双轴旋耕机的设计【16张图纸】【机械毕业设计优秀】
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旋耕机
设计
16
图纸
机械
毕业设计
优秀
优良
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目 录
摘要II
关键词II
ABSTRACTIII
KEY WORDSIII
1 前言1
1.1课题要求1
1.2 旋耕机的研究现状与发展趋势1
1.2.1 国内研究现状1
1.2.2国外研究现状2
2 旋耕机的总体设计2
2.1 旋耕机的总体结构设计2
2.2 传动方式的选择2
2.3 限深装置的设计3
3 旋耕刀工作参数的确定4
3.1旋耕机的工作原理4
3.2 旋耕刀刀型的选用4
3.3 旋耕机刀轴速度的确定6
3.4刀座间距b和弯刀总数Z的确定7
3.4 弯刀的排列设计8
4 旋耕机的工作参数9
4.1旋耕机的功率消耗9
4.2 传动参数的确定10
5侧边齿轮箱的参数设计10
5.1 齿轮的设计校核10
5.1.1 齿轮的材料10
5.1.2圆柱直齿轮的参数设计11
5.2 齿轮轴系设计校核14
5.2.1 齿轮轴结构设计14
5.2.2 齿轮轴上结构配置18
5.3 刀辊轴的设计计算说明18
6 设计结论19
7 设计心得19
参考文献21
致谢23
双轴旋耕机的设计
摘要
旋耕机是机械化整地的作业的主要农具之一，但目前多数旋耕机翻地以后，还需进行一次耙地作业才能达到农作物生长环境要求。因此，工作效率不高，拖拉机对土壤的二次压实作用也不利于农作物生长。基于国内现有旋耕机技术，提出采用双轴旋耕机技术来解决这个问题。在本次设计中，具体设计了双轴旋耕机总体结构、传动系统、旋耕刀片、四点悬挂装置等。由于幅宽、功率较大，本设计整体采用双侧边齿轮传动，转动平稳、结构基本对称，提高了使用寿命。双轴旋耕机由前后两根旋耕刀刀轴同时工作，一次即可达到耕作要求，从而减少拖拉机对土地的压实次数，提高了工作效率和能源利用率。
关键词
旋耕机；双轴；双侧边传动；设计
The Design of biaxial rotary cultivator
ABSTRACT
Rotary cultivator is one of the main tools in mechanization preparation work. However, the majority of rotary cultivator can’t meet the requirement for crops to grow, the cultivator needs to harrow the soil. Therefore, the working efficiency is not high, the tractor will run on the grand twice, compaction is not conducive to the growth of crops. Based on the domestic rotavator technology, then work out the biaxial rotary cultivator technology to solve this problem. I select the Design of biaxial rotary cultivator as my graduation design topic . In this design program, I Designed the overall structure of the rotary cultivator, transmission system, rotary blade, the four point suspension device , etc . As the width and the power needed are large. By the use of double side gear, the rotation is smooth , the basic structure is symmetric, which can improve the service life. When biaxial rotary cultivator works, the two rotary blade cutter axle rotate at the same time, once to meet the cultivation requirements, which can reduce the times of the tractor compact the grand, improve work efficiency and energy utilization simultaneously.
- 内容简介：
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本科毕业论文 题 目 双轴旋耕机的设计 The Design of Biaxial Rotary Cultivator 姓 名 徐舟 学 号 2008307202901 专 业 农业机械化及其自动化 指导教师 段宏兵 职 称 副研究员 中国武汉 二一二 年 六月 nts 分类号 密级 华中农业大学本科毕业论文 双轴旋耕机的设计 The Design of Biaxial Rotary Cultivator 学生姓名：徐 舟 学生学号： 2008307202901 学生专业：农业机械化及其自动化 指导教师：段宏兵 副研究员 华中农业大学工学院 二一二年六月 nts双轴旋耕机的设计 I 目 录 摘要 . II 关键词 . II ABSTRACT . III KEY WORDS . III 1 前言 . 1 1.1 课题要求 . 1 1.2 旋耕机的研究现状与发展趋势 . 1 1.2.1 国内研究现状 . 1 1.2.2 国外研究现状 . 2 2 旋耕机的总体设计 . 2 2.1 旋耕机的总体结构设计 . 2 2.2 传动方式的选择 . 2 2.3 限深装置的设计 . 3 3 旋耕刀工作参数的确定 . 4 3.1 旋耕机的工作原理 . 4 3.2 旋耕刀刀型的选用 . 4 3.3 旋耕机刀轴速度的确定 . 6 3.4 刀座间距 b 和弯刀总数 Z 的确定 . 7 3.4 弯刀的排列设计 . 8 4 旋耕机的工作参数 . 9 4.1 旋耕机的功率消耗 . 9 4.2 传动参数的确定 . 10 5 侧边齿轮箱的参数设计 . 10 5.1 齿轮的设计校核 . 10 5.1.1 齿轮的材料 . 10 5.1.2 圆柱直齿轮的参数设计 . 10 5.2 齿轮轴系设计校核 . 14 5.2.1 齿轮轴结构设计 . 14 5.2.2 齿轮轴上结构配置 . 18 5.3 刀辊轴的设计计算说明 . 18 6 设计结论 . 19 7 设计心得 . 19 参考文献 . 21 致谢 . 23 nts华中农业大学 2012 届本科毕业论文 II 双轴旋耕机的设计 摘要 旋耕机是机械化整地的作业的主要农具之一， 但 目前 多数 旋耕机 翻地以后，还需进行一次耙地作业才能达到农作物 生长 环境要求 。 因此，工作效率不高，拖拉机对土壤的二次压实作用也不利于农作物生长。 基于国内现有旋耕机技术，提出采用双轴旋耕机 技术来解决这个问题 。在本次设计中， 具体设计了双轴旋耕机总体结构、传动系统、旋耕刀片、四点悬挂装置等。由于幅宽、功率较大，本设计整体采用双侧边齿轮传动，转动平稳、结构基本对称，提高了使用寿命。 双轴旋耕机由前后两根旋耕刀刀轴同时工作，一次即可达到耕作要求，从而减少拖拉机对土地的压实次数，提高了工作效率和能源利用率。 关键词 旋耕机；双 轴；双侧边传动；设计 nts双轴旋耕机的设计 III The Design of biaxial rotary cultivator ABSTRACT Rotary cultivator is one of the main tools in mechanization preparation work. However, the majority of rotary cultivator cant meet the requirement for crops to grow, the cultivator needs to harrow the soil. Therefore, the working efficiency is not high, the tractor will run on the grand twice, compaction is not conducive to the growth of crops. Based on the domestic rotavator technology, then work out the biaxial rotary cultivator technology to solve this problem. I select the Design of biaxial rotary cultivator as my graduation design topic . In this design program, I Designed the overall structure of the rotary cultivator, transmission system, rotary blade, the four point suspension device , etc . As the width and the power needed are large. By the use of double side gear, the rotation is smooth , the basic structure is symmetric, which can improve the service life. When biaxial rotary cultivator works, the two rotary blade cutter axle rotate at the same time, once to meet the cultivation requirements, which can reduce the times of the tractor compact the grand, improve work efficiency and energy utilization simultaneously. KEY WORDS Rotary cultivator； Biaxial； Drive by double side gear； Design nts双轴旋耕机的设计 1 1 前言 张之洞曾说，“凡民俊秀皆入学，天下大利必归农”，农业是一个国家赖以发展的根基，农业的发展制约着其他产业的发展，其他产业反过来往往又反过来促进农业的发展，我国是一个农业大国， 同时又是一个农业相对落后的国家，农村人口占全人口的 70%左右。解决“三农”问题是我国现代化建设的重中之重。经过几十年的发展，农业生产水平虽然在一定程度上有了较大提升，但是与发达国家之间还有较大的差距。中国农业正处于从传统农业向现代农业转变的关 键时期， 农业机械化是建设现代农业的重要物质基础，是先进生产力的代表，是提高农业劳动生产率的主要手段。农业机械化是农业科学技术推广应用的重要载体，是农业现代化的必然过程，加快发展农业机械化是推进城镇化建设，全面建设农村小康社会的重要举措，加快发展农业机械化也是保护和提高粮食综合生产能力，增加农民收入的重要措施。播前平整土地是农业的关键一环。其中，土壤耕作机械主要用于农田栽植、播种前的作业，对农作物的生长起着至关重要的作用，对粮食产量起着举足轻重的影响。在一些播种前对土壤有严格要求的农作物而言，播种前，需要进行 多次辅助性的整平、耙地作业。机耕作业次数多，既浪费能源，又压实和板结土壤 。 一般整地机具（如铧式犁、普通单轴旋耕机）不可能一次作业达到平整土地的技术要求，既使是熟地也不能将垫片粉碎到规定程度。而双轴旋耕机一次作业能使各种土质的土地达到高质量的待播状态。旋耕机作业后，地表平整、松软、细碎，能够满足精耕细作的农艺要求，机耕作业次数少，节约资源，减少对土壤的压实和板结，降低作业成本，减少机具投资，提高机具利用率。因此，高性能、低功耗、多功能适应我国国情的旋耕机具有广阔的发展前景。 1.1 课题要求 为提高大型拖拉 机的使用范围，提高工作效率，减少拖拉机对土壤的压实次数，本课题要求设计一种与 45Kw 以上的轮式拖拉机配套，作业幅宽 2400mm，作业深度 18cm，作业速度大于 5Km/h 的双轴旋耕机。 1.2 旋耕机的研究现状与发展趋势 旋耕机的发展至今已有 150 多年的历史，最初在英、美国家由 34kW 内燃机驱动，主要用于庭院耕作，直到 L 型旋耕刀研制成功后， 旋耕机才进入农田作业。 20世纪初 ， 日本从欧洲引进旱地旋耕机后 ， 经过大量的试验研究工作 ， 研制出适用于水田耕作要求的弯刀 ， 解决了刀齿和刀轴缠草的问题 ， 旋耕机得到了迅速发展 (孔令德等， 1997)。 目前，旋耕机主要采用中间传动和侧边传动，水平轴旋耕部件与地轮转向一致，并且旋耕工作部件结构相当完善。耕作配套机械有手扶拖拉机和轮式拖拉机两种类型，而对整地机的主体部分旋耕机国内外已经有了相当成熟的理论研究和实践研究。 1.2.1 国内研究现状 我国近年来旋耕机的保有量增加很快，普通单轴旋耕机发展已经较为成熟，双轴旋耕机的应用时间较短，还没有大面积推广。现在我国已能生产与 132kw 拖拉机配套的耕作农具，大型机具开始向宽幅高速发展，但是从整体技术水平来看，我们还与国际水平有很大的差距。我 国现在生产双轴旋耕机的企业主要有连云港春飞、nts华中农业大学 2012 届本科毕业论文 2 河北神耕、北京华春翔农、南昌旋耕机厂等。型号主要有 1GKN 系列、 1GQN 系列、1GHL 系列、 STG 系列等几种。工作幅宽 1.25m 至 2.8m。由于受拖拉机技术条件的制约和配套机具本身的研究水平限制，一些国际先进结构还未能得到完全使用：快速挂接器、耕深和水平自控调节、短尺寸广角万向节传动轴、宽幅工作部件液压折叠装置、快速换刀结构等。同时多功能整地机还在一定程度上还不能很好 的满足农艺和农业生产的需要，而且我国的耕整技术发展缓慢，电子、自动控制、智能化技术还处于刚刚起步的阶段，还有很大的提升空间。（孔祥莹等， 2000） 1.2.2 国外研究现状 在国外，旋耕机 发展较早 ，旋耕机耕作技术已经非常成熟，作业性能稳定，功能齐全。美国和一些欧洲国家、日本、以色列等发达国家在旋耕机上处于国际领先水平，生产双轴旋耕机的有约翰迪尔、久保田、克拉斯、安格科等知名企业。由于国外田间拖拉机的功率达到了 360kw 以上，使得与之配套的整地机也随之大型化，宽幅机械的生产率高，单位幅宽的成本低，能便于采用先 进的生产技术，提高田间作业速度和效率、改善作业性能。大型整地机具已达 20m 以上，为便于其行走，采用机架折叠或纵向运输，实现宽幅作业窄幅运输。并且耕地速度为 8 15km/h，整地达到 10 20km/h，播种达到 8 15km/h。国外整地机的产品功能相比国内更加完善，材料和制造工艺水平较高，外观漂亮，平均使用寿命比我国高出 1/3 以上，但是而且配件难，维修服务各个方面跟不上，对我国国土 70%的丘陵土地的情况十分不适用，价格相对较贵，为国产的 10 倍左右。（李滨等， 2006） 随着 农业机械化程度的增强，工作效率和效益 的提高，现有的旋耕机已满足不了农艺要求和生产 规模 扩大的需要。故对旋耕机的研究有了进一步的深化，出现如下几个方向的发展趋势：（ 1）向宽幅，高速型旋耕机发展；（ 2）向操作简单、自动化、智能化方向发展；（ 3）向节能高效方向发展。（张维安等， 2008） 2 旋耕机的总体设计 2.1 旋耕机的总体结构设计 现在与拖拉机配套工作的双轴旋耕机悬挂方式主要有三点悬挂和四点悬挂两种，按其工作部件的作业和配置方式有卧式与立式两种，传动方式有中间传动和侧边传动。 经过参考学校工科基地现有的旋耕机，结合课题要求，仔细分析各 种方案的利弊与适用条件，本设计采用双轴卧式、与拖拉机四点悬挂的结构方式。整体上，前后采用两根横梁与左右的支撑板焊接的框架结构。 2.2 传动方式的选择 对四点悬挂式旋耕机有中间传动和侧边传动两种形式。中间传动采用中间全齿轮传动，利用万向节传动轴将拖拉机动力输出轴的动力传递给圆锥齿轮轴，减速并改变方向后，向下最后传递到前后刀辊轴。这种方案一个缺点时中间齿轮箱处不能安装弯刀，如不设置特殊工作部件，将出现漏耕。为此需要在齿轮箱的下方增设犁体总成以消除漏耕现象。侧边传动利用万向节传动轴将拖拉机动力输出轴的动力传递给 圆锥齿轮轴，减速并改变方向后，再次经过两边的万向节将动力传输至两边齿轮箱，最后传递到刀辊轴。 nts双轴旋耕机的设计 3 对双轴旋耕机而言，侧边传动也还有两种方案备选：单边侧边传动和双边侧边传动。单侧边传动方式是动力经过减速器后，通过万向节输出到一边的齿轮箱，再次分配给前后两根刀轴。因此结构简单，但是平衡性较差，一般容易偏置，使得动力集中于刀辊一侧，使用寿命和安全性得不到保证。双侧边传动的传动方案是：动力经过减速器后，通过万向节输出到两边的齿轮箱，然后经过两边的齿轮箱分配给前后两根刀轴。这种传动结构特点是结构对称性好、工作时受力均匀、 左右平衡、布局合理同时可以节省材料、减轻整机的重量机架牢固，适用于宽幅旋耕机。在选定两边的齿轮箱内的动力传递方案时，有链传动、带传动、齿轮传动三种预备方案可供选择。由于链传动虽然可以传递较大的功率，但是具有较强的震动性，工作时，噪音非常大，所以不选用。而旋耕机切削土壤的阻力较大，如果选用带传动的话，需要多条带。最终选用齿轮传动。齿轮传动受力均衡，结构简单紧凑，有利于机构的对称布置和平衡，降低功耗，改善工艺。 本设计要求旋耕机的耕幅为 2.4m，经思考最后确定采用双侧边齿轮传动方式。整体传动结构如下图（图 2-1）所示。2.3 限深装置的设计 旋耕机是一种作业范围广的农用机械，根据不用的土壤条件和工作要求，需要有不同的旋耕深度。对于拖拉机带动的旋耕机工作时，如果和具有 调节液压悬挂机构的拖拉机配套时 ,利用位调节手柄在不同位置的定位调整耕深 ， 与具有分置式液压悬挂机构的拖拉机配套时 ,利用活塞杆上定位卡箍的不同位置调整耕深 。本设计中的旋耕机所选动力源的功率为 60kw，根据设计任务书的要求，要求旋耕机的耕深为18cm，所以 该机的设计旋深最大为 20cm，严 禁旋耕机超限作业，否则将导致某些零部件的损坏和早期磨损，还将严重 影响整体的作业效率 ，故需设计耕深限制装置。此设计运用的是限深板，限深板安装在齿轮箱的下端，与齿轮箱之间采用螺栓连接，它由一块弧状的钢板和一块扇形的钢板焊接而成。简单实用，通过限深板与土壤之间的接触从而限制耕作深度。 图 2-1 旋耕机传动方式 Fig.2-1 The drive structure of biaxial rotary cultivator nts华中农业大学 2012 届本科毕业论文 4 3 旋耕刀工作参数的确定 3.1 旋耕机的工作原理 旋耕机是一种由动力驱动工作部件以切碎土壤的耕作机械。兼有耕翻和碎土功能，一次作业即能达到土碎地平的效果，而犁耕很难一次造成土壤松碎、地表平整而满足播种或插秧的要求，必须再经过整地才能进行种植作业。因此，用旋耕机耕地可大大缩短耕整地的时间，有利于抢 农时和提高功效。（李宝筏等， 2003） 旋耕机工作时，其刀片随着刀轴由拖拉机动力输出轴驱动作回转运动，同时又随机组前进作等速直线运动（如图 3-1 所示）。刀片切削土壤时，刀片的绝对运动是由机组的前进运动与刀轴的回转运动所合成。为了使机组能正常工作，刀片在整个切土过程中不能产生推土现象，要求其绝对运动的轨迹为余摆线。在这一余摆线绕圈最大横弦以下任意一点的水平分速度的方向与机组前进方向相反。这样刀片将切下的土块向后抛掷与挡泥罩以及平土拖板相撞击，使土块进一步破碎再落到地面。由于机组不断前进，刀片就连续不断地对未耕 地进行松碎。 图 3-1 旋耕刀工作图 Fig.3-1 The Working principle diagram of biaxial cultivator 在机组前进速度不变的情况下，旋耕机所需功率随刀轴转速的增加而增加，较理想的配合是低刀轴转速和较高的前进速度，虽然功耗要增加些，但因生产率提高了，仍可降低单位面积的能耗。近年来，刀轴转速降低的趋势较为明显。另外旋耕机的刀轴转速一般在 200-285r/min，随着土壤比阻不同，旋耕机的刀轴转速也不同，粘性重的土壤比阻大，转速应偏低，砂性土壤比 阻小，转速可偏高。 在本设计中，要求旋耕机的作业速度大于 5Km/h（约为 1.4m/s）。 3.2 旋耕刀刀型的选用 常见的旋耕刀刀片有弯刀、凿型和直角刀片（如图 3-2）。弯形刀片（分左弯和右弯） 切削工作时 ， 先由侧切刃沿纵向切削土壤 ， 并且是先由离轴心较近的刃口开始切割 ， 由近及远 ， 最后由正切刃横向切开土壤 ， 这种切削过程 ， 可把草茎及残茬压向未耕地 ， 进行有支持切割。这样 ， 草茎及残茬较易切断 ， 即使不被切断 ， 也可nts双轴旋耕机的设计 5 利用刃口曲线的合理形状 ， 使其滑向端部离开弯刀 ，不易缠草，具有松碎土嚷和翻土覆土能力，国内生产的旋耕机大多配用 弯形刀片。凿型刀片碎土能力较强，但易缠草，适用于土质较硬、杂草较少的土地的耕作。直角刀片与凿型刀性能相近，国内生产使用较少。（李宝筏等， 2003） 图 3-2 旋耕刀的类型 Fig.3-2 The type of rotary blade 弯刀 的结构： 弯 刀主要有侧切面、正切面、过渡面组成 ， 见图 3-2。侧切面具有切开土垡 ， 切断或推开草茎及残茬的功能 ； 正切面除了切土外还具有翻土、碎土、抛土等功能。 图 3-3 弯刀的结构简图 Fig.3-3 The sketch of acinaciformed blade nts华中农业大学 2012 届本科毕业论文 6 刀片正切刃幅宽 b( 工作幅宽 )： b 的大小影响旋耕机的工作质量及功率消耗， 若 b 增大， 旋耕刀滚的刀片数减少， 则相邻刀片间距增大， 有利于减少堵塞现象， 功率消耗不变， 但碎土质量差， 为了保证碎土质量，就要减小机器的行进速度， 故 b 不宜过大。为了保证耕深及适宜的刃口长度， 刀片切削半径 R0 的大小可由下式确定： 2 2 20R R 2 2S S R a a (3-1) 式中： a 最大设计耕深。 R 弯刀回转半径， 的确定与设计耕深和传动箱结构有关， 耕深增大， 要求 R 增大， 切削扭矩也随之增大， 耕深越大，要求 R 就越大。 因此在满足耕深的要求及传动箱结构尺寸允许的情况下， R 应尽量取小值。 R 常取 240 260mm，本设计取 R =260mm S 切 土节距：在同一纵向平面内切土的旋耕刀， 在其相继切土的时间间隔内， 机组前进的距离称为切土节距。根据试验， 旱耕熟地 (含水量 20% 30% ) ， S 取10 12 cm 左右 ; 耕轻、中粘度土壤 (含水量大于 35% ) ， S 取 6 9 cm; 粘重土壤、多草地， S 取 4 6 cm。 查农业机械 设计手册 ，得刀片最大进给量 6000 mVS nz （ 3-2） 式中 : mV 旋耕机的前进速度 取 mV =5 hKm/ n 刀轴转速 z 同一切割小区内的弯刀 取 z =2 计算得 S= 6 0 0 0 5 6 8 . 2 m m = 6 . 8 2 c m2 2 0 2 从而可以计算出 R0= 2 2 22 6 0 6 . 8 2 2 6 . 8 2 2 2 6 0 2 0 2 0 1 2 7 . 8 mm 本设计选用的弯刀，参数已经标准化，目前弯刀已经有了国家统一标准：旋耕机械 GB/T 5669-2008。根据 R0 值，查阅 GB/T 5669-2008，结合耕深要求，选用 T245 弯刀，它的回转半径为 245mm。 (袁栋等， 2008) 3.3 旋耕机刀轴速度的确定 旋耕机刀刃的运动是 由拖拉机向前的直线运动和弯刀旋转的 复合运动 ， 前进速度为 1.4m/s，轨迹为余摆线，可用下式表示： X=Vm t+Rcos t (3-3) Y=Rsin t (3-4) 式中 : R 旋耕刀端点转动半径； nts双轴旋耕机的设计 7 到轴旋转角速度； Vm 旋耕机前进速度； t 时间 绝对速度： 22002 s i nmmV V V V t V （ 3-3） 根据文献，轻型和中型土壤的平均切削速度约为 3-4m/s，针对我国华中地区的土壤多为沙土， ，所以选定平均切削速度为 4-5 m/s 左右。 由于耕深 18cm， 刀辊半径 R=245mm， 如图 3-3 所示：切削土壤时相应的转动角： m =arcsin(1 一 H R)= 15， 切人点 A1 的绝对速度大小： 22102 s i nA m m mV V V V V 带入数值得：221 0 01 . 5 2 1 . 5 s i nAmV V V 取1AV=5.5m/s ，解得0V=5.7m/s 弯刀转速计算：旋耕刀的速度 0=/VR ，得 =224r/min，确定选用 =220r/min，此时，弯刀的转速 0V =5.6m/s。 3.4 刀座间距 b 和弯刀总数 Z 的确定 弯刀端部对土壤适当的撕裂挤压作用可以降低功耗。但撕裂过大又使土块均匀性较差，并使同一截面相继入土刀片的切土节距加大和功耗增加。适当提高刀座间距和选用刀幅较宽的刀齿，可以减少刀齿总数和降低功耗。本方案中选用的 T245图 3-3 旋耕刀运动示意图 Fig.3-3 The schematic diagram of rotary blade R=245 nts华中农业大学 2012 届本科毕业论文 8 弯刀，单刀幅宽 b=50mm，在旋耕刀刀轴同一径向上，安装左右弯刀各一把，在旋耕机前进方向上，有效工作距离为 100mm。在一根刀轴上，安装的左弯 刀数量1Z =2400/100=24，在刀轴两端，因为有支撑板的影响，取 1Z =23。 3.4 弯刀的排列设计 弯刀的排列是否合理，在很大程度上决定了旋耕作业质量的好坏。 为了使旋耕机作业时受到的阻力小、耕作质量好、刀轴受力均匀、避免漏耕和堵塞现象的发生 ，刀片在刀轴上的排列应满足下列要求： (1)在同一回转平面内 ， 若配置两把以上的刀片 ， 要求每切割小区内几把弯刀的切土量相近 ， 以保证碎土质量好 ， 耕后沟底平整。 (2)刀 轴回转一周过程中 ， 刀轴每转过一个相等的角度时 ， 在同一相位角 ， 必须是一把弯刀入土 ， 使扭矩较为均衡、减少扭矩波动幅度 ， 保证工作稳定性和刀轴负荷均匀。 (3)轴向相邻刀齿间距 ， 以不产生漏耕带为原则 ， 一般均大于单刀幅宽 18。 (4)左弯刀片和右弯刀片应交替入土 ， 使刀轴两端的轴承所受的侧压力平衡 ， 以减少旋耕刀对旋耕机重心的转矩 ， 保持旋耕机组工作时的直线性。 (5)相继入土的刀片在刀轴上的轴向距离越大越好 ， 尽可能地增大轴向相邻两弯刀之间的夹角 ， 以避免发生干扰或堵塞。 根据上述刀片排列的要求 ， 我国现在生产的旋耕机刀片 一般采用双螺旋线规则排列 ， 虽能较好地满足以上基本要求 ， 并且简化结构参数；但是实际应用仍会出现新的问题 。 经过参考农业机械学（李宝筏主编），选用如下的刀齿排列方案： (1)由于旋耕机工作时向侧边输土 ， 刀片在刀轴上按两条螺旋线从左到右顺时针或逆时针排列 ， 造成了侧向输土的条件。 可以 使两条螺旋线不要连续 ， 而且旋向不一样 ， 把整个刀轴上的刀片排列分成几个区段 (区段数为偶数 )。区段分得越多 ，虽然侧向输土越少 ， 但是刀片排列越复杂、排列越没有规律性 ， 会给使用者安装刀片带来了很大困难。所以区段也不能分得过多或过少 ， 应据刀 轴的长度而定 ， 相邻区段螺旋线的旋向相反 ； (2) 由于刀片排列是按两条螺旋线排列的 ， 为不产生漏耕 ， 一般在同一回转平面内 ， 设置两把刀 (一把右弯刀 ， 一把左弯刀 )， 两把刀的间隔角 为 180， 本次 选用的 T245 弯 刀，切土节距为 50mm， 因此相邻刀座间距为 100mm 较 为合适。 焊接刀座时加热不对称 ， 刀轴必然发生弯曲变形。所以在刀片排列时要尽量使同一回转平面内对称设置 。此种方案的优点是弯刀从幅宽基准线两边交替入土，轴向受力平衡，稳定性好，土块均匀；耕后地表面起垄适中，表层平整； (3)由于刀片排列一般是在同一回转平面内 设置两把刀 ， 刀片又有一定的厚度 ，因此产生重耕。如果能把两把刀在轴向相间一个或稍大点的刀片厚度 ， 就可使其既不产生漏耕又不产生重耕 ， 还可节省刀片数量、减少功率消耗、降低耕作阻力。 故在同一回转平面内只设置一把刀。 nts双轴旋耕机的设计 9 4 旋耕机的工作参数 4.1 旋耕机的功率消耗 对同一种旋耕机，输出功率过大的拖拉机与并旋耕机的结合不一定有好的作业质量，相反却有可能造成功率的浪费，通过试验能合理确定对应幅宽的最佳配套功率，可以避免“大马拉小车”的情况。耕幅与拖拉机的功率有关，并影响旋耕机与拖拉机的配置方式。旋耕机作业时，拖拉机功率的大 部分用于驱动刀滚作业，其数值可实测确定。 影响功率消耗的因素很多，主要有刀轴转速，机组前进速度，耕深，土壤含水率和土壤坚实度，土质等，此外，残茬，旋耕刀的类型及排列诸因素对此也产生不同程度的影响。 可用经验公式 BaVKNm1.0（农业机械设计手册 P184）估算刀滚工作时消耗的功率： BaVKN m1.0 （ 4-1） 式中 ： a 耕深 (cm)； mV 机组前进速度 (m/s)； B 耕幅 (m)； K 旋耕比阻 ( mmN )， 其中： 4321 KKKKKK g 查阅表 2.2-4，有关旋耕机比阻的数值， gK =10，耕深修正系数 1K =1.1，土壤含水修正系数 2K = 0.92，残茬植被修正系数 3K =1.0，作业方式修正系数 4K =0.7。 已知 a =18cm， B=2.4m， mV =1.5m/S 计算得 K =7.1 将以上值带入经验公式得 0 . 1 7 . 1 1 8 1 . 5 2 . 4N =46KW。 由于本次设计方案为双轴旋耕机，第二轴工作时主要起着耙地的作用，此时土壤较为松软，工作阻力较小。此时，旋 耕机所需的总功率利用修正系数进行计算：N旋 = 0KN ， 取 0K =1.2，得 N旋 =54 KW 试验资料表明：由于旋耕刀切土时，土壤的反推力和拖拉机前进方向相同，因此拖拉机的行走消耗功率很小。 参考下表（表 2-2），可以选定拖拉机的相关参数。 nts华中农业大学 2012 届本科毕业论文 10 表 2-2 动力输出轴型号和参数（ GB1592-86） Table 2-2 The model and parameters of power output shaft 动力输出轴型号 1# 2# 3# 公称尺寸（ mm） 标准转速（ r/min） 允许传递最大功率 (kw) 35 540 48 35 1000 92 45 1000 185 由上表选定拖拉机的动力输出轴为 2 型，标准转速为 1000r/min 的动力输出轴满足要求。 4.2 传动参数的确定 根据 上文 (4.1)的相关参数，选定拖拉机的额定转速为 1000r/min。因此总传动比为 i=1000/220=4.5。一级直齿圆锥齿轮的传动比允许的范围是 18，因此可以选用一级直齿圆锥齿轮进行减速传动 ,然后经减速箱传给两边的万向节 ,在经过万向节传递到侧边齿轮箱，最终传到旋耕刀刀轴 。 5 侧边齿轮箱的参数设计 本设计选用四个直齿圆柱齿轮传递万向节到第一级齿轮的动力至旋耕刀刀轴。在一个侧边齿轮箱中，有四个传动齿轮。两个相同的大齿轮，两个相同的小齿轮。动力传递至第四级齿轮之后，采用花键轴将动力传递给旋耕刀刀轴。整体结构如右图（图 5-1）所示。 5.1 齿轮的设计校核 5.1.1 齿轮的材料 查阅机械设计（濮良贵主编）常用齿轮材料及其力 学特性的表，考虑到工厂加工条件和旋耕刀轴要承受很大的转矩，选择大小齿轮材料都为 45 钢，调质处理，硬度为 217 255HBS，抗拉强度 b 6 5 0 M P a ，屈服强度 3 6 0 M P as 。查阅表10-8，各类机器所用的齿轮传动的精度等级范围，农用机械的精度等级为 811 级。本设计选用 8 级精度。 5.1.2 圆柱直齿轮的参数设计 图 5-1 齿轮箱 整体结构 Fig.5-1 The structure of the gear box nts双轴旋耕机的设计 11 查阅 资料，可得每对圆柱齿轮的传动效率 1 =0.97， 则在第一级齿轮上，这级齿轮传递的功率 P1 =P/ 31=54/0.973=59.2KW 31119 5 5 0 = 2 . 5 7 1 0 mPTNn （ 1） 按齿面接触强度设计 由设计计算公式（机械设计 P203 式 10-9a），即 3211 132.2 HEdtZuukTd （ 5-2） 1 确定公式内的各计算数值： a. 试选载荷系数 tk =1.3 b.计算小齿轮转矩： 1T = 32 .5 7 1 0 mN c.查机械设计 P205 表 10-7，选取齿宽系数 d =1 d.查机械设计 P201 表 10-6，选取弹性影响系数 EZ =189.8 MPa e.由机械设计 P209 图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限1limH =550MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限 2limH =550MPa.（ 材料 均为 45 钢调质处理） f.由计算公式计算应力循环系数 假设齿轮一年工作 60 天，每天工作 10 小时，使用年限 10 年。 1260 hN n jL =60 480 1 (10 60 10)=1.728 108 hjLnN 22 60 =N1/u=1.728 108/1.78=9.708 107 g.由机械设计 P207 图 10-19 知， 对调质处理的 45 钢， 取接触疲劳疲劳系数1NHK =0.98， 2NHK =0.98 h. 计算接触疲劳许用应力，取失效概率为 1，安全系数 S=1 由机械设计 P205 式 10-12 有 1H = SK HNH 1lim1 =0.98 550/1=539MPa 2H = SK HNH 2lim2 =0.98 550/1=539MPa 2 计算 nts华中农业大学 2012 届本科毕业论文 12 a.试算出小齿轮分度圆直径 td1 ，由计算公式得 3211132.2HEdtZuukTd =98.6mm b.计算圆周速度 v v= 1260 1000tdn = 3 .1 4 9 8 .6 2 2 06 0 1 0 0 0 m/s=1.14m/s c.计算齿宽 b b= tdd1 =1 98.6=98.6mm d.计算模数、齿高 取小齿轮的齿数 1z =23，则大齿轮的齿数 2z =2i 1z =2 23=46 模数 如下 ： 111= 9 8 . 6 / 2 3 4 . 3 m mtdm z 齿高 12 . 2 5 2 . 2 5 4 . 3 9 . 6 7 5 m mhm / 9 8 . 6 / 9 . 6 7 5 1 0 . 1 9bh e.计算载荷系数 根据 v=1.14m/s， 8 级精度，由 机械设计 P194 图 10-8，查得动载系数 vK =1.05，直齿轮， HK = FK =1 由机械设计 P193 表 10-2 可查得使用系数 AK =1 由机械设计 P196 表 10-4 可查得齿向载荷分布系数 HK =1.318， 同时有 / 9 8 . 6 / 9 . 6 7 5 1 0 . 1 9bh 查机械设计 P198 图 10-13 可查得齿向载荷分布系数 FK =1.24，故载荷系数 HHvA KKKKK =1 1.05 1 1.318=1.384 f.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由机械设计 P204 式 10-10a得 311 tt KKdd =98.6 3 1.3841.3 =100.68mm g.计算模数 m nts双轴旋耕机的设计 13 m= 11zd=100.68/23mm=4.38mm （ 2）按齿根弯曲强度设计 由机械设计 P201 式 10-5 可知，弯曲强度的设计公式为 3 21 12 F SaFad YYzKTm (5-3) 1 确定计算参数 : a.由机械设计 P208 图 10-20c 查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限 1FE =380MPa，大齿轮的弯曲疲劳强度极限 2FE =380MPa. b.由机械设计 P206 图 10-18 查得小齿轮的弯曲疲劳寿命系数 1FNK =0.97，大齿轮的弯曲疲劳寿命系数 2FNK =0.97。 c.计算弯曲疲劳许用应力，取弯曲疲劳安全系数 S=1.4，由机械设计 P205式 10-12 得 SK FEFNF 111 =0.97 380/1.4=263.286MPa SK FEFNF 222 =0.97 380/1.4=263.286MPa d.计算载荷系数 K FFvA KKKKK =1 1.05 1 1.24=1.302 e.根据机械设计 P200 表 10-5 查齿形系数 FaY 、应力校正系数 SaY 有 1FaY =2.65， 2FaY =2.32， 1SaY =1.58， 2SaY =1.70 f.计算大、小齿轮的 FSaFaYY并加以比较 111FSaFaYY =2.65 1.58/263.286=0.0159 2 22F SaFa YY =2.32 1.70/263.286=0.0149 小齿轮的数值大 2 设计计算： nts华中农业大学 2012 届本科毕业论文 14 61 332212 2 1 . 3 0 2 2 . 5 7 1 0= 0 . 0 1 5 9 4 . 71 2 3F a S adFYYKTm m mz 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数 m 大于由齿根弯曲强度计算的模数，由于齿轮模数 m 的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的
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