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自走連續(xù)振動(dòng)式紅棗收獲機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 楊海斌 學(xué) 號(hào) 8011212125 所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) 16-1 指導(dǎo)老師 郭文松 日 期 2016.05 塔里木大學(xué)機(jī)械電氣化工程學(xué)院制 16 屆畢業(yè)設(shè)計(jì) 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 前 言 果業(yè)是人類生存和社會(huì)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，果業(yè)產(chǎn)業(yè)應(yīng)該是一個(gè)可持續(xù)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)。因而，隨 著世界性果業(yè)日益發(fā)展，尋找新的果園發(fā)展方式擺在了人們的面前。 棗業(yè)是果業(yè)中的一種，在南疆一帶種植廣泛，果園收獲作業(yè)是果園生產(chǎn)全過(guò)程中重要的 環(huán)節(jié)，棗樹收獲用工量多，勞動(dòng)強(qiáng)度大。傳統(tǒng)的人工收獲方法，每公頃需幾百個(gè)工時(shí)，占果園生 產(chǎn)過(guò)程中總用工量的50%左右，效率大大降低。因此，果園收獲機(jī)械化一直是國(guó)內(nèi)外研究工作的 重點(diǎn)。當(dāng)前，果園收獲機(jī)械化在已作為一種比較成熟技術(shù)在國(guó)外被廣泛采用，機(jī)械收獲的生產(chǎn)效 率與人工相比提高了5～10 倍，大大的提高了效率。機(jī)械采收的方法主要有振搖法和梳刷法，振 搖法是應(yīng)用最多的一種機(jī)械采收方法，是國(guó)外應(yīng)用較多、適用性較好的采收機(jī)型。然而，國(guó)內(nèi)果 園收獲主要依靠人工摘或借助簡(jiǎn)單工具采摘，林果采收機(jī)械的研究在我國(guó)仍處于起步階段，尚未 見比較成熟的實(shí)用機(jī)具報(bào)道。目前，隨著特色林果，尤其是紅棗等林果的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依靠 人工采收已不能滿足產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需要。 針對(duì)國(guó)內(nèi)尤其是果園采收機(jī)械的研究現(xiàn)狀和林果業(yè)機(jī)械化發(fā)展的新的形式及要求，研究 并設(shè)計(jì)機(jī)械振動(dòng)式林果采收機(jī)，對(duì)于發(fā)展并提高我國(guó)林果收獲機(jī)械化水平具有十分重大的意義。 關(guān)鍵詞：紅棗；收獲機(jī)；振動(dòng)式 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 目 錄 1 緒論 ........................................................................................................................................1 1.1 課題研究的目的及意義 ..................................................................................................................1 1.2 國(guó)內(nèi)外水果采摘機(jī)械的現(xiàn)狀 ..........................................................................................................1 1.3 國(guó)外現(xiàn)狀水果采摘機(jī)械的現(xiàn)狀 ......................................................................................................2 1.4 本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 ..............................................................................2 2 總體方案擬定 ................................................................................................................................................3 2.1 方案來(lái)源 ..........................................................................................................................................3 2.2 總體方案設(shè)計(jì) ..................................................................................................................................3 3 總體計(jì)算 ..........................................................................................................................................................5 3.1 傳動(dòng)比分配 ......................................................................................................................................5 3.2 效率計(jì)算 ..........................................................................................................................................5 3.3 功率計(jì)算 ..........................................................................................................................................5 3.4 轉(zhuǎn)矩計(jì)算 ..........................................................................................................................................5 4 主要零部件設(shè)計(jì) ...........................................................................................................................................6 4.1 減速機(jī)的選擇 ..................................................................................................................................6 4.2V 帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 ...............................................................................................................................6 4.3 帶輪計(jì)算 ..........................................................................................................................................8 4.4 滾子鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................................................................................................9 4.5 鏈輪計(jì)算 ........................................................................................................................................10 4.6 直齒圓錐齒輪計(jì)算 ........................................................................................................................11 4.7 軸的設(shè)計(jì) ........................................................................................................................................15 5 軸的校核 ........................................................................................................................................................19 5.1 按扭轉(zhuǎn)剛度條件計(jì)算 ....................................................................................................................19 5.2 校核軸的疲勞強(qiáng)度 ........................................................................................................................19 6 輔助部件 ........................................................................................................................................................21 6.1 鍵的選擇 ........................................................................................................................................21 6.2 聯(lián)軸器的選擇 ................................................................................................................................21 6.3 軸承選擇 ........................................................................................................................................21 7 總 結(jié) ...............................................................................................................................................................22 致 謝 ..................................................................................................................................................................23 參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................................................24 1 1緒論 1.1課題研究的目的及意義 大棗又名紅棗、干棗、棗子，起源于中國(guó)，在中國(guó)已有四千多年的種植歷史，自古以來(lái)就被 列為“五果”（桃、李、梅、杏、棗）之一。紅棗富含蛋白質(zhì)、脂肪、糖類、胡蘿卜素、B 族維生 素、維生素 C、 維生素 P 以及鈣、磷、鐵和環(huán)磷酸腺苷等營(yíng)養(yǎng)成分。其中維生素 C 的含量在果品 中名列前茅，有維生素王之美稱。 隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機(jī)械化作業(yè)在紅棗栽培中的重要性逐漸凸顯。依據(jù)最近 幾年林果業(yè)發(fā)展的態(tài)式分析，果樹種植每年以 10%的速度遞增，由于林果業(yè)的快速發(fā)展， 各地已形成了較大的種植規(guī)模，每到收獲季節(jié)需要投入大量的勞力來(lái)完成水果采收?？梢灶A(yù)見到， 再過(guò) 3～5 年，新種植的果樹進(jìn)入盛果期后，水果采收作業(yè)將會(huì)出現(xiàn)因勞動(dòng)力短缺、采收不及時(shí)， 而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問題。這是因?yàn)?，水果采摘是一?xiàng)勞動(dòng)投入量很大的作業(yè)， 有些水果因成熟期不一致，需要多次采摘才能完成收獲；而有些作為鮮食或作為加工用途的果品， 因市場(chǎng)對(duì)于果實(shí)外觀要求較高，不能有碰傷、刮傷、壓裂等機(jī)械損傷，采收這些水果時(shí)必須小心 翼翼；另外，水果收獲是在離地面有 3～5 m 高的空中作業(yè)，以上原因決定了水果采摘是一項(xiàng)費(fèi)時(shí)、 費(fèi)工、費(fèi)力的作業(yè)。人工采收水果的速度緩慢，大面積發(fā)展水果種植時(shí)，必須要依靠機(jī)械化來(lái)提 高采摘效率。據(jù)有關(guān)資料介紹，有些鮮食水果的采收用工量較大，約占水果生產(chǎn)總用工量的 50% 以上，導(dǎo)致特色果品的生產(chǎn)成本過(guò)大，不能滿足向果品加工企業(yè)提供數(shù)量充足、質(zhì)量?jī)?yōu)越、價(jià)格 相對(duì)低廉的原料，這樣極不利于企業(yè)直接參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。 果園收獲作業(yè)是果園生產(chǎn)全過(guò)程中最重要的環(huán)節(jié)，林果采收勞動(dòng)強(qiáng)度大，用工量多。傳統(tǒng)的 人工采收方法，每公頃需要幾百個(gè)工時(shí)，占果園生產(chǎn)過(guò)程中用工量的 50%左右，費(fèi)時(shí)費(fèi)力且成本 高。目前，隨著特色林果，尤其是紅棗等林果的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，依靠人工采收的方式 已不能滿足紅棗等產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的需要。 針對(duì)我國(guó)尤其是林果采收機(jī)械的研究現(xiàn)狀和林果業(yè)機(jī)械化發(fā)展的新形式要求，研究設(shè)計(jì) 機(jī)械振動(dòng)式林果采收機(jī)，對(duì)提高我國(guó)林果收獲機(jī)械化水平具有重要意義。 1.2 國(guó)內(nèi)外水果采摘機(jī)械的現(xiàn)狀 上世紀(jì) 80 年代我國(guó)開始林果機(jī)械化收獲研究，張克孝教授先后采用梳刷和振動(dòng)的原理對(duì)黑加 侖進(jìn)行機(jī)械采收的試驗(yàn)研究；王業(yè)成采用振動(dòng)采收裝置對(duì)黑加侖進(jìn)行收獲試驗(yàn)；寧夏固原地區(qū)農(nóng) 機(jī)所研制了手工沙棘采收器。寧夏農(nóng)林科學(xué)院研制的枸杞采摘機(jī)；內(nèi)蒙古自治區(qū)園藝科學(xué)研究所 研究了噴灑 40%乙烯利溶劑的沙棘化學(xué)采收法；內(nèi)蒙古林業(yè)研究院應(yīng)用氣吸式小林果采收裝置進(jìn) 行氣吸采收。這些方法可在一定程度上提高工效、改善采收條件，但采收效率低，果樹損傷嚴(yán)重。 2009 年，農(nóng)墾科學(xué)院機(jī)械裝備研究所研制 4YS-24 型紅棗收獲機(jī)，采用抱搖式收獲方法，適 于收獲樹高 3 m 以上的棗樹，采凈率 91.5%；2010 年農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所研制了手 持式振動(dòng)林果收獲機(jī)，采用樹枝振動(dòng)式收獲方法，采凈率≥85%；時(shí)代沃林推出的果樹振動(dòng)采收機(jī) ZTM-02，采用抱搖式收獲方法，適用于各類堅(jiān)果和表皮不易破損的鮮果進(jìn)行收獲。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 1.3 國(guó)外現(xiàn)狀水果采摘機(jī)械的現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 60 年代，國(guó)外開始林果機(jī)械化收獲研究，根據(jù)收獲機(jī)械所用動(dòng)力不同，主要有氣力 式和機(jī)械式。氣力式分為：氣吹和氣吸式，振動(dòng)式根據(jù)激振位置不同分為：樹桿、樹枝和樹冠振 動(dòng)式。氣力式振動(dòng)收獲：Whitney J D 和 Wheaton T A 通過(guò)氣力式振動(dòng)采收機(jī)對(duì)噴灑落果劑的 Valencia 柑橘進(jìn)行試驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn)：該方法的采收率很低，且氣力式振動(dòng)采收機(jī)相對(duì)于人工采摘， 柑橘減產(chǎn) 16%。樹桿振動(dòng)式收獲： Whitney and Wheaton 使用 FMC-4000 抱搖式振動(dòng)收獲機(jī)對(duì)噴灑 落果劑的柑橘進(jìn)行試驗(yàn)，振動(dòng)時(shí)間 3～7s，收獲率在 90%以上，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)機(jī)采比人工采摘的柑 橘減產(chǎn) 10％。樹枝振動(dòng)式收獲：Mateev L.M.et al.認(rèn)為采收工作部件撞擊櫻桃樹枝的沖擊力為隨機(jī) 函數(shù)，在不同工作參數(shù)下建立了櫻桃振動(dòng)采收數(shù)學(xué)模型，在櫻桃田間采收試驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與該 模型預(yù)測(cè)結(jié)果的相關(guān)系數(shù)約為 0.99。樹冠振動(dòng)式收獲：韓國(guó)忠南國(guó)立大學(xué) S.W.Lee etal.對(duì)紅棗的 物理力學(xué)特性研究，研究基于樹冠振動(dòng)的采收裝置，激振頻率 7.7 Hz，試驗(yàn)時(shí)間 3 s，成熟紅棗采 收率達(dá)到 95.8%。 綜上所述，國(guó)外沒有可以引進(jìn)消化吸收的矮化密植紅棗收獲機(jī)，兵團(tuán)以及國(guó)內(nèi)林果業(yè)機(jī) 械化發(fā)展步伐緩慢，國(guó)內(nèi)林果收獲機(jī)研制也沒有提供相應(yīng)的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)，林果業(yè)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化 作業(yè)大部分尚處于空白階段。為了應(yīng)對(duì)矮化密植紅棗種植面積迅猛增長(zhǎng)帶來(lái)的收獲難題，國(guó)內(nèi)自 主研制其收獲機(jī)械裝備勢(shì)在必行。 1.4本課題需要重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題及解決思路 矮化密植紅棗棗樹枝干比較細(xì)，且不會(huì)太高。因此，在進(jìn)行機(jī)械化采收的時(shí)候還要特別主要 的是對(duì)棗樹枝干的保護(hù)，就是敲擊強(qiáng)度不宜過(guò)大，同時(shí)，還要保證采凈率。因此，在設(shè)計(jì)過(guò)程中 要注意機(jī)械采摘過(guò)程中對(duì)棗樹枝干的保護(hù)等問題。 通過(guò)資料的查詢和實(shí)際的測(cè)量，同時(shí)還有指導(dǎo)老師的指導(dǎo)，可以總結(jié)出該矮化密植紅棗收獲 機(jī)設(shè)計(jì)要求為：工作寬度小，易移動(dòng)，采摘過(guò)程對(duì)樹枝和果實(shí)的損傷小。經(jīng)借鑒采用連續(xù)旋轉(zhuǎn)的 方式敲擊樹枝，敲擊棒為橡膠材質(zhì)，盡量減少對(duì)樹枝的損傷。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 2 總體方案擬定 2.1 方案來(lái)源 門式高架采果機(jī)：用成排的指桿式橡膠敲擊棒在液壓系統(tǒng)操縱下做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，敲打果枝，使 果實(shí)脫落，適用于采收成行的矮化果樹。如圖 2-1 所示： 12345 1 操縱臺(tái) 2 槳葉 3 振動(dòng)器 4 輸送帶 5 承接導(dǎo)向器 圖 2-1 門式高架采果機(jī) 2.2 總體方案設(shè)計(jì) 1 收果架 2 鋼架輪 3 鋼架 4 軸承端蓋 5 螺釘 6 軸承 7 敲擊棒 8 聯(lián)軸器 9 螺栓 10 墊片 11 螺母 12 軸承座 13 鏈輪 14 大帶輪 15 錐齒輪 16 鏈條 17 帶 18 小帶輪 圖 2-2 總體方案圖 總體方案圖如圖 2-2 所示，以發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出軸為動(dòng)力，動(dòng)力輸出軸以聯(lián)軸器與減速機(jī)相連 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 接，將動(dòng)力遞給減速機(jī)，帶動(dòng)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)，減速機(jī)輸出軸以聯(lián)軸器與小皮帶輪相連接，小皮帶輪 通過(guò)皮帶與大皮帶輪相連接，將動(dòng)力傳遞給大皮帶輪，實(shí)現(xiàn)大皮帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶應(yīng)用張緊輪張 緊，并采用防護(hù)罩，以防止灰塵。大皮帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)同軸連接鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng) 鏈輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)其余兩軸兩個(gè)從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從動(dòng)鏈輪轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)同軸相連接錐齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò) 錐齒輪的變向作用，將豎直平面的運(yùn)動(dòng)改為水平平面的運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)連接有橡膠敲擊棒的軸旋 轉(zhuǎn)，以固定頻率樹枝，使果實(shí)下落，下面放有接果盤，用以收集果實(shí)，收集完果實(shí)后用風(fēng)扇吹去 落葉，在進(jìn)行其他方式除雜工作，最后完成對(duì)紅棗的收集過(guò)程。在收集的過(guò)程中應(yīng)當(dāng)注意工作寬 度小，易移動(dòng)，采摘過(guò)程對(duì)樹枝和果實(shí)的損傷小，鏈輪潤(rùn)滑等要求。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 3 總體計(jì)算 3.1 傳動(dòng)比分配 選擇轉(zhuǎn)速為 540 r/min 后動(dòng)力輸出軸，執(zhí)行機(jī)構(gòu)敲擊棗樹的頻率為 60 r/min，傳動(dòng)比為 9:1，綜 合考慮各個(gè)因素，分配傳動(dòng)比為減速機(jī) 6:1，大帶輪與小帶輪傳動(dòng)比為 1.5:1，鏈輪傳動(dòng)比為 1:1， 錐齒輪傳動(dòng)比為 1:1。 3.2 效率計(jì)算 η =0.99，每對(duì)滾動(dòng)軸承 η =0.98，η =0.96，η =0.9，η =0.92聯(lián) 軸 器 滾 動(dòng) 軸 承 帶 鏈 條 錐 齒 輪 η =0.85，η =0.9發(fā) 動(dòng) 機(jī) 減 速 器 3.3 功率計(jì)算 選擇型號(hào) 4BTA3.9-C100-II 發(fā)動(dòng)機(jī)，故功率 P 為 25×0.735Kw=18.375 kW 動(dòng)力輸出軸功率 P =P×η ≈15.62 kW動(dòng) 力 輸 出 軸 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 輸入減速機(jī)功率 P = P ×η ≈15.46 kW輸 入 動(dòng) 力 輸 出 軸 聯(lián) 軸 器 小帶輪軸功率 P = P ×η ≈13.91 kW小 帶 輪 輸 入 減 速 器 大帶輪軸功率 P =P ×η ×η ≈13.09 kW大 帶 輪 小 帶 輪 帶 滾 動(dòng) 軸 承 上錐齒輪 1 軸功率 P =P ×η ×η ≈11.53 kW1錐 大 帶 輪 滾 動(dòng) 軸 承 鏈 條 上錐齒輪 2 軸功率 P =P ×η ×η ×η ≈9.35 kW2錐 錐 滾 動(dòng) 軸 承 鏈 條 錐 齒 輪 下錐齒輪 3 軸功率 P =P ×η ×η ≈10.17 kW3錐 1錐 滾 動(dòng) 軸 承 錐 齒 輪 下錐齒輪 4 軸功率 P =P ×η ×η ≈8.42 kW4錐 2錐 滾 動(dòng) 軸 承 錐 齒 輪 3.4 轉(zhuǎn)矩計(jì)算 額定轉(zhuǎn)矩 T =9550×P /n ≈276.07 N·md動(dòng) 力 輸 出 軸 m 輸入減速機(jī)轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ≈273.31 N·m減 速 機(jī) 聯(lián) 軸 器 小帶輪軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×i≈1495.85N·m小 帶 輪 減 速 機(jī) 減 速 器 大帶輪軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×η ×η ×i≈2100.87 N·m大 帶 輪 小 帶 輪 帶 滾 動(dòng) 軸 承 發(fā) 動(dòng) 機(jī) 上錐齒輪 1 軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×η ≈1861.79 N·m1錐 大 帶 輪 滾 動(dòng) 軸 承 鏈 條 上錐齒輪 2 軸轉(zhuǎn)矩 T =T ×η ×η ×η ≈1510.73N·m2錐 錐 滾 動(dòng) 軸 承 鏈 條 錐 齒 輪 下錐齒輪 3 軸轉(zhuǎn)矩 T =P ×η ×η ≈ 1678.59 N·m3錐 1錐 滾 動(dòng) 軸 承 錐 齒 輪 下錐齒輪 4 軸轉(zhuǎn)矩 T = P ×η ×η ≈1362.07 N·m4錐 2錐 滾 動(dòng) 軸 承 錐 齒 輪 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 4 主要零部件設(shè)計(jì) 4.1 減速機(jī)的選擇 通過(guò)查閱相關(guān)材料，決定采用擺線減速機(jī)。 擺線減速機(jī)特點(diǎn)為：傳動(dòng)比大；傳動(dòng)效率高，一般一級(jí)傳動(dòng)效率為 90%～95% ；結(jié)構(gòu)緊湊， 體積小，重量輕，體積和普通圓柱齒輪減速機(jī)相比可減小 1/2～2/3 ；故障少，壽命長(zhǎng)。運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn) 可靠；拆裝方便，容易維修；過(guò)載能力強(qiáng)，耐沖擊，慣性力矩小，適用于起動(dòng)頻繁和正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn) 的特點(diǎn)。選用單級(jí)臥式擺線針減速機(jī) X6 型，傳動(dòng)比為 6:1。 其中 Z1=352 mm，M=335 mm，W=430 mm，H=423 mm，H1=200 mm ，F(xiàn)=30 mm，P=275 mm，Q=380 mm，T=34 mm，N=4 mm，G=22 mm，B=18 mm，C=69 mm ，D=35 mm，L=87 mm，b1=10 mm ，c1=38 mm，d1=35 mm,l1=25 mm，Z=202 mm。 三維圖如圖 4-1 所示： 圖 4-1 減速機(jī)三維圖 4.2V 帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 （1）條件給定 已知：小帶輪轉(zhuǎn)速 n =90 r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速 n =60 r/min。1 2 減速機(jī)輸出功率 P=13.91 kW。 （2）設(shè)計(jì)功率 P d P = K ×P=1.2×13.91= 16.7 kW (4-1)dA K —工況系數(shù)，取 K =1.3。AA （3）選擇 V 帶型號(hào) 由 P =16.7kW，小帶輪轉(zhuǎn)速 n =90 r/min，選 D 型帶。d 1 （4）傳動(dòng)比 i 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 i=n /n =90 r/min/60 r/min=1.5 (4-2)12 （5）求大小帶輪基準(zhǔn)直徑 ，d 1）小帶輪的基準(zhǔn)直徑 1 由表 8-4，取小帶輪的基準(zhǔn)直徑 =400 mm。1d 2）大帶輪的基準(zhǔn)直徑 2d =i =1.5×400=600 mm (4-3)2d1 取為 600 mm。2d =600 mm（雖使 n 略有減小，但其范圍小于 5％，允許） 。Ⅰ （6）驗(yàn)算帶速 V V= m/s< =25～30 m/s (4-4)8.10694106????md maxv （7）求 V 帶基準(zhǔn)長(zhǎng)度 L 和中心距 ad 初步選取中心距取 a 0 因 0.7（ + ）＜a ＜2( + )，1d21d2 故 700＜a ＜2000 mm，取 a =1500 mm。00 基準(zhǔn)長(zhǎng)度 L d =2a +?0 150463102542 202121 ???????? ）（）（）（）（ ??add ≈3777 mm (4-5) 對(duì) D 型帶選用 L =4000 mm，計(jì)算實(shí)際中心距d a≈a + 1611.5 mm=1612 mm (4-6)0??20dL （8）驗(yàn)算小帶輪包角 α1 由式得 α=180° ，合適。 (4-7)???????12089.73.512ad （9）求 V 帶根數(shù) z z= (4-8) lcKP?)(0?? 根據(jù) n =960 r/m， =100 mm 和 D 型帶。11d 由表 8-4，取單根 V 帶額定功率 P =3.66 kW。0 由表 8-5，取 V 帶額定功率增量 =0.24 kW。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 由 α = ，查表 8-6，可知包角修正系數(shù) K =0.99。1?89.72? 取帶長(zhǎng)修正系數(shù) K =0.91，由此可得l Z=4.75，取 5 根。 （10）求作用在帶輪軸上的壓力 ??min?F 取 D 型帶單位長(zhǎng)度質(zhì)量 q=0.620 kg/m， 故單根 V 帶的張緊力 = (4-9)??min???2d5.20qvzkp??? = N81.764.198.19.76502??? 應(yīng)使帶的實(shí)際初拉力 F ＞（F ） 。min （11）作用在軸上的壓力 =2z sin =7633.45 N (4-10)??minpin? 289.17sin8.7652 ????? =3z sin =11450 NaxpF??min? .i.3 ? 4.3 帶輪計(jì)算 （1）小帶輪計(jì)算 帶輪材料為 HT150，采用輪輻式帶輪。 由帶輪計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式可得 d =（1.8～2)d，d 為軸的直徑為 65 mm，取 d =120 nn。1 1 H =290 式中 z 為輪輻數(shù)取為 4，P 為傳遞功率為 16.7 kW，轉(zhuǎn)數(shù)為 90 r/min,3anPa 故 h =104.2mm≈104 mm.。1 h =0.8h =83.36≈83 mm b =0.4h =41.68 mm≈42 mm b =0.8b =33.34 mm≈33 mm2 1 21 L=(1.5～2)d=97.5 mm～130 mm，取為 100 mm，由于 B<1.5d，L=B=100 mm，f =0.2h2 f =0.2h =16.72 mm≈17 mm12 輪槽截面尺寸表示如表 4-1 所示： 表 4-1 輪槽截面尺寸(mm) 槽型 b h h e dminaminf minf D 27.0 8.1 19.9 37 0.6 23? （2）大帶輪計(jì)算 帶輪材料為 HT150，采用輪輻式帶輪。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 由帶輪計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式可得： d =（1.8～2)d，d 為軸的直徑為 76 mm，取 d =140 mm。1 1 H =290 式中為輪輻數(shù)取為 6，P 為傳遞功率為 16.7kW，轉(zhuǎn)數(shù)為 60r/min。3anzP 故 h =104.2mm≈104 mm。1 h =0.8h =84 mm b =0.4h =42 mm b =0.8b =34 mm2 1 21 L=(1.5～2)d=114 mm～152 mm，取為 125 mm，由于 B=9，推薦 z =29-2i=273 （3）大鏈輪齒數(shù) z 4 z =iz =27<=12043 （4）設(shè)計(jì)功率 P d P =K PdA K -工況情況，取為 K =1。A P-傳遞功率，可得 P =K P=8.61 kW。d （5）特定條件下單排鏈條傳遞功率 P 0 P =P /K K (4-12)dZp K -小鏈輪齒數(shù)系數(shù)，取為 1.34。Z K -排數(shù)系數(shù)，取為 1，故 P =6.42kW。p 0 （6）鏈條節(jié)距 p 由 P =6.42 kW，n =90 r/min，選擇單排 A 型滾子鏈，ISO 鏈號(hào)為 20A，節(jié)距 p=31.75 mm。03 （7）驗(yàn)算小鏈輪軸孔直徑 d k d <=dkmax 其中 d 為鏈輪軸孔最大許用直徑，取為 152 mm。k 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 （8）初定中心距 a 0 一般 a =（30～50）p0 952.5 mm<=a <=1587.5 mm0 （9）以節(jié)距計(jì)的初定中心距 a p0 a =a /p≈50p0 （10）鏈條節(jié)數(shù) L p L p= (4-13)ppakz0043/21?）（ ≈ 128 節(jié) k 取為 0.025。 （11）鏈條長(zhǎng)度 L L=L p/1000≈4.03 mp （12）計(jì)算中心距 a c 當(dāng) z =z =z 時(shí)， a =p/2（L -z）≈1600 mm12p （13）實(shí)際中心距 a a=a -Δa=1596.8～1596.3 mmc 一般 Δa=（0.002～0.004）a =3.2～6.4 mmc 垂度 f =（0.01～0.020a =16～32 mmp （14）鏈條速度 V=z n 3p/60000≈0.23 mm （15）有效圓周力 F =1000P/v≈37434 N (4-14)c （16）在軸上的力 水平傳動(dòng) F=(1.15～1.2)F K ≈43050～44920 NtA 4.5 鏈輪計(jì)算 滾子鏈鏈輪齒槽形狀，如表 4-2 所示： 表 4-2 滾子鏈鏈輪鏈輪齒槽形狀(mm) 計(jì) 算 公 式 名稱 符號(hào) 最小齒槽形狀 最大齒槽形狀 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 齒側(cè)圓弧半徑 滾子定位半徑 滾子定位角 eri α 62.94 9.09 116.67° 130.896 9.27 136.67° 滾子鏈鏈輪主要尺寸如下： （1）分度圓直徑 d =274 mm (4-15) )180(sinzpd? （2）齒頂圓直徑 a 286 mm (4-16)???1min)6.(dzpa 296 mm?x25.1d （3）齒根圓直徑 fd 256 mm (4-17)?1f （4）齒高 ah 7 mm (4-18)??)(5.01mindpha 12 mm (4-19)??z/8.62.x （5）確定的最大軸凸緣直徑 gd 246 mm (4-20)??76.04.18cot2hzp ? -鏈板高度，取為 25 mm。2h 滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸如表 4-3 所示： 表 4-3 滾子鏈鏈輪軸向齒廓尺寸（mm） 名 稱 符 號(hào) 計(jì) 算 結(jié) 果 齒寬 齒側(cè)倒角 齒側(cè)半徑 齒全寬 內(nèi)節(jié)內(nèi)寬 排數(shù) 1fb公 稱a公 稱xrfn1b19 4.1275 31.75 19 見教材機(jī)械設(shè)計(jì)表 9-1，取為.20 1 4.6 直齒圓錐齒輪計(jì)算 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 圖 4-2 錐齒輪尺寸圖 已知：兩個(gè)錐齒輪轉(zhuǎn)數(shù)均為 60 r/min，即 n =n =60 r/min。56 （1）齒形角 α、齒頂高系數(shù) 、頂系系數(shù) c 、螺旋角 β*ah* 齒形角 α=20° 齒頂高系數(shù) =1 頂系系數(shù) c =0.2 螺旋角 β=0° （2）大端端面模數(shù) m 直齒錐齒輪所傳遞的轉(zhuǎn)矩 = = N·mm (4-21)nPT 510.9??6053.1.9?6108 材料選擇兩齒輪材料為 45 號(hào)鋼調(diào)質(zhì)，取為 7 級(jí)精度，初取 m=5 mm。 （3）設(shè)計(jì)計(jì)算 m 1）由設(shè)計(jì)計(jì)算公式可得 (4-22)325][1).01( 4FRSaFuzYKT????? m-模數(shù) K-載荷系數(shù) T-轉(zhuǎn)矩 Y -齒形系數(shù) Y -應(yīng)力矯正系數(shù) -齒形系數(shù)FaSaR? -小齒輪齒數(shù) u-傳動(dòng)比 [ ]-彎曲疲勞極限5z? （4）確定各個(gè)參數(shù)計(jì)算值 彎曲疲勞強(qiáng)度系數(shù) K =K =0.95。1FN2 齒輪的彎曲疲勞極限取為 380MPa，取彎曲疲勞安全系數(shù)為 S=1.2，由式 ，SKFNF??][ 可得 =300 MPa。][F? K=K K K KVA?? K -動(dòng)載系數(shù) K -使用系數(shù) K -齒間載荷分配系數(shù) K -齒向載荷分布系數(shù)A?F?F 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 取 K =1.5。A 由低一級(jí)精度的精度線及 ，得 K =1。mvV 齒間載荷分配系數(shù) K =K =1，齒向載荷分配系數(shù) K =K =1.5K 。?FH?FHbe? 其中 K -軸承系數(shù)，取為 1.25，K =K =1.5K =11.875。beH? ?FHbe K=K K K K =2.815，齒寬系數(shù) Φ =1/4～1/3 ，取 Φ =1/3。VA?F?RR 由 29，δ=45°，可知 z =41。?65z 15vcos/??26cs/z 齒形系數(shù) Y =2.4，應(yīng)力矯正系數(shù) Y =1.37。FaSa 故由 ≈5.52mm，由 GB/T12368-1990 標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)表，可知325][1).01( 4FRFauzTm????? m=6 （5）齒數(shù)比 u u=n /n =60 r/min / 60 r/min=1 (4-23)56 （6）齒數(shù) z 通常 z =16～30 。不產(chǎn)生根切的齒數(shù) z =2 cosδ/sin α≈41 齒。初步選取最小齒數(shù)為5 min*ah2 29。當(dāng)分度圓確定以后，再選取最小齒數(shù)。 （7）變位系數(shù) x 、x 12 x =0，x =0。12 （8）節(jié)錐角 δ = =45° δ =90°-δ =45° (4-24)1?cosin??u21 （9）分度直徑 d d =mz =174 mm d =mz =174 mm56 （10）錐距 R R= = ≈123 mm (4-25)15cos2?d26 （11）齒寬系數(shù) Φ R Φ =1/4～1/3，取 Φ =1/3。R （12）齒寬 b b=Φ R=41 mm，b 不大于 10 m，即 b>S=1.5，故符合要求。??2??S 鏈輪中間為危險(xiǎn)截面可依照大帶輪中間截面計(jì)算公式進(jìn)行校核，得到 8.8>1.5 (5-7)??2??S 故符合要求。 綜上所述，軸符合要求，可滿足工作需要。 6 輔助部件 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 6.1 鍵的選擇 平鍵具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝拆簡(jiǎn)單，對(duì)中性好等優(yōu)點(diǎn)選擇 A 型平鍵。 大帶輪鍵的選擇：大帶輪軸直徑為 76 mm，選擇 b×h 為 22 mm×14 mm 鍵，長(zhǎng)度為 110 mm. 鏈輪輪鍵的選擇：當(dāng)鏈輪軸直徑為 76 mm，選擇 b×h 為 22 mm×14 mm 鍵，長(zhǎng)度為 90 mm， 直徑為 72 mm，選擇 b×h=20 mm×12 mm，長(zhǎng)為 90 mm。 錐齒輪間的選擇：當(dāng)鏈輪軸直徑為 80 mm，選擇 b×h 為 22 mm×14 mm 鍵，長(zhǎng)度為 70 mm， 直徑為 70 mm，選擇 b×h=20 mm×12 mm，長(zhǎng)為 70 mm。 6.2 聯(lián)軸器的選擇 已知：由功率 P=15.62 kW， n=540 r/min，軸頸為 35 mm 選擇聯(lián)軸器。 （1）類型選擇 為了隔離振動(dòng)與沖擊，選擇彈性柱銷聯(lián)軸器。 （2）載荷計(jì)算 公稱轉(zhuǎn)矩 ≈324.965 N·m (6-1)nPT 510.9?? 取 =2.0，故由計(jì)算公式可得AK =649.93 N·m (6-2)KAca （3）型號(hào)選擇 選擇 LX3 型聯(lián)軸器，許用轉(zhuǎn)矩為 1250 N·m，極限轉(zhuǎn)速 4700 r/min，軸徑在 30 mm～48 mm 之 間，故合用。 由功率 P=15.62 kW，n=540 r/min，軸頸為 35 mm 選擇聯(lián)軸器。 6.3 軸承選擇 選擇深溝球軸承與角接觸球軸承分別主要承受徑向與軸向載荷， 大帶輪安裝軸承的直徑為 90 mm， ，選擇 6018 深溝球軸承。 基本參數(shù)：d=90 mm，D=140 mm，B=24 mm。 錐齒輪軸安裝軸承的直徑為 80mm，選擇 6016 深溝球軸承。 基本參數(shù)：d=80 mm，D=125 mm，B=22 mm。 下錐齒輪安裝軸承的軸直徑為 80 mm，選擇 7016AC 角接觸球軸承。 基本參數(shù)：d=80 mm，D=125 mm，B=24 mm。 （注：以上公式均來(lái)源于機(jī)械設(shè)計(jì)課本） 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 7 總 結(jié) 畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會(huì)，現(xiàn)將設(shè)計(jì)總結(jié)如下： （1）自走式紅棗收獲裝置相對(duì)其他收獲機(jī)，具有對(duì)棗樹木損傷小，成本低等優(yōu)點(diǎn)。 （2）自走式紅棗收獲機(jī)的應(yīng)用可以充分利用機(jī)械運(yùn)動(dòng)進(jìn)行收獲，使原本的低效率的采收有了 一定的提高，并且降低了采摘的人工成本，在采摘速度上人工采摘有了顯著的提高。 （3）通過(guò)在實(shí)驗(yàn)田地的收獲觀察，了解到振動(dòng)棒對(duì)棗樹有一定的損傷，所以應(yīng)控制振動(dòng)棒的 振動(dòng)頻率在合適的范圍內(nèi)。 （3）本次設(shè)計(jì)仍有很多缺點(diǎn)，發(fā)展矮化密植紅棗采收裝置仍然很多內(nèi)容需要探索。 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 致 謝 本畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成，首先得感謝指導(dǎo)教師的悉心指導(dǎo)，在畢業(yè)設(shè)計(jì)這段時(shí)間里，為我創(chuàng)造了 良好學(xué)習(xí)環(huán)境，提供了發(fā)展機(jī)會(huì)。不僅教會(huì)我很多的專業(yè)技能，也在工作方式、治學(xué)態(tài)度上言傳 身教，尤其是在多次修改設(shè)計(jì)圖的過(guò)程中他以極大的耐心幫助修改我的設(shè)計(jì)，使我深受感動(dòng)，同 時(shí)感謝所有教導(dǎo)過(guò)我、幫助過(guò)我的老師，正是因?yàn)樗麄兌嗄陙?lái)孜孜不倦的教誨才使得我的專業(yè)技 能有很大的提高。 大學(xué)四年學(xué)習(xí)時(shí)光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對(duì)我的母校，我的老師和同學(xué)們表達(dá)我由衷的謝 意。感謝我的母校給了我在大學(xué)的本科四年深造機(jī)會(huì)，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高。大學(xué)四季如歌的 校園，美麗如詩(shī)的風(fēng)景都深深的留在了我的記憶里。 最后，衷心的感謝機(jī)械電氣化工程學(xué)院的每位老師，謝謝你們?cè)趯W(xué)習(xí)上、生活中給予我的關(guān) 心與支持。衷心祝愿塔里木大學(xué)的明天更加美好！ 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 參考文獻(xiàn) [1]成大先.《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 單行本 液壓傳動(dòng)》.化學(xué)工業(yè)出版社， 2004: 311-317. 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