机械毕业设计(论文)-1WX-90型植树挖穴机设计-挖坑机讲解

1、盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 精品资料 目目 录录 1 引言 .1 1.1 本课题的设计意义 .1 1.2 国内（外）发展概况及现状 .1 1.3 课题由来及设计条件 .2 1.4 课题设计思路 .3 2 总体方案设计.3 2.1 整机构介绍.3 2.2 作业原理 .3 2.3 挖穴机与拖拉机的联接 .4 2.4 挖穴机的动力部分 .4 2.4.1 功率及挖坑幅度计算.5 2.5 挖坑机主要技术规格和基本技术参数 .6 3 部件设计.7 3.1 螺旋叶的设计 .7 3.1.1 钻头的设计 .7 3.1.2 双螺旋叶片的设计 .7 4 设计计算 .8 4.1 动力分配计算.8 4.2

2、 万向联轴器的选用计算 .8 4.2.1 万向节总成 .8 4.3 齿轮轴 .8 4.4 轴承的选用与计算 .10 5 主要零件强度计算.12 5.1 齿轮的校核计算.12 5.2 主轴的校核计算 .15 6 挖坑机使用和使用中的注意事项.21 6.1 挖坑机使用.21 6.2 使用中的注意事项.21 7 结论.22 参考文献 .23 致 谢 .24 附件清单 .25 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 1 1 引言 1.1 本课题的设计意义 近年来，盐城拖拉机制造有限公司发展快速，年产 3 万台系列轮式拖拉机和 8 万台手扶拖拉机，销往国内 30 个省、市和国外 60 多个国家和地区。

3、如今，配套农 用机具跟不上主机迅速发展的要求。其中包括 1WK-50 型轮式拖拉机，没有合适农 机配套。因此，研制配套挖坑机与拖拉机同步销售，会使得拖拉机，挖坑机两旺。 我设计的是一台植树挖穴机，与黄海金马-50 型拖拉机相匹配，用于植树造林 及其他的小型挖坑作业。现有的挖穴机多为手提式挖穴机，起工作效率不高，使用 条件不便，稳定性能不太理想，因此，本课题设计的植树挖穴机要求工作稳定，工 作效率高。随着地球环境的日益恶化，需要大量植树造林，改善环境，因此，研制 经济高效的植树挖穴机将深受广大人名群众的欢迎。 1.2 国内（外）发展概况及现状 中国挖穴机产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如

4、产业结构不合理、 产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要 素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源 破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。 我国植树造林机具现状我国植树造林机械赴较晚，主要在南方为种植橡胶实现 产业化，有为东方红-75、热特-25 型拖拉机配套的挖穴机，而北方地区为栽植果树 和防护林，也研制了为中型轮式拖拉机如上海-50、神牛-25 型拖拉机配套的开沟机、 挖穴机，这种机具既可以挖植树穴坑，也可以挖梯形沟槽用于果树施沟肥。对大面 积的机械植树造林，多采用铧式系歹开沟机，如 1K-40、1K

5、-50 和 1K-60 型开沟机。 我国植树造林机械虽有多个品种，但由于栽种树苗多在山地、坡地，土质条件复杂， 影响了机械的使用效果，基本上用人工挖坑栽苗，生产的挖穴机批量较小。近几年 来，由于经济林的兴起以及国家为防治水土流失，退耕还林、种草种树已引起各有 关部门的普遍重视，并加大了植树造林机械的投入，取得了良好的效果。 挖穴机为了适应不同土壤、不同作业条件的要求，国外生产的不同动力配套的 造林用挖穴机，有手提式、背负式、手扶拖拉机式和拖拉机式 4 种。 A.手提式挖穴机，分为单人式与双人式。日本多用单人手提式，欧洲各国则多 采用双人手提式。手提式挖穴机发动机的功率一般为 1.3-3.7kw

6、，多采用油锯和割 灌机的单缸风冷汽油发动机为动力。单人和双人手提式挖穴机发动机的转数经离心 式离合器和减速箱，将转数降低到 100-200r/min，再传到挖穴钻头。由于减速比 很大，多采用蜗轮蜗杆或摆线针轮行星传动机构，以便减少机器的质量。由于双人 手提式挖穴机质量可以大一些，有的采用多段直齿轮减速机构。有的挖穴机为了使 挖穴机钻头能自动地由地中拔出，在传动机构中装有逆转机构。国外所用的挖穴钻 1WX-90 型植树挖穴机设计 2 头多为螺旋片型，挖穴时自穴中向上排土的性能好，螺旋片型有单螺旋和双螺旋两 种。山地造林时，挖穴的直径和深度为 25-30 厘米，因此多采用 1.5-2 个节距的 螺

7、旋片。为了提高螺旋片型挖穴机的切根性能，有的将螺旋边缘做成缺口状。国外 所用挖穴机钻头的转数都不太高，以免将穴中的土壤甩得过远，一般周边速度为 3 米/秒左右，钻头转数为 200-300r/min。装有逆转机构的挖穴机在拔出钻头时，土 壤会向相反方向旋转，不会从穴中抛出。手扶拖拉机式挖穴机的功率为 3.7- 7.3kw，轮式拖拉机挖穴机的功率为 36.8-73.6kw。 B.悬挂式挖穴机主要用于栽植大树苗时的挖穴作业，挖穴直径为 50-80 厘米， 挖穴深度为 60 厘米，挖穴机悬挂在 25.7-58.8kw 拖拉机上。挖穴机由纵吊杆、带 安全装置的万向传动轴、减速器和不同直径的挖穴钻头组成。

8、减速器由一对直齿锥 齿轮组成，更换不同直径的挖穴钻头时，要更换不同的锥齿轮，可换挖穴钻头有 3 种，直径分别为 80、60、30 厘米。钻头由空心钻杆、叶片和切土刀片组成，钻杆 下端有定心尖。工作时，由拖拉机动力输出轴经万向传动轴带动旋转工作部件完成 挖穴作业，利用液压装置控制钻头升降。 C.液压式挖穴机在发达国家已普遍推广。由于液压技术的普及推广，发达国家 在挖穴机上已采用液压传动装置，主要用在液压输出能力较强的拖拉机或挖掘机的 机型上，用液压泵驱动齿轮机构传动系统。DANUSER 液压挖穴机装有高效、转向密 封性能好的液压马达，可调节机械链条与齿轮，使扭距增大 4 倍。采用液压驱动比 用万

9、向节套管传动更灵活方便，当遇到障碍物时能起到安全缓冲作用。 1.3 课题由来及设计条件 A.设计内容 设计一台植树挖穴机，与黄海金马-50 型拖拉机相匹配，用于植树造林。主要 的设计内容有： a)总体设计:设计总体方案。绘制挖穴机总图； b)零部件设计:根据挖坑机总图，设计齿轮箱等传动机构；绘制传动轴、齿轮、 齿轮箱体、钻头等零件图；有关计算、校核等。 B.设计依据 a) 相配套的江苏-50 型四轮拖拉机主要技术数据 力输出轴转速:720r/min; 540 r/min 动力输出轴离地高度:645mm b) LY/T1491-1999,悬挂式挖穴机 技术条件S. c) 挖穴机技术参数 挖穴直径

10、:70cm 挖穴深度：70cm 钻头转速：150250r/min 钻头形式：采用双螺旋叶片结构； 工作效率：6090 坑塘/小时 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 3 按 5 年寿命，每年工作 800 小时计。 C.设计要求 a) 挖穴机与拖拉机采用三点悬挂联接， 作业时万向传动轴偏置角度不得大于 15，田间移位或运输前必须先切断动力，将螺旋钻头提升至最大高度，此时钻头 顶尖离地高度应大于 300mm。 b) 螺旋叶片的转速过高，会将泥土抛得很远，造成填坑缺土。转速过低，则造 成工作效率不高。因此在设计时，要充分调研和实践，确定合适的转速， c) 为保证工作性能，设计时应充分考虑其稳定

11、性，避免受力不均匀而造成抖动； d) 结构简单可靠，尽量使用标准件、通用件，以降低制造成本。 1.4 课题设计思路 在开始该机设计前，参考对比了一系列已有的植树挖穴机，例如悬挂式挖穴机， 手提式挖穴机，液压式挖穴机等，总结发现他们都要用到由一对齿轮传动组成的减 速箱，而本课题采用的是悬挂式挖穴机的方式，一种与小四轮拖拉机配套的悬挂式 挖坑机，由悬挂架、带安全装置的万向传动轴、减速箱、双螺旋叶片型钻头等构成； 悬挂架两端分别与拖拉机和减速箱铰合连接，双螺旋型钻头固定在减速箱的输出轴 上；工作时，拖拉机的提升臂拖带悬挂架进行升降，由拖拉机动力输出轴经万向传 动轴带动旋转工作部件完成挖穴作业；具有结

12、构简单、作业质量好、效率高、移动 及通过性能灵活的特点，广泛应用于植树造林、施肥集水、埋设桩柱等作业。 2 总体方案设计 2.1 整机构介绍 一种与小四轮拖拉机配套的悬挂式挖坑机，由悬挂架、带安全装置的万向传动 轴、减速箱、双螺旋型钻头等构成，减速箱由一对锥齿轮传动组成。 2.2 作业原理 一种与小四轮拖拉机配套的悬挂式挖坑机，由悬挂架、带安全装置的万向传动 轴、减速箱、双螺旋型钻头等构成；悬挂架两端分别与拖拉机和减速箱铰合连接， 双螺旋型钻头固定在减速箱的输出轴上；工作时，拖拉机的提升臂拖带悬挂架进行 升降，由拖拉机动力输出轴经万向传动轴带动旋转工作部件完成挖穴作业；具有结 构简单、作业质量

13、好、效率高、移动及通过性能灵活的特点，广泛应用于植树造林、 施肥集水、埋设桩柱等作业。 挖坑作业时，拖拉机液压悬挂装置处于浮动状态，使钻头对准挖坑标记中心靠 自重下落，拖拉机的动力输出轴通过传动轴和减速器带动钻头旋转入土，钻头切去 中心部分土壤，进而钻头叶片下端的刀片切削土壤，切下的土壤在离心力作用下被 1WX-90 型植树挖穴机设计 4 抛向穴壁，并在摩擦力作用下沿着叶片螺旋向上升到地面被抛到穴的周围，挖到预 定深度时，通过液压悬挂装置提升钻头到运输状态，再转移到下一个挖坑地点。 2.3 挖穴机与拖拉机的联接 挖穴机与拖拉机采用三点悬挂装置联接，具有结构简单、作业质量好、效率高、 移动及通过

14、性能灵活的特点，广泛应用于植树造林、施肥集水、埋设桩柱等作业。 三点悬挂机构示意图（图 2-1）： 图 2-1 三点悬挂机构示意图 2.4 挖穴机的动力部分 图 2-2 传动路线图 动力由拖拉机输出，通过带安全装置的万向传动轴，将动力传到挖穴机的输入 轴，再通过一对直齿锥齿轮传动来带动双螺旋叶片型钻头转动，实现挖穴作业。 (如图 2-4 所示) 2.4.12.4.1 功率及挖坑幅度计算功率及挖坑幅度计算 A.功率计算 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 5 查表得： ；96 . 0 圆锥齿 98. 0 滚子轴承 96 . 0 万向节 a.拖拉机动力输出轴的额定输出功率 作为设计功率)(4

15、08 . 0508 . 0马力 发额 NN b.计算第一轴及小锥齿轮的功率、转速和扭矩 1 Z 齿轮轴： )(632.37马力 万向节轴承额 NNI min/720rnI )(433.37 720 632.37 2 . 716 2 . 716 米千克 I I I n N M )(87936.3698 . 0 632.37 1 马力 轴承 IZ NN )(6847.36 720 81936.36 2 . 716 2 . 716 1 1 1 米千克 Z Z Z n N M min/720 1 rnZ c.立轴与大锥齿轮功率、转速和扭矩: 2 Z 马力） 圆锥 (4042.3596 . 0 8793

16、6.36 12 ZZ NN min/234 40 13 12 rnn ZZ )(36106.108 2 . 716 2 2 2 米千克 Z Z Z n N M 立轴功率、转速和扭矩为： )(696116.34 2 马力 轴承 ZII NN min/234 2 rnn ZII )(1938.106 2 . 716 米千克 II II II n N M 各轴与齿轮考虑传动效率后相应功率，转速和扭矩汇总如表 2-3 所示： 表 2-3 各轴功率、转速和扭矩表 1WX-90 型植树挖穴机设计 6 I 轴II 轴 轴次动力输出轴 轴 1 Z轴 2 Z 功率（马力） 4037.63236.87935.40

17、434.696 转速（r/min） 720720720234234 扭矩（千克 米） 39.78937.43336.685108.361106.193 B.挖坑幅度 根据设计要求，挖坑直径为 70cm，深为 70cm，因此，双螺旋叶片最大直径为 70cm.如图 2-4 所示： 图 2-4 挖坑幅度示意图 2.5 挖坑机主要技术规格和基本技术参数 型号：1WK-90 型植树挖穴机 型式：三点悬挂联接，中间齿轮传动 配套动力：黄海金马-50 型轮式拖拉机 挖坑幅度：挖坑直径 D=70mm,挖坑深度 H=70mm 作业速度： I 档 540r/min II 档 720r/min 螺旋叶转速： I 档

18、 175.5r/min II 档 234r/min 螺旋叶旋转直径：70mm 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 7 3 部件设计 3.1 螺旋叶的设计 3.1.13.1.1 钻头的设计钻头的设计 图 3-1 钻头的设计 根据设计要求，钻头与螺旋叶轴之间采用花键联接，销钉固定，材料选用 45 钢，表面淬火处理，提高耐磨性和硬度，并及时进行回火处理，消除内应力，提高 工件韧性。结构如图 3-1 所示。 3.1.23.1.2 双螺旋叶片的设计双螺旋叶片的设计 1WX-90 型植树挖穴机设计 8 图 3-2 双螺旋叶片的设计 双螺旋叶片结构如图 3-2 所示，采用调制处理，表面淬火，设计时，为

19、避免工 作停止后抬起时导致坑壁碰触，破坏作业效果，因此特设计为下方直径较大，上方 直径较小，叶片与中间轴焊接固定，与立轴采用花键联接，销钉固定。 4 设计计算 4.1 动力分配计算 （4-1） n 9550P T 式中：P 功率 n 转速 已知各运动副的效率： 圆锥齿轮传动 3=0.96， 球轴承 2=0.99， 根据拖拉机型号黄海金马50 型查的输出功率 P 为 18.4KW，转速 N=540r/min, 双缸内燃机，取输出轴的设计功率为 P=18.4KW。 4.2 万向联轴器的选用计算 4.2.14.2.1 万向节总成万向节总成 万向节总成是将拖拉机动力传递给旋耕机齿轮箱的传动件, 万向节

20、总成主要由 活节夹叉、方轴夹叉、方轴套夹叉、十字节、方轴等零部件组成。十字节两端装有 孔用弹性挡圈、防止十字节轴向移动而滑出。十字节上装有黄油嘴、内注黄油、供 滚针轴承润滑用。方轴与方套为滑动连接，在升降或左右摆动旋耕机时，方轴能在 方套内伸缩，确保正常传动而不致脱出。由于挖坑机工作负荷为变载荷工作条件差， 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 9 因此选用的十字轴应具有足够的强度和可靠性。 a 万向联轴器的理论转矩 mN n P T 39.312 540 4 . 1895509550 mNKaTTc.736.74939.324 . 2 b 根据拖拉机动力输出轴的尺寸参数确定配套的万向节有

21、两种，一种是大的， 另一种是小的，根据它与动力输入轴（齿轮轴）想联，齿轮轴与万向节采用花键联 接，故根据花键尺寸查得万向节的直径 D 为 50mm，大型万向节。 4.3 齿轮轴 图 4-1 齿轮轴示意图 转速： n=540r/min 功率 p=18.4KW 转矩 mN n P T 37.325 540 4 . 1895509550 估算轴的最小直径： 3 min n P Ad 查表可得： 20 钢 A。= 49126 Mpa 取中间值 A。= 137 Mpa mmd44 540 4 . 18 137min 3 检验： 3 2 . 0 d T ： 许用应力。 MPaMPa25 1 . 19 10

22、442 . 0 37.325 3 3 合格 轴的材料 20Cr 1WX-90 型植树挖穴机设计 10 20Cr 热处理：渗碳淬火 回火 硬度：淬火表面：5662HRC 确定各轴段的尺寸。 图 4-2 加工尺寸示意图 先确定 D1 处的直径： D1=44mm. L12 的长度： L12=88mm. D2 处轴身段直径： D2 处的轴肩高 h=（0.070.1）D=3.364.8mm. 但因该轴肩几乎不承受轴向力，故取 h=3mm. 则 D2=D1+2h=44+2x3=50mm. L23 长度： L23=23mm. D3 处轴身段直径： 取 D3=55mm. L34 的长度： L34=9mm. D

23、4 处轴身段直径： 此处装的是轴套，取 D4=51mm. L45 的长度： L45=3mm. D5 处轴身段直径： 此处装的是轴承，选用轴承 30311，根据轴承型 号，查的参数如下： 内径 d=55mm, 外径 D=120mm, 宽度 B=29mm, 故取 D5=55mm. L56 长度： L56=26mm. D6 处轴身段直径： 此处不受轴向力，故取 D6D7=63mm. 4.4 轴承的选用与计算 滚动轴承的选择，一般从以下几个方面考虑： a.载荷的大小，方向和性质 按载荷的大小、性质选择 在外轮廓尺寸相同的情况下，滚子轴承比球轴承 承载能力大，适用于载荷较大或有冲击的场合。球舟车适用于载

24、荷较小、振动和冲 击较小的场合。 按载荷方向选择 当承受纯径向载荷时，通常选用径向接触轴承或者深沟球 轴承；当承受纯轴向载荷时，通常选用推力轴承；当承受较大径向载荷和一定轴向 载荷时，可选用角接触向心轴承；当承受较大轴向载荷和一定径向载荷时，可选用 角接触推力轴承，或者将向心推力轴承和推力轴承进行组合，分别承受径向和轴向 载荷。 b.轴承的转速 一般情况下工作转速的高低并不影响轴承的类型选择，只有在转速高时，才会 有比较显著的影响。 根据工作转速选择轴承类型时，可参考以下几点：1).球轴承比滚子轴承具有 较高的极限转速和旋转精度，高速时应优先选用球轴承；2).为减少离心惯性力， 高速时宜选用同

25、一直径系列中外径较小的轴承。当用一个外径较小的轴承承载能力 不能满足要求时，可再装一个相同的轴承，或者考虑采用宽系列的轴承。外径较大 的轴承宜用于低速重载场合；3).推力轴承的极限转速都很低，当工作转速高，轴 向载荷不十分大时，可采用角接触球轴承或深沟球轴承替代推力轴承；4).保持架 的材料和结构对轴承转速影响很大。实体保持架比冲压保持架允许更高的转速。 c.轴承的安装和拆卸 便于装拆也是选择轴承类型时应考虑的一个因素。 d.经济性 一般而言，球轴承比滚子轴承便宜；派生型轴承比其他基本型轴承贵；同型号 轴承，精度高一级价格将急剧增加。故在满足使用功能的前提下，应尽量选用低精 度、价格便宜的轴承

26、。 在挖穴机中，输入轴和输出轴承受载荷（径向和轴向）较大，分别采用 32310 32212 30311 圆锥滚子轴承。 在这里，我就对输入轴使用的 30311 轴承进行校核计算： 查询机械设计手册得：温度系数，圆锥滚子轴承，=3；对于该利用率; 1 t f 不高，每年工作 800h 的机械，工作 5 年，预期寿命 h=4000h。 查表得：30311 轴承的额定动载荷是 155Kn，额定的静载荷是 188Kn。 35 . 0 078 . 3 Fr Fa 1WX-90 型植树挖穴机设计 12 查机械设计手册得 X=0.4,Y=1.1,于是 NYFaXFrP 2 . 11153 计算轴承寿命 k

27、L 取，又 30311 为圆锥滚子轴承，寿命植指数，0 . 18 . 1 tp ff、3/10 则由式： 该轴合适 hh Pf Cf n L p t k 400088151 16667 5 主要零件强度计算 5.1 齿轮的校核计算 A.齿轮几何尺寸计算 锥齿数： ， 40 2 z 模数： 齿数比： 锥距： 齿宽系数：，取。 R b R 35 . 0 25 . 0 R 3 1 R 齿宽中点直径： 分度圆直径： 变位： 取变位4 . 0 21 xx mmdd Rm 67.2165 . 01 mmdd mv 39.241cos/ 235 . 0 17/1317 min x 13 40 1 2 z z

28、 mm dd R69.136 22 2 2 2 1 5 . 6m 13 1 z 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 13 B.齿轮的校核 载荷系数 (5-1) 式中 使用系数 A K 动载荷系数 齿向载荷分布系数 使用系数KA 是考虑齿轮啮合时外部因素引起的附加动载荷的影响系数。它取 决于工作机和原动机的工作特性、轴与联轴器系统的质量和刚度以及运行状态。对 于一般设计，KA 值可按表 51 选取。 表 5-1的取值系数 A K 查表 5-1 得：75 . 1 A K 查文献13图 6.10 得： 04 . 1 V K 查文献13图 6.13 得： 1 . 1 K 由公式（5-1）得 取0

29、02 . 2 K2K a.按齿面接触疲劳强度计算 （5-2） 式中 齿轮齿面接触应力 节点区域系数 考虑节点处齿廓形状对接触应力的影响系数 许用接触应力 V K K KKKK VA H V V V V EHH bd KT ZZ 12 2 1 1 H H Z E Z H 1WX-90 型植树挖穴机设计 14 其中: 取 ，查文献13图 6.19 得： 205 . 2 H Z 整理得： （5-3） 整理得： （5- 4） 查文献13表 6.3 得：MPaZE 8 . 189 查文献13图 6.8 得：， 21 limlim 1050 HH MPa 查文献13图 6.6 得：，98 . 0 1 HN

30、 K99 . 0 2 HN K 所以得： 考虑工作时实用功率为 74%，动力输出轴以拖拉机功率 75%计算， 由公式（5-4）得，以为计算。min/540 1 rn 得 ，符合设计要求。mmd 5 . 84 1 b.按齿根弯曲疲劳强度计算 (5-5) 式中 齿轮弯曲应力 许用弯曲应力 当量转矩 齿形系数 修正系数 F mV SaFaV F mbd YYKT 1 1 2 mm ZKT d RH E R 897.80 5 . 01 5 3 2 1 1 mmN N n P T 56 1 1 6 1 10715 . 2 540 98 . 0 96 . 0 735 . 0 75 . 0 74. 0 10

31、55 . 9 1055 . 9 额 3 2 1 1 5 . 01 5 RH E R ZKT d H RR EH d KT Z 3 1 2 1 5 . 01 4 5 1 coscos22 2 1 1 1 1 1 1 1 11 T Td F d FT m t v tv 2 1 sin2 2 1 1 1 dd Rb R RR F F 1v T Fa Y Sa Y MPaKK HHNHHNHHH 25.10342/2/ 221121 limlim 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 15 当量分度圆直径 其中: 整理得： (5-6) 查文献13图 6.9 得：MPa FF 380 21 liml

32、im 应力循环次数：， 7 1 1064 . 8 N 7 2 10808 . 2 N 查文献13图 6.7 得: ，96 . 0 1 FN K98 . 0 2 FN K 取定弯曲疲劳安全系数，应力修正系数，则4 . 1 F S2 ST Y 当量齿数 取齿形系数和应力校正系数 ，变位 0.4 则 因为 ， 所以按大齿轮进行齿根弯曲疲劳强度计算，由公式（5-6）得： II 档时，498. 3m 设计，符合设计要求。5 . 6m 5.2 主轴的校核计算 A.轴的设计 a.输出轴输入功率 kwPP442.1475 . 0 74 . 0 735 . 0 98 . 0 96 . 0 22 额轴 min/

33、5 . 175 rn 轴 b.轴上装配方案 3 2 2 1 2 1 15 . 01 4 F SaFa RR YY z KT m 1v d Rmv mdTT5 . 01mcos/d/1 mv 2 11 、 MPaSYK FFSTFNF 14.521/ 1lim11 MPaSYK FFSTFNF 532/ 2lim22 17652.1520cos/ 11 zzv 159.4820cos/ 12 zzv 6 . 1658 . 2 125.60159.4820 1122 SaFavnv YYzz， 007921 . 0 14.521 72 . 1 4 . 2 1 11 F SaFaY Y 007994

34、. 0 532 6 . 1658 . 2 2 22 F SaFa YY 2 22 F SaFa YY 1 11 F SaFaY Y 178 . 3 15 . 01 4 3 2 22 2 2 2 2 2 F SaFa RR YY z KT m 72 . 1 4 . 217652.1520 1111 SaFavnv YYzz， mmN n P T 566 10859 . 7 5 .175 442.14 1055 . 9 1055 . 9 轴 轴 轴 1WX-90 型植树挖穴机设计 16 如图 5-2 所示 图 5-2 轴的设计 c.确定轴最小直径 min d 段仅受弯矩作用，轴径最小，因轴所受弯矩

35、较小，只受玩转矩作用，单 向 旋转， 值取小，材料为 45 钢，查文献13表 11.3 得 。C ，时，更min/234rn 轴min0 d 小，因此，取，。mmd50 min0 mml130 1 d.确定各段轴长度： 段采用花键与齿轮联接，轴肩高，mmdh5 . 541 . 18 . 0 取。则mmh5mmlmmd4860 22 ， 段宽度查表.取mmhmmb5 . 7,4 . 1mmlmmd25.1475 33 ， 段用花键联接双螺旋叶片，取。mmlmmd75.17760 44 ， 段装配轴承 30310 轴颈尺寸公差，取倒角6k2C 段装配轴承 30312 尺寸公差6k e.轴的受力分析

36、 如图 5-3 所示： 轴承 30312，轴承 30310，mm26mm23 圆周力 径向力 轴向力 mm n P Cd801.44 5 . 175 442.14 103 33 min0 轴 轴 N mz T d T F Rmz t 7254 5 . 01 22 22 mmL75.4526 5 . 3325.142/48 2 mmL131231302/48 3 NFF tr 277618cos/20tan7254cos/tan NFF ta 88.81518sin20tan mmNdFM aa 4 . 1060642/ 103C 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 17 ， 0MB，得：

37、 0 D M C 处水平弯矩： 垂直弯矩： NLLFLF tNH 5376/ 3231 NLLFLF tNH 1878/ 3222 NLLMFLF arNV 54.2657/ 3231 NLLMLF aNV 8 . 149/ 3222 mmNLFM NHH 245952 21 mmNLFM NVV 126897 211 mmNLFM NVV 19623 322 1WX-90 型植树挖穴机设计 18 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 19 图 5-3 轴的受力分析 B.轴的校核 mmzmd260 22 截面处应力接触最大，应力集中，定为危险截面。 a.截面左侧强度校核 抗弯截面系数 抗扭

38、截面系数 左侧弯矩 mmNM 822811 截面上弯曲应力 截面上扭转切应力 平均应力，0 m MPa m 096 . 9 应力幅 ，MPa ba 093.38 MPa ma 096 . 9 查文献13表 11.2 得：，MPa B 640MPa275 1 MPa155 1 查文献13附表 1.6，轴肩理论应力系数 ，MPa0 . 2 MPa31 . 1 材料敏性系数 查文献13图 2.8 并经插值得： ，82 . 0 q85 . 0 q 有效应力集中系数 82 . 1 11 qk 26 . 1 11 qk 尺寸及截面形状系数 ，查文献13图 2.9 得 mmd60 2 68. 0 扭转剪切尺

39、寸系数 由，查文献13图 2.10 得 mmdD60 2 8 . 0 表面质量系数 查文献13图 2.12 得 92 . 0 表面强化系数 轴未经表面强化处理 1 q 疲劳强度综合影响系数 等效系数 材料 45 钢 ， ，取2 . 01 . 0 1 . 0 ，取1 . 005 . 0 05 . 0 仅有弯曲正应力时计算安全系数 仅有扭转切应力 弯扭联合作用下计算安全系数 MPa W M b 093.3821600/822811 MPa W T T T 192.18 2 616. 2 1 ma K S 965. 9 1 ma K S 528. 2 22 SS SS Sca 3333 216006

40、01 . 01 . 0mmmmdW 3333 43200602 . 02 . 0mmmmdWT 76 . 2 1/1/ kK 66 . 1 1/1/ kK 1WX-90 型植树挖穴机设计 20 材料均匀，载荷与应力计算精确时：，取5 . 13 . 1 S5 . 1S ，左侧疲劳强度合格。SSca b.截面右侧强度校核 抗弯截面系数 抗扭截面系数 右侧弯矩 mmNM 8203681 截面上弯曲应力 截面上扭转切应力 平均应力，0 m MPa m 80 . 6 应力幅 ，MPa ba 629.65 MPa ma 80 . 6 过盈配合处值，配合 H7/k6 ，查文献13附表 1.4 得， /k52

41、 . 2 / k 02 . 2 /8 . 0/ kk 疲劳强度综合影响系数 仅有弯曲正应力时计算安全系数 仅有扭转切应力 弯扭联合作用下计算安全系数 材料均匀，载荷与应力计算精确时：，取5 . 13 . 1 S5 . 1S ，右侧疲劳强度合格。SSca 结论：该轴符合设计要求。 MPa W M b 629.6512500/820368 MPa W T T T 436.31 2 605 . 1 1 ma K S 793.10 1 ma K S 588 . 1 22 SS SS Sca 3333 12500501 . 01 . 0mmmmdW 3333 25000502 . 02 . 0mmmmd

42、WT 610 . 2 1/1/ kK 107. 21/1/ kK 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 21 6 挖坑机使用和使用中的注意事项 6.1 挖坑机使用 挖坑机的选用首先明确挖坑直径大小与深度，其次是所用动力大小。一般是动 力小的拖拉机挖坑也小，挖大坑所需拖拉机也大。目前我国拖拉机以中小型居多， 这给使用者想用小动力或小拖拉机挖大的树坑带来一定难度。因为挖坑机所需功率 的大小与挖坑直径、土壤的性质关系极大，根据生产实践，在普遍矿壤土（比阻 0.20.3 左右）用 25 马力左右的轮式拖拉机配用挖坑机，可以开直径 50cm 左右的 坑。反之在粘重土壤（比阻 0.40.5）需用 50

43、 马力左右的拖拉机配用挖坑机，可见 土壤的性质、坚实程度、水分多少，对挖坑机的功能影响非常大。现 在用户总希望用小功率拖拉机配挖大直径的挖坑机是不现实的。为此只能从施 工作业的工艺上多做文章，即采用多次开挖方法，如开挖 50cm 直径的坑当功耗不 够时，便第一次用 30cm 直径的钻头开挖，功率消耗便减少一半，当第一遍作业完 毕后，再改用 50cm 直径的钻头，这样就可以达到用小功率拖拉机开挖较大的直径 挖穴坑，但是所消耗的时间长与消耗功率多，带来操作者的使用麻烦。手提式挖坑 机为什么没能推广使用。森林采伐以后重新栽种树苗多为山区、丘陵地栽种小树苗， 一般拖拉机很难上山种植，希望采用手提式挖坑

44、机。由于国产手提式几年前虽然产 品，但在个别性能上还不过关，加之修配网点少，没有大量推广，更重要的原因是 我国植树造林属国家下达任务，地方节省投资。目前农业劳力价格便宜，如买一台 国产机需 2000 多元，而国外机价格昂贵至 60007000 元，所以采用机械化作业投 入产出比失调，不能获得满意的经济效益，而且手提挖坑机作业过程提移挖坑机劳 动强度比人工挖坑还费力，每天效率也就是 100200 个坑，还不如人力劳动强度， 所以一直推广不了，即算一笔帐可以看出：一台手提挖坑机成本 2000 元，作业时， 一个坑合成本（人工费、油费、机具折旧费）为（20+10+2000/100 天=50 元/10

45、0 天） /200 穴=0.25 元。如用人工挖坑每天挖 2050 个，人工费不同地区 1020 元，则为 0.2 元0.4 元/穴，所以人工费用与机具关不多，无法使用推广。相反如果一台铁牛 55 拖拉机挖直径 50cm 的穴，一天可挖 5001000 穴，人工效率一天只挖 1020 个， 则机具作业是人工的 100 倍，一个台机具 5 千元使用五天就可收回成本，不但减轻 劳动强度，提高工作效率，还提高了经济效益，深为用户所接受。 6.2 使用中的注意事项 初次使用时变速箱内应加注齿轮油 ,其油面高度应不低于小齿轮直径的 1/2,并 且每工作 10-15t 检查 1 次变速箱的油量;万向节应注

46、黄油。作业过程中限定拖拉机 驾驶员 1 人操作 ,变速箱上不准站人,以保证作业安全;刀片螺栓应随时检查紧固,钻 头达到作业深度后,应控制钻头慢慢升起,以利于螺旋片将坑内的余土逐渐地排出坑 外。拖拉机悬挂挖坑机长距离行走时,应将机具升到最大高度,锁住油缸,慢速行驶,以 1WX-90 型植树挖穴机设计 22 免挖坑机与地面硬扬相碰损坏机具。 7 结论 本课题设计的植树挖穴机，在主轴箱设计方面，根据江苏 50 型拖拉机的传动 参数，(功率 18.4KW，转速 540r/m)合理的设计锥齿轮的传动比以及强度计算等。 在技术方面，是由传动箱、传动轴、双螺旋叶片和钻头等组成。在总体设计方面， 尽量简化挖坑

47、机的结构，减少其零件数目，以降低成本。对于双螺旋叶片设计，其 直径由下往上逐渐减小，其螺旋夹角也由下往上逐渐减小，以避免钻头工作时与塘 壁发生碰撞和摩擦等情况，提高了工作稳定性。此设计可以用于绿化建设，植树造 林，也可用于其他挖坑作业，可以弥补现在的手提式挖穴机的效率低下，功能单一 的缺点。本机在用于植树造林时，节省了工时，缓解劳动力繁重的问题，降低人力， 而且机器结构简单，安装简便，使用安全可靠，操作方便，功率消耗小，稳定性好。 由于设计缺乏经验，所以总体结构还是有缺陷的，并且缺少实际生产制造和挖 穴作业试验。按照计划完成目标任务后，相信该机能够满足生产实际的需要，各项 性能指标能够达到任务

48、书的要求，具有较好的社会应用价值。此设计在设计过程中 遵循机械设计手册取用数据，若有错误，望原谅并改正。 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 23 参考文献 1 王合农业机械化与电气化J1W50（30）型植树挖坑机的研制与应用，2004，(5)：41- 42 2 于建国, 屈锦卫. 林业机械与木工设备J. 挖坑机刀片切削模型的建立及其 MATLAB 分析, 2006: 第 34 卷 第 7 期 32-33. 3 蒋泉山. 林业机械与木工设备J. 植树挖坑机的设计.2006 第 34 卷 第 5 期.24.25.28 4王永乐.机械优化设计基础M.哈尔滨：黑龙江科学出版社，1987. 5吴宗泽.罗圣国.机械设计课程设计手册第二版M.高等教育出版社，1999. 6成大先.机械设计手册M.化学工业出版社