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目 錄
1前言…………………………………………………………………………………1
2 方案的擬定…………………………………………………………………………4
1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)要求……………………………………………………………………5
1.2 方案的選擇………………………………………………………………………5
1.2.1方案1……………………………………………………………………………6
1.2.2方案2………………………………………………………………………… 7
1.2.3方案3………………………………………………………………………… 7
1.3 方案對(duì)比分析……………………………………………………………………7
3運(yùn)動(dòng)計(jì)算……………………………………………………………………………8
4 動(dòng)力計(jì)算………………………………………………………………………… 9
4.1 各傳動(dòng)副效率………………………………………………………………… 10
4.2 動(dòng)力分配……………………………………………………………………… 10
4.2.1拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的額定輸出功率…………………………………………10
4.2.2第一軸及小錐齒輪Z動(dòng)率，轉(zhuǎn)速和扭矩…………………………………… 11
4.2.3大錐齒輪Z2的功率軌跡的扭矩為：………………………………………… 11
4.2.4第二軸功率軌跡和扭矩為：………………………………………………… 11
4.2.5第二軸Z3齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩為：………………………………………11
4.2.6第Ⅲ軸Z4齒輪功率……………………………………………………………11
4.2.7第Ⅲ軸（隨輪軸）不傳遞扭矩，故不校核：…………………………………11
4.2.8第Ⅳ軸Z5齒輪功率……………………………………………………………11
4.2.9第Ⅳ軸（隨輪軸）的傳遞扭矩，故不校核………………………………… 11
4.2.10刀軸Z6齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩………………………………………………11
4.2.11刀軸功率，轉(zhuǎn)速和扭矩………………………………………………………11
5主要零件的強(qiáng)度校核工………………………………………………………… 12
5.1 圓柱齒輪的計(jì)算……………………………………………………………… 12
5.1.1齒輪的材料、精度和齒數(shù)選擇………………………………………………12
5.1.2設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………………………………13
5.1.3第一對(duì)直齒圓柱齒輪主要尺寸的計(jì)算………………………………………13
5.1.4第二對(duì)直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)的計(jì)算……………………………………14
5.2 軸的選擇……………………………………………………………………… 17
5.3 軸承的選擇…………………………………………………………………… 17
6尺寸鏈計(jì)算……………………………………………………………………… 17
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………… 18
致謝…………………………………………………………………………………19
結(jié)論…………………………………………………………………………………20
附圖清單……………………………………………………………………………21
前言
旋耕滅茬機(jī)主要來源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。
我國(guó)與大中型拖拉機(jī)配套的旋耕滅茬機(jī)保有量有15萬臺(tái)，與手扶拖拉機(jī)與小四輪拖拉機(jī)配套的旋耕機(jī)約有200萬臺(tái)，旋耕機(jī)在南方水稻生產(chǎn)機(jī)械化應(yīng)用中已占80％的比例，北方的水稻生產(chǎn)、蔬菜種植和旱地滅茬整地也廣泛采用了旋耕機(jī)械。近年來，我國(guó)北方進(jìn)行種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力推行旱改水，水稻種植面積迅速增加，擴(kuò)大了對(duì)旋耕機(jī)械的市場(chǎng)需求。
旋耕滅茬機(jī)的發(fā)展至今已有150多年的歷史，最初在英、美國(guó)家由3-4kW內(nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)，主要用于庭園耕作，直到L型旋耕刀研制成功后，旋耕機(jī)才進(jìn)入大田作業(yè)。20世紀(jì)初，日本從歐洲引進(jìn)旱田旋耕機(jī)后，經(jīng)過大量的試驗(yàn)研究工作，研制出適用于水田耕作要求的彎刀，解決了刀齒和刀軸的纏草問題，旋耕機(jī)得到了迅速發(fā)展。
孟加拉國(guó)2000年水稻收獲面積為1070萬hm2。農(nóng)業(yè)機(jī)械發(fā)展才剛剛起步，目前只有部分灌溉和耕種設(shè)備實(shí)現(xiàn)了機(jī)械作業(yè)。考慮其種植方式和耕地大小，對(duì)各種型號(hào)的旋耕機(jī)需求非常大。其進(jìn)行了自發(fā)研究但在很大層度上不能滿足國(guó)內(nèi)的需求。
1G-160型多用旋耕滅茬機(jī)可與33～40.4kw(45～50馬力)級(jí)各型號(hào)拖拉機(jī)配套。在一臺(tái)主機(jī)上只需拆裝少量零部件，就能進(jìn)行旋耕、滅茬、條播、化肥深施等多種農(nóng)田作業(yè)。
該機(jī)具主要適用于埋青、秸桿還田式在大中型聯(lián)合收割機(jī)作業(yè)后的稻麥高留茬的田塊上進(jìn)行反轉(zhuǎn)滅茬、正轉(zhuǎn)旋耕、三麥條播、與半精量播種、化肥深施等多種農(nóng)田作業(yè)。
我在本設(shè)計(jì)中研究旋耕機(jī)的主要內(nèi)容：
(1) 參與總體方案設(shè)計(jì)，繪制滅茬機(jī)工作總圖,設(shè)計(jì)左右支臂、第二動(dòng)力軸及有關(guān)軸承座等。
(2) 拖拉機(jī)佩帶旋耕機(jī)滅茬機(jī)作業(yè),使用1~3檔前進(jìn)速度,其中:旋耕機(jī),滅茬時(shí)使用1~2檔,時(shí)使用3檔;
(3) 刀棍轉(zhuǎn)速:正轉(zhuǎn) :200r/min左右(旋耕) 400~500r/min(破垡)
反轉(zhuǎn) :200r/min左右(埋青 滅茬)
(4) 最大設(shè)計(jì)耕深14cm;
根據(jù)同類旋耕機(jī)類比,設(shè)計(jì)寬幅為1.6～1.7m.
本課題擬解決的問題
通過改進(jìn)設(shè)計(jì)，增加刀輥軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。在工作時(shí)，通過適當(dāng)?shù)牟鹦逗透难b，就可實(shí)現(xiàn)不同功能的作業(yè)，以達(dá)到一機(jī)多能的目的。當(dāng)需要旋耕時(shí)，采用200r/min左右的正旋作業(yè)；當(dāng)需要破垡和水田耕整時(shí)，采用500r/min左右的正旋作業(yè)；當(dāng)需要埋青和滅茬時(shí)，采用200r/min左右的反旋作業(yè)；本課題的實(shí)現(xiàn)解決了現(xiàn)有旋耕機(jī)只能旋耕不能滅茬而滅茬機(jī)又只能滅茬不能旋耕的問題。
預(yù)期成果：
因具備多功能等特點(diǎn)，投入生產(chǎn)后能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
1、方案的擬定
旋耕滅薦機(jī)狀態(tài)動(dòng)力為36.75KW(約50馬力)
動(dòng)力由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出，軸經(jīng)一對(duì)圓錐齒輪和側(cè)邊圓柱齒輪帶動(dòng)。
設(shè)計(jì)的旋耕滅薦方案滿足如下性能、性質(zhì)要求：
1.1、設(shè)計(jì)參數(shù)要求：
①刀軸轉(zhuǎn)速：正轉(zhuǎn)：200r/min左右（旋耕） 500r/min左右（破垡）
反轉(zhuǎn)：200 r/min左右（埋青 滅茬）
②設(shè)計(jì)耕深 14cm（最大設(shè)計(jì)耕深）
③工作幅寬 1.6m
④技術(shù)：
（1）旋耕滅茬機(jī)與拖拉機(jī)采用三點(diǎn)懸掛聯(lián)接，作業(yè)時(shí)萬向傳動(dòng)軸偏置角度不得大于15°，田間過埂刀端離地高度150~250mm，此時(shí)萬向傳動(dòng)軸角度不得大于30°。切斷動(dòng)力后，旋耕滅茬機(jī)最大提升高度達(dá)刀端離地250mm以上。
（2）、要求旋耕、滅茬作業(yè)能覆蓋拖拉機(jī)輪轍，當(dāng)幅寬小于拖拉機(jī)輪距外緣時(shí)，可采用偏配置。
（3）、要求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，保證各項(xiàng)性能指標(biāo)。
（4）、設(shè)計(jì)時(shí)考慮加工工藝性和裝配工藝性，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件，以降低制造成本
1.2、方案的選擇
為了使設(shè)計(jì)的施耕機(jī)既能滿足多項(xiàng)指標(biāo)，又能結(jié)構(gòu)合理，造價(jià)低，在市場(chǎng)上具有一定的先進(jìn)性為此擬定二套方案對(duì)此進(jìn)行分析：
1.2.1方案1
圖(1 )
動(dòng)力由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸經(jīng)一對(duì)圓錐齒和一組四級(jí)齒輪帶動(dòng)刀軸旋耕，此種方案的工作特色：
最后一級(jí)動(dòng)力，由中間齒輪傳動(dòng)，兩邊由側(cè)板支撐高低檔轉(zhuǎn)速通過撥擋實(shí)現(xiàn)，正反轉(zhuǎn)通過調(diào)正太齒輪的拆卸來實(shí)現(xiàn)。（此方法的對(duì)稱性較好，剛性高，強(qiáng)度高。但在中間齒輪的底下會(huì)出現(xiàn)漏耕土壤的現(xiàn)象，需要增加一個(gè)部件才能解決此現(xiàn)象）采用拔檔變速，操作較為方便，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)高。（見圖1、圖2）
圖（2）
1.2.2、方案2
圖（3）
圖（4）
動(dòng)力從拖拉機(jī)輸出軸輸出，經(jīng)一對(duì)圓錐齒輪和一組圓柱齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)刀軸施耕，此種方案的特點(diǎn)是前后一級(jí)傳動(dòng)導(dǎo)用側(cè)邊齒輪，正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)通過調(diào)整圓錐齒輪，高低速的實(shí)現(xiàn)通過對(duì)調(diào)側(cè)齒輪箱的方向，圖3為正轉(zhuǎn)，圖4為反轉(zhuǎn)。
1.3、方案對(duì)比分析
方案1、兩端平衡，受力勻稱，剛性好，但在中間齒輪的底下出現(xiàn)漏耕土壤，需增設(shè)其它部件以耕除漏耕土壤，采用撥擋變速，操作較好方便，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價(jià)高。
方案2、采用側(cè)邊傳動(dòng)，平衡性較差，一般用偏置，剛性較差，但無需要加漏耕裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過拆下側(cè)邊齒輪，然后調(diào)頭安裝以達(dá)到變速的目的，簡(jiǎn)單，操作不是很方便，農(nóng)機(jī)機(jī)械不是交通工具，需要經(jīng)常變速和換向。
農(nóng)機(jī)機(jī)械的使用常常一季節(jié)只使用一個(gè)作業(yè)項(xiàng)目，不需要經(jīng)常拆裝。方案2比方案1結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低，方案2更切合實(shí)際的需要，所以方案2為選用方案。
2、運(yùn)動(dòng)計(jì)算
結(jié)構(gòu)見圖（3），其中Z3采用較小的齒數(shù)，為了減小側(cè)齒輪外徑尺寸，以盡可能增加齒刀的耕作深度。
隋輪齒數(shù)Z4、Z5的齒數(shù)待總體結(jié)構(gòu)尺寸確定后再定，任務(wù)書要求，按照方案2的傳動(dòng)路線，故萬向節(jié)計(jì)算傳動(dòng)比，分配和各軸的軌跡，故參數(shù)分別列表表1~表4
表1
軸次
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅳ軸
Ⅴ軸
齒數(shù)
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
14
30
15
暫不定
暫不定
22
傳動(dòng)比
2.14
147
總傳動(dòng)比
3.15
轉(zhuǎn)速r/min
734
343
233
表2
軸次
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅳ軸
Ⅴ軸
齒數(shù)
Z1
Z2
Z3
Z4
Z5
Z6
14
30
22
暫不定
暫不定
15
傳動(dòng)比
2.14
0.68
總傳動(dòng)比
1.46
轉(zhuǎn)速r/min
734
343
504
表3與表4分別與表1表2類同，表示反轉(zhuǎn)（僅在數(shù)值前多個(gè)負(fù)號(hào)表方向相反）
3、動(dòng)力計(jì)算
旋耕滅茬機(jī)在動(dòng)轉(zhuǎn)、旋耕和反轉(zhuǎn)滅茬時(shí)，消耗功率最大，而在水田作業(yè)和存垡作業(yè)時(shí)消耗的功率較小，也就是說，設(shè)在低速檔作業(yè)時(shí)，消耗的功能較大，在高速當(dāng)時(shí)，消耗的功率較小，因此，動(dòng)力計(jì)算只需要對(duì)低速傳動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，選表1和表3都是低速運(yùn)動(dòng)路線傳動(dòng)比一樣，不同的只是方向相反，故我只按其中一種情況進(jìn)行計(jì)算。
3.1、各傳動(dòng)副效率
圓錐齒輪傳動(dòng) η1=0.96
圓柱齒輪 η2=0.96
滾柱軸承 η3=0.98
球軸承 η4=0.99
萬向節(jié) η5=0.96
3.2、動(dòng)力分配
3.2.1拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的額定輸出功率：
根據(jù)有關(guān)資料和經(jīng)驗(yàn)估算，其額定輸出功率為：
P額=0.8 N發(fā)=29.40KW
n=734r/min
3.2.2第一軸及小錐齒輪Z動(dòng)率，轉(zhuǎn)速和扭矩：
P1=40× 0.98×0.96=27.66KW
n1=734 r/min
T1=9.55×106
PZ1=
nZ1=734r/min
TZ1=
3.2.3大錐齒輪Z2的功率軌跡的扭矩為：
Pz2=Pz1·
nz2=
TZ2=
3.2.4第二軸功率軌跡和扭矩為：
pⅡ=PZ2
nⅡ=nZ2=343r/min
TⅡ=9.55
3.2.5第二軸Z3齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩為：
PZ3= pⅡ=26.02KW
nZ3=nⅡ=343r/min
TZ3=TⅡ=7.24×106 Nmm
3.2.6第Ⅲ軸Z4齒輪功率
PZ4=
3.2.7第Ⅲ軸（隨輪軸）不傳遞扭矩，故不校核：
3.2.8第Ⅳ軸Z5齒輪功率
PZ5=PZ4
3.2.9第Ⅳ軸（隨輪軸）的傳遞扭矩，故不校核
3.2.10刀軸Z6齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩
PZ6=P Z5
3.2.11刀軸功率，轉(zhuǎn)速和扭矩
T
表5
軸次
動(dòng)力
Ⅰ軸
Ⅱ軸
Ⅲ軸
Ⅳ軸
刀軸
輸出軸
軸
Z1
軸
Z2
Z3
軸
Z4
軸
Z5
軸
Z6
P功率（KW）
29-4
27.66
27.1
26.02
26.55
26.02
2498
23.98
22.79
22.79
N轉(zhuǎn)速（r/min）
734
734
734
343
343
343
233
233
T扭矩(Nmn）
3.6×105
3.53×105
7.24×105
7.39×105
7.24×105
7.5×105
9.5×105
4、主要零件的強(qiáng)度校核
4.1 圓柱齒輪的強(qiáng)度計(jì)算
4.1．齒輪的材料、精度和齒數(shù)選擇
根據(jù)同類型結(jié)構(gòu)，大小齒輪構(gòu)造選用20CrMnTi表面滲碳淬火①P98表7-1
硬度 HRC選用56~62HBS①P98表7-1
齒輪精度用8級(jí)，輪齒表面粗糙度為Ra1.6
硬齒面閉式傳動(dòng)，失效形式為點(diǎn)蝕
Z3=15 Z4=2
i=
4.2.2設(shè)計(jì)計(jì)算
①?zèng)]計(jì)準(zhǔn)則 按齒輪齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)，再按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核；
②按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)；①P108式（7-9）
選取材料的接觸疲勞極限應(yīng)力為：①P100圖7-6
選取材料的彎曲勞極限應(yīng)力為：①P100圖7-7
應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N由①P102式7-3計(jì)算
由①P107P～108式計(jì)算得
則
接觸疲勞壽命系數(shù)①P102圖7-8
ZN1=1 ZN2=1
彎曲疲勞壽命系數(shù)①P102圖7-9 YN1=YN2=1
由①P102表7-2查得接觸疲勞安全系數(shù)SHmin=1, 彎曲疲勞安全系數(shù)SHmin=1.4,又YST=2.0,試選Kt=1.3;
由①P99式7-1,7-2求許用接觸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力；
①P104查圖7-10得KV=1.03
①P103由表7-3得KA=1.35
①P105由表7-4得，
①P103由式7-5
修正
①P112表7-6取得標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=7mm；
因?yàn)橐_保耕深，提高承載能力所以選擇了15齒，而為加工不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)為17，我選擇小齒輪齒數(shù)為15，小于最小根切數(shù)，因而15齒的齒輪加工時(shí)一定會(huì)產(chǎn)生根切，所以小齒輪要用變位齒輪（正變位）。
4.1.3第一對(duì)齒輪主要尺寸的計(jì)算
②P368查表12-7得 總變位X=0.80mm
根據(jù)類比得X3=0.28mm X4=0.52mm
分度圓直徑
壓力角
嚙合角
中心距變動(dòng)系數(shù)
中心距
齒高變動(dòng)系數(shù)
齒數(shù)比
節(jié)圓直徑
齒頂高
齒根高
全齒高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
公法線長(zhǎng)度
跨測(cè)齒數(shù) k3=2 k4=3
固定弦齒厚
固定弦齒高
4.1.4第二對(duì)直齒圓柱齒輪的主要參數(shù)的計(jì)算
②P368查表12-7得 總變位X=0.87mm
根據(jù)類比得X5=X4=0.52mm X6=0.35mm
分度圓直徑
壓力角
嚙合角
中心距變動(dòng)系數(shù)
中心距
齒高變動(dòng)系數(shù)
齒數(shù)比
節(jié)圓直徑
齒頂高
齒根高
全齒高
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
公法線長(zhǎng)度
跨測(cè)齒數(shù) k6=3
固定弦齒厚
固定弦齒高
4.2軸的選擇及計(jì)算
在側(cè)邊齒輪箱中的第Ⅲ軸、第Ⅳ軸為惰輪軸不傳遞扭矩，故在軸的設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)無需對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。
本設(shè)計(jì)對(duì)第Ⅲ軸、第Ⅳ軸的尺寸和質(zhì)量均無特殊要求，所以我們對(duì)其材料的選擇只要從經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性上進(jìn)行考慮，只需選用45號(hào)鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理就可以達(dá)到使用時(shí)的要求。其基本形狀如圖（5）所示；
圖（5）
根據(jù)同類產(chǎn)品類比得各段軸徑為： ①40mm ②50mm ③40mm
根據(jù)同類產(chǎn)品類比得各段軸長(zhǎng)為： ①25mm ②40mm ③33mm
根據(jù)手冊(cè)③P3-122查得: 鍵寬 b=12mm
鍵長(zhǎng) l=0.85l3=28mm
4.3軸承的選擇
在本設(shè)計(jì)中, 第Ⅲ軸、第Ⅳ軸上主要承受軸向力,承受扭矩很小,故選擇球軸承即可。
根據(jù)外形尺寸、和軸徑要求在手冊(cè)③P8-98選擇6308球軸承。
參 考 文 獻(xiàn)
［1］邱白晶．旋耕機(jī)動(dòng)力學(xué)及其在減重降振和節(jié)能上的應(yīng)用[J].鎮(zhèn)江: 江蘇工學(xué)院, 1992 .
［2］丁為民.反轉(zhuǎn)旋耕及旋耕刀的研究[J].南京: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，1999.
［3］四川省農(nóng)業(yè)機(jī)械局,西南農(nóng)學(xué)院．耕整地機(jī)械構(gòu)造使用維護(hù) [M] ．成都 : 四川人民出版社, 1978: -- 169.
［4］農(nóng)業(yè)機(jī)械部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所,江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所．旋耕機(jī) [M] ．南京 : 江蘇科學(xué)技術(shù)出版社, 1979: -- 74．
［5］旋耕機(jī)系列設(shè)計(jì)專業(yè)組．旋耕機(jī)系列[M] ．南京 : 江蘇省農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所, 1974: – 17.
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18