1G-100型水旱两用旋耕机设计【机械毕业设计全套含CAD图论文】.pdf

目目目目录录录录 1 前言 1 2 总体设计 2 2 1 设计的内容 2 2 2 设计依据 2 3 总体方案论证 4 3 1 中间链传动结构发案的设计 4 3 2 主要结构 参数的设计与选择计算 4 3 2 1 耕深 H 和刀滚半径 Rmax 4 3 2 2 机组前进速度 T V 4 3 2 3 刀片运动参数 S 和 刀 n 4 3 2 4 功率及耕幅宽度的计算 5 3 3 旋耕刀滚的设计 6 3 4 双油封和挡草圈的设置 8 3 5 1G 100 旋耕机主要技术规格及基本参数 8 4 总体结构的布置与设计 9 4 1 传动结构的设计 9 4 2 主要结构的分析设计 9 5 链传动的设计与计算 11 5 1 链传动的设计计算 11 5 2 链轮设计计算 12 6 主要零部件强度计算 13 6 1 链传动的强度的磨损核算 13 6 2 传动轴的强度计算和疲劳强度校核 13 6 3 滚动轴承的计算和选择 16 6 3 1 轴承假定载荷 Q 值的计算 16 6 3 2 轴承工作能力系数 C 的计算 16 6 3 3 轴承选用 16 7 结论 17 参考文献 18 致谢 19 附录 20 本科生毕业设计说明书2008 1 1G 100 型水旱两用旋耕机设计 2 1 前言 经过半个多世纪的努力 中国机械工业已经逐步发展成为具有一定综合实力的 制造业 初步确立了在国民经济中的支柱地位 在新的世纪里 科学技术必将以更 快的速度发展 更快更紧密得融合到各个领域中 而这一切都将大大拓宽机械制造业 的发展方向 它的发展趋势可以归结为 四个化 柔性化 灵捷化 智能化 信息化 即使工 艺装备与工艺路线能适用于生产各种产品的需要 能适用于迅速更换工艺 更换产 品的需要 使其与环境协调的柔性 使生产推向市场的时间最短且使得企业生产制造 灵活多变的灵捷化 还有使制造过程物耗 人耗大大降低 高自动化生产 追求人的智能 于机器只能高度结合的智能化以及主要使信息借助于物质和能量的力量生产出价值 的信息化 当然机械制造业的四个发展趋势不是单独的 它们是有机的结合在一起的 是 相互依赖 相互促进的 同时由于科学技术的不断进步 也将会使它出现新的发展 方向 前面我们看到的是机械制造行业其自身线上的发展 然而 作为社会发展的 一个部分 它也将和其它的行业更广泛的结合 21 世纪机械制造业的重要性表现在 它的全球化 网络化 虚拟化 智能化以及环保协调的绿色制造等 它将使人类不 仅要摆脱繁重的体力劳动 而且要从繁琐的计算 分析等脑力劳动中解放出来 以 便有更多的精力从事高层次的创造性劳动 智能化促进柔性化 它使生产系统具有 更完善的判断与适应能力 近年来 盐城拖拉机制造有限公司发展迅猛 年产 3 万台系列轮式拖拉机和 8 万台手扶拖拉机 销往国内 30 个省 市和国外 60 个多国家和地区 经调查 配套 农机具跟不上主机迅速发展的要求 其中包括 15 马力的手拖仍配置 12 马力的旋耕 机 轮式 250 700 型拖拉机是新产品 也没有合适农具 因此 研制配套旋耕机与 拖拉机同步销售 会使拖拉机 旋耕机两旺 本科生毕业设计说明书2008 3 我设计的是一台水旱两用旋耕机 与黄海 12 15 马力手扶拖拉机相匹配 主要用于水田耕整 也可进行旱田耕作 现有的水旱旋耕机是耕幅为 0 6 米的老式机 型 而本课题设计的水旱旋耕机耕幅为 1 米 随着我国农村联合收割机的普遍使用 机割后废抛的秸杆留在田中 会给夏季插秧带来很大困难 因此 研制经济高效的 宽幅水田旋耕机将深受广大农民群众的普遍欢迎 2 总体设计 2 1 设计的内容 我设计的是一台水田耕整机 与黄海 12 15 马力手扶拖拉机相匹配 主要 用于水田耕作 也可进行旱田耕作 为达到水旱两用旋耕机体积小 重量轻 性能 好 操作容易 转动方便 适应性广泛 价格合宜 水旱两用旋耕机机动灵活 一 般中小型机械厂 农机厂均可生产制造的要求 设计主要内容有 a 总体设计 设计总体方案 采用中间链式传动 绘制总装图 田间作业状态 图 b 零部件设计 a 旋耕部件图 b 尾轮部件图 c 传动轴 齿轮 链轮 箱体 刀辊等零件图 d 有关计算 校核等 a 调研 收集相关资料 研究国内外各种旋耕机械的现状与发展趋势 结合实 际情况 拟定结构方案 b 与黄海 12 15 马力手扶拖拉机相匹配 中间传动 固定联接 设计内容 包括机架 传动系统 刀辊 尾轮等 要求结构简单 紧凑 重心平衡 该机可用 于水田耕整地 也可进行旱田旋耕 各项性能指标应达到国家标准和农艺要求 c 编制设计计算说明书等文件 2 2 设计依据 a 设计相配套的黄海 12 15 马力手扶拖拉机有关技术数据 动力输出轴传速 554 转 分 输出齿轮模数 3mm 齿数 17 轴距 mm 800 740 630 570 可调 轮胎宽度 200mm 胶轮外径 600mm 铁轮 水田用 外径 800mm 1G 100 型水旱两用旋耕机设计 4 动力输出齿轮中心轴离地高度 410mm 胶轮 行驶速度 km h 1 4 2 5 4 1 5 3 b 耕耘机械国家标准 GB T 5668 1 1995 旋耕机 c 开沟机械国家标准 GB T 7227 1987 开沟机 d 1G 100 型水田耕整机主要技术参数 刀辊转速 200r min 左右 耕深 水田作业 1 cm 旱田作业 cm 旋耕幅宽 100cm e 产品寿命 按 5 年 每年工作 800 小时计算 2 3 设计要求 a 设计时考虑加工工艺性和装配工艺性 尽可能使用标准件 通用件 以降低 制造成本 b 通过采用中间传动的形式 省去左右支臂结构 以降低制造成本和解决防滑 轮与左右支臂相碰的问题 c 与手扶拖拉机采用左右对称配置 以覆盖拖拉机全部轮撤 提高作业质量 d 国内原 600mm 旋耕机链条箱体的无效半径为 95mm 现设计的链条箱体的无效 半径拟定为 75mm 这样 在保持同样耕作深度的情况下 可使用低一个档次的小旋 耕半径的国家系列的旋耕刀 以降低旋耕作业时的功率消耗 确证其宽幅机具的总 功耗与主机动力相匹配 e 产品应能满足农艺要求 各项性能指标达到国家标准 f 要求该机与手扶拖拉机固定联接 旋耕作业应能覆盖拖拉机轮辙 g 设计时注意重心位置 与主机联接后尽可能达到前后平衡 要求刀轴转速与 机组前进速度配置合理 犁刀的入土角以及刀座排列采用优化设计 以达到节能的 效果 h 设计一个主传动系统和旋耕 尾轮两个组成部件 通过换装不同的行走轮以 实现 i 力求结构简单可靠 使用安全方便 旋耕犁刀不得与铁轮相干涉 j 设计时考虑加工和装配工艺性 尽可能使用标准件 通用件 以降低制造成 本 本科生毕业设计说明书2008 5 3 总体方案论证 3 1 中间链传动结构方案的设计 为了克服侧边传动方案存在轮子压已耕地留有轮辙和漏耕严重 机组偏移布置 力不平衡 操作与走直性能较差等缺陷 故设计了整机受力匀称 刚性好的中间链 传动结构方案 考虑到改机构为一米工作幅宽 刀轴单悬臂不到 50 厘米 并可从一 把定刀齿滑切破土 利用左右弯刀对土壤的撕裂作用 基本上看不到明显的漏洞 而中间链传动结构方案可使机器面貌全新 既能增加工作幅宽 受力匀称 提高与 手拖配套的合理性 又能使结构极为简单 紧凑 有利于机组的对称布置与纵 横 向平衡 能降低功耗 减轻重量 改善工艺 降低制造成本 由于链条热处理质量 的不断提高和设计有新颖技术结构的链条自动张紧机构 可以保证链传动在旋耕机 工作中的可靠性能 而链传动比齿轮传动有大为简单 价格低廉等优点 故设计采 用了中间链传动方案 对样机的性能 指标 特别是经济效益有明显的提高 3 2 主要结构 参数的设计与选择计算 3 2 1 耕深 H 和刀滚半径 Rmax 我省小春种麦要求浅耕 一般为 6 10cm 大春耙水田 要求耕作层上细下松 表面平整 土壤通气性好 耙深一般为 8 12cm 因此采用较小的刀滚回转半径 Rmax 198cm 既能满足我省农艺对耕深的要求 又能降低扭矩和功率消耗 该机设 计有最大耕深为 H 旱 10cm H 水 12cm 并配有尾轮调节装置 可以作无级调节使 用 3 2 2 机组前进速度 T V 1G 100 型水旱两用旋耕机设计 6 旋耕机组前进速度 T V主要由拖拉机的工作档位和行走轮的直径而定 同时还受 土壤打滑率的影响 该机旱旋耕时有直径为 0 6 米的胶轮或旱地轮 用 档位工 作 水旋耕时装有 0 8 0 9 米的碎伐轮 可用 档位工作 表 3 1 机组在田间实测速度 机组作业档位胶 轮 直 径 m 旱耕 T V Km h 碎 伐 轮 直 径 m 水耕 T V Km h 0 61 4 0 62 50 83 2 0 83 2 3 2 3 刀片运动参数 S 和 刀 n 切土节距 S 决定旋耕机作业质量的主要参数 旋耕机的作业质量必须满足农艺 要求 公式 刀 cmn 60 max2 T VRS 3 1 式中 Rmax最大刀滚半径 cm b 刀 n 刀轴转速 速比系数 Z 每切削平面内的刀齿数 公式 TTOK VnRVV30 max刀 3 2 式中 OK V刀滚圆周线速度 m s T V机组前进速度 m s 从公式可以看出 在刀滚最大回转半径 Rmax 和同一切割小区内刀齿数 Z 确定 后 S 就取决于速度比系数 此时 又取决于刀轴转速 刀 n和机组前进速度 T V 所 以 对于旋耕机运动参数的作业质量 最终取决于 刀 n和 T V的选取 从大量的实验资料可知 刀轴转速较高时 即 值较大 所得切土节距 S 值较小 碎土性和沟底纵向不平度都较好 但功耗也随之抛土 劈土能力增强而显著增加 故 值不能过大 根据手拖旋耕机的情况 一般取 3 12 较好 从大量实验资料得知 在我省粘重土壤进行直旋耕作业 一般以 T V 1 5 2 5km h 刀 n 160 250r min S 8 14cm 较好 若犁后耙水田 以 T V 2 5 4km h 刀 n 200 300r min S 14 35cm 就 能满足农艺要求 有根据我国有关旋耕机科研成果资料介绍 直接选耕作业的最佳 刀轴转速为 刀 n 240r min 而本设计较多地考虑了犁后耙水田与旱水田与旱旋耕 因 常用 工作 机组前进速度较快 工效也高 故刀轴转速应考虑适当提高 故选用 刀 n 240r min 左右为宜 并可以计算得出相应的 S 与 值分别如表 3 2 从表中数 值可以看出 其 S 刀 n的数值都能分别满足我省农艺要求 并符合最佳参数的选 择范围 可以采用 为了增加刀齿对土壤的横向切割 碎土及起浆作用 还设计又 可以装卸的起浆结构 表 3 2 S 与 值对照表 机组作业档位 档 旱旋 档 旱旋 档 水旋 档 水旋 本科生毕业设计说明书2008 7 T V m s 0 390 690 891 25 刀 n r min 240240240240 127 15 53 9 S cm 1017 42231 3 2 4 功率及耕副宽度的计算 考虑到柴油机在农田作业时功率状况等因素 实有功率为 74 而动力输出轴 以拖拉机功率的 75 计算 东风 12 型手扶拖拉机输出轴 齿轮 的输出功率为 输 N 输 N W491067 6 75 0 74 0 12 马力 根据 机械工程手册 第 65 篇 农业机械 旋耕机的功率可以计算 BHVKBHVKN TXTX 33 1 75 100 输 3 3 式中 X K旋耕机的比阻 2 kgcm 4321 KKKKKK gX H耕深 cm T V机组前进速度 m s B工作幅宽 m 当直接旱旋耕 用 档位工作 H 11cm 时 已知 T V 0 39m s 刀 n 240 r min S 10cm 查表得 68 0 1 1 95 0 9 0 2 1 4321 KKKKKg 7674 0 68 0 1 195 0 9 02 1 X K 耕幅cmHVKNB TX 52 1 39 0 117674 0 33 1 67 6 33 1 旱 1 米幅宽时刀轴的功耗为 WHBVKB TX 403048 5 39 0 11196 0 33 1 33 1 马力 旱 当旱旋用 档位工作 H 9cm 时 耕幅mHVKNB TX 05 1 69 0 97674 0 33 1 67 6 33 1 扭旱 1 米幅宽时刀轴功耗 WHBVKN TX 467034 6 69 0 197674 0 33 1 33 1 马力 旱 当水旋耕用 档位工作 H 12cm 时 T V 0 89 m s 查表得 4 0 4 K 45 0 4 01 195 0 9 02 1 X K 耕幅mB04 1 89 01245 0 33 1 67 6 水 刀轴功耗 WHBVKN TX 47104 689 0 11245 0 33 1 33 1 马力 水 从上述计算结果 可初取耕幅宽度 B 100cm 当水田土质松软 耕深较浅或耙第二遍 的时候 可以考虑用 档工作 试验资料证明 由于旋耕刀切土时 土壤的反推力和拖拉机的前进方相同 当 在空挡位使用旋耕机时 拖拉机往前跑的很快 因此行走功率的消耗 行 N非常小 一 般 行 N 0 4 0 87KW 0 3 0 5 马力 仅克服滚动阻力 滚动阻力系数 f 0 1 现有 拖拉机功率KWNe48 6 8 874 0 12 马力 额 总传动效率85 0 传动损失为 1G 100 型水旱两用旋耕机设计 8 WNQ97015 0 48 6 故机组的工作的功率消耗 耗 eN Q NNNN 行旋耗 e 当直接旱旋耕用 档位工作 耕深 H 11cm 时 耗用功率较大 其值为 WNNNN Q 537097 0 37 0 03 4 e 行旋耗 有用功率储备为 WNeNe111037 5 48 6 耗额 旋耕机的功率利用率为 83 从上述计算和分析 我们认为该机的耕幅和功率匹配是合理的 又有理论和实 践证明 故本设计的功率匹配较为合理 先进 能充分发挥手扶拖拉机配套在农忙 时获得较好的经济效益 3 3 3 弯刀在刀轴上的优选排列设计 弯刀的排列是否合理 在很大程度上决定了旋耕作业质量的好坏 旋耕阻力的 大小和功率消耗等重要性能指标 本设计吸取了国外样机的先进技术 采用了以幅 宽中央为基准 左右分成几个小区段的匀称 对称和左右螺旋线排列 着重考虑了 刀轴回转入土的动平衡 也考虑了静平衡等角布置 左右弯刀应相继顺序交替对称 入土 尽量减少刀齿数目 以求受力均衡 稳定 力求土块大小匀称 区段适中 表层平整 相邻两刀齿的夹角应尽量大些 以免夹土 堵泥 又便于制造 根据日 本板井纯 柴田安雄 拖拉机旋耕机铊刀的配置设计理论 经综合分析提出了三种 可行的排列 并对衡量刀齿排列的一项指标 以 推断扭矩波形法 来检查旋耕机 刀齿的排列 并对个别刀齿作调整 从而改善旋耕机的动力性能 最后优选出一种 比较合理先进的排列方案 从上述理论和优选结果 本设计的刀齿排列方案有以下 特点 a 刀轴每转过 18 有一把弯刀入土 匀称性好 b 以幅宽中央为基准 左右分开几个区段呈均匀 对称和左右螺旋线排列 不平衡 横力矩分布比较均匀 c 左右弯刀从幅宽中央基准线两边相继交替对称入土 轴向受力平衡 稳定性好 d 土块大小比较匀称 碎土性能好 e 从推断扭矩波形图上看得出 刀轴的扭矩曲线峰值较为平缓 受力均衡较好 f 相邻两个小区的刀齿相互交替工作 使相继入土刀齿的轴向距离较大 使刀轴上 的扭矩和弯矩较为分散 g 每个区段由三把弯向相同的弯刀组成 耕后地表面起垄适中 表层平整 h 每相邻两把刀齿的夹角不小于 72 不致夹土 堵泥 制造工艺性好 i 每米幅宽用 20 把弯刀 减少了刀齿数目 有利于旋耕阻力和金属耗能的减少 老 式型耕幅 0 62 米的刀齿数为 18 把 故相对于老机型减少刀齿数 30 3 4 双油封和挡草圈的设置 为了提高传动箱刀轴轴承处的密封性能 采用了既封油 又封泥水的双向安置 两个油封结构 为了克服该轴颈处对油封的挤压而损坏 特此轴颈处的外刀管上设 置有一个迷宫式结构挡草圈 因直径加大后可以减少缠草 有可以保证密封安全可 本科生毕业设计说明书2008 9 靠 因为 角速度秒弧度 2560 14 32240 根据 和 O N可由功率曲线图查的链节距t的值为25 40 故选用链16A 即原TG254 大 小链轮齿数 大 Z 小 Z的计算 在原有最小齿数 12 的基础上来综合考虑受力磨损 重量的总体结构等因素 选 出 小 Z 11 再从所需工作转速 刀 n 240r min 计算出 Z 大 查 东风 12 手拖设计计算 原配旋耕机传动轴转速 6 219 转 n转 分 因为 219 6 大 Z 小 Z 240 转 分 所以 大 Z 240 小 Z 转 n 240 11 219 6 12 02 圆整后取 大 Z 12 齿 小 Z 11 齿 实有刀轴转速 刀 n E 大 Z 小 Z 219 6 12 11 239 转 分 选定中心距 A 根据本设计总体布置和机动草图的要求 用作图法初定中心距410 O Amm 链轮轴孔直径 h d 查表有 h d 38mm 作用在轴上的压力 Q 考虑机械传动效率为0 8和拖拉机输出轴功率按0 85计算 旋耕扭矩功率为 扭 N 扭 N 12 0 8 0 85 8 2 马力 6 04KW 圆周力NkgfP 2 5429554 1 1 PKQ y 1 25 554 692 5kgf 6786 5N 式中 y K轴上的压力系数 链条节数 p L 2 00 2 t 2 2 小大小大 ZZAZZtALp 44 节 链条长度 L L p L t 44 25 4 1117 6mm 定中心距 A A p L Z 2 t 44 11 2 25 4 412 75mm 但考虑装配图工艺应留有一定的松度 最后张紧机构压紧 故决定将中心距 A 410 5mm 链条速度 V V znt 60 1000 11 238 36 60 1000 1 11m s 5 2 链轮设计计算 分度圆直径 d mm14 988637 3 4 25d 大 mm16 905949 3 4 25 小 d 齿顶圆直径 a d 1G 100 型水旱两用旋耕机设计 10 mm51 1087321 354 0 4 25 大a d mm22 102405 3 54 0 4 25 小a d 齿根圆直径 f d 1 ddd f 大1 d为链条滚子直径 15 88mm mm26 8288 1514 98 大f d mm28 7488 1516 90 小f d 齿宽 b 查表得 b 14 6mm 6 主要零部件强度计算 6 1 链传动的强度的磨损核算 链上的总载荷 P 321 PPKPP 6 1 式中 1 P 圆周力 2 P 由离心力产生的拉力 3 P 链工作时松边上的拉力 K 工作特性系数 54321 KKKKKK 1 3 1 1 1 0 8 1 1 14 因为 KWN04 6 2 3 马力 扭 NkgfNP542955411 1 2 8751 1 75 1 扭 2 P因Vn 8 2 式中 Q 链条截断载荷 本科生毕业设计说明书2008 11 n 安全系数 磨损核算 T KFP 6 2 55456614 1 1 2153 1 P 式中 P 链节铰链上许用的单位压力 F 链支承面积 验算结果 选用节距 t 25 4 毫米的单排套筒滚子链 16A 是合适可靠的 6 2 传动轴的强度计算和疲劳强度校核 已知条件 轴扭矩功率 扭 N 8 2 马力 轴 n 219 转 分 有扭矩 轴扭扭 nNM 2 716 716 2 8 2 219 2682kgf cm 齿轮外径 d 128mm 链轮直径 D 98mm 轴的材料为 45 钢 链条与水平倾斜 42 传动轴的初步强度计算 作用在轴上的力 圆周力kgfMP419 8 12 26822d 2 扭 4106 2N 径向力kgfPP153364 0 41920tan 1499 4N 圆周力kgfDMQ5478 9 26822 2 0 扭 5306 6N 垂直作用力kgfQKQ62954714 1 0 轴 6164 2N 轴上垂直力kgfQQ42142sin62942sin 4125 8N 轴上垂直力kgfQQ46742sin62942sin 4576 6N 1G 100 型水旱两用旋耕机设计 12 图 3 传动轴各点受力示意图 轴承处反作用力和合成力 水平力cbacQcbPRA 153 64 467 26 114 152kgf 1489 6N 水平力cbaaPbaQRB 467114 80153118 468kgf 4586 4N 垂直力cbacQcbPRA 419144 2642164 262kgf 2567 6N 垂直力cbaaQbaQRB 114 80629118421 578kgf 5664 4N 合成力 5 0 22 AAA RRR 152262 22 303kgf 2969 4N 合成力 5 0 22 BBB RRR 5 022 468578 744kgf 7291 2N 合成弯矩和相当弯矩 剖面 合成弯矩 5 022 MMM 5 0 22 a a AA RR 本科生毕业设计说明书2008 13 2423kgf cm 相当弯矩 5 0 2 d 扭当 MMM 2844kgf 6 3 滚动轴承的计算和选择 6 3 1 轴承假定载荷 Q 值的计算 公式 ZWFB KKKRQ 6 3 式中 B R 轴承的径向负荷 F K 轴承负荷性质对轴承寿命影响的系数 W K 轴承工作温度对轴承寿命影响的系数 Z K 齿圈或外圈旋转的轴承寿命影响的系数 查表得 4 1 F K 1 W K 1 Z K 故得 kgfQ 6 104114 14 1744 6 3 2 轴承工作能力系数 C 的计算 公式 3 0 nh ZWFB KKKRC 6 4 744 1 4 1 391 29016 式中 n 工作转速 转 分 h 轴承工作寿命 小时 考虑了轴承的工作寿 命 h 1000 小时 查表有39 3 0 nh 6 3 3 轴承选用 查表选用 30 毫米的 7206 轴承的工作能力系数 C 43000 容许静负荷 轴承 说明选用值都计算的对应值稍大值和故该轴承的7206 2100CQQJ 是 合 理 的 7 结论 a 技术先进性方面我设计的 1G 100 型水田耕整机准备由传动箱 传动轴 1G 100 型水旱两用旋耕机设计 14 中央传动机构和犁刀等组成 在设计时尽可能多的采用标准件和现有旋耕机通用件 以降低制造成本 如果设计成功 本机可进行旱田旋耕 水田耙整等项作业 能弥补 现有耕整机存在功能较单一 生产效率偏低等不足之处 b 适用范围1G 100 型水田耕整机与黄海 12 或 15 马力手扶拖拉机配套 也 能与东风 12 或其它牌号的手扶拖拉机配套相配套 能够在水田或旱田作业 c 生产条件一般中小型机械厂 农机厂均可生产制造 参考文献 1 熊元芳 水田埋草旋耕机的试验研究 J 农业机械学报 2003 09 本科生毕业设计说明书2008 15 2 吴明亮 陈锐平 杨良玖 姚汉清 1ZS 20 型水田耕整机的创新设计 J 湖南农 业大学学报 2003 08 3 李理 霍春明 提高旋耕机作业质量的几点建议 J 农机使用与维修 2005 01