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摘要
長期以來我國玉米脫粒機主要是以擊打原理對玉米進行脫粒，導致玉米脫粒過程中玉米的破碎率偏高，不僅降低了其價值，也對其生產效率與農民朋友的收入造成很大的影響。針對我國玉米脫?，F(xiàn)狀，對現(xiàn)有玉米脫粒機進行改進設計很有必要。為了降低農民在玉米脫粒時勞動強度、提高工作效率,因設計一款新型的玉米脫粒機，提高玉米脫粒生產效果，具有很大的意義。擠搓式得玉米脫粒機的結構主要是由圓鋼與幅板組成篩選結構，兩圓鋼的間隙大于玉米顆粒，主軸為螺旋葉與脫粒板齒組成結構，工作時，主軸上的螺旋葉帶動玉米做向前的運動，進入脫粒區(qū)域，玉米與板齒之間接觸、玉米與玉米之間接觸、玉米與柵格結構接觸，經過相互之間的擠搓，從而將玉米粒脫粒下來，從而達到玉米脫粒的效果，采取擠搓式的方式，不但對玉米的沖擊力較小，而且能夠使玉米粒的減少損害，因此這種脫粒效果是非?？捎^的，遠遠超過傳統(tǒng)脫粒方式。在設計的過程中，主要用Pro/E進行三維建模、利用ANSYS軟件對玉米脫粒的主軸上的板齒不同角度受力分析，從而設計出一款新型的玉米脫粒機。
關鍵詞：玉米、 脫粒機 、設計、ANSYS
The Design of Corns Threshers
?Abstract: For a long time our corn sheller mainly hitting the principle of maize threshing , corn threshing process leading to high rates of broken corn , not only reduces its value, but also caused great friend to their productivity and farmers' income impact. The status quo of China's corn threshing , corn sheller to improve the existing design is necessary. Corn farmers in order to reduce labor intensity threshing time , improve efficiency, and therefore to design a new type of corn sheller , corn threshing improve production results , has great significance.
?? Corn sheller squeeze rub style structure was mainly composed by a round plate with pieces of screening structure , the gap is greater than two- round corn kernels , spindle spiral leaves and threshing board composed tooth structure , work , spiral leaf spindle drive maize forward motion made into the threshing zone and the contact between the lugs corn , corn contact between corn , corn with a lattice structure in contact with each other through squeezing between the pickup , thereby down threshing the corn grains to achieve corn threshing effect, taken way squeeze rub style , only a small impact on corn and corn kernels can protect damaged , so this effect is much larger than the traditional threshing threshing way . In the design process, mainly used Pro / E for three-dimensional modeling , using ANSYS software to board spindle corn threshing teeth on stress analysis , thus Design a new type of corn sheller .
???
Keywords : corn, thresher , design , ANSYS
目 錄
摘要 ……………………………………………………………………………………………1
Abstract ………………………………………………………………………………………2
第一章引言 …………………………………………………………………………………6
1.1課題的背景…………………………………………………………………………… 6
1.1.1前 言…………………………………………………………………………………6
1.2國內外玉米脫粒機的概況 ……………………………………………………………6
1.2.1國內玉米脫粒機研究現(xiàn)狀 …………………………………………………………6
1.2.2國外玉米脫粒機研究現(xiàn)狀 …………………………………………………………8
1.2.3板齒式與釘齒式脫粒機性能比較 …………………………………………………9
1.3設計主要研究的內容…………………………………………………………………10
1.3.1研究報告……………………………………………………………………………10
1.3.2研究方法……………………………………………………………………………10
1.3.3設計的主要內容……………………………………………………………………10
第二章玉米脫粒機工作原理分析………………………………………………………… 11
2.1玉米果穗的基本物理特性……………………………………………………………11
2.2各種類型的玉米脫粒機的特點分析…………………………………………………11
2.2.1打擊式玉米脫粒機的分析…………………………………………………………11
2.2.2搓擦式玉米脫粒機的結構特點分析………………………………………………12
2.2.3差速式玉米脫粒機的結構特點分析………………………………………………13
2.3擠搓式玉米脫粒機的工作原理………………………………………………………14
第三章擠搓式玉米脫粒機總體方案的確定…………………………………………………16
3.1機構的組成部分………………………………………………………………………16
3.2脫粒機各部分機構設計………………………………………………………………16
3.2.1集料口的設計………………………………………………………………………16
3.2.2脫粒部分的設計……………………………………………………………………17
3.2.3篩選部分的設計……………………………………………………………………18
3.3排芯口的設計…………………………………………………………………………20
3.4下料口和排芯口的設計………………………………………………………………21
3.5脫粒滾筒的設計………………………………………………………………………21
3.6機架部分設計…………………………………………………………………………22
第四章玉米脫粒機相關參數(shù)的確定…………………………………………………………24
4.1電動機的選擇…………………………………………………………………………24
4.2脫粒軸上板齒的轉速…………………………………………………………………24
4.3脫粒機軸的功率………………………………………………………………………25
4.4電動機的轉速…………………………………………………………………………25
第五章帶及帶輪的設計………………………………………………………………………26
5.1 V帶傳動的計算功率…………………………………………………………………26
5.2選定V帶的型號………………………………………………………………………26
5.3確定帶輪的基準直徑并驗算帶速……………………………………………………26
5.4確定傳動中心距和帶長………………………………………………………………27
5.5校核小帶輪包角………………………………………………………………………28
5.6計算帶的根數(shù)Z……………………………………………………………………… 28
5.7確定初拉力……………………………………………………………………………28
5.8傳動輪作用在軸上的壓力……………………………………………………………29
第六章V帶輪的選擇…………………………………………………………………………30
6.1帶輪的材料選擇………………………………………………………………………30
6.2主帶輪結構設計………………………………………………………………………30
6.3從動輪的設計…………………………………………………………………………31
第七章 脫粒主軸的設計……………………………………………………………………33
7.1軸端的最小直徑………………………………………………………………………33
7.2圓柱銷的校核…………………………………………………………………………35
7.3軸上鍵的校核…………………………………………………………………………35
7.4脫粒軸轉矩的計算……………………………………………………………………36
7.5脫粒軸的校核…………………………………………………………………………37
第八章玉米脫粒機的有限元分析……………………………………………………………39
8.1有限元分析的簡介……………………………………………………………………39
8.2 ANSYS的特色功能……………………………………………………………………39
8.3結構靜力學分析………………………………………………………………………41
8.4結構靜力分析流程……………………………………………………………………41
8.5脫粒板齒靜力分析……………………………………………………………………42
8.6脫粒機板齒的建模……………………………………………………………………42
8.7 Workbench創(chuàng)建幾何體………………………………………………………………42
8.8添加材料庫……………………………………………………………………………45
8.9添加模型材料屬性……………………………………………………………………46
8.10劃分網格 ……………………………………………………………………………48
8.11施加載荷與約束 ……………………………………………………………………50
8.12結果后處理 …………………………………………………………………………52
8.13不同安裝傾斜角度的板齒分析 ……………………………………………………54
第九章玉米脫粒機的維護與結論……………………………………………………………60
9.1玉米脫粒機的維護……………………………………………………………………60
9.2結 論 …………………………………………………………………………………61
參考文獻………………………………………………………………………………………62
致謝……………………………………………………………………………………………63
第一章 引 言
1.1 課題的背景
1.1.1 前言
傳統(tǒng)玉米脫粒機是在主軸上安裝釘齒條,在脫粒的過程中，依靠主軸高速帶動幅盤上的釘齒條高速旋轉，對玉米進行攪合和碰撞,從而進行脫粒，但脫粒的效果不好，對玉米顆粒的表面造成傷害，破損率較大。傳統(tǒng)脫粒機的脫粒破損率遠遠超過5%。
近些年，農業(yè)種植政策的改革與玉米品種的改善，南方的一些地方也開始大面積種植玉米，種植玉米主要以家庭經營為主。隨著國家的經濟的發(fā)展和提高，機械化的普及化，小型機械進入農村，從而農業(yè)種植大體也采取了機械化，從而加強農業(yè)的生產效率，同時也降低農民勞動強度，促進國家經濟的發(fā)展，據(jù)2013年農業(yè)經濟報道，我國北方地區(qū)，小麥和玉米等農作物占全國農業(yè)經濟產值的43.5%，同時出口量占全國的32%左右，從一顆種子種植到進入包裝袋這個過程都實現(xiàn)了機械化，從而促進地區(qū)的經濟的發(fā)展，更值得一提的是，農業(yè)機械化的發(fā)展促進機械研制和推廣，特別是對玉米脫粒機的研發(fā)，不管是在玉米脫粒機的使用還是推廣都有著相當可觀的市場，科技的創(chuàng)新開闊了市場。
本次設計介紹一種新型玉米脫粒機的設計和研究，玉米經過剝皮晾干，水分在15%以下的玉米，容易脫粒，玉米經過脫粒機將玉米粒和玉米粒分開，它的工作原理是，玉米通過集料口進入推料區(qū)通過軸上的螺旋葉向前螺旋將玉米移送到脫粒區(qū)域，玉米在板齒與篩板之間擠搓，玉米螺旋的在脫粒區(qū)域旋轉，經過兩個區(qū)域的脫粒，將玉米芯移送到排芯的區(qū)域在排芯板的螺旋攪合，在排芯口安裝了一個制動閥門，當玉米芯沒有一定的量的時候，玉米繼續(xù)呆著排芯區(qū)域進行脫粒，從而達到脫粒完整的效果。當達到一定量的玉米芯的時候，制動閥門就會自動打開排出玉米芯，觀察玉米脫粒的效果，效果不好，調整制動閥門的力度。擠搓式脫粒對玉米的沖擊力較小，對玉米表面的損傷不高，從而提高脫粒的完整性。
1.2國內外玉米脫粒機的概況
1.2.1國內玉米脫粒機研究現(xiàn)狀
根據(jù)農業(yè)機械研究報告，我國農作物脫粒機脫粒裝置按照農作物脫粒裝置分類，分為全喂入和半喂入脫粒裝置兩種類型；全喂入的脫粒機的滾筒主要有：糧食秸稈鼓、 尖刺的鼓型、雙鼓、鼓和軸流風機葉輪；半喂入脫粒裝置主要是以弓齒滾筒式，工作的時候，將作物的莖稈基部夾住，蕙頭的上部進入脫離裝置，這種脫粒裝置一般用于脫水稻。根據(jù)結構被劃分成長短，半雙工和全雙工的三種形式，軸向流類型玉米脫粒機按滾筒的形式分為水平和垂直的軸向流。
玉米脫粒機的主要工作種類原理有：沖擊原理、梳刷原理、揉搓原理、輾壓原理；目前，我國常用的脫粒方式是沖擊脫粒，由一定的速度脫粒軸對谷物進行脫粒。例如使用農業(yè)打谷釘齒式滾筒的脫粒機，主要就是利用沖擊式的原理來進行脫粒的，此外還有擠搓式脫粒就是利用玉米果穗與脫粒滾筒相互之間的摩擦，以及果穗與果穗之間的摩擦，從而達到脫粒的效果。例如，手搖旋轉式玉米脫粒機以及玉米脫粒機螺紋桿式的玉米脫粒機如圖（2-1），主要是利用摩擦原理來脫粒的。
圖2—1紋桿式玉米脫粒裝置
1 紋桿滾筒 2 柵格凹板
目前在國內市場中，受到最多消費者青睞的機型是沖擊式的玉米脫粒機。以3TC-5型號玉米脫粒機為例。工作原理采用釘齒對玉米穗和顆粒慣性損失與玉米棒連接是玉米脫粒的影響。釘齒滾筒在旋轉運動的情況下，玉米脫粒機滾筒的釘齒頂部與玉米果穗接觸，玉米果穗與凹板相互接觸產生擠壓摩擦，從而實現(xiàn)脫粒。
脫粒結構：沖擊式玉米脫粒機主要是由釘齒滾筒和凹板組成的。滾筒上的釘齒按照螺旋排列成排固定在釘齒條上，用螺母旋緊再用焊接的方式加以固定可靠。根據(jù)《農業(yè)機械設計手冊》得知滾筒上的釘齒的外緣速度一般為6~12m/s,滾筒的直徑一般為240~500之間，凹板有孔洞和柵格條兩種方式，凹板的包角一般為120度到180度之間，一般凹版上裝有導向板，從而實現(xiàn)導向運動。
工作過程：果穗進入集料口后，被滾筒上的釘齒沖擊，果穗與凹板的接觸摩擦，從而實現(xiàn)脫粒；使用凹版過濾出玉米雜質和玉米粒的玉米，玉米芯利用軸向力排出。
如圖2-2所示
圖2—2釘齒式玉米脫粒機結構圖
1.2.2.國外玉米脫粒機研究現(xiàn)狀
擠搓式玉米脫粒機：常用的是國外在玉米脫粒機、應用了一種模仿人動作的技術，以實現(xiàn)機器代替人工的一項原則軋制玉米。其特點如下：一是為了保證機器的運行時對玉米粒產生較小的傷害，因為機器所運行時滾筒軸的轉動速度設計得較慢；二是該機器是被使用的范圍較廣，它能對含水率范圍在16%~27%的玉米進行較好的脫粒。三是脫粒機可以通過篩選機構篩選玉米粒，玉米芯則推送到排芯區(qū)排出分離，玉米須，皮從風口排出，脫凈率高，潔凈率高，但玉米粒損失少。 板齒式玉米脫粒機：是盛行于歐美地區(qū)，由美國AEC group公司研發(fā)最普遍被應用的一種玉米脫粒機。
以TY-17型的玉米脫粒機為例子。
（1）工作原理：板齒式玉米脫粒機運用了計搓脫粒的原理，運用仿生的手段，模仿手搓玉米使玉米與玉米棒棰分離的方法進行脫粒，在脫粒區(qū)域間，因為板齒焊接在空心軸上形成適合脫粒的夾角，所以玉米果穗可以向上下和前方運動，兩側和底部的柵板來回摩擦，從而實現(xiàn)玉米脫粒效果
（2）結構特點：板齒式脫粒機機構中脫粒效果的機構主要由板齒式滾筒和柵格凹板組成。平板齒比較寬，焊接在滾筒上成一定的角度。板齒的種類分為平板齒和冠狀板齒兩種類型，在滾筒上按照螺旋排列，脫粒機脫粒軸上的板齒線速度≤4m/s；凹板為柵格圓鋼，分布于左、右、下，在三個方向，包角為90°，在脫粒機中起到擠搓和拍板的作用。
（3）玉米果穗通過集料口進入進料區(qū)，在滾筒的作用下，進行螺旋推送運動，與滾筒上的板齒相互旋轉攪動，箱體內的果穗通過板齒旋轉無規(guī)則的攪動，攪動的期間與板齒相互接觸，同時也和柵格凹板相互接觸，果穗與果穗之間的接觸玉米果穗在箱體內做螺旋推進運動，被板齒脫落下來的玉米顆粒順著傾斜滑板排出機外，未脫粒完成的玉米芯繼續(xù)脫粒，最后排出機外。
圖2-2擠搓式玉米脫粒機
1.2.3板齒式與釘齒式脫粒機性能比較
1) 釘齒式玉米脫粒機的滾筒速度運行在為7~10m/s，如果超過10m/s速度值，對玉米果穗的損耗直接超過平板齒的脫粒效率，直接影響玉米市場的經濟效益。。
2) 通過實驗的分析，玉米含水率在13~20%范圍內，如果使用板齒式與釘齒式的脫粒機，兩者的脫粒效果不分上下，當玉米的水分含量達到20 ％ ，并且釘齒式脫粒機脫粒，顯著降低了很多，但板齒式脫粒機脫粒的效果略有減少。
3) 板齒式脫粒機與釘齒式脫粒機相對比結構上緊湊，但生產脫粒的效果比釘齒式的好。
4) 板齒式脫粒機具有高凈率低破碎率和低功耗的優(yōu)勢，將通過種子企業(yè)的認可越來越多，有很大的市場需求。
1.3設計主要研究方法
1.3.1研究報告
設計一款新型的玉米脫粒機，主要是提升脫凈率，降低破碎率來改善傳統(tǒng)玉米脫粒機的性能，拋棄舊式的釘齒滾筒的使用，采用國外普遍使用的板齒式脫粒機，由于板齒與脫粒軸形成一定的角度，在脫粒箱體內既可以向上、向下運動，還有軸向排出玉米芯的功能，在脫粒的過程中玉米與板齒接觸，玉米跟凹板相互接觸摩擦，從而實現(xiàn)玉米脫粒，再經過凹板篩選，玉米芯和玉米粒從不同的出口排出。
技術要求：
生產率：2000~3000千克/小時；
脫凈率＞98％；
破碎率＜5%；
1.3.2研究方法
查閱各種相關的脫粒資料，對各種脫粒原理進行比較分析，最終決定采用板齒式的脫粒裝置，玉米經過柵格凹版進行篩選，玉米芯受到板齒傳動排出機外，經過這個工作過程來確定大體設計機構，對總體結構的設計分析最后確定最佳的設計方案，
1.3.3設計的主要內容
對玉米脫粒機整體的設計，確定機構的總體布局及結構方案。編寫說明書對傳動系統(tǒng)、機身結構、繪制零件圖、修改圖紙及論文等。
第2章 玉米脫粒機工作原理分析
2.1玉米果穗的基本物理特性
玉米中含有大量的營養(yǎng)保健物質，在德國營養(yǎng)保健協(xié)會，經過試驗研究的數(shù)據(jù)表明，玉米所含的營養(yǎng)價值在其他的食品當中含量最高，對人類保健效果最好，玉米果穗形狀為圓錐狀的，屬于規(guī)則的物理形式，根據(jù)《農業(yè)機械設計手冊》得知玉米粒的物體流動力學特性可以知道玉米的修正系數(shù)為2.11臨界速度為9.8-14m/s,玉米屬于散裝式物料，在鋼板上滑動摩擦角為20度在木板上22度，休止角為29度到35度，其綜合特性系數(shù)為0.0558，玉米的容積質量為0.65-0.78,充滿系數(shù)為0.2-0.4結構如圖2-1
圖2-1玉米結構圖
2.2各種類型的玉米脫粒機的特點分析
2.2.1打擊式玉米脫粒機裝置機構的分析
打擊式原理的玉米脫粒機設計，主要是由釘齒或者螺紋桿對玉米果穗進行反復的擊打，玉米受到釘齒的擊打，產生震動和受到慣性的力致使從玉米芯失去連接，經過釘齒打擊玉米粒就脫落下來，從而實現(xiàn)脫粒的效果，這種原理主要是利用打擊的方式和擊打的方式，玉米表面受到傷害較大，玉米脫凈率高、生產的效率高。打擊原理與普通的脫粒機相比較，沒有特別的區(qū)別，按照滾筒的機型的類別可以分為紋稈式脫粒機，釘齒式脫粒機，據(jù)農業(yè)報告可知，紋稈式玉米脫粒機受到國內外大企業(yè)的青睞，因為脫粒的效果好，與釘齒式的玉米脫粒機脫粒效果相對比紋稈式玉米脫粒機對玉米顆粒的損傷小，紋稈式的脫粒裝置大體和釘齒式得裝置差不多，但紋稈式一般采用臥式結構，結構形式比較單一，與釘齒式的裝置主要區(qū)別在紋稈上的螺紋有兩種類型，螺紋的主要目的是增加摩擦力高脫粒的效果，使玉米果穗與其有更好的接觸。與釘齒式脫粒機相對比，紋稈式脫粒機雖然脫粒的效果好，生產率高，分離果穗的能力強，但結構形式相對單一，消耗的功率高，對于水分含量較高的玉米果穗脫粒效果差，在我國廣大的農村和中小型企業(yè)應用相對小。
2.2.2搓擦式玉米脫粒機的機構裝置分析
搓擦式原理的脫粒機，主要是通過玉米果穗與脫粒機構裝置所產生的摩擦，還有果穗與果穗自己的摩擦，果穗的脫粒效果跟摩擦力的大小有很大的影響。摩擦力的增大致使玉米脫粒的效果好，但超過一定的數(shù)值時，會造成玉米粒的表面擦傷，或者脫殼，脫粒機構的表面粗糙程度與兩者之間的間隙直接影響著摩擦力的大小，這樣原理的脫粒機，脫粒效果好，玉米芯斷比較少，潔凈率高，其與打擊式脫粒機脫粒的效果的相比較，擠擦式得破碎率低，但排芯口的所排出的玉米顆粒比較多。
該裝置結構圖為2-2主要是由錐齒輪、小齒輪、頂搓齒、離凈盤組成的。脫粒工作區(qū)域主要由螺旋錐齒輪和凸邊緣的角度支持，包括與釘齒和頂搓齒。在使用該機構裝置可以調節(jié)頂搓齒背后的彈簧來調整脫粒區(qū)域的大小，離凈盤自動拉動玉米果穗，玉米穗脫粒按從上到下進行脫粒。?脫粒、 錐齒輪和從該點的不同方向的大小進行摩擦，玉米果穗脫粒生產中產生自轉，錐齒輪、支撐舌和脫離盤上之間也對玉米果穗產生的摩擦力，玉米果穗從上往下依次進行脫粒從而達到脫粒的效果，脫下來的玉米粒經過脫離盤旋轉排出機外，夾帶的雜質通過風機清選，從機架的底部收集干凈的玉米粒。本機是破碎的玉米芯比較小，破碎率低，凈關率高，操作簡單方便，性能穩(wěn)定可靠，脫粒機的內部裝置緊湊，但緊固耐磨，使用比較方便，但生產效率低不大適合大型企業(yè)所使用。該機的結構簡圖2-3
圖2—2 搓擦式脫粒機構
1 錐齒輪 2 小齒輪 3 頂搓齒 4 皮帶輪 5 離凈盤
2.2.3差速式玉米脫粒機的機構分析
差速式玉米脫粒機主要是利用是橡膠制成的輥子，其轉速方向一樣，但之間存在速度差所組成的脫粒機。它可以采取了的撕掉玉米皮、 玉米籽粒仿照被手擦掉、 可以脫粒容納 含有25%水分或更少玉米粒，不受水分的影響，玉米穗的破碎率很低，脫粒機的脫凈率很高，但生產的效率很低，第一個輥子叫壓力輥，它的功能：1）是可以脫粒，2）可以對不同規(guī)格的玉米果穗進行調節(jié)，它的表面帶有橡膠的螺紋條，致使其與玉米之間產生摩擦力，另外一個協(xié)助輥，起到協(xié)助支撐的作用，三個輥形成一個錐形狀空間，協(xié)助另外兩個輥將玉米果穗脫粒。第三輥稱為脫粒滾筒輥、 表面和其他兩個卷不是相同的它的表面由組成幾個深錐花的圖案主要用來提高玉米脫粒機的能力，三個輥相互之間形成一定的角度，在三個差速輥上對玉米產生摩擦力上，圍繞旋轉軸玉米的動作，依靠自身重力從底部依次脫粒頂部，依靠對玉米的切向力脫粒滾筒，脫粒輥在相互擠搓的摩擦下將玉米粒脫下來，將玉米芯推送到機外，這種機型結構簡單，操作方便，脫凈率高，但生產效率低，不適合企業(yè)使用，只適合單個果穗脫粒的使用。2-3其結構簡圖
圖2—3 差速式脫粒機構圖
1 玉米果穗 2 脫粒元件
2.3玉米脫粒機的工作原理
擠搓式玉米脫粒機凹板主要由圓鋼管與機體內的薄板焊接而成的，兩圓鋼之間的間隙大于玉米粒的寬度，主軸利用采用實心軸并在軸面上依次螺旋焊接板齒，脫粒的板齒分為帶冠板齒和平板齒，兩板齒相互之間組合脫粒，在工作時主軸上的速度通過主軸上的從動輪減速，帶動著滾筒旋轉，在主軸的開頭端焊接雙向螺旋葉片，在工作在狀況下，玉米果穗進入進料區(qū)，既受到向前、向上、下運動，在運動的過程中玉米果穗與左右兩邊的柵格，還有底部的柵格相互之間揉搓，并使果穗上的玉米粒脫落掉，玉米果穗在受到板齒的撞擊不是很大，對玉米籽粒損傷軟、 小損害。
在脫粒機的箱體內的脫粒區(qū)，脫粒軸上板齒效仿人用手擠扣玉米果穗，被扣掉一點的玉米果穗繼續(xù)在脫粒區(qū)受到脫粒滾筒的不斷旋轉沖擊，由于板齒與傳動軸之間形成一個角度，致使玉米果穗朝著排芯口推動，把板齒頂部設計三個凸起的齒，在脫粒的過程中就像就竹簽扣頭部玉米粒擠掉。致使玉米果穗順利脫粒。
其結構簡圖2-3
圖2-3擠磋式玉米脫粒機部分結構圖
第三章 擠搓式玉米脫粒機設計的確定
3.1機構的組成部分
擠搓式玉米脫粒機主要組成的機構有：集料口、從動帶輪、主動輪、電動機、下料口、柵格板、軸承座、排芯口、下料口、脫粒軸、脫粒倉等部分組成。如圖3-1所示。
3-1整體結構圖
3.2脫粒機各個部分機構設計
3.2.1集料口的設計
集料口位于上箱體頂部與其相焊接，采用2mm厚，材料為Q235的鋼板焊接而成的，晾干剝好皮的玉米果穗就從集料口進入推料區(qū)域，在集料區(qū)的玉米果穗受到螺旋葉的推送，螺旋推送到脫粒區(qū)進行脫粒。結構如圖3-2
圖3-2進料口
玉米果穗通過集料口被裝進去，通過集料口玉米果穗直接進入箱體,是脫粒機重要的部件。它的功能就是把玉米集中起來將玉米放入機體內，在放玉米的同時也保證了人身的安全避免造成事故的發(fā)生，在工作的旋轉時，玉米芯或者玉米粒不會飛濺出來對工作人員的傷害，也保證了脫粒的質量，如果放入的方式不對，不利于主軸的運動，對機體產生副作用，在電動機轉動的同時，從動輪子轉動驅動，有時會瞬間增加負載增加時，彎曲應力，扭轉應力，還造成加速的上齒板的磨損和疲勞老化。集料口的設計的不但就造成箱體內的玉米果穗過多，造成脫粒軸的卡死，直接影響電動機的使用。對于造成玉米脫粒機的損壞。經過周全的考慮，在脫粒軸的開頭端，設計螺旋機構，致使玉米果穗順利進入脫粒區(qū)。降低箱體內玉米芯的堵塞，造成脫粒軸和電動機的損害。
3.2.2脫粒部分的設計
脫粒部分主要是玉米果穗經過集料口，掉入脫粒滾筒內，脫粒軸通過從動輪帶動，玉米果穗經過螺旋機構的推進，致使玉米果穗進入脫粒區(qū)域，經過平板齒和冠齒進行脫粒，脫粒下來的玉米粒通過下料口排出，玉米芯通過脫粒軸推進排芯區(qū)，排芯區(qū)上的制動閥，當擠滿很多的玉米芯時候才可以排出。
2-3脫粒部分整體結構圖
脫粒部分使用2mm厚，材料為Q235的鋼板、5mm厚，材料為Q235的鋼板等焊接而成的。
脫粒部分主要由：脫粒軸、柵格凹板、制動閥、下箱體、左右支板組成，其結構尺寸為L×B×H=1139×550×565mm如圖2-3
3.2.3篩選部分的設計
在脫粒機內，玉米果穗通過脫粒軸上的板齒、冠齒和焊接在下箱體的凹板之間進行脫粒，將脫粒下來的玉米粒通過柵格凹板下滑到下料口，通過下料口的傾斜滑板將玉米粒排出機外，在箱體內的玉米芯經過焊接在脫粒軸上的板齒產生螺旋推力將玉米芯推送到排芯的區(qū)域，通過排芯口排出機子外。如圖所示3-2
3-2篩選部分結構圖
在玉米脫粒的過程中，脫粒軸與柵格凹板緊密的配合，直接關系玉米脫粒的質量，是脫粒機中重要的組合部件。脫粒機機中的柵格凹板具有兩個重要的功能：第一：玉米脫粒后，玉米粒通過凹板縫隙漏到下料斗，玉米芯經過脫粒軸旋轉力把玉米芯排出機外，第二：柵格式凹板主要使用兩根圓鋼直徑為12mm，相互之間形成一定的間隙，間隙為13.5mm，縫隙的作用可以把玉米卡在這個縫隙之間上，從而使脫粒板齒與玉米迅速接觸、從而達到脫粒的效果。
脫粒機中柵格凹板主要有48根圓鋼直徑為12mm，其中圓鋼的長度分別為238mm、868mm、1108mm，根據(jù)《農業(yè)機械技術手冊》得知滾筒與凹板之間的距離在90~120mm之間，所以柵格凹板的直徑為290mm，柵格板利用三個厚2mm、直徑為498mm幅盤組成，之后焊接固定在下箱體上，脫粒機中柵格板整體結構主要有兩種類型：O型和U型如圖所示3-3
O型柵格凹板 U型柵格凹板
3.3排芯口的設計
脫粒滾筒把脫粒未脫完整的玉米芯和完全脫粒完成的玉米果穗推送到排芯區(qū)，當排芯區(qū)未脫完整的而玉米果穗，被制動閥壓住無法排出，當排芯區(qū)積累一定量的玉米芯的時候，制動閥才可以打開，這樣的好處是：使玉米脫粒機的脫凈率得到保證，但脫凈率不夠的時候，適當?shù)恼{節(jié)制動閥的力度以保證玉米脫粒的效果。如圖3-3所示
圖3-3制動閥的結構圖
3.4脫粒機下料口和排芯口的設計
排芯口采用2mm厚的鋼板焊接而成，主要作用是把排出的玉米芯排放在一起，主要的作用是把的清理玉米芯、雜質與玉米粒分開的作用，與脫粒機的上箱體焊接在一起，其結構如圖3-4
下料口主要是脫粒下來的玉米粒有利于集中排出機外，采用的是2mm厚的鋼板焊接而成，下箱體與其焊接其結構如圖3-4
圖 3-4 排芯口 下料口
3.5脫粒滾筒的設計
脫粒滾筒是玉米脫粒機當中最重要的機構，它決定著玉米脫粒的好壞，在脫粒軸的表面螺旋焊接著帶冠的平板齒和平板齒，它們相互之間交替成一定的角度焊接在脫粒軸上，致使玉米果穗在玉米滾筒的作用下可以向前螺旋運動，達到脫粒效果。
玉米脫粒機的脫粒軸總長度為1310mm，滾筒的直徑為190mm。箱體中玉米脫粒區(qū)總長度為640mm，排芯區(qū)總長為230mm，推料區(qū)總長為230mm。脫粒軸主要采用空心軸與兩個軸頭利用圓柱銷相連接在一起，空心軸的好處：減少材料，增大空間，當傳動軸傳遞扭矩時，從徑向截面?zhèn)鬟f到看到外面的有效彎矩較大的地方。當尋找所需傳遞大扭矩轉矩需要與軸徑相比較。由于在軸心部位傳遞力矩的作用較小，所以一般采用空心的，以減少轉軸的自重。其結構簡圖3-6
圖3-6脫粒滾筒結構圖
3.6機架部分設計
機架是玉米脫機的支撐部件，規(guī)格為L×B×H分別為：1480×500×550；是安裝動力源的機構，機架的作用是承受著脫粒機施加的重力，動力，震動和箱體與凹板之間的沖擊力，機架在脫粒機中起到定位安裝、支撐的作用，選擇5毫米厚的角鋼焊接制成，防止在工作運行中由于機器產生的震動對工作人員的人身傷害。其結構圖3-5
圖3-6機架
第四章 玉米脫粒機構件相關參數(shù)的確定
玉米脫粒機主軸上有八個平板齒和八個冠狀平板齒，它們均為螺旋排列成一定的角度均勻的排列在空心軸上，將已脫粒完的玉米芯排出機外，脫粒滾筒板齒的直徑為190mm，脫粒軸上滾筒板齒平均均為寬為80mm，高為45mm、厚為10mm。如圖4-1板齒
圖4-1脫粒板齒
4.1電動機的選擇
參考HT-6擠搓式玉米脫粒機，其板齒寬度為110mm，受均布載荷138N；這次設計擠搓式玉米脫粒機滾筒上的平板齒寬度為80mm，所以由參考的型號可以知道每個板齒受到玉米沖擊大約為98N，脫粒軸上焊接著24個平板齒，平均每個平板齒對玉米受力98N，當玉米脫粒機正常工作時，主軸上的平板齒在快速旋轉。因此在玉米脫粒機正常運行所產生的切向力為98×8×2=1568N,也就是玉米脫粒機正常運行時，脫粒滾筒所產生的切向力為1568N。
其中： N--為冠狀平板齒所受到的力
M—參與脫粒滾筒上的平板數(shù)
Z--工作時參與的齒條數(shù)
4.2脫粒軸上平板齒的轉速
根據(jù)《農業(yè)機械設計手冊》書中提到可知，玉米脫粒滾筒的轉速一般為，當玉米脫粒機的脫粒軸在旋轉運行時，板齒隨著滾筒的旋轉也參數(shù)相應的速度。
即，
其中：—板齒滾筒的轉速
—脫粒機主軸的轉速
—滾筒的直徑
故該機符合要求
4.3脫粒機主軸的功率
玉米脫粒機運行中脫粒軸所需要的功率為，脫粒機中的脫粒軸受到工作阻力和旋轉參數(shù)進行求解，即：，
通過電動機功率的公式可知并計算，脫粒機總體傳動裝置的總效率為，及每個部分運動副之間效率的乘積所確定的，即 ，其中每個傳動副的效率分別為、、，選擇脫粒機部件之間傳動副的效率值如下：
滾動軸承（每對）0.98～0.995 即取 =0.99
V帶傳動 0.94～0.97 即取 =0.97
脫粒滾筒（板齒焊接在脫粒軸上） 即取 =1
則
由此可得電動機的功率：
4.4電動機的轉速
通過《脫粒機》書中的相關數(shù)據(jù)得知，玉米脫粒軸的轉速一般在270～420之間，按照《機械設計指導》書中推薦參考傳動比例， V帶的傳動比范圍在2～5之間，就可以符合電動機與脫粒軸之間的轉速適當配合，所以選擇電動機轉速范圍，可以選擇符合這個條件的有Y132M1-6型號電機。
第五章 帶及帶輪的設計
在玉米脫粒機工作旋轉運行中，電動機與主軸采用帶輪與V帶之間的傳動，從而達到傳動效果 玉米脫粒機在旋轉的操作中，傳動皮帶 V 是靈活、 彈性，可以減輕影響，吸收震動，從而讓玉米脫粒機運行中平穩(wěn)，噪聲小，過載時將引起打滑，保護機器等優(yōu)點，雖然會有過程中的兩個驅動器之間的一些摩擦，使二者的相對運動，使驅動相對不精確，但不影響玉米脫粒機的傳動，傳送帶的整體結構簡單，具有一定減輕震動的能力，能在大軸距間和多軸間傳動，成本低，不需要潤滑，維護簡單，便于安裝。因此，V帶與帶輪相互配合的傳動是在電機與玉米脫粒之間選擇是比較合理的。
傳動參數(shù)是用來確定帶輪與V帶選擇的，然后確定V帶的類型、長度和根數(shù)，確定帶輪使用的材料，結構和輪子大?。ㄝ唽挾群椭睆?，槽和槽的尺寸，數(shù)量等）兩輪之間的中心距，在軸上承受帶輪所施加的壓力。
5.1 V帶傳動的計算功率
根據(jù)《機械設計手冊》書中相關圖表9-7得知， 機器運行的工作情況系數(shù)：
其中：一計算功率（)
—工作情況系數(shù)
—傳遞的額定功率（)
5.2選定V帶的型號
據(jù)計算功率5.5kw和主動輪轉速n1=340r/min，通過《機械設計手冊》書中的圖9-8的普通V帶選型圖，初步可以得知V帶的大體型號選擇普通的B型V帶。
5.3帶輪基準直徑的確定以及帶速的驗算
（1）初步選擇主動輪相關參數(shù)，其基準直徑：通過《機械設計基礎》書中相關參數(shù)圖表，可知選擇V帶的型號相當合適，參考表9—6，選取。
（2）計算V帶的速度V：
介于～的范圍內，所以選合適。
傳動比的計算
（3）計算從動輪的直徑
根據(jù)《機械設計手冊》相關數(shù)據(jù)圖表可以知道帶輪的具體參數(shù)要取整，所以取=355mm
5.4確定傳動中心距和帶長
取
即：
得：
?。?
計算帶長 ：
即：
得：
通過《機械設計手冊》當中表9-2的相關參數(shù)可以得知，選取帶的標準長度為=1800mm
實際的中心距按公式得
求得 ：
中心距的變動范圍為mm。故中心距符合要求。
5.5脫粒機帶輪包角的校核
=180°-(D2-D1)*57.3°/
=180°-（355-125）*57.3°/524
=157.1°＞120° 滿足V帶傳動的包角
5.6計算帶的根數(shù)Z
計算單根V帶的具體額定功率
分別查表9-5及9-2可得Ka=1，KL=0.75
故有(1.67+0.25)×1×0.75KW=1.44kw
計算V帶根數(shù)Z
取4根
5.7確定初拉力
確定初拉力F0查表9-1得B型帶單位長度質量q=0.17kg/m故
其中q---傳動帶單位長度的質量，單位：
即
5.8 傳動輪作用在軸上的壓力
即
求得：
第6章 V帶輪的選擇
6.1 帶輪的材料選擇
帶輪的轉速 v=6.28 m/s ，即 v＜20 m/s ，轉速較低，材料可選 HT200
6.2主帶輪結構設計
主動輪的設計主要依據(jù)從動輪的直徑及相關參數(shù)的確定，來確定帶輪的結構設計，從三角帶的型號來確定帶輪槽的參數(shù)，具體設計如下： 主動帶輪的選擇：根據(jù)主動帶輪的結構直徑已經確定為，電動機軸與主動帶輪相配合的直徑為，依據(jù)相關經驗公式～，確定主動帶輪采用實心式。帶輪其它參數(shù)的選擇：根據(jù)《機械設計實用手冊》可知，主動輪的主要結構參數(shù)，具體的參數(shù)見表所示，由經驗公式可以計算出其他的相關參數(shù)。
主帶輪的結構參數(shù) 單位（mm）
帶的型號
bd
f
h
e
lp
DP
a
B
14
11.5
16
19
14
125
38
17.4
主動輪的厚度由計算公式
厚度B為：B=(Z-1)e+2f=3×19+2×11.5=80mm
主動輪的結構如圖6-2
圖6-2主動輪機構圖
6.3從動輪的設計
從動帶輪結構設計的選擇，主要依據(jù)主動帶輪的基準直徑，以及傳動系統(tǒng)的傳動比來確定，即 ，，所以從動帶輪同樣采用腹板式。
從動帶輪的參數(shù)選擇：根據(jù)《機械設計實用手冊》查詢，由表可知帶輪具體的結構參數(shù)，由經驗式可以計算出其他相關參數(shù)與尺寸。
從動帶輪的結構參數(shù) 單位（mm）
帶的型號
bd
f
h
e
lp
DP
a
B
14
11.5
16
19
14
250
38
17.4
從動帶輪的厚度B
B=(Z-1)e+2f=3×19+2×11.5=80mm
從動帶輪的結構如圖6-4
圖6-4從動帶輪的結構
第7章 脫粒主軸的設計
在玉米脫粒機構中最為核心部位的部件為脫粒軸，在工作運行中脫粒軸主要承擔著彎矩、轉矩、和支撐軸上的旋轉零件。在工作時，脫粒軸瞬間受到很大的沖擊力，由于頻繁的沖擊，對脫粒軸的設計是一個很關鍵的一步，軸的設計應滿足下列幾方面的要求：在結構中必須合理受力，盡量避免或減少應力集中，足夠的強度 (靜強度和疲勞強度)，必須的剛度，特殊情況下的耐腐蝕性和耐高溫性，高速軸的振動穩(wěn)定性及良好的加工工藝性，有利于軸上零件的相互定位，可靠，適當裝配與裝拆的方便等。
軸的主要作用是：1）安裝在軸上的回轉零件，能準備實現(xiàn)其軸向定位；2）承接傳遞軸上所產生的作用力，根據(jù)玉米脫粒機的工作形式與工作的狀態(tài)和裝配特點。根據(jù)玉米脫粒機結構要求和環(huán)境、 玉米脫粒軸傳遞的直梯軸軸的窗體中的使用，由于滾筒的直徑要求比較大，中間部門采用空心軸與兩端的實心軸直徑用圓柱銷相互配合，再焊接牢固可靠，使用的空心軸的好處：減少材料，增大空間，當傳動軸傳遞扭矩時，從徑向截面?zhèn)鬟f到看到外面的有效彎矩較大的地方。當尋找所需傳遞大扭矩轉矩需要與軸徑相比較。由于在軸心部位傳遞力矩的作用較小，所以一般采用空心的，以減少轉軸的自重。
7.1軸端的最小直徑
軸抗扭強度計算確定軸端的軸的直徑，由經驗公式：
其中：—軸常用的幾種材料的的值
—主軸上的傳遞功率
—主軸上的轉速
軸上使用的材料可以在《機械設計手冊》中可以查得，選取45號鋼來調質處理，，取，可得
軸的開端安裝帶輪，初步估算軸的直徑，將計算值圓取整后做軸的最小直徑，當截面上有鍵槽時，有一個鍵槽軸徑增大5%~7%,從而增加軸的直徑尺寸，提高軸的工作強度。
即
將其取整：
軸的輸出端的直徑主要為了帶輪相互配合，所以用輸出端的軸徑為40mm,根據(jù)《機械設計手冊》查得從帶輪的的直徑為63mm那么這段軸的直徑為40mm，長度為58mm，為了在使用的過程中帶輪與軸相互配合在軸一端增加螺紋，以便使用大螺母把它們旋緊其結構如圖7-1：
如圖7-1端軸頭的
圖7-2 軸的整體設計
7.2圓柱銷的校核
為了使實心軸與空心軸相互配合鏈接，采用直徑為10mm的圓柱銷與其鏈接在一起。
計算圓柱銷的工作剪力：
剪切面面積為：
銷軸的工作應力為：
所以圓柱銷符合剪切強度要求，故安全。
7.3軸上鍵的校核
由于軸的開端段長為58mm選用圓頭普通平鍵（A型）
按軸的直徑d=40mm,及帶輪寬，據(jù)文獻得鍵的鍵寬b鍵高h為，長度的鍵。
強度校核
鍵的使用材料為45鋼，V帶輪使用材料為鑄鐵，根據(jù)查表可知鍵聯(lián)接的許用應力
鍵的工作長度
擠壓應力：
7.4脫粒軸轉矩的計算
1）求脫粒軸轉矩
根據(jù)公式： 求得
其中：—電動機的額定功率
—主軸的轉速
即：
軸頭的載荷
由靜力方程
解得支反力為 1699.618N
軸的載荷分析圖
7.5脫粒軸的校核
通過校核，正常情況下只有承擔最大的彎矩的強度需要校核，也就是A危險截面的強度。下表的數(shù)值結果是根據(jù)經驗公式計算得出的。
載荷
垂直面V
支反力F
=1699.618 =-114.21
剪力
=1681
彎矩 M
M=1.311
扭矩T
T=1.429
公式 ：
式中 ： —軸的抗彎拋面模量，
—軸的許用應力，。按軸實際所受彎曲應力的循環(huán)特性，在、、中選取其相應的數(shù)值，從《機械設計實用手冊》可以查出。
按《機械設計實用手冊》書中查得，對于的碳鋼，所以 ， 故安全。
第八章 玉米脫粒機的有限元分析
ANSYS作為全球知名的大型CAE分析軟件，ANSYS自20世紀70年代誕生以來，隨著世界信息技術和有限元理論的高速發(fā)展，在各個領域得到了高度的評價和廣泛的應用。與迅猛發(fā)展的計算機技術，到各種工程軟件也已廣泛應用。ANSYS軟件軟件對其多物理場耦合分析能力成為主流軟件的應用，得到了越來越廣泛的應用于工程分析。
8.1有限元分析的簡介
在任何場合，ANSYS為這些場合提供了廣泛的仿真解決方案，這些方案對設計過程中提供了虛擬的仿真環(huán)境。全球的諸多組織都相信ANSYS為它們的工程仿真軟件投資帶來最好的價值。ANSYS 軟件是大型通用有限元分析軟件、 金融結構、 流體、 電場、 磁場、 聲場分析于一體。它的組成是由全球最大仿真有限分析軟件之一的美國ANSYS公司開發(fā)，能與多種建模軟件兼容，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享化與替代。
軟件主要包括3個部分：預處理區(qū)域，分析計算區(qū)域和后處理區(qū)域。
（1） 預處理模塊提供了功能強大的建模和網格劃分工具，用戶可以方便地構造有限元模型。
（2） 分析計算模塊包括結構分析，（線性分析、非線性分析和高度非線性分析）、流體動力學分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的耦合分析，可模擬多種物理介質的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力
（3） 后處理模塊可以使用顏色來計算輪廓顯示、 顯示、 顯示、 粒子梯度矢量流可視化顯示、立體部分顯示器，透明和半透明顯示（見圖表顯示的內部結構），可以通過圖表、曲線表示計算結果的輸出。
8.2 ANSYS的特色功能
ANSYS 的特色功能如下
（1） 前后處理。
1）雙向參數(shù)互動的CAD接口：
2）智能網格生成器；
3）各種結果的數(shù)據(jù)處理：
4） 各種結果的圖形及動畫顯示；
5） 全自動生成計算報告。
（2） 線性、非線性靜力分析
1)非線性分析;
2） 幾何非線性分析能力；(大變形、 高應力的壓力淬火、 軟化、 旋轉壓力增強的負載）；
3） 材料非線性 （近 70 種非線性材料本構模型，包括彈性塑料、 超彈性、 非彈性、 巖石和混凝土、 擴大材料、 密封材料、 鑄鐵等）；
4） 非線性單元稱為邊界/狀態(tài)；
5） 高級聯(lián)系單位 (點接觸點跨接觸，只撫觸上所有東西軟，軟對軟表面接觸、 線性接觸 (MPC) 等支持大滑移和摩擦模型，多場耦合接觸)
（3） 其它非線性單元（旋轉鉸接單元，彈簧阻尼器單元，殼單元）
（4） 動態(tài)分析能力屈曲分析 （線性屈曲、 非線性屈曲，圓對稱屈曲分析）
（5）高對稱性分析（模態(tài)循環(huán)對稱分析，環(huán)狀對稱的結構，軸對稱，平面對稱和反對稱的靜態(tài)分析）。
（6） 斷裂力學分析 (應力強度因子、 J 積分、 裂縫提示能量釋放率)通用疲勞分析
（7） 結構熱分析
1）熱傳導的穩(wěn)定溫度場，熱對流，熱輻射
2） 瞬態(tài)溫度場（熱傳導、熱對流、熱輻射、相變）；
3） 管流熱耦合；
4） 支持復雜熱載荷和邊界條件；
5） 非線性特性（接觸傳熱、非線性材料）
（11） 耦合場分析部分及其他功能。
1） ?靜態(tài)流體 （液固耦合分析的靜態(tài)和動態(tài)分析）。
2） 聲學分析（聲波在各種聲學介質中的傳播、聲波的反射和吸收（遠場）
3） 耦合場分析
（12） 設計優(yōu)化算法
（13） 擴普優(yōu)化：擴普形狀優(yōu)化、擴普頻率優(yōu)化。
（14