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摘 要本文介绍了一种大棚蔬菜种植耕整地机械小型温室松土机的设计方案。对松土机的国内外情况进行了分析和对比，重点进行了发动机的选择，变速器的设计，部分零件的设计，传动路线的设计以及对滚齿轴的设计等。该机动力由发动机输出经皮带传动，传给变速箱进行减速，二级传动采用链传动。滚齿刀轴的设计采用三段式，中间为空心的圆管钢，两边采用实心轴，可制出轴肩来安装轴承和端盖。装有行走机构和限深铲，耕后地表平整，能够解决以往小型旋耕机功率小、结构复杂、操作麻烦、耕深浅等问题，适合大棚耕整地工艺的要求。关键字：松土机；传动；滚齿轴；AbstractIn this paper, the cultivator,，one of the important small agricultural machines, is designed based on comparing and researching the developing situation of cultivator at home and abroad. The design includes the choice of motor, the choice of transmission, the design of some parts and the design of the cultivator knife-axis etc.The plowing outgoing power is from engineering to the gearbox using belts，after that be transferred to the arbor of rotate knife. Between gearbox and the arbor of rotate knife adopt chains to transmit; The design of arbor of rotate knife adopt three parts, the middle part is hollow rolled steel ，two side parts is solid rolled steel, may process Shoulder-axis to lay on roller bearing and Cover. The surface is neat after till, the cultivator designed in the paper can overcome the problems of small-power , complex structure, trouble operation, low plowing depth etc. It can meet the request of greenhouse.Key words: small; electrical; Rotary;目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1本课题研究的目的和意义11.2旋耕机的类型和架构11.3国内外温室松土机械的发展现状及存在问题31.3.1国内温室松土机械的发展现状31.3.2国外温室松土机械的发展现状41.3.3国内外温室松土机械存在的问题51.4松土机械的发展方向61.5温室土壤的物理特性概述71.6温室内松土作业的主要作用71.7研究内容和方法7第2章 整机总体设计92.1设计原则92.2松土机的组成92.3松土机主要参数的确定102.4松土机主要作业性能参数的设计12第3章 传动系统的设计计算143.1传动比分配143.2各轴的转速、功率和转矩143.3带及带轮的设计计算153.4 链轮的设计计算183.5 齿轮的设计203.6 轴的设计243.7 其余部件的设计28结 论32致 谢33参考文献34III1绪论1.1本课题研究的目的和意义发展现代化农业是十一五期间社会主义新农村建设的重要内容。温室大棚的扩大与发展，加快了现代农业的发展进程，但我国设施农业起步较晚，发展缓慢。尤其是机械化作业水平低下，大多数作业仍为传统的手工劳动，强度大，质量差，效率低，与发达国家相比，存在很大差距，如人均管理面积仅相当于荷兰的1/4，平均单产仅为荷兰的1/31/4。温室与大田作业又存在不同之处：棚室高度较低，大田机具无法正常作业；而且资料表明，温室大棚内，土壤一般耕作层厚度为1525cm，蔬菜根系的80%90%分布其中；耕层土壤的容积密度为1.101.13g/m；50.25mm水稳性团聚体为13.7%55.5%，并有随着种植年限加长而增加的趋势，土壤粘性较大。然而目前的设施农业耕作机械在粘性较大的土壤中，碎土能力降低，土壤阻力增大，功耗增加，并且一般采用柴油机和汽油机作为动力，对温室的环境造成污染。所以要推进设施农业快速发展，首要的是发展相适应的设施农业机械。针对以上情况，开展了温室土壤耕作机具的研究，进一步减小机具尺寸，适宜在棚室内作业；对工作部件进行改进，提高松土性能：充分利用电力资源，尽可能地减轻机器作业时对环境的污染，对于发展经济、高效和环保的设施农业具有重要的现实意义。1.2 旋耕机的类型和架构1. 旋耕机的类型旋耕机有多种不同的分类方法，按刀轴的位置可分为卧式、立式和斜置式，目前，卧式旋耕机的使用较为普遍。2. 传动形式旋耕机传动形式有中间传动和侧边传动2种。中间传动系统由万向节传动轴和中间传动箱组成；侧边传动系统由万向节传动轴、中间传动箱和侧边传动箱组成。侧边传动又有齿轮传动和链轮传动2种，侧边传动箱采用链传动时，加工要求较低，不但可靠性较差，而且使用寿命短，链条断后会增加维修费用。当采用中间传动时，传动箱的下部会造成漏耕，影响作业质量，为了解决这个问题，在传动箱的下部固定了一个松土铲，即小型铧式犁，或者在传动箱的旁边装2把特殊的弯刀。为了适应不同的土壤条件及拖拉机动力输出轴转速，有的旋耕机的传动箱配有速比不同的齿轮，以得到不同的刀辊转速。3. 旋耕机与拖拉机的挂接旋耕机与拖拉机的挂接有三点悬挂、直接联接和牵引3种形式，我国目前采用前2种联接方式。三点悬挂式旋耕机的悬挂及升降与铧式犁相同，由拖拉机动力输出轴驱动，通过万向节传动轴，经传动箱减速后带动刀轴工作。直接联接式旋耕机主要用于与手扶拖拉机配套，一般是将手扶拖拉机的变速箱后盖取下来，然后将旋耕机减速箱和拖拉机变速箱用螺栓联接在一起，动力由拖拉机变速箱里的齿轮直接传给旋耕机的齿轮，以驱动旋耕机运转。4. 刀辊转向及转速卧式旋耕机刀辊的转向有正转和反转2种，目前，使用较多的是正转旋耕机。正转时刀片强制切碎土块，并将土块向后抛掷，土块与机罩及拖板相撞后，进一步破碎，碎土充分，但功耗较大，在耕深增加时，影响耕深的稳定性。刀辊反转则有利于降低切土能耗和提高碎土效果，覆盖埋青能力强，但易导致已耕土块堆积，造成刀辊的重复切削，增大了不必要的负荷和功耗。反转旋耕机作业时，罩壳黏土比较严重，在土壤湿度较大的情况下，不宜采用反转旋耕机。刀辊转速对旋耕机组的功耗影响较大，较理想的配置是低的刀辊转速和较高的前进速度。一般情况下，刀辊转速为180-260r/min，目前，刀辊转速有降低的趋势。5. 切土节距同一纵向平面内切土的旋耕刀，在其相继切土的时间间隔内，机组前进的距离称为切土节距。切土节距对碎土程度有较大的影响，一般为达到良好的碎土效果，可增加刀辊在一周内的刀片数量或增加旋耕速比，即降低机组前进速度。目前，在中等黏度的麦田地，切土节距为10cm。6. 刀片及配置刀片有凿型刀、直角型刀（又称型刀或宽刀）和弯刀3种形式。凿型刀正面有凿型刃口，入土能力强，但易缠草，一般适用于垦荒地和较疏松的田地。直角型刀的刃口由侧切刃和正切刃组成，切削方式和凿型刀相似，也易缠草，但刀身宽，刚性好，适合在土质较硬的干旱地上作业。弯刀的刃口由曲线构成，包括侧切刃和正切刃2个部分，可轻松地将草茎切断，且不易缠草，适合在多草的田里作业，是一种水旱通用的刀型。弯刀在刀轴上的排列是影响旋耕机耕作质量及功率消耗的重要因素之一，在安装时可根据不同的农艺要求配置。弯刀的排列一般应满足下列要求：刀片尽量工作在少侧向约束条件下，并均匀入土，以减小对刀轴轴承的侧压力，减少旋耕刀对旋耕机重心的转距，保证机器工作时的直线性，减少功耗，相邻刀片间沿圆周方向的间距应尽可能大，以防止刀间壅土。弯刀的安装方法主要有3种。内装法：所有左、右刀片都朝向刀轴中间，采用这种装法的旋耕机耕地后，地面中间高，成垄，刀轴受力均匀，适于做畦前的耕作。外装法：除左、右两端刀片朝向刀轴中间外，其余左刀片装在刀轴的左侧，右刀片装在刀轴的右侧。这种装法使刀轴受力均匀，耕后地面中间形成一个沟，适用于拆畦或旋耕开沟作业。交错法：左右刀片在刀轴上交错对称安装，耕后地面平整，适于犁耕后耙田或旋耕灭茬耕地。其排列方式有多头螺旋线、人字形等型式。7. 机组前进速度的选择机组前进速度选择的原则是达到碎土要求，地表平整，既要保证耕作质量，又要充分发挥拖拉机的功率。一般情况下前进速度2-5km/h，在坚实度较大的土地上耕作时可选用较低的前进速度8. 作业幅宽为控制功耗急剧增加，应适当压缩耕幅，但为了消除拖机轮辙，使耕后地表平整，在土壤比阻较小的情况下，可采用拖拉机与旋耕机正配置，使耕幅大于拖拉机后轮外缘10cm以上；在土壤比阻较大的情况下，可采用拖拉机与旋耕机侧配置。在南方水田一般土壤条件下耕深12-16cm，刀轴转速180-220r/min，前进速度2-5km/h。1.3 国内外温室松土机械的发展现状及存在问题1.3.1 国内温室松土机械的研究现状目前，在国内成型的旋耕机械产品中，以卧式旋耕机为主流，该种旋耕机对土壤适应性强、混土效果好，一次性作业可达到翻土、碎土和平整地表的要求。但一般耕深较浅，漏耕严重，工作部件易缠草堵泥且作业时消耗功率较大。为此，近几年推出了立式和斜置式旋耕机。立式旋耕机主要适用于灭茬作业，斜置式旋耕机是一种综合了犁耕与旋耕的特点，功耗低，耕作质量好的新型耕作机具。在卧式旋耕机中，按旋耕机切刀轴与拖拉机轮子的转向可分为正转和反转两种。旋耕机切刀轴与拖拉机轮子转向一致的为正转旋耕机，反之为反转旋耕机。反转旋耕机是在正转旋耕机的基础上提出的，后来又推出了潜土反转旋耕机和正反转旋耕机。反转旋耕机可作为大中型联合收割机的主要配套机具，能形成土壤埋茬，有利于秸秆还田，实现增加土壤有机质的目的。潜土反转旋耕机可加大深耕，还可有效地解决刀轴前方壅土问题。正反转旋耕机通过传动机构和工作部件的结合，能使切刀轴正反转，同时完成灭茬和旋耕作业，实现一机多用。旋耕机入土深度一般小于旋耕部件半径的10%20%，考虑到旋耕部件半径大小所需的相适应的单位能耗，应使旋耕机刀轴距地面较底。有的设计则依据旋耕部件与耕深的相对关系，把中央调速器直接安装在旋耕部件的轴上。这样可保证农具的最小能耗，最小的材料消耗和较好的工作质量。旋耕机刀刃口曲线大多采用阿基米德曲线，另外等角对数曲线、正弦指数曲线等也有所应用。近几年，我国学者提出了多种刃口曲线，如节能型刃口曲线设计、平面型和曲面型正切面的设计、放射螺线作为生成过渡面的曲导线设计等。近些年来，为适应当前生产需要，还开发出1.252.80m幅宽多种型号的旋耕机。如南昌旋耕机厂生产的1GN系列和1G系列多种型号的旋耕机；江苏省连云港旋耕机集团公司生产的1GE2210型旋耕机和1GQN250S型旋耕机。目前我国使用的联合作业机型有1GHL280型松旋起垄机、1GSZ210/280型组合式旋耕多用机、1GZJ210型旋耕灭茬联合整地机、1GLT4型松旋灭茬起垄通用机及1GQH280D型灭茬旋耕多用机等。随着设施农业的发展，我国加紧引进和开发适于温室内作业的小型机具。许多地区由大专院校、科研院所和工厂相结合，研制开发了多种小型自走式旋耕机，以满足棚室耕整地作业的需要。广西柳州生产的蓝天牌DN多功能微型耕作机，配套动力为4.4kw柴油机，整机重不足100kg，通用于平原、水田、果园、棚室等旋耕作业。配有三刀式、四刀式、五角滚筒式三种旋耕器，作业效果较好。该机也可配上相应机具进行喷雾作业。江苏生产的ZL-1G2-3微型耕整机，犁铧前置。采用单履带行走，附着性能好。适于旱地、水田、大棚、果园、菜田等作业。配套动力2kw。金牛大兴万能管理机，由沈阳金牛总厂从韩国引进开发的新产品。以四冲程单缸汽油机为动力，最大功率为5.52kw，一台主机可与深旋耕机、犁、开沟机、覆土机、铺膜机、根茎收获机等20多种农机具配套。扶手可旋转360度，便于在温室内作业。1.3.2 国外温室松土机械的研究现状国外如荷兰、以色列、日本、美国等国家，温室内作业机具的研究、开发、推广和应用居领先地位。许多作业项目，如耕整地、播种、中耕和除草都已实现了机械化。并且许多机械对于旋耕、犁耕、开沟、作畦、起垄、中耕、培土、铺膜、打孔、播种、灌溉、施肥等作业项目，能够实现多项联合作业。美国吉尔森公司生产的自走式旋耕机，其主要特点是由旋耕刀片取代行走轮，刀盘直径为35.5cm，耕幅为30.4-66cm，传动形式分链传动和蜗轮蜗杆传动两种。功率为3.68kw左右，适于菜园和温室作业。换上行走轮可配带其他农具，进行犁地、除草等作业。意大利MB公司生产一种单驱动轴旋耕机，动力为3.3kW的汽油机，质量为40kg。适用于菜园和花圃的旋耕、培土联合作业。该公司还生产5.89-7.36kw的多用自走底盘，除了完成田间旋耕作业以外，还可以完成犁耕、运输、喷雾等作业。日本、韩国等国家的小型耕耘机，多以2.28kw的汽油机为动力。为了减少对棚室内的空气污染，近几年，也出现了用电动机作动力的小型自走式旋耕机。1.3.3 我国松土机械存在的问题1. 缺少与大功率拖拉机配套的旋耕机我国现有旋耕机产品虽然在理论上实现了与58.873.5kW拖拉机相配套，但实际上因受传动系统强度、结构形式等因素的限制，还存在着一些问题，在合理配套的范围内仅可与48kW以下的拖拉机相配套，而国外与旋耕机配套的拖拉机功率在58.873.6kW。 2. 作业性能满足不了当今农艺要求目前，我国现有的旋耕机作业深度一般在1218cm(旋耕旱田在1216cm，旋耕水田在1418cm)，满足不了当今农艺深耕、深松的要求。为了改善深层土壤透气性，满足栽培薯类、根茎类作物需要深耕的农艺要求，国外提出了全幅深耕的耕作制度，同时也开发出了全幅深旋耕机和间隔窄幅深旋耕机，耕深为3060cm，最大耕深为90120cm。为了降低旋耕机的单位能耗，国外采用了改进部件的几何参数，选用符合旋耕工作部件作业的运动参数等方法来优化设计，以达到降低能耗的目的。此外，在满足农艺要求的前提下，还采用了分层作业的方法和将旋耕机松土部件设计成上强下弱的方式也是降低能耗、提高旋耕机工作效率的有效途径。3. 其它方面的问题由于设计、材质及生产工艺等方面的原因，国产的旋耕机械在作业时易发生十字万向传动轴损坏、拖拉机动力输出轴容易损坏、整机作业性能不稳定和易缠草堵泥等问题。这些都有待于今后在设计和制造过程中去解决虽然国外温室农业机械作业功能比较齐全，可靠性高，但是进口机型价格高，一般要在5000元以上，而且维修服务不方便。我国现有产品的机型不多，应用不普遍，多为借用现有的露地用小型耕作机械。近几年，针对温室、大棚等特殊耕作环境，国内研制生产了一些小型耕作机械，但是产品大多存在以下问题：1. 外型尺寸及重量大，操作不灵便。特别是从露地直接转移到大棚内的机械，在设施内转向和转移都十分困难，而且边角地带无法工作，漏耕严重。2. 生产率低，适应性较差，当土壤含水率较高(超过20以上)时，其碎土性能变差，能耗增加。3. 作业性能、可靠性、耐久性等方面还存在一些不足。1.4 松土机械的发展方向1. 向宽幅、高速型旋耕机发展随着水稻集约化、规模化生产的发展，水田耕整地用宽幅高速型旋耕机将成为发展方向。水田土壤含水率高，抗剪切、抗压强度低,附着力、外摩擦力也接近为零，切土部件与土壤之间存在着一层润滑水膜。因此，为充分提高作业效率,需要工作幅宽大(3m以上)、作业效率高的旋耕机。2. 向联合作业机组方向发展大中型拖拉机具有强劲的动力输出系统、牵引力和悬挂能力，为配套旱田联合耕作机械提供了条件。旋耕机作为驱动型耕作机具，易于通过更换或附加工作部件，可完成灭茬、深松、碎土、做畦、起垄、开沟、精量或半精量播种、深施化肥、铺膜、镇压和喷药等联合作业，可大幅度提高生产效率，降低作业成本。国外发达国家已推广使用了以作业工序排列组合、以旋耕机为主体的联合作业机组，如加拿大的万能旋耕机，日本的联合耕耙犁和旋耕播种机等3. 全幅深旋耕机已起步为了增厚土壤熟化层，改善深层土壤透气性，增大持水能力，为栽培薯类、根茎类作物需要深耕的农艺要求，近年来国外已开发出了全幅深旋耕机和间隔窄幅深旋耕机。加大旋耕深度的主要难点是拖拉机动力不足、机组功率不平衡。而具有双速独立动力输出轴的大功率拖拉机，可以全功率输出，同时具有多个慢速挡以及爬行挡，这也为配套全幅深旋耕机提供了良好的条件。4. 向可持续发展战略型发展降低污染和资源重用已成为当前农业机械化设计的最终目的，能完成秸秆还田作业的反转灭茬旋耕机等新的机型将成为今后旋耕机械重要的研究方向。另外，随着现代科学技术的迅速发展，一些新技术也将在旋耕机上得到广泛应用，如信号系统等。5. 小型旋耕机需求量有所增加随着我国温室技术的发展，农村大棚耕作面积日益增大，由于市场的需求，小型适合于大棚内作业的旋耕机械已成为目前研究的新重点。1.5 温室土壤的物理特性概述温室内的土壤由于复种指数高，施肥、灌溉、耕作的频率超过一般农田土，并且有机质含量高，所以其土壤容积密度较低(大约为1.101.13g/cm)，土壤的总孔隙度较高，但非毛管空隙度较低。土壤孔隙度的改善有利于加速有机质的分解，同时增加了土壤的蓄水能力。有关研究资料表明，温室土壤中，0.2505mm的水稳性团聚体可达到13.7%55.5%，为大田土壤的3.211.1倍，土壤粘性较大，并有随着种植年限加长有增加的趋势。针对温室土壤相对疏松湿润的特点，通常宜采取松土作业而减少耕翻和旋耕，以保护土壤结构和大量的微生物。对于蔬菜种植，由于根系主要分布于10-15cm的土层内，耕作层的厚度可适当减小。1.6 温室内松土作业的主要作用松土是一项基础性作业，要求在不粉碎土壤、不乱土层的前提下，主要起到以下作用：1. 使土壤疏松，保持较高的通气性和表层地温。2. 调节土壤水分。切断土壤中毛细管，减少水分蒸发，起保墒防旱作用；土壤湿度过大时，可加速表层土壤水分的蒸发，达到晾墒的目的。3. 改善土壤物理性状，增加好气性微生物活动，加速土壤营养物质的分解，提高土壤肥力，有利于作物根系生长发育。1.7 研究内容和方法根据目前我国温室耕耘机械的研究现状和存在问题以及温室土壤的物理特开发研究适宜于棚室内作业、能提高松土性能、并充分利用电力资源减轻机器作业时对环境污染的机具。因此，研制了滚齿式温室电动松土机。该机机型小，操作简便，克服了不适应棚室作业空间狭小的弊端；能够保持上下土层不乱，碎土能力强；由电动机带动滚齿轴工作，无污染, 一定程度上代替了人力，减轻了劳动强度，提高了生产效率，对发展高效、环保的设施农业具有重要的现实意义。2整机总体方案设计2.1设计原则温室大棚生产耕作困难、劳动强度大、效率低、成本高。 需要一种机械，可以满足温室大棚的空间小，障碍物多、边角地带无法耕耘等问题，研制一种体积小，重量轻，操作方便、不排放有害气体、噪声低，使用安全可靠，推动方便、操作搬运高效节能，无污染的小型松土机。对于松土机的总体设计，要遵循的设计原则如下：1. 首先满足农艺要求并适应温室大棚内的空间限制，具有良好的转向性和操作灵活性。2. 吸收国内外设施农业作业机械的新技术，采用新原理、新结构、新工艺、做到设计合理、使用可靠、优质高效，并能降低能源消耗。3. 零部件的通用化、标准化程度高。4. 整机结构简单、操作简便、质量轻、机动性好。2.2松土机的组成图1 松土机整体结构示意1.机架 2.减速器3.电动机 4.转向操纵机构 5.支撑轮 6.滚齿轴如图1所示，松土机主要由电动机、减速器、滚齿轴和操纵机构等组成。其主要特征是利用“旋耕自走”原理，将电动机传出的动力通过减速器传给链轮，由链轮带动滚齿轴上的链轮将动力传到滚齿轴，实现松土作业。为了简化整机结构，机具仍不自走，需要人力推动和控制方向，实现机组向前移动。工作时，利用固定在滚齿轴上的钉齿，来切割、破碎土壤进行耕耘作业，能够保持上下土层不乱，碎土能力强，地表平整。作业时，调整机架高度，可达到要求耕深，满足不同的生产要求。为使结构紧凑，采用整体式机架，电动机与减速器安装在机架上面，传动变速机构固定在机架下面，工作部件安装在机架底部。为减小松土机长度使松土部件尽可能地后移；转向操纵杆与前轮轴联接，可实现松土机的转向：在工作轴安装离合器，实现动力的传递和分离。2.3松土机主要参数的确定松土机的参数主要包括滚齿速度、前进速度、轴的转速、节距和速比等。1. 滚齿运动轨迹。如图2所示，松土机工作时，滚齿一面旋转，一面前进，滚齿的绝对运动是滚齿轴旋转和机组前进两种运动的合成，其运动轨迹是摆线。以滚齿轴旋转中心O为原点建立坐标系，轴正向和机组前进方向一致，轴正向垂直向下。设松土机前进速度为,刀轴旋转角速度为,滚齿上任意一点的回转半径为，开始时滚齿端点位于前方水平位置与轴正向重合，则滚齿刀刃上任意一点的运动方程为；图2 滚齿运动轨迹2. 滚齿速度滚齿上任意一点在旋转1周的过程中所经各处的速度是不同的，将上述方程对时间求导，即得到点在轴和轴方向的分速度和绝对速度：；3. 前进速度机组前进速度是影响生产率高低的主要因素之一，据有关资料介绍，抛土功率随前进速度的增加按三阶函数递增。因此，为减小功耗，在保证作业质量的前提下，机组前进速度应取得低些。选定机组前进速度，小于旋耕机常用的机组前进速度()。4. 轴转速切土量一定时，切土转速越大，功耗愈大。因滚齿轴转速增大，则受到的土壤水平阻力增大，由于阻力与速度的平方成正比，故松土功耗与滚齿轴转速近似呈二次方函数关系。旋耕机的转速通常取，因此选定滚齿轴转速=。5. 节距S滚齿轴转动一周松土机前进的距离称为节距，用S表示。可用下式计算：式中机组前进速度 滚齿轴转速6. 速比对于旋耕机，为旋耕刀端点的圆周线速度与机组前进速度的比值，称为旋耕速比，用于松土机即为松土速比。值不同，旋耕刀片在土壤中的运动轨迹和所切土堡的形状即不同，如图3所示。图3不同值的旋耕刀运动轨迹S切土节距（cm），R刀辊轴半径（mm），机组前进速度（m/s）H耕深（cm），沟底凸起高度（cm）在耕深相同的情况下，随着旋耕速比的增加，切土节距S减小，沟底不平度减小，而功耗增加。目前常用的速度比，考虑到松土机自身的结构特点，选定。已知，故滚齿端点最大圆周线速度为：2.4松土机主要作业性能参数的设计1. 深度H根据农艺要求，温室的土壤耕作深度一般为，选定松土机平均松土深度为。这样可以在满足农艺要求的前提下，使钉齿长度不致过长。2. 幅宽B为了便于小空间作业，松土幅宽B不宜过大，根据已有机具的幅宽和松土机的结构，确定松土幅宽。3. 生产率已知松土幅宽，机组前进速度，则理论生产率W可用下式计算：4. 功率消耗的计算a. 松土功率的消耗计算松土功率消耗可用旋耕机功耗公式来计算，即：式中机具工作时土壤比阻（），可由公进行估算，为平均土壤比阻，为耕深修正系数，为土壤含水率修正系数，为残茬植被修正系数，为作业方式修正系数；H松土深度（cm）；机具前进速度（m/s）；B松土幅宽（m）。根据温室大棚内的作业条件，经查表确定，。故：。已知松土深度，机组前进速度，松土幅宽，则b.机组行驶的功率消耗计算设机组在行驶过程中受到的土壤阻力为F，机组前进速度为，则克服土壤阻力消耗的功率为，又。式中：f阻力系数；松土机重力；松土机整机重量；重力加速度。初步估算松土机的质量，取，代入式中得：已知，则松土机克服滚动阻力消耗的功率为：因此，松土机消耗的总功率5. 电动机功率的确定考虑到功率储备，并且传递过程中有功率损失，电动机的额定功率应该大于松土机消耗的总功率, 故选用型电动机，其额定功率为，额定转速为。该电动机启动转矩较大（1.82.5倍额定转矩），启动电流较大，过载能力稍弱，但负载时的功率因数较高，节电效果显著。3传动系统的设计计算3.1传动比分配根据电动机的满载转速和旋耕刀轴的转速，传动装置的总传动比为7.2，总传动比为各级传动比的乘积。根据传动比的分配原则及各种传动的性能，分配传动比。带传动具有结构简单，传动平稳，造价低廉，以及缓冲吸震等特点。因此，一般在一级传动中采用，。而齿轮传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的传动比，传动效率高，轴上径向压力较小，结构较为紧凑。二级传动采用变速箱。侧边传动采用链传动，可以没有传动比，起到传动功能。3.2各轴的转速、功率和转矩3.2.1 计算各轴的转速传动装置中各轴的转速为：轴转速：；变速箱输入转速：；变速箱输出转速和轴转速：；3.2.2 计算各轴的输入功率电动机的计算功率一般可依据电动机所需实际功率作为计算依据，则其他各轴输入功率为：轴输出功率： ；变速箱输入功率： ； 变速箱输出功率： ；轴输入功率： ；轴输出功率： ；3.2.3 计算各轴转矩轴转矩： ；变速箱输入转矩： ； 变速箱输出转矩： ； 轴输入转矩： ； 轴输出转矩： ；功率、转矩和转速如表3-1。表3-1 各轴受力表轴号功率P（KW）转矩T（Nm）转速n（r/min）传动比i效率输入输出输入输出I轴3.4222.6814402.40.95变速箱轴3.213.1847.3846.366002.970.96III轴3.063132.83130.232003.3 带及带轮的设计计算3.3.1 皮带设计3.3.1.1确定计算功率查机械设计课本，得功率计算公式 式中：计算功率，单位为kw; 传递的额定功率，单位为kw; 工作情况系数根据表机械设计表8-6，取，3.3.1.2 选择带型根据计算功率和小带轮转速查机械设计课本，由图8-9选定带型，选择SPZ型V带。3.3.1.3 确定带轮的基准直径和（1）初选小带轮的基准直径 根据v带截型参考机械设计课本表8-3及表8-7，选。（2） 验算带的速度v 查机械设计课本，根据机械设计式8-13， 计算从动轮的基准直径，由，并按V带轮的基准直径系列表8-7加以圆整取。（3） 确定中心距a和带的基准长度 查机械设计课本，根据传动的结构的需要初定中心距，由 ，取；取定后，根据传动的几何关系，计算所需带传动的基准长度： 查机械设计课本，由表8-2中选取和相近的V带的基准长度，取；再根据来计算实际中心距， （4） 验算主动轮上的包角查机械设计课本，根据式（8-6）及对包角要求应保证 （5）确定带的根数z 查机械设计课本，根据式（8-22） 包角系数,查机械设计（表8-8），=0.92； 长度系数，查机械设计（表8-2），=0.94； 单根V带的基本额定功率，查机械设计表8-5c，=2.61； 计入传动比的影响时，单根V带额定功率的增量，其值见机械设计表8-5b，=0.56；，取z=2。（6）确定带的预紧力 查机械设计课本，考虑离心力的不利影响，并考虑包角对所需预紧力的影响，根据式（8-23）单根V带 所需的预紧力为： 查机械设计表8-4，得出，则（7）计算带传动作用在轴上的力（压轴力） 如果不考虑带的两边的拉力差，则压轴力可以近似的按带的两边的预紧力的合力来计算，即 带的根数； 单根带的预紧力； 主动轮上的包角；图3-1 带传动作用在轴上的力3.3.2带轮设计V带轮的设计要求质量小，结构工艺性好，无过大的铸造内应力，质量分布均匀，轮槽加工表面要精细加工，以减小带的磨损。带轮的材料主要采用铸铁，牌号为HT200.小带轮因为直径比较小所以采用实心式，大带轮的直径比较大，所以采用孔板式。3.4链轮的设计计算1、根据实际，链条速度在12m/s之间，链轮的转速为200r/min。设计步骤如下：选用单排套筒滚子链，根据机械设计师手册第二版，其设计步骤如下：（1）根据设计要求主动链轮和从动链轮大小相同。因此。（2）计算功率 查机械设计课本， 由表9-9查得： 工作系数； 由表9-10查得：链轮齿数系数；所以= 定链条的节距 根据链轮转速及功率，由图9-13选取的链条号为10A,链节距；（3）确定链长L根据链轮的速度计算链轮分度圆直径。链长为。（4）确定链条链节数由 计算链节数可得节，取为43节。 （5）中心距的计算 = =174.625mma实际中心距取为175mm。 （6）计算链速： 1.11m/s满足链速在12m/s之间，合适。 （7）查机械设计课本，由表94得链轮轮毂孔（8）计算作用在轴上的压轴力 有效圆周力为 由于链传动为倾斜配置，安装倾角为45查表取所以，根据上述要求：选择的滚子链的型号为：1316 GB 12431997链条其结构详图如下：图32 输送链条结构图3.5齿轮的设计3.5.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1.根据实际需要，选用直齿圆柱齿轮传动。2.旋耕机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精（GB10095-88）。3.材料选择。由表10-1选择小齿轮材料为40Cr，（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢，（调质），硬度为240HBS，两者材料硬度相差为40HBS13。4选小齿轮齿数，则大齿轮齿数。3.5.1.1 按齿根弯曲疲劳强度计算由设计计算公式（10-24）进行试算，即 确定公式内的各计算数值（1） 计算载荷系数K （2） 计算扭矩齿轮传动齿宽系数查机械设计课本，根据表10-7选取齿宽系数（3）查表10-6查得材料弹性影响系数。（4）由图10-21按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。（5）由式（10-13）计算应力循环系数（6）由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数；。（7）计算接触疲劳许用应力去失效概率为1%，安全系数，由式（10-12）得=0.95600=570MPa=098550=539MPa3.5.1.2 计算（1）、计算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值=50.33mm （2）计算圆周速度v（3）计算齿宽b （4）计算齿高与齿宽之比模数 齿高 （5）计算载荷系数 根据v=1.73m/s，7级精度，查机械设计课本，由图10-8得动载系数；直齿轮，由表10-3查得；由表10-2得使用系数；由表10-4查得7级精度、小齿轮相对支承非对称布置时， 将数据代入后得由，查图10-13得；故载荷系数（6）按实际的载荷系数校正算得的分度圆直径，查机械设计课本，由式（10-10a）得 (7)计算模数m3.5.2按齿根弯曲强度设计查机械设计课本，由式（10-5）得弯曲强度的设计公式为 1、确定公式内的各计算数值（1）查机械设计课本，由图10-20c查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限=500MPa；大齿轮的弯曲疲劳强度极限=380MPa；（2）由图10-18查得弯曲疲劳寿命系数，；（3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S=1.4，由式（10-12）得= =303.57MPa=238.86MPa （4）计算载荷系数 （5）查取齿形系数 查机械设计课本，由表10-5查得；。（6）查取应力校正系数查机械设计课本，；。（7）计算大小齿轮的并加以比较= 大齿轮的数值大。2、设计计算 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小主要取决与弯曲强度所决定的承载能力，二齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数1.65并就近圆整为标准值2，按接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数大齿轮齿数，取。这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。3、几何尺寸计算基本参数：传动比i=2.97；齿数，；模数m=2； (1) 计算分度圆直径 (2) 计算中心距计算齿轮宽度取，。3.5.3 验算 0.07，取h=5mm，则轴环处直径。轴环宽度b1.4h，取。（4）轴上零件的周向定位带轮、齿轮的周向定位均采用平键联接。查机械设计手册的平键截面bh=20mm12mm（GB/T1095-1979），键槽用铣刀加工。3.6.2变速箱输入轴的设计1、由以上计算知变速箱输入转速；功率；输入转矩；2、求作用在齿轮上的力因已知小齿轮的分度圆直径为 图3-1 输出轴的结构与装配图3、初步确定轴的最小直径查机械设计课本，由式（15-2）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45钢，调质处理。根据表15-3，取，于是得所以最小直径选为20mm。4、轴的结构设计1） 拟定轴上的零件装配方案装配图如图3-2 图3-2 输入轴设计示意图2） 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度（1）为使带轮的右侧有轴向定位，在I-II处需制出一轴肩，故取II-III段的直径，带轮和轴配合长度。初步选择滚动轴承。轴只承受径向力，故选择单列圆柱轴承。根据工作要求，选择轴承6208寸为=408018，。右端滚动轴承采用轴肩进行定位，由手册上查得6208型轴承，取。（3）取安装齿轮处的轴段IV-V的直径。齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂的宽度为60，为使套筒端面可靠地压紧齿轮，故。齿轮的右端采用轴肩定位，轴肩高度h0.07，取h=5mm，则轴环处直径。轴环宽度b1.4h，取。图3-3 变速箱轴的受力简图（4）轴上零件的周向定位带轮、齿轮的周向定位均采用平键联接。查机械设计手册的平键截面bh=20mm12mm（GB/T1095-1979），键槽用铣刀加工。5、求轴上载荷根据轴的结构图做出轴的计算简图，可以看出轴的受力最大处是危险截面。现将该处的、及的值列于下表载荷水平面H垂直面V支反力F,，弯矩M总弯矩扭矩T6、 按弯扭合成应力校核轴的强度查机械设计课本，由式（15-5）及上表中的数值，并取，轴的计算应力= 材料为45钢，调质处理，由表15-1查得=60MPa。因此，故安全。3.7其余部件的设计1. 离合器设计与计算 采用简易的牙嵌式离合器，如图4所示。其传动扭矩大，结构简单，工作可靠。离合器的一半通过平键与轴联接，另一半空套在轴上与链轮成为一体。当离合器啮合时，链轮和轴一起转动；当离合器分离时，空套在轴上的一半与链轮空转，轴则不转。图4 离合器根据轴径的尺寸，参考机械设计手册确定离合器的参数。为保证离合器工作可靠，设计离合器时，按下式取计算扭矩：式中，工作储备系数；离合器需传递的扭矩；离合器的许用扭矩；已知，取，代入上式中得：所以离合器满足工作要求2. 联轴器选择常用的联轴器已经标准化了，选用时，首先按照工作条件选择合适的类型；再按轴径、转矩和转速选择联轴器的型号；必要时校核联轴器的承载能力。联轴器的计算扭矩应取不稳定运转时的动载荷及过载的最大扭矩，可按下式求得：式中，工作情况系数；联轴器需传递的扭矩；联轴器的许用扭矩；已知，取，代入上式得：选择爪型弹性联轴器，其结构简单，装卸方便，弹性好，适用于小功率、有冲级载荷、启动频繁的条件。通过校核计算，该联轴器能满足工作需求。3. 轴承的选择松土机上的轴承主要承受径向载荷，考虑到经济性，选用单列深沟球轴承。其特点是结构简单，主要受径向载荷，也可承受一定的轴向载荷，并且价格便宜。滚动轴承的主要失效形式是疲劳点蚀，因此轴承的尺寸按疲劳强度及寿命计算。式中，轴承的额定寿命；轴承的转速；轴承寿命指数，对球轴承，对滚子轴承；轴承的额定动载荷；当量动载荷。为了简化计算，将滚动轴承的寿命公式写成：令，则上式可写成式中，寿命系数；转速系数由上可得：以安装在工作轴上的轴承为例计算轴承的寿命，已知，查表得，代入式中所选轴承能满足工作要求。4. 键的选择和联接强度的计算键的类型可根据联接的结构特点，使用要求和工作条件选定；键的剖面尺寸通常根据轴的直径从标准中选取；键的长度则按轮毂长度从标准中选取。根据以上选择原则，选定圆头普通平键。键联接强度可以通过以下公式计算：式中：键或键槽工作面的比压； 转矩； 轴的直径； 键的工作长度； 键与轮毂的接触高度；对于平键， 键的厚度； 键联接的许用比压。以安装在工作轴上的键为例进行校核计算，所选键为键。已知，代入上式中得：同理，对其他所选的键进行校核，都能满足工作要求。结 论松土机以电动机为动力，具有体积小、成本低、工作可靠及不污染环境等特点。采用整体式机架，电动机和减速器固定在机架上方，使整机结构简单紧凑。作业时通过滚齿轴上旋转的滚齿松土，对土壤的切削和破碎效果好，耕后地表平整，无梨底层，减轻了对土壤的压实。以电能作为能源，充分体现了经济、实用、节能及环保的设计原则。该机适合在空间狭小的温室内推广使用。短短的三个月的毕业设计是我们对大学四年的机械知识的整体总结，也是理论与实践的结合，通过这次毕业设计我们收益非浅，这次设计，主要是对温室松土机进行设计。在进行毕业设计中，我学到了许多新的知识。我深刻的认识到，要想成为一名合格技术人员只掌握本专业的知识是远远不够的，我们应该具有更加渊