室内松土机的结构设计

摘要目前各地区都普及了室内种植技术，但农业机器重心还是在大型机器上，对于狭窄地区机器使用效果差，只能依靠人工来松土作业，费时费力，人工效果不理想等问题，一款室内松土机的推出，可以有效解决上述问题。通过调研目前市场及客户需求，研究分析出链轨式、圆盘式、旋耕式三种松土方案，经综合对比分析旋耕式可以更加高效便捷针对性的室内松土。旋耕式松土机的执行部分采用了旋耕刀安装在刀轴上，旋转运动进行作业，从而实现松土效果。利用SolidWorks软件对室内松土机进行三维可视化建模，直观地展示了室内松土机的结构。该室内松土机可以很好地完成松土适应狭窄地块松土任务，相对于传统的人工松土方式具有效率高、安全及方便等特点。关键词：松土机；SolidWorks；旋耕刀AbstractAtpresent,indoorplantingtechnologyiswidelyusedinvariousregions,butforlargeagriculturalmachinerywithafocusonnarrowareas,theuseofmachinesispoorandcanonlyrelyonmanuallooseningoperations,whichistime-consumingandlaborious.However,themanualeffectisnotideal.Thelaunchofanindoorlooseningmachinecaneffectivelysolvetheaboveproblems.Byconductingresearchonthecurrentmarketandcustomerneeds,wehaveidentifiedthreetypesofsoillooseningsolutions:chaintrack,disc,androtarytillage.Throughcomprehensivecomparativeanalysis,rotarytillagecanachievemoreefficient,convenient,andtargetedindoorsoilloosening.Theexecutionpartoftherotarytillerlooseningmachineadoptsarotarytillerbladeinstalledonthebladeshaft,whichrotatesforoperation,therebyachievingthelooseningeffect.Thethree-dimensionalvisualmodelingoftheindoorscarifierwascarriedoutbyusingSolidWorkssoftware,andthestructureoftheindoorscarifierwasintuitivelydisplayed.Theindoorrippercanwellcompletethetaskoflooseningthesoiltoadapttothenarrowplot,andhasthecharacteristicsofhighefficiency,safetyandconveniencecomparedwiththetraditionalmanuallooseningmethod.Keywords:rippercutter;SolidWorks;rotatingrotary目录第1章引言 .8.2离合器的设计与计算离合器采用了牙嵌离合器。离合器优点强度高、扭矩大、离合器驱动后自锁。离合器一端与平键与轴连接配合，另一端在轴上和链轮合二为一。在离合器啮合时，链轮和松土轴一起旋转，当离合器分离时，轴与链轮一端空转，轴另一端不转，如图4-14所示。图4-14牙嵌式离合器根据轴径的尺寸确定参数并参考《机械设计手册》，确保离合器稳定可靠。离合器按下列公式计算扭矩： （4.32）式中：以安装在传动轴上的离合器进行计算，已知，取，，代入上式（4-32）公式可得： 综上所述求得离合器的计算扭矩，可以满足工作要求。4.8.3联轴器的选择当下，联轴器已普遍实现了标准化或系统化，在进行选择时，应首先根据工作需求来挑选适合的结构，然后根据轴的直径、参数和转速来确定联轴器的具体尺寸，必要时还需计算联轴器的负载强度。计算联轴器的扭矩时，要考虑机器在不稳定运行时的动载荷与最大过载扭矩，可通过以下公式求解： （4.33）式中：Tc—联轴器所需传递得扭矩（N·m）K—工作情况系数[Tn]—联轴器得许用扭矩（N·m）已知，取K=1.7，，代入公式（4.32）中得 因此，选用LT3弹性套柱销联轴器，结构比较简单，生产简单，无需润滑，更换弹性套方便，无需移动半联轴器，并且对两轴具有一定的补偿，相对位移和减振，缓冲性能好。经过校核，联轴器符合工作要求。4.8.4轴承的选择与强度校核室内松土机的轴承考虑到的是承受径向应力。在性价比方面，特选用单列深沟球滚动轴承。轴承位于滚道内外圈内，圆弧横断面大于滚珠半径。除承受径向负荷外，轴向负荷也可以在另一个方向产生。摩擦力矩低，非常适合需要高转速，低噪音，低振动和低成本的应用。图4-15轴承结构图滚动轴承会出现疲劳破坏、永久变形、早期磨损和胶合等失效形式。为了确保轴承能够可靠地工作，需要对其进行寿命和强度计算。参考《机械设计》在一般情况下转速为（n>10r/min），轴承失效的主要原因是疲劳点蚀。因此，轴承的尺寸选择，基于疲劳点蚀即轴承的寿命计算。 （4.34）式中：；；；。方便计算将滚动轴承寿命公式写成： （4.35）令，则式（4.35）可写成 （4.36）式中—寿命系数；—转速系数 （4.37）我们以安装在松土轴上的滚动轴承为例，计算轴承的使用寿命，知晓，，查表得，代入上述公式（4.37）中 （4.38）因此，众所周知，所选轴承在计算与其他轴承的使用寿命后，可以满足功能要求，并且同样满足应用的要求。4.8.5键的选用与校核计算键选择包括选择键的类型和大小。键的类型应根据连接的结构特点、传递转矩、位置要求等来选择；键是标准件，键的尺寸一般根据轴径及相关信息，从国家标准规定的尺寸范围内选定；键的L长度需要根据轮毂长度选择。基于上述选择原则，确定选择圆头普通平键。键连接的强度计算。普通平键失效的根本原因在于被压溃的那一侧，即键、轴上的键槽或轮毂上的键槽中较为薄弱部分。对于平键连接，只按工作表面的挤压强度和磨损强度计算即可。键连接强度条件可以通过下列公式计算： （4.39）式中：；；；；；以松土轴上安装的键为例，进行校核，选用键为12×40（GB1096—1979）。，，，用（4-39）公式得： （4.40）同样，验证其他所选定的键也可以满足工作需要。4.8.6销的选择销用于固定零件之间的相对位置的，称为定位销。是组合加工装配中的重要零件，可以根据工作要求进行选择，用于室内松土机上固定行走轮，载荷小，其直径根据设计确定。每个联接件长度，约为销直径的1~2倍。根据具体情况选用直径6mm，长60mm的开口销（GB91—76）。第5章执行装置的设计5.1旋耕刀设计工作部分主要以旋耕刀具实现松土作业。对旋转刀具的可能结构进行了分析和分类。提出了一种特殊的车刀：这种设计的好处是没有刀尖,刀尖是切削刃最薄弱的部件,极易磨损。旋转导致的切削刃的不断更新允许磨损、温度和单位载荷的均匀分布REF_Ref13914\r\h[16]。这大大增加了刀具的工作寿命刀具方案设计采用旋转式刀具进行刨土、切土工作。通过电机的带动可以实现持续对土地进行松土的效果；利用旋转运动。旋耕刀具由侧切面(包括侧切刃)、过渡面(包括过渡刃)、正切面(包括正切刃)组成，如图5-1所示。“旋耕刀具轴与水平方向平行，垂直于旋耕机行走方向。微耕作业时，旋耕刀的侧切刃口首先接触土壤，随着深耕的不断加大，过渡面刃口和正切刃口依次切割土壤。”REF_Ref13770\r\h[17]图5-1旋耕刀结构图5.2旋耕刀受力分析“在旋耕刀工作过程中，刀片随刀轴转动从上往下切削土壤，最先接触的部位是刀尖，随着刀片不断旋转，土壤不断进入到正切部分和侧切部分进行切割、挤压及抛掷土壤。在此过程中，刀片随刀轴的不断转动产生不断变化的作用力。在旋耕刀对土壤切割的同时，土壤对刀片也会有一个反向作用力来推动机组前进。”REF_Ref13770\r\h[17]图5-2受力分析图第6章三维实体模型设计如图6.1所示，可以直观的看到室内松土机内部零件、安装情况、以及工作原理，电动机输出动力到普通V带进行传动，再通过带轮到减速器主动轮再到从动轮的链轮，带动松土轴进行旋转松土作业。从中设计到加装自走轮，可以进行辅助行走，方便更好作业，而机架采用双手把设计，方便快捷控制机身，更容易改变运动方向。图6.1室内松土机三维图第7章结论与展望7.1结论针对将土壤进行切碎设计了一款室内松土机，解决了日常生活中需要土壤松土的费时费力的问题。主要完成了以下工作：（1）大量查阅相关资料，了解室内松土机的发展现状、工作原理、结构组成等，制定和确定了室内松土机的总体设计方案。（2）初步选定电动机并根据功率与转速选择合适的电动机。（3）根据执行装置所需要的转速与电动机的转速确定总传动比，并计算确定各个工作零件的尺寸与作用，设计出了合理的机器零件，并完成校核工作。（4）根据松土要求设计出了合理的刀具。（5）完成了与机架有关的零部件设计。（6）使用SoildWorks软件完成了室内松土机的三维装配，并使用AutoCAD二维绘图软件完成了室内松土机的二维装配图。7.2展望室内松土机的结构虽然已经完成，但是还有一些不足之处，今后的室内松土机可以在以下几个方面再次进行创新和改进：（1）室内松土机设计只能松土作业，以后可发展把刀具按照需求更换相应得刀具进行作业。（2）机器运行时会产生噪音与振动，可以通过更换更好的外壳材料或更加封闭的外壳来缓解。（3）该设备机架偏大些，设备的体积主要由电机和刀具占据，希望今后会有更加合适的通用电机和改进更小型机械来进行作业，减轻机器重量的同时减少占地面积，便于移动和放置收纳。

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