3473 双圆盘开沟机的设计和研究

3473 双圆盘开沟机的设计和研究,圆盘,开沟机,设计,以及,研究,钻研 双圆盘开沟机的设计和研究摘要 通过对现有开沟机的比较研究，确定了双圆盘开沟机的总体结构，并对该机的主要参数、工作原理、工作部件做了分析。该机结构紧凑，整体布局合理，设计可达到预定效果，具有良好的推广前景。双圆盘开沟机不同于链式开沟机，它采用了铣削原理，通过圆盘部件对土壤进行铣削，具有效率高，开沟沟型完整，土壤抛洒均匀等优点，大大提高了生产率并降低了劳动强度。双圆盘开沟机适用于开挖沟渠鱼塘以及铺设电缆的工作，是农业工程机械中不可或缺的一部分。本次设计运用了液压、机械等方面的知识完成了双圆盘开沟机的设计，包括开沟机传动箱、机身、液压等部分。对传动箱进行了设计，包括齿轮的设计和校核及轴的校核，使该机的设计更加完整，设计中参考了许多国家标准使得双圆盘开沟机在使用中更加方便。关键词： 农业工程机械 双圆盘开沟机 设计 Design and Research of the Double-disk TrencherAbstract Through the comparative research of existing ditching machines, we have confirmed the ensemble structure of the double-disk trencher and analys its main parameters, operation principle, working components. It has proved that this machines structure is compact and is rationally and entirely distributed. The design could attains the anticipated result and has good popularization prospects.Unlike chain trencher, which uses the milling principle components of the soil by disc milling, high efficiency, open Gully type complete, the advantages of uniform soil spilled, greatly improving the productivity and reduce labor intensity. Double-disc trencher for digging and laying cable pond work . It is an integral part of agriculture construction machinery. This design used a hydraulic and mechanical knowledge to complete the double disc ditching machine design, including ditching machines gear box, body, hydraulic and other parts. Carried out on the gear box design, including gear and shaft design and verification check of the machines design is more perfect, the design reference to a number of national standard makes double-disc trencher more convenient in using.Keywords agriculture engineering double-disc trencher design 共 II 页 第 I 页目 录前言1第 1 章 双圆盘开沟机概述 2 1.1 双圆盘开沟机概念21.2 双圆盘开沟机发展及现状21.2.1 日美俄开沟机发展状况31.2.2 我国开沟机发展状况31.3 双圆盘开沟机研究意义4第 2 章 双圆盘开沟机总体设计52.1 双圆盘开沟机结构组成52.2 双圆盘开沟机工作原理52.3 动力机52.4 工作部件5 2.4.1 结构52.4.2 运动分析52.4.3 参数选择62.5 传动部件82.5.1 传动总轴82.5.2 传动箱82.6 液压部分82.7 机身82.8 悬挂装置82.9 附属装置9第 3 章 双圆盘开沟机传动箱设计计算103.1 直齿圆柱齿轮设计计算103.1.1 轴直齿圆柱齿轮设计计算103.1.2 轴直齿圆柱齿轮设计计算133.2 直齿锥齿轮设计计算163.2.1 轴直齿锥齿轮设计计算163.2.2 轴直齿锥齿轮设计计算193.3 齿轮轴强度校核计算19共 II 页 第 II 页3.3.1 轴强度校核计算193.3.2 轴强度校核计算21结论22致谢23参考文献24共 24 页 第 1 页前 言随着经济的发展，国家对基本建设力度加大，地下管道、电缆铺设工程数量激增，质量要求提高。靠人工开挖，不仅效率低下，沟槽开挖质量欠佳，且不能满足“微创 ”要求。农田基本建设机械种类也很多，开沟机就是其中一种，开沟机主要是用于开掘排灌渠道，是实现农田水利化的重要机具，也可用于造林时开掘带状植树沟。国外开沟机发展有多年历史，国外厂商根据用户的不同需要在开沟机上配备多种工作装置。近年来我国研制生产的旋转开沟机，采用低速一次成沟和切土、抛土功能分开的铣抛盘结构，具有较高的生产效率。双圆盘开沟机工作时由拖拉机的动力输出轴带动开沟机的刀盘旋转，安装在刀盘上的刀齿铣切土壤形成沟渠，同时沟中的土壤被刀齿抛到沟外。这种旋转式开沟机与牵引式开沟机相比，其优点是牵引阻力小，功效高，沟中被挖去的土可均匀撒在沟边两侧地表，也可集中堆在沟沿成埂。我的毕业设计选择的题目是“双圆盘开沟机” ，双圆盘开沟机设计，主要要求双圆盘开沟机实现梯形沟渠的开挖过程。通过两铣削盘铣削土壤，可以做到开沟沟型完整，土壤抛洒均匀。通过设计，分析双圆盘开沟机传动、悬挂、机身等。在进行设计的过程中参考了国家标准和相关专利，对机具的传动箱进行校核分析。由于时间仓促和作者的知识水平有限，论文中的错误和不足在所难免，请各位老师给予批评指正。共 24 页 第 2 页第 1 章 双圆盘开沟机概述开沟机的种类很多，就其动力而言，有与大、中型拖拉机相配套的；也有与手持拖拉机相配套的；就其形式而言，有配置在拖拉机后方的，称之为后置开沟机，有配置在拖拉机前方的，称之为前置式开沟机，也有配置在拖拉机侧边的，还有用拖拉机牵引的。目前使用的开沟机主要是与手扶拖拉机配套的前置式开沟机和后置式开沟机。开沟机按工作部件和工作原理的不同，可以分为铧式开沟犁以铧式犁体为工作部件，实际上就是一个单铧犁。按犁体结构可分为单翼和双翼两种；按挂接方式可分为悬挂式和牵引式两种。沟型按横截面的形状分，有矩形沟和梯形沟两种，可根据不同作物和不同地区对农艺的不同要求选择适宜的沟形。铧式开沟犁在结构和性能上都比较成熟。其优点是结构简单，工作可靠，单位功率小，生产效率高，作业成本低。但结构笨重，牵引阻力大，需与牵引力大的链式拖拉机配套，由于受附着性能的限制，不能充分发挥拖拉机的功率。旋转开沟机利用拖拉机动力，驱动旋转刀齿削土开沟，牵引阻力小，能充分发挥拖拉机的功率，适应性强，作业质量也较好。但传动复杂，制造工艺要求高，单位功率消耗大，生产率比铧式开沟犁低。对于配套动力虽可与牵引力不大的轮式拖拉机配套，但要求选择功率大而行驶速度低的，最好与有爬行档的拖拉机配套工作，旋转开沟机由于优点突出而广泛使用。旋转式开沟机以旋转刀齿为工作部件，按工作部件的类型分为纵向或横向螺旋齿式，倾斜螺旋齿式，转鼓式和旋转盘式等几种。其中旋转盘式开沟机优点较多，应用较广，按旋转盘数分为单盘和双盘两种。挂接方式大都为悬挂式。圆盘式开沟机分为单圆盘式和双圆盘式两种，入土角为钝角，依靠圆盘的旋转进行切土开沟。圆盘开沟机的特点是滚动切土，不易堵塞，开沟阻力小，不挂草，可以在杂草和残茬多的田间工作。1.1 双圆盘开沟机概念双圆盘开沟机由两个铣刀盘进行铣削作业，与拖拉机挂接进行开沟清淤的一种机械。1.2 双圆盘开沟机发展及现状共 24 页 第 3 页开沟机按原理分两种：犁式开沟机和旋转开沟机，犁式开沟机开沟部件不旋转，直接由动力牵引，开沟速度快、效率高，但一般开沟深度较小，土壤硬度不能太大;旋转开沟机则是工作部件旋转，称为铣削式开沟，沟型平整。开沟机主要有以下几种：犁式开沟机、割盘式开沟机、双圆盘式开沟机，回转链式开沟机以及立式螺旋式开沟机。1.2.1 日、美、俄开沟机发展状况国外开沟机发展有五十多年的历史，主要以美国、俄罗斯、法国及近几年发展较快日本等国家主，且国外厂商根据用户的不同需要在开沟机上配备多种工作装置，如推土板、凿孔器、铺缆器等，90 年代北美销售量达近万台。日本小型 ：LT800 手扶链刀开沟机，沟深 80cm 沟宽 27cm ，58 马力；C 15 系列开沟机 沟深 120cm 沟宽 2040cm，18 马力；F75 四轮驱动 沟深 180cm 沟宽 1540cm，14 马力。欧美中型 ：M220 液力驱动 沟深 91cm 沟宽 1015cm 20 马力；PT18 牵引式开沟机 沟深 183cm 沟宽 1015cm ，35 马力驱动，牵引大马力拖拉机；BH 9003P 悬挂式挖沟机沟深 244cm 沟宽 30cm 中马力拖拉机。俄罗斯悬挂式开沟机：aTy161 沟深：160cm 沟宽 2040cm 50 马力拖拉机。 1.2.2 我国开沟机发展状况我国七十年代中期由天津工程机械所和长春工程机械厂合作，研制出我国首台轮斗式开沟机。八十年代中期，三、四个厂家分别开发了几种开沟机械，但由于机械性和技术性的等原因未能全面推广。直到二十世纪末，天津工程机械研究所开始新一轮开沟机的研制，主要研究的是轮式开沟机和挖壕机，研制出了 GC60 和军用挖壕机两种开沟机。现代农装湖州联合收割机有限公司引进美国公司技术，产生了 244D 多功能田园机，采用了回转链式结构，但是成本增高。共 24 页 第 4 页图 1.1 双圆盘开沟机工作我国手扶中马力、大马力 1kp100、1kp150、1kp250 开沟铺管机。开沟深：1、1.5、2.5m 和 1k30、1k35 、1k40 圆盘开沟机沟深：30、35、40cm 、1kx100 旋转双圆盘开沟机沟深 100cm 梯形沟等机型。1.3 双圆盘开沟机研究意义开沟机是工程机械的主要机种之一，广泛的应用于农田水利建设、通信电缆及石油管线的铺设、市政施工以及军事工程的建设。开沟机具有专用性强，设备投资少，可连续开掘，工作效率高等特点。国外连续式开沟机已经使用的很广泛，国产开沟机投入使用的较少。随着生产建设的全面启动，开沟施工工程规模越来越大，如基础建设施工开沟、光缆、电缆、管道铺设等方面都面临着巨大的开沟工作量，特别是在农业领域，都是用工量很大的作业，我国几乎用人工完成。农田土地不平整杂草乱石及作物根茬等情况，要求研制适合我国国情的开沟设备，对提高开沟效率、减少人力物力资源浪费，提高劳动生产率有重要意义。根据相关要求，所研制开沟机需要满足的技术指标为：生产效率大于60m/h；开挖深度1m，上口宽1.9m，下口宽0.4m ，沟深1m ；沟槽一次开挖成型，沟型完整。要研究一种双圆盘开沟机用以满足以上要求。共 24 页 第 5 页第 2 章 双圆盘开沟机总体设计2.1 双圆盘开沟机结构组成该机由东方红-75 型拖拉机、传动总轴、传动箱、左右铣刀盘、机架、尾轮、液压装置、安全装置、挡土罩等部分组成。2.2 双圆盘开沟机工作原理双圆盘开沟机是仿照铣削原理加工土壤来完成开沟作业的。工作时拖拉机低速直线前进，铣刀盘轴旋转，刀齿嵌入土壤、切断土壤、抛出土壤、两个铣削盘铣削并抛出本身所占据的沟型断面，中间部分土壤靠自重落到刀盘上，在由刀盘内抛板将这部分土壤抛出。2.3 动力机确定配套动力，要满足机具和各部件的动力的需求，并保证其配套动力合理，另外，考虑到道路、桥梁所需允许通过的机具最大外型尺寸和重量，拟定东方红-75 型拖拉机作动力。2.4 工作部件铣刀盘2.4.1 结构铣刀盘共两件，左右对称布置，由刀齿和盘毂焊合两部分组成，刀齿包括径向切刀和内抛板。2.4.2 运动分析双圆盘开沟机工作时，随着机具的前进，旋转铣刀盘连续不断的切削土壤，并将切除的垡片抛到沟外。因此，旋转刀盘上的刀齿切削土壤时的运动轨迹为一摆线，设双圆盘开沟机刀盘轴心为直角坐标系的原点 O，开沟机前进方向为X 轴，沟坡至沟底的方向为 Y 轴。刀齿端点 M 的运动轨迹可用时间 t 的参数方程如下：X=ut+Rsinwt (1)共 24 页 第 6 页Y=Rcoswt (2)式中：u 为机具前进速度（米/小时） ；R 为刀齿端点 M 至轴心距离（米） ；w 为刀齿旋转角速度（弧度/秒）刀齿 M 点沿 X 轴与 Y 轴的速度分量为：VX=dx/dt=u+Rwcoswt (3)VY=dy/dt=-Rwsinwt (4)刀齿端点 M 放入瞬时切削速度为：V 切 = 222 wRucostUYX（5） 由公式可以看出，机具的前进速度 u 改变时，摆线形状发生变化，刀齿切削垡片的长度厚度改变，即作用在刀齿上的切削阻力发生变化，功率消耗也发生变化。当刀齿回转半径 R 及回转角速度 w 改变时，也使刀齿切削垡片的轨迹发生变化，改变了作用在刀齿的切削阻力，使功率消耗发生变化。刀齿切削土壤时，切下的垡片与刀齿一起运动，使垡片产生离心惯力，R、w 的改变使离心力改变，消耗于垡片与土壤间的摩擦力和抛掷力改变，即由摩擦功和抛掷所产生的功率消耗亦改变。可见，机具前进速度 u，刀齿回转半径 R，角速度 w 是影响开沟机功率消耗的主要因素，合理的选用这些参数，将能改变双圆盘开沟机的性能。2.4.3 参数选择（1） 铣刀盘直径刀盘直径主要取决于沟渠断面的尺寸。一次成型的开沟机，刀盘小端直径 d 应大于沟墙斜面长度 L，一般可取d=（1.21.4 ） L，选择较小的刀盘直径可以使机具的重量减轻。但直径太小时，沟中散土不能顺利的抛出沟外，沟中回土较多。因此应在保证机器工作性能的前提下选择较小直径。要求沟深 1 米，下底宽 0.4 米，上口宽为 1.9 米。在这里选择 d=1.25L，因L=1.25 可以得到 d=1.5625（米） ，D 小 选择 1.56 米刀盘大端直径 D 大 取 1.76 米。（2） 刀盘的线速度 V 的选择圆周速度主要根据土壤情况和对土壤抛掷的要求来选择。圆周速度越高，抛土距离越大抛散也比较均匀，但能量消耗剧增。因此为了减少能量消耗，在共 24 页 第 7 页满足工作要求的情况下，圆周速度要小一点。一般抛土距离在十五米以内时，圆周速度可以在 715 米/秒的范围内选择。根据选定的圆周速度和刀盘直径即可计算出刀盘的转速。这里选择 9.4 米/秒。（3） 铣削方向刀盘的铣削方向有顺铣和逆铣两种，一般采用逆铣，即刀盘的旋转方向与拖拉机驱动轮转向相反。逆铣时，刀盘在切土和抛土过程中和土壤接触的途径较短，因而抛土的能量消耗少。故选择逆铣方式。（4） 刀齿进给量 S 的选择进给量的选择原则是：刀齿背部不顶土，牵引阻力要在拖拉机额定牵引力允许的范围内，铣刀盘阻力矩要在拖拉机动力输出轴额定输出扭矩的范围内。前苏联在开沟机设计中，根据土质的不同类型推荐选用 0.5-6 厘米范围内，该机具选用 4 厘米。（5） 刀齿数及其排列铣刀盘上刀齿数目决定于铣刀盘的形式及尺寸，切削条件和对土壤的抛掷要求。一般刀齿均按多头螺旋线排列，以使机械负荷均匀。刀盘端面内抛板数和螺旋线头数相同。径向切刀成平行四边形共十八把，沿刀盘圆周呈六头螺旋线排列。刀齿由65Mn 钢板锻打而成，刃口淬火，硬度 HRc45-52，内抛板六块，由 Q235 钢板制成。（6） 机具前进速度 u 的选择机具前进速度和拖拉机发动机功率和沟型截面积有关，用经验法进行设计时，是用比功或比能耗 KN 作为估算基础的，它定义为一个工作小时中消耗功率和生产率的比值（比功的大小取决于土壤的物理机械性能，工作部件和土壤切片的形状及参数，工作部件和土壤相互作用过程的运动学等特性） 。u=N/(KNS)其中:u 为拖拉机的前进速度；N 为拖拉机输出轴的轴功率；在本式中已经包括了开沟机传动系统消耗的功率，S为沟渠的横截面积，为 1.15m2，KN 的选择范围在 0.15-0.37 千瓦小时 /米 2，东方红75 型拖拉机的额定功率为 5.88 千瓦，发动机的功率利用率为 85%，则 N=5.8885%=5（千瓦） ，如在考虑到拖拉机牵引功率为 3.7 千瓦，则按 46 千瓦计算，为保证机具在各类土壤中均能达到设计沟深，KN 取 0.37u= SKN=46/（0.371.15）共 24 页 第 8 页=46/0.43106（米/小时）根据计算 u 可达到 106 米/小时，按（50-70）米/小时作为机具调节范围以供使用选择。2.5 传动部件由传动总轴和传动箱两部分组成。2.5.1 传动总轴传动总轴是通过带有空间可变角度万向节传递动力，为防止双圆盘开沟机在作业时过载，通常在传动部分装有安全装置。2.5.2 传动箱传动箱是通过齿轮传动来降低输出轴转速，增加输出扭矩，并改变动力输出方向，箱体为整体铸造结构。2.6 液压装置选用 FP 2 -75A 双阀分配器和 YG110 型油缸，它的作用是操纵尾轮，在运输状态时起后支撑作用，在作业时调节开沟深度。液压系统是提升农具的动力和控制装置，它由油泵、分配器及操纵机构，液压油缸和辅助装置等组成。按照液压元件在拖拉机上的布置方式的不同，拖拉机的液压系统可以分成三类分别是分置式液压系统、半分置式液压系统和整体式液压系统。本课题中由于开沟机后置于拖拉机并悬挂，考虑经济实用的原则仍使用拖拉机现有的液压系统。2.7 机身机身主要指的是机架。机架是开沟机的骨架;所有的部件都连接在机架上。目前我国开沟机多采用平行梁架，用钢杆和槽钢焊接而成。2.8 悬挂装置拖拉机在田间作业时，与农具的连接方式有牵引式和悬挂式两种。牵引式连接是将开沟机铰接在拖拉机后端牵引杆的挂钩上，农具的重量由它本身地轮支撑，工作时农具的升降和耕深的控制是通过作业者手动操纵实现的，这使得农具复杂笨重，机动性和通用性较差，劳动强度大。悬挂式连接是将农具悬挂在拖拉机上，它们组成了一个整体，驾驶员可以共 24 页 第 9 页在拖拉机上控制农具的升降和耕深，这使得农具结构简单、重量轻，机动性好，提高了效率，当悬挂式连接采用液压系统作为提升动力后，可以实现自动调节耕深，改善了劳动条件提高了机具的工作质量。悬挂式连接还可以改变拖拉机的受力状态，有利于改善拖拉机的牵引性能。液压装置已经成为拖拉机不可缺少的组成部分。悬挂机组工作时，应使耕深均匀，发动机负荷波动小，不影响机组生产率故须有调节装置，以适应土壤比阻和地面形状的变化。选择位调节方式。2.9 附属装置附属装置包括附变速箱和动力输出轴。双圆盘开沟机作业时要求配套的拖拉机有 50-200 米/ 小时左右的低速，而拖拉机没有这样的低速档，需安装附变速箱，该机具选用 75-37F 附减速箱。增加的附减速箱不影响拖拉机动力输出轴转速。由于双圆盘开沟机所需要的回转功率是通过动力输出轴传递的，占拖拉机全部输出的 95%以上，而牵引功率所需功率一般不超过 2.2-3.7 千瓦，不到全功率的 5%，因此要求拖拉机动力输出轴能全功率输出，而东方红-75 型拖拉机输出轴的花键规格强度不够，须将花键的直径增加 50。共 24 页 第 10 页第三章 双圆盘开沟机传动箱设计图 3.1 双圆盘开沟机齿轮传动功率从动力输出轴输出，经过万向节轴承和齿轮传动消耗部分功率，如传动简图：农用机械齿轮选择八级精度，圆柱齿轮传动效率为 0.97，锥齿轮传动0.940.97，这里我们选择 0.95，万向节效率为 0.95，球轴承效率为 0.99，滚子轴承效率为 0.98，由此我们可以计算出各轴效率，经计算最后传到铣刀盘轴的效率约为 23kw，这里就按 23kw 计算。3.1 直齿圆柱齿轮设计计算3.1.1 轴直齿圆柱齿轮计算已知 P1=65kw ， n1=540r/min ，Z 1=30，Z 2=79，寿命 Lh=12000h，小齿轮相对其轴的支撑为不对称布置。（1）选择齿轮的材料和精度等级1）由教材表 10-1 选择小齿轮的材料为 40Cr，硬度 280HBS，大齿轮材料为 45共 24 页 第 11 页钢（调制）硬度 240HBS，二者材料硬度相差 40HBS。2）双圆盘开沟机属于农业机械，故精度等级选择 8 级。（2）按齿面接触疲劳强度计算：由设计计算公式进行计算即：3211 )(2. HEdtZuKTd1）试选载荷系数：Kt=1.8;2）计算小齿轮传递的扭矩:P1=65=650.950.90.98=54.5KWT1= 9.55106(54.5/540)Nmm=963842.6Nmm605.9n3）确定齿宽系数：小齿轮做不对称布置，查表 10-7 选择 d=1.0。4）确定弹性影响系数：查教材表 10-6 得 ZE=189.8MPa5）确定区域载荷系数：按标准直齿圆柱齿轮设计得 ZE=2.56）齿数比：u= Z2/ Z1=79/30=2.637) 根据循环次数公式 N=60njLh 计算应力循环次数 :N1=60n1jLh=60540112000=3.88108N2=60n2jLh=60540(30/79)12000=1.4761088) 取接触疲劳寿命系数：查教材图 10-19 中曲线 1 可得KHN1=1.1 KHN2=1.159) 计算接触疲劳许用应力：查教材图 10-21（d） Hlim1=600Mpa Hlim2=550MPa得取失效率为 1%，安全系数 SH=1 H1= Hlim1 KHN1/SH=(1.10600/1.0)Mpa=660MPa H2= Hlim2 KHN2/SH=(1.15550/1.0)Mpa=632.5MPa10) 由接触强度计算小齿轮分度圆直径，代入 H中较小值3211 )(2. Edt ZuTd=2.321.8963842.6(2.63+1)189.82/2.63632.521/3mm=139mm11) 计算齿轮的圆周速度：v=3.14 d1tn1/(601000)=3.14139540/(601000)m/s =3.928m/s4m/s12) 计算齿宽和齿高比：共 24 页 第 12 页b= dd1t=1.0139mm=139mmmt= d1t/Z1=139/30mm=4.63mm齿高：h=2.25mt=2.254.63mm=10.42mmb/h=139/10.42=13.3413) 计算载荷系数：齿轮的使用载荷系数载荷情况以轻微冲击为依据，查教材表 10-2 得：K A=1.25由教材图 10-8 查的 KV=1.18直齿轮 K Ha=KFa=1由表 10-4 得： K H =1.34 由 10-13 得： K F =1.28接触强度载荷系数：K= KAKVKHaKH =1.251.1811.34=1.9814) 按实际的载荷系数校正分度圆直径： 31ttd=139(1.98/1.8)1/3mm=143.5mm(3) 校核齿根弯曲强度载荷系数：1) 确定弯曲强度载荷系数：K=KAKVKFaKF =1.251.1811.28=1.8882) 查取齿形系数和应力校正系数：查教材表 10-5 得：YFa1=2.52 YSa1=1.625YFa2=2.22 YFa2=1.773) 计算弯曲疲劳许用应力：由教材图 10-8 得： K FN1= KFN2=1取安全系数： SF=1.4 由教材图 10-20（c ）得： FN1=500Mpa FN2=440MPa按对称循环交变应力确定许用弯曲应力： F1=0.7 FN1 KFN1/SF=0.7(1500/1.4)Mpa=250MPa F2=0.7 FN2 KFN2/SF=0.7(1440/1.4)Mpa=220MPa4) 计算大小齿轮的 YFaYSa/ F并加以比较共 24 页 第 13 页YFa1YSa1/ F1=2.521.625/250=0.01638YFa2YSa2/ F2=2.221.77/220=0.01786大齿轮数值大5) 设计计算：=4.23mm321FSadYZKTm齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，可将模数圆整为标准值m=5mm 按接触强度算得分度圆直径 d1=143.5mm算出小齿轮齿数 Z1= d1/n1=143.5/5=28.729大齿轮齿数 Z2=2.63 Z1=76.2776这样计算的齿轮传动既满足疲劳强度又满足齿轮弯曲疲劳强度并做到结构紧凑，避免浪费。（4）计算几何尺寸1) 计算分度圆直径：d1= Z1m=539mm=145mmd2= Z2m=576mm=380mm2) 计算中心距：a=( d1+ d2)/2=(145+380)/2mm=262.5mm3) 计算齿轮宽度：b= dd1=1143.5mm=143.5mm144mm取 B2=144mm B1=150mm3.1.2 轴直齿圆柱齿轮计算已知 P2=52.8kw ， n2=206r/min ， Z3=50，Z 2=100，寿命 Lh=12000h，小齿轮相对其轴的支撑为不对称布置。（1）选择齿轮的材料和精度等级1）由教材表 10-1 选择小齿轮的材料为 40Cr，硬度 280HBS，大齿轮材料为 45钢（调制）硬度 240HBS，二者材料硬度相差 40HBS。2）双圆盘开沟机属于农业机械，故精度等级选择 8 级。（2）按齿面接触疲劳强度计算：由设计计算公式进行计算即：共 24 页 第 14 页3223 1. HEdt ZuKTd1）试选载荷系数：Kt=1.8;2）计算小齿轮传递的扭矩:P2=65=52.8KW 26105.9nT= 9.55106(52.8/206)Nmm=2447767Nmm3）确定齿宽系数：小齿轮做不对称布置，查表 10-7 选择 d=1.0。4）确定弹性影响系数：查教材表 10-6 得 ZE=189.8MPa5）确定区域载荷系数：按标准直齿圆柱齿轮设计得 ZE=2.56）齿数比： u=Z4/ Z3=100/50=27）根据循环次数公式 N=60njLh 计算应力循环次数 :N3=60n3jLh=60206112000=1.4832108N4=60n4jLh=6010212000=7.3441078）取接触疲劳寿命系数：查教材图 10-19 中曲线 1 可得KHN3=1.28 KHN4=1.39）计算接触疲劳许用应力：查教材图 10-21（d） Hlim3=600Mpa Hlim4=550MPa得取失效率为 1%，安全系数 SH=1 H3= Hlim3 KHN3/SH=(1.28600/1.0)Mpa=768MPa H4= Hlim4KHN4/SH=(1.3550/1.0)Mpa=715MPa10）由接触强度计算小齿轮分度圆直径，代入 H中较小值32231. Edt ZuTd=2.321.82447767(2+1)189.82/271521/3mm=180mm11）计算齿轮的圆周速度：v=3.14 d1tn1/(601000)=3.14180206/(601000)m/s=1.94m/s12）计算齿宽和齿高比：共 24 页 第 15 页b= dd3t=1.0180mm=180mmmt= d2t/Z3=180/50mm=3.6mm齿高：h=2.25mt=2.253.6mm=8.1mmb/h=180/8.1=22.2213）计算载荷系数：齿轮的使用载荷系数载荷情况以轻微冲击为依据，查教材表 10-2 得：K A=1.25由教材图 10-8 查的 KV=1.1直齿轮 K Ha=KFa=1由表 10-4 得：K H =1.361由 b/h=22.22 查图 10-13 得 K F =1.22接触强度载荷系数：K= KAKVKHaKH =1.251.111.361=1.8714）按实际的载荷系数校正分度圆直径：d3= d3t(K/Kt)1/3=180(1.87/1.8)1/3mm=182.3mm(3) 校核齿根弯曲强度载荷系数：1）确定弯曲强度载荷系数：K=KAKVKFaKF =1.251.111.22=1.67752）查取齿形系数和应力校正系数：查教材表 10-5 得：YFa3=2.32 YSa3=1.70YFa2=2.18 YFa2=1.793）计算弯曲疲劳许用应力：由教材图 10-8 得KFN3=0.85 KFN4=0.88取安全系数：S F=1.4 由教材图 10-20（c ）得： FN3=500Mpa FN4=440MPa按对称循环交变应力确定许用弯曲应力： F3= FN3KFN3/SF=0.85500/1.4Mpa=303.57MPa F4= FN4KFN4/SF=0.88380/1.4Mpa=238.86MPa4）计算大小齿轮的 YFaYSa/ F并加以比较YFa1YSa1/ F1=2.321.70/303.57=0.012992YFa2YSa2/ F2=2.181.79/238.86=0.016337共 24 页 第 16 页大齿轮数值大5）设计计算：=3.77mm32FSadYZKTm齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，可将模数圆整为标准值m=5mm 按接触强度算得分度圆直径 d3=180mm算出小齿轮齿数 Z3= d3/n2=182.3/5=36.4636大齿轮齿数 Z4=2Z4=72.9273这样计算的齿轮传动既满足疲劳强度又满足齿轮弯曲疲劳强度并做到结构紧凑，避免浪费。（4）计算几何尺寸1）计算分度圆直径：d3= Z3m=536mm=180mmd4= Z4m=573mm=365mm2）计算中心距：a=( d3+ d4)/2=(180+365)/2mm=272.5mm3）计算齿轮宽度：b= dd3=1180mm=180mm取 B4=180mm B3=185mm3.2 直齿锥齿轮设计计算3.2.1 轴直齿锥齿轮计算设计用于开沟机的直齿圆锥齿轮传动，轴夹角 90，传递功率 P=23.4kw，转速n=102r/min，齿数比 u1=1,两班制工作寿命十年（按一年 300 天算） 。（1）选择齿轮的材料和精度等级1）由教材表 10-1 选择两齿轮的材料为 40Cr，硬度 280HBS。2）双圆盘开沟机属于农业机械，故精度等级选择 8 级。3）选择齿轮齿数 Z 1= 65Z2=u Z1=65取 Z 2=65 u= Z2/Z1（2）按齿面接触疲劳强度计算：共 24 页 第 17 页由设计计算公式进行计算即： 3 2121 5.09.2uKTZdRdHEt 进行试算。1）试选载荷系数：Kt=1.6;2）计算主动齿轮传递的扭矩:P1=23.4KW=9.55106(23.4/102)Nmm=2190882Nmm16105.9nT3）确定齿宽系数：小齿轮做不对称布置，查表 10-7 选择 R=0.3。4）确定弹性影响系数：查教材表 10-6 得 ZE=189.8MPa5) 确定区域载荷系数：按标准直齿锥齿轮设计得 ZE=2.56) 根据循环次数公式 N=60njLh 计算应力循环次数 :N1=60n1jLh=60102103002=3.67107N2=60n2jLh=60102103002=3.671077) 取接触疲劳寿命系数：查教材图 10-19 中曲线 1 可得KHN1=1.25 KHN2=1.258) 计算接触疲劳许用应力：查教材图 10-21（d） Hlim1=600Mpa Hlim2=600MPa9) 计算接触疲劳许用应力得取失效率为 1%，安全系数 SH=1.0 H1= Hlim1 KHN1/SH=(1.25600/1.0)MPa=750MPa H2= Hlim2 KHN2/SH=(1.25600/1.0)MPa=750MPa10）由接触强度计算小齿轮分度圆直径，代入 H中较小值=295.4mm3 2121 5.09. uTZdRdHEt 11）计算齿轮的圆周速度：dm1= d1(1-0.5 R)=295.4(1-0.30.5)mm=251.09mm=251mmv=3.14 dm1n1/(601000)=3.14251102/(601000)m/s=1.34m/s12）计算载荷系数：共 24 页 第 18 页齿轮的使用载荷系数载荷情况以轻微冲击为依据，查教材表 10-2 得：K A=1.0由教材图 10-8 查的 KV=1.10直齿轮 K Ha=KFa=1根据齿轮两端支撑，齿轮作悬臂布置，查教材 10-9 得轴承系数 KHbe =1.25由公式得：KH =KF =1.5KHbe =1.51.25=1.875接触强度载荷系数：K= KAKVKHaKH =1.01.11.01.875=2.0613）按实际的载荷系数校正分度圆直径：=295.4(2.06/1.6)1/3mm=321mm31ttdm= d1/Z1=321.4/65=4.94mm取标准值 m=5mm14）计算齿轮的相关几何尺寸：d1= Z1m=565mm=325mmd2= Z2m=565mm=325mm 1=arccos(1/2)=45 2=90- 1=452udR=227mm15）圆整后的齿宽：b= RR=0.3227mm=68.1mm圆整取 b2=68mm b1=68mm(3) 校核齿根弯曲疲劳强度：1）确定弯曲强度载荷系数：K=KAKVKFaKF =1.01.11.01.875=2.062）计算当量齿数ZV1=Z1/cos 1=65/cos45=91.9ZV2=Z2/cos 2=65/cos45=91.93）查取齿形系数和应力校正系数：查教材表 10-5 得：YFa3=2.20 YSa3=1.74YFa2=2.20 YFa2=1.744）计算弯曲疲劳许用应力：共 24 页 第 19 页由教材图 10-8 得KFN1=0.98 KFN4=0.98取安全系数：S F=1.1 由教材图 10-20（c）得： FN3=500Mpa FN4=440MPa F1= FN1 KFN1/SF=(0.98500/1.1)MPa=445.45MPa F2= FN2 KFN2/SF=(0.98500/1.1)MPa=445.45MPa5）校核弯曲强度根据弯曲强度校核公式 F=2KT1YFaYSa/bm（1-0.5 R）z F进行校核如下： F=2KT1YFa1YSa1/bm（1-0.5 R）z=251.1 F1 F=2KT1YFa2YSa2/bm（1-0.5 R）z=251.1 F2满足弯曲强度参数符合要求。3.2.2 轴直齿锥齿轮计算通过锥齿轮 1 的计算，可得到锥齿轮 2选择锥齿轮 3 齿数 90，锥齿轮 4 齿数 90d3= Z3m=590mm=450mmd2= Z4m=590mm=450mm 3=arccos(1/2)=45 4=90- 3=45=318mm213udR圆整后的齿宽：b= RR=0.3318mm=95mm圆整取 b2=95mm b3=95mm3.3 齿轮轴强度校核3.3.1 轴强度校核计算选用 45 钢 =40MPa,d=90mm: 共 24 页 第 20 页图 3.2 双圆盘开沟机轴支撑图由公式 Ft=2T/dFr=Fttana Fn=FT/cosa得： = 9.55106(54.5/540)Nmm=963842.6Nmm16105.9PTFt2=2T1/d1=2963842.6/145N=13294NFr2=Ft2tana=13294tan20N=4838.6N = 9.55106(52.8/206)Nmm=2447767Nmm26205.9nTFt3=2T2/d3=22447767/180N=27197NFr3=Ft3tana=27197tan20N=9899N 图 3.2 轴扭矩图图 3.3 轴剪力弯矩图共 24 页 第 21 页计算支座反力：489Fa1+152.5Fr3=357Fr2489Fa2+132Fr2=336.5Fr3Fa1=445N Fa2=5506N由扭矩图，剪力图和弯矩图可得：齿轮 3 处轴为危险截面M=839.6Nm由第三强度理论校核：/W=32（839.6+2447.767） /(3.140.093)=36.2Mpa2TM满足强度要求。3.3.2 轴强度校核计算轴材料选择 40Cr，=50MPa,功率 P=23KW,n=102r/min，空心轴d=80mm，D=100mm。T= 9.55106(23/102)Nmm=2153431Nmm T=T/Wt=9550000P/(nWt)=18.58Nmm所以轴的扭转剪切强度合格。共 24 页 第 22 页结 论双圆盘开沟机与拖拉机的挂接方式采用三点悬挂结构方式，拖拉机纵向稳定性较好，拆装方便；传动箱能够降低输出轴转速并且改变力的传递方向；在铣刀盘盘毂外缘上设计了十八把径向切刀呈六头螺旋线排列，使机具在作业时负荷均匀，抛洒连续，不漏土，达到了设计要求。该机具是水利工程中较为理想的作业机具。作业效率和作业质量大大提高，符合高效农业发展要求。双圆盘开沟机缺点是开沟机结构复杂，重量大，附土和入土性能较差，特别在粘重土壤上更为严重，亟待解决，但是双圆盘开沟机基本能够满足开沟的作业要求，尤其是沟型的比较完整，效率高。通过本次的设计对机械设计与材料力学等专业课的运用，让我明白了许多道理，查阅了许多关于开沟机的资料，锻炼了自己的能力，也认识到了大学中学习各门课程的意义，对于以后的工作有更大帮助。共 24 页 第 23 页致 谢近三个月的毕业设计终于完成，在这这段时间里，我运用大学所学的专业课完成了本次毕业设计，在毕业设计中通过对方案论证，理论设计的计算，机械结构的设计，工程图的绘制，设计说明书的撰写等环节的训练，已经使个人理论水平和实际动手能力有了提高，锻炼了自己在查找资料、设计、分析，动手实践等方面的能力，同时使所学专业知识得到一次全面的巩固和加强。此次毕业设计能够顺利完成，我得到了很多老师、同学的关心、帮助和支持，在此本人首先向他们表示感谢。在毕业设计过程中，我的指导老师刘晓杰老师给予很多的帮助。在设计前期的准备时，刘老师给指明选题方向，帮助分析题目的可行性和实际中可能出现的问题以及需要注意的事项。在细节设计审核时，为我指出在设计中出现的不足与错误，并帮助我分析相应知识难点的原理，使我的毕业设计得以顺利进行。同时，我也要感谢大学四年所有教过和没有教过但给我很多帮助的老师，是他们的教导让我能在这里学到很多的专业知识，给我以后工作和学习打下了坚实的基础，是他们的谆谆教诲使我明白了更多为人处事的道理，在此我衷心地感谢所有帮助过我的老师。由于时间和个人知识及能力水平有限，论文中难免会有一些纰漏或错误之处，恳请各位老师批评指正。不胜感谢！共 24 页 第 24 页参考文献1 吴建东.1ks-100 双圆盘开沟机.工程机械，19932 张传忠，艾光富 .kx-40 双圆盘旋转式开沟机的设计. 拖拉机与农用运输车，2002，5：36-383 张汝坤.1ks-22 型双轴开沟机设计研究.云南大学学报，2005,6：850-853 4 吴辅仁.双圆盘开沟机功率计算的几个问题.黑龙江八一农垦大学学报，1981，1:65-695 马洪亮，高焕文，李洪文，魏淑艳.斜置驱动圆盘免耕播种机设计与试验.农业机械学报，2006,5:45-476农业机械编写小组.农业机械.北京：北京出版社，19787 冯辛安主编.机械制造装配设计.北京:机械工业出版社,20058 于俊一,邹青主编.机械制造技术基础.北京:机械工业出版社,20049 濮良贵,纪名刚主编机械设计第七版.北京:高等教育出版社,200510 吴建东.1ks-100 双圆盘开沟机的设计研究和试验.工程机械，199311 http:/www.cnki.net(中国期刊网) 共 24 页 第 25 页