78 1BLQ型立式旱地驱动耙设计
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IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 1 -目 录 1 绪 论 .21.1引言 .21.2农业土壤耕作的作用与要求 .31.2.1 土壤耕作的作用 .31.2.2 耕整地农艺要求 .41.2.3土壤耕整地机械 .42.整机结构设计分析 .62.1结构设计要求 .62.2 旋刀的运动学分析 .62.3 刀盘分布设计 .73 传动方案设计 .83.1旱地立式驱动耙主体结构方案设计 .83.2 传动比的分配 .114.功率分析 .124.1单盘作业扭矩与功率分析 .124.1.1 单盘切削、破碎土壤所需的扭矩 .124.1.2 旱地驱动耙的功率消耗 .134.1.3 传动过程的功率分配 .155.传动件的设计 .155.1 轴的设计 .155.1.1 选择轴的材料 .155.1.2 轴上的功率 P,转速 n和转矩 T.165.1.3 确定轴的最小直径 .165.1.4轴的强度校核 .175.2轴承的选用和校核 .255.3精度要求 .276. 驱动耙其它零部件设计 .286.1悬挂机构 .286.2箱体的设计 .286.3刀具的设计 .297.总结 .30参 考 文 献 .31致 谢 .32 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 2 -21 绪 论1.1 引言我国是一个农业大国,要实现农业现代化,首先要实现生产手段现代化。农业机械化就是农业生产中产前、产中、产后全部实现机械化。其中,土壤耕作实现机械化是减轻农业劳动强度、改善劳动条件、保证作业质量、提高土地单位面积收获量和提高劳动生产率的重要手段。作为在农业生产中消耗于土壤耕作劳力、动力比重很大的耕地机械就是一种通过机械化土壤耕作形成良好水、肥、气、热梯度,创造有利于作物生长发育的耕层构造要求的专用作业农机具。驱动式耕耘机械,在现代农业机械中形成了一个新兴品种。此类耕耘机械由拖拉机的动力输出轴通过传动系统将动力以扭矩的形式直接作用于工作部件,使之旋转或往复运动,以提高切土能力并使土壤高度松土。其 切 土 、 碎 土 能 力很 强 , 一 次 就 能 达 到 耕 、 耙 几 次 的 效 果 , 耕 后 地 表 较 为 平 整 、 且 松 软 , 且 能抢 农 时 , 减 少 拖 拉 机 进 地 次 数 , 降 低 作 业 成 本 , 达 到 农 艺 要 求 。 它 对 土 壤 湿度 的 适 应 范 围 较 大 , 因 此 , 我 国 南 方 地 区 多 用 于 秋 耕 稻 茬 种 麦 , 水 稻 插 秋 前的 水 耕 水 耙 。 在 我 国 北 方 地 区 , 用 于 大 田 作 物 的 浅 耕 灭 茬 , 起 到 秸 秆 还 田 的作 用 。 另 外 , 还 适 于 盐 碱 地 种 水 稻 的 整 地 作 业 等 。 因 此 , 近 几 年 驱 动 式 耕 耘机 械 的 研 究 与 使 用 有 了 很 大 的 发 展 。 目前世界各国生产的驱动式耕耘机械主要有水平横轴式、立轴式、往复式和联合作业式几大类。 水平横轴式旋耕机 该类旋耕机的旋转轴辊与地面平行并与前进方向垂直,其工作部件为安装在水平轴上的旋刀,旋刀在拖拉机动力输出轴驱动下,垂直切削土壤,达到切土和碎土的目的。 立轴式旋耕机 它是刀齿和刀片绕立轴旋转的旋耕机,其突出的功能是可以进行深耕,一般能达到 3035cm,较深的能达到 4050cm,而且可使整个耕层土壤疏松细碎,但前进速度较慢。目前在水田耕耘的机型有:立轴浆叶式旋耕机、立轴爪式旋耕机(英国) 、立轴笼式旋耕机(日本) 、立轴转齿式旋耕机。国内采用立轴式的旋耕机较少。 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 3 -31.2 农业土壤耕作的作用与要求1.2.1 土壤耕作的作用农 业 生 产 的 实 质 是 通 过 作 物 的 光 合 作 用 , 对 气 候 资 源 和 土 地 资 源 的 加 工 。机 械 化 土 壤 耕 作 ,则 是 通 过 农 机 具 对 农 田 土 壤 的 加 工 。 机 械 化 土 壤 耕 作 不 同于 以 人 畜 力 为 动 力 的 土 壤 耕 作 ,因 为 它 对 土 壤 的 控 制 和 管 理 作 用 比 以 人 畜 为动 力 要 大 得 多 ,也 深 刻 得 多 。 原 苏 联 土 壤 学 家 和 耕 作 学 的 创 始 人 威 廉 斯 有 句名 言 : “没 有 不 良 的 土 壤 , 只 有 不 良 的 耕 种 方 法 ”。 他 所 指 的 耕 种 方 法 也 包括 土 壤 耕 作 在 内 。 通 过 国 内 外 土 壤 耕 作 方 法 的 发 展 和 多 样 化 , 也 证 明 土 壤 耕作 可 能 使 土 壤 环 境 变 好 , 也 可 能 使 土 壤 环 境 变 坏 。农 田 土 壤 在 自 然 力 作 用 下 呈 现 出 自 上 而 下 的 层 次 结 构 , 从 而 导 致 土 壤 的水 、 肥 、 气 、 热 的 层 次 梯 度 。 这 种 层 次 的 土 壤 结 构 和 土 壤 因 素 的 梯 度 , 有 时对 作 物 生 育 是 有 利 的 , 有 时 是 不 利 的 。 通 过 机 械 化 土 壤 耕 作 , 要 创 造 出 有 利于 作 物 生 育 的 土 壤 层 次 结 构 耕 层 构 造 , 形 成 良 好 的 土 壤 水 、 肥 、 气 、 热的 梯 度 。 良 好 的 耕 层 构 造 (以 土 壤 密 度 梯 度 或 孔 隙 梯 度 、 三 相 比 梯 度 为 指 标 )应 在 不 同 土 壤 农 田 中 , 具 有 充 分 协 调 多 变 气 候 对 土 壤 的 影 响 , 以 满 足 各 类 作物 生 育 对 土 壤 生 活 因 素 的 要 求 。 因 此 , 良 好 的 耕 层 构 造 不 是 一 成 不 变 的 。机 械 化 土 壤 耕 作 , 创 造 良 好 的 耕 层 构 造 , 它 和 农 业 生 态 系 统 一 样 , 也 是一 个 多 目 标 、 多 因 素 、 多 变 量 的 系 统 , 既 土 壤 作 物 大 气 机 器系 统 (SPAMC)的 复 杂 系 统 。 4农 艺 对 土 壤 机 械 化 耕 整 作 业 的 中 心 任 务 要 求 是 调 节 并 创 造 良 好 的 耕 层 结构 , 适 宜 的 三 相 ( 固 相 、 液 相 和 气 相 ) 比 例 , 从 而 协 调 土 壤 水 分 、 养 分 、 空气 和 温 度 状 况 , 以 满 足 作 物 生 长 的 农 艺 要 求 。 5 土壤翻耕的作用主要有: 松碎土壤 根 据 各 地 不 同 的 气 候 条 件 和 不 同 作 物 的 要 求 , 以 及 耕 层 土 壤 的 紧 实 状 况 ,每 隔 一 定 时 期 , 需 要 进 行 土 壤 耕 整 作 业 , 使 之 疏 松 而 多 孔 隙 ; 以 增 强 土 壤 通透 性 。 翻 转 耕 层 通 过 耕 翻 将 耕 作 层 土 壤 上 下 翻 转 , 改 变 土 层 位 置 , 改 善 耕 层 理 化 及 生 物 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 4 -4学 性 状 , 翻 埋 肥 料 、 残 茬 、 秸 秆 和 绿 肥 , 调 整 耕 层 养 分 的 垂 直 分 布 , 培 肥地 力 。 同 时 可 消 灭 杂 草 以 及 附 着 的 某 些 病 菌 、 害 虫 卵 等 , 消 除 土 壤 有 毒 物质 。 混 拌 土 壤 混 拌 土 壤 , 将 肥 料 均 匀 地 分 布 在 耕 层 中 , 使 土 肥 相 融 , 成 为 一 体 , 改 善土 壤 的 养 分 状 况 。 并 可 使 肥 土 与 瘦 土 混 合 , 使 耕 层 形 成 均 匀 一 致 的 营 养 环 境 。1.2.2 耕整地农艺要求 耕 翻 地 有 以 下 的 农 艺 要 求 : 适 时 耕 翻 , 既 能 抢 农 时 , 又 能 保 证 作 业 质 量 ; 耕 深 适 当 , 并 符 合 农 业 技 术 要 求 , 深 度 均 匀 一 致 ; 翻 垡 良 好 , 无 立 垡 、 回 垡 , 残 株 杂 草 要 覆 盖 严 密 ; 耕 后 地 面 平 整 松 碎 , 无 重 耕 、 漏 耕 , 尽 量 减 少 开 闭 垄 , 地 头 、 地 边 整齐 ; 坡 地 耕 翻 时 应 沿 坡 度 的 等 高 线 进 行 , 以 防 雨 后 冲 刷 土 壤 , 造 成 水 土 流失 。 整 地 有 以 下 的 农 艺 要 求 : 旱 田 整 地 作 业 的 农 业 技 术 要 求 整 地 作 业 须 适 时 , 以 利 防 旱 保 墒 和 提 高 整 地 质 量 ; 整 地 深 度 应 符 合 农 艺 要 求 , 深 度 一 致 、 不 漏 耙 、 不 漏 压 ; 整 地 后 的 地 表 平 整 , 无 垄 沟 起 伏 、 碎 土 均 匀 , 表 层 松 软 、 下 层 密 实 ; 修 筑 畦 田 要 做 到 地 平 、 土 碎 、 埂 直 ; 水 田 整 地 作 业 的 农 业 技 术 要 求 耙 后 土 壤 松 碎 , 起 浆 好 , 能 覆 盖 绿 肥 , 田 面 平 坦 而 无 垄 沟 ; 在 原 浆 田 中 以 耙 代 耕 作 业 时 , 应 将 稻 茬 直 接 压 入 糊 泥 中 , 灭 茬 起 浆 性能 良 好 。 61.2.3 土壤耕整地机械(1) 耕地机械 铧 式 ( 壁 式 ) 犁 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 5 -5铧 式 犁 是 应 用 最 普 遍 的 一 种 耕 地 机 械 。 其 主 要 优 点 是 翻 转 土 垡 、 覆 盖杂 草 残 茬 和 肥 料 , 消 灭 病 虫 害 等 性 能 好 , 但 碎 土 能 力 较 差 , 耕 后 尚 需 进 行耙 地 作 业 。 由 于 铧 式 犁 使 用 最 普 遍 , 数 量 又 最 多 , 现 已 发 展 成 为 我 国 北 方 与南 方 两 种 系 列 犁 。 6 圆 盘 犁圆 盘 犁 工 作 部 件 是 一 个 凹 面 圆 盘 。 工 作 时 , 圆 盘 与 前 进 方 向 偏 一 角 度 。圆 盘 滚 转 前 进 时 , 前 沿 刃 口 切 土 , 后 部 的 凹 面 将 土 垡 带 着 向 后 、 向 上 运 动 ,并 使 之 破 碎 、 翻 转 。圆 盘 犁 具 有 使 用 寿 命 长 , 刃 口 切 割 力 强 , 不 易 拖 堆 堵 塞 , 阻 力 较 小 的 优点 。 其 缺 点 是 圆 盘 犁 的 覆 盖 性 能 与 沟 底 平 整 度 不 如 铧 式 犁 。 3(2) 整地机械 圆 盘 耙 ( 轻 型 圆 盘 耙 、 重 型 圆 盘 耙 、 缺 口 圆 盘 耙 )圆 盘 耙 主 要 用 于 耕 后 碎 土 和 播 种 前 耙 地 。 它 的 碎 土 能 力 较 强 , 能 切 断 杂草 残 茬 与 搅 土 混 肥 , 用 于 播 前 整 地 、 收 获 后 的 浅 耕 灭 茬 作 业 或 用 于 果 园 林 木和 草 牧 场 的 田 间 管 理 。 钉 齿 耙齿 耙 其 功 能 是 碎 土 、 松 土 、 整 平 , 有 的 也 用 来 覆 盖 撒 播 的 种 子 和 将 肥 混入 土 中 。 各 种 齿 耙 有 一 定 的 除 草 作 用 。 水 田 轧 耙 及 联 合 耙这 类 耙 在 作 业 时 , 工 作 部 件 靠 土 壤 阻 力 滚 动 前 进 , 常 用 于 水 田 耕 后 碎 土 ,使 泥 土 搅 混 起 浆 便 于 插 秧 。 我 国 南 方 的 水 稻 区 常 用 的 水 田 轧 耙 多 属 滚 耙 。以 上 整 地 机 械 不 论 是 旱 地 作 业 机 械 还 是 水 田 作 业 机 械 均 为 被 动 式 机 械 ,要 达 到 预 期 的 整 地 效 果 , 需 要 进 行 多 次 重 复 作 业 , 其 生 产 效 率 低 , 为 了 提 高生 产 效 率 , 整 地 机 械 日 趋 向 驱 动 工 作 部 件 发 展 。 水 田 驱 动 耙主 要 用 于 水 田 耕 翻 后 的 碎 土 整 地 作 业 , 也 可 用 在 未 耕 地 浅 耕 作 业 。 其 工作 部 件 与 地 面 平 行 的 水 平 轴 旋 转 。 一 次 作 业 相 当 于 一 般 水 田 耙 作 业 两 遍 以 上的 质 量 , 耙 得 细 烂 , 表 面 松 软 , 碎 土 率 可 达 80 以 上 。驱 动 耙 都 与 拖 拉 机 配 套 使 用 。 由 于 驱 动 型 机 具 可 以 充 分 利 用 拖 拉 机 功 率 ,能 控 制 对 土 壤 的 作 用 强 度 , 可 满 足 多 种 耕 作 要 求 。(3) 旋耕机旋 耕 机 是 一 种 全 悬 挂 并 由 拖 拉 机 动 力 输 出 轴 驱 动 的 土 壤 耕 作 机 具 , 其 工作 部 件 为 安 装 在 水 平 轴 上 的 旋 刀 , 旋 刀 在 拖 拉 机 动 力 输 出 轴 驱 动 下 , 垂 直 切削 土 壤 , 达 到 切 土 和 碎 土 的 目 的 。 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 6 -6旋 耕 机 的 切 土 、 碎 土 能 力 很 强 , 一 次 就 能 达 到 耕 、 耙 几 次 的 效 果 , 耕后 地 表 较 为 平 整 、 且 松 软 , 且 能 抢 农 时 , 减 少 拖 拉 机 进 地 次 数 , 降 低 作 业成 本 , 达 到 农 艺 要 求 。 它 对 土 壤 湿 度 适 应 范 围 较 大 , 因 此 , 我 国 南 方 地 区多 用 于 秋 耕 稻 茬 种 麦 , 水 稻 插 秋 前 的 水 耕 水 耙 。 在 我 国 北 方 地 区 , 用 于 大 田作 物 的 浅 耕 灭 茬 , 起 到 秸 秆 还 田 的 作 用 。2.整 机 结 构 设 计 分 析2.1 结构设计要求本课题目的是设计满足农艺要求的高效率低能耗的旱地立式驱动耙。其设计要求如下:( 1) 耕 深设 计 耙 深 为 h=15cm,调 节 范 围 10 18cm, 耙 深 一 致 ;( 2) 碎 土 程 度沿 地 块 对 角 线 选 择 具 有 代 表 性 的 5 个 测 点 (每 点 面 积 为 1m2), 若 测 点 耕 层内 有 直 径 5cm 以 上 的 土 块 超 过 5 个 时 , 即 为 碎 土 不 良 ;( 3) 尽 量 降 低 整 机 生 产 的 成 本 , 提 高 工 作 效 率其结构要求如下:( 1) 符 合 FS 275 的 悬 挂 机 构 的 几 何 尺 寸 要 求 :( 2) 符 合 FS 275 拖 拉 机 工 作 参 数 和 功 率 输 出 轴 的 相 关 参 数 要 求 。( 3) 机 车 通 过 万 向 节 将 动 力 输 入 机 具 变 速 箱 驱 动 旋 刀 转 动 ,为 了 尽 量 减小 传 动 的 不 均 匀 性 , 机 具 与 万 向 节 之 间 的 衔 接 点 的 位 置 设 置 不 可 过高 。2.2 旋刀的运动学分析旋 刀 在 工 作 时 的 运 动 为 复 合 运 动 , 其 中 绕 刀 盘 中 心 旋 转 的 运 动 为 相 对 运动 , 设 圆 周 速 度 为 , 机 组 匀 速 前 进 运 动 为 牵 连 运 动 , 前 进 速 度 。0V mV为 旋 刀 旋 转 的 角 速 度 , 则 , 圆 周 速 度 与 机 组 前 进 速 度 之 比R0, 称 为 速 度 比 。 的 大 小 对 旋 刀 的 运 动 轨 迹 及 立 式 驱 动 耙 的 工 作mV0状 况 有 重 要 影 响 , 它 确 定 了 工 作 部 件 的 运 动 轨 迹 如 果 旋 刀 以 角 速 度 转 动 , IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 7 -7并 以 速 度 前 进 , 那 么 旋 刀 的 端 点 A 的 运 动 轨 迹 为 余 摆 线 ( 如 下 图 ) 。mV1仅是旋刀在工作进程中不发生推土的必要条件,但是否能满足耙地疏松土壤的需要,还取决于机器前进速度 Vm与旋刀工作转速的合理配合而当 时,当刀具运动到一定位置时,就会出现 Vx0 的现象,即刀具的绝对速度与机器的前进方向相反,因而能以刀刃切削土壤,其运动轨迹为余摆线。本课题所取的 满足刀刃一直切土的要求。27.32.3 刀盘分布设计在 允 许 的 工 作 幅 宽 范 围 内 机 具 横 向 放 置 六 个 刀 盘 , 每 个 刀 盘 上 对 称 放 置两 把 旋 刀 , 刀 盘 2 和 刀 盘 5 是 主 动 刀 盘 , 刀 盘 1 和 刀 盘 3 由 刀 盘 2 上 的 齿轮 驱 动 , 刀 盘 4 和 刀 盘 6 由 刀 盘 5 上 的 齿 轮 驱 动 。 刀 盘 1、 2、 3 的 运 动 相互 关 联 组 成 一 组 , 刀 盘 4、 5、 6 运 动 相 互 关 联 组 成 另 外 一 组 , 为 了 防 止 两 刀盘 组 在 传 动 和 工 作 过 程 中 产 生 运 动 干 涉 , 刀 盘 3 和 刀 盘 4 之 间 余 留 一 个20mm 的 间 隙 。为 了 减 小 或 抵 消 刀 盘 在 工 作 过 程 中 前 进 时 的 横 向 分 力 ( 横 向 分 力 过 大 会导 致 机 具 的 横 向 振 动 , 增 大 机 具 的 损 耗 , 增 加 机 组 工 作 的 不 平 稳 性 ) , 防 止同 组 相 邻 两 刀 盘 上 的 旋 刀 与 旋 刀 之 间 的 运 动 干 涉 , 采 取 以 下 措 施 : 1. 主 动刀 盘 ( 刀 盘 2 和 刀 盘 5 ) 旋 转 方 向 相 反 ( 由 机 具 的 传 动 装 置 实 现 ) ;2. 主 动 刀 盘 与 相 邻 两 刀 盘 呈 60 度 夹 角 放 置 。 此 时 刀 盘 2 和 刀 盘 5、 刀盘 1 和 刀 盘 4、 刀 盘 3 和 刀 盘 6 的 运 动 是 两 两 对 称 关 系 , 每 个 刀 盘 产 生 的 横向 分 力 正 好 被 相 对 称 的 那 个 刀 盘 产 生 的 横 向 分 力 相 抵 消 。 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 8 -8图 3-2: 刀 盘 分 布 示 意 图3 传 动 方 案 设 计3.1 旱地立式驱动耙主体结构方案设计在 满 足 农 业 机 械 设 计 要 求 和 配 套 机 车 FS-275 的 挂 接 要 求 的 前 提 下 进 行结 构 方 案 设 计 , 并 参考国内外旱地驱动耙产品数据和参考有关书籍, 动 力 由万 向 节 输 入 , 首 先 机 具 上 需 要 设 计 一 组 变 速 箱 使 得 转 速 由 输 入 时 的540r/min 变 成 输 出 时 的 190r/min; 其 次 要 求 将 万 向 节 输 入 的 水 平 方 向 的 动力 转 变 成 竖 直 方 向 的 动 力 ( 由 锥 齿 传 动 实 现 ) , 再 次 实 现 主 动 刀 盘 相 互 间 的反 向 传 动 。 为 此 在 设 计 过 程 中 拟 定 了 以 下 三 种 方 案 : IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 10 -10方 案 一 : 万 向 节 输 入 动 力 传 给 两 个 圆 柱 齿 轮 ( 级 传 动 ) , 这 两 个 圆 柱齿 轮 再 将 动 力 分 别 传 递 给 左 右 两 个 圆 锥 齿 轮 ( 级 传 动 ) , 圆 锥 齿 轮 组 将 水平 方 向 的 动 力 转 变 成 竖 直 方 向 的 动 力 ( 级 传 动 ) , 进 而 驱 动 旋 刀 的 转 动 。齿 轮 的 转 速 是 在 动 力 传 递 过 程 中 实 现 的 , 两 个 主 动 刀 盘 相 对 应 的 反 向 转 动 由圆 锥 齿 轮 的 放 置 位 置 的 不 同 而 实 现 , 具 体 情 况 见 图 5 3: 结 构 设 计 方 案 一示 意 图 。 本 方 案 的 不 足 之 处 在 于 级 传 动 的 传 动 轴 采 用 的 是 悬 臂 支 承 结 构 ,当 工 作 环 境 比 较 恶 劣 ( 多 石 土 壤 ) 时 , 会 产 生 较 大 的 振 动 和 噪 音 , 并 会 降 低该 机 具 的 使 用 寿 命 。 整 机 几 何 参 数 为 : 长 ( 1654mm) 、 宽 ( 450mm) 、 高( 820mm) 、 工 作 时 万 向 节 衔 接 点 的 位 置 离 地 面 的 高 度 ( 470mm) 。 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 11 -11方 案 二 : 与 方 案 一 相 似 , 也 由 三 级 传 动 组 成 , 与 方 案 一 所 不 同 的 是 在 级 传 动 和 级 传 动 之 间 放 置 了 一 个 中 间 圆 柱 齿 轮 用 以 实 现 两 个 主 动 刀 盘相 对 应 的 反 向 转 动 , 并 且 在 级 传 动 的 传 动 轴 上 安 装 了 一 个 平 衡 机 构 , 用 于弥 补 悬 臂 支 承 结 构 带 来 的 不 利 影 响 。 具 体 情 况 见 图 5 4: 结 构 设 计 方 案 二示 意 图 。 整 机 几 何 参 数 为 : 长 ( 1654mm) 、 宽 ( 450mm) 、 高 ( 910mm) 、 工作 时 万 向 节 衔 接 点 的 位 置 离 地 面 的 高 度 ( 470mm) 。 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 12 -12方 案 三 : 与 方 案 一 、 方 案 二 有 着 很 大 的 区 别 : 万 向 节 输 入 动 力 直 接 传给 圆 锥 齿 轮 组 ( 级 传 动 ) , 在 级 传 动 便 把 水 平 方 向 的 动 力 转 变 成 竖 直 方方 案 三 : 与 方 案 一 、 方 案 二 有 着 很 大 的 区 别 : 万 向 节 输 入 动 力 直 接 传 给 圆锥 齿 轮 组 ( 级 传 动 ) , 在 级 传 动 便 把 水 平 方 向 的 动 力 转 变 成 竖 直 方 向 的动 力 , 并 且 在 级 传 动 的 传 动 轴 上 安 装 了 两 个 圆 柱 齿 轮 , 上 面 的 那 个 齿 轮 与另 外 两 个 圆 柱 齿 轮 组 成 右 方 向 上 的 传 动 ( 级 传 动 、 级 传 动 ) , 下 面的 那 个 齿 轮 与 另 外 四 个 圆 柱 齿 轮 组 成 左 方 向 上 的 传 动 ( 级 传 动 、 级 传动 、 级 传 动 ) , 其 中 级 传 动 实 现 了 两 个 主 动 刀 盘 之 间 相 对 应 的 反 向 转 动 。具 体 情 况 见 图 5 5: 结 构 设 计 方 案 三 示 意 图 。 整 机 几 何 参 数 为 : 长( 1654mm) 、 宽 ( 693mm) 、 高 ( 930mm) 、 工 作 时 万 向 节 衔 接 点 的 位 置 离 地 面的 高 度 ( 540mm) 。 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 13 -13这 三 种 方 案 的 设 计 思 路 是 在 不 断 的 摸 索 、 分 析 、 总 结 的 过 程 中 逐 渐 形成 的 , 设 计 方 案 依 次 从 理 论 型 转 向 实 用 型 , 其 中 第 三 套 方 案 是 这 三 种 方 案中 最 成 熟 也 是 最 实 用 的 。首 先 , 从 结 构 上 考 虑 虽 然 方 案 三 的 整 机 几 何 尺 寸 比 方 案 一 、 方 案 二 大 ,但 由 于 结 构 设 计 合 理 、 齿 轮 布 置 紧 凑 、 传 动 轴 受 力 均 匀 、 动 力 传 递 平 稳 , 使得 整 机 工 作 时 有 很 高 的 稳 定 性 , 从 而 提 高 了 机 具 的 使 用 寿 命 ; 其 次 , 从 成 本上 考 虑 方 案 一 只 使 用 了 一 对 圆 锥 齿 轮 , 而 方 案 一 、 方 案 二 都 使 用 了 两 对 圆 锥齿 轮 , 但 变 速 箱 的 齿 轮 总 量 大 致 相 同 , 这 使 得 整 机 的 加 工 费 用 大 幅 度 下 降 ,从 而 提 高 了 整 机 的 经 济 性 ; 第 三 , 方 案 三 的 变 速 箱 由 两 部 分 组 成 , 这 便 于 机具 的 安 装 和 修 理 。方 案 三 的 结 构 设 计 不 足 之 处 在 于 : 工 作 时 万 向 节 与 变 速 箱 之 间 衔 接 点 的位 置 相 对 方 案 一 、 方 案 二 衔 接 点 的 位 置 偏 高 , 在 级 传 动 中 有 可 能 存 在 传动 的 不 均 匀 性 。综 上 所 述 , 方 案 三 在 各 方 面 的 优 势 都 比 较 明 显 , 整 机 的 实 用 性 和 经 济 性尤 为 突 出 ,因 此 选 定 方 案 三 的 结 构 设 计 为 最 终 确 定 方 案 。3.2 传动比的分配如 方 案 三 设 计 , 总 传 动 比 ,万 向 节 输 入 动 力 直 接 传 给 圆 锥5402.819i齿 轮 组 构 成 级 传 动 , 传 动 比 , 把 水 平 方 向 的 动 力 转 变 成 竖 直 方 向 的动 力 。 在 级 传 动 的 传 动 轴 上 安 装 了 两 个 圆 柱 齿 轮 , 上 面 的 那 个 齿 轮 与 另 外两 个 圆 柱 齿 轮 组 成 右 方 向 上 的 传 动 构 成 级 传 动 和 级 传 动 , 下 面 的那 个 齿 轮 与 另 外 四 个 圆 柱 齿 轮 组 成 左 方 向 上 的 传 动 构 成 级 传 动 、 级 传动 、 级 传 动 , 其 中 级 传 动 实 现 了 两 个 主 动 刀 盘 之 间 相 对 应 的 反 向 转 动 。, , 。!2.38i1.7i4i IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 14 -144.功 率 分 析4.1 单盘作业扭矩与功率分析4.1.1 单盘切削、破碎土壤所需的扭矩图 3 14 示 意 了 单 把 旋 刀 切 削 、 破 碎 土 壤 时 所 需 的 扭 矩 变 化 规 律 , 设 单把 旋 刀 的 扭 矩 曲 线 为 : 2)(0 tiiqfT单 把 旋 刀 切 削 土 壤 扭 矩 图单 把 旋 刀 每 转 所 需 扭 矩 为 : ( N.m.rad)20dTii每 个 刀 盘 有 z 把 旋 刀 , 则 单 个 刀 盘 的 扭 矩 为 : ( N.m.rad)ziizd120因 此 根 据 单 个 刀 盘 上 的 扭 矩 可 求 得 消 耗 的 功 率 为 : miizc dTnTP1202 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 15 -154.1.2 旱地驱动耙的功率消耗不 考 虑 转 移 的 力 , 旱 地 立 式 驱 动 耙 单 个 刀 盘 在 一 个 周 期 所 消 耗 的 总 功 等于 : )23(piFLzW式 中 :旋 刀 一 个 周 期 内 所 经 过 的 路 程 ( m)L旋 刀 平 均 阻 力 ( N)pF单 个 刀 盘 上 旋 刀 数z在 一 个 周 期 内 , 旋 刀 所 经 轨 迹 长 度 为 L, 因 为 旋 刀 运 动 轨 迹 的 参 数 方 程【 3】 为 : , tRyVxmsinco20tdtytxdL)(22因 此 在 一 个 周 期 内 , 计 算 平 面 曲 线 的 弧 长 :2,020022 sin)(dtbadtytxL所 以 : daL024)sin(dtRtVm22)cos(sinmin2 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 16 -16)25(82 a将 、 、 代 回 ( 25) 式 , 可 得 :ab )26(23222 RVRVLmm则 旱 地 驱 动 耙 所 需 功 率 为 :cP2LzFpc)27(22 322 RVRVzmmp将 , 代 入 ( 27) 式 , 得 :RV0mV0)28(143202 VVzFPmpc其 中 : 60)(1.0nzVhckFmp式 中 :旋 刀 平 均 阻 力 ( N)pF单 个 刀 盘 上 的 旋 刀 数 目z立 式 驱 动 耙 消 耗 的 总 功 率 : )29(cPj其 中 : IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 17 -17刀 盘 的 个 数j4.1.3 传动过程的功率分配理论情况下,由联轴器输入的功率向两边传递,传递功率 ,转速8pkw为 ,由于机器的工作环境的影响和传动的功耗(万向节、锥齿、540. r/minn直齿传动)的影响,取齿轮传动效率为 0.97,最后传递给六把刀盘的功率为.13pkw5.传 动 件 的 设 计5.1 轴的设计根据相关理论知识,可知:在传递功率相同的情况下,转速小时其传递的转矩大,由此需要刀轴的截面大,轴的直径大,轴的强度须进行强度校核。并且在传递较大功率时,要求其相应的轴的直径大。由以上理论可知,在轴的设计校核过程中,在此只需要对轴I和刀轴进行强度校核,其他轴可据此进行设计校核。齿轮箱里面轴I是传动轴主要承受扭距,刀轴为转轴既承受弯距又承受扭距。5.1.1 选择轴的材料选择轴的材料为45钢,经调质处理,其机械性能由参考书机械设计中表11.1和表11.4查得:。1 1160,640,275,5bbMPaaMPaa IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 18 -185.1.2 轴上的功率 P,转速 n 和转矩 T取该级圆锥齿轮传动的效率(包括轴承效率在内) 0.97,1) 由联轴器传递给锥齿轮轴 I的功率为 ,传递转矩为1 8pkw,转速为 。4.TNm1540/minnr2) 根据锥齿轮传递功率,考虑功率余量和传动的功耗(万向节、锥齿、直齿传动) ,可得每刀轴传递的功率为 ,传递转矩为 ,转!1.3pk!65.3TNm速为 。 !190/inr5.1.3 确定轴的最小直径对只受扭矩或主要受扭矩的传动轴,安扭转强度条件计算轴的直径。若有弯矩作用,可用降低许用应力的方法来考虑其影响。扭矩强度条件为 (11.1)39501/T TTPnW式中 轴的扭转切应力,MPa;T轴所受的扭矩, ;.Nm轴的转速, ;n/inr轴所传递的功率, ;Pkw轴的许用扭转切应力, ,见表 11.3.TMPa对实心的圆轴, ,以此代入式(11.1) ,可得轴的直径33/16/5Wd(式 5.1)333590TpndC()m式中, 为取决于轴材料的许用扭转切应力 的系数,其值可查表 11.3.。当CT弯矩相对转矩很小时, 取较小值,根据表 11.3选 =112,代入上式,则C1) 轴 I结构设计:将上述数据代入(式 5.1) ,计算可得 ,考虑到29.6dm IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 19 -19轴截面上开有花键,对于 的轴,轴径增大 20.10dm可取轴的最小直径 。in36参考相关轴的设计,可设计如上的轴的结构2) 刀轴结构设计:将上述数据代入(式 5.1) ,计算可得 ,考虑到25.6dm截面上开有花键,对于 的轴,轴径增大 20,并加上需在轴上钻有10dm内孔,可取轴的最小直径 。in325.1.4 轴的强度校核1.轴 I的受力分析 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 20 -201)轴传递的转矩 3389.5109.510.44pMNmnNm2)齿轮受力 法向载荷直齿锥齿轮齿面所受的 通常都视为集中作用在平均分度圆上, ,nF受力分别为 为法向载荷 分解的周向分力12tmTFdt n IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 21 -21 为法向载荷 分解的垂直于分度圆锥母线的分力!tanF!Fn 分解的径向分力!11cosr! 分解的轴向分力!ia!其中 满足关系 , .代入,1md11(0.5)mbddR143,0,84Rd可得153,代入上式,可得 , 1m1278.tmTFNd,!11cos458.9rFN!11sin45.9a3)支承反力的计算a,水平面支承反力由 ,得 ,代入计算得, =499N0DM|02rCzadFARDFCzR由 ,得 ,代入计算得, =572NZczZrDzb,垂直面的支承反力 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 22 -22由 得 ,代入计算得, , =7570,DM|CytRDFA75CyRNDy4)作弯矩图和扭矩图a,水平面弯矩图 ,|64.2CzrFANm!|34.2CzDzMRmb,垂直面弯矩图垂直面弯矩 ,|18CytMFANm!|45CyDMRNmC、合成弯矩图,2192CyzMNm!2!256CyCzMNm IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 23 -23d、扭矩图前已算得 1407MNm4)按当量弯矩计算直径查表 15-8得 ,根据表 15-7公式计算 A截面轴径 106,12bpbpMPaa,在结构设计时,取 是满足强度要22310()39.Cbpdm 40dm求的2.刀轴的受力分析 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 24 -241)轴传递的转矩 331.9.5109.50pMNmn2)齿轮受力 直齿圆柱齿轮传动时,沿啮合线作用在齿面上的法向载荷 Fn垂直于齿面,在节点处分解为两个相互垂直的分力,即圆周了 Ft与径向力 Fr,如上图所示。且满足: IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 25 -25!2/tan/costrntFTd式中: 齿轮传递的转矩,单位为 ;! Nm齿轮的节圆直径,多标准齿轮即为分度圆直径,单位为d;m啮合角,对标准齿轮, .02其中 ,将上式数据代入可得: , ,250d19.rFN5.4t.617nFN3)支承反力的计算a,水平面支成反力由 得0AM,代入数据计算得, ,rCZFBR37CZRN153.AZb.垂直面支承反力由 得, ,代入数据计算得, ,0AMtCYFBRA10.8CYRN.426YRN IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 26 -264)作弯矩图和扭矩图a,水平面弯矩图b,垂直面弯矩图C,合成弯矩图d,扭矩图前已算得 65.3MNm IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 27 -273) 按当量弯矩计算轴径查表 15-8得 ,根据表 15-7公式计算 B截面轴径 106,12bpbpMPaa,在结构设计时,取 是满足强度要求22310()34.Cbpdm 35dm的。5.2 轴承的选用和校核轴承的作用是支撑轴及轴上的零件,保持轴的旋转精度,减少转轴与支撑之间的摩擦和磨损。滚动轴承的类型应根据所受的载荷大小、性质、方向、转速及工作要求来选择。在圆锥齿轮变速箱及刀盘中,由于轴同时受径向载荷和轴向载荷,且为方便安装,外圈分离,所以圆锥滚子轴承。滚动轴承在同时承受径向和轴向联合载荷时,为了计算轴承寿命在相同条件下比较,需将实际工作载荷转化为当量动载荷。在当量动载荷作用下,轴承寿命与实际联合载荷下轴承的寿命相同。当量动载荷 P的计算公式是 式中,rapXFY径向载荷,N; 轴向载荷,N; 径向动载荷系数和轴向动载荷系rFaF,数。由于机械工作时常具有震动和冲击,为此,轴承当量动载荷应按下式计算:,其中 , 均可通过查表获得。()drapfXYdf,XY若轴承工作转速为 ,可求的以小时数为单位的基本额定寿命/minr, 寿610170()()hCLhnP命指数,球轴承 ,滚子轴承3。/3 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 28 -281)刀盘轴:d=35mm,D=80mm,B=21mm, 基本额定动载荷 ,轴承代号:65rCkNGB30307轴的转速为 , .动载荷系数 ,派生轴向力190/minr031e1.2pf,/(2)drFY当 时; ; 时; 。are,X/arFe0.4,.7XY两支点反力(对轴承 1的中心取矩) ,得2*2rradFBCAF 214.7rFN(力平衡)134.rN两轴承的当量动载荷,1.201.*7rdFY214.73.*rdFY如上图所示, ,所以轴系有右移的趋势,所258.960.da d以轴承 2被“压紧” ,轴承 1被“放松” 。120.,4.1AdAdFNFN1 2560.9,.83417r ree IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 29 -2911*.234.1prPfFN2()(0.4.71560.)197.rAXY N轴承寿命符合要求。106 310716()()()497.hCL hnP2)轴 I:由刀轴的计算可知,以上基准所选出的轴承符合要求,且刀轴受力大,依上面可知,在选择轴承时,选取:d=40mm,D=80mm,B=18mm,轴承代号:GB302085.3 精度要求为了满足互换性的要求,零件的加工过程中,加工尺寸须保证在一定的误差范围之内,满足一定的精度要求。根据相关工具书可知,农业机械所用的标准公差等级为 IT8,在基孔制的常用优先配合选用中,在此选用 ,此配合要求适合于间隙不大的转动配合,87Hf或中等转速与中等轴颈压力的精确转动。在整个机械的工作过程中,高速转动的锥齿传动和扭矩较大的刀盘转动对精度要求较高,以避免产生较大的噪音和过度的磨损。依据上述选用的配合精度要求,在轴的配合过程中均可采用。在刀盘传动系中,要求 6 根轴在同一平面位置的同时,要求相互啮合的齿轮有较高的配合精度。 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 30 -306. 驱 动 耙 其 它 零 部 件 设 计6.1 悬挂机构本旱地立式驱动耙采用标准的三点式悬挂机构,具有较强的稳定性。6.2 箱体的设计箱体用 8mm的优质碳素结构钢板制成,转子由重型圆锥轴承支称,整体轴承座确保齿轮与轴承对中,轴承座由螺栓固定在齿轮箱上如有损害可以方便更 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 31 -31换,如下图示:6.3 刀具的设计刀具座用花键轴和锥形定心装置固定在轴上更换简易,刀具座与刀盘用螺栓进行连接,刀具可以直接插入刀具座,拆卸方便。上下刀盘的厚度为 15mm。如下所示: IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 32 -327.总 结本 课 题 研 究 运 用 现 代 设 计 方 法 及 计 算 机 辅 助 设 计 技 术 , 对 旱 地 立 式 驱 动耙 进 行 了 理 论 分 析 。 在 设 计 过 程 中 , 经 查 阅 相 关 书 籍 和 数 据 , 对 整 个 驱 动耙 的 动 力 传 输 和 相 关 性 能 参 数 进 行 分 析 , 现 总 结 如 下 :( 1) 对 旱 地 立 式 驱 动 耙 工 作 部 件 的 运 动 学 进 行 了 理 论 分 析 , 旋 刀 的 平均 工 作 阻 力 随 旋 刀 的 转 动 半 径 、 机 组 前 进 速 度 、 耕 深 的 增 加 而 增 加 , 随 刀 盘转 速 的 增 加 而 减 小 。( 2) 旱 地 立 式 驱 动 耙 整 机 的 结 构 方 案 设 计 : 在 满 足 农 业 机 械 设 计 要 求和 配 套 机 车 FS-275 的 挂 接 要 求 的 前 提 下 进 行 结 构 方 案 设 计 。 并 最 终 设 计 出一 套 具 有 较 强 实 用 性 和 经 济 性 的 结 构 方 案 。( 3) 此 设 计 是 在 参 阅 相 关 书 籍 和 数 据 的 情 况 下 对 驱 动 耙 的 传 动 原 理 和 相关 性 能 参 数 进 行 分 析 , 计 算 。 因此难免存在不足之处,这些都有待于今后作深入的研究。 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 33 -33参 考 文 献【1】濮良贵. 纪名刚主编 .机械设计(第七版).高等教育出版社【2】朱龙根主编.简明机械零件设计手册.机械工业出版社【3】陈 翠 英 旋 耕 机 速 度 参 数 的 合 理 选 择 农 业 机 械 学 报 .1985(2): 30【4】刘 景 泉 主 编 .农 机 实 用 手 册 .北 京 : 人 民 交 通 出 版 社 , 1998.8【 5】 郑 文 纬 .吴 克 坚 .机 械 原 理 ( 第 七 版 ) .北 京 : 高 等 教 育 出 版 社 ,1997.7【 6】 南 京 农 业 大 学 主 编 .农 业 机 械 学 (上 册 ) .北 京 : 中 国 农 业 出 版 社 ,1996【 7】 镇 江 农 业 机 械 学 院 主 编 .农 业 机 械 学 .北 京 中 国 农 业 机 械 出 版 社 IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计IBLQ 型立式旱地驱动耙毕业设计- 34 -34致 谢本 文 是 在 曾 一 凡 教 授 的 悉 心 指 导 下 完 成 的 。 在 我 四 年 的 学 习 和 研 究 工作 中 得 到 了 教 授 的 谆 谆 教 诲 和 无 微 不 至 的 关 怀 , 从 课 程 学 习 、 论 文 设 计 到 论文 的 写 作 曾 老 师 都 给 予 了 我 全 方 位 的 指 导 。 曾 老 师 渊 博 的 知 识 、 严 谨 的 科学 态 度 和 兢 兢 业 业 的 敬 业 精 神 , 给 我 以 及 其 他 同 学 树
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