随着计算机应用技术的发展运用，计算机进行仿真已成为现代机构学研究中一种重要的科研手段，它在可行性论证、机械设计和寻求最佳方案等方面发挥着重要作用。目前关于机构运动仿真的研究已经向三维实体化方向发展。本文在对玉米脱粒机的结构部件进行建模仿真的基础上，介绍了利用Solidworks软件对该机构进行零件三维建模、零件装配和运动仿真的方法和具体步骤。基于三维建模设计出该玉米脱粒机的模型并对其进行反复改造，及时发现设计缺陷并给予改正，与传统钉齿式玉米脱粒机相比，该玉米脱粒机具有高脱净率、低破碎率和低功耗等优点，是产品在设计阶段更加生动形象，并大大减少研发成本。

关键词：三维建模；Solidworks；玉米脱粒机的设计

绪论

课题的背景与意义

本课题来源于生产实践。熟悉和掌握玉米脱粒机的基本组成结构、工作原理和特点。为了能够实现玉米的自动脱粒，在人工脱粒的基础上面大大地提高了生产效率，降低了劳动成本，提出了本课题。

通过本机械创新设计能够学习三维模软件，并熟练地使用Solidworks简单设计零件，实现零件间的装配，培养人们独立分析和解决生产实际问题的能力和培养查阅科技方面资料、并锻炼人们理论联系实际，综合运用知识的能力。

玉米脱粒机的背景和发展历程

脱粒机在我国许多农村地区广泛使用，大约有数十年的历史。据不完全统计，目前我国正以年产量30万台左右的速度生产各种类型的脱粒机。脱粒机相关企业大约有500余家，遍布全国各地。其中，生产大型玉米、水稻脱粒机的企业主要集中在东北3省，这一区域的脱粒机结构设计合理、技术含量高且功能齐全，多用于商业化作业；生产中型玉米脱粒机的企业多数分布于中原地区，产量较大；生产小型稻麦、玉米脱粒机的企业主要集中在南方地区，这一区域的脱粒机大多数是由简易脚踏式脱粒机增加动力改装实现，结构简单，技术含量低，多用于庭院和田间地头作业。

为满足用户的不同需求，不仅脱粒机尺寸不同，脱粒机的脱粒方式也不相同。20世纪70年代初，我国自行研制的冲击式玉米脱粒机得到广泛普及。20世纪80年代初，我国从国外引进一批成套的种子加工设备，后自主研发的搓擦式玉米脱粒机也得到大力推广，典型代表是重庆市农机所研发的5TY-0.2型玉米脱粒机。近年来，我国在引进、消化吸收国外先进设备的基础上进行自主研发，由农业部规划设计研究院研发的新型挤搓式玉米脱粒机成果显著。随后，北京丰田、北京西达农业工程及甘肃酒泉也相继生产出各种系列的挤搓式玉米脱粒机。2007年，沈阳农业大学李心平成功研发出差速式玉米脱粒机。随着科技的的发展和技术的成熟，慢慢的淘汰了传统的钉齿形玉米脱粒机，而选用揉搓板齿式玉米脱粒机。本机械创新设计是学习Solidworks的各种功能，利用Solidworks设计出玉米脱粒机的建模零件、实现零件间的装配、进行模拟仿真以及从三维图转化成二维图。以生产实践为基础。基于三维建模软件设计出模型，设计出的玉米脱粒机相比于传统钉齿形玉米脱粒机具有高脱净率、低破碎率、大大地提高了生产效率，降低了劳动成本，并且制作成本低廉，经济适用并且耐用。特别与发达国家的玉米脱粒设备相比，还是有一定的差距，因此新型玉米脱粒机的设计具有重要意义。

第一章总体方案的设计与选择

1.1方案一

板齿式脱粒装置

脱粒装置由固定在脱粒主轴上呈螺旋线分布的螺旋平板齿组成，板齿在齿杆上应按螺旋线排列，以保证滚筒上的负荷均匀，与钉齿式脱离装置一样，螺旋线头数越多，滚筒脱粒时打击能力越强。脱离能力也越高。

脱粒元件螺旋分布。自脱粒机进料口到玉米芯挡板方向脱粒装置上分布的平板齿螺旋角度不断变化。其作用如同人工用竹签子先将玉米果穗上的局部籽粒挤掉，以便后面挤搓顺利。脱粒开始阶段尽量多增加螺旋板齿与玉米果穗的脱粒接触，方便从完整的玉米棒子上剥掉玉米籽粒，脱粒后期阶段尽量多增加螺旋平板齿与玉米果穗的脱粒接触，以保证种子玉米籽粒破碎率降低。

1.2 方案二

钉齿式脱粒装置

钉齿式脱粒机主要由钉齿滚筒和凹板组成。钉齿滚筒上的钉齿通常按螺旋线排列，成排地固定在滚筒上。

通过钉齿打击玉米果穗，使玉米籽粒产生振动和惯性力而破坏它与穗轴间的连接；在钉齿滚筒的转动下，齿侧面间和钉齿顶部与凹板弧面上的搓擦作用使玉米穗与穗间、穗与凹板间产生搓擦，从而实现脱粒。玉米穗由进料口切向进入，被钉齿抓取进入脱粒间隙，受到钉齿的打击、齿侧面间和钉齿顶部与凹板间搓擦，实现脱粒；通过凹板筛分离出玉米和杂物，玉米芯由轴向排出。

1.3优化设计方案及方案选择

1.3.1机构运动简图

机构运动原理：

电动机通过电机轴将动力传递给v带轮1，V带轮1通过带传动将动力传递给V带轮2、3，由于v带轮的传动是通过V带的两侧面与轮槽侧面压紧产生的摩擦力进行动力传递，没有焊接点和接头，所以两V带轮的传动较为稳定。4号脱离体和5号风扇上的轴通过带轮上的凹槽进行键连接，在v带轮的带传动下，进行轴向旋转运动，使脱离体和风扇进行旋转运动。

1.3.2 方案选择

近年来，在国内玉米脱粒机市场上，出现了一种研学国外先进技术改进设计的、利用挤搓原理、宽板齿、低转速脱粒滚筒及栅格式凹板结构的玉米脱粒机。这种脱粒机与传统脱粒机相比，具有脱净率高、破碎率低、适应玉米籽粒含水率范围广等优点。它可以减少玉米种子在脱粒过程中的损失，提高经济效益，对种子加工企业具有重要的意义。

传统玉米脱粒机玉米的脱粒只能采用打击原理设计的普通脱粒机,各种传统普通机型的滚筒转速都在700r/min以上、滚筒外缘(板齿顶部)线速度均>8m/s,是靠钉齿或窄板齿高速打击玉米果穗实现脱粒的,对玉米籽粒伤害较大。但由于普通脱粒机个别主要性能指标偏低:由脱粒原理决定的破碎率偏高(>1%),致使玉米制种企业多年来受脱粒环节损失量偏大的困扰。我国每年玉米制种量约180万吨,损失增加值按0.5%计算,将造成0.9万t的玉米种子损失。

目前发达国家如美国已将以打击原理为主的玉米脱粒机淘汰,用一种挤搓板齿式脱粒技术原理脱粒机取代,并已得到推广应用。这种技术符合脱净率高、破碎率低的要求,全面克服了老式脱粒机存在的缺点。新机型脱粒损失至少比老机型减少0.5%,而且对种子玉米和普通玉米均适合。

主要技术性能指标的比较：

对国内广泛应用的生产率为1t/h的两种机型（即5TY-10型钉齿式和TY-17型板齿式玉米脱粒机）进行了比较。玉米脱粒机的滚筒转速由滚筒外缘的齿顶线速度决定，滚筒外缘的线速度是以保证脱粒时玉米籽粒破碎最少为前提条件来设计的。根据试验数据可知，含水率为13%左右的玉米穗（此含水率的玉米最易破碎）在齿顶线速度小于4m/s时，破碎率最低。

5TY-10型钉齿式的滚筒转速

由于钉齿式脱粒机需要采用打击来脱粒，因此５TY-10的滚筒转速设计为700~900r/min，其钉齿齿顶直径为210mm。

V＝πDn/60

式中n—滚筒的转速(r/min)；

v—齿顶线速度（m/s）；

D—滚筒齿顶直径（m）。

由此可知，n=700r/min时，v=7.3m/s；n=900r/min时，v=9.4m/s。

TY-17型板齿式的滚筒转速

为了减少破碎，TY-17型板齿式的滚筒转速设计为340r/min，板齿齿顶直径为190mm。根据公式v＝πDn/60，计算得v=3.4m/s

脱粒特性比较

由于钉齿式的滚筒线速度为7.3~9.4m/s，超过了4m/s这个限值，故产生的破碎率要高于板齿式脱粒机的破碎率。
当玉米含水率在13%～20%范围内时，两种机型的技术性能指标比较稳定；当玉米含水率高于20%时，钉齿式脱粒机的脱净率和破碎率指标明显下降，板齿式脱粒机的脱净率和破碎率稍有下降。
板齿式脱粒机的单位功率生产率要高于钉齿式脱粒机。
板齿式脱粒机由于具有高脱净率、低破碎率和低功耗等优点，将会被越来越多的种子企业所可，其市场前景良好。同时，国内的传统玉米脱粒机也会逐渐被其替代。

根据两种方案的对比优缺点，最终我们选择方案一。

1.4 玉米脱粒机的工作原理

本机械创新设计采用揉搓板齿式脱粒装置。它的工作原理是将剥过皮的玉米放入倾斜的入料口，在倾斜的入料口下进入脱粒区，甩刀的高速运动击打玉米穗子，破碎，脱粒，震动。玉米芯借助于滚筒上螺旋排列的甩刀的螺旋推力和螺旋导向作用，由入料口的另一端（即出料口）排出机体之外。而玉米粒和玉米谷粒中的杂质经过筛体掉落，掉到下滑板，在杂质经过下滑板的筛选掉落，玉米则从下滑板排除。其主要结构如下图所示：

图1-2玉米脱粒机的主要结构

机架体2.玉米芯挡板3.进料口4.筛体5.电动机6.带轮7.下滑板

第二章玉米脱粒机零件机构的设计及总体装配

2.1 机架的结构设计

机架的结构设计

机架是安装和固定脱粒机各个部件的机械部件，起到了支撑整个装置的作用。脱粒机的重量，以及工作时的负载和力矩都由机架承载。首先确定一个草图尺寸然后利用拉伸命令拉起机架的一个横向零件体，对其进行抽壳命令，其他的依次画出来，在进行装配，将三个零件装配城一个完整的机架。将里面给抽空。因此，对于机架的设计首先要保证强度和刚度，确保工作时各个工作部件的稳定，保证在各个工况下机架能够承受相应的载荷。铸铁流动性好表面光滑，成本相对较低，易于大批量生产同规格零件。但是铸铁的焊接性太差，所以，机架的选择是由型材焊接而成，选择的材料为普通碳素钢Q235，如图2-1所示

图2-1机架的主要结构

机架强度的校核与计算

机架的选择根据玉米脱粒机上面的所有组成部件，脱粒量的多少和重量来定，方知机架受力分析得出，由分析得出玉米脱粒机机架在平衡状态下只受地面对其的支撑力和在其表面上物体所给的压力。

即筛体和脱粒体以及轴承等等给的压力为G+G1（零部件重量）=20000N（10000Kg）+(1000X20N)=30000N;

根据[9]得知：方通承载力计算公式：

M=Pac/L(M：弯矩，P集中力，a集中力距支座距离，c集中力距另一支座距离，L跨度，L=a+c)

（仅用于截面)

f=M/W≤材料的许用应力（弹性抗拉强度/安全系数）。

M=Pac/L=11960xL，本次设计初定L为1200mm

则M=13456N.M

，初定方通为140x40x6。计算W得出

折算后位270Mpa

查的普通碳素结构钢Q235A的抗拉强度为375~500Mpa，由于270Mpa远远小于375Mpa，所以方通满足强度要求。

2.2 筛体结构设计

冲孔板的作用主要有三个：首先，在脱粒过程中，凹板的弧面与脱粒滚筒配合能够对玉米果穗产生搓擦作用，有助于脱粒；其次，凹板上分布有筛孔，使得脱落的玉米籽粒一方面通过筛孔掉入收集箱内，同时隔离玉米芯，由此便起到了筛分作用；第三，该凹板可以配合多个不同长度的脱粒滚筒使用。如图2-2所示

图2-2玉米脱粒机冲孔板建模

2.3 脱粒体的结构设计

如图所示的是玉米脱粒体，它是玉米脱粒时的主要工作部件之一。它是一个装配体，有脱粒体固定板、传动轴、若干小甩刀装配而成，脱粒滚筒的结构设计是整个玉米脱粒机设计过中的一个重要环节。本设计脱粒体采用三角形，因为脱粒体是玉米脱粒机中作为重要的部分，玉米的破损率和脱净率都是有脱粒体的性能来决定的，考虑到玉米在滚筒内的撞击、摩擦、震动等等因素，所以利用三角形的稳定性做成三角形固定板。若干小甩刀采用3221和1411的布局。如图2-3所示

图2-3玉米脱粒机筛体的结构

2.4 带轮和传送带的设计

根据玉米脱粒机的具体传动要求，本次传动选用带传动的方式。带传动是利用带与带轮之间的摩擦力来传递运动和动力的，有依靠啮合带轮上齿的啮合来传递运动和动力的，也有依靠带和带轮上齿的啮合来传递运动和动力的。带传动按带的界面形状不同可分为V带传动、平带传动和同步带传动。带传动结构简单、工作平稳，由于传送带的弹性，具有吸振、缓冲作用，过载的大话能够起到安全保护作用，能适应两轴中心距较大的传动。所以可选取电动机和主轴之间用V带和带轮的传动方式传动，因为在脱粒机的工作过程中，传动件V带是一个挠性件，它赋有弹性，能缓和冲击，因而使玉米脱粒机工作平稳，噪音小等优点。虽然在传动过程中V带与带轮之间存在着一些摩擦，导致两者的相对滑动，使传动比不精确但不会影响玉米脱粒机的传动，因为玉米脱粒机不需要精确的传动比，只要传动比比较准确就可以满足要求，而且V带的弹性滑动对脱粒机的一些重要部件是一种过载保护，不会造成机体部件的严重损坏，还有V带及带伦的结构简单、制造成本底、容易维修和保养、便于安装，所以，在电动机与玉米脱粒机之间选用V带与带轮的传动配合是很合理的。如图2-4所示

图2-4a 玉米脱粒机传送带

图2-4b 所示玉米脱粒机V带轮

2.5 下滑板和杂质处理风扇

本次设计中特别考虑到了当玉米在脱粒过程中，会伴随着一些玉米小碎粒和玉米掉落到一起，所以为了处理小碎粒在下滑板中做了很多得到筛孔，这种筛孔的大小小于玉米粒的大小，却大于小碎粒。而风扇带轮则与电机带轮连着，在电机转动的同时也会带动风扇的转动，防止玉米小碎粒下落的太快对下滑板造成堵塞。降低了在玉米脱粒机上安装鼓风机来排除杂质的成本。而下滑板和机架固定板之间有间隙，可以利用扫帚将其进行清理干净。如图2-5所示

图 2-5a 下滑板

图2-5b 玉米穗清理风扇

2.6 电动机的选用及设计

玉米脱粒机是通过电机通过V带传动带动脱离体旋转，从而实现玉米的脱粒功能，具体的电机选型计算过程如下：

＝4(KW)

G－玉米脱粒机的生产能力，1000kg/h

W－切割1kg物料耗用能量，其值与玉米直径有关，d小则w大，当d＝3mm，

取w＝0.0030kw.h/kg。（查B5p

）

－传动效率，取0.75

所以根据N＝4kw，n＝1500r/min，查B1表10-4-1选用Y112M-4，再查B1表10-4-2得Y112M-4电机的结构。如图2-6所示

图2-6电动机的结构

2.7 入料口

入料口一方面可以起到存储玉米果穗的作用，不让玉米果穗进入脱粒腔的时间出现间隔，避免工作时脱粒机滚筒出现空转，从而提高生产效率。另一方面玉米果入料口是将玉米填入玉米脱粒机机体内的一个途径，它是玉米脱粒机上的一个部件，它的作用在于通过入料口可以将玉米顺利的填入机体内，而且在填入的过程中或是填入后的工作过程中，脱粒机能安全的工作，而且不会将玉米玉米粒或是玉米芯从入料口飞溅出来，造成人员伤害等事故发生，因此，玉米脱粒机的入料口的设计，关系到玉米脱粒机的工作质量。因为在将玉米添入脱粒机时，电动机在高速的旋转，连同它的主轴一起旋转，如果入料口的填料方式不利于主轴的工作，此时，这种填料方式对主轴、对机体都有很大的副作用，有可能瞬时加大主轴的承担负载，即同时加大主轴的压力，同时也加大了筛体上甩刀的磨损和老化等。如果入料口的设计不当，会造成主轴的瞬时被卡死，电动机闷死等现象发生，这些现象对电动机和玉米脱粒机的主轴有及大的破坏性。

传统玉米脱粒机的入料口多是采用的直立式和螺旋导板式等入料方式。但是这种方式对玉米脱粒机的损害是比较大的，直立式和螺旋导板式的入料方式，玉米的惯力非常的大，对脱粒区的甩刀造成的伤害比较大，日积月累甩刀将会守冲击而坏掉，减少使用寿命，增加了维修成本，而本次的玉米脱粒机所采用的是倾斜式的入料口，入料口倾斜的角度小但是能保证玉米可以进入到脱粒区进行脱粒筛选。

因此在入料口的三结构设计中，采用倾斜滑板式的入料方式，是为了减少玉米穗对其筛体的冲击力，给予力一个缓冲。玉米利用自身的重力在倾斜的入料口上进入脱粒区。该入料口和机架形成很好的密封性，即使玉米粒和碎屑四溅也不会伤到人的。如图2-7所示

图2-7a 直立式入料口

图2-7b 倾斜式入料口

2.8 装配体爆炸视图

第三章. 总结与展望

3.1 总结

玉米脱粒机是一种用于玉米收获后脱粒的农业机械设备。它的设计目的是提高玉米脱粒的效率和质量，减少人工劳动强度。在过去的几十年里，玉米脱粒机的设计得到了不断的改进和发展。

首先，玉米脱粒机的设计需要考虑到玉米的特性。玉米颗粒较小，形状不规则，容易粘连在一起。因此，脱粒机的设计需要具备分离玉米颗粒的能力，同时尽量减少破碎和损伤玉米籽粒的情况。传统的玉米脱粒机采用滚筒式设计，通过摩擦和冲击力将玉米颗粒从穗轴上分离。然而，这种设计存在一些问题，如分离不彻底、破碎率高等。为了解决这些问题，设计师们开始探索新的脱粒原理和方法。

其次，玉米脱粒机的设计需要考虑到操作者的便利性和安全性。传统的玉米脱粒机需要人工将玉米穗放入机器中，然后手动驱动机器进行脱粒。这种方式不仅劳动强度大，而且存在一定的安全隐患。为了提高操作者的便利性和安全性，现代的玉米脱粒机采用了自动化设计。机器配备了自动输送装置，可以将玉米穗自动送入脱粒区域，减少了人工操作的需求。在网上和图书馆查找与关玉米脱粒机相关的资料，了解其工作原理、工作方式等等，建立与传统玉米脱机相比，具有高脱净率和低破碎率和降低成本等等，然后使用Solidworks来设计出玉米脱粒机的模型。并对其进行零件建模、零件装配、和从装配图到工程图的转化。确保其在其结构合理，外观精美，在理论上保证其可运行。

3.2 展望

展望未来，玉米脱粒机的设计将继续朝着自动化和智能化的方向发展。随着科技的进步，人工智能和机器学习等技术将被应用于玉米脱粒机的设计中。通过对大量数据的分析和应用，机器可以自动调整脱粒参数，以提高脱粒的效率和质量。此外，机器还可以通过传感器和摄像头等设备实时监测脱粒过程，及时发现和解决问题。这些技术的应用将使玉米脱粒机更加智能化和高效化。

总之，玉米脱粒机的设计在不断改进和发展。未来的发展方向将是自动化和智能化。通过对玉米特性的深入研究和技术的创新，玉米脱粒机将能够更好地满足农业生产的需求，提高玉米收获的效率和质量。通过结构优化，该玉米脱粒机操作方便、脱粒速度快、脱粒效果好、经济又环保。经预测，该产品具有很好的实用意义，市场推广前景广阔。该装置为我国玉米脱粒机的研制提供良好参考，促进玉米脱粒技术的新发展，加强国内玉米脱粒新模式的推广与应用

参考文献

[1]杨茂林,焦巍,王俊伟.小型电动玉米脱粒机设计及性能的分析[J].产业与科技论坛,2022,21(20):47-48.

[2]王旖旎,李逢振,黄通灵.新型玉米脱粒机的设计与实现[J].中国新技术新产品,2021(09):80-82.DOI:10.13612/j.cnki.cntp.2021.09.026.

[3]潘卫云, 新型高效玉米脱粒机的研发及推广. 甘肃省,会宁县耘丰农业机械制造有限公司,2019-11-09.

[4]张秀琴,孙伟,张力允等.小型玉米脱粒机的研究现状及发展[J].农业机械,2016(07):113-115+117.DOI:10.16167/j.cnki.1000-9868.2016.07.029.

[5]王廷福. 低破碎玉米脱粒机的设计与分析[D].甘肃农业大学,2009.

[6]吴多峰,许峰,袁长胜.板齿式与钉齿式玉米脱粒机的性能比较[J].农机化研究,2006(10):78-80.

[7]阎志清,高太宁.我国脱粒机行业现状及对策[J].粮油加工与食品机械,1998(06):2-3.

[8]杨茂林,焦巍,王俊伟.小型揉搓式玉米脱粒机的设计[J].产业与科技论坛,2023,22(13):47-48.

[9]罗莉,张蔚然,韩金钢等.玉米脱粒机的发展现状及前景[J].南方农机,2021,52(17):59-61+70.

[10]王旖旎,李逢振,黄通灵.新型玉米脱粒机的设计与实现[J].中国新技术新产品,2021(09):80-82.DOI:10.13612/j.cnki.cntp.2021.09.026.

致谢

机械创新设计是培养学生综合运用所学知识，发现、提出、分析和解决实际问题的能力，是对学生这段时间来所学知识的一个总结，随着科学技术的快速发展，三维建模技术已经成为当今空前活跃的领域，应用于我国的各行各业，在生活中与我们息息相关，如果毕业后想要向设计方向发展的话，那么三维建模软件的熟练使用与你密不可分。

之前在实训当中做过类似的设计，但是在机械创新设计的时候遇到很多难题，特么是在拿到课题后不知道怎么入手，经过老师和同学们的帮助使我们完成了本次的机械创新设计，在我们完成机械创新设计的时候，我们有一钟莫名的成就感，或许是对自己知识能力的一个肯定，在此次机械创新设计中最大的感悟就是：知识必须通过实际的转变才能够实现其价值，不要眼高手低，以为自己学会了结果做的时候做不出来，当你能够把你所学的理论知识能应用于实际生活的时候才能够算是真的学会了。在此要感谢我们的指导老师对我们的悉心照顾，感谢老师给我们的帮助。

在本次设计过程中，我们通过查阅资料，了解玉米脱粒机的设计。向老师的请教，同学的帮助，网上知识的查询。使自己学到不少的知识，过程很艰难，但是也收获了很多的东西。在整个设计中使我们学到的不仅仅是知识，而且很大程度上对我毕业后的发展方向也是有很大的帮助的。在本次的机械创新设计中也存在着很多的不足之处，但是在本次设计过程中学到的东西是我们最大的收获，使我们终身受益。

声明：本文内容由网友自发贡献，不代表【wpsshop博客】立场，版权归原作者所有，本站不承担相应法律责任。如您发现有侵权的内容，请联系我们。转载请注明出处：https://www.wpsshop.cn/w/我家小花儿/article/detail/857379

玉米脱粒机说明书_玉米脱机的出料口

绪论

第一章 总体方案的设计与选择