單圓盤果園開溝機的設計含NX10三維及11張CAD圖帶開題報告+答辯ppt-獨家.zip

單圓盤果園開溝機的設計含NX10三維及11張CAD圖帶開題報告+答辯ppt-獨家.zip,圓盤,果園,開溝機,設計,NX10,三維,11,CAD,開題,報告,答辯,ppt,獨家 單圓盤果園開溝機的設計 摘要 現(xiàn)在，我們國家的果園在開溝的時候基本上還是人工進行，使用機器的比較少。很多開溝的設備拿到果園里面來不怎么適合，關(guān)鍵是在果園的地面上有很多亂七八糟的東西，土壤里面不僅有根莖，還有石頭，而且在果園里面這些果樹之間的檔距比較小。要想在果園里面開溝的時候使用機器，那么設計一款專門在果園里面開溝的設備是非常緊迫的。 本次設計的主要內(nèi)容是單圓盤果園開溝機的設計。將現(xiàn)有的開溝機進行比較，翻閱文獻，將設計方案確定下來，本次總體方案采用單元盤開溝機。對總體方案中里面涉及到的軸、鏈輪等主要零部件進行了詳細的設計、計算及校核，對電動機、軸承等標準件進行了選型。 繪制機構(gòu)裝配圖、零部件圖，完成機構(gòu)三維實體的建模，通過本次設計，不僅對我學校里面學習的專業(yè)知識又溫習了一遍，對自己將來的工作也做好了知識鋪墊。因此，本文的設計也顯得尤為有價值。 關(guān)鍵詞：單元盤；果園；開溝機；設計；校核 Abstract Now, our country's orchards in the ditch when the basic or manual, the use of the machine is relatively small. A lot of ditching equipment to get inside the orchard is not how suitable, the key is in the orchard on the ground there are a lot of messy things, the soil which not only rhizome, there are stones, and in the orchard inside the fruit trees between the file range is relatively small The If you want to use the machine in the orchard inside the ditch, then the design of a special irrigation in the orchard inside the equipment is very urgent. The main content of this design is a single disc orchard ditch machine design. The existing trencher to compare, read the literature, the design will be determined down, the overall program using unit disk ditching machine. The main parts of the overall plan involved in the shaft, sprocket and other major parts of a detailed design, calculation and verification of the motor, bearings and other standard parts were selected. Drawing the organization drawings, parts and plans to complete the three-dimensional entity modeling, through this design, not only for my school inside the professional knowledge and study it again, their future work is also a good knowledge of bedding. Therefore, the design of this article is also particularly valuable.. Key words：Unit dish; orchard; ditching machine; design; check; 目 錄 摘要 I Abstract II 第1章 緒論 3 1.1 開溝機的概述 3 1.2 國內(nèi)開溝機的研究現(xiàn)狀 5 1.3 國外開溝機的研究現(xiàn)狀 6 第2章 總體方案的設計與確定 9 2.1 動力系統(tǒng)的選擇與確定 9 2.2 整體結(jié)構(gòu)的確定 10 2.3 工作原理的確定 10 第3章 主要零部件的設計與計算 11 3.1 開溝彎刀的設計與計算 11 3.2　開溝刀盤的設計與計算 13 3.2.1 內(nèi)孔直徑的確定 13 3.2.2 安裝刀片螺栓孔位置的確定 13 3.2.3 刀盤外徑的確定 14 3.2.4 刀片安裝數(shù)量的確定 14 3.2.5 刀盤總體結(jié)構(gòu)的確定 14 3.3　開溝刀軸的設計與計算 15 3.3.1 開溝刀軸的最小徑計算 15 3.3.2 開溝刀軸結(jié)構(gòu)的設計與確定 16 3.4 拖拉機選型的選擇與確定 16 3.5 開溝機傳動箱的設計與計算 17 3.5.1 開溝機錐齒輪的確定 17 3.5.2 開溝刀滾的確定 17 3.5.3 開溝機罩殼的設計與確定 19 3.6 開溝深度調(diào)節(jié)器的設計與計算 19 3.6.1 液壓缸的選擇與確定 19 3.6.2 深度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的確定 20 3.6.3 液壓馬達選擇與安裝 21 3.7 鏈傳動的設計與計算 21 3.7.1 鏈傳動概述 21 3.7.2 鏈傳動工作原理 22 3.7.3 鏈輪的設計與計算 23 3.7.4 鏈輪軸的設計計算與校核 24 第4章 主要零件的校核 26 4.1　開溝刀軸的校核 26 4.2 滾動軸承的校核 28 結(jié)論 29 致謝 30 參考文獻 31 I 第1章 緒論 1.1 開溝機的概述 開溝機的歷史悠久，最開始農(nóng)民進行開溝的時候用的就是犁，那個時候開溝純粹就是靠人工。到二十世紀中期的時候，我們國家在一些農(nóng)地里就使用鏵式犁開溝。這種開溝設備的犁有兩種，一種是懸掛的，還有一種是牽引的。后期跟著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)出來了圓盤式的開溝機，在圖紙1.1里面展示的就是它，并且這種開溝機發(fā)展的很快。因為這種機器在牽引的時候受到的阻力不大，并且適應能力很好，可以在推開土壤的時候分布勻稱，工作起來效率是很高的，所以使用的是非常多的。這種開溝設備主要是依靠兩個轉(zhuǎn)動非?？斓膱A盤，在這個盤的周邊都是銑刀，通過銑刀開下來的土壤按照實際的要求，被勻稱的排放在溝的兩邊，這兩個圓盤跟土壤的平面有一個角度，是四十五度，所以說開出來的溝它的截面實際上是一個倒梯形，挖出來的溝是非常整齊的，不需要再進行二次工作，不過設備在工作的時候速度不快，傳動部分是比較復雜的，而且體積很大，在生產(chǎn)時候工藝要求非常的高，耗費的能耗是很大的，生產(chǎn)率比犁鏵式開溝犁低。 圖1.1 圓盤式開溝機的工作及結(jié)構(gòu)簡圖 圓盤式開溝機就是一種旋轉(zhuǎn)的機器，在這個機器上圓盤都是有彎刀的，由傳動軸將圓盤帶動進行旋轉(zhuǎn)開溝，現(xiàn)在我們國家使用的開溝機大部分都是圓盤式的。這種開溝機有兩種，一種是前置的，還有一種是后置的。 開溝機前置的，它配合的都是馬力比較小的拖拉機，工作的面積不大，比較有代表性的就是龍寶1K-26開溝機，這個機器的傳動部分，它的離合裝置是快速的，而且有兩個滑撬，對工作時候開挖的深度是可以進行調(diào)整的，工作時候效率非常高，也比較方便，下面的圖紙1.2里面展示的就是它。 圖1.2 1K-26型前置式圓盤開溝機 后置的這種開溝機有兩種，一種是一個圓盤的，還有一種是兩個圓盤的，在這種類型的機器里面，比較好的一款就是一個圓盤的開溝機，型號是1KJ-35型，下面的圖紙1.3里面展示的就是這種，這種設備的構(gòu)造不復雜，結(jié)構(gòu)比較合理，而且工作時候可靠性高，在進行傳動的時候用的是一級螺旋傘齒輪，承受的負荷也是比較大的，在這個設備上安裝了最新的散土罩，從溝里面挖出來的土在拋散的時候是非常運城的，挖出來的溝不僅有梯形，還有矩形，這個機器上有一個限位設備，確保挖出來的溝是一條直線，而且前后的溝深度都是一樣的。 圖1.3 1KJ-35型圓盤開溝機 圖1.4里面展示的是最新研究出來的開溝機，這個機器有兩個圓盤，型號是清旋牌1KJ-35II，它在進行工作的時候效果是非常好的，并且工作時候效率很高，性能也比原來的機器好很多，質(zhì)量比較好，后期保養(yǎng)維修也方便。這種開溝機跟輪式拖拉機配合工作，一般工作的地方都是比較大的。 這個設備有兩個圓盤，因為它開溝的效果是非常好的，特別是拋土的時候都是非常均勻的，而且這些土拋的都比較遠，可以滿足任何一種寬溝的需要。任何農(nóng)作物都可以用它來進行開溝種植，也就是在沒有耕耙的土地上，先將種子播下去，然后再進行開溝，通過開溝機將種子翻到地里面去。 圖1.4 KJ-35II型開溝機 圖1.5 圓盤旋轉(zhuǎn)式開溝機 美國也有圓盤式的開溝機，不過它不是用在農(nóng)業(yè)上，而且用在軍事還有國防上，他們國家的開溝機有四種工作設備，有推土的鏟刀，還有反鏟的挖掘臂，后面還裝了挖壕設備，還有開溝犁。這個開溝機的上面還裝了一些軍事上需要的裝置，比方說巖石切割轉(zhuǎn)盤，壓實器，還有電纜盤托架。這個開溝機要跟四噸的卡車配合工作。 1.2 國內(nèi)開溝機的研究現(xiàn)狀 我們國家開溝裝置研究的比較晚，從一開始的犁鏵式、圓盤式、螺旋式開溝機到現(xiàn)在的鏈式開溝機。我們國家的相關(guān)研究還在最開始的階段，很少從國外購買先進設備。 一開始的犁鏵式開溝機，它的構(gòu)造是非常簡單的，不過工作起來可靠性還是可以的，零件不多，但是單位功率是非常低的，不過成本不高，開出來的溝一般都是在三十厘米到八十里面之間。不好的地方就是設備太過笨重，在進行牽引的時候受到的阻力太大，將土翻上來之后，側(cè)邊的壓板將溝壁壓的緊緊的，這樣這個溝的截面就是一個梯形。 到了上世紀末的時候，用的開溝機主要就是螺旋式的，在這個設備的上面，開溝裝置就裝在直立軸管的上面，其實就是兩組螺旋刀片，這兩組刀片可以進行銑，軸向提升，還有螺旋葉片慣性拋散的工作，挖出來的土想兩邊拋散，這種設備的刀片是組合式的，刀柄的材料還有刀刃的材料都是不一樣的，使用時間比較長。 二十一世紀初，農(nóng)科院研究出來一種新的鏈式的開溝機，型號是1K（Kz）-30，這種開溝機的組成部分是齒輪箱，傳動鏈，開溝切削刀，還有分土器等等。它的原型就是滾子鏈，這種機器工作的地方要求還是比較高的，如果土里面有砂石，那么就沒有辦法進行工作，開出來的溝是很寬的，耗費的能耗也比較大，挖的坑比較淺，鏈輪很容易就壞了，所以使用時間比較短。 1.3 國外開溝機的研究現(xiàn)狀 世界上對開溝機研究最早的是前蘇聯(lián)，還有美國。他們剛開始的時候也是犁鏵式，現(xiàn)在開溝機的形式是鏈式。在外國，開溝機用的已經(jīng)非常多了，下面就對國外開溝機的特征還有研究方向進行闡述。 在國外，開溝機有很多種，根據(jù)不一樣的要求來進行選擇使用。開溝功率最小的只有只有幾千瓦，最大可以到1100kW，質(zhì)量136t。專業(yè)開溝機在國外的市場需求還是非常大的，美國有十幾家專門生產(chǎn)開溝機的公司，種類有一百多。下面舉幾個有代表性的公式來闡述一下。 美國傳特公司生產(chǎn)的鏈式開溝機，型號是65型，圖紙1.6里面展示的就是。這個開溝機傳動裝置用的是多級變速器，發(fā)動機用的是CAT的，這種鏈式開溝機的驅(qū)動裝置是重型設備的，扭矩非常高，速度很慢，這樣它的切割齒就是最大的，挖出來的溝的深度比較深，還有生產(chǎn)力比較強，切割齒使用的時間也比較長，它用的開溝臂是組合式的，非常牢固可靠，耐磨鋼板系統(tǒng)是可以進行更換的，鏈輪也可以更換，這樣一來不管是一個鏈輪還是兩個鏈輪都可以進行使用，它履帶的驅(qū)動裝置是獨立的，履帶是三段式的，駕駛室是可以進行升降的，密封性能非常好，有空調(diào)。所有的技術(shù)都是最新的，操作起來非常舒適安全。 圖1.6 65型鏈式開溝機 法國的馬萊公式，它是專門生產(chǎn)開溝機的，不過它的機器是用來埋鋪管道還有電纜的。不管是哪一個城市，還是農(nóng)村，山區(qū)，只要你要鋪設電纜或者是管道，都可以用他們家生產(chǎn)的機器來進行。它在進行鋪設的時候速度一般是在每小時零點五公里到每小時兩公里，它在挖溝的時候可以正過來挖，側(cè)過來挖，噪音非常小，沒有揚塵，非常環(huán)保。它開出來的溝非常窄，對于道路的破壞很小。在它的開溝機上面安裝了真空吸塵機，這樣可以一邊開溝，一邊將塵土都吸走，所以是非常環(huán)保的。在圖紙1.7里面展示的就是這種機器。 圖1.7 SM550C型鏈式開溝機 所以，這樣一對比，我們國家的開溝機還是非常落后的，要想挖出來的溝比較陡直，窄深，現(xiàn)在還是達不到的。農(nóng)科院之前研究了一種新的鏈式開溝機，不過這種開溝機還沒有在實際中進行工作過。到目前為止，還不能對土壤里面的鏈傳動機理進行掌握，還不能將咬合阻力的結(jié)構(gòu)框架減少，對土壤的移動阻力還沒有辦法降低，也沒有辦法達到環(huán)保的要求?，F(xiàn)在國外生產(chǎn)的開溝機種類已經(jīng)非常多了，而且現(xiàn)在是專業(yè)化的程序越來越高，開溝機器只進行開溝工作，不開溝的時候就放在那兒，在我們國家，如果機器不開溝，那么就當拖拉機用。 32 第2章 總體方案的設計與確定 2.1 動力系統(tǒng)的選擇與確定 果園開溝裝置有兩種，一種是懸掛的，一種是自走的，在這個里面大果園開溝的話用懸掛的，它的工作效率是非常高的，而且動力也是比較足的。自走式的開溝機實際上就是開溝機跟發(fā)動機連接在一起，不過在工作時候效率是比較差的，而且這種機器多半是要人工手持的。勞動強度也相對較大?，F(xiàn)將這2中方案概述如下： 方案1：懸掛式開溝機 圖2.1 懸掛式開溝機 開溝機可以在果園里面開溝，將土又填回去，再將土壓實這些工作，圖2.1里面展示的就是，在用的時候是非常靈活的，并且效率也是很高的，人工的勞動強度就降低了很多。這個開溝機的動力來源是拖拉機，開溝機提放也需要拖拉機的帶動。 方案2：自走式開溝機 圖2.2 自走式開溝機 圖2.2所示是自走式開溝機。該開溝機開溝深度可以調(diào)節(jié)，功能是非常多的，可以進行開溝工作，工作時候效率高，并且自己又發(fā)動機，不需要牽引裝置，在現(xiàn)實的農(nóng)耕上比較好用。這個開溝機的動力是獨立的，不需要拖拉機。 通過上面對2種方案的分析，經(jīng)過權(quán)衡后最終選擇方案1懸掛式開溝機作為本次動力方案。 2.2 整體結(jié)構(gòu)的確定 通過前面的設計，現(xiàn)將整體結(jié)構(gòu)概述如下，見圖2.3整體布局圖。 圖 2.3 整體布局圖 在圖紙2.3里面展示的就是這次設計的整體圖紙，開溝機通過變速箱，跟機架直接連接在一起，這樣就能將動力傳送過去了，變速箱傳送出來的動力轉(zhuǎn)動的速度跟功率大小，都跟這個開溝機額定的轉(zhuǎn)動速度是一樣的，在這個里面速度是沒有降低的，開溝機還有整個設備在連接的時候是通過螺栓來進行的，開溝機挖的深度是多少一半都是通過液壓缸還有開溝機的機架通過螺栓將電磁換向閥進行控制的，這樣開溝機在工作的時候，提升的時候就不會碰到地面了。 2.3 工作原理的確定 開溝機的組成有開溝機，拖拉機，還有液壓提升部分。在拖拉機行駛的時候，動力通過變速箱輸送到錐齒輪箱，這樣一來縱向的動力通過它就變位橫向的動力了，主動輪是通過動軸跟它連接在一起的，主動鏈輪跟從動鏈輪之間的傳遞是通過鏈條來進行的，從動鏈輪跟開溝刀軸是直接連接在一起的，那么拖拉機在行駛的時候，就能將開溝機帶動進行工作了。液壓提升裝置是跟機架連接在一起的，液壓缸的前面用螺栓跟開溝機左邊的撐板連接在一起，液壓缸后面用螺栓將法蘭和機架連接在一起。因為有電動機的工作，液壓馬達也進行帶動電磁換向閥進行狀態(tài)的改變，這樣一來整個開溝機就可以對升降動作進行調(diào)整了。 第3章 主要零部件的設計與計算 3.1 開溝彎刀的設計與計算 在開溝機上，比較關(guān)鍵的部分是開溝刀。刀的類型比較多，有彎刀，直角刀，還有鑿形刀等等。彎刀的作用是滑切，草是不會纏到上面去的，可以將碎土弄松弛，可以對土進行翻新，不過在工作時候耗費的功率是很大的，在我們國家開溝刀很多都用的是彎形刀。鑿形刀在進行開溝的時候，松土也好，入土也好，都比較強大，而且耗費的功率不大，不過跟草很容易就纏起來了，一般是用在草不多，或者是土質(zhì)很硬的地方進行工作。因為論文設計的是果園的開溝機，草是很多的，所以在這篇論文里面，開溝機用的就是彎刀。 1、開溝彎刀的結(jié)構(gòu)組成 開溝刀的組成有三個，側(cè)切面，正切面，還有過度面，在圖紙3.1里面詳細描述了每一個部分的名字，側(cè)切面能將土挖開來，將草切斷了；正切面不僅可以切土，還能將土翻過來，將土拋出去。 1.刀柄 2.正切刃 3.側(cè)切刃 圖3.1 開溝刀的結(jié)構(gòu)圖 2、側(cè)切刃 我們國家生產(chǎn)的這些彎刀，側(cè)切刃都跟螺旋線差不多，它的公式就是： ρ=ρ0+α θ ρ0：螺線起點的極徑（mm）； α：螺線極角每增加1弧度，極徑的增量（mm）； θ：螺線上任意點的極角（rad）； 螺線終點處的極徑：ρn=ρ0+α θn 再確定ρn、ρ0及θn值后可求出α值：α=(ρn-ρ0)/θn 螺線起點的極徑ρ0為避免無刃部切土。 ρ0=R2+S2-2S(2RH-Hα2)0.5 在公式里面：S：代表的是切土的距離；H：代表的是溝的深度；R：代表的是彎刀的回轉(zhuǎn)半徑大小，要想將阻扭矩降低一點，一定要在達到挖坑深度，還有構(gòu)造的條件下，使用小一點的彎刀。 在果園進行開溝，切土的距離一般是在四厘米到六厘米之間。這里就取5cm作為切土節(jié)距。 式中Vm：開溝機的前進速度，取Vm=2Km/h； n：刀軸轉(zhuǎn)數(shù)；z：彎刀數(shù)量，取z=6 通過計算圓整后得ρ0=60；θn=0.5rad；α=320mm。 把α放到公式ρ=ρ0+α θ里面去計算，用建模軟件將側(cè)切刃的螺線畫出來。 3、正切刃 正切刃在空間上看是一個曲線，要想讓溝底又平又整，那么正切刃曲線在刀滾的圓柱面上還有在側(cè)視圖上，它的投影就是一個圓弧，這兩個刃口的圓弧線是連接在一起的。 在三維軟件里面建立一個坐標，將側(cè)切刃的螺線畫出來，將基準曲線的方程式放進去，建立笛卡爾坐標系，就相當于將這個螺旋線用公式表達出來。 θ= T×θn；ρ0=60；θn=0.5rad；α=320mm。 A=θn×T×360/(2π）；X=(ρ0+α θ) ×cos(A)；Y=(ρ0+α θ)×sin?(A)。Z=0 繪制出一條等近螺旋線 使用這個螺旋線，然后再畫一個刀柄出來，刀柄大小是30×60刀柄，在這個刀柄的上面開一個M10的通孔，這樣就可以將開溝刀固定住了，對側(cè)切刃躲在的這個面進行拉伸，拉伸出來十毫米，這樣可以將多余的部分切除掉。 4、材料和技術(shù)要求 按照國家相關(guān)規(guī)定，使用的原材料是65Mn鋼。要進行切削的地方要進行淬火處理，硬度一般是在HRC50-55。要對開溝彎刀的小樣進行查驗，這個曲線的偏差一定要小于三毫米。 3.2　開溝刀盤的設計與計算 開溝刀固定是通過開溝刀盤來進行的，用刀片在地上進行滑切，破碎，土壤拋出，之后溝就挖出來了。因為開溝刀盤的構(gòu)造，還有原理前面都已經(jīng)說過了，刀盤的質(zhì)量好壞，關(guān)鍵就在于用什么原材料加工的，還有大小，以及裝了多少個刀片。開溝刀盤要想跟開溝刀片進行安裝，那么這個螺栓孔必須要根據(jù)M10在進行設計，孔的直徑大小是十點六。裝的這個地方就是刀座上裝刀盤的螺栓孔順著旋轉(zhuǎn)軸半徑的方向跟旋轉(zhuǎn)軸母線之間的這段距離。具體在進行設計的時候有關(guān)數(shù)據(jù)有：刀盤里面孔直徑，裝幾個刀片，刀片安裝孔在哪，刀盤用的鋼材有多厚。 3.2.1 內(nèi)孔直徑的確定 翻資料就可以了解開溝零部件一般在工作時候耗費的功率是四千瓦到六千瓦，刀盤轉(zhuǎn)動的速度是一分鐘一百八十六到一分鐘二百五十。在進行數(shù)字計算的時候，轉(zhuǎn)動的數(shù)目用最小的，工作的功率用最大的，這樣開溝軸受到的扭矩就是最大的。 按扭矩強度計算軸徑，即開溝刀盤內(nèi)孔直徑應該滿足： 其中：為開溝軸承受扭轉(zhuǎn)形變的需用切應力值經(jīng)過計算開溝刀盤內(nèi)孔并圓整后得D1=50mm 3.2.2 安裝刀片螺栓孔位置的確定 刀片與刀盤體通過螺栓與刀盤體上的刀座進行連接，所以說，這個地方受到的工作剪力就是剪切強度，因為在開溝的時候，刀盤滑切土壤的時候只是一個刀片，所以說，最危險的狀況就是一個刀片滑切土壤的時候，螺栓承受的擠壓還有剪切力是最大的數(shù)值，通過計算圓整后的取d=400mm 3.2.3 刀盤外徑的確定 開溝刀盤外徑D就是刀片裝好了之后，開溝軸在旋轉(zhuǎn)時候外面的圓最大的直徑。影響開溝刀盤外徑的因素很多。在這進行參考的數(shù)值有開溝深是多少，傳動箱接地的地方跟刀軸中心之間的距離，還有土壤的下限量。 其中：H為開溝深度，H≤250mm； L=100mm；e取30mm。 將一些別的影響力都考慮進去，這個開溝刀盤的外面的直徑大小確定為五百。 3.2.4 刀片安裝數(shù)量的確定 對開溝機挖溝時候有關(guān)鍵性影響的是切土節(jié)距S，S的決定性因素有機器在工作時候前進的速度，刀盤有多少轉(zhuǎn)，還有裝了多少個刀片，在果園里面進行開溝工作的時候， S的適宜范圍為4-6cm。 在進行開溝的時候，開溝機行駛速度是2km/h，挖溝的時候轉(zhuǎn)動的速度是在250r/min左右。 帶入公式并圓整可得Z=6 開溝刀是可以進行更換的，在壞了之后就要換，開溝刀座主要是用來將開溝刀還有開溝刀盤進行固定的。按照任務書的要求，一個刀盤上裝六個刀座。 3.2.5 刀盤總體結(jié)構(gòu)的確定 前面好多數(shù)據(jù)都確定下來了，刀盤設計的時候用的就是一體式的，開溝刀直接就用螺栓裝在刀盤上面，一個刀盤的直徑大小是二百六。通過鍵和旋轉(zhuǎn)軸相互連接。刀盤上有開溝刀槽，還有螺栓孔。它的構(gòu)造是非常單一的，并且加工起來很簡單。 1.鏈接螺紋孔 2.開溝刀盤 3開溝刀座 圖3.2 開溝刀盤的結(jié)構(gòu)設計圖 3.3　開溝刀軸的設計與計算 3.3.1 開溝刀軸的最小徑計算 開溝刀軸是用來對開溝刀盤進行固定的，另外將扭矩傳遞出去，按照開溝零部件上孔的大小，再加上工作時候功率大小是在五千萬左右，還有轉(zhuǎn)動時候是在每分鐘兩百五十轉(zhuǎn)。 開溝刀軸主要承受扭矩作用，這里選用實心圓軸材料45鋼，其扭轉(zhuǎn)強度條件為 寫成設計公式時軸的最小直徑為 式中：T為軸所傳遞的扭矩，N?mm；WT為軸的扭矩截面系數(shù)，mm3；P為軸傳遞的功率，KW；n為軸的轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；[τT]為軸材料的許用扭轉(zhuǎn)剪應力，MPa；C為與軸材料有關(guān)的常數(shù)，見表3.1 表3.1 軸的常用材料的指標值 指標 軸的材料 Q235,20 35 45 40Cr,5SiMn [τT]/Mpa C 12~20 20~30 30~40 40~52 160~135 135~118 118~107 107~98 注：在彎矩相對于扭矩來說很小的時候，又或者是只有扭矩進行傳送的時候，確定是最大的數(shù)值。C確定是最小的數(shù)值；反過來說確定是最小的數(shù)值，C確定是最大的數(shù)值。 考慮到鍵槽對軸強度削弱的影響，軸徑應該加大5%，則 D=32.03×1.05=33.63（mm） 把計算直徑圓整成標準直徑：35mm 3.3.2 開溝刀軸結(jié)構(gòu)的設計與確定 按照設計的構(gòu)造就知道，這個軸主要是將開溝刀盤還有鏈輪，還有軸承零部件連接在一起的，因為軸最小直徑是三十五毫米，查閱有關(guān)資料，確定軸承的型號是6007.要想在軸承固定的時候方便一點，那么就要用卡環(huán)槽對它的徑向地點進行固定，確定使用的是內(nèi)卡，規(guī)格是三十五毫米，也用卡環(huán)來固定開溝圓盤，開溝刀盤里面的孔直徑大小是五十毫米，長是六十毫米，按照開溝刀盤的寬，還有刀裝上去之后的寬，以及溝的寬度，可以將這個軸的長確定下來，就是200mm。 圖3.3 開溝刀軸的結(jié)構(gòu)設計 3.4 拖拉機選型的選擇與確定 對開溝機功率大小有影響的因素是比較多的，切削的時候耗費功率，拋土的時候耗費功率，都是N1(KW)，將開溝機啟動進行工作耗費的功率是N2(KW)，在設備上每一個傳動裝置耗費的功率大小是N3(KW)，開溝機功率為N(KW)。有：N=N1+N2+N3 通過查閱資料可以知道N1=5KW， N2=0.62KW，開N3=0.97KW，那么總的功率大小就是6.59KW。在網(wǎng)上查詢選擇151東風型拖拉機。 表3.2 東風型拖拉機 型號 BF-81 BF-91 MSD-121 MSD-151 拖 拉 機 外形尺寸（長寬高）（mm） 2180×890×1250 2690×960×1250 離地間隙（mm） 204 234 185 輪距（mm） 650~730 580~800 結(jié)構(gòu)重量（kg） 155（底盤） 350 360 輪胎規(guī)格 5~12 6~12 6~12 發(fā) 動 機 額定功率 5.88 6.6 8.8 10.3 轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分） 2400 2000 冷卻方式 蒸發(fā)水冷式 蒸發(fā)水冷式 根據(jù)表3.2以及開溝機消耗功率可以初步選擇東風拖拉機適合該開溝機。東風型拖拉機151型拖拉機，其輸出轉(zhuǎn)數(shù)為250轉(zhuǎn)左右符合開溝要求。 3.5 開溝機傳動箱的設計與計算 將開溝機和拖拉機連接的時候，只需要螺栓就可以了，所以沒有必要用萬象節(jié)，在進行傳動的時候只要用動力輸出軸就可以了。在將機器提升的時候，它轉(zhuǎn)動是繞著主梁進行的，動力的傳送是由變速箱傳動齒輪經(jīng)由側(cè)邊的傳動鏈將刀盤進行帶動的，通常來說變速箱有左邊的殼體，右邊的殼體，還有傳動箱，左邊的支臂，還有右邊的支臂，還有刀盤，這樣就成了一個矩形的框架，那么在進行開溝工作的時候，他就能承受一定的力矩。在這個框架上裝一個罩殼，在這個罩殼尾巴上裝一個用的裝置。 3.5.1 開溝機錐齒輪的確定 旋耕刀傳動軸的一頭裝在開溝機變速箱里面，另外一頭撞在傳動箱里面，在開溝刀傳動軸的一頭跟有牙嵌的傳動齒輪，定位的時候用彈性擋圈，還有墊圈。檔位在前進上，還有空檔的時候，跟變速箱里面的倒擋齒輪咬合在一起。開溝刀傳動軸花鍵這個地方有咬合套撞在上面，要咬合套的一個面上還裝了咬合齒。用操縱桿工作，這個時候開溝刀傳動齒輪就進行咬合，或者是分開的動作。在進行咬合的時候，變速箱的動力就能傳送到開溝刀的上面去了。分離時，即切斷動力。用彈簧式的定位裝置對咬合套還有旋耕刀的傳動軸的中間進行定位。在旋耕刀的傳動箱里面，開溝刀傳動軸一頭上，主動軸跟花鍵連接起來，而且還有一個彈性擋圈來進行限位。 拖拉機一檔的時候動力是每分鐘兩百五，那么開溝機的變速箱沒有比較進行變速。 3.5.2 開溝刀滾的確定 開溝刀滾的一頭嵌入到傳動箱里面是比較深的，從動鏈輪是裝在軸的一頭的。在軸的兩頭外面?zhèn)缺车牡胤桨惭b了卡環(huán)限位，軸承有蓋環(huán)的，能夠避免軸承里面的潤滑油漏出來，或者也能夠避免臟水進到軸承里面去。 1.開溝刀 2.開溝刀軸 3.鏈輪 4.開溝刀盤 5.軸承 圖 3.4 開溝刀滾 圖3.5是開溝部件的傳動圖,傳動路線就是，動力在經(jīng)過變速箱后，再通過離合器，然后傳送到主動錐齒輪，接下來經(jīng)過從動鏈輪，動力就到了主動鏈輪了，之后經(jīng)過鏈條又將這個動力傳送給了從動錐齒輪，之后再經(jīng)過軸將動力傳送給刀滾。查閱有關(guān)資料可以確定，錐齒輪的傳動比上兩輪的傳動是一比一。 1.主動軸 2.主動錐齒輪 3.從動錐齒輪 4.從動軸 5.主動鏈輪 6.鏈條 7.從動鏈輪 8.開溝刀軸 9開溝刀盤 圖3.5 開溝機傳動圖 3.5.3 開溝機罩殼的設計與確定 圖 3.6 開溝機罩殼 開溝機是裝在矩形的機架上面的。罩殼的尾輪座駕上裝有尾輪。進行開溝工作的時候，開溝罩可以避免土塊到處亂濺，這樣開溝的質(zhì)量就比較好，而且安全性能也好。 3.6 開溝深度調(diào)節(jié)器的設計與計算 深度調(diào)節(jié)器的作用是對溝的深度來進行調(diào)整的，前面對開溝機進行設計的時候，是圍繞著左右支架進行的旋轉(zhuǎn)，這樣的話要想對溝的深度進行調(diào)整，只要調(diào)整支架的角度就可以了。因為溝深十五厘米到二十厘米，那么確定的液壓缸行程要大于二十厘米。只要對液壓缸進行控制了，就可以對開溝機的升降進行控制了，要想操作的時候方便一點，用電磁換向閥就可以了。 3.6.1 液壓缸的選擇與確定 之前已經(jīng)說過了，溝的深度調(diào)整范圍大概在二十毫米到三十毫米之間，那么長就是兩百到三百。確定液壓泵的壓力是16MPA，進行挖溝工作的時候壓力的大小是在180N左右，那么 可以計算出N=1562mm2=πR2 可得R=19mm圓整后選擇直徑40mm缸徑 根據(jù)查表可一直到選擇HSGL0157AEZE255 1.開溝機 2.液壓缸 3.溢流閥 4.液壓泵 5.電磁換向閥 圖3.7 液壓結(jié)構(gòu)與安裝圖 圖3.7為深度調(diào)節(jié)器的液壓結(jié)構(gòu)示意圖其中電磁鐵1YA接通時，泵在供給油的時候是供給液壓缸左邊那一頭，而且將活塞推動向前動作，這樣就可以將開溝零部件帶動進行向下的動作了，在挖溝的深達到要求的時候，1YA這個時候就斷開來了，電磁換向閥回到中點，這個時候就不需要再給油了，在挖溝完成的時候，1YA又接通了，這個時候泵將油就給幾到液壓缸右邊的那一頭，將活塞推著向右邊進行動作。 3.6.2 深度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的確定 1.液壓缸 2.座端法蘭盤 3.活塞端法蘭盤 圖3.8 液壓缸深度調(diào)節(jié)器 上面的圖3.8里面展示的就是對深度進行調(diào)整的一個裝置，在這個里面法蘭跟開溝機的機架是直接連接在一起的，如果他們分開了，那么就可以對挖溝的深度進行調(diào)整了，對換向閥進行調(diào)整，就能將液壓缸的伸縮實現(xiàn)出來了。在進行控制的時候，只要對開關(guān)進行調(diào)整，那么升降裝置也就可以進行調(diào)節(jié)了。 3.6.3 液壓馬達選擇與安裝 在液壓系統(tǒng)里面，提供動力的液壓泵，它主要是將機械動力轉(zhuǎn)變成為液壓動力，在液壓系統(tǒng)里面，油泵是整個系統(tǒng)的動力來源。 前面就已經(jīng)設計好了，液壓馬達通過聯(lián)軸器跟電動機進行連接，馬達的寬大概在一百，可以裝在拖動地輪的架子上面的，在這個架子上再裝一塊板子，因為整個液壓系統(tǒng)供給的只是一個液壓缸，它的油箱是擺在上面的。這種結(jié)構(gòu)的有點就是構(gòu)造非常的緊湊，使用的范圍比較大。另外還能在油箱的外滿裝一個散熱片，這樣散熱效果就更好了，從而液壓泵的工作時間就更長了。 液壓馬達和電動機都使用支架直接安裝在板子上面如圖3.9所示 1 開溝機 2.液壓缸 3.液壓馬達 圖3.9 液壓元件安裝示意圖 3.7 鏈傳動的設計與計算 3.7.1 鏈傳動概述 鏈傳動實際上鏈條就是一個撓性零件的咬合傳動，它通過主從動鏈輪，都在兩個輪上繞城一條閉合的鏈條，在圖紙3.10里面有所展示。它動力的來源就是鏈條相互之間咬合來傳送的。拿他跟帶傳動進行比較，鏈傳動的構(gòu)造更加的緊湊，從軸受到的負荷來看，鏈傳動的負荷更小，不過承受能力確是變大的，而且工作效率更高，并且傳動比都非常平均。在進行工作的時候，有振動或者是沖擊的狀況出現(xiàn)，那一刻的速度不一樣的狀況出現(xiàn)。鏈傳動使用的范圍是非常的廣泛的。 圖 3.10 鏈傳動組成圖 一般兩個軸的距離很遠的時候就用鏈傳動了，需要平均傳動比沒有變化，不過某一個時間點的傳動比沒有太高的要求，工作環(huán)境惡劣等場合。 3.7.2 鏈傳動工作原理 普通的機械傳動，一般都只有兩個，或者比兩個還多的鏈條之間產(chǎn)生，它將鏈條作為撓性零件進行的咬合傳動。根據(jù)工作時候性質(zhì)的不一樣，有三種，分別是傳動鏈，起重鏈，還有曳引鏈。傳動鏈的作用是將動力傳送出去，一般工作的速度都是中等的。起重鏈通常都是在其中設備里面使用，是用來提拉重的物件的，在工作的時候速度小于等于0.25m/s。曳引鏈通常都是對重的物件進行搬移的，在工作的時候速度是小于等于2-4m/s。鏈傳動對功率還有速度，傳動比的傳遞使用范圍是很多的?，F(xiàn)在可以傳送的最大功率是五千千瓦，可以傳送的最快的速度是每秒四十米，可以傳動的傳動比最大值是十五，可以傳送的中心距最大值是八米。因為經(jīng)濟能力有限還有一些別的因素，鏈傳動的功率通常都比一百千瓦還要小，速度最大也只有十二到十五，傳動比只能到八。 鏈條的圖紙在下面3.11。 圖3.11 鏈條 鏈傳動的特征：它不僅有齒輪傳動的特征，還有帶傳動的特征?，F(xiàn)在將它跟齒輪傳動進行比較，跟帶傳動進行比較。主要講一下鏈傳動有哪些特征。鏈傳動與帶傳動相比較： （1）鏈傳動的傳動比準確，傳動效率較高 鏈傳動不會出現(xiàn)打滑的情況，也不會出現(xiàn)彈性滑動的情況。所以跟帶傳動比，鏈傳動的平均轉(zhuǎn)動更精準，機械效率更高。如果轉(zhuǎn)動速度要求恒定不變，一般使用鏈傳動更好。 （2）效率較高，η=0.98。 （3）鏈條對軸的作用力較小 （4）鏈傳動的尺寸較緊湊 （5）結(jié)構(gòu)尺寸比較緊湊 （6）鏈條裝拆比較方便 （7）鏈傳動能在較大傳動比和較小中心距下工作 （8）鏈傳動對環(huán)境的適應能力強 3.7.3 鏈輪的設計與計算 鏈輪：帶嵌齒式扣鏈齒的輪子,用以與節(jié)鏈環(huán)或纜索上節(jié)距準確的塊體相嚙合一種實心或帶輻條的齒輪,與滾子鏈嚙合以傳遞運動。 1、鏈條參數(shù)根據(jù)GB1243.1-83 鏈條參數(shù)見表3.3。 表3.3 鏈條參數(shù) 鏈條 節(jié)距 鏈條滾 子外徑 內(nèi)鏈板 高度 鏈條 排距 內(nèi)鏈節(jié) 內(nèi)寬 44.45 25.4 14.97126 48.87 25.22 2、鏈輪參數(shù) 如圖3.12鏈輪模型，計算得出鏈輪參數(shù)見表3.4所示。 圖3.12鏈條模型 表3.4 鏈輪參數(shù)對照表 鏈輪 齒數(shù) 鏈輪 節(jié)距 鏈輪節(jié) 圓直徑 鏈輪齒 側(cè)凸緣直徑 鏈輪 齒寬 15 44.45 213.7927 163 24 12 44.45 171.7416 120 24 13 44.45 185.7379 135 24 18 44.45 255.9774 206 24 選定主動鏈輪齒數(shù)13，從動鏈輪齒數(shù)11。算一下鏈條的主要數(shù)據(jù)，還有鏈輪的主要數(shù)據(jù)。 鏈條的速度按照下面的公式計算： 齒頂圓直徑 齒根圓直徑 3.7.4 鏈輪軸的設計計算與校核 1、軸的選擇 表3.5軸的常用材料及主要力學性能 材料及 熱處理 毛坯直 徑mm 硬度 HBS 強度極限 /MPa 屈服強度 /MPa 彎曲疲勞 極限 /MPa 應用說明 45正火 100 149 -187 520 270 250 有較好的塑性 和適當?shù)膹姸龋? 可做一般曲軸、轉(zhuǎn)軸等 確定使用的軸的原材料是四十五號碳素鋼，還要進行正火處理。 2、根據(jù)地輪的轉(zhuǎn)動速度得輸出為， 3、求作用在軸上的力 已知軸的直徑為=50mm。 圓周力： 4、強度校核 查閱機械設計手冊可知此軸在挖溝的過程中主要受到的是轉(zhuǎn)矩，根據(jù)設計手冊可得到公式： 由設計參數(shù)我們可設功率為15kW，鏈條速度為1m/s，由v=rw取A=107，該軸材料為45鋼，所以得到≥50mm 已知：L=1800mm，K=138.5mm，d2=60mm。 圓周力： 徑向力： 取折合系數(shù)，代入上式得M=3205Nm。 計算危險截面處軸的直徑 軸材料為45號鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得，查的許用彎曲應力 ， 因為軸會受到鍵槽的影響，那么D的數(shù)值就要再增加百分之四，故，先設定軸的直徑是六十，這個軸轉(zhuǎn)動的速度很慢，所以是安全的，合理的。 第4章 主要零件的校核 4.1　開溝刀軸的校核 在這篇論文里面刀軸外面的直徑大小是五十毫米。 旋耕機的主要零部件之一就是刀軸總成，它有刀片，刀座，還有刀軸。刀片通過螺絲固定在刀座上。刀軸使用的是無縫鋼管，在這個軸的兩頭都焊接了軸頭，這樣可以跟左邊的支臂，還有右邊的支臂進行連接，裝一個刀座在刀軸上，還要再裝一個刀盤，在裝刀軸的時候，相互之間的距離就是多頭螺線的大小，這樣就能將刀片裝上去了。 刀片對旋耕機來說是關(guān)鍵部分，要進行切土，拋土，在進行工作的時候，它是通過機組的前進動作還有刀軸的回轉(zhuǎn)動作來實現(xiàn)的。要想機器工作起來，那么在進行切土的時候刀片一定要不停的進行推土，所以它的動作軌線應該是余擺線，這個余擺線繞圈最大橫弦以下任意一點的水平分速度的方向跟機器行走的方向是反的，這樣一來挖起來的土才能扔到后面去。 對于旋耕機來說最重的零部件就是刀軸，刀軸有空心的，也有實心的?？招牡妮S能在質(zhì)量很小的情況下傳動的扭矩非常大，對扭矩有很好的抵抗能力。按照最大傳動的扭矩將管的大小算出來，然后再加上扭曲應力來進行計算。 因為田地里面土地是非常復雜的，到現(xiàn)在還不知道阻力還有能耗跟土壤之間的關(guān)系，通常來計算的時候要用經(jīng)驗來進行 B—耕幅，mm； H—耕深，mm； vm—機組前進速度，km/h； P0—切土比阻，KN/m； vd—刀滾外緣線速度，m/s； δ—未耕土壤密度，mg/m3 經(jīng)過實驗，確定切土比阻P0是 32.4KN/m,確定土地的密度大小δ是2.69 mg/m3。 計算：P=50×20×1.1×1000×(32.4+6.6×2.65/2) =3.2kw 由公式T=9550P/n=9550×3.2/256=157Nm 在軸回轉(zhuǎn)的時候，工作的有三把刀，彎刀有兩板，直臂刀是一把。因為直臂刀受到的阻力是非常小的，在這就不考慮了，只要分析彎刀在切削土壤時候的狀況，彎刀是跟刀盤的刀座焊接在一起的，會對軸產(chǎn)生一個扭轉(zhuǎn)變形，還有一把彎刀是跟刀盤上的U型鋼焊接在一起的，那么這個軸同時受到彎矩還有扭轉(zhuǎn)變形。 因為彎刀的相關(guān)數(shù)據(jù)都是一樣的，那么彎刀的彎矩就是T/2，也就是78.5Nm,再加上T=F×L,通過這個公式就能將軸受到彎刀的載荷算出來，因為彎刀回轉(zhuǎn)半徑的最大值是270mm這樣就可以將切削時候產(chǎn)生的阻力算出來：F=78.5/0.27=291N 針對刀盤對軸的力效應進行了分析， F2之前在刀盤面上的作用點是在七十毫米的面里面的，通過力的作用，將它移動到刀盤的這個面里面，之后就等于是對加了一個彎矩，它的大小就是M=F2×70=291×70=20.3Nm 根據(jù)力的平移定理將力F1平移至軸心，將附加一個扭矩，其大小為 T=F1×270=291×270=78.6Nm 力P1、P2將軸心各產(chǎn)生一個彎矩，其大小為 M1=117.6×365=43Nm，M2=173.4×365=63.3Nm 圖4.1 彎矩圖 圖紙4.1就是它的彎矩圖，從這個圖紙可以看出來彎矩的最大值63.3Nm，通過扭矩圖紙可以知道扭矩的最大值就是157.2Nm，按照這個公式來進行計算 在這個公式里面D代表的是刀軸大的直徑D1代表的是刀軸小的直徑 計算得W=0.1×503[1-(44/50)4]=6125mm3 則 這樣一來軸的強度達到彎曲強度的需求了。 根據(jù)扭轉(zhuǎn)強度條件利用下式對軸進行校核 計算得 這樣一來軸的強度達到扭轉(zhuǎn)強度的需求了，結(jié)合前面的論述，軸在工作時候的強度要求就達到了，這樣刀盤可以正常的進行工作了。 4.2 滾動軸承的校核 鑒于軸承受到的主要是徑向上的載荷，所以軸承確定用球深溝軸承。它的特征就是受到徑向上的載荷，軸向上載荷不大也可以承受。當量摩擦系數(shù)最小。在轉(zhuǎn)動速度很快的時候，只對軸向上的載荷進行承受。 論文里面校核的是輸出軸上的軸承。 要想裝的時候方便一點，兩頭用的是一個型號的軸承。因為承受的徑向力要比軸向力大的多，按照實際要求，確定軸承型號是6007。 軸承的使用壽命為：12小時/天×180天/年×10年=21600小時 1、對左端，已知F=574，在理想狀況下無軸向力，所以X=1，Y=0。 查閱國家標準，確定軸承型號6007，那么：C = 10.8 KN，C0=6.95 KN。 算當量載荷的大小，查閱資料可以知道fp＝1.2～1.8，取1.8。 驗算6007軸承的壽命 所以6007型滿足要求。 2、對右端，已知F1=403，在理想狀況下無軸向力，所以X=1，Y=0。 查閱國家標準，確定軸承型號6007，那么：C = 10.8 KN，C0 =6.95 KN。 算當量載荷的大小，查閱資料可以知道fp＝1.2～1.8，取1.8。 驗算6007軸承的壽命 所以6007型滿足要求。軸承校核完畢。 結(jié)論 通過本次設計我完成了課題的整體設計和零件的設計。取得了一定的成果，不過因為自己的知識有限，論文肯定有不到的地方。先將本次論文做如下總結(jié)： 1、對機械傳動、機械設計基礎(chǔ)、公差配合、PROE、AUTOcad、Word等繪圖軟件、辦公軟件有更深的了解和更熟練的掌握。 2、對機械設計得到更進一步的了解。掌握了開溝機設計的步驟和方法。 3、通過查閱資料，我學會了如何利用工具書上的公式，對主要零件進行強度、剛度及穩(wěn)定性的校核。 4、因本次設計所有的資料都來源于圖書館和累積下來的手稿。來自網(wǎng)絡粗糙的的知識，可直接利用的卻不夠詳盡，不夠本原。開溝機是設計出來了，但并沒有通過制造發(fā)現(xiàn)隱藏在設計中得問題。 5、沒有通過分析軟件對機構(gòu)進行干涉、變形及穩(wěn)定性的分析，這也是本次設計的不足之處。我將通過在今后的工作中來彌補這一不足，使得設計更加完美。 本次設計雖然已經(jīng)完成，但我的課題研究仍沒結(jié)束，希望在將來的學習與工作中為機械工業(yè)設計的理學與美學的融合出一份力。 致謝 對我的論文指導老師，我要特別感謝，平時在完成論文的時候，老師跟我就像朋友一樣，但是涉及到學術(shù)上的東西的時候，老師對我又非常的嚴格，對于專業(yè)知識的認真精神深深的感染了我，是他教會了我遇到困難不要害怕，一點一點去解決，最終將論文完成了。謝謝你，老師。 參考文獻 [1] 慶晨光.論我國農(nóng)田圓盤式開溝機的發(fā)展前景與趨勢[J]. 中國農(nóng)機化, 1998(6):29～31. 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