土豆灭茬机的设计

说明书设计题目： 土豆灭茬机的设计 专业年级：机械设计制造及其自动化 2011级 学 号： 116712149 姓名： 指导教师、职称： 2015年 5 月 27 日目录摘要 .IAbstract .II1 绪论 .- 1 -1.1 土豆灭茬机研究的目的和意义 .- 1 -1.2 土豆灭茬机的发展概况 .- 1 -1.2.1 国内土豆灭茬机的发展概况 .- 1 -1.2.2 国外土豆灭茬机的发展概况 .- 3 -1.3 土豆灭茬机的类型及技术要求 .- 5 -1.3.1 土豆灭茬机的类型 .- 5 -1.3.2 土豆灭茬机的技术要求 .- 5 -1.4 土豆灭茬机发展的主要制约因素 .- 6 -1.4.1 种植形式和生产规模 .- 6 -1.4.2 动力配套问题 .- 6 -1.4.3 机械性能问题 .- 6 -2 土豆灭茬机的总体方案设计 .- 7 -2.1 总体结构方案的确定 .- 7 -2.1.1 方案的提出 .- 7 -2.1.2 方案的确定 .- 9 -2.2 结构组成 .- 9 -2.3 主要性能参数 .- 10 -3 主要部件的设计 .- 11 -3.1 传动部分的设计 .- 11 -3.1.1 传动比的计算 .- 11 -3.1.2 圆锥齿轮传动的设计 .- 11 -3.1.3 轴的设计 .- 13 -3.2 挡茬部分的设计 .- 16 -3.3 刀具部分的设计 .- 16 -3.4 清茬部分的设计 .- 17 -4 主要零件的强度校核 .- 18 -4.1 变速箱锥齿轮的强度校核 .- 18 -4.2 轴的校核 .- 18 -4.2.1 输入轴的校核 .- 18 -4.2.2 输出轴的校核 .- 19 -4.3 重要键的校核 .- 19 -5 结论 .- 21 -参考文献 .- 22 -致谢 .- 23 -摘要土豆是当今人类社会的四大粮食作物之一，仅次于水稻、玉米和小麦。我国是世界上土豆生产大国，总产量居世界第一。土豆收获前需要对土豆进行灭茬工作，而我国传统土豆种植方式机械化水平很低，机械化灭茬普及率并不高。目前，市场上销售的灭茬机产品大部分仅适用于北方作业区，南方多为山地和梯田，并不适用。人工灭茬费时费力、劳动强度大，因此给广大农民造成极大的困扰。为了解决上述问题，本文就国内外各种灭茬机进行分析和参考，设计了一款适用于我国南方耕地的土豆灭茬机。该机功能与市面上的粉碎灭茬机有所不同，仅将土豆茬割断，并排入两旁的沟壑中，这样可以大大降低功耗，提高工作效率，使灭茬机更小巧轻便。本文首先对灭茬机的总体方案做出合理的选择，巧妙地采用后悬挂式微耕机倒退运行方式的配套形式，避免了压茬的问题。然后合理设计传动模式，采用一级锥齿轮减速变向传动，并就锥齿轮、轴等零件进行合理的参数计算。接着合理设计了机架、刀具、挡茬机构、清茬机构和罩壳等部分，机架和挡茬机构均采用空心方钢焊接而成，挡茬机构可以提高灭茬效率，有效避免土豆茬缠绕的情况，刀具采用活动刀片，可以有效降低折断的风险。最后对锥齿轮、轴和键等重要零件进行了参数计算和强度校核，对轴承和弹性挡圈等标准零件进行了合理的选择。关键词：土豆，灭茬，设计 IAbstractIn every human society. The potato is one of the four major food crops after rice, maize and wheat. Our country is the largest potato production country in the world. As everyone knows, we need to stubble on potato before harvest, but we still in traditional way of potato planting that the mechanization level and mechanization of stubble penetration rate are both low. At present, most of the stubble machine on the market only applies to working in the north, its not suitable for the south. Artificial stubble is a common way for the south. It needs large timeand labor force and takes a great trouble to all farmers. In order to solve the above problems, we took the various stubble machine at home and abroad for reference and designed a potato stubble machine that suitable for southern land of China. The function has a large different with those of stubble machine on market, It only cuts potato crop and puts into the gaps on the two sides. This way greatly reduces power consumption and improves the work efficiency. There are make a reasonable choice to overall scheme of the stubble machine in this article. we skillfully use after hanging tractor supporting form of reverse operation mode, to avoid the problem of the pressure of crop. It has a reasonable design at transmission mode such as level1 bevel gear be used in reducer to drive. There are a reasonable caculation in bevel gear, shaft and other parts of parameters. Then the frame, tool and stubble retaining mechanism, crop and cover parts are with reasonable design, such as frame and crop agency welded hollow square steel together. The crop institution could improve the efficiency of stubble and effectively avoid the potato crop of winding. The active cutter blades can reduce effectively the risk of fracture. In a world, We made a parameter calculation and strength check to bevel gear, shaft and key and a reasonble choice in the important parts of bearing and the elastic ring standard parts.Key words：potato , stubble cleaning , design- 0 -1 绪论1.1 土豆灭茬机研究的目的和意义土豆是当今人类社会的四大粮食作物之一，仅次于水稻、玉米和小麦。据中国食品工业协会土豆食品专业委员会介绍，2012 年，我国土豆种植面积 521 万公顷，占世界土豆种植面积的 1/4 ，总产量 8154 万吨，单产 15.7 吨/公顷 【1】 ；我国是世界上土豆生产第一大国，占世界土豆总产量的 1/5，总产量占亚洲的 17%。预计到 2015 年我国土豆总产量将达到 1.5 亿吨，种植面积达到 1.2 亿亩。我国土豆种植面积和鲜土豆产量居世界之首，但土豆种植、灭茬和收获机械化水平普遍较低， 我国土豆生产的主产区是西南山区、西北、东北地区和内蒙古。其中以西南山区的种植面积最大，大约占全国总面积的 1/3。土豆的产量很高，增产潜力大，是其他粮食作物所不及的；其营养含量丰富，又是多种蔬菜所不及的；土豆用途广泛，是粮，是菜，是好饲料，又是多种工业、副业加工的原料；土豆栽培中是良好的前茬，又是间作、套种的作物，所以说，土豆在粮食、蔬菜栽培中，以及农业 经济、人民的日常生活中，有非常重要的作用 【2】 。我国土豆加工企业约有 4500 家，其中规模化深加工企业近 100 家。随着国际贸易迅速增长，出口前景广阔，国内消费需求日益增加，未来供需偏紧，且我国是人口大国，耕地减少和人口增长的矛盾不可逆转，所以需要大力发展土豆产业对确保粮食安全，促进农民增收，振兴农村区域经济具有重要的战略意义 【3】 。我国传统土豆种植方式机械化水平很低，人工种植土豆耗时耗力，生产效率很低，而且严重制约了我国土豆产量。提高土豆种植机械化水平可以大大提高生产效率，降低人们的劳动强度，较少劳动力损耗，为土豆的生产发展奠定良好的基础。目前，我国主要生产方式还是依靠人力，为了促进土豆生产发展，提高机械化水平势在必行。目前我国仅在中小型土豆种植和收获机方面有所突破，土豆灭茬机的研发还相对薄弱，市场上销售的土豆灭茬机机型为数不多，且大多都只适用与北方作业区，而南方种植土豆的多为山地和梯田，所以迫切需要一款适用与南方产区的小型灭茬机，减轻劳动强度，提高土豆产量。1.2 土豆灭茬机的发展概况1.2.1 国内土豆灭茬机的发展概况国内的土豆灭茬机生产企业为数不多，现在市面上销售的多为中小型土豆灭茬机，如青岛洪珠机械厂生产的洪珠 1JH-100 土豆灭茬机（见图 1-1），该机可与 2035 马力四轮拖拉机配套使用，生产率为 45km 2/h,工作行数为 1 行。该机具有结构紧凑，机动性好，布局合理，工作平稳，实用性强，维修简单等特点，可一次性完成土豆茬的清除工作。- 1 -图 1-1 洪珠 1JH-100 型土豆灭茬机中机美诺科技股份有限公司生产的美诺 1804 型土豆灭茬机（见图 1-2），该机配套形式为悬挂式，配套动力 90120KW，工作行数为 4 行，工作幅宽为 3600mm，生产效率 1.11.5hm 2/h。该机特点是适用于各类品种土豆茬的粉碎作业，为土豆收获创造良好条件，甩刀结构型式多样，组合运动轨迹与薯垄形状和宽度一致，甩刀按双螺旋线排列在刀辊轴上，保证刀辊受力均，双侧传动带有超越离合器，停机后，有效保护传动系统，甩刀高速运转，在机具壳体内形成负压，使倒伏土豆茬也能被切，打碎的土豆茬铺放在地面，作业效率高，土豆茬粉碎效果好。图 1-2 美诺 1804 型土豆灭茬机 山东青岛璞盛机械有限公司生产的 1JH-90 型土豆灭茬机（见图 1-3），配套动力18.329.4kw 四轮拖拉机，配套形式采用悬挂式，动力传输型式为传动轴，传动机构型式为皮带传动，工作幅宽：900mm，工作效率：0.3（hm/h） ，该机主要有点为倒在沟底的土豆茬也可以吸起来然后将其粉碎，收获土豆灭茬时并不伤害到土豆，一台- 2 -机器可以顶 40 个劳动力。图 1-3 1JH-90 型土豆灭茬机1.2.2 国外土豆灭茬机的发展概况国外农田机械的研发起步很早，在土豆种植、喷药灭茬、收货、运输、清选、运输、清洗、加工和储藏等全过程的研究均已比较成熟，各环节都有不同的型号、系列的机具。在土豆灭茬机产品方面，代表世界一流技术水平的农机企业有德国 Gimme 公司、美国 Reekie 公司、美国 Double L 公司、荷兰 APH 公司、比利时 AVR 公司和挪威TKS 公司等 【4】 。（1） 德国 Gime 公司德国 Gime 公司生产的 KS3600 型土豆灭茬机(见图 1-4)，配套型式为悬挂式，配套动力为 58KW 拖拉机，工作行数为 4 行，行距为 85cm 或 90cm,整机质量为 1100kg，作业效果好。- 3 -图 1-4 KS3600 型土豆灭茬机（2） 美国 Reekie 公司Reekie 公司生产的 RHT2200 型土豆灭茬机（见图 1-5） ，具有高速动态平衡回转轴，全幅宽升起和吸入土豆茬，进行高质量切碎，可以保证切碎的土豆茬和土壤一起通过收获机分离筛，适用十字交叉形的输送带将土豆茬运输到收获作业的一侧。限深轮可调，确保有效割秧；悬挂方式：前挂或后挂；可保证机具前悬挂时，将拖拉机前面的土豆茬都处理掉。避免后续作业中收获机喂入部分堵塞；镇压轮可调，在牵引机具上，镇压轮可选。图 1-5 RHT2200 型土豆灭茬机（3） 荷兰 APH 公司荷兰 APH 公司生产的小型 2 行土豆灭茬机主要有 2LKB-170 型和 2LKB-190 型多功能灭茬机，两者均可用于土豆和胡萝卜等根茎类作物灭茬两则齿轮箱转速均为1000r/min，2LKB-170 型工作宽度为 1.50m，行数为 2 行，行距为 75cm，配套动力为58.8KW 拖拉机，工作效率为 0.9hm2/h ;2LKB-190 型工作宽度为 1.80m，行数为 2 行，行距为 90cm，配套动力为 33.1KW 拖拉机，工作效率达到 1.0hm2/h。（4 ） 比利时 AVR 公司- 4 -比利时 AVR 公司生产的土豆联合收获机（见图 8）,前部有灭茬机构，该机功能多样，集灭茬，收获，集薯于一体的多功能一体机，作业效率高。图 1-6 马铃薯联合收获机1.3 土豆灭茬机的类型及技术要求1.3.1 土豆灭茬机的类型目前，土豆灭茬机较成熟的产品主要有两大类型：一是悬挂式，悬挂式是通过悬挂装置悬挂在拖拉机上，并与拖拉机成一整体运动的农业机械。在提升状态下灭茬机完全离开地面，其全部重量由拖拉机承担。按悬挂在拖拉机上的位置，可分为后悬挂、前悬挂、侧悬挂、中间悬挂、和分组悬挂 5 种方式，其中前悬挂式和后悬挂式较为常用，是目前国际通用型式。德国、美国、荷兰、比利时、挪威等国中小型灭茬机普遍采用该型式，特点是结构设计紧凑，质量轻，转弯半径小，牵引阻力小，工作可靠安全，操作方便，机动灵活，生产效率较高，机组的操作和调整由拖拉机手一人承担 【5】 ；二是牵引式，牵引式是通过牵引装置挂接在拖拉机后面，由拖拉机牵引完成各种作业，一些大型的土豆灭茬机采用该型式，特点是稳定性好，对地面状况的适应性强，但机动灵活性差，转弯半径大，结构复杂，在作业过程中，一般需要配农具手进行操作，牵引式土豆灭茬机没有驱动轮，但有起支撑作用并在拖拉机牵引下进行的行走轮，在田间作业时机器的重量主要由行走轮承担 【6】 。1.3.2 土豆灭茬机的技术要求国内土豆灭茬机械技术发展还处于起步阶段，但各类型机应满足一下技术要求：（1） 灭茬率要求灭茬幅宽 80cm，灭茬高度 15 cm，灭茬率应不低于 95%。（2） 清茬率灭茬机必须有良好的清茬机构，能将土豆茬清除至两旁的沟里，便于之后收获- 5 -机的作业，清除率应不低于 95%。（3） 生产效率机械灭茬的目的在于减轻农民劳动强度，提高生产效率，适时灭茬。因此，灭茬机作业时应具有一定的作业速度，且能稳定作业。（4） 其它要求土豆灭茬机灭茬机构和清茬机构应协调工作，尽可能减少自身的动力损耗，保持作业稳定。1.4 土豆灭茬机发展的主要制约因素1.4.1 种植形式和生产规模目前，南方作业区多山地和梯田，土豆生产方式多为小规模生产方式，制约了大中型土豆灭茬机的发展，各地土豆种植形式不统一也直接影响了灭茬机的生产发展。 1.4.2 动力配套问题灭茬机本身没有驱动装置，需要拖拉机提供动力。灭茬机的设计需要与微耕机配套，而配套使用的稳定性难以保证，且农户拥有的微耕机类型和数量极为有限，这在一定程度上限制了土豆灭茬机的发展。1.4.3 机械性能问题目前，我国所研制出的土豆灭茬机普遍存在工作性能不稳定，可靠性差，适应性差，功能单一等问题。- 6 -2 土豆灭茬机的总体方案设计2.1 总体结构方案的确定2.1.1 方案的提出由于本次设计的土豆灭茬机外形尺寸较小，所以采用悬挂式配套形式与微耕机配套。方案 1：采用前悬挂式，前悬挂式即为土豆灭茬机悬挂于微耕机前部(见图 2-1)，该配套形式灭茬机可以在微耕机启动时就灭茬作业，且土豆茬不会被微耕机机身压住倒伏，但该型式传动机构复杂。图 2-1 前悬挂式1 微耕机 2 变速箱 3 机架 4 中间轴 5 刀具工作原理：灭茬机悬挂于微耕机前部，微耕机动力输出轴通过变向传动装置将动力传送至变速箱，再由变速箱输出轴传送至中间轴，然后中间轴带动刀具高速旋转。方案 2：采用后悬挂式，后悬挂式即为土豆灭茬机悬挂于微耕机后部（见图 2-2），该配套型式灭茬机在微耕机启动前进一段距离后开始作业，土豆茬会被微耕机-机身压倒，但传动机构相对简单。13542- 7 -图 2-2 后悬挂式1 微耕机 2 变速箱 3 机架 4 中间轴 5 刀具工作原理：灭茬机悬挂于微耕机后部，微耕机动力输出轴通过万向节直接将动力传动至变速箱，再由变速箱输出轴传递至中间轴，然后中间轴带动刀具高速旋转。方案 3：采用侧悬挂式，侧悬挂式即为土豆灭茬机悬挂于微耕机的侧面位置，该配套型式悬挂土豆灭茬机传动机构复杂，工作性能不稳定，适用不方便，占用空间大。图 2-3 侧悬挂式1 微耕机 2 变速箱 3 机架 4 刀具工作原理：灭茬机悬挂于微耕机侧部，微耕机动力输出轴通过传动装置将动力传递至变速箱，再有变速箱输出轴传递至中间轴，然后中间轴带动刀具高速旋转。方案 4：采用后悬挂式微耕机倒退运行方式，后悬挂式微耕机倒退运行即为土豆灭茬机悬挂于微耕机后部，微耕机扶手调整 180 度向后固定，然后挂倒退档运作，该型123451234- 8 -式微耕机启动时灭茬机就开始作业，土豆茬不会被微耕机机身压倒，且传动机构简单。图 2-4 后悬挂式微耕机倒退运行方式1 微耕机 2 变速箱 3 机架 4 中间轴 5 刀具工作原理：灭茬机悬挂于微耕机后部，微耕机动力输出轴通过万向节直接将动力传动至变速箱，再由变速箱输出轴传递至中间轴，然后中间轴带动刀具高速旋转。2.1.2 方案的确定对比以上方案的优缺点，选择方案 4,采用后悬挂式微耕机倒退运行方式。该型式集合了前三种方案的有点，该方案工作原理巧妙，灭茬机悬挂于微耕机后部，微耕机扶手调转 180 度安装固定，然后挂倒退档运作，由微耕机推行前进灭茬，有效避免灭茬前压茬的问题。该型式传动机构可直接采用万向节联轴器连接，机构简单。2.2 结构组成土豆灭茬机结构简图，如图 2-5 所示12345- 9 -图 2-5 土豆灭茬机结构简图1.微耕机 2.变速箱 3.挡茬机构 4.清茬机构 5.机架 6.万向节 7.罩壳 8.刀具 9.联轴器2.3 主要性能参数作业幅宽：80cm配套动力：8.2KW微耕机输出转速：3600r/min生产率：0.53 亩/小时灭茬高度：15cm灭茬率：不低于 95%清茬率：不低于 95%- 10 -3 主要部件的设计本设计土豆灭茬机主要由悬挂架、机架、防护罩、刀具、刀架、刀轴、变速箱、传动轴、挡茬机构 、清茬机构等组成，机具通过悬挂架与微耕机相连接，当机具作业时，首先由微耕机的动力输出轴将动力由变速箱的输入轴传送到变速箱。通过锥齿轮的变向动力经由传动轴直接传送至刀轴，刀轴带动刀具高速旋转，微耕机前进，土豆茬被挡茬机构挡至两旁，同时高速旋转的刀具开始切割土豆茬，随后清茬部件将土豆茬清至两旁的沟壑中，从而完成灭茬作业。3.1 传动部分的设计灭茬机工作时，微耕机的动力经万向节传送至变速箱，经一对圆锥齿轮换向减速后带动刀轴和刀片一起高速旋转。高速旋转的刀片切断土豆茬，由离心率和重力作用散落与地面上。3.1.1 传动比的计算微耕机的动力为 8.2KW，动力输出转速为 3600r/min，微耕机的动力输出轴的功率为整机动力的 40%，所以变速箱输入轴功率为 P1=8.2kw0.4=3.28kw，土豆茬最低无支撑切割速度为 30m/s，刀轴最低转速 n=V/2r1433r/min,取 1500r/min，由此可得变速箱传动比 i=3600/1500=2.43.1.2 圆锥齿轮传动的设计本设计方案选用直齿圆锥齿轮（主动轴和传动轴交角 900）传动；采用硬齿面，参考机械设计，查得 45 钢硬度为 162217HBS,取 190217HBS,大齿轮选用 45 钢调质处理，硬度为 217255HBS,取 225255HBS 【7】 ；对于封闭式硬齿面齿轮，参考机械设计，选择齿轮精度等级为 7 级 【7】 ；按齿面接触疲劳强度设计计算，参考机械设计得 【7】d1mm式中 T=T1=9.55P1/n1=95503.28/3600N.m=8.7N.m初选载荷系数 Kt=1.65节点区域系数：Z H=由机械设计查得弹性系数 【7】 ：,取齿宽系数： 3.0R由机械设计查得 【7】 ：,- 11 -由机械设计查得 【7】 ：= 0.9575MPa=517.5MPa =0.9550MPa=495MPa u=i=2.4齿轮齿数 Z1=15 ，Z 2=uZ1=2.415=36带入公式计算得:10.39=10.39/150.69，取标准值 2.5d1=mz1=2.515=37.5mm，d 2=mz2=2.536=90mm由机械设计查得使用系数 KA=1.00,由机械设计查得动载系数 Kv=1.00【7】 ,=48.75mm由 b= RR=0.348.75=14.625mm 取齿宽 b1=b2=15.5mm参考机械原理计算公式得 【8】计算锥齿轮的分度圆锥角： 1=arctan(Z1/Z2)=arctan(15/36)=22.61990 2=900-22.61990=67.38010齿顶圆直径 da1，d a2：da1=d1+2hacos 1=37.5+212.5 cos22.610=42.12mmda2=d2+2hacos 2=90+212.5 cos67.380=91.92mm齿根圆直径 df1，d f2：df1= d1-2hfcos 1=37.5-2（1+0.2）2.5cos22.61 0=31.96mmdf2= d2-2hfcos 2=90-2（1+0.2）2.5cos67.38 0=87.69mm齿顶角的计算 ， ：1a=arctan(ha/R)=arctan(12.5/48.75)=2.9401a= =2.9402齿根角 ， ：1f2f- 12 -=arctan(hf/R)=arctan(1+0.2)2.5)/48.75)=3.5201f= =3.5202ff顶锥角 a1， a2： a1= 1+ =22.620+2.940=25.560a a2= 2+ =67.380+2.940=70.320小齿轮圆中点分度圆直径 dm1，d m2：dm1=d1(1-0.5b/R)=37.5(1-0.515.5/48.75)=31.5mm运算圆周速度 Vm：=3.1431.53600/(601000)=5.9m/s选择 7 级精度合宜。3.1.3 轴的设计（1）输入轴初步确定输入轴的最小直径：先初步估算输入轴的最小直径。本设计选取轴的材料为 45 号钢，调质处理，适用于承受交变载荷、中等负载，强烈磨损，无很大冲击的重要零件。取 A0=112，于是得所以，选取输入轴最小直径 17mm轴的结构设计表 3-1 初定各轴段直径位置轴直径/mm说明小锥齿轮处 17 为考虑从左端装入，齿轮孔径应稍大于轴承，并为标准直径- 13 -左端轴承处 20因轴承需要承受轴向力和径向力，并符合滚子轴承标准内径，故取 20，选用圆锥滚子轴承，初定轴承型号 30204左端传动轴处 28 此段起轴承定位作用，应略大于轴承内径，所以取 28过渡处 22 此段轴是过度段，轴径应大于最小直径，小于传动轴处直径，取 22右端传动处 28 此段起轴承定位作用，应略大于轴承内径，所以取 28右端轴承处 20因轴承需要承受轴向力和径向力，并符合滚子轴承标准内径，故取 20，选用圆锥滚子轴承，初定轴承型号 30204键位处 18 为方便轴承安装，应略小于轴承内径表 3-2 确定各轴段长度位置轴段长度/mm说明小锥齿轮处 28 此段轴应长于弹性挡圈和锥齿轮的径向长度之和，故取 28左端轴承处 15 此段轴只用于安装圆锥滚子轴承，故取 15左端传动轴处 4 此段轴只用定位轴承，故取 4过渡处 37 此段为过度处，为满足端盖尺寸，取 37右端传动处 4 用于定位轴承，与左端对称，取 4右端轴承处 25 用于安装轴承和弹性挡圈和油封，故取 25键位处 35 用于外部动力连接，并设有键槽，故取 35全轴长 148 （28+15+4+37+4+25+35）mm=148齿轮处采用 A 型普通平键，齿轮处键 A1230GB/T1096-2003。为加工方便，并参照轴承的安装尺寸，轴上倒角半径全部取 r=1mm。（2）输出轴初步确定输出轴的最小直径：先初步估算输入轴的最小直径。本设计选取轴的材料为 45 钢，调质处理，适用于承受交变载荷、中等负载，中等速度、强烈磨损、无很大冲击的重要零件。取 A0=112，于是得故，选取输出轴最小直径为 18mm。- 14 -表 3-3 初定各轴段直径位置轴直径/mm说明上端轴承处 20因轴承需要承受轴向力和径向力，并符合滚子轴承标准内径，故取20，选用圆锥滚子轴承，初定轴承型号 30204滑槽处 25考虑轴承从左端装入，轴径应大于轴承内径，且该段设置滑槽，故取25大锥齿轮处 22此段外套有套筒，且起轴承定位作用，所以要大于轴承内径，小于套筒内径，取 22下端轴承处 20因轴承需要承受轴向力和径向力，并符合滚子轴承标准内径，故取20，选用圆锥滚子轴承，初定轴承型号 30204键位处 18 为方便轴承安装，应取略小于轴承内径，取 18表 3-4 确定各轴段长度位置轴段长度/mm说明上端轴承处 15 此段轴仅安装轴承，取 15滑槽处 50 此段用于配合捏合抓工作，取 50大锥齿轮处 24 此段用于安全套筒以配合锥齿轮，取 24下端轴承处 25 此段轴安装有轴承、弹性挡圈和油封，取 25键位处 28 此段轴用于与联轴器连接，取 28全轴长 142 （15+50+24+25+28）mm=142mm齿轮处采用 A 型普通平键，齿轮处键 A1230GB/T1096-2003。为加工方便，并参照轴承的安装尺寸，轴上倒角半径全部取 r=0.5mm。3.2 挡茬部分的设计为了提高灭茬效率，避免土豆茬缠绕机器，需设计挡茬机构。挡茬机构随着微耕机的前行使前方的土豆茬上部分与灭茬机保持一定的距离，且使土豆茬向两边倒伏，靠近沟壑，有利于清茬机构作业。本机构焊接与机架，结构简单，简图如图 3-1,两侧挡茬杆夹角为 450，与刀片旋转的外圆面水平距离为 10cm，挡茬杆距垄面高度为 30cm,工作时使正在被刀片切割的土豆秧倾斜约 18 度。挡茬杆使用材料型号为 2020,壁厚为 3mm 的的空心方钢焊接而成。- 15 -图 3-1 挡茬机构简图3.3 刀具部分的设计刀具是灭茬机的主要工作部件，高速旋转的刀轴带动刀片旋转，可以无支撑切断土豆秧，刀片近心端圆周速度大于 30m/s。本设计采用水平旋转一字刀盘，长度为418mm，刀片（见图 3-2）数量为 2 个，尺寸为 228mm，刀片连接不锁死，惯性带动刀片高速旋转。优点是刀片打到硬物不会严重损坏，具有刀具保护作用，刀具部分由刀片、刀盘和刀盘座组成，用螺栓锁于刀轴。刀具组成结构如图 3-3。图 3-2 刀片结构图- 16 -图 3-3 刀具总成图3.4 清茬部分的设计本课题设计的灭茬机仅切断土豆茬，未将其打碎，故需要设计出清茬机构将切断的土豆茬排入沟壑中，以便后期收获机的正常工作。该机构为仿形挡板，结构简单，工作原理简单。该机构为使用钢板焊接与机架上。两侧挡板的夹角为 900，随着微耕机前行，被切断的土豆茬受到挡板的推力和地面的摩擦力沿板向两旁沟壑移动。直至掉落沟壑中。结构图如图 3-4.图 3-4 清茬结构图- 17 -4 主要零件的强度校核4.1 变速箱锥齿轮的强度校核校核齿根弯曲疲劳强度：,当量齿数 ,1VZ2Zv1=Z1/cos 1=15/cos22.620=16.25Zv2=Z2/cos 2=36/cos67.380=93.6由 Zv1和 Zv2查机械设计得 【7】Y Fa1=4.03Y Fa2=3.83由机械设计查得外形齿齿轮系数 【7】Zv190，所以 Y Fa1=1.03 Y Fa1=1.034.03=4.15，Zv290，所以 Y Fa2=1.07 Y Fa2 =1.073.83=4.10参考机械设计 ，齿根疲劳弯曲极限=230MPa，=210MPa由机械设计得 【7】=1.14=1.4230=322MPa =1.4=1.4210=294MPa 安全 4.2 轴的校核 4.2.1 输入轴的校核 （1）计算输入轴传递的转矩 ，输入轴的功率 P=8.2kw0.4=3.28kw，输入轴转速 n1=3600r/min，据公式得：，故 T1=8.7103N mm。（2）输入轴上的受力分析根据机械设计得 【7】- 18 -齿轮的圆周力 F t1=2T1/dm=28.7103/(0.8537.5)=546N齿轮上径向力 Fr1=Ft1tancos 1=546tan200 cos22.620N=183.44N齿轮上的轴向力 Fa1=Ft1tansin 1=546tan200sin22.620N=76.43N名义法向载荷 Fn1= Ft1/cos=546/cos20 0=581.04N由于该轴主要受扭矩作用，受到不大的弯矩，所以按扭矩来计算轴的强度校核，取最小截面 d=17mm 处进行校核，由机械设计表 15-3 得许用扭转切应力为2545MPa。据材料力学得 【9】 ：，因此，轴的强度够。 4.2.2 输出轴的校核（1）计算输出轴传递的扭矩，一级圆锥齿轮传动的传动效率为 =0.96，故输出轴的功率为 P2=P10.96=3.280.96kw=3.15kw，输出轴转速为 1500r/min，据公式得：,故 T2=2.0104 N mm。（2）输出轴上的受力分析 根据机械设计得 【7】齿轮的圆周力 Ft2=2T2/dm=22.0104/(0.8590)=523N齿轮上的径向力 Fr2=Ft2tancos 2=523tan200cos67.380 =73.21 N齿轮上的轴向力 Fa2=Fttansin 2=533tan200 2N=184.45N名义法向载荷 Fn2= Ft2/cos=523/cos20 0=556.56N由于该轴主要受扭矩作用，受到不大的弯矩，所以按扭矩来计算轴的强度校核，取最小截面 d=18mm 处进行校核，由机械设计查得许用扭转切应力为 2545MPa 【7】 。据材料力学得 【9】 ：，因此，轴的强度够。 4.3 重要键的校核平键连接传递转矩时，其主要的失效形式是工作面被压溃。因此通常只按工作面的挤压应力进行强度校核。假设载荷在键的工作面上是均匀分布的，参考机械设计 ，普通平键连接的强度条件为 【5】式中：T传递的转矩 N.mK键与轮键槽的接触高度 mm- 19 -l键的工作长度 mmd轴的直径 mm对用于安装小锥齿轮的轴上的键进行相关的校核，,挤压应力小于许用挤压应力，所以键的强度足够。5 结论土豆收获前必须灭茬，灭茬是土豆种植机械化中重要的一个环节，土豆