延邊大學(xué)本科畢業(yè)論文（設(shè)計說明書）摘要農(nóng)作物清洗機是關(guān)于清洗收割后的農(nóng)作物的機械，是農(nóng)業(yè)自動化加工的重要器械之一。為了實現(xiàn)高效率、全自動地清洗農(nóng)作物，設(shè)計一種鏈板式的傳送帶氣泡清洗機，以便于后續(xù)的加工與流水線作業(yè)。本設(shè)計基于農(nóng)業(yè)自動化機械的研討現(xiàn)狀和發(fā)展?fàn)顩r，再按照農(nóng)作物清洗機的清洗需求及任務(wù)特點，與相關(guān)文獻及手冊相結(jié)合，選擇電動機，設(shè)計鏈輪、軸，完善清洗機設(shè)計。氣泡清洗機適合清洗葉類、豆莢類、根莖類、瓜果類等農(nóng)作物。主要的結(jié)構(gòu)有電動機，減速器，鏈?zhǔn)捷斔蛶橹?，其中輸送帶使用沖孔不銹鋼鏈板結(jié)構(gòu)。設(shè)計的重點在于整體機械的結(jié)構(gòu)設(shè)計，難點在于軸的設(shè)計計算與校核。需要計算出轉(zhuǎn)速、功率、轉(zhuǎn)矩等。設(shè)計完成之后需要用計算機三維輔助設(shè)計來制作清洗機的三維建模，建模用的軟件是CATIA。最后CAD軟件參考三維建模的投影，繪制二維的裝配圖與零件圖。關(guān)鍵字：氣泡清洗機；計算機三維輔助設(shè)計；沖孔不銹鋼板

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

目錄引言 引言隨著農(nóng)業(yè)自動化的發(fā)展，在這生產(chǎn)量龐大的條件下，用人類的勞動力來清洗農(nóng)作物顯然是不可能的，機械設(shè)備在我們生活的地位越來越高，農(nóng)業(yè)機械極大地提高了農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率。在近幾年我國農(nóng)業(yè)所需要的機械總動力約為十億千瓦，比20世紀(jì)初增長了一倍，其中包括種地機械、施肥機械、收獲機械和清洗機械等等。而本次的設(shè)計題目：農(nóng)作物清洗機，屬于這類機械，所以農(nóng)作物清洗機也有著很大的意義。在農(nóng)作物的生產(chǎn)與加工過程中，采集后的農(nóng)作物表面上往往會留有泥土、農(nóng)藥、肥料等，而農(nóng)作物清洗機的目的就是清洗并去除這類污染物，這樣既可以降低細(xì)菌總數(shù)，也可以使農(nóng)作物的保存時間變長。因此，清洗干凈是有效延長農(nóng)作物的保存時間的重要手段。

第一章緒論1.1農(nóng)作物清洗機的現(xiàn)狀農(nóng)作物清洗技術(shù)最早應(yīng)用于蔬菜榨汁、切絲、切丁等原料的清洗，此類設(shè)備一般采用毛刷式和滾筒式清洗，機械結(jié)構(gòu)簡單，清洗作用力強，清洗效果好，但是對物料損傷比較大。物料清洗完畢后，直接進行粉碎榨汁或切制，所以物料損傷對蔬菜品質(zhì)和保質(zhì)期影響很小，一般適用于馬鈴薯和蘿卜等質(zhì)地較硬的根莖類蔬菜的清洗。隨著生活節(jié)奏的加快，市場上出現(xiàn)可直接食用或烹飪的鮮切蔬菜。鮮切菜清洗設(shè)備采用氣泡式或水流式清洗（如圖1所示），這兩種清洗方法作用力柔和，蔬菜受到的損傷較小，非常適合清洗容易受損傷的葉類農(nóng)作物，也適用于清洗其他鮮切類蔬菜。歐洲、美國、日本等發(fā)達國家蔬菜清洗研宄起源早，發(fā)展歷史悠久，已經(jīng)形成開發(fā)設(shè)計、加工制造、銷售維護等一體化的全方位業(yè)務(wù)。其設(shè)備在全球范圍內(nèi)應(yīng)用廣泛，用戶使用信息反饋及時，因此在結(jié)構(gòu)優(yōu)化、新工藝和新材料應(yīng)用等創(chuàng)新方面仍然處于領(lǐng)先地位。國外發(fā)達國家蔬菜清洗設(shè)備的規(guī)格型號比較多，一套設(shè)備一般只針對某些特定種類蔬菜進行清洗，專用性比較強，因此清洗效果理想，生產(chǎn)效率高，蔬菜（尤其是葉類蔬菜）在清洗過程損傷率比較低；國外發(fā)達國家蔬菜清洗設(shè)備大多以生產(chǎn)線為主，清洗過程自動化程度高，計算機技術(shù)和智能化技術(shù)應(yīng)用較多，且已經(jīng)滲透到與生物科學(xué)、生物工程等交叉學(xué)科領(lǐng)域。近幾年來我國也開始仿造國外技術(shù)和設(shè)備，我國很多企業(yè)也開始制作氣泡式清洗機，并且在大學(xué)也開始研究對氣泡式清洗機工作機理，04年吳玉發(fā)等人研究出了氣泡清洗機，這種清洗機主要是針對葉類蔬菜清洗。圖1氣泡式(左)與水流式(右)農(nóng)作物清洗機荷蘭Sormac公司生產(chǎn)的蔬菜清洗機是鮮切葉類蔬菜清洗千燥生產(chǎn)線中的一臺的單機設(shè)備，如圖２所示。采用氣泡、水射流和噴淋三種清洗方式，清洗工藝比較復(fù)雜，且生產(chǎn)能力最高可達1500—3000kg每小時，主要用于菠菜、生菜、娃娃菜等鮮切類蔬菜的清洗。圖2滾筒式農(nóng)作物清洗機日本細(xì)田工業(yè)株式會開發(fā)了翻滾式蔬菜清洗機。該設(shè)備采用淹沒水射流的清洗方式，設(shè)有四個槽位，每個槽位固定設(shè)有一個翻斗進行物料的搬運，每個槽位內(nèi)的水質(zhì)和清洗時間各不相同，通過控制每個槽位內(nèi)水的成分和清洗時間，實現(xiàn)了清洗、殺菌、冷卻等多步驟連續(xù)化清洗。該蔬菜清洗機主要適用于鮮切蔬菜的清洗。圖3翻滾式農(nóng)作物清洗機目前我國視頻安全問題形勢嚴(yán)峻，清洗作為食品加工的一道重要工序，在生產(chǎn)有效的農(nóng)作物清洗設(shè)備時也會存在很多問題和矛盾，像清洗程度和耗水量之間的矛盾，機體尺寸與其消耗的功率等問題，需要經(jīng)過進一步的對設(shè)備的改進來改善我國食品安全的現(xiàn)狀。1.2農(nóng)作物清洗機設(shè)計要求設(shè)計清洗機時，一般要滿足以下幾個要求：安全性。農(nóng)作物作為人類必要的食物種類之一，不能使其清洗過程中產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì)。洗凈率。也稱可靠度，是清洗機能穩(wěn)定達到所要求的清洗質(zhì)量的程度?？梢员硎緸榍逑锤蓛舻霓r(nóng)作物的重量和用清洗機清洗后的農(nóng)作物的重量的比值。對農(nóng)作物的影響程度。清洗過程中如果有對農(nóng)作物的損傷，不僅不美觀，而且在損傷后會有新的污染，以至于發(fā)生變質(zhì)、腐爛等現(xiàn)象。對環(huán)境的影響程度。清洗之后的廢水、廢氣和噪音等也會對自然環(huán)境或者工作環(huán)境造成不同程度的危害。經(jīng)濟型。符合以上條件的前提下，選擇成本較低的方案。1.3農(nóng)作物清洗機類型的選擇水流式清洗方式主要是靠射流的沖擊力來破壞蔬菜上的污染物，氣泡式清洗方式主要是用氣泡的氣蝕作用來實現(xiàn)物資的清除。兩者的清洗范圍基本上一致，但氣泡清洗方式在對豆莢類蔬菜的清洗量上有優(yōu)勢，所以本次設(shè)計所選擇的農(nóng)作物清洗機類型為氣泡式農(nóng)作物清洗機（為以下描述方便簡稱氣泡清洗機）。這類清洗機有一下幾個特點：結(jié)構(gòu)簡單。氣泡清洗機主要由氣泵、箱體和噴氣管這幾個重要部分組成，且比起其他的清洗機縮小了整體體的尺寸，節(jié)省了一定的功率，使其設(shè)計成一種小型的清洗機?？汕逑吹霓r(nóng)作物品種多。比起只能清洗馬鈴薯等根莖類的滾筒清洗機，氣泡清洗機可以清洗葉類、根莖類和豆莢類等農(nóng)作物。由于本次設(shè)計的側(cè)重點主要在于結(jié)構(gòu)設(shè)計的部分，所以會缺少對清洗劑和廢水處理系統(tǒng)部分的設(shè)計，需要有待改進。1.4氣泡清洗機的工作原理和機理氣泡清洗機大體上是由三個結(jié)構(gòu)組成，分別是浸泡蔬菜的水槽，運輸蔬菜的輸送帶，以及清洗蔬菜的氣泵。蔬菜進入水槽之后，清洗機利用氣泵噴出來的上升氣體的氣蝕作用清理農(nóng)作物表面的雜質(zhì)和污漬，從而達到清洗蔬菜的目的。之后再將清洗完的蔬菜用輸送帶運輸?shù)街付ㄎ恢?。圖4氣泡清洗機工作原理圖氣泡清洗蔬菜的原理在于氣流的氣蝕作用以及氣流的擾動。氣流的氣蝕作用為在含有許多氣泡的液體中，當(dāng)氣泡潰滅和回彈再生時，會產(chǎn)生巨大的瞬時壓強。當(dāng)潰滅的氣泡靠近過流的固體邊界時，水流中不斷潰滅的氣泡所產(chǎn)生的高壓強的反復(fù)作用，可破壞固體表面，從而產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象。通過計算和實測得出,游移型氣泡潰滅時,靠近固體壁面處的微射流速度可達70—180m/s，在固體表面的沖擊壓力可達140—180MPa。這么高的動壓力可以完全清洗掉蔬菜表面的污染物而且可以縮短清洗時間。而且，這僅僅是一次微射流作用于蔬菜表面的壓力；當(dāng)水中氣泡不斷產(chǎn)生、增長、破滅時，則氣泡潰滅的沖擊壓力連續(xù)不斷作用到蔬菜表面,有效的清除蔬菜表面的污染物。氣流的擾動作用為在蔬菜清洗過程中，蔬菜、水和氣流一起組成了一個非常復(fù)雜的固—液—氣三相流動。當(dāng)氣體以一定的速度射入清洗槽中的液體時，將引起液體的流動。液體在流動過程中，運動較快的流層帶動較慢的流層,而運動較慢的流層又阻止較快的流層，不同速度流層之間互相牽制，產(chǎn)生層與層之間的摩擦力，即流體在流動過程中由于液體的勃性而產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。管中的空氣以一定的速度進入液體中時，在液體相鄰兩流層之間，存在內(nèi)摩擦力和動量的交換。這樣直接導(dǎo)致清洗槽中的液體和清洗物無規(guī)則的擾動，這種無規(guī)則的擾動能有效去除蔬菜表面的污染物。

第二章主要結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1電動機功率的初步計算設(shè)工作人員每天的工作時間為9小時，所以初定清洗機每天的工作時間為8小時。再設(shè)傳送帶的水平投影長度為2m，提升高度為0.5m，帶寬為1m。以番茄為例，番茄的重量為100—200g，直徑約為100mm，則鋪滿整個清洗機水面則可以放入100個番茄，等于20kg?？紤]農(nóng)作物清洗程度以及損傷率，把每次的清洗時間調(diào)整為3min。再由上述數(shù)據(jù)，計算每天的清洗量為3.2t（計算時用3t計算）。傳送帶的速度由于清洗機的工作速度不能太快，所以選為0.2m/s。2.1.1計算傳送帶驅(qū)動滾筒軸的功率P0=(K1LV+K2LQ±0.0273QH)K3（2-1）式中：K1—空載運行功率系數(shù)，K1=0.0192L—傳送帶的水平投影長度(m)，L=2mV—傳送帶的帶速(m/s)，V=0.2m/sK2—水平滿載系數(shù)，K2=9.55×10-5Q—每個小時的輸送量(t/h)，Q=3t/hH—提升高度(m)，H=0.5mK3—附加功率系數(shù)，2.8在公式中加減號取決于傳送帶的傳送的垂直高度，如果是向上傳送取正號，反之則取符號。由于這次設(shè)計的傳送帶傳送方向是斜上方，所以公式里去正號。則計算傳送帶的功率P0=0.43kw2.1.2計算電動機的功率P=P（2-2）K取1.25，η取0.88，則計算出電動機的功率P=0.43×1.250.882.2電動機的選擇電動機可以分為控制電動機、驅(qū)動電動機和信號電動機三大類，每個類型的電動機又可以細(xì)分成很多個小種類，且各個電機都有各自的產(chǎn)品型號。為了使電動機的型號符合清洗機的工作條件，首先電動機性能應(yīng)當(dāng)滿足清洗機的工作要求，比如啟動轉(zhuǎn)矩、速度性能指標(biāo)及各項運動狀態(tài)等。在此前提下性價比較高的電動機。所以本次設(shè)計選用的是Y系列全封閉自冷式式籠型三相異步電動機。本次設(shè)計的選擇原則是功率適當(dāng)且價格不高的電機。如果功率過小，對電機正常工作的可靠性有極大的影響，且因長期過載而過早地?fù)p壞；功率過大，雖然說能保證工作情況，但電動機的價格也會隨之提高，經(jīng)濟效益會降低。所以不推薦使用過高或過低功率電動機來滿足工作機。根據(jù)之前的算出來的電動機所需功率，也要滿足較低的同步轉(zhuǎn)速的要求。原因是本次設(shè)計所需要的線速度較小，功率較低。再根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速的要求選擇Y系列三相異步電動機，由《機械設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書》查得可選用的電動機，型號為Y802-4。因電動機在工作環(huán)境中會涉及到濺水導(dǎo)致電機短路而燒壞，于是要選擇電動機外殼的防護等級為IP54。電動機型號的數(shù)據(jù)列于下面的表格。表1電動機型號與參數(shù)電動機型號額定功率滿載轉(zhuǎn)速啟動轉(zhuǎn)矩最大轉(zhuǎn)矩同步轉(zhuǎn)速Y802-40.75kw1390r/min2.32.31500r/min2.3減速器的選擇減速器的類型較多，這里就不會一一贅述，詳細(xì)可以參考相關(guān)文獻。然而農(nóng)作物清洗機設(shè)計中傳送帶線速度很小，傳動比隨之增大，且考慮經(jīng)濟性等問題，所以本次設(shè)計所選用的是擺針減速器。因為這類減速器的單級傳動比很高，能達到119，且結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，使用壽命長相對于別的減速器它的體積小，重量輕，噪聲也低。擺針減速器是根據(jù)行星式少吃差異傳動的原理來完成減速的目的。擺針減速器主要分為三類：立式擺針減速器，臥式擺針減速器和雙軸型擺針減速器等。本次設(shè)計需要用到的是臥式擺針減速器，這類減速器主要是用于建筑、礦山、制藥等行業(yè)。根據(jù)上面的設(shè)計要求：同步轉(zhuǎn)速為1500r/min，電機功率為0.75kw。系列為X系列。再由但及減速器選型表格初選減速器的型號為1，減速比為35，輸出轉(zhuǎn)速為43r/min。則減速器的具體型號為XWD0.75-1-35。X的含義是表示系列類型，W是表示腳板式臥裝，D為普通電動機直聯(lián)型，0.75表示電動機功率(kw)，1表示型號，35為減速比。2.4傳動方案的選擇目前能選用的傳動方案有三種，分別是：帶傳動、齒輪傳動和鏈傳動。由于本次設(shè)計的清洗機功率和速度都比較低，所選用的是鏈傳動。它是由鏈條和鏈輪組成的一種撓性傳動。它既不像帶傳動有彈性滑動和打滑現(xiàn)象也不像齒輪傳動有較高的要求和成本。而且鏈傳動有著工作可靠，兩軸相差距離遠(yuǎn)，低速重載，工作環(huán)境惡劣也能平穩(wěn)工作的有點，所以是這次設(shè)計的不二選擇。并且也滿足了滾子鏈的傳遞功率與鏈速的要求，傳動比不大于6的要求，所以基本上可以確定本次的傳動方案為鏈傳動。2.5鏈傳動的設(shè)計計算2.5.1確定傳動比和鏈輪的轉(zhuǎn)速初選鏈傳動的兩個鏈輪齒數(shù)都為Z1=Z2=17。則傳動比為，i=Z1Z2=則兩個鏈輪的轉(zhuǎn)速相同n1=n2=43r/min。2.5.2確定鏈傳動的計算功率Pca=K（2-3）計算鏈輪的計算功率KA為工作情況系數(shù)，由《機械設(shè)計》的工作情況系數(shù)表9-6得出，KA=1.0Kz為主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)，Kz=(19z1)1.08（2-4）Kp為多排鏈系數(shù)，由于本次設(shè)計的鏈為單排鏈，所以Kp=1.0，則計算功率為Pca=0.85kw。2.5.3確定鏈條的型號和節(jié)距根據(jù)單排鏈Pc和主動鏈輪n1，再由《機械設(shè)計》A系列單排滾子鏈額定功率曲線圖9-11，并且Pc＞Pca，得到鏈條的型號為12A。再由《機械設(shè)計》滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù)表9-1可得到以下數(shù)據(jù)。表2滾子鏈型號與參數(shù)鏈號節(jié)距p滾子直徑d1內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1內(nèi)鏈板高度h212A19.0511.9112.5718.082.5.4計算鏈速由公式v=n（2-5）得到v=0.23m/s與最初定的傳送帶帶速基本相符。2.5.5計算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距a0=40，并按下式計算鏈節(jié)數(shù)Lp0。Lp0=2（2-6）得Lp0=97。為了避免使用過渡鏈節(jié)，使Lp0取偶數(shù)為98。再求鏈傳動的最大中心距，z=z1=z2時，由公式amax=p(Lp（2-7）得amax=828.68mm。2.5.6確定潤滑方式由《機械設(shè)計》潤滑范圍選擇圖9-13來選擇，鏈號為12，鏈度為0.23m/s，查得該鏈傳動適合定期人工潤滑。2.5.7計算鏈傳動作用在軸上的壓軸力首先要計算鏈輪的圓周力Fe=1000（2-8）這里的P為減速器功率，則Fe=2956.52N。計算壓軸力，F(xiàn)P=KFPFe，KFP為壓軸力系數(shù)，本次設(shè)計取KFP=1.05。則FP=3104.35N。2.5.8確定鏈輪的材料及熱處理方式鏈輪輪齒雖然說需要具有足夠的耐磨性和強度，但是本次設(shè)計的鏈傳動的傳動比為1，兩個鏈輪的大小相同，故選擇的材料也相同。根據(jù)無劇烈沖擊振動和耐磨損的要求，所以主、從動輪都可以用45鋼，齒面硬度為40～50HRC，所采用的熱處理方法為淬火和回火。2.5.9計算鏈輪的幾何尺寸分度圓直徑：d=psin?(180°齒頂圓直徑：damin=d+p(1-1.6Z)-d1=109.02damax=d+1.25p-d1=115.57mm齒根圓直徑：df=d-d1=91.76mm最大齒側(cè)凸緣直徑：dg=pcot180°Z-1.04h2-0.76=齒寬：bf1=0.95b1=11.94mm齒側(cè)倒角：ba公稱=0.13p=2.48mm齒側(cè)半徑：rx公稱=p=19.05mm2.5.10鏈傳動的失效形式鏈傳動中主要的失效形式有四種：分別為磨損、疲勞破壞、膠合和靜力破壞。這些失效形式都可以是機械在鏈傳動中出現(xiàn)運動不平衡以及不正常工作，以至于無法正常使用機械。所以需要用到足夠的知識來彌補這些潛在的危害，詳細(xì)可以查看《機械設(shè)計》或《機械設(shè)計手冊》的鏈傳動部分。2.6軸的設(shè)計計算由于軸承的型號是根據(jù)軸的直徑來確定的，所以要初步計算軸徑。那么首先要確定軸的傳遞功率P以及轉(zhuǎn)速n。P=P0η1η2（2-9）式中η1為減速器的傳動效率，η2為鏈傳動的傳動效率，P0為電動機的功率。則P=0.75×0.94×0.97=0.68kw。n=n減速器=43r/min。2.6.1初步計算軸徑d≥A03（2-10）式中A0為軸的受載情況系數(shù)，可以在《機械設(shè)計》軸常用幾種材料的[τT]及A0值表15-3得出，本次設(shè)計所選的軸的材料為40Cr，A0=112。則d≥28.11mm。在計算軸的最小軸徑時也要考慮其他因素對軸的影響，比如鍵槽。鍵槽對軸強度有一部分的削弱。本次設(shè)計中軸徑小于100mm，如果軸段截面上有一個鍵槽，軸徑應(yīng)增加5%～7%，兩個鍵槽時，軸徑要增加10%～15%。設(shè)本軸的設(shè)計中，軸截面上僅有一個鍵槽時，最小軸徑為d=28.11×（1+5%）=29.52mm則初選軸的最小直徑dmin=30mm，可以用調(diào)質(zhì)處理的熱處理方式。2.6.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計在上一環(huán)節(jié)所計算出來的dmin只能作為承受扭矩作用的軸段的最小直徑。而這最小直徑對應(yīng)的軸段為從減速器經(jīng)過鏈傳動到軸的部分，及I-II部分的直徑為d1=30mm，軸伸結(jié)構(gòu)的尺寸可以由軸徑及《機械設(shè)計手冊》圓柱形軸伸結(jié)構(gòu)尺寸表6-1-5得出軸伸長度可以選段系列L1=58mm，極限偏差為j6。II-III軸段為端蓋的裝配部分，由于I-II段的鏈輪需要用到軸肩定位，所以d2軸徑需要比d1大一些，初定d2=33mm，L2=60mm。III-IV段需要與軸承裝配，暫定d3=35mm，因軸承基本上只承受徑向的作用力，故選擇深溝球軸承。根據(jù)《機械設(shè)計手冊》深溝球軸承表7-5-2得到軸承型號為6207，其尺寸為d×D×B=35mm×72mm×17mm。再因傳送帶鏈輪與缸體壁需要有一定的間隔，所以L3=40mm。IV-V段需要與傳送帶鏈輪裝配，鏈輪的內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬為b鏈輪=12.57mm，且需要與滾筒保持一定的距離，則d4=40mm，L4=37mm。VI-VII段與IV-V段相同，d6=40mm，L6=37mm。VII-VIII段與III-IV段相同，d7=35mm，所以L7=40mm。最后V-VI段d5=45mm，L5由缸體的內(nèi)部尺寸來決定，初定L缸=1000mm。則L5=L缸-2L4-2L3+2b軸承=1000-2×（37+40-17）=880mm。表3軸徑與軸段長度I-IIII-IIIIII-IVIV-VV-VIVI-VIIVII-VIII軸徑30333540454035長度586040378803740則驅(qū)動軸的總體長度為L總=58+60+40+37+880+37+40=1152mm。2.6.3軸的強度校核計算為了防止過量的塑性變形，軸需要按彎扭合成強度來計算。由《機械設(shè)計》軸的扭轉(zhuǎn)強度條件公式15-1以及以上數(shù)據(jù)來計算軸的扭轉(zhuǎn)強度條件，公式為：τT=TWT≈9550000Pn0.2（2-11）式中：τT為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa；T為軸的扭矩，N·mm；WT為抗扭截面系數(shù)，mm3；n為軸的轉(zhuǎn)速，r/min；P為周傳遞的功率，kW；d為計算截面的直徑，mm；[τT]為扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa，可以從《機械設(shè)計》軸常用幾種材料的[τT]及A0值表表15-3得出，[τT]=35MPa。則計算扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為τT=27.97MPa≤35MPa，故滿足軸的扭轉(zhuǎn)強度條件。除此之外，還需要畫出轉(zhuǎn)矩圖和彎矩圖，再判斷危險截面是否滿足條件。首先算出軸的扭矩T=9550000P（2-12）得T=151.02N·m。鏈輪的圓周力和壓軸力已經(jīng)在之前鏈傳動部分已經(jīng)算出，分別為：Fe=2956.52N，F(xiàn)P=3104.35N。再計算各個作用點之間的距離：從減速器鏈傳動的鏈輪作用點中心到左側(cè)第一個軸承的作用點中心的距離設(shè)為l1，軸承6207的寬度可以查表，為17mm，鏈輪內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬為12.57mm。則l1=12.572+L從左側(cè)第一個軸承作用點中心到其右側(cè)第一個鏈輪的作用點中心的距離設(shè)為l2，則l2=L3+172+12.57中間兩個鏈輪作用點中心之間的距離設(shè)為l3，則l3=L4+L6+L5-12.57=941.43mm右側(cè)的鏈輪作用點中心到最右側(cè)軸承的作用點中心的距離為l4，則l4=l2=54.785mm再求出傳送帶驅(qū)動軸上的各個鏈輪的圓周力Fe1、Fe2和壓軸力Fp1、Fp2。Fe1：Fe2=（l1+l2+l3）：（l1+l2）Fe=Fe1+Fe2則Fe1=2671.23N，F(xiàn)e2=285.29N。同理，求兩個壓軸力，則FP1=2804.79N，F(xiàn)P2=299.56N。再求各個軸承處的軸的支反力。水平支反力：FeN1=Fe1FeN2=Fe2(同理求垂直支反力：FPN1=FP1(FPN1=FP2(再求出各個截面段的彎矩。水平彎矩：Me1=FeN1l2=139529.73N·mmMe2=FeN2l4=22443.22N·mm垂直彎矩：MP1=FPN1l2=146506.05N·mmMP2=FPN2l4=23565.77N·mm再求出各個截面段的合成彎矩。M1=Me12+MPM2=Me22+MP畫出三種類型的圖由下列所示。圖5中A為軸的示意圖，B為水平彎矩圖，C為垂直彎矩圖，D為合成彎矩圖，E為轉(zhuǎn)矩圖。

圖5彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖再由《機械設(shè)計》軸的彎扭合成強度條件公式15-5計算軸上的危險截面處的彎扭合成應(yīng)力的強度條件，σca=M2+（αT）（2-13）式中：σca為計算應(yīng)力，MPa，M為軸所受的彎矩，N·mm，T為軸所受的扭矩，N·mm，W為抗彎截面系數(shù)，mm3，[σ-1]為許用彎曲應(yīng)力，MPa。W的計算公式可以從《機械設(shè)計》抗彎、抗扭截面系數(shù)計算公式表15-4得出，W≈0.1d3=0.1×453=9112.5mm3[σ-1]可以從《機械設(shè)計》軸的常用材料及其主要力學(xué)性能表15-1得出[σ-1]=70MPa則σca=24.33MPa≤70MPa，故滿足彎扭合成強度條件。2.7鍵的選擇與校核鍵是用來實現(xiàn)傳遞零件與軸之間的轉(zhuǎn)矩的作用，有的間還能實現(xiàn)零件之間的定位和導(dǎo)向的功能，所以它是一種標(biāo)準(zhǔn)件。鍵不同于別的常用零件，它的工作面是它的兩個側(cè)面，用兩個側(cè)面的互相擠壓來完成零件與軸的轉(zhuǎn)矩的傳遞。鍵連接的主要類型有4種，其中由于平鍵連接結(jié)構(gòu)簡單對中性好且拆裝也方便，所以本次設(shè)計適合平鍵連接。作為用途最廣泛的普通平鍵，其主要失效形式為工作面的壓潰，其余還有剪斷等現(xiàn)象。然而本次清洗機設(shè)計并不會引起嚴(yán)重的過載，所以不會有剪斷的風(fēng)險。因此通常按工作面的壓力進行強度的校核計算。本次設(shè)計所涉及鍵連接的地方一共有四處，分別是：主動鏈輪與其軸之間的鍵連接；主軸與從動鏈輪之間的鍵連接；靠近從動鏈輪側(cè)的主動帶輪與軸的鍵連接；另一側(cè)主動帶輪與軸的鍵連接。然而左側(cè)帶輪的結(jié)構(gòu)與右側(cè)帶輪相同，左側(cè)帶輪傳遞的載荷比右側(cè)要大，所以本次設(shè)計只做更大載荷側(cè)帶輪的鍵的校核計算，及一共要做三個鍵連接的校核計算。2.7.1減速器輸出軸與主動鏈輪的鍵的選擇與校核在選擇減速器輸出軸上的鍵之前，需要先知道減速器輸出軸的結(jié)構(gòu)尺寸。尺寸可以從《機械設(shè)計手冊》一級臥式直連型擺針減速器外形及安裝尺寸表15-2-109得出，軸徑DX=25mm，軸伸長度LX=35mm，鍵的寬度BX=8mm。再由《機械設(shè)計》普通平鍵的主要尺寸表6-1得出，軸徑為22～30mm的軸的鍵寬b×鍵高h(yuǎn)=8×7，鍵長L的范圍為18到90mm。用《機械設(shè)計》普通平鍵連接的強度條件公式6-1，σbs1=2000Tkld=4000T（2-14）式中：T為傳遞轉(zhuǎn)矩，N·m，K為鍵與輪的接觸高度，k≈0.5h，h為鍵高，mm，l為工作長度，圓頭平鍵l=L-b，mm，d為鍵的直徑，mm，[σbs]為最弱材料處的許用擠壓應(yīng)力，MPa。T=151.02N·m，[σbs]可以從《機械設(shè)計》鍵連接的許用擠壓應(yīng)力、許用壓力表6-2可以得出，材料為鋼時的許用擠壓應(yīng)力為150MPa。再帶入上面的式中可以得出l≥31.01mm。則再回到表6-1選擇鍵的長度系列可以得出L=32mm即可滿足強度條件。2.7.2主軸與從動鏈輪之間的鍵的選擇與校核由上面的設(shè)計計算，軸徑d1=30mm，軸段長度L1=58mm，則從表6-1得出b×h=8×7，L=18～90mm，再由6-1公式得出l≥27,18mm。則可以選擇L=28mm的圓頭平鍵即可滿足強度條件。2.7.3主軸與主動帶輪之間的鍵的選擇與校核由上面的設(shè)計計算，軸徑d4=40mm，軸段長度L4=37mm，則從表6-1得出b×h=12×8，L=28～140mm，再由6-1公式得出l≥24.59mm。則可以選擇L=28mm的圓頭平鍵即可滿足強度條件。2.8滾動軸承的選擇與校核計算軸承是現(xiàn)在最廣泛應(yīng)用的部件之一，基本上絕大部分的機械中都要用到滾動軸承。因為滑動軸承的摩擦方式是滑動摩擦，而滾動軸承的摩擦方式是滾動摩擦?？偹苤?，滾動摩擦所產(chǎn)生的摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于滑動摩擦，且滾動軸承大多數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，并在各個行業(yè)中經(jīng)常使用。滾動軸承還具有啟動力矩小、旋轉(zhuǎn)精度高、選擇時靠軸的直徑來劃分，所以選用非常方便等優(yōu)點。2.8.1滾動軸承類型的選擇方式滾動軸承具有諸多的型號類型，各個軸承的用途各為不同，其主要是用它們的載荷因素（大小、方向、性質(zhì)等）以及軸承的轉(zhuǎn)速來劃分它們的使用環(huán)境。一般軸承的型號與類型是由轉(zhuǎn)速和軸段直徑來確定。2.8.2軸承型號的選擇根據(jù)已知的所需安裝軸承的軸徑d3=d7=35mm，可以從《機械設(shè)計手冊》的深溝球軸承表7-5-2可以得出6207的深溝球軸承的各項數(shù)據(jù)。

表4軸承型號與參數(shù)軸承內(nèi)徑d軸承外徑D軸承寬度B基本額定載荷C035721725.52.8.3軸承壽命的校核計算驗算壽命所需要的基本額定壽命公式為《機械設(shè)計》13-5a，Lh=10（2-15）式中：Lh為基本額定壽命，h（小時），n為轉(zhuǎn)速，r/min，ft為溫度系數(shù)，C為基本額定載荷，N，P為當(dāng)量載荷，N，ε為指數(shù)，是103≈3溫度系數(shù)可以從《機械設(shè)計》溫度系數(shù)表13-4可以得出，溫度低于120℃時的ft=1.00。基本額定載荷C=C0=25500N。當(dāng)量載荷P可以從《機械設(shè)計》軸承當(dāng)量動載荷公式13-8a，P=fd(XFr+YFa)（2-16）式中：fd為滾動軸承的載荷系數(shù)，X，Y為徑向力和軸向力載荷系數(shù)，F(xiàn)r，F(xiàn)a為徑向力和軸向力。載荷系數(shù)可以從《機械設(shè)計》滾動軸承的載荷系數(shù)表13-6得出無沖擊或輕微沖擊的載荷性質(zhì)時1.0～1.2，這里所選擇的載荷系數(shù)fd=1.2。徑向力是由軸的校核時所計算的水平支反力FeN1，F(xiàn)eN2與垂直支反力FPN1，F(xiàn)PN2的合成力可以算出，F(xiàn)r1=FeN12Fr2=FeN22+由于Fr1＞Fr2，所以只要Fr1滿足壽命條件，另一個軸承也會滿足壽命條件，則下面計算的徑向力Fr都由Fr1替代。至于軸向力，本次設(shè)計軸并沒有能產(chǎn)生較大的軸向載荷，所以Fa視為0。徑向力載荷系數(shù)和軸向力載荷系數(shù)可以從《機械設(shè)計》徑向載荷系數(shù)X和軸向動載荷系數(shù)Y表13-5得出，F(xiàn)a/Fr=0，所以X=1，Y=0。則當(dāng)量載荷公式變?yōu)椤稒C械設(shè)計》13-9aP=fdFr（2-16A）計算得出P=4431.53N。再把當(dāng)量載荷以及其余數(shù)據(jù)代入驗算壽命的公式里，得出Lh=738481.73h。換算成年約為84年。即滿足壽命條件。

第三章其他結(jié)構(gòu)的選擇和設(shè)計農(nóng)作物清洗機設(shè)計除了上述的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計以外，還需要設(shè)計一些其他的能夠滿足清洗機要求的零件和結(jié)構(gòu)。其中包括：運輸清洗過的農(nóng)作物時的傳送帶，生成氣泡的裝置，水槽等。3.1傳送帶的選擇和設(shè)計本次設(shè)計的傳送帶需要在水下工作，且如果只靠傳送帶的摩擦力，并不能使農(nóng)作物從起始點輸送到終點。所以，本次設(shè)計所用到的傳送帶需要用到特殊的材料和結(jié)構(gòu)才能滿足條件。并且需要與前面所設(shè)計計算的結(jié)構(gòu)要相符合，不然會降低清洗機的可靠性，最壞的情況會使清洗機不能正常工作以至于損壞機體本身。本次設(shè)計所選用的帶的類型是網(wǎng)帶。網(wǎng)帶是一種利用靜摩擦的方法，使物料在一定的輸送線上從起始點輸送到其帶的終點。這類帶的優(yōu)點在于它還可以與各種工藝過程的要求相配合，比如本次清洗機傳送帶前后可以與分類及、烘干機、包裝機等配合，進行特殊的流水作業(yè)運輸線。也可以應(yīng)對不同的工作環(huán)境選擇不同的結(jié)構(gòu)類型以及材料的選擇。網(wǎng)帶的類型較多，足足有20多種類型的網(wǎng)帶，其中常用的有：曲軸型、直軸型、扁絲型、乙型網(wǎng)帶等等。而本次設(shè)計所選用的網(wǎng)帶的類型是鏈板式型的網(wǎng)帶。這類網(wǎng)帶一般是由不銹鋼鏈條來做驅(qū)動，用不銹鋼板來做傳送帶，且輸送過程較為平穩(wěn)，安裝方便，使用壽命壽命較長。3.1.1網(wǎng)帶的選擇初步選完網(wǎng)帶的類型之后，需要設(shè)計具體的網(wǎng)帶結(jié)構(gòu)以及材料。本次設(shè)計所用到的網(wǎng)帶是沖孔不銹鋼鏈板網(wǎng)帶。鋼板彎曲形成合葉，就像一般家里會用到的門的連接處一樣的結(jié)構(gòu)，使用串桿和鏈條穿在一起拆卸和維護都會比較方便。且由于沖孔的存在水流可以自由的穿梭帶的上下方，不會影響到清洗效果。3.1.2網(wǎng)帶帶輪的設(shè)計計算之前所設(shè)計校核軸的時候用到的鏈輪的型號為12A型鏈。然而，此鏈的節(jié)距較小，鏈板會隨之增多，結(jié)構(gòu)也會變得復(fù)雜。所以需要適當(dāng)?shù)母淖儩L子鏈的規(guī)格來拉長每個連板的長度，并且要滿足之前的軸的強度條件，不然會導(dǎo)致減少工作機的壽命。為了不影響軸的強度條件，需要使鏈輪所受的圓周力與壓軸力不變，所以由公式（2-8）在功率不變的情況下，需要使鏈速也不能發(fā)生改變。為了不讓鏈速發(fā)生改變，要保證鏈輪的分度圓也不能發(fā)生改變。所以先把原本的齒數(shù)Z0=17，降到Z=10，再由d0=103.67mm與公式得出節(jié)距p=32.04mm，再由《機械設(shè)計》滾子鏈規(guī)格和主要參數(shù)表9-1得出相差不多的節(jié)距為p=31.75mm，規(guī)格為20A。再求出鏈速由公式（2-5）得出v=v0=0.23m/s，滿足條件。表5輸送鏈輪型號與參數(shù)鏈號節(jié)距p滾子直徑d1內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬b1內(nèi)鏈板高度h220A31.7519.0518.930.18最后求出鏈輪的幾何尺寸：分度圓直徑：d=psin?(180°齒頂圓直徑：damin=d+p(1-1.6Z)-d1=110.37damax=d+1.25p-d1=123.39mm齒根圓直徑：df=d-d1=83.7mm最大齒側(cè)凸緣直徑：dg=pcot180°Z-1.04h2-0.76=齒寬：bf1=0.95b1=17.96mm齒側(cè)倒角：ba公稱=0.13p=4.13mm齒側(cè)半徑：rx公稱=p=31.75mm3.1.3網(wǎng)帶的設(shè)計計算沖孔不銹鋼鏈板網(wǎng)帶是由一塊一塊的不銹鋼板連接到鏈輪而成，具體的帶的結(jié)構(gòu)尺寸還是要由計算來確定。帶寬可以由之前設(shè)計的軸以及鏈輪和鏈條的尺寸可以算出，B=L4+L5+L6-b1×2-(pt-b1)=899.34mm則可以取帶寬B=865mm。厚度與串桿可以由節(jié)距從網(wǎng)上的表查得厚度h=10mm，串桿直徑dc=8mm。為了防止農(nóng)作物從通過沖孔掉落沖孔不能太大，且鋼板上需要有氣泡和水流通過，為了不影響清洗效果沖孔直徑也不能太小，所以沖孔直徑定為dk=5mm。帶的總長可以由簡單的幾何計算可以初步得出，鏈輪分度圓直徑d=102.75mm，傳送帶水平總長為LCh=2000mm，垂直投影總長為LCv=500mm，提升角度α=45°。則初步傳送帶總長可以算出，LC0=πd+2(LCh-LCvtanα)+2LCvsinα再由傳送帶總長和鏈條節(jié)距的關(guān)系可以算出鋼板個數(shù)，nC=LC0但是鋼板個數(shù)為整數(shù)，所以可以取nC=36個，再由鋼板數(shù)得出傳送帶總長，LC=p·nC=4572mm最后由于農(nóng)作物與鋼板帶之間的摩擦力不足，農(nóng)作物可能會在帶的提升部分下滑或滾落，為了防止這種情況發(fā)生，還需要在帶中摻雜一些帶著托板的鋼板。托板高度定為80mm，且在大約每100mm附近設(shè)置一個托板，計算得出XC=100÷31.75+1=3.1則可以取每4個沖孔鋼板設(shè)置一個帶著托板的鋼板，這樣可以有效避免農(nóng)作物的下滑與滾落。3.2氣泡發(fā)生裝置的選擇本次設(shè)計所選用的氣泡發(fā)生裝置是風(fēng)機。這種器械是利用輸入機的能量來壓縮氣體后瞬間排放氣體方式滿足其需求的一種流體機械。風(fēng)機也是人們對氣體壓縮機和輸送機的慣用名稱，其中包括風(fēng)力發(fā)電機、通風(fēng)機和鼓風(fēng)機。這次清洗機設(shè)計所選用的風(fēng)機是指鼓風(fēng)機。鼓風(fēng)機按氣體的流向來分三種：離心式風(fēng)機、軸流式風(fēng)機和回轉(zhuǎn)風(fēng)機。本次設(shè)計所選用的風(fēng)機的類型是離心式的。這類風(fēng)機的工作方式是將氣體以機械能送入風(fēng)機的葉輪之后，根據(jù)離心作用的原理來排放氣體。離心風(fēng)機的維修方便，且需要的時間也很短，因為這類風(fēng)機維修時不用拆卸機體。且由于風(fēng)機的葉輪是后傾式，這樣工作時無摩擦，噪聲低，也不沾染灰塵，所以將離心式鼓風(fēng)機選為本次設(shè)計的氣泡發(fā)生裝置。根據(jù)實際情況，所選用的離心鼓風(fēng)機的型號為CX—125。其功率為2.2kW。氣泡發(fā)生裝置不僅需要產(chǎn)生氣泡的鼓風(fēng)機，也需要有一個使氣體輸送到指定地點產(chǎn)生氣泡的噴氣管。噴氣管是由一個大管與許多成對的小管組成。大管直連與鼓風(fēng)機，是整個噴氣管的主管；小管連接與大管的側(cè)部，每個大小管的端部都由管堵來堵住，且每個管的上方都由一連串的小孔，氣體從這個小孔放出并產(chǎn)生氣泡至水面，完成氣泡清洗的作用。在氣泡發(fā)生裝置停止工作時，為了避免水逆流到鼓風(fēng)機，造成鼓風(fēng)機的損壞，在噴氣管與鼓風(fēng)機的中間也要設(shè)置一個止回閥。3.3整體水槽的設(shè)計在清洗機工作的過程中，缸體及水槽的作用在于，它需要容納大量的水使傳送帶與氣泵有足夠的工作空間，且需要有足夠的強度去支撐。根據(jù)實際結(jié)構(gòu)的計算與分析，內(nèi)壁的尺寸為2450mm×1000mm×500mm。整個槽體采用8mm的鋼板制作，且需要用焊接的方法制作整個槽體，并在制作完成之后需要進行漏水測試，防止工作時會出現(xiàn)漏水的情況。水槽材料選擇06Cr19Ni10不銹鋼。除此之外槽體還需要有排水口，且水槽低端要與底面有一定的距離，約為0.5m左右。水槽整體尺寸比較龐大，制造難度也會隨之增加。各個槽體之間的連接部分為了防止漏水，會將各個部分用焊接的方式來連接。因為槽體本身并不需要拆卸等操作。槽體的大體形狀為直角梯形式的，這樣可以有效減少水槽整體尺寸，從而達到減少灌滿水槽所需要的的水量，即可以減少水的使用量。并且在減少的尺寸最下端沿著板的厚度來伸出一段板，這段板可以作為一種支撐平臺來使用，既可以安裝風(fēng)機，電動機等動力機，也可以防止清洗時常用的部件等，做到空間的利用。水槽低端會伸出對稱式的三對支撐架。支撐架可以使水槽本體遠(yuǎn)離地面，既可以防止風(fēng)機、電機的侵水，也可以查看漏水、放水以及水槽低端的情況。

第四章計算機三維模型設(shè)計5.1三維軟件概述本次農(nóng)作物清洗機的三維模型用我們大學(xué)里學(xué)過的CATIA軟件來設(shè)計。這個軟件雖然比SolidWorks軟件功能少，但是易學(xué)易用，操作方便，能很大程度上減少設(shè)計過程中的差錯。CATIA軟件是法國達索公司開發(fā)的第五代工程應(yīng)用軟件，在航天航空、汽車、電子與電氣等行業(yè)里得到了廣泛的應(yīng)用。5.2三維模型零件的設(shè)計與組裝在設(shè)計三維模型時需要先設(shè)計其零件，之后把設(shè)計好的零件組裝成整個三維模型。在設(shè)計零件時需要先畫出草稿，在用拉伸等工具做成三維模型，最后將零件全部組裝。如圖所示：圖6CATIA三維模型最后可以投影三視圖，準(zhǔn)備繪制零件圖和裝配圖。

第五章機電傳動控制部分一般用電動機帶動其他機械工作的傳動方式稱為機電傳動。機電傳動系統(tǒng)可以分為五個部分：電源、電動機、控制設(shè)備、傳動裝置、工作機構(gòu)。電源給予控制設(shè)備與電動機電能，控制設(shè)備控制電動機的工作情況，電動機又通過傳動裝置使工作機構(gòu)運動完成機電傳動。由于本次設(shè)計所選用的電動機為Y型三相異步電動機，所以需要用續(xù)電器接觸器控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)可以用電器控制原理圖表示，這種圖是由各種電器符號連接起來描繪整個電氣設(shè)備工作原理的圖。不同種類的電器有著不同的符號，同種類的電器可以用符號加數(shù)字的表示方法來區(qū)分。原理圖可以精準(zhǔn)的分辨出哪些控制元件可以控制哪個電機，所以看起來一目了然。常用的電器元件可以從《機電傳動控制》表1.1中可以查得。下面是本次設(shè)計電器控制原理圖。圖7電器控制原理圖由于本次設(shè)計選用小容量電機，所以啟動控制電路用的是全壓啟動的方式。具體元件符號可以參考下列表格所示：

表6電氣元件符號與名稱電氣元件符號電氣元件名稱L1～L3電源電線QS電源開關(guān)FU熔斷器FR熱續(xù)電器M1鼓風(fēng)機M2傳送帶電動機KM1鼓風(fēng)機接觸器KM2傳送帶接觸器SB1急停按鈕SB2鼓風(fēng)機啟動按鈕SB3傳送帶啟動按鈕SB4鼓風(fēng)機停止按鈕SB5傳送帶停止按鈕由于本次設(shè)計的機電傳動控制部