果蔬大棚电动卷帘机设计【毕业论文+CAD图纸全套】

买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 果蔬大棚电动卷帘机 摘 要 果蔬 大棚卷帘机是今后大棚种植必需的机械装备和发展方向，它改变了传统人工卷帘操作的方法，比人工操作提高效率十 几 倍以上，解决了每天卷放草帘的劳动强度，改善了严冬露天操作的环境， 重要的是缩短了卷、放草帘所消耗的时间 ,延长了光照时间 高了劳动效率 和 经济效益 . 现今市场上主要供应的是 一种是走动式 卷帘机这种卷帘机 利用卷帘机的动力上下自由卷放草帘子，不 必 受大棚坡度大小的限制 。但这种卷帘机结构复杂，稳定性差，寿命低，且不适合长度过大的大棚。 本课题所设计的是一种固定式卷帘机， 它模拟人 工操作 ,通过缠绕在绳上的绳子的拉紧和放松 ,实现草帘的卷收和铺放。 其主要机构包括电动机、减速机、卷帘装置等。本课题着重对卷帘机的减速机及卷帘装置进行设计，使其在压低成本的前提下满足普通斜坡式大棚的要求。 关键词 ： 卷帘机，减速机，传动比，抗弯强度 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 be it to to in is is a of to to of is is is is of it on he so on to it in to to 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 I 页 共 目 录 1 绪论 . 1 本课题研究意义 . 1 本课题的研究现状 . 1 设计任务与要求 . 3 拟解决的关键问题 . 3 拟采用的研究手段 . 4 2 传动装置的总体设计 . 5 确定传动方案 . 5 电动机的选择 . 5 计算总传动比和分配各级传动比 . 6 计算传动装置的运动和动力参数 . 6 3 传动机构及零件的设计计算 . 7 带传动的设计计算 . 7 减速器的设计计算 . 8 蜗轮蜗杆的设计计算 . 8 蜗杆的设计 . 11 齿轮的设计计算 . 17 传动轴的设计 . 22 输出轴的设计 . 30 箱体的设计 . 36 卷动机构的设计 . 38 卷绳管 的设计计算 . 41 绞盘 的设计计算 . 41 滑动轴承的设计 . 43 法兰连接的设计 . 43 4 结论 . 456 参考文献 . 467 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 共 致谢 . 489 外文文献原文 译文 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 1 页 共 49 页 1 绪论 本课题研究意义 随着城乡人民生活水平的提高，冬季栽培鲜菜、鲜果的温室大棚蓬勃发展，其规模越来越大。但是，在温室大棚作业中，卷铺草帘是最费时费工的主要作业环节之一，尤其在严寒冬季的凌晨和傍晚，在寒风刺骨的恶劣条件下，农民站在大棚顶上从事着艰苦笨重的草帘卷铺劳动，情况可想而知。 对于一个长 80 米大棚来说，每天都要在早上拉启、傍晚放下，各要用 大约 40 分钟左右。严 格的来说，冬天里的阳光和温度是 “果蔬 大棚 ”中作物正常生长 所依赖 的 珍贵资源。农民要争分夺秒，辛苦是可想而知的 1。但这仍然解决不了问题 ， 由于 “果蔬 大棚 ”保温帘开启和关闭时间相对集中，引起的劳力不足和耗用时间过长，已经严重制约了 “果蔬 大棚 ”的产量效益和发展空间 。 电动卷帘机的出现则彻底解决了人工卷铺帘子带来的一系列不便。 使用电动卷帘机，可随时启动，延长了光照时间，增加了光合作用，更重要的是节省劳动时间，减轻了劳动强度。日光温室在深冬生产过程中，每 一千 时，而卷帘机只需 5 分钟左右， 太阳落山前，人工放帘需用约 1 小时左右，由此看来，每天若用卷帘机起放帘子，比人工节约近 2 小时的时间。同时延长了室内宝贵的光照时间，增加了光合作用时间 。 另外 ， 使用电动卷帘机对草帘、棉帘保护性好，延长了草帘、棉帘的使用寿命，既降低生产成本，同时因其整体起放，其抗风能力也大大增强。 总体上可 使农民能比较轻松地用更多的精力提高对蔬菜进行管理，提高品质、扩大规模 2。 因此，开发经济、实用的电动 卷帘机 是一项很好的研究课题。 本课题的研究现状 目前 国内生产的 卷帘机主要有两种 工作方式 3：一种是固定式，卷帘机 固定在大棚后墙的砖垛上， 它模拟人工操作，通过缠绕在轴上的绳子的拉紧和放松。 利用机械动力把草帘子卷上去，利用大棚的坡度和草帘子的重量往下滚放草帘子。该种型号的卷帘机造价较高，大棚要有一定的坡度，如果棚面坡度太平，草帘子滚不下来 ，当风大时容易乱绳并影响工作，且安装复杂 。 另 一种是走动式 ，这种卷帘机由悬臂杆、支撑杆、电机、减速机构和卷帘轴等组成。其工作方式是 采用机械手的原买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 2 页 共 49 页 理，利用卷帘机的动力上下自由卷放草帘子，不 必 受大棚坡度大小的限制 。但存在以下不足，悬臂杆和支撑杆稳定性差，对草帘整体弯度要求较高，不易满足长度较大 的大棚，且其卷帘轴被焊接成整体构件，拆装不方便。 对于较常见的 80 米长的果蔬大棚，通过文献检索，有一些满足要求的卷帘机械，现将代表性的结构特点分析如下。 图 14是一种卷帘机的使用状态示意图，该卷帘机采用固定式结构，主要由工作电机及固定机构，减速机，卷绳管，卷帘绳，螺栓，轴承等组成。其工作原理为电机通过减速箱减速，使输出轴与卷绳管连接，带动卷绳管转动，卷绳管与卷帘绳一端固定，电机工作，卷绳管带动卷帘绳卷起，卷帘绳带动草帘卷起，完成卷的过程。电动反转，卷帘在自身重力作用下沿绳放下，完成放的过程。其中卷帘机的 电机和减速机分别固定在一电机支杆上，电机支杆的下端固定在温室的墙上。 大棚卷帘机包括多个卷绳管支承机构， 卷绳管直接与减速箱的输出轴相连。卷绳管通过支架固定。支架通过螺栓固定在大棚的顶墙上。卷帘绳一端套在卷绳轴上，另一端绕过卷轴大棚顶端。其中电机通过减速机予以减速，带动整体。优点：结构简单，以电机驱动，卷帘卷起速度快，省工省力，适合大面积作业。 图 种卷帘机的使用状态示意图 大棚顶端三角支架的结构图如图 2所示，卷绳轴顶端支承机构的竖支杆的下端固定在横支板上，斜支杆的两端分别与竖支杆和横支杆连接，横支 杆可固定在温室大棚的墙体上，如此三个支板形成三角形支承，大大加强了支板的支承能力和安全性。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 3 页 共 49 页 图 绳轴顶端三角支架的结构图 经过上述分析，为了适应农业上的需要，本课题要设计一种操作简单，经济实用的卷帘机。此款卷帘机结构要合理，维修要方便，能在北方恶劣的环境下长期工作。此款卷帘机依靠电力采用电机驱动。经过减速机降速，将扭矩传输给卷动机构。卷动通则带动草帘完成卷帘，放帘作业。卷帘机通过控制电机正反转，完成卷帘，放帘作业。其操作方式为固定式，可降低对大棚结构的要求，适应绝大多数农民的需要 ,具有广阔的市场 。 设计任务与要求 1)利用电机作动力，经减速机降速，通过控制电机正反转，完成卷帘、放帘作业。 2)用于长度在 80米以内的常用形状的温室大棚。 3)需在 5分钟内完成卷、放帘作业。结构合理、成本较低。 4)电动机功率为 减速机减速后降为 拟解决的关键问题 由于卷帘机要在露天的状态下作业，因此电机和减速机一定要固定好。经过分析可将电机和减速机分别固定在一个电机支杆上。电机支杆则固定在温室的后墙上。另外减速机的两端输出轴分别和一 个与之相对应的卷绳管相连接。卷绳管可通过多哥支架固定。支架则固定在温室后墙的顶部。 根据课题需要采用的电动机功率为 瓦，减速机降速后速度为 在五分钟内完成作业。考虑到所需扭矩的大小，又要尽可能减小减速机的尺寸买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 4 页 共 49 页 和自重。所以本款卷帘机拟采用两级传动结构，第一级是蜗轮蜗杆传动结构，转速高、受力小、效率损毫小，第二级是齿轮传动结构。并且减速机有二个输出轴，二个输出轴分别和与二个输出轴相对应的卷绳管的一端连接。 支架上端固定有卷绳管支承环， 支架与支承环之间可通过螺栓连接或焊接。另外支承环内嵌有轴承，卷绳管可嵌套在轴承内。通过螺栓可减少滚动摩擦。 拟采用的研究手段 首先通过查找和收集资料，对设计有一个初步的了解 ， 然后运用力学，机械原理，机械设计与数学等知识确定箱体的位置，计算出减速箱的传动关系。根据切削加工的知识及材料的力学性能确定卷绳管的长度直径及机构的材料构成。通过实际考察草帘的大小重量及尺寸，绳的长度及扭矩。用 分析图纸总结出现的情况和结果。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 5 页 共 49 页 2 传动装置的总体设计 确定传动方案 卷帘 机是在户外作业 根据课题需要采用的电动机功率为 速机降速后速度为 /分。要在五分钟内完成作业。考虑到所需扭矩的大小，又要尽可能减小减速机的尺寸和自重。所以本款卷帘机拟采用两级传动结构，第一级是蜗轮蜗杆传动结构，转速高、受力小、效率损毫小 动平稳 ,效率高 个输出轴分别和与二个输出轴相对应的卷绳管相连接 ,这样可以减小负载 ,增大转矩 图 帘机传动方案简图 1 电动机 2 3 减速机 4 卷绳管 电动机 的选择 卷帘机每天的工作时间是在早上和傍晚，且工作时间不到十分钟，工作时间相比较很短。因此不用考虑电动机的发热与升温。其负载是均匀增大的且转速稳定，故 可忽略 电动机的震动与变速。 主要影响电动机寿命的因素是 功率、转速及环境因素 。 应技术要求电动机的输出功率为 速机降速后速度为 具有 较底转速的电动机 它还要具有 防雨，防尘等功能 5。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 6 页 共 49 页 综合考虑 各种因素 ,所选择的电动机为 一款齿轮减速电动机型号 用电机 90出功率 出转速 240r/出转矩 42N/m ,极数 4，电动机的安装型式为 5. 计算总传动比和分配各级传动比 传动装置的总传动比 为 1 5 0 (分配结果为第一级 蜗轮蜗杆 传动比为 30。第二级 齿轮 传动比为 5。 计算传动装置的运动和动力参数 401 w (m 30240112 (m ( 12,w 依次为电动机与蜗杆，蜗杆与传动轴，传动轴与输出轴之间的传动效率。根据手册取 5w=1P ， 2P ，3动轴和输出轴上的输入功率 1P =P w = (2P =P w 1 = (3P=1 2 ( 转矩 1T =955000011550000 3770 N (2T =955000022550000 0N 19187N m (买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 7 页 共 49 页 3T=955000033550000 549978 N (3 传动机构及零件的设计计算 带传动的设计计算 已知电动机功率 速 240r/动比 i=1 =带带型 6 根据 查表取主动轮直径 31 则从动轮直径 12 aa =63mm 算带得速度 100060 11 a=5 (带得速度合适 带的基准长度和传动中心距根据 )(2)(1021 (初步确定中心距 000 计算带所需要的基准长度 12 98)(22 210 (圆整厚取带的基准长度 30计算实际中心距 162 10 (买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 8 页 共 49 页 带的根数 z)( 00 (由 401 31 , 1i 00 1K z)( 00 = (取 Z=4根 61)00 20 ( 20882s 0 (至此带轮的计算设计已经完成，其具体结构见零件图。 减速器的设计计算 蜗轮蜗杆的设计计算 根据 10085用渐开线蜗杆（ . 考虑到蜗杆传动传递的功率不大，速度只是中等，故蜗杆采用 45 钢；因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆 螺旋齿面要求淬火，硬度为 45 55蜗轮 用铸锡磷青铜 属模铸造。为了节约贵重的有色金属降低成本，仅齿圈用青铜制造，而轮芯用灰铸铁 7。 强度进行设计 8 根据闭式蜗杆传动的设计准则，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。传动中心距 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 9 页 共 49 页 3 22 )( (1)确定作用在 蜗 轮上的转矩 2T ,根据式 2T =919187N )确定载荷系数 K 因工作载荷均匀增加，故取载荷分布不均系数K=手册选取使用系数于转速不高，冲击不大， 可取动载荷 K = K K = (3)确定弹性影响系数 因选用的是铸锡磷青铜 蜗 轮和钢蜗杆相配，故 160)确定接触系数d 和传动中心距 的比值 1d / =查得Z=)确定许用接触应力 H 根据 蜗 轮的材料为铸锡磷青铜，金属模制造，蜗杆螺旋齿面硬度 45查的 蜗 轮的基本许用应力 H =268力循环次数 60=60 1 5 365=109500 (寿命系数 8 7 1 0 9 5 0 0/10 (则 H = H =279 (6)计算中心距 3 2)2 7 9 0(9 1 9 1 8 (买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 10 页 共 49 页 取中心距 =160 i=30,故查表取模数 m =8杆的分度圆直径 1d =80这时 1d / = 则可查得接触系数 Z =为 Z M 可见卷绳管的临界扭矩远大于其所受的负载扭矩，因此其稳定性是 安全的 绞盘的设计计算 绞盘为固定在卷绳轴上的 金属圆盘，卷帘绳一 端 固定在绞盘上，卷绳管转动时带动绞盘，绞盘带动卷帘绳 完成作业。 绞盘为普通机件，且户外作业转速低，故要求的精度不高， 选择材料为灰铸铁造。 盘的直径 d 绞盘的转速为 在 每转一转的缠绕绳子的长度为 (则 , (取 d =480为了固定卷帘绳，绞盘的两侧需制出一段台阶取台阶的高度为 10盘的外侧直径 D=50 1)拟定绞盘的结构方案 结合绞盘与卷绳管的配合，现选用图 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 42 页 共 49 页 2)根据定位要求确定其几何参数 (1)因为卷绳管与绞盘利用卷绳管上的凸台来传递扭矩， 所以为了满足卷绳管的 周 向定位要求，绞盘与卷绳管联接处需挖出一段键槽，根据已知键槽的截面 2 0 1 5b h m m m m ，键槽利用铸造成型，长为 35个键槽对称分布。 绞盘与卷绳管的轴向定位是利用螺栓联接来保证的，因为绞盘主要受径向扭矩的作用，在轴向基本上不受力，因此对轴向定位的要求条件不高，利用两个螺栓即可，螺栓的规格为 60 (2)由于卷绳管上凸台的长为 30，故 B 度 30， 为了保证卷帘绳能全部缠绕在绞盘上 并留有一定的 宽度，绞盘的总宽度 B=80至此，已经初步确定了绞盘的形状尺寸。 按扭转校核绞盘的强度，根据公式 0 00T= 33()16 = =手册知 =20 可知绞盘的扭转强度是合理的。因为绞盘不受轴向力的作用，故略去强度校核。至此绞盘的设计即将结束。 其具体机构设计见零件图。 动轴承的设计 的设计方案 卷帘机 要长年在户外作业 ,外界环境对滑动轴承的影响巨大 ,为了方便安装，维护以及更换滑动轴承。故选择无润滑的对开式径向滑动轴承。 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 43 页 共 49 页 根据无润滑轴承的宽径比范围，取宽径比为 ( / )B B d d 45 ( 0 0 7 (M P 25 0 ( 查手册在保证 、 、 的条件下 ，选定轴承材料为适合无润滑的碳 石墨。 直径间隙 ， 取轴瓦壁厚为 10/ 。为了减小轴承的磨损率，轴瓦工作表面的粗糙 度值尽量低些，取 兰连接的设计 造成型。 此法兰只起传递转矩的左用。又因为法兰之间依靠螺栓连接，因此首先 设计螺栓的连接。 1)螺栓组结构设计 取螺栓数 Z=4。对称布置。 2)螺栓受力分析 螺栓在静止时只受横向力的作用 2501 螺栓在转动时只受转矩的作用 根据公式求螺栓所受的工作剪力 取 r=75 则 于 12 故取 2F 进行计算 ， 在横向 剪 力的作用下，接合面可能产生滑移，根据接合面不滑移的条件 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 44 页 共 49 页 0(查手册得接合面得摩擦系数 f =防滑系数各螺栓所需要的预 紧力为 )确定螺栓直径 选择螺栓材料为 能等级为 螺栓，查的材料屈服极限S=240全系数 S=螺栓材料的许用应力 =S/S=160 求的螺栓危险截面的直径为 1 （ 为了增大安全系 数，按粗牙普通螺纹标准，选取螺纹公称直径 d=24)按挤压及剪切进行校核 查手册得 p=100 =60压强度条件为 = p（ M P （ 故螺栓满足要求 5)确定法兰的几何参数 在已知螺栓直径的基础上取法兰的直径 D=184度 B=30因为法兰的材料强度 与螺栓接近，而且材料用量远大于螺栓，因此法兰的强度校核可以省略，则法兰连接的设计已基本结束。 至此，卷动机构的设计已经全部完成，其具体参数及配合关系可见零件图及装买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 45 页 共 49 页 配图所示。 4 结论 在三个多月的设计过程中，查阅了大量的资料，请教了不少的老师和同学，并买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 46 页 共 49 页 且对卷帘机在农业中的具 体应用进行了实地的考察，进一步拉近了学校与社会的距离。四年才有一次的毕业设计，是对所学专业知识的一次大的综合运用，为我们将来步入社会参加工作打下了基础。通过设计，掌握了不少东西，进一步学学会了对知识的融会贯通，提高了自己分析，设计的能力。在设计的时间里，甚至觉得比自己在以前三年半的时间里所学的所有知识的总和还要多，毕业设计虽然是大学生离开学校，步入社会的最后一课，但是，蕴涵在这最后一课里的东西是巨大的，只要我们认真把握，认真对待了，我们一定会有很大的收获。 由于能力有限，本设计中仍旧有许多不甚完善的地方，但 经过 这次设计 ,我的基础理论知识得到了很大的丰富和巩固 , 设计能力得到了锻炼和提高，并熟练掌握了 重要的是锻炼了我的意志和完成较复杂任务的计划思维，使我懂得了如何在困难中继续前进，这些东西都会对我在以后的人生道路中继续前进有很大的帮助。 参 考 文 献 1 张福墁 J2002,18(增刊 ):123 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 47 页 共 49 页 2 宝钢减速器图册编委会编 北京：机械工业出版社 ,1995 76. 3 潘文维 ,罗庆熙 ,李 军 J2002,(3):425 4 周长吉 . 日光温室的结构优化 J1996,12(增刊 ):27229 5 崔保苗 ,王占文 ,赵聪 ,慧张静 山西农业大学学报， 2003,23(3):2616 李永春 中国专利： 20007 朴义浩 中国专利： 19988 杜根锁 中国专利： 20019 黄彗春 ,沈永鹤 机械制造 , 2004, 42(481): 35 37 10 濮良贵 ,纪名刚 北京：高等教育出版社， 2001 235 11 葛中民 ,机械设计基础 等教育出版社 ,12 孟兆范 ,张秀彬 农机使用与维修 ， 2002, (3): 3 13 梁光启、林子为 ,工程材料学 , 上海科学技术出版社 ,1987 14 吴 宗泽、罗圣国主编，机械设计课程设计手册 ,高等教育出版社 ,1992 15 机械工程手册编辑委员会编机械 ,机械工程程手册，第 1 6卷机械工业出版社 ,1982 16 周明衡 ,常德功主编 标准联轴器手册 辽宁科技出版社 ,1995 17 王步瀛 机械零件强度计算的理论和方法 等教育出版社， 1986 18 邱宣怀主编 北京：高等教育出版社， 1997 19 章日晋等编 北京：机械工业出版社， 1987 20 齿轮手册委员 会 北京：高等教育出版社， 1990 买文档就送您 纸全套， Q 号交流 401339828 或 11970985 第 48 页 共 49 页 21 减速器实用技术手册编委会编 北京：机械工业出版社， 1992 22 齿轮国家标准汇编 国标准出版社 ， 1992 23 洛阳轴承研究所编 1989 24 黄贵根，黄俞 润滑与密封， 19