畢業(yè)論文設計滾筒式清洗機的設計

太原工業(yè)學院畢業(yè)設計誠信聲明本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導教師的指導下獨立完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻中列出。 本人簽名： 年 月 日太原工業(yè)學院畢業(yè)設計畢業(yè)設計任務書設計題目： 滾筒式清洗機的設計 系部： 機械工程系 專業(yè)：機械電子工程 學號： 112012135 學生： 指導教師（含職稱）： （講師） 1課題意義及目標學生應通過本次畢業(yè)設計，綜合運用所學過的基礎理論知識，深入了解滾筒式清洗機的工作原理和設計等方面的方法及設計思想等內(nèi)容，為學生在畢業(yè)后從事工作打好基礎。2主要內(nèi)容（1）滾筒式清洗機總體結(jié)構(gòu)方案和傳動系統(tǒng)設計。 （2）進行結(jié)構(gòu)分析和設計計算（3）繪制裝配圖和零件圖3主要參考資料 1 孫桓,陳作模.機械原理M.北京:高等教育出版社.1996. 2 吳宗澤. 機械設計實用手冊S.化學工業(yè)出版社.2003.  3 陳旭俊.工業(yè)清洗機及清洗技術M.化學工業(yè)出版社.2005. 4進度安排設計各階段名稱起 止 日 期1滾筒式清洗機的結(jié)構(gòu)分析3月 3日3月23日2清洗機的總體設計3月24日4月13日3軸和主要部件設計計算4月14日5月 4日4繪制裝配圖和零件圖5月 5日6月 1日5完成畢業(yè)論文及答辯工作6月 2日6月22日審核人： 年 月 日太原工業(yè)學院畢業(yè)設計滾筒式清洗機的設計摘要:本次設計是就當前的國內(nèi)外清洗機的發(fā)展現(xiàn)狀及其未來的發(fā)展趨勢的前提下，結(jié)合自身在大學期間所學的關于機械方面的知識，并查閱相關的資料，首先通過確定清洗機所需要滿足的生產(chǎn)條件和生產(chǎn)時的功率、效率等要求，確定出清洗機的主體部分滾筒的大小尺寸及材料的的選擇，通過設計加肋條滿足筒體的剛度和強度要求，然后通過比較論證幾種常見的減速器裝置，確定出適合本次設計的最佳選擇。其次，通過計算筒體所需滿足的轉(zhuǎn)矩要求，初算出軸的直徑，然后確定出本次設計合適的聯(lián)軸器的型號，然后查閱資料確定出本次設計所需要的滾動軸承的型號，然后設計軸為階梯軸，通過與其他元件的連接，確定出階梯軸的尺寸大小。然后通過整體的分析確定整個清洗機的結(jié)構(gòu)，通過與實際的工作情況相結(jié)合，最終確定方案。關鍵詞:滾筒式清洗機 滾筒 清洗機 減速器 聯(lián)軸器 軸The design of the drum washing machineAbstract: The advantages of this design is the current domestic and foreign development present situation and future trend of the development of the premise, combined with their own learned in college of mechanical knowledge, and access to relevant data, first through the determination of cleaning machines needed to meet the production conditions and production of power, efficiency requirements, such as the size of the main body of the washing machine drum and the selection of materials, through the design with rib, satisfy the requirement of the cylinder stiffness and strength, and then through comparison of several common reducer device, the best choice to determine the suitable for the design. Secondly, through the calculation of torque of cylinder needed to meet the requirements, work out at the beginning of shaft diameter, and then identify the appropriate coupling model design.Keywords: drum washing machine，drum，cleaning machine， reduce， coupling，shaft.1太原工業(yè)學院畢業(yè)設計目 錄1 引言11.1現(xiàn)狀21.2發(fā)展趨勢22 滾筒式清洗機的主要結(jié)構(gòu)和工作原理42.1結(jié)構(gòu)42.2工作原理43 清洗機傳動方式的確定53.1 清洗機工作需滿足的條件53.2 設計方案選擇54 馬鈴薯在滾筒內(nèi)的運動軌跡及滾筒的傾斜角度計算94.1 馬鈴薯在清洗機內(nèi)的運動軌跡94.2 滾筒筒體材料及滾筒轉(zhuǎn)動方式的確定124.2.1 滾筒筒體材料的確定124.2.2滾筒筒體最小壁厚計算124.2.3 滾筒轉(zhuǎn)軸運動方式的確定134.3 功率的計算134.4電動機的選擇164.4.1電動機功率的選擇164.4.2 確定電動機的轉(zhuǎn)速164.4.3 電動機的型號的確定164.5傳動比和清洗機的工作轉(zhuǎn)速的計算164.5.1 傳動比的分配164.5.2滾筒式清洗機的工作轉(zhuǎn)速的確定175 清洗機軸的設計及校核和其他零件的的確定185.1 軸的設計計算185.1.1 初算軸的直徑185.1.2 初選軸的形式195.1.3 軸結(jié)構(gòu)的確定195.1.4 軸的強度校核205.1.5 鍵的選擇235.2 清洗機整體的結(jié)構(gòu)設計方案25III5.3 聯(lián)軸器的類型及型號尺寸265.3.1 聯(lián)軸器類型的確定265.3.2 聯(lián)軸器型號和尺寸的選擇265.4 確定滾動軸承和軸承座的設計方案275.4.1 滾動軸承類型確定275.4.2 滾動軸承型號的確定285.4.3 滾動軸承的結(jié)構(gòu)及定位設計29參考文獻31致謝32總結(jié)33331 引言 隨著我國人民生活水平的提高，人們開始越來越注重對蔬菜水果的清洗質(zhì)量，所以在我國為適應人們的需要清洗行業(yè)快速發(fā)展起來。許多農(nóng)作物由于在生長過程中會受到各種農(nóng)藥和空氣中的污染物污染而且在采摘過程中會帶有泥土，所以清洗這些農(nóng)作物的質(zhì)量嚴重影響我國農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，是一個非常急需解決的現(xiàn)實問題，如果采用大量人力去清洗這些農(nóng)作物的話會浪費大量的人力物力，所以如果生產(chǎn)出一種可使用方便且效率高的清洗設備將對人們的生活帶來極大便利。馬鈴薯是我國人民食用的重要的糧食作物之一。馬鈴薯主要是用來生產(chǎn)淀粉的。由于淀粉的巨大需求量，馬鈴薯在我國具有很大的市場?，F(xiàn)在，我國已經(jīng)從國外引進了多種馬鈴薯清洗設備流水線，但都存在一些不足。我國的馬鈴薯產(chǎn)量非常巨大而且種植條件非常適宜,同時我國也是國際上馬鈴薯生產(chǎn)的大國。馬鈴薯是我國人民日常食用量最大的農(nóng)產(chǎn)品，我們幾乎每天都在食用它。 馬鈴薯中有豐富的營養(yǎng)物資及人體所需的各種礦物質(zhì)。隨著綠色桌餐的流行，人們已經(jīng)越來越注重食用綠色的蔬菜瓜果。所以馬鈴薯的需求量也不在加大，隨著國外馬鈴薯也進入我國市場，馬鈴薯行業(yè)競爭壓力與日俱增，但馬鈴薯的質(zhì)量也得到了很大的提升。馬鈴薯是地下生長的實物，在采摘時其表面會附著有很多的泥土，因為馬鈴薯的外皮非常薄，所以很容易由于外力摩擦而損傷表皮。為了使馬鈴薯的質(zhì)量得到保證必須對馬鈴薯進行嚴格的清洗加工。馬鈴薯的清洗一般有一下幾個過程：農(nóng)田里剛采摘的馬鈴薯，由于地下生長馬鈴薯的表面有很多潮濕的泥土，所以應該先通過晾干，然后除去其外部主要土粒，挑選出符合要求的馬鈴薯，然后進行下一步的加工或儲藏起來。馬鈴薯通過微斜的浸在水中清洗溝槽輸送，清洗水槽中的水使附著在馬鈴薯表面的一些大塊泥土會被清洗掉入水槽中，接著馬鈴薯會被送入清洗機的滾筒內(nèi)，經(jīng)過清洗后的馬鈴薯會通過出料口然后由傾斜式輸送帶運送到相應的存放地點進行中存放。我國目前正在使用的清洗機有從國外引進的板式清洗機。板式清洗機主要的優(yōu)點有：可以滿足一定的清洗條件，清洗的效率高，同時可以24小時不間斷的連續(xù)工作；但是板式清洗機也有一些不足，如：設備占用的空間大，給安裝和搬運帶來很多的不便，而且功率較高耗能非常嚴重，用水也特別大，對清洗馬鈴薯也有一定的損傷，所以要設計的清洗機必須節(jié)能環(huán)保，而且體積也非常小，便于日常的維護和搬運，同時盡可能使機構(gòu)簡單，這樣就可以減少成本，同時對在清洗過程中的馬鈴薯也必須減少損傷率，從而清洗出合格的馬鈴薯。1.1現(xiàn)狀 對農(nóng)作物的清洗是與我們?nèi)粘Ｉ罘浅Ｃ芮械膭趧?，我們每天食用的食品都必須?jīng)過清洗后我們才能食用，從很早以前我們就開始了這種食品的清洗勞動。但是過去的清洗操作簡單，并且清洗的工作小，在很長時間內(nèi)都沒有吸引社會的關注。21世紀后，我國人民的生活從質(zhì)量上說已經(jīng)有了很大的提高，對各種產(chǎn)品的清洗要求越來越高，傳統(tǒng)的清洗已經(jīng)不能滿足人們的要求，所以必須生產(chǎn)出滿足人們清洗需求的清洗設備。清洗工作的分類可以從多個方面去分類，可以分為工業(yè)清洗和民用清洗兩類。在我們生活中，和我們?nèi)粘Ｉ钣嘘P的清洗活動包括衣物清洗，水果蔬菜的清洗，人們?nèi)粘５南丛瑁霞依锏牡匕宓?，一般都稱為民用清洗。在工業(yè)型企業(yè)里的清洗各種工業(yè)設備，礦產(chǎn)資源等都屬于工業(yè)清洗。清洗的的動力源的發(fā)展直接帶動清洗機的發(fā)展，為清洗的提供強大的動力保障可以使清洗的功率和功能更加快速發(fā)展。同時電子開關的發(fā)展又促進開關控制型清洗機的發(fā)展。從目前的情況來看，在以后的清洗技術發(fā)展中，清洗的這種應用將很快的會進入到社會的各個領域，大批的科院機構(gòu)和院校將很快投入到清洗行業(yè)的研究中去，大量的專業(yè)型人才將會解決我們現(xiàn)在關于清洗技術的一些問題，清洗行業(yè)將會迅速發(fā)展起來。清洗技術的發(fā)展和應用，將會使我們的生活質(zhì)量得到很大的提升，人們將利用越來越先進的科學技術對清洗過程進行管理和監(jiān)控，隨著清洗行業(yè)的發(fā)展和壯大，清洗行業(yè)的組織將會成立，對整個清洗行業(yè)進行監(jiān)督和管理，清洗行業(yè)將會迎來燦爛的明天。1.2發(fā)展趨勢 目前工業(yè)上的清洗分類為一般工業(yè)清洗，精密工業(yè)清洗和超精密工業(yè)清洗三大種類。通常的工業(yè)清洗是機械設備表面污垢的清洗，但是只能去掉大塊的附著在表面污垢；精密工業(yè)清洗主要用于出去機器設備表面及內(nèi)部的微小顆粒；超精密清洗主要用于清洗精密儀器的表面及內(nèi)部，清除機械非常微小污垢顆粒。我國的清洗行業(yè)正在自主研發(fā)清洗技術及設備的基礎上也積極的從國外引進先進的技術和設備，現(xiàn)在我國的清洗行業(yè)競爭也非常激烈，但正是如此，為清洗行業(yè)的企業(yè)提供了機遇與挑戰(zhàn)，也促進了我國清洗行業(yè)的發(fā)展與完善，為我們提供了更好的清洗服務。目前，我國的清洗行業(yè)規(guī)模不斷狀大，清洗行業(yè)的企業(yè)已達2000多家，清洗行業(yè)已經(jīng)成為我國的一個巨大產(chǎn)業(yè)。清洗行業(yè)由信息產(chǎn)業(yè)部負責管理和監(jiān)督。隨著國外的清洗行業(yè)巨頭進入我國的清洗行業(yè)，我國的清洗行業(yè)將會迎來很大的挑戰(zhàn)，但與此同時，這也促進了我國清洗行業(yè)的發(fā)展，隨著清洗技術的普及與需求的越來越大，我國的清洗行業(yè)將迎來美好的明天。2 滾筒式清洗機的主要結(jié)構(gòu)和工作原理2.1結(jié)構(gòu) 馬鈴薯滾筒式清洗機結(jié)構(gòu)主要由滾筒筒體、進水系統(tǒng)、進出料口、水池箱等主要部分組成。電動機機焊接在機架上，減速器與電動機通過聯(lián)軸器直接相連，本次設計減速器選擇是擺線針輪減速器。清洗機滾筒筒體由焊接在機架上的兩支撐架固定，清洗機的中心轉(zhuǎn)軸由金屬滑塊聯(lián)軸器與擺線式針輪減速器連接。清洗機滾筒的中心軸與固定在滾筒端口上的圓鋼筋肋條相互焊接固定。減速器被電動機帶動轉(zhuǎn)動,清洗滾筒由不繡鋼板焊接成圓筒狀并在邊緣用圓鋼筋沿直徑的方向焊接固定而成，為了使圓筒不至于受力太大而出現(xiàn)變形。滾筒式馬鈴薯清洗機由電動機帶動滾筒在水箱中旋轉(zhuǎn)，利用水流使馬鈴薯得到清洗。水箱的底部采用設計有聚集淤泥的清除口的裝置來清除，給清除水箱中的淤泥帶來非常大的便利，同時為清洗過程中水的處理帶來了很大的便利。 2.2工作原理 滾筒式馬鈴薯清洗機的工作原理：隨著清洗水槽中的水的浸泡沖洗，馬鈴薯表面的一大部分大塊泥土浸泡掉落水中，下一步馬鈴薯在傳送帶的輸送下送入滾筒式馬鈴薯清洗機的進料口,馬鈴薯由進料口處滾動到在水箱中旋轉(zhuǎn)的筒體內(nèi)，依靠馬鈴薯重力的分力使馬鈴薯在滾筒內(nèi)向前滾動。馬鈴薯在滾筒內(nèi)沿滾筒內(nèi)表面向前滾動，通過與滾筒壁，馬鈴薯之間的摩擦力，還有水的沖洗作用使馬鈴薯在向前滾動的過程中表面的污垢泥土得到充分的清洗。3 清洗機傳動方式的確定3.1 清洗機工作需滿足的條件 （1）容重：1.5噸/米3； （2）工作方案：24小時連續(xù)； （3）清洗品種：馬鈴薯； （4）生產(chǎn)效率：1t/h。3.2 設計方案選擇 三種候選減速器的方案選擇的論證。方案一:電動機帶動皮帶轉(zhuǎn)動，依靠皮帶的傳動比使轉(zhuǎn)速下降，在由圓柱斜齒輪減速器的減速作用將轉(zhuǎn)動速度降到滾筒需要的合適轉(zhuǎn)速內(nèi)，這種方案可使電動機的轉(zhuǎn)速能夠很容易調(diào)到到滾筒工作時所需要的低轉(zhuǎn)速，而且?guī)鲃泳哂袦p小設備振動的作用，同時可以對清洗機設備起到一定的保護作用，是一種較為使用廣泛的傳送方式。但是這種方式也有一個很大的缺點，就是這種傳動方式在本次設計中減速裝置不易于安裝和維護，對使用會帶來很多的不便，且皮帶裝置不太容易易與機架進行固定，同時圓柱斜齒輪減速器的體積較大，所以將會使得清洗機占用的空間大，所以不適合本次的設計。4-帶傳動 3-減速器 2-聯(lián)軸器 1-工作機圖3.1 方案一 方案二：摩擦輪貼在滾筒的兩個邊上，如圖滾筒的兩個側(cè)面?zhèn)€有一個摩擦輪，兩個摩擦輪關于滾筒成90度且相互對稱，滾筒上裝有一個摩擦圈，電動機帶動一個摩擦輪轉(zhuǎn)動，摩擦輪貼合摩擦滾圈3，滾圈3焊接在滾筒筒上，所以，摩擦輪與滾圈依靠它們之間摩擦產(chǎn)生的摩擦力來使?jié)L筒進行轉(zhuǎn)動。這種摩擦輪傳動裝置的結(jié)構(gòu)簡單，傳動過程平穩(wěn)，不過會偶爾出現(xiàn)摩擦輪與滾筒的貼合面之間出現(xiàn)打滑的情況，使?jié)L筒的運行情況變得不穩(wěn)定，所以不適合本次的設計。1-電動機 2-摩擦輪 3-輪圈圖3.2 方案二方案三：電動機與減速器直接相連并帶動轉(zhuǎn)軸傳動，減速器選擇的是擺線針輪減速器。這種減速器的傳動比較大（這種減速器傳動比可達到80），沒有皮帶傳送會出現(xiàn)的打滑現(xiàn)象，同時這種直接與電動機連接就會滾筒結(jié)構(gòu)大大簡化。清洗機筒體內(nèi)的中心轉(zhuǎn)軸由金屬滑塊聯(lián)軸器與減速器的輸出轉(zhuǎn)軸聯(lián)接來使其轉(zhuǎn)動。金屬滑塊聯(lián)軸器可以補償軸一定的軸向、徑向的長度偏移和較小的角度偏移。這種方案的減速裝置成本較高，不過這種減速器的傳動效果好，使用壽命較長，在整體考慮情況下采用方案三。1-電動機 2-擺線針輪減速器 3-聯(lián)軸器 4-工作機圖3.3 方案三4 馬鈴薯在滾筒內(nèi)的運動軌跡及滾筒的傾斜角度計算4.1 馬鈴薯在清洗機內(nèi)的運動軌跡 設計中應先確定滾筒的轉(zhuǎn)動情況時，假定清洗機的筒體在轉(zhuǎn)動時是水平放置的，但實際情況是，滾筒是有5度的傾斜角度的，因為由于滾筒隨著轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動，如果沒有傾斜角度，馬鈴薯的運動軌跡是個圓形。當是這種情況時，馬鈴薯是不能受到使其沿著滾筒內(nèi)壁向前滾動的力的作用，所以只能不停的繞圓筒內(nèi)壁做圓周運動，這是不能使馬鈴薯從滾筒一端向另一端進行前進的。這是不能使馬鈴薯從清洗機滾筒內(nèi)向前運動到達出料口的，因此是不符合要求的。所以，如果滾筒沒有傾斜角度是不能使馬鈴薯向前移動的，因此，滾筒必須要傾斜一個角度。常用的使馬鈴薯向前的推進方法： （1）當馬鈴薯從水洗溝槽中連續(xù)不斷的進入滾筒時，會在清洗機滾筒的進料口處將堆積形成的馬鈴薯堆，在滾筒的連續(xù)運動過程中，依靠馬鈴薯堆的的高度落差，在從高處滑落至低處時重力產(chǎn)生的力向出口處推進。由于滾筒的大半個筒體是浸在水箱中的，水也可以把馬鈴薯向出料口沖擊，但是由于馬鈴薯向前滾動僅依靠這些力是很困難，會出現(xiàn)進料口一端的馬鈴薯堆積嚴重，但清洗機滾筒的另一端的出料口馬鈴薯較少的現(xiàn)象，不能有效的的使馬鈴薯從滾筒的一端前進到另一端，使清洗機的效率變差，所以不適合本次的設計任務。 （2）利用螺旋推進器進行物料的推進這種推進既可以使馬鈴薯有較快的推進速度，同時可以促進馬鈴薯的的滾動從而使馬鈴薯得到充分的清洗，但這種推進器的結(jié)構(gòu)比較復雜，成本非常高，不易日常的維護和維修，因此不適合本次的設計。 （3）滾筒與水平機架面成一定角度滾筒與清洗機的機架有一個角度時可利用馬鈴薯向前滾動時自身重力的分力作為推進力，是馬鈴薯能夠自動的向前滾動。對于馬鈴薯來說，因為馬鈴薯之間的相對摩擦力較小，所以馬鈴薯自身重力的分力遠大于這個相對摩擦力，馬鈴薯所受的合力是沿滾筒斜面向下的，所以馬鈴薯可以自動的向前滾動。這種方法非常簡單，而且有效，而且易于安裝和維護。因此這次的設計采用這種方式使馬鈴薯沿滾筒斜面滾動?，F(xiàn)在計算滾筒傾斜的情況下馬鈴薯的受力情況，馬鈴薯受力的情況況如下圖（4）所示，所受各力已經(jīng)表示出，這個幾個力的合力使馬鈴薯沿著滾筒方向前進到達出料口。 圖4.1 單個馬鈴薯顆粒存在的受力 馬鈴薯受到重力 ，摩擦力，慣性離心力 及清洗機的筒體對馬鈴薯的支持力的作用，在這些力的作用下，馬鈴薯沿滾筒向下滾動的受力條件是： (4.1) （4.2） (4.3) 為馬鈴薯與滾筒的靜摩擦角。 通過上面的計算公式可以得出滾筒內(nèi)馬鈴薯向前滾動的最低速度大小與最低轉(zhuǎn)速大小的值為： (4.4) (4.5) 在滾筒中的運動，馬鈴薯受到的合力是沿滾筒內(nèi)表面向下的，所以馬鈴薯在向下滾動時會有一定大小的加速度，使馬鈴薯沿滾筒在做加速運動，同時還有沿滾筒內(nèi)表面做相對于滾筒的圓周運動，這兩個分運動的和運動的運行路徑將不再是一個圓形，而是一個封閉的螺旋線的圖形。軌跡如圖（5）所示：圖4.2 馬鈴薯在傾斜滾筒內(nèi)的運動軌跡 所以可以看出馬鈴薯是沿螺旋狀向前推進的。馬鈴薯沿滾筒內(nèi)表面旋轉(zhuǎn)一周時，馬鈴薯沿滾筒內(nèi)表面軸向方向滾動的距離為： (4.6) 當時， 故 (4.7) 因此，馬鈴薯在滾筒內(nèi)的滾動速度為： (4.8) 由上公式可以知道，馬鈴薯沿滾筒內(nèi)表面的向前滾動的速度與滾筒的傾斜角度成正比。滾筒傾斜角越大，馬鈴薯向前滾動的速度越大。與滾筒旋轉(zhuǎn)速度成反比，速度越高，馬鈴薯向前滾動的速度就越慢。對于斜面傾斜角度大的筒體，馬鈴薯所受的最大慣性力的值可能小于所受摩擦力與重力分力的和，此時馬鈴薯受到的力沿滾筒內(nèi)表面向上，所馬鈴薯向前滾動的臨界條件為： （4.9） 由此可得，臨界傾斜角為： （4.10）當滾筒傾斜角大于ac 時，馬鈴薯在滾筒內(nèi)的運動路徑將是蛇形而不是螺旋線圖形，它將不能沿整個滾筒內(nèi)表面做圓周運動，物料在滾筒內(nèi)的停留時間將短，馬鈴薯將不能有效的得到清洗，清洗的效果將變差，所以，筒體傾角 的值不能太大，但也不能太小，太小的話馬鈴薯向前的運動速度將會受到影響，所以本次設計的筒體傾斜的角度為5度。4.2 滾筒筒體材料及滾筒轉(zhuǎn)動方式的確定4.2.1 滾筒筒體材料的確定 滾筒的筒體的體積和質(zhì)量占整個滾筒式清洗機的65%75%, 所以筒體的材料和尺寸大小將是影響本次設計的主要因素。滾筒式清洗機的筒體大小將影響清洗機的產(chǎn)能和效率。筒體應該具有足夠的剛度和強度及盡可能的在符合條件的情況下減小其質(zhì)量從而減少其功耗損失。清洗機工作潤滑條件的良好，這樣可以使清洗在工作中減少功耗損失，減少摩擦對清洗機的破壞，同時可以使使用壽命增加。因此必須根據(jù)良好的工作條件來設計清洗機的筒體是非常有必要的。同時所選筒體材料必須要使筒體能夠滿足工作時的強度和剛度要求?；谝陨系目紤]查閱資料確定本次筒體材料選用A3鋼。4.2.2滾筒筒體最小壁厚計算1.滾筒筒體的最小壁厚計算公式： (4.11)式中：R為筒體半徑，R=D/2=50cm 為滾筒筒體材料在工作溫度下的屈服應力（溫度為150時的） K為鋼板與筒體壁重量比的系數(shù)，K=1.6C為材料腐蝕欲度，C=0.3cm (4.12)表4.1 筒體厚度與直徑的關系Table 4.1 ，Dryer and diameter of the cylinder (statistics）筒體直徑D (m)<11.11.31.3222.62.633.33.63.34筒體厚度（mm）8101214161820/D0.0080.0090.00770.00920.0060.0070.00540.00620.00530.0060.0050.0060.005當工作的條件非常差時，一般需要適當增加壁厚2mm。若剛度還不滿足要求的，還可適當增加其厚度。4.2.3 滾筒轉(zhuǎn)軸運動方式的確定本次滾筒式清洗機設計的清洗能力為，為符合清洗機的清洗能力設計滾筒筒體的內(nèi)徑為1米，長度為2米。 由滾筒的轉(zhuǎn)速計算公式可以得出滾筒的轉(zhuǎn)速: (4.13) 可得 = 11.319.8 (4.14)滾筒式清洗機的滾筒的轉(zhuǎn)動方式為中間軸傳動。4.3 功率的計算 滾筒式清洗機工作時的功率： (4.15) 其中： 為轉(zhuǎn)速，； 為力矩，； 為傳動的效率。由力矩計算公式得： (4.16) 為滾筒直徑，； 為筒體重量與滾筒內(nèi)馬鈴薯重量之和。 (4.17) 為橫向肋條的重量，N； 為縱向肋條的重量，N； 為鋼板的重量，N。 (4.18) 為滾筒筒體半徑，m； 為滾筒筒體長度，m； 為馬鈴薯質(zhì)量密度，N/m3； 為馬鈴薯在滾筒中的密度。 馬鈴薯在滾筒筒體內(nèi)的分布密度與筒體的傾斜角度有一定的聯(lián)系，但是由于水池中的水及馬鈴薯表面附著的泥土等因素的影響，密度會比理論上要小，所以查閱資料的為0.02。清洗機傳動效率一般為。 由上述可知： (4.19) （4.20） 為鋼架肋條的的橫截面積，； 為鋼架肋條的長度，； 為馬鈴薯的密度，； 為所用鋼架肋條的數(shù)量； 為鋼架肋條的截面半徑，；所以 G5=×62×10-6×2×7.85×103×9.8×8=139 N （4.21） G4=S×L×P×n×g=73 N （4.22） G3=S×d×P×g×n=290 N （4.23）式中：S為鐵皮的表面積 D為鐵皮材料的厚度 N為鐵皮的數(shù)量 =769.3 N (4.24） =1271.3 N (4.25）據(jù) (4.26） 得 = 1271.3×1/2 = 635.65 N·m （4.27） (4.28) 將w的取值代入公式得： =1.26 kw (4.29)為工作機的功率；為工作機的效率，一般取0.90.97。 由上面的計算可知清洗機要達到滿足工作要求時的轉(zhuǎn)速需要的最低功率為kw。本次設計中電動機的功率。為電動機到滾筒的總效率。 分別用， ， ，表示減速器，滑塊聯(lián)軸器，滾動軸承，滾筒的效率。由機械設計手冊表22查得： =0.96，=0.98，=0.97，=0.99。則由總效率的計算公式可得傳動裝置的總效率為： (4.30) =0.96×0.982×0.97×0.992 =0.88 （4.31） =1.26/0.88 =1.43kw4.4電動機的選擇 4.4.1電動機功率的選擇 確定清洗機電動機的需要選擇電動機種類、尺寸、效率、轉(zhuǎn)速和型號等這幾個方面。機械設備通常選擇使用三相交流電動機，Y系列三相交流異步電動機價格便宜，結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，所以應該首先考慮Y系列三相交流異步電動機。當所需轉(zhuǎn)動慣量較小和啟動時所需要力矩較小時，選用Y系列的三相交流異步電動機。但是需要經(jīng)常啟動和制動的場合下，可以選擇使用或系列三相交流異步電動機。經(jīng)過綜合考慮這次設計選擇采用Y系列三相異步電動機。 電動機的選擇應該注意以下幾點：電動機功率小的話，會使清洗機不能正常工作或長時間處于過載的情況下而損壞設備；功率選的太大的話，會造成很大的浪費。在經(jīng)常連續(xù)工作而且工作載荷變化不大的條件下，是可以根據(jù)清洗機所需要實際的功率來選擇電動機。不過必須滿足電動機機的額定功率稍大于電動機的所需功率這個條件。根據(jù)計算可知電動機所需功率為： ,因此我們選擇的電動機功率為。4.4.2 確定電動機的轉(zhuǎn)速 Y系列全封閉式籠型三相異步電動機的同一功率的同步轉(zhuǎn)速是不同的有3000、1500、1000和750。通常條件下，電動機的轉(zhuǎn)速越高，體積尺寸越小、成本越低。因為此次設計的清洗機滾筒的轉(zhuǎn)速很低，所以不適合選擇轉(zhuǎn)速較高的電動機，經(jīng)考慮選擇的電動機的轉(zhuǎn)速為1500。4.4.3 電動機的型號的確定依據(jù)所選定的電動機運轉(zhuǎn)速度和功率可知選擇Y系列三相異步電動機，查«機械設計課程設計手冊»可知選用電動機的型號為，功率，轉(zhuǎn)速。4.5傳動比和清洗機的工作轉(zhuǎn)速的計算4.5.1 傳動比的分配本次設計所選用的擺線針輪減速器，傳動比很大，可達到87，而且占用空間小，工作效率高，非常適合本次的設計要求，在傳動中通過聯(lián)軸器直接與轉(zhuǎn)動軸連接，產(chǎn)生的噪聲小，效率高，查閱資料所選選型號為。本次設計中減速器直接與傳動軸相連的，因此沒有傳動比的分配的問題。4.5.2滾筒式清洗機的工作轉(zhuǎn)速的確定依據(jù)電動機的額定轉(zhuǎn)速和減速器的傳動比大小由公式可得出滾筒的工作轉(zhuǎn)速。由傳動比公式： (4.32) 可得公式： （4.33） 式中： 為電動機滿載轉(zhuǎn)速，； 為轉(zhuǎn)動軸轉(zhuǎn)速，。 代入數(shù)據(jù)得： （4.34） 本次設計中的清洗機的筒體轉(zhuǎn)速比較低，通常情況是低于30的，由上面的計算可得到的工作機轉(zhuǎn)速為，所以清洗機轉(zhuǎn)速是符合要求的。5 清洗機軸的設計及校核和其他零件的的確定5.1 軸的設計計算5.1.1 初算軸的直徑聯(lián)軸器和滾動軸承的型號是根據(jù)傳動軸的直徑確定的，要確定軸采用何種的結(jié)構(gòu)，必須首先經(jīng)過初算得出軸的最小直徑，然后在這個基礎上對軸的結(jié)構(gòu)進行設計。軸的直徑估算，即： （5.1） 式中： 為轉(zhuǎn)動傳遞的功率，； 為軸的轉(zhuǎn)速，； 為材料系數(shù)。表5.1 各種材料系數(shù)c的取值范圍Table 5.1 range of coefficient c of various materials軸的材料Q235354540Cr,35siMnc16013513511811810710798 軸所選的材料為45號鋼。的取值范圍必須根據(jù)軸上力的彎矩對軸強度的影響情況，當軸只受轉(zhuǎn)矩或彎矩相對轉(zhuǎn)矩較小甚至可以忽略時，取小值；若彎矩較大不可忽略時，取大值。由于滾筒的轉(zhuǎn)速較低但由于筒體的質(zhì)量體積較大所以轉(zhuǎn)矩較大且彎矩小，所以應取小的c值，這次的設計取是108。所以： =46.14 （5.2） 對軸的直徑進行估算時，因為鍵槽會影響軸的剛度和強度，所以應該考慮鍵槽對軸的強度和剛度影響。當該軸上有一個鍵槽時，軸的直徑增大 ；軸上兩個鍵槽，d 應增大 。在這次清洗機軸的直徑計算中，因為軸上有一個鍵槽，所以半徑應該增加。所以： d （5.3）圓整后轉(zhuǎn)軸的直徑。5.1.2 初選軸的形式 經(jīng)過初算可得軸的初算最小直徑為，本次設計中，軸需要與聯(lián)軸器及滾動軸承進行連接，所以軸的結(jié)構(gòu)應設計為階梯軸形式。5.1.3 軸結(jié)構(gòu)的確定上面的計算可知軸的最大轉(zhuǎn)矩 ，本次設計選擇使用金屬滑塊聯(lián)軸器，因為其可以允許徑向位移在0.04d以下和角位移30以下。軸的材料選澤用45號鋼，45號鋼經(jīng)過處理后， , 。由計算可知軸的直徑徑為，因為軸與聯(lián)軸器連接時會有一個鍵槽，所以設計軸和聯(lián)軸器的連接處的直徑為。但是要為在軸上安裝滾動軸承提供方便，設計安裝處的軸承的軸直徑為。這次設計滾動軸承中所選的型號為圓錐滾子軸承，其寬度為 ,根據(jù)結(jié)構(gòu)要求選用軸肩擋圈為，因為要固定進料口，因此必須要將滾動軸承安裝在進料斗的上方，但距離不可以太小，這是為了防止馬鈴薯進入料斗時和軸承發(fā)生碰撞，為了滿足清洗機的生產(chǎn)能力為，同時經(jīng)清洗水槽浸泡的馬鈴薯中混有大量的水和泥垢，進料斗的尺寸必須要大，設計進料的長度為, 高度的選擇應在便于安裝的情況下盡量的不對軸的轉(zhuǎn)動產(chǎn)生影響，具體結(jié)構(gòu)設置可以看裝配圖。清洗機的滾筒筒體外表面與筒體側(cè)面需要焊接肋條來保證筒體在轉(zhuǎn)動時的強度和剛度，能夠使?jié)L筒正常的轉(zhuǎn)動工作，焊接肋條的鋼筋直徑的為10mm，清洗機的中心轉(zhuǎn)軸在筒體的最底端依靠聯(lián)軸器和減速器相連，通過電動機帶動筒體轉(zhuǎn)動，它們都安裝在機架上。如果安裝在筒體前端，一方面因為進料口在機架的上端，不利于這些裝置的安裝，會對進料產(chǎn)生影響，但安裝在末端的話，清洗機出料口在機架的下方，所以不會對清洗機的工作產(chǎn)生影響。軸上的軸承是需要固定的，滾動軸承是需要安放在滾動軸承座內(nèi)的，通過在軸上設計軸肩來固定軸承的位置，通過設計軸上的軸承將會不會出現(xiàn)在軸上的運動，采用軸肩的結(jié)構(gòu)進行固定，這種結(jié)構(gòu)便于進行密封裝置的安裝，本次設計選用的的系列的圓錐滾子軸承是具有一定的徑向位移補償能力的，同時圓錐滾子軸承軸承是兩個成對使用的，這樣會使清洗機的轉(zhuǎn)軸得到更好的軸向固定。聯(lián)軸器與軸的固定是用普通平鍵來連接的，因為普通平鍵可以傳遞轉(zhuǎn)矩。本次設計聯(lián)軸器選用的型聯(lián)軸器，軸孔的內(nèi)直徑為。下面對軸的結(jié)構(gòu)進行校核，校核需對軸的結(jié)構(gòu)尺寸進行估算，下表是軸的的軸的各部分設計尺寸和所需的實際尺寸。表5.2 軸的長度初選Table 5.2, the length of the shaft零件名稱所需軸向長度（mm）設計長度（mm）滾筒長20002200聯(lián)軸器85100軸承與軸承座（一對）180180總計226524805.1.4 軸的強度校核查參考資料選擇軸的材料為45號鋼,正火調(diào)制,硬度,抗拉強度，。清洗機筒體傾角5°，角度非常小，可以勿略，在軸的校核中認為軸是平放的。由于清洗機的軸為轉(zhuǎn)軸，同時受轉(zhuǎn)矩彎矩的作用，但因為這次設計中軸的傳動為中間軸傳動，所以認為軸只受徑向的垂直力，清洗機的轉(zhuǎn)軸的受力如圖6（a）所示，下圖依次為（b）彎矩圖，（c）扭矩圖，（d）當量彎矩圖圖5.1 軸的校核計算軸所受彎矩：由彎矩計算公式: (5.4) 其中： 為軸所受的力，單位； 為該力所對應力臂的長度，單位。根據(jù)力矩平衡條件，可以計算A點的受力： （5.5） 同理可以計算B點的受力： （5.6） 由先前計算可知：C點的受力，將數(shù)據(jù)代入公式得， =608N （5.7） =63.3N （5.8）再代入公式，得 =729.6 N·m （5.9）軸的彎矩圖如圖6(b)所示。計算轉(zhuǎn)矩：由材料力學轉(zhuǎn)矩公式得： （5.10） 其中： 為對應點處所受力的轉(zhuǎn)矩，單位； 為對應點處功率，單位kw； 為對應某點轉(zhuǎn)速，單位。由上面的計算可得轉(zhuǎn)軸的功率為，轉(zhuǎn)速，將數(shù)據(jù)代入公式得，=； （5.11）軸的扭矩圖如圖6(c)所示。求軸當量彎矩：由機械設計書中當量彎矩公式可得： （5.12） 式中： 為應力校正系數(shù)，對于軸所受的轉(zhuǎn)矩不變時，?。粚τ谳S所受的轉(zhuǎn)矩為脈動，取；本次設計中軸所受的轉(zhuǎn)矩為對稱循環(huán)時，查資料可知取=1；為彎矩，單位；為當量彎矩，單位； 為轉(zhuǎn)矩，單位。因為本次設計中清洗機的工作方式是24小時連續(xù)工作的，由于馬鈴薯是由清洗水槽運送到進料口的，因為運送速度是不變的，所馬鈴薯在滾筒內(nèi)的數(shù)量是相對穩(wěn)定的，因此轉(zhuǎn)軸所受轉(zhuǎn)矩是不變的，于是取公式，查機械設計可知，。當量轉(zhuǎn)矩。以上數(shù)據(jù)代入公式 （5.13）得 （5.14） =742 當量彎矩圖如圖6(d)所示。通過計算得校核得軸徑，所以本次設計的軸符合工作要求。由軸的力矩圖可知軸受力最大的截面是C處。由切應力計算公式： （5.15）可以校核軸的強度是否符合設計要求。校核軸的強度: （5.16）=。許用應力值查表得到45號鋼的=,因此設計的軸是符合工作要求。5.1.5 鍵的選擇 鍵的尺寸和型號必須根據(jù)軸的直徑來確定。設計鍵長度應該根據(jù)輪轂的長度來確定。因為清洗機的工作情況可知，軸和聯(lián)軸器的固定是用來主要傳遞轉(zhuǎn)矩的，并且要求它們連接時不能有軸向的游動，為了能夠很好的滿足這些條件，本次設計選用普通平鍵。普通平鍵是依靠鍵的兩個側(cè)面通過承受擠壓作用來傳遞轉(zhuǎn)矩。普通平鍵又有多種的結(jié)構(gòu)，鍵的形狀有圓頭、方頭及一端圓頭一端方頭三種。單圓頭使用于軸末端與其他零件的連接固定。由于本次設計聯(lián)接為軸端處開槽聯(lián)接，所以應選擇一端圓頭一端方頭型普通平鍵作為聯(lián)接，查閱資料可知本次設計選用的鍵國家標準代號為鍵。因為聯(lián)軸器的輪轂長度為 ,由機械傳動裝置設計手冊中表18-4可得出，鍵的尺寸如下： B為鍵寬,單位mmH為鍵高,單位mm：圖5.2 鍵的結(jié)構(gòu) 普通平鍵選用的材料應為抗拉強度大于的鋼，通常選用的是號鋼。普通平鍵進行傳遞轉(zhuǎn)矩時，需要校核鍵的強度，因為鍵在傳遞轉(zhuǎn)矩時，主要受到剪力作用，因此由材料力學中的公式： = （5.17） 式中： A ：剪切面的面積 ：所受剪力又有公式： = （5.18） 式中： ：鍵所受的轉(zhuǎn)矩大小 ：力臂長度代入上面的數(shù)據(jù)得， = （5.19） =代入公式得， （5.20） 因為45號鋼的許用切應力=370，而=，因此選擇的鍵適合本次設計的強度要求。5.2 清洗機整體的結(jié)構(gòu)設計方案馬鈴薯清洗機結(jié)構(gòu)主要由滾筒、機架、傳動裝置、水箱池、進出料斗、電機、淤泥清除口、支撐裝置等組成。電動機通過基座直接固定于機架上，減速器選擇使用擺線針輪減速器，上面已經(jīng)論證其合理性。清洗機的筒體被兩個固定在機架上的方形的支架支撐固定，清洗機滾筒的主軸由金屬滑塊聯(lián)軸器與減速器的輸出軸進行連接。電動機帶動減速器轉(zhuǎn)動，然后由減速器帶動滾筒轉(zhuǎn)動,清洗機滾筒由4根直徑為10mm的圓鋼筋繞滾筒外表面的軸向方向進行加固，為了保證滾筒的剛度和強度符合要求，電動機帶動清洗機的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，中心轉(zhuǎn)軸帶動筒體在水箱中旋轉(zhuǎn)，水箱中流動的水沖洗浸泡馬鈴薯從而達到清洗馬鈴薯的目的。水箱的底部設有一個可以隨時進行開關的開口，可以很方便的出去箱水中的淤泥，給清洗機的工作帶來很大的便利。為了滿足清洗機的工作要求，本次設計中確定滾筒筒體的直徑為米、長度為米，滾筒由鋼架固定在清洗機的機架上，鋼架的形狀為矩形，同時所使用的鋼架剛度強度可以滿足設計要求。清洗機的筒體由橫向的鋼筋條固定，主要為了承受滾筒所受的徑向力的作用。連接處的固定用焊接的方式。焊頭的結(jié)構(gòu)是焊接的關鍵，焊接的處同時受到連接的力和傳遞轉(zhuǎn)矩的力。清洗機的縱向支撐鋼筋和軸的固定處采用的焊接接頭為丁字接頭，這種接頭是專門用來焊接相互垂直的結(jié)構(gòu)的，可以承受任何方向的力，非常適合本次的使用。因為丁字接頭處的應力集中效果是會對焊接產(chǎn)生很大不良影響，所以必須采用熔焊的方式消除這種應力集中的影響。軸向支撐肋條和縱向支撐肋條都焊在一個圓形的支架上，肋條為直徑10mm的鋼筋，它主要起到連接和保證滾筒剛度和強度要求的作用，滾筒筒體的鋼板和筒體端口的支撐架采用角接頭的方式進行焊接，這是因為這些連接處承受的力較小，因此使用這種焊接是適合本次設計的。5.3 聯(lián)軸器的類型及型號尺寸5.3.1 聯(lián)軸器類型的確定本次設計選擇金屬滑塊聯(lián)軸器。金屬滑塊聯(lián)軸器主要用于平行連接，它是由有凹槽的半聯(lián)軸器和一個兩面都有突出的方牙，通過這個凹凸處的連接構(gòu)成一個動聯(lián)接。這種聯(lián)軸器經(jīng)濟實用。5.3.2 聯(lián)軸器型號和尺寸的選擇由機械傳動裝置設計手冊 中的表16-24金屬滑塊聯(lián)軸器的尺寸和特性參數(shù)中可查得 ，選擇型號，軸孔直徑為。圖5.3 金屬滑塊聯(lián)軸器5.4 確定滾動軸承和軸承座的設計方案5.4.1 滾動軸承類型確定軸承的選擇需要考慮以下幾個因素：（1）承受載荷的方向、大小和性質(zhì)滾動軸承向心軸承主要受徑向載荷，滾動軸承推力軸承一般承受軸向載荷。當徑向載荷和軸向載荷同時作用于軸承時，可以選擇使用角接觸球軸承，當軸承承受徑向載荷較大，可以選擇使用深溝球軸承。但是要注意，這兩種滾動軸承需要兩個成對安裝使用，滾子軸承可以承受更大的載荷。滾筒式清洗機的主軸放置的時有一個5度的傾角，因為此時軸承要同時承受軸向和徑向兩個方向的載荷，但是軸承所受的軸向載要遠遠大于與所受的徑向載荷，所以軸承看作是只受軸向載荷。（2）轉(zhuǎn)速滾動軸承的運轉(zhuǎn)速速必須要低于滾動軸承的極限轉(zhuǎn)速。角接觸軸承和圓柱滾子軸承的極限轉(zhuǎn)速很高，適合于高速