小型拔梗机的研究机设计(毕业设计)

小型拔梗机的研究机设计【摘要】本文针对农作物的茎秆采用机械化收获进行了一定的研究，并研制出了一种小型农作物拔梗机。设计的这种拔梗机在满足普通拔梗机的功能的根底上还做了一些改良，设计一种拔梗更快更干净、更加小型轻便，本钱低，且效率更高，性能更好的拔梗机，广泛适用于中小型田间作业。阐述了小型农作物拔梗机的工艺流程、结构特点。根据设计要求，确定了根本参数及主要技术性能指标。对小型农作物拔梗机所需功率进行分析确定，通过实验分析得出了结论。改良后的拔梗机能一次完成农作物茎秆的破土、夹持、拔出、提升、输送和成堆集放，工序集中，生产效率高，结构简单、制造、安装、操作方便、使用维护简便，功能齐全，适应性强，故障少，使用寿命长，能一机多用。【关键词】：小型内燃机；拔梗机；作物茎秆；实验分析MachineofsmallpullingmachinedesignstemAbstractThispaperadoptedthestalksmechanizedharvestingcropsmadecertainresearch,anddevelopedasmallcropspullinfarctionmachine.Designofthemachinetosatisfycommonpulledinfarctionpulledthefunctionofstemsmachinebasedonmadesomeimprovements,designakindofpullmoreclean,morefasterinfarctionsmallandportable,lowcost,andmoreefficient,pluckinfarctionbetterperformance,extensivelysuitableforsmallandmedium-sizedmachinefieldoperations.Expoundsthesmallcropspullinfarctionmachineprocess,structuralfeatures.Accordingtothedesignrequirements,determinethebasicparametersandmaintechnicalperformanceindicators.Pulloutofsmallcropsneededpowerstemsmachine,throughanalysistoidentifytheconclusionexperimentalanalysis.Theimprovedpullinfarctionfunctiononcecompletedcropstalksbreak,clamping,uproot,upgrade,transmissionandpilessettoput,processfocused,efficientproduction,simplestructure,manufacture,installation,convenientoperation,useconvenientmaintenance,thefunctionisallready,adaptable,lowmalfunction,servicelifeislong,canmulti-usage.【Keywords】：Smallinternalcombustionengine；Cropstalks；Pulledinfarctionmachine；Experimentalanalysis第一章绪论1.1课题背景我国是一个农业大国，玉米、棉花的种植面积大，仅我省的玉米、棉花种植面积就达1000万亩以上。近几年来，玉米、棉花的种植面积仍在不断扩大，收获后茎杆留在地间中，农民要采用砍、割、拔的方式进行去除，劳动强度大，作业效率低。而且砍、割后，这些作物兜根仍留在土壤中，影响来年播种。同时夹藏虫卵，增加来年庄稼病虫危害。加之秸秆碳氮比高，不易腐烂。所以秸秆还田常因翻压量过大，土壤水分不适，施不够，翻压质量不好等原因，出现阻碍耕作，影响出苗，烧苗，病虫害增加等现象，有的甚至造成减产。然而这些茎秆的收获却成了农民大伤脑筋的事情。历年来，这些茎秆的收获一直沿用人工拔收，一是农民劳动强度大，二是占用时间长，大都采用一年单熟的耕作方式，为减少农民的劳动强度，缩短作物的收获时间，最大限度地将一年单熟耕作方式改变为一年两熟，提高土地资源的利用率，让农民增加收入。大面积推广应用，作业质量符合农艺要求、工作效率高、使用可靠性强的农作物拔秆机显得非常重要，也说明了该工程推广意义是很深远的。小型拔梗机主要作业对象是农作物茎杆。即：棉梗、玉米梗、高梁梗等，其功能是将地间农作物茎杆进行除兜根——拔茎杆——集堆——打梱机械化的作业。由于拔梗机不仅能大大降低农民的劳动强度、增加农民的工作效率，而且使得农民的作物增产增收。所以小型拔梗机的研究与设计是目前很有价值和意义的研究课题。本次设计内容是小型拔梗机，它是由内燃机、行走底盘、机架，他还包括破土装置、拔梗装置、茎秆夹持装置、茎秆输送装置、传动箱、升降装置、集物栅。内燃机安装在行走地盘上，破土装置、拔梗装置、茎秆夹持装置、传动箱、茎秆输送装置和集物栅依次安装在机架上；机架安装在行走底盘的正前方，用升降装置中的油缸和悬挂杆与行走底盘铰接，利用升降装置中的油缸动作来调节机架与地面的相对位置，到达破土装置的破土深度；破土装置固定在机架的前方下端；茎秆夹持装置安装在机架的上方；拔梗装置安装在传动箱中的传动轴上端；茎秆输送装置安装在机架的上方后部；集物栅的一端用铰接在机架一侧的下端，集物栅的另一端用弹簧挂接在机架上。图1-1小型条式拔棉梗机1.2我国拔梗机的现状和开展前景我国拔梗机的现状农民对各种农作物茎秆的收获一直沿用传统的人力拔收方式，不但增加了农民的劳动强度，而且不利于农田腾茬抢种。一个强壮的劳动力一天收不了一亩地农作物茎秆，且满手血泡，腰酸腿疼，苦不堪言。国内虽有几个厂家研制了单一的拔杆机，但都因构造不合理，作业质量差，工作效率低，故障率高、适应性差或作业质量不能满足农艺要求等诸多原因农民不愿接受。一些农民试图用秸秆粉碎还田的方式将其直接粉碎还田，但是有的作物茎秆有着坚实的木质纤维，不易沤制，直接影响下茬作物生长，易导致大面积减产，农友怨声载道。1.2.2我国拔梗机的开展前景：今朝我国农作物拔梗机械处于开展开始的一段时间，拔梗机械化程度较低，开展小型成套机械设备是我国拔梗机械的开展趋势。农作物茎秆作为一种农业生产的副产品，产量大、品类多、漫衍广，同时也是一项重要的有生命的物质资源。占涉及方面计数，我国年产农作物茎秆6亿吨以上，资源领有量居世界榜首。根据预先推测，跟着农业生产技能的不断提高，茎秆总量将呈增加趋势，至2023年达，年产量将到达7.26亿吨。鉴于茎秆的利用价值和经济价值，开展施用本钱较低的拔梗机械是今朝我国迫切需要处理和完成的题目。由于国外一些兴旺国家所生产的茎秆收获机械，多为大型或重型，需要配置的动力大，价格又昂贵，加上受种植模式的制约，且我国是种植农作物的大国，需求量大，使得国外的拔梗机很难在我国推广应用。所以，开发小型化适合农业需求的拔梗机设备是促进我国农业开展的必然趋势。1.3设计的主要内容本次设计在调查湖南丘陵地区的土地情况和棉花的生长周期后，在市场上比拟了几种拔梗机的优缺点后，做出的优化方案。要求拔梗更快更干净、更加小型轻便，本钱低，且效率更高，性能更好的拔梗机，广泛适用于中小型田间作业。在综合考虑和比拟不同拔梗机的优缺点后，决定此次拔梗机的设计思路为:工作时，启动内燃机操作行走底盘行驶。作物茎秆收获时，将行走底盘的动力传递给传动箱中的输入轴，通过传动链带动破土器茎秆夹持装置、拔梗装置和夹持输送装置运动。此拔梗机主要由分杆器、兜根别离器、拔杆辊筒、拔杆夹持装置、茎杆输送装置、动力传动系统、茎杆铺放装置、机架、悬挂系统行走装罝和打梱器等组成。具有拔断率低、拔破率低、拔净率高等特点。参考其他实例分析及设计，我认为此次拔梗机的设计主要考虑以下问题：1、小型拔梗机分杆器的设计，包括分杆器的长度设计，强度的设计，力求使用最少的材料设计出满足要求的分杆器；2、小型拔梗机兜根别离器的设计，力求以消耗最小的力使梗茎与土壤别离，到达拔净的要求；3、小型拔梗机拔杆辊筒的设计；4、小型拔梗机拔杆夹持装置的设计与定位要求；5、小型拔梗机茎杆输送装置的动力选取；6、小型拔梗机动力传动系统的选取与计算；7、小型拔梗机茎杆铺放装置的设计，外形尺寸设计，力求使机体体积小，外形美观大方；8、机架、悬挂系统行走装罝和打梱器等的选取与设计计算；9、小型拔梗机外形尺寸的设计，外形尺寸能否保证安装，分杆器与拔杆辊筒是否满足强度要求同时，在确定拔梗机的结构方案时，又要注意以下几个问题：1、确定拔杆机构夹持力的大小；2、确定拔杆机构的方式；3、确定兜根别离器的方式选取；4、确定茎杆输送方式的选取；5、确定拔杆夹持装置的位置以及安装方法；6、确定整机外形尺寸、前进速度、收获行数；7、确定拔梗机的动力选取。改良之后的拔梗机的创新之处有以下几点：1、拟采用弹簧对压链夹式拔杆机构，可根据棉秆粗细自动调整夹持力。2、拟采用双圆盘刀片式兜根别离器，可根据茎秆的位置将根、土别离，有利于减轻起拔力和减少拔断率；3、采用双拔杆辊筒和拔杆夹持装置双重拔杆作用，有利于提高机具作业质量；4、采用全封闭式茎秆输送，减少了机具作业故障。5、变速装置拟采用同轴蜗杆分别带动两蜗轮及链轮运转，两链条那么作同向运行。6、挂接机构拟采用固定式升降臂形式，构成垂直升降机构，调节双圆盘刀片式兜根别离器入土作业的深度。7、采用牧草打结打梱器装置打梱，链式输送。第二章系统总体方案设计2.1拔梗机工作原理分析拔梗机大量应用于棉花、玉米、高粱等农作物的拔梗。其工作原理如下：工作时，启动内燃机操作行走底盘行驶。作物茎秆收获时，将行走底盘的动力传递给传动箱中的输入轴，通过传动链带动破土器茎秆夹持装置、拔梗装置和夹持输送装置运动。利用升降装置中的油缸动作，调节破土装置的破土深度。通过行走底盘的行驶，破土器将作物茎秆两边土壤切割，使茎梗的须、根分开，降低拔梗阻力以减少拔断率。破土后的作物茎梗进入加持装置夹持。同时，由拔梗装置中的拔叉将作物茎梗叉住，；利用机器前进和拔梗装置的旋转作用，将茎梗从土壤中拔出。作物茎秆在茎秆夹持装置的夹持下，完成作物茎秆的夹持、提升和纵向输送。再经茎秆输送装置与导向杆的共同作用，将作物茎梗输送到机架一侧放在集物栅上，当茎梗堆集重量超过弹簧的拉力时，在重力作用下落入地面成堆集放。其实物图见图2-1。图2-1小型农作物拔梗机1．连接杆2.输入轴3.箱体4.机架5.拔梗装置6.破土装置7.茎秆夹持装置8.万向传动轴9.油缸10.茎秆输送装置11.底盘2.1.1拔梗机的动力分析设计该款收割机动力参考市场上的收割机参数，在棉花地中工作选取柴油机动力〔S195〕：额定功率为8.8千瓦，转速为2000转/分，燃油消耗率0.27kg/kw.h,采用蒸发水冷却。由输出轴输出动力，柴油机相比拟于汽油机能提供较大的马力，适宜使用于相对复杂的环境，在农业机械中大量应用。柴油价格相对于汽油价格略低，对于农业机械的使用上更易于接受。所以本拔梗机设计中采用柴油机最为本拔梗机的动力选择。图2-2农用柴油机2.1.2拔梗机动力输入装置的分析本次设计采用链传动。链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成。通过链轮轮齿与链条的啮合来传递运动和动力。与摩擦型的带传动相比，链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率较高；又因链条不需要像带张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；链条采用金属材料制造，在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时，链传动能在高温和潮湿的环境中工作。与齿轮相比，链传动的制造与安装精度等级要求较低，本钱也低。在远距离传动时，其结构比齿轮传动轻便的多。2.1.3破土装置工作时入土深度的分析一般的田地中，地面凸凹不平整。因此要求拔梗机在工作时，为了提高拔净率，破土装置入土深度必须保持在一定的范围。经过市场分析，破土深度必须保持在80mm以上。2.3拔梗机总体方案的设计设计的拔梗机主要以玉米梗、高粱梗、棉梗为主，能一次性将农作物茎杆进行除兜根、拔茎秆、集堆、打捆等机械化的作业。除兜根的动力通过蜗轮蜗杆传递而来。其作业工艺流程如下：小型农作物拔梗机是由内燃机、行走底盘、破土装置、拔梗装置、茎秆夹持装置、茎秆输送装置、打捆装置等组成。作业时，首先由破土装置将拔梗区内作物茎秆兜根处进行破土，破土后的作物茎秆由茎秆夹持装置夹持，然后由拔梗装置拔出，再由茎秆输送装置将作物茎秆倒向堆放网，堆放一定量后便倒向田间堆放的全过程。拔梗机动力输入有三种方案：〔1〕链传动；〔2〕V型带传动；〔3〕同步带传动。图2-3链传动图2-4V型带图2-5同步带表2-1传动方案分析传动类型传动效率使用寿命传动转矩本钱链传动较好最长较好一般V型带传动正常较长最好较贵同步带传动最好短小昂贵由上分析，链传动具有整体尺寸小，结构紧凑，传动效率高，使用寿命长；同时链传动能在高温和潮湿的环境中工作。在我设计的拔梗机动力输入的方案上我选用链传动。小型农作物拔梗装置悬挂在行走底盘前方，由液压控制升降。拔梗时，采用破土装置破土，自行开道，再利用拔梗装置和茎秆夹持装置的共同作用将作物茎秆连根拔出，并由茎秆输送装置将作物茎秆倒向堆放网成堆堆放在田间，有效地优化了整机结构，同时，提高了小型内燃机功率的利用性能。整机根本参数及主要技术性能指标〔见表2-2〕表2-2拔梗机根本参数及主要性能指标名称单位技术参数备注外形尺寸mm2000X1600X780悬挂形式前悬挂式液压驱动配套内燃机Kw9-11109-S1905柴油机拔幅mm750-7902行工作速度m/s=1\*ROMANI-=2\*ROMANII档生产率亩/h3-4.5拔断率%<3拔不净率%<2第三章拔梗机的设计3.1拔梗机动力的选择3.1.1破土装置消耗功率N1式中：n——拔梗行数；R——2〕,取R=4N/cm2；h——深度〔8—12cm〕，取h=10cm；b——宽度〔0.5-5cm〕，取b=3cm；a——每行圆盘刀数量〔片〕，取a=2片。3.1.2拔梗装置消耗功率N2拔梗装置消耗功率包括拔梗功率Ng和空转动功率Nk两局部，即：式中：d0——茎秆拔出所需功率〔d0=450-650N/根〕，取d0=600N/根；拔梗装置的功率消耗主要取决于Vm、c〔每米生长根数一般为2～4，取c=3〕、n〔行数〕和d0〔茎秆粗细〕的大小有关，当拔梗装置采用减速器驱动，转速参数已确定时，小型减速器空转消耗功率在正常情况下为Nk=0.25～0.35KW，可取Nk=0.3KW；那么。3.1.3茎秆夹持装置消耗功率N3小型农作物拔梗机的茎秆夹持装置采用套筒滚子链装置，线速度V=1～1.2m/s，喂入量为q=〔1.8～2〕kg/s；每公斤喂入量所用平均功率N0=0.45～0.55KW。茎秆夹持装置消耗所需功率N3，包括空转功率N空和工作消耗功率N工。，取N工=1.3kW。空转消耗功率N空〔约占总功率的5%～7%〕，取N空=0.5KW。3.1.4茎秆输送装置茎秆输送装置一般约占总功率的5%～7%。取3.1.5整机配套功率N配整机消耗功率整机配套功率储藏系数K=1.0～1.3，取K=1.2，那么。取N=7.1KW，那么N配=8.5KW。综上所述，拔梗机的动力传输装置选取柴油机S195，其额定功率为8.8千瓦，转速为2000转/分，燃油消耗率0.27kg/kw.h。3.2链传动的设计根据拔梗机的具体传动要求，可选取内燃机与输入轴采用链轮与传动链来传动。链传动是一种挠性传动，它由链条和链轮组成，通过链轮轮齿与链条的啮合来传递运动和动力。链传动主要用在要求工作可靠，两轴相距较远，低速重载，工作环境恶劣，以及其他不宜采用齿轮传动的场合。本次设计就采用链传动，虽然它经常受到土块、泥浆和瞬时过载的影响，但是依然能较好的工作。所以本次设计采用链传动是合理的，因此小型拔梗机的设计采用链传动。3.2.1确定链传动的功率为了保证链传开工作可靠性，采用额定功率来限制链传动的实际工作能力。其额定功率是在规定的实验条件下完成的。链传动的工作条件与实验条件不同，额定功率应予以修正。修正时考虑的方面包括：〔1〕工作情况；〔2〕主动链轮齿数；〔3〕链传动的排数。因此链轮的设计内容主要包括：确定链条型号、链节数Lp和排数，链轮齿数Z1、Z2以及链轮的结构、材料和几何尺寸、链传动的中心距a、压力角Fp、润滑方式和张紧装置等。确定传动比i传动比过大，链条在小链轮上的包角就会过小，参与啮合的齿数减少，每个轮齿承受的载荷增大，加速轮齿的磨损，且易出现跳齿和脱链现象。一般链传动的传动比,常取i=2～3.5，这里取i=2。链轮齿数小链轮齿数少，可减少外廓尺寸，但齿数过少，会增加运动的不均匀性和动载荷；链条在进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大；链传动的圆周力增大，从整体上加速铰链和链轮的磨损。可见，小链轮的齿数不宜过小，一般取。小链轮的齿数也不宜取的太大。在传动比给定时，大，大链轮齿数也相应增大，其结果不仅增大了传动的总体尺寸，而且还容易发生跳链和脱链，从另一方面限制了链条的使用寿命。由于链节数通常是偶数，为使链条和链轮磨损均匀，常取链轮齿数为奇数，并尽可能与链节互为质数。优先选用的链轮齿数系列为：17、19、21、23、25、38、57、76、95、114。确定=19，可得=38。〔3〕确定链传动的功率根据链传动的工作情况、主动链轮齿数和链条排数，将链传动所传递的功率修正为当量的单排链的计算功率式中：KA——工况系数，见［1］中表9-6；KZ——主动链轮齿数系列，见［1］中图9-13；KP——多排链系列，双排链时KP=1.75，三排；链时KP=2.5；P——传递的功率，KW由［1］得KA=1.0，KZ=0.64，KP=1.0，P=8.5KW。所以单根链条的额定功率为：确定链条型号和节距P链条型号根据当量的单排链的计算功率Pca和主动链轮转速〔柴油机转速〕由［1］中图9-11得到链条型号为08A单排链系列。然后可确定链条节距P，P=12.7mm。计算链条节数和中心距初选中心距，按以下计算链节数Lp0可得。为了防止使用过渡链接，应将计算出的链节数圆整为偶数，且与齿数互为质数，所以取。链传动的最大中心距为：式中，为中心距计算系数，见［1］中表9-7，查得。可得，符合要求。计算链速，确定润滑方式平均链速由［1］中式9-1计算可得：式中：—分别为主、从动链轮的齿数；分别为主、从动轮的转速，r/min。因滚子链常用于传动系统的低速级，一般传递功率比拟小，在100KW以下，链速不超过15m/s。，故链速符合要求。由，查［1］中图9-14可知采用油池润滑或油盘飞溅润滑。3.2.5计算链传动作用在轴上的压轴力由［1］中式9-11可得：式中：—有效圆周力，N—压轴力系数，对于水平传动，对于垂直传动。有效圆周力链轮水平布置时的压轴力系数，那么压轴力为。3.3蜗轮与蜗杆的设计蜗杆螺旋局部的直径不大，所以经常和轴做成一个整体，如结构形式见图3-1。图3-1蜗杆的结构形式选择蜗杆的传动类型和材料根据GB/T10085-1988的推荐，采用渐开线蜗杆〔ZI〕。考虑到蜗杆传动功率不大，速度只是中等，故蜗杆用45钢：因希望效率高些，耐磨性好些，故蜗杆螺旋齿面要求淬火，硬度为45～55HRC。蜗轮用铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造。为了节约贵重的有色金属，仅齿圈用青铜铸造，而铁芯用灰铸铁HT100制造。3.3.2按齿面接触疲劳强度进行设计根据闭式蜗杆传动的设计准那么，先按齿面接触疲劳强度进行设计，再校核齿根弯曲疲劳强度。由［1］中式〔11-12〕得，传动中心距为：确定作用在蜗杆上的转矩按,；那么确定载荷系数K因工作载荷较稳定，故取载荷分布不均系数；由［1］中表11-5选取使用系数KA=1.15；由于转速不大，冲击不大，可取动载系数Kv=1.05;那么确定弹性影响系数因选用的是铸锡磷青铜蜗轮和钢蜗杆相配，故。确定接触系数先假设蜗杆分度圆直径和传动中心距的比值，从［1］中图11-18中可查的确定许用接触应力根据蜗轮材料为铸锡磷青铜ZCuSn10P1，金属模铸造，蜗杆齿面硬度>45HRC,可由［1］中表11-7查得蜗轮的根本许用应力’=268MPa。设这种农业机械每年工作三个月，每天工作八小时，能使用五年，所以这种机械的寿命为。应力循环系数寿命系数那么(6)计算中心距取中心距，因，故从［1］中表11-2中取模数m=5,蜗杆分度圆直径。蜗杆与蜗轮的主要参数与几何尺寸蜗杆直径系数q=12；齿顶圆直径；齿根圆直径；分度圆导程角。蜗轮蜗轮齿数；变位系数；传动比；蜗轮分度圆圆直径蜗轮喉圆直径蜗轮齿根圆直径校核齿根弯曲疲劳强度当量齿数根据，，从［1］中图11-19可查得齿形系数。螺旋角系数许用弯曲应力从［1］中表11-8查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的根本许用弯曲应力寿命系数弯曲强度是满足要求的。3.4齿轮的设计与计算由于拔梗机的拔梗装置是由左右茎秆夹持装置和拔叉组成，为了使茎秆受力均匀，更好的提高拔净率，必须使左右茎秆夹持装置的速度一致，拔梗装置的动力主要靠齿轮传递，所以此次的齿轮为同级齿轮传动。即，。此次设计的齿轮大体示意图如图3-2图3-2齿轮结构图3.4.1按弯曲强度确定齿轮模数由［2］中公式〔6-11〕可得：式中：k——载荷系数，一般取k=1.2～2取k=1.5——齿轮传递的额定转矩N·mm——复合齿形系数取=4.5——齿宽系数取=0.25——齿轮齿数试取=25——许用弯曲应力=——齿轮选用气体渗碳处理的许用应力取=1300——接触强度计算的最小平安系数取=1.1==1300/1.1=1181.8N/计算对此计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数m大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数m的大小取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径〔即模数与齿数的乘积〕有关。可取m=4mm。3.4.2按接触强度确定齿轮分度圆直径与中心距由［1］中公式〔10-9a〕得：〔1〕确定公式内的各计算数值式中K——载荷系数取K=1.5;——齿轮传递的额定转矩〔Nm〕;u——齿数比u=1——齿宽系数=0.25——许用接触应力查［1］中表10-6查得材料的弹性影响系数——实验齿轮的接触疲劳极限应力〔N/〕取=1300——接触强度计算的最小平安系数取=1.1==1300/1.1=1181.8N/计算可得：可得：经计算，齿轮可用。3.4.3齿宽确实定由公式式中——齿宽——齿轮分度圆直径=0.25×100=25mm因u=1，所以计算齿轮相关参数、确定各齿轮详见表3-1中心距表3-1齿轮的根本参数齿轮齿数模数m分度圆直径齿顶高齿根高全齿高齿顶圆直径齿根圆直径2541004591069025410045910690传动箱轴的计算传动轴是拔梗机的主要设计部件之一，它是在脱粒机正常工作过程中，承当主要转矩、扭矩、弯矩和支撑传动轴上的回转零件，工作环境恶劣，因此传动轴的设计是一个十分关键的步骤，它的合理型及强度直接影响到拔梗机的工作效率和质量。传动轴的主要作用有两点：1、支持轴上所安装的回转零件，使其有确定的工作位置；2、传递轴上的运动和动力。轴按照轴线形状的不同，可以分为曲轴、直轴软轴和挠性轴等，根据拔梗机的结构特点和组成形状及工作强度和环境的要求，此拔梗机的输入轴和其他轴都选用直轴形式传递，而且选用直轴中的阶梯轴，轴的设计如下：由公式得：式中——轴的最小直径mm——轴传递的额定转矩——轴的许用转应力轴的材料为，查取=40～52取=403.5.1一轴的设计由转速功率P=3KW，确定轴的最小直径，轴最小直径为一轴为普通平键(A)轴传动，且最小直径处安装有深沟球滚子轴承，查手册［3］取d=35mm，所以深沟球滚子轴承的型号为6207，根本尺寸见表3-2普通平键(A)轴为：表3-26207轴承根本参数轴承代号根本尺寸/mm安装尺寸/mm根本额定动载荷根本额定静载荷极限转速dDBrsmindaminDsmaxrasmax/kN脂润滑油润滑620735621414156116.210.5900012003.5.2二轴的设计由于一轴与二轴为齿轮传动且传动比为i=1，所以有：轴最小直径为因二轴最小直径处安装有圆锥滚子轴承，查手册［3］取。其圆锥滚子轴承型号为30207，根本参数见表3-3：表3-330207轴承根本参数轴承代号根本尺寸/mm安装尺寸/mm根本额定动载荷根本额定静载荷极限转速dDBrsmindaminDsmaxrasmax/kN脂润滑油润滑3020735721714265154.263.5530067003.5.3三轴的设计在设计过程中二轴与三轴的转速都是由蜗杆与轴上的蜗轮相啮合而来，且两蜗轮的根本参数相同，故两轴的转速相同，所以最小轴径相等。三轴的最小轴径为。因三轴最小轴径处与圆锥滚子轴承相配合，所以选取最小轴径。与之配合的轴承型号为30207，其根本参数见表3-3。3.6轴的校核通过设计可知，传动箱中四轴承受的转矩、弯矩最大，故校核四轴。轴的材料为45钢材，经调质处理，查得材料力学性能数据为：硬度220-250HB，抗拉强度屈服点弯曲疲劳极限扭转疲劳极限许用静应力许用疲劳应力3.6.1按转矩计算最小轴径为式中A——按定的系数取A=100P——功率P=55KW——最小转速=202r/min计算得故平安。3.6.2轴上受力分析轴传递的转矩圆柱齿轮圆周力式中——三轴圆柱齿轮分度圆直径mm径向力锥齿轮圆周力式中d——三轴锥齿轮分度圆直径mm径向力轴向力3.6.3求支反力〔1〕在水平面内的支反力由得A点的支反力为：〔2〕在垂直平面内的支反力由得A点的支反力为：3.6.4作弯矩和转矩图受力分析及转矩见图3-3。图3-3受力分析及转矩图〔1〕齿轮作用在水平面的弯矩图〔2〕齿轮作用在垂直平面内的弯矩图〔3〕合成弯矩图〔4〕作转矩图3.6.5确定危险截面及平安系数校验计算〔1〕根据轴的结构尺寸及弯矩图、转矩图、截面H处的转矩、弯矩最大，且有花键槽引起的应力集中和轴肩处的应力，故H面处最危险，H面为危险截面。〔2〕平安系数校验计算由于变速器轴转动，弯矩引起对称循环的弯应力，转距引起的为脉动循环的切应力。弯曲应力幅为式中——抗弯断面系数查得由于是对称循环弯曲应力，故平均应力为根据式得：式中——45弯曲对称循环应力时的疲劳极限取——正应力有效应力集中系数——外表质量系数=0.92——尺寸系数查=0.64计算切应力幅为式中——抗扭断面系数根据式式中——45扭转疲劳极限=200——切应力有效应力集中系数=1.61——外表质量系数=0.92——尺寸系数查=0.64——平均应力折算系数=0.21计算轴H截面的平安系数由公式由表可知=1.3～1.5故,该轴H截面是平安的。3.7拔梗装置的设计拔梗装置是棉花拔梗机中一个关键的零部件，其设计的合理性直接影响到棉花拔梗机的工作效率和工作质量。它主要是由拔叉、圆盘和连接螺钉组成，拔叉的主要作用是用于棉花拔梗，圆盘起固定拔叉的作用。它们之间用连接螺钉进行连接。工作时，动力由输入轴传递给蜗杆，再由蜗杆和涡轮的啮合传递给拔梗装置，通过圆盘的转动使拔叉叉住棉梗进行拔梗。其结构形式如图3-4，图3-4拔梗装置第四章其它零部件的设计与选取4.1轴承的选取滚动轴承是现代机器中广泛应用的部件之一，它是依靠主要原件间的滚动接触来支承转动零件的。轴承主要是一个支撑轴的零件，在轴的两端必须装有轴承，它可以引导轴的旋转，也可承受轴上空转的零件。此拔梗机选择的轴承型号为6207及30207，深沟球滚子轴承。其根本参数见表3-2和表3-3。此次设计的机器为小型农业机械，主要用于环境比拟恶劣的情况下。因此轴承在此条件下很容易失效和破损，所以为了延长轴承的使用寿命，润滑对于滚动轴承具有重要的意义。在高速高温条件下，通常采用油润滑。润滑油的主要性能指标是粘度，转速越高，应选用粘度越低的润滑油；载荷越大，应选用高粘度的润滑油。油润滑时，常用的润滑方法有以下几种：〔1〕油浴润滑把轴承局部浸入润滑油中，当轴承静止时，油面应不高于最高滚动体的中心，这个方法不适宜高速，因为搅动油液剧烈时要造成很大的能量损失，以至引起油液和轴承的严重过热。〔2〕滴油润滑适用于需要定量供给润滑油的轴承部件，滴油量应适当控制，过多的油量将引起轴承温度的增高。为使滴油通畅，常使用粘度小的15号全损耗系统油。〔3〕飞溅润滑这是一般闭式传动齿轮装置中的轴承常用的润滑方式，即利用齿轮的转动把润滑齿轮的油甩到四周的壁面上，然后通过适当的沟槽把油引入轴承中。〔4〕喷油润滑适用于高转速、大载荷、要求润滑可靠的轴承。用油泵将润滑油增压，通过油管或特制的油孔，经喷嘴将油喷射到轴承中去；流过轴承后的润滑油，经过过滤冷却后循环使用。为了保证油能进入高速转动的轴承，喷嘴应对准内圈和保持架之间的间隙。〔5〕油雾润滑当轴承滚动体的线速度很高时，常采用油雾润滑，以防止其他润滑方法由于供油过多，油的内摩擦增大而增高轴承的工作温度。润滑油在油雾发生器中变成油雾，其温度较液体润滑油温度低，这对冷却轴承来说是有利的。但润滑轴承的油雾，可能局部随空气散逸，要污染环境。故在必要时，宜用油器别离器来收集油雾，或采用通风装置来排除废气。在一些特殊条件下，如果使用脂润滑和油润滑达不到可靠的润滑要求时，那么可采用固体润滑方法。例如在高温中使用的轴承、真空环境中使用的轴承等等。常用的固体润滑方法有：1〕用粘接剂将固体润滑剂粘接在滚道和保持架上；2〕把固体润滑剂参加工程塑料和粉末冶金材料中，制成有自润滑性能的轴承零件；3〕用电镀、高频溅射、离子镀层、化学沉积的技术使固体润滑剂或软金属在轴承零件摩擦外表形成一层均匀致密的薄膜。常用的固体润滑剂有二硫化钼，石墨和聚四氟乙烯等。本机中的轴承采用脂润滑，选用代号为L-XAAMHA1钙基润滑脂。4.2传动箱与机架的设计箱体是各根本构件的安装根底，也是拔梗机传递动力的重要组成局部。在进行箱体的结构设计时，要根据制造工艺、安装工艺和使用维护及经济性等条件来决定其具体的结构型式。按照齿轮传动的安装形式的不同，可将机体分为卧式、立式、法兰式。按其结构的不同，又可将机体分为整体式和剖分式。卧式整体铸造机体，其结构简单、紧凑，能有效地吸取振动和噪声，还具有良好的耐腐蚀性。通常多用于专用的齿轮传动中，且有一定的生产批量。铸造机体应尽量防止腐蚀性。通常多用于专用的齿轮传动中，且有一定的生产批量。剖分式机体结构，通常用于规格大的、单件生产的行星齿轮传动中;它可以铸，也可以焊接。采用轴向剖分式机体的显著优点是安装和维修较方便，便于进行调试和测量。立式法兰式机体结构，它可适用于与立式电动机相组合的场合。成批量生产时可以铸造;单件生产可以焊接。铸造机体的一般材料为灰铸铁，如HT150和HT200等;假设机体承受圈套的栽花，且有振动的冲击的作用可用铸钢，ZG45和ZG55等。为了减小质量，机体也可以采用铝合金来铸造，如ZL101和ZL102等。根据所设计的传动箱的要求，结构简单、紧凑，采用卧式两级整体铸铁机体。铸造机体应尽量防止壁厚突变，应设法减少壁厚差，以免产生疏松和缩孔等铸造缺陷。机架的主要作用为支承与安装其它各零件。此次设计的拔梗机得机架主要是为了支承传动箱、拔梗装置等部件。为了节约本钱，机架全件采用焊接件与螺栓连接。根据设计要求，机架焊接的主要零件包括左右机架，加强钢板，角铁梁等局部组成。焊接时主要保证加强铁与机架的位置要求，同时要保证焊接时不能出现焊渣，裂缝等现象。机架的材料主要是厚度为5mm的角钢，尺寸为2000mm×1600mm，用等离子切割机切割成型后，采用冲压等方式进行加工。左右机架分别有一块加强板进行强度的加强，加强板与左右机架的连接方式是采用螺栓连接，在机架与加强板加工过程中，对其上螺栓连接孔的位置有一定的技术要求。左右机架间采用角铁梁进行固定，固定方式为焊接，因为此拔梗机作业环境为山地及丘陵地区，搬运较多，所以为保证人员搬运过程中的平安，在焊接时要保证焊接技术要求，要求焊接中不能有焊渣，不得有裂缝等缺陷出现。机架的组装完成后，机架外露外表须刷防锈漆。4.3联轴器的选择联轴器所连接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移，这就要求在设计及选择联轴器时，要从结构上采取不同措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。故该设计中采用有补偿能力的挠性联轴器，结合传递的转扭同时考虑到过载保护等，选择弹性套柱联轴器。由前述知Ⅲ轴输入、输出转矩分别为：QUOTEQUOTE故可根据Ⅲ轴轴径尺寸选择联轴器型号为：弹性套柱联轴器：LX4联轴器GB/T5014－2003。其详细参数见《机械设计课程设计手册》表8－7［5］。第五章拔梗机使用时应注意的事项5.1开车前应考前须知非专业机手在操作本机器前必须认真阅读本机操作手册，以免发生事故。开机前检查柴油是否加足，冷却水是否加满；特别情况下，还需自带足够的柴油。检查各紧固件是否连接牢固，散热装置是否良好，润滑装置是否工作正常。如有问题，应当及时解决。5.2开车时应考前须知作业时应保证作业半径范围内的平安，在人多或道路宽窄不一时应适当减缓机器的行驶速度。拔梗时，特别是在山丘地区，应尽量保持机器的平衡，尽量少在夜间工作。5.3开车后应考前须知为了延长机器的使用寿命，机器使用后必须认真清洗一遍，且机器须放在枯燥通风处。如果机器很长一段时间未使用，需注意机器的保养，定期检查机器的各装置是否有损坏。第六章设计总结时间如水，毕业设计的完成代表四年的大学生活即将结束，也是对我四年学业的综合检验。本次设计我设计的是小型拔梗机。我国是一个农业大国，农业机械是国民经济中重要的生产设备，它能减少农民的劳动强度，缩短作物的收获时间，最大限度地将一年单熟耕作方式改变为一年两熟，提高土地资源的利用率，让农民增加收入，从而推动国民经济快速的开展。在近三个月的设计过程中，我了解了一些农业机械的内容以及其它有关的内容的知识。为了使自己能够完成任务，我严格要求自己，使自己的设计按照国家的标准进行制图,并且从中学到很多的知识。整个设计是在边绘制边计算的过程中完成的。我也发现仅仅书本上的知识在实际设计应用中是远远不够的，只有通过长期的实践经验才能设计出满意的产品。这次设计让我获益良多，首先是四年学习的系统复习，并在其根底上进一步理论联系实际，通过实践深化理论知识。其次就是学会查参考资料筛选有用信息和利用网络获得更多知识，培养自己的分析、解决实际问题的能力。最后是锻炼了合作能力，学会了坚持与妥协，培养了团队精神。通过这次设计，使我对农业机械产品的研发过程有了一个总体的认识，为以后工作打下了坚实的根底。同时，也是对大学四年学习知识的一次检验，到达了毕业设计的根本目的。设计完成是一个终结也是一个新的开始，在今后的工作中，我将会面对更加困难、复杂的题目，这次设计就是其先例，我会以在这先例中学的知识和能力去面对它，并在它身上学得更多。由于能力所限,经验缺乏，设计中尚有许多缺乏之处,恳请各位老师给予指教。参考文献[1]濮良贵，纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2001[2]吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册[M].北京：高等教育出版社，2006[3]王炎冰，由长春.普通V带传动的优化设计[J]沈阳航空工业学院学报．2004，21(4)：24-25[4]汤嘉吉．V带传动新算法[J]．机械，2003，30〔5〕：38-40[5]孙恒，陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2001[6]《齿轮手册》编委会.齿轮手册[M].北京：机械工业出版社，2001[7]王伯平.互换性与测量技术根底[M].北京：机械工业出版社，2000[8]刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社,1992[9]史美堂.金属材料及热处理知识[M].北京:机械工业出版社,2005.3[10]哈尔滨工业大学理论力学教研室编.理论力学[M].北京:高等教育出版社，2002[11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