毕业设计（论文）-树干绕绳机结构设计

--PAGE22-1绪论1.1背景与意义由于冬天气候严寒多风、空气湿度小、昼夜温差大，一些耐寒能力较弱的树种在遭遇寒冷天气时，可能会遭受不同程度的冻害。轻微的冻害可能导致部分枝条干枯，而严重的冻害则可能导致树木组织坏死还有在一些昆虫比较多的雨林或者山上一些昆虫会在树干里产卵。因此，会对树木采取一定捆扎包裹来保湿调温或防止昆虫产卵是十分必要的。此外，城市绿化是当今环保必不可少的一部分，环境保护成为现代城市建设的重点项目，而树木是绿化的先锋。其中树木移栽又是城市绿化的一项重要举措，为了提高树木移栽的成活率，通常会在移栽前对树干进行捆扎包裹，这一做法主要是为了降低蒸腾作用对树木的影响。图1-1工人绕绳工作图如图1-1当前的林业管理过分依赖人工操作，存在诸多不足，例如在包裹草帘或草绳时，不仅速度缓慢，而且工作效率低下，缠绕的均匀性难以保证，导致成本较高，且不利于大规模的树木保护工作等缺点。为解决传统树干绕绳工作多依赖人工操作，效率低且难以保证缠绳的均匀性和紧密性等问题，本课题开展树干绕绳机的设计与研究，主要完成其机械结构设计。本研究对于提高缠绳效率和质量，降低人工绕绳的工作强度和人工成本等有重要意义，可为林业和园艺业的发展提供技术支持。1.2国内外研究现状国外对树干绕绳的研究可能比较少。在国外过圣诞节时，都会将圣诞树进行捆绑打包如图1-2。是将树木锯下来横躺着进行打包。图1-2圣诞树捆绑打包在2005年，BobrenA.J.等研制了一种捆扎机，其配置主要包括围绕负载输送、捆扎、定位、张力和密封捆扎材料，还包括一个滑槽开启系统，在工作表面向上旋转的部分上能够开启滑槽。这种机器整体主要包括机架以及用于支撑捆扎机中负载的工作表面，而其中至少有一部分是向上枢轴。带式斜槽携带捆扎材料围绕负载，并从带式斜槽释放捆扎材料。带式斜槽沿斜槽定义了带式路径。滑槽可在滑槽输送的操作位置进行纵向移动从而将材料从滑槽释放，并定位负载在释放位置之间移动。焊接头将捆扎材料密封，滑槽开启系统，并与工作面的向上枢轴部分接合。该滑槽开启系统包括用于接合工作面的接触臂。接触臂可连接到滑槽，这样工作面向上旋转可将滑槽从操作位置移动到释放位置[1]。如图1-3所示。图1-3扎捆机结构示意图在国内日常生活中有一些树的树干会很脆弱我们通常需要通过物理或生物手段来增强树木的稳定性，防止其倒伏或受损。树干绕绳作为其中的一种重要手段，常被提及并详细讨论其技术细节和应用效果[2]。树干绕绳不仅只为了支撑我们还可以通过对树木缠绕生长习性的研究，可以间接理解树干绕绳对树木生长的影响。特别是关于木本缠藤对支柱树木影响的研究，可以为树干绕绳的合理性提供科学依据[3]。园艺工程在我国现代化农业发展过程中至关重要，可有效提升农业发展水平，可推动现代化农业的发展。文章分析了园艺工程发展现状、存在的问题，并提出了发展策略[4]。而且树干在移植时由于任何形式的移植都会损伤树木的根系,为保证大树体内水分收支平衡,一般可采取提前断根、截干缩枝、包封截面等措施。如果在移栽过程中对树干进行保湿处理,减少其水分蒸发,将更有利于提高树木移栽的成活率。目前，树干保湿大致有以下3种方法（裹草绑膜、缠绳绑膜和捆草绑膜缠布）[5]。在国内也有许多相关的专利，如图1-4。此机器是通过设置自动绕绳机构、自动收紧机构和位置调整机构；使用时先将树干绕绳装置放置到所要使用的位置，然后外接电源，接着通过控制屏控制启动；首先由人工利用自动绕绳机构将树干环抱固定，草绳绕过自动收紧机构固定在树干的底部，接着启动电机带动自动绕绳机构将草绳绕在树干上，在绕绳时，每绕几圈自动收紧机构便会对草绳进行一次拉紧，使得草绳能够紧密缠绕在树干上，同时通过对位置调整机构的控制使自动绕绳机构和自动收紧机构向上移动并可拐弯，从而实现对弯曲树干的连续绕绳[6]。其中的升降机构是采用了齿轮齿条机构，它是从电机传出动力然后一根传动杆传递到齿轮齿条完成升降。1.支撑机构2.自动绕绳机构3.自动收紧机构4.位置调整机构5.控制屏图1-4一种林业树干绕绳装置还有一种如图1-5。它是由包括移动装置、升降机构以及绕绳机构组成的；移动装置包括底板、推杆和移动轮，升降机构设置于底板的中部，绕绳机构设置于底板的前端，底板的后端固定有推杆，底板的底部四角装有移动轮，方便整个设备移动；它的工作原理是绕绳机构的固定盘环抱树木锁定，在转盘上固定套设草绳卷盘，草绳头绕过张紧单元后卡紧在树木底部，启动驱动电机，带动活动圈相对固定盘转动，转盘绕太阳轮公转的同时自转出绳，驱动电机同时带动线性运动组件作竖直上升运动，草绳即可绕树干紧密缠绕，绕绳结束后剪断草绳，手动拨动线性运动组件的离合单元，升降平台下降回复初始位置[7]。它的升降机构是采用了螺纹螺杆机构。1.移动装置2.升降机构3.绕绳机构11.底12.推13.移动轮22.线性运动组件24.升降平台图1-5一种树木树干自动绕绳设备1.3主要研究内容为解决，开展树干绕绳机的机械结构研究和设计。主要研究内容如下：（1）绕绳系统的设计绕绳系统是树干绕绳的最主要部分，此机构的工作原理是电机通过带传动和链传动分别传递到四个传动轮，在带动一个绕绳环转动，完成树干绕绳的主要工作。绕绳系统主要包括：绕绳支承架：主要作用是支承和四个传动轮的定位。固绳机构：在绕绳环上，主要工作时将绳子固定在固绳机构上。绕绳环：通过四个传动轮带动绕绳环，在绕绳环转动时带动固绳机构，以此完成绕绳的动作。（2）升降系统的设计升降系统主要作用是完成绕绳系统的升降，其工作方式是电机通过带轮和丝杆实现的，升降系统主要包括：丝杆螺母升降机构：设计丝杆螺距与草绳直径一致，使螺母每上一个螺距草绳可以绕树干一圈。升降平台：用一个强度较高的轴将平台与丝杆螺母联接起来。将所有的机构放置在此平台，以此确保所有机构可以同时升降。（3）传动系统的设计传动系统是绕绳机树干部分的核心，其设计直接关系到机器的效能和可靠性。主要包括：传动比计算：通过设计和计算确定传动比，以实现最佳的工作速度和扭矩输出。传动装置设计：主要是对齿轮、皮带、丝杆等传动装置的选择和布局，确保传动平稳、可靠。（4）整机系统集成与三维建模在集成树木绕绳机的研究中，结合机构设计方案，集成传动系统、绕绳机构以及升降机构的研究结果，通过对这些组成部分的空间位置关系进行详细研究，开展树干绕绳机的总体设计和结构布局，并编制出完整的技术图纸。为了更直观地展示设计成果，并为后续的样机试制提供有力支持，还使用了SolidWorks这一先进的软件工具，建立了整机的三维模型。这一模型不仅精确还原了绕绳机的各个组成部分及其相互之间的连接关系，还确保了各部件在空间上的合理布局和协调运作。

2总体方案设计2.1设计依据树干绕绳机的主要功能之一是对树木进行保护，因此其设计需要充分考虑树木的生长特性和保护需求。这包括了解树木的生长习性、根系分布以及树皮对树木生长的重要性，以便在绕绳过程中避免对树木造成损伤。在传统的林业管理需要依赖人工操作，包裹草帘或草绳、速度慢、工作效率低、缠绕不均匀、成本高、不利于大面积的树木保护工作等缺点。因此，设计一种能够自动、高效、省力地完成树干绕绳工作的机械装置，具有重要的实际应用价值。经过查询资料得知有些树干绕绳的结果如图2-1。在一般的市场上草绳的粗度多为5~25mm。图2-1树干绕绳结果图2.2整机方案1.绕绳机构2.行程开关机构3.储绳机构4升降支承架5.扶手6.电动机7.蓄电池8.蜗轮蜗杆传动9.带轮传动10.升降系统11.万向轮12.链轮传动13.支承机构图2-2树干绕绳机机构整机三维图此机构主要是将一根直径为15mm的草绳绕在最大直径约为300mm的树干，在距地面约50mm至1m的垂直区间内，实现高效、精确的树干绕绳。本机构主要采用了蜗轮蜗杆传动、带轮传动、丝杆传动和PLC控制。此机构是由绕绳机构、升降机构、底座、储绳机构、电动机、行程开关机构、带轮传动、链轮传动等组成。整机三维图如图2-2所示。2.3工作原理此自动化树干绕绳机构的工作原理是，首先由蓄电池给电动机供电，然后电动机作为动力源，通过带传动系统将动力分别传输至升降机构和绕绳机构。在这一过程中，通过合理设计传动比，确保了当升降机构上升一个螺距时，绕绳机构能够恰好完成一圈的绕绳动作。这一同步性是通过精确的机械设计与传动比计算来实现的。当启动电动机时，通过一系列的传动，升降系统会带着绕绳系统一起工作，当升降机构带动绕绳机构上升至预设的最高点时，固定机构会发射出一根钉子将已绕好的绳子牢固地固定在树干上。这一步骤确保了绳子在树干上的稳定性和牢固性。随后，电动机开始反转，升降系统开始下降绕绳机构也反转，并下降至最低点。在到达这一位置时，切断机构和固定机构的做出相应动作。切断机构负责切断多余的绳子，而固定机构则再次确保已切断的绳子末端被牢固地固定在树干上。至此，整个绕绳过程完成一次工作。通过PLC的精确控制和各机构的协同工作，此机构能够实现高效、精确且可靠的树干绕绳作业。2.4拟解决的关键问题此机构主要解决的问题是将绕绳系统、升降系统、固定机构以及切断机构这四个关键功能模块无缝整合至一个统一的操作平台上。这一整合策略旨在消除传统作业模式中各模块间协作的断点，从而极大提升作业连贯性和流畅度。在绕绳系统中，此机构成功地解决了如何高效地引导绳子沿树干进行圆周运动，并且稳固地将绳子锚定在树干上的技术难题。具体而言，将采用了创新的绕绳机制，该机制能够确保绳子在树干表面平滑且连续地缠绕，而不会发生打滑或过度磨损的情况。为了将绳子牢固地固定在树干上，使用了特制的固定装置，这些装置通过机械锁紧或摩擦力的方式，提供了可靠的固定效果，从而保证了整个绕绳系统的稳定性和安全性。在升降系统中，此机构巧妙地利用了滚珠丝杠这一精密传动元件，来确保绳子上升的精确性和平稳性。滚珠丝杠以其高效的传动效率、极低的摩擦系数以及出色的定位精度而著称，它能够将旋转运动精确地转换为直线运动，从而驱动绳子以恒定的速度上升或下降。通过精心设计和精确调整滚珠丝杠的参数，使其能够实现对绳子升降过程的精确控制，包括速度、位置和停止点的设定，从而满足各种复杂应用场景的需求。3关键零部件的设计3.1升降系统3.1.1升降系统设计升降系统是由滚珠丝杠、蜗轮蜗杆、带传动、电动机和升降底板。将所有操控执行机构均被整合并安装在一个可调节高度的底板平台上。如图3-1。1.丝杆螺母2.蜗轮蜗杆传动3.电动机4.蓄电池5.升降底板6.升降机构的带轮传动图3-1升降系统结构图其工作原理是蓄电池给电动机供电，然后电动机输出转矩传递到蜗杆，在通过蜗轮传递给升降机构的带轮的小带轮上的轴，通过带轮传动传递到大带轮上的轴，此轴是与丝杆螺母利用弹簧将直杆卡在轴上的凹槽中。如图3-2。在此轴的下方是用一个轴端挡圈进行轴向固定。因此每当螺母上升一个螺距，底板也会随着上升。1.丝杆螺母2.直杆3.轴图3-2螺母与轴的配合图3.1.2滚珠丝杠副计算选型求滚珠丝杠的最大工作载荷Fm的公式为（3-1）式中:—颠覆力矩影响系数；—进给方向所受力，N；—导轨的摩擦系数；—垂直方向载荷，N；—横向受力，N；—移动部件总重量产生的重力，N。已知移动部件总重力G约为800N，颠覆力矩影响系数K取1.1，导轨摩擦系数μ为0.15。将这些值代入公式（3-1）后，得到所需静摩擦力Fm为120N。（3-2）式中：—滚珠丝杠副的寿命，106r；—载荷系数，取值范围在1.0~1.2，适用于平稳或轻度冲击工况；—硬度影响系数；—滚珠丝杠副的最大工作力，N。工作台的最快的进给速度设为v=400mm/min,丝杠的导程初选为5mm,则丝杠转速n=v/Ph，即v=80r/min。给定滚珠丝杠的使用寿命T为15000小时，代入公式计算后，得出丝杠的寿命系数L0为72（单位：百万转）。在平稳或轻度冲击的运载条件下，选定的载荷系数fw=1.2。硬度系数fH=1.0。将这些参数值代入公式（3-2）中，求得最大动载荷为数值初步选定滚珠丝杠副规格时，需确保其额定动载荷满足Ca不小于最大动载荷FQ。若滚珠丝杠副在静态或低速状态下长时间承受工作载荷，还确保其额定静载荷满足。根据已计算出的最大动载荷和初步选定的丝杠导程，选择G系列2005-3型滚珠丝杠副，该丝杠副的公称直径为20mm，导程为5mm，循环滚珠配置为3圈×1列，精度等级选定为5级，其额定动载荷为9309N，大于所需的最大动载荷FQ，额定静载荷为21569N，大于三倍的最大工作在和Fm，完全满足要求。此外滚珠丝杠副的传动效率η一般在0.8~0.9之间，公式为（3-3）式中：—丝杠的螺旋升角；—摩擦角，一般取10＇。将公称直径d0=20mm和导程Ph=5mm，代入中，得到丝杠螺旋升角为λ=4°33＇。将摩擦角φ=10＇，在代入中，算得传动效率η=96.4％。丝杠的拉伸或压缩变形量δ1是总变形量的主要部分，其计算公式可以简化为（3-4）式中：—丝杠承受的最大工作力，N；—丝杠支承两端的间距，mm；—丝杠材料的弹性系数，MPa;—基于底径d2的截面积，mm2；—转矩值，N·mm；—基于底径d2截面惯性矩，mm4。滚珠与螺纹滚道间的接触变形量δ2由下列公式计算无预紧时（3-5）有预紧时（3-6）式中：—滚珠直径，mm；—滚珠总数量，ZΣ=Z×圈数×列数；—单圈滚珠数，（外循环），(内循环)；—预紧力，N。本机构的滚珠丝杠副的支承采用“单推-单推”的方式。钢的弹性模量E=2.1×105MPa；查阅滚珠丝杠副G2005-3的尺寸参数，得滚珠直径Dw为3.175mm,丝杠的底径d2为16.2mm，丝杠截面的面积。在算得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量。根据公式，计算得出单圈滚珠数量Z为17;此型号丝杠配备单螺母，且滚珠排列为三圈单列 ，代入公式，得滚珠总数量ZΣ=51。丝杠预紧时，取轴向预紧力。则由式（3-4），求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量。取，将δ1和δ2相加，即δ总=δ1+δ2，我们可以得到丝杠在对应跨度800mm下的总变形量为0.0024mm，也就是2.4μm。本设计中，丝杠的有效行程设定为750mm，根据5级精度滚珠丝杠副的定位允差标准，当有效行程630mm至800mm范围内，允许行程最大偏为36μm，这一数据充分表明了所选丝杠的刚度满足设计要求。另外，值得注意的是，滚珠丝杠作为细长杆件，承受过大轴向负载时，可能发生失稳。因此，需要确保丝杠在失稳时的临界载荷FK能够满足设计要求（3-7）式中：—丝杠所能承受的临界负载力，N；—丝杠的支承系数，取1.0；—压杆的稳定系数；—滚珠丝杠两端的支撑点之间的距离，mm。已知丝杠的支承系数fk为1，底径尺寸d2=16.2mm，据此计算出丝杠的截面惯性矩。鉴于丝杠是垂直安装，选择压杆的稳定安全系数K为2.5，同时设定了滚动螺母到轴向固定处的最大距离设amax=800mm。得出丝杠的临界载荷FK大约为4380N，这远远超过了实际工作载荷Fm的120N。因此，我们可以确定丝杠不会发生失稳现象。综上所述，初步选定的滚珠丝杠副满足使用要求。3.1.3升降底板仿真Ansys是一款强大的计算机辅助工程（CAE）工具，用于模拟和分析各种物理现象，如结构、流体、电场、磁场和声场等。它运用数学模型简化复杂的工程问题，并采用有限元分析技术进行求解，助力工程师预估并优化产品性能。其主要特点是可以多物理场分析、强大的前处理功能、精确的分析计算、丰富的后处理选项。所以将升降底板在Ansys进行力的仿真分析。图3-3升降底板的四面体网分析升降底板的主要受力点是，绕绳系统，也就是绳将地板的前端是主要受力点如图3-4。图3-4升降底板的受力方向根据受力的点，对升降底板进行了总形变分析、等效弹性应变分析和等效应力分析。分别如下图。图3-5升降底板总形变分析图3-6升降底板等效弹性应变分析图3-7升降底板等效应力分析因为所有的绕绳系统都放置在升降底板的前端，所以从图3-5，分析得出最大的总形变约为2.44mm。从图3-6，分析得出最大的等效弹性应变量约为5.1×10-4mm/mm。从图3-7，分析得出最大的等效应力约为44.9MPa。所以综上所得此机构的初步设计符合要求3.2绕绳系统设计绕绳系统主要是由支撑结构、绕绳环、固定机构、夹绳机构、链轮传动、带轮传动等组成。其主要的工作方式是由电动机输出转矩通过蜗轮蜗杆和轴传到绕绳机构的带轮的大带轮处，通过带轮传动传递给小带轮，然后通过小带轮上的轴，传递给主动链轮，主动链轮通过链条传递到其余四个从动链轮，从动链轮与传动轮一起转动。传动轮促使绕绳环进行圆周运动。如图3-8绕绳系统结构图。1.固定机构2.夹绳机构3.链轮传动4.传动轮图3-8绕绳系统结构图1.支承机构2.升降底板3.带轮传动图3-9绕绳系统结构底部图本机构将绕绳机构放置固定在升降底板随着丝杆螺母升降，如图3-9绕绳系统结构底部图。在绕绳系统中，还有夹绳机构和固定机构。夹绳机构的工作原理是在夹头有的上方开一个孔，在夹绳的时候固绳装置的前端会将绳子固定在夹头上。固定机构的工作原理是在固定机构的上方有一个槽可以将钉子放进去，然后通过气压装置，将钉子射出去，以此完成固定。绕绳环的工作原理是先通过前端的开口处将树干移动至绕绳环的中心，以便跟好的绕绳。在绕绳环上开了一个孔，将夹绳结构的夹头安装在上面。如图3-10。图3-10绕绳环结构行程开关机构起到了升降底板的限位和机构工作先后顺序的作用。绕绳系统的最主要的还是绕绳环、传动轮和夹绳机构。传动轮与链轮装配在同一根轴上，以此在链轮转动的时候，带动传动轮，传动轮在带动着绕绳环转动。绕绳环是以树干为中心，进行着圆周运动。如图3-10。在支撑结构的上方有一个夹绳机构、电磁铁和固定机构。在按下启动按钮时电磁铁不工作，夹绳机构将绳子夹紧。电动机转动所有机构开始动作，当升降底板带到最高点时触动行程开关，根据PLC的控制系统，先触发固定机构射出一枚钉子将绳子固定在树干上。然后电磁铁工作，夹绳机构松开，电动机反转，升降机构下降。下降到最低点时触动第二个行程开关，使电磁铁不得电，先是固定机构射出一枚钉子将绳子固定在树上，然后夹绳机构根据圆盘回转回到原来的位置，电磁铁不工作固绳装置将绳子夹紧，电动机停止。3.3其他辅助装置此外此机构还加上了扶手，如图3-11。方便工人进行工作，整体的底板是与升降系统的支撑机构，固定在一起，起到了很好的支撑。在结合四个万向轮，方便移动。1.万向轮2.底板3.扶手图3-11底板机构图此外还设计了丝杆的支承架用来保护丝杆防止丝杆受到外部的压力导致折弯。如图3-12。图3-12丝杠支承架图3-13固绳机构未工作图3-14固绳机构工作在绕绳系统中，夹绳机构也起到必要的作用，如图3-13和3-14，在3-13中电磁铁工作，固绳机构中固绳钉未下降没有将绳子固定。在3-14中，固绳钉下降将绳子固定住，起到夹绳的作用。1.固定机构2.夹绳机构图3-15夹绳机构结构图在绕绳系统中，还采用了固定机构是将绳子固定在树上，在绕绳系统绕到顶端时固定机构通过气泵，将里面的钉子射出起到固定的作用。4传动系统设计4.1电机选型选择电动机类型按工作的条件和要求，最终选取三相笼型异步电动机，封闭式结构，电压380V，Y型。（2）选择电动机的容量电动机所需工作功率（4-1）式中：—电动机功率，kW；—工作机所需功率，kW；—总传动效率。又因（4-2）式中：—工作机的工作阻力，N；—工作机绕绳环的线速度，m/s。因此得（4-3）由电动机至绕绳机构的传动总效率为（4-4）式中：—总传动效率；—带传动传动效率；—轴承传动效率；—联轴器传动效率；—蜗轮蜗杆传动效率；—链轮传动效率。取=0.96，=0.98（滚动轴承），=0.97（万向联轴器），=0.8，=0.98，则估计树干与草绳的摩擦力F=500N所以（3）确定电动机转速绕绳装置的工作转速为式中：D—绕绳环直径，mm。查询资料[8]得出合理的传动比范围，取带轮传动的传动比i’1=1~5，蜗轮蜗杆传动比i’2=10~80，链轮传动的传动比i’3=2~3.5，则总传动比合理范围为i’a=20~1400，故电动机转速的可选范围为式中：—电动机转速范围；—总传动比范围。在设计电动机和传动装置时，需综合考虑容量（功率或扭矩）、转速以及装置的尺寸、重量和传动比等多个因素。通过查机械设计手册[9]选定电动机的型号为Y160M1-8，其主要性能如下表4-1。表4-1电动机Y160M1-8的主要参数型号额定功率kW起动电流（额定电流）堵转转矩（额定转矩）最大转矩（额定转矩）Y160M1-846.02.02.0满载时转速r/min电流（380V时）A效率%功率因数7209.984.00.734.2传动方案1.电动机2.联轴器3.蜗杆4.蜗轮5.带传动6.丝杆传动图4-1升降运动传动简图如图4-1是升降运动传动简图，从电动机输出转矩通过蜗轮蜗杆传动与带传动，最后传递到丝杆上。1.带传动2.链传动图4-2绕绳运动传动简图如图4-2是绕绳系统的传动简图，在输出的方式与升降运动的输出方式一致，是从电动机输出转矩，通过蜗轮蜗杆传动、带传动和链传动，传递到传动轮，然后带动绕绳环是绕绳系统启动。4.2.1蜗轮蜗杆传动经过设计且查询资料[10]，假设蜗轮蜗杆的参数为中心距a=50mm、传动比i=25.5、模数m=1.6，蜗杆的分度圆直径d1=20mm，蜗杆头数z1=2，蜗轮的齿数z2=51，蜗杆直径系数q=12.5，分度圆导程角=9°05′25″。蜗轮蜗杆的运动简图如图4-3。1.蜗轮2.蜗杆3.联轴器4.电动机图4-3蜗轮蜗杆运动简图可得公式（4-5）式中：—蜗轮轴传递的转矩，N·m；—电动机额定功率，kW；—电动机转速，r/min。通过电动机的选型得出P=45kW，转速n=590r/min（4-6）（4-7）式中:—蜗轮传递转矩，N·m;—蜗轮转速，r/min。4.2.2带传动（1）升降机构的带传动带宽为32mm，带轮宽为40mm，带所受的力不超过190kN，所以选择带的层数n=3。小带轮与蜗轮同轴，以小带轮转速为28.2r/min。根据查表14-1-42[9]得带轮的最大传动比i=5。（4-8）式中：n1—小带轮转速，r/min；n2—大带轮转速，r/min。所以求得n2=5.64r/min。设小带轮直径d1=50mm。（4-9）式中：——弹性滑动系数，=0.1~0.2。根据表14-1-40[9]得d2取近似值，d2=250mm。（1）得初定中心距：（4-10）所以取得a0=450mm（2）带的节线长度：（4-11）（3）带厚：（4-12）式中：n—带的层数。（4）带的节线长度：查表14-1-38[9]，取得Li=1400mm（4-13）（5）实际中心距：（4-14）（6）带轮包角：（4-15）式中：a0—初定中心距，mm；Lop—带的节线长度，mm；δ—带厚，mm；n—层数；Li—带的内周长度，mm；a—实际中心距，mm；—小带轮包角，°。所以根据计算结果可得实际中心距a=458.9mm，小带轮包角α1=155°。（2）绕绳机构的带传动带宽为32mm，带轮宽为40mm，带所受的力不超过190kN,所以选择带的层数=3。大带轮与蜗轮同轴[11],所以大带轮转速为28.2r/min。设带轮传动比=2。根据公式（4-8）所以求得=56.4r/min。设大带轮直径=200mm。根据公式（4-9）求得≈101mm。查表14-1-40[9]得小带轮直径=100mm。同理得出。实际中心距=467.25mm，小带轮包角α1=167.8°。4.3传动轴的设计与校核蜗轮蜗杆上的轴（4-16）（4-17）（4-18）式中：—蜗杆圆周力，N；—蜗轮轴向力，N；—蜗杆轴向力，N；—蜗轮圆周力，N；—蜗杆径向力，N；—蜗轮径向力，N；所以蜗轮轴向力Fx1=5310N，蜗轮圆周力Ft1=33188N，蜗轮径向力Fr1=12079N，带轮直径d1=80mm，L=50mm，K=40mm，作用在右端的外力F=0N[13]。(1)求垂直面的支撑反力(2)求水平面的支承反力(3)力在支点产生的反力(4)绘垂直的弯矩图(5)绘水平面的弯矩图(6)F力产生的弯矩图图4-4轴的受力分析(7)a—a截面F力产生的弯矩(8)求合成弯矩图(9)求轴传递的转矩(10)求危险截面的当量弯矩如图4-4，a—a截面最危险[10]，当量弯矩为如认为轴的扭切应力是脉动循环变应力，取折合系数，代入得(11)计算危险截面处轴的直径轴的材料选用45钢，调制处理，经查表4-2和表4-3得B=650MPa，[-1b]=60MPa则考虑键槽对轴的削弱，将d值加大5%，故取d=57mm。式中：[-1b]—轴的许用弯曲应力，MPa。表4-2轴的常用材料及其主要力学性能[13]材料及

热处理毛坯直径／

mm硬度

(HBW)强度极限B屈服极限S弯曲疲劳

极限-1应用说明MPaQ23540024070用于不重要或载荷不大的轴35钢正火≤100149～187520270250有好的塑性和适当的强度，可

做一般曲轴、转轴等45钢正火≤100170～217600300275用于较重要的轴，应用最为

广泛45钢调质≤200217-25565036030040Cr调质251000800500用于载荷较大而无很大冲击

的重要轴≤100241-286750550350>100～300241～266700550340表4-3轴的许用弯应力材料B[+1b][0b][-1b]碳钢40013070405001707545600200955570023011065合金钢8002701307590030014080100033015090铸钢40010050305001207040

5总结在传统的林业管理中，树干绕绳还是需要进行人工绕绳，这样的效率非常的低。设计这个机构的原因就是为了降低工人的工作强度和提高工作效率。本文主要设计结果有：（1）完成了升降系统的设计。此系统从蓄电池给电动机供电，电动机传出转矩，经过蜗轮蜗杆传动、带轮传动和滚珠丝杠传动，实现升降操作。将绕绳系统的所有机构都安装在升降底板上，以此来实现绕绳系统的升降，并通过传动比来实现绕绳系统的升降速度。（2）完成了绕绳系统的设计。此机构将绕绳机构、固定机构、夹绳机构、和链传动、带传动组合在了一起。动力从电动机传出，通过蜗轮蜗杆传动、带轮传动、链轮传动等实现了绕绳环的圆周运动，在结合夹绳机构实现树干绕绳这一动作。并且还有固定机构将绳子固定在树干上。（3）完成了传动系统的设计。此机构采用蜗轮蜗杆传动、带传动、链传动和丝杆传动。采用了精确的传动比，使其实现了升降系统和绕绳系统的精密配合，是绕绳机树干部分的核心。（4）完成了此机构的三维建模。使用SolidWorks软件对此机构的主要部件及其零件都进行了绘制和建模。这次设计对于我来说，通过自己的实践我获得了许多宝贵的实践经验。通过实际工程的设计也使我了解到书本知识和实际应用的差别。在实际应用中遇到很多的问题，这都需要我对问题进行具体的分析，并去解决它。但由于时间、水平和经验有限，在绕绳系统方面仍有不足之处，有改进的余地，比如在绕绳系统中还缺少了如何将绳子切断的这一机构。

参考文献[1]王庆.葡萄藤自动绑枝机的研制与试验[D].山东:山东农业大学,2022.[2]王晓平,王立林.观赏树木支撑与整形修剪技术[J].园艺学报,2013,45(3):45-48.[3]熊文愈.