小型拔梗機的研究機設計【摘要】本文針對農作物的莖稈采用機械化收獲進行了一定的研究，并研制出了一種小型農作物拔梗機。設計的這種拔梗機在滿足普通拔梗機的功能的根底上還做了一些改良，設計一種拔梗更快更干凈、更加小型輕便，本錢低，且效率更高，性能更好的拔梗機，廣泛適用于中小型田間作業。闡述了小型農作物拔梗機的工藝流程、結構特點。根據設計要求，確定了根本參數及主要技術性能指標。對小型農作物拔梗機所需功率進行分析確定，通過實驗分析得出了結論。改良后的拔梗機能一次完成農作物莖稈的破土、夾持、拔出、提升、輸送和成堆集放，工序集中，生產效率高，結構簡單、制造、安裝、操作方便、使用維護簡便，功能齊全，適應性強，故障少，使用壽命長，能一機多用?！娟P鍵詞】：小型內燃機；拔梗機；作物莖稈；實驗分析MachineofsmallpullingmachinedesignstemAbstractThispaperadoptedthestalksmechanizedharvestingcropsmadecertainresearch,anddevelopedasmallcropspullinfarctionmachine.Designofthemachinetosatisfycommonpulledinfarctionpulledthefunctionofstemsmachinebasedonmadesomeimprovements,designakindofpullmoreclean,morefasterinfarctionsmallandportable,lowcost,andmoreefficient,pluckinfarctionbetterperformance,extensivelysuitableforsmallandmedium-sizedmachinefieldoperations.Expoundsthesmallcropspullinfarctionmachineprocess,structuralfeatures.Accordingtothedesignrequirements,determinethebasicparametersandmaintechnicalperformanceindicators.Pulloutofsmallcropsneededpowerstemsmachine,throughanalysistoidentifytheconclusionexperimentalanalysis.Theimprovedpullinfarctionfunctiononcecompletedcropstalksbreak,clamping,uproot,upgrade,transmissionandpilessettoput,processfocused,efficientproduction,simplestructure,manufacture,installation,convenientoperation,useconvenientmaintenance,thefunctionisallready,adaptable,lowmalfunction,servicelifeislong,canmulti-usage.【Keywords】：Smallinternalcombustionengine；Cropstalks；Pulledinfarctionmachine；Experimentalanalysis第一章緒論1.1課題背景我國是一個農業大國，玉米、棉花的種植面積大，僅我省的玉米、棉花種植面積就達1000萬畝以上。近幾年來，玉米、棉花的種植面積仍在不斷擴大，收獲后莖桿留在地間中，農民要采用砍、割、拔的方式進行去除，勞動強度大，作業效率低。而且砍、割后，這些作物兜根仍留在土壤中，影響來年播種。同時夾藏蟲卵，增加來年莊稼病蟲危害。加之秸稈碳氮比高，不易腐爛。所以秸稈還田常因翻壓量過大，土壤水分不適，施不夠，翻壓質量不好等原因，出現阻礙耕作，影響出苗，燒苗，病蟲害增加等現象，有的甚至造成減產。然而這些莖稈的收獲卻成了農民大傷腦筋的事情。歷年來，這些莖稈的收獲一直沿用人工拔收，一是農民勞動強度大，二是占用時間長，大都采用一年單熟的耕作方式，為減少農民的勞動強度，縮短作物的收獲時間，最大限度地將一年單熟耕作方式改變為一年兩熟，提高土地資源的利用率，讓農民增加收入。大面積推廣應用，作業質量符合農藝要求、工作效率高、使用可靠性強的農作物拔稈機顯得非常重要，也說明了該工程推廣意義是很深遠的。小型拔梗機主要作業對象是農作物莖桿。即：棉梗、玉米梗、高梁梗等，其功能是將地間農作物莖桿進行除兜根——拔莖桿——集堆——打梱機械化的作業。由于拔梗機不僅能大大降低農民的勞動強度、增加農民的工作效率，而且使得農民的作物增產增收。所以小型拔梗機的研究與設計是目前很有價值和意義的研究課題。本次設計內容是小型拔梗機，它是由內燃機、行走底盤、機架，他還包括破土裝置、拔梗裝置、莖稈夾持裝置、莖稈輸送裝置、傳動箱、升降裝置、集物柵。內燃機安裝在行走地盤上，破土裝置、拔梗裝置、莖稈夾持裝置、傳動箱、莖稈輸送裝置和集物柵依次安裝在機架上；機架安裝在行走底盤的正前方，用升降裝置中的油缸和懸掛桿與行走底盤鉸接，利用升降裝置中的油缸動作來調節機架與地面的相對位置，到達破土裝置的破土深度；破土裝置固定在機架的前方下端；莖稈夾持裝置安裝在機架的上方；拔梗裝置安裝在傳動箱中的傳動軸上端；莖稈輸送裝置安裝在機架的上方后部；集物柵的一端用鉸接在機架一側的下端，集物柵的另一端用彈簧掛接在機架上。圖1-1小型條式拔棉梗機1.2我國拔梗機的現狀和開展前景我國拔梗機的現狀農民對各種農作物莖稈的收獲一直沿用傳統的人力拔收方式，不但增加了農民的勞動強度，而且不利于農田騰茬搶種。一個強壯的勞動力一天收不了一畝地農作物莖稈，且滿手血泡，腰酸腿疼，苦不堪言。國內雖有幾個廠家研制了單一的拔桿機，但都因構造不合理，作業質量差，工作效率低，故障率高、適應性差或作業質量不能滿足農藝要求等諸多原因農民不愿接受。一些農民試圖用秸稈粉碎還田的方式將其直接粉碎還田，但是有的作物莖稈有著堅實的木質纖維，不易漚制，直接影響下茬作物生長，易導致大面積減產，農友怨聲載道。1.2.2我國拔梗機的開展前景：今朝我國農作物拔梗機械處于開展開始的一段時間，拔梗機械化程度較低，開展小型成套機械設備是我國拔梗機械的開展趨勢。農作物莖稈作為一種農業生產的副產品，產量大、品類多、漫衍廣，同時也是一項重要的有生命的物質資源。占涉及方面計數，我國年產農作物莖稈6億噸以上，資源領有量居世界榜首。根據預先推測，跟著農業生產技能的不斷提高，莖稈總量將呈增加趨勢，至2023年達，年產量將到達7.26億噸。鑒于莖稈的利用價值和經濟價值，開展施用本錢較低的拔梗機械是今朝我國迫切需要處理和完成的題目。由于國外一些興旺國家所生產的莖稈收獲機械，多為大型或重型，需要配置的動力大，價格又昂貴，加上受種植模式的制約，且我國是種植農作物的大國，需求量大，使得國外的拔梗機很難在我國推廣應用。所以，開發小型化適合農業需求的拔梗機設備是促進我國農業開展的必然趨勢。1.3設計的主要內容本次設計在調查湖南丘陵地區的土地情況和棉花的生長周期后，在市場上比擬了幾種拔梗機的優缺點后，做出的優化方案。要求拔梗更快更干凈、更加小型輕便，本錢低，且效率更高，性能更好的拔梗機，廣泛適用于中小型田間作業。在綜合考慮和比擬不同拔梗機的優缺點后，決定此次拔梗機的設計思路為:工作時，啟動內燃機操作行走底盤行駛。作物莖稈收獲時，將行走底盤的動力傳遞給傳動箱中的輸入軸，通過傳動鏈帶動破土器莖稈夾持裝置、拔梗裝置和夾持輸送裝置運動。此拔梗機主要由分桿器、兜根別離器、拔桿輥筒、拔桿夾持裝置、莖桿輸送裝置、動力傳動系統、莖桿鋪放裝置、機架、懸掛系統行走裝罝和打梱器等組成。具有拔斷率低、拔破率低、拔凈率高等特點。參考其他實例分析及設計，我認為此次拔梗機的設計主要考慮以下問題：1、小型拔梗機分桿器的設計，包括分桿器的長度設計，強度的設計，力求使用最少的材料設計出滿足要求的分桿器；2、小型拔梗機兜根別離器的設計，力求以消耗最小的力使梗莖與土壤別離，到達拔凈的要求；3、小型拔梗機拔桿輥筒的設計；4、小型拔梗機拔桿夾持裝置的設計與定位要求；5、小型拔梗機莖桿輸送裝置的動力選??；6、小型拔梗機動力傳動系統的選取與計算；7、小型拔梗機莖桿鋪放裝置的設計，外形尺寸設計，力求使機體體積小，外形美觀大方；8、機架、懸掛系統行走裝罝和打梱器等的選取與設計計算；9、小型拔梗機外形尺寸的設計，外形尺寸能否保證安裝，分桿器與拔桿輥筒是否滿足強度要求同時，在確定拔梗機的結構方案時，又要注意以下幾個問題：1、確定拔桿機構夾持力的大?。?、確定拔桿機構的方式；3、確定兜根別離器的方式選??；4、確定莖桿輸送方式的選??；5、確定拔桿夾持裝置的位置以及安裝方法；6、確定整機外形尺寸、前進速度、收獲行數；7、確定拔梗機的動力選取。改良之后的拔梗機的創新之處有以下幾點：1、擬采用彈簧對壓鏈夾式拔桿機構，可根據棉稈粗細自動調整夾持力。2、擬采用雙圓盤刀片式兜根別離器，可根據莖稈的位置將根、土別離，有利于減輕起拔力和減少拔斷率；3、采用雙拔桿輥筒和拔桿夾持裝置雙重拔桿作用，有利于提高機具作業質量；4、采用全封閉式莖稈輸送，減少了機具作業故障。5、變速裝置擬采用同軸蝸桿分別帶動兩蝸輪及鏈輪運轉，兩鏈條那么作同向運行。6、掛接機構擬采用固定式升降臂形式，構成垂直升降機構，調節雙圓盤刀片式兜根別離器入土作業的深度。7、采用牧草打結打梱器裝置打梱，鏈式輸送。第二章系統總體方案設計2.1拔梗機工作原理分析拔梗機大量應用于棉花、玉米、高粱等農作物的拔梗。其工作原理如下：工作時，啟動內燃機操作行走底盤行駛。作物莖稈收獲時，將行走底盤的動力傳遞給傳動箱中的輸入軸，通過傳動鏈帶動破土器莖稈夾持裝置、拔梗裝置和夾持輸送裝置運動。利用升降裝置中的油缸動作，調節破土裝置的破土深度。通過行走底盤的行駛，破土器將作物莖稈兩邊土壤切割，使莖梗的須、根分開，降低拔梗阻力以減少拔斷率。破土后的作物莖梗進入加持裝置夾持。同時，由拔梗裝置中的拔叉將作物莖梗叉住，；利用機器前進和拔梗裝置的旋轉作用，將莖梗從土壤中拔出。作物莖稈在莖稈夾持裝置的夾持下，完成作物莖稈的夾持、提升和縱向輸送。再經莖稈輸送裝置與導向桿的共同作用，將作物莖梗輸送到機架一側放在集物柵上，當莖梗堆集重量超過彈簧的拉力時，在重力作用下落入地面成堆集放。其實物圖見圖2-1。圖2-1小型農作物拔梗機1．連接桿2.輸入軸3.箱體4.機架5.拔梗裝置6.破土裝置7.莖稈夾持裝置8.萬向傳動軸9.油缸10.莖稈輸送裝置11.底盤2.1.1拔梗機的動力分析設計該款收割機動力參考市場上的收割機參數，在棉花地中工作選取柴油機動力〔S195〕：額定功率為8.8千瓦，轉速為2000轉/分，燃油消耗率0.27kg/kw.h,采用蒸發水冷卻。由輸出軸輸出動力，柴油機相比擬于汽油機能提供較大的馬力，適宜使用于相對復雜的環境，在農業機械中大量應用。柴油價格相對于汽油價格略低，對于農業機械的使用上更易于接受。所以本拔梗機設計中采用柴油機最為本拔梗機的動力選擇。圖2-2農用柴油機2.1.2拔梗機動力輸入裝置的分析本次設計采用鏈傳動。鏈傳動是一種撓性傳動，它由鏈條和鏈輪組成。通過鏈輪輪齒與鏈條的嚙合來傳遞運動和動力。與摩擦型的帶傳動相比，鏈傳動無彈性滑動和整體打滑現象，因而能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高；又因鏈條不需要像帶張得很緊，所以作用于軸上的徑向壓力較小；鏈條采用金屬材料制造，在同樣的使用條件下，鏈傳動的整體尺寸較小，結構較為緊湊；同時，鏈傳動能在高溫和潮濕的環境中工作。與齒輪相比，鏈傳動的制造與安裝精度等級要求較低，本錢也低。在遠距離傳動時，其結構比齒輪傳動輕便的多。2.1.3破土裝置工作時入土深度的分析一般的田地中，地面凸凹不平整。因此要求拔梗機在工作時，為了提高拔凈率，破土裝置入土深度必須保持在一定的范圍。經過市場分析，破土深度必須保持在80mm以上。2.3拔梗機總體方案的設計設計的拔梗機主要以玉米梗、高粱梗、棉梗為主，能一次性將農作物莖桿進行除兜根、拔莖稈、集堆、打捆等機械化的作業。除兜根的動力通過蝸輪蝸桿傳遞而來。其作業工藝流程如下：小型農作物拔梗機是由內燃機、行走底盤、破土裝置、拔梗裝置、莖稈夾持裝置、莖稈輸送裝置、打捆裝置等組成。作業時，首先由破土裝置將拔梗區內作物莖稈兜根處進行破土，破土后的作物莖稈由莖稈夾持裝置夾持，然后由拔梗裝置拔出，再由莖稈輸送裝置將作物莖稈倒向堆放網，堆放一定量后便倒向田間堆放的全過程。拔梗機動力輸入有三種方案：〔1〕鏈傳動；〔2〕V型帶傳動；〔3〕同步帶傳動。圖2-3鏈傳動圖2-4V型帶圖2-5同步帶表2-1傳動方案分析傳動類型傳動效率使用壽命傳動轉矩本錢鏈傳動較好最長較好一般V型帶傳動正常較長最好較貴同步帶傳動最好短小昂貴由上分析，鏈傳動具有整體尺寸小，結構緊湊，傳動效率高，使用壽命長；同時鏈傳動能在高溫和潮濕的環境中工作。在我設計的拔梗機動力輸入的方案上我選用鏈傳動。小型農作物拔梗裝置懸掛在行走底盤前方，由液壓控制升降。拔梗時，采用破土裝置破土，自行開道，再利用拔梗裝置和莖稈夾持裝置的共同作用將作物莖稈連根拔出，并由莖稈輸送裝置將作物莖稈倒向堆放網成堆堆放在田間，有效地優化了整機結構，同時，提高了小型內燃機功率的利用性能。整機根本參數及主要技術性能指標〔見表2-2〕表2-2拔梗機根本參數及主要性能指標名稱單位技術參數備注外形尺寸mm2000X1600X780懸掛形式前懸掛式液壓驅動配套內燃機Kw9-11109-S1905柴油機拔幅mm750-7902行工作速度m/s=1\*ROMANI-=2\*ROMANII檔生產率畝/h3-4.5拔斷率%<3拔不凈率%<2第三章拔梗機的設計3.1拔梗機動力的選擇3.1.1破土裝置消耗功率N1式中：n——拔梗行數；R——2〕,取R=4N/cm2；h——深度〔8—12cm〕，取h=10cm；b——寬度〔0.5-5cm〕，取b=3cm；a——每行圓盤刀數量〔片〕，取a=2片。3.1.2拔梗裝置消耗功率N2拔梗裝置消耗功率包括拔梗功率Ng和空轉動功率Nk兩局部，即：式中：d0——莖稈拔出所需功率〔d0=450-650N/根〕，取d0=600N/根；拔梗裝置的功率消耗主要取決于Vm、c〔每米生長根數一般為2～4，取c=3〕、n〔行數〕和d0〔莖稈粗細〕的大小有關，當拔梗裝置采用減速器驅動，轉速參數已確定時，小型減速器空轉消耗功率在正常情況下為Nk=0.25～0.35KW，可取Nk=0.3KW；那么。3.1.3莖稈夾持裝置消耗功率N3小型農作物拔梗機的莖稈夾持裝置采用套筒滾子鏈裝置，線速度V=1～1.2m/s，喂入量為q=〔1.8～2〕kg/s；每公斤喂入量所用平均功率N0=0.45～0.55KW。莖稈夾持裝置消耗所需功率N3，包括空轉功率N空和工作消耗功率N工。，取N工=1.3kW。空轉消耗功率N空〔約占總功率的5%～7%〕，取N空=0.5KW。3.1.4莖稈輸送裝置莖稈輸送裝置一般約占總功率的5%～7%。取3.1.5整機配套功率N配整機消耗功率整機配套功率儲藏系數K=1.0～1.3，取K=1.2，那么。取N=7.1KW，那么N配=8.5KW。綜上所述，拔梗機的動力傳輸裝置選取柴油機S195，其額定功率為8.8千瓦，轉速為2000轉/分，燃油消耗率0.27kg/kw.h。3.2鏈傳動的設計根據拔梗機的具體傳動要求，可選取內燃機與輸入軸采用鏈輪與傳動鏈來傳動。鏈傳動是一種撓性傳動，它由鏈條和鏈輪組成，通過鏈輪輪齒與鏈條的嚙合來傳遞運動和動力。鏈傳動主要用在要求工作可靠，兩軸相距較遠，低速重載，工作環境惡劣，以及其他不宜采用齒輪傳動的場合。本次設計就采用鏈傳動，雖然它經常受到土塊、泥漿和瞬時過載的影響，但是依然能較好的工作。所以本次設計采用鏈傳動是合理的，因此小型拔梗機的設計采用鏈傳動。3.2.1確定鏈傳動的功率為了保證鏈傳開工作可靠性，采用額定功率來限制鏈傳動的實際工作能力。其額定功率是在規定的實驗條件下完成的。鏈傳動的工作條件與實驗條件不同，額定功率應予以修正。修正時考慮的方面包括：〔1〕工作情況；〔2〕主動鏈輪齒數；〔3〕鏈傳動的排數。因此鏈輪的設計內容主要包括：確定鏈條型號、鏈節數Lp和排數，鏈輪齒數Z1、Z2以及鏈輪的結構、材料和幾何尺寸、鏈傳動的中心距a、壓力角Fp、潤滑方式和張緊裝置等。確定傳動比i傳動比過大，鏈條在小鏈輪上的包角就會過小，參與嚙合的齒數減少，每個輪齒承受的載荷增大，加速輪齒的磨損，且易出現跳齒和脫鏈現象。一般鏈傳動的傳動比,常取i=2～3.5，這里取i=2。鏈輪齒數小鏈輪齒數少，可減少外廓尺寸，但齒數過少，會增加運動的不均勻性和動載荷；鏈條在進入和退出嚙合時，鏈節間的相對轉角增大；鏈傳動的圓周力增大，從整體上加速鉸鏈和鏈輪的磨損。可見，小鏈輪的齒數不宜過小，一般取。小鏈輪的齒數也不宜取的太大。在傳動比給定時，大，大鏈輪齒數也相應增大，其結果不僅增大了傳動的總體尺寸，而且還容易發生跳鏈和脫鏈，從另一方面限制了鏈條的使用壽命。由于鏈節數通常是偶數，為使鏈條和鏈輪磨損均勻，常取鏈輪齒數為奇數，并盡可能與鏈節互為質數。優先選用的鏈輪齒數系列為：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。確定=19，可得=38。〔3〕確定鏈傳動的功率根據鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數和鏈條排數，將鏈傳動所傳遞的功率修正為當量的單排鏈的計算功率式中：KA——工況系數，見［1］中表9-6；KZ——主動鏈輪齒數系列，見［1］中圖9-13；KP——多排鏈系列，雙排鏈時KP=1.75，三排；鏈時KP=2.5；P——傳遞的功率，KW由［1］得KA=1.0，KZ=0.64，KP=1.0，P=8.5KW。所以單根鏈條的額定功率為：確定鏈條型號和節距P鏈條型號根據當量的單排鏈的計算功率Pca和主動鏈輪轉速〔柴油機轉速〕由［1］中圖9-11得到鏈條型號為08A單排鏈系列。然后可確定鏈條節距P，P=12.7mm。計算鏈條節數和中心距初選中心距，按以下計算鏈節數Lp0可得。為了防止使用過渡鏈接，應將計算出的鏈節數圓整為偶數，且與齒數互為質數，所以取。鏈傳動的最大中心距為：式中，為中心距計算系數，見［1］中表9-7，查得?？傻?，符合要求。計算鏈速，確定潤滑方式平均鏈速由［1］中式9-1計算可得：式中：—分別為主、從動鏈輪的齒數；分別為主、從動輪的轉速，r/min。因滾子鏈常用于傳動系統的低速級，一般傳遞功率比擬小，在100KW以下，鏈速不超過15m/s。，故鏈速符合要求。由，查［1］中圖9-14可知采用油池潤滑或油盤飛濺潤滑。3.2.5計算鏈傳動作用在軸上的壓軸力由［1］中式9-11可得：式中：—有效圓周力，N—壓軸力系數，對于水平傳動，對于垂直傳動。有效圓周力鏈輪水平布置時的壓軸力系數，那么壓軸力為。3.3蝸輪與蝸桿的設計蝸桿螺旋局部的直徑不大，所以經常和軸做成一個整體，如結構形式見圖3-1。圖3-1蝸桿的結構形式選擇蝸桿的傳動類型和材料根據GB/T10085-1988的推薦，采用漸開線蝸桿〔ZI〕。考慮到蝸桿傳動功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼：因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為45～55HRC。蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅鑄造，而鐵芯用灰鑄鐵HT100制造。3.3.2按齒面接觸疲勞強度進行設計根據閉式蝸桿傳動的設計準那么，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。由［1］中式〔11-12〕得，傳動中心距為：確定作用在蝸桿上的轉矩按,；那么確定載荷系數K因工作載荷較穩定，故取載荷分布不均系數；由［1］中表11-5選取使用系數KA=1.15；由于轉速不大，沖擊不大，可取動載系數Kv=1.05;那么確定彈性影響系數因選用的是鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故。確定接觸系數先假設蝸桿分度圓直徑和傳動中心距的比值，從［1］中圖11-18中可查的確定許用接觸應力根據蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿齒面硬度>45HRC,可由［1］中表11-7查得蝸輪的根本許用應力’=268MPa。設這種農業機械每年工作三個月，每天工作八小時，能使用五年，所以這種機械的壽命為。應力循環系數壽命系數那么(6)計算中心距取中心距，因，故從［1］中表11-2中取模數m=5,蝸桿分度圓直徑。蝸桿與蝸輪的主要參數與幾何尺寸蝸桿直徑系數q=12；齒頂圓直徑；齒根圓直徑；分度圓導程角。蝸輪蝸輪齒數；變位系數；傳動比；蝸輪分度圓圓直徑蝸輪喉圓直徑蝸輪齒根圓直徑校核齒根彎曲疲勞強度當量齒數根據，，從［1］中圖11-19可查得齒形系數。螺旋角系數許用彎曲應力從［1］中表11-8查得由ZCuSn10P1制造的蝸輪的根本許用彎曲應力壽命系數彎曲強度是滿足要求的。3.4齒輪的設計與計算由于拔梗機的拔梗裝置是由左右莖稈夾持裝置和拔叉組成，為了使莖稈受力均勻，更好的提高拔凈率，必須使左右莖稈夾持裝置的速度一致，拔梗裝置的動力主要靠齒輪傳遞，所以此次的齒輪為同級齒輪傳動。即，。此次設計的齒輪大體示意圖如圖3-2圖3-2齒輪結構圖3.4.1按彎曲強度確定齒輪模數由［2］中公式〔6-11〕可得：式中：k——載荷系數，一般取k=1.2～2取k=1.5——齒輪傳遞的額定轉矩N·mm——復合齒形系數取=4.5——齒寬系數取=0.25——齒輪齒數試取=25——許用彎曲應力=——齒輪選用氣體滲碳處理的許用應力取=1300——接觸強度計算的最小平安系數取=1.1==1300/1.1=1181.8N/計算對此計算結果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的模數，由于齒輪模數m的大小取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑〔即模數與齒數的乘積〕有關。可取m=4mm。3.4.2按接觸強度確定齒輪分度圓直徑與中心距由［1］中公式〔10-9a〕得：〔1〕確定公式內的各計算數值式中K——載荷系數取K=1.5;——齒輪傳遞的額定轉矩〔Nm〕;u——齒數比u=1——齒寬系數=0.25——許用接觸應力查［1］中表10-6查得材料的彈性影響系數——實驗齒輪的接觸疲勞極限應力〔N/〕取=1300——接觸強度計算的最小平安系數取=1.1==1300/1.1=1181.8N/計算可得：可得：經計算，齒輪可用。3.4.3齒寬確實定由公式式中——齒寬——齒輪分度圓直徑=0.25×100=25mm因u=1，所以計算齒輪相關參數、確定各齒輪詳見表3-1中心距表3-1齒輪的根本參數齒輪齒數模數m分度圓直徑齒頂高齒根高全齒高齒頂圓直徑齒根圓直徑2541004591069025410045910690傳動箱軸的計算傳動軸是拔梗機的主要設計部件之一，它是在脫粒機正常工作過程中，承當主要轉矩、扭矩、彎矩和支撐傳動軸上的回轉零件，工作環境惡劣，因此傳動軸的設計是一個十分關鍵的步驟，它的合理型及強度直接影響到拔梗機的工作效率和質量。傳動軸的主要作用有兩點：1、支持軸上所安裝的回轉零件，使其有確定的工作位置；2、傳遞軸上的運動和動力。軸按照軸線形狀的不同，可以分為曲軸、直軸軟軸和撓性軸等，根據拔梗機的結構特點和組成形狀及工作強度和環境的要求，此拔梗機的輸入軸和其他軸都選用直軸形式傳遞，而且選用直軸中的階梯軸，軸的設計如下：由公式得：式中——軸的最小直徑mm——軸傳遞的額定轉矩——軸的許用轉應力軸的材料為，查取=40～52取=403.5.1一軸的設計由轉速功率P=3KW，確定軸的最小直徑，軸最小直徑為一軸為普通平鍵(A)軸傳動，且最小直徑處安裝有深溝球滾子軸承，查手冊［3］取d=35mm，所以深溝球滾子軸承的型號為6207，根本尺寸見表3-2普通平鍵(A)軸為：表3-26207軸承根本參數軸承代號根本尺寸/mm安裝尺寸/mm根本額定動載荷根本額定靜載荷極限轉速dDBrsmindaminDsmaxrasmax/kN脂潤滑油潤滑620735621414156116.210.5900012003.5.2二軸的設計由于一軸與二軸為齒輪傳動且傳動比為i=1，所以有：軸最小直徑為因二軸最小直徑處安裝有圓錐滾子軸承，查手冊［3］取。其圓錐滾子軸承型號為30207，根本參數見表3-3：表3-330207軸承根本參數軸承代號根本尺寸/mm安裝尺寸/mm根本額定動載荷根本額定靜載荷極限轉速dDBrsmindaminDsmaxrasmax/kN脂潤滑油潤滑3020735721714265154.263.5530067003.5.3三軸的設計在設計過程中二軸與三軸的轉速都是由蝸桿與軸上的蝸輪相嚙合而來，且兩蝸輪的根本參數相同，故兩軸的轉速相同，所以最小軸徑相等。三軸的最小軸徑為。因三軸最小軸徑處與圓錐滾子軸承相配合，所以選取最小軸徑。與之配合的軸承型號為30207，其根本參數見表3-3。3.6軸的校核通過設計可知，傳動箱中四軸承受的轉矩、彎矩最大，故校核四軸。軸的材料為45鋼材，經調質處理，查得材料力學性能數據為：硬度220-250HB，抗拉強度屈服點彎曲疲勞極限扭轉疲勞極限許用靜應力許用疲勞應力3.6.1按轉矩計算最小軸徑為式中A——按定的系數取A=100P——功率P=55KW——最小轉速=202r/min計算得故平安。3.6.2軸上受力分析軸傳遞的轉矩圓柱齒輪圓周力式中——三軸圓柱齒輪分度圓直徑mm徑向力錐齒輪圓周力式中d——三軸錐齒輪分度圓直徑mm徑向力軸向力3.6.3求支反力〔1〕在水平面內的支反力由得A點的支反力為：〔2〕在垂直平面內的支反力由得A點的支反力為：3.6.4作彎矩和轉矩圖受力分析及轉矩見圖3-3。圖3-3受力分析及轉矩圖〔1〕齒輪作用在水平面的彎矩圖〔2〕齒輪作用在垂直平面內的彎矩圖〔3〕合成彎矩圖〔4〕作轉矩圖3.6.5確定危險截面及平安系數校驗計算〔1〕根據軸的結構尺寸及彎矩圖、轉矩圖、截面H處的轉矩、彎矩最大，且有花鍵槽引起的應力集中和軸肩處的應力，故H面處最危險，H面為危險截面?！?〕平安系數校驗計算由于變速器軸轉動，彎矩引起對稱循環的彎應力，轉距引起的為脈動循環的切應力。彎曲應力幅為式中——抗彎斷面系數查得由于是對稱循環彎曲應力，故平均應力為根據式得：式中——45彎曲對稱循環應力時的疲勞極限取——正應力有效應力集中系數——外表質量系數=0.92——尺寸系數查=0.64計算切應力幅為式中——抗扭斷面系數根據式式中——45扭轉疲勞極限=200——切應力有效應力集中系數=1.61——外表質量系數=0.92——尺寸系數查=0.64——平均應力折算系數=0.21計算軸H截面的平安系數由公式由表可知=1.3～1.5故,該軸H截面是平安的。3.7拔梗裝置的設計拔梗裝置是棉花拔梗機中一個關鍵的零部件，其設計的合理性直接影響到棉花拔梗機的工作效率和工作質量。它主要是由拔叉、圓盤和連接螺釘組成，拔叉的主要作用是用于棉花拔梗，圓盤起固定拔叉的作用。它們之間用連接螺釘進行連接。工作時，動力由輸入軸傳遞給蝸桿，再由蝸桿和渦輪的嚙合傳遞給拔梗裝置，通過圓盤的轉動使拔叉叉住棉梗進行拔梗。其結構形式如圖3-4，圖3-4拔梗裝置第四章其它零部件的設計與選取4.1軸承的選取滾動軸承是現代機器中廣泛應用的部件之一，它是依靠主要原件間的滾動接觸來支承轉動零件的。軸承主要是一個支撐軸的零件，在軸的兩端必須裝有軸承，它可以引導軸的旋轉，也可承受軸上空轉的零件。此拔梗機選擇的軸承型號為6207及30207，深溝球滾子軸承。其根本參數見表3-2和表3-3。此次設計的機器為小型農業機械，主要用于環境比擬惡劣的情況下。因此軸承在此條件下很容易失效和破損，所以為了延長軸承的使用壽命，潤滑對于滾動軸承具有重要的意義。在高速高溫條件下，通常采用油潤滑。潤滑油的主要性能指標是粘度，轉速越高，應選用粘度越低的潤滑油；載荷越大，應選用高粘度的潤滑油。油潤滑時，常用的潤滑方法有以下幾種：〔1〕油浴潤滑把軸承局部浸入潤滑油中，當軸承靜止時，油面應不高于最高滾動體的中心，這個方法不適宜高速，因為攪動油液劇烈時要造成很大的能量損失，以至引起油液和軸承的嚴重過熱?！?〕滴油潤滑適用于需要定量供給潤滑油的軸承部件，滴油量應適當控制，過多的油量將引起軸承溫度的增高。為使滴油通暢，常使用粘度小的15號全損耗系統油?！?〕飛濺潤滑這是一般閉式傳動齒輪裝置中的軸承常用的潤滑方式，即利用齒輪的轉動把潤滑齒輪的油甩到四周的壁面上，然后通過適當的溝槽把油引入軸承中?！?〕噴油潤滑適用于高轉速、大載荷、要求潤滑可靠的軸承。用油泵將潤滑油增壓，通過油管或特制的油孔，經噴嘴將油噴射到軸承中去；流過軸承后的潤滑油，經過過濾冷卻后循環使用。為了保證油能進入高速轉動的軸承，噴嘴應對準內圈和保持架之間的間隙。〔5〕油霧潤滑當軸承滾動體的線速度很高時，常采用油霧潤滑，以防止其他潤滑方法由于供油過多，油的內摩擦增大而增高軸承的工作溫度。潤滑油在油霧發生器中變成油霧，其溫度較液體潤滑油溫度低，這對冷卻軸承來說是有利的。但潤滑軸承的油霧，可能局部隨空氣散逸，要污染環境。故在必要時，宜用油器別離器來收集油霧，或采用通風裝置來排除廢氣。在一些特殊條件下，如果使用脂潤滑和油潤滑達不到可靠的潤滑要求時，那么可采用固體潤滑方法。例如在高溫中使用的軸承、真空環境中使用的軸承等等。常用的固體潤滑方法有：1〕用粘接劑將固體潤滑劑粘接在滾道和保持架上；2〕把固體潤滑劑參加工程塑料和粉末冶金材料中，制成有自潤滑性能的軸承零件；3〕用電鍍、高頻濺射、離子鍍層、化學沉積的技術使固體潤滑劑或軟金屬在軸承零件摩擦外表形成一層均勻致密的薄膜。常用的固體潤滑劑有二硫化鉬，石墨和聚四氟乙烯等。本機中的軸承采用脂潤滑，選用代號為L-XAAMHA1鈣基潤滑脂。4.2傳動箱與機架的設計箱體是各根本構件的安裝根底，也是拔梗機傳遞動力的重要組成局部。在進行箱體的結構設計時，要根據制造工藝、安裝工藝和使用維護及經濟性等條件來決定其具體的結構型式。按照齒輪傳動的安裝形式的不同，可將機體分為臥式、立式、法蘭式。按其結構的不同，又可將機體分為整體式和剖分式。臥式整體鑄造機體，其結構簡單、緊湊，能有效地吸取振動和噪聲，還具有良好的耐腐蝕性。通常多用于專用的齒輪傳動中，且有一定的生產批量。鑄造機體應盡量防止腐蝕性。通常多用于專用的齒輪傳動中，且有一定的生產批量。剖分式機體結構，通常用于規格大的、單件生產的行星齒輪傳動中;它可以鑄，也可以焊接。采用軸向剖分式機體的顯著優點是安裝和維修較方便，便于進行調試和測量。立式法蘭式機體結構，它可適用于與立式電動機相組合的場合。成批量生產時可以鑄造;單件生產可以焊接。鑄造機體的一般材料為灰鑄鐵，如HT150和HT200等;假設機體承受圈套的栽花，且有振動的沖擊的作用可用鑄鋼，ZG45和ZG55等。為了減小質量，機體也可以采用鋁合金來鑄造，如ZL101和ZL102等。根據所設計的傳動箱的要求，結構簡單、緊湊，采用臥式兩級整體鑄鐵機體。鑄造機體應盡量防止壁厚突變，應設法減少壁厚差，以免產生疏松和縮孔等鑄造缺陷。機架的主要作用為支承與安裝其它各零件。此次設計的拔梗機得機架主要是為了支承傳動箱、拔梗裝置等部件。為了節約本錢，機架全件采用焊接件與螺栓連接。根據設計要求，機架焊接的主要零件包括左右機架，加強鋼板，角鐵梁等局部組成。焊接時主要保證加強鐵與機架的位置要求，同時要保證焊接時不能出現焊渣，裂縫等現象。機架的材料主要是厚度為5mm的角鋼，尺寸為2000mm×1600mm，用等離子切割機切割成型后，采用沖壓等方式進行加工。左右機架分別有一塊加強板進行強度的加強，加強板與左右機架的連接方式是采用螺栓連接，在機架與加強板加工過程中，對其上螺栓連接孔的位置有一定的技術要求。左右機架間采用角鐵梁進行固定，固定方式為焊接，因為此拔梗機作業環境為山地及丘陵地區，搬運較多，所以為保證人員搬運過程中的平安，在焊接時要保證焊接技術要求，要求焊接中不能有焊渣，不得有裂縫等缺陷出現。機架的組裝完成后，機架外露外表須刷防銹漆。4.3聯軸器的選擇聯軸器所連接的兩軸，由于制造及安裝誤差、承載后的變形以及溫度變化的影響等，往往不能保證嚴格的對中，而是存在著某種程度的相對位移，這就要求在設計及選擇聯軸器時，要從結構上采取不同措施，使之具有適應一定范圍的相對位移的性能。故該設計中采用有補償能力的撓性聯軸器，結合傳遞的轉扭同時考慮到過載保護等，選擇彈性套柱聯軸器。由前述知Ⅲ軸輸入、輸出轉矩分別為：QUOTEQUOTE故可根據Ⅲ軸軸徑尺寸選擇聯軸器型號為：彈性套柱聯軸器：LX4聯軸器GB/T5014－2003。其詳細參數見《機械設計課程設計手冊》表8－7［5］。第五章拔梗機使用時應注意的事項5.1開車前應考前須知非專業機手在操作本機器前必須認真閱讀本機操作手冊，以免發生事故。開機前檢查柴油是否加足，冷卻水是否加滿；特別情況下，還需自帶足夠的柴油。檢查各緊固件是否連接牢固，散熱裝置是否良好，潤滑裝置是否工作正常。如有問題，應當及時解決。5.2開車時應考前須知作業時應保證作業半徑范圍內的平安，在人多或道路寬窄不一時應適當減緩機器的行駛速度。拔梗時，特別是在山丘地區，應盡量保持機器的平衡，盡量少在夜間工作。5.3開車后應考前須知為了延長機器的使用壽命，機器使用后必須認真清洗一遍，且機器須放在枯燥通風處。如果機器很長一段時間未使用，需注意機器的保養，定期檢查機器的各裝置是否有損壞。第六章設計總結時間如水，畢業設計的完成代表四年的大學生活即將結束，也是對我四年學業的綜合檢驗。本次設計我設計的是小型拔梗機。我國是一個農業大國，農業機械是國民經濟中重要的生產設備，它能減少農民的勞動強度，縮短作物的收獲時間，最大限度地將一年單熟耕作方式改變為一年兩熟，提高土地資源的利用率，讓農民增加收入，從而推動國民經濟快速的開展。在近三個月的設計過程中，我了解了一些農業機械的內容以及其它有關的內容的知識。為了使自己能夠完成任務，我嚴格要求自己，使自己的設計按照國家的標準進行制圖,并且從中學到很多的知識。整個設計是在邊繪制邊計算的過程中完成的。我也發現僅僅書本上的知識在實際設計應用中是遠遠不夠的，只有通過長期的實踐經驗才能設計出滿意的產品。這次設計讓我獲益良多，首先是四年學習的系統復習，并在其根底上進一步理論聯系實際，通過實踐深化理論知識。其次就是學會查參考資料篩選有用信息和利用網絡獲得更多知識，培養自己的分析、解決實際問題的能力。最后是鍛煉了合作能力，學會了堅持與妥協，培養了團隊精神。通過這次設計，使我對農業機械產品的研發過程有了一個總體的認識，為以后工作打下了堅實的根底。同時，也是對大學四年學習知識的一次檢驗，到達了畢業設計的根本目的。設計完成是一個終結也是一個新的開始，在今后的工作中，我將會面對更加困難、復雜的題目，這次設計就是其先例，我會以在這先例中學的知識和能力去面對它，并在它身上學得更多。由于能力所限,經驗缺乏，設計中尚有許多缺乏之處,懇請各位老師給予指教。參考文獻[1]濮良貴，紀名剛.機械設計[M].北京：高等教育出版社，2001[2]吳宗澤，羅圣國.機械設計課程設計手冊[M].北京：高等教育出版社，2006[3]王炎冰，由長春.普通V帶傳動的優化設計[J]沈陽航空工業學院學報．2004，21(4)：24-25[4]湯嘉吉．V帶傳動新算法[J]．機械，2003，30〔5〕：38-40[5]孫恒，陳作模.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2001[6]《齒輪手冊》編委會.齒輪手冊[M].北京：機械工業出版社，2001[7]王伯平.互換性與測量技術根底[M].北京：機械工業出版社，2000[8]劉鴻文.材料力學[M].北京:高等教育出版社,1992[9]史美堂.金屬材料及熱處理知識[M].北京:機械工業出版社,2005.3[10]哈爾濱工業大學理論力學教研室編.理論力學[M].北京:高等教育出版社，20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