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電動旋耕機(jī)設(shè)計(jì)
學(xué) 生：臧 龍
指導(dǎo)老師：李 明
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)東方科技學(xué)院，長沙，410128）
摘 要：旋耕機(jī)是在我國廣大丘陵，山區(qū)，地塊小，高差大，無機(jī)耕道，果園、茶園、菜地、溫室大棚、丘陵坡地和小塊（水、旱田）作業(yè)的耕耘機(jī)械。本設(shè)計(jì)為了適應(yīng)蔬菜大棚的大規(guī)模發(fā)展對農(nóng)機(jī)具的需求，并根據(jù)工作業(yè)環(huán)境和目前的經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件的要求設(shè)計(jì)了微型電動旋耕機(jī)。本次設(shè)計(jì)的旋耕機(jī)以電機(jī)為動力機(jī)。從旋耕機(jī)的總體方案，工作原理，旋耕刀的選擇以及傳動系統(tǒng)和控制系統(tǒng)做了比較全面的的設(shè)計(jì)分析，并對關(guān)鍵零部件進(jìn)行了計(jì)算校核。本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡單、輕巧、無廢氣排放,適于大棚的淺中耕作業(yè)。
關(guān)鍵詞：旋耕機(jī)；刀輥；耕作刀具；減速箱。
Design of electireic rototiller
Student:Zang Long
Tutor:Li Ming
(Orient Science&Technoloy College of Hunan Agricultural University，Changsha,410128)
Abstract: Rototiller is a kind of farming machinery which is particularly suited to the hills, mountainous areas, small plot of land, big altitude difference, no-tractor road, orchard, tea house, vegetable plots, greenhouse canopy, hill slopes and small pieces (water, dry farmland) . In order to adapt to the development of large-scale vegetables canopy, I conduct this design according to the demand of agricultural work environment and the present economic heritage requirements of technical conditions micro electric rototiller design. This rototiller is designed by making power generator based on motor. The comprehensive analysis of rototiller is conducted by analyzing overall scheme , working principle , the option of spin and plow knife transmission system and control system for a design, and the key components are calculated respectively. This rototiller has simple structure, light weight and zero emissions of waste gas ,and is used universally in rellis shallow intertillage of great pavilion.
Key words:rototiller; knife; farming tool; reducer.
1前言
旋耕機(jī)是以旋轉(zhuǎn)刀齒為工作部件的驅(qū)動型土壤耕作機(jī)械。又稱旋轉(zhuǎn)耕耘機(jī)。按其旋耕刀軸的配置方式分為橫軸式和立軸式兩類。以刀軸水平橫置的橫軸式旋耕機(jī)應(yīng)用較多。橫軸式旋耕機(jī)有較強(qiáng)的碎土能力，一次作業(yè)即能使土壤細(xì)碎，土肥摻和均勻，地面平整，達(dá)到旱地播種或水田栽插的要求，有利于爭取農(nóng)時(shí)，提高工效。但對殘茬、雜草的覆蓋能力較差，耕深較淺（旱耕12～16厘米；水耕14～18厘米），能量消耗較大泥，漏耕較嚴(yán)重。主要用于水稻田和蔬菜地，也用于果園中耕。重型橫軸式旋耕機(jī)的耕深可達(dá)20～25厘米，多用于開墾灌木地、沼澤地和草荒地的耕作。切土刀片由前向后切削土層，并將土塊向后上方拋到罩殼和拖板上，使之進(jìn)一步破碎。刀輥切土和拋土?xí)r，土壤對刀輥的反作用力有助于推動機(jī)組前進(jìn)，因而臥式旋耕機(jī)作業(yè)時(shí)所需牽引力很小，有時(shí)甚至可以由刀輥推動機(jī)組前進(jìn)。
立軸式旋耕機(jī)工作部件為裝有2～3個(gè)螺線形切刀的旋耕器。作業(yè)時(shí)旋耕器繞立軸旋轉(zhuǎn)，切刀將土切碎。適用于稻田水耕，有較強(qiáng)的碎土、起漿作用，但覆蓋性能差。在日本使用較多。
為增強(qiáng)旋耕機(jī)的耕作效果，在有些國家的旋耕機(jī)上加裝各種附加裝置。如在旋耕機(jī)后面掛接釘齒耙以增強(qiáng)碎土作用，加裝松土鏟以加深耕層等。。小型旋耕機(jī)以小型內(nèi)燃機(jī)或電動機(jī)為動力，以整體式變速齒輪或皮帶鏈輪作為傳動，具有重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，易于維修，工作穩(wěn)定可靠，使用壽命長，油耗低，生產(chǎn)效率高等特點(diǎn)。旋耕機(jī)的機(jī)構(gòu)包括機(jī)架、可調(diào)高低扶手，機(jī)架上沒有的內(nèi)燃機(jī)或電動機(jī)、以及驅(qū)動輪和耕作刀具。旋耕機(jī)可以爬坡，越埂、階梯性強(qiáng)。廣泛適用于平原、山區(qū)、丘陵的旱地、水田、茶園、果園等。能淺旋耕、犁耕、開溝建壟。配上相應(yīng)機(jī)具可進(jìn)行抽水、發(fā)點(diǎn)、噴藥、噴淋、收割、起壟、鋪膜、打孔、碎草等作業(yè)。旋耕機(jī)可以在田地、大朋、茶園等地方自由行使，便于用戶使用和存放，省去了大型農(nóng)用機(jī)械無法進(jìn)入山區(qū)田地的煩惱，是廣大農(nóng)民消費(fèi)者替代牛耕的最佳選擇，有大中型農(nóng)機(jī)無法媲美的優(yōu)勢，是進(jìn)入農(nóng)民家庭最理想的小型農(nóng)機(jī)。
圖1 旋耕機(jī)
Figure 1 Rototiller
1.1旋耕機(jī)研究現(xiàn)狀
目前，旋耕機(jī)械在我國已被廣泛使用，正逐步發(fā)展成為農(nóng)業(yè)機(jī)械的一個(gè)重要
門類。
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)量比較大的主要為旋耕機(jī)。目前，批量
生產(chǎn)和推廣使用的2.2-74.6kw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)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，種值面積迅速增加，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，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。
農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、集約化、規(guī)模經(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(gè)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LF-904WD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1-2年可回收本金，有誘人的經(jīng)濟(jì)效益。
總之隨著中國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需求的不斷提升，中國旋耕機(jī)市場從無到有，從小到大、從總量快速擴(kuò)張到結(jié)構(gòu)明顯升級，逐步形成了有中國特色的多樣化、多層次的消費(fèi)市場。旋耕機(jī)市場發(fā)展令世人矚目。
1.2 旋耕機(jī)發(fā)展趨勢
1.2.1 多功能化加裝掛接部件
不斷配套新機(jī)具，增加新功能，在完善農(nóng)用功能的基礎(chǔ)上，逐步向城市園林、園藝領(lǐng)域擴(kuò)展，如配套剪草、清雪、枝葉粉碎機(jī)具等。微耕機(jī)與配套機(jī)具的掛接采用快速掛接裝置，拆換農(nóng)具簡單、快速。
1.2.2 小型化機(jī)具靈活性高
便于運(yùn)輸，能在小空間復(fù)雜地形工作
1.2.3 選用適應(yīng)性強(qiáng)功耗少的發(fā)動機(jī)
低噪聲、少污染、動力強(qiáng)勁和適應(yīng)性強(qiáng)的發(fā)動機(jī)將更多地被應(yīng)用。
1.2.4 操作集成更加方便高度自動化
操向手柄、前進(jìn)和后退速度的調(diào)節(jié)更加方便
1.3旋耕機(jī)研究目的和意義
我國地形條件復(fù)雜，很多地方都是丘陵、山區(qū)，特別是南方地區(qū)其地形特點(diǎn)是地塊小、高差大、無機(jī)耕道、個(gè)人的小型花園難于耕作，所以現(xiàn)研究一種具有重量輕，體積小，結(jié)構(gòu)簡單等特點(diǎn)的小型微型旋耕機(jī)。又由于石化能源有限為不可再生資源而電能有水力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電為可再生能源，而且石油燃燒產(chǎn)生大量CO2等溫室氣體加劇全球溫室效應(yīng)，電動機(jī)噪聲小工作平穩(wěn)優(yōu)化了工作環(huán)境相比之下也減小了對其它部件的損耗；電動機(jī)無排放，少污染契合當(dāng)前形勢有利于環(huán)境的保護(hù)。并且內(nèi)燃機(jī)燃燒的是柴油或汽油，排放的有毒氣體如CO SO2對人體和植物均有害。大棚內(nèi)通風(fēng)狀況不良污染持續(xù)時(shí)間較長影響可能較大。為了進(jìn)一步改善作業(yè)環(huán)境，本設(shè)計(jì)采用電動機(jī)為動力，以齒輪、皮帶輪、鏈輪作為傳動裝置，整機(jī)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、輕巧、體積小，而且整機(jī)價(jià)格不高能大范圍普及，適合于如南方農(nóng)民家庭小塊菜地果園以及小型個(gè)體戶大棚蔬菜花園的管理。
2總體設(shè)計(jì)
2.1總體結(jié)構(gòu)方案確定
總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括傳送方案的確定，旋耕機(jī)耕幅的確定，旋耕機(jī)的傳動形式，前進(jìn)的速度，刀軸的轉(zhuǎn)速的確定等內(nèi)容。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要體現(xiàn)設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)思想，實(shí)現(xiàn)旋耕機(jī)的結(jié)構(gòu)合理，達(dá)到可靠性，適用性，先進(jìn)性，經(jīng)濟(jì)性及系統(tǒng)化的統(tǒng)一。期中參數(shù)的計(jì)算，型號的選擇是主要部分，在總體方案確定后才能進(jìn)行具體的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度等方面的設(shè)計(jì)計(jì)算。總體結(jié)構(gòu)示意如圖2所示。
圖2 總體結(jié)構(gòu)示意圖
Figure 2 Overall structure schematic drawing
2.2工作原理
該機(jī)的變速箱設(shè)計(jì)“7”字形，中中間為圓柱齒輪副傳動所在的空間，突出部分為行走地輪的傳動分路所在空間，另外部分為旋耕刀傳動路線空間。因?yàn)閭鲃勇肪€較長軸距相差較大，所以采用了兩個(gè)鏈輪傳動。
該機(jī)具的工作原理是發(fā)動機(jī)的動力通過離合器和聯(lián)軸器將動力輸出軸的動力傳遞給皮帶輪軸，再經(jīng)鏈輪傳動到變速箱的輸入軸經(jīng)行走傳動線路三級減速后傳到行走輸出軸帶動行走地輪轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的行走。另外一邊輸入軸運(yùn)動經(jīng)三級減速傳遞到旋耕軸，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的旋耕作業(yè)。離合器安裝在發(fā)動機(jī)前端，其功用是：在停車時(shí)切斷發(fā)動機(jī)與傳動裝置之間的動力；旋耕機(jī)起步時(shí)能平穩(wěn)結(jié)合發(fā)動機(jī)與傳送裝置間的動力；旋耕機(jī)遇到過大的阻力時(shí)，離合器便打滑，以免損壞傳動系統(tǒng)零件，起到保駕護(hù)航的作用。耕深主要是通過支架上升降控制部分不同位置進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)還可以通過人對操作手柄的壓力的改變以增減力矩，調(diào)節(jié)機(jī)器的前進(jìn)速度，借以達(dá)到改變耕深的目的。另外旋耕作業(yè)的碎土性能與土壤含水量，土壤堅(jiān)實(shí)度和機(jī)器的作業(yè)速度有關(guān)，本文只針對一種速度進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2.3傳動方案
2.3.1 旋耕機(jī)傳動類型的選擇
旋耕的類型按刀軸傳動方式分，可分為中間傳動式旋耕機(jī)和側(cè)邊傳動式旋耕機(jī)。本設(shè)計(jì)采用側(cè)邊傳動式旋耕機(jī)。側(cè)邊傳動多用于耕幅較小的偏置式旋耕機(jī)。中央傳動用于耕幅較大的旋耕機(jī)，機(jī)器的對稱性好，整機(jī)受力均勻；但傳動箱下面的一條地帶由于切土刀片達(dá)不到而形成漏耕，需另設(shè)消除漏耕的裝置。
2.3.2 傳動方案的確定
帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動平穩(wěn)，價(jià)格低廉和緩沖吸振的特點(diǎn)。齒輪傳動具有傳動效率高，本身配合結(jié)構(gòu)緊湊，體積較小的特點(diǎn)。鏈傳動特點(diǎn)介于前兩者之間適于兩軸相距較遠(yuǎn)的場合而且與齒輪相比較輕和價(jià)格低所以本設(shè)計(jì)變速箱選擇采用齒輪傳動和鏈傳動的混合的方式來實(shí)現(xiàn)動力旋耕機(jī)刀軸的運(yùn)動傳遞。外部傳動則以皮帶輪與鏈輪的混合方式來傳遞動運(yùn)動。工作可靠簡單成本較低。傳動方案如圖3所示。
圖3 傳動方案示意圖
Figure 3 Transmission scheme
2.4主要參數(shù)的確定
根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，此旋耕機(jī)是用于大棚旋耕松土作業(yè)的微型旋耕機(jī)，所涉及的旋耕機(jī)能完成大棚除草、松土和起壟等作業(yè)。要求動力為0.7~5kw；深耕為12~16cm；淺耕3~6cm；耕幅為30~80cm；工作效率為3畝~4畝/8小時(shí)；整機(jī)質(zhì)量≤100kg。
2.5動力和刀輥轉(zhuǎn)速的初步確定
2.5.1電動機(jī)的初步選擇
初步選擇電動機(jī)：合力ZLCF 直流有刷電機(jī)，額定功率：3.6kw；；額定轉(zhuǎn)速：3000r/min；凈重15kg。
2.5.2刀軸轉(zhuǎn)速和前進(jìn)速度初步確定
耕深為12cm，耕幅為40cm，工作效率為4畝/h。可以得出機(jī)組前進(jìn)速度Vm=0.8m/s。
2.6 發(fā)動機(jī)功率校核
旋耕機(jī)工作時(shí)所需功率的計(jì)算，在旋耕作業(yè)過程中，旋耕機(jī)工作所需的功率與多種因素有關(guān)，如耕地的地形，耕深，耕幅，耕速和土壤的性質(zhì)等功率的消耗主要包括旋耕刀切削土壤消耗的功率，拋土塊所消耗的功率推動前所消耗的功率，傳動部分所消耗的功率及土壤沿水平方向作用與刀輥上的反作用力所消耗的功率。設(shè)計(jì)時(shí)，先假定機(jī)組在比較平坦的田地里進(jìn)行勻速直線作業(yè)，旋耕機(jī)工作時(shí)所需的功率可以按下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算：
式中 — 耕深（cm）；
— 機(jī)組前進(jìn)速度（m/s）；
— 耕幅（m）；
— 旋耕比組（）；
其中
由于切土節(jié)距，所以依據(jù)《農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊（上冊）》238頁表4-3-4查得，，，，。
則：=
那么：
因此，發(fā)動機(jī)功率滿足設(shè)計(jì)要求。
2.7旋耕刀的設(shè)計(jì)
2.7.1 旋耕刀的選擇
旋耕刀是旋耕機(jī)的主要工作部件，刀片的形狀和參數(shù)直接影響旋耕的工作質(zhì)量，目前國內(nèi)外對旋耕刀刃口曲線形狀和結(jié)構(gòu)參數(shù)作了大量研究，就橫軸旋機(jī)上的刀齒而言主要有剛性和彈性兩大類，剛性刀按其外形分又可分為鑿形刀、彎刀、直角刀和弧形刀。鑿形刀前端較窄，有較好的入土能力，能量消耗小，但易纏草，多用于雜草少的菜園和庭院。彎刀的彎曲刃口有滑切作用，易切斷草根而不纏草，適于水稻田耕作。直角刀具有垂直和水平切刃，刀身較寬，剛性好，容易制造，但入土性能較差?；⌒蔚兜膹?qiáng)度大，剛性好，滑切作用好，通常用于重型旋耕機(jī)上。根據(jù)GB/T5669-1995，旋耕刀分為Ⅰ型刀，Ⅱ型刀和Ⅲ刀型。
Ⅰ型刀主要用于水旱田耕作。刀輥回轉(zhuǎn)半徑R有225、245、260mm三種；
Ⅱ型刀主要用于水田綠肥，稻茬，麥茬較多的田地作業(yè)。刀輥回轉(zhuǎn)半徑有195、210、225、245、260mm五種；
Ⅲ刀型主要用于淺耕滅茬作業(yè)，刀輥回轉(zhuǎn)半徑R有150、175mm兩種。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求，選用ⅢS150型淺耕滅茬旋耕刀，采用65Mn鋼。刀片結(jié)構(gòu)如圖2所示。
圖4 旋耕刀結(jié)構(gòu)圖
Figure 4 Spin plow knife structure
查得：，，，，，，
由于彎刀在切土?xí)r刀端撕裂附近土壤，因此刀座間距應(yīng)大于彎刀工作寬幅約為20mm，由于彎刀的工作寬幅為40mm，耕幅為400mm，通過計(jì)算知刀軸上能排列6個(gè)刀座。
在排列刀片的過程中，為了解決旋耕機(jī)工作時(shí)向測邊輸土的問題，可以使左右刀片的兩條螺旋線不連續(xù)，而且旋向不一樣，并且相鄰區(qū)段螺旋線的旋向相反；在焊接左右的時(shí)候，同一回轉(zhuǎn)平面的左右彎刀的間隔夾角應(yīng)該在90°和180°之間，因此確定一個(gè)刀座上同一回轉(zhuǎn)平面的兩把刀的間隔夾角為180°。彎刀排列展開圖如圖3所示
圖5 刀片螺旋線對稱排列
Figure 5 Selical symmetrical arrangement blades
3 主要零件的設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)
3.1 計(jì)算各軸的設(shè)計(jì)參數(shù)
3.1.1 傳動效率的選定
由傳動方案圖4可以看出，從發(fā)動機(jī)到旋耕機(jī)刀軸，效率傳遞都包括離合器、聯(lián)軸器、滾動軸承、圓柱齒輪、皮帶輪、鏈輪等的傳遞。
其中取傳動效率值分別為：離合器，聯(lián)軸器，軸承，皮帶輪圓柱齒輪，鏈輪。
3.1.2 各軸輸入功率
各軸輸入功率分別為：
；
；
；
；
。
3.1.3 各軸傳動比的分配
總傳動比計(jì)算如圖4所示，由于發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速為3000r/min，刀軸轉(zhuǎn)速為100r/min。則總傳動比。各軸傳動比分別為，，變速箱總傳動比旋耕線路，行走線路。則各軸的轉(zhuǎn)速分別為：
;
;
;
;或。
3.1.4 各軸輸出轉(zhuǎn)矩
；
；
；
；
。
3.2 齒輪的設(shè)計(jì)和校核
3.2.1 第一級圓柱齒輪副的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算
根據(jù)傳動方案選用直齒圓柱齒輪傳動。
根據(jù)GB/T10095.1農(nóng)業(yè)機(jī)械中重要齒輪選用8級精度。
選擇小齒輪的材料為40Cr，調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度280HBS，大齒輪材料為45鋼，調(diào)質(zhì)后表面淬火硬度為240HBS。
壓力角，齒數(shù)的選擇，選擇小齒輪齒數(shù)為，則大齒輪的齒數(shù)。
按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值：
試選載荷系數(shù)；
計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。
小齒輪轉(zhuǎn)速
小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩為
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-7，該圓柱齒輪兩支撐相對于小齒輪做不對稱布置，選取齒寬系數(shù)；
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-6，查得材料的彈性影響系數(shù)；
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-21，按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限，大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
根據(jù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-19，取接觸疲勞壽命系數(shù)，。
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，得：
試計(jì)算小齒輪分度圓直徑，帶入中取小的值。
計(jì)算圓周速度。
計(jì)算齒寬。
齒寬與齒高之比
模數(shù)
齒高
根據(jù)v=3.02m/s，8級精度，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-8，查得動載系數(shù)，直齒輪；
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-2，查得；
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-4，查得；
根據(jù)，，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-13查得。
故載荷系數(shù)：
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所得的分度圓直徑得：
計(jì)算模數(shù)m：
按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度計(jì)算公式為
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-20c，查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限，
大齒輪的彎曲強(qiáng)度極限；
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)，；
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4,得：
計(jì)算載荷系數(shù)：
查取齒形系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5，得齒形系數(shù)，；
查取應(yīng)力校正系數(shù)。
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表10-5，得應(yīng)力校正系數(shù)，；
計(jì)算大、小齒輪并加以比較
比較可得大齒輪的數(shù)值大。
設(shè)計(jì)計(jì)算
由于齒輪模數(shù)m的大小組要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲疲勞強(qiáng)度算的的模數(shù)1.536并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm。
幾何計(jì)算
計(jì)算分度圓直徑
計(jì)算中心距
計(jì)算齒輪寬度
取，
計(jì)算公法線
齒輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
齒頂高
齒根高
齒全高
齒頂高直徑
齒根圓直徑
基圓直徑
齒厚
3.2.2 其他各直齒圓柱齒輪的幾何計(jì)算
減速器另一對配合齒輪幾何尺寸：
選擇齒數(shù)
，
計(jì)算分度圓直徑
計(jì)算中心距
計(jì)算齒輪寬度
取，
計(jì)算公法線
齒全高
齒頂高直徑
基圓直徑
齒厚
3.3 鏈傳動的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1 選擇鏈輪的齒數(shù)
取小鏈輪齒數(shù)，大鏈輪齒數(shù)為
3.3.2 確定計(jì)算功率
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-6查得，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-13查得，單排鏈，則計(jì)算功率為：
3.3.3 選擇鏈條型號和節(jié)距
根據(jù)及查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-11，可選08A。查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-1，鏈條節(jié)距，滾子直徑，內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬。
3.3.4 計(jì)算鏈節(jié)數(shù)和中心距
初選中心距。取：
。相應(yīng)的鏈長節(jié)數(shù)為：
取鏈長節(jié)數(shù)節(jié)。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表9-8得：中心距計(jì)算系數(shù)，則鏈傳動最大
。
3.3.5 計(jì)算鏈速，確定潤滑方式
由和鏈號08A，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》圖9-14可知應(yīng)采用滴油潤滑。
3.3.6 計(jì)算壓軸力
有效圓周力為
鏈輪垂直布置時(shí)的壓力系數(shù)，則壓軸力為：
3.3.7 鏈輪的材料選擇
小輪用20鋼，經(jīng)淬火，回火處理，硬度60HRC；
大輪用35鋼，經(jīng)正火處理，硬度200HBS。
3.3.8 鏈輪齒形的確定
齒側(cè)圓弧半徑
滾子定位圓弧半徑
分度圓直徑
齒頂圓直徑
齒寬
齒側(cè)倒角
齒側(cè)半徑
3.4 輸入軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.4.1 輸入軸的初步計(jì)算
（1）選擇軸的材料和熱處理方式：選擇軸的材料為45鋼，調(diào)制處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-1查得，抗拉強(qiáng)度極限，屈服強(qiáng)度極限，彎曲疲勞極限，剪切疲勞強(qiáng)度極限，許用彎曲應(yīng)力。
（2）初步確定軸的最小直徑
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3，取，于是得
由于軸的最小直徑過小，取軸直徑為15mm。
（3）初選軸承
應(yīng)軸同時(shí)受有徑向力和軸向力作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)工作要求及輸入端直徑，選用型號為6004的軸承（GB/T276-1994）。
3.4.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
輸入軸的各段直徑和長度設(shè)計(jì)如圖5所示。
圖6 輸入軸的結(jié)構(gòu)
Figure 6 input shaft structure
3.4.3 軸的強(qiáng)度校核
（1）求作用在齒輪上的力
應(yīng)為該齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，則，那么
圓周力
徑向力
圓周力，徑向力的方向如圖6所示。
圖7 軸的載荷分布圖
Figure 7 axis of load distribution
（2）求軸上的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖。對于6004型深溝球軸承，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》、《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》中查得B=12mm。因此作為簡支梁的軸的支撐跨距。根據(jù)軸的計(jì)算簡圖做出軸的彎矩圖和扭矩圖（如圖6）。
軸上的作用力
支反力
總彎矩
扭矩
（3）按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的界面強(qiáng)度。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》公式15-5及表2中的數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭切應(yīng)力為脈動循環(huán)應(yīng)力，取，軸的計(jì)算應(yīng)力
故安全。
4 其它零部件的設(shè)計(jì)與選擇以及潤滑方法的選擇
4.1 聯(lián)軸器的選擇
取載荷系數(shù)，則聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩為
根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩、最小軸徑、軸的轉(zhuǎn)速，GB/T5843-2003，選用GY型凸緣聯(lián)軸器。
4.2 調(diào)節(jié)耕深裝置的設(shè)計(jì)
旋耕機(jī)是一種作業(yè)范圍較廣的農(nóng)用機(jī)械，在根據(jù)不同的土壤條件和工作要求，需要不同的旋耕深度。對于由電動機(jī)帶動的微型旋耕機(jī)，其深度可以用手動調(diào)節(jié)，即用升降控制桿上的螺栓來調(diào)節(jié)旋耕深度。能實(shí)現(xiàn)深耕：12-20cm；淺耕：3-10cm。此設(shè)計(jì)簡單實(shí)用，通過調(diào)節(jié)螺栓決定旋耕刀的高度符合旋耕機(jī)質(zhì)量輕、價(jià)格低、容易維修的特點(diǎn)。
4.3 潤滑方法
滾動軸承是一種重要的機(jī)械元件，一臺機(jī)械設(shè)備的性能能否充分發(fā)揮出來取決于軸承的潤滑是否適當(dāng)。可以說，潤滑是保證軸承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件，它對于提高軸承的承載能力和使用壽命起著重要作用，滾動軸承潤滑一般可以根據(jù)使用的潤滑劑種類分為油潤滑、脂潤滑和固體潤滑三大類。不論采用何種潤滑形式，潤滑在滾動軸承中都能起到減小摩擦損失、提高傳動效率、防止銹蝕和降低噪音的作用。
本機(jī)減速箱的軸承潤滑選擇齒輪油飛濺潤滑，后腔和刀軸上的軸承采用脂潤滑。因?yàn)樵跍p速箱前腔的轉(zhuǎn)速比較高，所以比較適合采用油潤滑，而在后腔和刀軸上的轉(zhuǎn)速比較低，所以可以采用脂潤滑。再者，本機(jī)重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、便于拆卸，而且一次性工作時(shí)間不長，所以可以在每次使用前先拆卸下來補(bǔ)充潤滑脂，以保證每次工作時(shí)的潤滑性。
5 總結(jié)
經(jīng)過2個(gè)月的努力，終于完成了電動旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)。內(nèi)容主要有整體方案的確定傳動線路的設(shè)計(jì)，行走部分和旋耕部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)題目的綜合訓(xùn)練比較強(qiáng)，涉及知識面廣，重點(diǎn)在于培養(yǎng)工程思想及意識，理論聯(lián)系實(shí)際，提高初步設(shè)計(jì)能力。在設(shè)計(jì)過程中，我綜合運(yùn)用了四年來所學(xué)到的專業(yè)知識，感覺到自己專業(yè)知識中一些欠缺，通過再次的復(fù)習(xí)，明顯感覺到了知識的增長，我從中學(xué)到了很多的知識，也體會到了畢業(yè)設(shè)計(jì)的綜合性，結(jié)合輔導(dǎo)老師的指導(dǎo)與自己的專業(yè)知識和生產(chǎn)實(shí)踐，才能較為完整地完成此次設(shè)計(jì)任務(wù)?？催^不少資料，也讓我對于農(nóng)業(yè)機(jī)械有了更多的了解。整個(gè)設(shè)計(jì)一直秉承著簡單、方便、實(shí)用的原則。以方便能夠使用上它的人。
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致 謝
在李明副教授的指導(dǎo)下，順利完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)的開題論證、課題研究、論文撰寫和論文審校整個(gè)過程中，得到了李明老師的親切關(guān)懷和精心指導(dǎo)，使得本設(shè)計(jì)得以順利完成，其中飽含了李明老師的汗水和心血。老師敏銳的學(xué)術(shù)思想、嚴(yán)謹(jǐn)踏實(shí)的治學(xué)態(tài)度、淵博的學(xué)識、精益求精的工作作風(fēng)、誨人不倦的育人精神，將永遠(yuǎn)銘記在學(xué)生心中，將使學(xué)生終生受益。在此我向李明老師表示衷心的感謝。同時(shí)也感謝工學(xué)院各位老師在這四年來對我的熱心的教導(dǎo)! 同時(shí)還要感謝同學(xué)對我的幫助。謝謝大家！
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