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多功能采摘作业平台的设计【含CAD图纸和说明书】

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含CAD图纸和说明书 多功能 采摘 作业 平台 设计 CAD 图纸 说明书
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内容简介:
多功能采摘作业平台的设计 学生姓名 学 号 所属学院 专 业 班 级 指导老师 日 期 机械电气化工程学院制前 言大家都知道我们身上穿的衣服大多数都源于棉花,棉花能制成各种织物包括布料、棉纱和针织品,它既是最重要的纤维作物,又是重要的油料作物。棉花对我们的生活有非常重要的价值,棉花也是世界上最重要的农作物之一。我国最大的商品棉基地新疆,每年采摘季节,要从外省雇佣数十万劳动力抢收棉花,仅人工费用就高达8亿元,且往往劳动力不足延长了采棉期,影响了棉花的质量,妨碍了秋耕灌溉和来年的春耕生产。兵团已经实现了机械化采棉,不过目前的机械化采摘机械的采摘质量并不是很高,虽然采摘时采摘费用相对于人工采摘低,但是棉花的等级不高卖不了好价钱。大面积的西红柿和辣子等作物人工采摘速率较慢不能及时将作物采摘装车。如果设计出一个多功能采摘平台人坐在平台上采摘棉花、西红柿、辣子等作物,然后通过传动带将采摘作物传动到收集箱内,大大减轻了人们的劳动强度,且保证了作物的质量。关键词: 采摘平台;农业机械;收获目 录1概述11.1采摘平台简介11.2采摘平台的主要用途11.3 Solidworks三维建模设计简介12.平台的设计分析12.1拖拉机的性能参数12.2整机原理33采摘平台的结构设计计算43.1平台框架尺寸初定43.2框架的材料选择及重量计算53.3传输带链轮的设计53.4深沟球轴承的选择73.5键的计算校核83.6轴的设计及计算93.7轴承寿命计算123.8 轴承座的设计123.9箱体的设计143.10悬挂设计143.10锥齿轮的设计计算15总结19致 谢20参考文献21工程概况目前棉花、辣子、番茄等作物的采摘在南疆多地已实现机械化采摘,然而机械化的采摘会使作物的采摘质量相对下降。单靠人力的话又会增加人的劳动强度,使人疲劳。在这样的一个情况下,设计这款多功能采摘作业平台,此平台搭载在单缸柴油机拖拉机上,人们可以坐在平台上就不用弯腰走路那么累了,人所做的座椅是可左右上下移动的。这样就很好的适应了不同作物的行间距和高度。将采摘的作物放到一个导槽里滑倒横向传送带上,然后利用前后的传送带传送到拖拉机后方的收集箱里。1概述1.1采摘平台简介本设计所设计的采摘平台是由小四轮挂载实现平台的移动。1.2采摘平台的主要用途本采摘平台可实现棉花等如辣子、番茄等矮植作物的采摘。1.3 Solidworks三维建模设计简介Solidworks介绍Solidworks软件功能强大,组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点,使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能,同时对每个工程师和设计者来说,操作简单方便、易学易用。对于熟悉微软的Windows系统的用户,基本上就可以用SolidWorks 来搞设计了。SolidWorks独有的拖拽功能使用户在比较短的时间内完成大型装配设计。SolidWorks资源管理器是同Windows资源管理器一样的CAD文件管理器,用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks ,用户能在比较短的时间内完成更多的工作,能够更快地将高质量的产品投放市场。本次设计用到的Solidworks主要功能是:零件、装配、工程图SolidWorks提供了无与伦比的、基于特征的实体建模功能。通过拉伸、旋转、薄壁特征、高级抽壳、特征阵列以及打孔等操作来实现产品的设计。通过对特征和草图的动态修改,用拖拽的方式实现实时的设计修改。三维草图功能为扫描、放样生成三维草图路径,或为管道、电缆、线和管线生成路径。 在SolidWorks中,当生成新零件时,你可以直接参考其他零件并保持这种参考关系。在装配的环境里,可以方便地设计和修改零部件。对于超过一万个零部件的大型装配体,SolidWorks的性能得到极大的提高。SolidWorks可以动态地查看装配体的所有运动,并且可以对运动的零部件进行动态的干涉检查和间隙检测。 SolidWorks提供了生成完整的、车间认可的详细工程图的工具。工程图是全相关的,当你修改图纸时,三维模型、各个视图、装配体都会自动更新。 2.平台的设计分析2.1拖拉机的性能参数表1-1 悬挂机构的技术参数下拉杆后球铰孔径D228下拉杆后球铰宽度b238链接三角形的高度H530-680悬挂轴的长度M800上拉杆连接销直径d122销孔到台肩距离l1102上拉杆后球铰直径D122上拉杆后球铰宽度b158表1-2 拖拉机悬挂装置升降机构的特性升降机构形式液压分置式液压油泵型号CB-32型齿轮泵分配器形式型滑阀式液压油缸形式型双作用式油缸最大推力(公斤)推出7500悬挂轴的提升能力(公斤)额定1100推入6250最大1500油缸尺寸及行程(缸径*最小长度*行程)悬挂机构形式球铰接四连杆机构安全阀开启压130农具联接形式后置双轴三点悬挂表1-3 悬挂机构的技术参数下拉杆尺寸R 800上拉杆固定点坐标X2 493R1 400Y2 190下悬挂点间距M 800升降臂夹角 下拉杆固定点坐标X1 285悬挂轴变化范围h1 195Y1 -200h2 895B1 245上拉杆长度Lmin 535B2 490Lmax 800油缸固定点坐标X4 438动力输出轴坐标X5 400Y4 -264Y5 -62.5B2 154B3 0升降臂转轴坐标X3 398提升吊杆长度L1min 430Y3 340L2max 515悬挂轴在最高点与后轮外援间隙e 145拖拉机后轮半径r 760升降臂长度r1 260拖拉机后轮中心到地面的距离Rk 720r2 140表1-4拖拉机动力输出轴技术参数动力输形式半独立式位置后置离地560旋转方向(朝前进的方向看)顺时针转速(转/分)523花键公称尺寸(键数-外经*内径*键宽)8-38326花间末端到凹端距离40花键工作长度762.2整机原理如图采用传送带先将棉花等作物由两侧传送到右偏置传送带传送到后面的收集箱。图2-1 整机方案图3采摘平台的结构设计计算 3.1平台框架尺寸初定初定车体长 =4500mm;机架宽 =3000mm;车体加机架高 =1800mm。采用60x60的方管进行焊接成型。图3-1平台机架3.2框架的材料选择及重量计算矩形方管的理论重量 =6.69kg/m。估算车体框架总重量 ; (3-1)车体框架链接方式选用焊接方式。3.3传输带链轮的设计初选传输带链轮直径D=80mm,则车轮的转速应为 (3-2)由于电机转速和车轮转速几乎相同,故传动比为1。3.3.1 初选链轮齿数由机械设计表6-6查得,则从动链轮齿数3.3.2 确定计算功率 由于载荷比较平稳,由机械设计查表6-3得工况系数=1.0,因此 =0.75kw3.3.3初定中心距,确定链条链节数Lp:初定中心距,则链节数 (3-3)取Lp = 423.3.4 计算单排链所能传递的功率及链节距P由机械设计表6-5查得小链轮齿数系数Kz=1.0,选择单排链,由机械设计表6-4查得多排链系数Kp=1.0由机械设计图6.14查得长度系数=0.98故所需传递的功率为 (3-4)根据额定功率和转速查机械设计图6.13选择滚子链的型号为12A,由表6-1查得链节距P=19.05mm链标记为:12A62GB/T1243-19973.3.4 确定链实际长度 L及中心距L=LpP/1000=4219.05/1000=0.8mm(3-5) 3.3.6 计算链速 (3-6)3.3.7 计算作用在轴上的压轴力Q圆周力 F=1000/V=(10000.75)/0.11=6818N (3-7)按平均布置查机械设计取压轴力系数有 (3-8)3.3.8 .按静强度校核链条由于链条处于低速重载传动中,其静强度占主要地位。由参考文献5知,链条静强度计算式: (3-9)式中 静强度安全系数; 工况系数,查表12-2-3取;链条极限拉伸载荷,=31.1kN;有效圆周力,;离心力引起的力,其中为链条质量,可由机械设计手册表12-2-9查得:q=1.50kg/m;时,可以忽略。 悬垂力,其中为系数,由机械设计手册查图12-2-3得:,为中心距,为两轮中心线对水平面的倾角,则; (3-10) 许用安全系数,。代入数据得: (3-11)符合强度要求。3.3.9 润滑方式的选择根据链速v=0.11m/s和链节距P=19.05mm,按图6.16查得润滑方式为人工定期润滑。3.3.10 链轮的结构设计链轮的结构选为整体式,材料为45钢,热处理为淬火、回火,齿面硬度4050HRC。由机械设计手册表14.2-19查得主要结构尺寸如下图:图3-2 链轮结构图3.4深沟球轴承的选择采用深沟球轴承,深沟球轴承装配在轴头两端的固定座上轴承内径d=16mm。轴承的寿命计算 (3-12) 式中 基本额定寿命,h; C基本额定动载荷,N,对于推力球轴承为轴向基本额定动载荷,C=; P当量动载荷,N; n转速,r/min; 寿命指数,球轴承。 得到=367800小时图3-3 GBT276-94深沟球轴承3.5键的计算校核结构采用键联接,键长度l=35mm,宽度b=5mm,高度h=5mm,其余尺寸如图所示,键材料许用剪应力=100Mpa,许用挤压应力=220Mpa,键与所联构件材料相同,确定手柄上最大压力P的值。键的变形为剪切与挤压变形,与键相联的另二个构件(轴与偏心轮)受挤压作用,因三者材料相同,仅对键进行强度计算。3.5.1受力分析:由图a可知M=600P由图b可知M=10Q,即Q=60P3.5.2进行强度计算:键剪切面积A=lb=6x17mm,挤压面积A=2.5x17mm。 由剪切强度条件: (3-13) 由挤压强度条件: (3-14) 得P321N故取P292N。在运动部件中,因为长期的磨擦而造成零件的磨损,当轴和孔的间隙磨损到一定程度的时候必须要更换零件,因此设计的时候选用硬度较低、耐磨性较好的材料为轴套或衬套,这样可以减少轴和座的磨损,当轴套或衬套磨损到一定程度进行更换,这样可以节约因更换轴或座的成本。 轴套 一般起滑动轴承作用。为了节约材料根据轴承需要的轴向载荷设计轴套的壁厚。轴套有开口和不开口之分,这要根据结构的需要。一般轴套不能承受轴向载荷,或只能承受较小的轴向载荷。或加推力轴承。轴一般是圆的。 轴套一般起轴向定位作用,端部与齿轮轴承等零件以压应力接触 有时因轴要与密封圈等标准件配合,又要保证中部零件能穿过轴端,就做轴套与密封圈配合轴可以做细以保证零件穿过 轴套用在不同的场合会有不同的用途,可以轴向定位,可以减磨减振,也可以用于将轴与有害介质隔离使轴增寿耐用等3.6轴的设计及计算3.6.1选定轮轴径轴的材料选择45调质,其主要的力学性能如下:材料牌号:45热处理:调质 毛坯直径(mm):60 硬度(HBS):217255 抗拉强度MPa:650 屈服点MPa:360 弯曲疲劳极限MPa:270 扭转疲劳极限MPa:155 许用静应力MPa:260 许用疲劳应力MPa:180270备注:应用最广泛初算轴径 (3-15)式中 轴传递的功率,; 轴的转速,; (3-16)与轴的材料及相应的值有关的系数。查文献4表15-3得=118。将上述数据代入公式(3-5)得确定车轮轴的直径和长度如图3-4:1段: ,;2段: ,;3段: ,;4段: ,;图3-4 轮轴确定液压支柱支撑轴的直径和长度如图3-5:1段: ,;2段: ,;3段: ,;4段: ,;图3-5 支撑轴3.6.2 轮轴的校核这种校核计算的实质在于确定变应力情况下轴的安全程度。在已知轴的外形、尺寸及载荷的基础上,既可通过分析确定出一个或几个危险截面(这时不仅要考虑弯曲应力和扭转切应力的大小,而且还要考虑应力集中和绝对尺寸等因素影响的程度),按式求出计算安全系数并使其稍大于或至少等于设计安全系数S,既 (3-17)仅有法向应力时,应满足 (3-18)仅有扭转切应力时,应满足 (3-19)式中 按疲劳强度计算的许用安全系数;对称循环应力下的材料弯曲疲劳极限,;对称循环应力下的材料扭转疲劳极限,;、弯曲和扭转时的有效应力集中系数;、材料拉伸和扭转的平均应力折算系数;、弯曲应力的应力幅和平均应力,;、扭转应力的应力幅和平均应力,;表3-1 应力特性表循环特性应力名称弯 曲 应 力扭 转 应 力对称循环应 力 幅平均应力脉冲循环应 力 幅平均应力说 明M、T轴危险截面上的弯矩和扭矩,Nm、轴危险截面的抗弯和抗扭截面系数, NmN (3-20)N (3-21)Nm (3-22) (3-23) (3-24)查表可得满足疲劳强度要求。3.5.3 液压支柱支撑轴校核由于液压支柱支撑轴所受扭矩特别小,所以按只考虑弯矩作用情况计算。Nm查表可得满足疲劳强度要求。3.7轴承寿命计算输入端轴承寿命计算 根据文献3表13-3,取轴承的预期工作寿命轴承所受径向力 (3-25)由于轴承只受径向力,所以当量动载荷基本额定动载荷c (3-26)根据输入端内径和基本额定动载荷选择轴承类型轴承的基本额定寿命若,则轴承满足要求。表3-2 轴承参数表参数/型号NJ2217ENJ2215ENJ2220E22220CNJ2232E2321261121348221775766210/310/310/310/310/3C16044150312521123180431093.8 轴承座的设计滚动轴承盖和滚动轴承座是与轴承相配,构成一个结合体,然后装于滚动筒上,与道夫配合工件,成为梳棉机上的一个重要组成部分,滚动结合件是滚动中的一个关键零件。滚动结合件安装在滚动筒上与滚动筒一同旋转,滚动轴承盖是安装在轴承座上的滚动轴承座是重达约1吨,转速为260rpm410rpm的滚动的支承件。由于滚动轴承件伴随滚动旋转工作,又是滚动筒的支承件,因此它对于滚动与滚动墙板的同轴度、轴向压力、机件的磨损 、及滚动周围机件安装的准确性和滚动的回转平稳度都有不可忽视的影响。 根据轴承工作条件(包括载荷方向及载荷类型、转速、润滑方式、同轴度要求、定位或非定位、安装和维修环境、环境温度等),选择轴承基本类型、公差等级和游隙; 同时根据轴承的工作条件和受力情况和寿命要求。3. 考虑本次设计轴承的额定载荷和极限转速属于轻载荷。 综合考虑轴承的各个因素:极限转速、要求的确良寿命和载荷能力,最后选择圆柱滚子轴承(尺寸如图所示)。图3-6 滚轮轴承座三维图(去除轴承端盖)图3-7 滚柱轴承三维图3.9箱体的设计箱体的结构、壁厚、重量是重要的设计参考因素,这些要素与机架的连接也将会有较大的影响。图3-8存储箱3.10悬挂设计牵引点:农具牵引装置和拖拉机机体的连接点。虚牵引点:悬挂机构上拉杆和下拉杆在纵向垂直面或水平面内投影延长的交点,亦称“瞬时转动中心”。悬挂农具工作时,如果作用力的平衡破坏,农具就要绕瞬时转动中心转动。悬挂点:连接悬挂式农具和悬挂机构杆件的铰链点。在农具悬挂设计中心提到悬挂点时,常常是指铰链点的几何中心。连接三角:连接悬挂式农具的上、下悬挂点所得到的几何图形。农具立柱:通常指连接三角形的高a。悬挂轴:指悬挂农具的横梁,其两端德尔轴销与悬挂机构下拉杆的后球铰相连。(1)农具和拖拉机的联结型式牵引力:农具具有独立的行走轮。农具在运输或工作时,其重量均由本身的轮子承受。机组的稳定性好,对不平地面的适应性强。但机动性较差,金属消耗最大。多用于各种宽幅,重型农具。悬挂式:农具在运输时全部重量由拖拉机承受。重量轻,结构紧凑,机动性好,效率高。但稳定性差,使用调整较复杂,对地表的适应性不如牵引式和半悬挂式。广泛应用于各种农具,在大部分场合有取代牵引式的趋势。半悬挂式:农具有自己的行走轮,运输是承受部分重量,另一部分重量由拖拉机承受,其优、缺点介于悬挂式和牵引式农具之间,当大型、重型农具用悬挂式有困难时可用半悬挂式。根据实际情况和以上特点,所以本设计选悬挂式(2)农具在拖拉机上悬挂的位置后悬挂:特点 农具配置在拖拉机后面,增大驱动轮载荷,提高了牵引性能。拖拉机走在未耕地上,工作后不留轮辙。但不便于观察作业情况,运输时稳定性和操作性较差。前悬挂:农具配置在拖拉机前面,拖拉机走在以工作过的地面上,能满足收获机械要求,但可能使前轮负荷过大,转向费力或轮胎超载。中间悬挂:农具配置在拖拉机前、后轴之间,便于观察作业情况。但装卸费事,农具和拖拉机配套行强,通用性小。侧悬挂:农具配置在拖拉机侧面,视线好。但横向稳定性较差,不适于配带较重的农具作业。分组悬挂:农具分几组分别顺次悬挂在拖拉机侧面、前面或后面,机组稳定性较好。根据所设计还田机的特点和以上所说的特点选择后悬挂。(3)农具在拖拉机上悬挂的方法单点悬挂:农具通过拉杆与拖拉机相连,可以在垂直面内一点O自由转动,结构简单。但农具工作性能受地面起伏影响较大,不易控制。拉杆容易和拖拉机发生干涉,O点的位置选择不受限制。常在一些简易的或无专门悬挂系统的拖拉机上用。两点悬挂:两点悬挂点A、B布置在水平面内,农具绕A-B轴线转动杆件,与农具刚性连接,相当于两个单点悬挂并联。悬挂机构通常是专用的。用于没有或不宜采用三点悬挂系统的地方。三点悬挂:农具通过上拉杆和两个下拉杆与拖拉机三点相连。在垂直面和水平面内各有一个瞬时转动中心O1、O2,农具上下左右可自由运动。虚牵引点0、O1的位置不受结构限制。O在农具入土过程中位置有变化有利于农具入土。通用性好,可挂各种农具。根据本设计的要求,选用三点悬挂,因为通用性好。(4)农具工作位置的调节方式和特点根据选用悬挂的方式和还田机的特点选用高度调节原理:悬挂机构在农具工作中呈自由状态,对农具不起控制作用。农具1的工作位置由本身的支持轮2决定。调节丝杆可以改变农具的工作深度。特点:工作可靠,便于调整。农具的工作位置不受土壤阻力变化影响,耕深一致性好。支持轮有一定的仿形作用,但轮子本身滚动要消耗动力增加结构重量支持轮下方的局部起伏和下陷深度会改变农具的工作位置。3.10锥齿轮的设计计算(1)考虑到锥齿轮所受载荷较大,所以决定采用硬齿面闭式传动,大小齿轮均用20CrMnTi材料。齿面渗碳后淬火,齿面硬度5862HRC。查图得 (2)由简化计算初步选定主要参数 (3-27)(查表得)(查表得) (3-28)取 则 (与的误差不大于5%) (3-29) 大端模数 取 m=5mm 取b=34(3)校核计算1)按齿面接触疲劳强度校核(查表得)(8级精度及)(查图得)(查表得) 所以安全2)按齿根弯曲强度校核 (查图得) (查图得)(查图得) (查表得) 安全 (查表得) 安全表3-3锥齿轮的基本参数小齿轮大齿轮节锥角(分度圆锥角)大端分度圆直径85200锥距 R109.25109.25齿宽 b3434齿顶高8.118.11齿根高2.892.89齿顶高直径99.93206.35齿顶角4.25/1.524.25/1.52顶锥角27.2871.22总 结通过努力和查阅机械方面的相关资料最终设计出了此多功能采摘平台,完成了采摘平台的部分数据的校核和参数分析,设计的同时也对一些机械方面的知识有了进一步的提高和掌握,对成型机械的设计方法、步骤有了较深的认识。熟悉了轴承、轴等多种常用零件的设计、校核方法;掌握了如何选用标准件,如何查阅和使用手册,如何绘制零件图、装配图;以及设计非标准零部件的要点、方法。这次设计贯穿了所学的专业知识,综合运用了各科专业知识,从中学习到很多平时在课本中未学到的或未深入的内容。在设计的这段时间里让我认识到知识的重要性,刚一知半解是完不成设计的.所以要求我们在学习的同时注意到重点,以及对几门重要课程的温故,从中开始设计,如机械设计,机械制造工艺等等.。为了很好的完成这次毕业设计,我大量的翻阅了有关书籍,并在设计的过程中大量的运用了CAD软件进行制图,让我对此类软件的操作有了比较形象的认识,对以后接触新的软件打下了良好的基础。在图纸中发现问题,把问题形象的用图纸表达,已成为我发现并解问题的方法之一。致 谢在毕业设计制
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