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旋耕机
刀片
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旋耕机刀片专用磨损试验机的研究与设计,旋耕机,刀片,专用,磨损,试验,研究,设计
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. UNIVERSITY设 计题目： 旋耕机刀片专用磨损试验机的研究与设计 学 院：工学院姓 名： 学 号： 专 业：机械设计制造及其自动化年 级： 指导教师： 职 称：教授 二一二 年 五 月ii摘要随着农业发展，旋耕机的研究与生产也越来越广泛。各种用途的旋耕机都相继面世。旋耕机的用途的不同自然是有他们的主要工作部位决定的，因此旋耕机刀片的研究就尤为重要重要，各种各样的道具有外型不一也有同一系列不同材料的刀具。对于一台旋耕机而言或者说对于生产而言选取一款最适合的刀具是重中之重。所以相应的对比刀具的性能才是选择的关键。通过我对市场的有关方面的调查和了解发现，先进社会并没有相关的对比刀具性能的机器，这对于需要选用刀具的单位或者个人而言，没有明确的信息供他们合理的选着。针对现状我设计了一台旋耕机刀片专用磨损试验机供对比刀具性能实用。我所设计的旋耕机刀片专用磨损试验机的工作原理是利用电动机提供动力带动链接转轴的带轮传动，使轴高速转动，从而使得轴上的刀具与磨料高速摩擦，通过对比一段时间的后刀具的磨损情况来对比刀具的耐磨性。本设计的主要特点在于所设计的机构非常简单，实用性较强，生产此磨损试验机难度很小。而且此机械工作原理以及操作简单，其所用的材料普通，所以本机的制造成本不仅很低而且适用性很强，并且对于使用者基本上没有技术要求。本设计利用Auto CAD软件绘制相关的图纸，并用Pro/ Engineer软件进行实体建模。关键词：磨损机、旋耕机刀片、磨料 Abstract Agricultural development, the the rotavator the research and production is also more extensive. The various uses of rotary tiller have been published. The rotavator the use of different natural is their main work site decision, rotary tiller blade is particularly important to a wide variety of Tao has a shape different tool of the same series of different materials. For a rotavator or select a most suitable tool is the most important in terms of production. So the key to the performance of the comparison tool is selected. By the market parties to investigate and understand advanced social comparison tool performance machine for the unit or individual of the need to use the tool, there is no clear message for their election. For the status quo, I designed a rotary tiller blades wear testing machine for comparison tool performance and practical.I designed the rotary tiller blade for wear testing machine works by the use of electric motor drive link shaft pulley transmission, axis high-speed rotation, so that the axis of the tool and the abrasive high-speed friction, by comparing the period of time the wear of the tool to compare the wear resistance of the tool. The main features of this design is that the institutional design is very simple, practical strong, difficult to produce this wear test machine is very small. And mechanical work as well as simple operation, and its use of ordinary materials, the manufacturing cost of the machine is not only low but also the applicability of a strong and virtually no technical requirements for the utility. The design using Auto CAD software to draw the relevant drawings and Solid Modeling with Pro / Engineer software.Key words: wear machine, rotary tiller blade, abrasive目录1 绪论11.1 引言11.2 适用范围及特点12 设计方案的确定和关键技术的解决方法22.1 总体结构与主要工作部分22.1.1 机架22.1.2 外形22.1.3 与机架有关的部分32.2 传动系统32.2.1 V带轮传动32.2.2 轴的设计42.2.3 传动系统示意图43 本机工作原理与操作方法63.1 工作原理63.2 操作方法64 本机的结构特点与先进性75 本机的特征86 计算部分96.1 动力计算、选配电机96.2 V带轮传动设计及计算96.3 轴的分析116.3.1 轴的选材116.3.2 轴的校核126.4 轴承的选用与校核17参考文献：19致谢201 绪论1.1 引言自古以来，有很多人试图以机械力代替人力和畜力进行耕作。但直到19世纪欧洲进入蒸汽机时代后，才使动力型农业机械的诞生成为可能。19世纪30年代，已有人开始研究用蒸汽车辆牵引农机具进行田间作业。但当时所能造出的蒸汽机牵引车辆（即蒸汽拖拉机的前身）犹如一个水火车头，它即使不陷在田里，也会把土压得很实，根本无法耕种，此后人们一直改进创新一直到1920年以后旋耕机才正式走进劳动人名的生活。目前，随着农业机械化的飞速发展，我国农村耕地基本上采用旋耕机。当前，我国农村所使用的旋耕机有各种各样的的旋耕机，主要区别还是在于他们的刀具不同，而且同一外形的刀具也有很多不同的生产厂家制造，所以他们的各种性能也会不同。因此为了研究各种刀具的性能我针对这一情况设计出了一款中小型旋耕机刀具专用磨损试验机。本设计的主要特点在于所设计的机构非常简单，实用性较强，生产此磨损试验机难度很小。而且此机械工作原理以及操作简单，其所用的材料普通，所以本机的制造成本不仅很低而且适用性很强，并且对于实用者基本上没有技术要求。1.2 适用范围及特点本产品适用于研究同一系列不同型号的旋耕机刀具性能对比试验，其工作效率高，生产成本低廉，结构简单，便于操作。用户可以自行更换部分简单的零部件。2 设计方案的确定和关键技术的解决方法2.1 总体结构与主要工作部分2.1.1 机架目前国内外机械的机架一般有两大类，分别是整理铸造和焊接式机架。整体铸造机架：其整体性和刚性好，节省切削加工工时，而且产品质量稳定，可以说百年不坏。但是，机架铸造困难，而且铸造技术要求高，成本高。焊接式机架：其生产周期短， 重量轻，成品率高。但是， 焊接技术要求高， 焊接后产生变形及应力及中， 必须进行热处理以消除应力及中。综合上面两种机架的优缺点以及该磨损试验机的工作要求，因此本实验采用焊接式机架。机架的材料：机架的材料应根据结构、工艺、成本、生产批量和生产周期等要求正确选择，常用的有：(1) 铸铁：容易铸成复杂的机械零件；价格较便宜；铸铁的内摩擦大，有很好的抗震性。其缺点是单件成本较高；铸件易产生废品；质量不易控制；铸件的加工余量大，机械加工费用大。常用的灰口铸铁有两种：HT200适用于外形简单，单位压力较大的导轨或弯曲应力较大的床身等；HT150流动性较好，但机械性能稍差，适用于机型复杂而载荷不大的机座。若灰口铸铁无法满足耐磨性要求，应采用耐磨性铸铁。 （2）钢：用刚才焊接成机架。钢的弹性模量比铸铁大，焊接机架的壁厚较薄其重量比同样刚度的机座约轻20%50%；在单件小批量生产的情况下，生产周期较短，所需设备简单；焊接机架的缺点是钢的抗震性较差，在结构上需采取防震措施；钳工工作量较大；成批生产时成本较高。综上：选用HT200的灰口铸铁满足该机器的机架要求。2.1.2 外形 机座的典型结构主要有三种：1 方形截面机座结构简单，制造方便，箱体内有较大的空间安放其他的部件；但刚度稍差，宜用于载荷较小的场合。所以机座应选择合适的壁厚、筋板和形状，以保证在重力、惯性力和外力的作用下，有足够的刚度。2 圆形截面机座 结构简单、紧凑，易于制造和造型设计，有较好的承载能力。3 铸铁板装配式机座 铸铁板装配机构，适用于局部性状复杂的场合，它具有生产周期短、成本低以及简化木模形状和制造工艺等优点。但刚度较整体箱体机座的差，且加工和装配工作量大。 考虑上诉原因，本机使用的是密封的工作环境，即把轴与磨料放于一个横向铁桶中，使工作部分完全密封。 它的优点在避免了工作时磨料的飞溅以及保护了轴长期处于外部坏境而产生的负面影响。而且该机器操作简单方便，更加加强的该机器的适用性。2.1.3 与机架有关的部分 该机器除去机架部分外还有一根轴铁桶以及磨料。在机架底部会有两个圆弧型凹槽，该凹槽半径与铁通外半径相同，很好的起到了支撑作用。工作时磨料是位于铁桶内，轴是直接穿过铁桶的两端与位于桶外面的轴承链接。轴承安装的两边的支架上。2.2 传动系统2.2.1 V带轮传动 V带轮是通过电动机带动的，而V带轮带动轴转动，由旋耕机工作数据可知轴的转速为270r/min，但是此实验需要快速得出结果，故使该机器轴的转速为旋耕机正常工作时转速的2.5倍到3倍，即775810r/min。这个设计转速不仅加快刀具磨损可以得到实验结果，同时也不至于转速度太快而造成各种不利影响。由小型旋耕机的功率大至可以推断此机器功率大至介于3.05.5kw，初步选取的电动机转速为1500r/min。因此可以确定传动比大至为1.851.94，具体参数后面会详细计算确定。2.2.2 轴的设计本实验的传动轴采用的结构与旋耕机的刀轴结构类似。即在圆柱的外表面焊接刀座，两端接轴承。这样就合理的解决了刀具的安装问题。为减轻质量轴的中心可采用通孔，再保证的正常工作的情况下尽量减轻轴的质量，这样也可以减少能量的损耗。2.2.3 传动系统示意图 此机器的传动原理就是靠电动机带动V带轮，从而使得轴转动，传动示意图如下： 3 本机工作原理与操作方法3.1 工作原理本机的工作原理是V带轮快速带动转轴，使得轴做快速的回转运动，轴上的刀具下半部分侵入磨料的当中，因此使得刀具与磨料发生摩擦，通过较长一段时间的摩擦看最后各个刀具的磨损量，从而得到自己需要的数据。本实验的磨料选择细沙，他可以通过可开口的铁桶放入，实验前后可对细沙更换。轴上的刀具装在一个支架上面，做其他实验时更换不同的到的刀片就可。3.2 操作方法设备安装好后，检查一下各部件是否稳定。先把不同厂家的刀具的安装在轴的刀架上面，利用螺钉螺母把刀具紧固，然后通过铁桶的开口部分注入细沙，使得细沙均匀分布，细沙的深度需满足刀具的下半部分可以完全侵入，完成此工作后把铁桶开口部分关闭。确认无误后启动电动机，当机器工作时观察一段时间，看看是否正常工作，如果工作出现问题应立即关闭电动机从新检查各部位是否出现问题，从而改正。机器正常工作后，操作人员可设置一个工作时间，等到时间之后再把电机关闭即可。4 本机的结构特点与先进性本机器是综合各方面因素才设计的，目前社会上还没有出现过旋耕机刀片专用的磨损试验机，此设计可以说是一个创新，是史无前例的。本机机架部分外形适用简单，即使安装各配件后整理仍然简单，而且各部位涉及的零件都可以直接选用标准件，有事的生产的成本的大大的降低了。综上：本机的结构简单、紧凑，实用性强，装、拆、检修方便，而且各个结构的尺寸都比较小，生产此机器的成本低。并且此机器是旋耕机刀片专用磨损试验机，针对性强，为各个厂家选择最合适的旋耕机刀片具有历史性的意义。5 本机的特征综上所述，本机具有以下特征：1、传动简单，中途损耗小误差小；2、电动机的功率较小，节省工作能耗；3、轴传动采用V带轮传动；4、工作部位采用整体外壳结构，密闭性好，噪音小；5、本机的结构简单、紧凑，实用性强，装、拆、检修方便；整理机型如下图：6 计算部分6.1 动力计算、选配电机由经验可知，该实验可选取电动机：型号614 同步转速1500r/min 满载时1460r/min 质量164kg 功率13kw 功率因数0.886.2 V带轮传动设计及计算 V带轮传动工作时，带的两侧面是工作面。由于拉力是变化的，同时引起带宽尺寸的改变，从而使带沿轮槽做径向移动。在从动轮上，带由松变紧，拉力逐渐增大，带向槽内运动，主动轮则相反。因此，V带轮传动有周向滑动和径向滑动同时存在，相应的都有周向和径向的摩擦力的存在。定V带轮型号和带轮直径工作情况系数 由表11.5 计算功率 （式11.19） 选带型号 由图11.15 B 型 小带轮直径 由表11.6 取大带轮直径 （式11.15） （设） 取mm大带轮转速 计算带长求 求 初取中心距 mm 带长 （式11.2） 基准长度 由图11.4 中心距和包角求中心距 （式11.3） + 683mm小轮包角 （式11.4） 求带根数带速 传动比 i i带根数 由表11.9 由表11.7 由表11.12 由表11.11 取z=3 求轴上载荷张紧力 （式11.21） =500329.7 (由表11.4 q)轴上载荷 （式11.23） 带轮的结构如下图：6.3 轴的分析6.3.1 轴的选材 轴是机械中重要的零件之一，主要用于传动零件传动运动和动力。工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用，有时也受拉压应力；轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损；轴在高速运转过程中产生振动，是轴承受冲击载荷；多数轴在工作工程中，常常要承受一定的过载载荷。长期交变载荷作用易导致疲劳断裂（包括扭转疲劳和弯曲疲劳断裂）；承受大载荷和冲击载荷会引起过量变形、断裂；长期承受较大的摩擦，轴颈及花键表面易出现过量磨损。良好的力学综合性能，以防过载断裂、冲击断裂；高疲劳强度，降低应力集中敏感性，以防疲劳断裂；足够的刚度，以防工作过程中，轴发生过量弹性变形而降低加工精度；表面要有高硬度、高耐磨性，以防磨损失效；特殊性要求-如高温中工作的轴，抗蠕变形能要好；在腐蚀性工作介质的轴，要求耐腐蚀性能好等。由以上原因，我所选取的轴使用的材料为合金钢。合金钢 6.3.2 轴的校核轴的外形以及尺寸大至如下： 图中用于标注的虚线与轴中心线的交点为轴承、刀具以及V带轮等部件的中心点。下面的计算所用的距离均以各个部件的中心点为准。由经验可知，旋耕机刀片磨损过程中所损耗的能量占总能量的，在前面我们已经计算出V带轮作用在轴上的载荷为，下面我们算出刀具所受到的力。计算如下： （为刀具进入磨料部分的中点的速度） (为轴的角速度，r为轴的中心到刀具入料部分中点的距离，取) （n为V带轮转速800r/min）代入数据得： 当带轮的中心线垂直时，轴所受的力为最大，下面的计算即为该状况下轴的受力情况已经载荷的计算和校核。 通过受力分析，绘制轴的弯扭矩图，对危险界面进行校核。简化轴上载荷如图： 轴的总长度为1045mm，合金钢的密度为 轴的体积为 则轴的总重量 m=代入数据得： 在YOZ平面内，左右轴承的力设为，通过两轴承的位置我们可以绘制YOZ平面的力学模型关系，位置和方向如图所示：则有以下数学关系： 求得： 则与图示方向相反，与图示方向相同 在XOZ平面内，左右轴承的力设为，通过两轴承的位置我们可以绘制XOZ平面的力学模型关系，位置和方向如图所示： 则有以下数学关系： (前面已算得) 求得： 则说明的实际方向与图示方向相反。由上面所有数据可画出如下所示弯矩图，扭矩图：由弯矩图、扭矩图可知A点为危险截面。对A点进行校核计算： 因为此转矩为脉动转矩，取 代入数据得 代入数据可得： 对于A点则有： （A处直径）代入数据可得： 因为 满足强度要求。所有轴承选用上述的合金钢符合要求。6.4 轴承的选用与校核考虑到轴的直径为50mm，并且中间铁桶由支架支撑，对轴承没有力的作用，选用单列向心球轴承，型号为0000，轻（2）窄系列210型。其参数为： 额定动负荷 额定静负荷 （1）计算轴承的当量载荷P： 由式：知，对不受轴向载荷的球轴承， ； 由前面计算已知： ； ； 得 （2）校核计算 轴承的计算额定功率载荷，它与所选用的轴承型号的基本额定载荷值必须满足下式的要求： ； 为寿命指数，球轴承； 为轴承的预期使用寿命，查表； 解得： 综上：轴承满足使用要求，选用合理。 参考文献：1 赵卫军，任金泉.机械设计基础课程设计M.北京.科学出版社，2011.（11）2 郑文纬，吴克坚.机械原理M.第七版.北京：高等教育出版社，1997.73 陈香久，陈一飞.小型电动机原理使用维修400问M.北京：中国农业出版社，1998:110（带轮选择）4 孔凌嘉.简明机械设计手册M.北京：北京理工大学出版社，2008.2 5 邱宣怀，郭可谦，吴宗泽，等.机械设计M.第四版.北京：高等教育出版社，1997
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