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JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY本科毕业设计论文（设计） 题目： 小型微耕机设计 学 院： 工学院 姓 名： 黎邹邹 学 号： 20100974 专 业： 农业机械化及其自动化 班 级： 农机1001班 指导教师： 刘木华 职 称 教授 二0 一四 年 五 月目录中文摘要英文摘要 1 微耕机的总体设计11.1 整体的主要结构与工作原理11.2 参数的选择与计算12 微耕机传动部分的设计与计算72.1 选择传动方式72.2 传动系统的运动和动力参数83 皮带传动的设计与计算83.1 皮带传动83.2 V带传动的设计计算83.3 皮带轮的设计104 蜗轮蜗杆的设计与计算115 轴的设计和校核计算145.1 蜗杆轴145.2 蜗轮轴176 轴承的设计和校核计算216.1 蜗杆轴轴承的计算216.2 蜗轮轴轴承的计算227 键连接设计计算247.1 发动机轴键247.2 蜗杆轴键247.3 蜗轮轴键258 附件的设计251 压紧轮的设计252 挡泥板的设计253 阻力杆的设计254 润滑和密封形式的选择，润滑油和润滑脂的选择25参考文献26致谢28摘要小型微耕机的定义为：发动机功率小于4.5kw的微耕机定义为小型微耕机。小型微耕机主要由发动机、工作部件、机架和传动系统几个部分组成。它具有重量轻，体积小，结构简单，耕作灵活等特点，具有很好的市场潜力。此次设计的微耕机耕幅为0.55m,配套采用的动力为3.6kw的垂直轴发动机。传动方式采用蜗轮蜗杆传动和皮带传动。设计的小型微耕机要保证安全性能和舒适性能，并且要具有很好的经济性。此次设计的微耕机采用压紧轮控制开关，当压紧轮压紧皮带时，皮带传动能够实现。当压紧轮放松时，皮带轮空转，不能实现传动。采用这种开关控制方式，能使机子的传动更加简单，经济性更好。设计的重点在于选择合适的旋耕刀片，发动机，蜗轮蜗杆，皮带轮，还有这些零件的空间分布。关键词：小型微耕机、垂直轴发动机、旋耕刀片、蜗轮蜗杆、皮带轮。Abstract Definition of small tillers for : engine power tillers less than 4.5kw defined for small tillers . Tiller is mainly composed of small engines, working parts , chassis and transmission of several parts. It is light weight , small size, simple structure , flexible features farming , with good market potential. The design of micro-farming tractor width of 0.55m, supporting the use of force is 3.6kw vertical shaft engine . Transmission using worm drive and belt drive . Designed to ensure the safety of small tillers confidential performance and comfort , and to have a good economy. The design of micro-farming machine pressed wheel control switch, when pressed pinch roller belt , belt drive can be realized. When the pinch roller relax, idle pulley , drive can not be achieved . With this switch control, make the machine easier to drive , better economy . Focus of the design lies in choosing the right rotary blades, engine , worm , pulleys , and the spatial distribution of these parts .Keywords : Small Tiller , vertical shaft engine , rotary blade , worm , pulleys .1 微耕机的总体设计1.1 整体的主要结构与工作原理 根据小型微耕机的定义为：发动机的功率小于4.5kw的微耕机定义为小型微耕机。小型微耕机主要由发动机、工作部件、机架和传动系统部分组成。现在设计的微耕机采用3.6kw的LCIP70FA垂直轴汽油发动机作为配套动力，传动方式为皮带传动与蜗轮蜗杆传动。工作部件为II型旋耕刀片，主要用于水田施肥、稻茬、麦茬较多的田地作业，并且按一定规律固定在刀轴上。小型微耕机工作时，发动机的动力输出轴经过传动装置带动刀轴旋转，刀轴上的刀片自地面由上而下的切削土壤。随着机组前进，旋耕刀片不断切入未耕土壤，并且使切下的土壤抛向后方，与挡泥板相撞，土壤进一步破碎落到地面，达到松土碎土的目的1。小型微耕机适用于丘陵地带，具有体积小、重量轻、耕作灵活等特点，具有很好的市场潜力。结构见图如图11.机架 2.发动机 3.手把 4.阻力杆 5.挡泥板 6.旋耕刀组 7.传动机构 8.独行轮图1 整体结构简图1.2 参数的选择与计算1.2.1 动力部分配套动力选择3.6kw的LC1P70FA垂直轴汽油发动机，发动机的各项参数如下表所示表1 发动机参数发动机类型单缸、四冲程、强制风冷、顶置式气门排量 196cc缸径行程 70mmx51mm净功率3.6kw/3600rpm净扭矩10.5N.M（7.7lbf.ft)/2500rpm)怠速转速1800150r/min压缩比8.4:1输出旋转方式逆时针（从输出轴端看）点火系统晶体管无触点点火启动方式手拉反冲启动润滑方式飞溅润滑空滤器半干，双滤芯机油容量0.6L(0.16gal)燃油箱容积1.0L净重12.8kg(28lb)外形尺寸（长宽高）3853582781.2.2 工作部件（1) 机组前进速度 根据驾驶者在田间的行走速度及农艺的要求，大小一般控制在0.550.88之间。 (2)耕幅B 耕幅的大小与发动机输出轴的额定功率之间的关系式为B=0.260.29(m) 式中N旋耕机发动机的额定功率（kw)已知N=3.6kw.则B=0.490.55m。 (3)耕深 根据以往经验及农艺技术要求，一般在10cm以上。 (4）刀辊转速 常用刀辊转速为190280r/min。1（5）刀片的选择及刀片的设计 根据南方丘陵田地的特点选择刀座式II型旋耕刀，主要用于水田施肥，稻茬麦茬较多的田地作业。根据微耕机外形尺寸及耕深的需要，选择刀轴回转半径R为195mm的旋耕刀片。型号为IIT195。2刀座式旋耕刀刀柄尺寸如图图2 刀座式旋耕刀刀柄尺寸刀座式旋耕刀刀柄尺寸选择如表2表2 刀座式旋耕刀刀柄尺寸刀柄类型尺寸ABDEFS25100.510.555225T30100.512.570230刀座的尺寸见图3 图3 精密铸造刀座刀座尺寸的选择见表3表3 刀座的尺寸刀柄类型尺寸KPGDYZCHMN精密铸造焊合S75572011211142462616.519T9567251347513118.521.4刀身尺寸刀座式旋耕刀刀身尺寸见图4和表4图4 刀座式旋耕刀刀身尺寸刀身尺寸的选择见表4表4刀座式旋耕刀刀身尺寸刀型号刀身尺寸RR0maxR1bharC1C2lIIS19519512537185235454050203042521203.55.01.02.012IIT1954555注:侧切刃曲线推荐采用公式：Rn=R0+Kn刀和刀座的符号及名称见表5表5 符号及名称序号符号名称1A刀柄宽度2B刀柄厚度3D孔径4E回转中心到刀柄孔中心的距离5F孔中心到刀柄顶部的距离6R刀辊回转半径7R0侧切刃起始半径8Rn侧切刃上任意点的半径9max侧切刃的包角10R1侧切刃终点半径11b工作幅宽12h正切面端面刀高13a正切面顶部宽度14r正切面弯折半径15侧切刃终点半径与弯折线之夹角16正切面弯折角17c1正切面侧面宽度18c2刃口厚度19l刃口宽度20S刀身长度尺寸21e孔中心到刀背距离22g孔中心到边缘距离23L刀柄固定孔中心距24K回转中心至刀座底部的距离25P刀座长度26G刀座孔至刀座顶部距离27Y刀座厚度28Z刀座内腔宽度29C刀座宽度30H刀座内腔长度31M六角对边宽度32N六角对角宽度刀片技术要求与质量指标应符合表6的规定表6 技术要求与质量指标 单位（mm)序号项目指标刀座式旋耕刀1刀柄硬度38HRC45HRC2刀身厚度48HRC54HRC3金相组织刀柄回火屈氏体刀身回火马氏体4单边脱碳层厚度0.25弯刀回转半径偏差R195上极限为0，下极限为-4R195上极限为0，下极限为-36刀身长度尺寸偏差7工作幅度偏差48刀柄厚度100.59刀柄厚度偏差 10刀柄宽度S25T3011刀柄固定孔对称度0.512刀柄固定孔孔径S10.5T12.513刀柄固定孔中心距偏差14正切面弯折角偏差215刃口宽度12216刃口宽度偏差17刃口厚度1.02.018刃口线质量刃口线应光滑19防锈措施进行防锈处理20单刀功率消耗样刀功率消耗21表面质量刀面不应有裂纹(6） 刀片的排列组合 采用螺旋线排列，刀辊每转过360/Z就有一把弯刀入土，能使扭矩较为均衡。减少扭矩波动幅度。使刀轴左右弯刀交替入土，减少了旋耕刀对微耕机重心的转矩，保持机架工作的直线型。同时左右弯刀交替入土，可减少刀辊轴承的侧压力，切割区几把弯刀的切土量要求相近，尽可能增大轴向相邻两把弯刀间夹角，以避免堵塞。3 旋耕刀片的排列组合如图5 图5 弯刀排列2 微耕机传动部分的设计与计算2.1 选择传动方式 根据发动机的转速为3600r/min.刀辊转速为190280r/min.减速方式选择以皮带减速和蜗轮蜗杆两级减速。传动组合方式如图61.垂直轴发动机 2.皮带 3.皮带轮 4.蜗轮蜗杆图6 传动结构简图 2.2 传动系统的运动和动力参数(1) 总传动比(2) 分配传动装置各级传动比皮带轮蜗轮蜗杆传动比取(3) 各轴功率参数的计算0轴（电机轴）1轴（蜗杆轴）2轴（蜗轮轴）轴名功率 P / Kw转矩T /Nm转速r/min传动比i效率0轴3.69.553600111轴3.31213.17924001.50.922轴2.95114.5222469.750.893 皮带传动的设计与计算3.1 皮带传动 选择带型 根据机器需要，查机械设计手册选择齿形V带，承载层为绳芯结构，内周制成齿形的V带。特点是散热性好，与轮槽粘附性好，是曲挠性最好的V带。 带传动的效率 普通V带：帘布结构 8792:；绳芯结构 9296。3.2 V带传动的设计计算1. 设计功率Pd Pd=KAP=1.23.6kw=4.32kw2. 选择带型 根据机械设计手册中图14.1-2，图14.1-3，选用A型V带。3. 传动比i 4. 小带轮的基准直径 按表14.1-8，表14-19，选定。5. 大带轮直径 由式按表14.1-19 选取标准值150mm。7.带速v 。8.初定轴间距9.所需V带基准长度Ld查机械设计手册，就近取Ld=900mm。10.实际轴间距11.小带轮包角12. V带根数 13. 取整Z=214. 单根皮带的预紧力F0 V带的密度15. 作用在轴上的力Fr16. 载荷G的值可由下式算出 17. 压紧轮所需要的总的压紧力3.3 皮带轮的设计3.3.1 小皮带轮的轮缘尺寸如图7，表7图7 小皮带轮轮缘表7 小皮带轮轮缘尺寸项目符号A基准宽度bd11基准线上槽宽hamin2.75基准线下槽宽hfmin8.7槽间距e150.3第一槽对称面至端面9最小距离fmin9槽间距累积极限偏差0.6带轮宽B=(Z-1)e+2f外径da=dd+2ha轮槽角343.3.2 大皮带轮的轮缘尺寸见图8表8图8 大皮带轮轮缘表8 大皮带轮轮缘尺寸项目符号A基准宽度bd11基准线上槽宽hamin2.75基准线下槽宽hfmin8.7槽间距e150.3第一槽对称面至端面9最小距离fmin9槽间距累积极限偏差0.6带轮宽B=(Z-1)e+2f外径da=dd+2ha轮槽角364 蜗轮蜗杆的设计与计算1. 选择蜗杆传动类型根据GB/10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆（ZI).2. 选择材料考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，精度等级为8级，故蜗杆用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4555HRC，蜗轮轮缘材料用ZCuSn10P1砂模铸造。3. 确定蜗杆涡轮齿数蜗轮转速为：4.按齿面疲劳强度进行设计（1）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 (2) 蜗杆转矩T2按Z1=4,估取效率，则 (3) 载荷系数 (4）弹性影响系数 (5) 接触系数 先假设蜗杆分圆直径和传动中心距的比值，可查得。(6) 确定需用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷锡铜，金属模制造，查得蜗轮基本需用接触应力。应力循环次数 寿命系数 则 (7) 计算中心距取中心距。取模数，蜗杆分度圆直径。可查得接触系数因为,因此以上计算结果可用。5蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸(1) 蜗杆(2) 蜗轮6. 校核齿根弯曲疲劳强度所以弯曲强度是满足的。7.验算效率大于原估计值，因此不用重算。5 轴的设计和校核计算5.1 蜗杆轴1.选择轴的材料为45钢,正火,硬度为HB=170-2172按扭转强度估算轴径 ，按与大带轮的标准原则，取直径3.初选轴的结构将支撑布置成两端固定式结构，轴承初选33205（一对),d=25mm,D=52mm,B=22mm.4,轴的空间受力轴的空间受力如图9图95. 剪切力及其弯矩的计算(1) 垂直面受力如图10图10 求得剪力图及弯矩图如图11图11 （2） 水平面受力图如图12图12求得剪力图及弯矩图如图13图13（3） 合成弯矩的计算合成弯矩图如图14图14（4) 扭矩图如图15图15（5） 校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，仅对B,C截面做弯矩合成强度校核计算。转矩按脉动循环考虑，取对于B截面，对于C截面，因此蜗杆轴满足校核的要求。5.2 蜗轮轴1.选择轴的材料为45钢,正火,硬度为HB=170-2172按扭转强度估算轴径 ，按与大带轮的标准原则，取直径3.初选轴的结构将支撑布置成两端固定式结构，轴承初选32005（一对),d=25mm,D=47mm,B=15mm.4,轴的空间受力轴的空间受力如图16图166. 剪切力及其弯矩的计算(1)垂直面受力如图17求得剪力图及弯矩图如图18图18（3） 水平面受力图如图19图19求得剪力图及弯矩图如图20图20（4） 合成弯矩的计算合成弯矩图如图21图21（5) 扭矩图如图22图22（6） 校核轴的强度已知轴的弯矩和扭矩后，仅对B,C截面做弯矩合成强度校核计算。转矩按脉动循环考虑，取对于B截面，对于C截面，因此蜗轮轴满足校核的要求。6 轴承的设计和校核计算6.1 蜗杆轴轴承的计算（1）选取轴承33205（一对），查手册主要性能参数如下： e=0.35（2） 轴承受力分析如图23 图23（3） 冲击载荷系数 当量动载荷 轴承寿命6.2 蜗轮轴轴承的计算（1）选取轴承32005（一对），查手册主要性能参数如下：: e=0.43（2）轴承受力分析如图24 图24（3） e=0.43冲击载荷系数 当量动载荷 轴承寿命 7 键连接设计计算7.1 发动机轴键材料选钢，则键的选择和参数选用普通平键B型。根据轴径d=25mm,选平键剖面尺寸b=8mm,h=7mm,根据轮毂长45mm,选择标准键长L=28mm转矩接触长度=28mm校核强度故满足要求7.2 蜗杆轴键材料选钢，则键的选择和参数选用普通平键，圆头。由手册查得d=22mm时，应选用转 矩键 长选择标准键长L=28mm 接触长度校核强度故满足要求7.3 蜗轮轴键材料选钢，则键的选择和参数选用普通平键圆头A型。根据轴径d=30mm,选平键剖面尺寸b=8mm,h=7mm,选择标准键长L=28mm 转矩接触长度校核强度故满足要求8 附件的设计1 压紧轮的设计2 挡泥板的设计3 阻力杆的设计4 润滑和密封形式的选择，润滑油和润滑脂的选择1）齿轮、蜗杆及蜗轮的润滑在减速器中，蜗杆采用浸油润滑。浸油深度一般要求浸没蜗杆螺纹高度，但不高于蜗杆轴承最低一个滚动体中心高。2）滚动轴承的润滑蜗杆轴齿轮上轴承选择油润滑，其他两轴上轴承采用油脂润滑，采用脂润滑轴承的时候，为避免稀油稀释油脂，需用挡油环将轴承与箱体内部隔开。3）密封形式的选择为防止机体内润滑剂外泄和外部杂质进入机体内部影响机体工作，在构成机体的各零件间，如箱盖与箱座间、及外伸轴的输出、输入轴与轴承盖间，需设置不同形式的密封装置。本设计中，输入轴与轴承盖间，采用橡胶油封，因为橡胶油封适用于较高的工作速度。输出轴与轴承盖间采用