毕业设计（论文）-小型烟草培土机的设计（全套图纸）.pdf

设计题目：设计题目： 小型烟草培土机的设计小型烟草培土机的设计 专业年级：机械设计制造及其自动化专业年级：机械设计制造及其自动化 2011 级级 学学 号：号： 姓姓 名：名： 指导教师、职称：指导教师、职称： 2015 年年 5 月月 27 日日 目录目录 摘 要 . I Abstract . II 第一章 绪论 . - 1 - 1.1 课题背景 . - 1 - 1.2 国内外现状 . - 1 - 1.2.1 国内现状 . - 1 - 1.2.2 国内现状 . - 3 - 1.3 本文研究的主要内容 . - 4 - 第二章 培土机的工作原理与动力分析 . - 5 - 2.1 烟草培土机的工作原理 . - 5 - 2.2 动力分析 . - 5 - 第三章 动力机构的选择和计算 . - 6 - 3.1 动力的选择 . - 6 - 3.2 动力传动部分的设计方案 . - 7 - 3.3 传动比的分配计算 . - 8 - 3.3.1 动力轴至培土刀传动比的分配 . - 8 - 3.4 第一级链传动设计 . - 9 - 3.5 第二级链传动设计计算 . - 12 - 3.6 中间轴的设计 . - 14 - 3.6.1 分析中间轴的功率, 转速，转矩 . - 14 - 3.6.2 初步确定轴最小直径 . - 15 - 3.6.3 轴的结构设计 . - 15 - 3.6.4 轴上载荷的计算 . - 17 - 3.7 培土轴的设计 . - 20 - 3.7.1 培土轴材料的选用 . - 20 - 3.7.2 分析培土轴的功率 P3，转速 n3，转矩 T3 . - 20 - 3.7.3 初步确定轴最小直径 . - 21 - 3.7.4 轴的结构设计 . - 21 - 3.7.5 轴上载荷的计算 . - 22 - 第四章 烟草培土机的主要机构设计 . - 26 - 4.1 培土刀部件的设计 . - 26 - 4.2 限深装置的设计 . - 27 - 4.3 调整挡泥板的设计 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第五章 总结 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 I 摘摘 要要 目前，我国南方山区烟田培土大多数仍采用传统的人畜力作业方式，作业质量差， 培土高度受到制约，且工作效率低，生产成本高。推广应用培土机械化技术，对于降低 农民劳动强度、促进农业增效、农民增收有着重要意义；对烟田沟底垄面进行培土除草 是烟田耕作的重要组成部分，是保证烟草产量和质量的主要环节之一，目前所用的培土 机均无垄面除草装置，工作过程中直接把沟底的土翻到垄面上，将杂草覆盖，治标不治 本，杂草的生长与烟草竞争养分，不利于烟草的成长。本设计采用增加除草刀的方式， 清除垄面杂草， 同时在两边采用特殊挡泥板装置， 可实现培土时不需人工辅助遮挡烟叶， 有效做到培土过程中对烟叶的保护。本设计针对上述机械，运用大学所学知识对该机的 主要工作部件进行设计研究。 关键词：关键词：烟田培土机；培土；除草；培土刀 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 II Abstract Tobacco field soil are still using the traditional manual mode of operation in hilly area of South China, It is very backward that ridging height is restricted,and the work efficiency is low, It have important significance to promote mechanization technology for reducing the labor intensity of farmers and Promoting agricultural efficiency. To earth up on tobacco field furrow is an important part of tobacco farming, At present, ditching bottom soil over the ridge directly when the machine works. It is not conducive to the growth of tobacco that the growth of weeds and tobacco competition for nutrients, This design uses the weeding wheel to clear the ridge weeds, and fender supporting device can effectively protect the tobacco leaf. This design using the University of knowledge to research the main working components. Keywords: Tobacco ridging machine; Hilling; Hoe; Hilling knife - 1 - 第一章第一章 绪论绪论 1.1 课题背景课题背景 福建是中国引入烟草种植较早的地区之一， 随后在省内外广泛传播种植。 仅在 2008 年，福建省考烟累计生产有 288.6 万担，从事烟草种植的烟农就有 8.9 万户。在龙岩、 漳州、三明、南平等地都有大量的烟区。但是随着烟农人口的老龄化，烟农也在不断的 减少。烟草种植面临着巨大的考验和转型。在福建这个丘陵地带的山区烟田里如何减少 劳动成本，减轻劳动强度，提高生产利润就成为了一个挑战。 培土作为烟草种植的重要农事操作。故此，根据现有的劳动群体，劳动环境，小 型烟草培土机就在烟田培土中扮演着一个重要的角色。 1.2 国内外现状国内外现状 1.2.1 国外现状国外现状 日本是个发达国家，也是一个高度机械化种植烟草的国家，为了提高了劳动效率， 减轻了劳动强度。日本所设计开发的烟草农业机具有很强的适应性和实用性。日本烟草 农业机械化体系及其主要机种型号： 表 1-1 日本烟草农业机械化体系及其主要机种型号 作业体系 拖拉机式牵引类 乘坐式耕耘机，田间管理 机类 起 垄 盖膜 起垄盖膜 同时进行 土壤消毒 万应盖膜 RCA910.1210 RCZ910.1210+土壤消毒机 双轮转 RWA910.1210 YDSID 烟叶起垄专用轮转+土壤消 毒机 RX-TD18 （23）（27） +PM209-1 双轮转+土壤消毒机 乘坐式耕耘机+起垄盖膜 同时土壤消毒机 UP-2.HIC RB40UP.CRTH 高 垅 整 形 盖 膜 配 套 AR3B 土壤消毒机 RIRI-UPZ （7S0075-5000） UP-Z.HIC - 2 - TWR1301+PM209-1A 双 轴 轮 转TRA-UP （7S0431-00150） 双轴轮转用土壤消毒机 （7S0075-52000） 装 有 除 草 剂 施 播 器 的 YSR1101 起垄盖膜 万 应 盖 膜 （ 小 垄 用 ） RCA910.1210RCZ910.1210 双 轮 转 （ 大 垄 用 ） RWA910.1210.RWA90.120TW R1301 烟 田 起 垄 专 用 轮 转 RX-TD18（23）（27） 烟叶专用轮转 （7S0340-00150） 乘坐式耕耘机+双轴轮转 TRA-UP 轮转 RB 烟田整形 器配套 4 （7S0022-52000） 乘坐式耕耘机+中、 大垄用 双轮转（7S0340-00020） 盖膜 多 用 高 级 盖 膜 机 （7S0060-130010） 育苗 烟叶专用肥料土 H-150 育苗成型苗育苗用 底盘 那勃勒肥料土（高肥料持续型） 那勃勒专用 育苗箱 烟叶用育苗盘 “洋马”育苗盘 30 角-128 孔（全自动移植机用) “洋马”育苗盘 42 角-72 孔（全自动移植机用) “洋马”育苗盘 45 角-55 孔 （手栽， 一般移植机用） 大垄培土 大垄培土 SYR1101（管理机）+培土卡爪 V600+培土整形机无培土栽培 MK5（管理机）+苗根入土机 底叶处理打顶 垄间作业车 管理作业车 MP-2 - 3 - 沟内做通路 沟内残土处理机 HK3DX， 40TAK 采收 垄间作业车 TS-340AV 割杆机 烟杆收割机 BTM-2000 起膜 起膜机 残杆处理 残杆处理机、残杆切碎机、残杆拔根机 KB-2、拔根 切碎机 KB-3C。 在日本市场的占有率最高的文明农机。其产品是 AP-1 型烟叶田间管理车可以完成 施肥、移栽、打顶、喷药、化学除芽、采收、田间运输等多项作业，它是日本烟草生产 上使用最广的烟草农业机械。又如，日本第二大农机公司洋马农机公司在烟草农业机械 的开发研制上依靠其兄弟公司洋马发动机公司，采用世界上最先进的小型化、低噪 音技术，凭借其雄厚的技术优势，开发的机械具有体积小、重量轻、自动化程度高等特 点，其烟草农业机械自成体系，包括土壤消毒机、施肥机、起垄机、盖膜机、移栽机， 各种田间管理机、作业机、防除机、作业车等门类十分齐全。 图 1-1 大葱培土 1.2.2 国内现状国内现状 烟草方面的纳税总额都占据着国家财政收入的一席之地。 就我国而言， 2015 年年初， 中国烟草制品业业务收入高达 2184.2 亿元，其利润总额达 335.5 亿元。无论世界各地， - 4 - 几乎每个国家都在种植烟草和销售香烟。 国内培土机研发起步较晚，现用培土机主要有犁刀式、圆盘式、铣盘式、弹齿式、 螺旋式等多种类型，多与手扶拖拉机配套。其中、比较先进的为中农机械生产的中农牌 1ZG4 型号的中耕培土机。这些机具多数主要适应于甘蔗、大葱等作物培土，用于烟草 培土尚存在一定问题，表现在用这些机具作业时，容易伤及烟叶，且土壤易把烟叶压住 或培土不到位等。通常在使用这些机具作业时要人工预先把烟叶用幔布遮起，会浪费许 多劳动力。因此、开发完全机械作业的培土机，且能适应平原和山区，是目前的趋势。 1.3 本文研究的主要内容本文研究的主要内容 本文主要是针对传统烟草培土实现机械化操作，具体研究内容如下： 1) 烟草培土机的相关理论知识概述； 2) 烟草培土机总体方案选择； 3) 完成烟草培土机的主要机构设计； 4) 培土参数选择； 5) 绘制图纸并完成设计说明书。 - 5 - 第二章第二章 培土机的工作原理与动力分析培土机的工作原理与动力分析 2.1 烟草培土机的工作原理烟草培土机的工作原理 我国南方地区（秦岭淮河以南）多为低山丘陵，田地多为小区域分布，有些甚至在 石缝里，大型的农业机械不适用，该地区的农业机械大多体积小、质量轻、行动灵活， 本次设计的小型烟田培土机主要用于烟田垄沟培土、 垄面除草， 其主要组成部分为机架、 挡泥板、限深杆、限深轮、除草刀，培土刀。 图 2-1 培土机的整机图 1机架，2档泥板，3限深杆，4限深轮，5除草刀，6培土刀， 2.2 动力分析动力分析 动力一部分通过输出链轮传递到中间轴，再由中间轴将动力分别传递到除草刀和培 土刀。除草刀安置在培土轮的外侧。机架两侧安装有挡泥板和固定一个限深装置，限深 轮上没有，除草轮除去两边垄面杂草时能有效避免烟叶受到损害，接着旋耕刀对沟底进 行培土，并把土抛至垄面，完成先除草后培土作业。 - 6 - 第三章第三章 动力机构的选择和计算动力机构的选择和计算 3.1 动力的选择动力的选择 汽油发动机的燃料是汽油。众所周知汽油粘性小，易蒸发，当汽油喷射到发动机气 缸，当气压和温度达到爆点，火花塞启动装置，气体爆炸开始做功。汽油机相对柴油机 的特点是转速高，其构造简单，重量轻而且造价低，在运转过程中也相对平稳。 与柴油发动机进行对比，汽油机比柴油机的噪声相对来说更低，运动平稳、即使在 冬天也容易发动、发动机有效转速相对范围大（1000-7000rpm）、响应速度也比柴油机 快等特点。 图 3-1 汽油机 柴油发动机的动力来源是由柴油燃烧爆炸所释放的能量来提供动力的发动机。 德国 发明家鲁道夫狄塞尔（RudolfDiesel）在 1892 年经历了不断努力发现的，在历史上 为了纪念这位科学家，Diesel 就是用来命名柴油机的。 柴油发动机的工作原理过程与汽油发动机的工作原理大同小异，其每个工作循环包 含了进气、压缩、做功、排气四个工作行程。由于柴油是柴油机的燃料，它的粘度相对 汽油来的大，也容易蒸发，但是柴油的自燃温度相对汽油来说来的低，因此柴油机可燃 混合气的混合和爆炸方式都与汽油机有所不同。不同之处主要表现在柴油发动机混合气 在气缸中是压燃的，而汽油机在气缸中是点燃。 汽油发动机相比柴油机其燃油更加经济适用、尾气中有害物质相对更少、在低速工 作中扭矩也比柴油机更大等特点，在欧系汽车中更多适用它，由于它的环保性能。而对 于工作中的平稳性、噪声等缺点，在欧洲先进汽车工业模式下再也不是什么难题，柴油 机性能在时代的发展下虽然已经和汽油机相差无几。但是我们还在从自重方向上考虑进 行选择。 综合小型培土机的应用范围和地域，不选笨重的菜油机而选用轻便的汽油机。 - 7 - 图 3-2 柴油机 3.2 动力传动部分的设计方案动力传动部分的设计方案 链在挠性传动中，由链条和链轮组成的链传动是通过不同大小的链轮的轮齿与设定 的链条每个链节通过啮合来传动动力。 由于带传动易打滑， 链传动能保持固定的传动比， 其链传动效率高。又因链条不需要张紧，在传动的两个链轮存在一定的角度，在其轴上 有径向压力 ，不易脱链。同时链传动能低速重载和高温潮湿的环境中工作，特别是像 培土机这样的机械，经常受到土块、泥浆和瞬间过载等得的影响，依然能很好的工作， 因此本设计全部采用链传动。 图 3-3 传动系统图 - 8 - 3.3 传动比的分配计算传动比的分配计算 选用汽油机为动力： 表 1 主发动机参数 汽油机功率、转速 7.5kW 1800r/min 行走轮直径（mm） 400 小皮带轮直径（mm） 87 大皮带轮直径（mm） 231 主机变速箱动力输出轴转速（r/min） 678 表 2 主机变速箱参数 行走档位 主机变速箱行走输出轴转速 r/min 前进 1 15.60 前进 2 29.25 前进 3 38.56 前进 4 72.30 前进 5 49.93 前进 6 93.62 前进 7 64.94 前进 8 121.75 倒退 1 23.16 倒退 2 43.42 转速为 1800r/min，整机最大前进速度为约为 2.54m/s。由于整机可挂接多种中耕配 件，为适应多种配件，故将总功进行分配。查阅相关资料将，培土配套动力分配为 4kw, 故将剩余 3.5 kw 分配至走行运动 17。 3.3.1 动力轴至培土刀传动比的分配动力轴至培土刀传动比的分配 主变速箱的输出动力轴转速 n1=678r/min，本设计所选的培土刀回转中心半径 R=195mm； - 9 - 动力轴、中间轴、培土刀的转速分别记为 1 、 2 、 3 、 ；（培土速度比）的大小 对培土刀运动轨迹及培土机工作状况有重要影响：当培土刀转到一定位置时，就会出现 刀片断点绝对运动的水平分速度与培土机前进方向相反，其运动轨迹是余摆线，培土刀 能够向后切削土壤。只要刀片在开始切土时刀片端点绝对运动的水平分速度= (3-1) 06.13 0.195m 2.54m/s R V m 3 = r ad/s (3-2) 取 3 =18.06rad/s 得 n3=172.54r/min 符合要求。 n1=678r/min =70.96rad/s， 输出轴到培土刀所在培土轴的总传动比为： 总= 3 1 n n 3 1 = 06.18 96.70 =3.9 (3-3) 根据总传动比， 把传动设置为二级减速， 第一级传动比 i1=1.87， 第二级传动比 i2=2.08。 3.4 第一级链传动设计第一级链传动设计 本设计的已知条件包括：动力轴链轮转速 n1=678r/min，除草轮转速 n3=172.54r/min， 不计功率损失，主变速箱的输出功率由上可知为 4kw，预设输出功率为 4kw，传动比 i1=1.87。 （1）选择链轮齿数 Z1、Z2 由于是降速，动力输出轴为小链轮，中间轴为大链轮，链齿均取国家标准尺寸，小 链轮齿数 Z1=15，大链轮齿数为 Z2 - 10 - 2 1 Z Z 1 i 1 = ；Z2 = Z1i1=151.87=28 (3-4) （2）计算当量的单排链的计算功率 ca P 根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正为 当量的单排练的集散功率： PZAca KPKKP/= (3-5) 式中： A K工况系数, 查机械设计表 9-6（178 页）得 A K=1.0； Z K主链轮齿数系数，查机械设计图 9-13(179 页)查得 Z K=1.46； P K多排链系数，单排链为 1。 PZA KPKKP/ ca =1.01.464/1=5.84kw （3）确定链条型号和节距 P 链条型号根据当量的单排链的计算功率 ca P=5.84kW 和主动轮转速 1 n=678r/min。查 机械设计图 9-11A 系列、单排滚子链额定功率曲线得到链号为 10A，再查 表 9-1滚子链规格和主要参数得到链条节距 P=15.875mm，ISO 链号为 10A。 （4）计算链节数和中心距 初选中心距 0 a=（3050）P (3-6) 0 a=（3050）15.875mm =476.25793.75mm 取 0 a=600mm。 按下式计算链节数 LP0 - 11 - 0 2 12210 P0 22 a 2L a pzzzz p + + += (3-7) 109.32= 600 875.15 2 1528 2 2815 875.15 600mm 2 2 mm mm mm + + += 为了避免使用过度链节，应将计算出的链节数 LP0圆整为偶数，即 LP=110 节， 链传动的最大中心距为：a= )(2 211 zzLpf p + (3-8) 查机械设计表 9-7中心距计算系数 f1取 1 f=0.24970 a=)(2 211 zzLpf p +=501mm （5）计算链速 v，确定润滑方式 v= 100060 pnz1 1 = 100060 15.875mm678r/min15 =2.69m/s (3-9) 查机械设计图 9-14润滑范围选择图 ，根据平均链速与链号可采用油池润滑或 油盘飞溅润滑，查表 9-9 得到说明：采用不漏油的外壳，在链轮侧边安装甩油盘，飞溅 润滑。用甩油盘圆周速度大于 3m/s。其供油量：甩油盘浸油深度为 1235mm. （6）计算链传动作用在轴上的压轴力 FP 压轴力 FP 可近似取为 FP eFpF K (3-10) 式中： e F有效圆周力，； Fp K压轴力系数，对于水平传动 Fp K1.15；对于垂直传动 Fp K=1.05。 有效圆周力 N sm kw v p Fe98.1486 /69.2 41000 1000= = (3-11) - 12 - 链轮水平布置时的压轴力系数= Fp K1.15，则压轴力为 FP eFpF K=1710.03N 综上小结：由以上计算得出：第一级链轮，小齿轮齿数 Z1=15，大链轮的齿数 Z2 =30， 链条的链节数 LP =110 节，中心距 a=501mm。 3.5 第二级链传动设计计算第二级链传动设计计算 本段设计的已知条件包括：中间轴转速 n2min/362 87.1 min/678 1 1 r r i n =， （3-12） 当有功率的损失， 主变速箱里的功率为 4kw 来计算功率损失， 功率 P=4kW0.96=3.84kw， 传动比 i2=2.08。 （1）选择链轮齿数 Z3 、Z4： 中间轴为小链轮，培土轴为大链轮，链齿均取国家标准尺寸，小链轮齿数 Z3=10，大 链轮齿数为 Z4，则有： = 4 3 Z Z 2 i 1 ， Z4 = Z3i2=10 2.08=20 (3-13) （2）计算当量的单排链的计算功率 ca P 根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正为 当量的单排练的集散功率 ca P PZA KPKK/= (3-14) A K工况系数, 查机械设计表 9-6（178 页）得 A K=1.0 ； Z K主链轮齿数系数，查机械设计图 9-13(179 页)查得 Z K=2.8； P K多排链系数， 单排链为 1。 ca P PZA KPKK/=1.02.83.84/1=10.752kW - 13 - （3）确定链条型号和节距 p 链条型号根据当量的单排链的计算功率 ca P=10.752kw 和中间轴转速 min/362 2 rn=由图 9-11A 系列、单排滚子链额定功率曲线得到，再查 表 9-1滚 子链规格和主要参数得到 链条节距 P=31.75mm ISO 链号为 20A （4）计算链节数和中心距 初选中心距 0 a=（3050）P (3-15) 0 a=（3050）31.75mm =952.51587.5mm。取 0 a=1200mm。 按下式计算链节数 LP0 0 2 34430 P0 22 a 2L a pzzzz p + + += (3-16) mm1200 31.75mm 2 1020 2 2010 31.75mm 1200mm 2 2 + + += =91.25 为了避免使用过度链节，应将计算出的链节数 LP0圆整为偶数，即 LP=92 节，链传动 的最大中心距为：a)(2 431 zzLpf p += (3-17) 查机械设计表 9-7中心距计算系数 1 f取 1 f=0.24978 a =)(2 431 zzLpf p + (3-18) =0.2497831.75292-(10+20) =1221.29mm （5）计算链速 v，确定润滑方式 - 14 - v= 100060 z 33 pn = 100060 31.75mmr/min36210 =1.91m/s (3-19) 查机械设计图 9-14润滑范围选择图 ，根据平均链速与链号可采用滴油润滑， 方法：装有简单外壳，用油杯滴油。 （6）计算链传动作用在轴上的压轴力 FP 压轴力 FP 可近似取为 FP eFpF K (3-20) 式中： e F有效圆周力，； Fp K压轴力系数，对于水平传动 Fp K1.15；对于垂直传动 Fp K=1.05。 sm kw v p Fe /91.1 84.31000 1000 =2010.47N (3-21) 链轮水平布置时的压轴力系数 Fp K=1.15，则压轴力为 FP eFpF K=2312.04N 小结： 由以上计算得出： 培土刀第二级链轮,小齿轮齿数 Z3 =10、 大链轮的齿数 Z4 =26， 链条的链节数 P L=92 节，中心距 a=1221.29mm。 3.6 中间轴的设计中间轴的设计 3.6.1 分析中间轴的功率分析中间轴的功率, 转速，转矩转速，转矩 查机械原理表 5-1 得 2 =0.96， =3.84W0.96=3.68kW，中间轴转速： min/56.362 87.1 min/678 1 1 2 r r i n n= (3-22) mmNT= 46 2 26 2 10690.9 56.362 68.3 1055.9 n P 1055.9 (3-23) - 15 - 3.6.2 初步确定轴最小直径初步确定轴最小直径 选取轴的材料为 40cr 钢，调质处理，根据机械设计表 15-3，取=97，得： mm n p Ad21 56.362 68.3 973 3 2 2 0min = (3-24) 中间传递轴的最小直径是与培土轴链轮组成的链传动小链轮相接触的部位。 3.6.3 轴的结构设计轴的结构设计 1）拟定轴上零件的装配方案 如下图所示： 图 3-5 中间传递轴 - 16 - 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 (1)为了满足装配链轮 Z1 的轴向定位要求，轴的轴段左端配合需制出轴肩，故取段 的直径为 21mm， (2)初步选择滚动轴承 选用深沟滚子轴承，参照工作要求并根据 d=21mm，d=21mm 查机械设计课程设 计手册 表 6-1 取轴承代号为 6004 的深沟滚子轴承， 其基本尺寸为 dDB=20mm42mm 12mm，d左端滚动轴承采用轴肩定位，取定位高度 h=2mm，因此，取 d=23mm。d 右端与轴承盖配合。d右端滚动轴承采用轴肩定位，取定位高度 h=3mm，因此，取 d =30mm。d=24mm，d左端与轴承盖配合。 (3)取安装轴挡圈的轴段，查机械设计课程设计手册表 5-5，挡圈 GB/T894.1=1986, 轴径为 22mm 。d=18 mm。 (4)取安装齿轮的轴段的左端 d=25mm，齿轮的左端以夹角 120攻芽面，用螺丝固 定， 安装链轮 Z2 在轴段的右端， 链轮的右端以夹角 120攻牙面， 用螺丝固定， 至此， 已初步确定了轴的各段直径。 3）轴上零件的径向定位 齿轮、链轮与轴的径向定位均采用平键连接。由机械设计表 6-1普通平键和普 通楔键的主要尺寸取 bh=25mm14mm，键槽用键槽铣刀加工，长为 8mm，同时为了保 证齿轮、链轮轮毂与配合有良好的对中性，故选择齿轮、链轮轮毂与轴的配合为 6 7 m H ； 滚动轴承与轴的定位是由过渡配合来保证的，此次选轴的直径公差为 m6. - 17 - 4）确定轴上圆角和倒角尺寸 查机械设计表 15-2零件倒角 C 与圆角半径 R 的推荐值 ，取轴端倒角为 245，各轴肩的圆角半径见 cad 图。 3.6.4 轴上载荷的计算轴上载荷的计算 1）作出轴的计算简图（力学模型） 轴所受载荷是从轴上零件传来的，计算时，将轴上的分布载荷简化为集中应力，其 作用点取载荷分布段的中点。作用在轴上的扭矩则从传动件轮毂宽度的中点算起，把轴 当作置于铰链支座上的梁，根据轴承类型和布置方式分析支反力的作用点。 2）中间轴的受力分析 轴传递的转矩： mmNT= 46 2 26 2 10690.9 56.362 68.3 1055.9 n P 1055.9 (3-25) 链轮上的圆周力： N sm kw v p Fe7.1926 /91.1 68.31000 1000= = (3-26) 轴上所受到链轮的径向力： Fr=Ft=1926.7N (3-27) 轴上的轴向力： Fx=0N - 18 - 最大转矩： max M = FrL=1926.720=38534 mmN 3）安全系数的计算 由于是循环弯曲应力，故弯曲应力为： W M a max = (3-28) W 称为抗弯截面系数，因为截面是直径为 d 的原形，则 32 3 d W = MPa d M a 13.25 2514.3 385343232 33 max = = (3-29) 剪切应力: W T T = ,因为 W= 32 3 d ，故 (3-30) 3 32 d T T = = 3 4 2514.3 10690.932 mN =62.61MPa 查 机械设计 表 15-1 轴的常用材料及其主要力学性能 得弯曲疲劳极限 1 =355MPa， 剪切疲劳极限 1 =200MPa。 根据计算公式： ma K S + = 1 (3-31) 式中： - 19 - K 有效应力集中系数，取 K =1.80 ； 表面质量系数，取=1； 尺寸影响系数，取 =0.56； 平均应力这是系数，取 =0.42； ma K S + = 1 (3-32) 8.3 13.2542.013.25 56.0 8.1 355 = + = 计算公式： mt K S + = 1 (3-33) 式中： K 有效应力集中系数，取 K =1.28 ； 表面质量系数，取=1； 尺寸影响系数，取 =0.60； 平均应力这是系数，取 =0.29。 mt K S + = 1 - 20 - 3.1 61.6229.061.62 6.0 28.1 200 = + = S= 22 SS SS + = 22 6.16.2 6.16.2 + =1.23 故安全系数大于 S,该轴是安全的。 3.7 培土轴的设计培土轴的设计 3.7.1 培土轴培土轴材料材料的选的选用用 在本设计中，培土轴的主要作用是连接培土刀组件，以及通过旋转为培土刀的工作 提供直接动力。在材料力学中我们在知道：实心轴的切应力在横截面的半径方向上 是按线性规律分布的，即越靠近实心轴的圆心，切应力越小，实心材料不能充分发挥作 用， 若制成空心轴， 材料的抗扭截面系数和横截面对圆心的极惯性矩都会增大， 选用 40Cr, 这样既减轻了重量，节省了材料，又增加了轴的强度 18。 3.7.2 分析培土轴的功率分析培土轴的功率 P3，转速，转速 n3，转矩，转矩 T3 由上段的已知条件有： 2 =0.96， 3 =0.96 3 P=3.84kW0.960.86=3.53kW，又培土轴转速 3 n=min/339 2 min/678 2 2 r r i n = (3-34) T3mmN = 46 3 36 10874.18 339 51.3 1055.9 n P 1055.9 (3-35) - 21 - 3.7.3 初步确定轴最小直径初步确定轴最小直径 选取轴的材料为 40cr 钢，调质处理，根据机械设计表 15-3，取 A0=97，于是得 min d =mm n p A18 362 53.3 9733 3 3 0 = (3-36) 中间传递轴的最小直径是与培土轴链轮与培土轴相接触的部位. 3.7.4 轴的结构设计轴的结构设计 1）拟定轴上零件的装配方案 由于轴上有固定培土刀并采用螺栓和螺母配合锁附的安装方式，如下图采用方案是 左端轴承端盖、轴承、右端轴承端盖、轴承、链轮、轴端挡圈依从上到下，从左至右安 装，左端加端盖，如下图 3-6 所示： 图 3-6 培土轴 图 3-7 培土轴 - 22 - 2）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 (1)为了满足装配链轮的轴向定位要求，轴的轴段左端需制出轴肩，故取段的直径 d 为 25mm，的左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取轴端挡圈直径为 28mm。左端的链 轮采用螺母固定，及以夹角 120。攻芽面，以螺丝固定。 (2)初步选择滚动轴承 选用深沟滚子轴承，参照工作要求并根据 d=20mm，查机械设计课程设计手册表 6-1 取轴承代号为 6005 的深沟滚子轴承，其基本尺寸为 dDB=20mm47mm12mm， d= 20mm。右端滚动轴承采用轴肩定位，取定位高度 h=3mm，因此，取 d=31mm。 3）轴上零件的径向定位 齿轮、链轮与轴的径向定位均采用平键连接。由机械设计表 6-1普通平键和普 通楔键的主要尺寸取 bh=12mm8mm，键槽用键槽铣刀加工，长为 20mm，同时为了保 证齿轮、链轮轮毂与配合有良好的对中性，故选择齿轮、链轮轮毂与轴的配合为 6 7 n H ； 滚动轴承与轴的定位是由过渡配合来保证的，此次选轴的直径公差为 m6. 4）确定轴上圆角和倒角尺寸 查机械设计表 15-2零件倒角 C 与圆角半径 R 的推荐值 ，取轴端倒角为 245，各轴肩的圆角半径见 cad 图。 3.7.5 轴上载荷的计算轴上载荷的计算 培土机在工作过程中，刀片受三分力作用，将它们等效到轴上表现为扭矩 T。 ，径向 力 ， ，和轴向力： 。由于轴向水平分力的值较小，对刀轴及整机的强度、机组性能影响 均较小，故在此将其略去。参照过去的经验和根据查阅得出，工作在培土器轴上的力 F= 690N。 13 1）轴培土轴的受力分析 轴传递的转矩： T3mmN = 46 3