直线运动花椒筛选机设计大学论文.doc

学号： 13011500027 考试科目： 机械优化设计 姓名： 张富斌 专业班级： 2013级机械设计制造及其自动化1班 机械优化设计期末 直线运动花椒筛选机设计（论文） 二级学院： 信息与工程学院 专业班级： 2013级机械设计制造及自动化1班 姓 名： 张富斌 学 号： 13011500027 云南工商学院2017年 4月4日目录1.前言31.1课题研究的背景及意义31.2关于筛选机的发展状况41.3花椒筛选机的工作原理及特点41.3.1花椒筛选机的工作原理42.振动平面筛体总成设计与分析52.1总体设计方案和要求52.2 任务分析52.3筛体的总体设计构62.3.1支撑形式和隔振装置设计62.3.2筛体结构和传动72.3.3筛体的运动设计82.4.1.筛面结构82.4.2.筛面的固定93.2动力装置103.3运动轨迹控制机构103.3.1偏心转动机构103.3.2 移动副114.主要参数的调整124.1 振幅的调整134.2 振动频率的调整134.3 生产率的调整135.计算与校核145.1动力输入轴145.2 偏心轴的设计165.3移动副中主轴的选择185.4校核185.5移动副中推力轴承的选择185.6移动副中滑杆选择195.7 滑块的选择195.8传动轴的润滑20 参考文献20 致谢.21摘要 在科技越发达的今天，工业和重工业的机械化比较发达，而国内针对于农业产品加工的方法和措施相对于国外还较为落后，作为一个大学生我有义务研究一份成果，特此深入研究一种农业物料分级装置，亦为农业物料筛选机，研究过程中以花椒作为主要研究对象。花椒作为一种全球种植较不为广泛的农作物，在我国贵州、四川，云南、广东、山西等地区广泛种植。品种多种多样。而花椒作为一种辅料，在唐代时期竟然作为贡品，到现如今也是各家庭，饭馆，餐厅必不可少的佐料之一。花椒从成熟到加工成商品过程中步骤繁多而且复杂，据了解，在现阶段全国各地对花椒进行加工和分离的方法较为单一，大多以原始加工工具进行分离，例如孔粗细不一的筛子、风柜、人工除渣等方法。加工过程中较为困难并且加工效率低。本研究对象就是花椒的加工装置。且目的就是在花椒加工工程中对花椒壳、花椒籽、花椒叶及其花椒树枝进行分离。提高加工效率和精度。针对振动筛现在对于强度低、使用寿命短、工作需要较强的承载力和负荷，噪声大、轴承温度升高后影响工作状况的问题，多年来都是各国科技企业和研究人员最关注的问题，都在女里的攻破这一局限性，但是都没有从根本的问题上去解决它，为了得到降低噪音的凶过，研究人员相应采用了家阻尼或者约束阻尼板等的方法，这样的处理方法造价昂贵，所在在工业和实际的运用当中没有得到认可，但是从共振的研究方面，可以采用橡胶弹簧，这样能够明显的约束共振的频率，在追求高效和完美的情况下，又考虑到弹簧的寿命低，并且在方向控制方面存在着不稳定性，可能会产生较大的横摆运动，所以橡胶的弹簧运用在实际中也不多，在工作的负载方面，更是一个令人难以解决的问题，所以在振动筛的发展方向来看，以上的问题是今后振动筛选机的主要研究方向和发展状况。筛选机在实际的生产运用中主要是用于对物品的分离或者脱水，在一些精度要就比较高的行业中，经常利用振动筛对其进行分离。在有的行业比如煤炭行业筛选机可以用于对煤炭进行脱水和淤泥的分离，是最近二十多年的发展及更新较为迅速的一种新型机械，已经广泛的运用到各大生产线和农业生产中，而筛选机主要有直线式筛选机和圆形式筛选机，最为广泛的是直线式筛选机，随着生产中对机械化程度的提高，筛选机的引用行业对筛选机的要求也越来越高。因此研究，设计和制造筛选机的课题也十分重要我们设计的筛选机针对于花椒各成分的分离，提高了花椒筛选的效率，也减轻了筛分工程中的工作量，对花椒产业的发展有重大的帮助。1.前言1.1课题研究的背景及意义在大多数的农村中，农民种地的同时往往为了农作物产量不佳避开风险，并不是只种植单一的农作物，而是种植多种具有经济收益的物料。但是在目前市场上的筛选机器功能都比较单一化，如果要把所有的农作物都做到精筛的话，基本是不可能的，而花椒是一种比较难处理的筛选农作物，它有 多种物料残渣需要去除，所以研究花椒筛选装置相当一台多功能的筛选装置。花椒作为一种辅料，也可以作为一种药物，具有温热解毒止痛、除湿止泻等功效。主要分布在东北南部，南边到达了五菱破，东南方主要分布在江苏、浙江等沿海地区，西南方主要分布于西藏东南部；台湾、海南及广东不产。见于平原及海拔将高的地区。花椒在农民房屋背后几乎随处可见。在国家实施的重点林业工程项目中，例如退耕还林，所以导致花椒在各地区的广泛种植，在改善生态环境、调整产业机构、促进农民收入方面发挥了积极的作用。所以花椒筛选机的市场前景也是非常广阔，研究出这样一台机械化的花椒筛选加工装置，能够加大花椒产品的生产效率，对于大面积种植花椒的产商有着巨大的帮助，扩大花椒的生产量促进产业链的多样性，让花椒上出口的方向。所以对花椒筛选装置研究是值得的，花椒筛选机对于社会农业的发展和产业机构的多样化有着非常重要的意义。1.2关于筛选机的发展状况近几年里，环保、节能、减耗成为了国家的主要发展的方向我们国家即是生产大国也是能源消耗的大国，所以如何高效和有力的利用资源是很重要的发展战略。所以对于筛选机的发展也带来了很大的机会，国家在发展规划中也明确的说明了研究有重大影响的技术装备给予大力的支持，其中包括很多筛分装置，冶金设备等等。筛选机的发展前景可以占领整个筛分行业的重点市场位置，从最近几年的销售情况来看，筛选机的应用范围在不断扩大，所以在经济的发展上面也是稳步前进的，当然这也的归功于筛选机的发展趋势。工业和农业的迅速发展让人们对筛选机的品种和质量要求越来越高，从而使筛选机的发展升到了一个新的阶段。根据以上对筛选机的状况了解，筛选机可能会向以下的几个方向发展：（1） 向通用化、标准化、系列化发展；这是便与设计、组织专业化生产、保证质量和降低成本的途径。（2） 向高效率高产量化发展；工业现代化进程促使了企业的规模增大、生产能力大大提高、需要高效高产能筛选机与之配套。（3） 向轻型、环保、结构件化方向发展；（4） 振动强度增大；筛选机的振动过程逐渐强化。1.3花椒筛选机的工作原理及特点1.3.1花椒筛选机的工作原理 筛选机主要作用于农业产品的分类。花椒筛选机主要用于晾晒干的花椒的压揉、去渣、去籽和风柜去干叶的装置，所以设置多品种筛选装置，机器一般接220V电压，转动过程中主要利用皮带传动，。花椒从入料口导入后，在始端设计一个打压装置，先将晒干的花椒通过打压装置分离，接下来使花椒在筛面上运动，利用不同尺寸及形状特征，把花椒通过可筛选和不可筛选两部分，即将花椒群体中的大小杂物清除，而保留饱满成熟的花椒粒。筛体的运动轨迹是影响花椒粒清选净度的重要因素。从筛体的运动设计中考虑好筛选机的生产效率和分离性能，做到高效率和高性能。目前，颗粒物料的筛选研究现状不成熟，大多数筛选机的传动机构主要采用的都是能够产生纵向垂直振幅由而曲柄摇杆机构驱动的双摇杆结构。这种传动机构主要由曲柄的圆周运动驱动，使筛体两轴的固定点往复摆动，位于筛面上的脱出物的惯性力在抖动脱出物时起到关键作用，从而提高了筛选的效果。2.振动平面筛体总成设计与分析2.1总体设计方案和要求本设计的双轴振动筛的设计需要达到以下的技术要求：(1) 能精确的分离出花椒渣花椒籽和花椒粒。(2) 结构简单、工作可靠、运转平稳，并且能保证筛网更换方便以及筛分效率高 和筛分效果好。(3) 设备的操作简单，维护方便。(4) 根据技术的要求选定以下的主要参数：筛面尺寸长度为3000mm，宽度为1200mm，层数为两层，主要分离花椒枝、花椒粒、花椒籽。2.2 任务分析根据课题要求是研究一款直线式得的颗粒物料筛选机，本装置的自动化程度要求比较高，效率要求高，结构简单：并且在造价成本上面也要求价格便宜、经济实惠。根据这几个目标，在设计过程中需要结局以下的几个问题：（1） 设计好总体结构方案，满足加工的条件而且效率高，还需达到结构简单轻巧的目的。（2） 如何设计机身还有底座部分，在他们运转时能够承受较高的负载和物料及机身自身重量。并且具有永久性和耐磨性，工作时不产生较大的振动，保持机身平稳。（3） 激振力的计算以及参数的选择，从而选择合适的零部件和材料。2.3筛体的总体设计构 2.3.1支撑形式和隔振装置设计在支撑方面，振动筛主要可以选择吊式和座式两种。吊式装置的设计主要是用螺旋形压缩弹簧，钢丝绳，防摆锤和吊环等零部件。但是在一般运用的花椒筛选机中，吊式的筛选机不太方便操作，可能影响工作的进程和一般发生的不良状况。所以在本次设计中不使用吊式的方法来固定机体。（1）底座的设计 底座主要的作用时用来支撑整个机器，保持机器在运动工作的过程中有一定的稳定性和平稳性。在这中小型的筛选机来说底座的要求不是特别的高，大多数都是选择自由公差。其用地脚螺钉固定在地面或者混凝土中，但是尽量选择在抗压强度高、干燥和吸振的地方比较好。（2）底座材料的选择 可以选择用角钢或者槽钢来制作，这样在焊接的过程中也比较方便，焊接的机架有较高的强度和稳定性，生产周期短、能广泛的适应市场竞争的需要；并且可以做合适的调整，在打孔的时候也比较方便，方便固定，成本也会比较低。焊接过程注意事项a.材料的可焊性能。尽量使用可焊性干高的钢材，因为可焊性太差的材料不利于焊接，焊接完成后也不利于使用，可靠性会降低。一般的在碳含量为0.25%-0.2%之间的钢材会比较容易焊接。b.合理的布置焊缝。c.合理的选择截面形状和合理的布肋骨，提高抗压抗符合的能力：焊接过程因在接头处实验，是否能够抗脆断和在多次振动后的稳定性(3).座式结构的振动筛在隔振方面主要是在地层采用刚度较大的弹簧，它的作用有如下几个方面：a.系统费弹簧刚度与振动产生的惯性组成函数为系统固有的频率，当筛体的质量固定后，弹簧的刚度就决定了振动时产生的频率，所以弹簧的选择刚度上面就可以决定弹性系统的工作状态和筛分机工作的稳定性。b.弹簧选择刚度较大时，那么传给机构的负荷越大，因此，在选择弹簧时，应该选择刚度略小的弹簧，从而减小传动机构的动力负荷。隔振装置中的弹性零部件主要有螺旋弹簧，橡胶弹簧，符合弹簧和充气弹簧等多种形式。在选择座式的筛选机机构能够克服吊式机构中产生的一些无法解决的问题。2.3.2筛体结构和传动从纵向平面筛中可以看出两个问题。第一，刚刚进去入料口的花椒落于筛面时不均匀，不利于筛分。第二，如果曲柄转动机构的参数处理不当，回引起花椒粒离开筛面减少分离的次数。所以在花椒筛选机的设计中，采用了横向平面振动，在落料口具有较高的振动频率，其目的就是为了是刚落在筛面的物料能很快的均匀分布到筛面上，使分离筛的总体宽度得到了充分的利用。沿筛面的纵向方向，随着无聊的向前运动，应该让纵向的振动频率增大，而横向的振动频率逐渐减小。在末端其筛面将作平面纵向的往复运动，达到增加物料纵向运动速度，提高生产率。可以将其机构简化为一个曲柄连杆滑块机构。如图1所示： 图1 简图 其中OA为曲柄，有一个偏心传动机构组成，连杆OA偏心轴构成，AB、BC由筛子组成的，OC则由筛架来提供，这样的一个机构就可以实现上面所诉的要求，从而提高筛选的效果。2.3.3筛体的运动设计筛体运动的设计应保证筛选过程具有较高的生产率和良好的分离性能。本设计采用按花椒粒厚度分离的长孔筛进行花椒粒清选，筛体只需要作横向水平振动即可。为了保证振动筛具有良好的筛分性能和较高的生产率，第一，该使花椒粒从落料口落到筛面上之后，散开的宽度增加，提高有效的筛分面积。第二，还必须使花椒粒以及杂物能够在筛选过程中能够不断的后移至出料口。为此本设计的筛体运动轨迹为：筛体在物料下落处作平面圆周运动， 随后慢慢地由平面圆周运动变为平面椭圆运动，其短轴逐渐变小，在筛体末端过渡到往复直线运动。这种运动轨迹能够使物料下落后不产生堆积现象而均匀地分布在筛面上，使物料能充分地与筛面接触进行筛选，而后快速地沿筛面前移，达到提高筛分效率的目的。在筛花椒物料之前，装置需要安装一个碾压装置，主要是为了让花椒从花椒枝上脱落下来。2.4.1.筛面结构按照材料和筛分的方法不一样可以分为几类：筛网、筛板、网状丝布等。在筛选物料不一样是，需要考虑是采用筛板还是筛网。（1） 筛板。在筛选工具中，筛板是属于最牢固的筛面之一，筛板主要用在大块的筛选物料上，筛板的使用寿命比较长，对大块物料的筛分效率影响也不大，开孔率一般在40%左右。（2） 编制筛网。编制筛网是人工利用钢丝和框架进行组装，筛网的开孔率比较大，适合筛分密集和细小的颗粒物料，牢固性较差，使用寿命低。由于本设计主要用于筛分花椒的成分，所以选择精度较高的筛网。花椒的质量较轻，但是由于考虑到花椒鸡的耐用性，所以选择较薄的柔性钢材进行打孔后组装，花椒为圆形，所以在打孔时也需要做成圆孔状搞得孔，这样摩擦较小，分离时可以提高分离的效率。2.4.2.筛面的固定为了保证筛面的工作可靠性，在筛面的固定上也有很大的影响能力，特别是在金属刚性件的固定上表现得尤为突出，在固定的方法上面，主要有四种固定方法：木锲压紧、螺丝固定、钩拉张紧和斜板压紧，在本设计中，使用的是刚性结构，所以选择螺丝固定，首先在在框架上打孔后用螺丝固定号，这样也方便筛面的换取。（1）螺丝固定。 筛体是整个振动筛的主要工作构件，采用分层结构，其由两层筛面、一层滑板及角钢等组合而成。在筛花椒物料之前，装置需要安装一个碾压装置，主要是为了让花椒从花椒枝上脱落下来，第一层筛是粗筛，主要用于过滤一些花椒树枝和花椒叶。第二层筛是细筛，从第二层筛面出口的为颗粒饱满的花椒粒和花椒籽，第二层主要分离花椒籽和花椒粒，第三层为滑板结构，主要用于接住厚度小于筛孔宽度的细小杂物，如细小的花椒叶杆。整个筛体通过螺钉固定在筛架上面。 因为花椒物料具有较多品种的物料需要筛选并且物料直径大小不一，花椒粒的直径大多在3mm左右，花椒籽的直径在2mm左右，所以在第二层的精细筛时需设计一个是直径为2mm的筛体，分离花椒籽、花椒粒。在制作装置材料的选取上，轴主要选择45号刚，45号刚足以能够承受得住振动产生的惯性力和筛体及物料的总重量，而筛体可以选测柔性刚，在打孔方面也比较容易。并且可以准备一些橡胶套或者橡胶垫，在主要发生震动接触和摩擦的地方固定好，这样可以减少噪音以及保护零部件的磨损。3.2动力装置 在动力传动方面，主要采用轴传动的方式。振动筛的动力装置包括驱动电机和减速变向器，还有轴和轴承。其中，驱动电机选用的是MBY22 型无级变速电机，功率为2.2KW，转速为2001000r/min，输出扭矩为1836Nm.减速变向器的主要作用是将电机输出的动力转换90 ，以改变横向和纵向的两个运动，变速比为5：1。3.3运动轨迹控制机构 运动轨迹机构包括偏心转动机构和移动副。 3.3.1偏心转动机构 偏心转动机构如图2示，这个机构由换向器输出的动力经联轴器传递到动力输入轴，动力输入轴带动偏心轴转动，而偏心轴设计成由4个不同的偏心距与动力输入轴配合，动力输入轴与不同的偏心距配合就能使整个装置有了不同的振幅，因为要使筛子有绕轴转动的趋势，设计成偏心轴与一个滚动轴承链接，在此处指承受径向力的作用，采用滑轮。具体如图2所示。 1.轴承盖，2.动轴承，3.键，4.动力输入轴，5.偏心轴，6.挡板，7.轴承座 。图23.3.2 移动副 轴承座与筛体采用螺栓固定在一起，从而可以使筛体能够绕主轴转动，两跟滑动轴被固定板紧固在固定支座上，滑块可以在滑动轴上来回滑动，从而形限制筛体末端只能进行往复运动的移动副。具体是先设计了一个推力轴承来承受轴向力，为了按装方便，推力轴承上方有一块挡板挡住，为了固定推力轴承在挡板上打个孔穿到轴端用螺钉连接。因为筛子有转动，所以在推力轴承下方在设计了一个滚动轴承，使得整个机构形成一个可以随筛子一起转动的趋势。通过主轴连接在了滑块上，滑块套在两根滑杆上，使得其作往复运动。滑杆连接在滑块挡板上，而滑块与其挡板固定在固定板上。而固定板与筛架底部的距离则由固定支座来解决，这样也能提高整机的平稳性。具体如图3所示。1.轴承座，2.推力轴承，3.主轴，4.滚动轴承，5.挡圈，6.轴承盖，7.固定板，8滑杆，9滑块，10.固定支座图3 移动副 总体结构如图所示：4.主要参数的调整 根据上述运动与结构设计，振动筛可以进行振幅、振频以及生产率的调整。 4.1 振幅的调整 振动筛振幅烦的调整是通过改变偏心距来实现的，将偏心轴设计成具有4各不同的偏心距（分别为20mm,25mm,30cm,35cm）但尺寸相同的配合孔，只要动力输入轴与不同的孔配合，就能够得到不同的偏心距，振动筛在不同的偏心距工作时振幅不同。偏心距越大，筛体上各点的振幅也相应地越大。 4.2 振动频率的调整 振动频率的调整主要是通过改变动力输入轴的转速来实现的，本设计通过改变无级调速电 机的转速大小来改变筛体的振频。4.3 生产率的调整（1）生产率要求。生产条件：Q=70吨/小时;(2)入料速度的确定。实际选择入料速度时，需要根据无聊的性质来学则，一般的振动筛用中等速度入料，振动筛会具有较高的产量各筛分效率，在达到这个目的是，对筛选机零部件的刚度和强度的要求并不是太高，像花椒这一类具有很好筛分的物料来说，中等速度入料极为最佳，圆振动筛一般速度取35，筛孔小时取23，比如筛选花椒粒和花椒籽是可以调低速。（3）筛面的倾斜角可以适当调整，因为振动筛在振动情况下对物料也有输送能力，倾角太大，筛分的效率会受到影响，倾角太低回事筛分速度减慢也打不到最佳效果，所以当产品的品质不一样是，应该选择合适的筛分倾角。（4）振动宽度方面也需要有适合的选择。振动宽度过大，会使得分离过程中速率减慢，机械的负荷增大，震动的宽度过小，会让物料堆积过于吼，影响筛分的效率。生产率的调整可以通过改变振幅和改变筛体的倾角两种途径实现。根据振动筛的运动进行设计，振动筛在纵向方向的振动主要用于输送物料。因此，若改变筛体的振幅，必然会使振动筛的输送能力得到提高，即单位内通过筛体的物料增加，生产率得到提高。改变筛体的倾角可以增大花椒粒在筛面的下滑速度，也会使振动筛的生产率提高。筛体的倾斜角度是通过角度调节装置来实现的，旋转调节螺杆，能够使得整个振动筛的工作部件相对于支撑框架旋转一个角度，从而在不改变各个工作部件相对位置的情况下使筛体相对于水平面倾斜一定的角度。5.计算与校核5.1动力输入轴 初步确定动力输入轴的最小直径。选取轴的材料为45号刚，调质处理。根据表查取C=110，于是得 。轴的输出最小半径显然是安装联轴器的直径，轴断面上有键槽，d增大5%10%. 所以取d=30mm。因为轴两端有销，又由轴的尺寸可知 ，所以危险截面在两端的销孔处。又由于该轴工作时主要受扭矩作用，所受的弯矩很小可以忽略。查表销的，查表销的，=（0.131.16）d, =(11.5)d.取=5mm, =30.，最大的切应力T 轴的扭矩 轴的抗扭截面系数d 轴端的直径 销孔的直径所以只要就可以满足要求了。带入数据校核 由下表可知45号刚的在3040之间，由此可知该轴是符合设计要求的。 此外轴类零件除了应满足扭转强度要求外 ，一般还不因由过大的扭转变形。所以应该满足刚度要求，所以该轴是符合要求的，图4所示。图4 动力输入轴5.2 偏心轴的设计 选取轴的材料为45号刚，调质处理。因为有4个偏心距的相同孔与动力输入配合4个孔的排列如图5所示，图5 偏心轴偏心距分别为20mm，25mm，30mm，35mm，可以把这4个孔简化成一个与轴同心的孔，取 =60mm。即可看做是一个空心轴。考虑到是中间要开4个不同的偏心距的孔取d=140mm。由此就可以选择出偏心机构中的滚动轴承了如图6所示。 图6 滚动轴承5.3移动副中主轴的选择 如图7所示图7 移动副主轴 5.4校核进行校核时，通常中校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即危险截面B）的强度。5.5移动副中推力轴承的选择同理由上可知d=50mm，查表选D=95mm，B=20mm。校核如上。具体尺寸如图8所示。图8 推力轴承5.7移动副中滑杆选择 设计有两根滑杆，可以减小拉力，并且可以起到3点固定，保证整个装置的平稳性。选取d=40mm，l=280mm。如图9所示。 图9 滑杆5.8 滑块的选择 取长L=360，宽B=60mm，高H=50mm。具体尺寸如图10 所示。图10 滑块此外为了保证良好的平稳性。轴上零件的周向固定，轴承内圈配合轴均选用H7/p6。5.8传动轴的润滑 在传动轴盖上开个油孔，采用滴油润滑。参考文献1 成大先.机械设计图册.北京化学工业出版社，19972画法几何及工程制图（第四版）.上海科学技术出版社，19973.机械设计.武汉理工大学出版社，20014刘鸿文.材料力学.高等教育出版社，20015汪琪.机械零件设计问题解析.中国致公出版社，19976方昆凡.公差与配合手册（修订本）.北京出版社，19957机械工程手册编委会.机械工程手册（第二版）.机械工业出版社，19958机械设计实用手册.化工工业出版社9 东北工学院机械零件设计手册编写组.简明机械零件设计手册.致谢 最后要谢谢我的导师巴建能老师，在我不会写论文时给我很多指导，帮我复查并且提了很多建议，他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪，让我在写论文时学到很多东西，同时我很快就感受到了设计的快乐并融入其中。其次，我要感谢同班同学对我的帮助和指点，没有他们的帮助和提供资料，没有他们的鼓励和加油，这次毕业设计就不会如此的顺利进行。 此次毕业设计历时三个月，是我大学学习中遇到过的时段最长、涉及内容最广、工作量最大的一次设计。最后，我要感谢机械行业的前辈们，是你们不断的摸索和高超的智慧总结出来的经验给我夯实了学习的基础，在此表示忠心的感谢。21