毕业设计（论文）-农作物清洗机的设计

延边大学本科毕业论文（设计说明书）摘要农作物清洗机是关于清洗收割后的农作物的机械，是农业自动化加工的重要器械之一。为了实现高效率、全自动地清洗农作物，设计一种链板式的传送带气泡清洗机，以便于后续的加工与流水线作业。本设计基于农业自动化机械的研讨现状和发展状况，再按照农作物清洗机的清洗需求及任务特点，与相关文献及手册相结合，选择电动机，设计链轮、轴，完善清洗机设计。气泡清洗机适合清洗叶类、豆荚类、根茎类、瓜果类等农作物。主要的结构有电动机，减速器，链式输送带为主，其中输送带使用冲孔不锈钢链板结构。设计的重点在于整体机械的结构设计，难点在于轴的设计计算与校核。需要计算出转速、功率、转矩等。设计完成之后需要用计算机三维辅助设计来制作清洗机的三维建模，建模用的软件是CATIA。最后CAD软件参考三维建模的投影，绘制二维的装配图与零件图。关键字：气泡清洗机；计算机三维辅助设计；冲孔不锈钢板

AbstractThecropcleaningmachineisaboutcleaningtheharvestedcrops,isoneoftheimportantequipmentofagriculturalautomationprocessing.Inordertoachievehighefficiencyandautomaticcleaningofcrops,achainplateconveyorbeltbubblecleaningmachineisdesignedtofacilitatesubsequentprocessingandassemblylineoperation.Thisdesignisbasedonthecurrentsituationanddevelopmentofagriculturalautomationmachinery,andthenaccordingtothecleaningrequirementsandtaskcharacteristicsofthecropcleaningmachine,combinedwiththerelevantliteratureandmanual,selectthemotor,designthesprocketandshaft,andimprovethedesignofthecleaningmachine.Bubblecleaningmachineissuitableforcleaningleaves,pods,roots,fruitsandothervegetables.Themainstructuralpartsaremotor,reducerandchainconveyorbelt.Theconveyorbeltismadeofpunchedstainlesssteelchainplate.Thefocusofthisdesignisthestructuraldesignofthewholemachine,andthedifficultyisthedesigncalculationandcheckoftheshaft.Needtocalculatethespeed,power,torque,etc.Afterthecompletionofthedesign,itisnecessarytouse3DCADtomake3Dmodelingofthecleaningmachine,andthemodelingsoftwareisCATIA.Finally,CADsoftwaredrawstwo-dimensionalassemblydrawingandpartdrawingaccordingtotheprojectionofthree-dimensionalmodeling.Keywords:bubblecleaningmachine;3DCAD;punchingstainlesssteelplate

目录引言 引言随着农业自动化的发展，在这生产量庞大的条件下，用人类的劳动力来清洗农作物显然是不可能的，机械设备在我们生活的地位越来越高，农业机械极大地提高了农业劳动生产率。在近几年我国农业所需要的机械总动力约为十亿千瓦，比20世纪初增长了一倍，其中包括种地机械、施肥机械、收获机械和清洗机械等等。而本次的设计题目：农作物清洗机，属于这类机械，所以农作物清洗机也有着很大的意义。在农作物的生产与加工过程中，采集后的农作物表面上往往会留有泥土、农药、肥料等，而农作物清洗机的目的就是清洗并去除这类污染物，这样既可以降低细菌总数，也可以使农作物的保存时间变长。因此，清洗干净是有效延长农作物的保存时间的重要手段。

第一章绪论1.1农作物清洗机的现状农作物清洗技术最早应用于蔬菜榨汁、切丝、切丁等原料的清洗，此类设备一般采用毛刷式和滚筒式清洗，机械结构简单，清洗作用力强，清洗效果好，但是对物料损伤比较大。物料清洗完毕后，直接进行粉碎榨汁或切制，所以物料损伤对蔬菜品质和保质期影响很小，一般适用于马铃薯和萝卜等质地较硬的根茎类蔬菜的清洗。随着生活节奏的加快，市场上出现可直接食用或烹饪的鲜切蔬菜。鲜切菜清洗设备采用气泡式或水流式清洗（如图1所示），这两种清洗方法作用力柔和，蔬菜受到的损伤较小，非常适合清洗容易受损伤的叶类农作物，也适用于清洗其他鲜切类蔬菜。欧洲、美国、日本等发达国家蔬菜清洗研宄起源早，发展历史悠久，已经形成开发设计、加工制造、销售维护等一体化的全方位业务。其设备在全球范围内应用广泛，用户使用信息反馈及时，因此在结构优化、新工艺和新材料应用等创新方面仍然处于领先地位。国外发达国家蔬菜清洗设备的规格型号比较多，一套设备一般只针对某些特定种类蔬菜进行清洗，专用性比较强，因此清洗效果理想，生产效率高，蔬菜（尤其是叶类蔬菜）在清洗过程损伤率比较低；国外发达国家蔬菜清洗设备大多以生产线为主，清洗过程自动化程度高，计算机技术和智能化技术应用较多，且已经渗透到与生物科学、生物工程等交叉学科领域。近几年来我国也开始仿造国外技术和设备，我国很多企业也开始制作气泡式清洗机，并且在大学也开始研究对气泡式清洗机工作机理，04年吴玉发等人研究出了气泡清洗机，这种清洗机主要是针对叶类蔬菜清洗。图1气泡式(左)与水流式(右)农作物清洗机荷兰Sormac公司生产的蔬菜清洗机是鲜切叶类蔬菜清洗千燥生产线中的一台的单机设备，如图２所示。采用气泡、水射流和喷淋三种清洗方式，清洗工艺比较复杂，且生产能力最高可达1500—3000kg每小时，主要用于菠菜、生菜、娃娃菜等鲜切类蔬菜的清洗。图2滚筒式农作物清洗机日本细田工业株式会开发了翻滚式蔬菜清洗机。该设备采用淹没水射流的清洗方式，设有四个槽位，每个槽位固定设有一个翻斗进行物料的搬运，每个槽位内的水质和清洗时间各不相同，通过控制每个槽位内水的成分和清洗时间，实现了清洗、杀菌、冷却等多步骤连续化清洗。该蔬菜清洗机主要适用于鲜切蔬菜的清洗。图3翻滚式农作物清洗机目前我国视频安全问题形势严峻，清洗作为食品加工的一道重要工序，在生产有效的农作物清洗设备时也会存在很多问题和矛盾，像清洗程度和耗水量之间的矛盾，机体尺寸与其消耗的功率等问题，需要经过进一步的对设备的改进来改善我国食品安全的现状。1.2农作物清洗机设计要求设计清洗机时，一般要满足以下几个要求：安全性。农作物作为人类必要的食物种类之一，不能使其清洗过程中产生对人体有害的物质。洗净率。也称可靠度，是清洗机能稳定达到所要求的清洗质量的程度。可以表示为清洗干净的农作物的重量和用清洗机清洗后的农作物的重量的比值。对农作物的影响程度。清洗过程中如果有对农作物的损伤，不仅不美观，而且在损伤后会有新的污染，以至于发生变质、腐烂等现象。对环境的影响程度。清洗之后的废水、废气和噪音等也会对自然环境或者工作环境造成不同程度的危害。经济型。符合以上条件的前提下，选择成本较低的方案。1.3农作物清洗机类型的选择水流式清洗方式主要是靠射流的冲击力来破坏蔬菜上的污染物，气泡式清洗方式主要是用气泡的气蚀作用来实现物资的清除。两者的清洗范围基本上一致，但气泡清洗方式在对豆荚类蔬菜的清洗量上有优势，所以本次设计所选择的农作物清洗机类型为气泡式农作物清洗机（为以下描述方便简称气泡清洗机）。这类清洗机有一下几个特点：结构简单。气泡清洗机主要由气泵、箱体和喷气管这几个重要部分组成，且比起其他的清洗机缩小了整体体的尺寸，节省了一定的功率，使其设计成一种小型的清洗机。可清洗的农作物品种多。比起只能清洗马铃薯等根茎类的滚筒清洗机，气泡清洗机可以清洗叶类、根茎类和豆荚类等农作物。由于本次设计的侧重点主要在于结构设计的部分，所以会缺少对清洗剂和废水处理系统部分的设计，需要有待改进。1.4气泡清洗机的工作原理和机理气泡清洗机大体上是由三个结构组成，分别是浸泡蔬菜的水槽，运输蔬菜的输送带，以及清洗蔬菜的气泵。蔬菜进入水槽之后，清洗机利用气泵喷出来的上升气体的气蚀作用清理农作物表面的杂质和污渍，从而达到清洗蔬菜的目的。之后再将清洗完的蔬菜用输送带运输到指定位置。图4气泡清洗机工作原理图气泡清洗蔬菜的原理在于气流的气蚀作用以及气流的扰动。气流的气蚀作用为在含有许多气泡的液体中，当气泡溃灭和回弹再生时，会产生巨大的瞬时压强。当溃灭的气泡靠近过流的固体边界时，水流中不断溃灭的气泡所产生的高压强的反复作用，可破坏固体表面，从而产生气蚀现象。通过计算和实测得出,游移型气泡溃灭时,靠近固体壁面处的微射流速度可达70—180m/s，在固体表面的冲击压力可达140—180MPa。这么高的动压力可以完全清洗掉蔬菜表面的污染物而且可以缩短清洗时间。而且，这仅仅是一次微射流作用于蔬菜表面的压力；当水中气泡不断产生、增长、破灭时，则气泡溃灭的冲击压力连续不断作用到蔬菜表面,有效的清除蔬菜表面的污染物。气流的扰动作用为在蔬菜清洗过程中，蔬菜、水和气流一起组成了一个非常复杂的固—液—气三相流动。当气体以一定的速度射入清洗槽中的液体时，将引起液体的流动。液体在流动过程中，运动较快的流层带动较慢的流层,而运动较慢的流层又阻止较快的流层，不同速度流层之间互相牵制，产生层与层之间的摩擦力，即流体在流动过程中由于液体的勃性而产生的内摩擦力。管中的空气以一定的速度进入液体中时，在液体相邻两流层之间，存在内摩擦力和动量的交换。这样直接导致清洗槽中的液体和清洗物无规则的扰动，这种无规则的扰动能有效去除蔬菜表面的污染物。

第二章主要结构设计2.1电动机功率的初步计算设工作人员每天的工作时间为9小时，所以初定清洗机每天的工作时间为8小时。再设传送带的水平投影长度为2m，提升高度为0.5m，带宽为1m。以番茄为例，番茄的重量为100—200g，直径约为100mm，则铺满整个清洗机水面则可以放入100个番茄，等于20kg。考虑农作物清洗程度以及损伤率，把每次的清洗时间调整为3min。再由上述数据，计算每天的清洗量为3.2t（计算时用3t计算）。传送带的速度由于清洗机的工作速度不能太快，所以选为0.2m/s。2.1.1计算传送带驱动滚筒轴的功率P0=(K1LV+K2LQ±0.0273QH)K3（2-1）式中：K1—空载运行功率系数，K1=0.0192L—传送带的水平投影长度(m)，L=2mV—传送带的带速(m/s)，V=0.2m/sK2—水平满载系数，K2=9.55×10-5Q—每个小时的输送量(t/h)，Q=3t/hH—提升高度(m)，H=0.5mK3—附加功率系数，2.8在公式中加减号取决于传送带的传送的垂直高度，如果是向上传送取正号，反之则取符号。由于这次设计的传送带传送方向是斜上方，所以公式里去正号。则计算传送带的功率P0=0.43kw2.1.2计算电动机的功率P=P（2-2）K取1.25，η取0.88，则计算出电动机的功率P=0.43×1.250.882.2电动机的选择电动机可以分为控制电动机、驱动电动机和信号电动机三大类，每个类型的电动机又可以细分成很多个小种类，且各个电机都有各自的产品型号。为了使电动机的型号符合清洗机的工作条件，首先电动机性能应当满足清洗机的工作要求，比如启动转矩、速度性能指标及各项运动状态等。在此前提下性价比较高的电动机。所以本次设计选用的是Y系列全封闭自冷式式笼型三相异步电动机。本次设计的选择原则是功率适当且价格不高的电机。如果功率过小，对电机正常工作的可靠性有极大的影响，且因长期过载而过早地损坏；功率过大，虽然说能保证工作情况，但电动机的价格也会随之提高，经济效益会降低。所以不推荐使用过高或过低功率电动机来满足工作机。根据之前的算出来的电动机所需功率，也要满足较低的同步转速的要求。原因是本次设计所需要的线速度较小，功率较低。再根据功率和转速的要求选择Y系列三相异步电动机，由《机械设计课程设计指导书》查得可选用的电动机，型号为Y802-4。因电动机在工作环境中会涉及到溅水导致电机短路而烧坏，于是要选择电动机外壳的防护等级为IP54。电动机型号的数据列于下面的表格。表1电动机型号与参数电动机型号额定功率满载转速启动转矩最大转矩同步转速Y802-40.75kw1390r/min2.32.31500r/min2.3减速器的选择减速器的类型较多，这里就不会一一赘述，详细可以参考相关文献。然而农作物清洗机设计中传送带线速度很小，传动比随之增大，且考虑经济性等问题，所以本次设计所选用的是摆针减速器。因为这类减速器的单级传动比很高，能达到119，且结构紧凑，工作可靠，使用寿命长相对于别的减速器它的体积小，重量轻，噪声也低。摆针减速器是根据行星式少吃差异传动的原理来完成减速的目的。摆针减速器主要分为三类：立式摆针减速器，卧式摆针减速器和双轴型摆针减速器等。本次设计需要用到的是卧式摆针减速器，这类减速器主要是用于建筑、矿山、制药等行业。根据上面的设计要求：同步转速为1500r/min，电机功率为0.75kw。系列为X系列。再由但及减速器选型表格初选减速器的型号为1，减速比为35，输出转速为43r/min。则减速器的具体型号为XWD0.75-1-35。X的含义是表示系列类型，W是表示脚板式卧装，D为普通电动机直联型，0.75表示电动机功率(kw)，1表示型号，35为减速比。2.4传动方案的选择目前能选用的传动方案有三种，分别是：带传动、齿轮传动和链传动。由于本次设计的清洗机功率和速度都比较低，所选用的是链传动。它是由链条和链轮组成的一种挠性传动。它既不像带传动有弹性滑动和打滑现象也不像齿轮传动有较高的要求和成本。而且链传动有着工作可靠，两轴相差距离远，低速重载，工作环境恶劣也能平稳工作的有点，所以是这次设计的不二选择。并且也满足了滚子链的传递功率与链速的要求，传动比不大于6的要求，所以基本上可以确定本次的传动方案为链传动。2.5链传动的设计计算2.5.1确定传动比和链轮的转速初选链传动的两个链轮齿数都为Z1=Z2=17。则传动比为，i=Z1Z2=则两个链轮的转速相同n1=n2=43r/min。2.5.2确定链传动的计算功率Pca=K（2-3）计算链轮的计算功率KA为工作情况系数，由《机械设计》的工作情况系数表9-6得出，KA=1.0Kz为主动链轮齿数系数，Kz=(19z1)1.08（2-4）Kp为多排链系数，由于本次设计的链为单排链，所以Kp=1.0，则计算功率为Pca=0.85kw。2.5.3确定链条的型号和节距根据单排链Pc和主动链轮n1，再由《机械设计》A系列单排滚子链额定功率曲线图9-11，并且Pc＞Pca，得到链条的型号为12A。再由《机械设计》滚子链规格和主要参数表9-1可得到以下数据。表2滚子链型号与参数链号节距p滚子直径d1内链节内宽b1内链板高度h212A19.0511.9112.5718.082.5.4计算链速由公式v=n（2-5）得到v=0.23m/s与最初定的传送带带速基本相符。2.5.5计算链节数和中心距初选中心距a0=40，并按下式计算链节数Lp0。Lp0=2（2-6）得Lp0=97。为了避免使用过渡链节，使Lp0取偶数为98。再求链传动的最大中心距，z=z1=z2时，由公式amax=p(Lp（2-7）得amax=828.68mm。2.5.6确定润滑方式由《机械设计》润滑范围选择图9-13来选择，链号为12，链度为0.23m/s，查得该链传动适合定期人工润滑。2.5.7计算链传动作用在轴上的压轴力首先要计算链轮的圆周力Fe=1000（2-8）这里的P为减速器功率，则Fe=2956.52N。计算压轴力，FP=KFPFe，KFP为压轴力系数，本次设计取KFP=1.05。则FP=3104.35N。2.5.8确定链轮的材料及热处理方式链轮轮齿虽然说需要具有足够的耐磨性和强度，但是本次设计的链传动的传动比为1，两个链轮的大小相同，故选择的材料也相同。根据无剧烈冲击振动和耐磨损的要求，所以主、从动轮都可以用45钢，齿面硬度为40～50HRC，所采用的热处理方法为淬火和回火。2.5.9计算链轮的几何尺寸分度圆直径：d=psin⁡(180°齿顶圆直径：damin=d+p(1-1.6Z)-d1=109.02damax=d+1.25p-d1=115.57mm齿根圆直径：df=d-d1=91.76mm最大齿侧凸缘直径：dg=pcot180°Z-1.04h2-0.76=齿宽：bf1=0.95b1=11.94mm齿侧倒角：ba公称=0.13p=2.48mm齿侧半径：rx公称=p=19.05mm2.5.10链传动的失效形式链传动中主要的失效形式有四种：分别为磨损、疲劳破坏、胶合和静力破坏。这些失效形式都可以是机械在链传动中出现运动不平衡以及不正常工作，以至于无法正常使用机械。所以需要用到足够的知识来弥补这些潜在的危害，详细可以查看《机械设计》或《机械设计手册》的链传动部分。2.6轴的设计计算由于轴承的型号是根据轴的直径来确定的，所以要初步计算轴径。那么首先要确定轴的传递功率P以及转速n。P=P0η1η2（2-9）式中η1为减速器的传动效率，η2为链传动的传动效率，P0为电动机的功率。则P=0.75×0.94×0.97=0.68kw。n=n减速器=43r/min。2.6.1初步计算轴径d≥A03（2-10）式中A0为轴的受载情况系数，可以在《机械设计》轴常用几种材料的[τT]及A0值表15-3得出，本次设计所选的轴的材料为40Cr，A0=112。则d≥28.11mm。在计算轴的最小轴径时也要考虑其他因素对轴的影响，比如键槽。键槽对轴强度有一部分的削弱。本次设计中轴径小于100mm，如果轴段截面上有一个键槽，轴径应增加5%～7%，两个键槽时，轴径要增加10%～15%。设本轴的设计中，轴截面上仅有一个键槽时，最小轴径为d=28.11×（1+5%）=29.52mm则初选轴的最小直径dmin=30mm，可以用调质处理的热处理方式。2.6.2轴的结构设计在上一环节所计算出来的dmin只能作为承受扭矩作用的轴段的最小直径。而这最小直径对应的轴段为从减速器经过链传动到轴的部分，及I-II部分的直径为d1=30mm，轴伸结构的尺寸可以由轴径及《机械设计手册》圆柱形轴伸结构尺寸表6-1-5得出轴伸长度可以选段系列L1=58mm，极限偏差为j6。II-III轴段为端盖的装配部分，由于I-II段的链轮需要用到轴肩定位，所以d2轴径需要比d1大一些，初定d2=33mm，L2=60mm。III-IV段需要与轴承装配，暂定d3=35mm，因轴承基本上只承受径向的作用力，故选择深沟球轴承。根据《机械设计手册》深沟球轴承表7-5-2得到轴承型号为6207，其尺寸为d×D×B=35mm×72mm×17mm。再因传送带链轮与缸体壁需要有一定的间隔，所以L3=40mm。IV-V段需要与传送带链轮装配，链轮的内链节内宽为b链轮=12.57mm，且需要与滚筒保持一定的距离，则d4=40mm，L4=37mm。VI-VII段与IV-V段相同，d6=40mm，L6=37mm。VII-VIII段与III-IV段相同，d7=35mm，所以L7=40mm。最后V-VI段d5=45mm，L5由缸体的内部尺寸来决定，初定L缸=1000mm。则L5=L缸-2L4-2L3+2b轴承=1000-2×（37+40-17）=880mm。表3轴径与轴段长度I-IIII-IIIIII-IVIV-VV-VIVI-VIIVII-VIII轴径30333540454035长度586040378803740则驱动轴的总体长度为L总=58+60+40+37+880+37+40=1152mm。2.6.3轴的强度校核计算为了防止过量的塑性变形，轴需要按弯扭合成强度来计算。由《机械设计》轴的扭转强度条件公式15-1以及以上数据来计算轴的扭转强度条件，公式为：τT=TWT≈9550000Pn0.2（2-11）式中：τT为扭转切应力，MPa；T为轴的扭矩，N·mm；WT为抗扭截面系数，mm3；n为轴的转速，r/min；P为周传递的功率，kW；d为计算截面的直径，mm；[τT]为扭转切应力，MPa，可以从《机械设计》轴常用几种材料的[τT]及A0值表表15-3得出，[τT]=35MPa。则计算扭转切应力为τT=27.97MPa≤35MPa，故满足轴的扭转强度条件。除此之外，还需要画出转矩图和弯矩图，再判断危险截面是否满足条件。首先算出轴的扭矩T=9550000P（2-12）得T=151.02N·m。链轮的圆周力和压轴力已经在之前链传动部分已经算出，分别为：Fe=2956.52N，FP=3104.35N。再计算各个作用点之间的距离：从减速器链传动的链轮作用点中心到左侧第一个轴承的作用点中心的距离设为l1，轴承6207的宽度可以查表，为17mm，链轮内链节内宽为12.57mm。则l1=12.572+L从左侧第一个轴承作用点中心到其右侧第一个链轮的作用点中心的距离设为l2，则l2=L3+172+12.57中间两个链轮作用点中心之间的距离设为l3，则l3=L4+L6+L5-12.57=941.43mm右侧的链轮作用点中心到最右侧轴承的作用点中心的距离为l4，则l4=l2=54.785mm再求出传送带驱动轴上的各个链轮的圆周力Fe1、Fe2和压轴力Fp1、Fp2。Fe1：Fe2=（l1+l2+l3）：（l1+l2）Fe=Fe1+Fe2则Fe1=2671.23N，Fe2=285.29N。同理，求两个压轴力，则FP1=2804.79N，FP2=299.56N。再求各个轴承处的轴的支反力。水平支反力：FeN1=Fe1FeN2=Fe2(同理求垂直支反力：FPN1=FP1(FPN1=FP2(再求出各个截面段的弯矩。水平弯矩：Me1=FeN1l2=139529.73N·mmMe2=FeN2l4=22443.22N·mm垂直弯矩：MP1=FPN1l2=146506.05N·mmMP2=FPN2l4=23565.77N·mm再求出各个截面段的合成弯矩。M1=Me12+MPM2=Me22+MP画出三种类型的图由下列所示。图5中A为轴的示意图，B为水平弯矩图，C为垂直弯矩图，D为合成弯矩图，E为转矩图。

图5弯矩图和转矩图再由《机械设计》轴的弯扭合成强度条件公式15-5计算轴上的危险截面处的弯扭合成应力的强度条件，σca=M2+（αT）（2-13）式中：σca为计算应力，MPa，M为轴所受的弯矩，N·mm，T为轴所受的扭矩，N·mm，W为抗弯截面系数，mm3，[σ-1]为许用弯曲应力，MPa。W的计算公式可以从《机械设计》抗弯、抗扭截面系数计算公式表15-4得出，W≈0.1d3=0.1×453=9112.5mm3[σ-1]可以从《机械设计》轴的常用材料及其主要力学性能表15-1得出[σ-1]=70MPa则σca=24.33MPa≤70MPa，故满足弯扭合成强度条件。2.7键的选择与校核键是用来实现传递零件与轴之间的转矩的作用，有的间还能实现零件之间的定位和导向的功能，所以它是一种标准件。键不同于别的常用零件，它的工作面是它的两个侧面，用两个侧面的互相挤压来完成零件与轴的转矩的传递。键连接的主要类型有4种，其中由于平键连接结构简单对中性好且拆装也方便，所以本次设计适合平键连接。作为用途最广泛的普通平键，其主要失效形式为工作面的压溃，其余还有剪断等现象。然而本次清洗机设计并不会引起严重的过载，所以不会有剪断的风险。因此通常按工作面的压力进行强度的校核计算。本次设计所涉及键连接的地方一共有四处，分别是：主动链轮与其轴之间的键连接；主轴与从动链轮之间的键连接；靠近从动链轮侧的主动带轮与轴的键连接；另一侧主动带轮与轴的键连接。然而左侧带轮的结构与右侧带轮相同，左侧带轮传递的载荷比右侧要大，所以本次设计只做更大载荷侧带轮的键的校核计算，及一共要做三个键连接的校核计算。2.7.1减速器输出轴与主动链轮的键的选择与校核在选择减速器输出轴上的键之前，需要先知道减速器输出轴的结构尺寸。尺寸可以从《机械设计手册》一级卧式直连型摆针减速器外形及安装尺寸表15-2-109得出，轴径DX=25mm，轴伸长度LX=35mm，键的宽度BX=8mm。再由《机械设计》普通平键的主要尺寸表6-1得出，轴径为22～30mm的轴的键宽b×键高h=8×7，键长L的范围为18到90mm。用《机械设计》普通平键连接的强度条件公式6-1，σbs1=2000Tkld=4000T（2-14）式中：T为传递转矩，N·m，K为键与轮的接触高度，k≈0.5h，h为键高，mm，l为工作长度，圆头平键l=L-b，mm，d为键的直径，mm，[σbs]为最弱材料处的许用挤压应力，MPa。T=151.02N·m，[σbs]可以从《机械设计》键连接的许用挤压应力、许用压力表6-2可以得出，材料为钢时的许用挤压应力为150MPa。再带入上面的式中可以得出l≥31.01mm。则再回到表6-1选择键的长度系列可以得出L=32mm即可满足强度条件。2.7.2主轴与从动链轮之间的键的选择与校核由上面的设计计算，轴径d1=30mm，轴段长度L1=58mm，则从表6-1得出b×h=8×7，L=18～90mm，再由6-1公式得出l≥27,18mm。则可以选择L=28mm的圆头平键即可满足强度条件。2.7.3主轴与主动带轮之间的键的选择与校核由上面的设计计算，轴径d4=40mm，轴段长度L4=37mm，则从表6-1得出b×h=12×8，L=28～140mm，再由6-1公式得出l≥24.59mm。则可以选择L=28mm的圆头平键即可满足强度条件。2.8滚动轴承的选择与校核计算轴承是现在最广泛应用的部件之一，基本上绝大部分的机械中都要用到滚动轴承。因为滑动轴承的摩擦方式是滑动摩擦，而滚动轴承的摩擦方式是滚动摩擦。总所周知，滚动摩擦所产生的摩擦力远远小于滑动摩擦，且滚动轴承大多数已经标准化，并在各个行业中经常使用。滚动轴承还具有启动力矩小、旋转精度高、选择时靠轴的直径来划分，所以选用非常方便等优点。2.8.1滚动轴承类型的选择方式滚动轴承具有诸多的型号类型，各个轴承的用途各为不同，其主要是用它们的载荷因素（大小、方向、性质等）以及轴承的转速来划分它们的使用环境。一般轴承的型号与类型是由转速和轴段直径来确定。2.8.2轴承型号的选择根据已知的所需安装轴承的轴径d3=d7=35mm，可以从《机械设计手册》的深沟球轴承表7-5-2可以得出6207的深沟球轴承的各项数据。

表4轴承型号与参数轴承内径d轴承外径D轴承宽度B基本额定载荷C035721725.52.8.3轴承寿命的校核计算验算寿命所需要的基本额定寿命公式为《机械设计》13-5a，Lh=10（2-15）式中：Lh为基本额定寿命，h（小时），n为转速，r/min，ft为温度系数，C为基本额定载荷，N，P为当量载荷，N，ε为指数，是103≈3温度系数可以从《机械设计》温度系数表13-4可以得出，温度低于120℃时的ft=1.00。基本额定载荷C=C0=25500N。当量载荷P可以从《机械设计》轴承当量动载荷公式13-8a，P=fd(XFr+YFa)（2-16）式中：fd为滚动轴承的载荷系数，X，Y为径向力和轴向力载荷系数，Fr，Fa为径向力和轴向力。载荷系数可以从《机械设计》滚动轴承的载荷系数表13-6得出无冲击或轻微冲击的载荷性质时1.0～1.2，这里所选择的载荷系数fd=1.2。径向力是由轴的校核时所计算的水平支反力FeN1，FeN2与垂直支反力FPN1，FPN2的合成力可以算出，Fr1=FeN12Fr2=FeN22+由于Fr1＞Fr2，所以只要Fr1满足寿命条件，另一个轴承也会满足寿命条件，则下面计算的径向力Fr都由Fr1替代。至于轴向力，本次设计轴并没有能产生较大的轴向载荷，所以Fa视为0。径向力载荷系数和轴向力载荷系数可以从《机械设计》径向载荷系数X和轴向动载荷系数Y表13-5得出，Fa/Fr=0，所以X=1，Y=0。则当量载荷公式变为《机械设计》13-9aP=fdFr（2-16A）计算得出P=4431.53N。再把当量载荷以及其余数据代入验算寿命的公式里，得出Lh=738481.73h。换算成年约为84年。即满足寿命条件。

第三章其他结构的选择和设计农作物清洗机设计除了上述的主要结构设计以外，还需要设计一些其他的能够满足清洗机要求的零件和结构。其中包括：运输清洗过的农作物时的传送带，生成气泡的装置，水槽等。3.1传送带的选择和设计本次设计的传送带需要在水下工作，且如果只靠传送带的摩擦力，并不能使农作物从起始点输送到终点。所以，本次设计所用到的传送带需要用到特殊的材料和结构才能满足条件。并且需要与前面所设计计算的结构要相符合，不然会降低清洗机的可靠性，最坏的情况会使清洗机不能正常工作以至于损坏机体本身。本次设计所选用的带的类型是网带。网带是一种利用静摩擦的方法，使物料在一定的输送线上从起始点输送到其带的终点。这类带的优点在于它还可以与各种工艺过程的要求相配合，比如本次清洗机传送带前后可以与分类及、烘干机、包装机等配合，进行特殊的流水作业运输线。也可以应对不同的工作环境选择不同的结构类型以及材料的选择。网带的类型较多，足足有20多种类型的网带，其中常用的有：曲轴型、直轴型、扁丝型、乙型网带等等。而本次设计所选用的网带的类型是链板式型的网带。这类网带一般是由不锈钢链条来做驱动，用不锈钢板来做传送带，且输送过程较为平稳，安装方便，使用寿命寿命较长。3.1.1网带的选择初步选完网带的类型之后，需要设计具体的网带结构以及材料。本次设计所用到的网带是冲孔不锈钢链板网带。钢板弯曲形成合叶，就像一般家里会用到的门的连接处一样的结构，使用串杆和链条穿在一起拆卸和维护都会比较方便。且由于冲孔的存在水流可以自由的穿梭带的上下方，不会影响到清洗效果。3.1.2网带带轮的设计计算之前所设计校核轴的时候用到的链轮的型号为12A型链。然而，此链的节距较小，链板会随之增多，结构也会变得复杂。所以需要适当的改变滚子链的规格来拉长每个连板的长度，并且要满足之前的轴的强度条件，不然会导致减少工作机的寿命。为了不影响轴的强度条件，需要使链轮所受的圆周力与压轴力不变，所以由公式（2-8）在功率不变的情况下，需要使链速也不能发生改变。为了不让链速发生改变，要保证链轮的分度圆也不能发生改变。所以先把原本的齿数Z0=17，降到Z=10，再由d0=103.67mm与公式得出节距p=32.04mm，再由《机械设计》滚子链规格和主要参数表9-1得出相差不多的节距为p=31.75mm，规格为20A。再求出链速由公式（2-5）得出v=v0=0.23m/s，满足条件。表5输送链轮型号与参数链号节距p滚子直径d1内链节内宽b1内链板高度h220A31.7519.0518.930.18最后求出链轮的几何尺寸：分度圆直径：d=psin⁡(180°齿顶圆直径：damin=d+p(1-1.6Z)-d1=110.37damax=d+1.25p-d1=123.39mm齿根圆直径：df=d-d1=83.7mm最大齿侧凸缘直径：dg=pcot180°Z-1.04h2-0.76=齿宽：bf1=0.95b1=17.96mm齿侧倒角：ba公称=0.13p=4.13mm齿侧半径：rx公称=p=31.75mm3.1.3网带的设计计算冲孔不锈钢链板网带是由一块一块的不锈钢板连接到链轮而成，具体的带的结构尺寸还是要由计算来确定。带宽可以由之前设计的轴以及链轮和链条的尺寸可以算出，B=L4+L5+L6-b1×2-(pt-b1)=899.34mm则可以取带宽B=865mm。厚度与串杆可以由节距从网上的表查得厚度h=10mm，串杆直径dc=8mm。为了防止农作物从通过冲孔掉落冲孔不能太大，且钢板上需要有气泡和水流通过，为了不影响清洗效果冲孔直径也不能太小，所以冲孔直径定为dk=5mm。带的总长可以由简单的几何计算可以初步得出，链轮分度圆直径d=102.75mm，传送带水平总长为LCh=2000mm，垂直投影总长为LCv=500mm，提升角度α=45°。则初步传送带总长可以算出，LC0=πd+2(LCh-LCvtanα)+2LCvsinα再由传送带总长和链条节距的关系可以算出钢板个数，nC=LC0但是钢板个数为整数，所以可以取nC=36个，再由钢板数得出传送带总长，LC=p·nC=4572mm最后由于农作物与钢板带之间的摩擦力不足，农作物可能会在带的提升部分下滑或滚落，为了防止这种情况发生，还需要在带中掺杂一些带着托板的钢板。托板高度定为80mm，且在大约每100mm附近设置一个托板，计算得出XC=100÷31.75+1=3.1则可以取每4个冲孔钢板设置一个带着托板的钢板，这样可以有效避免农作物的下滑与滚落。3.2气泡发生装置的选择本次设计所选用的气泡发生装置是风机。这种器械是利用输入机的能量来压缩气体后瞬间排放气体方式满足其需求的一种流体机械。风机也是人们对气体压缩机和输送机的惯用名称，其中包括风力发电机、通风机和鼓风机。这次清洗机设计所选用的风机是指鼓风机。鼓风机按气体的流向来分三种：离心式风机、轴流式风机和回转风机。本次设计所选用的风机的类型是离心式的。这类风机的工作方式是将气体以机械能送入风机的叶轮之后，根据离心作用的原理来排放气体。离心风机的维修方便，且需要的时间也很短，因为这类风机维修时不用拆卸机体。且由于风机的叶轮是后倾式，这样工作时无摩擦，噪声低，也不沾染灰尘，所以将离心式鼓风机选为本次设计的气泡发生装置。根据实际情况，所选用的离心鼓风机的型号为CX—125。其功率为2.2kW。气泡发生装置不仅需要产生气泡的鼓风机，也需要有一个使气体输送到指定地点产生气泡的喷气管。喷气管是由一个大管与许多成对的小管组成。大管直连与鼓风机，是整个喷气管的主管；小管连接与大管的侧部，每个大小管的端部都由管堵来堵住，且每个管的上方都由一连串的小孔，气体从这个小孔放出并产生气泡至水面，完成气泡清洗的作用。在气泡发生装置停止工作时，为了避免水逆流到鼓风机，造成鼓风机的损坏，在喷气管与鼓风机的中间也要设置一个止回阀。3.3整体水槽的设计在清洗机工作的过程中，缸体及水槽的作用在于，它需要容纳大量的水使传送带与气泵有足够的工作空间，且需要有足够的强度去支撑。根据实际结构的计算与分析，内壁的尺寸为2450mm×1000mm×500mm。整个槽体采用8mm的钢板制作，且需要用焊接的方法制作整个槽体，并在制作完成之后需要进行漏水测试，防止工作时会出现漏水的情况。水槽材料选择06Cr19Ni10不锈钢。除此之外槽体还需要有排水口，且水槽低端要与底面有一定的距离，约为0.5m左右。水槽整体尺寸比较庞大，制造难度也会随之增加。各个槽体之间的连接部分为了防止漏水，会将各个部分用焊接的方式来连接。因为槽体本身并不需要拆卸等操作。槽体的大体形状为直角梯形式的，这样可以有效减少水槽整体尺寸，从而达到减少灌满水槽所需要的的水量，即可以减少水的使用量。并且在减少的尺寸最下端沿着板的厚度来伸出一段板，这段板可以作为一种支撑平台来使用，既可以安装风机，电动机等动力机，也可以防止清洗时常用的部件等，做到空间的利用。水槽低端会伸出对称式的三对支撑架。支撑架可以使水槽本体远离地面，既可以防止风机、电机的侵水，也可以查看漏水、放水以及水槽低端的情况。

第四章计算机三维模型设计5.1三维软件概述本次农作物清洗机的三维模型用我们大学里学过的CATIA软件来设计。这个软件虽然比SolidWorks软件功能少，但是易学易用，操作方便，能很大程度上减少设计过程中的差错。CATIA软件是法国达索公司开发的第五代工程应用软件，在航天航空、汽车、电子与电气等行业里得到了广泛的应用。5.2三维模型零件的设计与组装在设计三维模型时需要先设计其零件，之后把设计好的零件组装成整个三维模型。在设计零件时需要先画出草稿，在用拉伸等工具做成三维模型，最后将零件全部组装。如图所示：图6CATIA三维模型最后可以投影三视图，准备绘制零件图和装配图。

第五章机电传动控制部分一般用电动机带动其他机械工作的传动方式称为机电传动。机电传动系统可以分为五个部分：电源、电动机、控制设备、传动装置、工作机构。电源给予控制设备与电动机电能，控制设备控制电动机的工作情况，电动机又通过传动装置使工作机构运动完成机电传动。由于本次设计所选用的电动机为Y型三相异步电动机，所以需要用续电器接触器控制系统。控制系统可以用电器控制原理图表示，这种图是由各种电器符号连接起来描绘整个电气设备工作原理的图。不同种类的电器有着不同的符号，同种类的电器可以用符号加数字的表示方法来区分。原理图可以精准的分辨出哪些控制元件可以控制哪个电机，所以看起来一目了然。常用的电器元件可以从《机电传动控制》表1.1中可以查得。下面是本次设计电器控制原理图。图7电器控制原理图由于本次设计选用小容量电机，所以启动控制电路用的是全压启动的方式。具体元件符号可以参考下列表格所示：

表6电气元件符号与名称电气元件符号电气元件名称L1～L3电源电线QS电源开关FU熔断器FR热续电器M1鼓风机M2传送带电动机KM1鼓风机接触器KM2传送带接触器SB1急停按钮SB2鼓风机启动按钮SB3传送带启动按钮SB4鼓风机停止按钮SB5传送带停止按钮由于本次设计的机电传动控制部