微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)-以合盛1Z-135型微耕機(jī)為研究對(duì)象
微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)-以合盛1Z-135型微耕機(jī)為研究對(duì)象,微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)-以合盛1Z-135型微耕機(jī)為研究對(duì)象,微型,耕作,結(jié)構(gòu),優(yōu)化,設(shè)計(jì),型微耕機(jī),研究,鉆研,對(duì)象
本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
論文（設(shè)計(jì)）題目： 微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
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2017 年 05 月 31 日
第 59 頁(yè)
目 錄
摘要 III
Abstract IV
第一章 緒論 1
1.1 國(guó)外技術(shù)水平現(xiàn)狀 1
1.2 國(guó)內(nèi)耕作機(jī)的現(xiàn)狀 2
1.3 微型耕作機(jī)發(fā)展存在的問(wèn)題 2
1.4 微型耕作機(jī)的發(fā)展趨勢(shì) 3
第二章 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)和設(shè)計(jì)思路 5
2.1 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn) 5
2.2設(shè)計(jì)思路 5
第三章 總體方案設(shè)計(jì) 6
3.1 已知設(shè)計(jì)條件 6
3.2 總體方案設(shè)計(jì)可行性分析 6
3.3整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理 6
3.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 6
3.3.2 工作原理 7
3.4 主要參數(shù)初步設(shè)定 7
3.5 動(dòng)力部分 8
3.5.1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選型 8
3.5.2 消聲器的選型 8
3.6 機(jī)械傳動(dòng)方式的選擇以及設(shè)計(jì)計(jì)算 9
3.6.1 傳動(dòng)比的計(jì)算和分配 9
3.6.2計(jì)算各軸的功率及轉(zhuǎn)矩 10
3.6.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 13
3.6.4 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 15
3.6.5 軸的設(shè)計(jì)及校核 31
3.6.6 鍵、深溝軸承、離合器等標(biāo)準(zhǔn)件的選擇 33
3.7 旋耕刀具部分的選擇及設(shè)計(jì) 34
第四章 工作部件優(yōu)化設(shè)計(jì)及安全性 40
4.1行走機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì) 40
4.2 扶手架的優(yōu)化設(shè)計(jì) 40
4.3 安全擋板的優(yōu)化設(shè)計(jì) 42
4.4 微型耕作機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 43
4.5 操作安全注意事項(xiàng)及翻耕的農(nóng)藝要求 44
第五章 設(shè)計(jì)總結(jié) 45
參考文獻(xiàn) 46
致謝 47
微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)
摘要
隨著我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的發(fā)展，由于市場(chǎng)的需求，適用于丘陵、山地的微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為目前研究的重點(diǎn),微型耕作機(jī)的使用操作簡(jiǎn)單，耕作效率高以及性能好。本文以合盛1Z-135微型耕作機(jī)為研究對(duì)象，對(duì)微型耕作機(jī)的部分結(jié)構(gòu)進(jìn)行了一定的創(chuàng)新優(yōu)化改進(jìn)，使之更加人性化。在廣泛收集資料的基礎(chǔ)上，對(duì)國(guó)內(nèi)外微型耕作機(jī)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行對(duì)比和分析，論證了微型耕作機(jī)的設(shè)計(jì)方案，重點(diǎn)進(jìn)行對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)以及消聲器進(jìn)行選型，傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，工作部件的設(shè)計(jì)以及對(duì)微型耕作機(jī)安全性能的設(shè)計(jì)分析。同時(shí)，本文也從人機(jī)工程學(xué)的角度對(duì)微型耕作機(jī)的人性化設(shè)計(jì)提出了部分可行性設(shè)計(jì)改良建議。
關(guān)鍵詞：微型耕作機(jī)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，設(shè)計(jì)
Design of the structure optimization of miniature cultivator
Abstract
With the development of agricultural mechanization in our country, due to the demand of the market, is suitable for the hills, mountains of miniature farming machine structure optimization design has been the focus of the present study, the use of miniature farming machine operation is simple, the cultivation of high efficiency and good performance. In this paper, the design of the 1z-135 micro-cultivator is studied, and the overall structure of the micro-cultivator is optimized and optimized to make it more humane. On the basis of widely collecting data, the research status quo of miniature farming machine at home and abroad were reviewed and comparison and analysis, demonstrates the design of miniature farming machine, focus on the engine type selection, the design of the transmission parts, the design of working parts and to the design of miniature farming machine safety performance. At the same time, this paper also puts forward some Suggestions for the feasibility design of miniature cultivator from the perspective of man-machine engineering.
Key words: micro-cultivators,Structure optimization, design
第1章 緒論
在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，關(guān)于丘陵和山地的翻耕，農(nóng)民離不開先進(jìn)適用的微型耕作機(jī)?？梢杂梦⑿透鳈C(jī)來(lái)改善農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)條件，降低農(nóng)戶的工作勞動(dòng)強(qiáng)度，使得農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)效率得以提升，進(jìn)而推動(dòng)農(nóng)業(yè)的發(fā)展。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化的深度推廣，微型耕作機(jī)使用起來(lái)操作簡(jiǎn)單、成本低，適應(yīng)山區(qū)丘陵耕作。
微型耕作機(jī)是指功率≤7.5KW，可以直接用動(dòng)力結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)工作部件運(yùn)轉(zhuǎn)起來(lái)，主要用于果園、菜地、丘陵坡地等這些區(qū)域而設(shè)計(jì)的農(nóng)機(jī)產(chǎn)品。主要還是因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)緊湊、操作靈便以及維修便利等特點(diǎn)，因此普遍應(yīng)用于丘陵的旱地、果園以及煙地的旋耕等地方的耕地作業(yè)。微型耕作機(jī)是以柴油機(jī)或汽油機(jī)作為動(dòng)力的，它能夠在田間自由地運(yùn)轉(zhuǎn)和行走，方便人們運(yùn)用和寄存，同時(shí)也消除了大型農(nóng)用機(jī)械無(wú)法進(jìn)入山地的苦惱，是廣大農(nóng)民消費(fèi)者代替牛耕的最佳抉擇。
我國(guó)是一個(gè)丘陵和山區(qū)，地域遼闊的以農(nóng)業(yè)為主的國(guó)家。近年來(lái) ,隨著農(nóng)業(yè)變革的不停地深化和農(nóng)業(yè)構(gòu)造的不斷調(diào)整 , 我國(guó)的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施得到了迅速的發(fā)展。歷經(jīng)十多年的歷程, 微型耕作機(jī)在國(guó)內(nèi)得到了很好的發(fā)展, 國(guó)內(nèi)很多的科研人員不斷地嘗試研發(fā)了一些較為適用的各種機(jī)型機(jī)具。
1.1 國(guó)外技術(shù)水平現(xiàn)狀
最近幾年以來(lái)，有些發(fā)達(dá)國(guó)家不停地將高新的技術(shù)應(yīng)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械中去，因此，農(nóng)業(yè)機(jī)械在智能化方向上得到了很好的發(fā)展。國(guó)外的微型耕作機(jī)械相對(duì)于國(guó)內(nèi)的發(fā)展都比較早，一些歐洲國(guó)家的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品主要是以在園藝中工作的為主，這些機(jī)械有著旋耕、剪草、短距離運(yùn)輸?shù)忍攸c(diǎn)，然而在亞洲國(guó)家的農(nóng)業(yè)機(jī)械產(chǎn)品則主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)耕作上。目前，國(guó)外的農(nóng)用機(jī)型大多數(shù)都有以下這些特點(diǎn)：第一，機(jī)型較為輕便、靈活，外表美觀，用戶操作起來(lái)較為便利；第二，這些機(jī)型大多數(shù)使用汽油機(jī)或柴油機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源，因?yàn)樗鼈兊呐欧帕勘容^低；第三，機(jī)型方便、簡(jiǎn)單?，F(xiàn)在國(guó)外微型耕作機(jī)的發(fā)展體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
1) 農(nóng)用機(jī)械產(chǎn)品向著自動(dòng)化的方向發(fā)展。因?yàn)橄冗M(jìn)的制造技術(shù)、新材料的出現(xiàn)以及電子科技等技術(shù)的進(jìn)步，所以液壓以及自動(dòng)化控制等技術(shù)在耕作機(jī)械上得到了很多的使用。通過(guò)把握這些優(yōu)點(diǎn)的應(yīng)用，進(jìn)而減輕了操作者的疲勞強(qiáng)度。
2）微型耕作機(jī)械向著農(nóng)業(yè)多樣化機(jī)具的方向發(fā)展。亞洲一些國(guó)家采用了先進(jìn)技術(shù)的微型動(dòng)力以及機(jī)具，這些機(jī)型的動(dòng)力在2.2～3.7kW范圍內(nèi)的汽油機(jī)，從而可以減少微型耕作機(jī)產(chǎn)生的污染。另外，用戶操縱把手的時(shí)候可以水平方向或者垂直方向多次調(diào)整位置，使得機(jī)具操作起來(lái)靈活，也可以在田地的側(cè)邊上作業(yè)。
1.2 國(guó)內(nèi)耕作機(jī)的現(xiàn)狀
我國(guó)的微型耕作機(jī)械起步比較晚，除了少數(shù)的企業(yè)從國(guó)外引進(jìn)的連續(xù)式耕地機(jī)外,國(guó)產(chǎn)的微型耕作機(jī)仍然還在處于設(shè)計(jì)研發(fā)的萌芽階段?，F(xiàn)在，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的微型耕作機(jī)產(chǎn)品有南方型和北方型兩種，南方機(jī)型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)主要是參照歐洲的機(jī)型而改進(jìn)的，剛開始只可以進(jìn)行水田作業(yè)，到后來(lái)慢慢發(fā)展成了可以水旱兼用的機(jī)型。然而，北方的機(jī)型主要是參照韓國(guó)的機(jī)型進(jìn)行改進(jìn)的?，F(xiàn)在我國(guó)的微型耕作機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀體現(xiàn)在以下兩個(gè)特點(diǎn)：
1）農(nóng)業(yè)機(jī)械聯(lián)合產(chǎn)品發(fā)展得比較快。最主要的是聯(lián)合機(jī)有著節(jié)省能耗、能夠減少耕作機(jī)械對(duì)泥土的碾壓等特點(diǎn)，目前在國(guó)內(nèi)得到了特別好并且發(fā)展較快?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)正在使用的驅(qū)動(dòng)工作部件的聯(lián)合機(jī)械，大部分是以旋耕機(jī)的刀輥?zhàn)鳛橹饕ぷ鞑考M(jìn)而可以實(shí)現(xiàn)旋耕、起壟等工序中多數(shù)項(xiàng)目的聯(lián)合作業(yè)。
2）農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了農(nóng)業(yè)機(jī)具的研發(fā)和生產(chǎn)。第一，設(shè)計(jì)者們?yōu)榱宿r(nóng)戶可以讓秸稈粉碎還田在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，進(jìn)而研發(fā)了一款秸稈還田機(jī)，現(xiàn)在秸稈還田機(jī)已經(jīng)成了農(nóng)用機(jī)械中推廣使用最快的產(chǎn)品之一；第二，為了滿足大棚和溫室里面翻耕作業(yè)的需要，從而設(shè)計(jì)了可以適應(yīng)大棚內(nèi)耕作的小型耕作機(jī)械。目前，一些小型微型耕作機(jī)具已經(jīng)得以生產(chǎn)并且得到了農(nóng)戶們的認(rèn)可以及推廣使用。
1.3 微型耕作機(jī)發(fā)展存在的問(wèn)題
（1）微型耕作機(jī)發(fā)展存在的局限性
目前，我國(guó)所研發(fā)的微型耕作機(jī)結(jié)構(gòu)都較為簡(jiǎn)單，功能相對(duì)少。很多機(jī)型配用的是柴油機(jī)或汽油機(jī)作為能源，但是它的噪音以及污染排放這些問(wèn)題仍然未處理，大部分還處于少量生產(chǎn)階段，安全功能差、性能不穩(wěn)定以及可靠性差，影響和限制了它的應(yīng)用和推行。另一方面，由于產(chǎn)品層次不高，結(jié)構(gòu)品質(zhì)和形狀尺寸大，也限制了其使用領(lǐng)域，特別是在一些山地和丘陵，越來(lái)越不能滿足用戶的需要。
（2）維修成本較高，使用水平較低。
機(jī)器出故障的一個(gè)重要原因是使用機(jī)器的不恰當(dāng)。一些用戶為了縮小費(fèi)用的使用，往往不再規(guī)定范圍內(nèi)使用標(biāo)準(zhǔn)的燃油。另外，再加上一些燃油的質(zhì)量不理想，常常會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)一些毛病。再而，微型耕作機(jī)工作的環(huán)境差，長(zhǎng)時(shí)間的延續(xù)超負(fù)荷作業(yè)，塵土漫天飛揚(yáng)，發(fā)動(dòng)機(jī)的濾清器會(huì)被塞住，然后就造成了發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)熱。如果出現(xiàn)“拉缸”等系統(tǒng)故障時(shí)，就需要改換整個(gè)缸體，加上一些維修費(fèi)，農(nóng)戶又得花費(fèi)一筆錢，因此，維修費(fèi)用就自然而然的增加了。
（3）操作微型耕作機(jī)的安全性問(wèn)題
由于用戶缺少操作知識(shí)和維護(hù)保養(yǎng)知識(shí)，會(huì)存在安全隱患。他們操作的時(shí)候不規(guī)范，有的小毛病不當(dāng)回事、不及時(shí)處理，不僅容易產(chǎn)生機(jī)械故障，并且可能會(huì)帶來(lái)安全事故，因此，在安全這些問(wèn)題上不容忽視。
（4） 制造工藝水平不高。
材料以市場(chǎng)供給的為標(biāo)準(zhǔn)，但已經(jīng)滿足不了設(shè)計(jì)的要求。但是國(guó)際上已廣泛使用新材料、新工藝，例如高強(qiáng)鑄鐵、低合金鋼模鍛。
1.4 微型耕作機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)
（1） 向著智能化方面發(fā)展。
我國(guó)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)成本之所以比國(guó)外高的重要緣故是因?yàn)槲覈?guó)的勞動(dòng)力占的比重較高，機(jī)械生產(chǎn)成本占的比重較低。因此，假使我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械能夠大幅度地提高機(jī)械化及自動(dòng)化的程度的話，肯定能夠提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，以便于降低農(nóng)產(chǎn)品成本。
（2） 以人為本，相關(guān)部件設(shè)計(jì)人性化。
在微型耕作機(jī)的設(shè)計(jì)研發(fā)上, 設(shè)計(jì)人員須要結(jié)合我國(guó)的實(shí)際狀況,根據(jù)理論結(jié)合實(shí)際，同時(shí)以人機(jī)工程學(xué)相關(guān)的原理為依據(jù),優(yōu)化整個(gè)微型耕作機(jī)的結(jié)構(gòu), 并且對(duì)它進(jìn)行再次開發(fā) , 另外增設(shè)一些安全防護(hù)的安裝 ,而且進(jìn)行人性化設(shè)計(jì), 以便于使它操作起來(lái)較為簡(jiǎn)略 ,從而減小農(nóng)用機(jī)械用戶的勞動(dòng)強(qiáng)度, 提高它的操作舒適性。
（3） 微型耕作機(jī)多功能化以及價(jià)格適中。
以國(guó)內(nèi)先進(jìn)機(jī)型和技術(shù)作為基礎(chǔ)，根據(jù)我國(guó)的各地域的氣候土壤環(huán)境特點(diǎn)，重視用戶的作業(yè)習(xí)慣，揚(yáng)長(zhǎng)避短，研發(fā)配套作業(yè)水平高、功能多樣、價(jià)格適中，并且適合我國(guó)國(guó)情的微型耕作機(jī)。產(chǎn)品的特點(diǎn)要以提高作業(yè)質(zhì)量和效率為主，并且要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單以及性能完善。我們應(yīng)該不斷地配套新機(jī)具、添加一些新體驗(yàn)，在完善農(nóng)用機(jī)械結(jié)構(gòu)性能的基礎(chǔ)上，逐步往城市園林、園藝領(lǐng)域內(nèi)多方面擴(kuò)大，比如配套剪草和枝葉粉碎機(jī)具等。雖然如今鄉(xiāng)村在經(jīng)濟(jì)上有較大的發(fā)展，但從總體上來(lái)說(shuō)人均收入依然還是比較低的。該機(jī)型的價(jià)錢定位應(yīng)較為合適，要比進(jìn)口機(jī)的價(jià)錢低一些。
（4） 操作應(yīng)更簡(jiǎn)單，更換部件快。
在速度調(diào)理方面，用戶操作手柄的前進(jìn)和后退調(diào)節(jié)的時(shí)候愈加便利。微型耕作機(jī)與配套機(jī)具的連接應(yīng)該使用快速掛接裝置的安裝，這樣拆換的時(shí)候更簡(jiǎn)單，只有這樣才能愈加快速，更好的降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度和節(jié)約改換農(nóng)機(jī)具的時(shí)間。同時(shí)設(shè)計(jì)者也要選用適應(yīng)性強(qiáng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，至少應(yīng)該有低噪聲、排放少、能源強(qiáng)勁和適應(yīng)性強(qiáng)這些特點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)才會(huì)更多地被運(yùn)用。
第2章 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)和設(shè)計(jì)思路
2.1 技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)
以1Z-135微型耕作機(jī)作為研究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。創(chuàng)新之處有以下幾方面：一是對(duì)動(dòng)力部分的選型進(jìn)行優(yōu)化選擇，使微型耕作機(jī)有足夠的動(dòng)力源，噪聲有所降低；二是機(jī)械傳動(dòng)中選用了全齒輪傳動(dòng)，并對(duì)其進(jìn)行了相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算；三是對(duì)扶手架進(jìn)行了一部分的優(yōu)化設(shè)計(jì)，為了便于微型耕作機(jī)的運(yùn)輸，因此扶手架設(shè)計(jì)成可折疊型的。另外，考慮到每個(gè)人的身高有些差別，而研究的這款微型耕作機(jī)扶手架是不能調(diào)節(jié)的，所以把它改裝成了一個(gè)能夠手動(dòng)調(diào)整高度的扶手架；四是本設(shè)計(jì)中研究的對(duì)象安全性還有所欠缺，因而對(duì)旋耕刀進(jìn)行了適當(dāng)?shù)姆忾]，以提高它的安全性能。因此設(shè)計(jì)在微型耕作機(jī)原來(lái)的基礎(chǔ)上增加了防濺板。
2.2設(shè)計(jì)思路
第一，根據(jù)已知條件，擬定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行可行性分析；第二，確定動(dòng)力部分的選型；第三，確定機(jī)械傳動(dòng)方式的相關(guān)選型以及相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算，進(jìn)行最佳選擇；第四，確定旋耕刀具的選型，進(jìn)行最佳選擇；第五，對(duì)其工作部件優(yōu)化設(shè)計(jì)及安全性進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括行走機(jī)構(gòu)、扶手架、安全擋板等工作部件進(jìn)行一定的優(yōu)化設(shè)計(jì)；第六，畫出相關(guān)的零件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。
第3章 總體方案設(shè)計(jì)
3.1 已知設(shè)計(jì)條件
本文中以1Z-135微型耕作機(jī)為研究對(duì)象，已知它的實(shí)物圖如下所示：
圖3.1 微型耕作機(jī)實(shí)物圖
3.2 總體方案設(shè)計(jì)可行性分析
（1）以186F風(fēng)冷柴油機(jī)作為動(dòng)力部分最主要的動(dòng)力能源，以整體式變速齒輪箱為傳動(dòng)，構(gòu)造簡(jiǎn)略，便于維修，油耗低以及效率高等。
（2）設(shè)計(jì)了微型耕作機(jī)的工作部件以及行走機(jī)構(gòu)，用推動(dòng)力來(lái)代替牽引力，打破了傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方式。
（3）微型耕作機(jī)的重心以及耕深都是通過(guò)人力來(lái)操縱扶手架進(jìn)而控制穩(wěn)定性的。
3.3整機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理
3.3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
微型耕作機(jī)主要由操縱機(jī)構(gòu)及機(jī)架、變速箱、發(fā)動(dòng)機(jī)、行走機(jī)構(gòu)、旋耕刀、工作部件等組成，主要技術(shù)參數(shù)有整機(jī)外形結(jié)構(gòu)、配套動(dòng)力、結(jié)構(gòu)質(zhì)量、耕深等。
3.3.2 工作原理
微型耕作機(jī)是以柴油機(jī)為主要能源，然后經(jīng)過(guò)V帶將力矩傳送到變速箱，然后再經(jīng)過(guò)變速箱內(nèi)變速，再將力矩傳送給旋耕刀具，最后由旋耕刀具對(duì)土壤進(jìn)行切碎的機(jī)械原理，進(jìn)而達(dá)到了翻耕的效果。
當(dāng)它在工作時(shí)，通過(guò)操縱桿可以改變旋耕刀的翻土方向，檔位有前進(jìn)檔、倒退檔以及空檔三種。前進(jìn)檔主要是操縱耕作機(jī)在耕地作業(yè)時(shí)和田地間轉(zhuǎn)移行走，則倒退檔主要是用于轉(zhuǎn)向或耕地受阻時(shí)操縱機(jī)器倒退。
圖3.2 微型耕作機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1.輪轂 2.阻力桿 3.扶手桿調(diào)節(jié)桿 4.排擋桿 5.換擋手柄（右） 6.離合手柄（左） 7.油門手柄（右） 8.熄火開關(guān)（左） 9.扶手架 10.變速箱 11.發(fā)動(dòng)機(jī) 12.保險(xiǎn)杠
3.4 主要參數(shù)初步設(shè)定
本文中以1Z-135微型耕作機(jī)為研究對(duì)象，是在做了很多的市場(chǎng)調(diào)研和參考多種樣機(jī)之后選定的。根據(jù)已經(jīng)使用過(guò)微型耕作機(jī)的用戶信息反饋和查閱相關(guān)的資料，以及成熟產(chǎn)品設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的借鑒。因此，設(shè)定設(shè)計(jì)計(jì)算的初始參數(shù)為：
依據(jù)微型耕作機(jī)的相應(yīng)要求，選擇動(dòng)力源為186F的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，具體參數(shù)為下表：
表3.1 微型耕作機(jī)主要參數(shù)
柴油機(jī)型號(hào)
186F
功率
6.3kw
滿載轉(zhuǎn)速
3600r/min
前進(jìn)速度
0.5-1.3km/h
倒車速度
2km/h
3.5 動(dòng)力部分
整臺(tái)微型耕作機(jī)的核心部分在于它的動(dòng)力部分，而整臺(tái)機(jī)器工作的幅度、速度以及耕深等則取決于發(fā)動(dòng)機(jī)功率的大小。
3.5.1 柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的選型
通過(guò)參考樣機(jī)和借鑒成功設(shè)計(jì)案例，在設(shè)計(jì)中選用186F風(fēng)冷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)力能源，動(dòng)力本身可靠性較好。186F風(fēng)冷柴油機(jī)屬于常柴F系列柴油機(jī)，為立式手啟動(dòng)或電啟動(dòng)，通過(guò)花鍵軸輸出。
表3.2 柴油機(jī)主要參數(shù)
品牌/型號(hào)：186F
工作方式：往復(fù)活塞式內(nèi)燃機(jī)
啟動(dòng)方式：手動(dòng)、電動(dòng)
燃料：柴油
冷卻介質(zhì)：風(fēng)冷
最大功率：6.9Kw
標(biāo)定轉(zhuǎn)速：3600rpm
燃油箱容量：5.8L
連續(xù)輸出功率：6.3kw
連續(xù)工作時(shí)間：12h
凈重（Kg）：47
旋向：順時(shí)針
外形（長(zhǎng)x寬x高）：420×440×495/mm
汽缸數(shù)：?jiǎn)胃?
因此，選用186F單缸風(fēng)冷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)（手動(dòng)）。
3.5.2 消聲器的選型
近年來(lái)，環(huán)境的污染越來(lái)越嚴(yán)重， 根據(jù)選用型號(hào)為186F單缸風(fēng)冷柴油機(jī)，按照消聲原理，選用阻性消聲器。阻性消聲器是一種利用吸聲的材料來(lái)降低噪聲的，使沿管道傳播截面積的改變或旁接共振腔等在聲音傳播的過(guò)程中引起聲音阻抗的改變
，產(chǎn)生聲能的反射與消耗，進(jìn)而達(dá)到消聲目的的消聲裝置。阻性消聲器對(duì)中高頻消聲效果比較好、但對(duì)于低頻消聲的效果不理想。因此，在設(shè)計(jì)中選用阻性消聲器，它適合用來(lái)減小中、高頻的噪聲。
3.6 機(jī)械傳動(dòng)方式的選擇以及設(shè)計(jì)計(jì)算
在設(shè)計(jì)中柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間的連接V帶傳動(dòng)的，在變速箱內(nèi)的傳動(dòng)有齒輪傳動(dòng)和皮帶型傳動(dòng)兩種類型。然而皮帶傳動(dòng)中很容易發(fā)生斷裂的問(wèn)題，并且由于質(zhì)量很輕，對(duì)于在硬、板地中進(jìn)入土壤的效果較差，耕作艱難。因此，在設(shè)計(jì)中選用齒輪傳動(dòng)。變速箱內(nèi)有前進(jìn)檔、退檔軸等，經(jīng)過(guò)撥動(dòng)主軸和倒擋軸上的雙聯(lián)直齒輪的位置，可以完成前進(jìn)檔和倒退檔之間的轉(zhuǎn)換。使用齒輪的傳動(dòng)方式相比較來(lái)說(shuō)穩(wěn)固牢靠，并且安全系數(shù)高。整機(jī)的質(zhì)量適中，在硬地、田塊等地區(qū)作業(yè)具備顯著的價(jià)值。
圖3.3 齒輪傳動(dòng)原理圖
3.6.1 傳動(dòng)比的計(jì)算和分配
a. 前進(jìn)時(shí) 傳動(dòng)比計(jì)算
1) 根據(jù)微型耕作機(jī)的前進(jìn)速度以及微型耕作機(jī)輪的直徑，由公式可計(jì)算得到變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)而求出總傳動(dòng)比。
2 ) 傳動(dòng)比的分配
在這里，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)速為3600r/min ,通過(guò)v帶傳動(dòng)的傳動(dòng)方式連接柴油發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間的傳動(dòng)。因此，選擇v帶的傳動(dòng)比為3，并且在此設(shè)計(jì)中變速箱內(nèi)的傳動(dòng)方案屬于圓柱齒輪減速方案?？梢詮臋C(jī)械設(shè)計(jì)課程指導(dǎo)書中查得，選取 ,所以可以計(jì)算出。
b. 倒退時(shí)傳動(dòng)比計(jì)算
1) 根據(jù)微型耕作機(jī)的倒退速度以及微型耕作機(jī)輪的直徑，由公式計(jì)算得到變速箱輸出軸轉(zhuǎn)速，倒退時(shí)的微型耕作機(jī)沒(méi)有負(fù)載，這時(shí)轉(zhuǎn)速則降到了1000r\min以下，總傳動(dòng)比
2 ) 傳動(dòng)比的分配
當(dāng)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)速在1000r/min以下時(shí),則這時(shí)變速箱同樣也是減速箱，只是中間多了一個(gè)齒輪用來(lái)改變輸出軸的轉(zhuǎn)向，則從發(fā)動(dòng)機(jī)傳遞到變速箱的方式是帶傳動(dòng)，傳動(dòng)比也為，這時(shí)變速箱的一級(jí)減速齒輪與前進(jìn)時(shí)的相同，所以分配傳動(dòng)比為，軸3上的齒輪也只是起到改變轉(zhuǎn)向的作用，傳動(dòng)比為，由此可以計(jì)算出軸3和軸4間的傳動(dòng)比。
3.6.2計(jì)算各軸的功率及轉(zhuǎn)矩
a.計(jì)算前進(jìn)時(shí)各軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
1） 計(jì)算相關(guān)軸的轉(zhuǎn)速
2 ） 計(jì)算各軸的輸入和輸出功率
查閱機(jī)械設(shè)計(jì)可知，機(jī)械傳動(dòng)效率如下
滾動(dòng)軸承 0.98
V 帶 0.94
圓柱齒輪 0.98
則各軸的輸入功率如下
各軸的輸出功率
3 ） 計(jì)算各軸的輸入和輸出轉(zhuǎn)矩
由則可以計(jì)算出各軸的輸入轉(zhuǎn)矩，選用滾動(dòng)軸承的傳動(dòng)效率為0.98，根據(jù)計(jì)算可得出的結(jié)果如下表所示：
表3.3前進(jìn)檔各軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)
軸名 功率P（kw） 轉(zhuǎn)矩T（N·m） 轉(zhuǎn)速r/min 傳動(dòng)比
輸入 輸出 輸入 輸出
軸1
3.29
3.22
22.45
22.0
1200
6.48
4.07
軸2
3.16
3.10
139.72
136.93
216.05
軸4
3.03
3.00
546.14
535.22
53.07
b.計(jì)算后退時(shí)各軸轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩
1） 計(jì)算相關(guān)軸的轉(zhuǎn)速
2 ） 計(jì)算各軸的輸入功率和輸出功率
查閱機(jī)械設(shè)計(jì)可知，機(jī)械傳動(dòng)效率如下
滾動(dòng)軸承 0.99
V 帶 0.95
圓柱齒輪 0.97
則各軸的輸入功率如下
各軸的輸出功率
3 ） 計(jì)算各軸的輸入和輸出轉(zhuǎn)矩
由可以計(jì)算得到各軸的輸入轉(zhuǎn)矩，選用滾動(dòng)軸承傳動(dòng)效率為0.98，根據(jù)計(jì)算的得到結(jié)果如下表所示：
表3.4后退檔各軸運(yùn)動(dòng)參數(shù)
軸名 功率P（kw) 轉(zhuǎn)矩T（N·m） 轉(zhuǎn)速（r/min） 傳動(dòng)比
輸入 輸出 輸入 輸出
軸1
1.41
1.382
40.40
39.59
333.3
6.5
1.0
3.389
軸2
1.354
1.327
251.37
246.34
51.44
軸3
1.30
1.274
241.41
236.58
51.44
軸4
1.249
1.224
785.87
770.15
15.178
3.6.3 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核
帶傳動(dòng)是一種撓性傳動(dòng)，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造、安裝精度要求不高，維護(hù)方便，成本低廉以及傳動(dòng)平穩(wěn)。所以，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)與變速箱之間的連接采用帶傳動(dòng)。
（1）帶的選型
在摩擦型帶傳動(dòng)中，V帶的橫截面呈等腰梯形，它的帶輪上也有相應(yīng)的輪槽。帶在傳動(dòng)時(shí)，V帶的兩個(gè)側(cè)面和輪槽接觸，槽面可以提供更大的摩擦力。另一方面，V帶傳動(dòng)允許的傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，并且大多數(shù)都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，同時(shí)它也能夠承受較大的張緊力。因此，根據(jù)這些特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)中選用V帶傳動(dòng)。
（2）V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算
已知發(fā)動(dòng)機(jī)的功率，轉(zhuǎn)速
（3）確定計(jì)算功率
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表8-8查得工作情況系數(shù)，代入數(shù)據(jù)可計(jì)算出
（4）選擇V帶的帶型
根據(jù)、由圖8-11可知選用A型。
（5）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑并驗(yàn)算帶速
1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)表8-7和8-9，小帶輪的基準(zhǔn)直徑為
2）驗(yàn)算帶速。由公式
因?yàn)閹俨灰诉^(guò)高或過(guò)低，，所以帶速合適。
3）計(jì)算大帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)公式可計(jì)算得到大帶輪的基準(zhǔn)直徑,。根據(jù)表8-9，取標(biāo)準(zhǔn)值為。
（6）確定V帶的中心距和基準(zhǔn)長(zhǎng)度
1）根據(jù)公式，初定中心距。
2）由以下公式計(jì)算帶所需的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
由表8-2選帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度
計(jì)算實(shí)際的中心距
驗(yàn)算小帶輪上的包角
（7）計(jì)算單根V帶的額定功率
由和，查表8-4得。根據(jù)，和型帶，查表8-5得。查表8-6得，表8-2得,則可計(jì)算出
（8）計(jì)算V帶的根數(shù)
，取7根。
（9）計(jì)算單根V帶的初拉力
由表8-3得A型帶的單位長(zhǎng)度質(zhì)量，所以
（10）計(jì)算壓軸力
3.6.4 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核
a. 行進(jìn)時(shí)一級(jí)直齒輪的設(shè)計(jì)
（1）齒輪材料的選擇及精度等級(jí)并初步確定齒數(shù)
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)和微型耕作機(jī)的工作條件可知，一級(jí)直齒輪選用40Cr的材料，經(jīng)過(guò)調(diào)制處理，精度為7級(jí)精度，硬度為280 HBS，壓力角取值為20°。初選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪的齒數(shù)為，取齒數(shù)117。
（2）按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
1） 計(jì)算小齒輪分度圓直徑，即
查閱機(jī)械設(shè)計(jì)可得到載荷系數(shù)，根據(jù)表10-7選取齒寬系數(shù)，查閱圖10-20可知區(qū)域系數(shù)為，根據(jù)表10-5可查得材料的彈性影響系數(shù)為
計(jì)算重合度系數(shù)：
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)查閱圖10-25d可知齒輪的接觸疲勞極限分別為,
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
查得解除疲勞壽命系數(shù)，。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1,則
取較小的作為該齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力，即
2)計(jì)算小齒輪的分度圓直徑
代入上述各數(shù)據(jù)，則有
調(diào)整小齒輪分度圓直徑
計(jì)算圓周速度V：
計(jì)算齒寬b：
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH
通過(guò)查閱表10-2得到使用系數(shù)，由圓周速度、精度為7級(jí)，可通過(guò)圖10-8得到動(dòng)載系數(shù)。
齒輪圓周力
通過(guò)查閱表10-3可得到齒間載荷分配系數(shù),根據(jù)查閱表10-4并且用插值法得精度為7級(jí)，當(dāng)小齒輪在相對(duì)軸承非對(duì)稱布置時(shí)，則可知齒向載荷分布系數(shù)KH，則得到實(shí)際載荷系數(shù)
則根據(jù)實(shí)際載荷系數(shù)可以計(jì)算出分度圓直徑：
相應(yīng)的齒輪模數(shù)
（3）按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算
1）計(jì)算齒輪模數(shù)
試選載荷系數(shù)
計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度的重合度系數(shù)
計(jì)算
由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-17查得齒形系數(shù)=2.64, =2.24
圖10-18查得應(yīng)力修正系數(shù) =1.58, =1.75
由圖10-24c查得小、大齒輪的齒根彎曲疲勞極限 =500MPa, =380MPa
圖10-22查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.85，=0.87
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.3，得到
則 ,
因?yàn)榇簖X輪的 大于小齒輪，所以取
將以上計(jì)算所得到的數(shù)據(jù)代入公式可得齒輪模數(shù)
2）調(diào)整齒輪模數(shù)
計(jì)算實(shí)際載荷前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
圓周速度：
齒寬b=m，高
寬高比b/h =8
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF ：
由圓周速度V=2.407m/s，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)查閱圖10-8知?jiǎng)虞d系數(shù)KV=1.09。
則，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表10-3查閱知齒間載荷分配系數(shù)為 ,然后再用插值法查表10-4知精度為7級(jí)。當(dāng)小齒輪在相對(duì)軸承非對(duì)稱布置時(shí)，查表得到，再根據(jù),查閱圖10-13知,則載荷系數(shù):
根據(jù)實(shí)際載荷系數(shù)可計(jì)算齒輪模數(shù)
根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，齒面接觸疲勞強(qiáng)度只跟齒輪的直徑有關(guān)。因此，將由彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算出的模數(shù)取整為標(biāo)準(zhǔn)值。根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算得到分度圓直徑為，由此可以計(jì)算出小齒輪的齒數(shù)
, 取，，取,、互為質(zhì)數(shù)。通過(guò)設(shè)計(jì)計(jì)算的齒輪傳動(dòng)，一方面滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度，同時(shí)另一方面也滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度。
幾何尺寸計(jì)算
計(jì)算分度圓直徑
計(jì)算中心距
計(jì)算齒輪的寬度
為了考慮到不可避免的安裝誤差，保證設(shè)計(jì)齒寬b和做到節(jié)省材料，一般將小齒輪略為加寬（5-10）mm，即
取，要使大齒輪的齒寬與設(shè)計(jì)齒寬相等，即。
（5）圓整中心距后的強(qiáng)度校核
通過(guò)上面計(jì)算得出的齒輪副中心距不方便有關(guān)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算和制造，齒輪變位后，齒輪副的各個(gè)參數(shù)也發(fā)生了改變。因此，應(yīng)該再次校核齒輪的強(qiáng)度，才能夠得以確定齒輪的工作能力。
1)齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核
先計(jì)算各參數(shù)，數(shù)值如下：，， 則，，，，=189.8MPa1/2 ，，
因此，該齒輪滿足強(qiáng)度要求。
齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核
先計(jì)算各參數(shù)，計(jì)算結(jié)果為：， 則，則
因此，該齒輪滿足強(qiáng)度要求。
（6）一級(jí)減速齒輪的主要設(shè)計(jì)結(jié)論
表3.5齒輪1、2設(shè)計(jì)結(jié)論
齒輪序號(hào)
齒數(shù)
模數(shù)
壓力角
變位系數(shù)
中心距
齒寬
材質(zhì)
20
2
20
0.501
149
45mm
40cr
129
0.502
40mm
40cr
b.前進(jìn)時(shí)的二級(jí)減速齒輪設(shè)計(jì)
選擇齒輪材料及精度等級(jí)并初步確定齒數(shù)
1）由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)和微型耕作機(jī)的工作條件可以得出，小齒輪選用40Cr的材料，經(jīng)過(guò)調(diào)制處理，硬度為280 HBS；大齒輪選用45鋼的材料，經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理，硬度為240HBS，壓力角取20°。
2）初選小齒輪齒數(shù)，大齒輪的齒數(shù)，取。
按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書上的公式可計(jì)算小齒輪分度圓直徑，即
公式：
表3.6齒輪設(shè)計(jì)參數(shù)選定
名 稱
代 號(hào)
公式與依據(jù)
數(shù) 值
單 位
齒數(shù)
Z3、Z4
初選
24、97
材料
20CrMnTi
表面硬度
HRC
55-60
齒寬系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7
1
區(qū)域系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20
2.5
彈性影響系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5
189.8
計(jì)算壽命
Lh
Lh=240×20（年）
4800
h
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
N1
N2
N=60njLh
6.2
1.53
次
載荷情況系數(shù)
試選
1.3
接觸疲勞極限應(yīng)力
Hlim1
查機(jī)械設(shè)計(jì)10-25d
1200
Mpa
接觸疲勞極限應(yīng)力
Hlim2
查機(jī)械設(shè)計(jì)10-25d
1100
Mpa
安全系數(shù)
s
經(jīng)驗(yàn)選取
1
許用接觸應(yīng)力
927
重合度系數(shù)
Z=
0.846
以得出公式：
=
調(diào)整小齒輪分度圓直徑
1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)所需數(shù)據(jù)如下表
表3.7實(shí)際載荷系數(shù)計(jì)算依據(jù)
名 稱
代 號(hào)
公式與依據(jù)
數(shù) 值
單 位
小齒輪分度圓直徑
30.66
mm
齒輪轉(zhuǎn)速
n
與2軸轉(zhuǎn)速相同
216.05
r/s
圓周速度
v
0.332
m/s
齒寬
b
23.996
mm
當(dāng)量齒輪齒寬系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7
1
使用系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2
1.50
動(dòng)載系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8
1.04
齒間載荷分配系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-3
1.1
齒向載荷分布系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4
1.413
綜上表可以得出實(shí)際載荷系數(shù)
由機(jī)械設(shè)計(jì)式（10-12）可得按實(shí)際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑
以及相應(yīng)的齒輪模數(shù)
按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算
由機(jī)械設(shè)計(jì)式試算模數(shù)，即
1）齒輪設(shè)計(jì)的各個(gè)參數(shù)值，統(tǒng)計(jì)如下表
表3.8齒輪3、4的設(shè)計(jì)參數(shù)匯總
名 稱
公式與依據(jù)
數(shù) 值
單 位
載荷系數(shù)
試選
1.3
齒形系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-17
2.73
2.47
應(yīng)力修正系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-18
1.56
1.62
齒根彎曲疲勞極限
查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-24
900
750
MPa
重合度系數(shù)
公式計(jì)算
0.671
2軸扭矩
公式計(jì)算
1.397
N.mm
安全系數(shù)
經(jīng)驗(yàn)選取
1.4
許用彎曲疲勞極限
617.14
546.42
MPa
0.0070
0.0073
由結(jié)果可以選取
2) 試算模數(shù)
==1.435
（2）調(diào)整齒輪模數(shù)
1）計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)所需數(shù)據(jù)如下表
表3.9實(shí)際載荷系數(shù)計(jì)算依據(jù)
名 稱
代 號(hào)
公式與依據(jù)
數(shù) 值
單 位
試算分度圓直徑
34.44
mm
圓周速度
0.452
m/s
齒寬
b
34.44
mm
使用系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)表2-2
1.5
動(dòng)載系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8
1.08
齒間載荷分配系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-3
1.1
齒向載荷分布系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-4
1.34
則載荷系數(shù)
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)書上公式（10-13），由實(shí)際載荷系數(shù)可知計(jì)算得出齒輪模數(shù)為
由計(jì)算結(jié)果可知，模數(shù)取m=2mm,根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度可計(jì)算出分度圓直徑，計(jì)算得小齒輪的齒數(shù)，取值為,則大齒輪的齒數(shù)為,取值為。
通過(guò)計(jì)算得到的結(jié)果并其列入如下表格：
表3.10齒輪3、4設(shè)計(jì)結(jié)論
名 稱
代 號(hào)
公式與依據(jù)
數(shù) 值
單 位
材料
20CrMnTi
精度
8級(jí)
模數(shù)
m
2
mm
齒數(shù)
19
77
齒寬
43
38
mm
分度圓直徑
d
38
154
mm
與一級(jí)減速齒輪一樣，通過(guò)對(duì)滿足齒面接觸疲勞強(qiáng)度以及齒根彎曲疲勞強(qiáng)度的齒輪進(jìn)行校核，則這對(duì)齒輪可以滿足工作要求。
同理，倒退時(shí)齒輪一級(jí)傳動(dòng)跟前進(jìn)時(shí)的齒輪一樣，兩個(gè)齒輪分別為，他們的參數(shù)見上表。
c.倒退時(shí)二級(jí)直齒輪的設(shè)計(jì)
（1）選擇齒輪材料及精度等級(jí)并初步確定齒數(shù)
1）根據(jù)原理圖可知軸2上工作時(shí)倒退的齒輪為齒輪5，軸3為齒輪6，軸4上倒退時(shí)為齒輪7。則它們的傳動(dòng)比分配可知，只要計(jì)算出
2）根據(jù)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)以及結(jié)合微型耕作機(jī)的工作條件可以得出，大小直齒輪的材料都選用軟齒面直齒輪，選用的材質(zhì)是20CrMnTi，經(jīng)過(guò)滲碳處理，精度為8級(jí)精度，硬度為55~60 HRC，壓力角取20°。
3）初選小齒輪的齒數(shù)為，則大齒輪的齒數(shù)為，取值為75。
（2） 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
1） 計(jì)算小齒輪分度圓直徑， 即
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)查表可知載荷系數(shù)，區(qū)域系數(shù)，材料彈性影響系數(shù)ZE=189.8MPa1/2
根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度可計(jì)算出重合度系數(shù)
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-25d可知小大齒輪的接觸疲勞極限分別是=1100MPA, =950MPA
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
查得解除疲勞壽命系數(shù)，。
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1,則
齒輪副的接觸疲勞許用應(yīng)力為
2)計(jì)算小齒輪的分度圓直徑
代入上述各數(shù)據(jù)，則有
調(diào)整小齒輪的分度圓直徑
計(jì)算圓周速度V：
計(jì)算齒寬b：
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KH
根據(jù)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)可知使用系數(shù)為，圓周速度，精度為8級(jí)，再查閱圖10-8知?jiǎng)虞d系數(shù)。
齒輪圓周力 則，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)查表10-3可知齒間載荷分配系數(shù)為
根據(jù)查表10-4使用插值法可知為8級(jí)精度，當(dāng)小齒輪在相對(duì)軸承非對(duì)稱布置時(shí)，
則載荷系數(shù)
根據(jù)實(shí)際載荷系數(shù)可以計(jì)算出分度圓直徑為：
相應(yīng)的齒輪模數(shù)：
（3）按照齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算
1）計(jì)算齒輪模數(shù)
試選載荷系數(shù)
計(jì)算重合度系數(shù)
計(jì)算
由機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-17查得齒形系數(shù)=2.64, =2.23
圖10-18查得應(yīng)力修正系數(shù) =1.54, =1.68
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-24c可知小大齒輪的齒根彎曲疲勞極限為 =900MPa, =750MPa
圖10-22查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.87，=0.91
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.5，得到
則 ,
因?yàn)榇簖X輪的 大于小齒輪，所以取 ==0.008
將以上計(jì)算得到的數(shù)據(jù)代入公式可計(jì)算出齒輪模數(shù)
2）調(diào)整齒輪模數(shù)
計(jì)算實(shí)際載荷前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備
圓周速度：
，齒寬，齒高，寬高比b/h =9.77
計(jì)算實(shí)際載荷系數(shù)KF
由圓周速度，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-8可知?jiǎng)虞d系數(shù)KV=1.09。
則，根據(jù)查表10-3可知齒間載荷分配系數(shù)為 ,然后再由插值法查表10-4可知精度為8級(jí)。當(dāng)小齒輪在相對(duì)軸承非對(duì)稱布置時(shí)，查表得到，再由b/h=9.7,根據(jù)圖10-13可以查得,則載荷系數(shù):
根據(jù)實(shí)際載荷系數(shù)可計(jì)算出齒輪模數(shù)
m =mt =2.120mm
從計(jì)算結(jié)果可知，齒面接觸疲勞強(qiáng)度只跟齒輪的直徑有關(guān)，取整為m=3mm。根據(jù)接觸疲勞強(qiáng)度可計(jì)算出分度圓直徑=51mm，則可以計(jì)算得到小齒輪的齒數(shù)。
所以取，取值為,、互為質(zhì)數(shù)。齒輪5的齒數(shù)與齒輪6的齒數(shù)相同。
由公式可計(jì)算得出齒輪的尺寸如下表所示：
表3.11齒輪5、6、7的設(shè)計(jì)結(jié)果
齒輪標(biāo)號(hào)
分度圓直徑
中心距
齒輪寬度
51mm
45mm
51mm
112.5mm
45mm
174mm
40mm
d.齒輪5、6、7的校核
（1）對(duì)齒輪6、7進(jìn)行校核
按接觸疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核
表3.12校核所需參數(shù)
名 稱
代 號(hào)
公式與依據(jù)
數(shù) 值
單 位
齒數(shù)
、
17、58
傳動(dòng)比
3.411
小齒輪分度圓直徑
51
mm
載荷情況系數(shù)
2.64
傳遞扭矩
2.44
齒寬系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-7
0.8
區(qū)域系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-20
2.46
彈性影響系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-5
189.8
齒頂圓壓力角
32.778
24.719
度
嚙合角
20
度
重合度
1.647
重合度系數(shù)
0.886
代入校核公式
因此，該齒輪滿足強(qiáng)度要求。
2）按彎曲疲勞強(qiáng)度進(jìn)行校核
表3.13校核需求參數(shù)
名 稱
代 號(hào)
公式與依據(jù)
數(shù) 值
單 位
載荷系數(shù)
2.05
彎曲疲勞強(qiáng)度
0.705
齒形系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-17
2.73
2.43
應(yīng)力修正系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)圖10-18
1.56
1.75
代入彎曲疲勞校核公式
綜上所述，該齒輪滿足強(qiáng)度要求，齒輪5也同樣滿足條件。
齒輪主要涉及結(jié)論：
表3.14所有齒輪設(shè)計(jì)結(jié)論
齒輪
1
2
3
4
5
6
7
齒數(shù)
20
129
19
77
17
17
58
模數(shù)(mm)
2
2
2
2
3
3
3
齒寬(mm)
45
40
43
38
45
45
40
分度圓直徑(mm)
40
258
38
154
51
51
174
3.6.5 軸的設(shè)計(jì)及校核
a. 軸1的設(shè)計(jì)
（1）已知條件
前進(jìn)時(shí)軸的轉(zhuǎn)速 ，傳遞功率P=3.29kw；倒退時(shí)的轉(zhuǎn)速傳遞功率P=1.41kw。
（2）初步估算軸的最小直徑
選取軸的材料為45號(hào)鋼并作調(diào)制處理，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3，取，可計(jì)算出
則可得到
所以，軸1的直徑取25mm滿足條件，再由軸1上齒輪寬度和選取深溝軸承的寬度，則軸1的長(zhǎng)度為80mm。
b. 軸2的設(shè)計(jì)
（1）已知條件
前進(jìn)軸的轉(zhuǎn)速 ，所傳遞的功率為，倒退時(shí)的轉(zhuǎn)速，可傳遞功率P=1.354kw。
（2）初步估算軸的最小直徑
選取軸的材料為45號(hào)鋼并作調(diào)制處理，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3，取A0=112，
按照前進(jìn)時(shí)計(jì)算
按照后退計(jì)算
所以，軸2的直徑取35mm滿足條件，再由軸2上齒輪的寬度和齒輪位置的分配以及深溝軸承的寬度，即可計(jì)算得到軸2的長(zhǎng)度260mm。
c. 軸3的設(shè)計(jì)
（1）已知條件
軸3只有在倒退的時(shí)候才傳遞動(dòng)力，此時(shí)的轉(zhuǎn)速為n1， 傳遞功率P=1.3kw。
（2）初步估算軸的最小直徑
選取軸的材料為45號(hào)鋼并作調(diào)制處理，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3，取A0=112，
按照后退計(jì)算
所以，則軸3的直徑為35mm,則可滿足條件。再由軸3上齒輪的寬度以及深溝軸承的寬度，可根據(jù)計(jì)算得到軸3的長(zhǎng)度75mm。
d. 軸4的設(shè)計(jì)
（1）已知條件
前進(jìn)時(shí)軸的轉(zhuǎn)速 ，傳遞的功率，倒退時(shí)的轉(zhuǎn)速 ，傳遞功率P=1.224kw
（2）初步估算軸的最小直徑
選取軸的材料為45號(hào)鋼并作調(diào)制處理，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)表15-3，取A0=112，
按照前進(jìn)時(shí)計(jì)算
按照后退計(jì)算
所以，軸4的直徑為50mm,則可滿足條件；再由軸4上齒輪的寬度和齒輪位置的分配及深溝軸承的寬度，則可根據(jù)計(jì)算得到軸4的長(zhǎng)度為300mm。
經(jīng)過(guò)校核，則可得到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表如下所示：
表3.15軸設(shè)計(jì)結(jié)論
軸號(hào)
軸最小直徑（mm）
軸長(zhǎng)（mm）
1軸
25
80
2軸
35
260
3軸
35
75
4軸
50
300
3.6.6 鍵、深溝軸承、離合器等標(biāo)準(zhǔn)件的選擇
1.鍵的選擇
齒輪傳動(dòng)總的用了7個(gè)齒輪，所以共需要七個(gè)鍵。每個(gè)齒輪對(duì)應(yīng)的鍵可分別看成鍵1、鍵2、鍵3、鍵4、鍵5、鍵6、鍵7，在這里選用A型導(dǎo)向平鍵較為合適，由課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)查表4-1可得到相關(guān)的數(shù)據(jù)如下表所示：
表3.16鍵的選用
序號(hào)
b×h (mm)
L(mm)
4
12×8
90
1
8×7
45
5
12×8
45
2
12×8
40
6
12×8
45
3
12×8
45
7
14×9
90
2.軸承的選擇
在設(shè)計(jì)中，微型耕作機(jī)的齒輪傳動(dòng)方式可選用深溝球軸承，再由軸的直徑查閱課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書表6-1可知相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：
表3.17軸承的選擇
軸
軸承型號(hào)
基本尺寸d(mm)
D(mm)
B(mm)
1
6005
25
47
12
2
6007
35
62
14
3
6007
35
62
14
4
6010
50
80
16
3.離合器的選擇
在微型耕作機(jī)中，變速箱內(nèi)動(dòng)力輸入的地方，則需要離合器。從而考慮到轉(zhuǎn)向時(shí)微型耕作機(jī)兩側(cè)的車輪速度有些差別，此時(shí)則輸出軸就要用到兩個(gè)離合器。因此，在此次設(shè)計(jì)中三個(gè)離合器都選用牙嵌式離合器。
3.7 旋耕刀具部分的選擇及設(shè)計(jì)
旋耕刀具是微型耕作機(jī)中主要的工作部件。刀片的參數(shù)和形狀對(duì)微型耕作機(jī)的功率消耗以及作業(yè)質(zhì)量有很大的影響。國(guó)外微型耕作機(jī)的發(fā)展有了較長(zhǎng)的歷史，已經(jīng)有了成熟的設(shè)計(jì)方法，耕作機(jī)得到了廣泛的應(yīng)用，標(biāo)準(zhǔn)化、通用化以及系列化程度都很高。
通過(guò)參考樣機(jī)和借鑒成功設(shè)計(jì)案例，在此次設(shè)計(jì)中微型耕作機(jī)的刀具選用彎刀。彎刀是由正切部和側(cè)切部組成的，根據(jù)正切部的彎曲方向，則可以把它分為兩種，即左彎和右彎。彎刀有著銳利的正切刃和側(cè)刀刃兩個(gè)部分，它的刃口是曲線型的，并且有著較好的滑切性能。當(dāng)用彎刀碎土?xí)r，刀刃可根據(jù)離刀軸中心的這段距離先近后遠(yuǎn)有順序的進(jìn)入到泥土，這種碎土的過(guò)程也可以將沒(méi)有切斷的雜草碾壓向未耕地的邊，使雜草的莖容易被刀切斷。即使有些雜草不能夠完全被切斷，也可以使用刃口曲線的形狀，讓雜草的莖移向刀片前面的一邊，至少可以減少旋耕刀上被纏草。彎刀比較適合在雜草多的田地里工作的一種旋耕刀，在很多的國(guó)家都得到了廣泛應(yīng)用。
圖3.4 彎刀結(jié)構(gòu)圖
圖3.5 耕刀圖
根據(jù)南方丘陵田地的特點(diǎn)選擇刀座式II型旋耕刀，主要用于水田施肥，稻茬麥茬較多的田地作業(yè)。根據(jù)微耕機(jī)外形尺寸及耕深的需要，選擇刀軸回轉(zhuǎn)半徑R為195mm的旋耕刀片。型號(hào)為IIT195。
①刀座式旋耕刀刀柄尺寸選擇如表3.18
表3.18 刀座式旋耕刀刀柄尺寸
型號(hào)
A
B
D
E
F
S
25
10±0.5
10.5
55±2
25
T
30
10±0.5
12.5
70±2
30
③刀座的尺寸見圖3.6
圖3.6 精密鑄造刀座
④刀座尺寸的選擇見表3.19
表3.19 刀座的尺寸
刀柄類型K P G D Y C H M N
S
75
57
20
11
21
42
46
26
16.5
19
T
95
67
25
13
47
51
31
18.5
21.4
⑤刀身尺寸
刀座式旋耕刀刀身尺寸見圖3.7
圖3.7 刀座式旋耕刀刀身尺寸
⑥刀和刀座的符號(hào)及名稱見表3.20
表3.20 符號(hào)及名稱
序號(hào)
符號(hào)
名稱
1
A
刀柄寬度
2
B
刀柄厚度
3
D
孔徑
4
E
回轉(zhuǎn)中心到刀柄孔中心的距離
5
F
孔中心到刀柄頂部的距離
6
R
刀輥回轉(zhuǎn)半徑
7
R0
側(cè)切刃起始半徑
8
Rn
側(cè)切刃上任意點(diǎn)的半徑
9
θmax
側(cè)切刃的包角
10
R1
側(cè)切刃終點(diǎn)半徑
11
b
工作幅寬
12
h
正切面端面刀高
13
a
正切面頂部寬度
14
r
正切面彎折半徑
15
α
側(cè)切刃終點(diǎn)半徑與彎折線之夾角
16
β
正切面彎折角
17
c1
正切面?zhèn)让鎸挾?
18
c2
刃口厚度
19
l
刃口寬度
20
S
刀身長(zhǎng)度尺寸
21
e
孔中心到刀背距離
22
g
孔中心到邊緣距離
23
L
刀柄固定孔中心距
24
K
回轉(zhuǎn)中心至刀座底部的距離
25
P
刀座長(zhǎng)度
26
G
刀座孔至刀座頂部距離
27
Y
刀座厚度
28
Z
刀座內(nèi)腔寬度
29
C
刀座寬度
30
H
刀座內(nèi)腔長(zhǎng)度
31
M
六角對(duì)邊寬度
32
N
六角對(duì)角寬度
⑧刀片技術(shù)要求與質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)符合表3.21的規(guī)定
表3.21 技術(shù)要求與質(zhì)量指標(biāo) 單位（mm)
序號(hào) 項(xiàng)目 指標(biāo) 刀座式旋耕刀
1
刀柄硬度
38HRC~45HRC
2
刀身厚度
48HRC~54HRC
3
金相組織
刀柄
回火屈氏體
刀身
回火馬氏體
4
單邊脫碳層厚度
≤0.2
5
彎刀回轉(zhuǎn)半徑偏差
R≥195
上極限為0，下極限為-4
R<195
上極限為0，下極限為-3
6
刀身長(zhǎng)度尺寸偏差
—
7
工作幅度偏差
±4
8
刀柄厚度
10±0.5
9
刀柄厚度偏差
—
10
刀柄寬度
S
25
T
30
11
刀柄固定孔對(duì)稱度
0.5
12
刀柄固定孔孔徑
S
10.5
T
12.5
13
刀柄固定孔中心距偏差
—
14
正切面彎折角偏差
±2
15
刃口寬度
12±2
16
刃口寬度偏差
—
17
刃口厚度
1.0~2.0
18
刃口線質(zhì)量
刃口線應(yīng)光滑
19
防銹措施
進(jìn)行防銹處理
20
單刀功率消耗
≤樣刀功率消耗
21
表面質(zhì)量
刀面不應(yīng)有裂紋
刀片的排列組合。采用螺旋線排列，刀輥每轉(zhuǎn)過(guò)360°/Z就有一把彎刀入土，能使扭矩較為均衡。減少扭矩波動(dòng)幅度。使刀軸左右彎刀交替入土，減少了旋耕刀對(duì)微耕機(jī)重心的轉(zhuǎn)矩，保持機(jī)架工作的直線型。同時(shí)左右彎刀交替入土，可減少刀輥軸承的側(cè)壓力，切割區(qū)幾把彎刀的切土量要求相近，盡可能增大軸向相鄰兩把彎刀間夾角，以避免堵塞。 旋耕刀片的排列組合如圖3.8
圖3.8 彎刀排列
第四章 工作部件優(yōu)化設(shè)計(jì)及安全性
4.1行走機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)
本次設(shè)計(jì)中所研究的對(duì)象是傳統(tǒng)方式的微型耕作機(jī)，行走機(jī)構(gòu)橡膠輪和旋耕刀是分開放置的，若行走時(shí)，則換上橡膠輪；若耕作時(shí)，則換上旋耕刀。因此，這樣換來(lái)?yè)Q取增加人們的工作量
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