improve the performance of the axial cleaning device as well as reduce the cost of providing a theoretical basis.Key words: Rice ;Vertically mounted axial ;Cleaning ;Theoretical basis目 录摘要 .1关键词： .11 前言 .21.1 课题研究的目的和意义 .21.2 国内外发展现状 .21.3 研究方法 .41.4 研究内容 .52 清选装置的总体设计方案 .52.1 清选装置的工作流程图 .52.2 工作过程 .52.2.1 动力输送流程 .52.2.2 清选装置的整体布局 .62.2.3 各个零部件的功能 .73 主要零部件的设计与计算 .73.1 清选筛的设计 .73.2 清选筛的主要尺寸 .83.3 风机的设计与选取 .114 传动装置总体设计 .134.1 确定传动装置的传动比 .134.2 传动装置的运动和动力参数 .145 轴的结构尺寸设计 .165.1 输入轴的设计 .165.2 风机轴的设计 .175.2.1 轴一的设计 .1815.2.2 轴二的设计 .195.3 振筛轴的设计 .206 轴的校核 .216.1 振筛轴的校核 .216.2 轴承的校核 .237 结论 .23参考文献 .24致谢 .2521 前言1.1 课题研究的目的和意义水稻是最主要的三大粮食作物之一，播种面积占粮食播种面积的 1/5，年产量约4.8 亿吨，占世界粮食总产量的 1/4，全世界二分之一以上的人口以水稻为主食，同时也是我国最主要的栽培作物之一。我国水稻播种面占全国粮食作物的 1/4，而产量则占一半以上。而在我国，水稻收获的机械程度相对较低。水稻收获方式主要有人工收获割晒分段收获和联合收获种。在人工收获中由人工完成整个收获过程时间长、效率低、费工费力且损失浪费严重，据测算人工割捆垛运及脱粒等总损失率达1、。而割晒分段收获由割晒机进行收割，然后由人工进行捆束脱粒清扬和晒场，这种收获方式较人工收获提高了收割效率且有利于水稻后熟和改善米质同时可借助通风和日晒降低水稻含水量，便于脱粒减少烘干和晒场的作业量，但是整个收获过程还需很多劳力配合工效仍较低谷粒的总损失较大。若使用水稻联合收割机进行收获则可以一次性完成收割脱粒清选及装袋等过程不仅大大提高了收获效率降低了收获成本而且损失率仅为、由此看出发展水稻收割机特别是优先发展水稻联合收获对提高我国粮食作物机收水平具有重要意义。清选装置是联合收割机的重要组成部分，它直接影响到整机的工作性能。清选性能中的籽粒含杂率，清选损失率是衡量联合收割机产品质量的主要指标之一。因此，设计出合理的谷物清选装置也就显得尤为重要。因此，现结合所学机械结构设计、优化设计、可靠性设计等知识，设计一种实用型清选装置，以提高自身机械设计水平，提高机械工作效率，减少人力损耗。通过对机构的设计，提高绘画、CAD、装配、工艺等方面的能力，加强理论与实践的结合。1.2 国内外发展现状目前，国内使用的小型收割机清选装置的种类较多，按其结构可分为两种：风机加振动筛和风机加圆筒筛装置。而风机加振动筛装置又可分为单风道风机单层振动筛清选装置，单风道风机双层振动筛清选装置，双风道风机单层振动筛清选装置，双风道风机双层振动筛清选装置，双风机单层筛清选装置，双风机双层振动筛清选装置。风机圆筒筛清选装置又可分为单风道风机圆筒筛清选装置，双风道风机圆筒筛清选装置及双风机圆筒筛清选装置。单风道风机单层振动筛清选装置由单风道离心风机与单层振动筛构成，是一种较为简单的清选装置。该装置结构简单、轻便，但清选效果一般，尤其是对水稻脱出物清选时，含杂率较高，清选损失率也较大。 单风道风机双层振动筛清选装置，由单风道离心风机与双层振动筛构成，上下筛片的结构不同。其3清选效果比单层振动筛有所提高，基本能满足小型联合收割机清选功能的要求。双风道风机双层振动筛清选装置，由双风道离心风机与双层振动筛构成。其关键技术是双风道风机，下风道气流直接吹至筛尾，而上风道仍维持原单风道工况，清选效果较好。双风机双层振动筛清选装置， 南离心风机、横流风机与双层振动筛构成，是一种较为复杂的清选装置。该装置在最佳结构参数与运动参数条件下，可得到令人满意的清选效果。单风道风机圆筒筛清选装置，由单风道离心风机与圆筒筛构成。利用圆筒筛清选，可缩短整机的长度，减少振动，工作可靠、湿分性能较好，但其参数调节不太方便。单风道风机圆筒筛清选装置结构简单，对籽粒含杂率中等的物料清选效果较好。但当籽粒含杂率很高时，大量短茎秆和杂余穿过筛孔混入籽粒，导致籽粒含杂率过高而引起输粮搅龙堵塞，影响了整机的工作性能。双风道风机圆筒筛清选装置，由双风道径向进气风扇或双风道离心风机与圆筒筛构成。试验研究表明，双风道圆筒筛清选机构与单风道圆筒筛清选机构相比，不仅可以达到良好的清选性能指标，而且可以提高清选能力，减小前筛直径，对小麦和水稻脱出物的清选有良好的适应性。双风机圆筒筛清选装置，由离心风机、横流风机与圆筒筛构成。在圆筒筛的上方配置了与清选装置等宽的横流风机，该风机吸气口正对圆筒筛面。当脱出物在筛面上运动时，大量的杂余和短茎秆被吸人横流风机并排出机外。该装置适合高含杂率脱出物的清选作业，且清选性能指标优良。从世界范围看随着生物技术的发展和生产技术的提高各种谷物的产量正不断增加。国外的清选机正向着大型化、机电一体化、智能化、更可靠和更安全的方向发展。一些发达国家不断将高、精、尖技术应用到农业机械上来农业机械正向智能化方向发展。在设备的操作方便性方面国外重力式清选机都设置了仪表直接显示调节数据不停机集中控制，操作方便、灵敏，智能化加强。我国的谷物清选机为了弥补自身不足主要在基本结构装置上加以改进，使其向安全、利用率高、改善工作环境、降低劳动强度、工作效率高、操作方便和智能化等方向发展。如对主要清选部件清选筛筛片、清筛机构和减振系统进行改进：对传动系统进行改进，当前的清选机有些采用双振动电机驱动可改用两台型号规格完全相同的振动电机同步驱动：采用正压多联风机结构，降低了噪声，风选效果好：采用封闭筛箱或全封闭钢架结构，以增强安全防护性 到目前为止，清选机大都采用手动控制，将逐步向自动控制系统转化。我国正处于社会主义初级阶段农业生产力相对落后有效需求不足，农民普遍收人较低，农村分散经营的生产体制尤其是南方丘陵地区的生产特点决定了在今后一段时期内我国仍然要以中小型清选机为主要研究和推广对象。由于我国经济发展4的不平衡性，东部、中部和西部地区对产品和技术的需求存在递进的趋势，在市场开发上有滞后的特点这决定了经济实用、多功能和回收率高的中小型农机具有较好的发展势头。在东北、华北和西北的商品粮棉基地地区，粮食清选机生产企业较多，且根据北方区域特点大部分生产企业重点研制推广大中型清选机 南方清选机生产企业很少。不论是北方还是南方为了提高劳动力的转移速度和农民的生活水平，结合经济发展的速度和产业结构的调整， 中小型清选机的研制与推广将逐步得到完善和提高。1.3 研究方法研究的方法可以用下面一幅流程图来表示：机械系统设计 设计任务书技术文件1： 系统原理方案及确定 原理方案试验系统工作原理 功能分析技术文件2： 功能求解：初步形成物料流、能量流关键技术验证主要部件工作原理图 及信息方案机构方案设计，分系统及总成选配，接口设计 技术文件3：方案评审报告方案评审技术文件4：总体设计报告总体布置设计技术文件5：总体布置图 工程设计设计评审测试测试实验调制调试调试结果设计任务完成机械系统设计的第一个环节就是总体设计，要有系统的原理方案构想，结构方案设计，总体布局与环境设计，主要参数的确定，总体方案的评价与决策。因此，研究方法是相当重要的，用得恰当会事半功倍。1.4 研究内容清选装置是水稻联合收割机的重要工作部件，它的功用是将经脱粒装置脱下和分5离装置分出来的谷物混合物中的颖壳、碎茎和断穗等清除干净，将细小夹杂物排出机外，以得到清洁的谷粒。对分离装置的性能要求是：谷粒中的混杂物应少于 2%；清选时谷粒损失不大于脱出谷粒总量的 0.5%；其生产率应与收割、脱粒装置相适应。常用的清选原理大致可分为两类：一类是按照谷粒的空气动力特性（悬浮速度）进行清选。另一类是利用气流和筛子配合进行清选。谷粒的尺寸一般以长度，宽度和厚度表示。使用表明，有了气流的配合可将轻杂物吹离筛面，并吹出机外，有利于谷粒的分离，当气流的作用力抵消了物料的重量而使物料处于疏散状态时，分离效率最高。本文中采用风扇筛子式清选装置，主要由风扇和筛子组成，在原有的基础上加以改进，使其简单，高效，以满足此种联合收割机的清选要求。62 清选装置的总体设计方案2.1 清选装置的工作流程图输入轴 （传动） 风机轴付搅龙轴 振筛轴 （振筛结构） （辅助输送稻谷） 复脱下搅龙轴 （传动换向）主搅龙 复脱短介轴（传动） （传动）垂直搅龙（将稻谷输送至储粮仓）2.2 工作过程2.2.1 动力输送流程从输入轴左端大皮带轮（含离合装置）接入动力,输入轴最右端的链轮与风机轴上的链轮连接，将动力传递给风机轴，输入轴的右端安装链轮与付搅龙轴右端的链轮连接传递动力，付搅龙右端另一个链轮与主搅龙右端的链轮连接传递动力，主搅龙左端安装链轮与垂直搅龙的短介轴的左端连接传递动力，主搅龙最右端的链轮与复脱短介轴上的链轮连接传递动力，为满足复脱下搅龙旋向的要求。复脱短介轴与复脱下搅龙通过齿轮连接，通过齿轮换向。复脱下搅龙上的链轮与振筛轴上的链轮连接，将动力传递给振筛轴，以此来满足所有清选装置动力的要求。2.2.2 清选装置的整体布局7清选装置结构如图 1 所示。图 1 纵轴流式水稻联合收割机清选系统Fig1 Longitudinal axis of the stream rice combine harvester cleaning system2.2.3 各个零部件的功能1）输入轴：将电动机的动力传递给各个下级运功的轴上，还能进行动力离合。左端有大皮带轮和离合装置，中间配合锥齿轮，它由左右两节结合而成，右端安装多排链轮，将动力传递给风机轴、付搅龙轴、输送槽输入轴。82）风机轴：将电动机传递的动力带动风扇转动，以完成清选。3）付搅龙轴：连接输入轴的右端链轮输入动力，辅助主搅龙输送稻谷。4）主搅龙轴：右端连接付搅龙轴的右端链轮输入动力，通过搅龙将脱机箱体底部的稻谷输送到垂直搅龙下端，主搅龙的左端伸出箱体左端，并且安装链轮，连接垂直搅龙短介轴。还将右端动力传递给复脱短介轴反转。5）垂直搅龙：通过一对锥齿轮与垂直短介轴啮合，将主搅龙输送过来的稻谷垂直输送至储粮仓。6）垂直搅龙短介轴：连接主搅龙轴与垂直搅龙轴。7）复脱短介轴：连接主搅龙轴与复脱下搅龙轴，传动反向。8）复脱下搅龙轴：右端链轮齿轮与复脱短介轴上的链齿轮啮合输入动力，搅龙将未脱粒完全的谷穗输送至其左端。9）复脱上搅龙轴：左端链轮与复脱下搅龙轴左端的链轮相连输入动力，将复脱下搅龙输送过来的未脱粒完全的稻穗输送只脱粒滚筒。10）振筛轴：将传递来的动力带动筛子振动。11）振筛：配合风机使用对谷物进行清选 93 主要零部件的设计与计算3.1 清选筛的设计清选筛由筛架、上筛、下筛和支、吊杆组成。筛架用支杆支撑，用偏心轮驱动往复式抖动。图 2 上筛Fig2 On screen为了能有较良好的清选效果采用二层筛子，即上筛与下筛两层，上下距离约为 50100mm。上筛主要把碎秸秆，残碎等分离出来，起粗筛选作用。下筛主要选出干净谷粒，而把细碎杂余排走，起到精筛选作用。上筛采用冲孔方孔筛，方孔的边长为12.5，如图 2 所示，下筛采用直径为 11 的冲孔圆孔筛。如图 3 所示：图 3 下筛Fig3 Sieve10上下筛采用一个筛架焊接在一起，这样结构简单，也可满足其基本要求。筛架的驱动方式采用摇臂结构。筛架的基本结构如图 4 所示：图 4 筛架的基本结构Fig4 The basic structure of the sieve skeleton3.2 清选筛的主要尺寸1）清选筛的面积 A 由进入清选装置的谷物混合物料的重量 Qs(kg/s)来确定：A=BL=Qs/qs （1）在（1）式中 B 为筛的宽度（m） ；qs 为单位筛面积可以承担的谷粒混合喂入量kg/(ms)，L 为筛的长度（单位 m，不包括尾筛） ，选值时要保证对排出物有足够的清选时间，以减少损失，一般值为 0.81.4m。B 值也可以由（2）式确定：B=ql/qo=q(1-k)/qo （2） 在（2）式中 ql 为每秒进入清选装置的物料重量（ kg/s） ；qo 为每米宽筛允许承担负荷kg/(s m)，本机器取 qo=4.5 kg/(sm)；q 为机器的每秒喂入量（ kg/s） ，本机器取 q=3 kg/s； 为喂入物料中茎秆所占百分比；本机器取 =8%；k 为从脱粒装置和分离装置中已排出杂物的系数，k 值一般取 0.60.9，本机器取 k=0.8。则筛子的宽度 B=3(1-8%0.8)/4.5=0.624，本机器取 B=0.62m。2）筛子的长度 L 由公式（3）确定：L=Qs/Bqs （3）在（3）式中 Qs 为进入清选装置的谷粒混合物（kg/s） ；B 为筛子的宽度（mm） ；qs 为筛子单位面积可以承担的谷粒混合物的喂入量 kg/(ms)，取 qs=3.5 kg/(ms)；其中 Qs=360%=1.8 kg/s。则 L=1.8/0.623.5=0.83，取 L=0.87。113）筛子运动所需的功率由（4）式确定：N=QsNp/ （4）在（4）式中 Qs 为进入清选装置的谷粒混合物（kg/s） ；Np 为单位生产率清选筛所需功率 kw/(kgs1)，上筛取 0.4-0.55.本机取 0.4； 为系数，取 0.9。则 N=1.80.4/0.9=0.8kw。4）筛架的运动方式可用如图 5 所示的结构简要表示：图 5 筛架的运动方式简图Fig5 The movement of the sieve skeleton thumbs5）清选筛的工作条件：1、物料要有下移，且要有上移。2、物料下移量大于上移量。3、物料不能被抛起。根据工作条件选取其从动摇臂 c 为 60mm,主动摇臂 a 的长度为 80mm,根据已知条件可得，筛面的长度 b 为 870mm,主动摇臂，从动摇臂之间的距离 d 为 940mm.则有：cba（5）则为双摇杆机构。12由已知可得筛面做不规则的振动，则主动摇臂只能在一定范围的周期范围内摆动。由已知可得其摆动周期为 0.08s.选取筛面上任意一点，利用计算机仿真模拟，可得其任一点的速度图像如图 6 所示：图 6 筛面上一点的速度轨迹Fig6 Screen surface speed track其加速度图像如图 7 所示：图 7 筛面上一点的加速度轨迹Fig7 Screen surface acceleration trajectory根据以上两图可得，筛面上的点的运动也呈周期性变化，可满足其振动筛的一般要求。故其摇臂的选择满足其一般要求。13由于筛面做不规则的振动，主动摇臂只能在一定范围内摆动。为使结构简单，同时满足整台联合收割机的需要，可用偏心块结构来代替主动摇臂，因此可用如图 8 所示的结构简要表示振动筛的运动方式：图 8 筛架的运动结构简图Fig8 Sieve skeleton movement structure diagram为满足振动筛的清选功能的要求，此振动筛的的摇臂长度选取为 60mm，而偏心块采用如图 9 所示的结构：图 9 偏心块结构简图Fig9 Eccentric structure diagram为满足振动筛的要求，查阅相关资料，偏心块的偏心距选取为 17mm。3.3 风机的设计与选取该风扇都为双面进风，其叶轮上的叶片长度一般与脱粒滚筒长度相当。为了使风扇全部宽度内风速均匀，通常将叶片两端内部削去一角，以减弱两端气流速度。风扇的结构简图如图 10 所示：14图 10 风扇的结构简图Fig10 The fan structure diagram查阅相关资料，得表 1 如下：表 1 风扇的基本尺寸Chart1 The basic size of the fan名称 尺寸 本机尺寸叶轮外径 2D250mm 250mm叶轮内径 1 26.05D98mm叶片数 3-6 6外壳宽度 kB2.1300mm进风口直径 0D8065150mm出风口高 S24.3.D100mm圆筒形外壳 k 1270mm螺线蜗壳形外壳扩展尺寸 A2.035mm叶轮端面与壳体间距离 f3D7mm15该风扇都为双面进风，其叶轮上的叶片长度一般与脱粒滚筒长度相当。为了使风扇全部宽度内风速均匀，通常将叶片两端内部削去一角，以减弱两端气流速度。164 传动装置总体设计该装置的所有动力均由输入轴输入，所有传动简图如图 11 所示：图 11 传动装置简图Fig11 Gear diagram4.1 确定传动装置的传动比由于该装置的所有动力均由输入轴输入，已知输入轴的转速为 1800r/min,查阅机械设计手册，选取输入轴上的风机大连轮的齿数为 23，选取风机轴上的小链轮的链轮的齿数为 16，则传动比=16/23=0.7,1i满足其一般要求。输入轴上的付搅龙轴上的链轮的齿数选取为 15，与之相对应的付搅龙轴上的链轮的齿数齿数选取为 27，则该传动比=27/15=1.82i满足其一般要求。付搅龙轴上与主搅龙相连的链轮的齿数选取为 15，与之相对应的主搅龙的上的链轮的齿数选取为 24，则该传动比=24/15=1.63i满足其一般要求。17主搅龙轴上与复脱短介轴相连的链轮的齿数选取为 15，与之相对应的复脱短介轴的链轮的齿数选取为 17，则该传动比=17/15=1.134i满足其一般要求。复脱短介轴与复脱下搅龙轴相连的链轮的齿数选取为 20，与之相对应的复脱下搅龙轴上的链轮的齿数选取为 21，则该传动比=21/20=1.055i满足其一般要求复脱下搅龙轴与振筛轴上相连的链轮的齿数选取为 16，与之相对应的振筛轴上的链轮的齿数选取为 23，则该传动比=23/16=1.446i满足其一般要求复脱下搅龙轴与复脱上搅龙轴上相连的链轮的齿数选取为 13，由于该对链轮为提升链轮，故该两个链轮应该一模一样，则该传动比=13/13=17i满足其一般要求主搅龙轴上与锥齿轮箱上相连的链轮的齿数选取为 16，与之相对应的锥齿轮箱上的链轮的齿数选取为 14，则该传动比=14/16=0.8758i满足其一般要求通过锥齿轮箱变向，锥齿轮箱内的两个锥齿轮也设计的一模一样，故该锥齿轮箱只起换向的作用，理论上不会改变其转速，则传动比=19i满足其一般要求。4.2 传动装置的运动和动力参数1）各轴转速输入轴： min/180rn风机轴： in/2587.2 r付搅龙轴： m10/213i主搅龙轴： i/6.34n复脱短介轴： n523/45 ri18复脱下搅龙轴： min/520.1/56 rin振筛轴： i364.2/7i复脱上搅龙轴： /768i垂直搅龙轴： in7148.049 rn2）链条的设计：对已知齿数和中心距的链条便可知链条长度，单为了方便起见，链条的节数尽量取偶数节。链条的的长度 Lp（链节距 p 的倍数）表示。与带传动相似，链节数 Lp与中心距 a 之间的关系为：Lp=2a/P+（z 1+z2)/2+(z2-z1)2p/4a 2 （6）由（6）式计算出的链节数必须为整数，且最好为偶数。因此将各对链轮的齿数和中心距输入上面公式即可得出结果如表 2：表 2 各链轮的参数Chart2 Parameters of all sprocket对象 齿数 z1、 z2 中心距 （mm） 节距 p（mm） 链节数 Lp（取偶数后）输入轴、付搅龙轴链轮15-27 1000 15.875 148输入轴、风机轴链轮23-16 900 12.7 162付搅龙轴、主搅龙轴链轮15-24 800 15.875 122主搅龙轴、短介轴链轮15-17 700 15.875 106主搅龙轴、垂直短介轴链轮16-14 600 12.7 110复脱下、复脱上搅龙链轮13-13 1000 19.05 118复脱下搅龙、振筛轴链轮16-23 500 12.7 100利用表（2）求得的链节数 ，再利用下式求其中心距：pL19（7）为保证链条松边有一个合适的安装垂直度 f,实际中心距 （单位 mm）应比理论a中心距 小一些，即：a（8）式中： 为（0.0020.004） ；a因此求得各链的基本数据如表 3 所示：表 3 各链的基本参数Chart3 Basic parameters on each chain对象 齿数 z1、 z2 链号 节距p（mm）链节数 Lp（取偶数后）中心距(mm)a输入轴、付搅龙轴链轮15-27 10A 15.875 148 1008输入轴、风机轴链轮23-16 08A 12.7 162 905付搅龙轴、主搅龙轴链轮15-24 10A 15.875 122 814主搅龙轴、短介轴链轮15-17 10A 15.875 106 714主搅龙轴、垂直短介轴链轮16-14 08A 12.7 110 603复脱下、复脱上搅龙链轮13-13 12A 19.05 118 1001复脱下搅龙、振筛轴链轮16-23 08A 12.7 100 511 212121 84 zzLzLpaP a205 轴的结构尺寸设计5.1 输入轴的设计由设计要求与实际需要，设计出的输入轴以及主要装配零件如图 12 所示。图 12 输入轴简图Fig12 Input shaft diagram在输入轴的第一段要安装要紧弹簧长为 30mm 轴径为 20mm，第二段要连接摩擦盘需要加工花键，并且还要加工两个滑槽，花键规格为 6x28x34x6，滑槽宽度为 8mm，花键长度为 45.2mm，滑槽长度为 102.2mm，故第二段总长为 45.2mm 轴径为 34mm，第三段长 113mm 轴径为 35mm，由轴的总体长度设计要求第四段长为 201.3mm 轴径为40mm，第四段是安装锥齿轮的台阶，需要加工花键，其规格为 6x28x34，此段长度为143.4mm，台阶两段安装轴承，故轴肩长度为 14mm 轴径为 35mm 和 15.5mm 轴径为30mm，第五段的根据轴承座的宽度设计长度为 20mm 轴径为 28mm，第六段为台阶长度为 40.2mm 轴径为 28mm，左半轴的最后一段为结合齿的连接部分，需要加工键槽，其规格为 8x54，轴径为 27mm。右半轴的第一个台阶上需要装关节轴承，来调节轴的摆动，长度为 14mm 轴径 17mm，第二个台阶是为了配合结合齿长度来设计，故其长度为11mm 轴径为 20mm，第三段安装结合齿和输送槽链轮，其长度为 77.7mm 轴径为 26mm，第四个台阶长度为 82.5mm 轴径为 28mm，由于安装要求在距离第四台阶 40.5mm 出要安装链轮，因此需要加工键槽规格为 8x25，此台阶长度为 65.5mm 轴径为 25mm，最后一个台阶也需加工键槽安装链轮，为了方便调整，设计长度为 40mm 轴径为 20mm，轴头需要加工螺纹孔 M8X20。需要选择的轴承型号有 6007、30211、52411、6207、6211和 6205、GE17。牙嵌式结合齿。5.2 风机轴的设计由已知选取风机轴的功率为 20kw，转速由上可知为 2588r/min，所以有：21转矩为 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。查表 14-3，取 C=118，于是得 dmin如下：最小轴径显然是安装风机链轮的直径，由于此处开键槽故将直径加大 10%-15%，取 。由于风机轴承受的力都不大，且承受的弯矩较小，并且风机轴较长，md25in故可采用两根轴，中间用无缝管焊接起来，其结构简图如图 13 所示。图 13 风机轴结构简图Fig13 The structure diagram of the fan shaft5.2.1 轴一的设计)(93.258133min mPCd02.951kw/7.TnKN22轴一的结构示意图如图 14 所示。图 14 轴一结构简图Fig14 Axis structure diagram1）段的设计：段前部设计为倒角，便于固定安装，倒角过后设计一退刀槽，其间也可安装一轴用弹性挡圈，便于安装定位，查阅机械设计手册，选取 GB894.1-86 的轴用弹性挡圈，可得此挡圈的厚度为 1.3mm，由此可得此退刀槽的宽度为 1.3mm。退刀槽过后安装轴承，查阅机械设计手册，选取深沟球轴承，型号为 6205，可得此轴承的厚度为15mm，故此段的宽度为 15mm,此段的轴径为 25mm，长度为 19mm。2）段的设计：段轴径 35mm,设计一轴肩，便于轴承轴向定位，根据安装需要，选取其长度为30mm。3）段的设计：段安装风机法兰，根据风机法兰的孔的大小和其厚度，选取此段的轴径为 32mm,长度为 25mm。4）段的设计：风机的左侧用轴肩定位，右端用一轴用弹性挡圈进行定位，查阅机械设计手册，选取 GB894.1-86 的轴用弹性挡圈，可得此挡圈的厚度为 1.3mm，由此可得此退刀槽的宽度为 1.3mm。退刀槽右部为一轴肩，根据安装需要，选取此段的长度为 11mm,轴径为 32mm。5）段的设计：由于无缝管的内径为 22mm,故此段的轴径为 22mm,根据安装需要此段的长度选取为 30mm。5.2.2 轴二的设计23轴二的结构示意图如下图所示：图 15 轴二结构简图Fig15 Axis structure diagram1）段的设计：段的轴径由无缝管的内径决定，故该段的轴径为 22mm,根据安装需要，选取该段的长度为 35mm。2）段的设计：段的中间部位带键槽的部位安装风机法兰，两端留有退刀槽安装轴用弹性挡圈，对风机法兰进行轴向定位，根据风机法兰的孔的大小和其厚度，选取此段的轴径为32mm,长度为 25mm。查阅机械设计手册，退刀槽的宽度为 1.3mm，为满足安装要求，两端的宽度分别为 11mm,10mm。3）段的设计：段需满足安装要求，故取该段轴径为 31mm,长度为 20mm。4）段的设计：段的左端用于安装轴承，查阅机械设计手册，选取深沟球轴承，轴承的型号为6205，故此段的轴径为 25mm,此段的长度为 15mm。段的右端安装链轮，链轮的厚度为 25mm,链轮的右端加一个轴套，用于轴向定位，链轮的右端用一垫片，然后用一螺栓固定，因此该段轴的最右端需加工一螺孔，螺孔的深度为 20mm,螺孔的大小为 M8。故该段轴的长度选取为 43mm。5.3 振筛轴的设计由已知可得振动筛的功率为 0.8kw,转速为 365r/min，选取轴的材料为 45 钢，调质处理。查表 14-3，取 C=118，于是得 mnPCd4.15368.013min 24最小轴径显然是安装振筛轴链轮的直径，由于此处开键槽故将直径加大 10%-15%，取 ，其结构简图如下图所示：md24in图 16 振筛轴的结构简图Fig16 Vibration sieve shaft structure diagram1）段的设计：段的右端用于安装轴承，左端的退刀槽可安装轴用弹性挡圈，用于轴承的轴向定位。因此选取该段的轴径为 25mm,长度为 4mm,15mm，如图（16）所示。2）段的设计：段的右端留一退刀槽，用于安装轴用弹性挡圈，用于偏心块的轴向定位。根据安装要求，该段的轴径选取为 26mm,该段的长度为 21mm。3）段的设计：段用于安装偏心块，根据偏心块的大小，因此选取该段的轴径为 26mm,该段的长度选取为 25mm。4）段的设计：段,主要是根据安装要求而定的，选取该段的轴径为 28mm,长度为 578mm。5）段的设计：段用于安装偏心块，根据偏心块的大小，因此选取该段的轴径为 26mm,该段的长度选取为 25mm。6）段的设计：段的左端留一退刀槽，用于安装轴用弹性挡圈，用于偏心块的轴向定位。根据安装要求，该段的轴径选取为 26mm,该段的长度为 21mm。7）段的设计：段主要是安装轴承，查阅机械设计手册，选取深沟球轴承，轴承代号 6205.根据轴承的规格，选取该段的轴径为 25mm,长度为 15mm。8）段的设计：25段的最右端用于安装振筛链轮，振筛链轮的右端用螺栓加一垫片定位，左端用一轴套进行轴向定位。根据链轮的规格，选取该段的轴径为 24mm,长度为 40mm,螺孔的大小为 M8，深度为 20mm。266 轴的校核6.1 振筛轴的校核 对振筛轴上的力进行估算和简化，则振筛轴上的受力分析图如图 17 所示。图 17 振筛轴上的受力简图Fig17 Vibration sieve axis force diagram已知假设 ,则水平支撑反力：NFBHV30NFBHCAH1502绘制水平面的弯矩图如图 18 所示。 mLMAHB .105.43102求垂直面支反力： NFBVCAV绘制垂直面的弯矩图如图 18 所示。27图 18 弯矩图Fig18 Bending moment diagram截面 B 左侧弯矩： mNLFMAVB .105.43102截面 B 右侧弯矩： CVB .4绘制合成弯矩图：根据 2H424242 1036.105.105. BVBM H绘制弯矩图：282.093658.0950nPT ).(104mN绘制当量弯矩图： 22TMe由当量弯矩图和轴的结构图可知，B 处和 D 处最优可能是危险截面，应该计算其当量弯矩。此处可将轴的扭转剪应力看作脉动循环，取 0.6,则：B 截面： ).(1048.622 mNTBe D 截面： D校核危险截面处的强度：B 截面： MPaWBeeb5.29Pab51D 截面： dDee4.8b1故轴的强度足够。6.2 轴承的校核已知装轴承处的轴径为 25mm，转速为 365r/min,选用深沟球轴承6205，C 0=7.88KN，对深沟球轴承，其径向基本额定载荷（9）式中 为基本额定动载荷，查表 8-23 得 =14.0kN； 为载荷系数，查表取r rCpf=1；pf为当量动载荷，N； 为基本额定寿命，本机预设寿命 =4000h； 为轴承转速，PhLhLnr/min； 为寿命指数，对球轴承 =3。（10）由（10）式可得：P=3152.3N。故在规定条件下，6205 轴承可用。160prhtfPnL)401365(14031P297 结论在目前水稻收获机械多种形式并存条件下，为了满足广大用户清选装置的要求，在消化吸收国内外同类机型的基础上，设计了一种清选装置。使其具有结构简单、体积小、重量轻、清选性能好等特点。设计是在吴老师的细心指导下，以及和同学的不断讨论中，大量的查阅水稻收割机清选装置相关资料，吸取以往的设计方法和思路，通过自己一段时期的不懈努力而完成的。在设计上由于自己考虑问题的全面性不够，设计知识不够系统，设计经验比较少，所以一定从在着很多的不足，只能通过更多的实验去发现问题和解决问题，对机构进行优化。30参考文献1 陈德峻，魏灿苗履带自走式全喂人联合收割机结构设计的改进J农业机械学报，2002，33(1)：1151182 邱先钧惯流风机在联合收割机中的应用及其设计J农业机械学报，2003，19(1)：11O-1123 陈 铮，穆浩民飞龙4L-O75小型联合收割机清选装置的试验研究J农业机械学报，1996，27(3)：5862 4 成 芳，王 俊.风筛式清选装置主要参数的试验研究J农业工程学报，1998，14(4)：217-221 5 朱永宁，李王华双风道圆筒筛清选机构麦稻性能试验与参数优化J洛阳工学院学报，1991，12(1)：11176 刘师多，师清翔双风机圆筒筛清选机构的试验与参数优化J洛阳工学院学报，1998，19(1)：59637 姬江涛. 双风机圆筒筛清选机构圆筒筛转速的试验研究期刊论文-农机化研究 2002(03)8 周学建. 圆筒筛清选机构工作原理的分析与研究J. 洛阳工学院学报1993 14 1 7-13.9 朱永宁. 径向进气风扇结构和性能参数的试验研究J. 洛阳工学院学报1985 6 1 47-53.10 茆诗松 丁 元. 回归分析及其试验设计M. 上海华东师范大学出版社1986.191-21911 董国华，杨益筛面气流的分布状态对清选谷粒混合