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學(xué)校代碼： 序 號： 本 科 畢 業(yè) 論 文 題目： 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 學(xué) 院： 姓 名： 學(xué) 號： 專 業(yè) 年 級： 指導(dǎo)教師： 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 1 摘 要 文章開頭介紹了先進排種器試驗臺對于了解和掌握現(xiàn)有精播排種器的技術(shù) 性能，研究和研制新一代高性能播種機的重要性，本設(shè)計介紹了一種新型排種 器試驗臺機械結(jié)構(gòu)與電氣部分的參數(shù)設(shè)計計算方法，以及電氣設(shè)備的選用依據(jù)： 并給出了總體結(jié)構(gòu)配置圖。排種器試驗臺的結(jié)構(gòu)可在試驗中模擬各種精密排種 器高速作業(yè)狀態(tài)，并達到精確測量種子粒距的目的。本設(shè)計系統(tǒng)地介紹了該排 種器試驗臺的設(shè)計過程和方法，并在計算過程中插入了一些簡圖，更有利于理 解。在設(shè)計的每一過程中采取嚴謹?shù)膽B(tài)度，以保證各數(shù)據(jù)的精確性。 關(guān)鍵字：農(nóng)業(yè)工程；排種器試驗臺；設(shè)計 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 2 Multi-purpose seeding mechanism test platform design Abstract: The article opening introduced the advanced seeding mechanism test platform existing fine broadcasts the seeding mechanism regarding the understanding and grasping the technical performance, studies and develops the new generation of high performance seeder the importance, this design introduced one kind of new seeding mechanism test platform mechanism and the electrical part parameter design calculation method, as well as the electrical equipment selects the basis: And has given the overall structure disposition chart.The seeding mechanism test platform structure may in the experiment simulate each kind of precision seeding mechanism high speed work condition, and achieved the precision measuring plants the goal which the seed is apart from.This design introduced systematically this seeding mechanism test platform design process and the method, and have inserted some diagrams in the computation process, is more advantageous to the understanding.Has the rigorous manner in design each process, guarantees various data the accuracy. Key words:Agricultural engineering; Seeding mechanism test platform; Design 目 錄 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 3 1 緒論 1 2 工作原理及總體結(jié)構(gòu) 2 2.1 工作原理 2 2.2 總體結(jié)構(gòu) 2 3 主要工作部件參數(shù)的設(shè)計 3 3.1 種床長度的確定 3 3.2 種床帶前進速度的確定 3 3.3 排種盤轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍 3 3.4 種床帶傳送裝置驅(qū)動電機功率的確定 3 4 設(shè)計傳動系統(tǒng) 5 4.1 一級皮帶傳動的設(shè)計 5 4.2 二級皮帶傳動的設(shè)計 9 5.各軸的設(shè)計 .12 5.1 軸的材料 .12 5.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 .13 5.3 第一傳動軸（電動機與輸送裝置相連的軸）的設(shè)計 .13 5.4 第二傳動軸的設(shè)計 .17 5.5 第三傳動軸的設(shè)計 .18 6.畢業(yè)設(shè)計總結(jié) .22 參考文獻 .23 致 謝 .24 1 緒論 多功能精量排種器能對油菜、谷子、芝麻、苜蓿、胡麻、小麥、高粱、綠 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 4 豆、番茄、玉米、大豆、棉花、油葵等小、中、大粒作物進行精量和常量播種。 排種精度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，便于在多種播種機上配套安裝，提高播種 器的性能。是技術(shù)人員一直追求的目標。排種器是播種機的核心部件之一。排 種器排種質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到播種質(zhì)量的好壞。影響精密播種機播種質(zhì)量的 因素很多，但主要取決于排種器的排種性能。因此國內(nèi)外在如何提高排種器的 性能方面作了大量的研究工作并取得了較大進展。為了了解和掌握現(xiàn)有精播排 種器的技術(shù)性能，為我國進一步研制推廣精播機提供設(shè)計依據(jù)，必須加大對排 種器試驗臺的研究和開發(fā)，排種器實驗臺是播種機研發(fā)所使用的主要手段，是 快速產(chǎn)生新一代高性能播種機必不可少的實驗設(shè)備。 2 工作原理及總體結(jié)構(gòu) 2.1 工作原理 在田間測試播種機性能時，排種器隨拖拉機向前進方向移動。排種器試驗 臺正好相反，它是用輸送帶做種床，并模擬播種機的田間作業(yè)速度進行運動， 排種器在實驗時固定不動，輸送帶（種床）相對于排種器運動。這樣，就使播 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 5 種機相對地面的運動轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛嫦鄬τ诓シN機的運動。從相對運動的概念來說， 是一個參考坐標系轉(zhuǎn)換問題，其效果是一樣的。排種器在固定位置把種子排在 噴上油層的輸送帶上，種子被油層黏住，然后對種床帶上的排種情況進行實時 攝錄和處理，從而測得種子粒距，達到檢測排種均勻性等各項指標的目的。 2.2 總體結(jié)構(gòu) 試驗臺總體結(jié)構(gòu)如圖 2-1 所示，主要有臺架，種床帶裝置，排種器安裝架 裝 置 ,以及 5mm 厚，長寬不一的鐵板。 型 帶 輸 送 帶 傳 動 系 統(tǒng)機 架 電 動 機排 種 器 圖 2-1 試驗臺總體結(jié)構(gòu)簡圖 3 主要工作部件參數(shù)的設(shè)計 3.1 種床長度的確定 考慮到被排種器實驗臺采用視覺方法測得粒距，有時希望還能從種床帶上 直觀地觀察一小段排種實況，而種床帶剎車后還會運行一段距離，因此，把種 床帶有效長度定為 2.8m 較合適，同時該種床帶的類型為普通橡膠輸送帶，膠布 層數(shù)為三層，上膠+下膠厚度為 3.0+1.5mm 周長為 6.228m，寬 0.4m，每米長的 質(zhì)量為 4.01kg/m。 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 6 3.2 種床帶前進速度的確定 當(dāng)前，國內(nèi)外的當(dāng)前，國內(nèi)外的中耕作物精播機作業(yè)速度一般都在 5～8km/h 左右，部分先進的氣力式播種機可達 10～12km/h。一般說來，速度超 過 10km/h，播種質(zhì)量就有明顯下降的趨勢且試驗標準要求，播種機試驗前進速 度為 1.0～2m/s（3.6～7.2km/h） 。排種器試驗臺的設(shè)計，除了滿足現(xiàn)有播種機 的實際速度要求之外，還應(yīng)提高其測試范圍，從而種床帶前進速度確定為 1.5～7.5km/h。 3.3 排種盤轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍 從現(xiàn)有國內(nèi)外先進的中耕作物精播機的作業(yè)速度來看，其前進速度在 12km/h 時，則對應(yīng)的排種盤轉(zhuǎn)速一般在 20～200r/min 之間。所以，本試驗臺 排種盤轉(zhuǎn)速調(diào)試范圍為 15～200r/min。 3.4 種床帶傳送裝置驅(qū)動電機功率的確定 從結(jié)構(gòu)上看，本排種器試驗臺的種床帶傳送裝置是屬于皮帶輸送機，工作 時，種床帶處于勻速滑動狀態(tài)，因此可粗略計算驅(qū)動種床帶傳送裝置平移運動 所做的功，來確定驅(qū)動電機功率。 1.運動中滾筒所需的驅(qū)動扭力 F1 為： F1=9.80665*G*f=9.80665*24.97428*0.65=159.2N 式中，G——種床帶總質(zhì)量，G=6.228*4.01=24.97428kg f——橡膠帶與鋼的動摩擦系數(shù)，f=0.65 2.滾筒的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩 M1 為： M1=F1*R=159.2*0.1=15.92N.M 式中 R——滾筒半徑，R=0.1m 3.滾筒在種床最大前進速度下的轉(zhuǎn)數(shù) Nm： Nm=Vm/2PR=60Vm/3.14d=120/(3.14*0.2)=192r/min 式中。Vm——種床帶最大前進速度 Vm=7.2km/h 4.計算工作機功率： P=（M1*Nm）/9550=15.92*192、9550=0.320087kw 5.電機的額定轉(zhuǎn)矩 M0 為： M0=M1/i=15.92/2=7.96n.M 式中 i——電機與滾筒傳動比，i=2 6.在種床帶最大前進速度下驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)數(shù) n： n=Nm*i=2*192=384r/min 7.由于采用專用變頻電機，電機頻率范圍內(nèi)大部分處于恒功率工作狀態(tài)， 則電機額定功率 P0 為： P0=M0*n/9550=(7.96*384)/9550=0.320067kw 8.播種機上排種器大都為地輪驅(qū)動，單個排種器的排種盤轉(zhuǎn)動所需轉(zhuǎn)矩最 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 7 大約為 12.75N.M 排種器驅(qū)動電機的額定轉(zhuǎn)矩 M1 為： M1=M3/i2=12.75N.M 式中。M 3——排種盤所需最大轉(zhuǎn)矩，M 3=12.75N.M ——電機與排種器軸傳動比，i2=1 9.電機額定功率：P1=2*P*N ， m*M'/60=0.272kw 式中，N ， m——拍中盤最高轉(zhuǎn)速，且為 200r/min P=P0+P1=0.320067+0.272=0.592067KW 因此，選取 JZy22-4 型電磁調(diào)速電動機，電動機的功率為 1.5kw，質(zhì)量為 100kg，調(diào)速范圍為：120~1200r/min,此系列電動機式一種交流無級變速電動機， 它由籠式異步電動機，電磁轉(zhuǎn)差離合器所組成，與控制器配合后，可在規(guī)定的 負載下和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能均勻地，連續(xù)地?zé)o級調(diào)速，并能輸出額定的轉(zhuǎn)速。因此， 適用于該排種器試驗臺使用。 4 設(shè)計傳動系統(tǒng) 4.1 一級皮帶傳動的設(shè)計 由前已知該電機于滾筒的傳動比為 2，即 i=n1， 式 n1 電機的轉(zhuǎn)速，且為 384r/min，n2—滾筒的轉(zhuǎn)速，且為 192r/min。以下是設(shè)計時所要用到的表： 表 4-1 V 帶帶輪最小基準直徑 Dmin 和基準直徑系列 D（mm） 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 8 型號 Y Z A B C D E 最小基準直徑 Dmin 20 50 75 125 200 355 500 20，22.4，25，28，31.5，40，50，56，63，71，75，80，8 5，90，95，100，106，112，118，125，132，140，150，16 0，170，180，200，212，224，236，250 265，280，300，315，355，375，400，425，450，475，500 ，530 基準直徑系列 D 560，600，630，670，710，750，800，900，1000 表 4-2 單根普通 V 帶 i≠1 時傳動功率的增量 ΔP 0(kw) 小帶輪轉(zhuǎn)速 n1（r/min）型號 傳動 比 i 400 730 800 980 1200 1460 1600 2000 2400 2800 3200 0.04 0.07 0.08 0.08 0.11 0.13 0.15 0.19 0.23 0.26 0.30A 1.35 ~1.5 1≥2 0.05 0.09 0.10 0.11 0.15 0.17 0.19 0.24 0.29 0.34 0.39 0.10 0.17 0.20 0.23 0.30 0.36 0.39 0.49 0.59 0.69 0.79B 1.35 ~1.5 1≥2 0.13 0.22 0.25 0.30 0.38 0.46 0.51 0.63 0.76 0.89 1.01 表 4-3 特定條件下單根普通 V 帶所能傳遞的功率 P0（kw） 小帶輪轉(zhuǎn)速 n 1 (r/min)型號 小帶 輪基 準直 徑 400 730 800 980 1200 1460 1600 2000 2400 2800 3200 75 0.27 0.42 0.45 0.52 0.60 0.68 0.73 0.84 0.92 1.00 1.04 90 0.39 0.63 0.68 0.79 0.93 1.07 1.15 1.34 1.50 1.64 1.75 100 0.47 0.77 0.83 0.97 1.14 1.32 1.42 1.66 1.87 2.05 2.19 125 0.67 1.11 1.19 1.40 1.66 1.93 2.07 2.44 2.74 2.98 3.16 A 160 0.94 1.56 1.69 2.00 2.36 2.74 2.94 3.42 3.80 4.06 4.19 表 4-4 普通 V 帶截面尺寸和單位長度質(zhì)量 型號 Y Z A B C D E 頂寬 b(mm) 6.0 10.0 13.0 17.0 22.0 32.0 38.0 節(jié)寬 b p (mm) 5.3 8.5 11.0 14.0 19.0 27.0 32.0 高度 h(mm) 4.0 6.0 8.0 11.0 14.0 19.0 25.0 鍥角 a 400 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 9 單位長度質(zhì)量 q（kg/m） 0.04 0.06 0.10 0.17 0.30 0.60 0.87 表 4-5 包角系數(shù) Ka 1.計算功率 Pc 由表可查得：工作情況系數(shù) Ka=1.1，故： Pc=ka*P=1.1*1.5kw=1.65kw. 2.選取普通 V 帶型號 根據(jù) Pc=1.65kw，n 1=384r/min,可確定選用 A 型。 3.確定帶輪基準直徑 D1 和 D2： 由查表可取 D1=90mm，ε=1%，由式得： D2=n1/n2*D1*(1-ε)=2*90*0.99=178.2mm.取 D2=180mm。 大帶輪轉(zhuǎn)速：n 2=n1*D1*(1-ε)/D2=（384*90*0.99）/180=190.08r/min.其 誤差120·，合適。 7.確定 V 帶的根數(shù) Z： 因為該傳動裝置的傳動比 i=2,由查表得 P0=0.05kw.由查表得 Kα=0.99，Kl=1.01. 由式：Z=Pc/[(P0+ΔP0)*Kα*Kl]=1.65/[(0.47+0.05)*0.99*1.01]=3.7503752 取 Z=4. 8.求作用在帶輪軸上的壓力 Fq： 包 角 a1 1800 1700 1600 1500 1400 1300 1200 1100 1000 900 800 700 Ka 1 0.98 0.95 0.92 0.89 0.86 0.82 0.7 0.74 0.69 0.64 0.58 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 10 由表查得 q=0.1kg/m,由式得單根 V 帶的張緊力 F0： F0=[(500*Pc)/Z*V]*(2.5/Kα-1)+q*V*V =500*1.65/（4*1.80864）*（2.5/0.99-1）+0.1*1.80864*1.80864 =174.26N 作用在帶輪軸上的壓力為： Fq=2*Z*F0*Sin(α/2)=2*4*174.26*Sin(171.35·/2)=1390.11N 該皮帶傳動的簡圖為下圖 2：輪 1輪 圖 4-1 皮帶傳動 1 的簡圖 9.帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計： V 帶輪設(shè)計的主要要求是質(zhì)量小.結(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì) 量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時要經(jīng)過動平衡；輪槽工作面粗糙度要合適，以減少帶的 磨損；輪槽尺寸和槽面角應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。 帶輪的材料主要是鑄鐵，常用材料牌號為為 HT150，HT200.鑄鐵帶輪允許 的最大圓周速度為 25m/s，速度更高時，可采用鑄鋼或鋼板沖壓后焊接；小功 率時可用鑄造鋁合金或工程塑料。 鑄鐵 V 帶輪的典型結(jié)構(gòu)有四種：實心式，腹板式，孔板式和輪輻式?；鶞?直徑 D《（2.5~3）d（d 為軸的直徑，mm）時，可采用實心式；D《300mm 時， 可采用腹板式（當(dāng) D1-d1》100mm 時，可采用孔板式） ；D300mm 時，可采用輪 輻式。 V 帶輪輪緣的截面及各部尺寸見表 9。由于 V 帶在帶輪上彎曲時，截面變形 使其鍥角變小。為保證膠帶和帶輪工作面的良好接觸，一般應(yīng)適當(dāng)減小輪槽槽 角。 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計，主要是根據(jù)帶輪的基準直徑選擇結(jié)構(gòu)形式；根據(jù)帶的截型確 定輪槽尺寸；帶輪的其它結(jié)構(gòu)尺寸可參照圖所列經(jīng)驗公式計算。確定了帶輪各 部分尺寸后，即可繪制出零件圖，并按工藝要求注出相應(yīng)的技術(shù)條件等。由于 強度均較富裕，所以無需進行強度計算。 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 11 經(jīng)驗公式：d1=(1.8~2)d,d 為軸的直徑， D0=0.5（D1+d1） d0=(0.2~0.3)(D1-d1) h1=2903/nzP C=(1/7~1/4)B L=(1.5~2)d,當(dāng) B120 0，即合適 7.確定 V 帶根數(shù) Z： 有前已知輪的傳動比 i=2, 且有表查得：P0=0.27kw,ΔP0=0.05kw. 再由表查得：Kα=0.982，Kl=0.96 有式可得： Z=Pc/[(P0+ΔP0)*Kα*Kl] =0.2992/[(0.27+0.05)*0.96*0.982] =0.992 按相關(guān)規(guī)定取 Z=1. 8.求作用在帶輪軸上的壓力 Fq: 有表查得 V 帶單位質(zhì)量 q=0.1kg/m,由式得單根 V 帶的張緊力： F0=[(500*Pc)/Z*V]*(2.5/Kα-1)+q*V*V =500*0.2992/1*0.7536*(2.5/0.982-1)+0.1*0.75362 =306.86756+0.0567913 =306.92435N 作用在帶輪軸上的壓力為： Fq=2*Z*F0*Sin(α/2) =2*1*306.92435*Sin(171.770/2) =612.23N 9.帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 有前已知，該傳動系統(tǒng)的 V 帶輪可選擇為實心式帶輪，帶輪材料為 HT150，其中小輪的各項數(shù)據(jù)：Z=1，P=0.2992kw,d=30mm 由式可得出其各數(shù)據(jù)，B=（Z-1）e+2f=(1-1)*15+2*10=20mm D=75mm，Dw=D+2ha=75+2*2.75=80.5mm 由此設(shè)計出的小輪為下面圖 4-3： 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 14 圖 4-3 設(shè)計出的小輪簡圖 在該傳動系統(tǒng)中，與此小輪相配合的大輪的結(jié)構(gòu)和各項數(shù)據(jù)也可由相關(guān)的 知識計算出來，在此就不多說了。 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 15 5.各軸的設(shè)計 5.1 軸的材料 主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用 圓鋼。 由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理 或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛， 其中最常見的是 45 鋼。 合金鋼比碳鋼具有更高的機械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動 力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下 工作的軸，常采用合金鋼。 必須指出：在一般工作溫度下（低于 200℃） ，各種碳鋼和合金鋼的彈性模 量均相差不多。因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時，所根據(jù)的是強 度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭曲剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定條件下，有 時也可選擇強度較低的鋼材，而用適當(dāng)增大軸的截面面積的辦法來提高軸的剛 度。 各種熱處理（高頻淬火.滲碳.氮化.氰化等）以及表現(xiàn)強化處理（如噴丸. 滾壓等） ，對提高軸的抗疲勞強度都有著顯著的效果。 高強度鑄鐵和球墨鑄鐵容易做成復(fù)雜的形狀，且具有價廉.良好的吸振性和 耐磨性，以及對應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點，可用于制造外形復(fù)雜的軸。 下表 5-1 列出了軸的常用材料及其主要機械性能： 表 5-1 軸的常用材料及其主要機械性能 抗拉強 度極限 σ b 屈服強 度極限 σ s 彎曲疲 勞極限 σ -1 剪切疲 勞極限 τ-1 備注材料牌 號 熱處 理 毛坯直 徑 （mm） 硬度 （HBS ） （Mpa） ≤100 400~420 225Q235— A 熱軋 或鍛 后空 冷 100~2 50 375~390 215 170 105 用于不 重要及 受載荷 不大的 軸 正火 ≤100 170~2 17 590 295 255 140 回火 100~3 00 162~2 17 570 285 245 135 45 調(diào)質(zhì) ≤200 217~2 55 640 355 275 155 應(yīng)用最 廣泛 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 16 因此，結(jié)合各方面的情況，我們可選擇45鋼作為軸的材料 5.2軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上安裝 的零件的類型.尺寸.數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì).大小方向及分布情 況；軸的加工工藝等。 5.3第一傳動軸（電動機與輸送裝置相連的軸）的設(shè)計 1.選擇軸的材料： 選擇軸的材料為45鋼，其機械性能由上表可查得：[σ -1]b=60MPa, σ b=640MPa,σ -1=275MPa,τ -1=155MPa. 2.求輸入軸上的功率 P2，轉(zhuǎn)矩 T2： 若取帶傳動的效率 η 1=0.96，則： P2=P0*η 1 =0.96*1.5kw =1.44kw 轉(zhuǎn)速 n2=192r/min。 所以 T2=9550000*P2/n2 =9550000*1.44/192=71625N.mm 表 5-2 幾種軸的材料的[τ T]和 C 值 軸的材料 A3,20 1Cr18Ni9Ti 35 45 40Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi τ T 12~20 12~25 20~30 30~40 40~52 C 160~135 148~125 135~118 118~107 107~98 表 5-3 零件倒角 C 與圓角半徑 R 的推薦值（mm） 直徑 d 6~10 10~18 18~30 30~50 50~80 80~120 120~180 C 或 R 0.5 0.6 0.8 1.0 1.2 1.6 2.0 2.5 3.0 表 5-4 軸的許用彎曲應(yīng)力（Mpa） 材料 σ b [σ +1]b [σ 0]b [σ -1]b 400 130 70 40 500 170 75 45 600 200 95 55 碳鋼 700 230 110 65 3.初步確定軸的最小直徑： 根據(jù)表 13，選取 C=122,C 為取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力[τ t]的系數(shù)。 dmin=C* =112 =21.9072mm32/nP3192/4. 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計： 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 17 1）擬定軸上零件的裝配方案 軸上零件的裝配方案對軸的結(jié)構(gòu)形式起著決定性的作用?，F(xiàn)擬出裝配方案下： BCAF 圖 5-1 軸的裝配方案 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 已確定軸的最小直徑為 21.9072mm，則可設(shè)，VIII——IV 段軸的直徑為 30mm，右端用軸端擋圈定位，接軸端直徑，取擋圈直徑為 33mm,由手冊可確定 當(dāng)輸送帶寬為 400mm 時，滾筒的長度可確定為 450mm，即 LIII-V=450mm。由于考 慮到用套筒對兩帶輪進行軸向定位，初步設(shè)計該套筒長度為 l=32mm,內(nèi)徑為 30mm，外徑為 45mm，由于 VIII——IV 段軸的直徑為 30mm，可由皮帶輪的相關(guān) 知識得出帶輪的寬度 B=20mm，則，VIII——IV 段軸的初步設(shè)計長度為 52mm,因 為此軸是階梯軸設(shè)計，因此在兩帶輪中間設(shè)計一個軸肩，根據(jù)要求，此軸肩高 度 2.5mm，軸肩處的過渡圓的半徑為 1mm，因此初步設(shè)計 VII——VIII 段軸的直 徑為 35mm，由皮帶輪的相關(guān)知識可設(shè)計出該帶輪的寬度 B=65mm，因此初步設(shè)計 VII——VIII 段軸的長度為 65mm，此軸段與下一個軸段的連接處設(shè)計一個軸肩， 查表可知該軸肩高度為 2.5mm，相關(guān)過渡圓半徑為 1.2mm，初步設(shè)計 VI——VII 段軸的直徑為 40mm，長度為 40mm，該段與軸承座連接處的軸肩的高度由查相關(guān) 表可知為 3mm，相關(guān)的過渡圓半徑為 1.6mm，由此 V——VI 段軸的直徑可初步設(shè) 計為 45mm，在該軸段使用套筒進行滾筒的軸向定位，該套筒的長度可初步設(shè)計 為 14.54mm，內(nèi)徑為 45mm，外徑為 28.69mm，該套筒與滾筒連接處設(shè)計一個軸 肩，由查表可得該軸肩高度為 4mm，過渡圓的半徑為 1.6mm，則 V——VI 段軸的 長度可初步設(shè)計為 50mm，III——V 段軸的直徑可初步設(shè)計為 54mm，前面已知 III——V 段軸的長度為 450mm，該軸段與下一個軸段的連接處設(shè)計一個軸肩， 以利于滾筒的軸向定位，由查相關(guān)表，該軸肩的高度可設(shè)計為 4mm，過渡圓半 徑為 1.6mm，則，II——III 段軸的直徑可初步設(shè)計為 62mm，長度可設(shè)計為 10mm，該軸段與下一個軸段的連接處設(shè)計一個軸肩，查相關(guān)表可把該軸肩高度 設(shè)計為 6mm,過渡圓半徑為 2mm，則 I——II 段軸的直徑可初步設(shè)計為 48mm，長 度為 20mm，該段軸與下一個段軸的連接處設(shè)計一個軸肩，該軸肩的高度為 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 18 1.6mm，相關(guān)過渡圓半徑為 1.6mm,因為 I 段軸是與軸承相配合的。 3）初步選擇滾動軸承。 因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，參照工作 要求并根據(jù) di=45mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組，標準精度級的 角接觸球軸承 46209，右端滾動軸承采用軸肩進行軸向定位。由手冊上查得 46209 型軸承的定位軸肩高度 h=1.1，所以 I 段軸的長度可初步設(shè)計為 19mm。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 4）軸上零件的周向定位 皮帶輪，滾筒與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按 dIII-V由手冊查得平鍵截 面 b*h=16*10(GB1095——79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為 85mm（標準鍵長見 GB1096——79） ，同時為了保證滾筒與軸配合有良好的對中性，故選擇滾筒與軸 的配合為 H7/n6；同樣，右端第一個帶輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵 b*h*l=10*8*15,帶 輪與軸的配合為 H7/k6。第二個帶輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵 b*h*l=10*8*45，帶 輪與軸的配合為 H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此 處選軸的直徑尺寸公差為 m6。 5）確定軸上圓角和倒角尺寸 參考表 5-2 ，取軸端倒角為 2*450 ，各軸肩處的圓角半徑見圖 5 。 6）求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)（圖 5-1）做出軸的計算簡圖（5-2） 。在確定軸承的支 點位置時，應(yīng)從手冊中查取 a 值。因此，作為簡支梁的軸的支撐跨距，根據(jù)軸 的計算簡圖作出軸的彎矩圖，扭矩圖和計算彎矩圖， 從軸的結(jié)構(gòu)圖和計算彎矩圖中可以看出截面 3——3 處的計算彎矩最大，是軸 的危險截面。截面 3——3 處的各相關(guān)數(shù)據(jù)計算如下。 7）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強度 ? 畫受力簡圖（如圖 5-2 所示） 畫軸空間受力簡圖 5-2： 圖 5-2 軸空間受力簡圖 ?圖中 A 為主動輪， B 為從動輪，已知 PA=1.44kw，P B=0.272kw，n A=nB=192r/min 所以： MA=9550000*PA/nA=9550000*1.44/192=71625N.mm, MB=9550000*PB/nB=9550000*0.272/192=14822.4N.mm 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 19 從受力情況看出，軸在 CA，AB 兩段內(nèi)，各截面上的扭矩是不相等的，現(xiàn)在 用截面法，根據(jù)平衡方程計算各段內(nèi)的扭矩，在 AC 段內(nèi)，以 T1表示截面 1—— 1 上的扭矩，并任意地把 T1的方向假設(shè)為如上圖所示，由平衡方程： T1-WA-WB=0 T1=WA+WB=71625+14822.4=86447.4N.mm 在 AB 段內(nèi)，T 4 表示截面 4——4 上的扭矩，并任意地把 T4 的方向假設(shè)為 如上圖所示，由平衡方程：T 4-WB=0，所以：T 4 =WB=14822.4N.Mm 扭矩圖如下： 圖 5-3 扭矩圖 ?由靜力平衡可得：F D+FC=FA+FB FD(L1+L2+L3)+ FC（L 2+L3） 由以上已知：L 1=539mm，L 2=72.5mm，L 3=74.5mm，F(xiàn) A=1252N，F(xiàn) B=612N 所以可求出：F D=-335N，F(xiàn) C=2199N 因此： 在截面 1——1 處的彎矩 M1=FD*489，扭矩 W1=л*d 13/32d1=54mm 截面 1——1 處的彎曲應(yīng)力 σ 1=M1/W1 =(335*489*32)/(3.14*543)=10.602 在截面 2——2 處的彎矩 M2=FD*(489+50)=335*539=180，d 2=45， W2=л*d 23/32=3.14*453/32=8942mm3 截面 2——2 處的彎曲應(yīng)力 σ 2=M2/W2=180565/8942= 20.1929 在截面 3——3 處的彎矩 M3=FD*（489+50+72.5）=335*611.5=204852.5N.mm d3=35mm,W3=л*d 33/32=3.14*353/32=4207.11mm3 在截面 3——3 處的彎曲應(yīng)力 σ 3=M3/W3=204852.5/4207.11=48.692 在截面 4——4 處的彎矩 M4=FB*74.5=45594N.mmd4=30mm， W4=л*d 43/32=2649.375mm 在截面 4——4 處的彎曲應(yīng)力 σ 4=M4/W4=45594/2649.375=17.21 明顯 σ 3σ 2σ 4σ 1即截面 3——3 是最危險的 作出彎矩圖： 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 20 圖 5-4 彎矩圖 ?計算當(dāng)量彎矩： Mca2=M2+(aT)2=204852.52+716252,所以 Mca=217013N.mm ⑤校核軸的強度： 已知軸的當(dāng)量彎矩后，即可針對某些危險截面作強度校核計算，通常只校核軸 上承受最大計算彎矩的截面（即危險截面 3——3）的強度，則由以上數(shù)據(jù)可得: σ ca = M ca/W3=217013/4207.11=51.5825[σ -1]b=60MPa 即 σ ca小于 45 鋼的許用彎曲應(yīng)力，故此軸安全。 ⑥繪制軸的工作圖，見下圖 5-5：F-24,52.未 注 明 倒 角 為 1x45?? 技 術(shù) 要 求調(diào) 質(zhì) 0~HBS?24,531 ?2,50?15+0.3-2?27+0.39-R R8.608 80.81.6 1.6BCA91055 26其 余 25 4,5R8 3,,9R90,75 5.4 第二傳動軸的設(shè)計 為了使輸送帶保持水平運動狀態(tài)，該軸的設(shè)計在外形和大小與主動軸的外 形和大小大致一樣，過程如下： 1.擬定軸上零件的裝配方案 軸上零件的裝配方案對軸的結(jié)構(gòu)形式起著決定性的作用，現(xiàn)擬出該軸的裝 配方案，如下圖 5-6： 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 21 A 圖 5-6 軸的裝配圖 2.該軸的各段與主動軸的相應(yīng)的各段軸徑大小和長度相同，各相應(yīng)軸肩高度也 相同，過渡圓半徑大小相同，技術(shù)要求也一樣。 5.5 第三傳動軸的設(shè)計 1.選擇軸的材料 選擇軸的材料為 45 鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其機械性能由表查得： [σ -1]b=60MPa,σ b=640MPa,σ -1=275MPa,τ -1=155MPa. 2. 軸所傳遞的功率為 P3,轉(zhuǎn)速 n3，轉(zhuǎn)矩 T3,若取軸承效率為 0.99，皮帶傳動效 率為 0.96，則： P3=0.272/（0.96*0.99）=0.2862kw n3=95.04r/min 于是：T 3=9550000*T3/n3 =9550000*0.2862/95.04 =28758N.mm 3.初步確定軸的最小直徑 先按式初步估算軸的最小直徑，其中 C=112，C 為取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn) 應(yīng)力[τ t]的系數(shù)。 dmin=C*3/nP =112 04.95286. =16.2mm 輸入軸的最小直徑顯然是安裝在軸承端蓋右端的皮帶輪處 4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1）擬定軸上零件的裝配方案 軸上零件的裝配方案對軸的結(jié)構(gòu)形式起著決定性的作用，現(xiàn)擬出一種裝配 方案，如下圖： 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 22 圖 5-7 軸的裝配圖 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 已確定軸的最小直徑為 16.2mm，可初步設(shè)計軸的最小直徑為 30mm，即 dVI- VII=30mm,該段軸與皮帶輪配合，由皮帶輪的相關(guān)知識可得出皮帶輪的寬度為 20mm，則該段軸的長度可設(shè)計為 20mm 即 LVI-VII=20mm，為了滿足皮帶輪的軸向 定位要求，VI——VII 軸段左端需制出一軸肩，該軸肩高度為 2.5mm，過渡圓的 半徑為 1mm,右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑 D=33mm，由于軸肩等 原因，V——VI 段軸的直徑可初步設(shè)計為 35mm，長度可初步設(shè)計為 137mm,該軸 段與 IV——V 段聯(lián)接處制出一個軸肩，軸肩高度為 2.5mm,過渡圓半徑為 1.2mm, 該軸段與軸承端蓋配合，由此，IV——V 段軸的直徑可初步設(shè)計為 40mm，長度 可設(shè)計為 50mm，該段軸的左端制出一軸肩以利于定位，該軸肩高度為 3mm，過 渡圓直徑為 1.6mm，III——IV 段軸與滾筒配合，因此該段軸的長度與主動軸的 相應(yīng)段軸的長度一樣，為 450mm，軸的直徑初步設(shè)計為 48mm，該段軸的左端采 用軸肩進行軸向定位，因此在該段軸的左端制出一軸肩，該軸肩高度為 3.5mm，相應(yīng)過渡圓半徑為 1.6mm，則 II——III 段軸的直徑可初步設(shè)計為 56mm，該軸長可初步設(shè)計為 10mm。I——II 段軸的直徑初步設(shè)計為 48mm，長度 為 21mm，該段軸的左端需制出一軸肩，以用于滾動軸承的軸向定位。由于 I 段 軸與滾動軸承配合，因此該軸徑設(shè)計為 40mm。 3）初步選擇滾動軸承 因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承。參照工作 要求并根據(jù) dI=40mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0 基本游隙組，標準精度級的 角接觸球軸承 46208，其尺寸為 d*D*B=40*80*18，故 LI=18mm，右端滾動軸承采 用軸肩進行軸向定位。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度。 4）軸上零件的周向定位 滾筒.皮帶輪與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按 dIII-IV=48mm，由手冊查 得平鍵截面 b*h=14*9(GB1095——79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，同時為了保證滾 筒與軸配合有良好的對中性，故選擇滾筒與軸的配合為 H7/n6;同樣，皮帶輪與 軸的聯(lián)接選用平鍵為 8*7*15，皮帶輪與軸的配合為 H7/k6.滾動軸承與軸的周向 定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。 5）確定軸上圓角和倒角尺寸 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 23 參考表 5.3.2，取軸端倒角為 1X450。 6）首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)作出軸的計算簡圖。 在確定軸承的支點位置時，應(yīng)從手冊中查取 a 值。根據(jù)軸的計算簡圖作出 軸的彎矩圖.扭矩圖和計算彎矩圖 ?畫空間受力簡圖 圖 5-8 軸空間受力簡圖 ?由前已計算得： T3=28758N.Mm,FC=612N， ，L 1=540.5mm，L 2=147mm 由靜力平衡可得： FA+FB=FC FB*L1=FC(L1+L2) 則：F A+FB=612 540.5*FB=612*（147+540.5） 則：F A=-166.3N，F(xiàn) B=778.3N ?計算以上各截面的彎矩即截面 1——1，2——2，3——3 的彎矩 在截面 1——1 處的彎矩 M1=FA*489 ，扭矩 W1=л*d 13/32，d 1=48mm 截面 1——1 處的彎曲應(yīng)力 σ 1=M1 /W1 =(166.3*489*32)/(3.14*483)=7.52Mpa 在截面 2——2 處的彎矩 M2 =FA（490.5+50）=89885.15N.mm,d 2=40mm 扭矩 W2=л*d 23/32=3.14*403/32=6280mm3 截面 2——2 處的彎曲應(yīng)力 σ 2=M2/W2=89885.15/6280 =14.31Mpa 在截面 3——3 處的彎矩 M3=FA*（490.5+50+147）=114331.25N.mm，d 3=30mm 扭矩 W3=л*d 33/32=3.14*303/32=2649.4mm3 截面 3——3 處的彎曲應(yīng)力 σ 3=M3/W3=114331.25/2649.4=43.2Mpa 由此可知截面 3——3 是最危險的,作出扭矩圖和彎矩圖： 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 24 圖 5-9 扭矩圖 圖 5-10 彎矩圖 ④根據(jù)已作出的彎矩圖和扭矩圖，求出計算彎矩圖 Mca： Mca2=M2+(aT)2 =114331.252+287582 所以：M ca=117892N.Mm ⑤校核軸的強度 已知軸的計算彎矩后即可針對某些危險截面作強度校核計算，通常只校核軸上 承受最大計算彎矩的截面的強度，即截面 3——3 的強度。 則由以上數(shù)值可得： σ ca = M ca/W3=117892/2469.4=47.74Mpa[σ -1]b=60MPa,故安全 ⑥繪制軸的工作圖。見下圖： 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 25 技 術(shù) 要 求1.調(diào) 質(zhì) HBS未 注 明 倒 角 為3未 注 明 過 渡 圓 R=08F- 其 余 圖 5-11 第三傳動軸的工作圖 6.畢業(yè)設(shè)計總結(jié) 我的畢業(yè)設(shè)計課題是：多功能試驗臺的設(shè)計。這是一個關(guān)于系統(tǒng)整體設(shè)計 的畢業(yè)設(shè)計，在往界的畢業(yè)設(shè)計中還未曾有過該類的設(shè)計，另外，該設(shè)計的重 點是各軸和整體傳動系統(tǒng)的設(shè)計，排種器和輸送帶的性能的各數(shù)據(jù)是該設(shè)計的 關(guān)鍵，其中排種器的各數(shù)據(jù)是經(jīng)驗值，由于缺乏必要的數(shù)據(jù)，工作停頓了段時 間，通過多種渠道，終于查詢到一篇研究所的實驗報告，其中有排種器的相關(guān) 數(shù)據(jù)，經(jīng)過一段時間的不懈努力，設(shè)計工作基本完成。 在設(shè)計過程中，一方面我深感自己知識的 貧乏和平時鍛煉的重要性，深刻領(lǐng)會到實踐與理論的差異性；另一方面，通過 這次獨立的設(shè)計，更加堅定了繼續(xù)努力學(xué)習(xí)的信念，深深體會到理論與實踐的 有機結(jié)合是學(xué)習(xí)和掌握知識的重要途徑，同時也是搞好教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。在整 個畢業(yè)設(shè)計過程中，使我提高了獨立思考問題和解決實際問題的能力。在整個 畢業(yè)設(shè)計過程中，我通過各種方式收集、查找相關(guān)資料。在此過程中我刻苦努 力，虛心請教，不放過任何難 點與疑問。而通過這次的畢業(yè)設(shè)計，使我認識到要掌握深層次的模具設(shè)計需還 需掌握更多的機械相關(guān)課程的知識，如機械制圖、材料力學(xué)，機械制造，機械 原理等等。如今我不僅認 識到了如何將知識更好的與實踐向結(jié)合，并且通過這次設(shè)計使我了解了一些設(shè) 計方法和使自己更加熟練的掌握了一些設(shè)計軟件（如 AutoCAD、PRO、Word 等） ， 同時也使我了解了怎樣去查找設(shè)計相關(guān)的設(shè)計資料（包括手冊、標準和規(guī)范等） 以及進行經(jīng)驗估算等方面有了一定程度的提高，深刻的感受到計算機和工具書 及手冊在設(shè)計中帶來的便利和幫助。 多功能排種器試驗臺的設(shè)計 26 參考文獻 [1] 楊明忠,朱家誠.機械設(shè)計 .武漢理工大學(xué)出版社，2001 年,7-5629-1725-6. [2]《機械設(shè)計師手冊》編寫組.機械設(shè)計師手冊 .機械工業(yè)出版社，1989 年，7-111- 00593-7 [3]曹志超,俞一鳴.鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)機電實用技術(shù)手冊.化學(xué)工業(yè)出社,1997 年,7-5025-1519-4 [4]劉鴻文.材料力學(xué).高等教育出版社,2004 年，7-04-012759-8 [5]鄭文緯、吳克堅.機械原理（第七版）.高等教育出版社. 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