毕业设计论文：分层切土大耕深旋耕灭茬施肥播种机旋耕机构的设计

顾国晨 分层切土大耕深旋耕灭茬施肥播种机旋耕机构的设计中文摘要近几来，国内外出现了以少耕、免耕、保护性耕作等为主的一系列耕作方法和联合机械化旱化技术。在满足农艺要求的前提下，为了减少不必要的功率消耗，少耕、免耕、保护性耕作等耕作方法越来越被采用及推广。该机器采用的是条切条耕技术，对农田实行少耕，用作物秸秆覆盖地表，减少风蚀、水蚀，提高土壤肥力和抗旱能力，同时减少了土壤搅动量，可以减少土壤流失程度。耕作装置为动刀和定刀的配合作业,动刀和定刀的相对运动可以达到切断秸秆和杂草的目的,而且动刀轴的运动为反转,又可以达到灭茬的目的，并且可以节省30%的燃料消耗，对于抵消目前的国际原油价格的上涨所带来的生产成本的上涨是非常有必要的，由于没有对土地进行满耕所以对于作物的抗倒伏有一定的好处。播种装置需有较强的适应性和能满足不同种植要求的工作性能，必须根据农业技术要求做到适时、适量、满足农艺环境条件，使作物获得良好的生长发育基础。机械化播种较人工均匀准确，深浅一致，且效率高、速度快、同时为田间管理作业创造良好的条件，是实现农业机械化的重要技术手段之一。条播是将种子按要求的行距、播量和播深成条的播入土壤中，然后进行覆土镇压的方式。种子排出的形式为均匀的种子流。主要应用于谷物播种：小麦、谷子、高粱、油菜等作物。关键词：条切，条耕，条播。AbstractRecently a series of mainly on reducing plough ,avoiding plough and protecting plough and compound-mechanized technique come to use both in home and abroad. For saving power consumption these methods are adopted and popularized widely. The technology of ploughing in line and mincing straw in line is applied in this work machine. It can reduce the stirring quantity, and cover the earths surface with straw and decrease the erosion of wind and rain ,improve the soil fertility and the ability of resisting dry, meanwhile decrease the plough and running off of the soil. The plough unit works in the form of coordination of moving knives and static knives, so it can mince the straw and grass , and the removing axle is reversed then can uproot , saving 30 percent power consumption. And it is necessary to countervail the rising cost because the price of crude oil is rising ,and it is good for the paddy resisting to fall over .Sowing machinery require higher adaptability so that can meet all kinds of working demand such as in time ,at rational and supplying a good condition to the paddy sow. It is more accurate efficient than man-hand and create a good condition of administrator superintendence Sow in line is a method of sowing seed into soil according to distance and quantity of required，then cover the seed with soil. The form of the seed discharged is stream of water. This technique is mainly used in paddy, wheat, broomcorn and so on.Key words: mince in line plough in line sow in line目 录中文摘要1Abstract2第一章 绪论51.1 课题的来源及意义51.1.1 课题的来源51.1.2 课题的意义51.2 国内外研究的状况61.2.1 国外的研究状况61.2.2 国内的研究现状61.3 本机型的先进性分析71.4 小结7第二章 机构设计82.1机构及原理82.2总体设计计算92.2.1组成及传动图92.3 牵引功率的估算102.3.1 拖拉机可以提供的功率估算102.3.2 功率消耗及其影响因素112.3.3 旋耕刀的运动分析12第三章 中间传动齿轮箱的设计143.1技术要求143.2 各部件简要介绍及设计要求143.3 直齿圆锥齿轮机构的传动设计153.3.1 直齿圆锥齿轮的特点153.3.2 直齿圆锥齿轮的设计原则153.3.3 直齿圆锥齿轮的尺寸设计163.3.4直齿圆锥齿轮的强度校核183.4传动轴的设计223.4.1轴的总体设计233.4.2轴的结构的设计233.4.3轴的设计计算253.5 轴承的选取323.5.1 轴承的选择原则323.5.2 使用滚动轴承的优点323.5.3 轴承的选择323.5.4 轴承的使用寿命校核32第四章 侧边齿轮箱的总体设计344.1侧边齿轮箱总体设计和作用344.1.1侧边齿轮箱总体设计要求344.2 侧边齿轮箱设计内容及要求354.2.1 组成部分354.2.2主要部件材料354.2.3需要标注的配合公差354.2.4箱体结构主要尺寸354.2.5 采用的滚动轴承组合结构和特点35第五章 四孔侧边齿轮箱传动方案的设计365.1 传动比的分配及动力参数365.1.1 计算过程365.2 四孔箱齿轮传动的设计385.2.1 设计过程38第六章 耕作装置设计436.1 概述436.1.1 土壤耕作的目的436.1.2 目前耕作方法及趋势436.2耕作装置的组成及工作过程456.2.1 耕作装置结构简图456.2.2耕作装置的组成466.2.3 工作过程和工作原理47小 结48致谢辞49参考文献50第一章 绪论1.1 课题的来源及意义1.1.1 课题的来源从古至今，人类的耕作历史经历了好几个时代。从“刀耕火种”的原始农业时代到以畜力为动力的耕作农业时代和传统无机农业时代。由不耕到刀耕火种，由畜力耕作到机械化耕作，每一次耕作方式的变革都带来了农业的一次巨大飞跃。特别是机械化的发展使人类成为“自然的主人”，劳动生产率和土地生产率空前提高。但是，人类和自然的矛盾也越来越突出。传统耕作的思维是彻底改变土地的自然状态，这种改变在为作物创造适宜生长条件时，也带来诸多负面问题。如耕翻作业除掉表面残茬虽然有利于播种，但同时也对地面产生了一定的破坏。近几十年来，我国机械化传统耕作增强，农产品产量大幅度上升，但同时也出现了河流泛滥、沙尘暴猖獗、土壤退化、作业成本上升的现象。旋耕这一新型的耕作方式取消了铧式犁耕作，在保留地表覆盖物的前提下进行条耕播种，以保护土壤自我机能来保护土壤、营造良好的生长环境，从而大大减少了维持这种环境的消耗，节省了生产成本。近年来稻麦秸秆全量还田已成为农业主要的耕作方法。但目前我国旋耕机的最大耕深小于16cm，这样的耕作深度会导致被耕作的土壤中的秸秆比例太高而影响下熟作物的生长。因此，22cm大耕深旋耕机的研制十分迫切。1.1.2 课题的意义现在市场上出现的多功能悬耕机不外乎以下几种：1)粉碎、灭茬还田机；2)秸秆粉碎破茬、旋耕两用机；3)多用途灭茬旋耕机；4)双轴秸秆粉碎、灭茬还田机；5)反转灭茬旋耕机。仔细研究以上的几种多用途旋耕机，我们可以发现它们很难实现真正意义上的旋耕和灭茬：有的结构复杂，为了实现灭茬，不惜增加专门的粉碎机构，造成工作效率低下。有的机械虽然能实现秸秆粉碎、灭茬、旋耕3种作业，但不能一促而就，一气呵成，而是将三道工序拆开，从某种意义上说，没有实际的突破，只不过省下了一台机器的占用，与提高机械效率的目标不符，同时还增加了拆换的额外时间。而有的机器虽然解决了一些问题，带有的是以增加功耗为代价的，有的则不能很好的保证工作质量，我们针对以上所说机器的弊端，并吸收它们的设计精华，打算设计一种结构简单，实现的低功耗，高效率，并且能同时实现播种播肥的多功能的复合型的灭茬旋耕机。它不仅能够一次完成碎茬和旋耕，而且将播种机，播肥机复合起来，省去专门播种和施肥的步骤，不仅大大提高了工作效率，而且使得耕种工作变得更加协调。1.2 国内外研究的状况1.2.1 国外的研究状况 目前欧美生产的22cm大耕深旋耕机采用大旋耕刀大回转半径耕作法，实践证明，旋耕功耗与旋耕刀回转半径的平方成正比，显然，这一耕作方法由于旋耕刀回转半径大而使耕作单位体积土壤的功耗成倍增加。本机型为研制一种适合秸秆还田的耕作工艺的节能化轻型少耕种植机具。因欧美国家的种植制度为单熟、轮作制，不存在秸秆及时还田的问题，而且国外主要以大功率农业装备为主，所以该设计机型在国外没有可比性。1.2.2 国内的研究现状 目前，国内机械化稻麦秸秆还田的工艺方案大体有三种：一是用反转灭茬机将联合收刈机机尾排除的秸秆进行整秆反转旋耕埋茬；二是收刈机自带粉碎装置，将排除的茎杆粉碎后再由旋耕机旋耕埋茬；三是刈前脱联合收刈机，收获后将秸秆切碎抛洒于田间，再由旋耕机旋耕埋茬。 在上述三种工艺中反转灭茬机效果最好，但反转灭茬机功耗大、效率低、作业成本高且是单项单功能作业，在实际应用时受到机械专业户和农民的消极对待，“九五”期间大量推广反转灭茬机但至今收效甚微就说明这一点。其已有的类似作业机型有：1LZG-280型多功能耕整联合作业机、BZ-6综合号播种机、耕整联合作业机、2BS-2型施肥播种中耕通用机、1GST-4新型旋耕碎茬通用机。以上几种机型的主要特点是：用于北方的旱地，每种机型集中俩种或三种功能，未能实现秸秆还田问题。“十五”期间，农机行业要围绕我国农村经济结构调整要求，努力开发生产适用、先进的农机产品。种植业机械设备重点发展80马力以上轮式拖拉机，低比压、橡胶履带拖拉机及为其配套的少耕、免耕、深松作业机，秸秆及根茬粉碎还田机，精量施肥播种联合作业机。1.3 本机型的先进性分析 本机型力求在大大降低耕种成本的基础上实现秸秆的全量还田。采用多重复式作业可以减少拖拉机作业次数，采用少耕法可以大大降低耕地功耗。只有将耕种作业成本降下来才能调动机手和农民的使用积极性，这一点对于秸秆还田工艺的实质性推广应用很重要也是关键。本机型集秸秆粉碎、大深耕、施肥、播种、镇压五种功能于一体，且用皮带传动取代了传统的中间箱齿轮、万向节传动，既解决了秸秆的还田问题，又节省了耕作燃料，缩短了作业时间，提高了工作效率。由于现在是条切条耕作业，减少翻耕面积，对于防止土地沙化、水土流失是极为有利的，还可以增强作物的抗倒伏能力，而且可以比原来节省大约30%40%的能量。1.4 小结本分层切土大耕深旋耕灭茬施肥播种机机型适应半干旱、干旱地区的耕作要求，也符合我国情的发展需要。根据分工确定研究内容（1）研制出能在水稻秸秆覆盖地上进行水稻秸秆灭茬施肥播种作业功能的机具；（2）22cm大耕深旋耕的具体结构；（3）灭茬的具体结构；（4）施肥播种的具体结构；（5）大耕深旋耕灭茬施肥播种的功能组合结构。第二章 机构设计2.1机构及原理图2-1 机构原理图1、悬挂架 2、中间箱 3、肥箱 4、排肥器 5、种箱 6、排种器 7、排种管 8、镇压器 9、播种开沟器 10、排肥管 11、旋耕短刀轴 12、条耕刀 13、四孔侧边箱 14、旋耕长刀轴 15、五孔侧边箱 16、机罩 该设计总装示意图如图2-1所示，其工作原理如下：1)正常工作时该机具通过悬挂架（三点悬挂架）与拖拉机连接。2)拖拉机的动力通过输入轴输到中间齿轮箱，经过中间变速箱的减速作用之后由十字万向节传到两侧的齿轮箱，一侧带动切碎轴一侧带动条耕轴工作。3) 过埂时，提升旋耕机，并利用提升时的液压力，旋耕机整体上升2030cm,旋耕机过耕后，先放下旋耕机。4) 播种箱和施肥箱通过链传动与镇压轮连接，由拖拉机的行走带动镇压轮滚动，从而带动播种、施肥装置工作。2.2总体设计计算2.2.1组成及传动图 旋耕机部分主要包括中间齿轮箱、侧边齿轮传动箱、旋耕刀轴、动力输出轴、支持侧板、罩壳等如图2-2所示。图2-2 旋耕部分示意图1、侧板 2、框架 3、悬挂机构 4、中间箱 5、五孔侧边箱 6、罩壳 7、旋耕长刀轴 8、刀座 9、旋耕短刀轴 10、旋耕刀 11、四孔侧边箱其传动线路如图2-3所示图2-3 传动路线1、拖拉机动力输出轴2、万向节3、旋耕机动力输出轴4、旋耕机刀轴由图可以看出，拖拉机的动力经万向节传给中间齿轮箱中的圆锥齿轮减速并改变方向后，传给旋耕机的动力输出轴，再经过传动箱的级级传动，最后动力到达刀轴，使旋耕机工作。本机构为悬挂式侧边齿轮传动，旋耕刀轴一般由无缝钢管制造，轴上焊有刀座，刀座应该按照螺旋线排列焊在刀轴上供安装刀片，机架由中间齿轮箱，左右主梁，侧边传动箱，侧板组成。传动系统是由拖拉机动力输出轴传来的动力经过万向节传给中间齿轮箱，再经过侧边齿轮箱驱动刀轴旋转。此外还配备了挡泥板，用来防止泥土飞溅和进一步碎土，可保护机务人员。2.3 牵引功率的估算2.3.1 拖拉机可以提供的功率估算拖拉机与农业机械进行配套设计时，需要正确估计算拖拉机的可以利用的功率，对于传统的两轮和四轮拖拉机可以应用下列经验公式，估算各种土壤条件下的牵引功率，具有一定的准确度。 A=发动机的最大功率B=最大动力输出轴功率=0.86 AC=最大牵引功率（混凝土路面）=0.95 BD=最大牵引功率（坚实泥土）=0.95CE=可用牵引功率（坚实泥土）=0.9DF=可用牵引功率（耕作土壤）=0.86E本设计选用90马力的拖拉机。所以,可用的牵引功率F=A0.860.950.950.90.86= 900.7350.860.950.950.90.86=39.739kw2.3.2 功率消耗及其影响因素2.3.2.1 影响功率消耗的因素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也对此产生不同程度的影响，具体影响如下：1） 刀轴转速：刀轴转速和前进速度越高所消耗的功率增长越剧烈。较为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，但生产率提高了，仍可以降低单位面积的功耗。2） 前进速度：在刀轴转速保持不便的情况下，旋耕所需的功率随前进速度增加近似线形增加。3） 土壤含水率和土壤坚实度：在同一块土壤上试验，所需功率随土壤含水率的（或土壤坚实度的减小）而减小。2.3.2.2 功率消耗旋耕机的功率消耗主要由旋耕机刀片切削土壤，抛掷土垡，推动旋耕机前进，传动部分消耗及克服土壤沿水平方向作用于刀轴上的反力所消耗的功率组成：N=Nq+Np+Nt+Nf+NnN：旋耕机总功率消耗Nq ：切土功率消耗Np ：抛土功率消耗Nt ：旋耕机前进功率消耗Nf ：传动和摩擦功率消耗Nn ：克服土壤水平反力的功率消耗在旋耕机的总功率消耗中，以切土和抛土功率消耗为主，占总功率消耗的70%-80%。可以用经验公式估算： 式中 a耕深（cm）,本机器22cm； 机组前进速度（m/s），取0.15m/s； B耕幅（m）,本机器2.2m； 旋耕比阻（N/ cm2）, 其中：Kg-理论旋耕比阻 （N/cm2） 取Kg =12； K1-耕深修正系数 取K1 =11； K2-土壤含水率 取K2=0.92； K3-残茬修正系数 取K3=1.1； K4-作业方式修正系数 取K4=0.66；N=0.112110.921.10.660.15222.2 =64.01(Kw)本设计为分层切土，需要消耗功率远远小于凿形和直角刀片形旋耕机的功率消耗。至少可以节约30%，即64.0170%=44.81kW，占配套动力总功率的67.7%，后备功率很充足。2.3.3 旋耕刀的运动分析刀片回转速度与机组前进速度的配合根据旋耕机的运动方程可以知道：的大小对旋耕机工作状况有重大影响。其中：R：旋耕刀端点转动半径：刀轴旋转角速度：旋耕机的前进的速度VP：旋耕刀片端点的线速度Vx：刀片端点在X轴与Y轴方向的分速度如果1，VP0，即刀片端点的水平分速度始终与旋耕机的前进方向相同，其运动轨迹是短摆线，这时旋耕刀不能向后切土，而出现刀片端点向前推土的现象，使旋耕机不能正常工作。如果1，则旋耕刀转到一定的位置时，就会出现Vx0的情况，即刀片端点绝对运动的水平分速度与旋耕机的前进方向相反，起运动轨迹为余摆线，旋耕刀能够向后切削土壤。只要刀片在开始切土时Vx1 即1/0.250=4.00rad/s 由于 =n/304.00 得:n304.00/=38.22r/min 即只要拖拉机的旋耕刀轴的转速超过38.22r/min,即可满足旋耕速比的要求。第三章 中间传动齿轮箱的设计 3.1技术要求 该齿轮箱是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动所组成的独立体，主要是进行动力的传输。 该齿轮箱是通过圆锥齿轮进行传动，输入轴与输出轴位置布置成相交的场合。 圆锥齿轮的加工精度较高，传动要求平稳。 该齿轮箱结构紧凑，效率较高，传递传动准确可靠，使用维护简单，并可成批生产。 该齿轮箱要求将中型拖拉机的动力改变方向传给侧边传动箱。 齿轮箱的结构要保证在打开后盖更换齿轮时，使箱体稍加倾斜而不用漏掉润滑油。 箱体各部件要保证密封，以防止漏油。3.2 各部件简要介绍及设计要求 该齿轮箱主要包括箱体（1个），传动轴（1根），小圆锥齿轮轴（1个），大圆锥齿轮（1个），端盖（若干个），钢管（1根）以及其他标准件和一些小零部件。A 材料:箱体类（包括端盖）选用HT200 ；支架类（包括与之焊接的端盖）选用20#,可保证焊接性能。 轴类选取45#，调质，淬火处理；齿轮选用20GiMnTi，调质，渗碳处理；B 公差与配合：轴承与轴的配合选用基孔制；轴承与轴承座的配合选用基轴制；端盖与齿轮箱体的配合选用基孔制，其中前、右端盖配合公差为，左、后端盖的配合公差为。 位置度： 同轴度、位置度、垂直度、平面度等要求问题尺寸公差：法兰与箱体孔的配合，一般采用基孔制H8/h7 轴承与法兰孔（端盖）配合，一般采用基轴h8 油封与轴的配合f11C 精度 箱体孔精铰至Ra1.6; 端盖轴精车至Ra1.6； 箱体端面（端盖端面）Ra3.2； 放油孔，通气孔的布置要合理； 箱体厚度适中，保证重量不太重而又能满足机械性能要求；3.3 直齿圆锥齿轮机构的传动设计3.3.1 直齿圆锥齿轮的特点效率高：在常用的机械传动中，以齿轮传动的效率最高。例如一级齿轮传动的效率为99%，这对于大功率传动非常重要。结构紧凑：在同样的使用条件下，齿轮传动所需要的空间尺寸一般比较小。工作可靠寿命长：设计制造正确合理、使用维护良好的齿轮传动，工作十分可靠，寿命可以达到一二十年，这是其他机械传动所不能比拟的。传动比稳定：传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。基于以上几点的考虑，选用齿轮传动。3.3.2 直齿圆锥齿轮的设计原则A、齿轮传动在具体的工作情况下，必须具有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。通常只按保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面接触疲劳强度两个准则进行计算。B、齿轮材料的选择原则1） 齿轮材料必须满足工作条件的要求。2） 考虑齿轮尺寸的大小、毛坯成型方法及热处理和制造工艺。中等或中等以下的齿轮常选用锻造毛坯，可选择锻钢制作。尺寸较小而又要求不高时，可以选择圆钢作毛坯。可以对于齿轮表面进行硬化处理：渗碳、氮化和表面淬火；采用渗碳处理时，应选用低碳钢或低碳合金钢作齿轮材料；氮化钢和调质钢能采用氮化工艺；采用表面淬火时对材料没有要求。3）金属制的软齿面齿轮，配对的两齿轮齿面的硬度差应保持为3050HBS或更多。C、技术参数选择原则1）正确啮合 一对直齿圆锥齿轮的正确啮合条件为：两个当量齿轮的模数和压力角分别、相等，即两个锥齿轮的大端模数和压力角分别相等。此外，还应保证两齿轮的锥距相等，锥顶重合。2）连续传动条件 为保证一对直齿圆锥齿轮能够实现连续传动，其重合度必须大于等于1。其重合度可按其当量齿轮进行计算。3）根据国家标准规定，现在多采用等顶隙圆锥齿轮传动。3.3.3 直齿圆锥齿轮的尺寸设计结合农业机械设计手册，综合考虑其传动的有效功率、转矩、强度要求、变速要求等确定，小圆锥齿轮Z1=13, 大圆锥齿轮Z2=28，正交布置，；材料选用20GiMnTi，经调质处理，硬度为HRC=5055 。齿圆锥齿轮的大端模数 m的值为标准值，可按GB12368-90选取；压力角齿顶高系数和顶隙系数为时，分度圆的锥角 齿顶高 齿根高 分度圆直径d 齿顶圆直径 齿根圆直径 锥距R 分度圆齿厚S 顶隙C 齿顶角 齿根角 当量齿数 当量模数 顶锥角 根锥角 当量分度圆半径 当量齿轮齿顶圆半径 当量齿轮齿顶圆压力角 重合度齿宽 3.3.4直齿圆锥齿轮的强度校核 拖拉机的输入转矩（本设计假定拖拉机的最低输出转速为720r/min）转矩 3.3.4.1小锥齿轮的受力分析直齿锥齿轮齿面上所受的法向载荷通常都视为作用在平均分度圆上，即在 齿宽中点的法向截面见图3-1。与圆柱齿轮一样，将法向载荷分解为切与分度圆锥面的周向分力（圆周力）及垂直于分度圆锥母线的分力，在将力分解为径向分力及轴向分力。小锥齿轮轮齿上所受的方向力如图所视，各分力的大小为式中大小相等，方向相反。 图3-13.3.4.2 齿根弯曲强度校核A、校核依据：强度条件 （注：大小齿轮分别计算）B、计算齿根弯曲应力： MPa式中 使用系数；动载系数；齿向载荷分布系数； 齿间载荷分配系数,取值1；齿宽中点分度圆切向力， 齿宽中点法向模数，单位mm；载荷作用于齿顶时的齿形系数；载荷作用于齿顶时的应力修正系数；弯曲强度计算的重合系数；弯曲强度计算的螺旋角系数；弯曲强度计算的锥齿轮系数；取值 ， ， ， ， ， ， ， ， , , 计算得到 C、许用弯曲应力计算 ： MPa式中： 试验齿轮的应力修正系数，取；相对齿根圆敏感系数,取；相对齿根表面状况系数，取；弯曲强度计算的尺寸系数，取；试验齿轮的齿根弯曲疲劳强极限，取；弯曲强度的最小安全系数，取计算得到 ，如果热处理后屈服极限可以达到1100MPa满足校核依据： （要求大小齿轮分别计算）3.3.4.3 接触强度校核A、校核依据：强度条件 B、接触应力计算公式：式中 齿宽中点分度圆切向力， （ ， =12138.4N； 小齿轮宽中点分度圆直径 mm，； 有效齿宽 mm， = 21.25mm；u传动比u =28/13；使用系数，取=1.1；动载系数，取 =1.2；齿向载荷分布系数，取=1.875；齿间载荷分布系数，取 =1.0；节点区域分布系数，取 =2.3；弹性系数，取=189.8；重合度系数，取=0.9；螺旋角系数，取 =0.95；锥齿轮系数，取=0.85；计算得到C、许用接触应力计算 式中 尺寸系数，取=1.0；润滑剂系数，取=1.26；速度系数，取=0.92；粗糙度系数，取=0.92；接触疲劳极限，取 =520Mpa(未经渗碳淬火处理)；最小安全系数，取=1.0； 计算得到比较可以知道，此时材料不满足要求，处理的方法有三种：一是更换材料；二是对材料做渗碳后淬火等强度处理；三是将两种方法结合起来。本材料采取第二种方法，此时： 3.4传动轴的设计此传动轴齿轮箱共有两根传动，主要负担将拖拉机动力输入齿轮箱，改变传动方向，由十字万向节传给两边的侧边箱体，再由齿轮传给旋耕刀轴。3.4.1轴的总体设计3.4.1.1轴的设计原则（1）在一般情况下，轴的强度和刚度决定它的工作能力，转速较高的轴还决定于振动稳定性。在设计过程中，除按工作能力准则进行设计计算或校核计算外，在结构设计上，还须满足其他一些要求：轴上零件不允许在轴上作轴向移动，需要用轴向固定的方法使它们在轴上有确定的位置；（2）轴上零件的布置应使轴受力合理；（3）为传递转矩，轴上零件还应作周向固定；（4）对轴与其它零件间的相对滑动的表面应有耐磨性的要求；（5）轴上零件要定位可靠，拆装方便；（6）有良好的结构工艺性，便于加工和保证精度；3.4.1.2轴设计的内容轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内容。轴的结构设计是根据轴上零件的安装，定位和轴的制造工艺等方面的要求，合理的确定轴的结构形式和尺寸。轴的工作能力计算是指轴的强度、刚度和震动稳定性等方面的计算。在多数的情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需要对轴的强度进行计算，以防止断裂和塑性变形。而对刚度要求较高的轴和受力较大的细长轴，还应该进行刚度计算，以防止工作时产生较大的弹性变形。如果轴的设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上工作零件的工作可靠性，还会增加轴上零件装配的困难和增加制造成本。3.4.2轴的结构的设计本设计采用圆锥滚子轴承，因为可以同时径向载荷和轴向载荷。其特点时外圈可以分离，安装时可以调整轴承的游隙，如图3-2所示。图3-2 轴的结构设计3.4.2.1轴上零件的定位为了防止轴上零件受力时发生沿轴轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。1、轴上零件的轴向定位轴上零件的轴向定位是以轴肩、轴套、轴承端盖等来保证的。但是采用轴肩定位时，轴肩回使轴的直径增大，而且轴肩处将会因为截面突变而引起应力集中。因此，轴肩定位多用于轴向力较大的场合。定位轴肩的高度一般取h=（0.07-0.1）d，d为零件与零件相配处的轴的直径。滚动轴承的定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面的高度。如本土所示，所用的两个轴承内圈端面高度大于轴肩高度。套筒定位结构简单，定位可靠，轴上不需要开槽、钻孔和切制螺纹，因而不会影响轴的疲劳强度。一般用于轴上两个零件之间的定位。因为套筒和轴的配合较松，当轴的转速很高时，不宜才用。本设计中，在齿轮和轴承之间采用了套筒定位。2、轴上零件的周向定位 周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动，而常用的周向定位零件有花键，销，键和紧定螺钉等。3.4.2.2各轴段直径和长度的确定1、零件在轴上的定位和拆装方案确定，轴的形状便大体确定。各轴段所需要的直径与轴上的载荷大小有关。在初步确定轴的直径时，通常还不知道支反力的作用点，不能确定弯矩的大小和分布情况，因而还不能按轴所受的具体载荷及其引起的应力来确定轴的直径。在实际是设计工作中，轴的直径可以参考同类机器用类比的方法获得。具体尺寸可以见零件图。2、有配合的轴段，应尽量采用标准直径，例如安装标准件部位的轴径，应该取用相应的标准值及所选配合的公差。3、为了使齿轮，轴承等有配合要求的零件拆装方便，并减少配合表面的擦伤，在配合轴段前应采用较小的直径。4、同时在确定各轴段长度时，应该尽可能使结构紧凑，同时还要保证零件所需要的装配和调整空间。轴的各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。3.4.2.3提高轴的强度的工艺1、合理布置轴上零件以减小轴的载荷为了减少轴所承受的弯矩，在靠近万向节传动件的地方，设计了轴承，没有采用悬臂的支撑形式2、改进轴上零件的结构以减少轴的载荷3、改进轴的表面质量以提高轴的疲劳强度轴的表面粗糙度和表面处理方法也会对轴的疲劳强度产生影响。轴的表面愈粗糙，疲劳强度也愈低。因此，应该减少轴的表面及圆角处的粗糙度。表面处理的方法有：表面渗碳，氰化，氮化等化学热处理；碾压，喷丸等强化处理。本设计采用渗碳强化处理。3.4.3轴的设计计算3.4.3.1轴上各段的受力分析A、轴的结构简图如图3-3图3-3B、输入轴的受力简图如图3-4图3-4C、在水平平面内由静力平衡方程有： （1） （2）解得 水平面内的受力简图如图3-5图3-5求L1、L2段的剪力和弯矩 剪力图和弯矩图分别为图3-6、3-7 图3-6 图3-7D、同理可以进行垂直平面内的受力分析：由静力平衡方程有： （1） （2）其中M0=1860.193.52=173956.55Nmm解得 受力简图、剪力图、弯矩图分别为图3-8、3-9、3-10 图3-8图3-9图3-10由上面各图可以知道危险截面为锥齿轮作用处，合成弯矩图如图3-11 图3-11E、输入轴受到的扭矩图如图3-12T=12138.493.522=567591.584Nmm图3-123.4.3.2 动力输入轴危险截面处轴径的选取动力输入轴同时受到弯矩和扭矩的作用，应按弯扭合成强度进行计算式中 d轴的直径，mm轴在计算截面上的合成弯矩，；轴在计算截面上的合成转矩， ；许用弯曲应力，MPa；根据切应力和轴向应力变化性质而定的校正系数，切应力和轴向应力按循环对称变化时，。带入数据 =257951.89 =567591.584 =60MPa =1计算得到d=47.01mm取d=50mm3.4.3.3轴强度的精确校核本设计采用疲劳强度安全系数校核：疲劳强度的校核是计入应力集中、表面状态和绝对尺寸影响以后，对轴的危险截面的精确校核。单向转轴的危险截面的安全系数S的校核计算公式为：式中材料 的弯曲疲劳强度，MPa；危险截面上的弯矩和扭矩，；危险截面上的抗弯和抗扭截面系数， 弯曲和扭转时的平均应力折合为应力幅的等效系数； 弯曲和剪切疲劳极限的综合影响系数；批疲劳强度的许用安全系数。取值 =275Mpa =257951.89 =567591.584 =0.1 其中：式中N 花键齿数； B花键齿宽，mm； D花键轴大径，mm； d花键轴小径，mm；本轴上花键按GB/T1144-2001选取算得W=8389.376,WT=16778.752代入计算得到 所以该轴的抗疲劳强度满足要求。3.5 轴承的选取3.5.1 轴承的选择原则（1） 轴承所承受的载荷，包括载荷的大小、载荷的方向、载荷的性质；（2） 轴承的转速；（3） 轴承的调心性能；（4） 轴承允许的空间；（5） 轴承的安装和拆卸。综合以上各个原则，本设计的轴承选用圆锥滚子轴承，该类轴承能同时受径向和单向轴向载荷，承载能力大。内，外圈可分离，安装时可调整游隙，允许角偏斜较小。轴承的内，外圈和滚动体用强度高，耐磨性好的锰高碳钢制造。3.5.2 使用滚动轴承的优点1)在一般工作条件下，摩擦阻力短大体和液体动力润滑轴承相当，比混合润滑轴承要小很多倍；2)径向油隙比较小，向心角接触轴承可用预紧方法消除油隙，运转精度高；3）大多数滚动轴承能同时受径向和轴向载荷，故轴承组合结构较简单；4)消除润滑剂力，便于密封，易于维护。3.5.3 轴承的选择试选用轴承32310，农业机械推荐的轴承的预期寿命为3000-8000小时。3.5.4 轴承的使用寿命校核A、求轴承受到的径向载荷将轴系部件受到的空间力系分解为铅直和水平面两个力系（见前面的轴的校核）。 B、轴承所受的轴向力为C、当量动载荷为基本额定动载荷为D、轴承的使用寿命为式中 以小时数表示的轴承的基本额定寿命（可靠度为90%）；n轴承工作转速，；C基本额定载荷，N ；P当量动载荷，N；寿命指数，滚子轴承。n=7201328=334.286计算得到该轴承符合要求。第四章 侧边齿轮箱的总体设计4.1侧边齿轮箱总体设计和作用4.1.1侧边齿轮箱总体设计要求该齿轮箱是一种由封闭在刚性壳体内的齿轮传动所组成的独立体，主要是进行动力的传输和转速的改变，同时也起到增大转矩的作用。该减速器是通过标准圆柱直齿轮进行传动，齿轮减速器的特点是效率和可靠性高，工作寿命长，维护简便。传动要求平稳，各齿轮位置及总体动力传动传动路线如图4-1所示。图4-14.2 侧边齿轮箱设计内容及要求4.2.1 组成部分四孔齿轮箱主要包括箱体（1个），传动轴（4根），圆柱齿轮（4个），端盖（6个），其他附件，轴承部件，润滑和密封装置，其他标准件和一些小零部件。五孔齿轮箱主要包括箱体（1个），传动轴（5根），圆柱齿轮（5个），端盖（8个），其他附件，轴承部件，润滑和密封装置，其他标准件和一些小零部件。4.2.2主要部件材料箱体类（包括端盖）选用HT200 ；轴类选取45#，调质，淬火处理；齿轮选用20GiMnTi，调质处理。4.2.3需要标注的配合公差轴承与轴的配合选用基孔制；轴承与轴承座的配合选用基轴制；端盖与齿轮箱体凸台内孔的配合选用基孔制，一般选用 。4.2.4箱体结构主要尺寸箱体壁厚，本设计取5mm，箱盖壁厚，去5mm，轴承旁连接螺栓直径，8mm的螺栓 ，检查孔盖螺栓直径，轴承座外径需要考虑轴承外圈直径，一般为，其中d为轴承螺栓直径。轴承旁凸台半径、轴承旁凸台高度由结构决定。箱体外壁至轴承座端面的距离、齿轮顶圆到箱体内壁的距离、铸造外圆角、内圆角等也需要考虑，与箱体的壁厚相关。4.2.5 采用的滚动轴承组合结构和特点本设计采用两端个单向固定的组合结构。两轴承的外端靠端盖轴向固定，端盖与箱体间的垫片可以用来密封和调整轴承间隙，并可以预加载荷。第五章 四孔侧边齿轮箱传动方案的设计5.1 传动比的分配及动力参数5.1.1 计算过程1与该机构配套动力为90马力拖拉机，其额定功率为66.15Kw，传动简图如图4-1所示。图5-1四孔侧边箱传动简图2 动力输出轴的转速取720r/min，通过两个直齿锥齿轮的减速和改变方向后，转速变为334.286r/min。3计算四孔箱传动装置的总传动比和分配各级的传动比：（1）四孔箱传动装置的总传动比 I =334.286/230=1.4615（2） 分配各级传动比 I1=1.769 I2 =1 I3=i/i1i2=1.4615/（11.769）=0.8264计算传动装置的运动和动力参数轴的转速： 轴的转速：轴的速度：轴的速度：2各轴的功率：3各轴的扭矩 将以上算得的动力和动力参数列表如下：轴轴轴轴转速n/（r/min）334.286188.94188.94228.722功率P/kw37.0035.8934.8133.77扭矩T/（Nm）1057.031814.071759.481410.02传动比i1.76910.826效率0.980.970.970.97动力和动力参数表5.2 四孔箱齿轮传动的设计5.2.1 设计过程 以一级传动为例：1、选定齿轮类型，精度等级材料和齿数，寿命为20年。按照如上图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮传动减速箱为一般农业机械传动机构，速度不高，故选用11级的精度（GB10095-88）。材料的选择由表选择小齿轮的材料为20GiMnTi.大齿轮材料为20GiMnTi，硬度为350HBS选用小齿轮齿数，大齿轮齿数为2、按照齿面接触强度计算由设计计算公式进行计算（直齿轮）确定公式中的各个参数值（1）试选用载荷系数Kt=1.2（2）计算小齿轮传递的转矩 （3）由表取得齿轮宽系数（4） 由表查得材料弹性影响系数（5）由图按照齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限（