手持气吸式采棉机构的设计【独家课程毕业设计含三维7张CAD图纸带开题报告+答辩PPT】
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充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸手持气吸式采棉机构的设计摘要中国是世界上最大棉花生产国,同时又是最大纺织用棉消费大国,纺织品出口是我国出口创汇的大宗产品,直接影响国民经济和外汇储备。由于棉花生产具有用工多等特点,从而使经济欠发达地区拥有更突出的生产优势,并成为本地区农民脱贫致富、增加收入的重要源泉。我国市场上出现的手持气吸式采棉机告别繁重枯燥重复的采摘动作,解放劳动力,一台机械可抵 10 个人工!本文设计的手持气吸式采棉机包括动力单元,气吸单元,手持吸棉单元等组成。本次设计的重点是动力单元和气吸单元的设计。动力单元采用二冲程汽油机提供动力,气吸单元采用引风机结构。本文利用 SOLIDWORKS 软件对整个手持采棉机进行三维建模,并导出二维工程图。关键词:采棉机,动力单元,二冲程汽油机,三维建模充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸AbstractChinese is the largest production of cotton in the world, is also the largest consumer of cotton textile, textile exports of bulk products in China for export, directly affect the national economy and foreign exchange reserves. Because the cotton production has the characteristics of labor, so that the economy owes the developed area has more prominent advantages, and has become the local farmers out of poverty, an important source of income increase. Our country appear on the market the hand-held pneumatic cotton picker to bid farewell to the heavy repetitive picking motion, the liberation of labor, machine capable of reaching the 10 artificial!In this paper, the design of the handheld pneumatic cotton picker comprises a power unit, air suction unit, a suction unit. The focus of this design is the design of the power unit and suction unit. The power unit with two stroke gasoline engine to provide power, suction unit uses the fan structure. In this paper, three-dimensional modeling of the handheld cotton picker using the software SOLIDWORKS, and the output of Engineering drawing.Keywords: cotton picker, power unit, two stroke gasoline engine, 3D modeling充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸目录摘要 .iAbstract.ii第一章 引言 .11.1 课题研究的目的及意义 .11.2 课题的研究现状 .11.2.1 国内的研究现状 .11.2.2 国外研究现状 .21.3 国内外采棉机存在的问题 .21.4 课题设计思路 .41.5 课题设计结构 .4第二章 采棉机的总体设计方案 .52.1 采棉机的组成及各部分关系概述 .52.2 采棉机驱动方案的确认 .52.3 总体方案拟定 .5第三章 采棉机整体结构的设计 .73.1 发动机的设计 .73.2 离合器的设计 .73.2.1 离合器的选择 .73.2.2 离合器基本参数和主要尺寸选择 .83.2.3 离合器主动盘的设计 .113.2.4 离合器压盘的设计 .113.2.5 离合器弹簧的设计 .113.3 引风机的设计 .123.4 手持采棉机采棉器的设计 .133.6 手持采棉机的背负架的设计 .143.5 本章小结 .15第四章 汽油机活塞组件的设计校核 .164.1 活塞的设计 .164.1.1 活塞的工作条件和设计要求 .164.1.2 活塞的材料 .174.1.3 活塞头部的设计 .174.1.4 活塞裙部的设计 .224.2 活塞销的设计 .244.2.1 活塞销的结构、材料 .244.2.2 活塞销强度和刚度计算 .244.3 活塞销座 .254.3.1 活塞销座结构设计 .254.3.2 验算比压力 .264.4 活塞环设计及计算 .264.4.1 活塞环形状及主要尺寸设计 .264.4.2 活塞环强度校核 .264.5 本章小结 .27充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸第五章 采棉机三维造型的设计 .285.1 Solidworks 软件简介 .285.2 零件建模 .305.2.1 吸棉管三维建模的形成 .305.2.2 手持吸棉口的三维建模形成 .305.2.3 其他零件的三维模型造型 .305.3 零件装配 .325.4 三维向二维的转换 .33第六章 结论 .356.1 本设计所取得的结果 .356.2 技术展望 .35参考文献 .36致谢 .37充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸0第一章 引言1.1 课题研究的目的及意义中国是世界上最大棉花生产国,同时又是最大纺织用棉消费大国,纺织品出口是我国出口创汇的大宗产品,直接影响国民经济和外汇储备。同时,棉花作为经济欠发达地区农民的主要经济来源,对促进地区农村经济发展,增加农民收入都具有十分重要的现实意义。自 20 世纪 50 年代末到 70 年代末,我国自育棉花良种种植面积由 8.8%上升到 80%以上。由于棉花生产具有用工多等特点,从而使经济欠发达地区拥有更突出的生产优势,并成为本地区农民脱贫致富、增加收入的重要源泉。我国市场上出现的手持气吸式采棉机告别繁重枯燥重复的采摘动作,解放劳动力,一台机械可抵 10 个人工!棉花采摘机,操作简单,棉花采摘可达到 99%的摘净率!真正的实现了高效采摘,比人工采摘提高 3倍,每人每天可采摘 200 公斤以上籽棉,减轻了劳动强度,告别人为弯腰采摘的历史,实现选择性高效采摘。大大的减轻了棉农负担,同时有很好的工作效益和实惠的价格。通过本课题,让学生在毕业设计过程中综合大学所学基础课程及专业课程,培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决一般工程技术问题的能力;进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力。1.2 课题的研究现状1.2.1 国内的研究现状1954 年,生产建设兵团首次引进了 37 台前苏联的 CXM -48M 型单行垂直摘锭后悬挂式采棉机和几十台 X40 型剥铃机。19591974 年,中国农业机械化科学研究院组织全国 60 多名科技人员进行了国产棉田自动底盘拖拉机及配套采棉机的研制。由国家科技部组织,从 1996 年开始研制国产采棉机,1997 年 第 1 台 国 产 自 走 式 采 棉 机 4M Z-3 问 世,1998 年第 2 台研制成功,该机驱动和工作部件传动采用静液压系统无级变速、电磁阀操作控制,光电循环监控主要运转工作部件,报警显示故障部件。不但能采收等行距 60 cm 、70 cm 、90 cm 棉田,且适用于(30+6 )cm 、 (68+8)cm 宽窄行采收。摘净率不小于 90% ,含杂率不大于 10% 。进入 21 世纪以来,机采棉基本上在推广应用国外采棉机。2007 年,由建设充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸1兵团农八师与贵州航空工业集团联合研制 31 开发的“平水”牌采棉机 4M Z-5 自走式采棉机开始投入使用,打破了国外采棉机垄断市场的局面。该机是一种采用前置悬挂式采摘工作台,翻转自动输卸式棉箱,液压与机械混合式传动的大型(5 行)水平摘锭自走式采棉机。作业效率 0. 4 0. 67 hm2 /h、吐棉采净率可达 90% 、籽棉含杂率约为 10% 、机械撞落棉损失率约 10% 。目前我国小型采棉机械研制的类型较多,但大部分处于研究开发阶段,在生产上推广应用较少。2013 年 5 月 1012 日,在昌吉举行的农业机械博览会上, 浙江 “大宇” 牌便携式采棉机引起了观众的注意。每台机组可适配 4 6 只采摘头,满负荷作业时,每只采摘头按 10 h 工作,可拾棉 200 多 kg。1.2.2 国外研究现状美国、以色列、澳大利亚是世界上全部用机器采棉的国家。早在 1850 年美国开始了对采棉机的研究,到 20 世纪 40 年代开始批量生产采棉机。到目前为止,采棉机有机械式、气力式及气力机械综合式,广泛应用的是机械式。采棉机按采摘部件的工作原理及结构可分为 4 大类,一是美国约翰迪尔公司、凯斯公司生产的水平摘锭采棉机,二是前苏联(现乌兹别克斯坦)塔什干棉花机械局设计制造的垂直摘锭自走式采棉机,三是美国约翰迪尔公司生产的刮板毛刷统收采棉机,四是阿根廷生产的梳脱不对行统收采棉机。乌兹别克斯坦采棉机的主要特点是全部采用垂直摘锭式采摘部件,结构简单,制造容易,价格低;适宜采收棉株较矮(80 cm 以下) 、分枝少、棉桃集中、吐絮率在 60% 左右、需多次采收的棉花;采摘性能差,籽棉含杂率在 10% 20% ,采摘率 85% 左右,落地棉 10% 20% ;班次生产率较美国采棉机低 20% , 作业速度为 3 5 km /h;采棉机多采用悬挂式,动力利用率高,但自动化控制水平低,操作性能较差,人工辅助作业时间多。由于上述特点,仅在其国内应用,我国生产建设兵团引进后试验效果较差,已停止使用。有人曾经总结了美国采棉机的主要特点,其中包括全部采用水平摘锭,结构复杂(2 行型配 96 个摘锭) ,但制造工艺水平高,质量可靠;适宜采收棉株高 80 120 cm ,株形大,棉桃较松散,吐絮率高(90% )以上的棉花;机采籽棉含杂率低(6% 8% ),采摘率高达 90% 以上,落地棉少(约 5% 10% ) ;生产率及作业速度高,一般为 5. 67 6. 7 km /h;采用自走式, 自动化控制水平高, 操作性能好, 但造价高。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸21.3 国内外采棉机存在的问题分析采棉机生产中存在的问题,包括机采棉栽培品种、采棉机与发展机采棉不配套,脱叶催熟技术掌握不到位等方面,提出今后机采棉的发展对策,以促进机采棉技术的应用。(1)没有与机采精搭配的早熟品种在机采棉品种上,通过十几年的推广实践,虽然也选育了一些比较适宜机采棉特性的中熟品种,但是没有与机采棉搭配的早熟品种。特别是棉农对种植早熟品种的思想观念没有转变, 担心早熟品种影响棉花产量和效益。由于没有早熟品种搭配,机采棉的开花吐絮时间、脱叶时间向后推迟,机采收获时间也向后推迟 。 特别在棉花田管的中后期若遇到下雨降温天气,这个问题更加突 。尤其到了采棉机作业时间, 棉田内青铃仍然比较多,吐絮率达不到 95%以上,不能收積。 正常作业,使机采时间向后推迟 。到中期棉花集中盛开,采棉机又非常紧张 。到后期有些棉田内棉花由于吐絮时间过长没及时采收出现“流鼻涕”,还有些棉花吐絮后风吹日晒时间过长,造成含水量减少、纤维变粗变脆等。 由于以上问题,对机采棉作业时问、作业质量、产量和品级都造成了较大的影响。(2)机采棉裁培密度偏大影响脱叶质量各团场在机采棉的种植上,除杂交棉外,大部分都是采取常规棉的高密度植培模式, 理论株数一般都在 l.751.85 万株/667m2 左右。高密度栽培技术对提高棉花产量起到了重要作用。但由于机采棉 66+l0 cm 特殊的行距配置,种植密度过大时,对脱叶质量的影响比较大。 打脱叶剂时棉株中下部受药面积小 ,中下部脱叶质量差 。打脱叶剂后有些棉株上部的叶片又掉落在下面的棉枝上, 采棉机作业时就会将棉叶一起收人棉仓, 从而增加了机采棉籽棉的含杂量 。籽棉含杂量的增加,又给机采棉加工质量带来了难度,同时也影响了机采棉的质量 。(3)机采棉中含有残膜等异性纤维机采棉中含带残膜等异性纤维是棉纺企业最为担心的问题,也是影响机采棉推广的重要因素 。残膜等异性纤维的原因: 一是有些团场对机采棉条田在机采前进行了人工揭膜,由于揭膜不干净,残膜挂在棉枝上或遗留在棉田内, 当采棉机作业时就被吸入棉仓;二是有些团场虽然在机采前没有揭膜,但由于棉花种植过矮或下部果节太低, 采棉机作业时采摘头放的比较低,将地面薄膜挂起而吸人棉仓。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸3(4)机采精含杂量较高近年来各团场加工厂对机采棉籽棉水杂测定结果:含水率前期普遍较高 ,一般在10l4% 左右,含杂率一般也在 1215%左右, 都分别超出兵团机采棉技术规程要求的标准 。加工时为了提高清杂效果, 对前期含水率偏高的机采棉还要进行烘干处理,若烘干温度过高,就会导致皮棉反光度降低、色泽下降、纤维变脆,从而影响加工后的皮棉等级。由于籽棉含杂率偏高, 在加工过程中又增加了籽棉和皮棉的清杂次数,导致皮棉纤维长度损伤大、短纤维率增加、皮棉外观形态紊乱等,最终对皮棉质量造成比较大的影响。1.4 课题设计思路1)参考所有与采棉机产品相关数据,了解整个采棉机的整机系统的组成。2)采棉机整机方案的确认。3)采棉机整机的设计计算,并对主要零部件进行设计校核。4)采棉机整机三维建模。1.5 课题设计结构本文以采棉机项目作为应用背景,对其机械结构进行了研究。全文共分为五章,各章的主要内容如下:第一章前言部分,主要介绍采棉机的研究现状和课题研究的目的及意义;第二章对整个采棉机的整机方案进行确认,包括传动系统,驱动系统等确认。第三章完成整个采棉机的设计计算;第四章对采棉机进行三维建模;第五章总结了全文的研究工作,给出了存在的问题和进一步研究的方向。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸4第二章 采棉机的总体设计方案2.1 采棉机的组成及各部分关系概述采棉机主要由机械系统(执行系统、驱动系统)组成。执行系统:执行系统是采棉机完成工作的部件。驱动系统:为执行系统各部件提供动力,并驱动其动力的装置。常用的有内燃机传动、液压传动、气压传动和电传动。2.2 采棉机驱动方案的确认目前机械设备的主要驱动形式有四大类:液压驱动、气动驱动、电机驱动、内燃机驱动。液压驱动具有输出功率大、控制精度高、可无级调速,反应灵敏,可实现连续轨迹控制等优点。但是液压传动有较多的能量损失(泄漏损失、压力损失等),传动效率相对低。液压传动需要配套设备如:液压站、各种液压控制阀等,它适用于重载、低速驱动,成本高,体积大。然而本文设计的式手持式采棉机,所以液压驱动并不适合。气动驱动功率/质量比大,体积小,结构紧凑,密封问题较小,成本低。但是气源对于手持采棉机是个问题,所以气压驱动不合适。电机驱动与气动驱动和液压驱动相比,具有能精确定位,反应灵敏,可实现高速、高精度的连续轨迹控制,伺服性好等优点;单对于本采棉机来说,电源以及持久性无法达到要求。内燃机机驱动形式的采棉机采用主要由发动机、离合器、传动装置,操纵装置等组成。在传动轴的一端配置 0.75 2 千瓦的单缸二冲程风冷汽油机和离心式摩擦离合器;另一端安装由引风机组成的气吸部件。机具重约 610 千克,转速约 30004000 转/分。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸52.3 总体方案拟定因为本采棉机的要求是便携手持式,所以本次设计的采棉机采用如图 2-1 所示的结构形式:图 2-1 手持采棉机原理图手持采棉机的工作原理比较简便,发动机通过输出轴将动力传送至离合器,操作者通过安装在工作杆上的手油门控制发动机的供油量来调整转速。当发动机的转速接近工作转速时,自动离心式离合器的两个离合块在离心力的作用下,克服弹簧拉力与离合碟结合,带动离合碟转动,离合碟又通过离合器盖板输出轴转动,从而带动引风机转动产生气吸力,开始吸棉工作。 发动机转速下降, 离合器的飞块由于弹簧的拉力与离合碟分离, 引风机停止转动, 发动机处于怠速状态。手持采棉机使用前,必须进行一系列检查和准备工作。将机器停止在水平位置上,首先检查燃油箱和冷却水箱,打开水箱盖,按手册要求加入适量的冷却水,盖上水箱盖,打开油箱盖,加入符合要求的燃油,燃油不要加得太满,盖上并拧紧油箱盖。把发动机开关拨到“开” (ON)的位置。推动注油阀,直到溢油管中有油液流动。拉起动绳起动(或起动器) 。把阻塞杆拨到半开的位置,让发动机空转 3-5 分钟。把阻塞杆拨到“开” (ON)的位置,轻轻地捏紧油门调节杠杆,然后突然松开,使得自锁解除。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸6此时发动机按额定转速正常工作。要保持操作者身体处在汽化器一侧,绝不允许处于排气管一端,以免被废气烫伤。按工作需要调节控制油门(即转速) 。发动机运转速度过高是不必要的。工作完毕后停机,关闭油门。清洁外壳。待用。第三章 采棉机整体结构的设计3.1 发动机的设计发动机一般选用风冷二冲程,发动机转速为7500r/min,排量为23.6cc,功率0.8KW(1.1PS ),油箱0.47L,因此选择小松HTZ7510/CHTZ6010风冷二冲程发动机。发动机的工作原理如下:发动机气缸体上有三个孔,即进气孔、排气孔和换气孔,这三个孔分别在一定时刻由活塞关闭。其工作循环包含两个行程:1.第一行程:活塞自下止点向上移动,三个气孔同时被关闭后,进入气缸的混合气被压缩;在进气孔露出时,可燃混合气流入曲轴箱。2.第二冲程:活塞压缩到上止点附近时,火花塞点燃可燃混合气,燃气膨胀推动活塞下移作功。这时进气孔关闭,密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩;当活塞接近下止点时排气孔开启,废气冲出;随后换气孔开启,受预压的可燃混合气冲人气缸,驱除废气,进行换气过程。如图3-1所示,是发动机的结构图:图3-1 发动机结构简图3.2 离合器的设计 3.2.1 离合器的选择按离合器安装位置的不同,分为前置式离合器和后置式离合器。直接安装在曲轴充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸7上的称为前置式离合器,安装在变速器主轴上的称为后置式离合器。前置式离合器直接与发动机曲轴连接,由于没有经过变速增扭,所传递的转矩小,所以摩擦片的尺寸、片数及压紧力都可以相对小一些,但其转速高,磨损严重一些。因此一般用于中小型汽油机上。后置式离合器由于发动机的动力经过一次减速后再传给离合器,一次所传递的转矩相对要大一些,但其转速又相对低一些,因此要求离合器的尺寸相对大一些。离合器按摩擦副的性质有干式和湿式离合器,大多数汽油机采用的是摩擦片和离合器压盘都浸在油内工作的湿式离合器;按摩擦片的数目还可分为单片和多片离合器。一般大型汽油机采用单片或多片干式离合器。这种离合器的优点是从动部分质量轻,缺点是摩擦片径大,散热功能差,摩擦片必须具有较好的质量。另外,发动机与变速器之间必须密封。中小型汽油机多采用湿式多片离合器,用3-8片摩擦片浸在机油中使用。湿式多片离合器的有点是工作可靠,分离和接合时圆滑无冲击,噪声低,但这种离合器在工作时搅拌机油,消耗动力。湿式多片离合器具有径向尺寸小、耐热、耐磨性能好等优点,有利于离合器处于半接合状态(打滑)下工作。这种离合器在挂挡制动时,作用于后轮的制动力可能一下子达到地面最大附着力,使后轮抱死。若在传递系统中受到的转矩超过一定值时离合器主、从动片相对打滑,可以降低传动系统所承受的转矩。这种离合器的缺点是轴向尺寸较大。摩擦离合器所能传递的最大转矩的数值取决于摩擦面之间的压力和摩擦系数,以及摩擦面的数目和尺寸。若欲增大离合器所能传递的最大转矩,可选用摩擦系数较大的摩擦片材料,或适当增大压力,或增大摩擦面。所以本设计的离合器为后置式并且采用多片摩擦离合器。3.2.2 离合器基本参数和主要尺寸选择(1)摩擦片数目 Z:Z 选取 38,本设计选 5。(2)离合器后备系数 的选择:后备系数 是离合器一个重要设计参数,它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择 时,应保证离合器能可靠地传递发动机的最大转矩、要防止离合器滑磨过大、要能防止传动系统过载。由 得 =4.1241。max1axceMiT充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸8(3)摩擦片上总的工作压紧力 P由 (3.1)maxcMPRZ其中 -摩擦片摩擦系数=0.25R-平均摩擦半径=45.9mmZ-摩擦片数目 =5所以 =33.8NP(4)摩擦片摩擦面单位面积上的压力 (Mpa)0P单位压力 对离合器工作性能和使用寿命有很大影响,选取时应考虑离合器的工0作条件,发动机后备功率大小,摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。=1.38Mpa 0PAA- 摩擦片面积 (3.2)(5)摩擦片尺寸: 在选取同样的外径 D 时,选用较小的内径 d 虽可增大摩擦面积 ,提高传递转矩的能力,但会使摩擦面上的压力分布不均匀,使内外圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀,且不利于散热和扭转减振器的安装。由设计资料式 ,其中 为发动机最大扭矩(N*m) ,A 为经验系数。maxtTAmaxtT经验系数 A:经验系数 A 一般汽油机排量在 70125ml 时 A 取 69,此处取 A= 9。所以 =0.1038m 100mm。9.7D内径 其中 为比值,一般推荐取 0.750.85 取 =0.8。*dC C内径 d=0.8*D=83mm。我国内规定的摩擦片的厚度主要有 3.2mm、3.5mm 和 4.0mm 三种选取 h=3.5mm。摩擦片的材料选取:由于石棉摩擦材料的热衰退性大、并且又是强致癌物质,20 世纪 70 年代中期至80 年代中期,制动器结构开始向非石棉摩擦材料过渡。基于现代社会对环保与安全的要求越来越高,世界工业发达国家迅速开展了非石棉摩擦材料的研究开发,相继推出充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸9了非石棉的半金属型摩擦材料、烧结金属型摩擦材料、代用纤维增强或聚合物粘接摩擦材料、复合纤维摩擦材料、陶瓷纤维摩擦材料等,它们的共同特点是:1)均没有石棉成分,全是采用代用纤维或聚合物作为增强材料。2)增加了金属成分,以提高其使用湿度及寿命。3)加入了多种添加剂或填料,以改善摩擦平稳性和抗粘着性、降低制动噪声和震颤现象。为保证制动系统及摩擦传动系统的可靠性,对非石棉摩擦材料的综合性能提出了更高的要求:具有足够高而稳定的摩擦系数,其静摩擦系数和动摩擦系数之差要小,且摩擦系数基本上不随外界条件而变化,具有良好的导热性、较大的热容量和一定的高温力学强度,具有良好的耐磨性和抗粘性,且不易擦伤零件表面,振动要小,原材料来源充足,制造工艺比较简单、造价较低。a. 离合器摩擦片摩擦系数为 ,通常 取 0.250.26 此处取 0.25。(6)离合器中间片的设计:中间片的厚度为 1.52.0mm,采用中碳钢钢板冲压而成,其环行摩擦表面的挠度不得大于 0.050.10mm,摩擦表面上每隔 1.52.0mm 的距离冲制有深度为 0.20.3mm,边长0.500.75mm 的正方形凹坑,或深度为 0.20.3mm 菱形沟槽,以增加摩擦,提高其可靠性。(7)离合器传递扭矩的 能力的确定:离合器传递扭矩的能力取决于其摩擦力矩的大小,按离合器的布置形式,离合器的静摩擦力矩应符合下述国际规定:后置式离合器 =1.32.0 ,此处取 =2.0 =2.0*9.7=19.4(N*m) maxcMmaxeTmaxcMaxeT(3.3)(8)摩擦片平均摩擦半径 R:由 (3.4)321()()RDd其中,D-摩擦片外径(mm)。d-摩擦片内径(mm) 。所以,R=45.9mm 。(9)离合器寿命计算:充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸10由 (3.5)hne其中, -达到寿命时允许的磨损。e-单位面积上依次理合所消耗的功。-摩擦片的磨损率。3.2.3 离合器主动盘的设计壳体的尺寸依据摩擦片或中间片确定,并纵向深度保证摩擦片、中间片和压盘。轮毂安装期间,内径比中间片略大。壳体上,沿轴向有与摩擦片齿牙数相等的开口槽,一般为八个,本设计做十二个槽,摩擦片凸起的齿牙能放进开口槽中,二者共同旋转,但要求摩擦片可沿开口槽做轴向滑动。壳体的材料一般用铝合金压铸而成。3.2.4 离合器压盘的设计(1)压盘传动方式的选择:压盘传动方式有两种,一种是压盘作为主动件,另一种是压盘作为从动件。此设计选择压盘作为从动件。(2)压盘的几何尺寸的确定:压盘的几何尺寸由摩擦片的尺寸确定,其厚度的确定要求能令压盘有足够的质量,并且具有较大的刚度即可。也可以按资料中的校核公式校核其厚度是否满足要求。压盘材料一般用铸铁材料。3.2.5 离合器弹簧的设计(1)离合器弹簧数 i: 一般 i 取 48,此处取 i=6。(2)弹簧的工作压紧力 P: (3.6)3.856PNi(3)弹簧的工作应力 (3.7)32:pDKCd其中, -工作应力;-弹簧圈中径;pDd-弹簧钢丝直径;-旋绕比, 。 (3.8)Cpd充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸11-考虑弹簧的剪力与弹簧圈曲率影响校正系数, 选取K (42)3CKd2mm,所以 =10mm, =5, =1.29。(2.9)pDC(452)3所以 23.13( ) 。 (3.10)85.631.292Nm(4)弹簧的材料:一般采用 65Mn 钢丝或碳素钢丝制造。(5)弹簧的工作情况:弹簧选取拉伸弹簧。离合器的操纵机构采用手动顶杆式机构,所以采用拉伸弹簧。(6)弹簧的工作圈数与中圈数:工作圈数 , (3.11)438spSdnDK其中 S-剪切弹性模量碳钢 S= 。38102NmK-弹簧刚度:一般为 2045 ,此处取 K=40。所以 ,取 4.5 圈。 (3.12)348102.5sn弹簧的总圈数一般比工作圈数多 1.52 圈,所以 = +1.5=6 圈。ns(7)弹簧在离合器的分离过程中的变形量 :f变形量 等于压盘的行程,通常 =1.54.0mm,此处取 =4.0mm。f f3.3 引风机的设计引风机是手持采棉机的总要组成部分,它不但要起产生负压的作用,还要对吸入的棉花通过手棉口进行收集。本次引风机的结构图如图3-2所示,引风机叶轮图如图3-3所示:充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸12图3-2 引风机图3-3 引风机叶轮引风机是由引风机外壳和引风机叶轮组成,引风机叶轮由汽油机提供动力进行转动,产生气吸力,引风机外壳由入棉口和出棉口,入棉口连接采棉器,出棉口连接外部收集装置。3.4 手持采棉机采棉器的设计采棉器是采棉机的关键部件,设计要从两个方面考虑:第一是使得棉花能够顺利充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸13从棉桃上摘下;第二是从人机工程方面考虑,要能够用的顺手,本次采棉器的设计图如图3-4 所示。图3-4 手持采棉器如图3-4 所示,采棉器由采棉辊和采棉收集口两大部分组成,采棉辊通过小型直流电机带动,动力汽油机发电产生,采棉辊在使用过程中一直转动,方便使得棉花能够顺利从棉桃下摘下,摘下后的棉花通过采棉口中的负压吸入,完成采棉工作。3.6 手持采棉机的背负架的设计手持采棉机虽然工作灵巧、方便,但是汽油机和风机的重量还是不轻,所以本次设计设计了一个背负架如图3-5所示:充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸14图3-5 背负架的设计本次设计的背负架如图3-5所示,主要是由背负带、海绵垫背、机架组成。机架是用来固定汽油机和引风机,背负带设计成双肩结构,海绵垫背能够增加使用者的舒适感。3.5 本章小结 本章主要介绍引风机、发动机、离合器、采棉器、背负架等的设计。充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸15第四章 汽油机活塞组件的设计校核4.1 活塞的设计活塞组包括活塞、活塞销和活塞环等在气缸里作往复运动的零件,它们是发动机中工作条件最严酷的组件。发动机的工作可靠性与使用耐久性,在很大程度上与活塞组的工作情况有关。4.1.1 活塞的工作条件和设计要求1、活塞的机械负荷在发动机工作中,活塞承受的机械载荷包括周期变化的气体压力、往复惯性力以及由此产生的侧向作用力。在机械载荷的作用下,活塞各部位承受了各种不同的应力:活塞顶部承受动态弯曲应力;活塞销座承受拉压及弯曲应力;环岸承受弯曲及剪应力。此外,在环槽及裙部还有较大的磨损。为适应机械负荷,设计活塞时要求各处有合适的壁厚和合理的形状,即在保证足够的强度、刚度前提下,结构要尽量简单、轻巧,截面变化处的过渡要圆滑,以减少应力集中。2、活塞的热负荷活塞在气缸内工作时,活塞顶面承受瞬变高温燃气的作用,燃气的最高温度可达。因而活塞顶的温度也很高。活塞不仅温度高,而且温度分布不均匀,各C50点间有很大的温度梯度,这就成为热应力的根源,正是这些热应力对活塞顶部表面发生的开裂起了重要作用 9。3、磨损强烈发动机在工作中所产生的侧向作用力是较大的,同时,活塞在气缸中的高速往复运动,活塞组与气缸表面之间会产生强烈磨损,由于此处润滑条件较差,磨损情况比较严重。4、活塞组的设计要求(1)要选用热强度好、耐磨、比重小、热膨胀系数小、导热性好、具有良好减磨性、工艺性的材料;(2)有合理的形状和壁厚。使散热良好,强度、刚度符合要求,尽量减轻重量,避免应力集中;(3)保证燃烧室气密性好,窜气、窜油要少又不增加活塞组的摩擦损失;(4)在不同工况下都能保持活塞与缸套的最佳配合;(5)减少活塞从燃气吸收的热量,而已吸收的热量则能顺利地散走;充值购买-下载设计文档后,加 Q-1459919609 免费领取图纸16(6)在较低的机油耗条件下,保证滑动面上有足够的润滑油。4.1.2 活塞的材料根据上述对活塞设计的要求,活塞材料应满足如下要求:(1)热强度高。即在手持气吸式采棉机构的设计摘要中国是世界上最大棉花生产国,同时又是最大纺织用棉消费大国,纺织品出口是我国出口创汇的大宗产品,直接影响国民经济和外汇储备。由于棉花生产具有用工多等特点,从而使经济欠发达地区拥有更突出的生产优势,并成为本地区农民脱贫致富、增加收入的重要源泉。我国市场上出现的手持气吸式采棉机告别繁重枯燥重复的采摘动作,解放劳动力,一台机械可抵 10 个人工!本文设计的手持气吸式采棉机包括动力单元,气吸单元,手持吸棉单元等组成。本次设计的重点是动力单元和气吸单元的设计。动力单元采用二冲程汽油机提供动力,气吸单元采用引风机结构。本文利用 SOLIDWORKS 软件对整个手持采棉机进行三维建模,并导出二维工程图。关键词:采棉机,动力单元,二冲程汽油机,三维建模AbstractChinese is the largest production of cotton in the world, is also the largest consumer of cotton textile, textile exports of bulk products in China for export, directly affect the national economy and foreign exchange reserves. Because the cotton production has the characteristics of labor, so that the economy owes the developed area has more prominent advantages, and has become the local farmers out of poverty, an important source of income increase. Our country appear on the market the hand-held pneumatic cotton picker to bid farewell to the heavy repetitive picking motion, the liberation of labor, machine capable of reaching the 10 artificial!In this paper, the design of the handheld pneumatic cotton picker comprises a power unit, air suction unit, a suction unit. The focus of this design is the design of the power unit and suction unit. The power unit with two stroke gasoline engine to provide power, suction unit uses the fan structure. In this paper, three-dimensional modeling of the handheld cotton picker using the software SOLIDWORKS, and the output of Engineering drawing.Keywords: cotton picker, power unit, two stroke gasoline engine, 3D modeling目录摘要 .iAbstract.ii第一章 引言 .11.1 课题研究的目的及意义 .11.2 课题的研究现状 .11.2.1 国内的研究现状 .11.2.2 国外研究现状 .21.3 国内外采棉机存在的问题 .21.4 课题设计思路 .41.5 课题设计结构 .4第二章 采棉机的总体设计方案 .52.1 采棉机的组成及各部分关系概述 .52.2 采棉机驱动方案的确认 .52.3 总体方案拟定 .5第三章 采棉机整体结构的设计 .73.1 发动机的设计 .73.2 离合器的设计 .73.2.1 离合器的选择 .73.2.2 离合器基本参数和主要尺寸选择 .83.2.3 离合器主动盘的设计 .113.2.4 离合器压盘的设计 .113.2.5 离合器弹簧的设计 .113.3 引风机的设计 .123.4 手持采棉机采棉器的设计 .133.6 手持采棉机的背负架的设计 .143.5 本章小结 .15第四章 汽油机活塞组件的设计校核 .164.1 活塞的设计 .164.1.1 活塞的工作条件和设计要求 .164.1.2 活塞的材料 .174.1.3 活塞头部的设计 .174.1.4 活塞裙部的设计 .224.2 活塞销的设计 .244.2.1 活塞销的结构、材料 .244.2.2 活塞销强度和刚度计算 .244.3 活塞销座 .254.3.1 活塞销座结构设计 .254.3.2 验算比压力 .264.4 活塞环设计及计算 .264.4.1 活塞环形状及主要尺寸设计 .264.4.2 活塞环强度校核 .264.5 本章小结 .27第五章 采棉机三维造型的设计 .285.1 Solidworks 软件简介 .285.2 零件建模 .305.2.1 吸棉管三维建模的形成 .305.2.2 手持吸棉口的三维建模形成 .305.2.3 其他零件的三维模型造型 .305.3 零件装配 .325.4 三维向二维的转换 .33第六章 结论 .356.1 本设计所取得的结果 .356.2 技术展望 .35参考文献 .36致谢 .370第一章 引言1.1 课题研究的目的及意义中国是世界上最大棉花生产国,同时又是最大纺织用棉消费大国,纺织品出口是我国出口创汇的大宗产品,直接影响国民经济和外汇储备。同时,棉花作为经济欠发达地区农民的主要经济来源,对促进地区农村经济发展,增加农民收入都具有十分重要的现实意义。自 20 世纪 50 年代末到 70 年代末,我国自育棉花良种种植面积由 8.8%上升到 80%以上。由于棉花生产具有用工多等特点,从而使经济欠发达地区拥有更突出的生产优势,并成为本地区农民脱贫致富、增加收入的重要源泉。我国市场上出现的手持气吸式采棉机告别繁重枯燥重复的采摘动作,解放劳动力,一台机械可抵 10 个人工!棉花采摘机,操作简单,棉花采摘可达到 99%的摘净率!真正的实现了高效采摘,比人工采摘提高 3倍,每人每天可采摘 200 公斤以上籽棉,减轻了劳动强度,告别人为弯腰采摘的历史,实现选择性高效采摘。大大的减轻了棉农负担,同时有很好的工作效益和实惠的价格。通过本课题,让学生在毕业设计过程中综合大学所学基础课程及专业课程,培养学生综合应用所学知识和技能去分析和解决一般工程技术问题的能力;进一步培养学生分析问题、创造性地解决实际问题的能力。1.2 课题的研究现状1.2.1 国内的研究现状1954 年,生产建设兵团首次引进了 37 台前苏联的 CXM -48M 型单行垂直摘锭后悬挂式采棉机和几十台 X40 型剥铃机。19591974 年,中国农业机械化科学研究院组织全国 60 多名科技人员进行了国产棉田自动底盘拖拉机及配套采棉机的研制。由国家科技部组织,从 1996 年开始研制国产采棉机,1997 年 第 1 台 国 产 自 走 式 采 棉 机 4M Z-3 问 世,1998 年第 2 台研制成功,该机驱动和工作部件传动采用静液压系统无级变速、电磁阀操作控制,光电循环监控主要运转工作部件,报警显示故障部件。不但能采收等行距 60 cm 、70 cm 、90 cm 棉田,且适用于(30+6 )cm 、 (68+8)cm 宽窄行采收。摘净率不小于 90% ,含杂率不大于 10% 。进入 21 世纪以来,机采棉基本上在推广应用国外采棉机。2007 年,由建设1兵团农八师与贵州航空工业集团联合研制 31 开发的“平水”牌采棉机 4M Z-5 自走式采棉机开始投入使用,打破了国外采棉机垄断市场的局面。该机是一种采用前置悬挂式采摘工作台,翻转自动输卸式棉箱,液压与机械混合式传动的大型(5 行)水平摘锭自走式采棉机。作业效率 0. 4 0. 67 hm2 /h、吐棉采净率可达 90% 、籽棉含杂率约为 10% 、机械撞落棉损失率约 10% 。目前我国小型采棉机械研制的类型较多,但大部分处于研究开发阶段,在生产上推广应用较少。2013 年 5 月 1012 日,在昌吉举行的农业机械博览会上, 浙江 “大宇” 牌便携式采棉机引起了观众的注意。每台机组可适配 4 6 只采摘头,满负荷作业时,每只采摘头按 10 h 工作,可拾棉 200 多 kg。1.2.2 国外研究现状美国、以色列、澳大利亚是世界上全部用机器采棉的国家。早在 1850 年美国开始了对采棉机的研究,到 20 世纪 40 年代开始批量生产采棉机。到目前为止,采棉机有机械式、气力式及气力机械综合式,广泛应用的是机械式。采棉机按采摘部件的工作原理及结构可分为 4 大类,一是美国约翰迪尔公司、凯斯公司生产的水平摘锭采棉机,二是前苏联(现乌兹别克斯坦)塔什干棉花机械局设计制造的垂直摘锭自走式采棉机,三是美国约翰迪尔公司生产的刮板毛刷统收采棉机,四是阿根廷生产的梳脱不对行统收采棉机。乌兹别克斯坦采棉机的主要特点是全部采用垂直摘锭式采摘部件,结构简单,制造容易,价格低;适宜采收棉株较矮(80 cm 以下) 、分枝少、棉桃集中、吐絮率在 60% 左右、需多次采收的棉花;采摘性能差,籽棉含杂率在 10% 20% ,采摘率 85% 左右,落地棉 10% 20% ;班次生产率较美国采棉机低 20% , 作业速度为 3 5 km /h;采棉机多采用悬挂式,动力利用率高,但自动化控制水平低,操作性能较差,人工辅助作业时间多。由于上述特点,仅在其国内应用,我国生产建设兵团引进后试验效果较差,已停止使用。有人曾经总结了美国采棉机的主要特点,其中包括全部采用水平摘锭,结构复杂(2 行型配 96 个摘锭) ,但制造工艺水平高,质量可靠;适宜采收棉株高 80 120 cm ,株形大,棉桃较松散,吐絮率高(90% )以上的棉花;机采籽棉含杂率低(6% 8% ),采摘率高达 90% 以上,落地棉少(约 5% 10% ) ;生产率及作业速度高,一般为 5. 67 6. 7 km /h;采用自走式, 自动化控制水平高, 操作性能好, 但造价高。21.3 国内外采棉机存在的问题分析采棉机生产中存在的问题,包括机采棉栽培品种、采棉机与发展机采棉不配套,脱叶催熟技术掌握不到位等方面,提出今后机采棉的发展对策,以促进机采棉技术的应用。(1)没有与机采精搭配的早熟品种在机采棉品种上,通过十几年的推广实践,虽然也选育了一些比较适宜机采棉特性的中熟品种,但是没有与机采棉搭配的早熟品种。特别是棉农对种植早熟品种的思想观念没有转变, 担心早熟品种影响棉花产量和效益。由于没有早熟品种搭配,机采棉的开花吐絮时间、脱叶时间向后推迟,机采收获时间也向后推迟 。 特别在棉花田管的中后期若遇到下雨降温天气,这个问题更加突 。尤其到了采棉机作业时间, 棉田内青铃仍然比较多,吐絮率达不到 95%以上,不能收積。 正常作业,使机采时间向后推迟 。到中期棉花集中盛开,采棉机又非常紧张 。到后期有些棉田内棉花由于吐絮时间过长没及时采收出现“流鼻涕”,还有些棉花吐絮后风吹日晒时间过长,造成含水量减少、纤维变粗变脆等。 由于以上问题,对机采棉作业时问、作业质量、产量和品级都造成了较大的影响。(2)机采棉裁培密度偏大影响脱叶质量各团场在机采棉的种植上,除杂交棉外,大部分都是采取常规棉的高密度植培模式, 理论株数一般都在 l.751.85 万株/667m2 左右。高密度栽培技术对提高棉花产量起到了重要作用。但由于机采棉 66+l0 cm 特殊的行距配置,种植密度过大时,对脱叶质量的影响比较大。 打脱叶剂时棉株中下部受药面积小 ,中下部脱叶质量差 。打脱叶剂后有些棉株上部的叶片又掉落在下面的棉枝上, 采棉机作业时就会将棉叶一起收人棉仓, 从而增加了机采棉籽棉的含杂量 。籽棉含杂量的增加,又给机采棉加工质量带来了难度,同时也影响了机采棉的质量 。(3)机采棉中含有残膜等异性纤维机采棉中含带残膜等异性纤维是棉纺企业最为担心的问题,也是影响机采棉推广的重要因素 。残膜等异性纤维的原因: 一是有些团场对机采棉条田在机采前进行了人工揭膜,由于揭膜不干净,残膜挂在棉枝上或遗留在棉田内, 当采棉机作业时就被吸入棉仓;二是有些团场虽然在机采前没有揭膜,但由于棉花种植过矮或下部果节太低, 采棉机作业时采摘头放的比较低,将地面薄膜挂起而吸人棉仓。3(4)机采精含杂量较高近年来各团场加工厂对机采棉籽棉水杂测定结果:含水率前期普遍较高 ,一般在10l4% 左右,含杂率一般也在 1215%左右, 都分别超出兵团机采棉技术规程要求的标准 。加工时为了提高清杂效果, 对前期含水率偏高的机采棉还要进行烘干处理,若烘干温度过高,就会导致皮棉反光度降低、色泽下降、纤维变脆,从而影响加工后的皮棉等级。由于籽棉含杂率偏高, 在加工过程中又增加了籽棉和皮棉的清杂次数,导致皮棉纤维长度损伤大、短纤维率增加、皮棉外观形态紊乱等,最终对皮棉质量造成比较大的影响。1.4 课题设计思路1)参考所有与采棉机产品相关数据,了解整个采棉机的整机系统的组成。2)采棉机整机方案的确认。3)采棉机整机的设计计算,并对主要零部件进行设计校核。4)采棉机整机三维建模。1.5 课题设计结构本文以采棉机项目作为应用背景,对其机械结构进行了研究。全文共分为五章,各章的主要内容如下:第一章前言部分,主要介绍采棉机的研究现状和课题研究的目的及意义;第二章对整个采棉机的整机方案进行确认,包括传动系统,驱动系统等确认。第三章完成整个采棉机的设计计算;第四章对采棉机进行三维建模;第五章总结了全文的研究工作,给出了存在的问题和进一步研究的方向。4第二章 采棉机的总体设计方案2.1 采棉机的组成及各部分关系概述采棉机主要由机械系统(执行系统、驱动系统)组成。执行系统:执行系统是采棉机完成工作的部件。驱动系统:为执行系统各部件提供动力,并驱动其动力的装置。常用的有内燃机传动、液压传动、气压传动和电传动。2.2 采棉机驱动方案的确认目前机械设备的主要驱动形式有四大类:液压驱动、气动驱动、电机驱动、内燃机驱动。液压驱动具有输出功率大、控制精度高、可无级调速,反应灵敏,可实现连续轨迹控制等优点。但是液压传动有较多的能量损失(泄漏损失、压力损失等),传动效率相对低。液压传动需要配套设备如:液压站、各种液压控制阀等,它适用于重载、低速驱动,成本高,体积大。然而本文设计的式手持式采棉机,所以液压驱动并不适合。气动驱动功率/质量比大,体积小,结构紧凑,密封问题较小,成本低。但是气源对于手持采棉机是个问题,所以气压驱动不合适。电机驱动与气动驱动和液压驱动相比,具有能精确定位,反应灵敏,可实现高速、高精度的连续轨迹控制,伺服性好等优点;单对于本采棉机来说,电源以及持久性无法达到要求。内燃机机驱动形式的采棉机采用主要由发动机、离合器、传动装置,操纵装置等组成。在传动轴的一端配置 0.75 2 千瓦的单缸二冲程风冷汽油机和离心式摩擦离合器;另一端安装由引风机组成的气吸部件。机具重约 610 千克,转速约 30004000 转/分。52.3 总体方案拟定因为本采棉机的要求是便携手持式,所以本次设计的采棉机采用如图 2-1 所示的结构形式:图 2-1 手持采棉机原理图手持采棉机的工作原理比较简便,发动机通过输出轴将动力传送至离合器,操作者通过安装在工作杆上的手油门控制发动机的供油量来调整转速。当发动机的转速接近工作转速时,自动离心式离合器的两个离合块在离心力的作用下,克服弹簧拉力与离合碟结合,带动离合碟转动,离合碟又通过离合器盖板输出轴转动,从而带动引风机转动产生气吸力,开始吸棉工作。 发动机转速下降, 离合器的飞块由于弹簧的拉力与离合碟分离, 引风机停止转动, 发动机处于怠速状态。手持采棉机使用前,必须进行一系列检查和准备工作。将机器停止在水平位置上,首先检查燃油箱和冷却水箱,打开水箱盖,按手册要求加入适量的冷却水,盖上水箱盖,打开油箱盖,加入符合要求的燃油,燃油不要加得太满,盖上并拧紧油箱盖。把发动机开关拨到“开” (ON)的位置。推动注油阀,直到溢油管中有油液流动。拉起动绳起动(或起动器) 。把阻塞杆拨到半开的位置,让发动机空转 3-5 分钟。把阻塞杆拨到“开” (ON)的位置,轻轻地捏紧油门调节杠杆,然后突然松开,使得自锁解除。6此时发动机按额定转速正常工作。要保持操作者身体处在汽化器一侧,绝不允许处于排气管一端,以免被废气烫伤。按工作需要调节控制油门(即转速) 。发动机运转速度过高是不必要的。工作完毕后停机,关闭油门。清洁外壳。待用。第三章 采棉机整体结构的设计3.1 发动机的设计发动机一般选用风冷二冲程,发动机转速为7500r/min,排量为23.6cc,功率0.8KW(1.1PS ),油箱0.47L,因此选择小松HTZ7510/CHTZ6010风冷二冲程发动机。发动机的工作原理如下:发动机气缸体上有三个孔,即进气孔、排气孔和换气孔,这三个孔分别在一定时刻由活塞关闭。其工作循环包含两个行程:1.第一行程:活塞自下止点向上移动,三个气孔同时被关闭后,进入气缸的混合气被压缩;在进气孔露出时,可燃混合气流入曲轴箱。2.第二冲程:活塞压缩到上止点附近时,火花塞点燃可燃混合气,燃气膨胀推动活塞下移作功。这时进气孔关闭,密闭在曲轴箱内的可燃混合气被压缩;当活塞接近下止点时排气孔开启,废气冲出;随后换气孔开启,受预压的可燃混合气冲人气缸,驱除废气,进行换气过程。如图3-1所示,是发动机的结构图:图3-1 发动机结构简图3.2 离合器的设计 3.2.1 离合器的选择按离合器安装位置的不同,分为前置式离合器和后置式离合器。直接安装在曲轴7上的称为前置式离合器,安装在变速器主轴上的称为后置式离合器。前置式离合器直接与发动机曲轴连接,由于没有经过变速增扭,所传递的转矩小,所以摩擦片的尺寸、片数及压紧力都可以相对小一些,但其转速高,磨损严重一些。因此一般用于中小型汽油机上。后置式离合器由于发动机的动力经过一次减速后再传给离合器,一次所传递的转矩相对要大一些,但其转速又相对低一些,因此要求离合器的尺寸相对大一些。离合器按摩擦副的性质有干式和湿式离合器,大多数汽油机采用的是摩擦片和离合器压盘都浸在油内工作的湿式离合器;按摩擦片的数目还可分为单片和多片离合器。一般大型汽油机采用单片或多片干式离合器。这种离合器的优点是从动部分质量轻,缺点是摩擦片径大,散热功能差,摩擦片必须具有较好的质量。另外,发动机与变速器之间必须密封。中小型汽油机多采用湿式多片离合器,用3-8片摩擦片浸在机油中使用。湿式多片离合器的有点是工作可靠,分离和接合时圆滑无冲击,噪声低,但这种离合器在工作时搅拌机油,消耗动力。湿式多片离合器具有径向尺寸小、耐热、耐磨性能好等优点,有利于离合器处于半接合状态(打滑)下工作。这种离合器在挂挡制动时,作用于后轮的制动力可能一下子达到地面最大附着力,使后轮抱死。若在传递系统中受到的转矩超过一定值时离合器主、从动片相对打滑,可以降低传动系统所承受的转矩。这种离合器的缺点是轴向尺寸较大。摩擦离合器所能传递的最大转矩的数值取决于摩擦面之间的压力和摩擦系数,以及摩擦面的数目和尺寸。若欲增大离合器所能传递的最大转矩,可选用摩擦系数较大的摩擦片材料,或适当增大压力,或增大摩擦面。所以本设计的离合器为后置式并且采用多片摩擦离合器。3.2.2 离合器基本参数和主要尺寸选择(1)摩擦片数目 Z:Z 选取 38,本设计选 5。(2)离合器后备系数 的选择:后备系数 是离合器一个重要设计参数,它反映了离合器传递发动机最大转矩的可靠程度。在选择 时,应保证离合器能可靠地传递发动机的最大转矩、要防止离合器滑磨过大、要能防止传动系统过载。由 得 =4.1241。max1axceMiT8(3)摩擦片上总的工作压紧力 P由 (3.1)maxcMPRZ其中 -摩擦片摩擦系数=0.25R-平均摩擦半径=45.9mmZ-摩擦片数目 =5所以 =33.8NP(4)摩擦片摩擦面单位面积上的压力 (Mpa)0P单位压力 对离合器工作性能和使用寿命有很大影响,选取时应考虑离合器的工0作条件,发动机后备功率大小,摩擦片尺寸、材料及其质量和后备系数等因素。=1.38Mpa 0PAA- 摩擦片面积 (3.2)(5)摩擦片尺寸: 在选取同样的外径 D 时,选用较小的内径 d 虽可增大摩擦面积 ,提高传递转矩的能力,但会使摩擦面上的压力分布不均匀,使内外圆周的相对滑磨速度差别太大而造成摩擦面磨损不均匀,且不利于散热和扭转减振器的安装。由设计资料式 ,其中 为发动机最大扭矩(N*m) ,A 为经验系数。maxtTAmaxtT经验系数 A:经验系数 A 一般汽油机排量在 70125ml 时 A 取 69,此处取 A= 9。所以 =0.1038m 100mm。9.7D内径 其中 为比值,一般推荐取 0.750.85 取 =0.8。*dC C内径 d=0.8*D=83mm。我国内规定的摩擦片的厚度主要有 3.2mm、3.5mm 和 4.0mm 三种选取 h=3.5mm。摩擦片的材料选取:由于石棉摩擦材料的热衰退性大、并且又是强致癌物质,20 世纪 70 年代中期至80 年代中期,制动器结构开始向非石棉摩擦材料过渡。基于现代社会对环保与安全的要求越来越高,世界工业发达国家迅速开展了非石棉摩擦材料的研究开发,相继推出9了非石棉的半金属型摩擦材料、烧结金属型摩擦材料、代用纤维增强或聚合物粘接摩擦材料、复合纤维摩擦材料、陶瓷纤维摩擦材料等,它们的共同特点是:1)均没有石棉成分,全是采用代用纤维或聚合物作为增强材料。2)增加了金属成分,以提高其使用湿度及寿命。3)加入了多种添加剂或填料,以改善摩擦平稳性和抗粘着性、降低制动噪声和震颤现象。为保证制动系统及摩擦传动系统的可靠性,对非石棉摩擦材料的综合性能提出了更高的要求:具有足够高而稳定的摩擦系数,其静摩擦系数和动摩擦系数之差要小,且摩擦系数基本上不随外界条件而变化,具有良好的导热性、较大的热容量和一定的高温力学强度,具有良好的耐磨性和抗粘性,且不易擦伤零件表面,振动要小,原材料来源充足,制造工艺比较简单、造价较低。a. 离合器摩擦片摩擦系数为 ,通常 取 0.250.26 此处取 0.25。(6)离合器中间片的设计:中间片的厚度为 1.52.0mm,采用中碳钢钢板冲压而成,其环行摩擦表面的挠度不得大于 0.050.10mm,摩擦表面上每隔 1.52.0mm 的距离冲制有深度为 0.20.3mm,边长0.500.75mm 的正方形凹坑,或深度为 0.20.3mm 菱形沟槽,以增加摩擦,提高其可靠性。(7)离合器传递扭矩的 能力的确定:离合器传递扭矩的能力取决于其摩擦力矩的大小,按离合器的布置形式,离合器的静摩擦力矩应符合下述国际规定:后置式离合器 =1.32.0 ,此处取 =2.0 =2.0*9.7=19.4(N*m) maxcMmaxeTmaxcMaxeT(3.3)(8)摩擦片平均摩擦半径 R:由 (3.4)321()()RDd其中,D-摩擦片外径(mm)。d-摩擦片内径(mm) 。所以,R=45.9mm 。(9)离合器寿命计算:10由 (3.5)hne其中, -达到寿命时允许的磨损。e-单位面积上依次理合所消耗的功。-摩擦片的磨损率。3.2.3 离合器主动盘的设计壳体的尺寸依据摩擦片或中间片确定,并纵向深度保证摩擦片、中间片和压盘。轮毂安装期间,内径比中间片略大。壳体上,沿轴向有与摩擦片齿牙数相等的开口槽,一般为八个,本设计做十二个槽,摩擦片凸起的齿牙能放进开口槽中,二者共同旋转,但要求摩擦片可沿开口槽做轴向滑动。壳体的材料一般用铝合金压铸而成。3.2.4 离合器压盘的设计(1)压盘传动方式的选择:压盘传动方式有两种,一种是压盘作为主动件,另一种是压盘作为从动件。此设计选择压盘作为从动件。(2)压盘的几何尺寸的确定:压盘的几何尺寸由摩擦片的尺寸确定,其厚度的确定要求能令压盘有足够的质量,并且具有较大的刚度即可。也可以按资料中的校核公式校核其厚度是否满足要求。压盘材料一般用铸铁材料。3.2.5 离合器弹簧的设计(1)离合器弹簧数 i: 一般 i 取 48,此处取 i=6。(2)弹簧的工作压紧力 P: (3.6)3.856PNi(3)弹簧的工作应力 (3.7)32:pDKCd其中, -工作应力;-弹簧圈中径;pDd-弹簧钢丝直径;-旋绕比, 。 (3.8)Cpd11-考虑弹簧的剪力与弹簧圈曲率影响校正系数, 选取K (42)3CKd2mm,所以 =10mm, =5, =1.29。(2.9)pDC(452)3所以 23.13( ) 。 (3.10)85.631.292Nm(4)弹簧的材料:一般采用 65Mn 钢丝或碳素钢丝制造。(5)弹簧的工作情况:弹簧选取拉伸弹簧。离合器的操纵机构采用手动顶杆式机构,所以采用拉伸弹簧。(6)弹簧的工作圈数与中圈数:工作圈数 , (3.11)438spSdnDK其中 S-剪切弹性模量碳钢 S= 。38102NmK-弹簧刚度:一般为 2045 ,此处取 K=40。所以 ,取 4.5 圈。 (3.12)348102.5sn弹簧的总圈数一般比工作圈数多 1.52 圈,所以 = +1.5=6 圈。ns(7)弹簧在离合器的分离过程中的变形量 :f变形量 等于压盘的行程,通常 =1.54.0mm,此处取 =4.0mm。f f3.3 引风机的设计引风机是手持采棉机的总要组成部分,它不但要起产生负压的作用,还要对吸入的棉花通过手棉口进行收集。本次引风机的结构图如图3-2所示,引风机叶轮图如图3-3所示:12图3-2 引风机图3-3 引风机叶轮引风机是由引风机外壳和引风机叶轮组成,引风机叶轮由汽油机提供动力进行转动,产生气吸力,引风机外壳由入棉口和出棉口,入棉口连接采棉器,出棉口连接外部收集装置。3.4 手持采棉机采棉器的设计采棉器是采棉机的关键部件,设计要从两个方面考虑:第一是使得棉花能够顺利13从棉桃上摘下;第二是从人机工程方面考虑,要能够用的顺手,本次采棉器的设计图如图3-4 所示。图3-4 手持采棉器如图3-4 所示,采棉器由采棉辊和采棉收集口两大部分组成,采棉辊通过小型直流电机带动,动力汽油机发电产生,采棉辊在使用过程中一直转动,方便使得棉花能够顺利从棉桃下摘下,摘下后的棉花通过采棉口中的负压吸入,完成采棉工作。3.6 手持采棉机的背负架的设计手持采棉机虽然工作灵巧、方便,但是汽油机和风机的重量还是不轻,所以本次设计设计了一个背负架如图3-5所示:14图3-5 背负架的设计本次设计的背负架如图3-5所示,主要是由背负带、海绵垫背、机架组成。机架是用来固定汽油机和引风机,背负带设计成双肩结构,海绵垫背能够增加使用者的舒适感。3.5 本章小结 本章主要介绍引风机、发动机、离合器、采棉器、背负架等的设计。15第四章 汽油机活塞组件的设计校核4.1 活塞的设计活塞组包括活塞、活塞销和活塞环等在气缸里作往复运动的零件,它们是发动机中工作条件最严酷的组件。发动机的工作可靠性与使用耐久性,在很大程度上与活塞组的工作情况有关。4.1.1 活塞的工作条件和设计要求1、活塞的机械负荷在发动机工作中,活塞承受的机械载荷包括周期变化的气体压力、往复惯性力以及由此产生的侧向作用力。在机械载荷的作用下,活塞各部位承受了各种不同的应力:活塞顶部承受动态弯曲应力;活塞销座承受拉压及弯曲应力;环岸承受弯曲及剪应力。此外,在环槽及裙部还有较大的磨损。为适应机械负荷,设计活塞时要求各处有合适的壁厚和合理的形状,即在保证足够的强度、刚度前提下,结构要尽量简单、轻巧,截面变化处的过渡要圆滑,以减少应力集中。2、活塞的热负荷活塞在气缸内工作时,活塞顶面承受瞬变高温燃气的作用,燃气的最高温度可达。因而活塞顶的温度也很高。活塞不仅温度高,而且温度分布不均匀,各C50点间有很大的温度梯度,这就成为热应力的根源,正是这些热应力对活塞顶部表面发生的开裂起了重要作用 9。3、磨损强烈发动机在工作中所产生的侧向作用力是较大的,同时,活塞在气缸中的高速往复运动,活塞组与气缸表面之间会产生强烈磨损,由于此处润滑条件较差,磨损情况比较严重。4、活塞组的设计要求(1)要选用热强度好、耐磨、比重小、热膨胀系数小、导热性好、具有良好减磨性、工艺性的材料;(2)有合理的形状和壁厚。使散热良好,强度、刚度符合要求,尽量减轻重量,避免应力集中;(3)保证燃烧室气密性好,窜气、窜油要少又不增加活塞组的摩擦损失;(4)在不同工况下都能保持活塞与缸套的最佳配合;(5)减少活塞从燃气吸收的热量,而已吸收的热量则能顺利地散走;16(6)在较低的机油耗条件下,保证滑动面上有足够的润滑油。4.1.2 活塞的材料根据上述对活塞设计的要求,活塞材料应满足如下要求:(1)热强度高。即在 高温下仍有足够的机械性能,使零件不致损坏;C403(2)导热性好,吸热性差。以降低顶部及环区的温度,并减少热应力;(3)膨胀系数小。使活塞与气缸间能保持较小间隙;(4)比重小。以降低活塞组的往复惯性力,从而降低了曲轴连杆组的机械负荷和平衡配重;(5)有良好的减磨性能(即与缸套材料间的摩擦系数较小) ,耐磨、耐蚀;(6)工艺性好,低廉。在发动机中,灰铸铁由于耐磨性、耐蚀性好、膨胀系数小、热强度高、成本低、工艺性好等原因,曾广泛地被作为活塞材料。但近几十年来,由于发动机转速日益提高,工作过程不断强化,灰铸铁活塞因此比重大和导热性差两个根本缺点而逐渐被铝基轻合金活塞所淘汰。铝合金的优缺点与灰铸铁正相反,铝合金比重小,约占有灰铸铁的 1/3,结构重量仅占铸铁活塞的 。因此其惯性小,这对高速发动机具有重大意义。铝合金另一突出优点%705是导热性好,其热传导系数约为铸铁的 倍,使活塞温度显著下降。对汽油机来说,采用43铝活塞还为提高压缩比、改善发动机性能创造了重要的条件。共晶铝硅合金是目前国内外应用最广泛的活塞材料,既可铸造,也可锻造。含硅 9%左右的亚共晶铝硅合金,热膨胀系数稍大一些,但由于铸造性能好,适应大量生产工艺的要求,应用也很广。综合分析,该发动机活塞采用铝硅合金材料铸造而成。4.1.3 活塞头部的设计1、设计要点活塞头部包括活塞顶和环带部分,其主要功用是承受气压力,并通过销座把它传给连杆,同时与活塞环一起配合气缸密封工质。因此,活塞头部的设计要点是:(1)保证它具有足够的机械强度与刚度,以免开裂和产生过大变形,因为环槽的变形过大势必影响活塞环的正常工作;(2)保证温度不过高,温差小,防止产生过大的热变形和热应力,为活塞环的正常工作创造良
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