毕业设计（论文）-联合收割机割台驱动系统的改进设计（全套图纸）.doc

盐城工学院毕业设计说明书0 引言目前我国收割机按其行走方式有自走式和背负式，按底盘结构分有履带式和轮式，按其喂入方式分有全喂入式、半喂入式和梳脱式，近几年国外联合收割机发展较快，型号趋于齐全，设备不断完善，除了国内的型号外还包括以下几种形式：从割幅看，有2m左右的割幅，也有78m的割幅，从用途看，有单一型，也有多用途型。为了适应生产的需要，国外联合收割机无论从机型、机种和结构性能上都有很大的变化，主要有以下几个方面：全套图纸，加1538937061 向高效大型发展近年来，国外许多公司都生产了不少高效率的大型谷物联合收割机，这一趋势越来越明显。2 由牵引式向自走式发展由于自走式具有机动灵活、无需开道、操作方便等优点，现在各国普遍生产和使用的都是自走式联合收割机。3 向系列化、通用化发展产品实现系列化、通用化可大大缩短设计周期，降低成本，方便使用。目前世界上绝大多数厂家均成系列地生产各种大小规格的联合收割机。4 努力提高机器的可靠性和使用寿命联合收割机使用时间短，季节性强，结构复杂，价格昂贵。设法提高机器的使用可靠性和延长使用寿命，是各国近年研究改进的一个主要方向。为此各国生产机器时，广泛采用薄钢板冷弯加工成弯曲型钢来代替扁钢，采用薄壁钢管代替角钢，采用焊接结构代替螺钉或铆钉联结。既保证了必要的刚度、强度和稳定性，而且又节省了材料，减少了材料规格及紧固零件的品种，这就大大有利于组织生产。在零件结构设计上，注意提高强度，增加刚性。不论是机架、割台壳体还是输送过桥都加厚了墙板，加强了骨架；割台绞龙叶片加厚；拨禾轮多采用薄板冲压幅板，大直径薄壁圆管轴；割刀驱动机构采用油浴密封式摆环箱，使割刀工作平稳寿命长。5 广泛采用先进技术，提高机器工作性能 为了提高机器的作业质量并使其高效、安全、可靠地工作，现代联合收割机上广泛采用各种电子仪表监视装置以及电器、液压控制和液压驱动等先进技术。6 不断改善驾驶员的工作条件改善驾驶员工作条件，提高工作环境的舒适性是增加作业时间、提高工效和收割机质量的重要保证。此外，世界上许多厂家近年来还生产了许多坡地型联合收割机。HL6000C型联合收割机是一种自走履带式半喂入型联合收割机，此类联合收割机的优点主要有：1.谷粒损失小；2.割茬低且能收割倒伏作物；3.脱粒清选功能小，易清选；4.水田通过性好。因其具有以上这些优点，此类联合收割机得到了较大的发展和推广，但由于其结构复杂，虽经过了比较长的一段时间的发展，在使用过程中仍然还存在着一些问题。为了提高收割机的质量，解决一些问题，本文通过对其总体结构的介绍和割台驱动系统的分析，找出其存在的问题，并通过分析计算解决一些实际问题。割台作为联收割机的首要部分，由分草板，分草杆、扶禾装置、拔禾装置、割刀、脱粒深浅装置，导流杆、压杆、传动链组成。其工作原理及作用为：工作时首先分草杆将田间作物分成收割及待收割区，分草板将收割区内作物分成四行（或三行），扶禾装置将倒伏的或直立的作物扶直，经割刀切断后，由扶禾装置将其传送到脱粒深浅装置（又叫升降台或向心台）并经导流杆的真确导向，使作物以合理的姿势准确地送至脱粒系统。整个过程是一个切割及输送的过程。在此过程中会经常出现一些问题，影响联合收割机的正常运作，有时甚至会使得整个机器瘫痪，如割刀的断裂、驱动轴的断裂等等。因此在整个联合收割机的设计及使用过程中，割台部分的设计及改进是尤为重要的。本文首先对联合收割机的总体结构进行介绍和分析，其次主要针对其割台驱动系统部分存在的问题进行分析，再次通过分析计算提出解决方案，并对其主要零件进行工艺分析。1. 联合收割机总体结构1.1 联合收割机的总体设计原则谷物联合收割机的设计包括零部件设计和总体设计两方面。一台机器设计的好坏固然与每个零部件的设计有关，但对整机性能起决定作用的却是总体设计，如果在设计中对整体缺乏全盘考虑，即使各部件的设计是良好的，但组合在一起却不一定获得好的效果，因此，在进行谷物联合收割机的设计时，考虑总体原则是十分必要的。进行总体配置就是要合理地布置各部件的位置，从而进一步确定机器的总体尺寸，估算机器的质量和重心位置，确定传递路线，设计并布置操纵机构及驾驶台，安排附件等。总体配置对联合收割机的整体性能起决定作用，不同类型的谷物联合收割机，其总体配置有不同的特点，但可将其共同的要求归纳为以下原则。（1）.工艺过程连续顺畅。在配置工作部件的相互位置和尺寸时，应该特别注意工作部件生产率的平衡，保证谷物流的均匀连续，避免出现超负荷的部分。（2）.正确配置机器的重心。在配置工作部件时，应考虑整机的重心位置，使各轮轴上的负荷分配合理。（3）.创造良好的驾驶工作条件。驾驶员应处于最利于工作的位置，割台前面的主要工作区域均应在视野之中，同时还应能方便地观察左右两侧。（4）.便于使用、调整和维修。应妥善考虑各操纵手柄和脚踏板的位置，使驾驶员不至于因频繁操作而感到疲劳。还应注意各部件的相互位置，以使调整和维修更加方便。（5）注意机器外形的美观。在现代谷物联合收割机的设计中，外形是否美观是非常重要的。通常采用的方法是在机器的两侧和上部设计几块外罩，同时还要考虑其构形，使之构成轮廓分明的图案。1.2 HL6000C型联合收割机结构简介HL6000C型收割机是由割台、脱粒清选系统，切草、集草装置、谷仓部分，行走系统，发动机、车架、操作部分、电气部分组成。1.2.1割台1.组成：分草板，分草杆、扶禾装置、拔禾装置、割刀、脱粒深浅装置，导流杆、压杆、传动链组成。2.工作原理及其作用：工作时首先分草杆将田间作物分成收割及待收割区，分草板将收割区内作物分成四行（或三行），扶禾装置将倒伏的或直立的作物扶直，经割刀切断后，由扶禾装置将其传送到脱粒深浅装置（又叫升降台或向心台）并经导流杆的真确导向，使作物以合理的姿势准确地送至脱粒系统。整个过程是一个切割及输送的过程。1.2.2脱粒清选系统1.组成：脱粒清选系统由传动部分、脱粒部分、输送部分、清选部分组成。a.传动部分：将发动机动力传到脱粒筒、二次脱粒筒、主喂入链、一次绞龙及扬谷绞龙、二次绞龙及还原绞龙、振动筛主风扇及吸引风扇等。b.脱粒部分：实现作物杆茎与籽粒分离，包括主脱粒筒，副脱粒筒。c.输送部分：在脱粒过程中对作物进行夹持及输送，并将脱粒完的籽粒送至谷仓，包括主输送链、一次绞龙及扬谷绞龙，二次绞龙及还原绞龙。d.清选部分：使籽粒与杂余杆茎分离的部件总称。包括振动筛、筛网、主风扇、吸引风扇。2.原理及其作用：作物被主输送链由主脱粒筒自前方向后方传递，经主筒梳刷后几乎所有的籽粒和杆茎分离，完成脱粒的杆茎被主输送链传递至排草链及排草皮带，最终输送至切草、集草装置。由主脱粒筒脱下的籽粒及细小的杂余透过筛网落入振动筛，经过振动筛的振动及主风扇和吸引风扇的清选，干净籽粒落入一次绞龙后经过扬谷绞龙输入谷仓。主筒脱粒时脱下的断穗及较大杂余杆茎在主筒内经挤压摩擦后，干净籽粒落入振动筛，经清选后进入粮仓。经挤压梳刷后仍然存在的较大杂余杆茎被传送至二次脱粒筒，经过二次脱粒后，籽粒与细小杂余落入振动筛、二次绞龙还原绞龙，其余杆茎被风机吹出机外。还原绞龙将籽粒与细小杂余重新输入振动筛前部进行再次清选,杂余被吹出机外，而籽粒则被一次绞龙扬谷绞龙送入谷仓，整个过程是作物的脱粒和清选过程。1.2.3切草、集草装置1.组成：由排草链、二组盘形刀、盖板、扩散绞龙、杆收集架、传感器、排草皮带等组成。2.原理与作用：通过液压手柄使盖板关闭或打开来实现对草杆的处理，具体是：打开盖板则草杆被切碎还田；关闭盖板且打开集草架则草杆成堆落入田里；关闭盖板且将集草架收起则草杆连续均匀铺在田里。1.2.4谷仓组成：由谷仓、传感器、粮袋支架、踏板及安全扶手等组成。1.2.5作物流程图(如图1-1) 图1-1 作物流程图1.2.6 机器动力传动图（如图1-2）图1-2 机器动力传动图1.3. HL6000C型联合收割机割台驱动系统的分析HL6000C型联合收割机的割台驱动系统在整个收割机中占着非常重要的地位，其原理图如图1-1。液压部分（包括HST）向心 齿轮轴割刀转动轴驱动轴发动机图1-1HL6000C型联合收割机割台传动系统的工作原理简介如下：通过皮带轮将发动机的动力传递到液压系统（包括HST部分），然后通过液压系统将动力分别传至割台部、行走部分、脱粒部分、清选部分及切草部分。在割台部又通过驱动轴将动力分别输送到割刀及向心。因此在割台驱动系统中，驱动轴占据着非常重要的地位，同时在此系统中驱动轴也是设计及校核的重点。在实际的使用过程中，实践证明驱动轴经常发生断裂，因此对此驱动轴进行分析计算是非常重要的，通过此来发现其结构设计或加工工艺的不足，提出解决方法是非常必要的。2. 联合收割机割台驱动系统主要零部件的计算分析2.1驱动轴的强度校核原始数据(如图2-1)：N=16.2马力 N1=4.86马力 N2=11.34马力 L1=107mm L2=18mm L3=225mm L4=15.5mm d=148.5mm直齿轮分度圆直径d1=40mm 锥齿轮分度圆直径d2=45mm转速n=1489r/min 皮带轮包角1560 皮带根数z=2图2-1 驱动轴受力简图直齿轮的受力计算：转矩圆周力径向力锥齿轮的受力计算：转矩圆周力其中 径向力皮带轮对轴作用力的计算：皮带轮初拉力其中v=（148.51489）/（601000）=11.57m/s K0=0.95 q=0.1kg/m皮带轮对轴的压力各点受力分析（图2-2）： 图2-2 受力简图 A点：FA= Fr1=0.417KNB点：FB=FCL2-FA（L2+L3+L4）-FEL1/（L2+L3）=-1.085KNC点：FC= Fr2=0.864KND点：FD=FC+FE-FA-FB=3.174KNE点：FE=FQ=1.642KN各点弯矩的计算：A点：MA=0B点：MB=FAL4=0.4170.0155=0.0065KNm C点：MC= FD L2- FE（L1+ L2）=-0.148 KNmD点：MD= -FE L1= -0.1757 KNmE点：ME=0 各点扭矩的计算：该轴所受扭矩处处相等为:T=m=7024N/n=702416.2/1489=76.42Nm=0.07642KNm因其为顺时针旋转，所以为负值。弯扭图示如下（图2-3） 图2-3 弯矩、扭矩图 由以上应力图可知其主要危险点在D处，其次在D到E这一区域内，这一段区域轴所受应力最大。 根据第四强度理论得： 所以此驱动轴符合强度要求。也就是说在机器在空载和正常运转时，此驱动轴满足强度要求。但在实际使用过程中，由于受外部条件的影响，包括环境因素、带载工作时发生意外故障（如收割时堵草等）、气候因素的影响等等，因瞬时应力过大而发生断裂。为了解决这些问题，提出以下方案：1. 改进驱动轴加工工艺，同时注意及时检查齿轮油，并加强密封；2. 将D到E间的平键改为花键，以提高轴的的强度。2.2. 驱动轴加工工艺的编制 驱动轴简图如图2-4所示图2-4 驱动轴简图工艺过程的编制如表2-1序号工序内容定位基准主要设备1毛坯2调质处理3车端面，打中心孔普通车床4粗车外圆至21mm普通车床、跟刀架5粗车外圆面至18mm，保证长度155.3普通车床6精车外圆至图纸尺寸，保证长度155.3普通车床7车卡簧槽至图纸尺寸普通车床8车倒角普通车床9调面，车端面，保证长度395mm普通车床10车外圆至17h7，保证长度31.2mm普通车床11车锥面至图纸尺寸，保证其长度尺寸普通车床12铣两键槽至图纸要求V型块定位铣床、V型块13铣平面至图纸要求以键槽定位，并使用分度装置铣床、分度盘14精磨轴外圆至图纸要求磨床表2-1 驱动轴加工工艺2.3驱动轴键槽加工的夹具设计2.3.1.工件装夹简述工件的装夹首先应使工件相对于刀具（或机床）有正确的位置，然后将工件压紧在这一正确的位置上，使工件在加工过程中不因受力的影响而发生位置的变化，即工件的夹紧。工件从定位到夹紧的整个过程称为装夹。工件的夹紧方法有：a.直接找正装夹；b.划线找正装夹；c夹具装夹。机床夹具按使用范围可分为五种基本类型：a.通用夹具；b专用夹具；c.通用可调夹具和成组夹具；d.组合夹具；e.随行夹具。机床夹具的组成一般有以下几部分：a.定位装置；b.夹紧装置；c.导向、对刀元件；d.连接元件；e.其它装置和元件；f.夹具体。机床夹具的功用主要有：a.保证加工质量；b.提高劳动生产率、降低成本；c.扩大机床工艺范围；d.改善工人劳动条件。机床夹具发展方向可以归纳为：功能柔性化、传动高效化、自动化、制造精密化、旋转夹具的高速化、结构标准化、模块化、设计自动化。A. 工件在夹具中的定位工件定位的基本原理工件在夹具中的定位是指在夹具中，工件的定位基准与定位元件相互接触或配合，从而使同一批工件在夹具中都能获得一致的正确位置。六点定位原则：工件在夹具中的位置有六个自由度，需要用夹具上按一定要求布置的六个支撑点来限制，其中每个支撑点相应地限制一个自由度，使工件在夹具中位置完全确定，又简称“六点定则”。根据六点定位原则可将定位分为完全定位、不完全定位、欠定位和过定位，在机械加工中欠定位是不允许出现的。B. 工件在夹具中的夹紧a.夹紧装置的组成和基本要求一般夹紧装置由两个基本部分组成：动力源和夹紧机构。设计和选用夹紧装置时必须满足以下基本要求：1.夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置；2.夹紧应可靠和适当；3.夹紧装置应操作方便、省力、安全；4.夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与生产批量和生产条件相适应；5.夹具结构要便于制造、调整、使用和维修。b.夹紧力的确定确定夹紧力方向一般遵循以下原则：1.夹紧力的作用方向应保证工件的定位准确可靠，而不能破坏定位；2.夹紧力的方向应有利于减小夹紧力；3.夹紧力的方向应尽量与工件刚度最大的方向一致，以减小工件变形。选择夹紧力作用点应注意以下几点：1.夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的稳定受力区内，以保证工件以获得的定位不变；2.夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位，以减小工件的夹紧变形；3.夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面，以提高加工部位的夹紧刚性，防止或减小工件的振动。夹紧力大小：FJ=KF，FJ为实际所需夹紧力（N），F为根据静力平衡计算出的理论夹紧力（N），K为安全系数。2.3.2. 联合收割机割台驱动系统驱动轴（如图2-5）键槽加工夹具设计键槽2键槽1图2-5由驱动轴的结构特征可知键槽1和键槽2在同一平面内，而且其所在的轴径相同都为17，所以其槽宽和槽深都一致，可在一次装夹下完成加工。考虑到其为轴类零件，所以可采用双短V型块定位来限制其径向的移动和轴向的转动，再在其端部加一顶尖来限制其轴向的窜动。又由于其长度较长，为了避免轴的径向变形，夹紧时采用双支点式，即用两块压板分别固定在两V型块上，其简图如图2-6。压板2V型块2压板1V型块1 图2-6驱动轴的定位及夹紧详情如下：A. 通过V型块1和V型块2来限制其前后上下的移动以及如图所视平面及垂直平面内的转动。B. 通过V型块2和顶尖A来限制其轴向的窜动。C. 利用压板1和压板2来压紧。V型块1、V型块2、压板1、压板2及底座的具体尺寸见附页图纸。2.3.3夹具误差的计算A. 定位误差（图2-7）定位误差包括基准不重合误差和基准位移误差，本夹具的定位误差为： 所以D= =0.0037图2-7B. 对刀误差因为刀具相对于对刀或导向元件的位置不精确而造成的加工误差。此夹具中=0。C. 夹具的安装误差，因为夹具在机床上的安装不精确而造成的加工误差。本组合机床的夹具的安装基面为平面，因而没有安装误差，所以=0。D. 工件夹紧E. 加工过程误差因为机床精度，刀具精度，刀具与机床的位置精度，工艺系统的受力变形和受热变形等因素造成的加工误差，所以根据经验为它留出工件公差的1/3，计算可得： = /3=0.036/3=0.012F. 保证加工精度的条件 =D+J+T+A+GK即工件的总加工误差应不大于工件的加工尺寸误差，为保证夹具有一定的使用寿命，防止夹具因为磨损而过早的报废，在分析计算工件加工精度时，需保留出一定的精度储备量J，因此上式改写为：将上述计算的加工精度值列于表2-2误差计算 加工要求误差类型夹具误差D0.0037J0T0A0G0.0120.0157表2-2 夹具加工精度表由上表可知，K所以该夹具能满足各项精度要求，且具备一定的精度储备。2.4驱动轴的改进为提高驱动轴的强度，将D到E处的平键改用花键代替。2.4.1花键联接花键联接由具有多个沿周向均布的凸键齿的轴和有对应凹槽的毂孔组成，齿的侧面是工作面。花键按其齿形分为矩形花键和渐开线花键。（1）.矩形花键矩形花键的齿廓，可用磨削的方法获得较高的精度，应用广泛。矩形花键按齿数和齿高的不同，在标准中规定了两个尺寸系列：轻系列和中系列。轻系列用于载荷较轻的静联接，中系列用于中等载荷。矩形花键联接的定心方式为小径定心，故应对轴和孔的小径都进行磨削加工。尽管加工复杂，但定心精度高。（2）.渐开线花键渐开线花键的齿廓为渐开线，标准压力角有30和45两种。与矩形花键相比，齿根较厚，应力集中较小，强度高。花键轴可用加工齿轮的方法加工，工艺性好，但加工内花键的渐开线花键拉刀制造成本高，故常用于载荷大、定心要求高，且尺寸较大的联接。渐开线花键联接的定心方式为渐开线齿形定心。具有自动定心作用，各齿承载均匀。比较上述两种花键，在收割机割台驱动系统的驱动轴宜采用渐开线花键。2.4.2花键的设计计算、mm、分度圆直径 =mm=18.75mm基圆直径 bmm齿距 mm=2.356mm公差等级为5级、配合类别为H/h。1外花键的尺寸数据计算如下：（1）外花键大径尺寸基本尺寸 ee=（25+1）0.75mm=19.5mm外花键大径上偏差为 0外花键大径公差 查表25.3-21 得外花键大径公差为-0.070mm，所以，外花键大径上偏差为-0.070mm。则ee =mm（2）外花键渐开线起始圆直径最大值Femax其中 查表25.3 得 则Femax =17.92mm（3）外花键小径尺寸基本尺寸 Diemm=17.625mm外花键小径上偏差 esv/tan查表25.3-19 得 esv/tan=0外花键小径公差，选取IT12外花键小径公差为0.180mm，所以Die =mm（4）齿厚尺寸基本齿厚 S=0.5mm=1.178mm作用齿厚最大值 SVmax=Smm=1.178mm实际齿厚最小值 Smin=SVmax（T+）实际齿厚最大值 Smax=SVmax作用齿厚最小值 SVmin=Smin+ 查表 25.3-16 得 T+=0.055mm =0.022mm 所以：Smin=（1.178-0.055）mm=1.123mm、Smax=(1.178-0.022)mm=1.156mm SVmin=(1.123+0.022)mm=1.145mm（5）齿根圆弧最小曲率半径 Remin 查表25.3-13 得Remin=0.15mm（6）公差值的确定查表25.3-16、25.3-17，可得齿距累积公差 mm齿形公差 mm齿向公差 mm（7）外花键参数表（见表2-3）齿数Z25模数0.75压力角公差等级和配合类别5h5h(GB/T3478.1-1995)大径ee=花键渐开线起始圆直径最大值Femax小径Die作用齿厚最大值SVmax1.178实际齿厚最小值Smin1.123作用齿厚最小值SVmin1.145实际齿厚最大值Smax1.156齿根圆弧最小曲率半径ReminR0.15齿距累积公差0.031齿形公差0.019齿向公差0.009表2-32、内花键的尺寸数据计算如下：（1）内花键大径尺寸基本尺寸 Dei=（25+1.5）0.75mm=19.875mm内花键大径下偏差为 0内花键大径公差 选取IT12得外内花键大径公差为0.210mm，所以，内花键大径上偏差为0.210mm。则mm（2）内花键渐开线终止圆直径最小值 DFimin=，其中CF=0.1m，则DFimin=0.7519.65mm（3）内花键小径尺寸基本尺寸 Dii=DFemax+2CF=(17.92+2mm=18.07mm内花键小径极限偏差 查表25.3-21 得Dii=mm（4）齿槽宽尺寸基本齿槽宽 E=0.5mm=1.178mm作用齿槽宽最小值 EVmin=0.5m=1.178mm实际齿槽宽最大值 Emax= EVmin +（T+），由以上查得 T+mm，则Emax=（1.178+0.055）=1.233mm实际齿槽宽最小值 Emin= EVmin +，由以上查得 =0.022mm，则Emin=（1.178+0.022）=1.200mm。作用齿槽宽最大值 EVmax=Emax=（1.233-0.022）=1.211mm（5）齿根圆弧最小曲率半径 Rimin