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机械毕业设计论文
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种子营养钵成型装备与覆膜机送膜机的设计,机械毕业设计论文
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哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - I - 摘 要 本文所设计的 新型 型制钵机是用来生产在农业生产中广泛使用的育秧钵。育秧钵的钵体由配有各种肥料的土壤做成圆柱状，上端有一凹孔，用来播种种子。用育秧钵进行育苗和移栽，能够保证种子有足够养料以及种子成苗后可以方便的移栽到田间，种子发芽率、成活率高，苗体强壮且防虫害。 新 型制钵机，吸取了前人研究成果的精华，与手工制钵和过去的制钵机不同的是， ZBJ1000 型制钵机具有生产率更高，结构更简单，操作更方便，基本实现自动化，性价比高等优点；提高了生产效率并可实现大规模生产，可以保证秧苗早育、早熟、早上市， 同时还能节约劳动力、种子、肥料、农药等。 本文从 新 型制钵机的工作原理、运动协调、总体结构、运动和尺寸等多方面进行了说明和分析。 关键词 制钵机 ； 育秧 ； 运动分析 ； 营养钵 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - II - Abstract New earthen bowl machine ,which is designed in this text ,is used to produce the seedling bowl ,which is very popular in the agricultural produce .The seedling bowl is made as a cylinder by the nutritional soil ,which consists of all kinds of fertilizer .And there is a cave pit in the top of the bowl , which is the very hole we put the seedling in .Growing and transplanting the seeds in this bowl can make sure the seeds have enough time and nutrition to grow with ,high germination rate ,high survival rate ,strong and anti-pest. New earthen bowl machine ,differently from the former machine ,has lots of benefits just like :higher production ,easier structure ,more convenienthandling ,automation and economy .Besides it can realize the earlier growth ,earlier maturity ,earlier on market , and it can economy labor force ,fertilizer and agrochemical at the same time. This text is going to introduce the New earthen bowl machine about its structure ,motion ,work principle and size. Keywords earthen； bowl machine； nursery； kinematical analysis； bowlnts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - III - 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1章 绪论 . 1 1.1 国内发展概况 . 1 1.2 国外发展状况 . 1 1.3 制钵机的应用前景 . 2 第 2章 制钵机的构成 . 5 2.1 工作机构 完成的主要工作过程： . 5 2.2 传动机构 . 5 2.3 机构的方案比较及选择 . 6 2.3.1 制钵压钵、送钵执行机构的方案比较 . 6 第 3章 铺土机构设计及参数要求 . 8 3.1 铺土机构设计 . 8 3.2 打孔机构的设计 . 8 3.21 打孔机构设计参数及要求 . 8 3.22 打孔机构设计 . 8 3.23 打孔机构液压缸的设计 . 8 3.3 液压缸筒厚和外径的确定 . 10 3.4 液压缸工作行程的确定 . 10 3.4.1 播种机构设计参数及要求 . 10 3.4.2 播种机构设计 . 10 3.4.3 播种机构液压缸的设计 . 12 第 4章 脱模机构和传动机构设计 . 14 4.1 压实和脱模机构的设计 . 14 4.1.1 压实和脱模机构 设计参数及要求 . 14 4.1.2 压实和脱模机构设计 . 14 第 5章 电动机功率和轴径的选择 . 15 5.1 传动比的确定 . 16 5.2 蜗杆和蜗轮的结构设计 . 16 5.2.1 传径动直齿圆柱齿轮的设计 . 17 5.2.2 径向蜗形凸轮的设计 . 19 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - IV - 5.3圆锥齿轮设计和校对 . 21 结 论 . 23 致 谢 . 24 参考文献 . 26 附录 1 . 27 附录 2 . 29 附录 3 . 31 附录 4 . 35 附录 5 . 36 附录 6 . 37 附录 7 . 38 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 1 - 第 1章 绪 论 1.1 国内发展概况 我国对农作物机械化育苗移栽技术的研究早在 20 世纪 50 年代末至 60年代初已经开始，但当时人们只看到育苗移栽的好处和效率，忽视了经济效益，更没有科学地 分析育苗移栽机械化生产过程中的多种技术难题。近年来，人们对育苗移栽技术有了进一步认识，开始对其重视起来。然而，由于我国地域辽阔，自然条件千差万别，各地的生产条件和环境各不相同，加之各地经济发展水平不一致，所以到现在为止，总体上基本于一种小规模手工操作状态。如四川、贵州等地由于土地连片面积小，实现大型机械化移栽有一定的困难，因此多采用单家单户式的土块育苗、人工栽植方式 ;而东北等大型农场多采用工厂化营养钵育苗和机械化栽植工艺。目前，“机械化制钵机的研制”课题被国家科委列入“九五”攻关项目，已研制出 2ZBJ-50 型机械化制鉢机，能实现制钵过程机械化操作，制造出的营养钵体能够满足玉米、棉花等经济作物的移栽要求。总的来说我国制钵机的研制与开发有了较大发展。目前，我国在这方面的研究也很多，并且有越来越多的适应性和更广的机型正在研究中心或已研制出来，将能更好的为国民生产发展作贡献。 1.2 国外发展状况 20 世纪初期，欧洲一些国家开始大量种植蔬菜和经济作物，出现了早期的近代秧苗栽植机具。这些机具仍为手动栽植，只是减轻了栽秧者肢体反复屈伸的繁重劳动；到 20 世纪 30 年代后期，出现了栽植机构或栽核器代替人工直接栽秧，使送秧入沟过 程实现了机械化；自 20 世纪 50 年代开始，欧洲国家开展作物压缩土钵育苗及移栽的生产技术研究，研制出多种不同结构nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 2 - 型式的半自动移栽机和制钵机；至 20 世纪 70 年代，前苏联蔬菜栽植机械化水平为 58%，国营农场已达 67%；到 20 世纪 80 年代，半自动移栽机已在西方国家的农业生产中广泛使用，制钵育苗和移栽已形成完整的机械作业系统，实现了各种机械配套使用。到目前为止，作物压缩土钵成型、钵上单粒精密播种和相应的自动化移栽设备在技术上基本达到了完善，亦广泛应用于实际生产。欧洲的几个主要国家 (如法国、德国、荷兰、西班牙、丹麦等 )大部分的蔬菜生产和几乎全部的大地花卉生产都采用育苗移栽生产工艺。据调查， 10 年前美国加利福尼亚州的色拉蔬菜一结球葛芭大约 99%采用露地直播，现今移栽面积比例已接近 20%。农场蔬菜种植户认为购买商品苗较露地直播生产成本大约增加 20%。但采用移栽的蔬菜种植密度有保证、产量可增加 20%，更主要的是移栽蔬菜长势整齐，便于机械化收获。 1.3 制钵机的应用前景 (1)机械化育苗的发展促进了种植制度的改革和进步机械化育苗技术的发展促使作物移栽种植面积增加，露地直播面积减少。种植者认为 :购买商品苗直接定植，虽然较 露地直播约增加成本 20%左右，但是可实现管理规范化，而且种植密度有保障，节省劳力，能增产 20%，作物生长整齐一致，便于机械化作业和采收。 (2)发展机械化商品苗是设施园艺发展的必然趋势“九 五 ” 以来，我国各地都在积极调整种植结构，发展适度规模种植，引进先进科技成果，加强科技投入，提高市场竞争力。这种形势给机械化育苗和秧苗商品化生产带来新的契机和发展机遇。目前全国从事轻基质育苗的生产商有近百家，但育苗的经营规模普遍偏小，商品苗销量超过千万株的几乎空白 (王耀林， 2000)。在国外，育苗公司承担着商品 苗的培育及运输，这极大地方便了种植农户，同时也体现了大农业生产的专业化。机械化育苗的诞生，推动了育苗业的发展，使蔬菜育苗生产进一步走向了专业化和商品化，经营规模越来越大。 (3)发展机械化商品育苗是历史的必然，我国有 4000 万个蔬菜种植农户田吉林， 2000)。他们所用的菜苗大多数采用自育自用。由于劳动力素质不高，设施简陋，育苗方法和手段落后，一方面导致种子浪费，另一方面质量不能保证，不利于集约化管理和提高蔬菜质量，而机械化育苗能克服以上不足。我国蔬菜苗的年需求量是 4000 多亿株 (田吉林， 2000)，发展商品苗nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 3 - 具有 巨大的市场潜力。从国外的发展历程看，要想使我国的蔬菜育苗形成一个产业，靠传统的土法育苗、塑料钵育苗是不行的，因为无法完成远距离运输和机械化移栽。另外，随着蔬菜生产市场化、销售化体系的建立，季节差价越来越小，人们对依靠栽长龄大苗、解决早熟、提高效益的观念逐渐淡化。而机械化育苗根系活力好，缓苗快，能获得较长的采收期和更高的产量，适应我国设施园艺快速发展的需要，前景广阔，是发展的必然方向。 移栽机的研究开发必须与育苗技术相结合。移栽机与栽培方式、育苗方式等不配套，农艺与农机工程技术缺乏有机结合，育 苗设备与移栽机械未达到协调发展，不能充分发挥移栽机械的效率。过去 30 年，我国研制的各种移栽机没有能够推广的主要原因之一就是移栽机械与育苗技术脱节，移栽机与所育钵苗不配套，如果这个问题不解决，国产移栽机就难以推广。事实上，目前国内研制的部分移栽机在性能方面与国外目前广泛采用的移栽机的性能几乎相同，但是，国外的移栽机与育苗技术已成为一体，密不可分，因此能应用广泛。 钵体的紧实度是营养钵的机械性能，可以用钵体容量和钵体强度来评价：合适的钵体紧实度应在满足钵苗生长要求的前提下，达到机械化移栽的紧实度要求。 营养钵的大 小首先要满足农艺的要求即根据钵中所带的营养成分能保证幼苗在育苗期间生长的需要确定营养钵的最小体积。根据试验 ,营养钵的体积应大于 20cm3 。其次要综合考虑机械适用性、用土量等多种元素。而营养钵的形状，主要应满足移栽机作业的要求。此外，营养钵的成分、含水率、压实强度应同时满足农艺和机具的要求。本课题采用圆柱形钵体，其中钵体规格为（直径高）： 30 30mm。则营养钵的 体积为： hdV 20 41 (1-1) 式中 d 钵体的直径 (mm)； h 钵体的高 (mm)； 0V 钵体的体积 (cm3 )。 33320 202.2110303014.341 cmcmV 故满足要求。取未被压缩的营养土的密度 0 1.2g/cm3 ，则当营养土的压缩比 k =2 时， 营养钵的密度 34.22.12 cm (1-2) 则营养钵的质量 15.0108.624.2 30 Vm (1-3) nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 4 - 营养钵制作工艺 铺土刮平打孔播种再次铺土压实脱模。 (1)铺土 再摸盘中填料刮平。再摸盘中适当的土作为底土 ,并将多余的土刮去。每个摸盘上根据钵体尺寸可以有几十甚至上百个孔以实现成批刮平。 (2)打孔 采用冲头对摸盘空孔中的土进行冲压打出种坈 ,并对土进行少量压实 ,以保证冲头提取后种坑的完整性。 (3)播种 在摸盘每个穴孔中精确定量播入种子。可采用吸附式或抽板式播种 机 ,也可手工播种 (本设计采用抽板式 )。 (4)再次铺土 保证两次铺土的用土量大约是钵体成型后体积的 2 倍。 (5)压实 用冲头对穴孔中的土进行冲压 ,使土壤压实成型。 (6)脱模 用冲头将成型的钵从模盘的穴孔中压出到接盘中。 设计参数 ： 主要设计参数制钵生产率 1 万 株 /h，钵体合格率 95%,传动方式为液压，所需人力 3 人 4 人。而且，营养土压缩比为 1.8 2.2 时，制出的钵体强度适宜机械化移栽 总体方案选择： 选用原盘是作为样机设计方案。各工位的运动根据营养钵的形状、制钵生产率指标和生产工艺要求 ,制钵机可分为 圆盘式和直线式两种。直线式制钵机 ,传送机构加工简单 ,各工位安装调整比较容易 ,但占地面积大 ,模版需及时回收。同时需要多个人来工作。圆盘式制钵机机构紧凑 ,占地面积小模版不用回收 ,省时省力。但回转圆盘加工精度要求高 ,各工位调整比较困难。经比较 ,最后决定铺土、打孔、播种和压实脱模机构由液压传动来实现，而运送机构由蜗形凸轮实现。制钵机采用圆盘式 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 5 - 第 2 章 制钵机的构成 制钵机由两大部分组成：工作机构和传动机构。 1.工作机构的任务主要包括两项内容：一是制造出营养钵；二是向钵体里精确播入种子。从这两点出发，按照设计要求 ，设计制钵机的工作机构。它 3 由六部分组成：模板、铺土机构（ 2 个）、打孔机构、播种机构和压实脱模机构。由液压机构实现。2.传动机构的传动路线有两条：一条的主要功能是把模板不间断地送到各个工位机构的下面，即转盘的周期性运转。用蜗形凸轮实现。另一条的功能是完成土壤的搅拌和填料动作。由锥齿轮实现。 2.1 工作机构完成的主要工作过程： （ 1） 一次填土，将配有各种肥料的营养土填入料斗中，搅拌并铺到模 版中 （ 2）压实打坑，用冲头对模板穴孔中的土进行冲压，打出种坑并对土进行少量压实； （ 3）播种，采用抽板式播种 器； （ 4）再次填土，保证两次铺土的用土量是成型后的 2 倍； （ 5）压实和脱模，用冲头将土再次压实并冲出。 2.2 传动机构 初步考虑，传动路线应该有两条：一条的只要功能应该完成模版的运送，精确送到各个工位的下面。另一条的功能是完成土壤的搅拌和填料动作。 工作机构的设计 机械化制钵机主要由模板运送机构、铺土机构、打孔机构、播种机构、压实脱模机构等组成。 对一个孔的营养土的土量来说，由质量守恒 ： 44141 2020 HHdhdk （ 2-1） 则 48305 2454 hkHmm 1244841 HH nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 6 - 2.3 机构的方案比较及选择 2.3.1 制钵压钵、送钵执行机构的方案比较 方案一： 曲柄（偏心轮）滑块（滑杆）机构（如图 2.3 所示 ） 图 2.3（偏心轮） 图 2.3 偏心轮的匀速转动，推动滑块上下滑动，滑块带动压杆推杆上、下移动实现对模盘孔内土进行冲压成钵。优点：偏心轮适合较高的转速，在曲柄转动 下，带动压杆往复运动，并且采用对心结构，能使压杆推杆运动平稳，而且能够承受较大的载荷，机械效率较高。缺点：传动路线较长。 方案二：凸轮机构（如图 2.4 所示） 图 2.4（凸轮） nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 7 - 图 2.4 凸轮机构匀速转动，推动推杆上下移动，压杆推杆对营养土钵冲压成型。优点：通过设计不同的轮廓曲线，可以实现预期的各种运动规律，并能有效冲击，只要恰当设计好轮廓曲线，能使压力大小随运动而变化并且凸轮机构响应快速，机构紧凑。缺点：凸轮不适合较快速的运转，很容易磨损。 方案三：曲柄滑块机构（如图 2.5 所示） 图 2.5（曲 柄滑块） 图 2.5 曲柄匀速转动，推动滑块上下移动，滑块带动压杆推杆上下移动实现对营养土的冲压。此方案与方案一、二比较，区别在于驱动构件的不同，在大麻烦是动力部分，无法提供足够的动力带动驱动件转动。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 8 - 第 3 章 铺土机构设计及参数要求 铺土机构要求能定时控制料斗的下料，而且能够定量控制落入模板各孔的土量，同时还要满足总体的设计要求。 3.1 铺土机构设计 本设计中有两个铺土工位。为节省整个机构的零件个数，决定在两个工位上采用相同的结构，只是用土量和料箱大小不同。在料箱的底部有两个刮土板板用来搅拌营养土 同时把营养土刮入料箱底部的小孔，这个小孔和营养钵的大小相同并且一一对应的。刮土板的搅拌运动是由传动机构的圆锥齿轮带动的。传动机构中的直齿圆锥齿轮传动机构改变运动传递方向。 3.2 打孔机构的设计 3.21 打孔机构设计参数及要求 打孔机构要求能准确无误地打出种坑，为下一步播种作好准备，而且打孔机构下端在压土时不能与模板发生碰撞。 3.22 打孔机构设计 打孔机构由打孔头、压板、导套、导柱、液压缸和支板等组成 ,具体结构见图 2 2。导套构见图和导柱使打孔机构下端的运动精度很高，一般不会和模板发生碰撞。当模板被运 送至打孔工位时 ,压头和压板在油缸的作用下 ,向下运动 ,运动至规定的打孔深度 (打孔深度可以调节，本设计取实际工作行程mmL 380 ),行程开关发出信号 ,油缸在液压阀的作用下停止并返回 ,完成了打孔作业。 3.23 打孔机构液压缸的设计 打孔用液压缸为双作用单活塞液压缸，采用前部法兰安装。 (1)估算最大负载 F 由于要压缩营养土，为使打孔机构适应性较大，将压力取得大些。如果取每 个压头所需最大压力为 kNF 5.01 ,则最大负载力 (2)工作压力 P 的确定 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 9 - 由于所受负载很小，由机械设计师手册表 30 103 液压公称压力系列 9，取 P=10MPa (3)计算液压缸内径 D 及活塞杆直径 d 由液压系统设计简明手册 10，液压缸内径 2121 114DdPPPFDcm(3-1) 式中 F 工作循环中最大的外负载 (N)； 1P 液压缸工作压力 (MPa)， 1P P 10MPa； 2P 液压 缸回油腔背压力 (MPa)； Dd 活塞杆直径与液压缸内径之比； cm 液压缸的机械效率，取 cm 0.95。 由 10,10可取 2P 1MPa ，按工作压力选比值 Dd 0.7，则有 mD 00012.07.0110 1195.0101014.35.0426 根据 10,11,将液压缸直径圆整为标准系列直径 D 10mm。活塞杆直径d ， 按 7.0Dd 及 10,11活塞杆直径系列，取 d 7mm。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 10 - 3.3 液压缸筒厚和外径的确定 液压缸体材料选用无缝钢管，采用薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算 2 DPy式中 液压缸壁厚 (m)； yP 试验压力，一般取最大工作压力的 (1.25 1.5)倍 (MPa)； 缸筒 材料的许用应力。无缝钢管： 100 110 MPa。 m0007.01002 04.0105.1 取 0.7mm 可求得缸筒外径 mmDD 4.117.021021 取 11.5。 3.4 液压缸工作行程的确定 打孔机构实际的工作行程为 0L =38mm，由 10,12液压缸活塞行程系列(GB2349-80)，取液压缸的工作行程为 40L mm。 3.4.1 播种机构设计参数及要求 播种机构要求能定量精确播种，空穴率或重播率极小，或根本不出现，而且还要尽量减少种子的机械损伤。其中种子必须是经过丸粒化的种子，直径在 6 9.5mm 之间。除此之外，还要满足总体的设计要求。 3.4.2 播种机构设计 播种机构主要由料斗、刮种板、固定孔板、活动孔板、液压缸和支座等组成。具 体结构见图 3.4 所示。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 11 - 图 3-4 播种机结构图 刮种板位于料斗和固定孔板之间，活动孔板位于固定孔板的正下方。为使种子下落顺畅，料斗上加工有 1 条长槽，宽度为 25mm(长槽用立铣刀加工，宽度要和立铣刀直径系列相符合 )，为减少和防止种子受到机械损伤，在槽内还粘有 2mm 厚的橡皮圈。刮种板分为两层，其中上层是一块金属板，也加工有 1 条长槽，宽度为 20mm，而下层是粘到金属板孔的毛刷 (目的是为了减少种子的机械损伤 )。固定孔板和活动孔板都加工有 1 个通孔，可和模板孔一一对齐。 未工作时，刮种板与料斗的孔正好错开，料斗被封 闭，而固定孔板和活动孔板的孔正好一一对齐。工作时，液压缸的活塞杆带动刮土板和活动孔板一齐运动。当运动距离为 0L =11mm 时 ,固定孔板和活动孔板正好错开 ,而刮种孔与固定孔板只有 2mm 的间隙，所以，种子还没有落入固定孔板孔内。刮土板和活动孔板继续运动，随着刮种板和固定孔板孔对齐，种子填满固定孔板各孔，同时刮种板上的毛刷不断把多余的种子清扫出固定孔板 (固定孔板各孔要求有且只有唯一一粒种子 )。当运动距离为 1L =45mm 时，活塞杆便开始返回。刮种板与固定孔板和料斗孔之间间隙逐渐减少直至都被封闭，此时，固定孔板和活动孔板的孔还没有对齐，种子仍滞留在固定孔板孔内。活塞杆继续带动活动孔板返回，至初始位置停止运动，此时刚好活动孔板孔与固定孔板的孔对齐，种子落入模板内，完成一个工作循环。若要求播入多粒种子于各模板孔，则只需播种机构重复上面的动作即可。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 12 - 3.4.3 播种机构液压缸的设计 播种机构液压缸为双作用单活塞液压缸，采用底座型安装。 (1)估算最大负载 F 刮土板和活动孔板的质量 m 约为 5kg，种子给刮板的最大压力 N 约为 90N,由于刮板与活动孔板两面均受摩擦，则 NmgnF (3-2) 其中 n 结合面数， 2n 摩擦系数，由文献 8可取 2.0 908.952.02F 55.6N 取 F 60N 4.工作压力 P 的确定 由于所受负载很小，由机械设计师手册表 30 103 液压公称压力系列 9，取 1P MPa 5.计算液压缸内径 D 及活塞杆直径 d 由液压系统设计简明手册 10，液压缸内径 2121 114DdPPPFDcm(3-3) 式中 F 工作循环中最大的外负载 (N)； 1P 液压缸工作压力 (MP)； 2P 液压缸回油腔背压力 (MP)； nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 13 - Dd 活塞杆直径与液压缸内径之比； cm 液压缸的机械效率，取 cm 0.95。 由文献 10可取 2P 0.3MPa ，按工作压力选比值 Dd 0.3，则有 26 3.0113.0195.01014.3604D 0.0121m 根据文献 10液压缸内径尺寸系列 ,将液压缸直径圆整为标准系列直径D 12mm。活塞杆直径 d ，按 3.0Dd 及文献 10活塞杆直径系列，取 d 4mm。 6.液压缸筒厚和外径的确定 液压缸体材料选用无缝钢管，采用薄壁圆筒结构，其壁厚按薄壁圆筒公式计算 2DPy式中 液压缸壁厚 (m)； yP 试验压力，一般取最大工作压力的 (1.25 1.5)倍 (MPa)； 缸筒材料的许用应力。无缝钢管： 100 110 MPa。 51091002 012.015.1 m 按上式计算所的液压缸的壁厚往往很小，使缸筒的刚度往往很不够，因此， 值应取得大些，取 2mm 可求得缸筒外径 16221221 DD mm 7.液压缸工作行程的确定 播种机构实际的工作行程为 0L =35mm，由 10,12液压缸活塞 行程系列(GB2349-80)，取液压缸的工作行程为 40L mm. nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 14 - 第 4 章 脱模机构和传动机构设计 4.1 压实和脱模机构的设计 4.1.1 压实和脱模机构设计参数及要求 压实和脱模机构要求能将营养钵压实成型，而且将成型钵体脱出，落入接盘，同时还要满足总体的设计要求。 4.1.2 压实和脱模机构设计 压实和脱模机构的执行机构采用两个冲头。它们由传动机构的轴 1 带动偏心轮运动，进而带动冲头的上下运动。 2.传动机构设计 图4-1 传动系统示 意图 由电动机经过蜗轮蜗杆减速器，通过直齿圆柱齿轮减速。带动偏心轮运转，完成压紧和冲出动作。通过圆锥齿轮传动改变运动传递的方向，完成土壤的搅拌和填料动作。其中，通过径向蜗形凸轮的特殊结构，可以实现转盘的周期性转动。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 15 - 第 5 章 电动机功率和轴径的选择 已知条件：压紧冲击力约为 1000N 左右，偏心轮半径 40mm。 40401 0 0 0 RFT Nm (5-1) 式中 F 压紧力， N； R 偏心轮半径， mm； T 转矩， Nm 。 接下来按照扭转强度条件确定轴的最小直径，也可用于传动轴的计算。对于转轴，由于跨距未知，无法计算弯矩，在计算中只考虑转矩，而弯矩的影响则用降低许用应力的方法来考虑。 由材料力学可知，轴受转矩作用时，其强度条件为 2.01055.936 d nPWTT（ 5-2） 或 mmnPd 9.172.01055.936 .9mm 式中 d 轴的直径， mm； 轴剖面中最大扭转剪应力， MPa； P 轴传递的功率， kW； n 轴的转速， r/min； 许用扭转剪应力， MPa，见表 5-1； C 由许用扭转剪应力确定的系数，见表 5-1； TW 抗扭剖面模量。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 16 - 表 5-1 轴的常用材料的许用扭转剪应力 和 C 值 轴的材料 Q235 45 40Cr / MPa 1220 3040 4052 C 158135 118106 10697 由于轴传递转矩 T 最大，因此其最小轴径也是最大的。 取 d =30mm d =25mm d =20mm 5.1 传动比的确定 减速器的传动比： 13i 22,1 i23,2 i各级转速为： 729401311311 电机nnr/min 3672212 nr/min 723623 nr/min 由于单级传动比比较大，因此决定选用蜗轮蜗杆减速器。 5.2 蜗杆和蜗轮的结构设计 蜗杆与轴做成一个整体，成为蜗杆轴。蜗轮为了节省贵重的有色金属，做成装配式。 这种结构由青铜齿圈与铸铁轮心所组成，齿圈与轮心采用过盈配 合 H7/s6 或者是 H7/r6，并且加台阶和沿接合面周围加装 46 个螺钉，来增强连接的可靠性。为了便于钻孔，应该将螺纹孔中心线向材料较硬的轮心一边偏移 23mm。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 17 - 图 5-1 蜗轮和蜗杆结构图 5.2.1 传径动直齿圆柱齿轮的设计 1.选择齿轮材料、热处理方式和精度等级。 径向蜗形凸轮的特点 径向蜗形凸轮大多用于高速，轻载，定位精度要求特别准确的间隙传动中，这种凸轮机构，无论使用圆柱形滚子或者是圆锥形滚子，载停顿时都能在各对滚子之间保持稳定的定位精度，但使用圆锥形滚子增加了安装和调整的间隙 ，因此实际的使用中多采用圆柱形滚子。端面蜗形凸轮的啮合间隙，nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 18 - 通常是难以调整的，滚子嵌入凹槽的深度在转位过程中是有变化的，但径向蜗形凸轮就很少有这种缺点，因为滚子是沿着锥形曲面运动的，所以滚子位置沿半径方向的微小变化，影响凸轮的正常工作。因此这种凸轮传动的承载能力和定位精度都有所提高，工作也很平稳。 径向蜗形凸轮机构的最大特点是：将凸轮无间隙附在转位盘上，容易获得顶压，若二者加工精确，安装适当，就可以使转位盘在转位和停顿过程中，预压不被释放。避免了振动的产生；另外在高速传动时，由于惯性扭矩增大，凸轮轴会出 项负值扭矩，容易产生侧隙而引起振动，不过这种预压方式能够消除侧隙，所以该机构特别适用于高速，见图 2-8。 图 5-2 径向蜗形凸轮机构 在传动同样功率的情况下，径向蜗形凸轮传动机构体积小于蜗轮蜗杆机构，同时该凸轮传动还有超出其他间歇传动的如下有点： 转位角可以从 3600 任意选取，但较小的转位角，在同样升程的情况下，要求凸轮直径增大，所以只有在及其空间不受限制，低速惯性力不大的时候方可使用较小的转位角。 凸轮曲线可以采用任何要求的运动规律及相应的加速度曲线。 转位盘每转的停顿数可以从 2 开始，当每转要求以 6 次以上的停顿数时，其滚子数等于停顿次数，此时凸轮每转一转有一个滚子通过，如停顿数在 2 5 之间（表 5-2）： nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 19 - 表 5-2 蜗形凸轮停顿数与滚子数 转位盘每转停顿数 转位盘上滚子数 凸轮每转一次通过滚子数 2 6 8 3 4 3 6 9 2 3 4 8 2 5 10 2 径向蜗形凸轮的缺点时加工困难，不能在直角坐标系中制造。在一个直角三坐标系与二个转角组合的坐标系中，或在二个转角组合的坐标系中都可以加工。因此，这种径向蜗形凸轮必须使用专用机床制造。另外，端面蜗形凸轮机构的分度数 n 可以做得较大，而径向 蜗形凸轮机构的分度数就难以做得太大，一般位 24n 5.2.2 径向蜗形凸轮的设计 径向蜗形凸轮的直径 D ，转位角 0 ，转位盘的节圆直径 B ，转位盘的滚子数及径向蜗形凸轮机构的中心距 A 。通常选取在经济性和配套互换性上有影响的重要参数 A 位优先数自变量。 计算径向蜗形凸轮的转位角： 3600 Ttn （ 5-3） 式中 nt转位时间， s； T 工作循环周期， s； 0转位角，度。 所以 6.12936072/60 3.03600 Tt n从动件（转盘）的运动规律，对传动机构的工作性能有很大影响，因此，运动规律必须合理选择。在专用机械设备中，余弦、正弦及复合运动规律被广泛采用。采用余弦曲线规律，在开始及终了时有柔性冲击，正弦和复合正nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 20 - 弦则无冲击，但结构尺寸比余弦大 %27 左右， 且计算复杂。从动件转动应平稳，从无冲击和振动小的要求来看，选择正弦和复合正弦较好。在此次设计中采用正弦运动规律。 （ 1）根据从动件（转位盘）的直径、工位数及所需工作时间，计算出转位凸轮的最小直径，确定凸轮的升程。 )/180sin(2 zRH （ 5-4） 式中 R 转位盘半径， mm； z 转位盘工位数； 所以 5.112)6/180s in (5.1122)/180s in (2 zRH mm 由压力角 45)/720a r ct a n ( 1 DH 确定 1D （蜗形凸轮的最小直径）。 所以 1401 D mm （ 2）计算出蜗轮的位移曲线。蜗形凸轮的展开图，曲线 1 为滚 子的理论轮廓曲线，其位移运动方程式如下： 2/)/2s in ()/2(1 Hh （ 5-5） 式中 蜗形凸轮的瞬时转位角。 曲线 2 为滚子 2 的理论轮廓曲线，其位移运动方程式如下： )2/(s in 12 Rh （ 5-6） 式中 z/360 （转位角工位等分角） )4/(/)2/a r c t a n ()2/( 2211 HRhH （ 5-7） 式中 1 转位盘瞬时转位角。 nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 21 - （ 3）曲线的修正。因转位盘工作时滚子实际沿着半径 R 的圆弧方向运动，而以上计算按弦线进行，所以必须进行修正，否则转位时，滚子轴对槽会发生歪斜，产生卡住和加重磨损，影响及其工作。 曲线 1 的修正方程： )4/()2/( 222121 HRhHRk (5-8) 曲线 2 的修正方程： )23(c o s 12 Rk (5-9) 这样 由 1h 、 1k 组成曲线 1 的实际轮廓曲线，由 2h 、 2k 组成曲 线 2 的轮廓曲线。 5.3 圆锥齿轮设计和校对 在决定锥齿轮的尺寸之前，先要确定以下一些条件 （ 1）由于为小型农用机械锥齿轮传动 ,初取 201z ，因为20,1 21 zzi 故锥 ，取； （ 2） 该齿轮的受力较大，故材料选用铸钢 ZG35； （ 3） 该齿轮的传动功率是第轴的功率 kwP 653.0 ； 则设计参数可依次得出： （ 1）计12 2 0 (d d m m 分 度 圆 直 径 ）算基本参数 1)齿数比 2112 ta nc o t1 zzu 4512 锥距 mmddR 14.14210220220)2()2( 222221 ）（）（ 平均分度圆直径 12,mmddnts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 22 - 12 1 0 . 5mmdd bd d R R 13bR 取所以 1 2 R1 5 01 0 . 5 1 63mmd d d d m m 以 m 表示当量直齿圆柱齿轮的模数，则当量齿数 vz 为 3.2845co s20co s zmdzmVV 2)根据 vz 求齿形系数 Y，查表可得 Y=0.282； 3)根据齿轮材料求 弯4）查表查得的铸钢单向工作时的 弯=16.5 3mm公斤 ，因为是开式传动，所以将 弯降低 20%使用，得 弯=13.2 3mm公斤 5）求 Y 弯=0.282 13.2=3.72; 6)求齿宽系数 m 及齿宽 B 一般取 B1(3 LL 为 锥 距 ），则： 66.545s i n5 20s i n5 zm7）求锥齿轮的评价模数 m由上述一些条件查得 m=4.5，所以求得锥齿轮大端模数mmmm 4.5)315.01( 由于 m=5.4mm 不是标准模数，所以取 m=6mm,所以齿顶高 6h m m m顶nts哈尔滨工业大学华德应用技术学院 本科生 毕业设计（论文） - 23 - 结 论 为使制钵机械具有多功能性，使生产的钵体多样化及方便改变生产率的大小，可通过调节机构上的部件得以实现。 若要改变制钵体的形状大小，可通过改变冲钵杆上的螺母上下位置来改变冲杆下冲的位置深度，从而改变冲钵时的压缩程度，进而实现改变成钵体的尺寸大小，达到改变钵体形状的目的。 若要改变制钵机械的生产率问题，可通过更换不同角度拨盘改变转动的角度从而改变转动效率，进而改变生产率。 也可通过改变电动机 V 带轮 的大小来改变传动比来改善生产率，进而实现不同生产率的调节。 然而，通过调节各部件达到改变生产过程的目的同时也会对机械各部件的受力情况，运动轨迹产生影响 ,所以在调节部
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