1869_GD1型山藥收獲機(jī)設(shè)計(jì),_gd1,山藥,收獲,收成,設(shè)計(jì) 單位代碼 0 2 學(xué) 號(hào) 080105031 分 類 號(hào) TH6 密 級(jí) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)文獻(xiàn)翻譯院 （ 系 ） 名 稱 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系專 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化學(xué) 生 姓 名 張 盼 盼 指 導(dǎo) 教 師 薛 東 彬2012 年 3 月 10 日 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 0 頁(yè)五軸超精密微型銑床—UltraMill 的設(shè)計(jì)第一部分：全面的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)所需要考慮的事和規(guī)格霍洪德，程凱，弗蘭克 · 華永日期：2009 年 3 月 9 日/接受日期：2009 年 5 月 19 日施普林格—弗萊格倫敦有限責(zé)任公司 2009.摘 要在光電設(shè)備，汽車(chē)，生物技術(shù)，航空航天工業(yè)和信息化技術(shù)等工業(yè)領(lǐng)域，高精密三維小型的零件和微觀結(jié)構(gòu)正被日益的需求。實(shí)現(xiàn)機(jī)械上微型機(jī)器的一種理性的方法是去一步步地發(fā)展超精密機(jī)床。在這篇有著兩部分內(nèi)容文章的第 1 部分，具有微型加工能力的超精密機(jī)床的現(xiàn)狀被重點(diǎn)考慮和重點(diǎn)說(shuō)明。五軸超精密微型銑床——超級(jí)銑床的設(shè)計(jì)方法和規(guī)格被討論。三個(gè)優(yōu)先考慮的設(shè)計(jì)問(wèn)題：運(yùn)動(dòng)精度，動(dòng)態(tài)剛度和熱穩(wěn)定性，制訂超級(jí)銑床的全盤(pán)的設(shè)計(jì)方法。這種方法已經(jīng)被應(yīng)用于關(guān)鍵機(jī)器零部件及其一體化的發(fā)展并用其實(shí)現(xiàn)了高精度和納米級(jí)表面光潔度。關(guān)鍵詞：精密機(jī)器設(shè)計(jì)，微型銑削，小型機(jī)械零件，五軸機(jī)加工刀具，臥式微型機(jī)床 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 1 頁(yè)1 簡(jiǎn)介 現(xiàn)在，越來(lái)越多的產(chǎn)業(yè)（如光電設(shè)備，汽車(chē)，生物技術(shù)，航空航天，信息技術(shù)等）需要尺寸范圍從幾百微米到幾毫米或特征從幾個(gè)到幾百個(gè)微米不等的高精度微型元件【1】 。傳統(tǒng)的微型機(jī)械制造技術(shù)，例如化學(xué)腐蝕和 LIGA，長(zhǎng)期以來(lái)一直被公認(rèn)是不適合生產(chǎn)真正的 3D 微型零件的【2，3】 。在另一方面，超精密機(jī)床在一個(gè)較廣泛的工程材料范圍內(nèi)，能將幾何復(fù)雜微型零件加工成高精度，并具有較高的表面光潔度【4】上有著獨(dú)一無(wú)二的優(yōu)勢(shì)。圖 1 顯示了一些利用微型銑削加工成的高精度微型零件和微型結(jié)構(gòu)的例子【2，5-10】 。這些示例顯示了具有復(fù)雜的 3D 幾何微型組件被造出來(lái)需要利用各種材料，不只是硅。材料是有應(yīng)用依賴性的：光學(xué)元件是利用玻璃、高分子材料或鋁制造出來(lái)的 ；機(jī)械組件是利用鐵或不含鐵的金屬 ；藥用成分是利用聚合物，鋁或高硬度鋼。一些微型零件和微型結(jié)構(gòu)要求亞微米級(jí)精度和納米級(jí)表面光潔度。機(jī)械的微型機(jī)加工是一種生產(chǎn)高精度微型零件的理想方法。在幾個(gè)機(jī)械的機(jī)加工工藝中，微型銑削是最靈活的工藝并因此能去生成各種各樣的復(fù)雜微型零件和微型結(jié)構(gòu)。本文回顧和評(píng)論了有微型銑削功能的超精密機(jī)床的發(fā)展現(xiàn)狀，包括工業(yè)和研究的努力。本文也顯示了復(fù)雜的或臥式的機(jī)床的一些優(yōu)勢(shì)。文章關(guān)注的焦點(diǎn)將被放在設(shè)計(jì)方法和一種新型五軸臥式微型銑床——超級(jí)銑床，的關(guān)鍵機(jī)器零件的決定上；超級(jí)銑是旨在在小的面積內(nèi)提供高精度的微型制造方法的歐盟 FP6 MASMICRO 項(xiàng)目的一部分。最后，文章討論了超級(jí)銑的規(guī)格。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 2 頁(yè)圖 1 高精度微型銑削零件和微觀結(jié)構(gòu)的示例:a.微觀溝壑【5】b.微觀反應(yīng)器【6】c.微型模具【7】d.微型齒輪【2】e.3D 微型機(jī)加工零件—人形面具 f.微型投射陣列 g.微型針形陣列【8】h.微型墻【9】i.核聚變的目標(biāo)成像【10】2 微型銑削機(jī)床的現(xiàn)狀微型零件制造在一定范圍內(nèi)應(yīng)用的要求是：高尺寸精度通常好于 1 微米；精確的幾何形狀一般好于 50 納米平面度或圓周度；10 到 50 納米范圍的表面光潔度。這些都反過(guò)來(lái)要求機(jī)床要擁有高的靜態(tài)剛度、低熱變形、低運(yùn)動(dòng)誤差和高阻尼或動(dòng)態(tài)剛度。除了這些要求外，在超級(jí)銑床的設(shè)計(jì)階段，還要對(duì)有著微型銑削功能的超精密機(jī)器執(zhí)行嚴(yán)格和精密的檢查。這里有幾個(gè)能用于高精密零件制造的工業(yè)中用的超精密車(chē)床和銑床。然而，其中大部份通常被用在光學(xué)元件市場(chǎng)并且不適合用于精密微型元件的制造，原因在于高投資成本和缺乏靈活性。圖 2 顯示了一些擁有微型銑削功能的工業(yè)領(lǐng)域精密機(jī)器的例子【12-19】 。這些可分為兩部分。一個(gè)是被設(shè)計(jì)成有著加載項(xiàng) Z軸、回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和第二高速銑削或主軸的鉆石切削機(jī)加工刀具的傳統(tǒng)超精密機(jī)床。典型的例子是 Moore Nanotechnoloy 350FG 和 Precitech Freeform 700 ultra,如 1 圖所示。這些機(jī)器都需要 5–7m2 的占地面積。它們的高成本和低靈活性限制了它們?cè)诤?jiǎn)單幾何形狀和高附加值的微型元件中的應(yīng)用，例如光學(xué)元件。另一類型工業(yè)領(lǐng)域精密微型銑床已經(jīng)在過(guò)去十年里出現(xiàn)了。一個(gè)典型的例子是，克恩微型機(jī)械（圖 1a）滿足許多應(yīng)用但仍然有著它精度上的限制而不能用于精密的微型機(jī)加工，原因在于它低位置精度的球軸承滿足了驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置。Kugler MicroMaster(圖 1e)提供了較高的精度和表面光潔度，但是它相對(duì)較大的空間要求和高成本，限制了它作為一種微型機(jī)床的廣泛應(yīng)用。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 3 頁(yè)圖 2 具有微型銑削功能的工業(yè)領(lǐng)域精密機(jī)床：a.Kern micro[12];b.SodickAZ150[13];c.Fraunhofer IPT Minimill[14];d.Makino Hyper2J[15];e.Kuglar MicroMaster MM2[16];f.Fanuc ROBOnano[17];g.Precitech freeform 700 Ultra[18];h.Moore Nanotech 350FG[19]圖 3 小型機(jī)床和微型工廠的示例 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 4 頁(yè)為發(fā)展小型機(jī)器或微型工廠所作的大量的研究努力已經(jīng)被精密微型組件的制造所承擔(dān)【20-26】 。圖 3 顯示了一些小型機(jī)床的例子。然而，其中的大部分仍然在研究階段，并且只有它們中的一些到目前為止才發(fā)現(xiàn)了它們進(jìn)入工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的方法【27】 ，并且它們?cè)诟呔群秃玫谋砻尜|(zhì)量上的應(yīng)用依然由于低的動(dòng)/靜剛度而被限制著。因此，達(dá)到微型制造的合理途徑是去發(fā)展復(fù)雜的或臥式的精密機(jī)器，它在傳統(tǒng)的超精密機(jī)器和微型工廠機(jī)器之間提供了一個(gè)好的解決之道。在傳統(tǒng)超精密機(jī)器上，它們的優(yōu)勢(shì)可能包括：1. 小的占地面積和能源效率。2. 局部環(huán)境控制的減輕和因此而得的低操作成本。3. 流動(dòng)性好。微型/細(xì)觀機(jī)器采用微型工廠的優(yōu)勢(shì)能被總結(jié)為：1. 有較好的機(jī)加工塑料封皮為覆蓋微型機(jī)加工應(yīng)用的全波譜。2. 較大的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)剛度，并由此呈現(xiàn)出較好的機(jī)加工精度和表面質(zhì)量。3. 有著高性能和成熟技術(shù)的關(guān)鍵機(jī)器零件。4.更容易與其他子系統(tǒng)集成，包括零件/刀具處理系統(tǒng)，狀態(tài)檢測(cè)，微型刀具，和快速刀具伺服（FTS）等。因此，占用空間小的五軸超精密微型銑床將填補(bǔ)制造 3D 復(fù)雜微型機(jī)械精密并帶有納米表面光潔度的零件的空白。3 應(yīng)用于超級(jí)銑床的一般設(shè)計(jì)方法為了制造出大批量的帶有納米表面光潔度的 3D 微型機(jī)械精密零件，一種設(shè)計(jì)策略被提了出來(lái)。這種設(shè)計(jì)策略已被應(yīng)用于超精密五軸微型銑床——超級(jí)銑床的設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)階段，重點(diǎn)被放在三個(gè)主要的問(wèn)題上：運(yùn)動(dòng)精度，動(dòng)態(tài)剛度和熱穩(wěn)定性；它們是與機(jī)加工精度和表面光潔度直接相關(guān)的。這三個(gè)優(yōu)先的設(shè)計(jì)問(wèn)題連同其它的設(shè)計(jì)方法引導(dǎo)了超級(jí)銑床的當(dāng)前發(fā)展。下面討論了一些一般的設(shè)計(jì)方法。超級(jí)銑床是一種一般意義上的超精密機(jī)器，因此帶有三個(gè)線形軸和兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸這樣五軸配置的使用就已被預(yù)先確定了。五軸的配置在刀具/工件定位上提供了最大的靈活性和最低限度的重置需求，這對(duì)獲得微型零件的高精度很重要。盡管它是專門(mén)為微 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 5 頁(yè)型零件的機(jī)加工而設(shè)計(jì)的，但是 150 × 150 × 80 mm3 的相對(duì)大的機(jī)加工封皮包裝被詳細(xì)規(guī)定，使其能去加工大面積的帶有微型特征的零件。包括邊緣在內(nèi)總占地面積略大于 1 m2，這僅僅是傳統(tǒng)超精密機(jī)器占地面積的 10 至 20%。緊湊、節(jié)能的設(shè)計(jì)還有助于維持可接受的大批量生產(chǎn)的成本。機(jī)器運(yùn)動(dòng)配置，在帶有最大極限速度與精度的刀具和工件的方向與位置上，應(yīng)該提供有效的靈活性【28】 。從運(yùn)動(dòng)軸的序列來(lái)看，有數(shù)以百計(jì)的可能的五軸機(jī)器配置【29】 ；然而，大部分配置有著少許的工業(yè)關(guān)系。兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸和三個(gè)線形軸這樣的配置已經(jīng)被超級(jí)銑床采用；在超級(jí)銑床中，這兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸是相互垂直的并且有一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸與另外三個(gè)相互垂直的線形軸中的任意一個(gè)都是呈平行關(guān)系的。至于主軸和工件控制軸，采用的是混合類型，即一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸被應(yīng)用到主軸而另一個(gè)旋轉(zhuǎn)軸被應(yīng)用到工件：這種混合類型是適合于比較小的工件的生產(chǎn)【30】 。除了決定機(jī)器運(yùn)動(dòng)的配置外，這篇文章的第 2 部分還從靜態(tài)和動(dòng)態(tài)循環(huán)剛度的角度討論了對(duì)這兩個(gè)典型配置的分析。機(jī)床的一個(gè)主要特征是空氣靜壓軸承始終在機(jī)床中都有應(yīng)用，這些都不同于在市場(chǎng)中的大部分超精密機(jī)床的情況。三個(gè)線形滑動(dòng)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)是基于 UPM 有限公司開(kāi)發(fā)的新的理想空氣靜壓軸承技術(shù)。這新的空氣靜壓軸承設(shè)計(jì)提高了 50%的剛度和負(fù)荷能力，這些已被理論研究確立和被實(shí)驗(yàn)測(cè)試所證實(shí)。除了空氣靜壓軸承設(shè)計(jì)的提高外，用擠壓油膜阻尼來(lái)增加空氣靜壓軸承阻尼的專利技術(shù)被應(yīng)用到機(jī)器所有空氣靜壓軸承中。因此，在動(dòng)態(tài)切削力狀態(tài)下的亞微米機(jī)加工精度是靠以上的技術(shù)來(lái)確保的。由空氣靜壓軸承提供的極其平滑和精確的運(yùn)動(dòng)，連同鉆石刀具一起，也使得在微型組件上獲得納米級(jí)表面光潔度成為了可能。機(jī)床的熱穩(wěn)定性在確定其高的機(jī)加工精度上起了關(guān)鍵作用，但是通常也導(dǎo)致了工件上不可接受的空間不準(zhǔn)確性，除非使用合適的冷卻系統(tǒng)和相應(yīng)的補(bǔ)償措施。據(jù)報(bào)道熱變形包括機(jī)床的變形的會(huì)引起超過(guò) 50%的總加工誤差【31】。在超精密機(jī)加工中，正因?yàn)榇瞬乓揽亢侠淼脑O(shè)計(jì)和補(bǔ)償來(lái)盡量減少這種影響。在機(jī)器上，對(duì)熱變形的熱源的分析表明軸承摩擦是可以忽略不計(jì)的，因?yàn)樗钱?dāng)高速主軸運(yùn)行非常接近最大速度時(shí)高速主軸的單一例外。除了微型機(jī)加工過(guò)程本身外，電機(jī)成了主要的熱源；因此，所有的電機(jī)，主軸，和旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)在發(fā)達(dá)的機(jī)床中依靠一個(gè)帶有±0.2°c 溫度控制功能的精密冷水機(jī)組來(lái)水冷。當(dāng)處理這控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，靈活性，精密度，計(jì)算方法的效率和成本應(yīng)給予特別 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 6 頁(yè)的注意。在審查了商業(yè)控制系統(tǒng)后，為滿足要求，一種基于 PC 的開(kāi)放式控制系統(tǒng)被選擇。此基于 PC 的控制器，連同其他項(xiàng)目的硬件包括數(shù)字脈寬調(diào)制放大器、高精度光學(xué)編碼器等和軟件共同構(gòu)成了五軸微型銑床的高性能、經(jīng)濟(jì)高效的控制系統(tǒng)。一些細(xì)節(jié)將在本篇文章的第 4 部分被討論。超級(jí)銑床是一種工業(yè)原型機(jī)床，并且一些輔助功能也已經(jīng)被開(kāi)發(fā)了出來(lái)。這些包括一個(gè)基于機(jī)器人的系統(tǒng)用于微型刀具和組件的處理和檢查，一個(gè)獨(dú)立狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)用于在線高速軸和工件的檢測(cè)。4 關(guān)鍵機(jī)器零件和機(jī)器一體化的發(fā)展4.1 小型超級(jí)高速主軸一個(gè)靈活的五軸微型銑床或許被期待，在很寬范圍的并要求刀具從 2 或 3mm 直徑到 50μm 直徑的材料上，去執(zhí)行各種各樣的機(jī)加工操作。后者要求極其高的旋轉(zhuǎn)速度以獲得最大的機(jī)加工效率，然而前者卻要求一個(gè)高剛度的軸在大切削力條件下以保持高精度。高機(jī)加工精度也要求低的主軸運(yùn)行溫度去減少熱變形損傷，雖然只有有著低運(yùn)動(dòng)誤差的主軸才能獲得好的表面光潔度功能。因此，這些要求是為了精確運(yùn)行，寬速度范圍的主軸。有著 20，000 到 200，000 rpm 操作速度范圍的主軸被期待用于任何遇到的機(jī)加工條件。這就需要一個(gè)相當(dāng)于空氣渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的上升電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器，一個(gè)僅能在一個(gè)窄的速度范圍內(nèi)獲得的合理的效率。直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)在一個(gè)很寬的速度范圍內(nèi)提供了恒轉(zhuǎn)矩，并且相對(duì)于其他類型的電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生更低的熱量。所選的電動(dòng)機(jī)能在 250000 rpm 速度下產(chǎn)生 440 W 的功率。如此高的速度排除了電機(jī)換向霍爾傳感器的使用，因此使用了一個(gè)無(wú)傳感器電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器組合。精細(xì)表面處理要求規(guī)定使用帶有空氣軸承的主軸。廣泛用于機(jī)加工光學(xué)表面的鉆石刀具對(duì)于帶有球軸承的主軸運(yùn)動(dòng)誤差是很敏感的，并且在機(jī)加工中來(lái)自球軸承的振動(dòng)除了導(dǎo)致表面粗糙外，也使鉆石刀具的壽命受到了影響。除了在高轉(zhuǎn)速要求下所需過(guò)大的能量消費(fèi)情況外，液壓和液壓軸承也要被考慮?；蛟S在設(shè)計(jì)高速空氣主軸中最大的挑戰(zhàn)是去克服“半速旋轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。在實(shí)踐中，空氣靜壓主軸被限制在速度達(dá)到大約兩倍于第一次的軸承共振頻率的地方。半速旋轉(zhuǎn)在滑動(dòng)軸承上是經(jīng)常遇到的。這機(jī)械的不穩(wěn)定性是和超高速空氣主軸很相關(guān)的，因?yàn)樵谌绱烁叩乃俣认?，在軸承中的空氣動(dòng)態(tài)壓力徹底高于空氣靜態(tài)壓力。半速旋轉(zhuǎn)能夠 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 7 頁(yè)依靠軸承的設(shè)計(jì)和優(yōu)化，和盡可能的調(diào)高頻率被降低。做為這優(yōu)化的一部分，非標(biāo)準(zhǔn)的空氣軸承的設(shè)計(jì)被開(kāi)發(fā)成具有高硬度和合理的阻尼性能。圖 4 依靠無(wú)傳感器的直流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的超高速空氣靜壓軸承軸（UPM Ltd.）a.發(fā)達(dá)微型軸的圖片 b.軸的剖面圖對(duì)軸承剛度和熱源的優(yōu)化已經(jīng)開(kāi)展，連同專用的心軸平衡，導(dǎo)致了在圖 4 中顯示的超高速主軸。研發(fā)的主軸有 63 毫米直徑 和 1 至 5 毫米長(zhǎng)度和 2.5 公斤的重量。最大速度超過(guò) 200，000 rpm 和徑向剛度 為 3 N/μ m 。軸承摩擦損失是以最高速度不少于 50 W，但即使這樣水冷依然被用于減少熱變形。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 8 頁(yè)4.2 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)和制導(dǎo)系統(tǒng)一個(gè)高速的精確的運(yùn)動(dòng)和定位系統(tǒng)是超精密微型機(jī)器必不可少的。這用線性導(dǎo)軌的直線電動(dòng)機(jī)作為直接進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在滿足一些應(yīng)用需要中正在變的越來(lái)越受歡迎。間接進(jìn)給驅(qū)動(dòng)的主要優(yōu)勢(shì)能被總結(jié)如下【14，32，33】：1. 沒(méi)有反彈、無(wú)鉛螺釘誤差、不帶拉伸和較少的摩擦，導(dǎo)致高精度。2. 沒(méi)有機(jī)械加速度和速度限制，速度只能受到編碼器的速度帶寬或電子設(shè)備的電源限制。3. 高顛簸震動(dòng)和高的 Kv 因子，那些起到在高速下獲得高精度的能力。4. 機(jī)械結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)單性，使其便于維護(hù)和安裝，能夠獲得更大的可靠性和更大的強(qiáng)度。出于對(duì)制導(dǎo)裝置的期待，幾種類型的軸承已經(jīng)被應(yīng)用于有著滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的超精密機(jī)床中，包括超精密機(jī)床精密滾子軸承、空氣靜壓軸承、液壓動(dòng)態(tài)軸承和液壓靜態(tài)軸承等。空氣靜壓軸承提供極其平滑和精確的運(yùn)動(dòng)和定位功能，并且一般好于其他形式的軸承?？諝忪o壓軸承能為微型機(jī)床提供足夠的靜態(tài)剛度和負(fù)載能力，然而由于后者非常輕的切削負(fù)載，故其他軸承例如液壓靜態(tài)軸承能提供更大的剛度和負(fù)載能力，但是這只是在輕切削條件下提供了一小的優(yōu)勢(shì)。在機(jī)床的發(fā)展中，空氣靜壓軸承被應(yīng)用于所有三種線性導(dǎo)軌和旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上。無(wú)鐵無(wú)刷直線電動(dòng)機(jī)被用于驅(qū)動(dòng)導(dǎo)軌?？諝忪o壓軸承的一個(gè)缺點(diǎn)是它們的低阻尼能力或動(dòng)態(tài)剛度，這是直接影響表面光潔度和精度的，而表面光潔度和精度能通過(guò)機(jī)床刀具獲得。為了去提高空氣靜壓軸承的動(dòng)態(tài)剛度，在當(dāng)前機(jī)床中一種理想的擠壓油膜阻尼器被安裝在所有的滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上。它使用磁性油去包含泄漏和當(dāng)與空氣靜壓軸承連接時(shí)提供附加阻尼力，對(duì)任何對(duì)軸承的表面來(lái)說(shuō)這都是正常的振動(dòng)。在空氣靜壓滑動(dòng)和旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)上應(yīng)用油膜阻尼器，在運(yùn)動(dòng)方向上增加了粘性摩擦，但是由于這些類型的空氣靜壓軸承上相對(duì)較低的操作速度，這并不是一個(gè)重要的缺點(diǎn)。事實(shí)上，在直線導(dǎo)軌和工作臺(tái)上沿著運(yùn)動(dòng)方向安裝直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)，已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)能增加電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的阻尼，并由此實(shí)現(xiàn)更加平滑的運(yùn)動(dòng)和增加控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)能力。圖 5 顯示一張裝有擠壓油膜阻尼器的空氣靜壓滑動(dòng)軸承的照片。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 9 頁(yè)圖 5 裝有擠壓油膜阻尼器的空氣靜壓滑動(dòng)軸承5 超級(jí)銑床的規(guī)格圖 6 的超級(jí)銑床就是基于我們本文討論的方法建造的。它提供了制造 3D 小型機(jī)械零件和在廣泛的工程材料范圍內(nèi)在小的空間中獲得微型特征表面的功能。這超級(jí)銑床的主要規(guī)格在表 1 中被總結(jié)了出來(lái)。圖 6 超精密微型銑床——UltraMill 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 翻 譯 ) 第 10 頁(yè)6 結(jié)束語(yǔ)能制作小型和微型產(chǎn)品的微型制造技術(shù)具有很大潛力的發(fā)展，并且正在推動(dòng)高性能超精密機(jī)床的發(fā)展。臥式超精密機(jī)床將是未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)之一，因?yàn)樗軓氖陆?jīng)濟(jì)地高精度小型和微型零件的超精密機(jī)加工，并能給在制造業(yè)中從事以高效和有效方式生產(chǎn)的高價(jià)值微—納米技術(shù)的中小型企業(yè)用戶以經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。在本篇文章中，五軸的超精密微型銑床——超級(jí)銑床，是作為能去解決在亞微米精度和納米表面光潔度層次上制造 3D 復(fù)雜微型零件的一個(gè)壓縮和節(jié)能的有效方案來(lái)被研發(fā)的。微型銑床的發(fā)展現(xiàn)狀已在本文中被重點(diǎn)介紹了，并且臥式微型銑床的優(yōu)點(diǎn)也已被列出。設(shè)計(jì)的方法和這超級(jí)銑床的挑戰(zhàn)也已經(jīng)被重點(diǎn)討論了，可以總結(jié)成三個(gè)主要問(wèn)題：運(yùn)動(dòng)精度，動(dòng)態(tài)剛度和熱穩(wěn)定性。表 1 微型銑床——UltraMill 的規(guī)格軸 X、 Y 和 Z 坐標(biāo)軸B 軸（旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)）C 軸 主軸類型 裝有擠壓油膜阻尼器的空氣靜壓滑動(dòng)軸承精密球軸承 空氣軸承斜線 X，230mmY，225mmZ，160mm360° ±90° N/A運(yùn)動(dòng)精度 全程 <1.0μm<1 arcsec <10 arcsec <1.0μm 的直線度和<2.0μm的圓周度分辨率 5nm 0.02 arcsec 0.02 arcsec N/A驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 無(wú)刷直線電動(dòng)機(jī) 直流無(wú)刷力矩電動(dòng)機(jī)直流無(wú)刷力矩電動(dòng)機(jī)直流無(wú)刷電動(dòng)機(jī)最大速度 3000 mm/min 100 rpm 30 rpm 200，000 rpm 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 1 頁(yè)GD1 型山藥收獲機(jī)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述摘 要本次設(shè)計(jì)的山藥收獲機(jī)由動(dòng)力裝置，傳動(dòng)裝置和挖掘裝置三部分組成。動(dòng)力裝置包括兩部分，一部分由柴油驅(qū)動(dòng)的農(nóng)用拖拉機(jī)，提供收獲工具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。另一部分是由小電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)，提供收獲工具豎直方向的運(yùn)動(dòng)。挖掘部分采用空心螺旋鋼片工具旋轉(zhuǎn)帶出山藥。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、巧妙、合理，可以完成機(jī)械化的收獲作業(yè)，省力、省時(shí)，效率可提高拾多倍，可以大大普及推廣深土經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物的種植，提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益。關(guān)鍵詞：山藥收獲機(jī)，液壓系統(tǒng)，空心螺旋鋼片工具 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 2 頁(yè)1 前言塊根或塊莖類作物收獲機(jī)械分為拔取式和挖掘式。其中挖掘式收獲機(jī)是先切掉莖葉，然后再挖出塊根，并將土壤和夾雜物與塊根分離。塊莖類作物的收獲機(jī)械化是農(nóng)業(yè)機(jī)械化的重要內(nèi)容?；ㄉ?、馬鈴薯、大蒜、甜菜等塊莖類作物的生長(zhǎng)特點(diǎn)決定了其收獲機(jī)具結(jié)構(gòu)特殊性、復(fù)雜性和高動(dòng)力消耗。用機(jī)械收獲代替?zhèn)鹘y(tǒng)的手工勞動(dòng)，不僅能達(dá)到省工、省時(shí)的目的，而且能提高收獲效果，降低損失率。山藥種植南起廣西北至陜西省，東起河北，西至云南省，由于其經(jīng)濟(jì)利益非常可觀，固得到了大面積的種植。目前，在山藥收獲時(shí)，我們一般采用人工挖掘的方式，即用鐵锨挖掘， 這樣收獲既費(fèi)工、費(fèi)時(shí)，每人每天只能挖 30 米左右，而且還容易將山藥折斷。現(xiàn)在，也有采用套筒式挖掘，就是將一套筒套住山藥，借助機(jī)械用力下壓而將山藥取出，但由于山藥的長(zhǎng)勢(shì)和長(zhǎng)短不易掌握，也容易使山藥折斷，而且每人每天只能挖半畝左右，效率低下。為了克服目前農(nóng)作物，尤其是山藥等深土農(nóng)作物收獲的難題，廣大設(shè)計(jì)者進(jìn)行了刻苦的鉆研。現(xiàn)在市面上山藥收獲機(jī)都是開(kāi)溝機(jī)，這種機(jī)械收獲方式雖然節(jié)省了一部分勞力，但并沒(méi)有使山藥的整個(gè)收獲過(guò)程機(jī)械化，因此得不到廣泛的應(yīng)用。目前，在經(jīng)濟(jì)全球化的背景下，我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械面臨著新的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。積極開(kāi)發(fā)研制出全機(jī)械化得山藥收獲機(jī)對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 3 頁(yè)2 挖掘收獲機(jī)械簡(jiǎn)介早在 20 世紀(jì) 40 年代初，美國(guó)、加拿大、荷蘭及前蘇聯(lián)等國(guó)就開(kāi)始研制與推廣應(yīng)用花生、馬鈴薯、甜菜等挖掘收獲類作物的作業(yè)機(jī)械，并于 20 世紀(jì) 50 年代末全面實(shí)現(xiàn)了花生、馬鈴薯、甜菜等挖掘收獲類作物的生產(chǎn)機(jī)械化。 70 年代主要是研制大功率自走式塊莖類作物聯(lián)合收獲機(jī)械。 在亞洲,日本對(duì)根菜(蘿卜、山藥、青芋、胡蘿卜等) 機(jī)械的研究從 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始,近幾年韓國(guó)、日本生產(chǎn)了小型挖掘機(jī)。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家自主研制的挖掘收獲機(jī)械具備較高的技術(shù)水平。以大型為主，聯(lián)合收獲機(jī)械居多，在國(guó)外馬鈴薯收獲機(jī)械中,挖掘機(jī)的生產(chǎn)和使用所占的比例趨于下降,而聯(lián)合收獲機(jī)得到了迅速發(fā)展，而且將傳感技術(shù)控制土壤喂入量、馬鈴薯傳運(yùn)量以及分級(jí)裝載等高新技術(shù)融于機(jī)具之中,很大程度上減少了人工勞作程度,使馬鈴薯與土壤的分離更徹底,且損傷更小。國(guó)內(nèi)從 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始引進(jìn)國(guó)外根莖挖掘機(jī)械，主要用于花生和薯類等短根莖作物收獲。20 世紀(jì) 80 年代始，我國(guó)就有根莖收獲機(jī)械的研制，但由于需要較高的動(dòng)力消耗，與我國(guó)保有量巨大的小型拖拉機(jī)難以配套，且普遍存在可靠性差、作業(yè)質(zhì)量不穩(wěn)定等諸多問(wèn)題。進(jìn)入 20 世紀(jì) 90 年代，在引進(jìn)消化吸收的基礎(chǔ)上，我國(guó)部分地區(qū)研制開(kāi)發(fā)出了一些花生、馬鈴薯等挖掘收獲類作物收獲（挖掘）機(jī)，但是始終未形成成熟產(chǎn)品。從引進(jìn)到自主研發(fā)，我國(guó)挖掘收獲機(jī)械的發(fā)展已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了一些突破，生產(chǎn)出了 4U-80 型薯類（塊莖）收獲機(jī)、銀河 4KJW 系列塊莖挖掘機(jī)等一系列塊莖作物挖掘收獲機(jī)械；在吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,我國(guó)優(yōu)化設(shè)計(jì)并生產(chǎn)出了背負(fù)式 4UL21 型馬鈴薯聯(lián)合收獲機(jī)；大蒜、甜菜、中藥等地下塊莖作物收獲機(jī)械的研發(fā)也取得了一些進(jìn)展，在一定范圍內(nèi)投入了使用。根莖挖掘收獲機(jī)械的使用，減輕了人們的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工作效率。然而，目前我國(guó)應(yīng)用的此類機(jī)械多數(shù)是對(duì)國(guó)外引進(jìn)機(jī)械的模仿或簡(jiǎn)單的技術(shù)改進(jìn)，花生、馬鈴薯、甜菜等機(jī)械化收獲裝備至今仍以中小型挖掘機(jī)的研制和推廣為主，存在技術(shù)水平不高、結(jié)構(gòu)單一、適應(yīng)性差、質(zhì)量較差等問(wèn)題，很多仍然處于起步階段。例如，我國(guó)的花生收獲還是以人工為主，僅有少部分地區(qū)使用花生挖掘犁和花生收獲(挖掘)機(jī)，機(jī)械化聯(lián)合收獲幾乎為零。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 4 頁(yè)3 挖樹(shù)坑機(jī)挖樹(shù)坑機(jī)，設(shè)計(jì)人徐臻，這種挖樹(shù)坑機(jī)包括有動(dòng)力機(jī)構(gòu)、與動(dòng)力機(jī)構(gòu)輸出軸相連的變速箱、與變速箱輸出軸相連的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括有小傘齒輪、與小傘齒輪輸出軸相咬合的大傘齒輪、置于大傘齒輪中間與大傘齒輪咬合的豎向方軸；在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)外部設(shè)有與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)套，在方軸頂端設(shè)有絲杠、在絲杠外部設(shè)有與絲杠吻合的螺母，螺母與傳動(dòng)機(jī)構(gòu)套固定連接，在方軸下部設(shè)有鉆頭裝置。優(yōu)點(diǎn)是：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、和小四輪拖拉機(jī)配套使用，其效率高、耗能低、鉆坑標(biāo)準(zhǔn)、單人操作，省功省力，在較硬的土地上，每小時(shí)可鉆 80—100 個(gè)坑，坑深可根據(jù)鉆桿的長(zhǎng)度，坑深度和坑直徑長(zhǎng)度的不同，其是人的 8—10 倍。挖樹(shù)坑機(jī)的結(jié)構(gòu)原理圖如圖 1 所示：圖 1 挖樹(shù)坑機(jī)結(jié)構(gòu)原理 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 5 頁(yè)4 空心螺旋鋼片工具本實(shí)用新型的目的，就是要提供一種采用機(jī)械挖掘、不損傷山藥、 工作效率高的山藥收獲機(jī)。故采用空心螺旋鋼片工具。此工具是中空的軸 1 外側(cè)焊接上螺旋鋼片 2。中空軸 1 與大錐齒輪配合段內(nèi)設(shè)有液壓推出機(jī)構(gòu) 3?？蛰S 1 下端加工有鋸牙 4，便于工具快速的進(jìn)入土壤。工作原理：工具旋轉(zhuǎn)下移，將連同山藥在內(nèi)的土柱打入山藥收獲工具內(nèi)，然后由液壓系統(tǒng)控制提出山藥收獲工具，在通過(guò)頂出機(jī)構(gòu)將山藥土柱頂出，最后人工清理出山藥。結(jié)構(gòu)如下圖 2 所示：圖 2 空心螺旋機(jī)構(gòu) 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (文 獻(xiàn) 綜 述 ) 第 6 頁(yè)總 結(jié)我對(duì)山藥收獲機(jī)的結(jié)構(gòu)與組成有了初步的了解，經(jīng)過(guò)初步的思考，我參考挖樹(shù)坑機(jī)和挖坑機(jī)，初步設(shè)計(jì)了山藥收獲機(jī)的整體結(jié)構(gòu)。這種山藥收獲機(jī)主要由動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置和深土作業(yè)工具三大部分構(gòu)成。由柴油驅(qū)動(dòng)的農(nóng)用拖拉機(jī)，提供收獲工具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由小電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)，提供收獲工具豎直方向的運(yùn)動(dòng)。挖掘部分采用空心螺旋鋼片工具旋轉(zhuǎn)帶出山藥。在后面的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我會(huì)根據(jù)需要不斷調(diào)整和改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，我相信這次資料的規(guī)整對(duì)今后的設(shè)計(jì)工作意義重大，希望在以后的工作中完善并開(kāi)拓思路，爭(zhēng)取完成一份完美的設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)[1] 閆志利，牛俊義.我國(guó)作物收獲技術(shù)研究應(yīng)用的現(xiàn)狀與前景展望.河北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009(2)[2] 金誠(chéng)謙,吳崇友,王煥然.塊莖類作物機(jī)械化收獲需重點(diǎn)解決的技術(shù)問(wèn)題,農(nóng)業(yè)裝備技術(shù),2006(3) [4] 濮良貴.紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2006[5] 秦方有.汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)原理.北京：北京理工大學(xué)出版社，1997[6] 王俊發(fā),馬旭,馬瀏軒,楊傳華.根莖類中藥材收獲裝備現(xiàn)狀及其收獲工藝.農(nóng)機(jī)化研究, 2009(12)[7] 夏建中.土力學(xué).北京：中國(guó)電力出版社，2009[8] 董慶華.機(jī)械零件. 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AUV’S-The Maturity of the Technology. OCEANS’ 99 MTS/IEE Coference Proceedings.[14] J.Westwood. Future Prospects for AUVs. A Presentation to the Maridan ‘PING’ Symposium. Copenhagen,1999,9.單位代碼 0 2 學(xué) 號(hào) 080105031 分 類 號(hào) TH6 密 級(jí) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)文獻(xiàn)綜述院 （ 系 ） 名 稱 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系專 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化學(xué) 生 姓 名 張 盼 盼 指 導(dǎo) 教 師 薛 東 彬2012 年 3 月 10 日黃河科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開(kāi)題報(bào)告表課題名稱 GD1 型山藥收獲機(jī)設(shè)計(jì)課題來(lái)源 教師擬訂 課題類型 AX 指導(dǎo)教師 薛東彬?qū)W生姓名 張盼盼 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué) 號(hào) 080105031一、調(diào)研資料的準(zhǔn)備根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，在做本課題前，查閱了與課題相關(guān)的資料有：機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、機(jī)械制造工藝學(xué)、沖壓成型工藝與模具設(shè)計(jì)、冷沖模課程設(shè)計(jì)與畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)等以及與設(shè)計(jì)相關(guān)的手冊(cè)。二、設(shè)計(jì)的目的與要求 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)教學(xué)中最后一個(gè)實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，通過(guò)該設(shè)計(jì)過(guò)程，可以檢驗(yàn)學(xué)生所學(xué)的知識(shí)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生處理工程中實(shí)際問(wèn)題的能力，因此意義特別重大。結(jié)合國(guó)內(nèi)山藥收獲機(jī)的實(shí)際情況擬定山藥收獲機(jī)的總體方案，并對(duì)總體方案進(jìn)行分析比較，最后確定總體方案。完成總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)。 三、設(shè)計(jì)的思路與預(yù)期成果 1、設(shè)計(jì)思路分析國(guó)內(nèi)外山藥收獲機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的情況，此山藥收獲機(jī)由機(jī)架，傳動(dòng)系統(tǒng)，挖掘系統(tǒng)三部分組成。底板機(jī)架與拖拉機(jī)類及農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)類連接并提供動(dòng)力，傳動(dòng)系統(tǒng)由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)組成，挖掘部分采用螺旋排除浮土，空心螺桿帶出山藥。螺旋動(dòng)力由拖拉機(jī)提供，下壓力由液壓系統(tǒng)提供。2、預(yù)期的成果（1）完成文獻(xiàn)綜述一篇，不少與 3000 字，與專業(yè)相關(guān)的英文翻譯一篇，不少于 3000 字。（2）完成內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定量的畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份。（3）繪制裝配圖，部分零件圖。四、任務(wù)完成的階段內(nèi)容及時(shí)間安排1--3 周 完成文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告及英文資料翻譯，掌握 CAD 軟件應(yīng)用功能，完成畢業(yè)實(shí)習(xí)。4--9 周 山藥收獲機(jī)總體、細(xì)部、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算，用 AutoCAD 等軟件繪制總裝圖、部裝圖、典型零件圖。10--11 周 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，進(jìn)一步修改完善畢業(yè)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備并完成畢業(yè)答辯稿。12 周 畢業(yè)答辯。五、完成設(shè)計(jì)（論文）所具備的條件因素已修完機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制圖、液壓與氣壓傳動(dòng)、金屬工藝學(xué)、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)等課程，借助圖書(shū)館的相關(guān)文獻(xiàn)資料，以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)等資源。指導(dǎo)教師簽名： 日期： 課題來(lái)源：（1）教師擬訂；（2）學(xué)生建議；（3）企業(yè)和社會(huì)征集；（4）科研單位提供課題類型：（1）A—工程設(shè)計(jì)（藝術(shù)設(shè)計(jì)） ；B—技術(shù)開(kāi)發(fā)；C—軟件工程；D—理論研究；E—調(diào)研報(bào)告（2）X—真實(shí)課題；Y—模擬課題；Z—虛擬課題要求（1） 、 （2）均要填，如 AY、BX 等。黃河科技學(xué)院本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （論文） 任 務(wù) 書(shū)工 學(xué)院 機(jī)械 系 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 專業(yè) 08 級(jí) 1 班學(xué) 號(hào) 080105031 學(xué)生 張盼盼 指 導(dǎo) 教 師 薛東彬 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目GD1 型山藥收獲機(jī)設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作內(nèi)容與基本要求（目標(biāo)、任務(wù)、途徑、方法，應(yīng)掌握的原始資料（數(shù)據(jù)） 、參考資料（文獻(xiàn)）以及設(shè)計(jì)技術(shù)要求、注意事項(xiàng)等） （紙張不夠可加頁(yè)）一、設(shè)計(jì)技術(shù)要求、原始資料（數(shù)據(jù)） 、參考資料（文獻(xiàn)）通過(guò)實(shí)習(xí)調(diào)研搜集資料，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，并借助 CAD 軟件，設(shè)計(jì) GD1 型山藥收獲機(jī)，GD1 型山藥收獲機(jī)用于旱地山藥的自動(dòng)化收獲作業(yè)。山藥收獲機(jī)翻土作業(yè)時(shí)的翻土量為 1-2 立方米/小時(shí)，采用螺旋排除浮土，空心螺桿帶出山藥，螺旋轉(zhuǎn)速為 50-100 轉(zhuǎn)/分鐘。設(shè)計(jì)基本參數(shù)：1、挖土深度最大 1000 mm；2、能夠快換螺旋桿；3、螺旋動(dòng)力由拖拉機(jī)提供；4、下壓力由液壓系統(tǒng)提供；設(shè)計(jì)要求：分析國(guó)內(nèi)外山藥收獲機(jī)發(fā)展和應(yīng)用的情況，結(jié)構(gòu)類型和功能特點(diǎn)。結(jié)合國(guó)內(nèi)山藥收獲機(jī)的實(shí)際情況擬定山藥收獲機(jī)的總體方案，并對(duì)總體方案進(jìn)行分析比較，最后確定總體方案。完成總體設(shè)計(jì)和關(guān)鍵零件的設(shè)計(jì)。做課題時(shí)，需要查閱機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、土力學(xué)、農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)床設(shè)計(jì)手冊(cè)等資料和 CAD 繪圖相關(guān)資料，綜合分析使用，進(jìn)行設(shè)計(jì)。二、設(shè)計(jì)目標(biāo)與任務(wù)1、查閱文獻(xiàn)資料 12 種以上，外文資料不少于兩種。寫(xiě)出 3000 字以上文獻(xiàn)綜述，單獨(dú)裝訂成冊(cè)。2、翻譯外文科技資料，不少于 3000 漢字，單獨(dú)裝訂成冊(cè)。3、完成開(kāi)題報(bào)告，填寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告表。4、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)一份，內(nèi)容與字?jǐn)?shù)都不少于規(guī)定的任務(wù)量。5、根據(jù)使用性能要求初定設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行設(shè)計(jì)方案對(duì)比后最終確定方案；設(shè)計(jì)山藥收獲機(jī)總體、傳動(dòng)系統(tǒng)部分裝配和主要零件圖；（圖紙量折合后不少于 A1 圖紙 4 張，用計(jì)算機(jī)繪圖） 。6、包含本次設(shè)計(jì)的所有內(nèi)容的光盤(pán)一張。7、畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)撰寫(xiě)規(guī)范及有關(guān)要求，請(qǐng)查閱《黃河科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)手冊(cè)》 。所有文字成果要求交打印稿。三、時(shí)間安排1---3 周 完成文獻(xiàn)綜述、開(kāi)題報(bào)告及英文資料翻譯，掌握 CAD 軟件應(yīng)用功能，完成畢業(yè)實(shí)習(xí)。4---9 周 山藥收獲機(jī) 總體、細(xì)部、零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算，用 AutoCAD 等軟件繪制總裝圖、部裝圖、典型零件圖。10--11 周 編寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，進(jìn)一步修改完善畢業(yè)設(shè)計(jì)，準(zhǔn)備并完成畢業(yè)答辯稿。12 周 畢業(yè)答辯。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）時(shí) 間： 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日計(jì) 劃 答 辯 時(shí) 間： 2012 年 05 月 19 日專業(yè)（教研室）審批意見(jiàn)：審批人簽名：日 期：?jiǎn)挝淮a 02 學(xué) 號(hào) 080105031 分 類 號(hào) TH6 密 級(jí) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)GD1 型山藥收獲機(jī)設(shè)計(jì)院 （ 系 ） 名 稱 工 學(xué) 院 機(jī) 械 系專 業(yè) 名 稱 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 制 造 及 其 自 動(dòng) 化學(xué) 生 姓 名 張 盼 盼 指 導(dǎo) 教 師 薛 東 彬 2012 年 5 月 13 日 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 頁(yè)GD1 型山藥收獲機(jī)設(shè)計(jì)摘要GD1 型山藥收獲機(jī)由于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、巧妙、合理，可以完成機(jī)械化的收獲作業(yè)，效率可以提高幾十倍，可以大大普及推廣深土經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物的種植，提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益。本次設(shè)計(jì)對(duì)傳統(tǒng)的農(nóng)用機(jī)械的提升部分有所改進(jìn)，使其工作部分能夠垂直升降，達(dá)到精準(zhǔn)快速收獲山藥的目的。首先，本文對(duì)傳統(tǒng)的山藥收獲方式進(jìn)行了論述，并詳細(xì)闡述了此山藥收獲機(jī)的工作原理。其次，本文對(duì)山藥收獲機(jī)的齒輪傳動(dòng)部分，垂直提升部分，空心螺旋鋼片軸此三部分進(jìn)行論述。最后，本文對(duì)山藥收獲機(jī)各部分設(shè)計(jì)的計(jì)算過(guò)程進(jìn)行的詳細(xì)闡述。關(guān)鍵詞：齒輪傳動(dòng)部分，垂直提升部分，空心螺旋鋼片軸 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 I 頁(yè)The design of yam harvest machine GD1 Author:Zhang PanpanTutor:Xue DongbinAbstractThe structure of Yam harvest machine GD1 is simple,clever,rational.Mechanized harvesting operations can be completed, its efficiency can be improved several times.The planting of deep soil economic crops can be greatly popularize , which can improve the economic efficiency of farmers. The design improve the enhance part of traditional agricultural machine. Making its work part to lift vertically.To achieve the purpose of harvesting yam accurately and rapidly. Firstly, the traditional yam harvest methods are discussed, and elaborated on the working principle of the yam harvest.Secondly,discourse the gear transmission part of the yam harvest machine, vertical lifting part , the hollow spiral steel shaft this three part.Finally, the yam harvest machine design calculation process is described in detail.Key words: gear transmission part,the vertical lifting part,the hollow spiral steel shaft 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 II 頁(yè)目錄1 設(shè)計(jì)方案說(shuō)明 .............................................................11.1 設(shè)備介紹 .............................................................11.1.1 山藥收獲機(jī)的組成及工作原理 .....................................11.1.2 山藥收獲機(jī)現(xiàn)狀 .................................................11.2 設(shè)計(jì)要求 .............................................................42 設(shè)計(jì)方案分析 .............................................................53 單級(jí)圓錐齒輪減速器的設(shè)計(jì) ...............................................63.1 齒輪傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) ......................................................63.2 軸的設(shè)計(jì) .............................................................113.2.1 小錐齒輪軸的設(shè)計(jì) ................................................113.2.2 大錐齒輪軸的設(shè)計(jì) ...............................................173.3 減速器箱體的設(shè)計(jì) .....................................................194 支撐部分的設(shè)計(jì) ..........................................................215 工作部分的設(shè)計(jì) ..........................................................245.1 山藥收獲機(jī)的收獲工具 .................................................245.2 收獲工具工作原理 .....................................................24設(shè)計(jì)總結(jié) ..................................................................25致謝 .......................................................................26參考文獻(xiàn) ..................................................................27 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 0 頁(yè)1 設(shè)計(jì)方案說(shuō)明1.1 設(shè)備介紹1.1.1 山藥收獲機(jī)的組成及工作原理山藥收獲機(jī)由動(dòng)力輸出部分、減速部分、支撐部分和工作部分四部分組成。山藥收獲機(jī)簡(jiǎn)圖如圖 1.1 所示：圖 1.1山藥收獲機(jī)的工作原理：拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)帶動(dòng)的垂直提升機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工具的豎直運(yùn)動(dòng)，柴油機(jī)動(dòng)力輸出實(shí)現(xiàn)工具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。1.1.2 山藥收獲機(jī)現(xiàn)狀目前，在山藥收獲時(shí)，我們一般采用人工挖掘的方式，這種收獲方式費(fèi)時(shí)、費(fèi)力， 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 1 頁(yè)收獲效率低，且易將山藥損傷或折斷。為了克服目前農(nóng)作物，尤其是山藥等深土農(nóng)作物收獲的難題，廣大設(shè)計(jì)者進(jìn)行了刻苦的鉆研。以下是幾種山藥收獲機(jī)概述，這些資料來(lái)源于中國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索網(wǎng)站。第一種山藥收獲機(jī)的發(fā)明者是盧雙貴，這種山藥收獲機(jī)，由切割帶鋸、松土板和螺旋提升機(jī)組成，通過(guò)前面的帶鋸繞山藥溝切割，帶鋸上部連接轉(zhuǎn)輪，中間穿過(guò)狹長(zhǎng)形開(kāi)口，下部套住軸承，中間的松土板隨著在后將土松動(dòng)，松土板固定在套管中的伸縮桿上由油壓氣泵提供動(dòng)力，最后的螺旋提升機(jī)在切割的土方下部向上轉(zhuǎn)動(dòng)，即可把山藥向上頂出。由于采用拖拉機(jī)為動(dòng)力，切割的土方大于山藥溝，從山藥底部向上拱，不僅保證了山藥的完整性，不折斷山藥，而且保持了山藥溝的原貌，工作效率大為提高，每天可挖掘山藥三至五畝。山藥收獲機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖如圖 1.2 所示：圖 1.2第二種山藥收獲機(jī)發(fā)明者是李善文，這種山藥收獲機(jī)的右下方，垂直連接有兩根平行的滑動(dòng)軸，滑動(dòng)軸底端與底機(jī)架連接；活動(dòng)軸上，套裝有一對(duì)滑動(dòng)套之間安裝有連動(dòng)輪，二個(gè)連動(dòng)輪之間由固定支架連接，兩個(gè)連動(dòng)輪外徑之間連著連動(dòng)帶，連動(dòng)帶上固定連接有若干個(gè)扁板狀的護(hù)土板機(jī)二個(gè)護(hù)土板；在機(jī)架上方安裝有提升輪，在底機(jī)架上，安裝有變速箱，它作為過(guò)渡動(dòng)力源使用；使用時(shí)，底板機(jī)架與拖拉機(jī)類農(nóng)用運(yùn)輸車(chē)類連接并提供動(dòng)力，帶動(dòng)該機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)收獲作業(yè)。該機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、巧妙、合理，可以完成機(jī)械化 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 2 頁(yè)的收獲作業(yè)，省力、省時(shí)，效率可以提高幾十倍，可以大大普及推廣深土經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物的種植，提高農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)效益。山藥收獲機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖如圖 1.3 所示：圖 1.3第三種山藥收獲機(jī)是智能山藥收獲機(jī)，發(fā)明人有王慧、張銀良、盧澤宇、王濰。這種山藥收獲機(jī)包括支架，該支架包括連接支架和與其滑動(dòng)連接的安裝支架，安裝支架上穿過(guò)有絲杠，絲杠的頂端固定有皮帶輪，所述安裝支架上固定有控制裝置，安裝支架的下方靠近連接支架的一端通過(guò)兩個(gè)支撐桿活動(dòng)連接有套筒，套筒側(cè)面對(duì)稱安裝有兩條接合縫，在接合縫處套筒通過(guò)套筒鎖套固定，兩支撐桿的一端在套筒的接合縫處于套筒鉸接，另一端與安裝支架連接；安裝支架上遠(yuǎn)離連接支架的一端固定連接有帶鋸，帶鋸的輸入軸通過(guò)皮帶與動(dòng)力裝置相連，安裝支架上還有與套筒對(duì)應(yīng)的定位機(jī)構(gòu)。該智能山藥收獲機(jī)實(shí)現(xiàn)了山藥的機(jī)械收獲且可以避免誤傷山藥。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 3 頁(yè)山藥收獲機(jī)結(jié)構(gòu)原理圖如圖 1.4 所示：圖 1.41.2 設(shè)計(jì)要求本設(shè)計(jì)總要求：設(shè)計(jì)山藥收獲機(jī)用于山藥的自動(dòng)收獲作業(yè)。給定的條件和要求:翻土作業(yè)時(shí)的作業(yè)量為 1-2 立方米 /小時(shí)，采用螺旋排除浮土，螺旋轉(zhuǎn)速為 150-200 轉(zhuǎn)/分鐘。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 4 頁(yè)2 設(shè)計(jì)方案分析經(jīng)論證得出總體設(shè)計(jì)方案為：動(dòng)力部分：包括兩個(gè)動(dòng)力輸出部分，一是柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)的 30 匹農(nóng)用拖拉機(jī)，其提供收獲工具的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。二是由拖拉機(jī)自帶液壓系統(tǒng)提供收獲工具豎直方向的運(yùn)動(dòng)。減速部分：由單級(jí)圓錐齒輪減速器實(shí)現(xiàn)工作調(diào)速。支撐部分：由 Q235 材料焊接而成的垂直提升機(jī)構(gòu)。工作部分：采用外焊螺旋鋼片空心式工具。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 5 頁(yè)3 單級(jí)圓錐齒輪減速器的設(shè)計(jì)3.1 齒輪傳動(dòng)部分設(shè)計(jì)選用 30 馬力的農(nóng)用拖拉機(jī)，功率 22.1KW。從而得出所設(shè)計(jì)的減速器輸入軸轉(zhuǎn)速 n1為 540r/min，輸出軸轉(zhuǎn)速 n2為 180r/min。計(jì)算得減速器傳動(dòng)比為 3。此傳動(dòng)比符合單級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)比范圍。1.傳動(dòng)效率計(jì)算為拖拉機(jī)內(nèi)部變速裝置及其它傳動(dòng)總的效率，取 為 0.96。0? 0?η 為設(shè)計(jì)減速器的總功率。傳動(dòng)效率分別為：萬(wàn)向聯(lián)軸器效率 ，滾動(dòng)軸承的效率 ，圓錐齒0.921??0.953??輪傳動(dòng)效率 ，聯(lián)軸器效率.54 0.96?傳動(dòng)裝置的總效率 應(yīng)為組成傳動(dòng)裝置的各部分運(yùn)動(dòng)副效率之乘積,即： 90..95.05654321 ?????2.各軸轉(zhuǎn)速min1rni/802i?3.各軸輸入功率 kwp59.2032101???6.542?4.各軸輸入轉(zhuǎn)矩：90.??min541rn/802?kwp59.1362? 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 6 頁(yè)T1=9550 P1/ n1=9550×20.79KW/540r/min=367.68N·mT2=9550 P2/ n2=9550×19.36KW/180r/min=1027.16N·mT1==367.68N·mT2=1027.16N·m圖 3.15.選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)如圖 3.1 傳動(dòng)方案，選用單級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)。1）運(yùn)輸機(jī)為一般農(nóng)用機(jī)械，選用 7 級(jí)精度，齒形角 ，齒頂高20???系數(shù) ，頂隙系數(shù) 。*ah?*0.2c?2）選擇大小錐齒輪的材料均為 40Cr（調(diào)質(zhì)+表面淬火） ，硬度為 48-50HRC。3）初步選取小齒輪齒數(shù) Z1=18，大齒輪齒數(shù) Z2=54。6.按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)1）試選載荷系數(shù) K=2.852）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 T1=367.68N·m=367680N·mm 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 7 頁(yè)3）確定齒寬系數(shù) Φ R=0.33。4）查得材料彈性影響系數(shù) 。1289.EZMPa?5）由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得齒輪的齒面接觸疲勞極限，σ Hlim1 =σ Hlim2 =1100MPa。安全系數(shù) S=1.6）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)小齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N1=60n·j·L·h=5.0×10 8；大齒輪的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：N2=N1/3=1.67×10 8。7）接觸疲勞壽命系數(shù)：K HN1=0.93 ，K HN2=0.97,彎曲疲勞壽命系數(shù)：KFN1=0.85，K FN2=0.888)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力[σ H]1= = KHN1?σ Hlim1/S=1023MPa[σ H]2= KHN2?σ Hlim2/S=1067MPa9)試算小齒輪的分度圓直徑，帶入許用應(yīng)力中的較小值得： =109.17mm22131 )5.0(9. ????????HERRt ZuTd??10）計(jì)算圓周速度 v smn/9.3106????11)計(jì)算載荷系數(shù)據(jù)速度 ，7 級(jí)精度，得動(dòng)載荷系數(shù) KV=1.07,使用系數(shù) KA =1.75， KHβ =KFβ =1.65，K α =1。故載荷系數(shù) K= KHβ ?Kα ?KA?KV =3.0912）按實(shí)際載荷系數(shù)校正所得分度圓直徑112.15?31ttkd13）計(jì)算模數(shù) 6.231zdmN1=5.0×108N2=1.67×108[σ H]1= 1023MPa[σ H]2=1067MPam17.091?tds/09.3??15.2?dm36 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 8 頁(yè)7.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行設(shè)計(jì)1）由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查取的齒輪彎曲疲勞極限 σ EF1=σ EF2=620MPa，安全系數(shù) S=1.3。2）許用彎曲應(yīng)力:[σ F]1 = KFN1?σ EF1/S=405.38MPa[σ F]2 = KFN2?σ EF2/S=419.69MPa3)載荷系數(shù) K= KFβ ?Kα ?KA?KV =3.094)查取齒形系 YFa1=2.91，Y Fa2=2.30，Y Sa1=1.53，Y Sa2=1.71。5)比較 YSa1?YFa1/ [σ F]1與 YSa2?YFa2/ [σ F]2取較大者YSa1?YFa1/ [σ F]1=0.010983YSa2?YFa2/ [σ F]2=0.0093716）計(jì)算模數(shù)m≥ =5.96????3215.04FasRRYuZKT?????對(duì)比計(jì)算結(jié)果，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取模數(shù) m=6，按接觸強(qiáng)度得分度圓直徑 =112.15，算出小齒輪齒數(shù) ,1d 196.81??mdz 5732??z=405.38MPa??1F?=419.69MPa219z28.大小圓錐齒輪主要尺寸如表 3.1 所示：表 3.1名稱符號(hào)公式直齒圓錐小齒輪直齒圓錐大齒輪齒數(shù) zz19 57模數(shù) m m 6傳動(dòng)比 i i 3 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 9 頁(yè)分度圓錐度 ?，iarctg11?12-90?。 18.43° 71.57°分度圓直徑 dmz112 336齒頂高ahha*?6 6齒根高f mcaf)(*?7.2 7.2齒全高 h fah?13.2 13.2齒頂圓直徑ad，1*1cos2??2ma123(大端) 340（大端）齒根圓直徑f ，1*1cshff??22o?dff 98 331齒距 p ?18.84 18.84齒厚 s ms? 9.42 9.42齒槽寬 e 2e9.42 9.42頂隙 c c* 1.2 1.2錐距 R 21d??177 177齒頂角a?，21f1fa?1.94° 2.33°齒根角f ??Rhrctgfff?21 2.33° 1.94° 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 10 頁(yè)齒頂圓錐角a?，11aa????2229.37° 73.9°齒根圓錐角f ，11ff?22ff???16.1° 69.63°當(dāng)量齒數(shù)vzcoszv 20 180齒寬 bR??58 583.2 軸的設(shè)計(jì)3.2.1 小錐齒輪軸的設(shè)計(jì)1.確定最小軸頸 mdRbdm945.011?????????圓周力: NTFmt78231徑向力: Ntr 270143.8cos20tancosan1 ????????軸向力: t 9i783i1 ???2.初步確定軸的尺寸選軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取A0=110。最小軸徑： mnPAd375409.21330min ??輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑 dⅠ-Ⅱ ,如圖所示md941?NFt78231r0?a91md37in? 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 11 頁(yè)圖 3.2的軸頸 dⅠ-Ⅱ 與聯(lián)軸器的直徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào)。聯(lián)軸器的選擇：工作情況系數(shù) KA=2.4計(jì)算轉(zhuǎn)矩:Tca=K A?T=2.4×212.2 N·m=509 N·m按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩 Tca 應(yīng)小于聯(lián)軸器的公稱轉(zhuǎn)矩的條件。即Tca≤[T]，其中[T]為該型號(hào)聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。選用 WSD8 型萬(wàn)向聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩為 1120N·m。半聯(lián)軸器的孔徑為 38mm，半聯(lián)軸器與軸配合的轂長(zhǎng)度 L1為 82。為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上，故段的長(zhǎng)度比 L1略短一些，因此 L1 段軸的長(zhǎng)度為 80 mm。3.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擬定軸上零件的裝配方案，如圖 3.2 所示。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 12 頁(yè)圖 3.3為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，L2 段軸 d2=44mm,右端用軸承端蓋定位，根據(jù)軸承端蓋的厚度取這段軸的長(zhǎng)度為 L2=60。L3 段軸需安裝軸承，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查取標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的圓錐滾子軸承 30311，其尺寸 d×D×T=55×120×31.5，故d3=55mm，L3=31.5mm。因此 L5 段軸直徑和長(zhǎng)度與 L3 段軸相同且要對(duì)軸套進(jìn)行軸向定位，d4=55,L4=28.5。L4 段安裝軸承的左端用套筒定位，右端用軸肩定位。取其定位軸肩高度為 5mm，取 d4=65,L4 段軸的長(zhǎng)度由結(jié)構(gòu)而定為 80mm。取軸套長(zhǎng)度為 21，小齒輪的寬度為63mm，因此 L6 段軸的長(zhǎng)度為 21+63-1=83mm。經(jīng)計(jì)算，軸的總長(zhǎng)度為 364 mm。4.求軸上的載荷圖 3.4 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 13 頁(yè)圖 3.5圖 3.6 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 14 頁(yè)圖 3.7軸段的支反力情況為： 表 3.2 距左端距離 水平支反力 Rh1 垂直支反力 Rv148.5mm 10186.5N 4066N 距左端距離 水平支反力 Rh2 垂直支反力 Rv2180.5mm -3395.5N -1637N5)彎曲應(yīng)力校核確定危險(xiǎn)截面，根據(jù)彎矩圖和扭矩圖可得距左端 180.5mm 處，得到最大的彎矩和扭矩，并且此處所示的支反力為最大值，從而確定此 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 15 頁(yè)處為危險(xiǎn)截面，進(jìn)行強(qiáng)度校核時(shí)，則只需要校核此處的強(qiáng)度。彎曲應(yīng)力校核公式： ????132210???????dTM223().54Pa?而許用疲勞應(yīng)力為 180Mpa，即彎曲應(yīng)力校核通過(guò)。6）疲勞強(qiáng)度校核 ??SS????maK????1aS????1對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行疲勞強(qiáng)度校核得：直徑：38mm危險(xiǎn)截面的彎矩 M：5000N·mm ,扭矩 T：60000N·mm有效應(yīng)力集中系數(shù)（彎曲作用）：2.05 （扭轉(zhuǎn)作用）：1.55截面的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù) S：32.21。許用安全系數(shù)[S]：1.9。兩處疲勞強(qiáng)度校核通過(guò)。7）扭轉(zhuǎn)剛度校核圓軸扭轉(zhuǎn)變形的計(jì)算公式， 。G——材料的切變模4158indlT???量（MPa） ，對(duì)鋼 G= （MPa）, ——分別代表階梯軸第 i810.?iil.段上所傳遞的轉(zhuǎn)矩、長(zhǎng)度、內(nèi)外直徑。圓軸的扭轉(zhuǎn)角為 0.0039，經(jīng)計(jì) 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 16 頁(yè)算得扭轉(zhuǎn)剛度變形為 ，而許用扭轉(zhuǎn)變形為0.65/m???0.25~1.0 ，從而扭轉(zhuǎn)剛度校核通過(guò)。/m?本軸因無(wú)大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。3.2.2 大錐齒輪軸的設(shè)計(jì)1）確定最小軸頸 mdRbdm2815.02?????????圓周力: NTFmt732徑向力: ?a Ntr 2701cos0an1????軸向力: 2Rt 9i1?2）初步確定軸的尺寸選軸的材料為 45 鋼，調(diào)制處理。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取 A0=110。最小軸徑： mnPAd31.5230min??輸出軸的最小直徑要加工成花鍵，根據(jù)花鍵的直徑標(biāo)準(zhǔn)以及工具軸的內(nèi)徑設(shè)計(jì)此段軸的直徑為 56mm。md281?NFt73a0291?3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)擬定軸上零件的裝配方案，如圖 3.8 所示。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 17 頁(yè)圖 3.8圖 3.9為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，軸直徑 d1=60mm,半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L1=84mm。L3 段軸需安裝軸承，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中查取標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的單列圓錐滾子軸承30314，其尺寸 d×D×T=70×150×38，故 d3=70mm,左端用軸承端蓋定位,根據(jù)軸承端蓋的厚度 d2=68,L2=88,L3 段右端用套筒定位,取 L3=68mm。L7 段軸直徑和 L3 段軸相同d7=d3=70,L7=38。L4 段安裝齒輪，取其定位軸肩高度為 5mm，則 d4=80。L6 段軸的長(zhǎng)度由結(jié)構(gòu)而定為 100mm。大齒輪的主要尺寸如圖 3.10 所示：圖 3.10 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 18 頁(yè)經(jīng)校核，大齒輪軸強(qiáng)度條件滿足。4）花鍵校核（1）花鍵主要失效形式是工作面的壓潰。（2）按工作面上的擠壓應(yīng)力進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算。（3）花鍵的連接強(qiáng)度條件：σ P=2T×103/ΨZlhd m≤[σ P]①由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查取：Ψ——載荷不均勻系數(shù)，取值為 0.7Z——花鍵齒數(shù)，取值為 8l——齒的工作長(zhǎng)度，取值為 52mmh——花鍵齒側(cè)的工作長(zhǎng)度，取值為 1mmdm——花鍵的平均徑，取值為 55mm[σ P]——花鍵連接的許用壓應(yīng)力，取值為 120MPa②代入公式計(jì)算得出：σ P=38.2 MPa≤[σ P]因此選用花鍵的規(guī)格為：N×d×D×B=8×56×65×10,滿足傳動(dòng)及使用條件。3.3 減速器箱體的設(shè)計(jì)減速器的箱體采用鑄造（HT=150）制成，采用剖分式結(jié)構(gòu)。1.機(jī)體要有足夠的剛度2.在機(jī)體為加肋，外輪廓為長(zhǎng)方形，增強(qiáng)了軸承座剛度。3.機(jī)體結(jié)構(gòu)有良好的工藝性鑄件壁厚為 10，圓角半徑 R=2。機(jī)體外形簡(jiǎn)單，方便制造。減速器箱體的結(jié)構(gòu)尺寸如表 3.2 所示：表 3.2名稱 符號(hào) 計(jì)算公式 結(jié)果 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 19 頁(yè)箱座壁厚 ?10箱蓋壁厚 1 10箱蓋凸緣厚度 b115.?15箱座凸緣厚度 ?15箱座底凸緣厚度 2.2 25地腳螺釘直徑 fd12036??af M16地腳螺釘數(shù)目 n查手冊(cè) 4軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 1dfd75.1 M12機(jī)蓋與機(jī)座聯(lián)接螺栓直徑 2=（0.5~0.6）2f M12軸承端蓋螺釘直徑 3d=（0.4~0.5）3fdM12定位銷(xiāo)直徑 =（0.7~0.8） 210， ， 至外fd12機(jī)壁距離1C查機(jī)械課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 221818， 至凸緣邊f(xié)2緣距離2查機(jī)械課程設(shè)計(jì)指導(dǎo) 2016外機(jī)壁至軸承座端面距離 1l= + +（ 5~10）1lC2 50大齒輪頂圓與內(nèi)機(jī)壁距離 1?>1.21?12齒輪端面與內(nèi)機(jī)壁 2>2 11 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 20 頁(yè)距離4. 支撐部分的設(shè)計(jì)垂直提升機(jī)構(gòu)原理見(jiàn)圖 2。主臂有夾角為 的兩軸向直線槽，桿 和 可沿直線0?1R2槽作軸線方向直線運(yùn)功。由于兩桿左端孔與約束由曲線槽轉(zhuǎn)動(dòng)銷(xiāo)軸相連結(jié)，因此，主臂作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)，桿 、 另兩端 A 點(diǎn)和 B 點(diǎn)既做軸線方向移動(dòng)又做沿曲線槽的轉(zhuǎn)動(dòng)，且1R2兩點(diǎn)在主臂的擺動(dòng)過(guò)程中始終保持在一條固定的垂線上，其運(yùn)動(dòng)分析如下。圖 4.1實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng) ,3065,180,5 mRLRmLR???，接 近R 為連桿定長(zhǎng)，即圖 4.1 中取 = =1200mm， ， 。從圖 2 的分析可得出：208???故曲線槽中心線的極坐標(biāo)方程：??cos)(??L 10cos5cos???? 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 21 頁(yè)圖 2 中桿 和 夾角為 ，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中位置相差 。其運(yùn)動(dòng)關(guān)系中有如下關(guān)系：1R20808)cos()cos)(2)( ??????????RL（圖 4.2導(dǎo)軌材料全部采用 Q235 焊接而成，經(jīng)計(jì)算強(qiáng)度滿足使用條件。圖 4.3 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 22 頁(yè)圖 4.4α 在 0-35 間,θ 為 ,固 在 0-35，而在 在 8-43 范圍內(nèi),查得082?1?F=10KN。 12?COSF?，ini?得 2122?SiTaos?當(dāng) ， 時(shí) 有最大值 71KN。查得 ， ，得02??08FMPa260][??][42????dFd=18.65mm，取直徑 30mm. 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 23 頁(yè)5 工作部分的設(shè)計(jì)5.1 山藥收獲機(jī)的收獲工具收獲工具由兩部分構(gòu)成：一部分為 45 鋼制成的空心軸，外徑為 100mm，內(nèi)徑為80mm。另一部分為材料為 45 鋼的螺旋鋼片,是由錐軋機(jī)整體冷軋成形。該工具的工作長(zhǎng)度為 850mm,工具總長(zhǎng)度為 1030mm。5.2 收獲工具工作原理工具在減速器輸出軸帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)。由液壓缸推動(dòng)工具下移，將連同山藥在內(nèi)的土柱打入工具內(nèi)部后，工具上移，帶停轉(zhuǎn)后卸下銷(xiāo)釘，快速頂出山藥土柱，完成一次收獲。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 24 頁(yè)設(shè)計(jì)總結(jié)為期四個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，終于我們完成了我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們綜合知識(shí)的一次應(yīng)用，心里很高興能在即將工作之際，將這幾年學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)來(lái)了一次整體復(fù)習(xí)，這對(duì)即將踏上工作崗位的我是一次綜合素質(zhì)的提升。在沒(méi)有做畢業(yè)設(shè)計(jì)以前覺(jué)得畢業(yè)設(shè)計(jì)只是對(duì)這幾年來(lái)所學(xué)知識(shí)的單純總結(jié)，但是通過(guò)這次做畢業(yè)設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)自己的看法有點(diǎn)太片面。畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我明白了自己原來(lái)知識(shí)還比較欠缺。自己要學(xué)習(xí)的東西還太多，以前老是覺(jué)得自己什么東西都會(huì)，什么東西都懂，有點(diǎn)眼高手低。通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們才明白學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程，在以后的工作、生活中都應(yīng)該不斷的學(xué)習(xí)，努力提高自己知識(shí)和綜合素質(zhì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽(tīng)聽(tīng)不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)。不管學(xué)會(huì)的還是學(xué)不會(huì)的的確覺(jué)得困難比較多，真是萬(wàn)事開(kāi)頭難，不知道如何入手。經(jīng)過(guò)薛老師的指導(dǎo)漸漸的摸到頭緒，在不斷的資料搜索和查閱后，整體的思路應(yīng)運(yùn)而生，最后終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，有種如釋重負(fù)的感覺(jué)。此外，還得出一個(gè)結(jié)論：知識(shí)必須通過(guò)應(yīng)用才能實(shí)現(xiàn)其價(jià)值！有些東西以為學(xué)會(huì)了，但真正到用的時(shí)候才發(fā)現(xiàn)是兩回事，所以我們認(rèn)為只有到真正會(huì)用的時(shí)候才是真的學(xué)會(huì)了。以后還要將畢業(yè)設(shè)計(jì)的這股干勁兒用在工作中，因?yàn)閻?ài)著這個(gè)專業(yè)，所以我相信我一定能做好！ 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 25 頁(yè)致謝在此要感謝我們的指導(dǎo)老師薛東彬老師對(duì)我悉心的指導(dǎo)，感謝老師給我們的幫助。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們通過(guò)查閱大量有關(guān)資料，與同學(xué)交流經(jīng)驗(yàn)和自學(xué)，并向老師請(qǐng)教等方式，使自己學(xué)到了不少知識(shí)，也經(jīng)歷了不少艱辛，但收獲同樣巨大。在整個(gè)設(shè)計(jì)中我們懂得了許多東西，也培養(yǎng)了我們獨(dú)立工作的能力，樹(shù)立了對(duì)自己工作能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我們充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中探索的艱難和成功時(shí)的喜悅。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)做的也不太好，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我們終身受益。 黃 河 科 技 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū) 第 26 頁(yè)參考文獻(xiàn)[1]夏建中.土力學(xué) [M].北京：中國(guó)電力出版社， 2009.[2]孫波.畢業(yè)設(shè)計(jì)寶典 [M]..西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2008.[3]濮良貴.紀(jì)名剛 .機(jī)械設(shè)計(jì)[M]..北京：高等教育出版社，2006.[4]秦方有.汽車(chē)內(nèi)燃機(jī)原理[M]..北京：北京理工大學(xué)出版社，1997.[5]R .康韋 R .羅斯[美] .工業(yè)廢物處理手冊(cè)[J].北京：工人出版社， 1993.[6]徐灝.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991.[7]北京鋼鐵學(xué)院.機(jī)械零件[M]. 北京：人民教育出版社，1990.[8]董慶華.機(jī)械零件 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