1869_GD1型山药收获机设计
1869_GD1型山药收获机设计,_gd1,山药,收获,收成,设计
单位代码 0 2 学 号 080105031 分 类 号 TH6 密 级 毕 业 设 计文献翻译院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 张 盼 盼 指 导 教 师 薛 东 彬2012 年 3 月 10 日 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 0 页五轴超精密微型铣床UltraMill 的设计第一部分:全面的设计方法,设计所需要考虑的事和规格霍洪德,程凯,弗兰克 华永日期:2009 年 3 月 9 日/接受日期:2009 年 5 月 19 日施普林格弗莱格伦敦有限责任公司 2009.摘 要在光电设备,汽车,生物技术,航空航天工业和信息化技术等工业领域,高精密三维小型的零件和微观结构正被日益的需求。实现机械上微型机器的一种理性的方法是去一步步地发展超精密机床。在这篇有着两部分内容文章的第 1 部分,具有微型加工能力的超精密机床的现状被重点考虑和重点说明。五轴超精密微型铣床超级铣床的设计方法和规格被讨论。三个优先考虑的设计问题:运动精度,动态刚度和热稳定性,制订超级铣床的全盘的设计方法。这种方法已经被应用于关键机器零部件及其一体化的发展并用其实现了高精度和纳米级表面光洁度。关键词:精密机器设计,微型铣削,小型机械零件,五轴机加工刀具,卧式微型机床 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 1 页1 简介 现在,越来越多的产业(如光电设备,汽车,生物技术,航空航天,信息技术等)需要尺寸范围从几百微米到几毫米或特征从几个到几百个微米不等的高精度微型元件【1】 。传统的微型机械制造技术,例如化学腐蚀和 LIGA,长期以来一直被公认是不适合生产真正的 3D 微型零件的【2,3】 。在另一方面,超精密机床在一个较广泛的工程材料范围内,能将几何复杂微型零件加工成高精度,并具有较高的表面光洁度【4】上有着独一无二的优势。图 1 显示了一些利用微型铣削加工成的高精度微型零件和微型结构的例子【2,5-10】 。这些示例显示了具有复杂的 3D 几何微型组件被造出来需要利用各种材料,不只是硅。材料是有应用依赖性的:光学元件是利用玻璃、高分子材料或铝制造出来的 ;机械组件是利用铁或不含铁的金属 ;药用成分是利用聚合物,铝或高硬度钢。一些微型零件和微型结构要求亚微米级精度和纳米级表面光洁度。机械的微型机加工是一种生产高精度微型零件的理想方法。在几个机械的机加工工艺中,微型铣削是最灵活的工艺并因此能去生成各种各样的复杂微型零件和微型结构。本文回顾和评论了有微型铣削功能的超精密机床的发展现状,包括工业和研究的努力。本文也显示了复杂的或卧式的机床的一些优势。文章关注的焦点将被放在设计方法和一种新型五轴卧式微型铣床超级铣床,的关键机器零件的决定上;超级铣是旨在在小的面积内提供高精度的微型制造方法的欧盟 FP6 MASMICRO 项目的一部分。最后,文章讨论了超级铣的规格。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 2 页图 1 高精度微型铣削零件和微观结构的示例:a.微观沟壑【5】b.微观反应器【6】c.微型模具【7】d.微型齿轮【2】e.3D 微型机加工零件人形面具 f.微型投射阵列 g.微型针形阵列【8】h.微型墙【9】i.核聚变的目标成像【10】2 微型铣削机床的现状微型零件制造在一定范围内应用的要求是:高尺寸精度通常好于 1 微米;精确的几何形状一般好于 50 纳米平面度或圆周度;10 到 50 纳米范围的表面光洁度。这些都反过来要求机床要拥有高的静态刚度、低热变形、低运动误差和高阻尼或动态刚度。除了这些要求外,在超级铣床的设计阶段,还要对有着微型铣削功能的超精密机器执行严格和精密的检查。这里有几个能用于高精密零件制造的工业中用的超精密车床和铣床。然而,其中大部份通常被用在光学元件市场并且不适合用于精密微型元件的制造,原因在于高投资成本和缺乏灵活性。图 2 显示了一些拥有微型铣削功能的工业领域精密机器的例子【12-19】 。这些可分为两部分。一个是被设计成有着加载项 Z轴、回转工作台和第二高速铣削或主轴的钻石切削机加工刀具的传统超精密机床。典型的例子是 Moore Nanotechnoloy 350FG 和 Precitech Freeform 700 ultra,如 1 图所示。这些机器都需要 57m2 的占地面积。它们的高成本和低灵活性限制了它们在简单几何形状和高附加值的微型元件中的应用,例如光学元件。另一类型工业领域精密微型铣床已经在过去十年里出现了。一个典型的例子是,克恩微型机械(图 1a)满足许多应用但仍然有着它精度上的限制而不能用于精密的微型机加工,原因在于它低位置精度的球轴承满足了驱动机械装置。Kugler MicroMaster(图 1e)提供了较高的精度和表面光洁度,但是它相对较大的空间要求和高成本,限制了它作为一种微型机床的广泛应用。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 3 页图 2 具有微型铣削功能的工业领域精密机床:a.Kern micro12;b.SodickAZ15013;c.Fraunhofer IPT Minimill14;d.Makino Hyper2J15;e.Kuglar MicroMaster MM216;f.Fanuc ROBOnano17;g.Precitech freeform 700 Ultra18;h.Moore Nanotech 350FG19图 3 小型机床和微型工厂的示例 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 4 页为发展小型机器或微型工厂所作的大量的研究努力已经被精密微型组件的制造所承担【20-26】 。图 3 显示了一些小型机床的例子。然而,其中的大部分仍然在研究阶段,并且只有它们中的一些到目前为止才发现了它们进入工业领域应用的方法【27】 ,并且它们在高精度和好的表面质量上的应用依然由于低的动/静刚度而被限制着。因此,达到微型制造的合理途径是去发展复杂的或卧式的精密机器,它在传统的超精密机器和微型工厂机器之间提供了一个好的解决之道。在传统超精密机器上,它们的优势可能包括:1. 小的占地面积和能源效率。2. 局部环境控制的减轻和因此而得的低操作成本。3. 流动性好。微型/细观机器采用微型工厂的优势能被总结为:1. 有较好的机加工塑料封皮为覆盖微型机加工应用的全波谱。2. 较大的静态和动态刚度,并由此呈现出较好的机加工精度和表面质量。3. 有着高性能和成熟技术的关键机器零件。4.更容易与其他子系统集成,包括零件/刀具处理系统,状态检测,微型刀具,和快速刀具伺服(FTS)等。因此,占用空间小的五轴超精密微型铣床将填补制造 3D 复杂微型机械精密并带有纳米表面光洁度的零件的空白。3 应用于超级铣床的一般设计方法为了制造出大批量的带有纳米表面光洁度的 3D 微型机械精密零件,一种设计策略被提了出来。这种设计策略已被应用于超精密五轴微型铣床超级铣床的设计。在设计阶段,重点被放在三个主要的问题上:运动精度,动态刚度和热稳定性;它们是与机加工精度和表面光洁度直接相关的。这三个优先的设计问题连同其它的设计方法引导了超级铣床的当前发展。下面讨论了一些一般的设计方法。超级铣床是一种一般意义上的超精密机器,因此带有三个线形轴和两个旋转轴这样五轴配置的使用就已被预先确定了。五轴的配置在刀具/工件定位上提供了最大的灵活性和最低限度的重置需求,这对获得微型零件的高精度很重要。尽管它是专门为微 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 5 页型零件的机加工而设计的,但是 150 150 80 mm3 的相对大的机加工封皮包装被详细规定,使其能去加工大面积的带有微型特征的零件。包括边缘在内总占地面积略大于 1 m2,这仅仅是传统超精密机器占地面积的 10 至 20%。紧凑、节能的设计还有助于维持可接受的大批量生产的成本。机器运动配置,在带有最大极限速度与精度的刀具和工件的方向与位置上,应该提供有效的灵活性【28】 。从运动轴的序列来看,有数以百计的可能的五轴机器配置【29】 ;然而,大部分配置有着少许的工业关系。两个旋转轴和三个线形轴这样的配置已经被超级铣床采用;在超级铣床中,这两个旋转轴是相互垂直的并且有一个旋转轴与另外三个相互垂直的线形轴中的任意一个都是呈平行关系的。至于主轴和工件控制轴,采用的是混合类型,即一个旋转轴被应用到主轴而另一个旋转轴被应用到工件:这种混合类型是适合于比较小的工件的生产【30】 。除了决定机器运动的配置外,这篇文章的第 2 部分还从静态和动态循环刚度的角度讨论了对这两个典型配置的分析。机床的一个主要特征是空气静压轴承始终在机床中都有应用,这些都不同于在市场中的大部分超精密机床的情况。三个线形滑动和一个旋转的工作台是基于 UPM 有限公司开发的新的理想空气静压轴承技术。这新的空气静压轴承设计提高了 50%的刚度和负荷能力,这些已被理论研究确立和被实验测试所证实。除了空气静压轴承设计的提高外,用挤压油膜阻尼来增加空气静压轴承阻尼的专利技术被应用到机器所有空气静压轴承中。因此,在动态切削力状态下的亚微米机加工精度是靠以上的技术来确保的。由空气静压轴承提供的极其平滑和精确的运动,连同钻石刀具一起,也使得在微型组件上获得纳米级表面光洁度成为了可能。机床的热稳定性在确定其高的机加工精度上起了关键作用,但是通常也导致了工件上不可接受的空间不准确性,除非使用合适的冷却系统和相应的补偿措施。据报道热变形包括机床的变形的会引起超过 50%的总加工误差【31】。在超精密机加工中,正因为此才依靠合理的设计和补偿来尽量减少这种影响。在机器上,对热变形的热源的分析表明轴承摩擦是可以忽略不计的,因为它是当高速主轴运行非常接近最大速度时高速主轴的单一例外。除了微型机加工过程本身外,电机成了主要的热源;因此,所有的电机,主轴,和旋转工作台在发达的机床中依靠一个带有0.2c 温度控制功能的精密冷水机组来水冷。当处理这控制系统设计时,灵活性,精密度,计算方法的效率和成本应给予特别 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 6 页的注意。在审查了商业控制系统后,为满足要求,一种基于 PC 的开放式控制系统被选择。此基于 PC 的控制器,连同其他项目的硬件包括数字脉宽调制放大器、高精度光学编码器等和软件共同构成了五轴微型铣床的高性能、经济高效的控制系统。一些细节将在本篇文章的第 4 部分被讨论。超级铣床是一种工业原型机床,并且一些辅助功能也已经被开发了出来。这些包括一个基于机器人的系统用于微型刀具和组件的处理和检查,一个独立状态检测系统用于在线高速轴和工件的检测。4 关键机器零件和机器一体化的发展4.1 小型超级高速主轴一个灵活的五轴微型铣床或许被期待,在很宽范围的并要求刀具从 2 或 3mm 直径到 50m 直径的材料上,去执行各种各样的机加工操作。后者要求极其高的旋转速度以获得最大的机加工效率,然而前者却要求一个高刚度的轴在大切削力条件下以保持高精度。高机加工精度也要求低的主轴运行温度去减少热变形损伤,虽然只有有着低运动误差的主轴才能获得好的表面光洁度功能。因此,这些要求是为了精确运行,宽速度范围的主轴。有着 20,000 到 200,000 rpm 操作速度范围的主轴被期待用于任何遇到的机加工条件。这就需要一个相当于空气涡轮发动机的上升电动机的驱动器,一个仅能在一个窄的速度范围内获得的合理的效率。直流无刷电动机在一个很宽的速度范围内提供了恒转矩,并且相对于其他类型的电动机产生更低的热量。所选的电动机能在 250000 rpm 速度下产生 440 W 的功率。如此高的速度排除了电机换向霍尔传感器的使用,因此使用了一个无传感器电机和驱动器组合。精细表面处理要求规定使用带有空气轴承的主轴。广泛用于机加工光学表面的钻石刀具对于带有球轴承的主轴运动误差是很敏感的,并且在机加工中来自球轴承的振动除了导致表面粗糙外,也使钻石刀具的寿命受到了影响。除了在高转速要求下所需过大的能量消费情况外,液压和液压轴承也要被考虑。或许在设计高速空气主轴中最大的挑战是去克服“半速旋转”现象。在实践中,空气静压主轴被限制在速度达到大约两倍于第一次的轴承共振频率的地方。半速旋转在滑动轴承上是经常遇到的。这机械的不稳定性是和超高速空气主轴很相关的,因为在如此高的速度下,在轴承中的空气动态压力彻底高于空气静态压力。半速旋转能够 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 7 页依靠轴承的设计和优化,和尽可能的调高频率被降低。做为这优化的一部分,非标准的空气轴承的设计被开发成具有高硬度和合理的阻尼性能。图 4 依靠无传感器的直流电动机驱动的超高速空气静压轴承轴(UPM Ltd.)a.发达微型轴的图片 b.轴的剖面图对轴承刚度和热源的优化已经开展,连同专用的心轴平衡,导致了在图 4 中显示的超高速主轴。研发的主轴有 63 毫米直径 和 1 至 5 毫米长度和 2.5 公斤的重量。最大速度超过 200,000 rpm 和径向刚度 为 3 N/ m 。轴承摩擦损失是以最高速度不少于 50 W,但即使这样水冷依然被用于减少热变形。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 8 页4.2 进给驱动和制导系统一个高速的精确的运动和定位系统是超精密微型机器必不可少的。这用线性导轨的直线电动机作为直接进给驱动系统,在满足一些应用需要中正在变的越来越受欢迎。间接进给驱动的主要优势能被总结如下【14,32,33】:1. 没有反弹、无铅螺钉误差、不带拉伸和较少的摩擦,导致高精度。2. 没有机械加速度和速度限制,速度只能受到编码器的速度带宽或电子设备的电源限制。3. 高颠簸震动和高的 Kv 因子,那些起到在高速下获得高精度的能力。4. 机械结构的简单性,使其便于维护和安装,能够获得更大的可靠性和更大的强度。出于对制导装置的期待,几种类型的轴承已经被应用于有着滑动和旋转工作台的超精密机床中,包括超精密机床精密滚子轴承、空气静压轴承、液压动态轴承和液压静态轴承等。空气静压轴承提供极其平滑和精确的运动和定位功能,并且一般好于其他形式的轴承。空气静压轴承能为微型机床提供足够的静态刚度和负载能力,然而由于后者非常轻的切削负载,故其他轴承例如液压静态轴承能提供更大的刚度和负载能力,但是这只是在轻切削条件下提供了一小的优势。在机床的发展中,空气静压轴承被应用于所有三种线性导轨和旋转工作台上。无铁无刷直线电动机被用于驱动导轨。空气静压轴承的一个缺点是它们的低阻尼能力或动态刚度,这是直接影响表面光洁度和精度的,而表面光洁度和精度能通过机床刀具获得。为了去提高空气静压轴承的动态刚度,在当前机床中一种理想的挤压油膜阻尼器被安装在所有的滑动和旋转工作台上。它使用磁性油去包含泄漏和当与空气静压轴承连接时提供附加阻尼力,对任何对轴承的表面来说这都是正常的振动。在空气静压滑动和旋转的工作台上应用油膜阻尼器,在运动方向上增加了粘性摩擦,但是由于这些类型的空气静压轴承上相对较低的操作速度,这并不是一个重要的缺点。事实上,在直线导轨和工作台上沿着运动方向安装直接驱动电动机,已经被发现能增加电动机振动的阻尼,并由此实现更加平滑的运动和增加控制系统的协调能力。图 5 显示一张装有挤压油膜阻尼器的空气静压滑动轴承的照片。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 9 页图 5 装有挤压油膜阻尼器的空气静压滑动轴承5 超级铣床的规格图 6 的超级铣床就是基于我们本文讨论的方法建造的。它提供了制造 3D 小型机械零件和在广泛的工程材料范围内在小的空间中获得微型特征表面的功能。这超级铣床的主要规格在表 1 中被总结了出来。图 6 超精密微型铣床UltraMill 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 翻 译 ) 第 10 页6 结束语能制作小型和微型产品的微型制造技术具有很大潜力的发展,并且正在推动高性能超精密机床的发展。卧式超精密机床将是未来发展趋势之一,因为它能从事经济地高精度小型和微型零件的超精密机加工,并能给在制造业中从事以高效和有效方式生产的高价值微纳米技术的中小型企业用户以经济实惠。在本篇文章中,五轴的超精密微型铣床超级铣床,是作为能去解决在亚微米精度和纳米表面光洁度层次上制造 3D 复杂微型零件的一个压缩和节能的有效方案来被研发的。微型铣床的发展现状已在本文中被重点介绍了,并且卧式微型铣床的优点也已被列出。设计的方法和这超级铣床的挑战也已经被重点讨论了,可以总结成三个主要问题:运动精度,动态刚度和热稳定性。表 1 微型铣床UltraMill 的规格轴 X、 Y 和 Z 坐标轴B 轴(旋转工作台)C 轴 主轴类型 装有挤压油膜阻尼器的空气静压滑动轴承精密球轴承 空气轴承斜线 X,230mmY,225mmZ,160mm360 90 N/A运动精度 全程 1.0m1 arcsec 10 arcsec 1.0m 的直线度和2.0m的圆周度分辨率 5nm 0.02 arcsec 0.02 arcsec N/A驱动系统 无刷直线电动机 直流无刷力矩电动机直流无刷力矩电动机直流无刷电动机最大速度 3000 mm/min 100 rpm 30 rpm 200,000 rpm 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 1 页GD1 型山药收获机设计文献综述摘 要本次设计的山药收获机由动力装置,传动装置和挖掘装置三部分组成。动力装置包括两部分,一部分由柴油驱动的农用拖拉机,提供收获工具的旋转运动。另一部分是由小电动机驱动的液压系统,提供收获工具竖直方向的运动。挖掘部分采用空心螺旋钢片工具旋转带出山药。该机结构简单、巧妙、合理,可以完成机械化的收获作业,省力、省时,效率可提高拾多倍,可以大大普及推广深土经济农作物的种植,提高农民的经济效益。关键词:山药收获机,液压系统,空心螺旋钢片工具 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 2 页1 前言块根或块茎类作物收获机械分为拔取式和挖掘式。其中挖掘式收获机是先切掉茎叶,然后再挖出块根,并将土壤和夹杂物与块根分离。块茎类作物的收获机械化是农业机械化的重要内容。花生、马铃薯、大蒜、甜菜等块茎类作物的生长特点决定了其收获机具结构特殊性、复杂性和高动力消耗。用机械收获代替传统的手工劳动,不仅能达到省工、省时的目的,而且能提高收获效果,降低损失率。山药种植南起广西北至陕西省,东起河北,西至云南省,由于其经济利益非常可观,固得到了大面积的种植。目前,在山药收获时,我们一般采用人工挖掘的方式,即用铁锨挖掘, 这样收获既费工、费时,每人每天只能挖 30 米左右,而且还容易将山药折断。现在,也有采用套筒式挖掘,就是将一套筒套住山药,借助机械用力下压而将山药取出,但由于山药的长势和长短不易掌握,也容易使山药折断,而且每人每天只能挖半亩左右,效率低下。为了克服目前农作物,尤其是山药等深土农作物收获的难题,广大设计者进行了刻苦的钻研。现在市面上山药收获机都是开沟机,这种机械收获方式虽然节省了一部分劳力,但并没有使山药的整个收获过程机械化,因此得不到广泛的应用。目前,在经济全球化的背景下,我国农业机械面临着新的机遇和挑战。积极开发研制出全机械化得山药收获机对农业生产具有重要意义。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 3 页2 挖掘收获机械简介早在 20 世纪 40 年代初,美国、加拿大、荷兰及前苏联等国就开始研制与推广应用花生、马铃薯、甜菜等挖掘收获类作物的作业机械,并于 20 世纪 50 年代末全面实现了花生、马铃薯、甜菜等挖掘收获类作物的生产机械化。 70 年代主要是研制大功率自走式块茎类作物联合收获机械。 在亚洲,日本对根菜(萝卜、山药、青芋、胡萝卜等) 机械的研究从 20 世纪 60 年代开始,近几年韩国、日本生产了小型挖掘机。国外发达国家自主研制的挖掘收获机械具备较高的技术水平。以大型为主,联合收获机械居多,在国外马铃薯收获机械中,挖掘机的生产和使用所占的比例趋于下降,而联合收获机得到了迅速发展,而且将传感技术控制土壤喂入量、马铃薯传运量以及分级装载等高新技术融于机具之中,很大程度上减少了人工劳作程度,使马铃薯与土壤的分离更彻底,且损伤更小。国内从 20 世纪 60 年代开始引进国外根茎挖掘机械,主要用于花生和薯类等短根茎作物收获。20 世纪 80 年代始,我国就有根茎收获机械的研制,但由于需要较高的动力消耗,与我国保有量巨大的小型拖拉机难以配套,且普遍存在可靠性差、作业质量不稳定等诸多问题。进入 20 世纪 90 年代,在引进消化吸收的基础上,我国部分地区研制开发出了一些花生、马铃薯等挖掘收获类作物收获(挖掘)机,但是始终未形成成熟产品。从引进到自主研发,我国挖掘收获机械的发展已经实现了一些突破,生产出了 4U-80 型薯类(块茎)收获机、银河 4KJW 系列块茎挖掘机等一系列块茎作物挖掘收获机械;在吸收国外先进技术的基础上,我国优化设计并生产出了背负式 4UL21 型马铃薯联合收获机;大蒜、甜菜、中药等地下块茎作物收获机械的研发也取得了一些进展,在一定范围内投入了使用。根茎挖掘收获机械的使用,减轻了人们的劳动强度,提高了工作效率。然而,目前我国应用的此类机械多数是对国外引进机械的模仿或简单的技术改进,花生、马铃薯、甜菜等机械化收获装备至今仍以中小型挖掘机的研制和推广为主,存在技术水平不高、结构单一、适应性差、质量较差等问题,很多仍然处于起步阶段。例如,我国的花生收获还是以人工为主,仅有少部分地区使用花生挖掘犁和花生收获(挖掘)机,机械化联合收获几乎为零。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 4 页3 挖树坑机挖树坑机,设计人徐臻,这种挖树坑机包括有动力机构、与动力机构输出轴相连的变速箱、与变速箱输出轴相连的传动机构、传动机构包括有小伞齿轮、与小伞齿轮输出轴相咬合的大伞齿轮、置于大伞齿轮中间与大伞齿轮咬合的竖向方轴;在传动机构外部设有与传动机构套,在方轴顶端设有丝杠、在丝杠外部设有与丝杠吻合的螺母,螺母与传动机构套固定连接,在方轴下部设有钻头装置。优点是:机构简单、和小四轮拖拉机配套使用,其效率高、耗能低、钻坑标准、单人操作,省功省力,在较硬的土地上,每小时可钻 80100 个坑,坑深可根据钻杆的长度,坑深度和坑直径长度的不同,其是人的 810 倍。挖树坑机的结构原理图如图 1 所示:图 1 挖树坑机结构原理 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 5 页4 空心螺旋钢片工具本实用新型的目的,就是要提供一种采用机械挖掘、不损伤山药、 工作效率高的山药收获机。故采用空心螺旋钢片工具。此工具是中空的轴 1 外侧焊接上螺旋钢片 2。中空轴 1 与大锥齿轮配合段内设有液压推出机构 3。空轴 1 下端加工有锯牙 4,便于工具快速的进入土壤。工作原理:工具旋转下移,将连同山药在内的土柱打入山药收获工具内,然后由液压系统控制提出山药收获工具,在通过顶出机构将山药土柱顶出,最后人工清理出山药。结构如下图 2 所示:图 2 空心螺旋机构 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 (文 献 综 述 ) 第 6 页总 结我对山药收获机的结构与组成有了初步的了解,经过初步的思考,我参考挖树坑机和挖坑机,初步设计了山药收获机的整体结构。这种山药收获机主要由动力装置、传动装置和深土作业工具三大部分构成。由柴油驱动的农用拖拉机,提供收获工具的旋转运动。由小电动机驱动的液压系统,提供收获工具竖直方向的运动。挖掘部分采用空心螺旋钢片工具旋转带出山药。在后面的设计过程中,我会根据需要不断调整和改进设计方案,我相信这次资料的规整对今后的设计工作意义重大,希望在以后的工作中完善并开拓思路,争取完成一份完美的设计。参考文献1 闫志利,牛俊义.我国作物收获技术研究应用的现状与前景展望.河北农业科学,2009(2)2 金诚谦,吴崇友,王焕然.块茎类作物机械化收获需重点解决的技术问题,农业装备技术,2006(3) 4 濮良贵.纪名刚.机械设计.北京:高等教育出版社,20065 秦方有.汽车内燃机原理.北京:北京理工大学出版社,19976 王俊发,马旭,马浏轩,杨传华.根茎类中药材收获装备现状及其收获工艺.农机化研究, 2009(12)7 夏建中.土力学.北京:中国电力出版社,20098 董庆华.机械零件. 北京:中国农业机械出版社,19909 刘鸿文.材料力学. 北京:人民教育出版社,199010 胡志超,王海鸥,彭宝良,田立佳,计福来.国内外花生收获机械化现状与发展. 中国农机化,2006(5)11 曾山,马铃薯收获机械现状及发展趋势.贵州农业科学,200912 申屠留芳.孙星钊中粘壤土块茎类作物收获机的研究与开发.农机化研究,2003(4)13 R.L.Wernli. AUVS-The Maturity of the Technology. OCEANS 99 MTS/IEE Coference Proceedings.14 J.Westwood. Future Prospects for AUVs. A Presentation to the Maridan PING Symposium. Copenhagen,1999,9.单位代码 0 2 学 号 080105031 分 类 号 TH6 密 级 毕 业 设 计文献综述院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 张 盼 盼 指 导 教 师 薛 东 彬2012 年 3 月 10 日黄河科技学院毕业设计(论文)开题报告表课题名称 GD1 型山药收获机设计课题来源 教师拟订 课题类型 AX 指导教师 薛东彬学生姓名 张盼盼 专 业 机械设计制造及其自动化 学 号 080105031一、调研资料的准备根据任务书的要求,在做本课题前,查阅了与课题相关的资料有:机械设计、机械制图、机械制造工艺学、冲压成型工艺与模具设计、冷冲模课程设计与毕业设计指导等以及与设计相关的手册。二、设计的目的与要求 毕业设计是大学教学中最后一个实践性教学环节,通过该设计过程,可以检验学生所学的知识,同时培养学生处理工程中实际问题的能力,因此意义特别重大。结合国内山药收获机的实际情况拟定山药收获机的总体方案,并对总体方案进行分析比较,最后确定总体方案。完成总体设计和关键零件的设计。 三、设计的思路与预期成果 1、设计思路分析国内外山药收获机发展和应用的情况,此山药收获机由机架,传动系统,挖掘系统三部分组成。底板机架与拖拉机类及农用运输车类连接并提供动力,传动系统由传动机构组成,挖掘部分采用螺旋排除浮土,空心螺杆带出山药。螺旋动力由拖拉机提供,下压力由液压系统提供。2、预期的成果(1)完成文献综述一篇,不少与 3000 字,与专业相关的英文翻译一篇,不少于 3000 字。(2)完成内容与字数都不少于规定量的毕业设计说明书一份。(3)绘制装配图,部分零件图。四、任务完成的阶段内容及时间安排1-3 周 完成文献综述、开题报告及英文资料翻译,掌握 CAD 软件应用功能,完成毕业实习。4-9 周 山药收获机总体、细部、零件结构设计、计算,用 AutoCAD 等软件绘制总装图、部装图、典型零件图。10-11 周 编写设计说明书,进一步修改完善毕业设计,准备并完成毕业答辩稿。12 周 毕业答辩。五、完成设计(论文)所具备的条件因素已修完机械设计、机械制图、液压与气压传动、金属工艺学、机械制造技术基础、毕业设计指导等课程,借助图书馆的相关文献资料,以及相关的网络等资源。指导教师签名: 日期: 课题来源:(1)教师拟订;(2)学生建议;(3)企业和社会征集;(4)科研单位提供课题类型:(1)A工程设计(艺术设计) ;B技术开发;C软件工程;D理论研究;E调研报告(2)X真实课题;Y模拟课题;Z虚拟课题要求(1) 、 (2)均要填,如 AY、BX 等。黄河科技学院本 科 毕 业 设 计 (论文) 任 务 书工 学院 机械 系 机械设计制造及其自动化 专业 08 级 1 班学 号 080105031 学生 张盼盼 指 导 教 师 薛东彬 毕业设计(论文)题目GD1 型山药收获机设计 毕业设计(论文)工作内容与基本要求(目标、任务、途径、方法,应掌握的原始资料(数据) 、参考资料(文献)以及设计技术要求、注意事项等) (纸张不够可加页)一、设计技术要求、原始资料(数据) 、参考资料(文献)通过实习调研搜集资料,运用所学知识,并借助 CAD 软件,设计 GD1 型山药收获机,GD1 型山药收获机用于旱地山药的自动化收获作业。山药收获机翻土作业时的翻土量为 1-2 立方米/小时,采用螺旋排除浮土,空心螺杆带出山药,螺旋转速为 50-100 转/分钟。设计基本参数:1、挖土深度最大 1000 mm;2、能够快换螺旋杆;3、螺旋动力由拖拉机提供;4、下压力由液压系统提供;设计要求:分析国内外山药收获机发展和应用的情况,结构类型和功能特点。结合国内山药收获机的实际情况拟定山药收获机的总体方案,并对总体方案进行分析比较,最后确定总体方案。完成总体设计和关键零件的设计。做课题时,需要查阅机械制图、机械设计、土力学、农业机械设计、机床设计手册等资料和 CAD 绘图相关资料,综合分析使用,进行设计。二、设计目标与任务1、查阅文献资料 12 种以上,外文资料不少于两种。写出 3000 字以上文献综述,单独装订成册。2、翻译外文科技资料,不少于 3000 汉字,单独装订成册。3、完成开题报告,填写开题报告表。4、毕业设计说明书一份,内容与字数都不少于规定的任务量。5、根据使用性能要求初定设计方案,进行设计方案对比后最终确定方案;设计山药收获机总体、传动系统部分装配和主要零件图;(图纸量折合后不少于 A1 图纸 4 张,用计算机绘图) 。6、包含本次设计的所有内容的光盘一张。7、毕业设计说明书撰写规范及有关要求,请查阅黄河科技学院本科毕业设计(论文)指导手册 。所有文字成果要求交打印稿。三、时间安排1-3 周 完成文献综述、开题报告及英文资料翻译,掌握 CAD 软件应用功能,完成毕业实习。4-9 周 山药收获机 总体、细部、零件结构设计、计算,用 AutoCAD 等软件绘制总装图、部装图、典型零件图。10-11 周 编写设计说明书,进一步修改完善毕业设计,准备并完成毕业答辩稿。12 周 毕业答辩。毕业设计(论文)时 间: 2012 年 02 月 13 日至 2012 年 05 月 15 日计 划 答 辩 时 间: 2012 年 05 月 19 日专业(教研室)审批意见:审批人签名:日 期:单位代码 02 学 号 080105031 分 类 号 TH6 密 级 毕 业 设 计 说 明 书GD1 型山药收获机设计院 ( 系 ) 名 称 工 学 院 机 械 系专 业 名 称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化学 生 姓 名 张 盼 盼 指 导 教 师 薛 东 彬 2012 年 5 月 13 日 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 页GD1 型山药收获机设计摘要GD1 型山药收获机由于结构简单、巧妙、合理,可以完成机械化的收获作业,效率可以提高几十倍,可以大大普及推广深土经济农作物的种植,提高农民的经济效益。本次设计对传统的农用机械的提升部分有所改进,使其工作部分能够垂直升降,达到精准快速收获山药的目的。首先,本文对传统的山药收获方式进行了论述,并详细阐述了此山药收获机的工作原理。其次,本文对山药收获机的齿轮传动部分,垂直提升部分,空心螺旋钢片轴此三部分进行论述。最后,本文对山药收获机各部分设计的计算过程进行的详细阐述。关键词:齿轮传动部分,垂直提升部分,空心螺旋钢片轴 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 I 页The design of yam harvest machine GD1 Author:Zhang PanpanTutor:Xue DongbinAbstractThe structure of Yam harvest machine GD1 is simple,clever,rational.Mechanized harvesting operations can be completed, its efficiency can be improved several times.The planting of deep soil economic crops can be greatly popularize , which can improve the economic efficiency of farmers. The design improve the enhance part of traditional agricultural machine. Making its work part to lift vertically.To achieve the purpose of harvesting yam accurately and rapidly. Firstly, the traditional yam harvest methods are discussed, and elaborated on the working principle of the yam harvest.Secondly,discourse the gear transmission part of the yam harvest machine, vertical lifting part , the hollow spiral steel shaft this three part.Finally, the yam harvest machine design calculation process is described in detail.Key words: gear transmission part,the vertical lifting part,the hollow spiral steel shaft 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 II 页目录1 设计方案说明 .11.1 设备介绍 .11.1.1 山药收获机的组成及工作原理 .11.1.2 山药收获机现状 .11.2 设计要求 .42 设计方案分析 .53 单级圆锥齿轮减速器的设计 .63.1 齿轮传动部分设计 .63.2 轴的设计 .113.2.1 小锥齿轮轴的设计 .113.2.2 大锥齿轮轴的设计 .173.3 减速器箱体的设计 .194 支撑部分的设计 .215 工作部分的设计 .245.1 山药收获机的收获工具 .245.2 收获工具工作原理 .24设计总结 .25致谢 .26参考文献 .27 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 0 页1 设计方案说明1.1 设备介绍1.1.1 山药收获机的组成及工作原理山药收获机由动力输出部分、减速部分、支撑部分和工作部分四部分组成。山药收获机简图如图 1.1 所示:图 1.1山药收获机的工作原理:拖拉机液压系统带动的垂直提升机构实现工具的竖直运动,柴油机动力输出实现工具的旋转运动。1.1.2 山药收获机现状目前,在山药收获时,我们一般采用人工挖掘的方式,这种收获方式费时、费力, 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 1 页收获效率低,且易将山药损伤或折断。为了克服目前农作物,尤其是山药等深土农作物收获的难题,广大设计者进行了刻苦的钻研。以下是几种山药收获机概述,这些资料来源于中国知识产权局专利检索网站。第一种山药收获机的发明者是卢双贵,这种山药收获机,由切割带锯、松土板和螺旋提升机组成,通过前面的带锯绕山药沟切割,带锯上部连接转轮,中间穿过狭长形开口,下部套住轴承,中间的松土板随着在后将土松动,松土板固定在套管中的伸缩杆上由油压气泵提供动力,最后的螺旋提升机在切割的土方下部向上转动,即可把山药向上顶出。由于采用拖拉机为动力,切割的土方大于山药沟,从山药底部向上拱,不仅保证了山药的完整性,不折断山药,而且保持了山药沟的原貌,工作效率大为提高,每天可挖掘山药三至五亩。山药收获机结构原理图如图 1.2 所示:图 1.2第二种山药收获机发明者是李善文,这种山药收获机的右下方,垂直连接有两根平行的滑动轴,滑动轴底端与底机架连接;活动轴上,套装有一对滑动套之间安装有连动轮,二个连动轮之间由固定支架连接,两个连动轮外径之间连着连动带,连动带上固定连接有若干个扁板状的护土板机二个护土板;在机架上方安装有提升轮,在底机架上,安装有变速箱,它作为过渡动力源使用;使用时,底板机架与拖拉机类农用运输车类连接并提供动力,带动该机运转收获作业。该机结构简单、巧妙、合理,可以完成机械化 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 2 页的收获作业,省力、省时,效率可以提高几十倍,可以大大普及推广深土经济农作物的种植,提高农民的经济效益。山药收获机结构原理图如图 1.3 所示:图 1.3第三种山药收获机是智能山药收获机,发明人有王慧、张银良、卢泽宇、王潍。这种山药收获机包括支架,该支架包括连接支架和与其滑动连接的安装支架,安装支架上穿过有丝杠,丝杠的顶端固定有皮带轮,所述安装支架上固定有控制装置,安装支架的下方靠近连接支架的一端通过两个支撑杆活动连接有套筒,套筒侧面对称安装有两条接合缝,在接合缝处套筒通过套筒锁套固定,两支撑杆的一端在套筒的接合缝处于套筒铰接,另一端与安装支架连接;安装支架上远离连接支架的一端固定连接有带锯,带锯的输入轴通过皮带与动力装置相连,安装支架上还有与套筒对应的定位机构。该智能山药收获机实现了山药的机械收获且可以避免误伤山药。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 3 页山药收获机结构原理图如图 1.4 所示:图 1.41.2 设计要求本设计总要求:设计山药收获机用于山药的自动收获作业。给定的条件和要求:翻土作业时的作业量为 1-2 立方米 /小时,采用螺旋排除浮土,螺旋转速为 150-200 转/分钟。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 4 页2 设计方案分析经论证得出总体设计方案为:动力部分:包括两个动力输出部分,一是柴油机驱动的 30 匹农用拖拉机,其提供收获工具的旋转运动。二是由拖拉机自带液压系统提供收获工具竖直方向的运动。减速部分:由单级圆锥齿轮减速器实现工作调速。支撑部分:由 Q235 材料焊接而成的垂直提升机构。工作部分:采用外焊螺旋钢片空心式工具。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 5 页3 单级圆锥齿轮减速器的设计3.1 齿轮传动部分设计选用 30 马力的农用拖拉机,功率 22.1KW。从而得出所设计的减速器输入轴转速 n1为 540r/min,输出轴转速 n2为 180r/min。计算得减速器传动比为 3。此传动比符合单级圆锥齿轮传动比范围。1.传动效率计算为拖拉机内部变速装置及其它传动总的效率,取 为 0.96。0 0 为设计减速器的总功率。传动效率分别为:万向联轴器效率 ,滚动轴承的效率 ,圆锥齿0.9210.953轮传动效率 ,联轴器效率.54 0.96传动装置的总效率 应为组成传动装置的各部分运动副效率之乘积,即: 90.95.05654321 2.各轴转速min1rni/802i3.各轴输入功率 kwp59.20321016.5424.各轴输入转矩:90.min541rn/802kwp59.1362 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 6 页T1=9550 P1/ n1=955020.79KW/540r/min=367.68NmT2=9550 P2/ n2=955019.36KW/180r/min=1027.16NmT1=367.68NmT2=1027.16Nm图 3.15.选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数如图 3.1 传动方案,选用单级圆锥齿轮传动。1)运输机为一般农用机械,选用 7 级精度,齿形角 ,齿顶高20系数 ,顶隙系数 。*ah*0.2c2)选择大小锥齿轮的材料均为 40Cr(调质+表面淬火) ,硬度为 48-50HRC。3)初步选取小齿轮齿数 Z1=18,大齿轮齿数 Z2=54。6.按齿面接触疲劳强度设计1)试选载荷系数 K=2.852)小齿轮传递的转矩 T1=367.68Nm=367680Nmm 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 7 页3)确定齿宽系数 R=0.33。4)查得材料弹性影响系数 。1289.EZMPa5)由机械设计手册查得齿轮的齿面接触疲劳极限, Hlim1 = Hlim2 =1100MPa。安全系数 S=1.6)计算应力循环次数小齿轮的应力循环次数:N1=60njLh=5.010 8;大齿轮的应力循环次数:N2=N1/3=1.6710 8。7)接触疲劳寿命系数:K HN1=0.93 ,K HN2=0.97,弯曲疲劳寿命系数:KFN1=0.85,K FN2=0.888)计算接触疲劳许用应力 H1= = KHN1 Hlim1/S=1023MPa H2= KHN2 Hlim2/S=1067MPa9)试算小齿轮的分度圆直径,带入许用应力中的较小值得: =109.17mm22131 )5.0(9. HERRt ZuTd10)计算圆周速度 v smn/9.310611)计算载荷系数据速度 ,7 级精度,得动载荷系数 KV=1.07,使用系数 KA =1.75, KH =KF =1.65,K =1。故载荷系数 K= KH K KAKV =3.0912)按实际载荷系数校正所得分度圆直径112.1531ttkd13)计算模数 6.231zdmN1=5.0108N2=1.67108 H1= 1023MPa H2=1067MPam17.091tds/09.315.2dm36 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 8 页7.按齿根弯曲疲劳强度进行设计1)由机械设计手册查取的齿轮弯曲疲劳极限 EF1= EF2=620MPa,安全系数 S=1.3。2)许用弯曲应力: F1 = KFN1 EF1/S=405.38MPa F2 = KFN2 EF2/S=419.69MPa3)载荷系数 K= KF K KAKV =3.094)查取齿形系 YFa1=2.91,Y Fa2=2.30,Y Sa1=1.53,Y Sa2=1.71。5)比较 YSa1YFa1/ F1与 YSa2YFa2/ F2取较大者YSa1YFa1/ F1=0.010983YSa2YFa2/ F2=0.0093716)计算模数m =5.963215.04FasRRYuZKT对比计算结果,按机械设计手册选取模数 m=6,按接触强度得分度圆直径 =112.15,算出小齿轮齿数 ,1d 196.81mdz 5732z=405.38MPa1F=419.69MPa219z28.大小圆锥齿轮主要尺寸如表 3.1 所示:表 3.1名称符号公式直齿圆锥小齿轮直齿圆锥大齿轮齿数 zz19 57模数 m m 6传动比 i i 3 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 9 页分度圆锥度 ,iarctg1112-90。 18.43 71.57分度圆直径 dmz112 336齿顶高ahha*6 6齿根高f mcaf)(*7.2 7.2齿全高 h fah13.2 13.2齿顶圆直径ad,1*1cos22ma123(大端) 340(大端)齿根圆直径f ,1*1cshff22odff 98 331齿距 p 18.84 18.84齿厚 s ms 9.42 9.42齿槽宽 e 2e9.42 9.42顶隙 c c* 1.2 1.2锥距 R 21d177 177齿顶角a,21f1fa1.94 2.33齿根角f Rhrctgfff21 2.33 1.94 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 10 页齿顶圆锥角a,11aa2229.37 73.9齿根圆锥角f ,11ff22ff16.1 69.63当量齿数vzcoszv 20 180齿宽 bR58 583.2 轴的设计3.2.1 小锥齿轮轴的设计1.确定最小轴颈 mdRbdm945.011圆周力: NTFmt78231径向力: Ntr 270143.8cos20tancosan1 轴向力: t 9i783i1 2.初步确定轴的尺寸选轴的材料为 45 钢,调制处理。根据机械设计手册,取A0=110。最小轴径: mnPAd375409.21330min 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径 d- ,如图所示md941NFt78231r0a91md37in 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 11 页图 3.2的轴颈 d- 与联轴器的直径相适应,故需同时选取联轴器的型号。联轴器的选择:工作情况系数 KA=2.4计算转矩:Tca=K AT=2.4212.2 Nm=509 Nm按照计算转矩 Tca 应小于联轴器的公称转矩的条件。即TcaT,其中T为该型号联轴器的许用转矩。选用 WSD8 型万向联轴器,其公称转矩为 1120Nm。半联轴器的孔径为 38mm,半联轴器与轴配合的毂长度 L1为 82。为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上,故段的长度比 L1略短一些,因此 L1 段轴的长度为 80 mm。3.轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案,如图 3.2 所示。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 12 页图 3.3为了满足半联轴器的轴向定位要求,L2 段轴 d2=44mm,右端用轴承端盖定位,根据轴承端盖的厚度取这段轴的长度为 L2=60。L3 段轴需安装轴承,由机械设计手册中查取标准精度等级的圆锥滚子轴承 30311,其尺寸 dDT=5512031.5,故d3=55mm,L3=31.5mm。因此 L5 段轴直径和长度与 L3 段轴相同且要对轴套进行轴向定位,d4=55,L4=28.5。L4 段安装轴承的左端用套筒定位,右端用轴肩定位。取其定位轴肩高度为 5mm,取 d4=65,L4 段轴的长度由结构而定为 80mm。取轴套长度为 21,小齿轮的宽度为63mm,因此 L6 段轴的长度为 21+63-1=83mm。经计算,轴的总长度为 364 mm。4.求轴上的载荷图 3.4 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 13 页图 3.5图 3.6 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 14 页图 3.7轴段的支反力情况为: 表 3.2 距左端距离 水平支反力 Rh1 垂直支反力 Rv148.5mm 10186.5N 4066N 距左端距离 水平支反力 Rh2 垂直支反力 Rv2180.5mm -3395.5N -1637N5)弯曲应力校核确定危险截面,根据弯矩图和扭矩图可得距左端 180.5mm 处,得到最大的弯矩和扭矩,并且此处所示的支反力为最大值,从而确定此 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 15 页处为危险截面,进行强度校核时,则只需要校核此处的强度。弯曲应力校核公式: 132210dTM223().54Pa而许用疲劳应力为 180Mpa,即弯曲应力校核通过。6)疲劳强度校核 SSmaK1aS1对危险截面进行疲劳强度校核得:直径:38mm危险截面的弯矩 M:5000Nmm ,扭矩 T:60000Nmm有效应力集中系数(弯曲作用):2.05 (扭转作用):1.55截面的疲劳强度安全系数 S:32.21。许用安全系数S:1.9。两处疲劳强度校核通过。7)扭转刚度校核圆轴扭转变形的计算公式, 。G材料的切变模4158indlT量(MPa) ,对钢 G= (MPa), 分别代表阶梯轴第 i810.iil.段上所传递的转矩、长度、内外直径。圆轴的扭转角为 0.0039,经计 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 16 页算得扭转刚度变形为 ,而许用扭转变形为0.65/m0.251.0 ,从而扭转刚度校核通过。/m本轴因无大的瞬时过载及严重的应力循环不对称性,故可略去静强度校核。3.2.2 大锥齿轮轴的设计1)确定最小轴颈 mdRbdm2815.02圆周力: NTFmt732径向力: a Ntr 2701cos0an1轴向力: 2Rt 9i12)初步确定轴的尺寸选轴的材料为 45 钢,调制处理。根据机械设计手册,取 A0=110。最小轴径: mnPAd31.5230min输出轴的最小直径要加工成花键,根据花键的直径标准以及工具轴的内径设计此段轴的直径为 56mm。md281NFt73a02913)轴的结构设计拟定轴上零件的装配方案,如图 3.8 所示。根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 17 页图 3.8图 3.9为了满足半联轴器的轴向定位要求,轴直径 d1=60mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=84mm。L3 段轴需安装轴承,由机械设计手册中查取标准精度等级的单列圆锥滚子轴承30314,其尺寸 dDT=7015038,故 d3=70mm,左端用轴承端盖定位,根据轴承端盖的厚度 d2=68,L2=88,L3 段右端用套筒定位,取 L3=68mm。L7 段轴直径和 L3 段轴相同d7=d3=70,L7=38。L4 段安装齿轮,取其定位轴肩高度为 5mm,则 d4=80。L6 段轴的长度由结构而定为 100mm。大齿轮的主要尺寸如图 3.10 所示:图 3.10 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 18 页经校核,大齿轮轴强度条件满足。4)花键校核(1)花键主要失效形式是工作面的压溃。(2)按工作面上的挤压应力进行强度校核计算。(3)花键的连接强度条件: P=2T103/Zlhd m P由机械设计手册查取:载荷不均匀系数,取值为 0.7Z花键齿数,取值为 8l齿的工作长度,取值为 52mmh花键齿侧的工作长度,取值为 1mmdm花键的平均径,取值为 55mm P花键连接的许用压应力,取值为 120MPa代入公式计算得出: P=38.2 MPa P因此选用花键的规格为:NdDB=8566510,满足传动及使用条件。3.3 减速器箱体的设计减速器的箱体采用铸造(HT=150)制成,采用剖分式结构。1.机体要有足够的刚度2.在机体为加肋,外轮廓为长方形,增强了轴承座刚度。3.机体结构有良好的工艺性铸件壁厚为 10,圆角半径 R=2。机体外形简单,方便制造。减速器箱体的结构尺寸如表 3.2 所示:表 3.2名称 符号 计算公式 结果 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 19 页箱座壁厚 10箱盖壁厚 1 10箱盖凸缘厚度 b115.15箱座凸缘厚度 15箱座底凸缘厚度 2.2 25地脚螺钉直径 fd12036af M16地脚螺钉数目 n查手册 4轴承旁联接螺栓直径 1dfd75.1 M12机盖与机座联接螺栓直径 2=(0.50.6)2f M12轴承端盖螺钉直径 3d=(0.40.5)3fdM12定位销直径 =(0.70.8) 210, , 至外fd12机壁距离1C查机械课程设计指导 221818, 至凸缘边f2缘距离2查机械课程设计指导 2016外机壁至轴承座端面距离 1l= + +( 510)1lC2 50大齿轮顶圆与内机壁距离 11.2112齿轮端面与内机壁 22 11 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 20 页距离4. 支撑部分的设计垂直提升机构原理见图 2。主臂有夹角为 的两轴向直线槽,杆 和 可沿直线01R2槽作轴线方向直线运功。由于两杆左端孔与约束由曲线槽转动销轴相连结,因此,主臂作摆动运动时,杆 、 另两端 A 点和 B 点既做轴线方向移动又做沿曲线槽的转动,且1R2两点在主臂的摆动过程中始终保持在一条固定的垂线上,其运动分析如下。图 4.1实验证明,当 ,3065,180,5 mRLRmLR,接 近R 为连杆定长,即图 4.1 中取 = =1200mm, , 。从图 2 的分析可得出:208故曲线槽中心线的极坐标方程:cos)(L 10cos5cos 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 21 页图 2 中杆 和 夹角为 ,运动过程中位置相差 。其运动关系中有如下关系:1R20808)cos()cos)(2)( RL(图 4.2导轨材料全部采用 Q235 焊接而成,经计算强度满足使用条件。图 4.3 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 22 页图 4.4 在 0-35 间, 为 ,固 在 0-35,而在 在 8-43 范围内,查得0821F=10KN。 12COSF,ini得 2122SiTaos当 , 时 有最大值 71KN。查得 , ,得0208FMPa26042dFd=18.65mm,取直径 30mm. 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 23 页5 工作部分的设计5.1 山药收获机的收获工具收获工具由两部分构成:一部分为 45 钢制成的空心轴,外径为 100mm,内径为80mm。另一部分为材料为 45 钢的螺旋钢片,是由锥轧机整体冷轧成形。该工具的工作长度为 850mm,工具总长度为 1030mm。5.2 收获工具工作原理工具在减速器输出轴带动下旋转。由液压缸推动工具下移,将连同山药在内的土柱打入工具内部后,工具上移,带停转后卸下销钉,快速顶出山药土柱,完成一次收获。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 24 页设计总结为期四个月的毕业设计即将结束,终于我们完成了我们的毕业设计。这次毕业设计是对我们综合知识的一次应用,心里很高兴能在即将工作之际,将这几年学习的专业知识来了一次整体复习,这对即将踏上工作岗位的我是一次综合素质的提升。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结,但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验,而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多,以前老是觉得自己什么东西都会,什么东西都懂,有点眼高手低。通过这次毕业设计,我们才明白学习是一个长期积累的过程,在以后的工作、生活中都应该不断的学习,努力提高自己知识和综合素质。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了,同学之间互相帮助,有什么不懂的大家在一起商量,听听不同的看法对我们更好的理解知识。不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多,真是万事开头难,不知道如何入手。经过薛老师的指导渐渐的摸到头绪,在不断的资料搜索和查阅后,整体的思路应运而生,最后终于完成了毕业设计,有种如释重负的感觉。此外,还得出一个结论:知识必须通过应用才能实现其价值!有些东西以为学会了,但真正到用的时候才发现是两回事,所以我们认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。以后还要将毕业设计的这股干劲儿用在工作中,因为爱着这个专业,所以我相信我一定能做好! 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 25 页致谢在此要感谢我们的指导老师薛东彬老师对我悉心的指导,感谢老师给我们的帮助。在设计过程中,我们通过查阅大量有关资料,与同学交流经验和自学,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。在整个设计中我们懂得了许多东西,也培养了我们独立工作的能力,树立了对自己工作能力的信心,相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力,使我们充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好,但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富,使我们终身受益。 黄 河 科 技 学 院 毕 业 设 计 说 明 书 第 26 页参考文献1夏建中.土力学 M.北京:中国电力出版社, 2009.2孙波.毕业设计宝典 M.西安:西安电子科技大学出版社,2008.3濮良贵.纪名刚 .机械设计M.北京:高等教育出版社,2006.4秦方有.汽车内燃机原理M.北京:北京理工大学出版社,1997.5R .康韦 R .罗斯美 .工业废物处理手册J.北京:工人出版社, 1993.6徐灏.机械设计手册 M.北京:机械工业出版社,1991.7北京钢铁学院.机械零件M. 北京:人民教育出版社,1990.8董庆华.机械零件 M. 北京:中国农业机械出版社,1990.9刘鸿文.材料力学 M. 北京:人民教育出版社,1990.10机械设计手册编委会 .机械设计手册J.第 1 卷.北京:机械工业出版社,2004.11 崔占全,邱平善 .工程材料M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2000:60-320.12 大连理工大学工程画教研室.机械制图M.第 4 版.高等教育出版社.北京.1993:35290.13吴宗泽.机械设计实用手册J.北京:机械工业出版社,2009.4.14王昆等.机械设计基础课程设计M.北京:高等教育出版社,1996.15孙训芳.材料力学 M.北京:高等教育出版社,2002.
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