农用可调式免耕播种试验架的设计【含CAD图纸、说明书】
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摘要农用可调式免耕播种试验架的设计摘 要“保护生态环境，实现可持续发展”现在早已成为我国谋求经济快速发展所必须要遵循的基本方针。面对水土流失以及土地沙漠化的状况，国家除了实施大面积的防沙防尘工程以及全面退耕还草的重大举措之外，还在农业方面积极倡导和推广应用保护性耕作技术1。免耕播种相比较其他播种作业方式，其直接省略了耕地作业，节省了人力物力以及作业费。提前了播种期，比常规播种提前了1-2天。从土地这方面来说，免耕播种的土地保墒能力更加强劲。由于在播种前地表已经存在作物覆盖，土壤本身的水、肥、气、热可以相互调节作用供给。当干旱的时候土壤不容易干裂，在雨后也不容易产生积水。相比较普通播种的作物生长更快，苗情更好。另外肥料不容易流失，相对的产量也相应提高2。免耕播种已经成为了我国主要播种手段，但是在某些地区由于土地不平坦以及免耕播种机自身种箱与开沟器之间的位置原因所引发的输种管弯曲，导致种子积压甚至无法排出，无法实现播种。为此，设计了一种调节相关情况出现时的试验架。在免耕播种前存在的作物在还田还增加了土壤有机质含量，提高了土壤的肥力，同时改善了土壤的机构，为免耕播种的作物提供了良好的生长环境。本文设计了一种可调式的免耕播种试验架，通过试验架可以实现种箱的全方位移动，试验架机构结构简单，容易操作。试验架采用镂空金属管，十分经济。在出现上述情况时，只需要手动调节手轮或者通过拖拉机液压机构就可实现功能。关键词：保护性耕作机具；试验架；免耕播种机 IAbstractAbstractProtecting the ecological environment and achieving sustainable development has long been a basic policy that China must follow in order to seek rapid economic development. In the face of soil erosion and desertification, the state has actively promoted and promoted the application of conservation tillage techniques in addition to large-scale sand-proof and dust-proof projects and major measures to return farmland to grassland.Compared with other sowing methods, no-till sowing directly omits the farmland operation, saving manpower and material resources and operating costs. The sowing date was advanced, 1-2 days earlier than conventional sowing. From the perspective of land, the land conservation capacity of no-till sowing is more robust. Since the crop cover already exists on the surface before sowing, the water, fertilizer, gas and heat of the soil itself can be supplied to each other. When the soil is dry, the soil does not easily crack, and it is not easy to produce water after the rain. Compared with common sowing crops, the growth is faster and the seedlings are better. In addition, the fertilizer is not easily lost, and the relative yield is also increased accordingly.No-till seeding has become the main seeding method in China, but in some areas, due to uneven land or sowing process, the seed tube is bent due to the shock, resulting in the accumulation of seeds and even the discharge cannot be achieved. To this end, a test stand was designed to adjust the situation.In this paper, an adjustable no-till seeding test frame is designed. The test frame can realize the all-round movement of the seed box. The test frame mechanism is simple in structure and easy to operate. The test frame is made of hollow metal tubes and is very economical. In the case of the above, it is only necessary to manually adjust the hand wheel or to implement the function through the tractor hydraulic mechanism.Keywords: Protective tillage machine; Test stand; No-till planterII第一章 绪论目录摘要第一章 绪论11.1 引言11.2 背景以及原理介绍21.3 主要工作和意义31.4 总体方案的确定31.5 方案的选择4第二章 移动架设计62.1 水平移动架部分的设计62.1.1 种箱的设计62.1.2 手轮的设计62.1.3 丝杠的设计62.1.4 水平移动架的设计72.2 竖直移动架部分的设计82.2.1 机架配合部分的设计82.2.2 竖直移动架的设计92.2.3 液压装置的设计102.2.4 张紧装置的设计11第三章 传动部分的设计123.1 轴的设计123.1.1 传动轴的设计123.1.2 轴的计算与校核123.1.3 轴材料的选择173.2 键的设计173.2.1 键的设计及校核173.2.2 键的材料203.3 轴承的设计203.4 传动方式的选择213.4.1 种箱传动方式的选择213.4.2 手轮与丝杠之间传动方式的选择223.5链轮的设计233.5.1 链轮的计算233.5.2 链轮材料的选择243.6 链的选择253.7 联接方式的选择26总结27参考文献28致谢29 第一章 绪论1.1 引言我国的现代化免耕播种技术始创于20世纪60年代。在江苏省各市以及东三省部分区域开展了免耕种植的相关试验，国内的一部分高校附属研究所开始研究免耕播种技术。到今天保护性工作技术已经逐渐成熟，适用于各种地形的免耕播种机也开始出现3。但是在某些地形还是会出现输种管弯曲导致排种不均匀甚至排种失败的情况发生。在应用型机械化农业技术以及相关农业附属领域中，免耕式播种机的开沟器水平距离相对于种箱较远，开沟器与排种槽轮上端的垂直距离较近，而且开沟器的位置与种箱保持不变相对于机架而言，这就使得输种管的倾斜角度过小，连续排种容易导致输种管被种子压弯，使得种子积压，导致排种不均匀甚至使输种管堵塞。有时排种箱的底部还会布置开沟器，不便于上下调整开沟器，这就会影响排种的均匀性甚至导致排种失败。目前，针对排种不均匀的难关，多采用多级排种，以及缩短开沟器与排种轮的水平距离，以增大排种管的倾斜角度，但这就使得开沟器间的水平距离较小，容易发生阻塞，同时也就会影响播种作业的效果以及播种的均匀性。此外，还有其他装置，如“两级输送排种装置”4但是其机构复杂，由于是两级排种轴，保证不了排种过程中两排排种轴同步排种，也不能保证排种的均匀性。同时，还有采用气吸式排种机构，如气吸式免耕播种机，但是在实际应用中发现，其造价昂贵，在部分地区并不适用5 。 国外由于地形以及其他原因，大多数地区并不会出现类似情况，所以国外对这方面还未有什么细致的研究，所以这种情况只能参考国内的实际情况以及国内做过的相关研究。总结国内相关的文献以及专利，本文设计的可调式的免耕播种试验架，在整体上符合国内的实际情况，相比起其他几种调节方式更加简单，方便。本文的研究目的就是设计这样一款试验架。1.2 背景以及原理介绍为了防止上述问题的发生，优化排种的流畅性以及稳定性，防止排种阻塞，本文设计了一种可以全方位调节种箱位置的安装在免耕播种机上面的试验架。其特征在于种箱的全方位调节是通过安装在机架上的水平调节装置以及竖直液压装置共同调节。大体结构如图1-1所示。1-手轮，2-丝杠，3-种箱，4-水平移动架，5-液压缸图1-1 免耕播种试验架结构示意图整个机构主要有机架、水平移动机架、竖直移动机架、液压缸、种箱、丝杠、张紧机构、地轮、传动机构等组成。总体工作原理如图所示，当需要调节种箱位置时，根据具体情况调节水平位置或者竖直位置。当需要调节水平位置时，只需要调整手轮，手轮带动丝杠旋转，水平移动支架中有一圆孔，丝杠通过圆孔与种箱下方的圆孔配合。种箱下方的圆孔里面充满螺纹，并与丝杠的螺纹相互配合，当手轮带动丝杠旋转时，种箱中的螺纹与丝杠的螺纹配合，达到水平移动的目的。当需要调节种箱竖直位置时，下方的液压缸连接着拖拉机液压装置，根据自身需要以及实际情况选择液压量，液压推动液压缸中的液压柱，液压柱通过机架的液压孔抵住竖直移动支架，竖直移动支架与机架旁边的导槽配合达到竖直移动的目的。基本设计参数：参考免耕播种机 2BYFS-4工作幅宽：240 cm外形尺寸：1950x2400x1350作业行距：400-800 cm配套动力：50-80马力拖拉机作业株距：100-300 mm1.3 主要工作和意义为实现可持续发展，保护环境，保护性耕作技术必须得到发展。免耕播种相比较其他播种作业方式，其直接省略了耕地作业，节省了人力物力以及作业费。提前了播种期，比常规播种提前了1-2天。从土地这方面来说，免耕播种的土地保墒能力更加强劲。由于在播种前地表已经存在作物覆盖，土壤本身的水、肥、气、热可以相互调节作用供给。当干旱的时候土壤不容易干裂，在雨后也不容易产生积水。相比较普通播种的作物生长更快，苗情更好。另外肥料不容易流失，相对的产量也相应提高。免耕技术的普及，对于中国大部分地区的农作物生长以及全国的农业发展有着至关重要的作用。免耕技术在发展过程中，出现过各种各样的问题，都得到了解决，但是对于输种管弯曲导致排种不均匀甚至排种失败的情况，还未得到很好的解决方式。现在为了处理这种情况多采用两级排种，但是这种方法存在相应的缺点，其结构复杂并且在传动过程中可能出现传动不同步的现象，所以在查阅了相关资料以及阅读相关文献之后，本文设计的一款可调式的免耕播种试验架可以很好的解决这一问题，并且操作简单，经济实惠。随着免耕技术的普遍，当种箱的位置可以随意改变时，不仅可以解决输种管弯曲的问题，还可以在配置免耕播种机时留出多余空间，应对其他操作。根据本国国情，从我国实际情况出发，试验架的研究还是具有很大的现实意义。尤其对于那些土地并不平坦，拖拉机行走不便利的山区。1.4 总体方案的确定在长时间翻阅了大量的相关资料以及文献之后，发现了很多问题。我国对这方面的研究并不是很成熟，甚至可以说凤毛麟角7。所以本次设计只能依靠自己以及毕业设计老师的帮助。在老师以及部分文献的帮助下，大体结构已经确定。在确定了大体结构的情况下，开始探究其他结构。确定的主要结构如下：1.机架首先需要有一个机架固定在免耕播种机上，其作用是承载试验架的其他机构，要保证在拖拉机正常行驶的过程中不会出现断裂以及散架的情况，还要选取经济实惠的结构。在材料上的选择也要慎重，因为机架承受的不只是来自试验架以及种箱的压力，还有可能承受磨损以及免耕播种机运行过程中产生的震动。2.水平移动架水平移动架需要完成种箱的水平移动，其具体的配合方式要实现水平移动时操作简单，方便，可控并且安全。水平移动架需要与种箱进行配合，并且还需要外力进行配合，最终完成动作。3.竖直移动架 竖直移动架需要与机架完成配合，同时与种箱完成配合，同时需要外力的作用，现有的方案有两种，分别是液压、电动。4.外力作用机构外力作用机构主要作用是作用于水平移动架以及竖直移动架，给其动力，另其达到动起来的目的，同时外力作用机构应是可以调节的，通过拖拉机或者外力来调节其作用力的大小。1.5 方案的选择在查阅资料以及根据设计的机构总体结构设计了几种主要工作机构的方案。1.水平移动架考虑到经济以及与种箱的配合问题，水平移动架采用薄壁结构，附着在竖直移动架上，通过螺钉连接。与种箱的配合采用导轨，种箱下方存在导轨凹槽，水平移动架存在凸槽，最终配合。2.竖直移动架竖直移动架如果单单与种箱配合，根据实际情况并不能达到令种箱竖直移动的目的。根据具体情况，竖直移动家还要与机架相配合。竖直移动架边侧存在着凹槽，为保持种箱移动的平稳性，凹槽一共四个，前后各两个，并且不对称。在机架上方存在着四个支架，形状与凹槽正好配合。3.外力作用机构作用于水平移动架上的外力考虑到方便操作，采用手轮加丝杠的组合。种箱下方位置前后各存在一个丝杠孔，水平移动架上存在着与丝杠孔同轴心的孔，可以让丝杠前面一部分没有螺旋丝的位置插入。手轮与丝杠配合，手轮前方存在着链轮通过与链条以及另一个链轮的配合，另一个链轮又与另一个丝杠配合，达到同步运转的目的，最终达到种箱水平移动的目的。作用于竖直移动架上的外力综合考虑存在两种方案。（1） 电动控制在竖直移动架下方设计一支柱，支柱通过电动控制。此方案实际实行起来步骤繁琐，操作不方便，故舍去。（2） 液压控制在机架与竖直移动架配合的面上打两个孔，孔完全贯穿机架。孔的半径与液压柱半径保持相同，液压柱下方为液压缸以及液压孔，液压孔连接着拖拉机的液压装置，通过控制拖拉机的液压装置来间接调节竖直移动架的移动距离。该方案操作简单，经济实惠，故选择此方案。5第二章 移动架设计第二章 移动架设计2.1 水平移动架部分的设计2.1.1 种箱的设计考虑到实际操作时可能出现的种箱排种问题，种箱的尺寸应与机架尺寸相差不大，并且为了与手轮丝杠以及水平移动架相互配合，种箱应具有与水平移动机相配合的凹槽以及丝杠孔。种箱的基本结构如图2-1所示。 图2-1 种箱如图所示，当手轮转动时，丝杠和丝杠孔相配合，顺着种箱凹槽与水平移动架导轨的配合向前移动，移动过程平稳，安全。同时，在种箱底部存在着四个连接着输种管的输种孔，其与输种管相互配合，达到运送种子的目的。由于本课题主要是研究种箱的全方位移动，所以在设计种箱的过程中，并没有设计种箱内的排种机构，但是在设计其他部件时，已经将排种机构计算在内。2.1.2 手轮的设计为了配合丝杠以及水平移动架，需要外力来带动丝杠进行工作，在查阅资料以及检查机构结构之后发现，手轮是最好的带动丝杠工作的机构6。具体结构如图2-2所示。1-键槽，2-筋图2-2 手轮如图所示，手轮的大致结构如此，由两个圆环以及连接两个圆环的四个加强筋还有中间与轴配合的部分组成。由于手轮本身尺寸就很小，两个圆环之间固定的方式就采用了加强筋，同时加强筋与圆环之间连接采用焊接。中间与轴向连接的部分也采用焊接，为了与轴形成配合，中间部分也加了一个键槽。2.1.3 丝杠的设计 为了达到丝杠与手轮的配合，丝杠需要设计为类似于传动轴的样式。又因为存在链轮的原因，与手轮连接的丝杠存在两个键槽。当轴上存在键槽时，应适当增大轴径，因为存在两个键槽，所以应增大7%。（1）丝杠的参数如下：螺距：12mm半径：30mm外形：梯形材料：45钢即手轮顺时针转一圈，种箱向前移动12 mm。操作更加容易。（2）丝杠的强度计算：丝杠只受弯矩，取种箱重力为全部阻力，经计算得P=64.3 N选45钢经调制处理由轴的强度计算公式得22.8-19.83 mm考虑到轴的震动要求，取轴d等于30 mm结构尺寸详见零件图。2.1.4 水平移动架的设计水平移动架应具有一个提供丝杠穿过的孔，以及一条鱼种箱凹槽配合的导轨。同时固定在竖直移动架上,前后各一个，具体结构如图2-3所示。1-丝杠孔，2-螺钉孔，3-水平导轨图2-3 水平移动架如图所示，水平移动架通过丝杠孔与丝杠前端配合，使丝杠得以安全平稳的通过水平移动架上丝杠孔，到达种箱下部的丝杠孔，与其中的螺旋丝配合，整个过程由于存在不止一个支撑点，并且受力位置靠后且密集，可以保证不会出现丝杠断裂的情况发生。水平移动架分为上下两端，下端通过螺钉M12与竖直移动架相互配合，上端通过螺钉M5与下端相互配合。处于经济的考虑，水平移动架的厚度都较为小一些，节省材料。材料方面选用灰口铸铁，优点是市场供应量足7，好加工，普通机床就可以加工，同时硬度较强，符合试验架的基本要求8，热处理相对来说也较为方便。 2.2 竖直移动架部分的设计2.2.1 机架配合部分的设计考虑到竖直移动架的移动时的平稳性以及安全性，仅仅给予其动力是不够的，还需要在机架上方给与其相应配合竖直移动导轨。根据实际情况，选取轨道形状应为“T”型。实际形状如图2-4所示。如图所示，出于经济以及轻便的考虑，机架采用镂空的金属管。材料方面采用灰口铸铁，优点是凝固时收缩量小，同时抗压强度和硬度接近于碳素钢，硬度较强，考虑到播种机运行过程中会伴随较大震动，而灰口铸铁的减震性较好。考虑到在进行竖直移动时，竖直移动试验架与竖直移动导轨会经常摩擦，还需要考虑到耐磨性的问题。灰口铸铁的耐磨性相对而言也较好。综上所述，机架材料选用灰口铸铁。机架之间由于接触面积较小，同时处于经济的考虑，都采用焊接的方式。1-竖直移动导轨，2-液压孔，3-液压缸支架，4-张紧装置支架图2-4 机架机架下方存在另一个支架，为液压缸支架，处于经济的考虑也采用中间镂空的金属管结构。设计其的主要目的是为了连接下方的液压缸连架，使液压缸可以准确稳定的固定在机架下方。机架前方的张紧装置支架作用是用来固定链轮的张紧装置。在设计过程中，链轮以及地轮之间的配合尺寸存在相交部分，导致张紧装置并不能固定在机架上，所以为了配合精准，在机架前方添加了一个张紧装置机架，其与张紧装置之间采用螺钉连接。由于机架的强度分析通过计算并不是很好能计算出来，故采用软件分析的方法，具体情况见图2-5。图2-5 机架的静应力分析如图所示，运用的solidworks的simulation，施加上的静应力按照最大的可能，其颜色为蓝色，显示安全。2.2.2 竖直移动架的设计竖直移动架所实现的功能主要是与水平移动架之间以及机架竖直移动导轨之间配合，通过液压缸传递过来的力带着机架向上移动，当液压缸泄力的时候，带着机架向下移动，实现可调节的种箱上下移动。其具体结构如图2-6所示。1-螺钉孔，2-竖直移动凹槽图2-6 竖直移动架 如图所示，为竖直移动架的俯视图，可以完整的看到竖直移动架的全部结构。其结构如图所示，变角为了减少摩擦设计成圆角。上下两边存在着一共四个竖直移动凹槽，与机架上的竖直移动导轨相互配合，下方液压缸支柱通过机架上的液压孔向上作用至竖直移动架，直接与竖直移动架相接触，作用其两边，又存在竖直移动导轨，从而达到受力平衡，可以平稳向上移动。 竖直移动架四个边角存在着四个螺钉孔，水平移动架通过这四个螺钉孔并用螺钉来相互配合。竖直移动架需要满足的条件是耐磨性高，强度高，若液压装置失效，其需要承受瞬间的压力，所以竖直移动架的材料选用灰口铸铁最为合适。同时为了经济等方面的原因，竖直移动架厚度选为10 mm最为合适，厚度方面既不会因为太薄而导致强度不够，也不会因为太厚导致液压装置压力大。2.2.3 液压装置的设计 液压装置存在于机架下方通过液压缸支架相连接，同时液压缸支架还通过支柱与机架相连接，保证了液压工作过程以及机组工作时的稳定性。液压装置在工作过程中全部动力来源于拖拉机，拖拉机自带的液压装置动力足够完成液压缸所需要完成动作的全部动力。液压装置具体结构如图2-6所示。如图所示，为液压装置的固定部分。液压工作部分，选取的为MOB63轻型液压缸，该液压缸最大行程为1200mm，额定压力为70Kg/cm2，完全符合本装置的要求。机架下方存在着两个液压缸，分别通过液压缸套筒固定在液压缸支架上。在套筒的边缘存在着两个固定螺钉，通过调节两个固定螺钉的预紧程度来达到固定与松紧液压缸的目的。在液压缸中间同样存在着一个套筒，用来固定另一个支柱，两侧也同样存在着两个预紧螺钉来固定这一个支柱。支柱上方连接着液压缸支架固定片，固定片上存在着四个螺钉，用来与机架相连接固定。支柱与固定片之间通过焊接相连。如此，就做到了两个液压缸的固定。1-螺钉孔，2-液压缸支板，3-固定片图2-6 液压装置在选择材料方面，还是选择了灰口铸铁，除去其优秀的强度以及抗压能力选择了它。并且通过这样的三点固定，很好的达到了力的平衡，可以另液压缸充分的进行工作，同时保证了液压缸工作时的稳定安全。在工作过程中，如果遇到十分颠簸的情况，可以直接将预紧螺钉放松，取下液压装置，在设计中，已经将液压装置作为一个可拆卸的零件，如此可以解决很多突发事件。2.2.4 张紧装置的设计本机构在实际运动过程中，若可以达到预计能实现的功能，种箱将会实现全方位移动的功能。在实现功能的同时就会出现各种各样的问题。种箱传动轴从种箱穿出，连接着链轮，来自地轮的动力通过该链轮传递给种箱传动轴，实现排种的目的。但是如果种箱变为可全方位调节的机构，在地轮传动过程中就会出现传动失败的问题。所以在种箱传动轴链轮与地轮轴链轮之间必须添加一个张紧装置。张紧装置的类型有许多种，通过查阅资料，选择了以下两种方案。第一种方案：如图所示，该方案采用另一个链轮位于侧方，该链轮在末端连接着弹簧，可以自动调节。但是该方案的实行主要靠末端的弹簧，若弹簧失效，则该装置失效。同时，根据本机构的实际结构，该方案在试验架上实行并不行得通。图2-7 张紧装置1第二种方案：如图所示，该装置通过支座国定在机架的前方，通过调节固定杆以及连接杆之间的关系来调节张紧链轮之间的距离，从而达到张紧链条的目的。这个方案基本符合本机构对张紧装置的所有要求，在需要进行张紧时，固定杆就会固定住张紧链轮之间的位置，安全稳定。唯一的一个缺点是在连接支座与机架时，出现了重合现象，所以在设计机架时，在机架前方设计了一个突出的凸台部分，利用这个凸台与张紧装置的支座进行配合。1-支座，2-固定杆，3-张紧链轮，4-连接杆，5-转轴图2-8 张紧装置2相对于第一种方案，第二种方案在经济上以及结构上都符合本机构对张紧装置的要求，所以，选择第二种方案的张紧装置。11第三章 传动部分的设计第三章 传动部分的设计本机主要传动有：水平移动架传动机构、地轮传动轴、种箱地轮传动机构、链轮和播种传动部分。以下是有关这方面的计算以及设计。3.1 轴的设计3.1.1 传动轴的设计本机一共存在两个传动轴，一个是地轮之间相连接的传动轴，称之为轴。另一个是种箱的传动轴，称之为轴。该试验架参考的拖拉机马力为40马力，经过换算之后得其功率约为36.7 KW，根据整体质量，最快速度约达到458 m/min，根据选定的地轮尺寸直径约0.9 m，周长约2.826 m，最后算得转速约为162 r/min。由于试验机会可能会在地面特别不平坦的地区工作，所以在设计轴的时候一定要考虑到震动的影响。3.1.2 轴的计算与校核1.轴的设计计算（1）计算轴受的力 轴传动的转矩： T=9500*P/n5（3-1）T1=21634 Nmm（3-2）（2）轴的结构设计确定轴的直径：（3-3）（3-4）（3-5）（3-6）其中C=118106算得d22.0819.83 mm考虑到轴的震动较大，我们取 d=45 mm具体结构尺寸见零件图。（3）计算支撑反力垂直面支撑反力：（3-7）（3-8）水平面支撑反力：由于没有准确的途径计算水平支撑反力，故查阅材料力学相关例题，得水平支撑反力约为垂直面支撑反力的六分之一至三分之一之间，故取三分之一5。（3-9）（3-10）水平面受力图： 见图3-2垂直面受力图： 见图3-1水平面剪力图： 见图3-2垂直面剪力图： 见图3-1合弯矩图： 合成弯矩见图3-3轴受转矩： T=T1 T=21634 Nmm转矩图： 见图3-3许用应力许用应力值，用插入法由机械制图与AutoCAD2000习题集表16.33查得 （3-11） （3-12）应力校正系数 (3-13) (3-14)当量转矩 (3-15)(3-16)当量弯矩最大处与轴承处(3-17)(3-18)轴径校核：(3-19)经计算，轴的强度符合要求，故采用d=45mm的轴作为地轮传动轴，具体受力图以及弯矩图，见下。另外，在进行手动计算的同时，为确保轴承的强度，另外运用solidworks的simulation进行仿真运算，见下图3-5。图3-1图3-2图3-3图3-4图3-5 轴的静应力分析2.轴的设计计算（1）计算轴承受的力：轴传递的转矩：T=9500*P/nT2=20463 Nmm（2）轴的结构设计确定轴的直径： C=118106 =22.0819.83 mm考虑到轴的震动较大，我们取d=30 mm。具体结构尺寸见零件图。（3）计算支撑反力：水平面支撑反力：垂直面支撑反力：水平面受力图： 见图3-5垂直面受力图： 见图3-5画轴弯矩图：水平面弯矩图： 见图3-5垂直面弯矩图： 见图3-5合成弯矩图： 合成弯矩 见图3-5画轴转矩图：轴受转矩： T=T2 T=20463 Nmm转矩图： 见图3-5许用应力许用应力值，用用插入法由机械制图与AutoCAD2000习题集表16.3查 应力校正系数 画当量弯矩图当量转矩 当量弯矩最大处在链轮处， 轴径校核：所以选的轴是安全的。3.1.3 轴材料的选择 轴的材料有很多，主要根据轴的使用条件、轴的刚度，以及满足轴运行的其他机械要求来选择轴的材料。考虑到实际情况，在免耕播种机运行过程中可能发生的震动、轨道偏移等情况，轴的刚度要求要高。在查阅了相关资料之后，确定了轴的材料选择为45号钢。3.2 键的设计在本文设计的机构中，存在三种类型的键，分别位于地轮、链轮以及丝杠处。由于设计需要，在这三处的键各不相同，需要传递的动力也各不相同，所以在进行设计校核计算时，需要将其计算设计。称位于地轮处的键为键1，称位于链轮处的键为键2，称位于手轮处的键为键3，下文同。3.2.1 键的设计及校核1键1的选择及校核（1）选择键的类型以及尺寸2 图3-6 轴的受力分析图本次键的类型选用普通圆头平键，查机械设计手册表4-1得12，由d=45mm 得键的剖面尺寸为：根据实际情况，并且参照轮毂长度l = 30 mm,选定键长L=40 mm。键1记为：GB 1096-79 12x8x40-A（2）校核键1的强度：根据机构的实际情况，键1的联接属于静联接，应校核挤压强度，查机械设计手册得,由P125式7.1查得校核公式12：（3-20）式中 T=T1=21634Nmm键的实际工作长度： 键的高度： h=8 mm轴的直径： d=45 mm许用挤压应力，查询机械设计手册，由P126表7.112得 （3-21）故强度符合要求，该键选用正确。（3）决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差：查机械设计手册P5117，按一般联接对待：键与轴：12N9/h9 14N9/h9键与毂：12Js/h9 14Js/h9键槽表面粗糙度：工作表面取3.2，非工作表面取6.3 （均为值）键槽的对称度公差：按7级精度决定对称度公差。8 （见机械设计P120）2键2的选择及校核（1）选择键的类型和尺寸本次键的类型选用普通圆头平键，查机械设计手册表4-1得，由d=45mm 得键的剖面尺寸为：根据实际情况，并且参照链轮键槽长度l=34.02 mm,选定键长L=40 mm。键2记为：GB 1096-79 8x7x40-A（2）校核键2的强度：根据机构的实际情况，键1的联接属于静联接，应校核挤压强度，查机械设计手册得,由P125式7.1查得校核公式：式中 T=T1=21634Nmm键的实际工作长度： 键的高度： h=7 mm轴的直径： d=30 mm许用挤压应力，查询机械设计手册10由P126表7.1得故强度符合要求，该键选用正确。（3）决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差：查机械设计手册17P51，按一般联接对待： 键与轴：12N9/h9键与毂：12Js/h9键槽表面粗糙度：工作表面取3.2，非工作表面取6.310 （均为值）键槽的对称度公差：按7级精度决定对称度公差。3键3的选择及校核（1）选择键的类型和尺寸本次键的类型选用普通圆头平键，查机械设计手册表4-1得，由d=45 mm 得键的剖面尺寸为： 根据实际情况，并且参照链轮键槽长度l=6 mm,选定键长L=18 mm。键2记为：GB 1096-79 8x7x18-A（2）校核键3的强度：根据机构的实际情况，键1的联接属于静联接，应校核挤压强度，查机械设计手册得,由P125式7.1查得校核公式：式中 T=T1=12109Nmm键的实际工作长度： 键的高度： h=8 mm轴的直径： d=30 mm许用挤压应力，查询机械设计手册，由P126表7.1得 故强度符合要求，该键选用正确。（3）决定键与槽的配合，键槽表面粗糙度和键槽的对称度公差：查4P51，按一般联接对待：键与轴：12N9/h9 键与毂：12Js/h9键槽表面粗糙度：工作表面取3.2，非工作表面取6.3 （均为值）键槽的对称度公差：按7级精度决定对称度公差。3.2.2 键的材料根据本机构的实际情况，在传动过程中，会出现各种情况，其中包括由于地面不平衡以及作业时遇到雷雨天以及其他情况的状况，届时可能会需要轴以及键传递很大的转矩。所以在选择键的材料时，应在经济的前提下选择能传递大扭矩的材料。经过查阅资料选择了45号钢，该材料强度较高，韧性以及塑性都属于很不错的材料，属于综合力学性能优秀的钢，用途也相当广泛，主要用于制作承受负荷较大的小截面调制件和应力较小的大型正火零件。从本机构的实际情况出发，键的材料采用45号钢是最为稳妥的。3.3 轴承的设计 在地轮进行动力输入时，为了配合地轮以及地轮轴，必然要在地轮处设计两个轴承。在地轮上的轴承需要承受推力载荷，同时还有可能高速转动，经过查阅资料并且根据机构的实际结构，最后选用角接触球轴承，记为GB/T 292-1994。根据实际要求，轴承内圈半径为30mm,与地轮轴刚好配合。其中轴承滚珠根据国标安排为12个，其三维图如3-6所示16。图3-6 轴承三维图3.4 传动方式的选择3.4.1 种箱传动方式的选择根据本机构的实际情况，种箱与地轮之间存在一定距离，同时，种箱还需要实现一定范围内的移动，查阅文献以及资料之后，设计出了两种传动方式。（1） 带传动通过皮带连接两个带轮，地轮上的带轮通过摩擦带动种箱上的带轮以及传动轴达到播种的目的。带传动时具有中间挠性件的传动，其具有很多优点，其中包括：面对载荷冲击，带传动能做到很好的缓和、运行平稳，没有噪声、制造简单，不需要链传动那样追求精度、在其过载时只会引起打滑，并不会引起其他关键部件的损坏、同时可以增加带长来适应不同中心距的工作条件。同时其也具备相应的缺点：由于其可能存在打滑，这就注定了其不能保持准确的传动比，甚至不能完成同步传动、在传递同样大小的圆周力时，带轮轮毂以及轴上的压力都比啮合传动大、带的使用寿命比起其他传动来说要低。（2）链传动通过链连接两个链轮，地轮上的链轮通过链的传动来带动种箱上的链轮，同时带动传动轴工作。和带传动相比，链传动主要具有以下优点：没有打滑、在同等工作情况下，传动尺寸相比较带传动更加紧凑、不需要像带传动那样的预紧力，同时作用在轴上的载荷也较小、效率也比带传动高，约98%、由于链传动材料的原因，使得其可以在湿度较大，温度较高的环境下工作。但是链传动也具备相应的缺点：由于链的结构问题，链传动只能在平行轴之间进行传动、因为链在传动时主要是靠链结余链轮之间的啮合，导致了其在告诉运转过程中没有像带传动那样的稳定性、链传动在工作时存在噪声、链传动制造费用相比起带传动要高。两种方案具备其各自的优缺点，根据本文设计的机构，地轮与种箱之间的传动过程中，速度一直保持在低速轻载的状态，同时还要求传动过程中平稳安全，虽然带传动更加经济实惠，但是在选择种箱与地轮之间的传动方式时，还是要选择链传动。3.4.2 手轮与丝杠之间传动方式的选择与上文类似，在设计手轮与丝杠之间传动方式时，也存在两种方案，同样是带传动以及链传动。手轮与丝杠之间需要完成同步传动，其传动比为1，所以，在选择方案时，选择了链传动。选择链传动不仅仅是因为其传动过程平稳，也有转速的原因。由于手轮与丝杠的主要运行方式是手动调节，所以其转速较低，所以即使选择链传动，链传动的缺点也不会很大的暴露出来，如噪声，在速度很慢的情况下，几乎不会存在噪声的问题。3.5链轮的设计 本机构所采用的链轮都为标准件，且免耕播种机的总体结构以及传动数据已经趋于完善，所以本部分主要是按照原有数据进行分析、计算、设计。该装置中链轮主要有两类，一类是传动的链轮，根据机构实际情况以及要求，其传动比为1，故无论是地轮传动至种箱上的两个链轮还是手轮与丝杠之间的两个链轮，其类型都为一种，记为链轮1。另一种链轮为张紧机构上的两个链轮，其主要目的为张紧链条，所以，其考虑的只需要是可以与链条完美配合既行。3.5.1 链轮的计算（1）链轮1的设计根据实体测绘部分主要数据如下：链轮齿数 Z=17齿顶圆直径 = 224 mm齿根圆直径 =185.12 mm 算得 模数 m = 12 节距 （3-22）若取 Z = 17则：分度圆直径d = = 209 mm （3-23）齿顶圆直径 （3-24）齿根圆直径 （3-25）综上可取 d=209mm da=233 mm df=179 mm 则分度圆弦齿高 （3-26）齿侧圆弧半径 = 0.12(z+2)= 39.9 mm （3-27） = 0.008(z2+180) =159.46mm （3-28）取 = 99 mm （3-29）滚子定位圆弧半径 = 0.505+ 0.06921.703 mm(3-30) = 0.505 =21.462mm(3-31)取 = 21.58mm(3-32)滚子定位角 = -=(3-33) =(3-34)取 = 125(3-35) 取 齿宽 =25 mm齿侧半径 = p =37.68 mm齿侧倒角 = 0.13p = 4.89 mm齿侧凸缘圆角半径 = 0.04p = 1.51 mm（2）链轮2的设计根据实体测绘部分主要数据如下：链轮齿数 Z = 10齿顶圆直径 = 68 mm齿根圆直径 = 50 mm 算得 模数 m = 6节距 若取 Z = 10则：分度圆直径d = =62.8mm齿顶圆直径 齿根圆直径 综上可取 d=63 mm da=83 mm df=58 mm则分度圆弦齿高 齿侧圆弧半径 = 0.12(z+2)=36 mm = 0.008(z2+180) =76 mm取 = 56 mm滚子定位圆弧半径 = 0.505 + 0.06912.826 mm = 0.505 =12.625 mm取 = 12.73 mm滚子定位角 = -= =取 = 121取 齿宽 =25 mm齿侧半径 = p =18.84 mm齿侧倒角 = 0.13p =2.45 mm齿侧凸缘圆角半径 = 0.04p = 0.75 mm3.5.2 链轮材料的选择链轮材料应能满足强度以及耐磨性的要求。查阅资料得知，对于在低速、轻载、平稳传动中，链轮可采用中碳钢制造。中速、中载时应采用中碳钢淬火处理。根据本机实际情况，以及免耕播种机实际运行速度，本机设计中排种机构传动部分属于低速、轻载、较平稳的传动，所以应采用中碳钢10。又由于小链轮在啮合时相比较大链轮啮合次数要高，所以对于小链轮材料的选择不能与大链轮相同，材料要求要比大链轮高，本机构中大链轮选择的材料是中碳钢，所以小链轮选择钢。3.6 链的选择本机构一共存在两种链条，其中第一个链条为地轮与种箱之间传递动力的链条，该链条上还存在张紧装置，记为链。另一个链条位于手轮与丝杠之间，负责水平移动机架的工作，记为链。表3-1 链的参数链号ISO节距P滚子直径d1内节内宽b1内链条通道高度h216A25.419.0518.930.18表3-2 链的参数链号ISO节距P滚子直径d1内节内宽b1内链条通道高度h220A29.423.7 联接方式的选择根据本机构的实际情况，在选择联接的时候，查阅了大量资料，阅读了相关文献，回顾了大学课程，最终在机械设计中找到了相关参考，确定了两种方案：螺栓联接以及螺钉联接13。（1）螺栓联接螺栓连接主要用于联接两个较薄零件，被连接零件上面设有开口，用于联接两个零件。螺栓联接结构简单，形式多样同时联接十分可靠8。但是螺栓联接只能用于两个较薄零件，若遇到较厚零件就无能为力。（2）螺钉联接螺钉联接采用的是用螺钉直接联接两个零件，零件之间存在着螺纹孔，其中存在螺纹，通过螺钉上的螺纹与螺纹孔之中的螺纹配合，类似于丝杠。螺钉联接多用于联接两个零件中其中一个较厚或者两个较厚零件。螺钉联接相比较螺栓联接也具备同样的强度，但是螺钉联接需要提前在零件中攻上螺纹，相比较螺栓联接较为复杂。两种方案的比对，各有优势和劣势。根据具体情况，本机构中都是薄壁零件与较厚零件相联接，所以选择第二种方案-螺钉连接。虽然较为复杂，但是为了机构的正常运行以及稳定工作，还是要选择螺钉连接。对于螺钉材料的选择，在螺钉联接时，螺钉需要具有很强的抗剪能力以及耐磨性，根据本机构的具体情况，选用其强度为9级，最终采用45号钢，其特征是抗剪能力强，同时耐磨损。45号钢作为小零件的原料十分适合，同时根据实际情况，螺钉的强度性能选为9级，故选择45号钢最为合适。 27总结总结本课题的结束，完成了一种可调式的免耕播种试验架，在设计过程中参考了“二级传动排种装置”以及气吸式排种器，考虑到其都具备相对的缺点，在设计过程中力求简单，因此本试验架的结构也相对简单。整个毕业设计过程中，对于我自己而言，在这个过程中我得到的不仅仅是综合能力的提升，更大的是对于性格的提升。在这个过程中，大多数时间是依靠自己的能力来解决问题，遇到不懂得问题时，无论是老师还是同学的帮助，也仅仅是片面的
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