1G-160型旋耕滅茬機(jī)中央傳動裝置設(shè)計(jì)(與側(cè)邊傳動裝置配套)

1G-160型旋耕滅茬機(jī)中央傳動裝置設(shè)計(jì)(與側(cè)邊傳動裝置配套),160,型旋耕,滅茬,中央,傳動,裝置,設(shè)計(jì),側(cè)邊,配套 旋耕滅茬機(jī)中央傳動裝置設(shè)計(jì)說明書目錄前言11 方案的擬定 31.1 設(shè)計(jì)參數(shù)要求31.2 方案的選擇313 方案對比分析52 運(yùn)動計(jì)算63 動力計(jì)算73.1 各傳動副效率732 動力分配74 軸的計(jì)算 1041選擇軸的材料及熱處理104.2 初估軸徑104.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1044 軸的受力分析1145判斷危險斷面1446軸的彎矩合成強(qiáng)度校核14 4.7 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 155 軸承壽命計(jì)算 185.1 求軸承上，承受徑向載荷185.2 計(jì)算派生軸向力 185.3計(jì)算軸承所受力的載荷185.4計(jì)算當(dāng)量動負(fù)荷185.5 計(jì)算軸承壽命20結(jié)論 21參考文獻(xiàn) 22附錄24前 言旋耕機(jī)在當(dāng)代無論國內(nèi)外都是不可缺少的農(nóng)用機(jī)械,它在農(nóng)業(yè)上也算是先進(jìn)生產(chǎn)工具. 南稻北移，種植面積迅速擴(kuò)大，不僅刺激了旋耕機(jī)的市場需求，而且其市場需求結(jié)構(gòu)亦向大型高效方向發(fā)展。 由拖拉機(jī)動力輸出軸驅(qū)動工作部件而加工土壤實(shí)施作業(yè)的耕作機(jī)械統(tǒng)稱為驅(qū)動型耕作機(jī)械，由于它比牽引型耕作機(jī)械具有更多的優(yōu)點(diǎn)，因而在國內(nèi)外已發(fā)展成為農(nóng)業(yè)機(jī)械的一個重要門類。在我國，目前的驅(qū)動型耕作機(jī)械產(chǎn)品有旋耕機(jī)及復(fù)式作業(yè)機(jī)、驅(qū)動式圓盤犁、耕耙犁、水田驅(qū)動耙、立式轉(zhuǎn)齒耙等，但產(chǎn)量比較大的主要是旋耕機(jī)。目前，批量生產(chǎn)和推廣使用的22746kW手扶拖拉機(jī)和乘坐式拖拉機(jī)配套旋耕機(jī)三大系列145種產(chǎn)品，系80年代末的更新?lián)Q代產(chǎn)品。90年代以來，國內(nèi)又研制了一批旋耕復(fù)式作業(yè)機(jī)具新產(chǎn)品，逐步投放市場。目前，國內(nèi)大中拖配套旋耕機(jī)保有量約15萬臺，手拖和小四輪配套旋耕機(jī)約200萬臺。旋耕機(jī)在南方水稻生產(chǎn)機(jī)械化應(yīng)用中已占80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。 南稻北移，種植面積迅速增加，擴(kuò)大了對旋耕機(jī)械的市場需求。水稻是高產(chǎn)作物，種植水稻有較高的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，在我國北方實(shí)施種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力推行旱改水，擴(kuò)大水稻種植面積。由于農(nóng)作物的結(jié)構(gòu)調(diào)整，相應(yīng)的農(nóng)機(jī)裝備結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化，迫切需要從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上合理配備適應(yīng)水旱田作業(yè)的拖拉機(jī)及配套農(nóng)機(jī)具。黑龍江墾區(qū)原以旱田種植麥豆為主，并以傳統(tǒng)的旱地鏵式犁與其配套的圓盤耙、平地機(jī)、耢地機(jī)等作為耕整地機(jī)具。1993年，擁有旋耕機(jī)僅1631臺，而當(dāng)年水稻種植面積為1500萬畝，顯然不適應(yīng)水稻生產(chǎn)的發(fā)展。近10年來，黑龍江墾區(qū)大量購進(jìn)手扶拖拉機(jī)和上海50等中型輪式拖拉機(jī)及配套的旋耕機(jī)，除購進(jìn)外省區(qū)產(chǎn)品外，本省本系統(tǒng)就地生產(chǎn)也發(fā)展迅速。 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、集約化、規(guī)?；?jīng)營需要大型高效旋耕機(jī)械。隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和適度規(guī)模經(jīng)營的發(fā)展，對大中型農(nóng)業(yè)機(jī)械的市場需求也日漸增大。不僅是農(nóng)墾系統(tǒng)國營農(nóng)場，而且鄉(xiāng)村農(nóng)機(jī)服務(wù)站以及個體的農(nóng)機(jī)專業(yè)戶，也需要更新和添置大中型農(nóng)業(yè)機(jī)械。對黑龍江墾區(qū)的調(diào)查表明，近年大量購置的水田耕整地機(jī)械已由中小功率拖拉機(jī)旋耕機(jī)組變化為鐵牛654和LF80904W D等大中功率輪式拖拉機(jī)及配套旋耕機(jī)。農(nóng)機(jī)專業(yè)戶使用這些大中型機(jī)械從事機(jī)耕服務(wù)，一般12年可回收本金，有誘人的經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)生產(chǎn)需要. 目前的驅(qū)動型耕作機(jī)械產(chǎn)品有旋耕機(jī)及復(fù)式作業(yè)機(jī)、驅(qū)動式圓盤犁、耕耙犁、水田驅(qū)動耙、立式轉(zhuǎn)齒耙等，但產(chǎn)量比較大的主要是旋耕機(jī)。主要研究旋耕機(jī)的主要內(nèi)容：(a)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、第二動力軸及有關(guān)軸承座等。(b)拖拉機(jī)佩帶旋耕機(jī)滅茬機(jī)作業(yè),使用13檔前進(jìn)速度,其中:旋耕機(jī),滅茬時使用12檔,時使用3檔;(c)刀棍轉(zhuǎn)速:正轉(zhuǎn) :200r/min左右(旋耕) 400500r/min(破垡) 反轉(zhuǎn) :200r/min左右(埋青 滅茬)(d)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1.61.7m.本課題擬解決的問題:(a)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，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。(b)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。(c)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，可采用偏配置。(d)要求結(jié)構(gòu)簡單可靠，保證各項(xiàng)性能指標(biāo)。(e)設(shè)計(jì)時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。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)效益和社會效益。1 方案的擬定旋耕滅薦機(jī)狀態(tài)動力為36.75KW(50馬力).動力由拖拉機(jī)動力輸出，軸徑一對圓錐齒輪和側(cè)邊圓柱齒輪帶動。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a刀軸轉(zhuǎn)速的要求b設(shè)計(jì)耕深 14cmc工作幅寬 1.6md技術(shù) 141.2 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，造價低，在市場上具有一定的先進(jìn)性為此擬定二套方案對此進(jìn)行分析1.2.1方案1圖1- 1第一方案示意圖動力由拖拉機(jī)動力輸出軸徑對圓錐齒和一組四級齒輪帶動刀軸旋耕，此種方案的工作特色： 最后一級動力，由中間齒輪傳動，兩邊由側(cè)板支撐（對稱性較好，剛性高，強(qiáng)度高）高低檔轉(zhuǎn)速通過撥擋實(shí)現(xiàn)，正反轉(zhuǎn)通過調(diào)正大齒輪的拆卸來實(shí)現(xiàn)（見圖1-1、圖1-2）圖1-2第一方案示意圖1.2.2 方案2 圖1-3第二方案示意圖圖1-4第二方案示意圖動力從拖拉機(jī)輸出軸輸出，經(jīng)一對圓錐齒輪和一組圓柱齒輪傳動帶動刀軸施耕，此種方案的特點(diǎn)是前后一級傳動導(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)通過對調(diào)側(cè)齒輪箱的方向，圖1-3為正轉(zhuǎn)，圖1-4為反轉(zhuǎn)。1.3 方案對比分析方案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，需分改工作部件以耕除漏我愛美女撥擋變速，操作較好方便，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價高。方案2、采用側(cè)邊傳動，平衡性較差，一般用偏置，剛性較差，但正需要加漏耕裝置，結(jié)構(gòu)簡單，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，簡單，操作不是很方便，不象交通工具，不易變換和調(diào)向。農(nóng)機(jī)機(jī)械的使用常常一季節(jié)只使用一個作業(yè)項(xiàng)目，不需要經(jīng)常拆裝，2比1結(jié)構(gòu)簡單，所以方案2更切合實(shí)際的需要，所以方案2為選用方案。2 運(yùn)動計(jì)算其中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。惰輪齒數(shù)Z4、Z5的齒數(shù)，待總體結(jié)構(gòu)尺寸確定后再定和任務(wù)書要求，按照方案2的傳動路線，故萬向節(jié)計(jì)算傳動比，分配和各軸的軌跡，故參數(shù)分別列表表1-1表1-2表1-1旋耕萬向節(jié)計(jì)算傳動比分配和各軸的軌跡參數(shù)列表軸次軸軸軸軸軸齒數(shù)Z1Z2Z3Z4Z5Z6143015暫不定暫不定22傳動比2.14147總傳動比3.15轉(zhuǎn)速r/min734343233表1-2滅茬萬向節(jié)計(jì)算傳動比分配和各軸的軌跡參數(shù)列表軸次軸軸軸軸軸齒數(shù)Z1Z2Z3Z4Z5Z6143022暫不定暫不定15傳動比2.140.68總傳動比1.46轉(zhuǎn)速r/min734343504 3 動力計(jì)算旋耕滅茬機(jī)在動轉(zhuǎn)、旋耕和反轉(zhuǎn)滅茬時，消耗功率最大，而在水田作業(yè)和存垡作業(yè)時消耗的功率較小，也就是說，設(shè)在低速檔作業(yè)時，消耗的功能較大，在高速當(dāng)時，消耗的功率較小，因此，動力計(jì)算只需要對低速傳動進(jìn)行計(jì)算，選表1-1和表1-2都是低速運(yùn)動路線傳動比一樣，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 各傳動副效率圓錐齒輪傳動 1=0.96圓柱齒輪 2=0.96 滾柱軸承 3=0.98球軸承 4=0.99萬向節(jié) 5=0.963.2 動力分配3.2.1拖拉機(jī)動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=0.8N發(fā)=29.4KWn=734r/min3.2.2第一軸及小錐齒輪Z動率，轉(zhuǎn)速和扭矩P1=40 0.980.96=27.66KWn1=734 r/minT1=9.55106 (3-1)PZ1= (3-2)nZ1=734r/minTZ1= (3-3)3.2.3大錐齒輪Z2的功率軌跡的扭矩為Pz2=Pz1 (3-4)nz2= (3-5)TZ2= (3-6)3.2.4第二軸功率軌跡和扭矩為p=PZ2 (3-7)n=nZ2=343r/minT=9.55 3.2.5第二軸Z3齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩為PZ3= p=26.02KW (3-8)nZ3=n=343r/min TZ3=T=7.24106 Nmm3.2.6第軸Z4齒輪功率PZ4= (3-9)3.2.7第軸（隨輪軸）不傳遞扭矩，故不校核3.2.8第軸Z5齒輪功率PZ5=PZ4 (3-10)3.2.9第軸（隨輪軸）不傳遞扭矩，故不校核3.2.10刀軸Z6齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩PZ6=P Z5 (3-11) (3-12) (3-13)3.2.11刀軸功率，轉(zhuǎn)速和扭矩 T表3-1刀軸功率,轉(zhuǎn)速和扭矩軸次動力軸軸軸軸刀軸輸出軸軸Z1軸Z2Z3軸Z4軸Z5軸Z6P功率（KW）29-427.6627.126.0226.5526.02249823.9822.7922.79N轉(zhuǎn)速（r/min）734734734343343343233233T扭矩(Nmn）3.61053.531057.241057.391057.241057.51059.51054 軸的計(jì)算 4.1 選擇軸的材料及熱處理由于旋耕機(jī)傳遞的功率不大，尺寸也無特殊要求，故選擇常用材料45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表10-1可得此石度為217255HBS、=650MPa、 MPa、MPa、 b=215 MPa、b=60 MPa =100MPa4.2 初估軸徑按扭矩初估軸的直徑，查機(jī)械設(shè)計(jì)表10-2得，C=106117，考慮到安裝齒輪的軸段受扭矩和力的作用取C=117cmdmin= (4-1)4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)4.3.1各軸段直徑的確定 初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從dmin處開始逐段確定直徑，軸段與大錐齒輪配合，故取d3=50min，軸段為軸防止大錐齒輪軸向竄動，由表10-3中公式計(jì)算得軸肩高度h=2.84mm，故軸徑的直徑d4=58mm,軸段上安裝軸承又應(yīng)符合軸承內(nèi)徑系列，即軸段的直徑應(yīng)與軸承型號的選擇同時進(jìn)行，現(xiàn)暫取軸承型號為3210，其內(nèi)徑為50mm，故軸段的直徑d5=50mm，通常同一根軸上的兩個軸承取相型號，故軸段的直徑d7=50mm,軸段不需安裝傳動部件，為了裝軸承故比軸段也略小，故d6=49軸段安裝齒輪，為了軸加工時方便、快捷，故d8=50軸段與軸段為了軸承齒輪軸向固定，受力很小故軸段與軸段的直徑不大，取d1=d10=39，軸段與軸段為退刀槽。4.3.2各軸段長度的確定 軸段的和長度比大錐齒輪短些，已知齒寬為40故L8=39.5 其余按結(jié)構(gòu)需要L1=13.5 L2=3 L5=54 L6=554 L7=36 L9=3 L10=13.54.4 軸的受力分析4.4.1畫受力圖圖4-1第一軸的受力分析圖4.4.2 計(jì)算支承反力大錐齒輪：已知Tz1=3.53105Nd1=MZ1=614=84 求Ft2 Fr2 Fa2由7-19 P123 dm1=（10.5R）d1=（10.50.33）84=71.4Ft1= (4-2)Fr1=Fr1,cos (4-3)Fa1=Fr1sin (4-4)圓柱齒輪 ： T3=7.42105N. 求F Fr3由式7-6 P101水平面R1H= (4-5)R2H=在垂直面R1V=R2V=4.4.3 畫彎矩圖在水平面上 （4-6） （4-7） （4-8）在垂直平面上 （4-9） （4-10）合成彎矩4.4.4 畫轉(zhuǎn)矩圖轉(zhuǎn)矩由表10-1 P182取 4.4.5 當(dāng)量彎矩Me4.5 判斷危險剖面由上述計(jì)算結(jié)果，在2截面的合成彎矩最大，扭矩為T，該截面可能是截面。4.6 軸的彎矩合成強(qiáng)度校核由表10-1P182查得4.6.1 （4-11）4.7 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核：由表10-1P182查得 -1=155MPa由附表10-1查得K=1 K=1.63由附表10-4查得絕對尺寸系數(shù)軸經(jīng)磨削加工，由附表10-5查得表面質(zhì)量系數(shù)則彎曲應(yīng)力應(yīng)力幅平均應(yīng)力切應(yīng)力安全系數(shù) （4-12） 軸的設(shè)計(jì)參數(shù)匯總于表4-1表4-1軸的設(shè)計(jì)參數(shù)名稱代號公式及依據(jù)計(jì)算值單位材料45表面硬度HRC P7-2手冊7.1-1217255抗拉強(qiáng)度極限 P7-2手冊7.1-1637MPa對稱循環(huán)時彎曲疲勞強(qiáng)度極限P7-2手冊7.1-1268MPa對稱循環(huán)時扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度極限P7-2手冊7.1-1155MPa平均應(yīng)力0應(yīng)力幅度49.8MPa49.8MPa切應(yīng)力21.98MPa抗彎截面系數(shù)WW扭/210445.89mm2拉扭扭截面系數(shù)WT20891.78mm2花鍵外徑DP7-18手冊7.1-2350mm花鍵內(nèi)徑dP7-18手冊7.1-2346mm花鍵齒數(shù)zP7-18手冊7.1-238鍵寬bP7-18手冊7.1-239敏性系數(shù)P7-15手冊7.1-190.3P7-15手冊7.1-190.21表面質(zhì)量系數(shù)=1.8表面光潔度質(zhì)量系數(shù)P7-14手冊7.1-140.90強(qiáng)化表面質(zhì)量系數(shù)P7-14手冊7.1-153配合件邊緣的有效應(yīng)力集中系數(shù)1.252.14扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)6.28彎曲安全系數(shù)4.82安全系數(shù)S3.83最小許用安全系數(shù)S11.3S21.4S31.5疲勞許用安全系數(shù)SS1 *S2 *S32. 73查表P193 10-6得許用安全系數(shù)S=1.31.5,顯然SS故此截面安全。5 軸承壽命計(jì)算根據(jù)（1）機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)、（2）機(jī)械設(shè)計(jì)。已知軸承轉(zhuǎn)速軸上的軸向載荷 方向指向軸承2，工作時有較大沖擊，環(huán)境濕度125軸承違背安裝32010型軸承，可查表8-14P2625.1求軸承上，承受徑向載荷 （5-1） （5-2）5.2 計(jì)算派生軸向力對36210型軸承查（2）表11-9 P233有Y值是對應(yīng)（2）表11-7 P232中FA/FRe時的值 5.3 計(jì)算軸承所受力的載荷由(2)式F-12 P234 故軸承e FA2/FR2=2359.96/8967.83=0.3e由（2）表11-73表查得X1=0.4Y1=1.7查表11-8得fp=1.21.8b 取中間值fp=1.5軸的當(dāng)量動負(fù)荷為: （5-2）5.5 計(jì)算軸承壽命查機(jī)械設(shè)計(jì)表11-6 P231得查新編機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊表8-2-37P8-134查得 表5-1軸承及其軸的受力情況軸承位置 軸AB名稱 代號 型號3621036210垂直負(fù)荷NRV913.955823.13水平負(fù)荷NRH11226.786820.05徑向負(fù)荷NFR11263.928967.83派生軸向力NS2964.192359.96軸向外力NFa3095.47基本額定負(fù)荷KNCr38.2載荷系數(shù)fp1.5溫度系數(shù)ft0.95徑向載荷系數(shù)X0.41軸向載荷系數(shù)Y1.70軸承轉(zhuǎn)速r/minn233軸承壽命hLh9515131軸1可作易損件處理，旋耕滅茬機(jī)具有很強(qiáng)的季節(jié)使用性，可創(chuàng)分個周期，一個周期換一次。結(jié) 論本設(shè)計(jì)是采用側(cè)邊齒輪傳動，平衡性較差，采用偏置，剛性較差，但無需要加漏耕裝置，結(jié)構(gòu)簡單，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，操作不是很方便，須進(jìn)一步改進(jìn)。農(nóng)機(jī)機(jī)械的使用常常一季節(jié)只使用一個作業(yè)項(xiàng)目，不需要經(jīng)常拆裝。不需要經(jīng)常變速和換向,所以本設(shè)計(jì)方案比較適用,合理。參 考 文 獻(xiàn)1王伯平.互換性與測量技術(shù)M.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.92陳秀寧，施高義.機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)M.杭州：浙江大學(xué)出版社,1994.10.3錢志峰，劉蘇主. 工程圖學(xué)M. 北京： 科學(xué)出版社出版， 2001.4.4GB/T5668.1-1995,旋耕機(jī)Z.5GB/T5668.3-1995,旋耕機(jī)械與試驗(yàn)方法Z.6 丁為民.反轉(zhuǎn)旋耕及旋耕刀的研究Z. 南京: 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)，1999.7唐余圩.多用節(jié)能滅茬機(jī)Z.中國專利：ZL97235534.1998-05-27.附 錄 圖名 圖號 圖幅1大錐齒輪A3 IG-160.02.08 A32擋圈A4 IG-160.02.09 A43第一軸A3 IG-160.02.04 A34墊片A4 IG-160.02.10 A45小錐齒輪A3 IG-160.02.06 A36右主梁焊合A1 IG-160.02.05 A17左主梁焊合A1 IG-160.02.11 A18錐齒輪箱體A0 IG-160.02.03 A09紙墊A3 IG-160.02.04 A310軸承悶蓋A4 IG-160.02.07 A411軸承透蓋A4 IG-160.02.01 A412錐齒輪總成A1 IG-160.02.00 A113滅茬機(jī)總成 IG-160.00 A114 機(jī)動圖 IG-160.00.00 A115 總圖 IG-160.01.00 A125