雙軸旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)

雙軸旋耕機(jī)的設(shè)計(jì),旋耕機(jī),設(shè)計(jì) 雙軸旋耕機(jī)的設(shè)計(jì) 本科畢業(yè)論文 題 目 雙軸旋耕機(jī)的設(shè)計(jì) The Design of Biaxial Rotary Cultivator 姓 名 徐舟 學(xué) 號(hào) 2008307202901 專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 段宏兵 職 稱 副研究員 中國(guó)·武漢 二○一二年 六月 分類號(hào)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 密級(jí) 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 雙軸旋耕機(jī)的設(shè)計(jì) The Design of Biaxial Rotary Cultivator 學(xué)生姓名：徐 舟 學(xué)生學(xué)號(hào)：2008307202901 學(xué)生專業(yè)：農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師：段宏兵 副研究員 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院 二○一二年六月 雙軸旋耕機(jī)的設(shè)計(jì) 目 錄 摘要 II 關(guān)鍵詞 II ABSTRACT III KEY WORDS III 1 前言 1 1.1課題要求 1 1.2 旋耕機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 1 1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 2 2 旋耕機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2 2.1 旋耕機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2 2.2 傳動(dòng)方式的選擇 2 2.3 限深裝置的設(shè)計(jì) 3 3　旋耕刀工作參數(shù)的確定 4 3.1旋耕機(jī)的工作原理 4 3.2 旋耕刀刀型的選用 4 3.3 旋耕機(jī)刀軸速度的確定 6 3.4刀座間距b和彎刀總數(shù)Z的確定 7 3.4 彎刀的排列設(shè)計(jì) 8 4　旋耕機(jī)的工作參數(shù) 9 4.1旋耕機(jī)的功率消耗 9 4.2 傳動(dòng)參數(shù)的確定 10 5側(cè)邊齒輪箱的參數(shù)設(shè)計(jì) 10 5.1 齒輪的設(shè)計(jì)校核 10 5.1.1 齒輪的材料 10 5.1.2圓柱直齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì) 11 5.2 齒輪軸系設(shè)計(jì)校核 14 5.2.1 齒輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 5.2.2 齒輪軸上結(jié)構(gòu)配置 18 5.3 刀輥軸的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明 18 6 設(shè)計(jì)結(jié)論 19 7 設(shè)計(jì)心得 19 參考文獻(xiàn) 21 致謝 23  雙軸旋耕機(jī)的設(shè)計(jì) 摘要 旋耕機(jī)是機(jī)械化整地的作業(yè)的主要農(nóng)具之一，但目前多數(shù)旋耕機(jī)翻地以后，還需進(jìn)行一次耙地作業(yè)才能達(dá)到農(nóng)作物生長(zhǎng)環(huán)境要求。因此，工作效率不高，拖拉機(jī)對(duì)土壤的二次壓實(shí)作用也不利于農(nóng)作物生長(zhǎng)?；趪?guó)內(nèi)現(xiàn)有旋耕機(jī)技術(shù)，提出采用雙軸旋耕機(jī)技術(shù)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。在本次設(shè)計(jì)中，具體設(shè)計(jì)了雙軸旋耕機(jī)總體結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)、旋耕刀片、四點(diǎn)懸掛裝置等。由于幅寬、功率較大，本設(shè)計(jì)整體采用雙側(cè)邊齒輪傳動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)基本對(duì)稱，提高了使用壽命。雙軸旋耕機(jī)由前后兩根旋耕刀刀軸同時(shí)工作，一次即可達(dá)到耕作要求，從而減少拖拉機(jī)對(duì)土地的壓實(shí)次數(shù)，提高了工作效率和能源利用率。 關(guān)鍵詞 旋耕機(jī)；雙軸；雙側(cè)邊傳動(dòng)；設(shè)計(jì)  The Design of biaxial rotary cultivator ABSTRACT Rotary cultivator is one of the main tools in mechanization preparation work. However, the majority of rotary cultivator can’t meet the requirement for crops to grow, the cultivator needs to harrow the soil. Therefore, the working efficiency is not high, the tractor will run on the grand twice, compaction is not conducive to the growth of crops. Based on the domestic rotavator technology, then work out the biaxial rotary cultivator technology to solve this problem. I select the Design of biaxial rotary cultivator as my graduation design topic . In this design program, I Designed the overall structure of the rotary cultivator, transmission system, rotary blade, the four point suspension device , etc . As the width and the power needed are large. By the use of double side gear, the rotation is smooth , the basic structure is symmetric, which can improve the service life. When biaxial rotary cultivator works, the two rotary blade cutter axle rotate at the same time, once to meet the cultivation requirements, which can reduce the times of the tractor compact the grand, improve work efficiency and energy utilization simultaneously. KEY WORDS Rotary cultivator；Biaxial；Drive by double side gear；Design III 雙軸旋耕機(jī)的設(shè)計(jì) 1 前言 張之洞曾說(shuō)，“凡民俊秀皆入學(xué)，天下大利必歸農(nóng)”，農(nóng)業(yè)是一個(gè)國(guó)家賴以發(fā)展的根基，農(nóng)業(yè)的發(fā)展制約著其他產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，其他產(chǎn)業(yè)反過(guò)來(lái)往往又反過(guò)來(lái)促進(jìn)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)， 同時(shí)又是一個(gè)農(nóng)業(yè)相對(duì)落后的國(guó)家，農(nóng)村人口占全人口的70%左右。解決“三農(nóng)”問(wèn)題是我國(guó)現(xiàn)代化建設(shè)的重中之重。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平雖然在一定程度上有了較大提升，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家之間還有較大的差距。中國(guó)農(nóng)業(yè)正處于從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵時(shí)期，農(nóng)業(yè)機(jī)械化是建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是先進(jìn)生產(chǎn)力的代表，是提高農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)率的主要手段。農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)推廣應(yīng)用的重要載體，是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然過(guò)程，加快發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化是推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè)，全面建設(shè)農(nóng)村小康社會(huì)的重要舉措，加快發(fā)展農(nóng)業(yè)機(jī)械化也是保護(hù)和提高糧食綜合生產(chǎn)能力，增加農(nóng)民收入的重要措施。播前平整土地是農(nóng)業(yè)的關(guān)鍵一環(huán)。其中，土壤耕作機(jī)械主要用于農(nóng)田栽植、播種前的作業(yè)，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)起著至關(guān)重要的作用，對(duì)糧食產(chǎn)量起著舉足輕重的影響。在一些播種前對(duì)土壤有嚴(yán)格要求的農(nóng)作物而言，播種前，需要進(jìn)行多次輔助性的整平、耙地作業(yè)。機(jī)耕作業(yè)次數(shù)多，既浪費(fèi)能源，又壓實(shí)和板結(jié)土壤 。 一般整地機(jī)具（如鏵式犁、普通單軸旋耕機(jī)）不可能一次作業(yè)達(dá)到平整土地的技術(shù)要求，既使是熟地也不能將墊片粉碎到規(guī)定程度。而雙軸旋耕機(jī)一次作業(yè)能使各種土質(zhì)的土地達(dá)到高質(zhì)量的待播狀態(tài)。旋耕機(jī)作業(yè)后，地表平整、松軟、細(xì)碎，能夠滿足精耕細(xì)作的農(nóng)藝要求，機(jī)耕作業(yè)次數(shù)少，節(jié)約資源，減少對(duì)土壤的壓實(shí)和板結(jié)，降低作業(yè)成本，減少機(jī)具投資，提高機(jī)具利用率。因此，高性能、低功耗、多功能適應(yīng)我國(guó)國(guó)情的旋耕機(jī)具有廣闊的發(fā)展前景。 1.1課題要求 為提高大型拖拉機(jī)的使用范圍，提高工作效率，減少拖拉機(jī)對(duì)土壤的壓實(shí)次數(shù)，本課題要求設(shè)計(jì)一種與45Kw以上的輪式拖拉機(jī)配套，作業(yè)幅寬2400mm，作業(yè)深度18cm，作業(yè)速度大于5Km/h的雙軸旋耕機(jī)。 1.2 旋耕機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 旋耕機(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)，主要用于庭院耕作，直到L型旋耕刀研制成功后， 旋耕機(jī)才進(jìn)入農(nóng)田作業(yè)。20世紀(jì)初，日本從歐洲引進(jìn)旱地旋耕機(jī)后，經(jīng)過(guò)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，解決了刀齒和刀軸纏草的問(wèn)題，旋耕機(jī)得到了迅速發(fā)展(孔令德等，1997)。 目前，旋耕機(jī)主要采用中間傳動(dòng)和側(cè)邊傳動(dòng)，水平軸旋耕部件與地輪轉(zhuǎn)向一致，并且旋耕工作部件結(jié)構(gòu)相當(dāng)完善。耕作配套機(jī)械有手扶拖拉機(jī)和輪式拖拉機(jī)兩種類型，而對(duì)整地機(jī)的主體部分旋耕機(jī)國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有了相當(dāng)成熟的理論研究和實(shí)踐研究。 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國(guó)近年來(lái)旋耕機(jī)的保有量增加很快，普通單軸旋耕機(jī)發(fā)展已經(jīng)較為成熟，雙軸旋耕機(jī)的應(yīng)用時(shí)間較短，還沒(méi)有大面積推廣?，F(xiàn)在我國(guó)已能生產(chǎn)與132kw拖拉機(jī)配套的耕作農(nóng)具，大型機(jī)具開始向?qū)挿咚侔l(fā)展，但是從整體技術(shù)水平來(lái)看，我們還與國(guó)際水平有很大的差距。我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)雙軸旋耕機(jī)的企業(yè)主要有連云港春飛、河北神耕、北京華春翔農(nóng)、南昌旋耕機(jī)廠等。型號(hào)主要有1GKN系列、1GQN系列、1GHL系列、STG系列等幾種。工作幅寬1.25m至2.8m。由于受拖拉機(jī)技術(shù)條件的制約和配套機(jī)具本身的研究水平限制，一些國(guó)際先進(jìn)結(jié)構(gòu)還未能得到完全使用：快速掛接器、耕深和水平自控調(diào)節(jié)、短尺寸廣角萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸、寬幅工作部件液壓折疊裝置、快速換刀結(jié)構(gòu)等。同時(shí)多功能整地機(jī)還在一定程度上還不能很好的滿足農(nóng)藝和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要，而且我國(guó)的耕整技術(shù)發(fā)展緩慢，電子、自動(dòng)控制、智能化技術(shù)還處于剛剛起步的階段，還有很大的提升空間。（孔祥瑩等，2000） 1.2.2國(guó)外研究現(xiàn)狀 在國(guó)外，旋耕機(jī)發(fā)展較早，旋耕機(jī)耕作技術(shù)已經(jīng)非常成熟，作業(yè)性能穩(wěn)定，功能齊全。美國(guó)和一些歐洲國(guó)家、日本、以色列等發(fā)達(dá)國(guó)家在旋耕機(jī)上處于國(guó)際領(lǐng)先水平，生產(chǎn)雙軸旋耕機(jī)的有約翰·迪爾、久保田、克拉斯、安格科等知名企業(yè)。由于國(guó)外田間拖拉機(jī)的功率達(dá)到了360kw以上，使得與之配套的整地機(jī)也隨之大型化，寬幅機(jī)械的生產(chǎn)率高，單位幅寬的成本低，能便于采用先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，提高田間作業(yè)速度和效率、改善作業(yè)性能。大型整地機(jī)具已達(dá)20m以上，為便于其行走，采用機(jī)架折疊或縱向運(yùn)輸，實(shí)現(xiàn)寬幅作業(yè)窄幅運(yùn)輸。并且耕地速度為8～15km/h，整地達(dá)到10～20km/h，播種達(dá)到8～15km/h。國(guó)外整地機(jī)的產(chǎn)品功能相比國(guó)內(nèi)更加完善，材料和制造工藝水平較高，外觀漂亮，平均使用壽命比我國(guó)高出1/3以上，但是而且配件難，維修服務(wù)各個(gè)方面跟不上，對(duì)我國(guó)國(guó)土70%的丘陵土地的情況十分不適用，價(jià)格相對(duì)較貴，為國(guó)產(chǎn)的10倍左右。（李濱等，2006） 隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的增強(qiáng)，工作效率和效益的提高，現(xiàn)有的旋耕機(jī)已滿足不了農(nóng)藝要求和生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的需要。故對(duì)旋耕機(jī)的研究有了進(jìn)一步的深化，出現(xiàn)如下幾個(gè)方向的發(fā)展趨勢(shì)：（1）向?qū)挿咚傩托麢C(jī)發(fā)展；（2）向操作簡(jiǎn)單、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展；（3）向節(jié)能高效方向發(fā)展。（張維安等，2008） 2 旋耕機(jī)的總體設(shè)計(jì) 2.1 旋耕機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 現(xiàn)在與拖拉機(jī)配套工作的雙軸旋耕機(jī)懸掛方式主要有三點(diǎn)懸掛和四點(diǎn)懸掛兩種，按其工作部件的作業(yè)和配置方式有臥式與立式兩種，傳動(dòng)方式有中間傳動(dòng)和側(cè)邊傳動(dòng)。 經(jīng)過(guò)參考學(xué)校工科基地現(xiàn)有的旋耕機(jī)，結(jié)合課題要求，仔細(xì)分析各種方案的利弊與適用條件，本設(shè)計(jì)采用雙軸臥式、與拖拉機(jī)四點(diǎn)懸掛的結(jié)構(gòu)方式。整體上，前后采用兩根橫梁與左右的支撐板焊接的框架結(jié)構(gòu)。 2.2 傳動(dòng)方式的選擇 對(duì)四點(diǎn)懸掛式旋耕機(jī)有中間傳動(dòng)和側(cè)邊傳動(dòng)兩種形式。中間傳動(dòng)采用中間全齒輪傳動(dòng)，利用萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸將拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的動(dòng)力傳遞給圓錐齒輪軸，減速并改變方向后，向下最后傳遞到前后刀輥軸。這種方案一個(gè)缺點(diǎn)時(shí)中間齒輪箱處不能安裝彎刀，如不設(shè)置特殊工作部件，將出現(xiàn)漏耕。為此需要在齒輪箱的下方增設(shè)犁體總成以消除漏耕現(xiàn)象。側(cè)邊傳動(dòng)利用萬(wàn)向節(jié)傳動(dòng)軸將拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的動(dòng)力傳遞給圓錐齒輪軸，減速并改變方向后，再次經(jīng)過(guò)兩邊的萬(wàn)向節(jié)將動(dòng)力傳輸至兩邊齒輪箱，最后傳遞到刀輥軸。 對(duì)雙軸旋耕機(jī)而言，側(cè)邊傳動(dòng)也還有兩種方案?jìng)溥x：?jiǎn)芜厒?cè)邊傳動(dòng)和雙邊側(cè)邊傳動(dòng)。單側(cè)邊傳動(dòng)方式是動(dòng)力經(jīng)過(guò)減速器后，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)輸出到一邊的齒輪箱，再次分配給前后兩根刀軸。因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是平衡性較差，一般容易偏置，使得動(dòng)力集中于刀輥一側(cè)，使用壽命和安全性得不到保證。雙側(cè)邊傳動(dòng)的傳動(dòng)方案是：動(dòng)力經(jīng)過(guò)減速器后，通過(guò)萬(wàn)向節(jié)輸出到兩邊的齒輪箱，然后經(jīng)過(guò)兩邊的齒輪箱分配給前后兩根刀軸。這種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)對(duì)稱性好、工作時(shí)受力均勻、左右平衡、布局合理同時(shí)可以節(jié)省材料、減輕整機(jī)的重量機(jī)架牢固，適用于寬幅旋耕機(jī)。在選定兩邊的齒輪箱內(nèi)的動(dòng)力傳遞方案時(shí)，有鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)三種預(yù)備方案可供選擇。由于鏈傳動(dòng)雖然可以傳遞較大的功率，但是具有較強(qiáng)的震動(dòng)性，工作時(shí)，噪音非常大，所以不選用。而旋耕機(jī)切削土壤的阻力較大，如果選用帶傳動(dòng)的話，需要多條帶。最終選用齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)受力均衡，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，有利于機(jī)構(gòu)的對(duì)稱布置和平衡，降低功耗，改善工藝。 圖2-1 旋耕機(jī)傳動(dòng)方式 Fig.2-1 The drive structure of biaxial rotary cultivator 本設(shè)計(jì)要求旋耕機(jī)的耕幅為2.4m，經(jīng)思考最后確定采用雙側(cè)邊齒輪傳動(dòng)方式。整體傳動(dòng)結(jié)構(gòu)如下圖（圖2-1）所示。 2.3 限深裝置的設(shè)計(jì) 旋耕機(jī)是一種作業(yè)范圍廣的農(nóng)用機(jī)械，根據(jù)不用的土壤條件和工作要求，需要有不同的旋耕深度。對(duì)于拖拉機(jī)帶動(dòng)的旋耕機(jī)工作時(shí)，如果和具有調(diào)節(jié)液壓懸掛機(jī)構(gòu)的拖拉機(jī)配套時(shí),利用位調(diào)節(jié)手柄在不同位置的定位調(diào)整耕深，與具有分置式液壓懸掛機(jī)構(gòu)的拖拉機(jī)配套時(shí),利用活塞桿上定位卡箍的不同位置調(diào)整耕深。本設(shè)計(jì)中的旋耕機(jī)所選動(dòng)力源的功率為60kw，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，要求旋耕機(jī)的耕深為18cm，所以該機(jī)的設(shè)計(jì)旋深最大為20cm，嚴(yán)禁旋耕機(jī)超限作業(yè)，否則將導(dǎo)致某些零部件的損壞和早期磨損，還將嚴(yán)重影響整體的作業(yè)效率，故需設(shè)計(jì)耕深限制裝置。此設(shè)計(jì)運(yùn)用的是限深板，限深板安裝在齒輪箱的下端，與齒輪箱之間采用螺栓連接，它由一塊弧狀的鋼板和一塊扇形的鋼板焊接而成。簡(jiǎn)單實(shí)用，通過(guò)限深板與土壤之間的接觸從而限制耕作深度。 3　旋耕刀工作參數(shù)的確定 3.1旋耕機(jī)的工作原理 旋耕機(jī)是一種由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)工作部件以切碎土壤的耕作機(jī)械。兼有耕翻和碎土功能，一次作業(yè)即能達(dá)到土碎地平的效果，而犁耕很難一次造成土壤松碎、地表平整而滿足播種或插秧的要求，必須再經(jīng)過(guò)整地才能進(jìn)行種植作業(yè)。因此，用旋耕機(jī)耕地可大大縮短耕整地的時(shí)間，有利于搶農(nóng)時(shí)和提高功效。（李寶筏等，2003） 旋耕機(jī)工作時(shí)，其刀片隨著刀軸由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)又隨機(jī)組前進(jìn)作等速直線運(yùn)動(dòng)（如圖3-1所示）。刀片切削土壤時(shí)，刀片的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是由機(jī)組的前進(jìn)運(yùn)動(dòng)與刀軸的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)所合成。為了使機(jī)組能正常工作，刀片在整個(gè)切土過(guò)程中不能產(chǎn)生推土現(xiàn)象，要求其絕對(duì)運(yùn)動(dòng)的軌跡為余擺線。在這一余擺線繞圈最大橫弦以下任意一點(diǎn)的水平分速度的方向與機(jī)組前進(jìn)方向相反。這樣刀片將切下的土塊向后拋擲與擋泥罩以及平土拖板相撞擊，使土塊進(jìn)一步破碎再落到地面。由于機(jī)組不斷前進(jìn)，刀片就連續(xù)不斷地對(duì)未耕地進(jìn)行松碎。 圖3-1 旋耕刀工作圖 Fig.3-1 The Working principle diagram of biaxial cultivator 在機(jī)組前進(jìn)速度不變的情況下，旋耕機(jī)所需功率隨刀軸轉(zhuǎn)速的增加而增加，較理想的配合是低刀軸轉(zhuǎn)速和較高的前進(jìn)速度，雖然功耗要增加些，但因生產(chǎn)率提高了，仍可降低單位面積的能耗。近年來(lái)，刀軸轉(zhuǎn)速降低的趨勢(shì)較為明顯。另外旋耕機(jī)的刀軸轉(zhuǎn)速一般在200-285r/min，隨著土壤比阻不同，旋耕機(jī)的刀軸轉(zhuǎn)速也不同，粘性重的土壤比阻大，轉(zhuǎn)速應(yīng)偏低，砂性土壤比阻小，轉(zhuǎn)速可偏高。 在本設(shè)計(jì)中，要求旋耕機(jī)的作業(yè)速度大于5Km/h（約為1.4m/s）。 3.2 旋耕刀刀型的選用 常見的旋耕刀刀片有彎刀、鑿型和直角刀片（如圖3-2）。彎形刀片（分左彎和右彎）切削工作時(shí)，先由側(cè)切刃沿縱向切削土壤，并且是先由離軸心較近的刃口開始切割，由近及遠(yuǎn)，最后由正切刃橫向切開土壤，這種切削過(guò)程，可把草莖及殘茬壓向未耕地，進(jìn)行有支持切割。這樣，草莖及殘茬較易切斷，即使不被切斷，也可利用刃口曲線的合理形狀，使其滑向端部離開彎刀，不易纏草，具有松碎土嚷和翻土覆土能力，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的旋耕機(jī)大多配用彎形刀片。鑿型刀片碎土能力較強(qiáng)，但易纏草，適用于土質(zhì)較硬、雜草較少的土地的耕作。直角刀片與鑿型刀性能相近，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)使用較少。（李寶筏等，2003） 圖3-2 旋耕刀的類型 Fig.3-2 The type of rotary blade 彎刀的結(jié)構(gòu)：彎刀主要有側(cè)切面、正切面、過(guò)渡面組成，見圖3-2。側(cè)切面具有切開土垡，切斷或推開草莖及殘茬的功能；正切面除了切土外還具有翻土、碎土、拋土等功能。 圖3-3 彎刀的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 Fig.3-3 The sketch of acinaciformed blade 刀片正切刃幅寬b( 工作幅寬)： b 的大小影響旋耕機(jī)的工作質(zhì)量及功率消耗， 若b 增大， 旋耕刀滾的刀片數(shù)減少， 則相鄰刀片間距增大， 有利于減少堵塞現(xiàn)象， 功率消耗不變， 但碎土質(zhì)量差， 為了保證碎土質(zhì)量，就要減小機(jī)器的行進(jìn)速度， 故b 不宜過(guò)大。為了保證耕深及適宜的刃口長(zhǎng)度， 刀片切削半徑R0 的大小可由下式確定： (3-1) 式中：a—最大設(shè)計(jì)耕深。 —彎刀回轉(zhuǎn)半徑，的確定與設(shè)計(jì)耕深和傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)有關(guān)， 耕深增大， 要求增大， 切削扭矩也隨之增大，耕深越大，要求就越大。 因此在滿足耕深的要求及傳動(dòng)箱結(jié)構(gòu)尺寸允許的情況下， 應(yīng)盡量取小值。常取240～260mm，本設(shè)計(jì)取=260mm S—切土節(jié)距：在同一縱向平面內(nèi)切土的旋耕刀， 在其相繼切土的時(shí)間間隔內(nèi)， 機(jī)組前進(jìn)的距離稱為切土節(jié)距。根據(jù)試驗(yàn)， 旱耕熟地(含水量20%～30% ) ， S 取10～ 12 cm 左右; 耕輕、中粘度土壤(含水量大于35% ) ， S 取6～ 9 cm; 粘重土壤、多草地，S 取4～ 6 cm。 查《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，得刀片最大進(jìn)給量 （3-2） 式中: — 旋耕機(jī)的前進(jìn)速度 取=5 —刀軸轉(zhuǎn)速 —同一切割小區(qū)內(nèi)的彎刀 取=2 計(jì)算得S= 從而可以計(jì)算出R0=mm 本設(shè)計(jì)選用的彎刀，參數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，目前彎刀已經(jīng)有了國(guó)家統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)：《旋耕機(jī)械GB/T 5669-2008》。根據(jù)R0 值，查閱《GB/T 5669-2008》，結(jié)合耕深要求，選用ⅠT245彎刀，它的回轉(zhuǎn)半徑為245mm。(袁棟等，2008) 3.3 旋耕機(jī)刀軸速度的確定 旋耕機(jī)刀刃的運(yùn)動(dòng)是由拖拉機(jī)向前的直線運(yùn)動(dòng)和彎刀旋轉(zhuǎn)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，前進(jìn)速度為1.4m/s，軌跡為余擺線，可用下式表示： X=Vm t+R (3-3) Y=R (3-4) 式中: R—旋耕刀端點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)半徑； ω—到軸旋轉(zhuǎn)角速度； Vm—旋耕機(jī)前進(jìn)速度； t—時(shí)間 R=245 圖3-3 旋耕刀運(yùn)動(dòng)示意圖 Fig.3-3 The schematic diagram of rotary blade 絕對(duì)速度： （3-3） 根據(jù)文獻(xiàn)，輕型和中型土壤的平均切削速度約為3-4m/s，針對(duì)我國(guó)華中地區(qū)的土壤多為沙土，，所以選定平均切削速度為 4-5 m/s左右。 由于耕深18cm，刀輥半徑R=245mm，如圖3-3所示：切削土壤時(shí)相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)角：=arcsin(1一H／R)= 15°， 切人點(diǎn)A1的絕對(duì)速度大小： 帶入數(shù)值得： 取 =5.5m/s ，解得=5.7m/s 彎刀轉(zhuǎn)速計(jì)算：旋耕刀的速度，得=224r/min，確定選用=220r/min，此時(shí)，彎刀的轉(zhuǎn)速=5.6m/s。 3.4刀座間距b和彎刀總數(shù)Z的確定 彎刀端部對(duì)土壤適當(dāng)?shù)乃毫褦D壓作用可以降低功耗。但撕裂過(guò)大又使土塊均勻性較差，并使同一截面相繼入土刀片的切土節(jié)距加大和功耗增加。適當(dāng)提高刀座間距和選用刀幅較寬的刀齒，可以減少刀齒總數(shù)和降低功耗。本方案中選用的ⅠT245彎刀，單刀幅寬b=50mm，在旋耕刀刀軸同一徑向上，安裝左右彎刀各一把，在旋耕機(jī)前進(jìn)方向上，有效工作距離為100mm。在一根刀軸上，安裝的左彎刀數(shù)量=2400/100=24，在刀軸兩端，因?yàn)橛兄伟宓挠绊?，?23。 3.4 彎刀的排列設(shè)計(jì) 彎刀的排列是否合理，在很大程度上決定了旋耕作業(yè)質(zhì)量的好壞。為了使旋耕機(jī)作業(yè)時(shí)受到的阻力小、耕作質(zhì)量好、刀軸受力均勻、避免漏耕和堵塞現(xiàn)象的發(fā)生，刀片在刀軸上的排列應(yīng)滿足下列要求： (1)在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，若配置兩把以上的刀片，要求每切割小區(qū)內(nèi)幾把彎刀的切土量相近，以保證碎土質(zhì)量好，耕后溝底平整。 (2)刀軸回轉(zhuǎn)一周過(guò)程中，刀軸每轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)相等的角度時(shí)，在同一相位角，必須是一把彎刀入土，使扭矩較為均衡、減少扭矩波動(dòng)幅度，保證工作穩(wěn)定性和刀軸負(fù)荷均勻。 (3)軸向相鄰刀齒間距，以不產(chǎn)生漏耕帶為原則，一般均大于單刀幅寬[18]。 (4)左彎刀片和右彎刀片應(yīng)交替入土，使刀軸兩端的軸承所受的側(cè)壓力平衡，以減少旋耕刀對(duì)旋耕機(jī)重心的轉(zhuǎn)矩，保持旋耕機(jī)組工作時(shí)的直線性。 (5)相繼入土的刀片在刀軸上的軸向距離越大越好，盡可能地增大軸向相鄰兩彎刀之間的夾角，以避免發(fā)生干擾或堵塞。 根據(jù)上述刀片排列的要求，我國(guó)現(xiàn)在生產(chǎn)的旋耕機(jī)刀片一般采用雙螺旋線規(guī)則排列，雖能較好地滿足以上基本要求，并且簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)參數(shù)；但是實(shí)際應(yīng)用仍會(huì)出現(xiàn)新的問(wèn)題。 經(jīng)過(guò)參考《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》（李寶筏主編），選用如下的刀齒排列方案： (1)由于旋耕機(jī)工作時(shí)向側(cè)邊輸土，刀片在刀軸上按兩條螺旋線從左到右順時(shí)針或逆時(shí)針排列，造成了側(cè)向輸土的條件?？梢允箖蓷l螺旋線不要連續(xù)，而且旋向不一樣，把整個(gè)刀軸上的刀片排列分成幾個(gè)區(qū)段(區(qū)段數(shù)為偶數(shù))。區(qū)段分得越多，雖然側(cè)向輸土越少，但是刀片排列越復(fù)雜、排列越?jīng)]有規(guī)律性，會(huì)給使用者安裝刀片帶來(lái)了很大困難。所以區(qū)段也不能分得過(guò)多或過(guò)少，應(yīng)據(jù)刀軸的長(zhǎng)度而定，相鄰區(qū)段螺旋線的旋向相反； (2) 由于刀片排列是按兩條螺旋線排列的，為不產(chǎn)生漏耕，一般在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，設(shè)置兩把刀(一把右彎刀，一把左彎刀)，兩把刀的間隔角為180°，本次選用的ⅠT245彎刀，切土節(jié)距為50mm，因此相鄰刀座間距為100mm較為合適。焊接刀座時(shí)加熱不對(duì)稱，刀軸必然發(fā)生彎曲變形。所以在刀片排列時(shí)要盡量使同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)對(duì)稱設(shè)置。此種方案的優(yōu)點(diǎn)是彎刀從幅寬基準(zhǔn)線兩邊交替入土，軸向受力平衡，穩(wěn)定性好，土塊均勻；耕后地表面起壟適中，表層平整； (3)由于刀片排列一般是在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)設(shè)置兩把刀，刀片又有一定的厚度，因此產(chǎn)生重耕。如果能把兩把刀在軸向相間一個(gè)或稍大點(diǎn)的刀片厚度，就可使其既不產(chǎn)生漏耕又不產(chǎn)生重耕，還可節(jié)省刀片數(shù)量、減少功率消耗、降低耕作阻力。故在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)只設(shè)置一把刀。 4　旋耕機(jī)的工作參數(shù) 4.1旋耕機(jī)的功率消耗 對(duì)同一種旋耕機(jī)，輸出功率過(guò)大的拖拉機(jī)與并旋耕機(jī)的結(jié)合不一定有好的作業(yè)質(zhì)量，相反卻有可能造成功率的浪費(fèi)，通過(guò)試驗(yàn)?zāi)芎侠泶_定對(duì)應(yīng)幅寬的最佳配套功率，可以避免“大馬拉小車”的情況。耕幅與拖拉機(jī)的功率有關(guān)，并影響旋耕機(jī)與拖拉機(jī)的配置方式。旋耕機(jī)作業(yè)時(shí)，拖拉機(jī)功率的大部分用于驅(qū)動(dòng)刀滾作業(yè)，其數(shù)值可實(shí)測(cè)確定。 影響功率消耗的因素很多，主要有刀軸轉(zhuǎn)速，機(jī)組前進(jìn)速度，耕深，土壤含水率和土壤堅(jiān)實(shí)度，土質(zhì)等，此外，殘茬，旋耕刀的類型及排列諸因素對(duì)此也產(chǎn)生不同程度的影響。 可用經(jīng)驗(yàn)公式（《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》P184）估算刀滾工作時(shí)消耗的功率： （4-1） 式中： — 耕深(cm)； — 機(jī)組前進(jìn)速度(m/s)； — 耕幅(m)； — 旋耕比阻()， 其中： 查閱表2.2-4，有關(guān)旋耕機(jī)比阻的數(shù)值，=10，耕深修正系數(shù) =1.1，土壤含水修正系數(shù)= 0.92，殘茬植被修正系數(shù)=1.0，作業(yè)方式修正系數(shù)=0.7。 已知=18cm，B=2.4m，=1.5m/S計(jì)算得=7.1 將以上值帶入經(jīng)驗(yàn)公式得=46KW。 由于本次設(shè)計(jì)方案為雙軸旋耕機(jī)，第二軸工作時(shí)主要起著耙地的作用，此時(shí)土壤較為松軟，工作阻力較小。此時(shí)，旋耕機(jī)所需的總功率利用修正系數(shù)進(jìn)行計(jì)算：= ，取=1.2，得=54 KW 試驗(yàn)資料表明：由于旋耕刀切土?xí)r，土壤的反推力和拖拉機(jī)前進(jìn)方向相同，因此拖拉機(jī)的行走消耗功率很小。 參考下表（表2-2），可以選定拖拉機(jī)的相關(guān)參數(shù)。 表2-2 動(dòng)力輸出軸型號(hào)和參數(shù)（GB1592-86） Table 2-2 The model and parameters of power output shaft 動(dòng)力輸出軸型號(hào) 1# 2# 3# 公稱尺寸（mm） 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速（r/min） 允許傳遞最大功率(kw) 35 540 48 35 1000 92 45 1000 185 由上表選定拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸為2型，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速為1000r/min的動(dòng)力輸出軸滿足要求。 4.2 傳動(dòng)參數(shù)的確定 根據(jù)上文(4.1)的相關(guān)參數(shù)，選定拖拉機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為1000r/min。因此總傳動(dòng)比為i=1000/220=4.5。一級(jí)直齒圓錐齒輪的傳動(dòng)比允許的范圍是1~8，因此可以選用一級(jí)直齒圓錐齒輪進(jìn)行減速傳動(dòng),然后經(jīng)減速箱傳給兩邊的萬(wàn)向節(jié),在經(jīng)過(guò)萬(wàn)向節(jié)傳遞到側(cè)邊齒輪箱，最終傳到旋耕刀刀軸。 5側(cè)邊齒輪箱的參數(shù)設(shè)計(jì) 圖5-1 齒輪箱整體結(jié)構(gòu) Fig.5-1 The structure of the gear box 本設(shè)計(jì)選用四個(gè)直齒圓柱齒輪傳遞萬(wàn)向節(jié)到第一級(jí)齒輪的動(dòng)力至旋耕刀刀軸。在一個(gè)側(cè)邊齒輪箱中，有四個(gè)傳動(dòng)齒輪。兩個(gè)相同的大齒輪，兩個(gè)相同的小齒輪。動(dòng)力傳遞至第四級(jí)齒輪之后，采用花鍵軸將動(dòng)力傳遞給旋耕刀刀軸。整體結(jié)構(gòu)如右圖（圖5-1）所示。 5.1 齒輪的設(shè)計(jì)校核 5.1.1 齒輪的材料 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》（濮良貴主編）常用齒輪材料及其力學(xué)特性的表，考慮到工廠加工條件和旋耕刀軸要承受很大的轉(zhuǎn)矩，選擇大小齒輪材料都為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為217～255HBS，抗拉強(qiáng)度，屈服強(qiáng)度。查閱表10-8，各類機(jī)器所用的齒輪傳動(dòng)的精度等級(jí)范圍，農(nóng)用機(jī)械的精度等級(jí)為8~11級(jí)。本設(shè)計(jì)選用8級(jí)精度。 5.1.2圓柱直齒輪的參數(shù)設(shè)計(jì) 查閱資料，可得每對(duì)圓柱齒輪的傳動(dòng)效率=0.97， 則在第一級(jí)齒輪上，這級(jí)齒輪傳遞的功率P1 =P/=54/0.973=59.2KW （1）按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（《機(jī)械設(shè)計(jì)》P203式10-9a），即 （5-2） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值： a. 試選載荷系數(shù)=1.3 b.計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)矩：= c.查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P205表10-7，選取齒寬系數(shù)=1 d.查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P201表10-6，選取彈性影響系數(shù)=189.8 e.由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P209圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550MPa，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限=550MPa.（材料均為45鋼調(diào)質(zhì)處理） f.由計(jì)算公式計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù) 假設(shè)齒輪一年工作60天，每天工作10小時(shí)，使用年限10年。 =60×480×1×(10×60×10)=1.728×108 =N1/u=1.728×108/1.78=9.708×107 g.由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P207圖10-19知，對(duì)調(diào)質(zhì)處理的45鋼，取接觸疲勞疲勞系數(shù)=0.98， =0.98 h. 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力，取失效概率為1﹪，安全系數(shù)S=1 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P205式10-12有 ==0.98×550/1=539MPa ==0.98×550/1=539MPa 計(jì)算 a.試算出小齒輪分度圓直徑，由計(jì)算公式得 =98.6mm b.計(jì)算圓周速度v v==m/s=1.14m/s c.計(jì)算齒寬b b==1×98.6=98.6mm d.計(jì)算模數(shù)、齒高 取小齒輪的齒數(shù)=23，則大齒輪的齒數(shù)==2×23=46 模數(shù)如下： 齒高 e.計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)v=1.14m/s，8級(jí)精度，由 《機(jī)械設(shè)計(jì)》 P194圖10-8，查得動(dòng)載系數(shù)=1.05，直齒輪，==1 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P193表10-2可查得使用系數(shù)=1 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P196表10-4可查得齒向載荷分布系數(shù)=1.318， 同時(shí)有 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》P198圖10-13可查得齒向載荷分布系數(shù)=1.24，故載荷系數(shù) =1×1.05×1×1.318=1.384 f.按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P204式10-10a得=98.6×=100.68mm g.計(jì)算模數(shù)m m==100.68/23mm=4.38mm （2）按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P201式10-5可知，彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 (5-3) 確定計(jì)算參數(shù): a.由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P208圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380MPa，大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380MPa. b.由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P206圖10-18查得小齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.97，大齒輪的彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.97。 c.計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力，取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》P205式10-12得 =0.97×380/1.4=263.286MPa =0.97×380/1.4=263.286MPa d.計(jì)算載荷系數(shù)K =1×1.05×1×1.24=1.302 e.根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》P200表10-5查齒形系數(shù)、應(yīng)力校正系數(shù)有 =2.65，=2.32，=1.58，=1.70 f.計(jì)算大、小齒輪的并加以比較 =2.65×1.58/263.286=0.0159 =2.32×1.70/263.286=0.0149 小齒輪的數(shù)值大 設(shè)計(jì)計(jì)算： 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)4.7mm，并就近圓整為m=5mm。 按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑=100.68mm，算出小齒輪的齒數(shù)=100.68/5=20.136，大齒輪的齒數(shù)=20.136×2=40.272 取 =20，=40 。 （3）幾何尺寸計(jì)算 a.計(jì)算大、小齒輪分度圓直徑 =5×20=100mm =5×40=200mm b.計(jì)算中心距 =（100+200）×5/2=150mm c.計(jì)算齒輪寬度 =0.2×100=20mm 故各齒輪齒寬分別取=20mm，=20mm （4）齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 大齒輪因齒輪齒頂圓直徑大于160mm，而又小于500mm，故以選用腹板式結(jié)構(gòu)為宜；小齒輪因齒輪齒頂圓直徑小于160mm，故以選用實(shí)心式結(jié)構(gòu)為宜。 5.2 齒輪軸系設(shè)計(jì)校核 5.2.1 齒輪軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在齒輪箱中，共有四根軸：兩根花鍵軸和兩根支撐軸。第一根花鍵軸的作用是傳遞經(jīng)減速器后傳遞到萬(wàn)向節(jié)的動(dòng)力到側(cè)邊齒輪箱，同時(shí)支撐小齒輪，第二根花鍵軸用來(lái)將側(cè)邊齒輪箱的動(dòng)力傳遞給旋耕刀刀軸。兩根支撐軸的作用是支撐兩個(gè)大齒輪?；ㄦI軸的樣式如下圖（圖5-2）所示： 圖5-2 花鍵軸結(jié)構(gòu) Fig.5-2 The structure of spline shaft 軸上零件的裝配順序?yàn)椋皇紫葟挠疫叞惭b直齒輪，接著在直齒輪的右邊安裝軸套，通過(guò)軸套和軸肩來(lái)軸向定位齒輪，然后安裝軸承，在齒輪箱數(shù)上，設(shè)計(jì)了軸承座，軸承沒(méi)有承受軸向力，可以用過(guò)軸承座和軸承端蓋來(lái)定位軸承，最后右邊裝上軸承蓋。其次，左邊只裝上軸承和軸承蓋就可以了。此種裝配方案的設(shè)計(jì)和選定，既滿足軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有符合軸上零件裝配方便的要求。 （1）選擇軸的材料及熱處理 選用軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理 （2）根據(jù)軸向定位要求確定軸各段直徑和長(zhǎng)度 為了計(jì)算簡(jiǎn)便，方便制造，兩根花鍵軸制作成一樣的結(jié)構(gòu)，并且大小尺寸也相等，由于齒輪傳遞效率的影響，第一根軸所受到的力最大，因此，如果第一根軸滿足設(shè)計(jì)要求，其他三根也一定滿足要求。 （3）軸的轉(zhuǎn)向方式：?jiǎn)蜗蛐D(zhuǎn) 軸的工作情況：只承受徑向力，無(wú)軸向力，因此，只需要按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件進(jìn)行設(shè)計(jì)即可。 軸的轉(zhuǎn)速： 功率： 兩側(cè)邊萬(wàn)向節(jié)傳遞的總功率，左右均勻?qū)ΨQ受力，因此 齒輪直徑d根據(jù) 《機(jī)械設(shè)計(jì)》P370 式（15-2） (5-4) 計(jì)算 軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為 所選軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。查表(15-3)，選取。 得 選用 （4）各段長(zhǎng)度計(jì)算 花鍵軸與旋耕刀刀軸之間由于刀片在切土過(guò)程中，會(huì)受到不斷地震動(dòng)，考慮到花鍵連接時(shí)受力較為均勻、應(yīng)力集中較小、對(duì)軸和輪轂的強(qiáng)度削弱較小、對(duì)中性好等優(yōu)點(diǎn)，決定采用花鍵連接。因?yàn)榫匦位ㄦI的定心方式為以小徑定心，定心精度高，定心的穩(wěn)定性好，能用磨削的方法消除熱處理引起的變形。故采用矩形花鍵。根據(jù)鍵的長(zhǎng)度來(lái)確定軸的長(zhǎng)度。 強(qiáng)度計(jì)算： a.靜連接 　(5-5) b. 動(dòng)連接 (5-6) 式中：ψ—載荷分布不均系數(shù)，與齒數(shù)多少有關(guān)，一般取ψ=0.7～0.8，齒數(shù)多時(shí)取偏小值; Z—花鍵的齒數(shù)； l—齒的工作長(zhǎng)度，單位mm。 h—花鍵齒側(cè)面的工作高度，矩形花鍵，h=［(D-d)/2］-2c，此處D為外花鍵的大徑，d為內(nèi) 花鍵的小徑，C為倒角尺寸，單位為mm；漸開線花，，，。 —花鍵的平均尺寸 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表6-3，花鍵的許用應(yīng)力，取 按動(dòng)連接強(qiáng)度計(jì)算： （5）軸的疲勞輕度校核 截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力： 軸的材料為45#鋼調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表15-1查得： =275MPa； 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查取得： 因?yàn)閞/d=0.0.05 D/d=62/60=1.176 徑插值后可查得： =2.09； =1.6 又由機(jī)械設(shè)計(jì)教材附圖3-1，可得軸的材料敏性系數(shù)為： ； 故有應(yīng)力集中系數(shù)按式得： 尺寸系數(shù)為： 查《機(jī)械設(shè)計(jì)》 P325得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為： 軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為： 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即： 軸上外花鍵的有效應(yīng)力集中系數(shù)為： ； 按式機(jī)械設(shè)計(jì)教材3-12得綜合系數(shù)值為： 又由機(jī)械設(shè)計(jì)教材45#的特性系數(shù)為： =0.2～0.3 取=0.25 =0.1～0.15取=0.1 于是計(jì)算安全系數(shù)值，按機(jī)械設(shè)計(jì)教材15-6～15-8得： ＞S=1. 故可知其安全。 5.2.2 齒輪軸上結(jié)構(gòu)配置 （1）初選深溝球軸承 因?yàn)檩S承只承受徑向力而無(wú)軸向力作用，因此選用深溝球軸承。他主要承受徑向載荷，也可同時(shí)承受較小的軸向載荷，當(dāng)量摩擦系數(shù)最小，價(jià)格最低，可以在提高傳遞效率的同時(shí)，降低生產(chǎn)成本。根據(jù)上文計(jì)算 ，向右的軸徑半徑增加5mm，則，有軸承產(chǎn)品目錄中初步選定0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的深溝球軸承6308，其中尺寸分別為d×D×T=40×90×23. （2）鍵的設(shè)計(jì) 根據(jù)齒輪的寬度，齒輪與軸的固定采用普通平鍵聯(lián)結(jié)，根據(jù)軸的直徑d=42mm，《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》GB 1096-79；查的普通平鍵的剖面尺寸為:b×h×l=8×8×12，鍵槽用銑刀加工。需要強(qiáng)調(diào)指出，為了保證軸向定位可靠，與齒輪相配合部分的軸段長(zhǎng)度一段應(yīng)比轂長(zhǎng)約短1-3mm，確定安裝齒輪處的長(zhǎng)度為19mm。 5.3 刀輥軸的設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明 材料選擇45鋼，調(diào)質(zhì)處理，旋耕刀結(jié)構(gòu)如下圖（圖5-3）： 圖 5-3 旋耕刀刀軸 Fig.5-3 Rotary blade shaft 查《旋耕機(jī)械GB/T 5669-2008》選擇刀輥軸的外徑=80mm。內(nèi)徑=50mm 深溝球軸承的效率為=0.98，軸上花鍵傳動(dòng)的效率為=0.98 由=54KW ；=220r/min = ×× (5-7) 得： = 54×0.98×0.98=49.8kw =按最大比壓少于20MPa，即 ＜20MPa 來(lái)設(shè)計(jì)刀輥軸的直徑。 ==19.86＜20MPa　　 扭曲應(yīng)力驗(yàn)算 ： 　　　　　(5-8) 其中：=（80-50）/2=15 =1.57×80×15=20655.64 ==74.34MPa＜=185MP 故所設(shè)計(jì)的刀輥軸的直徑滿足要求。 刀輥軸的外徑為：=80mm 刀輥軸的內(nèi)徑為：=50mm 外花鍵的個(gè)數(shù)為：N=6 外花鍵的平均工作長(zhǎng)度為：=30mm 6 設(shè)計(jì)結(jié)論 本次設(shè)計(jì)臥式雙軸旋耕機(jī)是選擇了段老師的畢業(yè)課題，參考了學(xué)校工科基地的各種類型的旋耕機(jī)的結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)出的一種為了提高旋耕機(jī)工作效率和耕作質(zhì)量的一種雙軸旋耕機(jī)。它采用四點(diǎn)懸掛的結(jié)構(gòu)與前置拖拉機(jī)連接，適用于旱地和水田的犁地和整地的工作。旋耕機(jī)工作時(shí)，可以一次完成翻垡、整地，作業(yè)后，地表平整，可以避免二次耙地帶來(lái)的對(duì)土壤二次壓實(shí)的不利影響，同時(shí)降低了能耗。它的耕深為18 cm，需要掛接在額定輸出功率在50KW以上的拖拉機(jī)上。設(shè)計(jì)中所用到的零件標(biāo)準(zhǔn)件較多，大幅降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)也方便維修。 7 設(shè)計(jì)心得 本學(xué)期是我在學(xué)校求學(xué)的最后一個(gè)學(xué)期，這個(gè)學(xué)期，我們已經(jīng)結(jié)束了大學(xué)所有的必修課程，主要的任務(wù)就是完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。我是從3月份開始設(shè)計(jì)的，設(shè)計(jì)前先從段老師那里領(lǐng)取設(shè)計(jì)任務(wù)書，我的設(shè)計(jì)任務(wù)是雙軸旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)。然后就開始正式設(shè)計(jì)，我們作的第一步就是廣泛的收集資料，了解國(guó)內(nèi)外旋耕機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r，同時(shí)參觀了校工科基地的旋耕機(jī)實(shí)物，對(duì)旋耕機(jī)有了更深的認(rèn)識(shí)。通過(guò)廣泛的調(diào)研和大量的閱讀旋耕機(jī)的相關(guān)資料，我認(rèn)識(shí)到了旋耕機(jī)是一種應(yīng)用很廣泛，也很重要的農(nóng)機(jī)器具之一，以及現(xiàn)階段旋耕機(jī)存有的問(wèn)題和目前發(fā)展的方向。 在本次設(shè)計(jì)中，段老師在繁忙的工作之中，給了我耐心的指導(dǎo)，還兩次帶我們?nèi)バ９た苹貫槲覀兘M的同學(xué)進(jìn)行了仔細(xì)的講解。感謝在中期檢查時(shí)，舒彩霞老師的點(diǎn)撥和鼓勵(lì)。 通過(guò)本次設(shè)計(jì)，使本人對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)有了系統(tǒng)的回顧，鞏固了對(duì)AUTOCAD和CAXA的掌握，還學(xué)到了好多新的知識(shí)。當(dāng)然，由于本人水平有限及實(shí)踐條件的限制，在設(shè)計(jì)中存在一些問(wèn)題、錯(cuò)誤是難免的，衷心希望老師們批評(píng)指正，本人不勝感謝！  參考文獻(xiàn) 1. 王萬(wàn)鈞，胡中，樂(lè)秀梅等．.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)）．中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所編．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988 2. 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Bandalan E P, Salokhe V M, Gupta C P, et al．Performance of an oscillating subsoiler in breaking a hardpan .Journal of Terramechanics.　1999, 36(1) :117-125  致謝 值此論文完成之際，我衷心地向指導(dǎo)我完成課題的段宏兵老師，向在中期檢查為我指點(diǎn)教導(dǎo)的舒彩霞老師，向?yàn)槲姨峁┬麢C(jī)實(shí)物的我院研究生學(xué)長(zhǎng)們，向和我一起度過(guò)四年，給我快樂(lè)的室友們，向所有給我?guī)椭睦蠋熞约敖o我支持和鼓勵(lì)的同學(xué)們、朋友們表示最誠(chéng)摯的謝意。 我衷心地感謝段老師從課題開始一直到現(xiàn)在對(duì)我孜孜不倦的教育和指導(dǎo)，讓我鍛煉了不少，學(xué)到了很多知識(shí)。不是您一次次的鼓勵(lì)，一次次給我提供思路，時(shí)刻嚴(yán)格要求我督促我，我就不會(huì)按時(shí)完成課題，完成我的論文。您的勤奮敬業(yè)、思維敏銳、治學(xué)態(tài)度嚴(yán)謹(jǐn)、為人樂(lè)觀豁達(dá)，在學(xué)習(xí)和工作上為我樹立了良好的榜樣，使我終身受益。在整個(gè)課題設(shè)計(jì)階段，使我深深體會(huì)到了要理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性。 感謝在中期檢查為我指點(diǎn)教導(dǎo)的舒彩霞老師，您嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和熱心的鼓勵(lì)是我在本次設(shè)計(jì)中嚴(yán)格要求自己的不竭動(dòng)力。 同時(shí)感謝為我提供研究場(chǎng)所和設(shè)備工具的食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院的老師和學(xué)長(zhǎng)學(xué)姐們，是您們耐心地給我提供幫助，提供專業(yè)上的知識(shí)，共同討論，共同試驗(yàn)才順利完成了此項(xiàng)課題。對(duì)您們的支持和幫助表示誠(chéng)摯的謝意。 另外，感謝和我一起度過(guò)四年，給我快樂(lè)的兄弟們。我很榮幸有這樣一個(gè)和睦友好，有這樣一個(gè)學(xué)習(xí)氛圍良好的寢室。在兄弟們的支持和鼓勵(lì)下，我少了煩惱，多了自信和快樂(lè)。他們給了我無(wú)私的奉獻(xiàn)，讓我學(xué)會(huì)了很多，得到了許多，這一生我將終身難忘。 最后，感謝所有給我?guī)椭睦蠋熞约敖o我支持和鼓勵(lì)的同學(xué)們、朋友們。在您們的幫助和支持下，我才有了今天的成績(jī)。今后，我將更加努力，不辜負(fù)大家對(duì)我的期望。 在此，向以上提到的所有老師，朋友們?cè)俅伪硎咀钪孕牡馗兄x，謝謝你們！ 由于本人知識(shí)水平有限，設(shè)計(jì)中尚有不足之處敬請(qǐng)老師諒解，并希望老師提出寶貴意見，本人不勝感謝！ 21