JX03-150@振动式大葱挖掘机（刘作朝）
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JX03-150@振动式大葱挖掘机（刘作朝）,机械毕业设计全套
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第 一 章 绪论 1 目录 第一章 绪论 . 1 1.1 课题的意义及目的 . 1 1.2国内外研究发展现状 . 2 1.2.1 马铃薯收获机械 . 3 1.2.2 甜菜收获机械 . 5 1.3存在的问题 . 6 第二章 总体方案的设计 . 7 2.1 大葱收获的过程和机具 . 7 2.2 配套动力和前进速度的确定 . 7 2.3 耕幅和耕深的确定 . 8 2.4 挖掘机械的总体设计 . 8 第三章 连接装置和机架的设计 . 10 3.1 连接装置的选择 . 10 3.2 农具悬挂参数的确定 . 10 3.3 机架的设计 . 13 第四章 振动机构的设计 . 15 4.1 概述 . 15 4.2 振动利用的途径 . 15 4.3 振动机械的分类 . 15 4.4 振动机构设计方案 . 16 4.4.1 传动方案的选用 . 16 4.4.2 传动方案的设计参数 . 17 4.4.3 轴的结构设计 . 18 4.4.4 轴的加工工艺性分析 . 19 4.4.5 振动凸轮和弹簧及振动块的设计 . 21 4.5 箱体零件工作图 . 23 nts 2 4.6 轴校核 . 24 4.7 键校核 . 27 第五章 挖掘机其他部件的设计 . 29 5.1 挖掘铲的设计 . 29 5.2 平衡铲的设计 . 32 5.3 限深轮的设计 . 32 第六章 小结 . 34 参考文献 . 35 致 谢 . 36 nts第一章 绪论 1 第一章 绪论 本章将简要介绍我国农业方面的 相 关问 题。重点介绍农业 收获 机械化对我国 农业的 发展影响。 1.1 课题的意义及目的 我国是一个农业大国，农业在国民经济中占有很重要的地位，但我国的农业发展水平与国际发达国家相比还比较落后。因此农业的快速发展已成为我国一个最重要的课题，农业要快速发展离不开农业机械化的支持，如何准确的衡量农业机械化在农业发展中的地位和作用，以及如何正确评价我国农业机械化装备水平，已成为当前国内学者们研究的一个热点问题。 农业机械是在作物种植业和畜牧业生产过程中，以及农、畜产品初加工和处理过程中所使用的各种机械。 农业机械 包括农用动力机械、农田建设机械、土壤耕作机械、种植和施肥机械、植物保护机械、农田排灌机械、作物收获机械、农产品加工机械、畜牧业机械和农业运输机械等。广义的农业机械还包括 林业机械、渔业机械和蚕桑、养蜂、食用菌类培植等农村副业机械。 作物收获机械包括用于收取各种农作物或农产品的各种机械。不同农作物的收获方式和所用的机械都不相同，有的机器只进行单项收获工序，如稻、麦、玉米和甘庶等带穗茎秆的切割；薯类、甜菜和花生等地下部分的挖掘：棉花、茶叶和水果等的采摘 ；亚麻、黄麻等茎秆的拔取等。 有的收获机械则可一次 进行全部或多项收获工序，称为联合收获机。例如谷物联合收获机可进行茎杆切割、谷穗脱粒、秸秆分离和谷粒清选等项作业；马铃薯联合收获机可进行挖掘、分离泥土和薯块收集作业 1。 经济作物收获机械亟待研制多年来，我国收获经济作物的机械开发研制工作处于弱势。随着国家对粮食种植业结构的调整，经济作物的种植面积不断扩大，这就需要开发研制适合不同经济作物的收获机械。在南方，油菜种植面积不断扩大，急需技术成熟、价格适中的油菜收获机。在北方马铃薯、花生等地nts 2 下作物的收获机械生产企业多没有形成规模，落后于市场需求，棉花、甘蔗、甜菜 的收获机械产品在性能、可靠性和制造质量方面存在不少问题，需要改进和完善。 我国收获机械发展正在历经一个变化的时期，收获机械产品的结构调整势在必行，因此，从科研、开发、生产到推广销售都应该积极地去适应这个变化。科研、生产单位应该积极根据农业结构调整的要求，研究新的市场需求，跟上形势的变化，开发、生产新的产品；管理、推广和销售单位则应当从农机与农艺结合上，进行产品的选型、试验示范和推广，并且技术成龙配套，便于推广使用，从而促进其他收获机械的快速发展，促成我国收获机械新的发展高潮。 大葱是重要的经济作物之一 ,栽 培管理简单 ,资源消耗少 ,产量稳定 ,生产成本低 ,经济效益高 .随着农业产业结构的调整 ,完善高产、高效机械化栽培技术体系 ,示范、推广先进机械化生产技术对于提高经济作物种植效益 ,降低劳动强度和成本具有重要意义 . 而在大葱作物的收获机械方面，其研究最近才有涉猎，应用不是很广泛，其收获机械生产企业规模较小。研究这一课题将更有发展前景、意义远大。 1.2 国内 外 研究发展现状 分析收获机械行业发展现状，经过几年的潮起潮落和快速发展期，开始进入一个平稳的发展阶段。第十三届全国联合收获机技术发展及市场动态研讨会上，专家们对国 产收获机械产品的质量进行了分析。现慨述如下： 基础件质量有提高。液压件、发动机、变速箱、橡胶履带，过去是收获机械发展的难点，现在已经基本解决。液压件甚至有超前发展。技术基本稳定，应用范围、智能化水平也得到提高。 收获机械不仅是一种消费工具，更是一种投资工具。收获机械企业出现产品的相互交合，企业都从单一产品向多种产品发展；产品也从单一功能向多功能发展。品种增加，功能多样化是发展的趋势。油菜、花生、马铃薯、棉花等作物的收获机械，研发需求也很迫切。 下面介绍 块根作物收获机械的相关 知识 。 块根作物收获机械现 在发展的趋势之一就是研究自走式的宽幅机组。它发展的先决条件是能够降低劳动消耗（由于减少了操作人员和提高了劳动生产nts第一章 绪论 3 率），提高机动性（即减少转弯地带的宽度），提高通过性能而扩大使用范围，工作部件在正面配置，操纵自动化以及可选择最佳工作速度和规范 2。 1.2.1 马铃薯收获机械 荷兰的马铃薯收获机械 在马铃薯生产中也趋于研制宽幅自走式收获机。荷兰公司在甜菜收获机原理基础上 研制了双行马铃薯联合收获机。挖掘铲固定在梁上，制成在伸出与前面的控制轮上。利用液压机构使之升起，进入不工作状态。挖出 的马铃薯 由前输送器落入后输送器。再 装入拖拉机旁边的拖车上 3。 现代农庄北方（北京）农业机械有限公司马铃薯联合收获机 现代农庄北方（北京）农业机械有限公司自主研发的型牵引式马铃薯联合收获机主要由牵引悬挂部件、机架、挖掘部件、输送分离部件、两级除茎排杂机构、输送装车部件、传动部件等七部分组成 4。 型马铃薯联合收获机 如图 1-1 所示。 图 1-1 型马铃薯联合收获机 主要结构特点包括： （ 1）牵引悬挂部件：采用拖拉机三点悬挂，实现马铃薯联合收获机的牵引和 工作部件的升降，结构简单可靠。 （ 2）机架：主要连接各工作部件。 （ 3）挖掘部件：主要由挖掘铲、镇压限深轮和圆盘刀等部件组成。圆盘刀主要用来切开宽幅两边的地表及杂草，这有利于挖掘部件挖掘，减少挖掘阻nts 4 力；镇压限深轮主要用来对收获前的地表滚压，粉碎地表土块。 配合挖掘铲保证挖掘深度一致，提高挖掘质量，降低损伤率；挖掘铲由主铲和副铲组成，挖掘深度可根据不同土壤条件进行调整，提高机具的适应性。 （ 4）输送分离部件：主要由两级输送分离栅条筛和振动部件组成，可根据土壤条件改变振幅，达到最佳收获效果。 （ 5）两级除茎排 杂结构：主要由排茎辊配合拦草杆和输送连完成除茎功能。 （ 6） 1710 的输送装车部件：主要由三节折叠机构、输送链和液压控制系统组成，完成输送装车任务。 （ 7）传动部件：用来实现各工作部件的传动。 4U-1A 型马铃薯收获机 针对我国马铃薯种 植 模式，在已经获得专利（ 96204687.6）基础上，设计了新一代马铃薯收获机机型 5。挖掘铲由二阶平面铲与铰接指状延伸铲复合而成。防弹齿拨送轮和横向振动筛与纵向输送链搭配，构成薯、土分离和侧向铺条机构。 结构如图 1-2 所示。 图 1-2 4U-1A 型马铃薯收获机 1、挖掘铲组件 2、防堵弹齿拨送轮 3、纵向输送连 4、横向拨动筛 5、传动机构 6、机架 nts第一章 绪论 5 下面 对核心部件、典型机构的设计和机理及实验效果进行了阐述和分析。 一、 机器的组成部分 此马铃薯收获机结构如图 1 所示，由挖掘铲组件、防堵弹齿拨送轮、纵向输送链、横向振动筛、传动机构和机架等部件构成 。 二、 机组工作过程及原理 机组作业时，挖掘铲将薯垄掘起。带薯土垄沿二阶平面铲向后滑移，当其移到之状延伸铲时下层疏松土壤开始下漏。防堵弹齿拨送轮拉 松挖掘起物表层并向后推送秧茎等到纵向输送链上。输送链边输送便抖动，筛落大部分土壤；薯块、剩余土壤被送到横向振动筛，进一步筛分薯块和泥土。薯块成条被铺放于机器左侧。 三、 主要部件的设计依据和要求： 主要依据是薯块的分布宽度、结薯深度和薯块成簇性等生长状况，以及土壤土质和根系的抓土程度。主要要求是 1 将所有薯块掘起，保证挖净且不漏薯。2 能流畅地将掘起物送往分离装置。 3 尽早漏土，减小挖掘阻力，避免机前壅土，且减小筛分部件负荷，提高整机收获的明薯率。 1.2.2 甜菜收获机械 “八五”期间我们承担了农业部课题“分段式 甜菜收获机械的研制” 6。根据黑龙江垦区的甜菜生产状况和我们对甜菜收获机械的研究经验，并吸收国外甜菜收获机械的先进技术，研制了分段式甜菜收获机，即 4TQ-2 型甜菜茎叶收获机（切缨机）和 4TW-2 型甜菜茎叶收获机。本文介绍 4TW-2 型甜菜茎叶收获机的主要结构、工作原理和技术参数等。该机采用了振动式挖掘部件，工作幅宽 1.2 1.4m，生产率 0.67 0.93hm2 /h,配套动力为东方红 -802 或铁牛-55 拖拉机。 nts 6 图 1-3 4TW-2 型甜菜块根收获机结构示意图 1.机架 2.传动主齿轮箱 3.捡拾器 4.护板 5.箱斗 6.地轮 7.升运器 8.挖掘部件 9.限深轮 10.传动万向节 在本文产品中减震轴承的设计是一大特色：减震轴承是摆动筛式挖掘机的关键部件，它可以减小机器的振动，提高机器的使用寿命。 在设计中，提出几种方案：（ 1）内套为粉末冶金，中间为橡胶，外套为钢套（ 2）内套为合金钢，中间外部同（ 1）；（ 3）全部为尼龙整套。经过试验与实验，第一种轴承内套性脆易碎，故使用寿命短。第二种在有润滑情况下，通过试验与生产考核，使用寿命长、性能可靠、稳定。第三种尼龙轴承只通过室内实验，其寿命要比第一种长，但没有 经过生产考核。故选用第二种铜合金套见振轴承。中间层橡胶性能要抗冲击、抗老化且耐油脂。 1.3 存在的问题 我国的农业机械化水平均是较低的。我国农机化水平的提高有一系列的阻力，且对动力的抵制相当顽强。阻力之一：农业劳动力向非农产业转移缓慢。阻力之二：农用地产权转移缓慢。阻力之三：农民收入水平低，增速慢，相对于农机价格更低。 阻力之四：农业电气化滞后。阻力之五：农民文化水平依然过低。克服以上阻力关键在于深化改革。首先是劳动力市场化，其次是土地商品化，再次是社会各方面为农业服务的改革（全民社会保障、农业基础设施、免 费义 务教育、农机跨区经营、农机国企改革）。而面对，则更需如此 。nts第二章 总体方案的设计 7 第二 章 总体 方案的 设计 2.1 大葱收获的过程和机具 大葱收获的过程包括挖掘大葱、分离泥土、铺条放置、捡拾收获和清选储藏等项作业。 本课 题的大葱挖掘机将采用振动式挖掘机，它由具有双横梁的机架，、挖掘装置 、凸轮振动机构和限深轮组成。接下来的工作主要是设计机架、挖掘铲振动机构等部件。此挖掘机可以把大葱从土壤中挖掘出来而不损伤大葱，然后葱农就可以轻松收获拣取铺放在地上的大葱。本机型实现了半自动化收获机械，大大提高了生产效率，减轻了菜农劳动强度 。 2.2 配套动力 和前进速度的确定 配套动力 的选择既是对拖拉机技术性能的选择，而其经济性是评定拖拉机及农机具在使用效果中的重要指标 7。 （ 1） 生产率 以机组的实际生产率或纯生产率，即实际工作小时或纯工作小时完成量 （如亩）来表示。 （ 2） 油耗 包括燃油和机油的消耗。 （ 3） 可靠性及耐用性 以使用中主要零部件的可靠耐用程度和使用寿命来衡量。 （ 4） 机组的配套性能 用拖拉机和配套机具所能进行的作业项目的多少，以及是否能充分利用拖拉机的牵引功率为评定指标。 影响农机具配套的主要因素，有传动机排档数目及传动比的变化范围，拖拉机 单位宽度（轮距或轨距宽度）功率和工作装置的性能参数 如表 2-1所示 。 表 2-1 拖拉机的相关参数 轮式拖拉机型号 发动机标定功率 Kw 标定转速 r/min 燃油消耗率h/Kw.h 机油消耗率h/Kw.h 奔野 -25 17.4 2000 258.4 2 nts 8 轮距 理论速度 h/Km 1000-1400 2.08 2.3 耕幅和耕深的确定 大葱的 栽培 行距 0.60 0.70 米 ，成葱入土深度一般为 0.20 0.40 米，结合拖拉机的轮距 1.0 1.4 米 ， 为提高挖掘机的适应能力，将 大葱挖掘机的耕幅 和耕深分别设 定为 0.60 0.80 米 和 0.20 0.40 米 的 可调 范围 。 2.4 挖掘 机械的总体设计 一、 总体参数的设计 收获机的总体参数包括喂入量、功率及机器前进速度等。收获机械各工作部件的转速是根据发动机额定转速或动力输出轴额定转速来设计计算的。具有转速调节要求的工作部件，不能作为主动工作部件，以免因调整而改变了其他工作部件的转速 8。 二、 总体配置的设计 总体配置使用初步确定的工作部件的大体轮廓尺寸，进行机器水平面和纵剖面的配置，探求 它们之间最合理的相互位置和相关尺寸，并提出相互之间的要求，以便进一步的技术设计提供依据。 （ 1）双横梁 机架 机架采用双横梁结构，其上安装限深轮、挖掘铲、凸轮振动机构及平衡装置等。双横梁结构架具有结构简单、稳定、坚固等特点。 （ 2）限深轮 对限深轮的要求是能够满足支撑机械总重的需求。 （ 3）挖掘装置 挖掘装置的工作部件要结构简单、不易变形，入土能力好，还要保证土块的破碎和分离能力好。 （ 4） 振动机构 振动机构振动频率 和 振动幅度不能太大，能够抖掉挖掘铲上的泥土就足够了。 （ 5） 平衡装置 能够保证机 架平稳。 nts第二章 总体方案的设计 9 总体配置图如图 2-1 所示。 图 2-1 总体配置图 nts 10 第三 章 连接 装置 和机架 的 设计 3.1 连接装置的选择 拖拉机田间作业机组有牵引式、悬挂式、半悬挂式等几种类型。其中悬挂式机组，基本上改变了拖拉机和农机具之间的受力关系。工作中有可能将机组的重量和载荷，部分地传递到拖拉机驱动轮上，从而增加了驱动轮的垂直载荷，改善了因此广泛用于中、小型拖拉机机组上 9。 3.2 农具悬挂参数的确定 一、农具在拖拉机上悬挂设计要求 及设计任务 农具 悬挂参数 合理性对 机组性能影响极大。 农具悬挂设计应满足以下要求： （ 1） 农机有良好的入土性能。即没有强制外力作用下，农机具应能平稳迅速的达到耕深，入土行程短。 （ 2） 机组工作时具有良好操作性和牵引性能。 （ 3） 机组行驶时具有良好通过性和稳定性。 （ 4） 机组工作时 能保证直线行驶和耕宽稳定性，这就要正确选择水平面内瞬心的位置。 （ 5） 拆卸、操纵和调节轻便，视野良好。 根据设计要求从而确定设计任务， 即确定各杆件的位置，决定各杆件长度 10 。 二、农具悬挂参数的确定 农具悬挂参数设计按下列步骤进行： 首先，根 据配套拖拉机牵引力等级，有关国家标准和拖拉机悬挂杆件尺寸，确定悬挂机构尺寸类别。 其次，绘出机组在水平面内投影图，确定水平面悬挂点。 假使工作时两下拉杆处于水平位置，它的水平投影即下拉杆的实际长度 。应使悬挂机构两下拉杆在水平面内交点，即水平面内的瞬心，该交点位于农具前方nts第 三 章 连接装置和 的设计 11 拖拉机纵向中心线上。两下拉杆的夹角应在 15 30范围内，一般可先定 20，或参照 GB1593-79 推荐的两下悬挂点间距值（表 1.1-10） 农业机械设计手册上册农机研究院 P53 三 、农具 配套的拖拉机的相关参数 拖拉机以其工作装置将动力传递到农机具 ， 从而构成了拖拉机 -农机具 作业组 。 农用拖拉机的工作装置 通常包括液压悬挂装置、牵引装置、动力输出装置等。其中悬挂装置参数是设计农具悬挂机构的基础。 悬挂机构主要部位名称 如图 3-1 图 3-1 悬挂机构简图 1.上拉杆 2.上悬挂点 3.下悬挂点 4.下拉杆 5.提升杆 6.提升臂 （ 1） 悬挂点 拖拉机上、下拉杆和农机具连接的铰接点。在悬挂机构设计中，通常指拉杆和农具铰接点的中心。 （ 2） 提升行程（ j） 对应于液压机构活塞全行程的下悬挂点垂直位移量（提升杆的调整不包括在内）。 （ 3） 连接三 角形 由农机具的上下悬挂点所构成的三角形几何图形（图 3-1）所示 。 nts 12 （ 4） 农具立柱高度（ I） 上悬挂点与两个下悬挂点的共同轴线之间的 垂直距离 。 （ 5） 两个下悬挂点间距（ K） 两个下悬挂点之间的距离。 （ 6） 瞬时转动中心 又称虚牵引点。即悬挂机构在纵向垂直平面内投影，其上拉杆与下拉杆的延长线交点和在水平面内投影，两个下拉杆的延长线交点。 国产拖拉机悬挂装置连接三角形和悬挂点尺寸如下图 3-2 表 3-1 所示图 3-2 国产拖拉机悬挂装置连接三角形 表 3-1 悬挂点尺寸 参数名称 代号 数值 连接三角形 农具立柱高度 两个下悬挂点间距离 I K 510 600 上悬挂点 连接孔直径 连接销直径 球头宽度 锁销孔 直径 锁销孔 位置 a b c e f 19.3 2.0019013.044002.012013.012 0.4 nts第 三 章 连接装置和 的设计 13 下悬挂点 连接孔直径 球头宽度 g h 22.3013.076013.03.3 机架的设计 机架是挖掘铲的主要骨架，悬挂装置、 限深轮、 挖掘铲、凸轮振动机构 及平衡装置等都是以机架为机体进行安装，因此，机架的制造和装配质量将直接影响到其他部件的安装精度。 机架又是一个传力部件，它将悬挂装置传递来的拖拉机 牵引动力分配给各工作部件，因此，机架的结构形式除了满足各部件的装置要求外，还必须从强度观点考虑。 从结构连接形式分有螺栓组合式 和焊接式两种。 1. 螺栓组合式 螺栓组合式由螺栓将机架构件连接而成。主梁多用加强工字钢，各纵梁间固定着横梁，用 U 形螺栓固定一槽钢 等。但其多采用断面钢材，金属耗用量大，并增加机架的重量。 2. 焊接式 焊接式是目前采用较多的结构形式，用巨形或圆形薄壁管材焊接成，用材少，重量轻。 材料断面形状适宜于承受外载，抗弯、抗扭能力较强。 综合考虑，结果采用主机架用双横梁焊接式结构，这样比较符合农业机械的经济性。 调节方法是左右伸梁可以左右拉伸控制耕幅，使其符合规定值。他们是通过螺栓和螺母对梁的挤压力来固定的，因为在工作过程中主要作用 力是水平方向的，在垂直方向稍微给以很小的力即可。 （其结构参数可查看设计图纸） 机架的长度要保证 耕幅为 60 80 厘米可调范围内，因此采用 悬挂装置和机架通过焊合连接在一起的形式（ 如下图 3-3）所示 。 nts 14 图 3-3 悬挂机架 1.螺母 2.螺栓 3.左悬挂梁 4.连接板 5.右悬挂梁 6.右连接梁 7.右悬挂板 8.后梁 9.右伸梁 10.左伸梁 11. 左连接梁 12.前梁 13. 左悬挂板 nts第四章 振动机构的设计 15 第四 章 振动机构 的设计 4.1 概述 机械系统中的运动量是只位移 速度、和加速度。机械系统中运动量的振动现象，称为机械振动。在许多情况下，机械振动是有害的。它影响机械设备的性能和寿命，产生有损于建筑物的动载荷和不利于工作的噪声。机械振动严重时，会使零部件失效，甚至破坏而造成事故。因此，对于大多数机械设备，应将其振动量控制在允许的范围内。反过来说，对于利用振动原理而工作的机械设备，则应使它产生所希望的振动，发挥其应有的效能 10。 4.2 振动利用的途径 振动利用的途径 ，总的来说有以下几方面： （ 1） 利用振动可以有效的 完成许多工艺过程，提高某 些机器 的工作效率。利用振动而工作的机械称为振动机械。在矿山、冶金工厂、化工厂、建筑工地及粮食和食品加工厂中，振动机械被广泛利用。如振动输送机、振动筛、振动造型机及振动落沙机、振动 夯土 机 及 等。 （ 2） 人为实现需要的振动，达到特定目的。如对机械进行动态特性分析环境模拟试验，以及振动切削、振动加工等。 （ 3） 利用机器设备运行过程中产生振动信号。 振动可减少土壤、砂石及其他混合物的内摩擦力，可降低土壤对 贯入物体的阻力，因而可有效地完成夯土、压路等工作。 关于基础的夯实振捣方面的知识也可以用在大葱挖掘机上。 4.3 振动机械的分类 振动机械的分类方法很多，一般有： 1、 按用途分， 输送给料类、选分冷却类、研磨清理类、成型紧实类、振捣打 拔类。 2、 按驱动装置分，惯性式振动机械、曲柄连杆式、电磁式振动机械、凸轮式nts 16 振动机械。 由于我设计的振动式大葱挖掘机的需要，选择了凸轮式振动机械 （图 4-1） ，利用凸轮对弹簧上的振动块进行挤压，从而使物块进行振动，最终带动挖掘机的机架和挖掘铲的振动，从而起到疏松土壤，使得大葱顺利挖掘出来。 AA图 4-1 大葱挖掘机的振动机构 4.4 振动机构设计方 案 4.4.1 传动方案的选用 拖拉机的动力输出通过传动轴，然后 通过万向节给振动机构传递动力 11。传动轴由许多零件布置和连接而成的系统。系统特征在于能够描述连接件外，还与该系统相配的各类装置（边界环境）有关 12,13。 由于单万向节所连接的两轴的瞬时转速是不相等的，为使主动轴和从动轴等速旋转，通产采用两个十字轴万向节和一根中间轴的组合结构。 如图 4-2所示。 nts第四章 振动机构的设计 17 图 4-2 双万向节传动 主动轴和从动轴等角速旋转的条件是： 与中间轴连接的两个万向节叉应在同一平面内，中间轴与所 连两轴之间的夹角 1 与 2 相等 14。 传动轴的 功能是把驱动装置传来的转距和旋转运动尽可能均匀的传递给从动装置，同时至少一个装置在给定范围内能够改变 它的空间位置 15。 农用拖拉机多采用一段式传动轴。 农用万向节 由于其特殊用途具有特殊地位。因而与机械和车辆的部件相比有相当大的差异。除使用条件恶劣及较少的维护特征保养外，一年有很长一段闲置时间。农业生产用传动轴的特征是需要较大 的伸缩量和 45 75 的轴间夹角。 因为动力输出轴的推广，每台拖拉机都有自己的动力输出轴及传动轴规定的工作范围。在 540r/min 和 1000r/min标准转速下，能够将输出轴的动力全部传给农具。拖拉机的三点连接装置能在拖拉机与农机具之间伸缩。 4.4.2 传动方案的设计 参数 本振动机构 所选拖拉机的输出功率为 17.4Kw， 输出转速为 540r/min，对于 振动 机构 来说所需转速为中低速旋转，可以取值为拖拉机的输出转速540r/min。 不需要其他减速或增速装置。最终输出用 花键联接，其尺寸为 832 38 6矩形花键。 输出功率 P=17.4Kw 输出转速 n=540r/min nts 18 转矩 T=9550nP=9550 mNr kw /7.307m in/540 4.17 4.4.3 轴的结构设计 1.轴的材料 选用 45钢 图 4-3 轴的结构 2.确定 轴的直径 花键轴处直径 d=32mm,D=38mm 3.轴的各段轴径 根据机械设计 课程设计 轴 系结构的初步设计步骤 17，当轴肩用于轴上零件定位和承受内力时，应具有一定高度，轴肩差一般可取 6 10mm。用作 滚动轴承内 圈定位 时 ， 轴 肩的直 径应按轴 承的安 装 尺寸取。如果 两相邻轴 段直 径的 变 化 仅 是 为 了 轴 上零件 装 拆方便或 区 分加工表 面时两 直 径 略有差值即可，例如取 1 5mm也可以采用相同公 称 直 径 而不同的公差 数 值。 按照 这 些 原则轴 的 轴径由 左 到 右 分 别为 ： 32mm,40mm,45mm ，50mm,45mm,42mm,40mm； 4.轴的各 段轴向尺寸 花键轴段长度与万向连轴节有关，初步订为 42mm，凸轮处轴径尺寸与凸轮的轮毂 有关轮毂长度比轴径长度长出 2-3mm,轴的总长度与悬挂机架和万向节伸缩长度有一定关系，要符合其伸缩最大范围，总长 度为 250mm。 另外，此轴采用悬臂梁式安装， 如图 4-1所 示，且轴承处轴径长度比轴承宽多出 1-3mm。 按 照 这 些 基 本 原 则 ， 轴 的 径 向 尺 寸 由 左 到 右 为 ：42mm,50mm,19mm,15mm,17mm,58mm,49mm。 至此，轴系结构的初步设计基本完成。随后进行轴与键联接的强度校核计算。 nts第四章 振动机构的设计 19 4.4.4 轴的 加工工艺性分析 轴是最基础的零件，选择合理的加工工艺对增强轴的性能及延长寿命都有很大好处 18。 （一）定位基准的选择 1、精基准的选择： 根据基准重合 的原则，选择轴线作为定位基准。依次加工出符合精度要求的阶梯轴。 2、粗基准的选择： 根据粗基准的选择原则，选择毛坯的外圆作为基准，用于加工轴的端面。 （二）加工方法的选择 1、加工阶段的划分 （ 1）粗加工；（ 2）半精加工；（ 3）精加工； 2、加工工艺路线 1.锻出坯料，如图 2.车毛坯料端面，车后毛坯长度为 260mm.钻中心孔，尺寸如图 3.中心孔定位 ， 粗车阶梯轴上外圆，尺寸如图 机床型号： CA6140 车床 刀具：端面车刀 中心 机床型号： CA6140 车床 刀具：外圆车刀 nts 20 4.半精车阶梯轴上的 40、 42、 48、 43、 41 外圆，尺寸如图 5.精车 38.2、 40.2、 45.2、 41.2、 40.0 外圆 ， 并对两端倒角 1.5 45 ，尺寸如图 6.车退刀槽 7. 拉花键 8.铣削键槽如图所示 机床型号： CA6140 车床 刀具：外圆车刀 机床型号： CA6140 车床 刀具：外圆车刀 机床型号： CA6140 车床 刀具：端面车刀 机床 型号： CA6140 车床 刀具： 拉 刀 机床型号： X6132 卧式万能铣床 刀具：键槽铣刀 nts第四章 振动机构的设计 21 4.4.5 振动凸轮和弹簧及振动块的设计 一、先设计选取弹簧各个参数 弹簧材料的截面直径取 d=4mm, 中径 D=40mm 初步取值弹簧的自由高度 H。 =130mm 其中 , 节距 t 弹簧有效圈数 n 自由高度 tnH 最大变形量 dnHndtf )(m a x假设 mmf 25max 则 25=130-4n, 解得， n=26.25 查表 12-116取整得 n=25。 弹簧的工作变形量 f=25mm 二、设计凸轮和振动块 根据弹簧的各个参数设计凸轮和振动块的各个参数， 它们的 基本关系如下图 4-4： nts 22 图 4-4 凸轮和振动块与弹簧的工作过程关系 上图三个位置依次为：振动块在最高位置、平衡位置、最低位置， 其中， H。为上述弹簧的自由高度 , mmfHH 155, , mmfHH 105, , mmH 1901 根据轴端直径 d=40mm，初步定出凸轮小径为 r=45mm,大径 R=95mm,凸轮厚度为 50mm,材料为 45Cr,其密度为 7g/cm3 。凸轮形状如图 4-5所示。 振动块 的长度根据弹簧的自由高度决定，并且等于其长度 H。即， 130mm 其制造方法采用锻造加工。下端直径以套进弹簧且不与弹簧接触为准，定为 30mm，大端直径定为 72mm,高度为 10mm。形状如图 4-6所示。 nts第四章 振动机构的设计 23 图 4-5 凸轮 图 4-6 振动块 4.5 箱体零件工作图 根据结构及制造方法的不同 ，箱体一般分为剖分式、整体式，铸造式、焊接式，卧式和立式等多种形式。住在箱体一般用灰铸铁制造，刚性好加工方便，尤其对于复杂的箱体，应用广泛。传动件轴线位于剖分面内的剖分式箱体被广泛应用，因此振动机构箱体采用卧式剖 分箱体。 箱体主要结构尺寸如下表： 名称 符号 尺寸 /mm 箱座 /盖 壁厚 10 箱盖 /座 凸缘厚度 b 15 箱座底凸缘厚度 b 1 25 地脚螺栓直径 df M16 地脚螺栓数目 n 4 轴承旁联接螺栓直径 d1 1M2 盖与座 联接螺栓直径 d2 M8 nts 24 轴承端盖螺钉直径 d3 M6 定位销直径 d M8 凸台高度 h 便于操作 为准 箱壁至轴承座端面距离 l1 65 轴承端盖外径 D2 115 轴承旁连接螺栓距离 S 121 其中，振动机构安装在悬挂机架下面，横梁上面，在这 一空间范围内，高度固定，因此，在设计安装弹簧及振动块时要注意这个问题，当不能避免时就出现了上图的情况，在机座底部铸成一个圆筒状的结构如图 4-7。 A图 4-7 机座 4.6 轴校核 凸轮在转 动 过程中 会产生较大的对轴的压力，因而需要对轴的强度进行校核。 （ 1）受力分析 因而受力分析如下： nts第四章 振动机构的设计 25 图 4-8 简化轴承及凸轮的受力 简化轴承及 凸轮 的受力如图 4-8所示。我们 又 已经知道： 凸 轮转速为 540r/min,功率为 17.4KW， 凸 轮的重量为 m 其中， m= = （ r2 - r， 2 ） +（ R2 - r2 ） 1/8 =7 3.14 （ 452 -202 ） +（ 952 -452 ） 1/8 =3.6kg G = mg = 3.6 9.987 36 N T=9550nP=307.7N/m F=m 2 =m（2233rR rR ）sin=208 N （ 2） 求支反力 ： 在竖直平面内求支反力： Ft1 35= G 90 Ft2 35= G (35+90) 代入数值得： Ft1 =92.57 N Ft2 = 128.57 N 校核： Ft1 + G = Ft2 计算无误； 在水平平面内求支反力： 同理： 得， Fn1 =534.86 N Fn2 = 742.86 N （ 3） 计算轴的弯矩，并画弯矩图： 竖直平面弯矩： Mt1 =92.57 80=7405.6 N.m nts 26 Mt2 = 7405.6+128.57 35= 11905.6 N.m 水平平面弯矩： Mn1 =42788.9 N.m Mn2 =68788.9 N.m 水平平面和竖直平面的弯矩图如 图 4-9所示： 图 4-9弯矩图 由此可见，轴的危险截面显然为 B截面，其合成弯矩为： 6981022 9.6 8 7 8 86.1 1 9 0 5 22 MMM ByBxB N/m （ 4） 画转矩图： 转矩图 如 图 4-10 所示 nts第四章 振动机构的设计 27 图 4-10 转矩图 （ 6） 计算当量弯矩并校核： 转矩按脉动循环变化计算，取 = 0.6 得： 最危险处为右边轴承处，当量转矩为： T = 0.6 307.7N.m = 189.62 N.m M = 69810 N.m 当量弯矩为： M = TM 22 = 6981062.189 22 = 69810.2 N.m 因而： ca = WM= 3035.01.02.69810 16.28 MPa -1 = 60 MPa 所以轴的强度足够。 4.7 键校核 键连接的失效形式有：较弱零件的工作表面被压溃（静连接）、磨损（动连接）、键的剪断（一般极少见）。因此对于普通平键连接只需进行挤压强度计算；而对于导向平键或滑键连接需进行耐磨性条件的计算。 本设计属于普通平键连接 因而进行挤压强度计算即可： 假设载荷在工作表面上均匀分布，挤压强度条件为： p = kldT3102 p 式中： t 转矩， N.m d 轴的直径， mm k 键与轮毂接触高度， mm nts 28 l 键的工作长度， A键 l = L b ,B型键 l = L ， C 键 l = L-2bL 键的公称长度， mm b 键的宽度， mm p 键、轴、轮毂中较弱材料的需用挤压应力， MPa。 d = 40 mm k = 4 mm b = 12 mm L = 45 mm l = 45-12 = 33 mm T = 56.2 N.m 查表得 19 得 ： 凸 轮材料为 45Cr，轴及键为 45钢， 联结方式为静连接，有冲击载荷， 故 p = 60-90 MPa 因而带入数据得： p = kldT5102 = 40334 10077.325 = 89 p = 90 MPa 因而 强度基本符合 ； nts第 五 章 挖掘机其他部件的设计 29 第 五 章 挖掘 机 其他部件的设计 5.1 挖掘铲的设计 挖掘 铲的工作部件是在工作过程中 直接参与耕作和切割土壤的部件，辅助部件是协助和保证工作部件顺利完成作业的其他部件。振动式挖掘铲的主要工作部件是刃铲和栅条等。辅助部件是振动装置，限深轮、平衡铲及悬挂机架装置。 挖掘铲的主要工作部件是刃口部分，在设计过程中可以参考犁的工作部件。 犁在耕作时，犁体面积其切割刃口各个部位，因其功能不同，所受土壤压强并不一样，土粒相对速度也不一样，以致犁面磨损不均匀，尤其在铧刃、胫刃合犁胸处最为严重， 在理论设计 制造时 作为整体的犁面在实际制造时分为两个零件 -犁铧和犁壁，以便采用不同结构、材料 和工艺来制造它们。 为了增加犁铧的强度，同时考虑铧刃磨损后的恢复，往往在犁铧背部局部增加厚度，通常称为材料储备。为了加强铧尖，提高其耐磨性能，可在铧尖处堆焊耐磨材料 ;也可以在 犁铧胫刃边上焊上侧板，以增加铧尖强度。 犁铧常用 65 号锰钢或 65号硅锰稀土钢制造。白口铁和灰口铁冷铸犁铧金用在畜力犁上。钢纸犁铧刃口应进行热处理以增加耐磨性热处理宽度占20-30%，硬度应达到 HRC45-60。非热处理区硬度不得高于 HRC33。使其具有一定韧性。犁刃口的磨锐方式由上下磨刃 两种。上下都磨锐的很少见到，因其工艺较复杂， 而工作性能未必优良。上磨刃的犁铧隙角比下磨刃的大，有利于入土；但是切土角也大，相应阻力也会增加。由于上磨刃加工方便，所以国内采用上磨刃。刃口锋利与否严重影响犁的工作性能和工作阻力。新铧犁的刃角一般为 20 30 ，通常不超过 40 ，刃口厚度为 0.5 1mm。刃角和刃厚过小，将影响铧刃的 强度和寿命，过大，工作阻力将随之增大。 新犁铧开始工作后锐利的刃口逐渐磨钝，在一定情况下，犁铧都可以采用两种不同耐磨性质的材料制造，并使下层比上层耐磨，则犁铧始终保持 锐利，这种犁铧的刃口称为自磨刃。即采用等离子 电弧堆焊 耐磨合金的方法制造，堆焊层厚度约为 1m
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