電動(dòng)茶園修剪機(jī)的設(shè)計(jì)【三維CATIA】
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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)
機(jī)電工程系 填寫時(shí)間：2015年1月1日
課題名稱
電動(dòng)茶園修剪機(jī)的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
專業(yè)、學(xué)號(hào)
畢業(yè)設(shè)計(jì)
基本要求、重點(diǎn)需要
研究的問(wèn)題
要求：完成電動(dòng)茶園修剪機(jī)的設(shè)計(jì)，該修剪機(jī)工作原理可行、同時(shí)具有輕便、安全、易攜帶等特點(diǎn)，完成1份15000左右設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及2張A0的設(shè)計(jì)圖紙。
主要內(nèi)容：完成電動(dòng)茶園修剪機(jī)設(shè)計(jì)，包含電源的選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、主要工作部件的設(shè)計(jì)。
需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題：考慮修剪機(jī)輕便、安全等特點(diǎn)。
計(jì)劃
進(jìn)度
安排
（1）查找、了解相關(guān)資料，并完成開(kāi)題報(bào)告。3.0周
（2）查找資料并確定設(shè)計(jì)的方案及論文大綱。2.0周
（3）完成總體設(shè)計(jì)及零部件的設(shè)計(jì)及零配件選型及圖紙的繪制。6 周
（4）整理平時(shí)收集的資料并完善設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。3.0周
（5）答辯及其準(zhǔn)備。1.0周
應(yīng)收集
的資料
及主要
參考文獻(xiàn)
茶園修剪的農(nóng)業(yè)要求
蓄電池、電機(jī)的選用
常見(jiàn)機(jī)械機(jī)構(gòu)的選擇
機(jī)械傳動(dòng)相關(guān)資料
機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
指導(dǎo)教師（簽名）： 職稱：副教授
系（教研室）主任（簽名）：
分管院長(zhǎng)（簽章）：
本科畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告
設(shè)計(jì)題目： 電動(dòng)茶園修剪機(jī)的設(shè)計(jì)
專業(yè)年級(jí)： 11級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： 116712147
姓 名：
指導(dǎo)教師、職稱：
2015年 1 月 23 日
一、本設(shè)計(jì)課題的目的意義，主要及擬解決的關(guān)鍵性問(wèn)題（附參考文獻(xiàn)）
茶起源于中國(guó)，栽培歷史已有三千多年， 是人類三大飲品之一，消費(fèi)量超過(guò)咖啡和可可。飲茶有益于人的身體健康，其主要作用是：興奮解倦，利尿明目，解毒止渴，消食去膩，益思少睡，增加營(yíng)養(yǎng)，抵抗衰老，降壓減肥，強(qiáng)化血管，抑癌。宋代大詩(shī)人蘇東坡深有體會(huì)“人不可一日無(wú)茶”，著名營(yíng)養(yǎng)學(xué)家于若木稱“茶是大自然給予人類的最好的飲料”，日本人則稱茶為“原子時(shí)代的飲料”。
茶樹(shù)修剪機(jī)是茶園管理專用作業(yè)機(jī)械，用于茶樹(shù)的輕修剪、定型修剪、深修剪、重修剪等作業(yè)場(chǎng)合。以往，茶樹(shù)修剪多是用修枝剪刀進(jìn)行手工修剪，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，作業(yè)質(zhì)量較差。對(duì)于機(jī)械化茶園來(lái)說(shuō)，要保證樹(shù)冠整齊，形成理想的茶樹(shù)采摘面，實(shí)現(xiàn)機(jī)械化采茶，就必須采用機(jī)械化修剪作業(yè)。
由于我國(guó)茶葉歷史悠久，種植地域廣泛，迫切需要機(jī)械修剪器具來(lái)代替手工修剪，機(jī)械修剪是解決勞動(dòng)力不足和降低生產(chǎn)成本的根本途徑。電動(dòng)茶園修剪機(jī)的設(shè)計(jì)即針對(duì)茶樹(shù)修剪面臨的問(wèn)題及現(xiàn)有修建設(shè)備的不足等研究出的一種新型的修建機(jī)械設(shè)備，并對(duì)整機(jī)各結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行協(xié)調(diào)，對(duì)修剪機(jī)所用的刀片材料、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，研制配套的傳動(dòng)系統(tǒng)，相應(yīng)的帶輪，電源的選擇及其他部件的設(shè)計(jì)，并進(jìn)行計(jì)算和裝配圖的繪制。
擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：考慮修剪機(jī)輕便、安全等特點(diǎn)。
參考文獻(xiàn)：
[1]西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室.機(jī)械設(shè)計(jì)第八版.高等教育出版社.2002：395-773.
[2]吳宗澤，羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2006.
[3]南京林產(chǎn)工業(yè)學(xué)院.木材切削原理與刀具[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社.1993：177-181.
二、本設(shè)計(jì)課題的主要設(shè)計(jì)、預(yù)期設(shè)計(jì)結(jié)果
主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：完成電動(dòng)茶園修剪機(jī)設(shè)計(jì)，包含電源的選擇、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、主要工作部件的設(shè)計(jì)。
預(yù)期設(shè)計(jì)結(jié)果：代替手工修剪，使茶樹(shù)修剪簡(jiǎn)潔方便，提高工作效率。
三、設(shè)計(jì)方法和步驟
1、查閱并收集資料，確定電動(dòng)茶園修剪機(jī)設(shè)計(jì)的總體方案；
2、確定電動(dòng)機(jī)及電源系統(tǒng)的選擇；
3、確定傳動(dòng)系統(tǒng)及其他主要部件的設(shè)計(jì)；
4、利用CAD繪制出總裝配圖以及零部件圖；
5、編寫設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
四、設(shè)計(jì)工作的總體安排及進(jìn)度
2015年1月23日：查找、了解相關(guān)資料，并完成開(kāi)題報(bào)告；
2015年3月20日：確定本設(shè)計(jì)的總體方案及論文大綱；
2015年4月25日：完成總體設(shè)計(jì)及零部件的設(shè)計(jì)或選型及圖紙的繪制；
2015年5月1日：整理平時(shí)收集的資料并完善設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；
2015年5月16日：提交畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)及相關(guān)圖紙，準(zhǔn)備論文答辯。
五、指導(dǎo)教師審查意見(jiàn)：
簽字：
年 月 日
六、系(教研室)審查意見(jiàn)：
簽字：
年 月 日
七、學(xué)院審查意見(jiàn)：
分管院長(zhǎng)簽章：
年 月 日
說(shuō)明書(shū)
設(shè)計(jì)題目： 電動(dòng)茶園修剪機(jī)的設(shè)計(jì)
專業(yè)年級(jí)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化2011級(jí)
學(xué) 號(hào)： 116712147
姓 名：
指導(dǎo)教師、職稱：
2015 年 5 月 27 日
目錄
摘要 I
Abstract II
1緒論 - 1 -
1.1 茶園修剪機(jī)的發(fā)展 - 1 -
1.1.1國(guó)內(nèi)外電展概況 - 1 -
2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案 - 3 -
2.1總體結(jié)構(gòu) - 4 -
2.1.1主要技術(shù)參數(shù) - 5 -
3動(dòng)力選取 - 6 -
4.傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì) - 7 -
4.1齒輪設(shè)計(jì) - 7 -
4.1.1試求小齒輪分度圓直徑 - 7 -
4.1.2計(jì)算載荷系數(shù) - 7 -
4.1.3按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 - 7 -
4.1.4按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) - 8 -
4.2軸的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核計(jì)算 - 9 -
4.2.1求作用在齒輪上的力 - 10 -
4.2.2按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件效核 - 11 -
4.2.3選擇軸承 - 12 -
4.2.4初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷 - 12 -
4.2.5求基本額定動(dòng)載荷 - 12 -
4.2.6滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算 - 12 -
5 背架的設(shè)計(jì)及其他部件的選擇 - 14 -
6 結(jié)論 - 15 -
參考文獻(xiàn) - 16 -
致 謝 - 17 -
摘要
茶園修剪機(jī)是一種小型茶園修剪器械。每年，茶園必須進(jìn)行修剪，這對(duì)維 護(hù)茶園旺盛的生長(zhǎng)，加強(qiáng)樹(shù)冠新梢的密度，有著良好的作用，并能達(dá)到培育有要求的樹(shù)冠面。因此，修剪是茶園生長(zhǎng)的主要技術(shù)措施之一。現(xiàn)有茶園修剪機(jī)存在著手持部分重量過(guò)重，勞動(dòng)強(qiáng)度大的缺點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)了一種便攜式雙刃面往復(fù)式茶園修剪機(jī)，采用電機(jī)為動(dòng)力，通過(guò)減速裝置傳遞到工作部分，與執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
減速器采用直齒圓柱齒輪，減速器將動(dòng)力傳到曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，由曲柄 滑塊機(jī)構(gòu)帶動(dòng)切割刀片做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，切割刀片根據(jù)實(shí)地調(diào)研設(shè)計(jì)成與現(xiàn)種植茶園植物的寬幅相應(yīng)的寬度，采用單動(dòng)、雙面刃刀片。本文所設(shè)計(jì)的往復(fù)式茶園修剪機(jī)能在很大程度上降低勞動(dòng)者的作業(yè)難度。本文所設(shè)計(jì)的手提往復(fù)式茶園修剪機(jī)具有以下特點(diǎn)：
1、機(jī)體自帶電機(jī),外接電源，適應(yīng)性強(qiáng)，操作安全。
2、減輕了工人操作時(shí)勞動(dòng)的強(qiáng)度。
3、作業(yè)質(zhì)量較好，性能穩(wěn)定。
4、一機(jī)多用，既可用作茶園修剪整形，又可作為茶樹(shù)修剪。
5、適應(yīng)范圍廣
關(guān)鍵詞：茶園修剪機(jī)；電動(dòng)；方便；環(huán)保
Abstract
Hedge trimmer is a small garden pruning machinery each year, the hedge must be trimmred, which maintains. Hedge exuberant growth, enhance the density of the canopy shoots, have a good effect, and can meet the requirements of the canopy surface nurturing. Therefore, Hedge trimmer is the growth of the main technical measures. There is an existing hedge trimmers hand some of the weight is too heavy, labor-intensive shortcomings. This paper presents a double-hedgde surface portable reciprocating hedge trimmers, power section using portable structure, using a small internal combusion engine, the power transmitted through the shaft to the working parts are connected with reducer.
Using spur gear reducer, reducer will power to the slider-crank mechanism, slider-crank mechanism driven by a reciprocating cutting blade, cutting blade is desgned based on field research with the existing hedgerow planting width corresponding to the width of the plant, single action, double-hedged blade. This article is designed reciprocating hedge trimmer function largely reduce works’neat crown job. This design of this portable reciprocating hedge trimmers have the following characteristics.
1:The body comes generators, power without an external power supply, adaptable, safe operation.
2:Reducing the labor intensity of workers when operating.
3:The job quality is better and stable performance.
4:A multi-purpose machine, both as a hedge trimmer shaping, but also as a lawn edges.
5:Wide.
Keywords: Hedge; Trimmers; Reciprocating; Reduce
- 16 -
1緒論
1.1 茶園修剪機(jī)的發(fā)展
1.1.1國(guó)內(nèi)外電展概況
茶園修剪機(jī)的知名品牌主要有 STIHL、HUSQVARNA和HOMELITE 等。美國(guó)RYOBI公司生產(chǎn)的HT系列茶園修剪機(jī)有3個(gè)型號(hào),即HT816R、 HT818R和HT822R,都使用工頻交流電動(dòng)機(jī),HT822R的功率為348 W,重量2.7 kg,修剪枝條最大直徑9.5mm。HUSQVARNA生產(chǎn)的600HEL型茶園修剪機(jī),功率600W,重量3.3 kg,修剪枝條直徑為1.4 cm,割幅55cm。德國(guó)STIHL生產(chǎn)的鋸鏈導(dǎo)板式高枝剪,功率0.9 kW,重量6.7 kg,裝在伸縮桿上可用于修剪高 或?qū)挼牟鑸@。日本小松公司生產(chǎn)的E7B70和HT750型，具有體積小、質(zhì)量輕、噪音小和工作效率高等特點(diǎn)。
我國(guó)對(duì)于茶園修剪機(jī)的研制起步比較早，有如下幾種類型，比如北京園林機(jī)械廠研制的以中頻電機(jī)動(dòng)力的雙動(dòng)往復(fù)刀片式，上海園林工具廠研究的電動(dòng)旋刀式。我國(guó)生產(chǎn)的LJ3型便攜式茶園修剪機(jī)由二沖程小汽油機(jī)驅(qū)動(dòng),功率0.75kW,切割裝置為雙刀片往復(fù)式,每分鐘往復(fù)1000次,修剪枝條直徑15mm,割幅500mm,重量8kg。目前在我國(guó)采用的是各種茶園修剪機(jī)，主要有手持式、背負(fù)式和機(jī)載自行式等幾種，由于修剪茶園和茶樹(shù)造型的作業(yè)地點(diǎn)變化較大，多采用以內(nèi)燃機(jī)為動(dòng)力的設(shè)備，也有一些小型的修剪設(shè)備以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，
1.1.2 對(duì)茶園修剪機(jī)識(shí)
茶園修剪機(jī)又稱茶園機(jī)，是指以汽油機(jī)或電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力用作茶園的修剪、整形等專用的機(jī)械，主要用于茶園修剪。茶園修剪機(jī)按其動(dòng)力可分為手持式汽油修剪機(jī)和手持式電動(dòng)修剪機(jī)；按刀刃數(shù)量又分為單刃茶園修剪機(jī)和雙刃茶園修剪機(jī)。目前以小型汽油機(jī)為動(dòng)力的茶園剪機(jī)是主流產(chǎn)品。
茶園修剪是人為地抑制頂端主枝生長(zhǎng)優(yōu)勢(shì)的措施，可刺激著生部位較 低的芽萌電新技，增強(qiáng)樹(shù)勢(shì)，培養(yǎng)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)樹(shù)冠。茶園修剪方法主要有幼齡茶園的定形修剪、成齡茶園的輕修剪與深修剪，衰老茶園的重修剪等。我國(guó)以往的茶園修剪多是采用人工修枝剪進(jìn)行的，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，作業(yè)質(zhì)量較差。從70年代中期開(kāi)始研制茶園修剪機(jī)，目前已有單人、雙人和重修剪機(jī)等機(jī)種。
本文是根據(jù)單人修剪機(jī)修改進(jìn)行設(shè)計(jì)電動(dòng)式的單人茶樹(shù)修剪機(jī)，而單人修剪機(jī)是由 一人手提操作，主要用于茶園的輕修剪和深修剪，同時(shí),也可用作機(jī)械化茶園的修邊，使 茶園行間留出20厘米的間距，以利機(jī)器的通過(guò)和操作。單人修剪機(jī)有機(jī)動(dòng)和電動(dòng)兩種類型。70 年代中期，中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所等單位研制的中頻電動(dòng)手提式茶園修剪機(jī)，就是以汽油機(jī)帶動(dòng)的中頻電電機(jī)組為電源，中頻微型電機(jī)作動(dòng)力的電動(dòng)機(jī)型，使用雙動(dòng)往復(fù)刀片，切割幅寬300毫米。但是，使用較多的還是以汽油機(jī)為動(dòng)力的機(jī)動(dòng)型，采用平行往復(fù)刀片，切割幅寬750毫米，中國(guó)農(nóng)科院茶葉研究所和安徽省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所近年來(lái)研制的單人修剪機(jī)都屬這種類型。這種修剪機(jī)由動(dòng)力、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、減速機(jī)構(gòu)等組成。 動(dòng)力為0.75kw小汽油機(jī)．切割器使用往復(fù)式刀片，動(dòng)，往復(fù)頻率為1000次/分。整機(jī)重量5公斤，工作時(shí)由一人手提操作，產(chǎn)生的動(dòng)力，通過(guò)離合器、減速器和偏心凸輪帶動(dòng)刀片作往復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)茶樹(shù)的切割，每小時(shí)可修剪茶地0.3畝左右。由于使用的汽油機(jī)應(yīng)用了膜片式汽化器，并且吸油裝置采用軟管形式，使進(jìn)油口在任何時(shí)候均可處于油箱內(nèi)最低處，因此，可保證電動(dòng)機(jī)能正常工作。由于刀片鋒利，轉(zhuǎn)速高，所以直徑在10毫米以下的枝條，可一刀利落地切斷。修剪后的蓬面整齊，能修剪出所要求的形狀，修剪質(zhì)量大大超過(guò)人工。在我國(guó)廣大茶園，尤其在山區(qū)中特別適用。
圖1-1 單人手提式茶園修剪機(jī)
2系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案
根據(jù)圖1-1修改設(shè)計(jì)的電動(dòng)茶園修剪機(jī)首先要通過(guò)一個(gè)動(dòng)力源將動(dòng)力傳遞出去。為了讓往復(fù)式剪刀片達(dá)到所需要的速度，傳遞出去的動(dòng)力應(yīng)通過(guò)減速機(jī)構(gòu)傳遞給轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)再傳遞到執(zhí)行構(gòu)件。
圖2-1電動(dòng)茶園修剪機(jī)的結(jié)構(gòu)組成
本文可用的方案可分為蓄電池置于機(jī)架桿上和置于背架上兩種，因此該機(jī)器有以下幾種可能的方案可供選擇：
a電瓶和電機(jī)組合，且電瓶和電機(jī)都置于機(jī)架上的方案,；由于電瓶的能量密度不高不適于較長(zhǎng)時(shí)間的工作，且電瓶和電機(jī)的尺寸空間和重量受到限制因此影響切削的進(jìn)行。
b將電機(jī)置于機(jī)架上，考慮到使用時(shí)的方便性，把電瓶放在背部背著。這樣不僅整體的空間更大，也使整機(jī)更加輕巧，所以此方案為更好。
圖2-2a方案a的設(shè)計(jì) 圖2-2b方案b的設(shè)計(jì)
執(zhí)行機(jī)構(gòu)的方案：
執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要是刀片，刀片有圓盤鋸和往復(fù)式刀片，本文采用的是單動(dòng)雙刃往復(fù)式刀片。
圖2-3 往復(fù)式刀片
最終的方案：
確定總方案為電機(jī)置于機(jī)架上，電瓶放在背部背著，刀片為單動(dòng)雙刃往復(fù)式刀片。
2.1總體結(jié)構(gòu)
總體結(jié)構(gòu)由以下幾個(gè)方面組成（結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-4所示）：
（1）動(dòng)力源： 電動(dòng)機(jī)；
（2）減速機(jī)構(gòu)：齒輪減速器；
（3）執(zhí)行機(jī)構(gòu)：往復(fù)式刀片機(jī)構(gòu)；
（4）傳動(dòng)機(jī)構(gòu)：主要是轉(zhuǎn)動(dòng)軸；
圖2-4 總體布置圖
圖2-4 總體布置圖
2.1.1主要技術(shù)參數(shù)
剪切力F=100N；
切割幅寬750mm（茶樹(shù)寬大約1000mm）；
剪切最大直徑10mm；
刀片切割頻率1000次/min；
整機(jī)重8kg（根據(jù)所選材料并稱量所得，機(jī)器5kg，電瓶3kg）
效率：0.3畝/小時(shí)；
3動(dòng)力選取
修剪過(guò)程中的功率：
本文采用無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，刀片為單動(dòng)雙刃往復(fù)式刀片。
由上文提到汽油機(jī)式的修剪機(jī)功率為0.75KW，由此查找相匹配的無(wú)刷式直流電動(dòng)機(jī)功率為0.8KW，電機(jī)轉(zhuǎn)速為4000r/min,由上文結(jié)構(gòu)圖2-1可以了解總體機(jī)構(gòu)為3級(jí)傳動(dòng)，則有η=η1η2η3，根據(jù)主要技術(shù)參數(shù)可知刀片切割頻率為1000次/min因此傳動(dòng)比取4為合適。
計(jì)算傳動(dòng)裝置傳動(dòng)比計(jì)算為：
i=nm/nw=4000/1000=4
n2=n1/i=4000/4=1000r/min
n3=n2=1000r/min
電機(jī)的選擇所選電機(jī)型號(hào)：10DK230-12
圖3-2 電機(jī)構(gòu)造圖
4.傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)
4.1齒輪設(shè)計(jì)
該機(jī)一天工作8小時(shí)，工作年限為10年，鋸切工作較平穩(wěn)，轉(zhuǎn)向不變。齒輪傳動(dòng)有直齒和圓錐齒。電動(dòng)茶園修剪機(jī)為往復(fù)式剪刀切，沖擊較小，工作速度不是很高，故可選用7級(jí)精度。根據(jù)[1]選擇直齒圓柱齒輪為45號(hào)鋼。硬度為240HBS，而齒輪的材料為20Cr，并經(jīng)調(diào)質(zhì)及表面淬火，齒面硬度為56-60HRC，精度等級(jí)為7級(jí)。按硬度下限值，由[1]中圖10-21（d）中的MQ級(jí)質(zhì)量指標(biāo)查的Бlim1=Бlim2=600MPa；由[2]圖10-20（d）中的MQ級(jí)質(zhì)量指標(biāo)查得
БEF1=БEF2=420Mpa, БFlim1=БFlim2=200MPa
選小齒輪齒數(shù)Z1=14，大齒輪齒數(shù)Z2=4×14=56
4.1.1試求小齒輪分度圓直徑
由[1]中設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10－9a） 進(jìn)行試算。既;
d1t≥2.323(KtT1/?d·u+1/u·ZHZE/[H])? (4-1)
4.1.2計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)V=4.68m/s，7級(jí)精度，由[1]圖10-8查得動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1.14
直齒輪KHa=KFa=1.2,由[1]表10-2查得使用系數(shù)Ka=2
由[1]表10-4查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)于支承非對(duì)稱布置時(shí)，KHb=1.423
由b/h=11.17/2.79=4.00，KHb =1.423查[1]圖10-13得KFb=1.38
故 : K=Ka×Kv×KHa×KHb=2×1.14×1.2×1.423=3.89
4.1.3按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑
由式[1]（10-10a）得
m=d1/z1=26.46/18=1.47 (4-6)
4.1.4按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式[1]（10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
m≥(2KT1/Φd·(YFaYsa/[БF]))1/3 (4-7)
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
1）由[1]圖10-2c查得БFE1=420MPa；БFE2=420MPa；
2）由[1]圖10-18查得系數(shù)KFN1=0.87；KFN2=0.90；
取安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得
[δF]1= KFN1δFE1/S=(0.87×420)/1.4=261
[δF]2= KFN2δFE2/S=(0.90×420)/1.4=270
載荷系數(shù) K=3.77
3）查齒形系數(shù) YFa1= 2.91；YFa2=2.236；
4）查應(yīng)力校正系數(shù)
由[1]表10-5查得
Ysa2=2.45
Ysa1=1.53；
5）計(jì)算大、小齒輪的[БF]并加以比較
YFa1Ysa1/[δF]1=(2.91×1.53)/261=0.01956
YFa2Ysa2/[δF]2=(2.236×1.754)/270=0.01453
小齒輪的數(shù)值大
設(shè)計(jì)計(jì)算
m≥(2KT1/Φd·(YFaYsa/[БF]))1/3 (4-8)
=1.289
綜合分析考慮，取 m=1.5 d1=21mm
算出小齒輪齒數(shù)
Z1=d1/m=21/1.5=14
大齒輪的齒數(shù)
Z2=uZ1=4×14=56
這樣設(shè)計(jì)出來(lái)的齒輪傳動(dòng)，即滿足了接觸疲勞強(qiáng)度，又滿足了齒根疲勞強(qiáng)度。
幾何尺寸計(jì)算
計(jì)算分度圓直徑
d1=z1m=14×1.5=21
d2=z2m=56×1.5=84
a=(d1+d2)/2=52.5
計(jì)算齒輪寬度
b=Φdd1=0.5×21=10.5
B1=6 B2=8
驗(yàn)算
Ft=2T1/d1=2×3300/27=102.22N
KaFt/b=2×102.22/13.5=15.14N/mm<100N/mm
假設(shè)成立，計(jì)算有效。
4.2軸的設(shè)計(jì)與強(qiáng)度校核計(jì)算
4.2.1求作用在齒輪上的力
因已知大小齒輪的分度圓直徑分別為
d1=z1m=14×1.5=21
d1=z1m=56×1.5=84
所以大小齒輪上的垂直切向力分別為：
Ft1=2T1/d1=354
Ft2=2T2/d2=81
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。根據(jù)[1]表26.3-2，取A01=130，A02=115，于是得
d1min=A01(P1/n1) 1/3 =9.210mm (4-9)
d2min=A02(P2/n2) 1/3 =7.985mm (4-10)
軸的最小直徑顯然是在安裝齒輪的地方。而這兩端還開(kāi)出兩個(gè)鍵槽，因此軸的直徑在以上基礎(chǔ)上還應(yīng)當(dāng)增加15%，再將軸圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑。加上增量的軸直徑為：d=9.645mm。
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
已知齒輪軸的最小直徑為：9.645mm，將值圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，取10mm,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取裝軸承處的直徑為12mm。具體尺寸如圖所示：
圖10 軸結(jié)構(gòu)圖
4.2.2按扭轉(zhuǎn)條件校核
τT=T/WT≈95000/.2d3≤[τT] (4-11)
式中：τT——扭矩切應(yīng)力，單位為MPa
T——軸所受的扭矩，單位MPa
WT——軸的抗扭截面系數(shù)，單位mm3
n——軸的轉(zhuǎn)速，單位r/min
P——軸傳遞的功率，單位為KW；
d——計(jì)算截面處軸的直徑，單位為mm
[τT]——許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為MPa
注：[τT]式中值是考慮了彎矩影響而降低了許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力。
在下列情況時(shí)，[τT]取較大值,A0取較小值：彎矩較小或只受扭矩作用、載荷平穩(wěn)、無(wú)軸想載荷或只喲較小的軸向載荷、減速器的低速軸、軸只作單向旋轉(zhuǎn)、；反之，[τT]取較小值，[τT]取較大值。
作彎矩圖
分別按水平和垂直方向計(jì)算各力產(chǎn)生的彎矩.
水平方向
Mh=990×16=14.4N.m
垂直方向
Mv=146×20=3.0N.m
最大扭矩為 τT=8.05N.m
圖11 彎矩及扭矩圖
4.2.3選擇軸承
由[2]表28.2-6選取6302型深溝球軸承。（d=15mm，D=42mm寬度13mm）
4.2.4初步計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷
根據(jù)式P=fp·Fr，按[1]表13-6，fp=1.0-1.4，取fp=11.4
故P=fp·Fr＝1.2×285＝342N (4-14)
4.2.5求基本額定動(dòng)載荷
根據(jù)[1]式（13-6），求軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷值
C=Pz(60nLn1/106)1/2 =85.45KN (4-15)
4.2.6滾動(dòng)軸承的驗(yàn)算
此軸承的基本額定靜載荷C0=5.08kN。驗(yàn)算如下：
1）求當(dāng)量動(dòng)載荷 p=1.2×285=342N
2）驗(yàn)算6302軸承的壽命，根據(jù)式
Lh=(106/60n)(c/p)z=12.65×106h>24000h (4-16)
由此可見(jiàn)，軸承的壽命高于預(yù)期計(jì)算壽命，符合要求。
5 背架的設(shè)計(jì)及其他部件的選擇
1）根據(jù)減速器和電動(dòng)機(jī)得尺寸來(lái)初步確定背架的外型
2) 保護(hù)罩
3) 齒輪罩
4) 背帶
5) 控制架
6）蓄電池的選擇
圖5 配電接線
6 結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們專業(yè)課程綜合應(yīng)用實(shí)踐訓(xùn)練，是從事職業(yè)工作前一個(gè)必不少的過(guò)程。我今天認(rèn)真的進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)腳踏實(shí)地邁開(kāi)這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會(huì)大潮中奔跑打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
說(shuō)實(shí)話，畢業(yè)設(shè)計(jì)真的有點(diǎn)累。然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計(jì)成果，慢慢回味這幾個(gè)月的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消。雖然這是我剛學(xué)會(huì)走完的第一步，也是人生的一點(diǎn)小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多，另我有了一中“春眠不知曉”的感悟。 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我深深體會(huì)到，干任何事都必須耐心，細(xì)致。畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中，許多計(jì)算有時(shí)不免令我感到有些心煩意亂：有幾次次因?yàn)椴恍⌒奈矣?jì)算出錯(cuò)，只能毫不留情地重來(lái)．但一想起全臘珍教授平時(shí)對(duì)我們耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會(huì)責(zé)任，想到世界上因?yàn)槟承┘?xì)小失誤而出現(xiàn)的令世人無(wú)比震驚的事故，我不禁時(shí)刻提示自己，一定呀養(yǎng)成一種高度負(fù)責(zé)，認(rèn)真對(duì)待的良好習(xí)慣。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練， 短短幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識(shí)是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識(shí)能力是如此的不足，幾年來(lái)的學(xué)習(xí)了那么多的課程，今天才知道自己并不會(huì)用。想到這里，我真的心急了，老師卻對(duì)我說(shuō)，這說(shuō)明畢業(yè)設(shè)計(jì)確實(shí)使你有收獲了。老師的親切鼓勵(lì)了我的信心，使我更加自信。
最后，我要感謝我的指導(dǎo)老師教授，是您嚴(yán)厲批評(píng)喚醒了我，是您的敬業(yè)精神感動(dòng)了我，是您的教誨啟發(fā)了我，是您的期望鼓勵(lì)了我，我感謝老師您今天又為我增添了一幅堅(jiān)硬的翅膀。今天我為你們而驕傲，明天你們?yōu)槲叶院馈?
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致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)是對(duì)我們知識(shí)運(yùn)用能力的一次全面的考核，也是對(duì)我們進(jìn)行科學(xué)研究基本功的訓(xùn)練，培養(yǎng)我們綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)獨(dú)立地分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為以后撰寫專業(yè)學(xué)術(shù)論文和工作打下良好的基礎(chǔ)。
本次設(shè)計(jì)能夠順利完成，首先我要感謝我的母校，是她為我們提供了學(xué)習(xí)知識(shí)的土壤，使我們?cè)谶@里茁壯成長(zhǎng)；其次我要感謝工學(xué)院的老師們，他們不僅教會(huì)我們專業(yè)方面的知識(shí)，而且教會(huì)我們做人做事的道理。最后感謝校方為我們提供一個(gè)良好的環(huán)境，使本次設(shè)計(jì)圓滿完成。
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