毕业设计（论文）-3ZC-3型中耕除草机的设计

1、毕业设计说明书3ZC-3 型中耕除草机的设计学专院业农业工程学院机械设计制造及其自动化年级2017 级学号姓名指导教师 职称 讲师二二一年五月毕业设计中文摘要3ZC-3 型中耕除草机的设计摘要如今我国的除草方式主要是化学除草和人工除草，化学除草虽然除草效果好但容易污染土壤，危害人类健康，人工除草又效率太低，而机械式除草既不污染环境而且除草效率也高，是一种值得推广的的除草方式。但现在国内除草机械类型较少而且普遍除草效率低下且伤苗率较高。针对国内除草机械的这些问题，便展开了适合大豆作物定苗期除草的 3ZC-3 型中耕除草机的设计。该中耕除草机主要由地轮，机架，除草工作部件，地面仿形机构等几部分组成

2、，主要对定苗前的大豆作物进行除草和松土作业。除草工作部件包括松土铲、回转式梳齿盘，地面仿形机构采用平行四杆仿形机构，在机架后置仿形轮提高除草机作业稳定性。整机由拖拉机带动，地轮转动提供动力带动回转式梳齿盘转动，达到除草目的。该 3ZC-3 型中耕除草机不仅可以有效提高除草率降低伤苗率，而且还可以起到疏松土壤，软化土壤的作用，从而降低因杂草造成的粮食损失并增加农作物产值。关键词：中耕除草；仿形机构；大豆；回转式梳齿盘毕业设计英文摘要The Design of 3ZC-3 Medium Tillage WeederAbstractNowadays, the main weeding methods

3、 in China are chemical weeding and artificial weeding. Although chemical weeding has good weeding effect, it is easy to pollute the soil and harm human health, and the efficiency of artificial weeding is too low. However, mechanical weeding does not pollute the environment and has high weeding effic

4、iency, so it is a weeding method worthy of promotion. But now there are few types of weeding machinery in China and the weeding efficiency is generally low and the rate of seedling damage is high. In view of these problems of domestic weeding machinery, the design of 3ZC-3 medium tillage weeding mac

5、hine suitable for soybean crop weeding at fixed seedling stage was developed.The medium tillage weeder is mainly composed of ground wheel, frame, weeding working parts, ground copying mechanism. It mainly carries out weeding and soil loosening operations on soybean crops before planting. The weeding

6、 working parts include a loose soil shovel and a rotary comb tooth disc. The ground copying mechanism adopts a parallel four-bar copying mechanism. The copying wheel is installed behind the frame to improve the operation stability of the weeding machine. The whole machine is driven by the tractor, a

7、nd the ground wheel rotates to provide the power to drive the rotary comb tooth disc to rotate, so as to achieve the purpose of weeding. The 3ZC-3 medium tillage weeder can not only effectively improve the rate of sloppy removal and reduce the rate of damaged seedlings, but also play the role of loo

8、sening the soil and softening the soil, so as to reduce the grain loss caused by weeds and increase the output value of crops.Keywords:Intertillage weeding; Copying mechanism; Soybean; Rotary comb tooth disc目录1 绪论11.1 研究目的与意义11.2 国内外研究现状21.2.1 国内研究21.2.2 国外研究31.3 研究内容及技术路线41.3.1 研究内容41.3.2 技术路线图52 技

9、术任务书62.1 技术要求对中耕机的技术要求62.2 设计依据72.3 整机结构及主要参数72.3.1 整机结构72.3.2 工作原理82.3.3 主要参数83 设计计算说明书93.1 除草单体的设计93.1.1 梳齿盘的设计93.1.2 松土铲的设计123.2 仿形机构的设计123.3 机架的设计133.4 传动系统的设计143.4.1 除草装置工作阻力的确定和计算143.4.2 所需功率和传动效率153.4.3 传动装置传动比分配163.4.4 轴的转速及功率计算163.4.5 带传动的设计163.4.6 齿轮的设计183.4.7 轴的设计233.5 关键零部件的校核244 使用说明书26

10、4.1 产品型号及名称264.2 整机结构264.3 主要参数274.4 操作说明书274.5 保养与维护275 标准化审查报告28结论29参考文献30致谢31山西农业大学农业工程学院本科毕业设计3ZC-3 型中耕除草机的设计1 绪论1.1 研究目的与意义中耕除草在我国的农业耕作中是非常重要的一个环节1。中耕的意思是深松土壤，除去行间和株间的杂草，提高土壤质量，保存水分，防止水分挥发。起到蓄水保墒的作用。除此之外，还可以增加土壤中的氧含量，增加土壤中的透气性，使作物更加健康的生长。保证作物的高产值。例如大豆在幼苗期进行中耕除草作业，可以使大豆幼苗存活率升高，而且还能促进一部分有利于作物生长的益

11、生菌的活动，由此改善大豆的生长环境，增加产值1。如今我国的主要的除草方法依旧还是化学除草法，通过喷洒农药除去杂草。化学除草法除草虽然方便快捷，经济效益较高，但是总是会产生大量的有毒化学残留，这些化学残留会渗入地下造成地下水污染，从而造成严重的环境污染，对人类绿色生活也会有着很大的负面影响。同时，在我国很多偏远农村地区也依旧还是传统的人工除草方式，不仅费时费力，更加不能保证除草率，如何将机械除草推广至广大农村地区这是我们必须要思考的一个问题，而这就要求去设计一款价格低廉，操作简单，符合广大农村地区经济现状的除草机。本研究着重放到旱地类中耕除草机的设计，将机械除草方式代替现有的化学除草和人工除草，

12、推广这种高效高回报并且绿色环保的农耕除草方式。如今的机械除草多采用各式各类的铲式除草，作业时除草率往往得不到保障，而且还容易伤苗，作业效率也比较低，所以开发一种新型的中耕除草机械显得迫在眉睫。着眼于此，本研究展开了 3ZC-3 新型中耕除草机的设计。本研究主要按照农艺要求，将我国现有的中耕除草机具及技术整合并运用起来，借鉴过去几十年来农耕旱地除草机械的发展经验，为了解决中耕除草过程中杂草不易除净，伤苗率较高的问题，设计 3ZC-3 型中耕除草机，将松土、除草集为一体，主要用于大豆等作物苗期或定苗前的中耕除草作业。1贾鹏煊:3ZC-3 型中耕除草机的设计1.2 国内外研究现状1.2.1 国内研究

13、我国的农业除草机械发展起步于上世纪中叶，在新中国成立初始，除草方式还停留在人力蓄力的人工除草，通过镰刀或者手动拔除。只有在大型农场才有机械除草的存在，但依旧很多还是人力蓄力驱动。随着我国经济发展，农耕除草也逐渐摆脱了人工除草和牲畜拉动除草方式，逐渐转化为小型手推式除草机，并向小农个体户普及开来。然而大型的农耕机械依然寥寥无几。自改革开放以后，我国也开始了农业机械产业化变革，农耕机械也得到了更新换代，并细分为了苗间除草机械和行间除草机械两大类。行间除草机械分为很多类型，分别有弹齿式，旋转圆盘式，链轮式等几种，大多行间除草机械主要除草部件就是几种常见的除草铲：单翼铲、双翼铲等等3，当然还有梳齿式旋

14、转类除草器，但大多旋转式中耕除草被应用于苗间除草。苗间除草机械也有很多类型，一般根据旋转除草部件与机架的铰接方式和与地面相对的运动角度进行区分。即便随着科技发展我国农耕机械领域也有着很大的进步，但与国外相比还是类型较少，需要继续持之以恒的研究与开发。由于我国的梳齿类除草机械类型较少，而且除草率普遍不高，还容易伤苗。鉴于国内的这种情况，吉林农垦农业工程大学研发了一种弹齿与梳齿类除草器相结合的除草机，此种除草机适用于作物苗期作业，它的除草原理是通过梳齿排在垂直式回转机构的并列排布，左右各安装一个梳齿排，通过地轮传动系统一上一下进行除草工作，除草效率高，而且不易伤苗4。此中耕除草机的结构简图如图 1

15、 所示。图 1 弹齿式除草机42山西农业大学农业工程学院本科毕业设计青岛红珠农业机械有限公司在近年来研发了一款农作物中耕培土除草机，它的创新之处在于提供了一种新型的除草机械传动系统，将主传动轴连接在地轮上，通过变速箱进行传动，并将培土刀连接到齿轮箱，通过凸轮将回转运动变为往复直线运动，然后带动培土刀往复切割土壤，由此可以借鉴此类传动系统运用到除草部件上。1.2.2 国外研究国外除草机的发展从二十世纪中叶就开始了，国外除草机械的发展比我国要起步早，在我国刚引入机械除草技术时，美英等科技强国已经有了一套成熟的农耕机具研究理论。并随着科技发展，各种不同类型的除草机械也应运而生，美国在七十年代初始已经

16、有了大型的旋耕机械除草机，适用于美国大部分平原地形，能够很好的满足大型平原类地区中耕除草作业要求，而且除草效率高。例如：美国乔斯戴尔公司生产的 ZX630 旋耕盘式除草器，除草效果好，而且消耗功率低，它的主要耕作部件是旋转式，以至于在除草作业过程中并不会产生类似秸秆堆积，堵塞齿缝的一系列问题，使得除草机具使用寿命得到了极大地延长5。我国的邻国日本也在中耕机械的研发上有长足的发展，由于日本是岛国，耕地面积比较有限，很少有大型的平原类耕地，所以日本的除草机械都比较小型化，适用于家庭式农耕经济，最常见的是后排草骑乘式除草机，外形酷似迷你版的拖拉机，除草装置固定在骑乘机底部或者尾部，一般为往复滚刀式除

17、草。如今日本的除草机械已经朝着智能化自动化的趋势发展。在大阪地区已经出现了无人微型除草机器人。我国更应该借鉴日本的除草机经验，努力发展我国的除草机械，实现自主研发，长足进步。国外除草机虽然技术先进，可靠性高，但存在价位过高，产品品种与功能不能完全适合中国农艺发展的需求等一系列问题。为此，如何从我国国情出发，进一步完善中耕培土除草技术，设计一种效率较高、除草效果好、伤苗率低的除草机尤为重要5。3贾鹏煊:3ZC-3 型中耕除草机的设计1.3 研究内容及技术路线1.3.1 研究内容本研究通过借鉴各类除草机具的优缺点，针对大豆苗期除草选择各类与之相适应的工作部件进行设计、装配、组合。该中耕除草机集除草

18、、松土为一体，高效率高质量的完成除草工作，有效提高除草率。还可提高土壤活性增加作物产值。其主要研究内容如下。（1） 关键零部件设计与计算1） 除草装置：设计除草装置为回转式梳齿盘结构，一个除草单体装两组梳齿盘对称结构，除草部件为三个并列的除草单体组成。2） 中耕松土装置：深松土壤的功能由除草机上的松土铲实现，设计松土铲为凿形松土铲，在机架上三组并列安装并对称分布。3） 传动系统：由拖拉机带动除草机作业，将地轮通过带传动和齿轮传动将动力传输到除草工作部件中。在行进过程中地轮通过与地面摩擦转动来提供动力，由此带动回转式除草器转动进行除草作业。4） 地面仿形机构的设计：设计地面仿形机构类型为平行四杆

19、仿形机构，平行四杆仿形机构置于地轮后，与机架上的除草部件相连，保持作业稳定性。5） 与拖拉机相连的悬挂装置、机架等设计。（2） 系统集成集成除草装置、松土机构、地面仿形机构等的设计结果，在研究其空间位置关系和传动系统的基础上，完成 3ZC-3 型中耕除草机的总体设计和结构布局，形成完整的技术图纸。4山西农业大学农业工程学院本科毕业设计1.3.2 技术路线图本研究的技术路线图如图 2 所示。图 2技术路线图5贾鹏煊:3ZC-3 型中耕除草机的设计2 技术任务书2.1 技术要求对中耕机的技术要求（1） 对中耕机的技术要求1） 构造简单，操作方便，重要部件易拆卸和维修。2） 进行中耕除草工作时稳定性

20、好，容易上手。3） 与拖拉机连接简单，便捷。4） 可根据作物耕种要求调整主要部件进行作业6。（2） 对中耕除草主要部件的性能要求中耕除草主要部件的性能要求是在中耕作业中除去杂草，疏松土壤，以提高作物产值。中耕除草机需要进行结构设计来符合作业要求的植株类型、地形地貌和土壤干湿度等，在除草作业中需能够除净杂草，防止秸秆堆积缠绕。还需松碎土壤，翻土覆土，提高土壤活性。保持土壤性质稳定不发生紊乱。由以上要求来缜密选择主要工作部件的类型。（3） 对除草机工作部件在机架上的安装定位和铰接的要求机架主梁应平直，在误差区间范围内保证除草机作业时的工作稳定性。地轮轴心线应与主梁平行，倾斜度误差不允许超过 3mm

21、。平行四杆仿形机构的对称面应和主梁的垂直度公差保持在 10mm 左右。以保证除草机可以适应凹凸不平的土壤表面的起伏；悬挂状态时，各个仿形机构的底面要位于同一水平面。除草工作部件的安装高度要高于松土部件以保证高除草率。（4） 对护苗带的要求由于除草工作部件需进行范围性除草作业，难免会损伤幼苗。这里为了降低伤苗率便需要确定护苗带。在作物苗期进行中耕除草作业时，除草机需要限制工作幅度，保留出一定的宽度以保护幼苗不被损伤。护苗带的选择则取决于除草机本身体积大小和工作幅度的大小。因此，除草工作部件在机架上安装高度和偏斜角度需根据地形情况和幼苗生长情况进行选择与分析。6山西农业大学农业工程学院本科毕业设计

22、2.2 设计依据（1） 要求 3ZC-型中耕除草机作业时的工作行距为 3 行，适用于大豆定苗前的除草工作。（2） 耕深要求符合除草工作部件的作业要求，一般取 820cm 为范围。（3） 土壤松碎程度需要求松碎后土块的大概半径不超过 20mm。（4） 在中耕作业中除草部件作业范围内的杂草率不高于 20%。2.3 整机结构及主要参数2.3.1 整机结构本除草机集除草、松土于一体，整机是通过三个单体除草工作部件组合而成,整机构造如图 3 所示，通过这三个工作单体的连接进行中耕作业。设计原理是根据大豆等作物的苗期情况，还有耕种地形，行间距等属性设计出机架结构和仿形结构。在行进过程中地轮通过与地面摩擦转

23、动来提供动力，由此带动回转式除草器转动进行除草作业。机架设计为悬挂装置用于连接拖拉机，然后根据机身长度和中耕作业所需耕作深度安装松土铲。松土铲安装在回转式除草器和地轮之间，也是在行进过程中入土并进行深松作业，松土铲分布三组进行排列，用于行间的松碎土工作。回转式除草器排列方式也是规则排布，并在水平面呈对称式结构8。1.地轮 2.仿形轮 3.悬挂梁 4.单体梁 5.平行四杆机构 6.松土铲 7.梳齿盘图 3 3ZC-3 型中耕除草机整机构造图7贾鹏煊:3ZC-3 型中耕除草机的设计回转式除草器被固定在机架上的一处悬挂架上，旋转除草时通过调整梳齿盘与地面的倾斜角度来调整除草幅度。当拖拉机在田间带动作

24、业时，回转式除草器也通过中心轴进行转动，完成苗间的除草。设计平行四杆仿形机构与机架铰接，后置仿形轮，以保证除草机进行除草作业时的工作稳定性，这样也可以减少除草机的不必要的磨损从而延长使用寿命，更能保证除草率。2.3.2 工作原理工作时通过拖拉机的带动，地轮在与地面摩擦进行滚动从而将动力通过齿轮传递到带轮主动轮所在的轴，然后在通过带传动将动力传递至锥齿轮所在的轴，通过锥齿轮使水平旋转运动变为竖直回转运动，然后将动力传递给回转式除草器，带动回转式除草装置旋转工作，其中需要计算并选择各个传动部件所需传动比从而使回转式除草器可以在符合耕作要求条件下进行除草作业9。2.3.3 主要参数3ZC-3 中耕除

25、草机的主要参数见表 1。表 13ZC-3 中耕除草机的主要参数项目单位技术参数配套动力工作幅宽深松深度作业速度kW mm mmkm/h2229120015001202802.73.2作业行数行3除草行距mm400500除草装置结构梳齿盘梳齿盘齿数个10深松铲凿型仿形机构平行四杆仿形8山西农业大学农业工程学院本科毕业设计3 设计计算说明书3.1 除草单体的设计3.1.1 梳齿盘的设计（1） 结构设计设置除草部件为回转式除草器，其结构采用梳齿盘型，通过传动系统将地轮转动所产生动力并通过带传动传递到梳齿轴实现除草器回转运动达到除草目的。通过拖拉机的行进速度大约为 2.73.2km/h，设计传动比为

26、0.43。在一个除草单体上有两个梳齿盘与地面呈一定角度相对转动，在梳齿轴上设置三个并列的除草单体，达到范围除草效果。除草部件的结构图如图 4 所示10。9（2） 梳齿的运动规律图 4除草部件除草部件进行工作时，考虑到单体部件的作业范围，并保证总体的除草率，需要设计梳齿盘的运动规律，设梳齿盘的半径为 R，并绕其所在轴轴心转动的角速度为，且通过拖拉机带动以速度 Vm 向前作业。其大概轨迹构成螺旋线。其轨迹图如图 5 所示。贾鹏煊:3ZC-3 型中耕除草机的设计图5梳齿盘运动轨迹图中 x,y,z 分别为梳齿盘在机具前进过程中三个方向的运动轨迹，这里设梳齿盘的运动半径为 R，它在运动中的角速度为，随着

27、拖拉机的行进的运动时间为 t，则其参考方程为1310x = Vmty = Rcoswtz = Rsinwt则梳齿盘的运动轨迹在水平面上的轨迹方程可得Y = Rcos w xvm（1）（2）（3） （3）（4） （4）通过此式可看出梳齿盘运动轨迹的曲线类型，规则排布。并且各组曲线之间相隔距离恒定，由此可通过公式f= 2p（N 为梳齿总数）计算分析它的曲线轨迹，得出两曲线N之间的相位之差。（3） 梳齿在梳齿盘上均布半径查找相关文献可知，轴上与地面的倾斜角度呈 20°30°时，除草效果最好。由回转式除草部件的进行除草运动的工作机理可知，梳齿盘耕深取 h=1528mm 最合适,如果

28、耕深超过这个范围时更容易增加伤苗率，小于这个范围时又不能保证除草率和除草效率。保持梳齿盘稳定的耕深程度，应尽量在合理范围内增大梳齿盘覆盖的苗带宽度，则可以使得苗间除草更加干净。设梳齿盘梳理苗带宽度为 W，轴上与地面倾斜角度山西农业大学农业工程学院本科毕业设计为a。忽略因地形等各种因素的影响，由中耕除草机除草作业要求可知，梳齿苗带宽度需为 W120mm，才可符合作业要求。11本设计取 R=120mm。（4） 梳齿盘转速W = 2Rcosa（a= 30° ）（5）即 R ³ 69.25mm梳齿盘的运动转速系数控制根据国内相关学术文献及实验，在进行苗间除草技术工艺操作过程中，设梳

29、齿盘的运动旋转速度为 Vy，在除草过程中一定工作时间内，梳齿盘的运动速度 Vy 对于苗间除草的工艺性能以及除草伤害出苗率这两个主要指标的质量影响很大。随着运动速度的逐渐增大，梳齿对苗地周围表土的土壤冲击力逐渐由小变大。即便可以有效除去杂草，但苗地受到梳齿伤苗的伤害概率逐渐增大。Vy 一般不可超过4m/s，常用 2.5 m/sVy3.2m/s。过大时的冲击能力增大，增加了伤苗率14。又有V = R ×w= pnRY30（6）把 R=0.12m，2.5m/sVy3.2m/s 代入得：200r/minn254r/min。（5） 梳齿数目梳齿盘上均匀分布的梳齿数目计算 ：设一组梳齿构件分布的

30、齿数为 Z，齿数均匀分布且其各个齿数距离值设为 a。设一组梳齿且在单位时间内所走过的距离为 S1，并且其距离应与该梳齿的平行运动方向轨迹相等。则有公式Vm =Zan 20000（7）Z = ZH + H / a -1式中ZH 一个螺距内的齿数（常取ZH =710）；（8）a 齿迹距（根据农艺要求确定，常数a=5070mm），这里设H/a=3。由以上式子我们可清楚地看出，前进的梳齿速度与梳齿盘上梳齿齿数、间距和梳齿盘转动速度三者之间成正比关系。根据中耕作物实验要求，一个螺距内梳齿之间的距离 a=5070mm（由整机运动速度可知，梳齿盘运动速度应取大值），把相关数值代入上式得：9Z12，经工艺实验

31、结果分析后可确定每个梳齿盘上的梳齿数Z=10。贾鹏煊:3ZC-3 型中耕除草机的设计则最终梳齿盘简图以及三维示意图如图6所示。（a）结构示意图（b）梳齿盘三维模型图图 6梳齿盘3.1.2 松土铲的设计松土铲类型选用凿形松土铲，由主要的尖式铲头和圆滑形刚性铲柄两部分组成。凿形松土铲的入土能力比较好18。松土铲在三行苗株间对称分布， 每个松土铲工作幅度为 5060mm ， 铲柄L=200250mm。松土铲结构见零件图 7。（a）结构示意图（b）松土铲三维模型图图 7松土铲3.2 仿形机构的设计中耕除草机在进行作业时，仿形机构必须保证作业的稳定性，使除草部件耕深一定，这样才能保证除草率，并减少在除草

32、作业中伤苗的情况，也可减少机械磨损，延长除草机使用寿命。中耕除草机现在的仿形结构多采用垄沟仿形，它的优点是机构简单，仿形12山西农业大学农业工程学院本科毕业设计轮在运动过程中不易伤苗，但不适用于垄沟不平整，凹凸不平的地形，并且仿形精度也较低。该机仿形机构采用平行四杆仿形机构，将四杆机构与机架相铰接，后置仿形轮，更大程度适应地面凹凸不平的情况，使耕深距离一定，更好除尽杂草18。在进行除草作业时，当作业过程中后仿形轮在崎岖不平的地面行走时，仿形轮的上下摆动会带动连杆机构绕着摆杆随仿形轮同向摆动，以至于保证连接机架的单体梁可以更小幅度的摆动，实现除草机的稳定作业。并且能够通过改变四杆机构上摆杆与地面

33、角度调整耕深，更好的进行中耕除草作业。平行四杆机构的结构示意图与三维模型图如图 8 所示。（a）结构示意图（b）梳齿盘三维模拟图图 8 平行四杆机构示意图3.3 机架的设计其中机架的主要构成是：悬挂架和单体梁，悬挂架又分为上悬挂架和下悬挂架。上下悬挂架都与拖拉机相连接构成悬挂装置。机架结构如图 9 所示。1.单体梁 2.螺栓 3.连接面板 4.下悬挂架 5.上悬挂架图 9 机架示意图13贾鹏煊:3ZC-3 型中耕除草机的设计3.4 传动系统的设计工作时通过拖拉机的带动，地轮在与地面摩擦进行转动，然后通过齿轮进行变速，再通过带传动将动力传递到锥齿轴，通过锥齿轮使水平旋转运动变为竖直回转运动，然后

34、梳齿所在轴带动除草器旋转进行除草作业。选用拖拉机功率为 2229kW，则机具的前进作业速度范围为 2.73.2km/h，设计机具前进速度为 3km/h，地轮的直径为 400mm。由计算可得地轮的转速为 66.7r/min。则在齿轮传动与带传动后传递给梳齿盘转速为 155r/min。计算可知，传动比为 0.43。传动系统示意图如图 10 所示。1.大齿轮 2.小齿轮 3.带轮 4.锥齿轮图 10传动系统示意图3.4.1 除草装置工作阻力的确定和计算除草机在进行中耕除草作业时，会受到地面与地轮的摩擦力，还有松土铲进行深松土壤的过程中遇到的阻力。设与地面摩擦力为 F1，阻力为 F2 。计算过程如下（

35、1） 与地面摩擦力 F1除草机整体质量大概为 120kg，设整机与地面的摩擦系数为 f，F1=fmg。参考农业机14山西农业大学农业工程学院本科毕业设计械设计手册可知，中耕除草机在除草作业中与地面摩擦系数一般取 f=0.5，则 F1=600N。（2） 松土铲所受到的阻力 F2设松土铲单位时间内在进行深松土壤作业中的切面积为 S，设计松土铲铲头部分的倾斜角与水平面夹角为。15式中i松土铲的个数，取 2；F2 = i ×s× SS = hb / sing（9）（10）松土铲作业切应力（0.931.23N/cm2），取 1N/cm2； S松土铲单位时间的切面积，m2；h松土铲的入

36、土深度，取 30mm；b松土铲的作业范围，取 56mm。代入计算得 F2=1385.6N。3.4.2 所需功率和传动效率由 P=nT/9550，或 P=FV，T=FL 计算功率。（1） 设地轮转动的功率为 P1P1 = F1 ´V = 600´1 = 0.6kW（11）（2） 松土铲的功率为 P2P2 = F2 ´V = 1358´1 = 1.38kW（12）（3） 传动系统各部分的效率查机械设计手册可知V 带的工作效率为h1 = 0.96 。深沟球轴承轴承工作效率h2 = 0.97 。 圆柱齿轮传动的工作效率为h3 = 0.97 。贾鹏煊:3ZC-3

37、型中耕除草机的设计3.4.3 传动装置传动比分配16（1） 由地轮到梳齿轴的传动比i = n地 / n梳 = 0.43（13）（2） 地轮传动、锥齿轮传动与带轮传动的传动比分配i = i地 ´i皮 ´i锥 = 0.43´1´1 = 0.43（14）3.4.4 轴的转速及功率计算（1） 地轮轴、变速轴、锥齿轴的转速的计算n0 = 66.7r / minn1 = n0 / i齿 = 66.7 / 0.43 = 155r / min n 2 = n1 / i皮 = 155 /1 = 155r / min（15）（16）（17）（2） 各轴输入功率P0 = nT

38、 / 9550，T = FR ,故 P0 = 0.83kW（18）P = Ph2h = 0.758kW（19）10 2 3P2 = P1h1h2 = 0.706kW（20）3.4.5 带传动的设计（1） 带型的设计查机械设计手册可知，设计带型为普通 V 带 A 型。（2） 带轮的设计带传动的功率为 0.758kW，查机械设计手册可知，设计带轮的直径为 100mm。（3） 带轮的速度V = pdd1n160 ´1000将dd1 = 100mm, n1 = 155r / min ，代入得 V=0.812m/s。（4） 两带轮间距由机架长度和构造确定两带轮的间距a0。（21）山西农业大学农

39、业工程学院本科毕业设计0.7(dd1 + dd2 ) £ a0 £ 2(dd1 + dd2 )计算可得 140mma0400mm。取两带轮间距为 100mm ，则（22）18p(d- d)2计算可得 L=914.2mmL0 = 2a 0 +(dd1 + dd 2 ) + d1d 224a0（23）取 Ld=900mm，计算两带轮距离为： a » a0+ Ld - L0 = 3062。（5） 设计带传动中带的根数，设根数为 ZZ =Pca(P0 + DP0 )KaKL（24）式中： Ka包角系数，取 180°；KL 长度系数，取 1.04；P0 带传动的额

40、定功率，取 0.74kW；DP0 功率增量，取 0。计算可得 Z=1.06，取 Z=1。（6） 传动带的力 F0F = 500 PC ( 2.5 - 1) + qv 2（25） a0zv K式中： Pc 带传动的功率，为 0.758kW；z 带的根数，取 1；q带的单位长度的重量，取 0.1N。计算可得 F0=700.1N。（7） 带轮轴上载荷的计算计算可得𝐹𝑟=1400.2N。Fr = 2ZF0 sina（26）贾鹏煊:3ZC-3 型中耕除草机的设计（8） 其他数据的计算查表得取带轮轮缘宽 B=18mm，dd1=dd2=100mm。3.4.6 齿轮的设计（1）

41、 齿轮精度和齿数的选择1） 地轮轴上的齿轮选用直齿圆柱齿轮。2） 选齿轮精度为 7 级精度。3） 由机械设计手册查的，可选择小齿轮为 40Cr，硬度为 280HBS,大齿轮材料选择 45 钢，硬度为 240HBS。4）选高速级小齿轮数为Z 1 =24，大齿轮数Z 2 =24/0.43=54.5，取Z 2 =55。（2） 按齿面接触强度设计1） 由公式19d ³2KT1 ´ u ±1 ´ ( ZH ZE Ze )2（27）fu1tddH 2） 查机械设计手册，载荷系数为 K=1.3。3） 计算小齿轮转矩95.5 10 P4´6T1 = 1 = 5

42、.0 ´10n14）查机械设计手册，齿宽系数𝛟d = 0.5。5） 计算区域系数N × ma = arcosz1cosa = arcos 24 ´ cos20° = 29.841°a（28）a11+ 2h*24 + 2 ´1za = arcos z2cosa = arcos 55´ cos20° = 24.9°aza22+ 2h*55 + 2 ´1（29）e = z (tana- tana' )+ z (tana- tana)1a1a2a 22p（30）= 24 

43、0; (tan29.841° - tan20°)+ 55´ (cos27° - tan20°) = 1.672p山西农业大学农业工程学院本科毕业设计204 -ea34 -1.673Ze = 0.881（31）6） 查机械设计手册得齿轮的弹性影响系数 ZE=189.8MPa。重合度系数Ze4 -ea3Ze =4 -1.673= 0.881（32）7） 计算接触疲劳许用应力dH H查的小齿轮的接触疲劳强度极限s= 600MPa ，大齿轮的接触疲劳强度极限lim1sH lim2 = 550MPa 。应力循环次数 N2=3.2×107，N1=

44、7.4×107.取接触疲劳寿命系数K HN 1 =0.96，K HN 2 =1计算接触疲劳许用应力取失效概率为 0.01，安全系数 S=1，有公式得s = KHN1 ´slim1 = 576MPa（33）H 1Ss = KHN 2 ´slim2 = 550MPa（34）8） 计算小齿轮分度圆直径计算可得 d1t77.35mm。H 2S9) 计算圆周速度VV =pd1t n160´1000= 0.63m/s（35）10) 计算齿宽 bb = fd ´ d1t = 38.67mm（36）11） 计算实际载荷系数 KH。贾鹏煊:3ZC-3 型中耕除草

45、机的设计a. 查表得使用系数 KA=1。b. 根据 v=0.63m/s，7 级精度，查表得动载系数 KV=1.04。21c. 齿间载荷分配系数KH。Ft1= 2T1 = 1.20 ´103 Nd1t（37）K F1´1.2 ´103 A t1 =b77.53= 15.47N / mm < 100N/mm12） 查表得齿间载荷分配系数 KHa = 1.2 。a. 由表用插值法查得 7 级精度，小齿轮相对非对称布置时的齿向载荷分布系数KHb = 1.32 。由此得到实际载荷系数KH = KAKV KHaKHb = 1.2 ´1.04 ´1.2

46、 ´1.32 = 1.65（38）3b. 按实际载荷系数算得的分度圆直径：d1H= d1t1.65KHKHt=´=77.53 383.73mm1.3（39）Hc. 及相应的齿轮模数13） 模数的计算，即m= d1H z1= 83.73 = 3.49mm 24（40）a. 试选 KFt = 1.3b. 重合度系数。mt ³32KFtT1YeYFaYSaj Z s2d 1FY = 0.25 + 0.75 = 0.25 + 0.75 = 0.699（41）（42）c. 计算YFaYSasFeae1.67山西农业大学农业工程学院本科毕业设计d. 查表得齿形系数e. 应力修

47、成系数YFa1 = 2.65，YFa2 = 2.30YSa1 = 1.58；YSa2 = 1.7222e.查表得小齿轮和大齿轮的齿根弯曲疲劳极限分别为sFlim1 = 500MPa，sFlim2 = 320MPaf.查表得弯曲疲劳寿命系数KFN1 = 0.85，KFN 2 = 0.9取弯曲疲劳安全系数S=1.4，得s = KFN1sFlim1 = 0.85´ 500 MPa = 304MP（43）F 1S1.4s = KFN 2sFlim 2 = 0.9 ´ 320 MPa = 206MPa（44）14） 试算模数F 2S1.43 2KFtT1YeYFaYSaj Z s2d

48、1F32 ´1.3´ 4.67 ´104 ´ 0.699 ´ 0.01920.5´ 242mt ³= 1.80mm15） 调整齿轮模数 a.圆周速度vd1 = mt z1 = 0.35m / s(45)b.齿宽 b.v =pd1n160 ´1000= p´ 43.2 ´155 = 0.35m / s 60 ´1000(46)b = fd d1 = 0.5´ 43.2 = 21.6mm(47）c.宽高比ath = (2h* + c* )m= (2 ´1+ 0.25)&

49、#180;1.8 = 4.05mm(48)16） 计算实际载荷系数 KFa. 根据 v=0.35m/s，7 级精度，查得动载系数 Kv=1.02。贾鹏煊:3ZC-3 型中耕除草机的设计23b. 由Ft1= 2T1 / d1= 2 ´ 5´104 / 46.2 = 2.16 ´103 N(49)KAFt1/ b = 1´ 2.16 ´103 / 46.2 = 46.7N / mm < 100N/mm(50)c.查表可得齿间载荷分配系数KF = 1.2，用插值法查得KH = 1.315，结合b / h = 5.33，得KFb = 1.47 ，

50、则载荷系数为：KF = KAKV KFaKFb = 1´1.02 ´1.2 ´1.47 = 1.8(51)17） 算得的齿轮模数：mF= mtKF3KFt.1.8= 1.8´ 3= 2.01mm 1.3(52)及相应的小齿轮分度圆直径d1F = mF z1 = 2.01´ 24 = 48mm取由弯曲疲劳强度算得的模数 2.01mm，并就近圆整为标准值 2mm，安接触疲劳强度算得的分度圆直径d1 = 43.2mm ，算出小齿轮齿数z1 = d1 / m = 22 1取z1 = 22 ，大齿轮齿数z2 = uz1 = 22 / 0.43 = 51

51、。17）几何尺寸计算 a.计算分度圆b.计算中心距d1 = z1m = 22´ 2 = 44mm d2 = z2m = 51´ 2 = 102mma = d1 + d2 = 44 +102 = 73mm(53)(54)(55)22c.计算齿轮宽度b = fd d1 = 0.5´ 44 = 22mm(56)为了保证设计齿宽 b 和节省材料，一般将小齿轮略为加宽 5 到 10mm，即取b1 = 27mm，b2 = 22mm。山西农业大学农业工程学院本科毕业设计3.4.7 轴的设计现在进行轴类零件的设计，由于带传动时的大小带轮的直径相似，即传动比也相似，所以在设计校核时

52、只需要对一根轴进行校核就可以了，并且其他的轴类的工作强度相较于回转式除草部件的轴不大而且要求不高，所以只需要对回转式除草部件的锥齿轴进行校核就可以了。轴的结构设计需满足这几个要求：轴和装在轴上的零件需要有准确的工作位置。（1） 计算锥齿轴上的功率、转速和力矩P2 = 0.706kWn2 = 155r / minT = 9550000 P2 = 4.6 ´104 N × mm2n24（2） 计算锥齿轴的直径由公式2Pd2 min ³ A0 32n2(57)查机械设计手册可取 A0=110，计算可得d2min = 18.23mm。（3） 确定轴的各段直径和长度锥齿轴的零件示意图如图 11 所示。图 11 锥齿轮示意图1） 初步选择滚动轴承，根据载荷方向可以选用只承受径向力的深沟球轴承。根据作业要求且参照轴的最小直径，可以选择尺寸为 20×42×