机械毕业设计(论文)-茶园旋耕机设计-农业机械(含全套图纸)

机械毕业设计(论文)-茶园旋耕机设计-农业机械(含全套图纸)机械毕业设计(论文)-茶园旋耕机设计-农业机械(含全套图纸)完整说明书CAD图纸由扣扣153893706提供----技学院全日制普通本科生毕业设计茶园旋耕机设计DESIGNOFAROTARYTILLERUTILIZEDINATEAGARDEN学生姓名：

学号：

年级专业及班级：

指导老师及职称：

副教授湖南·长沙提交日期：

2011年5月声明本人郑重声明：

所呈交的本科毕业设计是本人在指导老师的指导下，进行研究工作所取得的成果，成果不存在知识产权争议。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体在文中均作了明确的说明并表示了谢意。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

毕业设计作者签名：

年月日目录摘要1关键词11前言31.1研究的目的和意义41.2研究现状41.3发展趋势42总体设计52.1总体结构方案确定52.2工作原理52.3主要参数的确定62.4动力和刀辊转速的初步确定62.4.1动力的初步选择62.4.2刀轴转速和前进速度初步确定62.5发动机功率校核62.6旋耕机的设计72.6.1旋耕刀的选择73传动方案93.1旋耕机传动类型的选择93.2传动方案的确定93.3计算各轴的设计参数93.3.1传动效率的选定93.3.2各轴输入功率103.3.3各轴传动比的分配103.3.4各轴输出转矩103.4齿轮的设计和校核103.4.1第一级圆柱齿轮副的设计和校核计算103.4.2他各直齿圆柱齿轮的几何计算153.5链传动的设计计算163.5.1选择链轮的齿数163.5.2确定计算功率163.5.3选择链条型号和节距173.5.4计算链节数和中心距173.5.5计算链速，确定润滑方式173.6轴的设计计算184润滑方法215联轴器的选择216限深装置的设计227结论22参考文献23致谢24茶园旋耕机设计学生：

周泽宏指导老师：

李明（湖南农业大学东方科技学院，长沙410128）摘要：

我国的旋耕机目前不断配套新机具、增加新功能，在完善农用功能的基础上，逐步向城市园林、园艺领域扩展，如配套剪草、清雪、枝叶粉碎机具等；但暂未出现专用茶园旋耕机。

本设计针对茶园作业环境和茶园作业要求，设计了一种小型茶园旋耕机用于松土、除草和起垄。

该茶园旋耕机的机构包括机架、手扶手，机架上装有柴油机、减速器、链轮和耕作刀具。

由柴油机将动力输送给减速器，减速器降低转速后输出给链轮，链轮经链条传递给刀轴，来实现旋耕刀的工作。

旋耕刀旋转、以铣切原理加工土壤的耕整机械，具有切土效果好、碎土能力强、耕作地表平整等特点，一次作业可达到土碎地平。

本茶园旋耕机可以爬坡，越埂、阶梯性强，适用我国广大丘陵和山区等地块小，高差大，无机耕道的茶园作业。

关键词：

旋耕机；茶园；耕作刀具；减速器DesignofaRotaryTillerUtilizedinaTeaGardenAuthor:ZhouZehongTutor:LiMing(OrientSciencebuttherehasbeennospecialtearotarytilleryet.Thedesignaimsfortheteaandteaoperationalrequirementsofoperatingenvironment,designedforasmallteaRotarytillage,weedingandridging.Therotarymachineofteaincluderack,handrails,rackwithdieselengines,gear,sprocketandfarmingtools.Poweristransmissionfromtheenginetothegear,afterreducingspeed,theoutputistransmittedtochainwheel,andthenpassedtoaxis,toachievetherotarybladework.Rotarybladerevolves,byprincipleofmillingprocessingofsoiltillagemachinery,cutsoilwithgoodeffect,brokensoilwithstrongcapacity,andsmooththesurface.Oncework,itcanachievesoilhorizon.Rotarymachinecanclimbtheslope,themoreridge,thestrongerstep,canbeappliedforthevastnumberofhillsandmountainswhichhavelittleland,alargeheightdifference,inorganicgardentractorroadoperations.Keywords:RotaryTiller;teagarden;farmingtool;reducer.1前言茶园旋耕机是一种工作部件主动旋转、以铣切原理加工土壤的耕整机械，具有切土效果好、碎土能力强、耕作地表平整等特点，一次作业可达到土碎地平，在农业生产中得到了广泛应用。

茶园旋耕机是根据我国广大丘陵，山区，地块小，高差大，又无机耕道，而专门为茶园、丘陵坡地和山区作业而设计的。

以小型柴油机或汽油机为动力，以整体式变速齿轮或皮带离合器作为传动，具有重量轻，体积小，结构简单，操作方便，易于维修，工作稳定可靠，使用寿命长，油耗低，生产效率高等特点。

旋耕机的机构包括机架、可调高低扶手，机架上没有的柴油机或汽油机、以及驱动轮和耕作刀具。

旋耕机可以爬坡，越埂、阶梯性强。

广泛适用于平原、山区、丘陵的旱地、水田、茶园、果园等。

能浅旋耕、犁耕、开沟、除草、松土、起垄。

配上相应机具可进行抽水、发点、喷药、喷淋、收割、铺膜、打孔、碎草等作业。

茶园旋耕机可以在茶园等地方自由行使，便于用户使用和存放，省去了大型农用机械无法进入山区田地的烦恼，是广大农民消费者替代牛耕的最佳选择，是大中型农机无法媲美的多功能旋耕机，是进入农民家庭最理想的小型农机，深受广大用户的喜爱。

茶园一般是山区、丘陵等地形，地势较为复杂。

茶树与茶树之间间距一般为40~50mm。

如图1所示。

图1茶园Fig.1Teagarden1.1研究的目的和意义目前我国没有专用茶园旋耕机，根据我国地形条件，很多地方都是丘陵、山区，其地形特点是地块小、高差大、又无机耕道；大型农用机械进山困难，人力难于对茶园等复杂地形进行耕作，所以设计茶园旋耕机来填补这块空白。

茶园旋耕机以小型柴油机为动力，以整体式变速齿轮箱或皮带离合器作为传动，具有重量轻，体积小，结构简单，价格低等特点。

以帮助农民提高工作效率增产曾收，并减轻其劳动强度，便于存放和运输。

1.2研究现状我国的旋耕机现应该处于成熟阶段。

机型和质量将基本稳定，生产厂家的数量也将趋于稳定。

目前国内厂家生产的旋耕机产品从地域上可分为南方型和北方型。

南方机型结构形式以参照欧洲的机型为主，在旋耕刀具方面又吸取了日本产品的特点，初期以水田作业为主，逐步发展成水旱兼用。

代表机型为广西蓝天和重庆合盛等微耕机产品。

北方机型以参照韩国和我国台湾的机型为主，代表机型有山东宁津通达机械厂生产的3WG-4型多功能旋耕机、山东华兴机械集团生产的TG系列多功能田园管理机、北京多力多公司生产的DWG系列旋耕机等。

从性能和功能上分也有两种类型：

一类是功能少(动力小于3.7kW、配套机具少)、操作不够方便(手把不能调节、无转向离合器、前进和后退挡位少等)的机型，称之为简易型旋耕机。

另一类机型功能较多(可配套机具多)，使用可靠性高，操作方便，称之为标准型旋耕要。

旋耕机多配水冷柴油机，3.7kW以上的多配风冷柴油机或汽油机。

风冷发动机外型美观(机体为铝压铸)，拉绳(带恢复器)启动，但对燃油的品质和维护保养要求较高；水冷发动机外型稍大且显粗糙，摇把启动，但相对故障率低。

[1]柴油机动力强、经济。

1.3发展趋势一、多功能化不断配套新机具，旋耕机增加新功能，在完善农用功能的基础上，逐步向城市园林、园艺领域扩展，如配套剪草、清雪、枝叶粉碎机具等。

目前，山东华兴机械集团正与中国农业机械化科学研究院合作开发与其生产的主导机型TG4型配套的多种园艺机具。

[2]二、发动机适应性强低噪声、排放少、动力强劲和适应性强的发动机将更多地被应用。

三、操作更加方便操向手柄、前进和后退速度的调节更加方便。

四、更换工作部件更加方便为了减轻操作者的劳动强度和节约更换偿同农机具的时间，旋耕机与配套机具的挂接采用快速挂接装置，拆换农具简单、快速。

2总体设计2.1总体结构方案确定总体结构设计包括传送方案的确定，旋耕机耕幅的确定，旋耕机的传动形式，前进的速度，刀轴的转速的确定等内容。

结构设计要体现设计原则和设计思想，实现旋耕机的结构合理，达到可靠性，适用性，先进性，经济性及系统化的统一。

期中参数的计算，型号的选择是主要部分，在总体方案确定后才能进行具体的结构和强度等方面的设计计算。

[3]总体结构示意如图2所示。

图2总体结构示意图Fig.2Schematicdiagramoftotalstructure2.2工作原理该机的传动设计为减速器传动和链传动。

减速器为2级减速，小链轮转载减速器第三根轴的末端。

该机具的工作原理是发动机的动力通过万向联轴器将动力输出轴的动力传递给齿轮轴，传递来的速度经过减速器的2级齿轮降低转速后，传递给轴末端的小链轮，再经过链条将速度传递给大链轮所在的旋耕刀轴，刀轴带动刀片旋转切屑土壤，从而达到松土，除草的目的耕深主要是通过小滚轮支架上孔眼的不同位置进行调节，同时还可以通过人对操作手柄的压力的改变以增减力矩，调节机器的前进速度，借以达到改变耕深的目的。

另外旋耕作业的碎土性能与土壤含水量，土壤坚实度和机器的作业速度有关，[4]本文只针对一种速度进行设计。

2.3主要参数的确定根据设计任务书的要求，此旋耕机是用于茶园旋耕作业的微型旋耕机，所涉及的旋耕机能完成茶园除草、松土和起垄等作业。

要求动力为3~8kw；深耕为20~25cm；浅耕3~6cm；耕幅为30~40cm；工作效率为3亩~4亩/8小时；整机质量≤60kg。

2.4动力和刀辊转速的初步确定2.4.1动力的初步选择初步选择柴油机：

常柴178F风冷单缸柴油机，额定功率：

3.6kw；排量：

0.296；额定转速：

3000r/min；净重15kg。

2.4.2刀轴转速和前进速度初步确定耕深为20cm，耕幅为0.4m，工作效率为4亩/h。

可以得出机组前进速度。

2.5发动机功率校核旋耕机工作时所需功率的计算，在旋耕作业过程中，旋耕机工作所需的功率与多种因素有关，如耕地的地形，耕深，耕幅，耕速和土壤的性质等功率的消耗主要包括旋耕刀切削土壤消耗的功率，抛土块所消耗的功率推动前所消耗的功率，传动部分所消耗的功率及土壤沿水平方向作用与刀辊上的反作用力所消耗的功率。

设计时，先假定机组在比较平坦的田地里进行匀速直线作业，旋耕机工作时所需的功率可以按下列经验公式进行估算：

式中—耕深（cm）；—机组前进速度（m/s）；—耕幅（m）；—旋耕比组（）；其中由于切土节距，所以依据《农业机械设计手册（上册）》238页表4-3-4查得，，，，。

则：

=那么：

因此，发动机功率满足设计要求。

2.6旋耕机的设计2.6.1旋耕刀的选择图3旋耕刀结构图Fig.3Structureofspinplowknife旋耕刀是旋耕机的主要工作部件，刀片的形状和参数直接影响旋耕的工作质量，目前国内外对旋耕刀刃口曲线形状和结构参数作了大量研究，就横轴旋机上的刀齿而言主要有刚性和弹性两大类，刚性刀按其外形分有直刀、L形刀、弯刀、凿形刀等类型。

根据GB/T5669-1995，旋耕刀分为Ⅰ型刀，Ⅱ型刀和Ⅲ刀型。

Ⅰ型刀主要用于水旱田耕作。

刀辊回转半径R有225、245、260mm三种；Ⅱ型刀主要用于水田绿肥，稻茬，麦茬较多的田地作业。

刀辊回转半径有195、210、225、245、260mm五种；Ⅲ刀型主要用于浅耕灭茬作业，刀辊回转半径R有150、175mm两种。

根据设计要求，选用ⅢS175型浅耕灭茬旋耕刀，采用65Mn钢。

刀片结构如图3所示。

查得：

，，，，，，由于弯刀在切土时刀端撕裂附近土壤，因此刀座间距应大于弯刀工作宽幅约为20mm，由于弯刀的工作宽幅为40mm，耕幅为400mm，则理论上刀轴上能排列6个刀座，但是考虑到实际的安装轴中间锥齿轮的安装，因此确定刀轴上两边各安装4个刀座。

在排列刀片的过程中，为了解决旋耕机工作时向测边输土的问题，可以使左右刀片的两条螺旋线不连续，而且旋向不一样，并且相邻区段螺旋线的旋向相反；在焊接左右的时候，同一回转平面的左右弯刀的间隔夹角应该在90°和180°之间，因此确定一个刀座上同一回转平面的两把刀的间隔夹角为180°。

弯刀排列展开图如图4所示图4刀片排列Fig.4Bladesarrangement3传动方案图5传动方案示意图Fig.5Schematicdiagramoftransmissionscheme3.1旋耕机传动类型的选择旋耕的类型按刀轴传动方式分，可分为中间传动式旋耕机和侧边传动式旋耕机。

本设计采用中间传动式旋耕机。

3.2传动方案的确定齿轮传动具有传动效率高，本身质量较轻，体积较小的特点。

所以本设计选择采用齿轮传动的方式来实现动力旋耕机刀轴的运动传递。

传动方案如图4所示。

3.3计算各轴的设计参数[5]3.3.1传动效率的选定由传动方案图5可以看出，从发动机到旋耕机刀轴，效率传递都包括离合器、联轴器、滚动轴承、圆柱齿轮、圆锥齿轮等的传递。

其中取传动效率值分别为：

万向联轴器，滚子链，轴承，圆柱齿轮。

3.3.2各轴输入功率各轴输入功率分别为：

；；；。

3.3.3各轴传动比的分配总传动比计算如图5所示，由于发动机转速为3000r/min，刀轴转速为100r/min。

则总传动比。

各轴传动比分别为，，。

则各轴的转速分别为：

;;;。

3.3.4各轴输出转矩；；；；3.4齿轮的设计和校核[5]3.4.1第一级圆柱齿轮副的设计和校核计算根据传动方案选用直齿圆柱齿轮传动。

根据GB/T10095.1农业机械中重要齿轮选用8级精度。

选择小齿轮的材料为40Cr，调质后表面淬火，硬度280HBS，大齿轮材料为45钢，调质后表面淬火硬度为240HBS。

压力角，齿数的选择，选择小齿轮齿数为，则大齿轮的齿数。

按齿面接触强度设计确定公式内各计算数值：

试选载荷系数；计算小齿轮传递的转矩。

小齿轮转速小齿轮传递的转矩为由《机械设计》表10-7，该圆柱齿轮两支撑相对于小齿轮做不对称布置，选取齿宽系数；由《机械设计》表10-6，查得材料的弹性影响系数；由《机械设计》图10-21，按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限，大齿轮的接触疲劳强度极限。

计算应力循环次数根据应力循环次数，由《机械设计》图10-19，取接触疲劳寿命系数，。

计算接触疲劳许用应力。

取失效概率为1%，安全系数S=1，得：

试计算小齿轮分度圆直径，带入中取小的值。

计算圆周速度。

计算齿宽。

齿宽与齿高之比模数齿高根据v=3.02m/s，8级精度，由《机械设计》图10-8，查得动载系数，直齿轮；由《机械设计》表10-2，查得；由《机械设计》表10-4，查得；根据，，由《机械设计》图10-13查得。

故载荷系数：

按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径得：

计算模数m：

按齿根弯曲强度设计弯曲强度计算公式为确定公式内的各计算数值由《机械设计》图10-20c，查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲强度极限；由《机械设计》图10-18取弯曲疲劳寿命系数，；取弯曲疲劳安全系数S=1.4,得：

计算载荷系数：

查取齿形系数。

由《机械设计》表10-5，得齿形系数，；查取应力校正系数。

由《机械设计》表10-5，得应力校正系数，；计算大、小齿轮并加以比较比较可得大齿轮的数值大。

设计计算由于齿轮模数m的大小组要取决于弯曲强度所决定的承载力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲疲劳强度算的的模数1.536并就近圆整为标准值m=2mm。

几何计算计算分度圆直径计算中心距计算齿轮宽度取，计算公法线齿轮结构设计齿顶高齿根高齿全高齿顶高直径齿根圆直径基圆直径齿厚3.4.2他各直齿圆柱齿轮的几何计算减速器另一对配合齿轮几何尺寸：

选择齿数，计算分度圆直径计算中心距计算齿轮宽度取，计算公法线齿全高齿顶高直径基圆直径齿厚3.5链传动的设计计算[7]3.5.1选择链轮的齿数取小链轮齿数，大链轮齿数为3.5.2确定计算功率由《机械设计》表9-6查得，由《机械设计》图9-13查得，单排链，则计算功率为：

3.5.3选择链条型号和节距根据及查《机械设计》图9-11，可选08A。

查《机械设计》表9-1，链条节距，滚子直径，内链节内宽。

3.5.4计算链节数和中心距初选中心距。

取：

。

相应的链长节数为：

取链长节数节。

查《机械设计》表9-8得：

中心距计算系数，则链传动最大。

3.5.5计算链速，确定润滑方式由和链号08A，查《机械设计》图9-14可知应采用滴油润滑。

3.5.6计算压力轴力有效圆周力为链轮垂直布置时的压力系数，则压轴力为：

3.5.7链轮的材料选择小轮用20钢，经淬火，回火处理，硬度60HRC；大轮用35钢，经正火处理，硬度200HBS。

3.5.8链轮尺形的确定齿侧圆弧半径滚子定位圆弧半径分度圆直径齿顶圆直径齿宽齿侧倒角齿侧半径3.6轴的设计计算[5]3.6.1输出轴的初步计算（1）选择轴的材料和热处理方式：

选择轴的材料为45钢，调制处理，由《机械设计》表15-1查得，抗拉强度极限，屈服强度极限，弯曲疲劳极限，剪切疲劳强度极限，许用弯曲应力。

（2）初步确定轴的最小直径由《机械设计》表15-3，取，于是得由于轴的最小直径过小，取轴直径为16mm。

（3）初选轴承应轴同时受有径向力和轴向力作用，故选用深沟球轴承。

根据工作要求及输入端直径，选用型号为6004的轴承（GB/T276-1994）。

3.6.2轴的结构设计输入轴的各段直径和长度设计如图6所示。

图6输入轴的结构Fig.6Structureofinputshaft3.6.3轴的强度校核（1）求作用在齿轮上的力应为该齿轮为标准齿轮，则，那么圆周力径向力圆周力，径向力的方向如图7所示。

图7轴的载荷分布图Fig.7Loaddistributionofaxis（2）求轴上的载荷首先根据轴的结构图做出轴的计算简图。

对于6004型深沟球轴承，由《机械设计》、《机械设计基础课程设计》中查得B=12mm。

因此作为简支梁的轴的支撑跨距。

根据轴的计算简图做出轴的弯矩图和扭矩图（如图7）。

轴上的作用力支反力总弯矩扭矩（3）按弯矩合成应力校核轴的强度进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的界面强度。

根据《机械设计》公式15-5及表2中的数据，以及轴单向旋转，扭切应力为脉动循环应力，取，轴的计算应力故安全。

4润滑方法滚动轴承是一种重要的机械元件，一台机械设备的性能能否充分发挥出来取决于轴承的润滑是否适当。

可以说，润滑是保证轴承正常运转的必要条件，它对于提高轴承的承载能力和使用寿命起着重要作用，滚动轴承润滑一般可以根据使用的润滑剂种类分为油润滑、脂润滑和固体润滑三大类。

不论采用何种润滑形式，润滑在滚动轴承中都能起到减小摩擦损失、提高传动效率、防止锈蚀和降低噪音的作用。

本机减速箱前腔的轴承润滑选择齿轮油飞溅润滑，后腔和刀轴上的轴承采用脂润滑。

因为在减速箱前腔的转速比较高，所以比较适合采用油润滑，而在后腔和刀轴上的转速比较低，所以可以采用脂润滑。

再者，本机重量轻、结构简单、便于拆卸，而且一次性工作时间不长，所以可以在每次使用前先拆卸下来补充润滑脂，以保证每次工作时的润滑性。

5联轴器的选择取载荷系数，则联轴器的计算转矩为根据计算转矩、最小轴径、轴的转速，ZBJ19013-89，选用GⅡCL1型万向联轴器，用以保证柴油机和减速器轴的同轴度。

6限深装置的设计旋耕机是一种作业范围较广的农用机械，在根据不同的土壤条件和工作要求，需要不同的旋耕深度。

对于由柴油机带动的微型旋耕机，其深度可以用手动调节，即用限深杆上的螺栓来调节旋耕深度。

能实现深耕：

20-25cm；浅耕：

3-6cm。

此设计简单实用，通过调节螺栓决定限深杆的长度符合旋耕机质量轻、价格低、容易维修的特点。

7结论经过3个月的努力，终于完成了茶园旋