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草坪
播种机
设计
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草坪播种机的设计,草坪,播种机,设计
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目 录1 引 言12 技术任务书（JR）22.1 设计的依据22.2 产品的用途及使用范围22.3 主要技术指标和重要技术参数22.4 主要工作原理32.5 已经考虑过的若干方案的比较32.6 关键问题及其解决办法42.7 机构的功能及特点53 设计计算说明书 （SS）53.1 草坪播种机结构的方案设计53.1.1 传动比的确定53.1.2 动力参数计算63.2 圆锥齿轮的设计计算63.2.1 选择材料，热处理方式及精度等级63.2.2 按齿面接触疲劳强度设计73.2.3计算齿轮的主要尺寸83.2.4验算轮齿弯曲疲劳强度93.3 轴的设计计算103.3.1轴的设计103.3.2 轴的设计133.4 叶轮的设计163.4.1 结构尺寸设计163.4.2 驱动叶轮所需功率L173.5 地轮的构造183.6 零件的设计计算183.6.1 丝杆的设计183.6.2 键连接的选择及计算194 使用说明书（SM）194.1 使用前注意事项194.2 播种时应注意的事项195 标准化审核报告（BS）205.1 产品图样的审查205.2产品技术文件的审查205.3 标注件的使用情况205.4 审查结论216 结 论216.1 机构的创新点216.2 制造价格及应用范围21参 考 文 献22致 谢23山西农业大学工程技术学院毕业设计说明书1 引 言时间转瞬即逝，转眼之间四年的大学生涯就要结束了，回首四年的学习生活，我感到自己的收获无比丰富。四年来，我不仅认真学习了各门基础课，而且更加系统地掌握了多门专业技术课，在每次的课程设计中，我都认真对待，努力钻研。这样，通过四年的锻炼不断地提高了我的设计、绘图、识图能力。可以说，大学里的理论基础，不但使我学会了分析问题、解决问题的能力，而且更强化了我的知识结构。尤其幸运的是，我不只一次地深入工厂实习，把学到的知识应用于实习现场的具体工作中，提高了自己的动手能力，为我今后步入工作岗位打下了更好的实践基础。 本次设计的目的是培养自己初步掌握独立从事专业技术工作的能力，提高自己从事工艺和工艺装备设计的水平，使我初步掌握从事本专业科学研究工作的能力。通过毕业设计不但培养了我运用各种工具书的方法和技巧，同时也培养了我独立思考问题、解决问题的能力。通过翻阅查找各种工具书，扩大了视眼，丰富了自己的知识范围。 本次设计我是有充分准备的。我不仅准备了四年的时间来掌握各门专业课学习，而且我多次深入工厂实习，更主要的是设计期间不断地从网上、图书馆收集大量的资料，寻找各种解决问题的方法。所以说本设计我是有充分准备的，它是与生产实际相结合。它也将成为我走上工作岗位的一次重要演习，为我今后的工作打下坚实的基础。 草坪播种机设计是一个典型的机械系统设计。 提高农业的机械化和自动化程度，是实现农业现代化的重要一环。用现代化设备装备我国农业工厂，已成为一项迫切的重要任务。 实现草坪播种作业机械化的好处：节约劳动力，提高生产率和草坪质量，节约原材料和降低成本，降低劳动强度和改善环境卫生，保证操作的安全，减少草籽的浪费等。草坪播种作业机械化、自动化目前正向着高速化、通用性、可靠性、费用低、流水线自动化控制、采用新的机械工具等六个方向发展。 2 技术任务书（JR）2.1 设计的依据目前在我国已有专用草坪播种机械, 但是价格很高。通常对于播种面积不算太大, 又不是专业经营草坪种植业的单位或个人, 就没有必要专门买一台草坪播种机, 这样就给草坪播种带来很大的困难。为了解决这一问题, 经过多次对市场调查和研究, 决定设计一种简易草坪播种机。2.2 产品的用途及使用范围草坪是高度培育的特殊草地, 随着草坪面积的扩大, 品质的提高, 草坪业逐渐由单一的人工作业向半机械化、机械化、自动化过渡, 草坪作业的机械化已成为十分重要的课题。专用的草坪播种机还处于起步阶段, 草坪草种子细小,用手撒的方法不仅不易将种子撒匀, 且工作效率低, 不能满足建坪建设的要求。 通过市场调研，决定设计一种由地轮驱动的离心式草坪播种机，该机由种子箱、机架、传动装置、叶轮等部分组成, 一人即可操作, 播种者双手推动播种机，种子箱下的旋转叶轮便会把种子吹出去, 下种口的大小可调, 播种量的多少调节下种速度。此播种机体积小、质量轻、结构简单、灵活耐用, 不受地形、环境和气候的影响, 不仅适用于大面积建坪, 更适用于在复杂的场地下建坪使用。2.3 主要技术指标和重要技术参数计划设计播种机的主要设计参数：1） 外形尺寸：519mm380mm800mm2） 功率：417W3） 轮子转速：64r/min4） 力矩：=62224Nmm5） 净质量：40kg6） 变速要求：单级7） 叶轮半径：0.1m2.4 主要工作原理本次设计的手推式播种机主要利用轮子运动传动变速箱中的锥齿轮实现飞轮的高速运动的功能。播种机工作时由人推动机器行走，驱动地轮带动安装在齿轮箱内的一对锥齿轮转动，固定在被动锥齿轮轴上的叶轮在锥齿轮的驱动下高速旋转。种子箱内的种子靠重力通过种子箱底部的落种口经过丝杆和圆锥下料筒下落到转动的叶轮边缘，在叶轮风力的作用下撒布于地表。在被动锥齿轮轴伸入种子箱底部的端头，安装有搅种装置，可将种子顺利落入撒种盘。撒种量可通过改变落种口开度来调节。2.5 已经考虑过的若干方案的比较我所设计的手推式草坪播种机首先要通过一个传力构件将人力传递出去。为了让操作者在正常行走速度下操作，传递出去的力应通过增速机构继续传递。因执行播种动作的叶轮的相对运动方向与人行进的方向垂直，经前面增速机构传递过来的运动都需要再经过一级转换机构传递到执行构件。通过分析得到手推式草坪剪草机的组成框图，如图21所示。图21手推式草坪剪草机的组成框图能实现草坪播种的方法较多，但各有利弊，具体分析如下：（1）用手撒 草坪草种子细小，用手撒的方法不仅不易将种子撒匀, 且工作效率低, 不能满足建坪建设的要求。（2）用铁筛撒 用铁筛虽然避免了用手撒的弊端，但浪费时间，且人力消耗量大，不能满足一般草坪的建设要求。（3）用播种机 用播种机，可避免以上两种方法存在的问题，使所设计的机器小巧，且可灵活操作。因此，我们选择设计手动式播种机。手动的形式又有手摇动和用手推动两种。机械容易实现的是简单的转动和往复直线运动，如果用手摇动手柄实现执行构件的往复移动，由于播种机还要靠人力推着向前行进，操作者要完成的动作过多，操作不方便。要使操作者只通过简单的操作即可完成播种动作，可以用手推播种机向前行驶，靠播种机轮子的转动将转动运动转变成叶轮的往复旋转而输出到执行构件。显然设计成手动式草坪剪草机是合理而可行的。2.6 关键问题及其解决办法增速机构的设计：用组合法实现增速为了让操作者在正常行走速度下操作，传递出去的力应通过增速机构继续传递。由于转换机构的运动输入构件作定轴转动，这样在播种机动力输入构件轮子和转换机构的运动输入构件之间，可以采用链传动，带传动和齿轮传动。为了使所设计的剪草机结构紧凑，可以采用齿轮传动。而齿轮传动有直齿圆柱齿轮传动，斜齿圆柱齿轮传动，直齿锥齿轮传动和蜗轮蜗杆传动等。但是蜗轮蜗杆传动的效率低，一般是蜗杆主动，且轴线空间交错，应用到播种机械中，会使支撑结构复杂。直齿圆柱齿轮传动和斜齿圆柱齿轮传动的轴线相互平行，不能起到两轴垂直的作用，因此，可选择直齿锥齿轮传动作为增速机构。机构组成方案如图22所示。 图2-2 机构简图2.7 机构的功能及特点（1） 该机采用地轮齿轮传动结构，结构紧凑，体积小，质量轻，噪音小、无污染，使用方便、灵活，适合一般草坪的播种；（2） 无需引擎驱动，使用安全、可靠，便于维护；（3） 播种幅宽为1m，外形尺寸（长宽高：586369200mm）,质量40kg（材料由45钢制作）；（4） 采用耐用的铸铝底盘和结构件，具有永不生绣、永不卷曲变形的特点；（5） 地轮半径为0.25m，且一个轮子装上寿命长的球轴承，使播种机转弯时易于推动；（6） 金属手柄易于折叠，以减少包装尺寸，手柄长度可伸缩，对于不同身高的操作者同样适用；（7） 撒种部分独特的设计可防止种子堵塞出口通道；（8） 外观造型美观，更适合家庭用户的审美要求；（9） 播种的效果较理想，且成本低，是一般草坪播种的首选产品。 3 设计计算说明书 （SS）3.1 草坪播种机结构的方案设计3.1.1 传动比的确定根据运动学基本原理，在忽略种子与撒种盘之间摩擦的情况下，传动比为： （1）式中 Rd-地轮半径 D-撒种幅宽 r-撒种盘半径 v-行走速度 H-撒种盘离地高度 g-重力加速度在确定行走速度v时，既要保证播种机在种子箱装满种子后，播种机能够正常作业，又要保证机组有较高的作业生产率，以速度v=6km/h来设计；考虑到我国一般草坪地块面积小，幅宽窄的特点，撒种幅宽D设计为1m，设计参数Rd=0.25m，r=0.1m，H=0.55m。则按式（1）计算出地轮驱动离心式播种机所需的传动比i=3。 3.1.2 动力参数计算草籽较轻，容易甩出，不需要过大的载荷，故假设人的推力为F=250N，所以两个地轮上所受力的大小为：F1=F2=125N地轮提供转矩带动撒种盘进行机械运动，假定撒种盘所受的力全部来自地轮。则：P轮=Fv=417W地轮转速：n=64r/min 初选8级精度直齿锥齿轮 滚动轴承（球轴承） 齿轮传动轴承（滚子轴承） 传动机构总效率：0.950.9920.98=0.903轴上的所传递的功率大小为：=4170.99=413(W)轴上的所传递的功率大小为：=4130.950.98=396(W)轴上的转速大小为：=147.69(r/min)轴上的转速大小为：=443.09(r/min)3.2 圆锥齿轮的设计计算圆锥齿轮的设计直齿锥齿轮加工多为刨齿，不宜采用硬齿面，计算步骤如下：3.2.1 选择材料，热处理方式及精度等级（1）齿轮材料。热处理方式由参考文献1表6-7和表6-8并考虑HBS1=HBS2+（3050）HBS的要求，小齿轮选用40Cr，调质处理，齿面硬度241286HBS，大齿轮选用42SiMn钢，调质处理，齿面硬度217255HBS。（2）精度等级。估计圆周速度不大于3m/s，根据参考文献1表6-5，初选8级精度。3.2.2 按齿面接触疲劳强度设计1）确定公式中的各参数值（1）选齿数。小齿轮齿数z1=24,z2=uz1=72（2）确定极限应力，由参考文献1图6-32，按齿面硬度中间值260HBS，查得小齿轮。由参考文献1图6-32，按齿面硬度中间值230HBS查得大齿轮。（3）确定寿命系数ZN。由题意可知：ZN1=ZN2=1。（4）许用应力由参考文献1表6-9查得，SHmin=1。由参考文献1式（6-20）得 （5）载荷系数K。考虑锥齿轮是悬臂布置，由参考文献1表6-10取K=1.2。（6）计算小齿轮传递的转矩T1 （7）齿宽系数。取。（8）节点区域系数。（9）确定材料系数。由参考文献1表6-11查得。2）计算和（1）小轮大端分度直径 （2）小齿轮齿宽中点的分度圆直径 （3）圆周速度： 故8级精度合适。3.2.3计算齿轮的主要尺寸1）模数 圆整取。2）实际大端分度圆直径 3）锥距 4）齿宽 5）分度圆锥角和 ， 6)当量齿数 3.2.4验算轮齿弯曲疲劳强度（1）确定极限应力。由参考文献1图6-34，按齿面硬度中间值260HBS，查得小齿轮，由参考文献1图6-34，按齿面硬度中间值230HBS，查得大齿轮。（2）确定寿命系数YN1和YN2,由题意可知：YN1 =YN2=1。（3）确定最小安全系数。查参考文献1表6-9得。（4）确定许用应力。 （5）复合齿形系数和。查参考文献1表6-12得 ，（6）计算弯曲应力： 所以齿轮弯曲强度足够。3.3 轴的设计计算3.3.1轴的设计（1）选择轴的材料该轴无特殊要求，选择45钢调质处理，=640MPa（2）初步估算轴径按扭转强度估算输入端的最小轴径。按45钢，取C=116根据公式，此轴头上有一键槽，将轴径增大5%，即dmin=（16.341.05）mm=17.15mm,取dmin=18mm（3）轴的结构设计1）轴上零件的轴向定位 大齿轮在轴上为对称定位，左右两端靠套筒定位，装拆，传力较为简单；两端轴承常用同一尺寸，以便于加工、安装和维修；为便于拆装轴承，轴承处轴肩不宜太高。 2）轴上零件的周向定位 齿轮与轴的轴向固定采用普通平键联接。根据轴的直径查得齿轮处的键截面尺寸为，配合为，滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制。 确定各段轴径和长度通过确定定位轴肩高度，从左轮子连接处向右取。 考虑轴的结构工艺性考虑到轴的结构工艺性，在轴的左端和右段均制成倒角 （4）轴的强度演算 经结构设计之后，各轴段作用力大小和作用点位置、轴承跨距、各段轴径等参数均已知。1) 齿轮上作用力的大小转矩：=62224Nmm齿轮端面分度圆直径： 圆周力：径向力：轴向力：受力简图5-1所示： 图3-1垂直面上受力简图2）求垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩 截面C处的弯矩为：(Nmm)(Nmm) 图3-2垂直面上截面的弯矩3） 求水平面上轴承的支反力及主要截面的弯矩：截面C处的弯矩为：(Nmm) 图3-3水平面上截面的支反力4） 截面C处垂直面和水平面的合成弯矩为：(Nmm) (Nmm)图3-4水平面上截面的弯矩及合成弯矩5）按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，取该截面上的计算应力：通过查表可知：材料为45钢，调质处理的许用应力为，由于，故安全。3.3.2 轴的设计（1）选择轴的材料该轴无特殊要求，选择45钢调质处理，=640MPa（2）初步估算轴径按扭转强度估算输入端的最小轴径。按45钢，取C=116根据公式，此轴头上有一键槽，将轴径增大5%，即dmin=（11.171.05）mm=11.72mm,取dmin=12mm（3）轴的结构设计1）轴上零件的轴向定位 小齿轮在轴上为对称定位，上下两端靠套筒定位，装拆，传力较为简单；两端轴承常用同一尺寸，以便于加工、安装和维修；为便于拆装轴承，轴承处轴肩不宜太高。 2）轴上零件的周向定位 齿轮与轴的轴向固定采用普通平键联接。根据轴的直径查得齿轮处的键截面尺寸为，配合为，滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制。 确定各段轴径和长度通过确定定位轴肩高度，从上向下取。 考虑轴的结构工艺性考虑到轴的结构工艺性，在轴的左端和右段均制成倒角 （4）轴的强度演算 经结构设计之后，各轴段作用力大小和作用点位置、轴承跨距、各段轴径等参数均已知。2) 齿轮上作用力的大小转矩：=19310.18 Nmm 齿轮端面分度圆直径： 圆周力：径向力：轴向力： 图3-5轴垂直面上受力简图2）求垂直面上轴承的支反力及主要截面的弯矩 截面C处的弯矩为：(Nmm)(Nmm)图3-6轴垂直面上截面的弯矩3)求水平面上轴承的支反力及主要截面的弯矩：截面C处的弯矩为：(Nmm)图3-7轴水平面上截面的支反力4)截面C处垂直面和水平面的合成弯矩为：(Nmm) (Nmm)图3-8轴水平面上截面的弯矩及合成弯矩5)按弯扭合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面强度，取该截面上的计算应力：通过查表可知：材料为45钢，调质处理的许用应力为，由于，故安全。3.4 叶轮的设计选择材料：因为草籽质量轻，材料无特殊要求，选用45号刚调质处理，叶片厚度1mm，制造上多采用整体铸造结构和分体铆接或焊接等工艺方法来实现，这也是由其结构特点所决定的。3.4.1 结构尺寸设计 图6-1叶轮形式如图所示，离心风机的主要结构参数如下。叶轮外径, 常用D表示；叶轮宽度, 常用b表示；叶轮出口角,一般用表示。叶轮按叶片出口角的不同可分为三种:前向式叶片弯曲方向与旋转方向相同, 90(90 160)；后向式叶片弯曲方向与旋转方向相反, 90(20 70)；径向式叶片出口沿径向安装,= 90。 根据播种机行走速度和撒籽幅宽，初设叶轮直径D1=20cm，叶片数Z按经验公式估计：Z=D1为叶轮外径，单位厘米。所以叶片数取6片。叶片倾角 3.4.2 驱动叶轮所需功率L 当叶片数目有限时，由于流体流动方向的变化，叶片理论压头公式为： （1）式中：Hth为叶轮压头；u为圆周速度；v为径向速度。飞轮对气体作功： （2）式中：k为多变系数；R为气体常数；G为输送的流体总量；n为多变指数；TT0为入口全温；为容积效率。设叶轮入口处风速为v1m=16m/s，=0.75，则入口全温：由（2）式：3.167(KW)4.22(KW)如果叶轮的效率=0.54，则轴功率：Ls=Lt/0.54=7.81(KW)由,得293K时气体重度，故驱动叶轮所需轴功率L为：0.3338(KW)，故符合设计功率。3.5 地轮的构造 地轮由两个个直径为50cm 的小车轮及其连杆组成。两个地轮是由长轴的两端按轴的垂直方向各焊有一对长13cm的平行小铁板来固定, 小铁板下端有固定行走轮轴的陷口, 使地轮固定。长轴被套在大三角铁后面的两个宽铁环内, 长轴上设有凸出物使得长轴在宽铁环内只能转动, 不能左右串动。在长轴的中间, 对准双杆手柄的一个级杆处, 在长轴上焊有一个长75cm 的单铁杆柄, 其方向与长轴两端的两平行小铁板恰好反方向，使人推上播种机能够顺利行走。3.6 零件的设计计算在该播种机上所用的一些附件都是一些标准件，它们一共有丝杆、键和垫圈。3.6.1 丝杆的设计此丝杆受力不大，无特殊要求，选用45号钢。热处理：调质HB220-270，高频淬火HRC45-48。因为丝杆直径已经标准化，所以在设计丝杆时，直径不能任意确定。我国所规定的丝杆直径系列为：30，45，65，（85）90，（115）120，150，200。一般情况下，确定的丝杆直径应符合此系列。故，选用丝杆直径为30mm。螺旋角：物料为草籽，选用=30丝杆螺槽深度：h=0.2D=6mm丝杆与套筒间隙的确定：=（0.003-0.005）D，取=0.005D=0.15mm3.6.2 键连接的选择及计算中间轴和齿轮用键联接的选择和强度校核 齿轮与轴的键联接 选用圆头普通平键（型）按轴径d=20mm及轮廓长l=78mm,查表14-1,选键1870GB1096-79.强度校核 键材料用45钢，查表得许用应力，键的工作长度，按公式得挤压应力：虽然略大于，但齿轮与轴是采用过盈配合，靠联接擦力传递部分转矩，故联接的强度是足够的。4 使用说明书（SM）4.1 使用前注意事项播种机在路上行走时， 可将离合器拉起,，使被动轴与主动轴分开，只有两个地轮着地，这样便于远距离和播过种的区域的行走。如果需要播种，在被播地段上，将离合器拉下，两轴自然结合，然后开始播种。如果播种籽量不适宜，可调节下种口大小，在小范围内调整播种量。播种后出苗特征为：苗幅宽为4cm 左右，两苗幅间宽为56cm 左右，这样出苗后24 个月便可长满苗幅间空处。4.2 播种时应注意的事项（1）草坪床应疏松，表层不能有过大的石块或大的硬土块及其他草根类杂物。（2）草坪床应该尽量平整，坡度不能过大。5 标准化审核报告（BS）5.1 产品图样的审查手推式草坪播种机的传动装置和叶轮风扇的设计已经基本完成，现以具备全套图纸和一线基本数据，根据有关规定，对其进行标注化审查，结果如下： （1） 产品的图样完整、统一、表达准确清楚、图样清楚。符合GB4440-84、GB-83机械制图的规定。（2） 产品图样公差与配合的选择与标准符合GB/T1800、3-1998的规定。（3） 产品图样的编号符合JB/T5054.5-2000中华人民共和国机械行业标准产品图样及设计的完整性。（4） 图纸的标题栏与明细栏符合GB/T10609. 1-1989GB/T10690. 2-1989的规定。（5） 产品图样粗糙度的标注符合GB131-83表面特征代号及注法的规定。（6） 产品图样焊缝的代号符合GB324-80焊缝代号的规定。5.2 产品技术文件的审查（1） 产品的技术文件名称、术语符合ZB/TJ01和0351-90产品图样及设计文件术语及有关标准的规定。（2） 量和单位符合GB3100GB3102-93的规定。（3）技术文件所用的编码符合JB/T8823-1998机械工业企业计算机辅助管理信息分类编码导则的规定。（4）技术文件的完整性符合JB/T5054.5-2000产品图样及技术文件完整性的规定及农机部门的有关具体要求。5.3 标注件的使用情况本设计所用的紧固件均采用标准的螺栓，材料及材料代号也符合国家标准和部颁标准的相关规定。5.4 审查结论经过对播种机装置和传动设计的标准化审查，认为该设计基本贯彻了国家最新颁发的各种标准，图纸和设计文件完整齐全，符合标准化得要求。6 结 论6.1 机构的创新点（1） 从机构运动的功能出发，按变异组合法和类比法完成机构的构件和设计;（2） 在作品样机加工前，使用三维造型软件进行三维造型、虚拟装配和运动仿真，从理论上验证设计的可行性，然后进行样机制作；（3） 无引擎驱动，节省能源，无污染（噪音、废气），采用绿色环保设计；（4） 外观造型新颖，推杆可折叠伸缩，适合家庭用户使用；（5） 采用齿轮机构（实现增速），提高整机的工作效率，解决了手动播种机工作效率不高的问题；（6） 产品成本（制造和使用成本）低，符合广大用户购买能力的要求。6.2 制造价格及应用范围根据目前市场实际:：制造原材料费用80120 元，手工费: 6080 元，因此总造价在200元以内。目前使用于我国大部
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