小型植樹挖坑機(jī)的設(shè)計(jì)【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(yè)1.引言：南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)我國(guó)的森林資源不足，森林覆蓋率很低。從國(guó)家林業(yè)局公布的第六次全國(guó)森林資源調(diào)查結(jié)果來看，目前我國(guó)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(tái)灣省外，全國(guó)人工林面積為 46666.7 萬(wàn) 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(guó)森林覆蓋率(27%) 的 61.3% ；我國(guó)人均森林面積和人均森林蓄積分別為 16.55%，僅相當(dāng)于世界森林覆蓋率相當(dāng)于世界人均水平的1/5 和1/8，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。我國(guó)在 “十二五”規(guī)劃中，把 生態(tài)環(huán)境建設(shè)擺到了突出的戰(zhàn)略位置。我國(guó)三北及長(zhǎng)江流域防護(hù)林體系建設(shè)工程、退耕還林工程、積為 26329.5 萬(wàn) hm2；森林面積為 15894.1 萬(wàn) mm2；速生豐產(chǎn)用材林基地建設(shè)工程等六大 林業(yè)重點(diǎn)工程的制定和實(shí)施，體現(xiàn)了黨中央、國(guó)務(wù)院對(duì)我國(guó)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的高度重視，受到 社會(huì)各界廣泛關(guān)注，農(nóng)民群眾普遍歡迎。近年來，人們?cè)絹碓街匾暽磉叺纳鷳B(tài)環(huán)境 ，“植樹 造林，保護(hù)環(huán)境 ”已成為全民參與的一項(xiàng)大型義務(wù)活動(dòng)。然而，人工造林效率低、速度慢且 勞動(dòng)強(qiáng)度大，而機(jī)械化造林則是大勢(shì)所趨，不僅可以提高勞動(dòng)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，還能保 證造林質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益。挖坑機(jī)是一種重要的植樹造林整地機(jī)械，它廣泛應(yīng)用于果樹摘植、橡膠定植、小樹移栽、挖道施肥、埋設(shè)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(diǎn)，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(jī)可以提高造林質(zhì)量，這對(duì)于解決當(dāng)前造林中成活率低、保存率低和幼林生長(zhǎng)量低的難題，提高造林的經(jīng)濟(jì)效益等有重要意義。2 方案對(duì)比與結(jié)構(gòu)2.1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.1.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)懸掛式挖坑機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用較為廣泛。內(nèi)蒙古赤峰田豐農(nóng)林機(jī)械廠、山東大豐機(jī)械有限公司、哈爾濱林業(yè)福馬機(jī)電設(shè)備公司及寧夏自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所等余家單位進(jìn)行了研究制造和銷售。該類挖坑機(jī)通常具有較大的功率，機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)，能挖較大和較深的第 5 頁(yè)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)坑，大多應(yīng)用于大面積植樹造林，應(yīng)用圍也比較廣）內(nèi)蒙赤峰田豐農(nóng)林機(jī)械廠生產(chǎn)的3WH-60 型懸掛式挖坑機(jī)結(jié)構(gòu)合理，使用方便靈活，易于操作，每小時(shí)可挖 80-150 個(gè)坑，其可與多種型號(hào) 36.8KW 以上拖拉機(jī)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(jī)械廠生產(chǎn)的大豐王系列挖坑機(jī) WKJ-60/70，,可與 18.4-36.8KW 的多種拖拉機(jī)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(shí)可挖 60 個(gè)坑。）哈爾濱林業(yè)福馬機(jī)電設(shè)備公司生產(chǎn)的懸掛式挖坑機(jī)，可與鐵牛40.4KW 或 18.4KW以上的具有動(dòng)力輸出和懸掛裝置的拖拉機(jī)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(jī)在我國(guó)剛剛嶄露頭角，適用于家庭或地形復(fù)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(jī)電設(shè)備公司生產(chǎn)的3WS-2.8 型手提式挖坑機(jī)，采用 051A-1 型發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)主要應(yīng)用于地形復(fù)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(jìn)行挖坑或整地。國(guó)內(nèi)的一些林業(yè)高等院校和科研院所也對(duì)挖坑機(jī)進(jìn)行了一些研究分析。關(guān)于挖坑機(jī)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(qiáng)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(jī)的動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)，指出了鉆頭轉(zhuǎn)矩的主要影響因素，對(duì)挖坑機(jī)的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定起到了指導(dǎo)作用，為國(guó)內(nèi)挖坑機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理了論支持。2.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀相比之下國(guó)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(jī)采用柴油機(jī)作動(dòng)力，行走腳與輪胎組合，行走裝置為全液壓式，平時(shí)用輪胎行駛，坡地靠行走腳行走，適用于坡度高達(dá) 56 的陡坡林地作業(yè)。作業(yè)時(shí)只腳可上下左右移動(dòng)，并能保證包括駕駛室在內(nèi)的機(jī)器上半部始終呈水平狀態(tài)。該機(jī)的液壓臂端部可安裝液壓式割灌機(jī)或挖坑機(jī)，每天可第 6 頁(yè)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)挖植樹坑 300-400 個(gè)。實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用。日本生產(chǎn)的A-7 型手提式挖坑機(jī)質(zhì)量?jī)H為 7.0kg，采用 H35D 發(fā)動(dòng)機(jī) .A8D 型挖坑機(jī)可挖坑徑范圍為 20-200m。德國(guó)生產(chǎn) BT120C 型挖坑機(jī)如圖所示發(fā)動(dòng)機(jī)功率 1.3KW，質(zhì)量 8.2kg，鉆頭轉(zhuǎn)速 190r/min，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩 1.7Nm，鉆頭的轉(zhuǎn) 矩79.0Nm。英國(guó)生產(chǎn)的 05H8300 型懸掛式挖坑機(jī)和美國(guó)生產(chǎn)的懸掛式三鉆頭挖坑機(jī)，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(guó)和加拿大生產(chǎn)的手提式挖坑機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)與鉆頭采用分離式，通過液壓傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)鉆頭工作。美國(guó)生產(chǎn)的 HYD-TB11H 型液壓挖坑機(jī) ,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(guó)生產(chǎn)的 MDL-5B 型挖坑機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)采用動(dòng)力為 4.1KW 的BS Intec Pro OHV 的挖坑機(jī)在工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)離操作者有較遠(yuǎn)的距離,大大減少了噪音對(duì)操作者的影響,充分考慮了人機(jī)工程學(xué)原理 ,有的手提式挖坑機(jī)安裝了個(gè)支點(diǎn)即輪子 ,使挖坑機(jī)的攜帶比較方便,工作時(shí)還可以把挖坑機(jī)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(jī)的構(gòu)造2.2.1 挖坑機(jī)的工作條件挖坑機(jī)的主要作業(yè)地點(diǎn)是荒山坡地、沙荒沙丘、采伐跡地、林間空地、草場(chǎng)、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(jī)械性質(zhì)等都存在著較大的差異，因此要求工作部件堅(jiān)固耐磨，通過性能要好，同時(shí)由于挖坑機(jī)的作業(yè)受立地條件和作業(yè)技術(shù)的影響，使挖坑機(jī)的工作速度受到一定的限制，即不宜過大。2.2.2 挖坑機(jī)的分類挖坑機(jī)的種類很多，一般按配套動(dòng)力和掛結(jié)方式、傳動(dòng)方式、鉆頭安裝位置進(jìn)行分類。2.2.2.1 按配套動(dòng)力和掛結(jié)方式分一）手提式挖坑機(jī)機(jī)具與小型二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（ 2.233.73kW）裝置成整體，由單人或雙人操作，主要應(yīng)用于復(fù)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(jìn)行造林前的整地和挖坑，同時(shí)也可用于果園、桑園、苗圃和城鎮(zhèn)進(jìn)行小樹移植、挖坑追肥以及埋設(shè)樁柱等，坑徑一般在0.3m 以內(nèi)第 7 頁(yè)二） 懸掛式挖坑機(jī)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)鉆頭裝置懸掛在拖拉機(jī)的后方、前方或側(cè)向。懸掛機(jī)構(gòu)通過上拉桿、下拉桿以及三個(gè)鉸鏈與拖拉機(jī)連接，由拖拉機(jī)的液壓系統(tǒng)操縱其挖坑機(jī)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(jī)可以通過的地區(qū)進(jìn)行挖坑作業(yè)。三）自走式挖坑機(jī)1.與手扶拖拉機(jī)配套挖坑機(jī)鉆頭旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力源是由底盤上的動(dòng)力輸出軸經(jīng)過一級(jí)皮帶減速、一級(jí)直角錐齒輪減速器并直接輸?shù)酵诳訖C(jī)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(dòng)防止拆脫，如 1W-40 型挖坑機(jī)就是與工農(nóng) -3 型手扶拖拉機(jī)配套的。該型挖坑機(jī)通過性能較好，但需要人力操縱其鉆頭入土。該型挖坑機(jī)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(jī)，一般是屬于起重地鉆裝置，如D70S(E)起重地鉆機(jī)是由汽車動(dòng)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(dòng)機(jī)中輸出驅(qū)動(dòng)油泵，是發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為液壓能，以供機(jī)械的各部分。地鉆裝置主要由帶油馬達(dá)的減速器、鉆頭組成。液壓油通過各控制元件來驅(qū)動(dòng)油馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，從而通過減速器轉(zhuǎn)動(dòng)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(jī)可挖坑徑 0.45m、坑深 4.5m 的坑。QW-1000 型挖坑機(jī)基本上是屬于這種類型，但它是車載鉆機(jī)的形式。2.2.2.2 按鉆頭安裝位置分一）立式挖坑機(jī)立式挖坑機(jī)是常見的一種類型，亦稱立軸式挖坑機(jī)，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(jī)主要用于挖坑作業(yè)。二）臥式挖坑機(jī)臥式挖坑機(jī)亦稱水平軸式挖坑機(jī)，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(yè)2.2.3 挖坑機(jī)的鉆頭南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2.2.3.1 挖坑機(jī)鉆頭的主要類型挖坑機(jī)的鉆頭是挖坑機(jī)的主要工作部件，根據(jù)各地區(qū)條件和作業(yè)的技術(shù)要求，分為整地、挖坑和開溝三大類。螺旋式鉆頭的挖坑機(jī)在工作狀態(tài)時(shí)，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(jī)在工作狀態(tài)時(shí)，土壤不出坑，該形式主要用于播種造林等。開溝用的挖坑機(jī)在工作狀態(tài)時(shí)，土壤是從一側(cè)或兩側(cè)拋出。本設(shè)計(jì)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(shí)鉆頭旋轉(zhuǎn)同時(shí)向下作進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。鉆尖不僅起挖坑機(jī)工作時(shí)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(zhǎng)度決定。如果鉆頭的長(zhǎng)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(dǎo)向螺旋線移動(dòng)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(shí)消耗能量較少，但由于切土負(fù)載不對(duì)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(gè)鉆鏵，按徑向?qū)ΨQ布置。一般小型懸掛式挖坑機(jī)和手提式挖坑機(jī)采用單頭螺旋鉆頭。多頭螺旋鉆頭工作時(shí)穩(wěn)定性較好，但消耗能量較大，一般懸掛式中型挖坑機(jī)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(jī)的設(shè)計(jì)3.1 手提式挖坑機(jī)的工作原理手提式挖坑機(jī)由小型二沖程汽油發(fā)動(dòng)機(jī)（ 2.2-3.68Kw）3、離合器 4、減速器 5、鉆桿及套 6、安全及保護(hù)罩 7 和鉆頭裝置 8 等組成。其工作原理如下：由發(fā)動(dòng)機(jī)通過離合器、減速器而驅(qū)動(dòng)鉆頭作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。操作裝置通常采用可拆卸式的手柄結(jié)構(gòu)。手柄的設(shè)計(jì)要求操作靈敏和便于操作發(fā)動(dòng)機(jī)油門開關(guān)。第 9 頁(yè)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)圖 1-手提式挖坑機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1.油箱 2.手柄 3.發(fā)動(dòng)機(jī) 4.離合器 5.減速器 6.鉆桿及套7.安全保護(hù)罩 8.鉆頭裝置由蘇聯(lián)研制的手提式塊狀整地機(jī)，可在坡度為300地區(qū)作業(yè)，在塊狀整地的同時(shí)其中心部挖出植樹的坑。該機(jī)的工作部件由 “友誼”或“烏拉爾”發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。工作部件是螺旋形鉆頭 8，在其軸桿上用兩個(gè)螺栓固定在橫梁5 上，其橫軸上焊有帶兩個(gè)水平刀 7 的主柱和三個(gè)垂直刀 6。在發(fā)動(dòng)機(jī)的底板上固定有保護(hù)罩 9，它用于防止土壤的拋散。工作時(shí)，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(yè)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)圖 1- 手提式塊狀整地機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1.發(fā)動(dòng)機(jī) 2.減速器 3.機(jī)架 4.手柄 5.橫梁 6.垂直刀 7.水平刀8.鉆頭 9.保護(hù)罩 10.平整器該型機(jī)具可以同時(shí)實(shí)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(jī)具可以自走，可以在減速器的輸出軸上裝升降輪組，當(dāng)機(jī)具到達(dá)作業(yè)地點(diǎn)后，取下輪組再換裝其鉆頭。3.2 動(dòng)力選擇原始數(shù)據(jù)坑徑：400mm坑深：400mm整機(jī)重量15kg挖坑效率 120 孔/h挖坑的動(dòng)力消耗與坑徑、坑深、土壤硬度和下降速度有關(guān)。通過試驗(yàn)，手提式挖坑機(jī)配第 11 頁(yè)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)套動(dòng)力應(yīng)在 2.23.68kW 之間。3.3 螺旋鉆頭的設(shè)計(jì)與計(jì)算手提式挖坑機(jī)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(shè)計(jì)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(zhǎng)度 H0應(yīng)大于坑深 H=400mm3 螺旋升角（外直徑處）導(dǎo)程 h升角是螺旋線與其軸線垂直平面的夾角第 12 頁(yè)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)導(dǎo)程 h 是螺旋線上某一點(diǎn)沿螺旋線圍繞其軸線旋轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的距離tg=h/D90-1-土壤對(duì)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(jìn)給量 s 取 40mm，=1.820.手提式挖坑機(jī)一般取 =10-180.按導(dǎo)程計(jì)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(jī)用單頭5 鉆頭的轉(zhuǎn)速3.3.2 刀片的設(shè)計(jì)刀片也稱鉆鏟或鉆鏵，是挖坑機(jī)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(duì)挖坑機(jī)的阻力矩、生產(chǎn)率都有很大影響。因此，要求在保證足夠強(qiáng)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??；三角形刀片適用于松軟土壤。試驗(yàn)指出，鉆頭的刀片磨損多在外緣，因?yàn)殡x開鉆軸中心越遠(yuǎn)，刀刃轉(zhuǎn)過的路程越長(zhǎng)，因此鉆頭刀片的外緣磨損快。為了延長(zhǎng)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(shí)既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)又有進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，刀片的實(shí)際后角 應(yīng)由刀片該店的運(yùn)動(dòng)方向和刀片后平面之間的夾角來測(cè)量。刀片上各點(diǎn)的 隨著離鉆桿距離增大而增大。只有當(dāng) 0 時(shí)，鉆頭才能入土。當(dāng) 值不大時(shí)，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(dāng)增大名義后角0，以達(dá)到增加實(shí)際后角 。名義后角 0在 250 450時(shí)入第 13 頁(yè)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(shí)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(yīng)密合平整，不允許螺旋面高出刀片而增大切削阻力。對(duì)于直徑300 毫米以下的鉆頭，尤其是手提式挖坑機(jī)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(duì)稱地裝兩個(gè)刀片，因此這種結(jié)構(gòu)需要兩個(gè)刀座。3.3.3 鉆尖的設(shè)計(jì)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(shí)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(jī)（鉆頭重量在 150kg 左右）的鉆頭，應(yīng)選用分叉型鉆尖，而對(duì)于大型的挖坑機(jī)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(jī)）應(yīng)選用三角形鉆尖。對(duì)于鉆深坑的挖坑機(jī)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(duì)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(shè)計(jì)1.設(shè)計(jì)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(hù)功能而被廣泛應(yīng)用于油鋸、割灌機(jī)、風(fēng)力滅火機(jī)、無(wú)變速器等機(jī)具的傳動(dòng)中，它對(duì)保護(hù)操作者和機(jī)具過載時(shí)的安全是十分重要的?；瑝K離心式離合器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、它是由主動(dòng)盤、摩擦塊、壓縮彈簧和被動(dòng)盤組成的。2.設(shè)計(jì)目的通過本課程設(shè)計(jì)，掌握滑塊離心式摩擦離合器的設(shè)計(jì)方法、步驟，進(jìn)一步了解離合器的工作狀況第 14 頁(yè)和性能，提高機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)能力3.設(shè)計(jì)參數(shù)原始數(shù)據(jù)：南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)離合器配用的發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)1E40F離心塊數(shù)量：摩擦表面：發(fā)動(dòng)機(jī)怠4石棉45 鋼1E40F 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)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(hào)(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(dòng)盤間隙1E40F210080002.97/52505.93/4400144 花鍵80mm24mm1mm4具體設(shè)計(jì)步驟：1）. 確定總體設(shè)計(jì)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(dòng)盤間隙取為 1mm，滿足要求且便于計(jì)算?；瑝K離心式摩擦離合器主要用于草坪機(jī)械，假定第 15 頁(yè)以皮帶輪作為輸出結(jié)構(gòu)。南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2）.確定離合器需要傳遞的扭矩：由Memax=N 5.93m ，b 1扭矩儲(chǔ)備系數(shù)這里取 = 1.2。發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)怠速n1= 2100r / min 得 n2=計(jì)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(dòng)盤直徑 D=100mm,壁厚取 2mm，離合器離心塊與被動(dòng)盤間隙 ，因摩擦配合為石棉 石棉，石棉厚度取為 3mm，則被動(dòng)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(dòng)盤材料均選 45 號(hào)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(gè)條件： 結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 時(shí)2= P= m r Pn22式中：P2結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 時(shí)離心塊產(chǎn)生的離心力；Pn彈簧對(duì)離心塊張緊力的徑向分力；第 16 頁(yè)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)2結(jié)合轉(zhuǎn)速 n2 時(shí)的角速度。 傳遞最大扭矩 Mf 時(shí)(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(dòng)機(jī)最大扭矩 Mf 時(shí)的轉(zhuǎn)速；4發(fā)動(dòng)機(jī)最大扭矩 Mf 時(shí)的角速度；f離心塊與被動(dòng)盤內(nèi)表面的摩擦系數(shù)（鋼對(duì)鋼：f0.15；鋼對(duì)石棉： f0.30；石棉對(duì)石棉：f0.360.50，這里取 0.15）由發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)算得 m=0.03kg。6）.計(jì)算彈簧在各個(gè)工況下受力結(jié)合轉(zhuǎn)速時(shí)：2PP=-3 2100=N2n0.03256 251060261.4469怠速時(shí)彈簧壓縮力：3 21002P1=0.03256 251060 2 =39.326N7）驗(yàn)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(yè)1 南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(yàn)算由扇形形心計(jì)算公式： ，設(shè)計(jì)滑塊 ；1200再由組合圖形的形心計(jì)算公式：，計(jì)算得滑塊質(zhì)心約為 19mm；驗(yàn)算結(jié)合轉(zhuǎn)速 ，與理論計(jì)算值 相差不大，故初選質(zhì)心符合要求。9）彈簧的設(shè)計(jì)計(jì)算計(jì)算彈簧剛度由： 怠速時(shí)彈簧所受壓力：。140.025N結(jié)合時(shí)彈簧最大工作壓力： 。223.52N由胡克定律： ，計(jì)算得83.295故彈簧初始?jí)嚎s量為1.68mm 選擇與驗(yàn)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(jì)算得 d= =1.72mm根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)圓整為 d=1.8mm工作圈數(shù) ： 由 ，而 = =1+1.78=2.78mm第 18 頁(yè)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)圓整為 18mm螺紋升角： ，在 之間，符合使用條件展開長(zhǎng)度： =155mm驗(yàn)算穩(wěn)定性： =3.7，故 C 值符合要求疲勞強(qiáng)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)輸出軸，輸出端為離合器，花鍵結(jié)合長(zhǎng)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(qiáng)度和耐磨性校核公式：第 19 頁(yè)T輸入轉(zhuǎn)矩，N.M南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)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(zhǎng)度；平均直徑。由 T=9550P/n=5.40N.M，取 0.7，Z=4，h=1mm，l=86mm， =16mm計(jì)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(dòng)，可認(rèn)為，故 = =126.8N。由機(jī)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(dòng)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(dòng)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(jì)工作溫度查表取得 1計(jì)算得 =2.796kN，得 ，故軸承滿足工作條件。第 20 頁(yè)13）螺釘與墊片根據(jù)實(shí)際使用情況，選擇南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)GB/T65 2000M4 開槽圓柱頭螺釘6 個(gè)， M6 開槽圓柱頭螺釘一個(gè)，GB/T29.1 1988M4 六角頭頭部帶槽螺栓兩個(gè)；GB/T894.1 1986A 型軸用彈性擋圈一個(gè)；GB/T952002C 級(jí)平墊圈七個(gè)；GB/T8551988雙耳止動(dòng)墊圈兩個(gè)。14）膠粘劑的選擇：石棉與滑塊，石棉與被動(dòng)盤的連接均使用膠粘劑，根據(jù)離合器各項(xiàng)性能參數(shù)，為保證穩(wěn)定持久和高強(qiáng)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(shí)，離合器傳遞轉(zhuǎn)矩為 0結(jié)合轉(zhuǎn)速 2625r/min 時(shí)， =126.8N，而（PPn）fRZ ，可得離合器性能曲線如下第 21 頁(yè)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)圖中當(dāng)轉(zhuǎn)速為4400r/min 時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出轉(zhuǎn)矩=5.83N.m ，小于此時(shí)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(shè)計(jì)減速器是手提式挖坑機(jī)的重要部件，它的外形尺寸和重量對(duì)整機(jī)的總重量影響極大，因此必須在速比范圍、傳動(dòng)效率、自重大小以及制造難易、使用可靠性程度等綜合指標(biāo)來進(jìn)行造型和設(shè)計(jì)。目前國(guó)內(nèi)常用的手提式挖坑機(jī)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?cái)[線針輪行星傳動(dòng),簡(jiǎn)稱擺線針輪傳動(dòng)。它與漸開線少齒差行星傳動(dòng)一樣，同屬于 K-H-V型行星齒輪傳動(dòng)。擺線針輪傳動(dòng)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(dòng)原理制成的一種減速器 ,它的優(yōu)點(diǎn)是減速比大、體積小、重量輕、效率高等。第 22 頁(yè)一）ZB 型減速器南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)1.擺線針輪行星減速器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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(dòng)比i=5 為例，其重量可減少 1/2-1/6。傳動(dòng)效率高。如果傳動(dòng)類型選擇適當(dāng)，結(jié)構(gòu)布置合理，其傳動(dòng)效率可達(dá)到 99。傳動(dòng)比范圍大，目前我國(guó)生產(chǎn)的單級(jí)傳動(dòng)比 i=11-87；二級(jí)傳動(dòng)比 i=121-5133；三級(jí)傳動(dòng)比 i=20399。而且具有傳動(dòng)平穩(wěn)、無(wú)噪音、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。2 擺線針輪行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比2 擺線針輪行星傳動(dòng)的傳動(dòng)比擺線針輪行星傳動(dòng)的原理圖見圖。擺線輪 a 是裝在有偏心距 A 的輸入軸上，當(dāng)輸入軸 H 旋轉(zhuǎn)時(shí)，擺線輪 a 不僅繞其安裝在 H 上的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，而且同時(shí)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(gè)圓周上運(yùn)動(dòng)。由此可知，擺線輪 a 同時(shí)具有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)。在傳動(dòng)過程中，由于擺線輪的軸線 Oa是運(yùn)動(dòng)的，所以其傳動(dòng)比不能用簡(jiǎn)單的齒數(shù)反比來表示。設(shè)圖第 23 頁(yè)南京林業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)