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The tiller using a diesel engine as the primary power source, the use of a two-speed gear unit and outputting the rotational speed, the one offering the advance tiller, rotary tillers farming another control portion to work and travel agencies are independent bodies, not with put one's oar in. Tillage cutter with a machine powered by a gear drive, simple structure, lightweight, flexible operation. Use the throw, and set retaining plate, so as to achieve the casing requirements, tillage farming shovel knife after-hours access, to the formation of the ditch requirements set curved bezel to meet operational safety and pulverizer coefficient needs. Recycling a hydraulic means for controlling the depth of tillage farming adjusting portion. Keywords: tiller; drive; rotary knife; gear 33 小型耕作機(jī)設(shè)計(jì)——傳動(dòng)部分設(shè)計(jì) 第1章 緒論 1.1研究背景及意義 我國(guó)是一個(gè)典型的農(nóng)業(yè)大國(guó)，作物種植面積非常大，同時(shí)我國(guó)也是一個(gè)人口大國(guó)，對(duì)食品的需求量也非常的大，隨著國(guó)家工業(yè)化進(jìn)程，從農(nóng)田中解放出更多的生產(chǎn)力，提高生產(chǎn)效率，我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械也在國(guó)家的扶持和工程師的研究中飛速發(fā)展，耕作作為農(nóng)田作業(yè)的一個(gè)環(huán)節(jié)，在作物生長(zhǎng)過(guò)程中的影響甚大，與此同時(shí)，其工作量大，人工耕作耗時(shí)耗力。所以，開(kāi)發(fā)出一種耕作機(jī)械，就能極大的解決這個(gè)問(wèn)題。本文就南方地塊小，一般耕作機(jī)機(jī)型過(guò)長(zhǎng)，不能靈活運(yùn)行的情況，擬開(kāi)發(fā)出一款微型耕作機(jī)，解決在小型田地作業(yè)的需要。 圖1 耕作機(jī) 油菜、棉花等作物是直根系忌濕作物，土壤水分適宜與否，對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育影響甚大，水分過(guò)多會(huì)造成缺氧，直接引起植株生理代謝過(guò)程變化，針對(duì)油菜、棉花等作物生長(zhǎng)特性，一般要求如下：1、耕作要及時(shí)，以便抗旱排澇；2、溝深、溝寬要符合要求并均勻一致；3、拋土要均習(xí)。在耕作過(guò)程中能將泥土均勻拋向溝的兩邊，對(duì)種子的覆蓋率能達(dá)90%以上；4、溝要直以利于排灌；5、溝底、溝壁要光滑。 目前，南方各水稻主產(chǎn)區(qū)大都以兩季連作，10月份晚稻收獲后的田塊留待第二年開(kāi)春后翻耕種植早稻。在過(guò)冬的近5個(gè)月時(shí)間恰好是冬油菜的全生育期，但由于油菜的種植工序較多，尤其手工耕作勞動(dòng)強(qiáng)度大，勞動(dòng)力投入多，許多農(nóng)民想盡量擴(kuò)大種植冬油菜面積卻又因勞動(dòng)力不足而耽誤了，加上近些年來(lái)，大部分農(nóng)村青年都外出打工，人力不足最終導(dǎo)致油菜種植面積還相對(duì)減少，經(jīng)濟(jì)效益低，導(dǎo)致目前有限的耕地未能得到充分、合理利用。為了充分、合理利用南方土地資源，加快種植業(yè)向農(nóng)機(jī)械化、產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展，因此設(shè)計(jì)一種耕作性能好且經(jīng)濟(jì)實(shí)用的耕作機(jī)械，解決農(nóng)民當(dāng)前耕作難的問(wèn)題，提高種植效率和勞動(dòng)生產(chǎn)率，快速實(shí)現(xiàn)油菜種植機(jī)械化，具有重要意義。 1.2耕作機(jī)概述 耕作機(jī)產(chǎn)品可分為鏈?zhǔn)礁鳈C(jī)和輪盤式耕作機(jī)： （1）鏈?zhǔn)礁鳈C(jī) 鏈?zhǔn)礁鳈C(jī)主要由傳動(dòng)皮帶輪、傳動(dòng)軸、變速齒輪箱、刀軸和機(jī)架構(gòu)成。耕作機(jī)主要是與拖拉機(jī)配套使用，并由拖拉機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)工作來(lái)實(shí)現(xiàn)耕作隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國(guó)家對(duì)基本建設(shè)力度加大，地下管道、電（光）纜鋪設(shè)工程數(shù)量激增，質(zhì)量要求提高?？咳斯ら_(kāi)挖，不僅效率低下，溝槽開(kāi)挖質(zhì)量欠佳，且不能滿足“微創(chuàng)”要求。因?yàn)楦鳈C(jī)的使用越顯得重要。耕作機(jī)主要有兩種：第一種為開(kāi)種溝而設(shè)計(jì)的耕作器，耕作器為小型從動(dòng)部件，靠牽引作用力而開(kāi)出適合種子發(fā)育的種床，溝形表現(xiàn)為小、窄、淺等特點(diǎn)，耕作器常作為播種機(jī)一附屬部件而掛靠其上；第二種為開(kāi)排水溝或其它用途的耕作機(jī)，耕作機(jī)相對(duì)較大型，挖溝機(jī)一般以主動(dòng)型部件為主，消耗功率大，體積大，溝深且寬。范圍廣泛，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、使用拆裝方便，耕作質(zhì)量好、效率高并具有耕作、碎伐、均勻排土一次完成的特點(diǎn)，適宜棉、麥、油菜等旱地田間開(kāi)挖排水溝用。一種小型鏈?zhǔn)酵跍蠙C(jī)，它包括有一固定在機(jī)架上的發(fā)動(dòng)機(jī)，該發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出軸上通過(guò)皮帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別與一中間軸和一液壓泵相連；所述的中間軸通過(guò)一鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)或皮帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與一鏈刀主軸相連，該鏈刀主軸上通過(guò)鏈刀主鏈輪相連著開(kāi)挖用的鏈刀機(jī)構(gòu)；所述液壓泵的壓力油出口經(jīng)多路閥分兩路分別連通于液壓油缸和驅(qū)動(dòng)橋上的液壓馬達(dá)，液壓油缸上的伸縮杠桿機(jī)構(gòu)與鏈刀機(jī)構(gòu)相連；所述的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸上通過(guò)皮帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)分別與一中間軸和一液壓泵相連，所述的中間軸通過(guò)一鏈輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與一鏈刀主軸相連；所述的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出軸與中間軸相聯(lián)的皮帶輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)上加裝有由手把、拉鎖裝置和張緊輪構(gòu)成的離合機(jī)構(gòu)，張緊輪靠近設(shè)置在皮帶邊上，并通過(guò)拉索裝置與手把相連；它具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，方便運(yùn)輸；成本低，可靠性好的特點(diǎn) 圖2 河北深遠(yuǎn)機(jī)械鏈?zhǔn)礁鳈C(jī) （2）輪盤式耕作機(jī) 輪盤式耕作機(jī)主要用于管道和電纜電線等地下鋪設(shè),該機(jī)械特點(diǎn)是耕作速度快,深度自由調(diào)節(jié),對(duì)路面破壞小,極大的提高了生產(chǎn)力,節(jié)省人力物力,其特點(diǎn)：經(jīng)濟(jì)效益顯著，投資少、見(jiàn)效快，一臺(tái)機(jī)器是人工的幾十倍、小型挖掘機(jī)的幾倍。耕作機(jī)開(kāi)出的溝，可窄到10公分，深達(dá)2米，且溝直、壁陡，人工和挖掘機(jī)無(wú)法開(kāi)出這樣的溝；較人工和挖掘機(jī)有更高的作業(yè)效率（是挖掘機(jī)的3-5倍）和經(jīng)濟(jì)效益，特別在挖窄深溝的情況（埋管或埋電纜）下，該機(jī)的作業(yè)效果就更顯突出。整機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，維護(hù)容易。 圖3 河南鳳翔TD50輪盤式耕作機(jī) 1.3國(guó)內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 1.3.1國(guó)內(nèi)研究及發(fā)展現(xiàn)狀 目前，耕作機(jī)的形式各種各樣，但其功能大同小異，由于大多體積較小，使得在狹小地塊丘陵、山坡地、果園林間中應(yīng)用相對(duì)廣泛。但由于其生產(chǎn)效率低、作業(yè)質(zhì)量差等問(wèn)題，不易為廣大農(nóng)民所接受，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前農(nóng)業(yè)發(fā)展的需要。其表現(xiàn)有： （1）操作中耕作深度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)。據(jù)調(diào)查，大多數(shù)旋耕機(jī)耕深。不足15厘米，35%的地塊耕深只的有8厘米。近15%的地塊因多年連續(xù)旋耕已形成了堅(jiān)硬的犁底層。致使耕層越來(lái)越淺[2]。 （2）兩輪或單輪的微耕機(jī)占主體地位，但由于微耕機(jī)其動(dòng)力性差，越來(lái)越難以適應(yīng)生產(chǎn)要求。 （3）耕作機(jī)械安全性能較差。據(jù)農(nóng)機(jī)部門的統(tǒng)計(jì)，2008年湖南省耕作機(jī)事故達(dá)300多起，對(duì)農(nóng)機(jī)操作人員的安全造成了嚴(yán)重的威脅[3]。 （4）可靠性較差，國(guó)產(chǎn)旋耕機(jī)平均無(wú)故障使用時(shí)間為370h左右，為國(guó)外先進(jìn)水平的2/3[4]。 （5）材料和制造水平相對(duì)較低，我國(guó)農(nóng)機(jī)行業(yè)低于國(guó)內(nèi)一般機(jī)械工業(yè)的水平。 近幾年來(lái)，我國(guó)不斷將高新技術(shù)運(yùn)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械上來(lái)，使得農(nóng)業(yè)機(jī)械不斷向智能化發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)多功能耕作機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面： （1）向自動(dòng)化，智能化發(fā)展。我國(guó)農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)成本較國(guó)外高的主要原因是勞動(dòng)力所占比例太高，機(jī)械成本占有比例較低。所以，如果我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)若能大幅度提高機(jī)械化和自動(dòng)化水平，必然可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，達(dá)到降低農(nóng)產(chǎn)品成本的目的。 （2）向邊緣發(fā)展，拾遺補(bǔ)缺。在主要作物主要作業(yè)機(jī)械化基本滿足生產(chǎn)需要以后，蔬菜、花卉、經(jīng)濟(jì)作物所需要的耕作機(jī)械，特殊要求的耕作機(jī)械將成為開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)。 1.3.2國(guó)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀 目前，在外國(guó)如日本、韓國(guó)、美國(guó)以色列等國(guó)家在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，耕作機(jī)以其作業(yè)性能穩(wěn)定、功能齊全的特點(diǎn)，廣泛地運(yùn)用于農(nóng)田生產(chǎn)。 國(guó)外多功能耕作機(jī)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： （1）耕作機(jī)械產(chǎn)品向多品種、系列化方向發(fā)展。專業(yè)生產(chǎn)大中型耕作機(jī)械的松山株式會(huì)社和小橋工業(yè)株式會(huì)社的產(chǎn)品有50多個(gè)系列200多個(gè)品種，驅(qū)動(dòng)耙產(chǎn)品有近30多個(gè)系列100個(gè)品種，且具有不同的配套動(dòng)力、耕深、供用戶選用。 （2）向?qū)挿?、高速、高效方向發(fā)展。意大利“CELLI”公司的KR—P600型動(dòng)力耙與132—176kW拖拉機(jī)配套，作業(yè)幅寬達(dá)到6m，耕深可達(dá)30cm；日本松山和小橋公司制造的寬幅水田驅(qū)動(dòng)耙可折疊，配套動(dòng)力為25.7—47.8kW，作業(yè)。幅寬達(dá)3～4.17m，行駛或入庫(kù)時(shí)機(jī)體可對(duì)折將幅寬縮至1.8cm[5]。 （3）向降低功耗、減少土壤有害壓實(shí)、聯(lián)合作業(yè)機(jī)具方向發(fā)展。將松土、碎土、作畦、起壟、開(kāi)溝、播種、施肥和噴藥等多種作業(yè)中的幾項(xiàng)結(jié)合在一個(gè)機(jī)組中，1次性作業(yè)行程即可同時(shí)完成耕耙作業(yè) （4）耕作機(jī)械向智能化與自動(dòng)化方向發(fā)展。由于先進(jìn)的制造技術(shù)、新材料的涌現(xiàn)，電子技術(shù)、通訊技術(shù)等的進(jìn)步，電子監(jiān)控、液壓和自動(dòng)控制等技術(shù)在耕作機(jī)械上得到了廣泛的應(yīng)用。 （5）向工廠化農(nóng)業(yè)小型多功能機(jī)具發(fā)展。日本、西班牙以及韓國(guó)等國(guó)家采用了先進(jìn)的小型動(dòng)力和耕整機(jī)具，其動(dòng)力一般為2.2—3.7kW的汽油機(jī)，可以減少棚室內(nèi)的污染；同時(shí)操縱把手可水360o方向及垂直方向多級(jí)調(diào)整位置，使機(jī)具操縱靈活，并可在棚室側(cè)邊作業(yè)[6]。 第2章 傳動(dòng)部分及總體方案設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)要求 完成小型耕作機(jī)設(shè)計(jì)——傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)參數(shù)：整地部件參數(shù)，最大耕幅：900mm，耕深：50-150mm；覆土部件參數(shù)，耕幅：1200mm。 2.2總體方案設(shè)計(jì) 2.2.1耕作機(jī)類型選擇 為了適用于多種土質(zhì)、工作環(huán)境以及與通用的手扶拖拉機(jī)匹配，本次選用圓盤式耕作機(jī)。 2.2.2動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)方案確定 本耕作機(jī)采用一個(gè)柴油機(jī)作為主動(dòng)力源，利用一個(gè)齒輪分速裝置輸出兩個(gè)轉(zhuǎn)速，一個(gè)提供耕作機(jī)的前進(jìn)，另一個(gè)控制耕作機(jī)耕作部分的旋轉(zhuǎn)，從而工作機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)相互獨(dú)立，不相干涉。具體傳遞方案如下：即，發(fā)動(dòng)機(jī)經(jīng)過(guò)離合器與V帶傳動(dòng)到減速箱，減速箱通過(guò)齒輪分出兩個(gè)轉(zhuǎn)速，一個(gè)傳給車輪，一個(gè)通過(guò)離合器與V帶傳動(dòng)到耕作器。 圖2-1 動(dòng)力傳遞方案 圖2-2傳動(dòng)裝置方案 2.2.3耕作深度調(diào)節(jié)傳動(dòng)裝置方案確定 深度調(diào)節(jié)傳動(dòng)裝置通過(guò)液壓缸與耕作器臂實(shí)現(xiàn)，液壓缸無(wú)桿腔供油耕作器提起，有桿腔供油耕作器放下，從而實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)耕作器高度。 2.2.4總體結(jié)構(gòu) 利用微型耕作機(jī)的動(dòng)力帶動(dòng)整個(gè)耕作部件的運(yùn)轉(zhuǎn)，耕作的刀盤采用中間式，在刀盤上焊接刀座，用螺栓將刀座和旋耕刀聯(lián)接起來(lái)；通過(guò)螺栓將刀盤與刀軸聯(lián)接起來(lái)，使刀盤旋轉(zhuǎn)，進(jìn)行耕作工作，為了滿足旋耕刀工作時(shí)的滑切性能和脫草性能且在稻田進(jìn)行工作，故選用彎刀做為耕作工具；為了更好的提高碎土性能和對(duì)操作者進(jìn)行保護(hù)，設(shè)計(jì)左右兩塊弧形擋板，最后設(shè)計(jì)一個(gè)支撐架桿，對(duì)整個(gè)耕作部件進(jìn)行固定?？傮w結(jié)構(gòu)如下圖： 圖1 總體結(jié)構(gòu)圖 第3章 動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1功率計(jì)算及發(fā)動(dòng)機(jī)選型 耕作過(guò)程中，刀片在土壤中連續(xù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行切削，被切削下來(lái)的土壤，其中一部分在切削刃前面形成土堆，被刀片帶著向前移動(dòng)；一部分土壤在擠壓力的作用下越過(guò)切削刃前面的土堆進(jìn)入杯形刀體內(nèi)。由此可見(jiàn)，在耕作過(guò)程中刀片除了遇到切削阻力外，還會(huì)遇到土壤進(jìn)入杯形刀體內(nèi)的阻力及帶動(dòng)土堆的阻力，后二項(xiàng)合稱為裝土阻力。切削阻力與裝土阻力之和稱為總阻力[6]。 耕作機(jī)功耗及阻力的計(jì)算方法還不完善，主要通過(guò)借鑒其它切削經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算，且不同的參數(shù)下所使用的經(jīng)驗(yàn)公式也不同，因此探求合適的阻力計(jì)算公式是非常關(guān)鍵的。 3.1.1 切土阻力 切削總阻力計(jì)算公式 [7]： 式中：—土壤堅(jiān)實(shí)度計(jì)的沖擊次數(shù)，取=15 —切削厚度 —刀片寬度 —刀片切削角，對(duì)于圓弧形刀片刀片切削角等于后角 —刀片尖角計(jì)算系數(shù)，取=0.81 將上式中的切削厚度、刀片切削角和刀片厚度作相應(yīng)的調(diào)整后得到單個(gè)刀片的切削阻力： 耕作機(jī)盤刀總切削阻力： 式中：z—鏈條上同時(shí)與土壤作用的刀片數(shù)。工作時(shí)有5組—即約10把刀片同時(shí)切土。 由于刀片受到各種沖擊的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)加入動(dòng)載系數(shù)，一般情況下動(dòng)載系數(shù) 取1.3～1.5[8]，則 3.1.2 耕作機(jī)功耗計(jì)算 （1）耕作裝置總功耗 耕作機(jī)的總切削功耗為： 耕作機(jī)的總切削比功： 式中：—比功，單位立方米作業(yè)量的切削功耗 —溝的斷面面積 表2-3 土壤容重 土壤級(jí)別 土壤名稱 難易系數(shù) 容重 Ⅰ 砂和粉砂土 種植土 0.75 15000-16000 12000 Ⅱ 輕粘土 小石頭 夾有碎石當(dāng)砂土 0.9 16000 17000 17500 Ⅲ 亞粘土 重粘土 干黃土 1.0 18000 17500 18000 Ⅳ 重粘土 硬黃土 含石塊的粘土 石塊與粗卵石 1.3 19500 20000 19500 Ⅴ 密實(shí)硬黃土 輕質(zhì)泥灰土 不堅(jiān)實(shí)頁(yè)巖 巖石 >2.0 19500 19000 20000 >20000-33000 沿溝深方向提升土壤的功耗 每次切削下來(lái)的土壤層的重心都相同，距地面為0.5H，則 式中，—土壤顆粒在鏈刀與溝側(cè)壁間滯塞的可能系數(shù)，取=1 —土壤容重 土壤容重[9]是土壤在未破壞的自然結(jié)構(gòu)下，單位容積中的重量，通常以表示。土壤容重大小反映土壤結(jié)構(gòu)、透氣性、透水性能以及保水能力的高低，一般耕作層土壤容重1～1.8103N/m3，土層越深則容重越大。各種土壤的容重?cái)?shù)據(jù)見(jiàn)表2-3。 被運(yùn)送土壤與溝道土壤的摩擦功耗 式中： —土壤的內(nèi)摩擦系數(shù)，見(jiàn)表2-4 表2-4 土壤摩擦系數(shù) 土壤名稱 內(nèi)摩擦系數(shù) 外摩擦系數(shù) 砂 0.58一0.75 0.73 粘土 0.7一1 0.5一0.75 小塊礫石 0.9一1.1 — 泥土灰 0.75一1 0.6一0.75 飽含水分的粘土 0.18一0.42 — 碎石 0.9 0.84 則耕作機(jī)裝置總功耗為： 式中： —耕作鏈的傳動(dòng)效率 —配套動(dòng)力到耕作裝置的傳動(dòng)效率 （2）耕作機(jī)前進(jìn)功耗 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)功耗： 對(duì)于機(jī)組前進(jìn)所受的阻力Fa，可以做受力分析，如圖2-2，則 圖2-2 耕作機(jī)前進(jìn)狀態(tài)受力分析 式中：G一機(jī)器自重 —滾動(dòng)阻力系數(shù)，取=0.07[9] 耕作機(jī)前進(jìn)功耗： 式中：—機(jī)器行走的傳動(dòng)效率 耕作機(jī)的總功耗為： 3.1.3 發(fā)動(dòng)機(jī)選型 根據(jù)耕作機(jī)功耗選用藍(lán)天 1 DN-4型多功能農(nóng)用微型耕作機(jī) 功 率：4.4千瓦 轉(zhuǎn) 速：1800轉(zhuǎn)/分 3.2總體參數(shù)計(jì)算 3.2.1傳動(dòng)比分配 總傳動(dòng)比為： 3.2.2運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 （1）各軸的轉(zhuǎn)速 耕種機(jī)動(dòng)力輸出軸為0軸，變速箱主軸為Ⅰ軸，車輪軸為Ⅱ軸，刀軸為Ⅲ軸，各軸轉(zhuǎn)速為： （2）各軸的軸功率 （3）各軸輸入轉(zhuǎn)矩T 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，查參考文獻(xiàn)[2]表15-3得，又由 。將有關(guān)值代入公式可見(jiàn)得： 取 同理計(jì)算可得： 3.3 V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì) 1）確定計(jì)算功率： 已知：；； 查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表13-8得工況系數(shù)：； 則： 2）選取V帶型號(hào)： 根據(jù)、查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》圖13-15選用A型V帶, 3）確定大、小帶輪的基準(zhǔn)直徑 （1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑： （2）計(jì)算大帶輪基準(zhǔn)直徑： ； 圓整取，誤差小于5%，是允許的。 4）驗(yàn)算帶速： 帶的速度合適。 5）確定V帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度和傳動(dòng)中心距： 中心距： 初選中心距 （2）基準(zhǔn)長(zhǎng)度： 對(duì)于A型帶選用 （3）實(shí)際中心距： 6）驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角： 由 得 主動(dòng)輪上的包角合適。 7）計(jì)算V帶的根數(shù)： ，查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表13-3 得： ； （2），查表得：； （3）由查表得，包角修正系數(shù) （4）由，與V帶型號(hào)A型查表得： 綜上數(shù)據(jù)，得 取合適。 8）計(jì)算預(yù)緊力（初拉力）： 根據(jù)帶型A型查《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》表13-1得： 9）計(jì)算作用在軸上的壓軸力： 其中為小帶輪的包角。 10）V帶傳動(dòng)的主要參數(shù)整理并列表： 帶型 帶輪基準(zhǔn)直徑(mm) 傳動(dòng)比 基準(zhǔn)長(zhǎng)度(mm) A 2 1250 中心距（mm） 根數(shù) 初拉力(N) 壓軸力(N) 583 5 110.8 1095.5 3.4齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)與校核 選擇最后一級(jí)傳動(dòng)的齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1齒輪相關(guān)參數(shù)的選擇 選擇齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 1）根據(jù)設(shè)定的傳動(dòng)方案，采用軟齒面直齒輪傳動(dòng)。 2）由于此機(jī)構(gòu)中齒輪傳動(dòng)為低速級(jí)齒輪傳動(dòng)，速度不高，故選用7級(jí)精度 3）材料選擇：小齒輪材料為20CrMnTi，滲碳淬火，硬度為300HBS，大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為240HBS，二者材料差為60HBS。 4）取小齒輪齒數(shù)Z1=20，則大齒輪齒數(shù)Z2=iZ1=2×20=40，取Z2=40 3.4.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)計(jì)算公式： (13) 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）試選載荷系數(shù) 2）計(jì)算小齒輪的轉(zhuǎn)矩 (14) 3）由參考文獻(xiàn)[2]表10-7選取齒寬系數(shù) 4）由參考文獻(xiàn)[2]表10-6選取材料的彈性系數(shù) 5）由圖10-21e按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 6）由式： (15) 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 設(shè)該齒輪的工作壽命為12年，每年工作180天，每天10小時(shí)，則 7）由參考文獻(xiàn)[2]圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù) ； 8）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效概率為1%，取安全系數(shù)S=1。由式 得 (16) 計(jì)算尺寸： 1）試算小齒輪分度圓直徑，代入中較小的值 2）計(jì)算圓周速度 (18) 3）計(jì)算齒寬b (19) 4）計(jì)算齒寬與齒高之比b/h 模數(shù) (20) 齒高 (21) 齒寬與齒高之比 5）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)，7級(jí)精度，由參考文獻(xiàn)[2]圖10-8查得動(dòng)載荷系 直齒輪，假設(shè).由參考文獻(xiàn)[2]表10-3 ； 由參考文獻(xiàn)[2]表10-2查得使用系數(shù)； 由參考文獻(xiàn)[2]表10-4查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)， (22) 將數(shù)據(jù)代入后得 由，，查參考文獻(xiàn)[2]圖10-13得；故載荷系數(shù) 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式得 7）計(jì)算模數(shù)m 3.4.3按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式為： 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）由參考文獻(xiàn)[2]圖10-20d查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2）由參考文獻(xiàn)[2]圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取安全系數(shù)S=1.3由式 得 (27) 4）計(jì)算載荷系數(shù)K (28) 5）查取齒型系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[2]表10-5查得 ， 6）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由參考文獻(xiàn)[2]表10-5可查得 ， 7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較 小齒輪的數(shù)值大。 設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)式（27）得 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)4.96，并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=5，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑,算出小齒輪數(shù) 大齒輪齒數(shù) ， 取 這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)既滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。 3.4.4幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 2）計(jì)算中心距 （29） 3）計(jì)算齒輪寬度 考慮到盡可能的減少質(zhì)量和縮短變速器的軸向尺寸，應(yīng)該選用較小的齒寬。若使用寬些的齒寬，工作時(shí)會(huì)因軸的變形導(dǎo)致齒輪傾斜，使齒輪沿齒寬方向受力不均勻并在齒寬方向磨損不均勻。 通常更據(jù)齒輪模數(shù)m的大小來(lái)選定齒寬。 直齒：b=KC m, KC為齒寬系數(shù)，取為4.5~9 （30） 斜齒：b= KC mm，KC取6.0~9.5 第一軸常嚙合齒輪副的齒寬系數(shù)，KC可取大些，使接觸線長(zhǎng)度增加、接觸應(yīng)力降低，以提高傳動(dòng)平穩(wěn)性和齒輪壽命。 所以小齒輪齒寬取20mm,大齒輪齒寬取20mm. 3.4.5驗(yàn)算 (31) (32) 合適。 3.5軸及軸上零件的設(shè)計(jì)與校核 3.5.1軸的設(shè)計(jì)與校核 本次設(shè)計(jì)選到刀軸的外徑d為50mm。 由于農(nóng)田土壤的復(fù)雜性，至今尚缺乏表達(dá)旋耕阻力及能耗與土壤動(dòng)力特性、耕作機(jī)具參數(shù)之間明晰的、便于應(yīng)用的關(guān)系式，所以通過(guò)以下半經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算 P= （3） 式中： B——耕幅，mm； H——耕深，mm； vm——機(jī)組前進(jìn)速度，km/h； P0——切土比阻，KN/m； vd——刀滾外緣線速度，m/s； δ——未耕土壤密度，mg/m3 切土比阻P0與土壤質(zhì)地、耕深等多種因素有關(guān)，由實(shí)驗(yàn)取得為32.4KN/m,從《農(nóng)業(yè)土壤力學(xué)》一書中得知未耕土壤密度δ為2.69 mg/m3。 計(jì)算： P=50×20×1.1×1000×(32.4+6.6×2.65/2) =3.2kw 由公式 T=9550P/n=9550×3.2/256=157Nm 當(dāng)軸回轉(zhuǎn)時(shí)，有三把刀進(jìn)行工作，兩把彎刀和一把直壁刀，由于直壁刀所受的阻力很小，可以忽略不計(jì)，則只要考慮兩把彎刀同時(shí)進(jìn)行切削土壤的情況，一把彎刀通過(guò)焊接在刀盤上的刀座固定，對(duì)軸產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變形；另一把彎刀通過(guò)焊接在刀盤上的U型鋼與之相連，對(duì)刀軸同時(shí)產(chǎn)生彎矩和扭轉(zhuǎn)變形。 由于每把彎刀的參數(shù)基本一致，則每把彎刀產(chǎn)生的彎矩為T/2，即78.5Nm,又因?yàn)門=F×L,從此式可以求出彎刀給軸帶來(lái)的載荷F的大小，由彎刀的最大回轉(zhuǎn)半徑為270mm可求出切削阻力： F=78.5/0.27=291N 圖A分析了刀盤對(duì)軸所產(chǎn)生的力效應(yīng)，力F2原來(lái)的作用點(diǎn)在垂直刀盤所在平面70mm 的平面內(nèi)，利用力的平移定理將其移到刀盤所在平面內(nèi)，此力在平移后相當(dāng)于對(duì)軸附加了一個(gè)彎矩，其值為 M=F2×70=291×70=20.3Nm 如圖A中所示，根據(jù)力的平移定理將力F1平移至軸心，將附加一個(gè)扭矩，其大小為 T=F1×270=291×270=78.6Nm 將力F2再次平移，F(xiàn)2會(huì)附加一個(gè)和力F1同樣的附加扭矩，大小與方向相同。各力的方向如圖A中所示，作出其扭矩圖，如E所示。 為了計(jì)算的方便將圖A中平移后的兩個(gè)力進(jìn)行合成，如圖B所示，合成后的合力F為F1 ，方向如圖中所示。 以合力F的方向?yàn)榭v軸為方向建立直角坐標(biāo)系xoy對(duì)刀軸進(jìn)行受力分析，如圖C所示，利用平衡條件對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，建立平衡方向有 P1+P2=F P2×730+M=365F 解之得 P2=117.6N P1=173.4N 力P1、P2將軸心各產(chǎn)生一個(gè)彎矩，其大小為 M1=117.6×365=43Nm M2=173.4×365=63.3Nm 作出其彎矩圖，如D所示，從彎矩圖中得知其最大彎矩為63.3Nm，從扭矩圖中得知最大扭矩為157.2Nm，根據(jù)彎曲強(qiáng)度條件利用下式對(duì)軸進(jìn)行校核 （4） 因?yàn)榈遁S為空心軸，W查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-4得其計(jì)算公式為 W= （5） 其中d為刀軸的大徑，d1為刀軸小徑。 計(jì)算得 W=0.1×503[1-(44/50)4]=6125mm3 則 =10.33Mpa=60Mpa 所以軸的強(qiáng)度能夠滿足彎曲強(qiáng)度要求。 根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件利用下式對(duì)軸進(jìn)行校核 （6） 計(jì)算得 =35Mpa 所以軸的強(qiáng)度能夠滿足扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求，綜上所述可知，軸能滿足工作時(shí)的強(qiáng)度要求，使刀盤能正常的工作。 3.5.2滾動(dòng)軸承的選擇與校核 因軸承主故要承受徑向載荷無(wú)受軸向載荷，初步選取球深溝軸承。其主要性能和特點(diǎn):主要承受徑向載荷,也可同時(shí)承受小的軸向載荷。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速時(shí)，可用來(lái)承受純軸向載荷。工作中允許內(nèi)、外圈軸線偏斜量不大于～，大量生產(chǎn)，價(jià)格最低。 這里選輸出軸上的軸承校核（其它軸承的選擇和校核略）。 為了方便安裝，兩端選用相同型號(hào)的軸承。因軸承承擔(dān)的徑向力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于軸向力，參照工作要求，初選6205型號(hào)的軸承。 驗(yàn)算： 軸軸承的使用壽命為：12小時(shí)/天×180天/年×10年=21600小時(shí) 1）對(duì)左端，已知，在理想狀況下無(wú)軸向力，故，所以X=1，Y=0。 根據(jù)GB276-89，選6205型軸承，查得：C = 10.8 KN，=6.95 KN 。 求當(dāng)量載荷P: 查參考文獻(xiàn)[2]表13-6得＝1.2～1.8，取1.8。 (38) 驗(yàn)算6205軸承的壽命 (39) 所以6205型滿足要求。 2）對(duì)左端，已知，在理想狀況下無(wú)軸向力，故，所以 X=1，Y=0。 根據(jù)GB276-89，選6205型軸承，查的：C = 10.8 KN，C0 =6.95 KN 。 求當(dāng)量載荷P 查參考文獻(xiàn)[2]表13-6得fp＝1.2～1.8，取1.8 。 驗(yàn)算6205軸承的壽命 所以6205型滿足要求。 軸承校核完畢。 3.5.3鍵的選擇與校核 此設(shè)計(jì)涉及兩類鍵：平鍵和花鍵，其選擇見(jiàn)裝配圖。現(xiàn)選擇變速箱輸出軸上的矩形花鍵進(jìn)行校核，其基本尺寸為N×d×D×B＝8mm×36mm×42mm×29mm。 假設(shè)載荷在鍵的工作面上均勻分布，每個(gè)齒工作面上壓力的合力F作用在平均直徑處。 此處為靜聯(lián)接，其校核公式為： (40) 式中： T — 傳遞的轉(zhuǎn)矩，已知T=692.11N·m； — 載荷分配不均勻系數(shù)，取=0.8; Z — 花鍵的齒數(shù)，取z=8; H — 花鍵齒側(cè)面的工作高度，矩形花鍵中： (41) l — 齒的工作長(zhǎng)度，取l=29mm; — 花鍵的平均直徑，矩形花鍵中： =（D+d）/2=(42+36)/2=39mm (42) [] — 花鍵聯(lián)接的許用擠壓應(yīng)力，查參考文獻(xiàn)[2]表6-3得 []=120MPa 則由式（40） 得： MPa<120MPa 符合要求，校核完畢。 第4章 耕作深度調(diào)節(jié)傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì) 4.1深度調(diào)節(jié)液壓缸的選用及分析 4.1.1 液壓缸型號(hào)的確定 首先確定梁和架上的液壓缸耳環(huán)的具體位置，然后即可對(duì)初定的桿件在CAD中進(jìn)行簡(jiǎn)單模擬（工作位置和提起位置），測(cè)量出耕作裝置在兩個(gè)極限位置的時(shí)液壓缸的長(zhǎng)度（即兩個(gè)耳環(huán)中心線之間的距離）：218mm～395mm。參考已有的微耕機(jī)的液壓缸型號(hào)和液壓缸系列值[21]，選用HSG型工程用液壓缸，技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表3-5。 型號(hào) HSG·L-50/25·E-1111-160·218 型號(hào)的含義： 表3-5 液壓缸技術(shù)參數(shù) 缸徑 速比 活塞桿直徑 額定工作壓力 拉力 推力 最大行程 50 1.33 30 16MP 23560 31420 400 HSG—雙作用單活塞桿液壓缸 L—外螺紋連接 50/30—液壓缸內(nèi)徑/活塞桿外徑 mm E—壓力等級(jí)—16MP 缸蓋耳環(huán)帶襯套，桿端外螺紋，兩端帶緩沖，油口內(nèi)螺紋連接 80—行程 mm 218—安裝距 mm 4.1.2 液壓缸行程驗(yàn)證 活塞桿的最大允許行程 （3-1） 將數(shù)據(jù)帶入并化簡(jiǎn)后 （3-2） 式中：—活塞桿彎曲失穩(wěn)臨界壓縮力 —安全系數(shù)，通常取3.5～6，這里取3.5。 E—彈性模數(shù)。鋼材的E= 將P=16MPa帶入，得=56MPa，進(jìn)而得=267mm，可見(jiàn)所選行程160mm在安全范圍之內(nèi)。 液壓缸往返運(yùn)動(dòng)速度之比 式中：—活塞桿的伸出速度m/min —活塞桿的縮回速度m/min —液壓缸活塞直徑m —活塞桿直徑m 由此可確定所選壓力等級(jí)16MP是合理的。 活塞在缸體內(nèi)完成全部行程所需要的時(shí)間 s （3-3） 當(dāng)活塞桿伸出時(shí) s （3-4） 當(dāng)活塞桿縮回時(shí) s （3-5） 式中：—液壓缸容積 L —活塞行程 m —流量 L/min —缸筒內(nèi)徑 m —活塞桿直徑 m 活塞桿伸出時(shí)的理論推力為 （3-6） 活塞桿縮回時(shí)的理論拉力為 （3-7） 活塞差動(dòng)前進(jìn)時(shí)的理論推力為 （3-8） 式中：—活塞無(wú)桿側(cè)有效面積 —活塞有桿側(cè)有效面積 —供油壓力 Mpa —活塞直徑 m —活塞桿直徑 4.2深度調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.2.1供油方式 該液壓系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，只需高度時(shí)動(dòng)作，調(diào)節(jié)完后液壓系統(tǒng)便停止工作，調(diào)節(jié)因此可以選單泵泵供油。 4.2.2平衡及鎖緊 為了確保高度調(diào)節(jié)完后液壓系統(tǒng)可停止工作以便節(jié)約能耗，因此必須采用鎖緊回路。 4.2.3液壓系統(tǒng)原理圖 綜上所述擬定液壓系統(tǒng)原理圖如下圖： 液壓系統(tǒng)原理圖 總 結(jié) 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我充分認(rèn)識(shí)到，這次設(shè)計(jì)其實(shí)是綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)和其它先修課程的知識(shí)，分析和解決機(jī)械設(shè)計(jì)問(wèn)題，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)知識(shí)的過(guò)程。通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)踐，使我逐步樹(shù)立了正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)了創(chuàng)新意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，熟悉掌握了機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，培養(yǎng)了我分析和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖以及運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等有關(guān)設(shè)計(jì)參考文獻(xiàn)，使我進(jìn)行了全面的機(jī)械設(shè)計(jì)基本技能的訓(xùn)練。另外通過(guò)本次設(shè)計(jì)使我領(lǐng)悟出機(jī)械設(shè)計(jì)的一般進(jìn)程為：設(shè)計(jì)準(zhǔn)備、傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)、傳動(dòng)零件設(shè)計(jì)計(jì)算、裝配圖設(shè)計(jì)、零件工作圖設(shè)計(jì)、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書。如果隨意打亂這個(gè)過(guò)程則在設(shè)計(jì)過(guò)程中肯定會(huì)多走彎路。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們?cè)讵?dú)立完成的同時(shí)，要時(shí)刻跟指導(dǎo)老師溝通和請(qǐng)教，要掌握設(shè)計(jì)進(jìn)度，認(rèn)真設(shè)計(jì)。每個(gè)階段完成后要認(rèn)真檢查，有錯(cuò)誤要認(rèn)真修改，精益求精。畢業(yè)設(shè)計(jì)的各個(gè)階段是相互聯(lián)系的。設(shè)計(jì)時(shí)，零、部件的結(jié)構(gòu)尺寸不是完全由計(jì)算確定的，還要考慮結(jié)構(gòu)、工藝性、經(jīng)濟(jì)性以及標(biāo)準(zhǔn)化、系列化等要求。由于影響零、部件尺寸的因素很多，隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)展，考慮的問(wèn)題要更全面和合理，故后階段設(shè)計(jì)要對(duì)前階段設(shè)計(jì)中的不合理結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行必要的修改。所以，設(shè)計(jì)要邊計(jì)算、邊繪圖，反復(fù)修改，設(shè)計(jì)計(jì)算和繪圖交替進(jìn)行。在設(shè)計(jì)中要貫徹標(biāo)準(zhǔn)化、系列化與通用化可以保證互換性、減低成本、縮短設(shè)計(jì)周期，是機(jī)械設(shè)計(jì)應(yīng)遵循的原則之一，也是設(shè)計(jì)質(zhì)量的一項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)。在課程設(shè)計(jì)中應(yīng)熟悉和正確采用各種有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)格，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件，并應(yīng)注意一些尺寸需圓整為標(biāo)準(zhǔn)尺寸。同時(shí)設(shè)計(jì)中應(yīng)減少材料的品種和標(biāo)準(zhǔn)件的規(guī)格。 另外，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使我運(yùn)用各種機(jī)械繪圖軟件的技能得到了很大的提高，也正是運(yùn)用了先進(jìn)繪圖軟件，才使我整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程大大的簡(jiǎn)化了，設(shè)計(jì)速度也得到了很的大的提高。 不能說(shuō)這次設(shè)計(jì)是非常圓滿的完成的，因?yàn)檫€有一些考慮欠妥的地方，希望老師批評(píng)指教，但至少可視為一個(gè)進(jìn)步，以后還能因此有更大的進(jìn)步！ 經(jīng)過(guò)三個(gè)月的努力，我相信這次畢業(yè)設(shè)計(jì)一定能為四年的大學(xué)生涯劃上一個(gè)圓滿的句號(hào)。 參考文獻(xiàn) [1]中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)出版社.2007(10) [2]王繼山.免耕播種機(jī)條旋式耕作器的設(shè)計(jì)[J].當(dāng)代農(nóng)機(jī).2007(06) [3]夏學(xué)云.淺談農(nóng)機(jī)節(jié)能的現(xiàn)狀與對(duì)策[J].農(nóng)機(jī)科技推廣.2009(02) [4]趙鳳勇.操作微耕機(jī)注意那些事項(xiàng)[J].青海農(nóng)技推廣.2013(04) [5]蔣金琳,龔麗農(nóng),王明福.免耕播種機(jī)單體工作性能試驗(yàn)研究[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào).2000(05) [6]盧峰.耕作機(jī)連讀按動(dòng)機(jī)理及初步仿生試驗(yàn)研究[D].吉林：吉林大學(xué).2007：30-50 [7]楊有剛等.一種新型耕作機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)和功率的確定[J].北京.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào).1998， [8]王云超.鏈?zhǔn)酵跍蠙C(jī)挖溝器動(dòng)態(tài)特性研究.[D].吉林:吉林人學(xué)，2004 [9] 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