小型植樹挖坑機的設計【手提式】-分圖版【含11張CAD圖紙+PDF圖】

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In order to realize fourtargets which include high transmission efficiency, high reliability and theexcellent dynamics performance and guarantee credible lubricate ability, receivehigh efficiency of transmission, and make it easy for manufacture, assembly andinspection, we thought over all the requests in the round and design the rationalstructure cycloidgear reducer.In this design，we built the exact force analysis mathematicalmodel of the cycloidgear reducer, analyzed the forces born by the cycloid-gear,the bearings and the shaft, and produce the Matlab language software analyze ofthe forces analysis. We analyzed the forces of parts in the cycloidgear reducerand calculated the intensity and the life of parts. From analyzed the results, wefound the parts are our requests.When we establish the threedimensional structure of the PlanetcycloidReducer model with the software UG，Carry on visual design and virtual assembleand drawing paperThe result of study have the guide meaning to accelerate designspeed and quantities of the Planetcycloid Reducer第 4 頁1.引言：南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計我國的森林資源不足，森林覆蓋率很低。從國家林業(yè)局公布的第六次全國森林資源調(diào)查*結(jié)果來看，目前我國森林資源現(xiàn)狀是：林業(yè)用地面活立木總蓄積量為 124.9 億 m ；森林蓄*積量為 112.7 億 m ；除臺灣省外，全國人工林面積為 46666.7 萬 m3；人工林蓄積為 10.1億 m3。從以上調(diào)查數(shù)字可以看出，全國森林覆蓋率(27%) 的 61.3% ；我國人均森林面積和人均森林蓄積分別為 16.55%，僅相當于世界森林覆蓋率*相當于世界人均水平的1/5 和南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）題 目： 小型挖坑機的設計學 院： 南方學院專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化學 號： N090301122學生姓名： 徐蘇寧指導教師： 周鳳芳職 稱： 講師二 O 一 三 年 六 月 一 日第 1 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計目錄1 引言.52 方案對比與結(jié)構(gòu).52.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀.52.2 挖坑機的構(gòu)造.72.2.1 挖坑機的工作條件 .72.2.2 挖坑機的分類.72.2.3 挖坑機的鉆頭.83 手提式挖坑機的設計 .93.1 手提式挖坑機的工作原理 .93.2 動力選擇.113.3 螺旋鉆頭的設計和計算 .123.3.1 螺旋工作面的設計 .123.3.2 刀片的設計.123.3.3 鉆尖的設計.133.4 離合器的設計.143.5 減速器的設計.224 發(fā)展趨勢.324.1 一機多能.324.2 人機和諧.324.3 應用范圍.32參考文獻.33第 2 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計摘要本文介紹了手提式挖坑機的相關背景、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、挖坑機的設計要求及其類型、工作原理、技術性能。通過對原始數(shù)據(jù)的分析比較、方案的論證以及綜合考慮，完成了手提式挖坑機的總體設計。在此基礎上對手提式挖坑機從結(jié)構(gòu)原理、動力選擇 、離合器的設計、螺旋鉆頭的設計、減速器設計進行闡述。擺線針輪行星減速器作為重要的機械傳動部件具有體積小、重量輕、傳動效率高的特點。本設計在全面考慮多齒嚙合、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、輪齒均載等運動學和動力學的要求，實現(xiàn)高承載能力、高傳遞效率、高可靠性和優(yōu)良動力學性能等指標，而且要便于制造、裝配和檢修，設計了該具有合理結(jié)構(gòu)的擺線針輪行星減速器。本設計建立了合理的動力分析數(shù)學模型，對擺線針輪傳動中的擺線輪、轉(zhuǎn)臂軸承、柱銷及軸進行準確的受力分析，并其求解。計算并校核主要件的強度及轉(zhuǎn)臂軸承、各支承軸承的壽命，分析結(jié)果可以看到，各軸承性能指標均符合要求。利用Auto CAD軟件對擺線針輪減速器各零件建立幾何三維模型、擺線針輪減速器虛擬裝配及工程圖生成。用本文的方法設計擺線針輪減速器，具有設計快捷、方便等特點。研究結(jié)果對提高設計的速度、質(zhì)量具有重要意義。第 3 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計Abstract：Thisarticleintroducestheportablediggerincludingtherelevantbackground ， overseas and domestic research status ， the design requirements andthe typeof the digger ， operating principle ， technical characteristic 。 Byanalysising and comparing the the original data，The cycloidgear reducer is oneof the most important transmission components of the pumping unit by its smallervolume ， lighter weight and effectivetransmission. In order to realize fourtargets which include high transmission efficiency, high reliability and theexcellent dynamics performance and guarantee credible lubricate ability, receivehigh efficiency of transmission, and make it easy for manufacture, assembly andinspection, we thought over all the requests in the round and design the rationalstructure cycloidgear reducer.In this design，we built the exact force analysis mathematicalmodel of the cycloidgear reducer, analyzed the forces born by the cycloid-gear,the bearings and the shaft, and produce the Matlab language software analyze ofthe forces analysis. We analyzed the forces of parts in the cycloidgear reducerand calculated the intensity and the life of parts. From analyzed the results, wefound the parts are our requests.When we establish the threedimensional structure of the PlanetcycloidReducer model with the software UG，Carry on visual design and virtual assembleand drawing paperThe result of study have the guide meaning to accelerate designspeed and quantities of the Planetcycloid Reducer第 4 頁1.引言：南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計我國的森林資源不足，森林覆蓋率很低。從國家林業(yè)局公布的第六次全國森林資源調(diào)查結(jié)果來看，目前我國森林資源現(xiàn)狀是：林業(yè)用地面活立木總蓄積量為 124.9 億 m ；森林蓄積量為 112.7 億 m ；除臺灣省外，全國人工林面積為 46666.7 萬 m3；人工林蓄積為 10.1億 m3。從以上調(diào)查數(shù)字可以看出，全國森林覆蓋率(27%) 的 61.3% ；我國人均森林面積和人均森林蓄積分別為 16.55%，僅相當于世界森林覆蓋率相當于世界人均水平的1/5 和1/8，遠遠低于世界平均水平。我國在 “十二五”規(guī)劃中，把 生態(tài)環(huán)境建設擺到了突出的戰(zhàn)略位置。我國三北及長江流域防護林體系建設工程、退耕還林工程、積為 26329.5 萬 hm2；森林面積為 15894.1 萬 mm2；速生豐產(chǎn)用材林基地建設工程等六大 林業(yè)重點工程的制定和實施，體現(xiàn)了黨中央、國務院對我國生態(tài)環(huán)境建設的高度重視，受到 社會各界廣泛關注，農(nóng)民群眾普遍歡迎。近年來，人們越來越重視身邊的生態(tài)環(huán)境 ，“植樹 造林，保護環(huán)境 ”已成為全民參與的一項大型義務活動。然而，人工造林效率低、速度慢且 勞動強度大，而機械化造林則是大勢所趨，不僅可以提高勞動效率、減輕勞動強度，還能保 證造林質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟效益。挖坑機是一種重要的植樹造林整地機械，它廣泛應用于果樹摘植、橡膠定植、小樹移栽、挖道施肥、埋設樁柱和炸藥等作業(yè)，具有挖坑質(zhì)量好、作業(yè)效率高等優(yōu)點，一般可比人工挖坑提高效率 30 倍左右，而成本只有人工挖坑的十分之一左右。使用挖坑機可以提高造林質(zhì)量，這對于解決當前造林中成活率低、保存率低和幼林生長量低的難題，提高造林的經(jīng)濟效益等有重要意義。2 方案對比與結(jié)構(gòu)2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1.1 國內(nèi)研究現(xiàn)狀在國內(nèi)懸掛式挖坑機的生產(chǎn)和應用較為廣泛。內(nèi)蒙古赤峰田豐農(nóng)林機械廠、山東大豐機械有限公司、哈爾濱林業(yè)福馬機電設備公司及寧夏自治區(qū)農(nóng)業(yè)機械研究所等余家單位進行了研究制造和銷售。該類挖坑機通常具有較大的功率，機動性較強，能挖較大和較深的第 5 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計坑，大多應用于大面積植樹造林，應用圍也比較廣）內(nèi)蒙赤峰田豐農(nóng)林機械廠生產(chǎn)的3WH-60 型懸掛式挖坑機結(jié)構(gòu)合理，使用方便靈活，易于操作，每小時可挖 80-150 個坑，其可與多種型號 36.8KW 以上拖拉機配合使用，用于大面積植樹造林及工業(yè)挖坑，挖坑直徑250-600mm，深度 0-1200mm，適用于平原丘陵及沙地作業(yè)。）山東大豐機械廠生產(chǎn)的大豐王系列挖坑機 WKJ-60/70，,可與 18.4-36.8KW 的多種拖拉機配合使用挖坑直徑400-800mm ，可根據(jù)用戶要求特別制作深度650-800mm ，轉(zhuǎn) 速248r/min，每小時可挖 60 個坑。）哈爾濱林業(yè)福馬機電設備公司生產(chǎn)的懸掛式挖坑機，可與鐵牛40.4KW 或 18.4KW以上的具有動力輸出和懸掛裝置的拖拉機配套，挖坑直徑為800mm，挖坑效率為 120 坑/h。250-600mm ，挖坑深度為0-）手提式挖坑機在我國剛剛嶄露頭角，適用于家庭或地形復雜地區(qū)的小面積植樹造林，也可用于打樁和樹木追肥挖坑，如哈爾濱林業(yè)福馬機電設備公司生產(chǎn)的3WS-2.8 型手提式挖坑機，采用 051A-1 型發(fā)動機最大功率為 2.8KW 轉(zhuǎn)速為 280-320r/min，挖坑尺寸坑徑深度為 320mm-500mm，質(zhì)量為 17.6kg，該機主要應用于地形復雜的山地丘陵區(qū)和溝壑區(qū)在坡度 35 以下的荒山荒地,、次生林地以及黃土高原的溝坡進行挖坑或整地。國內(nèi)的一些林業(yè)高等院校和科研院所也對挖坑機進行了一些研究分析。關于挖坑機的論文大約有幾十篇，涉及鉆頭升土理論及鉆頭臨界轉(zhuǎn)速的研究、鉆頭螺旋面強度的分析以及螺旋升角的選擇問題，還得出了在不同條件下的挖坑機的動態(tài)力學參數(shù)，指出了鉆頭轉(zhuǎn)矩的主要影響因素，對挖坑機的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定起到了指導作用，為國內(nèi)挖坑機的優(yōu)化設計提供理了論支持。2.2.2 國外研究現(xiàn)狀相比之下國外的研究狀況要好一些，由日本生產(chǎn)的自走式高性能挖坑整地機采用柴油機作動力，行走腳與輪胎組合，行走裝置為全液壓式，平時用輪胎行駛，坡地靠行走腳行走，適用于坡度高達 56 的陡坡林地作業(yè)。作業(yè)時只腳可上下左右移動，并能保證包括駕駛室在內(nèi)的機器上半部始終呈水平狀態(tài)。該機的液壓臂端部可安裝液壓式割灌機或挖坑機，每天可第 6 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計挖植樹坑 300-400 個。實現(xiàn)了一機多用。日本生產(chǎn)的A-7 型手提式挖坑機質(zhì)量僅為 7.0kg，采用 H35D 發(fā)動機 .A8D 型挖坑機可挖坑徑范圍為 20-200m。德國生產(chǎn) BT120C 型挖坑機如圖所示發(fā)動機功率 1.3KW，質(zhì)量 8.2kg，鉆頭轉(zhuǎn)速 190r/min，發(fā)動機轉(zhuǎn)矩 1.7Nm，鉆頭的轉(zhuǎn) 矩79.0Nm。英國生產(chǎn)的 05H8300 型懸掛式挖坑機和美國生產(chǎn)的懸掛式三鉆頭挖坑機，鉆頭之間的距離是可調(diào)節(jié)的，即行距可調(diào)，適用于平原地區(qū)的大面積植樹造林，工作效率很高。美國和加拿大生產(chǎn)的手提式挖坑機，發(fā)動機與鉆頭采用分離式，通過液壓傳動，驅(qū)動鉆頭工作。美國生產(chǎn)的 HYD-TB11H 型液壓挖坑機 ,質(zhì)量為 170kg，最大流量為 22.7L/min，最大轉(zhuǎn)速 為141r/min，鉆頭最大扭矩 349Nm。美國生產(chǎn)的 MDL-5B 型挖坑機,發(fā)動機采用動力為 4.1KW 的BS Intec Pro OHV 的挖坑機在工作時發(fā)動機離操作者有較遠的距離,大大減少了噪音對操作者的影響,充分考慮了人機工程學原理 ,有的手提式挖坑機安裝了個支點即輪子 ,使挖坑機的攜帶比較方便,工作時還可以把挖坑機的反向轉(zhuǎn)矩釋放給輪體 ,減小操作者手上的反向力矩 ,增加其安全性并減輕了操作者的疲勞程度。2.2 挖坑機的構(gòu)造2.2.1 挖坑機的工作條件挖坑機的主要作業(yè)地點是荒山坡地、沙荒沙丘、采伐跡地、林間空地、草場、沼澤地、橡膠、果園和城市街道等。這些地方的土壤組成、土層厚度、土壤的物理機械性質(zhì)等都存在著較大的差異，因此要求工作部件堅固耐磨，通過性能要好，同時由于挖坑機的作業(yè)受立地條件和作業(yè)技術的影響，使挖坑機的工作速度受到一定的限制，即不宜過大。2.2.2 挖坑機的分類挖坑機的種類很多，一般按配套動力和掛結(jié)方式、傳動方式、鉆頭安裝位置進行分類。2.2.2.1 按配套動力和掛結(jié)方式分一）手提式挖坑機機具與小型二沖程汽油發(fā)動機（ 2.233.73kW）裝置成整體，由單人或雙人操作，主要應用于復雜的山區(qū)、丘陵區(qū)和溝壑區(qū)，在坡度350以下的地區(qū)進行造林前的整地和挖坑，同時也可用于果園、桑園、苗圃和城鎮(zhèn)進行小樹移植、挖坑追肥以及埋設樁柱等，坑徑一般在0.3m 以內(nèi)第 7 頁二） 懸掛式挖坑機南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計鉆頭裝置懸掛在拖拉機的后方、前方或側(cè)向。懸掛機構(gòu)通過上拉桿、下拉桿以及三個鉸鏈與拖拉機連接，由拖拉機的液壓系統(tǒng)操縱其挖坑機鉆頭裝置升降。它可以挖較大的坑徑和較深的坑。用于拖拉機可以通過的地區(qū)進行挖坑作業(yè)。三）自走式挖坑機1.與手扶拖拉機配套挖坑機鉆頭旋轉(zhuǎn)的動力源是由底盤上的動力輸出軸經(jīng)過一級皮帶減速、一級直角錐齒輪減速器并直接輸?shù)酵诳訖C的鉆頭。鉆頭是采用M27 螺紋同箱體聯(lián)接，這樣裝拆方便，又能自動防止拆脫，如 1W-40 型挖坑機就是與工農(nóng) -3 型手扶拖拉機配套的。該型挖坑機通過性能較好，但需要人力操縱其鉆頭入土。該型挖坑機適于在水平帶上作業(yè)或用于茶園施肥、茶苗一只和果園施肥等挖坑作業(yè)。2.與汽車底盤配套與汽車底盤配套的挖坑機，一般是屬于起重地鉆裝置，如D70S(E)起重地鉆機是由汽車動力輸出、伸出支撐、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、起吊變幅系統(tǒng)、伸縮系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和鉆頭裝置等組成。從汽車的發(fā)動機中輸出驅(qū)動油泵，是發(fā)動機的機械能轉(zhuǎn)化為液壓能，以供機械的各部分。地鉆裝置主要由帶油馬達的減速器、鉆頭組成。液壓油通過各控制元件來驅(qū)動油馬達旋轉(zhuǎn)，從而通過減速器轉(zhuǎn)動鉆頭軸，有一方軸裝在鉆頭軸中，此軸只要拔出定位銷及管子向下延伸即可增加挖坑的深度。該機可挖坑徑 0.45m、坑深 4.5m 的坑。QW-1000 型挖坑機基本上是屬于這種類型，但它是車載鉆機的形式。2.2.2.2 按鉆頭安裝位置分一）立式挖坑機立式挖坑機是常見的一種類型，亦稱立軸式挖坑機，即鉆頭的鉆桿與減速器輸出軸聯(lián)接是垂直于地面的。該類型的挖坑機主要用于挖坑作業(yè)。二）臥式挖坑機臥式挖坑機亦稱水平軸式挖坑機，即鉆頭的軸桿幾乎是水平配置的，根據(jù)作業(yè)要求，可調(diào)整氣鉆桿的傾斜角度。第 8 頁2.2.3 挖坑機的鉆頭南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計2.2.3.1 挖坑機鉆頭的主要類型挖坑機的鉆頭是挖坑機的主要工作部件，根據(jù)各地區(qū)條件和作業(yè)的技術要求，分為整地、挖坑和開溝三大類。螺旋式鉆頭的挖坑機在工作狀態(tài)時，土壤全部或絕大部分從坑里拋出，該形式主要用于建筑工作和栽植作業(yè)上。而整地用的挖坑機在工作狀態(tài)時，土壤不出坑，該形式主要用于播種造林等。開溝用的挖坑機在工作狀態(tài)時，土壤是從一側(cè)或兩側(cè)拋出。本設計選用螺旋式鉆頭螺旋式鉆頭主要由鉆桿 1、螺旋翼片 2、鉆鏵（刀片） 3 和鉆尖 4 組成。工作時鉆頭旋轉(zhuǎn)同時向下作進給運動。鉆尖不僅起挖坑機工作時的定心作用，并切去中心部分的土壤，繼而按一定軌跡排列的刀片（或鉆鏵）切土，刀片切下的土壤沿著螺旋翼片上升，并拋至坑的四周，土壤出坑的數(shù)量由鉆頭螺旋部分長度決定。如果鉆頭的長度小于坑的深度，采用多次旋拋土壤的方式。其工作面的形成為垂直與鉆頭軸線的直線段，沿著圓柱體上劃出的導向螺旋線移動而成。利用同心圓柱體來截鉆頭的表面，則得到多條螺旋線，其螺旋升角隨著圓柱體半徑的減少而增加。螺旋形鉆頭工作面不能展開成平面。螺旋形鉆頭又分為單頭螺旋鉆頭和多頭螺旋鉆頭。單頭螺旋鉆頭工作時消耗能量較少，但由于切土負載不對稱，因此工作穩(wěn)定性比雙頭螺旋鉆頭差。為了克服上述存在的缺陷，單頭螺旋鉆頭可安裝兩個鉆鏵，按徑向?qū)ΨQ布置。一般小型懸掛式挖坑機和手提式挖坑機采用單頭螺旋鉆頭。多頭螺旋鉆頭工作時穩(wěn)定性較好，但消耗能量較大，一般懸掛式中型挖坑機常用雙頭螺旋鉆頭。螺旋型鉆頭挖坑范圍很大，能挖 H/D0=0.5-16 的坑（H-坑的深度；D0-坑的直徑）。3 手提式挖坑機的設計3.1 手提式挖坑機的工作原理手提式挖坑機由小型二沖程汽油發(fā)動機（ 2.2-3.68Kw）3、離合器 4、減速器 5、鉆桿及套 6、安全及保護罩 7 和鉆頭裝置 8 等組成。其工作原理如下：由發(fā)動機通過離合器、減速器而驅(qū)動鉆頭作旋轉(zhuǎn)運動。操作裝置通常采用可拆卸式的手柄結(jié)構(gòu)。手柄的設計要求操作靈敏和便于操作發(fā)動機油門開關。第 9 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計圖 1-手提式挖坑機結(jié)構(gòu)示意圖1.油箱 2.手柄 3.發(fā)動機 4.離合器 5.減速器 6.鉆桿及套7.安全保護罩 8.鉆頭裝置由蘇聯(lián)研制的手提式塊狀整地機，可在坡度為300地區(qū)作業(yè)，在塊狀整地的同時其中心部挖出植樹的坑。該機的工作部件由 “友誼”或“烏拉爾”發(fā)動機驅(qū)動。工作部件是螺旋形鉆頭 8，在其軸桿上用兩個螺栓固定在橫梁5 上，其橫軸上焊有帶兩個水平刀 7 的主柱和三個垂直刀 6。在發(fā)動機的底板上固定有保護罩 9，它用于防止土壤的拋散。工作時，松土刀 6切斷水平方向的根系并疏松土壤；水平刀 7 用于切斷垂直根系，消滅雜草和逐漸切下土層。第 10 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計圖 1- 手提式塊狀整地機結(jié)構(gòu)示意圖1.發(fā)動機 2.減速器 3.機架 4.手柄 5.橫梁 6.垂直刀 7.水平刀8.鉆頭 9.保護罩 10.平整器該型機具可以同時實現(xiàn)兩種作業(yè)，即整地（面積直徑為0.5-0.55m）并在塊狀地面中心挖出直徑為 0.2m、深為 0.25m 的坑。為了使該機具可以自走，可以在減速器的輸出軸上裝升降輪組，當機具到達作業(yè)地點后，取下輪組再換裝其鉆頭。3.2 動力選擇原始數(shù)據(jù)坑徑：400mm坑深：400mm整機重量15kg挖坑效率 120 孔/h挖坑的動力消耗與坑徑、坑深、土壤硬度和下降速度有關。通過試驗，手提式挖坑機配第 11 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計套動力應在 2.23.68kW 之間。3.3 螺旋鉆頭的設計與計算手提式挖坑機鉆頭由大刀翼2，小刀翼 4，刀體 3 及其中心刃 1 等組成（圖 1-17）。其大、小刀翼的切削面磨成 200的刀刃；入土角圖 雙頭螺旋式鉆頭結(jié)構(gòu)示意圖1.鉆桿 2.螺旋翼片 3.鉆鏵 4.鉆尖 5.鉆鏵3.3.1 螺旋工作面的設計1 螺旋的外直徑 D根據(jù)挖坑直徑 D0確定D=（0.94-0.95）D0=0.95*400=380mm2 螺旋長度 H0應大于坑深 H=400mm3 螺旋升角（外直徑處）導程 h升角是螺旋線與其軸線垂直平面的夾角第 12 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計導程 h 是螺旋線上某一點沿螺旋線圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)一周所移動的距離tg=h/D90-1-土壤對螺旋面（鋼）的摩擦角，通常取 1=22-310，取1=250。=arctgs/D0s-鉆頭每轉(zhuǎn)一周的進給量 s 取 40mm，=1.820.手提式挖坑機一般取 =10-180.按導程計算手提式：h=（0.55-0.9）D=0.6*380=228mm=arctg h/D=10.8201104 螺旋頭數(shù)一般手提式挖坑機用單頭5 鉆頭的轉(zhuǎn)速3.3.2 刀片的設計刀片也稱鉆鏟或鉆鏵，是挖坑機的主要切土零件，也是工作中最易磨損的零件。它的形狀、刀口鋒利程度、耐磨性以及磨損規(guī)律，對挖坑機的阻力矩、生產(chǎn)率都有很大影響。因此，要求在保證足夠強度和沖擊韌性的條件下，提高刀片的耐磨性。常用的刀片有以下三種：見圖，雙刃矩形，梯形和三角形。雙刃矩形刀片一面磨損之后，可以掉頭使用，梯形刀片入土性能較好，阻力?。蝗切蔚镀m用于松軟土壤。試驗指出，鉆頭的刀片磨損多在外緣，因為離開鉆軸中心越遠，刀刃轉(zhuǎn)過的路程越長，因此鉆頭刀片的外緣磨損快。為了延長刀片的適用壽命，在易磨損處將刀片加寬形成鑿形刀片，或制成局部加厚的刀片。由于鉆頭工作時既有旋轉(zhuǎn)運動又有進給運動，刀片的實際后角 應由刀片該店的運動方向和刀片后平面之間的夾角來測量。刀片上各點的 隨著離鉆桿距離增大而增大。只有當 0 時，鉆頭才能入土。當 值不大時，刀片很快形成寬的背棱，入土所需的力矩和阻力急劇增加，因此，可適當增大名義后角0，以達到增加實際后角 。名義后角 0在 250 450時入第 13 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計土力矩和阻力均較小。前角過大和過小入土力矩和入土阻力均增加。名義前角0在 450時入土力矩和入土阻力最小。刀片厚度 8-10 毫米，刃厚 0.5-1 毫米。刀片的材料可用 65SiMnRe 鋼或 65Mn 鋼，刃部淬火區(qū) 為25-35 毫米，硬度 HRC46-60，非淬火區(qū)硬度不大于 HRC33。刀片用沉頭方頸螺釘安裝于刀座上，刀座通常以鋼板焊接在螺旋工作面背面，刀片與螺旋面的接縫處應密合平整，不允許螺旋面高出刀片而增大切削阻力。對于直徑300 毫米以下的鉆頭，尤其是手提式挖坑機可以用單頭螺旋，這樣消耗扭矩小。但是為了使受力平衡，一般也要對稱地裝兩個刀片，因此這種結(jié)構(gòu)需要兩個刀座。3.3.3 鉆尖的設計鉆尖也稱定位尖，它一般用螺釘連接在鉆尖的拖柄上，鉆尖的型式有平面三角形、平面分叉型、錐形小螺旋型和平面三尖型。實踐證明，分叉型鉆尖入土阻力最小，錐形小螺旋最大，三角型次之。定位性能以錐形小螺旋最好。一般中型挖坑機（鉆頭重量在 150kg 左右）的鉆頭，應選用分叉型鉆尖，而對于大型的挖坑機的鉆頭（重在 250kg 左右），為防止鉆頭過重和入土過快（靠自重入土的挖坑機）應選用三角形鉆尖。對于鉆深坑的挖坑機鉆頭選用平面三尖型的鉆尖更合適。另一方面鉆鏵的切削刃與鉆尖之間的距離H2越大，鉆尖的迴轉(zhuǎn)直徑 D1（取 0.1-0.16m）越小，那么它的對中性越好。但是隨著H2的增加，鉆尖入土所需的麗也增加，土壤從鉆頭表面排出也更困難。此距采用如下范圍較合理0.9D1H21.2D13.4 離合器的設計1.設計背景離心離合器由于有固定的結(jié)合轉(zhuǎn)數(shù)和過載保護功能而被廣泛應用于油鋸、割灌機、風力滅火機、無變速器等機具的傳動中，它對保護操作者和機具過載時的安全是十分重要的?；瑝K離心式離合器結(jié)構(gòu)簡單、緊湊、它是由主動盤、摩擦塊、壓縮彈簧和被動盤組成的。2.設計目的通過本課程設計，掌握滑塊離心式摩擦離合器的設計方法、步驟，進一步了解離合器的工作狀況第 14 頁和性能，提高機械產(chǎn)品的設計能力3.設計參數(shù)原始數(shù)據(jù)：南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計離合器配用的發(fā)動機型號1E40F離心塊數(shù)量：摩擦表面：發(fā)動機怠4石棉45 鋼1E40F 汽油發(fā)動機的外特性曲線參數(shù)最高轉(zhuǎn)速額定最大輸輸出軸輸出軸允許離允許離離合器型號(rpm)（rpm）功率/ 轉(zhuǎn)速(kw/rpm)出扭矩/ 轉(zhuǎn)速(N.m/rpm)直(mm)連接形式合器外經(jīng)(mm)合器高度(mm)離心塊與被動盤間隙1E40F210080002.97/52505.93/4400144 花鍵80mm24mm1mm4具體設計步驟：1）. 確定總體設計方案由于滑塊為四塊，而離合器允許外徑偏小，考慮到便于布置零件，故采用壓縮彈簧的形式，離心塊與被動盤間隙取為 1mm，滿足要求且便于計算。滑塊離心式摩擦離合器主要用于草坪機械，假定第 15 頁以皮帶輪作為輸出結(jié)構(gòu)。南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計2）.確定離合器需要傳遞的扭矩：由Memax=N 5.93m ，b 1扭矩儲備系數(shù)這里取 = 1.2。發(fā)動機最大輸出扭矩（ Nm）故Mf= M emax=1.2 5.93 = 7.116N.m3）.初定結(jié)合轉(zhuǎn)速：因結(jié)合轉(zhuǎn)速()n1n1.25 1.45這里系數(shù)取 n2=21.25n1，由發(fā)動機怠速n1= 2100r / min 得 n2=計算得4）.確定離合器結(jié)構(gòu)形式2625r / min由初始給定數(shù)據(jù)條件，離心塊數(shù)量為 4，即 Z=4；確定被動盤直徑 D=100mm,壁厚取 2mm，離合器離心塊與被動盤間隙 ，因摩擦配合為石棉 石棉，石棉厚度取為 3mm，則被動盤半徑 R=50-2-3-1=44mm；由離心塊質(zhì)心半徑選取范圍 ，再結(jié)合初步確定的離心塊結(jié)構(gòu)和形狀，初步選 r=20mm；離心塊與被動盤材料均選 45 號鋼，由于摩擦配合為石棉 45 鋼，故離心塊結(jié)合面貼一層石棉，摩擦系數(shù) f 選為 0.08-0.12.5）.初定離心塊質(zhì)量離心塊質(zhì)量須滿足兩個條件： 結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 時2= P= m r Pn22式中：P2結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 時離心塊產(chǎn)生的離心力；Pn彈簧對離心塊張緊力的徑向分力；第 16 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計2結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 時的角速度。 傳遞最大扭矩 Mf 時(PP )4n f2=R ZMfP4= m r M(422 )f=m r (4- mr)R 2 f Zm = m r 42-22 f R ZMf 900(22) R Z 2r4-2fn4= 4400r / min n2= 2625r/min7.116900m =0.03256kg(22 )2式中：0.020 4400- 26250.0531.2 2 - 3.14n4發(fā)動機最大扭矩 Mf 時的轉(zhuǎn)速；4發(fā)動機最大扭矩 Mf 時的角速度；f離心塊與被動盤內(nèi)表面的摩擦系數(shù)（鋼對鋼：f0.15；鋼對石棉： f0.30；石棉對石棉：f0.360.50，這里取 0.15）由發(fā)動機外特性參數(shù)：代入其他數(shù)據(jù)：R=31mm，Z=2，f=0.5， =7.116N.M，r=20mm，計算得 m=0.03kg。6）.計算彈簧在各個工況下受力結(jié)合轉(zhuǎn)速時：2PP=-3 2100=N2n0.03256 251060261.4469怠速時彈簧壓縮力：3 21002P1=0.03256 251060 2 =39.326N7）驗證離合器高度h = (1 2)d因離合器允許高度為 20mm，而 h 取值范圍為（12）d；選定滑塊結(jié)構(gòu)為扇形，包角 ，中間挖空一定尺寸放置彈簧與螺栓，則由 m = v，列方程得第 17 頁1 南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計3 材料為 45 鋼，故這里解得 ，h24mm。故離合器高度滿足要求。8）滑塊的質(zhì)心驗算由扇形形心計算公式： ，設計滑塊 ；1200再由組合圖形的形心計算公式：，計算得滑塊質(zhì)心約為 19mm；驗算結(jié)合轉(zhuǎn)速 ，與理論計算值 相差不大，故初選質(zhì)心符合要求。9）彈簧的設計計算計算彈簧剛度由： 怠速時彈簧所受壓力：。140.025N結(jié)合時彈簧最大工作壓力： 。223.52N由胡克定律： ，計算得83.295故彈簧初始壓縮量為1.68mm 選擇與驗算彈簧具體參數(shù)彈簧材料選 碳素鋼絲，初選彈簧指數(shù) C=5，中徑 ，查表得 K=1.31估算簧絲直徑 d=D/C=1.6mm，查表得 ，簧絲直徑：計算得 d= =1.72mm根據(jù)標準圓整為 d=1.8mm工作圈數(shù) ： 由 ，而 = =1+1.78=2.78mm第 18 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計計算得 ，圓整為 3.5.總?cè)?shù) n：彈簧選擇冷卷，則總?cè)?shù) n=2+3.5=5.5工作極限載荷：工作極限載荷下的變形：余隙：=0.1d=0.18mm節(jié)距：t=（0.30.5） 取為 3.6mm中徑： =Cd=9mm外徑： =10.8mm內(nèi)徑： =7.2mm自由高度： =16.3mm，根據(jù)標準圓整為 18mm螺紋升角： ，在 之間，符合使用條件展開長度： =155mm驗算穩(wěn)定性： =3.7，故 C 值符合要求疲勞強度校核： = =653彈簧滿足條件，可用。11）花鍵的選擇和校核已知發(fā)動機的額定功率 P=2.97KW，額定轉(zhuǎn)速 n=5250r/min；由初始數(shù)據(jù)，選取矩形花鍵，輕系列鍵的輸入端為發(fā)動機輸出軸，輸出端為離合器，花鍵結(jié)合長度取 l=86mm工作齒高：=（D-d）/2-2C=1mm。材料取低碳合金鋼，表面滲碳淬火，表面硬度為 5864HRC。此矩形花鍵如下圖：花鍵聯(lián)接的擠壓強度和耐磨性校核公式：第 19 頁T輸入轉(zhuǎn)矩，N.M南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計各齒間載荷分布不均勻系數(shù)，通常取 0.70.8；Z齒數(shù)；h齒的工作高度；l花鍵的工作長度；平均直徑。由 T=9550P/n=5.40N.M，取 0.7，Z=4，h=1mm，l=86mm， =16mm計算得=2.80MPa。查表得此花鍵聯(lián)接的許用比壓 =3060MPa，即 p 。故此花鍵聯(lián)接安全。12）軸承的選取與校核由輸出軸直徑與軸所受的載荷，初選軸承為 GB/T29219947004AC 角接觸球軸承，主要尺寸為 d=22mm，D=44mm，B=12mm由于軸承所受的最大徑向力 =126.8N，軸向力主要為軸的軸向竄動，可認為，故 = =126.8N。由機械的工作情況查表可得 軸承在此離合器中壽命為 40008000h而由：n 取最高轉(zhuǎn)速 8000r/min，=3，P=126.8N，此軸承的基本額定載荷 =10.5KN。極限動載荷 =壽命系數(shù)，由軸承要求壽命查表取得 2.52轉(zhuǎn)速系數(shù)，由輸出軸最高轉(zhuǎn)速查表取得 0.16動載荷系數(shù)，由軸承工作環(huán)境情況查表取得 1.4溫度系數(shù)，由軸承估計工作溫度查表取得 1計算得 =2.796kN，得 ，故軸承滿足工作條件。第 20 頁13）螺釘與墊片根據(jù)實際使用情況，選擇南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計GB/T65 2000M4 開槽圓柱頭螺釘6 個， M6 開槽圓柱頭螺釘一個，GB/T29.1 1988M4 六角頭頭部帶槽螺栓兩個；GB/T894.1 1986A 型軸用彈性擋圈一個；GB/T952002C 級平墊圈七個；GB/T8551988雙耳止動墊圈兩個。14）膠粘劑的選擇：石棉與滑塊，石棉與被動盤的連接均使用膠粘劑，根據(jù)離合器各項性能參數(shù)，為保證穩(wěn)定持久和高強度粘接，選用熱固性樹脂：環(huán)氧 聚硫橡膠類膠粘劑。五離合器性能曲線：由怠速為 2100r/min 時，離合器傳遞轉(zhuǎn)矩為 0結(jié)合轉(zhuǎn)速 2625r/min 時， =126.8N，而（PPn）fRZ ，可得離合器性能曲線如下第 21 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計圖中當轉(zhuǎn)速為4400r/min 時，發(fā)動機最大輸出轉(zhuǎn)矩=5.83N.m ，小于此時離合器能傳遞的扭7.116N.m，故此離合器性能符合使用要求。3.5 減速器的設計減速器是手提式挖坑機的重要部件，它的外形尺寸和重量對整機的總重量影響極大，因此必須在速比范圍、傳動效率、自重大小以及制造難易、使用可靠性程度等綜合指標來進行造型和設計。目前國內(nèi)常用的手提式挖坑機的減速器大致有擺線針輪行星減速器、少齒差星齒輪減速器和蝸桿減速器等形式。矩擺線針輪行星傳動,簡稱擺線針輪傳動。它與漸開線少齒差行星傳動一樣，同屬于 K-H-V型行星齒輪傳動。擺線針輪傳動的主要特征是：行星輪齒廓為變幅外擺線的內(nèi)側(cè)等距曲線，中心輪齒廓為圓形。擺線針輪減速器 ,利用擺線針輪行星傳動原理制成的一種減速器 ,它的優(yōu)點是減速比大、體積小、重量輕、效率高等。第 22 頁一）ZB 型減速器南京林業(yè)大學本科畢業(yè)設計1.擺線針輪行星減速器的結(jié)構(gòu)特點ZB 型減速器是屬于擺線針輪行星減速器型式。它不僅體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊，而且傳遞功率大、承載能力高，與同功率的普通減速器相比，以傳動比i=5 為例，其重量可減少 1/2-1/6。傳動效率高。如果傳動類型選擇適當，結(jié)構(gòu)布置合理，其傳動效率可達到 99。傳動比范圍大，目前我國生產(chǎn)的單級傳動比 i=11-87；二級傳動比 i=121-5133；三級傳動比 i=20399。而且具有傳動平穩(wěn)、無噪音、使用壽命長等優(yōu)點。2 擺線針輪行星傳動的傳動比2 擺線針輪行星傳動的傳動比擺線針輪行星傳動的原理圖見圖。擺線輪 a 是裝在有偏心距 A 的輸入軸上，當輸入軸 H 旋轉(zhuǎn)時，擺線輪 a 不僅繞其安裝在 H 上的軸線轉(zhuǎn)動，而且同時隨著 H 一起繞著固定的軸線 OH迴轉(zhuǎn)，即擺線輪 a 的軸線 Oa在半徑等于偏心距 A 的一個圓周上運動。由此可知，擺線輪 a 同時具有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。在傳動過程中，由于擺線輪的軸線 Oa是運動的，所以其傳動比不能用簡單的齒數(shù)反比來表示。設圖第 23 頁南京林業(yè)大學本科畢業(yè)