1G-160型旋耕灭茬机中央传动装置设计【含CAD图纸、说明书】
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含CAD图纸、说明书
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旋耕灭茬机中央传动装置设计说明书目录前言11 方案的拟定 31.1 设计参数要求31.2 方案的选择313 方案对比分析52 运动计算63 动力计算73.1 各传动副效率732 动力分配74 轴的计算 1041选择轴的材料及热处理104.2 初估轴径104.3结构设计1044 轴的受力分析1145判断危险断面1446轴的弯矩合成强度校核14 4.7 轴的疲劳强度安全系数校核 155 轴承寿命计算 185.1 求轴承上，承受径向载荷185.2 计算派生轴向力 185.3计算轴承所受力的载荷185.4计算当量动负荷185.5 计算轴承寿命20结论 21参考文献 22附录24前 言旋耕机在当代无论国内外都是不可缺少的农用机械,它在农业上也算是先进生产工具. 南稻北移，种植面积迅速扩大，不仅刺激了旋耕机的市场需求，而且其市场需求结构亦向大型高效方向发展。 由拖拉机动力输出轴驱动工作部件而加工土壤实施作业的耕作机械统称为驱动型耕作机械，由于它比牵引型耕作机械具有更多的优点，因而在国内外已发展成为农业机械的一个重要门类。在我国，目前的驱动型耕作机械产品有旋耕机及复式作业机、驱动式圆盘犁、耕耙犁、水田驱动耙、立式转齿耙等，但产量比较大的主要是旋耕机。目前，批量生产和推广使用的22746kW手扶拖拉机和乘坐式拖拉机配套旋耕机三大系列145种产品，系80年代末的更新换代产品。90年代以来，国内又研制了一批旋耕复式作业机具新产品，逐步投放市场。目前，国内大中拖配套旋耕机保有量约15万台，手拖和小四轮配套旋耕机约200万台。旋耕机在南方水稻生产机械化应用中已占80比例，北方的水稻生产、 蔬菜种植和旱地灭茬整地也广泛采用了旋耕机械。 南稻北移，种植面积迅速增加，扩大了对旋耕机械的市场需求。水稻是高产作物，种植水稻有较高的经济效益。近年来，在我国北方实施种植业结构调整，大力推行旱改水，扩大水稻种植面积。由于农作物的结构调整，相应的农机装备结构正在发生变化，迫切需要从技术上、经济上合理配备适应水旱田作业的拖拉机及配套农机具。黑龙江垦区原以旱田种植麦豆为主，并以传统的旱地铧式犁与其配套的圆盘耙、平地机、耢地机等作为耕整地机具。1993年，拥有旋耕机仅1631台，而当年水稻种植面积为1500万亩，显然不适应水稻生产的发展。近10年来，黑龙江垦区大量购进手扶拖拉机和上海50等中型轮式拖拉机及配套的旋耕机，除购进外省区产品外，本省本系统就地生产也发展迅速。 农业产业化、集约化、规模化经营需要大型高效旋耕机械。随着我国农业产业化和适度规模经营的发展，对大中型农业机械的市场需求也日渐增大。不仅是农垦系统国营农场，而且乡村农机服务站以及个体的农机专业户，也需要更新和添置大中型农业机械。对黑龙江垦区的调查表明，近年大量购置的水田耕整地机械已由中小功率拖拉机旋耕机组变化为铁牛654和LF80904W D等大中功率轮式拖拉机及配套旋耕机。农机专业户使用这些大中型机械从事机耕服务，一般12年可回收本金，有诱人的经济效益。根据生产需要. 目前的驱动型耕作机械产品有旋耕机及复式作业机、驱动式圆盘犁、耕耙犁、水田驱动耙、立式转齿耙等，但产量比较大的主要是旋耕机。主要研究旋耕机的主要内容：(a)参与总体方案设计，绘制灭茬机工作总图,设计左右支臂、第二动力轴及有关轴承座等。(b)拖拉机佩带旋耕机灭茬机作业,使用13档前进速度,其中:旋耕机,灭茬时使用12档,时使用3档;(c)刀棍转速:正转 :200r/min左右(旋耕) 400500r/min(破垡) 反转 :200r/min左右(埋青 灭茬)(d)最大设计耕深14cm;根据同类旋耕机类比,设计宽幅为1.61.7m.本课题拟解决的问题:(a)通过改进设计，增加刀辊轴的转速和转向。在工作时，通过适当的拆卸和改装，就可实现不同功能的作业，以达到一机多能的目的。(b)本课题的实现解决了现有旋耕机只能旋耕不能灭茬而灭茬机又只能灭茬不能旋耕的问题。(c)要求旋耕、灭茬作业能覆盖拖拉机轮辙，当幅宽小于拖拉机轮距外缘时，可采用偏配置。(d)要求结构简单可靠，保证各项性能指标。(e)设计时考虑加工工艺性和装配工艺性，尽量使用标准件、通用件，以降低制造成本。预期成果: 因具备多功能等特点，投入生产后能产生较好的经济效益和社会效益。1 方案的拟定旋耕灭荐机状态动力为36.75KW(50马力).动力由拖拉机动力输出，轴径一对圆锥齿轮和侧边圆柱齿轮带动。设计的旋耕灭荐方案满足如下性能、性质要求：1.1 设计参数要求a刀轴转速的要求b设计耕深 14cmc工作幅宽 1.6md技术 141.2 方案的选择为了使设计的施耕机既能满足多项指标又能结构合理，造价低，在市场上具有一定的先进性为此拟定二套方案对此进行分析1.2.1方案1图1- 1第一方案示意图动力由拖拉机动力输出轴径对圆锥齿和一组四级齿轮带动刀轴旋耕，此种方案的工作特色： 最后一级动力，由中间齿轮传动，两边由侧板支撑（对称性较好，刚性高，强度高）高低档转速通过拨挡实现，正反转通过调正大齿轮的拆卸来实现（见图1-1、图1-2）图1-2第一方案示意图1.2.2 方案2 图1-3第二方案示意图图1-4第二方案示意图动力从拖拉机输出轴输出，经一对圆锥齿轮和一组圆柱齿轮传动带动刀轴施耕，此种方案的特点是前后一级传动导用侧边齿轮，正反转的实现通过调整圆锥齿轮，高低速的实现通过对调侧齿轮箱的方向，图1-3为正转，图1-4为反转。1.3 方案对比分析方案1、两端平衡，受力匀称，刚性好，但在中间齿轮的底下出现漏耕土壤，需分改工作部件以耕除漏我爱美女拨挡变速，操作较好方便，但结构比较复杂，造价高。方案2、采用侧边传动，平衡性较差，一般用偏置，刚性较差，但正需要加漏耕装置，结构简单，通过拆下侧边齿轮，然后调头安装以达到变速的目的，简单，操作不是很方便，不象交通工具，不易变换和调向。农机机械的使用常常一季节只使用一个作业项目，不需要经常拆装，2比1结构简单，所以方案2更切合实际的需要，所以方案2为选用方案。2 运动计算其中Z3采用较小的齿数，为了减小侧齿轮外径尺寸，以尽可能增加齿刀的耕作深度。惰轮齿数Z4、Z5的齿数，待总体结构尺寸确定后再定和任务书要求，按照方案2的传动路线，故万向节计算传动比，分配和各轴的轨迹，故参数分别列表表1-1表1-2表1-1旋耕万向节计算传动比分配和各轴的轨迹参数列表轴次轴轴轴轴轴齿数Z1Z2Z3Z4Z5Z6143015暂不定暂不定22传动比2.14147总传动比3.15转速r/min734343233表1-2灭茬万向节计算传动比分配和各轴的轨迹参数列表轴次轴轴轴轴轴齿数Z1Z2Z3Z4Z5Z6143022暂不定暂不定15传动比2.140.68总传动比1.46转速r/min734343504 3 动力计算旋耕灭茬机在动转、旋耕和反转灭茬时，消耗功率最大，而在水田作业和存垡作业时消耗的功率较小，也就是说，设在低速档作业时，消耗的功能较大，在高速当时，消耗的功率较小，因此，动力计算只需要对低速传动进行计算，选表1-1和表1-2都是低速运动路线传动比一样，不同的只是方向相反，故我只按其中一种情况进行计算3.1 各传动副效率圆锥齿轮传动 1=0.96圆柱齿轮 2=0.96 滚柱轴承 3=0.98球轴承 4=0.99万向节 5=0.963.2 动力分配3.2.1拖拉机动力输出轴的额定输出功率 根据有关资料和经验估算，其额定输出功率为：P额=0.8N发=29.4KWn=734r/min3.2.2第一轴及小锥齿轮Z动率，转速和扭矩P1=40 0.980.96=27.66KWn1=734 r/minT1=9.55106 (3-1)PZ1= (3-2)nZ1=734r/minTZ1= (3-3)3.2.3大锥齿轮Z2的功率轨迹的扭矩为Pz2=Pz1 (3-4)nz2= (3-5)TZ2= (3-6)3.2.4第二轴功率轨迹和扭矩为p=PZ2 (3-7)n=nZ2=343r/minT=9.55 3.2.5第二轴Z3齿轮功率、转速和扭矩为PZ3= p=26.02KW (3-8)nZ3=n=343r/min TZ3=T=7.24106 Nmm3.2.6第轴Z4齿轮功率PZ4= (3-9)3.2.7第轴（随轮轴）不传递扭矩，故不校核3.2.8第轴Z5齿轮功率PZ5=PZ4 (3-10)3.2.9第轴（随轮轴）不传递扭矩，故不校核3.2.10刀轴Z6齿轮功率、转速和扭矩PZ6=P Z5 (3-11) (3-12) (3-13)3.2.11刀轴功率，转速和扭矩 T表3-1刀轴功率,转速和扭矩轴次动力轴轴轴轴刀轴输出轴轴Z1轴Z2Z3轴Z4轴Z5轴Z6P功率（KW）29-427.6627.126.0226.5526.02249823.9822.7922.79N转速（r/min）734734734343343343233233T扭矩(Nmn）3.61053.531057.241057.391057.241057.51059.51054 轴的计算 4.1 选择轴的材料及热处理由于旋耕机传递的功率不大，尺寸也无特殊要求，故选择常用材料45#钢，调质处理，由表10-1可得此石度为217255HBS、=650MPa、 MPa、MPa、 b=215 MPa、b=60 MPa =100MPa4.2 初估轴径按扭矩初估轴的直径，查机械设计表10-2得，C=106117，考虑到安装齿轮的轴段受扭矩和力的作用取C=117cmdmin= (4-1)4.3 结构设计4.3.1各轴段直径的确定 初估轴径后，就可按轴上零件的安装顺序，从dmin处开始逐段确定直径，轴段与大锥齿轮配合，故取d3=50min，轴段为轴防止大锥齿轮轴向窜动，由表10-3中公式计算得轴肩高度h=2.84mm，故轴径的直径d4=58mm,轴段上安装轴承又应符合轴承内径系列，即轴段的直径应与轴承型号的选择同时进行，现暂取轴承型号为3210，其内径为50mm，故轴段的直径d5=50mm，通常同一根轴上的两个轴承取相型号，故轴段的直径d7=50mm,轴段不需安装传动部件，为了装轴承故比轴段也略小，故d6=49轴段安装齿轮，为了轴加工时方便、快捷，故d8=50轴段与轴段为了轴承齿轮轴向固定，受力很小故轴段与轴段的直径不大，取d1=d10=39，轴段与轴段为退刀槽。4.3.2各轴段长度的确定 轴段的和长度比大锥齿轮短些，已知齿宽为40故L8=39.5 其余按结构需要L1=13.5 L2=3 L5=54 L6=554 L7=36 L9=3 L10=13.54.4 轴的受力分析4.4.1画受力图图4-1第一轴的受力分析图4.4.2 计算支承反力大锥齿轮：已知Tz1=3.53105Nd1=MZ1=614=84 求Ft2 Fr2 Fa2由7-19 P123 dm1=（10.5R）d1=（10.50.33）84=71.4Ft1= (4-2)Fr1=Fr1,cos (4-3)Fa1=Fr1sin (4-4)圆柱齿轮 ： T3=7.42105N. 求F Fr3由式7-6 P101水平面R1H= (4-5)R2H=在垂直面R1V=R2V=4.4.3 画弯矩图在水平面上 （4-6） （4-7） （4-8）在垂直平面上 （4-9） （4-10）合成弯矩4.4.4 画转矩图转矩由表10-1 P182取 4.4.5 当量弯矩Me4.5 判断危险剖面由上述计算结果，在2截面的合成弯矩最大，扭矩为T，该截面可能是截面。4.6 轴的弯矩合成强度校核由表10-1P182查得4.6.1 （4-11）4.7 轴的疲劳强度安全系数校核：由表10-1P182查得 -1=155MPa由附表10-1查得K=1 K=1.63由附表10-4查得绝对尺寸系数轴经磨削加工，由附表10-5查得表面质量系数则弯曲应力应力幅平均应力切应力安全系数 （4-12） 轴的设计参数汇总于表4-1表4-1轴的设计参数名称代号公式及依据计算值单位材料45表面硬度HRC P7-2手册7.1-1217255抗拉强度极限 P7-2手册7.1-1637MPa对称循环时弯曲疲劳强度极限P7-2手册7.1-1268MPa对称循环时扭转疲劳强度极限P7-2手册7.1-1155MPa平均应力0应力幅度49.8MPa49.8MPa切应力21.98MPa抗弯截面系数WW扭/210445.89mm2拉扭扭截面系数WT20891.78mm2花键外径DP7-18手册7.1-2350mm花键内径dP7-18手册7.1-2346mm花键齿数zP7-18手册7.1-238键宽bP7-18手册7.1-239敏性系数P7-15手册7.1-190.3P7-15手册7.1-190.21表面质量系数=1.8表面光洁度质量系数P7-14手册7.1-140.90强化表面质量系数P7-14手册7.1-153配合件边缘的有效应力集中系数1.252.14扭转安全系数6.28弯曲安全系数4.82安全系数S3.83最小许用安全系数S11.3S21.4S31.5疲劳许用安全系数SS1 *S2 *S32. 73查表P193 10-6得许用安全系数S=1.31.5,显然SS故此截面安全。5 轴承寿命计算根据（1）机械设计课程设计、（2）机械设计。已知轴承转速轴上的轴向载荷 方向指向轴承2，工作时有较大冲击，环境湿度125轴承违背安装32010型轴承，可查表8-14P2625.1求轴承上，承受径向载荷 （5-1） （5-2）5.2 计算派生轴向力对36210型轴承查（2）表11-9 P233有Y值是对应（2）表11-7 P232中FA/FRe时的值 5.3 计算轴承所受力的载荷由(2)式F-12 P234 故轴承e FA2/FR2=2359.96/8967.83=0.3e由（2）表11-73表查得X1=0.4Y1=1.7查表11-8得fp=1.21.8b 取中间值fp=1.5轴的当量动负荷为: （5-2）5.5 计算轴承寿命查机械设计表11-6 P231得查新编机械设计师手册表8-2-37P8-134查得 表5-1轴承及其轴的受力情况轴承位置 轴AB名称 代号 型号3621036210垂直负荷NRV913.955823.13水平负荷NRH11226.786820.05径向负荷NFR11263.928967.83派生轴向力NS2964.192359.96轴向外力NFa3095.47基本额定负荷KNCr38.2载荷系数fp1.5温度系数ft0.95径向载荷系数X0.41轴向载荷系数Y1.70轴承转速r/minn233轴承寿命hLh9515131轴1可作易损件处理，旋耕灭茬机具有很强的季节使用性，可创分个周期，一个周期换一次。结 论本设计是采用侧边齿轮传动，平衡性较差，采用偏置，刚性较差，但无需要加漏耕装置，结构简单，通过拆下侧边齿轮，然
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