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下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985单位代码学号分类号密级毕业设计说明书GD1型山药收获机设计院（系）名称工学院机械系专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名指导教师下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985GD1型山药收获机设计摘要GD1型山药收获机由于结构简单、巧妙、合理，可以完成机械化的收获作业，效率可以提高几十倍，可以大大普及推广深土经济农作物的种植，提高农民的经济效益。本次设计对传统的农用机械的提升部分有所改进，使其工作部分能够垂直升降，达到精准快速收获山药的目的。首先，本文对传统的山药收获方式进行了论述，并详细阐述了此山药收获机的工作原理。其次，本文对山药收获机的齿轮传动部分，垂直提升部分，空心螺旋钢片轴此三部分进行论述。最后，本文对山药收获机各部分设计的计算过程进行的详细阐述。关键词齿轮传动部分，垂直提升部分，空心螺旋钢片轴下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985THEDESIGNOFYAMHARVESTMACHINEGD1ABSTRACTTHESTRUCTUREOFYAMHARVESTMACHINEGD1ISSIMPLE,CLEVER,RATIONALMECHANIZEDHARVESTINGOPERATIONSCANBECOMPLETED,ITSEFFICIENCYCANBEIMPROVEDSEVERALTIMESTHEPLANTINGOFDEEPSOILECONOMICCROPSCANBEGREATLYPOPULARIZE,WHICHCANIMPROVETHEECONOMICEFFICIENCYOFFARMERSTHEDESIGNIMPROVETHEENHANCEPARTOFTRADITIONALAGRICULTURALMACHINEMAKINGITSWORKPARTTOLIFTVERTICALLYTOACHIEVETHEPURPOSEOFHARVESTINGYAMACCURATELYANDRAPIDLYFIRSTLY,THETRADITIONALYAMHARVESTMETHODSAREDISCUSSED,ANDELABORATEDONTHEWORKINGPRINCIPLEOFTHEYAMHARVESTSECONDLY,DISCOURSETHEGEARTRANSMISSIONPARTOFTHEYAMHARVESTMACHINE,VERTICALLIFTINGPART,THEHOLLOWSPIRALSTEELSHAFTTHISTHREEPARTFINALLY,THEYAMHARVESTMACHINEDESIGNCALCULATIONPROCESSISDESCRIBEDINDETAILKEYWORDSGEARTRANSMISSIONPART,THEVERTICALLIFTINGPART,THEHOLLOWSPIRALSTEELSHAFT下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985目录1设计方案说明111设备介绍1111山药收获机的组成及工作原理1112山药收获机现状112设计要求42设计方案分析53单级圆锥齿轮减速器的设计631齿轮传动部分设计632轴的设计11321小锥齿轮轴的设计11322大锥齿轮轴的设计1733减速器箱体的设计194支撑部分的设计215工作部分的设计2451山药收获机的收获工具2452收获工具工作原理24设计总结25致谢26参考文献27下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709851设计方案说明11设备介绍111山药收获机的组成及工作原理山药收获机由动力输出部分、减速部分、支撑部分和工作部分四部分组成。山药收获机简图如图11所示图11山药收获机的工作原理拖拉机液压系统带动的垂直提升机构实现工具的竖直运动，柴油机动力输出实现工具的旋转运动。112山药收获机现状目前，在山药收获时，我们一般采用人工挖掘的方式，这种收获方式费时、费力，收获效率低，且易将山药损伤或折断。为了克服目前农作物，尤其是山药等深土农作物收获的难题，广大设计者进行了刻苦的钻研。以下是几种山药收获机概述，这些资料来下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985源于中国知识产权局专利检索网站。第一种山药收获机的发明者是卢双贵，这种山药收获机，由切割带锯、松土板和螺旋提升机组成，通过前面的带锯绕山药沟切割，带锯上部连接转轮，中间穿过狭长形开口，下部套住轴承，中间的松土板随着在后将土松动，松土板固定在套管中的伸缩杆上由油压气泵提供动力，最后的螺旋提升机在切割的土方下部向上转动，即可把山药向上顶出。由于采用拖拉机为动力，切割的土方大于山药沟，从山药底部向上拱，不仅保证了山药的完整性，不折断山药，而且保持了山药沟的原貌，工作效率大为提高，每天可挖掘山药三至五亩。山药收获机结构原理图如图12所示图12第二种山药收获机发明者是李善文，这种山药收获机的右下方，垂直连接有两根平行的滑动轴，滑动轴底端与底机架连接；活动轴上，套装有一对滑动套之间安装有连动轮，二个连动轮之间由固定支架连接，两个连动轮外径之间连着连动带，连动带上固定连接有若干个扁板状的护土板机二个护土板；在机架上方安装有提升轮，在底机架上，安装有变速箱，它作为过渡动力源使用；使用时，底板机架与拖拉机类农用运输车类连接并提供动力，带动该机运转收获作业。该机结构简单、巧妙、合理，可以完成机械化的收获作业，省力、省时，效率可以提高几十倍，可以大大普及推广深土经济农作物的种植，提高农民的经济效益。山药收获机结构原理图如图13所示下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985图13第三种山药收获机是智能山药收获机，发明人有王慧、张银良、卢泽宇、王潍。这种山药收获机包括支架，该支架包括连接支架和与其滑动连接的安装支架，安装支架上穿过有丝杠，丝杠的顶端固定有皮带轮，所述安装支架上固定有控制装置，安装支架的下方靠近连接支架的一端通过两个支撑杆活动连接有套筒，套筒侧面对称安装有两条接合缝，在接合缝处套筒通过套筒锁套固定，两支撑杆的一端在套筒的接合缝处于套筒铰接，另一端与安装支架连接；安装支架上远离连接支架的一端固定连接有带锯，带锯的输入轴通过皮带与动力装置相连，安装支架上还有与套筒对应的定位机构。该智能山药收获机实现了山药的机械收获且可以避免误伤山药。山药收获机结构原理图如图14所示下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985图1412设计要求本设计总要求设计山药收获机用于山药的自动收获作业。给定的条件和要求翻土作业时的作业量为12立方米/小时，采用螺旋排除浮土，螺旋转速为150200转/分钟。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709852设计方案分析经论证得出总体设计方案为动力部分包括两个动力输出部分，一是柴油机驱动的30匹农用拖拉机，其提供收获工具的旋转运动。二是由拖拉机自带液压系统提供收获工具竖直方向的运动。减速部分由单级圆锥齿轮减速器实现工作调速。支撑部分由Q235材料焊接而成的垂直提升机构。工作部分采用外焊螺旋钢片空心式工具。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709853单级圆锥齿轮减速器的设计31齿轮传动部分设计选用30马力的农用拖拉机，功率221KW。从而得出所设计的减速器输入轴转速N1为540R/MIN，输出轴转速N2为180R/MIN。计算得减速器传动比为3。此传动比符合单级圆锥齿轮传动比范围。1传动效率计算为拖拉机内部变速装置及其它传动总的效率，取为096。00为设计减速器的总功率。传动效率分别为万向联轴器效率，滚动轴承的效率，圆锥齿09210953轮传动效率，联轴器效率54096传动装置的总效率应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积,即9095056543212各轴转速MIN1RNI/802I3各轴输入功率KWP59203210165424各轴输入转矩T19550P1/N195502079KW/540R/MIN36768NMT29550P2/N295501936KW/180R/MIN102716NM90MIN541RN/802KWP591362T136768NMT2102716N下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985M图315选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数如图31传动方案，选用单级圆锥齿轮传动。1）运输机为一般农用机械，选用7级精度，齿形角，齿顶高20系数，顶隙系数。AH02C2）选择大小锥齿轮的材料均为40CR（调质表面淬火），硬度为4850HRC。3）初步选取小齿轮齿数Z118，大齿轮齿数Z254。6按齿面接触疲劳强度设计1）试选载荷系数K2852）小齿轮传递的转矩T136768NM367680NMM3）确定齿宽系数R033。4）查得材料弹性影响系数。1289EZMPA5）由机械设计手册查得齿轮的齿面接触疲劳极限，HLIM1HLIM21100MPA。安全系数S16）计算应力循环次数下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985小齿轮的应力循环次数N160NJLH50108；大齿轮的应力循环次数N2N1/3167108。7）接触疲劳寿命系数KHN1093，KHN2097,弯曲疲劳寿命系数KFN1085，KFN20888计算接触疲劳许用应力H1KHN1HLIM1/S1023MPAH2KHN2HLIM2/S1067MPA9试算小齿轮的分度圆直径，带入许用应力中的较小值得10917MM22131509HERRTZUTD10）计算圆周速度VSMN/9310611计算载荷系数据速度，7级精度，得动载荷系数KV107,使用系数KA175，KHKF165，K1。故载荷系数KKHKKAKV30912）按实际载荷系数校正所得分度圆直径1121531TTKD13）计算模数6231ZDM7按齿根弯曲疲劳强度进行设计1）由机械设计手册查取的齿轮弯曲疲劳极限EF1EF2620MPA，安全系数S13。2）许用弯曲应力F1KFN1EF1/S40538MPAF2KFN2EF2/S41969MPA3载荷系数KKFKKAKV3094查取齿形系YFA1291，YFA2230，YSA1153，YSA2171。N150108N2167108H11023MPAH21067MPAM17091TDS/093152DM3640538MPA1F41969MPA2下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709855比较YSA1YFA1/F1与YSA2YFA2/F2取较大者YSA1YFA1/F10010983YSA2YFA2/F200093716）计算模数M596321504FASRRYUZKT对比计算结果，按机械设计手册选取模数M6，按接触强度得分度圆直径11215，算出小齿轮齿数,1D19681MDZ5732Z19Z28大小圆锥齿轮主要尺寸如表31所示表31名称符号公式直齿圆锥小齿轮直齿圆锥大齿轮齿数ZZ1957模数MM6传动比II3分度圆锥度，ARCTG111290。18437157分度圆直径DMZ112336齿顶高AHHA66齿根高FMCAF7272齿全高HFAH132132齿顶圆直径AD，11COS2123大端340（大端）下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098522COSMHDAA齿根圆直径F，11FF22CSFF98331齿距P18841884齿厚SMS942942齿槽宽E2E942942顶隙CC1212锥距R21D177177齿顶角A，21F1FA194233齿根角FRHRCTGFFF21233194齿顶圆锥角A，11AA222937739齿根圆锥角F，11FF22FF1616963当量齿数VZCOSZV20180齿宽BR5858下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或1197098532轴的设计321小锥齿轮轴的设计1确定最小轴颈MDRBDM945011圆周力NTFMT78231径向力NTR2701438COS20TANCOSAN1轴向力T9I783I12初步确定轴的尺寸选轴的材料为45钢，调制处理。根据机械设计手册，取A0110。最小轴径MNPAD37540921330MIN输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径D,如图所示的轴颈D与联轴器的直径相适应，故需同时选取联轴器的型号。联轴器的选择工作情况系数KA24计算转矩TCAKAT242122NM509NM按照计算转矩TCA应小于联轴器的公称转矩的条件。即TCAT，其中T为该型号联轴器的许用转矩。选用WSD8型万向联轴器，其公称转矩为1120NM。半联轴器的孔径为38MM，半联轴器与轴配合的毂长度L1为82。为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故段的长度比L1略短一些，因此L1段轴的长度为80MM。3轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，如图32所示。根据轴向定位的MD941NFT78231R0A91MD37IN下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985图32图33为了满足半联轴器的轴向定位要求，L2段轴D244MM,右端用轴承端盖定位，根据轴承端盖的厚度取这段轴的长度为L260。L3段轴需安装轴承，由机械设计手册中查取标准精度等级的圆锥滚子轴承30311，其尺寸DDT55120315，故要求确定轴的各段直径和长度。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985D355MM，L3315MM。因此L5段轴直径和长度与L3段轴相同且要对轴套进行轴向定位，D455,L4285。L4段安装轴承的左端用套筒定位，右端用轴肩定位。取其定位轴肩高度为5MM，取D465,L4段轴的长度由结构而定为80MM。取轴套长度为21，小齿轮的宽度为63MM，因此L6段轴的长度为2163183MM。经计算，轴的总长度为364MM。4求轴上的载荷图34图35下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985图36下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985图37轴段的支反力情况为表32距左端距离水平支反力RH1垂直支反力RV1485MM101865N4066N距左端距离水平支反力RH2垂直支反力RV21805MM33955N1637N5弯曲应力校核确定危险截面，根据弯矩图和扭矩图可得距左端1805MM处，得到最大的弯矩和扭矩，并且此处所示的支反力为最大值，从而确定此处为危险截面，进行强度校核时，则只需要校核此处的强度。弯曲应力校核公式下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985132210DTM22354PA而许用疲劳应力为180MPA，即弯曲应力校核通过。6）疲劳强度校核SSMAK1AS1对危险截面进行疲劳强度校核得直径38MM危险截面的弯矩M5000NMM,扭矩T60000NMM有效应力集中系数（弯曲作用）205（扭转作用）155截面的疲劳强度安全系数S3221。许用安全系数S19。两处疲劳强度校核通过。7）扭转刚度校核圆轴扭转变形的计算公式，。G材料的切变模4158INDLT量（MPA），对钢G（MPA）,分别代表阶梯轴第I810IIL段上所传递的转矩、长度、内外直径。圆轴的扭转角为00039，经计算得扭转刚度变形为，而许用扭转变形为65/M02510，从而扭转刚度校核通过。/M本轴因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性，故可略去静强度校核。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985322大锥齿轮轴的设计1）确定最小轴颈MDRBDM281502圆周力NTFMT732径向力ANTR2701COS0AN1轴向力2RT9I12）初步确定轴的尺寸选轴的材料为45钢，调制处理。根据机械设计手册，取A0110。最小轴径MNPAD315230MIN输出轴的最小直径要加工成花键，根据花键的直径标准以及工具轴的内径设计此段轴的直径为56MM。MD281NFT73A02913）轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案，如图38所示。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。图38下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985图39为了满足半联轴器的轴向定位要求，轴直径D160MM,半联轴器与轴配合的毂孔长度L184MM。L3段轴需安装轴承，由机械设计手册中查取标准精度等级的单列圆锥滚子轴承30314，其尺寸DDT7015038，故D370MM,左端用轴承端盖定位,根据轴承端盖的厚度D268,L288,L3段右端用套筒定位,取L368MM。L7段轴直径和L3段轴相同D7D370,L738。L4段安装齿轮，取其定位轴肩高度为5MM，则D480。L6段轴的长度由结构而定为100MM。大齿轮的主要尺寸如图310所示图310经校核，大齿轮轴强度条件满足。4）花键校核（1）花键主要失效形式是工作面的压溃。（2）按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。（3）花键的连接强度条件P2T103/ZLHDMP由机械设计手册查取载荷不均匀系数，取值为07Z花键齿数，取值为8下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985L齿的工作长度，取值为52MMH花键齿侧的工作长度，取值为1MMDM花键的平均径，取值为55MMP花键连接的许用压应力，取值为120MPA代入公式计算得出P382MPAP因此选用花键的规格为NDDB8566510,满足传动及使用条件。33减速器箱体的设计减速器的箱体采用铸造（HT150）制成，采用剖分式结构。1机体要有足够的刚度2在机体为加肋，外轮廓为长方形，增强了轴承座刚度。3机体结构有良好的工艺性铸件壁厚为10，圆角半径R2。机体外形简单，方便制造。减速器箱体的结构尺寸如表32所示表32名称符号计算公式结果箱座壁厚10箱盖壁厚110箱盖凸缘厚度B11515箱座凸缘厚度15箱座底凸缘厚度2225地脚螺钉直径FD12036AFM16地脚螺钉数目N查手册4轴承旁联接螺栓直径1DFD751M12下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985机盖与机座联接螺栓直径2D（0506）2FDM12轴承端盖螺钉直径3（0405）3FM12定位销直径D（0708）2D10，至外FD12机壁距离1C查机械课程设计指导221818，至凸缘边F2缘距离2查机械课程设计指导2016外机壁至轴承座端面距离1L（510）1LC250大齿轮顶圆与内机壁距离112112齿轮端面与内机壁距离22114支撑部分的设计垂直提升机构原理见图2。主臂有夹角为的两轴向直线槽，杆和可沿直线01R2槽作轴线方向直线运功。由于两杆左端孔与约束由曲线槽转动销轴相连结，因此，主臂作摆动运动时，杆、另两端A点和B点既做轴线方向移动又做沿曲线槽的转动，且1R2两点在主臂的摆动过程中始终保持在一条固定的垂线上，其运动分析如下。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985图41实验证明，当,3065,180,5MRLRMLR，接近R为连杆定长，即图41中取1200MM，。从图2的分析可得出208故曲线槽中心线的极坐标方程COSL10COS5COS图2中杆和夹角为，运动过程中位置相差。其运动关系中有如下关系12080COSCS2RR（图42导轨材料全部采用Q235焊接而成，经计算强度满足使用条件。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985图43图44在035间,为,固在035，而在在843范围内,查得0821F10KN。12COSF，INI得2122SITAOS当，时有最大值71KN。查得，得0208FMPA26042DFD1865MM，取直径30MM下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或119709855工作部分的设计51山药收获机的收获工具收获工具由两部分构成一部分为45钢制成的空心轴，外径为100MM，内径为80MM。另一部分为材料为45钢的螺旋钢片,是由锥轧机整体冷轧成形。该工具的工作长度为850MM,工具总长度为1030MM。52收获工具工作原理工具在减速器输出轴带动下旋转。由液压缸推动工具下移，将连同山药在内的土柱打入工具内部后，工具上移，带停转后卸下销钉，快速顶出山药土柱，完成一次收获。下载后包含有CAD图纸和说明书,咨询Q197216396或11970985设计总结为期四个月的毕业设计即将结束，终于我们完成了我们的毕业设计。这次毕业设计是对我们综合知识的一次应用，心里很高兴能在即将工作之际，将这几年学习的专业知识来了一次整体复习，这对即将踏上工作岗位的我是一次综合素质的提升。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我们才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不
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