机械毕业设计（论文）-香蕉秸秆根茬还田机的主传动粉碎机构设计【全套图纸】

河南科技大学毕业设计（论文） 1 目 录 前 言.1 第 1 章 香蕉秸秆/根茬还田机的功能及特点2 1.1 香蕉秸秆/根茬还田机的功能介绍2 1.2 香蕉秸秆/根茬还田机的简单介绍2 1.3 香蕉秸秆/根茬还田机的主要参数3 1.4 香蕉秸秆/根茬还田机的动力配置.3 1.4.1 功能简介4 1.4.2 结构简介4 第 2 章 设计任务及设计方案.6 2.1 设计任务及设计要求 6 2.1.1 设计内容6 2.1.2 课题名称、设计要求6 2.2 主传动设计要求 6 第 3 章 主传动设计.8 3.1 主传动系统的初步设计方案 8 3.2 传动零件的设计及计算 9 3.2.1 传动比及齿轮的设计9 3.2.2 轴的设计12 3.3 轴承的选择 15 3.3.1 滚动轴承的工作特性15 3.3.2 滚动轴承类型选择原则15 第 4 章 秸秆粉碎还田机刀具的研究.17 4.1 秸秆粉碎还田机刀具布置的研究 17 4.1.1 刀辊振动分析17 4.1.2 “均力免振假设”的提出.17 4.2 刀具设计及选择 18 4.2.1 刀具结构形式选择18 河南科技大学毕业设计（论文） 2 4.2.2 刀片的选材及热处理20 4.2.3 刀片合理密度及最佳排列方式21 第 5 章 其它零件的设计及注意.23 5.1 其它零件设计 23 5.2 设计箱体时应注意的问题 24 5.3 附属零件的选用 25 第 6 章 安装调试与使用维护.27 6.1 零件安装 27 6.1.1 辊子与刀盘的安装27 6.1.2 焊接性27 6.2 刀盘与刀具的安装 27 6.3 秸秆还田机的正确使用及注意事项 28 6.3.1 作业前的准备28 6.3.2 辊子与刀盘的安装28 6.3.3 注意事项29 6.4 还田机故障与排除方法 29 结论.31 参考文献.32 致 谢.33 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 河南科技大学毕业设计（论文） 3 香蕉秸秆/根茬还田机(主传动、粉碎机构设计) 摘 要 机械工业为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的生产。我国是 一个农业大国，农业机械化程度的高低反映我国农业生产发展的程度，虽然农业 机械也占有大量市场，但专业现代化的不多。故我们针对香蕉种植市场设计了一 种高效、复式作业工具。 这次的设计针对香蕉秸秆/根茬还田机的还田系统，主要设计了它的主动系统， 根据设计要求它的主传动系统动力主要有拖拉机的后置动力供给，要求供给的动 力为两路输出：一路经由换向提供给粉碎机构，需要具有良好的平衡性。另一路 经由换向减速器提供给除根还田装置。为了达到设计要求，设计一系列齿轮、轴 等零件的参数并对其进行校核。其次是它的秸秆粉碎机构，根据需要设计它的刀 片为两个直刀片，装在刀柄的两端，通过主传动轴传送过来的动力使刀柄高速旋 转，从而将香蕉秸秆粉碎。 该设计产品结构合理，紧凑。操作方面，使用性能可靠，通用化程度高。其 性能指标达到国内领先水平。一举实现了真正的复式作业，为种植户节省了大量 的资源，提高了生产效率。深受用户欢迎，从而为我国的香蕉种植业的发展拓展 了前景。 河南科技大学毕业设计（论文） 4 关 键 词：主传动系统，粉碎机构，齿轮，轴，刀片 THE MACHINE FOR BANANA STRAW/ROOT REUSE (DESIGN OF THE MAIN TRANSMISSION SYSTEM AND THE SMASH INSTALLATION) ABSTRACT Mechanical industry offers equipment and the production that offers durable consumer goods for peoples life for national economy. Our country is a agricultural large country, the difference in degree of the degree of mechanization of farming reflects the degree that the agricultural production of our country develops , though agricultural machinery also possesses plenty of markets, but special field is modern seldom. So, we have designed a kind of efficient, compound schoolwork tool aimed at banana planting market. When aiming at banana in the design straw stalk / root Cha return field machine return field system, basis and the active system especially it need to design its main transmission system after have tractor put power supply 。The power that design asks 河南科技大学毕业设计（论文） 5 to provide is exported for two roads: Offer all the way via inverting to give to smash installation , need to have good balancedness. Another road offers via inverting gear reducer to give to root out return field installation. To reach design requirement , design the parameter of the elements such as a series of gear and axle and carry out school for it, it is nuclear. Secondly is its straw stalk smashes installation, design its blade according to needs for two straight blades , pack the two ends in knife handle , make the high speed of knife handle revolving through the power that main power transmission shaft delivers , so smash banana straw stalk. This design product mix is reasonable, compact. Operating aspect and the reliable, generalization degree of performance characteristics are high. Its performance index reaches domestic leading level. Have realized genuine compound schoolwork instantly , have saved plenty of resources for planting household , have raised production efficiency. Is welcomed deeply by user , so have extended prospect for the development of the banana planting field of our country. KEY WORDS：Main transmission system, smash installation, gear, axle, blade 前前 言言 我国香蕉重要分布于广东、广西、海南、福建、云南、台湾等热带地区，2005 年总种植面积 383.25 万亩总产量 590.33 万吨，分别占世界的 7.8%和 6.9%，名 列世界第 4 位，在世界香蕉生产中占有举足轻重的地位，成为我国南方地区农业 经济的主要产业。其中以广东省面积产量最大，分别为 188.7 万亩和国香蕉生 产主要基地。 近年来，国产香蕉口感、香味、质地等方面不如进口香蕉，但国产香蕉的质 量有了很大的提高。现在国内一等品以上的香蕉果品的外观、色泽、梳形、梳指 整齐度与进口香蕉相比差别不大，但是一等品以上的香蕉所占总产量的比例尚少， 这也说明我国香蕉产业有着巨大的市场空间和发展前景。 河南科技大学毕业设计（论文） 6 经过调查发现，一些蕉农重前轻后，后期水、肥不足，保叶较差，留梳较多， 果指饱满度不够，套袋扩果工作跟不上，采收加工处理包装工作滞后。在采收工 作中人挑车拉，随意堆放，环节较多，机械损伤严重，包装等加工处理粗放，机 械化、集约化程度不高。还有各种激素施用过多过滥，严重破坏香蕉质量，造成 土纸板硬。还有就是地方组织程度差，龙头企业不多，辐射力不强。单独、分散 经营与大规模标准化生产之间矛盾越来越凸显，整体产业化的程度不高。 目前，大部分的蕉农还是运用原始的人工方法和工具来收获种植香蕉，当香 蕉收获以后，香蕉径杆由人工逐棵砍伐搬运出园。即占地、浪费劳力，又浪费了 大量的有机肥，因为香蕉秸秆里富含大量的有机质氮、磷、钾和微量元素，是农 业生产中重要的有机肥原料之一，这就需要我们来开发出一种独特的农用还田机 械。 研究应用香蕉秸杆还田机械技术，保护耕地，增强土壤肥力。香蕉秸杆含有 大量的有机肥料和农作物需要的元素。利用香蕉秸秆/根茬还田机的粉碎还田等综 合处理，一方面有利于微生物的活动，经过发酵，增加土壤肥力，又解决了占地 问题，减少污染。另一方面，还能耕作土地。提高生产的效率，降低生产的成本， 同时又可缩短休耕期，便于抢种。也可以说，香蕉秸秆/根茬还田机的出现是必然 的，也是农业机械上的一次革命。 第一章 香蕉秸秆/根茬还田机的功能及特点 1.1 香蕉秸秆/根茬还田机的功能介绍 香蕉秸秆/根茬还田机是功能齐全的香蕉秸秆粉碎还田专用机械。它不但能 够处理香蕉秸秆的本身，还可以清除地理的根茬。并能够一次性完成粉碎、除根、 还田作业。经过该还田机的作业后，无须再整理就可以实施新一轮的种植。因而 真正实现复式作业，同传统的作业方式相比，可节省大量的人力物力，具有较高 的生产率，可为香蕉种植户带来可观的经济效益，并且又较好的保护了环境。另 外本机具有较好的经济性，合理的价格使香蕉种植户完全能够接受。在较短的时 河南科技大学毕业设计（论文） 7 间内可实现投资回报。独特的结构和完备的工作性能受到蕉农的好评。 1.2 香蕉秸杆/根茬还田机的简单介绍 香蕉是热带及亚热带地区的主要经济作物之一，在我国的南方地区大面积地 广泛种植。作为多年生长绿草植物，根秸粗大（平均直径 200mm）单生直立（高 度越 2 米）叶宽大、厚而长，一年收获一季。为取得较大的收益，近几年新开发 出一年生的香蕉，而且果大、品质好，深受用户的欢迎，但新品种也对香蕉地耕 整提出更高的要求。 以往的香蕉地耕作业方式是用大中型拖拉机将秸杆压倒后把残株推至地头堆 积，任其自然风化，腐烂，腐烂期是一到五年，且占用耕地，根秸用圆盘率犁式 重耙多次的破碎，由于重耙破碎效果差，碎块较大，还田后腐烂期较长，年复一 年，造成土质过送，不利于香蕉生根，影响其抗风雨的能力，最后再犁耕深翻， 不仅效率低，而且浪费人力、物力和财力，这种传统的作业方式已不能适应当前 生产的需要。 根海南市场的调研，首先确定了与东方红拖拉机的配套的复式作业机的方案 （香蕉秸杆和根茬一次粉碎还田）并与国外一些相关机具的刀轴和耕机对比实验， 得出以下几种结论：50kw(66 马力）拖拉机动力不足，不能同时完成复式作业， 只能单一工作，复式机具的粉碎效果好，工作效率高，根据这种情况的总结，最 终确定了大马力拖拉机配套使用香蕉秸杆和根茬一次性粉碎还添的设计方案，它 功能满足目前香蕉还田的要求，各项要求均达到国际要求，符合农业机械的实际 要求，并能深入农心。 1.3 香蕉秸秆/根茬还田机的主要参数 香蕉秸秆根茬还田机的主要参数如表-所示。 表- 香蕉秸秆/根茬还田机的主要性能参数 规格 还田机 配套动力/kw 50 耕深 400 河南科技大学毕业设计（论文） 8 切碎刀轴转速 r/min 810 旋耕刀轴转速 r/min 270 生产率 0.40.6 与拖拉机联接方式标准三点式 外形尺寸（长 X 宽 X 高） 20001200900 整机重量/kg 980 耕幅/mm 1000 1.4 香蕉秸秆/根茬还田机的动力配置 由于还田机是复式作业，粉碎装置和除根装置同时工作，若选用的拖拉机功 率过小时，则只能满足单功率机具作业，若粉碎和除根同时工作，则动力不足， 难以起动还田机。因为拖拉机后置动力输出分两部分作用，因此，要求拖拉机具 有良好的动力性能。根据多次试验和对比使用，最后选择了东方红X824 大轮拖， 81 马力，后轮驱动，采用东方红 LF8090 拖拉机成熟技术，动力强劲，性能卓 越，造型美观，可配套犁、耙、旋耕机、播种机、收割机、青贮机、秸秆还田机 等机具进行各种农田作业，并可用于运输等其它作业。其主要技术参数如表 1-2 所示。 表- 东方红X824 型拖拉机的主要技术参数： 外型尺寸(mm) 4260 2170 2785 轴距(mm) 2314 前轮轮距(可调)(mm) 1630-1960 后轮轮距(可调)(mm) 1500-2100 最小离地间隙(mm) 430 最小转向圆半径(m) 5.3 变速箱挡数 前进/后退 12/4 速度范围 前进(km/h) 1.65-27.2 倒退(km/h) 4.3-12.8 河南科技大学毕业设计（论文） 9 发动机形式立式、水冷、四冲程、直喷节能型柴油机 发动机标定功率(kw) 60.5 动力输出轴形式后置、独立式及同步式 发动机额定转速(r/min) 2400 动力输出轴转速(r/min)720 选装 540 1000 540/1000 540/720 1.4.1 功能简介 香蕉秸杆/根茬还田机是功能齐备的香蕉秸杆粉碎还田的专用农业机械，它不 但能够处理香蕉秸杆的本身，对香蕉树的根茬也可以同时进行处理，并且可在一 台机械上（拖拉机）实现还田物直接翻入土中，而后平整土地，工作效率可达 0.30.5，经过还田机作业后的土地无须再进行整理，即可实施新一轮的种植。因 而真正实现复式作业，同传统的作业方式相比，可节省大量的人力物力和才力， 能很好的保护环境。另外本机具有较好的经济性，合理的价格使香蕉种植户完全 能够承受，在较短的时间内，可实现投资回报。独特的结构和完整的工作性能， 深受农民的好评。 1.4.2 结构简介 香蕉秸杆/根茬还田机是拖拉机后置式农具，它从拖拉机的后动力输出为为 动力源，采用三点标准悬挂式，整机由两大部分组合而成。前部为香蕉秸杆粉碎 部分，后部分为除根还田部分，动力流分为两路：一路换向提速供给粉碎刀具 800r/min 的高速粉碎需要具有良好的平衡性，其一定质量的惯性保证了粉碎的稳 定性和良好的切碎效果，所需起动的加速度较大，故需求拖拉机应具有较好的动 力性能；另一路经换向、减速器提供给除根还田装置，双辊款到阶梯工作装置， 可以有效的保证根茬的清除和良好的动力，消耗更为合理。整机的动力输入端装 有拖拉机和农具的安全保护装置，使拖拉机与农具构成的整个系统能在特定的安 全工况下工作，并对意外情况的出现实施设备保护。为了便于地头调头和转场， 保证除根的有效性。该机还设有液压动力装置。工作时液压系统对除根装置产生 向下的压力，以保证除根装置的入土量，转场即地间调头，液压系统又可方便的 将全部的除根装置提起，巧妙的传动线路的设计，保证了耕作转场等期间动力流 的联系不断性，无需在次 期间断开拖拉机的动力输出，方便了操作。香蕉秸秆/根茬还田机结构如图 1-1 河南科技大学毕业设计（论文） 10 所示。 拖拉机拖拉机 万向传动轴万向传动轴 提升油缸提升油缸 除根还田装置除根还田装置 图 1-1 香蕉秸秆/根茬还田机 第二章 设计任务及设计方案 2.1 设计任务及设计要求 2.1.1 设计内容 根据设计任务书的要求，在本次的设计的过程中。整个还田分为若干部分来 设计。分别为主要传动设计装置、粉碎装置的设计、侧传动设计、除根装置设计 以及总装设计。本次设计由 2 人共同设计完成，每人负责一部分装置的设计。最 粉碎装置粉碎装置 河南科技大学毕业设计（论文） 11 后由总装人员通过三点悬挂及提升油卸来把各部分组装成功，通过连轴器和安全 离合器把主传动系统和拖拉机的后置动力输出连接起来，组成香蕉秸杆一根茬粉 碎还田机的总成。完成香蕉秸秆/根茬还田机的设计。 2.1.2 课题名称、设计要求： 1：完成主传动系统各零件部件的设计； 2：完成主传动系统的总装配图（绘制一张 0 号图纸） ； 3：完成主传动箱箱体的零件图（绘制一张号图纸） ； 4：完成其他零部件的零件图（至少绘制六张 2 号图纸） ； 5：编写毕业设计说明书。 2.2 主传动系统设计要求 主传动系统是整个还田机的心脏部分。它既是要给粉碎系统提供动力，又要 给除根装置提供动力，并且还要接收由拖拉机传来的动力，这就要求它有良好的 抗冲击能力，运动的过程必须平稳，各个换位装置之间不干涉，结合紧簇。由于 还田机要尽可能的减少重量。使它的生产率高，所以主传动系统也应更可能的轻 便，这样才能保证它符合农用的要求。 为了使还田工作在可靠的情况下，必须做到以下几点： 1.保证每根传动轴的强度足够，不会产生弯曲变形等一系列情况。 2.传动平稳，每个齿轮的齿面间隙，压力角符合设计要求，不会出现卡死等 情况。 3.传动箱体设计合理，不会出现漏油现象，有能够换油的放油通道，能够散 发出热量，延长机器的一次性运行时间。 4.各部分部件应设计合理，确保能够生产出来，最好低成本生产出来，减少 设计造价。 5.达到设计说明书的设计要求。 6.尽量使用标准的零件，减少设计周期，提前完成产品的上市。 河南科技大学毕业设计（论文） 12 第三章 主传动设计 3.1 主传动系统的初步设计方案 由于香蕉秸杆/根茬还田机是农用机械，它工作在重载的情况下，并且有两 次的换向机构，故采用圆锥直齿轮来传递功率，它的传动平稳，结构平稳，结构 牢固可靠。根据这些要求初步设计简图如图 3-1 所示： 河南科技大学毕业设计（论文） 13 Z1 Z2 竖直传动轴 Z4 Z3 侧传动轴 主传动轴 图 3-1 主传动系统简图 据初步传动方案，分别定义三根传动轴为：主传动轴、齿轮轴、侧传动轴。 分别定义两组转向的齿轮为 Z1/Z3 和 Z3/Z4。其中 Z1、Z3 是主传动齿轮。由于齿 轮与轴之间的连接力较大，用普通的轴难以达到要求，故选用花键来连接，根据 轴径的大小和轴承的型号来设计不同的花键号。花键的传递功率大，传动平稳可 靠，用在这里是最佳方案。 其中 Z1 齿面连接的与 Z3 是反向的，这样为了安装的方便把 Z1 与轴上的螺 栓来连接。这样就很好解决了轴上难剃花键的问题，也达到了设计的要求，是很 好的方案。 3.2 传动零件的设计及计算 设计时初用拖拉机的动力是东方红-X824 型轮式拖拉机，它的动力输出轴的 转速为 540/1000r/min。由于香蕉秸杆根茬粉碎还田机工作在重载输出，中速运行 的情况下，所以应选择输出轴的转速为 540r/min。初步设计还田机的刀轴的转速 为 900r/min，除根装置的转速为 180 r/min。 河南科技大学毕业设计（论文） 14 3.2.1 传动比及齿轮的设计： 1.传动比： 由：得 2 1 n n i =3/5 =3/1 12 i 2 1 n n 900r/min r/min540 34 i 4 3 n n 180r/min r/min540 2.齿轮的设计： 根据传动比和齿轮的工作条件，初步 设计齿轮的齿数分别为 Z =50、Z=30、Z =14、Z =42 12 34 设它的模数为 m=7mm，大端压力角为标准角 20 。 已知 Z 和 Z是一对啮合的齿轮： 12 分锥角： =arc tan(Z / Z) =art tan50/30=59 1 12 =90 -=90 -59 =31 2 1 当 m1mm 时, 则齿顶高： =1，=0.2 ha c 故 ha=m=17mm=7mm ha 齿根高： =（）m=(1+0.2)7=8.4mm f h ha c 分度圆直径：mmmzd350507 11 mmmzd210307 22 齿顶高直径：= 1 a dmmhad35059cos72350cos2 11 mmhdd aa 22231cos72210cos2 22 2 齿根圆直径： mmhdd ff 34159cos4 . 82350cos2 11 1 mmhdd ff 19831cos4 . 82210cos2 22 2 锥距： mmzzmR20430502/72/ 22 2 2 2 1 齿根角： 36 . 2 204/4 . 8/tanRhQ ff 顶锥角： 36.6136 . 2 59 1 1 fa Q 河南科技大学毕业设计（论文） 15 36.3336 . 2 31 2 2 fa Q 顶隙 ： mmmcc4 . 172 . 0 齿宽 ： mmRb683/2043/ 根据上面两齿轮的传动几何参数，我们可以设计出这两个齿轮的啮合图如图 3-2 所示： 图 3-2 第一组齿轮啮合图 又因为 Z 和 Z 是一对啮合齿轮 34 分锥角： 5 . 1842/14arctan/arctan 431 zz 5 . 71 5 . 189090 12 因为这对齿轮为标准的圆锥直齿齿轮，且 m1 故=1，=2 ha c 齿顶高：ha=m=17mm=7mm ha 齿根高：=（）m=(1+0.2)7=8.4mm f h ha c 分度圆直径：mmmzd98147 33 mmmzd294427 44 齿顶圆直径：= 3 a dmmhad111 5 . 18cos7298cos2 13 = 4 a dmmhad 5 . 298 5 . 71cos72294cos2 24 河南科技大学毕业设计（论文） 16 齿根圆直径：mmhdd ff 83 5 . 18cos4 . 8298cos2 13 3 mmhdd ff 289 5 . 71cos4 . 82294cos2 24 4 锥距 ：mmzzmR15542142/72/ 22 2 4 2 3 齿根角： 1 . 3155/4 . 8/tanRhQ ff 顶锥角： 6 . 211 . 3 5 . 18 3 3 fa Q 741 . 3 5 . 71 4 41 fa Q 顶隙：mmmcc4 . 172 . 0 齿宽：mmRb523/1553/ 根据上面两齿轮的传动几何参数，我们可以设计出这两个齿轮的啮合图如图 3-3 所示： 图 3-3 第二组齿轮啮合图 计算两组齿轮的圆周速度： 由公式得： 100060 11 nd v sm nd v/89 . 9 100060 54035014 . 3 100060 11 1 sm nd v/77 . 2 100060 5409814 . 3 100060 12 2 河南科技大学毕业设计（论文） 17 由机械手册得可知： 农业机械的精度一般为 89 级，因为要求它传动平稳运行可靠，故选用 8 级 精度。 3.2.2 轴的设计 1.传动轴的材料和直径设计 在传动的过程中，主传动轴直接与拖拉机的后置输出轴通过联轴器和离合器 联结在一起的，它承受很高的转矩，故选用的材料较好一点，其它两传动轴分别 选用相对经济的材料，故主传动轴选用 40Gr，其它两轴均为 45 钢，初步设计说 明拖拉机的标定功率为 60.5kw，故轴径的初步估算公式为： 式（3-1） 3 n p Ad A 为材料的承载情况，是确定常数。 故：mm n p Ad33 540 5 . 60 97 33 1 根据功率分配，此轴需用功率很大可取 60.5KW 进行设计 mm n p Ad55 900 5 . 60 126 33 2 根据功率分配可取 kw11 900180 180 60.5p mm n p Ad44 180 11 110 33 3 根据轴的直径求它的扭矩为： mAT 1 mNA n P mAT 5 . 9110) 2 33 (14 . 3 540 5 . 60 95509550 42 111 24 222 60.555 955095503.14 ()10152.4 9002 P TmAAN m n 河南科技大学毕业设计（论文） 18 mNA n P mAT 8 . 48710) 2 44 (14 . 3 180 5 . 60 95509550 42 333 因为轴上装有齿轮，齿轮与轴之间的扭矩相当大，故普通键已不能满足其要 求，故本次设计中齿轮与轴之间的键都采用花键连接（除齿轮 Z 与下传动轴为 2 齿轮轴外） 。由机械设计手册、最小轴径、机构特点结合来选用以下几种花键型 号：主传动轴的最小直径为 36mm，故选花键为 836407（ZdDB）齿 数为 8，小径为 36mm，大径为 40mm，齿宽为 7mm，倒角为 0.3mm，粉碎刀轴的最 小直径为 80mm，故选花键为；10828612。 （a）外花键 （b）内花键 图 3-4 内、外花键图 2.轴的结构设计： 在本次设计中主传动轴安排在箱体的中间位置，因为它上面装两个齿轮，并 且与离合器相连接，故有两个花键及一个轴有连接。为了使箱体的优化加工，应 选大小两个外径一样大的同型号轴承，齿轮 1 左边用套筒来定位，右边用轴肩定 位，两轴承分别以轴肩和套筒定位，采用过渡配合或过盈配合装入，右边齿轮 z3 的左边与轴承套筒相连，右边通过调速螺母和垫片来调节。 段即为与离合器相连接部分，它是由所造花键来确定的，初步设定长度为 73，它的直径为花键大径 d150mm。 段直径 d250（由机械设计手册查齿轮倒角 c1=2.5-3.5mm，由此段安装入 轴承，故取 c=3.5,d2=d1+2c=50+3.5*2=57mm） ，亦符合毡圈离封标准轴径，也符 合轴承内径要求。 初选 30210 系列圆锥滚子轴承，其内径为 50mm。 段安装齿轮，根据齿轮的设计，这段轴为阶梯轴，大径为 140mm，第二 阶为 76mm，初步设计这段长度为 60mm。 段为传动部分，是主传动轴最长的部分，这段主要是为了齿轮 2 和齿轮 3 河南科技大学毕业设计（论文） 19 的空间而留，为了轴的加工方便，设计这段轴的直径为 40mm，这段长度为 220mm。 段为轴肩，其直径为 48mm。 段为安装齿轮 3，为了在加工的过程中减小挽刀的次数，故在符合轴的强 度及抗扭强度上，采用与离合器相同的外花键，故这段轴的长度为 50mm，最大 直径为 50mm。 段为安装轴承，初步定轴承的型号为 30210 系列轴承，它的内径为 50mm。 段为螺纹结构，它是用来调整齿轮位置并锁紧轴承防止其轴向跳动， 它的长度为 17mm。 轴的结构设计草图如图 3-5 所示。 图 3-5 主动轴结构简图 根据这种设计方法，齿轮轴的初步设计见图 3-6 所示： 图 3- 6 齿轮轴结构简图 河南科技大学毕业设计（论文） 20 3.3 轴承的选择 3.3.1 滚动轴承的工作特性 1负荷能力 滚动轴承的负荷能力与轴承类型和尺寸有关。相同外形尺寸下，滚子轴承的 负荷能力为球轴承的 1.53 倍。滚动轴承的选用，即应该满足外载荷的要求，又 应该尽量发挥轴承本身的负荷能力。 2速度特性 滚动轴承的工作转速上升到一定限度后，滚动体和保持架的惯性力，以及极 小的形状偏差，不仅导致运动状态恶化，而且造成摩擦面间温度升高和润滑剂的 性能变化，从而导致滚动体回火或轴承元件的胶合失效。在一定负荷和润滑条件 下，滚动轴承所能允许的最高转速称之为极限转速。它与轴承类型、尺寸、精度、 油隙、保持架的材料和结构、润滑方式、润滑剂的性能和用量、负荷的大小和方 向以及散热条件等因素有关。一般来说，圆锥滚子轴承具有较高的极限转速。 3.3.2 滚动轴承类型选择原则 1轴转速较高，负荷不大，而旋转精度要求较高时，宜用球轴承，如： 6000 型。 2转速较低负荷较大或冲击负荷时，宜采用滚子轴承，如：2000 型，3000 型。 3支点跨距大，轴的变形大或多支点轴，宜采用调心轴承，如：1000 型、 3000 型、69000 型。 根据以上原则及分析，类比三门峡通用机械厂的设计数据，选用 30000 型圆 锥滚子轴承，其受力及寿命均能满足设计要求。轴承如图 3-7 所示： 河南科技大学毕业设计（论文） 21 图 3-7 圆锥滚子轴承 第四章：秸秆粉碎还田机刀具的研究 河南科技大学毕业设计（论文） 22 4.1 秸秆粉碎还田机刀具布置的研究 秸秆粉碎还田机刀辊（包裹刀轴、刀具及附件）的振动危害性非常大，不但 影响粉碎性能，而且对整机也有极大的破坏性。例如：悬挂架、机罩开焊开裂， 胶带（或链条）拉断或磨损失效等等。影响机具振动的因素很多，如刀辊、传动 系、工况等。其中刀具布置的合理性是影响机具振动的重要因素。因此，本文对 刀具布置加以研究，以使刀辊的振动减至最小。 4.1.1 刀辊振动分析 空载情况下刀辊高速旋转，受力比较复杂，可以从静态分量和动态分量两方 面来考虑。其中，静态分量包括刀辊自重、轴承支力、传动扭矩等；动态分量则 指刀辊、刀具及其附件由于旋转而产生的离心力，现有机器一般具有以下特点： 刀轴近似为匀质回转件，刀具轴向间距相等，刀具周向间距角度相等。这些特点 可保证到辊自重及其作用点在旋转过程中是变动的，实质上，刀辊正是通过轴承 支力使整机产生振动。假如能够保证动态分量平衡，轴承支力可视为不变量。这 样，刀辊自重、轴承支力、传动扭矩 3 个静态分量就在旋转过程中达到了平衡。 刀轴一般可以认为是匀质回转件，它的离心力可视为零。因此，减振的关键在于 使刀具及其附件的离心力保持平衡。 4.1.2“均力免振假设”的提出 秸秆还田机的转速一般都比较高，由于刀辊不平衡，在高速运转的状况下， 会产生较大的振动。在刀轴上合理排列刀片是减振的重要措施。目前掌握的国内 外有关这方面的资料甚少，我们在分析秸秆还田机刀片排列以及与之类似的还田 机弯刀排列，锤片式粉碎机锤片排列基础上，归纳出一些秸秆还田机刀片排列必 须遵循的原则以及不是必须满足但对秸秆还田机工作防振等有利用的原则： （1）空载旋转时刀轴受力均匀，刀片产生的离心力的合力为零，即径向受 力必须平衡。 （2）轴向相邻刀片间距以不产生实际漏切割带为原则。 （3）轴向相邻两刀片径向夹角要尽量大。 （4）相继打击秸秆的刀片的轴向距离越大越好，以免干扰和堵塞。 （5）所有刀片沿刀轴周向尽量呈等角分布，以使工作平衡，刀轴负荷均匀。 河南科技大学毕业设计（论文） 23 （6）尽量每次一组刀片打击秸秆。 （7）制造及装配要方便。 （8）功率消耗尽量小。 根据这些原则，我们进一步提出假设：某一种刀片排列方式能满足刀片在刀 辊轴向上等间分布，而在刀轴周向上等角度分布，并且满足刀辊空载时受力均匀， 径向平衡的基本条件，那么它就是能达到减振要求的优先排列。 4.2 刀具设计及选择 4.2.1 刀具结构形式选择 现在常见的甩刀有以下几种：直刀型、L 型刀、锤爪型、T 型刀等。 1L 型及其改进型 玉米、高梁等高杆作物，由于秸秆较粗而脆、刚度较好，所以此类秸秆的粉 碎多以打击粉碎为主，切割为辅，因而对刃口的锋利程度要求不高，而且都是单 支撑切割，刀片形状为 L 型，如图 41 所示。它的工作过程是高速旋转的刀片 打击秸秆，从而达到粉碎目的。理论上 L 改进型刀片要比 L 型刀片粉碎秸秆所需 的功耗小 30%40%。因为 L 型改进刀片切割秸秆是斜切，即刀片与秸秆纤维成一 定斜角；而 L 型刀片切割秸秆是横断切，即刀片垂直秸秆纤维。实际上秸秆粉碎 还有打击的因素掺杂其中，但综合作用的结果仍然是 L 改进型刀片功效好。其次， 刀片在工作过程中又不是不可避免地要打土。在同等入土深度的情况下，L 改进 型刀片接触土的总长度要比 L 型短，这样，L 改进型刀片也要比 L 型省力，所以 目前大多数用于玉米、高梁等高秆作物秸秆还田机的刀片都采用 L 改进型。目前， 此类型刀片已形成标准，代号为 ZB B9300888。 其中 L 改进型刀片几何参数见图 41（b） （40 位单面刃口刀片的宽度） 。 河南科技大学毕业设计（论文） 24 （a） L 型横断切 （b） L 改进型，斜切 图 41 L 型及其改进型 2T 型刀片 T 型刀片的特点是既有横向切割，又有纵向切割，即在切割的同时还通过刀 柄的刃部将秸秆打裂。由于它的结构复杂所以较多的用于立式摘剥机的还田机上。 3爪型刀片 爪型刀片又称锤爪式刀片，如图 42 示，它的主要工作原理是利用高速旋 转的锤爪来捣碎、撕剪秸秆。由于锤爪质量较大，且其重心靠外，旋转时转动惯 量很大，粉碎效果较好。锤爪一般采用高强度耐磨铸钢，强度大耐磨损。由于它 旋转时的能量出贮存大，常用于大中型秸秆还田机上。河北石家庄农机厂生产的 4Q 系列秸秆粉碎还田机就是使用的这种。 图 42 锤爪刀片 4.直刀片 对于香蕉秸秆还田，由于香蕉秸秆比较脆，所以香蕉秸秆的粉碎主要以打击 为主，切断为辅。因此，香蕉秸秆还田机以直刀片形式为最好。直刀片如图 4-3 所示： 河南科技大学毕业设计（论文） 25 图 43 直刀片 实验结果及设计任务的要求，此秸秆还田机是与东方红 X-824 型拖拉机配套 使用的，且直刀片适应性强，对香蕉秸秆具有较好的粉碎性能。所以选用直刀片。 根据动力学原理，甩刀的能量 T 为： 式（4-1） 22 1 20.5TmvJ 式中 J 为转动惯量， 2 Jm m 为锤爪质量，kg； 为转动物体的惯性半径 为轴转动的角速度 v 为刀片末端线速度 从式中可以看出，在一定的前提下，适当增大甩刀的惯性半径，即增加转 动惯量，就可提高甩刀的打击能量，提高粉碎质量。 4.2.2 刀片的选材及热处理 由于秸秆还田机刀片经常与泥土、秸秆等摩擦，工作条件极为恶劣，所以要 求选材要好，要有较强的耐磨性和较高的抗冲击韧性，通过比较不同材料的十几 种热处理工艺的实验结果，最终筛选出两种材料的热处理工艺，即 65Mn 合金钢 等温处理工艺和 28SiMnB 合金钢强热化处理工艺，经过这两种工艺处理后，材料 河南科技大学毕业设计（论文） 26 的各项技术指标明显提高。 165Mn 合金钢等温处理工艺 将加工好的刀片加热到 830840 保温 10 分钟后，炉内冷却到 250260 时， 保温 30 分钟正火，然后 250260 回火 2 小时。 228SiMnB 强热化处理工艺 将刀片加热到 880900 保温 10 分钟，然后用 10%的水溶液淬火，最后 在 180200 回火 2 小时。除此之外，也可采用单面氧炔喷焊工艺，这种工艺加 工出的刀片还具有自磨锐性能。 根据这两种材料对比，刀片材料选用 65Mn。 4.2.3 刀片合理密度及最佳排列方式 1刀片合理密度 通过实验可知，对秸秆还田机，并非刀片数目越多，粉碎质量越好。刀片的 数量有一个最佳值，过多或过少都会使粉碎质量下降。刀片数目过少，秸秆没有 被充分的切割打击，而是粉碎出的物料块大秆长；刀片数目过多，一方面空载功 耗大，另一方面，过多的刀片使被粉碎的物料难以很快排出粉碎室，已造成局部 暂时堵塞而影响粉碎。刀片数量的最佳值一般由刀片的密度来确定： 刀片密度 C 式（4-2） N L 式中 N刀片总数，片； L刀片在主轴上分布的长度，mm; 对于直刀片型，刀片密度取的大些，一般取 C=0.050.07 片/mm，对于 L 型 及 L 改进型一般取 C=0.020.04 片/mm，而对于 T 型刀片，C 值较小，取 C=0.01 片/mm，直刀片为 12mm/片。 2刀片的末端线速度及动能 由公式可以看出，刀片速度的大小直接影响到片动能的大小，也 2 1 2 Wmv 就直接关系到粉碎的质量。一般刀片的末端线速度为 3050m/s，粉碎香蕉秸秆 刀片速度可适当高些，速度提高了，刀片的动能就增大，粉碎质量也会更好。 3刀片的排列方式 刀片的排列方式对于秸秆还田至关重要，合理的排列方式不仅能使还田机粉 河南科技大学毕业设计（论文） 27 碎质量提高，而且还可以使还田机平衡性能好，减轻还田机的震动。这一点对于 拖拉机来讲也非常重要，还田机的震动解决不好，不仅机具本身被震坏，对拖拉 机的寿命影响也很大。目前大多数秸秆还田机采用加配重的方法解决震动问题， 这样做不仅制造繁琐，而且配重加入后不同程度地影响粉碎质量。因此探讨免震 的刀片排列方式尤为重要。 甩刀的排列方式有单螺旋线排列、双螺旋线排列、星形排列、对称排列几种。 不管那种排列均应满足： （1） 刀轴受力均匀，径向受力平衡。 （2） 相邻两刀片径向夹角要大。 单双螺旋线排列有一个共同的弊病，即在粉碎过程中，秸秆侧向移动 现象严重，使还田机有“一头沉”现象。 根据所要切割秸秆的长度要求，综合以上布置原则，参考三门峡通用机械厂 的产品，且考虑到刀具平衡问题，并且参考农业机械设计手册中旋耕机刀具布置 结构和李庆军等的“秸秆还田机具布置的研究” ，确立使用对称排列的排刀方式， 在刀柄的两端各装一个直刀片，结构如图 4-5 所示： 图 4-5 粉碎装置 河南科技大学毕业设计（论文） 28 第五章 其它零件的设计及注意 5.1 其它零件设计 在本次的设计中，主传动箱体是用在农业用途上，当传动轴在高速运转时， 一些树枝及土块飞溅上运转的轴时，将会使它们以更快的速度飞溅出去，容易造 成人身的伤害，一些柔性物质绕在运转的轴上，容易造成一些零件的损坏。故需 要轴筒把这些旋转的轴保护起来，使它不能被别的东西毁坏，也不致伤到别人。 本次设计中用到两个轴筒，它们分别是侧传动轴上的侧轴筒和粉碎刀轴上的下轴 筒。 密封法兰盘：密封法兰盘是可防止油流经轴承流到地面污染土地，密封法兰 盘上装有密封圈，它与下轴筒相联结使刀轴从法兰盘中伸出。其结构图 5-1 如下： 图 5-1 密封法兰盘图 河南科技大学毕业设计（论文） 29 5.2 设计箱体时应注意的问题 设计箱体时应考虑以下几个方面的问题： 机体要有足够的刚度，机体刚度不够，会在加工和工作的过程中产生不容许 的变形，引起轴承座孔中心线歪斜，在传动这产生偏载，影响减速器的正常工作。 因此要在设计机制是，首先保证轴承座的刚度，为此应使轴承有足够的壁厚，并 在轴承座的附近加支撑肋。 应在考虑便于机体加工零件的润滑，密封的散热，对大多数的减速器由于传 动件的圆周速度 V 小于等于 12 米每秒，故常用锓油润滑，因此机体内需要有足 够的润滑油用以润滑和散热。同时为了避免油搅动是沉渣泛起，齿轮顶到油池底 面的距离不应小于 3050mm。 机体结构要有良好的工艺性，机体结构工艺性的好坏，对提高加工精度和装 配质量，提高劳动生产率以及便于检修、维护等方面有直接的影响。故应特别注 意，在设计铸造机体时，应该考虑到铸造工艺的特点，力求形状简单、壁厚均匀、 过度平缓，金属不要局部积聚。还应该机体外形简单，校核方便，尽量避免出现 狭缝，否则沙型强度不够，在取模和浇注形成废品。 机体加工要求在设计时，应尽可能减少机械加工面积以提高劳动生产率，并 减少刀具磨损，为了保证加工精度并缩短加工工时，应尽可能减少在机械加工时 工件和刀具的调整次数，其中与螺栓头部或螺母接触的支承面，应进行机械加工， 这样可以保证机体安装的平稳性。 主传动箱体的设计图见图纸（号零件图） 在本次的设计中，由于是选用直齿圆锥齿轮，这样轴承它受两种不同的力， 一种是轴向力，一种是径向力，这样深沟球轴承就满足不了要求，故选择圆锥滚 子轴承，这种轴承既可以承受轴向力作用，同时也可以承受径向力作用。 本次设计中共选择了对不同的轴承，其中也有一个深沟球轴承，代号为 6309 系列，圆锥滚子轴承有 30010，30011，30012 三个不同系列的轴承。 5.3 附属零件的选用 河南科技大学毕业设计（论文） 30 1.放油螺塞 减速器底一般都有放油螺塞，在本次的设计中也不例外，它也有放油螺 塞它用来排出污油，注油前用螺塞封住螺纹孔，防止油流出来。 2.通气孔 减速器运行时，由于摩擦发热，使机体内温度升高，气压增大，导致润滑油 从缝隙（如剖面轴深出间隙）向外渗漏。所以多在机盖顶部或窥视孔盖上安装通 气孔，使体内热涨气体自由逸出，达到机体内外气压相等，提高机体有缝隙出的 密封性能。 3.调整垫片 调整垫片由多片很薄的软金属制成，用以调整轴承间隙，有的垫片还要起填 整传动零件（如蜗轮 圆锥 齿轮等，本次设计中调整圆锥齿轮）轴向位置的作 用。 4.密封装置 在伸出轴与可通端盖之间有间隙，必须安装密封件，以防止漏油和污物进入 机体内，造成不必要的影响。密封件多为标准件，其密封效果相差很大，应根据 具体情况的不同而选用不同的密封件。 5.轴承端盖结构 轴承端盖用以固定轴承及调整轴承间隙并承受轴承向力，轴承端盖有嵌入式 和凸缘式两种。本次设计中运用的就是凸缘式轴承端盖。 凸缘式轴承端盖调整轴承间隙比较方便，密封性能也好，所以用的较多这 种端盖多用铸铁铸造，所以要很好考虑铸造工艺。例如在设计穿通式轴承端盖时， 由于装置密封件需要较大的端盖厚度，这时应考虑铸造工艺，尽量使整