小型旋耕机的设计.pdf

摘要摘要 旋耕机是在我国广大丘陵 山区 地块小 高差大 无机耕道 果园 茶园 菜地 温室大棚作业的耕耘机械 本篇毕业设计对旋耕机的国内外情况进行了说 明 分析和对比 首先进行了发动机的选择 变速器的选择 部分零件的选择 传动路线的设计 然后对齿轮箱的设计和校核 关键零部件的校核 最后是工作 零部件的总成 国外旋耕机设施农业耕作机械已非常成熟 作业性能稳定 功能齐全 小巧 轻便 日本 荷兰 以色列等国家的产品广泛用于旋耕 犁耕 开沟 作畦 起 垄 中耕 培土 铺膜 打孔 播种 灌溉和施肥等作业项目 如果有适用于中 国国情的小型旋耕机问世 不但直接经济效益显著 而且还具有广泛的社会效益 其推广前景将是十分广阔的 可以大大提高中国农业的机械化水平 向农业现代 化迈出坚实的一步 关键词 关键词 小型旋耕机 设计 Abstract Rotary cultivator is in our country vast hilly mountainous area small plot elevation inorganic farming road orchard tea garden vegetable garden greenhouse cultivation machinery operation The graduation design for rotary machine at home and abroad were introduced analyzed and compared the engine options transmission choices parts selection transmission line design then the gear box design and verification key parts of the check the last is working parts assembly Foreign rotary facility farming machinery is very mature stable working performance complete functions compact and lightweight Japan Holland Israel and other countries the products are widely used in rotary tillage plowing ditching ridging bedding intertill ridging filming punch sowing irrigation and fertilization project If there is a suitable for China s small rotary tiller is published not only economic benefit is obvious but also has a wide range of social benefits its prospects will be very broad Can greatly improve the agriculture mechanization level in China to agricultural modernization has taken a solid step forward Key wordsKey words small rotary tiller design 第一章 第一章 前言前言 1 1 选择此课题的背景选择此课题的背景 结合江西省的地理环境我们可以得知 江西地貌大致可以划分为 9 个地貌区 和 9 个地貌副区 一为赣西北中低山与丘陵区 二为鄱阳湖湖积冲击平原区 三为赣东北中低山丘陵区 四为赣抚中游河谷阶地与丘陵区 五为赣西中低山 区 六为赣中南中低山与丘陵区 土地总面积 166947 平方公里 占全国土地 总面积的 1 74 居华东各省市之首 其中山地 60101 平方公里 包括中山和 低山 占全省总面积的 36 丘陵 70117 平方公里 包括高丘和低丘 占 42 岗地和平原 20022 平方公里 占 12 水面 16667 平方公里 占 10 由此可 见地虽广 却不适合耕种 如何有效高效地利用着有限的资源显得十分的重要 更能看出江西省大力发展中小型旋耕机的急迫性和重要性 1 2 旋耕机的简介旋耕机的简介 早在十九世纪中末叶 世界上就出现了旋耕机 一九一零年左右才达到实用 水平 一九二二年首先在澳洲和英国推广实用 以后扩展到以欧洲为主的许多国 家 一九三零年以后 日本又将欧洲旱地使用的旋耕机成功地运用到水田 所以 旋耕机在近几十年内有了较大的发展 目前 从国外的旋耕机使用情况来看 多 数安有安全离合器 有两种以上刀滚转速 三四种刀型 配有铁轮或者胶轮限深 装置 我国旋耕机的发展 是先有与手扶拖拉机配套的旋耕机 轮式拖拉机的配套 旋耕机是从一九五九年开始研制的 到一九六三年已有十几种不同型号的旋耕机 用于生产 通过整顿 补缺和提高 逐步向着适合我国农业生产的系列旋耕机发 展 1 3 旋耕机的发展趋势旋耕机的发展趋势 随着农业机械化程度的不断增强 工作效率和效益的日益提高 现有的旋耕 机弊端也不断显现出来 已满足不了农艺要求和生产规模扩大的要求 故对现有 的旋耕机的发展会出现以下几种发展趋势 1 向宽幅高速型旋耕机发展 2 向 联合收割机发展 3 向全幅深旋耕机发展 4 向自动化 智能化方向发展 5 小型旋耕机的需求会不断的增强 目前 我国的农机发展很不平衡 农业机械化水平明显偏低 农机服务组织 化程度低 整体效益差 农业机械装备结构不合理 农机具科研开发配套系统建 设落后 1 4 中国未来农业机械化的展望中国未来农业机械化的展望 创新是农业机械化水平提高的关键 未来农机化创新的特点 一是加强技术 创新 要结合农业结构调整 加快农机新技术 机具的研究与开发 力争在粮食 作物 经济作物和牧业等机械化生产关键环节 关键技术 以及农产品分级 加 工转化等方面取得新的突破 提高农机化技术水平 二是加强机制创新 要进一 步深化农机化科技体制改革 充分发挥农机科研院校 大型农机企业的积极作用 优化农机科技资源配置 三是加强农机化新技术的推广应用 要重点推广水稻机 械化生产 玉米收获及育苗移栽机械化 机械化旱作节水农业 秸秆机械化还田 粮食产地烘干 设施农业机械化 经济作物机械化 牧业机械化 农产品加工和 农用航空 十大 农机化技术 第二章 第二章 旋耕机工作原理与构造旋耕机工作原理与构造 2 1 旋耕机工作原理旋耕机工作原理 旋耕机是由拖拉机动力输出轴驱动的耕作机具 旋耕机无论是装在手扶拖拉 机上 还是装在轮式拖拉机或履带拖拉机上 其工作原理基本相同 如图 1 1 图 1 2 所示 刀片端点运动轨迹 V 机组前进速度 W 旋转角速度 S 土块厚度 a 耕 深 图 2 1 速度简图 图 2 2 旋耕机工作过程 刀片是旋耕机的主要工作零件 好像是好多小锄齿按螺旋形安装在水平刀轴 上 刀轴与拖拉机轮轴平行 由拖拉机动力输出轴经万向节 变速箱驱动旋转 旋 转方向和拖拉机驱动轴相同 刀片随刀轴转动自地面从上向下切削土壤 由于 拖拉机的前进 旋转的刀片不断切入未耕土壤 切下的土块被抛向后方 并与罩 壳 拖板相撞击 进一步破碎再落到地面 最后由拖板拉平 因而碎土充分 地 面平整 切下来的土块是楔形 纵断面垂直于机具前进方看去呈现月牙形 这种形状 的形成原因 是由于刀片随刀轴旋转的同时 还要跟随拖拉机前进的合成运动的 结果 月牙轮廓线就是刀片端点合成的轨迹 因此 刀片旋转速度和拖拉机前进 速度的快慢 就决定了土块的大小 实践证明 刀片转速大 而前进速度小时 土块细小 刀片转速小 而前进速度大时 土块粗大 要达到农业要求的碎土效 果 务需合理选配刀片转速和前进速度 为了便于分析问题 用速比系数 来表 示转速和机组前进速度的配合关系 速比系数 刀片端点圆周速度 机组前进速度 1 用旋耕机在中等粘度的水稻田里耕作 土壤含水率一般在 20 30 为适耕范 围 每把旋耕刀所切的土块厚度在 10 厘米左右 碎土质量就可以满足种麦的要 求 如果土壤的含水率大于 35 则切削的土块厚度必须在 6 7 厘米才能满足 上述要求 大家也许都知道 土壤粘 碎土差 土壤松 碎土好 耕地适时 碎 土就好 过干过湿都不利于旋耕机碎土 2 2 旋耕机的构造旋耕机的构造 旋耕机虽系动力驱动的农具 但结构并不复杂 刚性较好 都是矩形框架结 构 按与拖拉机的联接方法 系列旋耕机可分直接联接和三点悬挂两种 其中 直接联接又可分为侧边齿轮传动和侧边链条传动两种 三点悬挂又可分为中间齿 轮传动 侧边齿轮传动和侧边链条传动三种 一般旋耕机均由机架 动力传动系 统 罩壳拖板 刀滚等几部分组成 旋耕机的型号按 J B 下 8 5 7 4 的规定 手扶拖拉机旋耕机型号由下列代 号和主参数组成 1G S Y Z XX 1G 类别代号 I G 表示耕整地机械类中的旋机 S 配套特征代号 S 表示与手扶拖拉机配套 Y 配套手扶拖拉机动力 KW Z 传动特征代号 链传动用 L 标出 齿轮传动不标出 XX 工作幅宽 CM 例如工作幅度为 60CM 链传动配 9 kW 手扶拖拉机的旋耕机 旋耕机 1GS9L 60 JB T 9798 1 1999 表 2 1 系列旋耕机主要技术规格和性能 耕幅为 1m 部分 型 号 项 目 1G 100 1GL 100 1GZ 100 1GZL 100 外形尺寸 长 x 宽 x 高 mm 1012 1245 10 26 1032 1238 10 15 1334 1052 67 5 1334 1052 67 5 整机重量 公 斤 196 190 200 200 实 际 耕 幅 mm 980 980 980 980 耕 深 mm 旱耕 120 160 水耕 140 180 刀片型式数量 左右弯刀各 14 把 最终传动形式 齿轮传动 链条传动 齿轮传动 链条传动 刀 540 高档 220 198 222 222 轴 低档 转 720 高档 速 低档 R 1000 高 档 m 低档 机组前进速度 旱耕 2 3 水耕 3 5 公 里 每 小 时 生产率 亩 班 20 30 配套动力 马 力 20 30 第三章 第三章 方案的确定方案的确定 3 1 总体设计总体设计 由于此次设计的是小型旋耕机 因此选择直接联接旋耕机设计 这样机架主 要由提升梁 中间齿轮箱体 侧边链条 或齿轮 箱体 右侧板等机件构成 中 间齿轮箱体用连接体固定在拖拉机后桥壳体上 侧边链条 或齿轮 箱体和右侧 板部件则与中间齿轮箱左 右主梁活铰联接 通过提升梁使侧边链条 或齿轮 箱与右侧板绕中间齿轮箱左 右主梁旋转 达到刀滚的升降 3 2 主要部分确定主要部分确定 直接联接的旋耕机没有万向节 而是采用牙嵌离合器 把柴油机的动力直接 传递到旋耕机上 因此传动部分我们可以这样理解 柴油机 牙嵌离合器 皮带轮传动 链轮传动 中间齿轮箱 侧边链轮 箱 刀轴 第四章 旋耕机各部分的选择第四章 旋耕机各部分的选择 4 1 柴油机的选择柴油机的选择 这里 通过比较性价比 我们选择常州王常柴油机有限公司的柴油机 该公司主要型号柴油机如下 型号 R185 R192 ZS195 ZS1105 ZS1110 ZS1115 型式 单缸 卧式 四冲程 缸径 冲程 85 82 92 90 95 115 100 115 110 115 115 115 活塞总排量 0 510 0 598 0 815 0 996 1 093 1 1945 压速比 17 5 17 17 17 17 17 标准功率 转速 5 88 8 2600 7 7 8 8 2400 9 54 2200 12 1 2200 13 2 2200 14 7 2200 最大功率 转速 6 5 9 2600 8 46 9 7 2400 10 6 2200 13 2 2200 14 7 2200 16 2 2000 燃油消耗率 280 287 242 1 238 238 238 燃油方式 直喷 冷却方式 蒸发 润滑方式 压力飞溅 起动方式 手摇或电启动 净质量 90 90 145 150 180 185 型号 ZS1115M ZS1125 ZS1130 L28M LC195 LC1110 型式 单缸 卧式 四冲程 缸径 冲程 115 115 125 115 130 120 125 120 95 115 110 115 活塞总排量 1 1945 1 41 1 593 1 48 0 815 1 093 压速比 17 16 5 16 5 17 17 17 标准功率 转速 14 7 2200 17 65 2200 20 2200 20 2 2200 8 82 12 2200 13 2 18 2200 最大功率 转速 16 2 2000 19 41 2200 22 2200 22 2200 9 7 13 2 2000 14 7 20 2200 燃油消耗率 238 244 8 244 8 254 2 238 244 8 燃油方式 直喷 冷却方式 蒸发 润滑方式 压力飞溅 起动方式 手摇或电启动 净质量 195 210 210 210 145 185 再联系到表 2 1 中的配套动力为 20 30 马力 我们选择的柴油机为 R185 4 2 耕幅的选择耕幅的选择 从使用角度来看 耕幅以大于拖拉机后轮外侧的轮距为好 这样 旋耕机能 对称地配置在拖拉机后面 可以避免牵引偏移 操作较平稳 又可适应各种耕作 方法的作业 左 右回转 套耕等 但耕幅往往受到拖拉机功率的限制 系列 旋耕机以适应南方水田地区的农艺要求为主 联系到江西省多山陵地形和表 1 中的技术规格选定拖拉机马力和耕幅 所以旋耕机的耕幅选择 100 5CM 实 际耕幅 980mm 4 3 刀轴转速选定刀轴转速选定 正确选择旋耕机刀轴转速和拖拉机转速 为保证旋耕机在作业中碎土符合农 艺要求 旱耕作业前进速度选用 2 3km h 水耕或耙地作业则可选用 3 5km h 对旋 耕机刀轴转速而言 一般旱耕或耕作比阻较大的土壤时选用低速挡 其转速为 200r min 左右 在水耕 耙地和耕作比阻较小的土壤时选用高速挡 其转速一般为 270r min 左右 这里 我们假定刀轴转速为 260r min 4 4 传动形式的选择传动形式的选择 选用中间传动还是侧边传动 一般耕幅小于拖拉机拖拉机后轮宽度的旋耕 机多用于侧边传动 耕幅大于拖拉机后轮外缘宽度的旋耕机 多采用中间传动 根据前面的设想 这里我们选用侧边传动 下面来比较一下链条传动和齿轮传动 齿轮传动可靠性好 使用寿命长 结 构紧凑 但是重量大 优质合金用量多 链条传动较轻便 重量轻 特别在中心 距大的时候 比齿轮传动优越 针对链条传动寿命短 易损坏等问题 经改进并 在 1 1 5 米旋耕机上用 1 英寸双排套筒滚子链条传动 基本可靠 综合考虑来看 这里我们选用齿轮传动 4 5 刀滚的选择刀滚的选择 刀滚主要由刀片 刀座 刀轴组成的 刀片和刀座都是全系列通用的 它是 旋耕机的主要工作部件 刀片形状及其排列形式直接影响旋耕机的工作性能 4 5 1 刀滚半径刀滚半径 刀滚半径是刀轴回转中心到刀片端点的距离 刀滚半径的确定主要根据旋耕 作业要达到的最大深耕深 在满足耕深要求和结构允许的前提下 刀滚半径应设 计的尽量小些 使刀片端点的圆周速度不致于过大 避免增加旋耕功率的消耗 同时也可使整个旋耕机的结构比较紧凑 减轻整机重量 系列旋耕机要求达到的 最大耕深 旱耕为 16 厘米 水耕是 18 厘米 故采用刀滚半径为 245 毫米和 260 毫米的两种弯刀 这里我们选择 245 毫米的旋耕刀 4 5 2 刀片刀片 刀片 又叫犁刀 刀齿 是旋耕机的主要工作零件 也是易损件 用螺栓固 定在刀座上 刀座按螺旋线排列 焊接在刀轴上 随刀轴一起旋转 起着切碎土 垡的作用刀片有凿型和 L 型两类 凿型刀前端刃口较窄 呈平口型或尖头型 有较好的入土能力主要起挖掘土 壤的作用 工作时候需要的功率较小 但易绕草 适用于无草茎的疏松土壤和熟 地上耕作 L 型刀靠锐利的刃口切土 刀刃由侧切刃和正切刃两部分组成 侧切刃 呈直线型或圆弧型 顺着回转方向延伸 切土时还起着支撑侧压力的作用 正切 刃呈直线或者空间曲线状 常用的 L 型刀有直角刀 沼泽刀和弯刀等几种 直角刀刀身较宽 刚度较好 主要用于耕作松软的熟地 切削幅宽较其它刀 型为大 一般用螺栓固定在焊有刀盘的刀轴上 这种刀的侧切刃和正切刃一般都 由直线构成 沼泽刀主要用于耕作沼泽地和草地 为了便于切断植物的根系 刀身宽度较 大 有较大的刚度 而切土的耕幅较直角刀为窄 侧切刃成直线型 正切刃成圆 弧形 弯刀是目前推广使用比较普遍的刀型 由于这种弯刀刃口有较大的滑切角 不易绕草 弯刀主要用于耕作土壤沾湿 田内有草 绿肥等易绕物的水稻田 系 列旋耕机主要安装刀滚半径为 245 毫米的弯刀 上述各种类型的旋耕刀 无论是哪种形式 都应采用 65 锰优质钢材锻造而 成 要求刃口锋利 形状正确 目前系列旋耕机的弯刀大多采用国家供应的周期 轧制刀坯型钢滚锻成型 也有一些工厂或使用单位还是用手工锻打弯刀 形状不 易保持正确一直 下面是手工手工制造旋耕机弯刀应注意的关键性问题 1 应尽可能选用规定的 65 锰钢材料 这种材料耐磨 使用寿命长 热处理后 不易变形 2 按着图形展开形状做外形样板 以供锻造检测之用 3 先加工刀柄固定孔 用样板弯刀的孔为基准 检测锻打出来的成品 将多 余部分切除 4 磨刃口 5 以刀柄和固定孔为定位基准 按尺寸弯型 可以做一个简单的弯型模具 6 用弯型样板检测 合格后热处理 国产刀片有耐磨性好的优点 但抗折强度差 不能适应复杂的土 质和意外 撞击 为提高旋耕机刀片内在质量 充分发挥 65 锰钢的特性 使其既耐磨而义杭 折 因此建议热处理工艺改进如下 第一种方案 保证刀尖 刀刀部分有良好的耐磨性 而刀背和刀栖部分都有足够 的抗折强度 为此 设术条件和热处理如下 1 刀尖 刀刃部分的硬度为 HRC54 58 刀背和刀柄部分硬度为 HRC43 47 2 金相组织 刀尖 刀刀部分为回火马氏体 刀背和刀栖部分为回火屈氏体 3 热处理工艺 先将刀片加热到 810 830 整体淬火 使硬度达到 HRC60 63 然后再局部分级回火 380 400 及刀尖和刀刃部分低温回火 180 200 第二种方案 由既保证刀片在耐磨性好 又达到抗折强度高的硬度最佳值来确定 即综合机械性能较好 其技术条件和热处理工艺应为 1 片整体硬度为 HRC47 50 2 相组织均为回火屈氏体 3 处理工艺 将刀片加热到 810 830 整体淬火 使硬度达到 HRC60 63 然后 再整体中温回火 380 400 以上两种方案比较 第一种情况刀片机械性能比较理想 但热处理工艺较复 杂第二种情况刀片的耐磨性和抗折强度比第一种情况差些 而对宽刀较为合理 但热处理工艺较简单 图 4 1 刀片简图 4 5 3 排列及入土顺序排列及入土顺序 为了使旋耕机在工作中不发生漏耕与堵塞 并使旋耕机刀轴受力均匀 刀片 在刀轴上除了有规则地 按螺旋线 排列外 还必须使相邻两刀片在轴向和径向 的角度差 也叫相位差 方面 保持一个适宜的数值 同时还使左 右弯向刀片 的入土顺序交错进行 对称地入土 下图是中间传动旋耕机的刀片排列及入土顺序 由于中间传动 有左右两根 刀轴 每根刀轴各有两条螺旋线 左右弯刀分别安装在螺旋线上 但左右刀轴各 有一条螺旋线是不连贯的 这样的布置主要是为了满足刀轴每转过一相等角度 就有一把刀片入土的要求 相邻同向刀片之间相位差 57 36 同一截面上两 把刀片的相位差 129 36 装配刀片时必须严格按照使用说明书的刀片排列图安装 左右弯向刀片也不 得搞错 不致于因刀片位置装错而产生的堵塞或者负载不均匀等现象 中间传动旋耕机的传动箱设在刀轴中间 有一定宽度 刀轴旋转时要让开箱 体 为保证安全 还要求刀片与箱体之间保持一定的间隙 因此 箱体宽度和这 个间隙就构成了耕地时的漏耕地段 在粘重土壤上耕作 这种漏耕地段特别显著 消除漏耕地段装置有两类 第一类是在箱体下面安装梨铲之类的工作部件 结构简单 制造容易 但消除漏耕的质量不理想 第二类是在刀轴上安装特殊结构的刀座和刀片 当刀轴旋转时 刀片既能切 割箱体下部的土壤 又能让开箱体 不和箱体相碰 耕作质量与旋耕相同 但结 构复杂 制造比较困难 下图是刀片在刀轴上位置的展开 图 4 2 刀片的展开 4 6 齿轮箱的选择齿轮箱的选择 1 侧边传动的中间齿轮箱 中间齿轮箱把拖拉机输出轴传来的动力 改换传动方向和变速后传给侧边齿 轮箱 无变速齿轮的中间齿轮箱 由一对锥齿轮 两根轴组成 这种箱体结构简 单 体积小 重量轻 目前主要用于 1 米耕幅的四种型号的旋耕机 主要是与动 力输出轴为 540 转 分的拖拉机配套 2 侧边传动箱 系列旋耕机的侧边传动箱 有齿轮传动和链条传动两种 三个圆柱齿轮的侧边齿轮箱 通过它将中间齿轮箱传来的动力传给刀轴 箱 体除了安装齿轮外 又是旋耕机矩形框架的组成部分 所以要求牢固 可靠 刚 性好 这种箱体中心距小 结构重量轻 多用于 1 米耕幅的旋耕机 缺点是中间 齿轮较大 锻造加工比较困难 优质材料用量较多 四个圆柱齿轮的侧边齿轮箱 这种箱体中心距较大 用于有交换齿轮的中间 齿轮箱的旋耕机 与三个的侧边齿轮箱比较 中间齿轮较小 但零件多 结构重 量比较大 一般用于 1 25 米以上耕幅的旋耕机 侧边链条箱由链轮 张紧滑轮 链条箱体等零件组成 用于 1 1 5 米耕幅的 三种旋耕机 链条规格为一英寸双排套筒滚子链 加强型 主 被动链轮中心 距有两种 小的中心距和上述三个齿轮传动的主被动齿轮的中心距相同 大的中 心距和四个齿轮传动的中心距相同 主要考虑到侧边齿轮传动和链条传动旋耕机 中某些零件的通用性 以提高多品种的 三化 程度 在结构和工艺等方面 链 条传动比齿轮传动有一定的优越性 关键是要提高链条的寿命 工作可靠性和降 低成本 同时也要注意正确的使用和调整 4 中间传动旋耕机的齿轮箱 中间传动旋耕机的齿轮箱 主要由一对锥齿轮 三个圆柱齿轮组成 采用这 种形式的齿轮箱 拖拉机动力经万向节传给齿轮减速并改变方向后 直接带动力 轴旋转工作 刀轴分为左右两段安装在齿轮箱两侧 这种结构形式的特点是机架 牢固 刚性好 布局合理 特别是用于耕幅大于拖拉机轮距的时候 更能显示出 它的优越性 缺点是中间齿轮箱不能安装弯刀 如果不设置特殊工作部件来弥补 将出现漏耕或工作部件挂草堵塞等现象 4 7 罩壳和拖板罩壳和拖板 罩壳与拖板能起到挡住被刀片抛出的土块再次得到破碎 并使耕后地表平 整 改善劳动条件和保证安全操作安全的作用 刀片与罩壳的间隙过大 结构不 允许 间隙过小 则易堵塞而增加摩擦阻力 一般情况下 刀片与罩壳之间的间 隙 前端为 30 40 毫米 后端为 70 80 毫米 系列旋耕机的罩壳拖板形式基本相同 主要是由圆弧形的罩壳 拖板 链条 罩壳撑杆等两件组成的 罩壳和机架上的侧边齿轮 或链条 传动箱体及侧板联 接在一起的 使用时可根据出土畅通的要求 调节链条长度来控制拖板的高度 中间传动旋耕机的罩壳拖板 以中间齿轮箱为边界 有左右两部分组成 第五章 各种部件的设计选择第五章 各种部件的设计选择 5 1 柴油机的选择柴油机的选择 影响旋耕机功率的因素很多 查 农业机械设计手册 得下列经验公式 N 0 1K aVmB kw 3 9 式中 a 耕深 cm Vm 机组前进速度 m s B 耕幅 m K 旋耕比阻 N cm2 K kgk1k2k3k4 见表 2 根据前面设计耕深 a 15cm 机组前进速度 Vm 0 5m s 耕幅 B 1 m Kg 13 k1 1 k2 0 95 k3 0 8 k4 0 66 K 13 1 0 95 0 8 0 66 6 52 N 4 89 KW 根据附表 1 常州王常柴油机有限公司的柴油机 R185 型柴油机 满载功率为 6 5KW 标准功率 5 88KW 转速 2600r min 5 2 传动比的确定传动比的确定 根据柴油机的满载转速 2600 r min 和旋耕刀轴的转速 260 r min 传动装置的 总传动比为 10 左右 总传动比为各级传动比 i1 i2 i3 的乘积 根据传动比的 分配原则及各种传动的性能 分配传动比 带传动具有结构简单 传动平稳 造价低廉 以及缓冲吸震等特点 因此 一般在一级传动中采用 i1 2 5 而齿轮传动无弹性滑动和打滑现象 因而能保 持准确的传动比 传动效率高 轴上径向压力较小 结构较为紧凑 二级传动采 用变速箱 i2 4 侧边传动采用链传动 可以没有传动比 起到传动功能 5 3 各轴的转速 功率和转矩各轴的转速 功率和转矩 5 3 1 各轴的转速各轴的转速 I 轴转速 N0 2600r min 变速箱输入转速 NI N0 i1 2600 2 5 1040 r min 变速箱输出转速和 III 轴转速 NII NI i2 1040 4 260 r min 5 3 2 各轴的功率各轴的功率 I 轴输出功率 P1 5 88KW 变速箱输入功率 Px1 P1 0 95 0 97 5 42KW 变速箱输出功率 Px2 Px1 0 97 5 26KW III 轴输入功率 PIII Px2 0 97 5 10KW III 轴输出功率 PIII 出 PIII 0 97 4 95KW 5 3 3 各轴的转矩各轴的转矩 I轴转矩 T1 9550 5 88 2600 21 60N m 变速箱输入转矩 TII 9550 5 42 1040 49 77N m 变速箱输出转矩 TII出 9550 5 26 1040 48 30N m III轴输入转矩 TIII 9550 5 10 260 187 33N m III轴输出转矩 TIII外 9550 4 95 260 181 82N m 表2 轴 号 功率 P KW 转矩 T N m 转 速 n r min 传动比 i 效率 输入 输出 输入 输出 2 5 0 92 I 轴 5 88 21 60 2600 变 速 箱 轴 5 42 5 26 49 77 48 30 1040 4 0 97 III 轴 5 10 4 95 187 33 181 82 260 5 4 选择带型选择带型 5 4 1 带的型号带的型号 带的型号可根据计算功率 Pc 和小带轮的转速 n1 选取 普通 V 带见 机械设 计 第四版图 11 15 窄 V 带见图 11 16 计算功率 Pc KAP P 名义传动功 率 KA 工作情况系数 在两种型号相邻的区域 若选用截面较小的型号 则根数较多 传动尺寸相 同时可获得较小的 h D 带的使用寿命较长 如认为根数过多 也可以选择大一 号的型号 这时 带轮尺寸 传动中心距都会有所增加 带根数则可减少 Pc KAP 选择为 1 2 KA 选择为 1 2 则 Pc 5 94KW 根据计算 我们选择 SPA 型 V 带 5 4 2 带的计算带的计算 初选小带轮的基准直径 1 d d 由表 11 6 和表 11 8 取小带轮的基准直径 1 d d 112mm 验算带速 v 按式验算带的速度 239 15 1000 60 2600 112 14 3 1000 60 1000 60 1 1 1 1 1 n d n d v d p m s 因为 5m s v 30m s 故带速合适 然后计算大带轮的基准直径 根据式 8 15a 计算大带轮的基准直径 2 d d 2 d d i 1 d d 而 i 1 2 n n 2 5 2 d d i 1 d d 2 5 112 280mm 确定中心距 a 和带的基准长度 Ld 查 机械设计 课本 根据传动的结构的需要初定中心距 a0 由 0 7 dd1 dd2 a0 2 dd1 dd2 274 4 a0 784 取 a0 500mm a0 取定后 根据传动的几何关系 计算所需带传动的基准长度 L d L d 0 d1 d2 2 d2 d1 0 a 4 d d 2 a 2 d d 664 1643 500 2 280 112 2 14 3 500 2 112 280 2 mm 查 机械设计 课本 由图 11 3 中选取和 L d 相近的 V 带的基准长度 Ld 取 Ld 1600mm 再根据 Ld 来计算实际中心距 2 a d 0 d L L a mm 478 2 1600 66 1643 500 验算主动轮上的包角 1 查 机械设计 课本 根据式 8 6 及对包角要求应保证 1 o o 5 57 a d d 180 d1 d2 o o o 8 159 5 57 478 112 280 180 o 120 满足包角要求 确定带的根数 z 查 机械设计 课本 根据式 L ca K K P P P z 0 0 K 包角系数 查 机械设计 表 8 8 K 0 92 L K 长度系数 查 机械设计 表 8 2 L K 0 94 0 P 单根 V 带的基本额定功率 查 机械设计 表 11 5c 0 P 2 61 0 P 计入传动比的影响时 单根 V 带额定功率的增量 其值见 机械 设计 表 8 5b 0 P 0 56 z 15 2 94 0 92 0 56 0 61 2 88 5 取 z 3 确定带的预紧力 F0 查 机械设计 课本 考虑离心力的不利影响 并考虑包角对所需预紧力的 影响 根据式 11 21 单根V带 所需的预紧力为 v q K zv P F ca O 2 1 5 2 500 4 7 查机械设计表 8 4 得出 q 0 1kg m z 3 K 0 969 则 125 2 15 1 0 1 969 0 5 2 2 15 3 88 5 500 2 O F N 计算带传动作用在轴上的力 压轴力 Fp 如果不考虑带的两边的拉力差 则压轴力可以近似的按带的两边的预紧 力 F0 的合力来计算即 2 sin z 2 2 2 cos z 2 2 cos 2 1 0 1 0 0 F F zF Fp 739 2 8 159 sin 125 3 2 N z 带的根数 F0 单根带的预紧力 1 主动轮上的包角 5 4 3 带轮的结构带轮的结构 带轮的材料主要采用铸铁 常用材料的牌号为 HT150 或 HT200 转速较高时 宜采用铸钢 或用钢板冲压后焊接而成 小功率时可用铸铝或塑料 铸铁制 V 带轮的典型结构形式有三种 实心式 带轮基准直径小于 3d d 为轴的直径 时 腹板式 带轮基准直径小于 300 350mm 时 轮辐式 带轮基准直径大于 300 350mm 时 图 5 1 腹板式带轮 5 4 4 带轮的张紧带轮的张紧 各种材质的 V 带都不是完全的弹性体 在预紧力的作用下 经过一定时间 的运转后 就会由于塑性变形而松弛 使初拉力降低 为了保证带传动的能力 应定期检查初拉力的数值 如发现不足时 必须重新张紧 才能正常工作 常见 的张紧装置有以下几种 1 定期张紧装置 采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力 使带重新张紧 自动张紧装置 将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上 利用带轮的自重 使带轮随同电动机 绕固定轴摆动 以自动保持张紧力 2 采用张紧轮的装置 当中心距不能调节时 可采用张紧轮将带张紧 张紧轮一般应放在松边内侧 使 带只受单向弯曲 同时张紧轮还应尽量靠近大轮 以免过份影响小带轮的包角 若张紧轮置于松边外侧 则应尽量靠近小带轮 张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同 且直径小于小带轮的直径 5 5 齿轮的设计齿轮的设计 5 5 1 基础的确定基础的确定 1 材料的选择 表 5 1 材料处理 材料牌号 热处理方法 强度极限 B Mpa 屈服极限 C Mpa 硬 度 HBS 4545 正 火 560 200 169 217 调 质 580 220 229 286 其中小齿轮 45 号钢调质 大齿轮 45 号钢正火 2 根据实际需要 选用直齿圆柱齿轮传动 3 旋耕机为一般工作机器 速度不高 故选用 7 级精 GB10095 88 4 选小齿轮齿数 Z1 25 大齿轮齿数 Z2 i Z1 100 5 5 2 按齿根弯曲疲劳强度计算按齿根弯曲疲劳强度计算 由设计计算公式 12 14 进行试算 即 3 2 1 1 32 2 1 d H E d t Z u u T K t 确定公式内的各计算数值 计算载荷系数 K Kt 1 3 计算扭矩 T1 49 77N m T2 48 30N m 齿轮传动齿宽系数 d 查 机械设计 课本 根据表 12 7 选取齿宽系数 d 1 查表 12 12 查得材料弹性影响系数 ZE 189 8MPa 1 2 由图 12 13 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限 1 lim H 710MPa 大齿轮 的接触疲劳强度极限 2 lim H 580MPa 由式 12 15 计算应力循环系数 N1 60n1jLh 60 1040 1 10000 6 24 10 8 N2 6 24 10 8 4 1 56 10 8 由图 12 24 查得弯曲疲劳寿命系数 1 0 95 FN K 2 0 98 FN K 计算接触疲劳许用应力 一般可靠度 失效概率不大于 100 1 安全系数 S 1 2 由式 12 11 得 S K H HN H 1 lim 1 1 639MPa S K H HN H 2 lim 2 2 522MPa 初步计算的小齿轮直径 3 2 1 1 1 1 d H d t u u T Ad 64 7mm 取 d1 65mm 初步齿宽 b d d1 65mm 校核计算 圆周速度 V V 1000 60 1 1 n d t 3 54m s 齿数 Z 和模数 m 初取齿数 Z1 25 Z2 i Z1 100 m d1 z1 65 25 2 6 由表 12 3 取 m 2 5 则 z1 65 2 5 26 Z2 104 使用系数 KA 由表 12 9 KA 1 5 动载系数 KV 由图 12 9 KV 1 2 齿间载荷分配系数 KH 由表 12 10 先求 Ft 1 1 2 d T 65 49770 2 1532 N b F K T A 35 35N MM 100N MM 1 88 3 2 1 1 Z 2 1 Z COS 1 88 3 2 1 26 1 104 1 73 Z 0 87 KH 1 32 齿间载荷分布系数 KH 由表 12 11 KH A B 1 d b 2 C10 3 b 1 17 0 16 1 2 0 61 10 3 65 1 37 载荷系数 K K KAKVKH KH 3 26 节点区域系数 ZH ZH 2 5 验 算 H 189 8 2 5 0 87 3 65 65 65 4 49770 26 3 2 518MPa H2 计算结果表明 接触疲劳强度较为合适 齿轮尺寸无需调整 确定传动主要尺寸 实际分度圆直径 d 因模数取标准值时 齿数已重新确定 但并未圆整 故 分度圆直 不会改变 即 d1 mz1 2 5 26 65mm d2 mz2 2 5 104 260mm 中心距 a a 162 5mm 齿宽 b b 65mm 齿根弯曲疲劳强度验算 重合度系数 Y Y 0 25 73 1 75 0 0 68 式 12 18 齿间载荷分配系数 KF 由表 12 10 KF 1 Y 1 0 68 1 47 齿向载荷分布系数 KF KF 1 38 载荷系数 K K 1 5 1 2 1 47 1 38 3 65 齿形系数 YFa 由图 12 21 YFa1 2 46 YFa2 2 19 应力修正系数 YSA 由图 12 22 YSA1 1 65 YSA1 1 8 弯曲疲劳极限 Flim 由图 12 23c Flim 1 600MPa Flim 2 450MPa 弯曲最小安全系数 SFmin 由表 12 14 SFmin 1 25 弯曲疲劳寿命系数 由图12 24 YN1 0 95 YN2 0 97 尺寸系数 YX 由图 12 25 YX 1 0 许用弯曲应力 F F1 25 1 1 95 0 600 456MPa F2 25 1 1 97 0 450 349MPa 验算 F1 95MPa F2 93MPa 传动无严重过载 故不作静强度校核 5 53 齿轮几何尺寸的确定齿轮几何尺寸的确定 齿顶圆直径 a d 由 机械零件设计手册 得 h a 1 c 0 25 70 5 2 1 2 26 2 2 1 1 1 1 mm m h Z h d d a a a 265 5 2 1 2 104 2 2 2 2 2 2 mm m h Z h d d a a a 齿距 P 2 3 14 6 28 mm 齿根高 125 3 mm m c h h a f 齿顶高 5 2 5 2 1 mm m h h a a 齿根圆直径 f d 75 58 125 3 2 65 2 1 1 mm h d d f f 75 253 125 3 2 260 2 2 2 mm h d d f f 5 6 轴的设计轴的设计 5 6 1 轴的基本数据轴的基本数据 表2 轴 号 功率 P KW 转矩 T N m 转 速 n r min 传动比 i 效率 输入 输出 输入 输出 2 5 0 92 I 轴 5 88 21 60 2600 变 速 箱 轴 5 42 5 26 49 77 48 30 1040 4 0 97 III 轴 5 10 4 95 187 33 181 82 260 由上表可知 变速箱轴输入的功率 P1 5 42KW 输出的功率 P2 5 26KW 输入的转矩 T1 49 77N m 输出的转矩 T2 48 30N m 输入的转速 N1 1040r min 输出的转速 N2 260r min 5 6 2 高速轴的设计高速轴的设计 1 确定高速轴的最小直径 选取轴的材料为 40Cr 调质处理 按机械设计书中要求取A0 105 则得 mm n p A d 20 18 1040 42 5 105 3 3 1 1 0 min 1 综合轴的强度 以价格要求 取d1 25mm 2 轴的结构设计 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径 由于 安装带轮 所以该段直径尺寸选为 25mm 考虑到轴向定位可靠 所以 段直径选为 30 mm 段轴要安装轴承 考虑到轴肩要有 2mm 的圆角 根据机械设计手册 轴承选用 6207 型深沟球轴承 即该段直径定为 35mm 外径 72mm 厚度 21mm 段轴为小齿轮 齿顶圆直径为 70mm 轴肩固定轴承 直径为 45mm 段轴要安装轴承 直径定为 35mm 各段长度的确定 连接大带轮 长度为 70mm 段长度为 100mm 为滚动轴承部分 长度定为 23mm 为中间间隙 长度定为 20mm 为齿轮部分 长度定为 65mm 5 6 3 低速轴的设计低速轴的设计 1 确定低速轴的最小直径 选取轴的材料为 40Cr 调质处理 按机械设计书中要求取A0 105 则得 mm n p A d 61 28 260 26 5 105 3 3 1 1 0 min 2 d2 35mm 2 低速轴结构设计 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径 由于 安装带轮 所以该段直径尺寸选为 35mm 考虑到轴向定位可靠 所以 段直径选为 40 mm 段轴要安装轴承 考虑到轴肩要有 2mm 的圆角 根据机械设计手册 轴承选用 6207 型深沟球轴承 即该段直径定为 45mm 外径 100mm 厚度 27mm 段轴为小齿轮 齿顶圆直径为 35mm 轴肩固定轴承 直径为 50mm 段轴要安装轴承 直径定为 45mm 各段长度的确定 连接大带轮 长度为 70mm 段长度为 100mm 为滚动轴承部分 长度定为 27mm 为中间间隙 长度定为 20mm 为齿轮部分 长度定为 65mm 5 7 链轮的设计链轮的设计 链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特 殊齿形的从动链轮的一种传动方式 链传动有许多优点 与带传动相比 无弹性滑动和打滑现象 平均传动比准 确 工作可靠 效率高 传递功率大 过载能力强 相同工况下的传动