白菜收获机结构设计

本科论文目录摘要 IAbstract I引言 11概述 21.1白菜收获机的应用及适用范围 21.2白菜收割机(机械)的国内外发展情况 21.3课题研究的内容及方法 31.3.1主要的研究内容 31.3.2设计方法 31.4本章小结 42总体方案设计 52.1设计内容及要求 52.2方案设计 52.2.1白菜种植特点 52.2.2总体方案设计 52.3本章小结 63大白菜收获机主要零部件设计 73.1电机的选型 73.2收割刀的设计 73.3同步带的概述及计算 83.3.1同步带介绍 83.3.2同步带分类 93.4同步带传动计算 103.4.1同步带计算选型 103.4.2同步带的设计 143.5切割主轴的设计 143.5.1确定切割主轴最小直径 143.5.2求轴上的载荷 153.5.3按弯曲扭转合成应力校核轴的强度 163.5.4轴的疲劳强度 173.6本章小结 204切割主轴传动轴部分设计 214.1切割主轴传动轴所需标准 214.1.1切割主轴的刚度 214.1.2切割主轴的耐磨性 224.1.3切割主轴的旋转精度 224.1.4切割主轴的抗震能力 234.1.5切割主轴的热变形 234.2切割主轴传动轴的分布 234.3切割主轴传动轴形状的选择 254.4切割主轴传动轴的热处理 254.5切割主轴传动轴的设计标准 254.6切割主轴传动轴上轴承的挑选 264.7切割主轴传动轴上轴承的校对计算 274.8切割主轴传动轴外部伸长量 284.9切割主轴传动轴的校核 294.9.1受力作用的转换 294.9.2切割主轴传动轴的挠度 304.9.3切割主轴传动轴的倾角 304.10切割主轴传动轴结构图 314.11切割主轴机构其它部件 314.11.1调整垫圈 314.11.2圆螺母 324.12本章小结 32结论 33致谢 34参考文献 35摘要随着农业经济在社会主要市场经济中占比的逐步上升，如何更快更好的应对市场的变化显得越来越重要。生产方式的发展和作业模式的改进，对于蔬菜等农业的收割效率及质量提出了严格的要求，也为相关的自动化收割机械的发展指明了新的发展方向。白菜是重要的菜篮子工程，当收割季节到来时，只有快速的响应市场才能获得好的利润。随着白菜种植面积的不断增加，大部分白菜的收获方式还是以传统的人工为主。为了增加机械化收割的普及率，降低收割人员的劳动强度，根据实际白菜的收获需求来完成本次毕业设计，实现白菜收获机的设计。通过对设计方案的分析和以及数据计算来验证了设计的可行性。本次研究的主要内容是对白菜收获机的结构进行整体的设计，和状态性能进行探索，设计白菜收获机的动力装置，确定动力机构和传动机构和相关零部件，然后对所设计的零部件通过计算来加以分析及验证，同时对装配图及非标件零件图进行绘制。关键词：白菜收获机；传送带；传动轴AbstractWiththeincreasingproportionofagriculturaleconomyinthemainmarketeconomy,itismoreandmoreimportanttorespondtothemarketfasterandbetter.Thedevelopmentofproductionmodeandimprovementofoperationmodeputforwardstrictrequirementsforharvestingefficiencyandqualityofvegetablesandotheragriculture,andalsopointedoutanewdevelopmentdirectionforthedevelopmentofrelatedautomaticharvestingmachinery.Cabbageisanimportantvegetablebasketproject.Whentheharvestseasoncomes,onlyaquickresponsetothemarketcanmakegoodprofits.Withthegrowingareaofcabbageincreasingyearbyyear,mostoftheharvestmethodsofcabbagearemainlytraditionalartificial.Inordertoincreasethepopularityofmechanizedharvestingandreducethelaborintensityofreapers,thegraduationprojectiscompletedaccordingtotheactualharvestdemandofcabbage,andthedesignofcabbageharvesterisrealized.Thefeasibilityofthedesignisverifiedbytheanalysisofthedesignschemeanddatacalculation.Themaincontentofthisdesignistheoveralldesignofthestructureofcabbageharvester，andtheexplorationofstateperformance,designthepowerdeviceofcabbageharvester,determinethepowermechanism,transmissionmechanismandrelevantparts.Thenthedesignpartsarecalculated,analyzedandverified,andtheassemblydrawingsandnon-standardpartsdrawingsaredrawn.Keywords:Cabbageharvester;Conveyor;Shaft引言在大白菜的收获过程中，收获工作完成的质量好坏直接影响到白菜的储存、加工和销售。从而影响到白菜的市场价格和所带来的经济效益。由于收获作业的复杂，机械化程度很低。在很多地方，人力资源越来越缺乏，劳动力的成本在不断地提高，而且还不容易得到，人工收获白菜的成本在整个生产成本中占比高达30％至50％，因此实现白菜收获的机械化变得尤为迫切。最早在1931年国外研制成了甘蓝收获机，后来日本研制成了自走式白菜收获机和悬挂式大白菜收获机，我国关于此类机械的研究较少。因为我国大白菜的种植以小农户居多，分布广而散。在研究的过程中要考虑到农民一般不具备太多的专业性知识，因此大白菜收获机必须结构简单、容易操作、可靠性高、并且经济实惠。所以合理的设计大白菜收获机的结构至关重要。课题主要设计了一种新的白菜收割机装置，它能够改变过去的劳作形式，加快白菜的收割速度，同时从长期看还降低了生产成本，从而使得白菜整个周期缩短，帮助种植户获取最大化的利益。

1概述1.1白菜收获机的应用及适用范围大白菜作为一种传统的蔬菜，其生产及收割方式一直以人工为主。其收割的具体表现形式主要是，种植人员通过镰刀、铁锹等金属利器割断白菜的根部，再通过人为的拣拾，整齐的摆放储存，销售的时候在进行装车。此类模式使得劳动强度增加，消耗了不必要的人力、物力以及财力，制约了白菜的收割效率，只适用于小规模种植户；同时此类模式也严重影响了下季作物的种植时间。这主要是由于我国在部分农作物自动化收获方面的研究极少所引起的。随着市场对于白菜等农作物需求的快速上升，在大面积种植白菜的地区为了提升白菜的收割效率，逐步引入一些新的白菜收割设备，使白菜能够快速且方便的收割，争取获得较好的收益。随着白菜种植面积的增加、规模化管理，白菜的收获方式不能仅局限在传统的人工收获途径。研究和设计出与我国的白菜种植相匹配的收获技术具有十分重要的意义。1.2白菜收割机(机械)的国内外发展情况大白菜现在我国的南北方均有种植。相比较而言，北方由于气候原因大面积存储白菜，市场需求量巨大，种植面积对于价格的影响较大。在白菜的收割过程中，大约有四层的工作重点都放在白菜的收割上。白菜的收割过程的质量对其储存、加工和销售有着重要影响，间接影响了收益。人工收割白菜的加剧了种植户的作业强度。鉴于此，无论国内外的相关机构都对白菜收割机进行了相关的研究。在国外,加拿人HRDC[1]研制的甘蓝收获机，可以实现单行收割。有拖拉机提供动力，将机械的收割部分安装在左侧，通过电子液压控制系统实现切割刀具的高度调节和拔取升降平台，再由传送带将球茎部运送到集装箱内。Kanamitsu等[2]研发的自走式白菜收获机可以较好的协调机身高度以及前进方向，具备了良好的控制效果，在白菜抓取过程中去除根部且排放有序，其根部去除速度为6m/s，工作速度为0.17～0.28m/s。国外还有许多以甘蓝为研究对象的生产厂家，但是与白菜相关的机械研究较少。在国内对于白菜机械化收割的研究较少。20世纪80年代由台湾大学农机系率先研制的履带式甘蓝收获机可以实现对白菜的收割整套过程（拔取、切根、切除外叶、装箱等）。其工作功率为10kW，单行收割，适用于行距为65cm、株距为40—45cm的种植方式，前进速度为0.04hm2/h[3]，节约2.5倍左右的时间。当今的白菜收获机逐渐向着高速、节能、智能化的方向发展。未来的白菜收割机主要有以下特点:（1）随着蔬菜品种的增加，收割机的通用性能加强，可用于多种蔬菜的收割。（2）在工作过程中，由电脑中的相关程序实现多个伺服电机的同步控制，使收割机能够快速智能化、系统化的实施白菜的收割。（3）对机构收割过程中，能够实现对结构操作参数的动态化调整。在的收割过程中，白菜的根的高度、行距大小不一，机构能够调整响应参数，确保收割的质量。（4）白菜收获机的功能设计趋于模块化，使得机械的维护和保养变得更加简单。1.3课题研究的内容及方法1.3.1主要的研究内容结合机械设计的理论和现在白菜收获机的现状，在充分研究了白菜收获机结构特征的基础上，设计出能够实现机械自动化收获白菜。为了实现这些日标，本文的研究主要如下：（1）分析实际种植白菜的特点、分布特征和收割时的需求，初步确立机械的设计方案。（2）通过白菜收割机的静态性能参数进行分析，再结合实际的生产状况选择合适电动机。（3）完成白菜收获机械各零件的结构设计。（4）完成相关零部件的力学性能检查。1.3.2设计方法（1）根据设计要求，提出满足相关功能的白菜收获机的整体设计方案。（2）根据实际生产需求，选取合适的电机。（3）通过带传送的相关计算来检验和选取合适带传动结构。（4）通过相关力学分析，验证结构的合理性。1.4本章小结本章主要讨论了白菜收获机的应用及适用范围，和国内外的发展状况，制定了以后课题研究的主要内，和设计方法。

2总体方案设计2.1设计内容及要求根据所学的知识的现有的简单机械机械收获装置，设计白菜收获机的结构，要求结构完整简单，收获效率高、坏损率低。（1）完成了合理的白菜收获机的总体设计；（2）完成设备的结构设汁及相关计算，绘制白菜收割机的总体装配图及相关非标件的零件图，同时完成论文的编写；（3）撰写电子、纸质设计计算说明；（4）灵活应用相关所学知识、查阅专业资料，及时完成毕业设计内容，保证论文质量。2.2方案设计2.2.1白菜种植特点（1）白菜叶易受损。白菜的菜心由许多的叶片结球构成，虽然白菜叶娇嫩但是其易受损。（2）白菜的外形存在较大的差异。白菜可以分为许多种类，并且不同品种的白菜的结球大小、外形不尽相同，大致可以分为三种类型：平头型、卵圆型以及直筒型。（3）白菜的高度差异较大。因为白菜的生长与地区、气候、品种等相关，造成了白菜高度的范围波动较大（20cm-80cm）。（4）不同地区白菜的种植密度存在较大的区别。由于地区种植习惯不同以及品种带来的差异等原因导致白菜种植的疏密程度不一，引起了较大变化，常见的种植密度为30-80cm。（5）白菜种植模式一致。白菜都是成行的种植，大部分白菜都是整齐的种植在一条基线上，排列相对来说比较整齐[4]。2.2.2总体方案设计整机通过人推动的力式前进，这样能够减轻机械结构设计强度，同时也节约制造成本。图2.1方案图白菜收获机设计过程中可能遇到各种各样的难题，要想让所设计的白菜收获机适用于不同形式的白菜种植基地，就必须考虑所设计机械的通用性。为了满足这些要求，需要使模块中的大部分零件具有较好的可替代性，需要选择合理的电动机，以实现各机构平稳运行及零组件的快速替换。白菜收获机最重要的部分就是主轴的收割部分，此处选取以电机作为动力源，通过带传动来实现切割，具体的带传动示意图如图2.2所示:图2.2带传动示意图2.3本章小结讨论设计内容及要求，从大白菜的种植特点考虑合理的制定设计方案。

3大白菜收获机主要零部件设计3.1电机的选型通过对于实际应用中同类产品比较，由于本次收获机的主运动为旋转运动且体积较小，故采用蓄电池装置，此种电瓶的外形较小，便于装载电机的主要参数如表3.1所示。表3.1电机的主要参数型号63永磁直流有刷电机额定功率规格表（W）额定电压12-220V额定电流规格表（A）额定转矩规格表（NM）外形尺寸63(mm)适用范围广泛效率90%3.2收割刀的设计为了便于将白菜收割后送到输送带上，选取弯曲型。其中刀具的半径约为150mm,刀具厚度为3mm。考虑到白菜盘菜时菜心直径一般在15mm-35mm,故选取刀具的适用宽度为25mm,刀具之间的间距可根据需要可自行调节。刀具的材料选用65Mn,需要进行调质处理，并且对刃口进行淬火。图3.1刀盘65Mn钢具有良好的物理和化学性能，其强度和硬度、弹性以及淬透性较好，同时在过热敏感性和回火脆性倾向方面性能优异。其不足之处在于经水淬过程中会形成裂纹。对其进行退火热处理可改善切削性能，容易影响冷变形及塑性，降低了焊接性能。在不需要焊接的情况下，为了保证刀具能够正常工作，在刀盘上增加3个螺纹孔，从而使刀片能够于刀具本体相连接。切割刀具的连接采用的是键连接的方式，此处选择平键来作为连接件。平键的规格为12mm*6mm*6mm，键槽的长度为14mm。为了保证小齿轮和轴具有良好的装配精度，选择H7/N6的配合精度。刀盘直径为40mm,采用螺钉和六角螺母连接来保护刀具，保证刀具的工作环境。3.3同步带的概述及计算3.3.1同步带介绍同步带的传动类型主要可分为皮带、链以及齿轮传动。同步带的传动形式可以认为是一个工作表面和经齿轮啮合而形成的运动。一般工程应用中，长距离传送大多会选择链传动或者V带传动。但是由于二者都存在着一定的缺陷，例如：带传动会伴随着弹性滑动、链传动中链条碰撞产生的杂音和颤动等，这些都会极大的影响设备性能，减少设备的使用寿命。故而在一些如制造行业中会广泛的采用同步带传动来增加设备的运行寿命。（1）同步带传动的优点同步带传动的优点可以分为以下三点：=1\*GB3①传动比比较精确。同步带的传动比却决于带轮的比值，即。同步带的制造材料一般为聚氨酯或者氯丁橡胶，这些材料具备一定的弹性。同步带中负责承受负载的是强力层，此层通常用变形程度较小的材料这制备，如细小的钢丝、玻纤等压铸。这样可以使得即使同步带受到过大的载荷也不会改变节距，保证了带齿与同步轮的稳定啮合。故同步带具备了精确的传动比，不会出现丢步、滑差等现象。=2\*GB3②结构紧凑同步带的运动主要是齿的啮合传动，其机构要远远比靠摩檫力传递的V带紧凑很多。同步带的带轮尺寸较小、张紧力较小、传动轴的受力情况不会太复杂，同时与传动轴相配套的滚动轴承尺寸也不会太大，故同步带的结构比较紧凑。=3\*GB3③适应恶劣工况当工作环境较为恶劣时，链传动容易被具有腐蚀性质的物质破坏；V带传动容易受潮出现打滑现象。而同步带传动就不会出现上述状况，同步带的制造材料不容易被腐蚀，受水受潮反而有益于传动，降低带的损耗。同步带的带齿能够将空气中的灰尘杂质带走，其工作形式为带齿通过对轮槽内的气体进行压缩，是带有杂质的气体向槽两侧排除从而达到清洁啮合接触的作用，降低了同步带磨损。（2）带传动的缺点:=1\*GB3①传动的外廓尺寸较大;=2\*GB3②弹性滑动对传动比有较大的影响;=3\*GB3③轴及轴承上受力较大;=4\*GB3④效率较低;=5\*GB3⑤带的寿命较短，约为3000-5000h;=6\*GB3⑥不宜用于易燃、易爆的场合。带传动不但具有良好的传动比并且结构较小，同时也耐摩擦，还具有良好的抗老化能力。如图3.2所示为同步带传动示意图。图3.2同步带传动3.3.2同步带分类（1）梯形齿同步带梯形齿同步带可分为单面带和双面带。根据齿排列的形式不同，双面带有对称（DA）和交错（DB）两种情况。梯形齿同步带的设计存在节距制以及模数制。在工程应用中，我国大都为节距制，我国的同步带的标准为GB/T11361～11362-1989和GB/T11616-1989。（2）弧齿同步带弧齿同步带的结构与梯形齿同步带存在着一些差异。它们的齿形不同、齿的各特征参数要比梯形齿。在承受载荷的时候，应力分布均匀，减少了应力集中的风险，延长了带的使用寿命。弧齿同步带具备了传递功率大，抗耐磨性能好，自润滑性能好，对于工作环境要求低，并且噪音小，被广泛的应用到制造、制药、印刷等领域。3.4同步带传动计算3.4.1同步带计算选型在设计带传动时，设计功率是我们首先要求的。它通常与传递的功率、电机类型和载荷性质以及工作环境、工作时间的长短有关。其表达式如下所示：(3-1)其中:——需要传递的功率 ——工作情况系数。通过查阅工作情况系数表3.2，选取=1.7；表3.2工作情况系数工作机原动机交流电动机（同步电动机），多缸内燃机交流电动机，单缸内燃机每日运转时间H每日运转时间H3-58-1016-243-58-1016-24复印机、计算机、医疗器械1.01.21.41.21.41.6清扫机、缝纫机、办公机械1.21.41.61.41.61.8轻载荷传送带、包装机、筛子1.31.51.71.51.71.9液体搅拌机、洗涤剂、造纸机、印刷机械1.41.61.81.61.82.0搅拌机、牛头刨床、中挖掘机、离心压缩机、纺织机械1.51.71.91.71.92.1抽水泵、发动机、卷扬机、起重机、橡胶加工机1.61.82.01.82.02.2（1）确定带的型号和节距依据所得出的设计功率Pd以及带据的转速n1,通过查阅同步带选型图来选取传送带的型号和节距。其中Pd=0.63kw，n1=56rpm。查表3.3表3.3同步带的型号和节距图3.3带轮最小许用齿表3.4带轮带型速度带型MXL,XXL,XLL,HXH,XXHVmax/(m/s)40-5035-4025-30选同步带的型号为H：，节距为：Pb=8.00mm（2）选择小带齿数z1，z2先初步选取同步带最小许用齿数。查阅图3.3得，小带锯最小齿数为14。实际齿数应该大于这个数据初步取值z1=34,故大带锯齿数为：z2=i×z1=1×z1=34。故z1=34，z2=34。=1\*GB3①确定带锯的节圆直径d1，d2小带锯节圆直径:d1=Pbz1/π=8.00×34/3.14≈86.53mm（3-2）大带锯节圆直径d2=Pbz2/π=8.00×34/3.14≈86.53mm=2\*GB3②验证带速v由公式v=πd1n1/60000（3-3）计算得，s﹤vmax=40m/s,其中vmax=40m/s由表3.4查得。=1\*alphabetica确定带长和中心矩根据《机械设计基础》得所以有：现在选取轴间间距为取,224mm=2\*alphabeticb同步带带长及其齿数确定=()==719.7mm=3\*alphabeticc带锯啮合齿数计算有在本次设计中传动比为1，选取带锯齿数是啮合齿数的两倍，即。=4\*alphabeticd基本额定功率的计算（3-4）查阅表3.5可得同步带的许用工作压力和单位长度，可以知道，.所以同步带的基准额定功率为==0.21KW表3.5基准宽度同步带的许用工作压力和单位长度的质量带型Ta/Nm/(kg/m)MXL270.007XXL310.01XL50.170.022L244.460.095H2100.850.448XH4048.901.484XXH6398.032.473=5\*alphabetice计算作用在轴上力==71.6N（3-5）3.4.2同步带的设计在这里，我们选用梯形带。如下表3.6所示为同步带尺寸表。同步带的图形如图3.4所示。表3.6同步带尺寸型号节距齿形角齿根厚齿高齿根圆角半径齿顶圆半径H840。6.124.31.021.02图3.4同步带图形3.5切割主轴的设计3.5.1确定切割主轴最小直径（1）先按《机械设计基础》P370式（15-2）来初步计算轴的最小直径。此处，轴的材料选择45钢,进行调质热。根据课本《机械设计基础》表（15-3），取，于是得＝112×10.23（3-6）切削主轴设计的相关注意点前面已进行了说明，在此处不做具体的阐述。初步设计轴的结构如下图所示。图3.5切削主轴的结构图轴的受力情况如下图：图3-6切削主轴的受力图3.5.2求轴上的载荷通过切削主轴的受力图，我们可以发现轴截面Ｃ是危险截面。计算步骤如下：＝＝＝4966.34N（3-7）＝＝＝3960.59N＝＝＝2676.96N（3-8）＝＝3356.64-2676.96＝679.68N＝＝4966.34×57.1＝283578.014（3-9）＝＝2676.96×57.1＝152854.416＝＝679.68×71.6＝48665.09＝＝＝322150.53（3-10）＝＝＝287723.45表3.7轴设计受力参数载荷Z轴面H垂直面V支反力＝4966.34N，＝3960.59N＝2676.96N，＝679.68N弯矩M＝283578.014＝152854.416＝48665.09总弯矩＝322150.53,＝287723.45扭矩T14109903.5.3按弯曲扭转合成应力校核轴的强度对于轴的强度验证，我们一般选取轴上弯矩最大和危险截面进行强度的校核。根据《机械设计基础》式(15-5)和表7.2，结合轴旋转时扭转应力，取＝0.6，轴的应力为：＝＝MPa＝12.4MPa（3-11）轴的材料初始选择为45钢，需要进行调质处理，查阅机械设计基础表15-1得[]＝60MP。因此<[]，故认为轴是可靠的。3.5.4轴的疲劳强度（1）判断危险截面从截面A,Ⅱ,Ⅲ,B可以看出，轴在这些阶段只承受扭矩作用。即使键槽或者轴肩以及过渡配合引起的应力集中可能会降低轴的抗疲劳强度，但是初始设计时轴的最小直径是按扭转强度验算并且放了较大的范围，因此截面A,Ⅱ,Ⅲ,B无需在进行校核。由于应力集中对于轴的疲劳强度有较大影响，而截面Ⅳ和Ⅴ处因为过盈配合致使应力和受力两部分力集中，导致截面C成为了最为危险的截面。截面Ⅴ的受力情况与截面Ⅳ存在着不同之处，即截面Ⅴ没有扭矩所引起的应力集中，同时截面Ⅴ的直径要明显大于截面Ⅳ处，所以无需对截面Ⅴ进行强度校核。对于截面C而言，即使所承受的应力最大但不集中，并且此处轴的直径也是最大的，所以截面C无需进行校核。截面Ⅵ和Ⅶ应力不集中，就无需进行校核乱。由《机械设计基础》可知，键槽的应力集中对轴的影响比过盈配合所带来影响要小，故只需对截面Ⅳ两侧进行校核。（2）截面Ⅳ左侧抗弯截面系数W＝0.1＝0.1＝61412.5抗扭截面系数＝0.2＝0.2＝122825截面Ⅶ的右侧的弯矩M为＝90834.04（3-12）截面Ⅳ上的扭矩为＝1410990截面上的弯曲应力＝1.48MPa（3-13）截面上的扭转切应力＝11.49MPa（3-14）轴的材料为45钢，调质处理。由课本《机械设计基础》表15-1查得（3-15）截面上由于轴肩而形成的理论应力集中系数及按《机械设计》附表3-2查取。因，经插值后查得＝1.9，＝1.29又由《机械设计》附图3-1可得轴的材料的敏性系数为，＝0.88故有效应力集中系数按式(《机械设计》附表3-4）为＝1.756（3-16）由《机械设计》中，图3-2查得；由《机械设计》中，图3-3查得。轴按磨削加工，由《机械设计》附图3-4得表面质量系数为轴为经表面强化处理，即，则按《机械设计》式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为（3-17）又由课本及3-2得碳钢的特性系数，取，取于是，计算安全系数值，按课本式（15-6）(15-8)则得S＝＝＝65.66（3-18）S＝＝＝16.92＝＝＝16.38≥S＝1.5（3-19）故可知其安全。截面Ⅳ右侧抗弯截面系数W＝0.1＝0.1＝72900抗扭截面系数＝0.2＝0.2＝145800截面Ⅶ的右侧的弯矩M为＝90834.04（3-20）截面Ⅳ上的扭矩为＝1410990截面上的弯曲应力＝1.25MPa截面上的扭转切应力＝9.68MPa过盈配合处的，查阅机械设计表3-8，通过插值法求得，＝0.8，（3-21）于是得＝3.24＝0.8×3.24＝2.59轴按磨削加工，由课本附图3-4得表面质量系数为轴为经表面强化处理，即，则按课本式（3-12）及式（3-12a）得综合系数为＝3.33（3-22）＝2.68又由课本及3-2得碳钢的特性系数，取，取于是，计算安全系数值，按课本式（15-6）(15-8)则得S＝＝＝66.06S＝＝＝16.72＝＝＝11.93≥S＝1.5即轴的Ⅳ截面右侧强度是符合工程要求的。由于此轴无需考虑过载以及极端的应力分布不均的情况，所以可以省略对轴的静强度检验。到此，完成了对轴的设计。3.6本章小结本章主要针对大白菜收获机的重要部件进行设计，包括电机的选型、收割刀的设计、同步带的概述及计算、以及切割主轴的设计。

4切割主轴传动轴部分设计白菜收获机设计中最重要的部分之一就是切割主轴的传动轴部分。这是因为在现实的制造及生产过程中，白菜的收割效率取决于切割的主轴。切割主轴的加工质量以及相关力学性能对于白菜收割机的功能实现都有较大的影响。在现实的工程中，切割主轴要想具备完善的功能就必须将切割主轴的传动轴设计好。因为，传动轴是切割主轴的核心部段，主要是用来传递主轴的力矩和载荷，以实现带动其他零部件来运转，实现所设计机械的功能。实际工程应用过程中，无论什么样的具备了一定的相似之处，它们都是能够在某些特定的工作环境中持续并且稳定的传递载荷和力矩。不同的传动轴也具备了各自的特征，只有主动轴才能独自在承受较大载荷情况下运转，实现对其他机构的从动运动。因此，必须通过考虑一些关联参数和技术要求来保证其设计以及加工质量。4.1切割主轴传动轴所需标准图4.1主轴部件应满足的基本要求4.1.1切割主轴的刚度切割主轴的传动轴刚度是指在轴在受到外部施加的力或者力矩作用时，通过自身特性来平衡使其外形不发生变形的固有属性。其具体的工作原理，如下图4.2所示。图4.2磨头主轴组件静刚度具体公式为：(N/m)（4-1）在进行方案的设计过程中，必须做到综合考虑，统筹各种因素对轴力学性能的影响，使得所加工轴的刚度能够达到最佳。4.1.2切割主轴的耐磨性轴的耐磨性是轴能在规定的工作时间内保持自身力学性能以及加工精度不变的特性。所以，为了保证轴的耐磨性，我们应该选择硬度系数较高的零部件做配件。同时，我们还需要采取一定的润滑措施以及保护措施来延长使用时间。4.1.3切割主轴的旋转精度轴的转动精度是指当人为操作机械时或机械空运行时以及承受载荷较小时，传动轴会传递力矩和载荷，即：，和，其受力图如下图4.3所示。图4.3磨头主轴的旋转误差4.1.4切割主轴的抗震能力概念：指其排斥受外载荷作用和自身内部结构导致的不稳定震荡，仍能维持恒定工作节奏的本领。由于科技及机械工业的迅猛发展，切割主轴机构对其的要求也会不断增加。4.1.5切割主轴的热变形轴的热变形能力就是指由于在轴的工作过程中受到不同作用力致使轴上各部段因产生较高温度而发生类似热处理变形的特性。在轴的加工过程中，可以采取跟刀架或者切削液来保证加工精度。在设计过程中，我们也可以通过添加润滑油等措施来减少轴发生摩擦运动的可能性。通过上述的措施，我们就能够使加工出来的轴能够持续且稳定的工作。4.2切割主轴传动轴的分布在传动轴的设计中，必须综合考虑到前面所提过的注意事项。同时也需要结合实际状况，来设计传动轴的详细外形分布。通常轴的安装可分为两种形式，左右均布受力和前部以及在轴上中部选取受力点两种方法。实际工程运用过程中，大多数主轴安装都是选取左右均布受力的方式。对于本次设计，我采取的是第一种安装方法。同时在详细的传动轴设计中，还要考虑到如下几点：（1）匹配切割主轴传动轴的内部构造要想使切割主轴的各方面功能能够保全且可以承受较大的载荷，同时也要使轴的形状和结构较为简单，可以考虑通过采用安装多个受力配件的方法来改善受力状况。当然切割主轴内各零部件简的距离不能太紧凑。因此在轴的形状结构较小时，可以通过将轴承安装在不同的地方来分散所承受的载荷。（2）可以保证加工质量在实际工程安装过程中，不同形式的安装过程能够对机械组装后的收割质量形成较大的影响。所以在各部件的安装过程中，必须考虑好安装方法，使装配后的机械装置能够满足其加工质量。（3）可以承载较大的负荷考虑到设计过程中，通常会根据零部件所需承受的载荷来确定与其相匹配的组件。本次设计中，核心部件传动轴的加工形态和所需分段的数目，都能够对白菜收割机的总体功能产生影响表4.1不同型号轴承的对比基本要求滚动轴承滑动轴承动压轴承静压轴承刚度只和型号有关，预紧后可提高一些随转速和载荷升高二增大与节流形式有关，与载荷转速无关旋转精度精度一般或较差单油楔轴承一般，多油楔较高可很高承载能力一般为恒定值随转速增加而增加，高速时受温升限制与油枪相应压差有关抗振能力不好较好很好速度性能中低速较好中高速较好适应于各种转速摩擦功耗一般较小较小本身较小寿命受疲劳强度限制在不频繁启动时，较大自身无限，但供油系统寿命有限噪声较大无噪声本身没有，泵有噪声（4）可以保证利益最大化在工程生产过程中，零部件的力学性能是最重要的技术参数之一，但是零部件的生产成本也应该考虑在内，即如何使收益达到最佳。因此当在设计过程中，既要保证所设计的零部件能够满足其使用功能，又要使零部件的制造成本达到最低。4.3切割主轴传动轴形状的选择在设计过程中，要设计出传动轴的详细外形，就应该将各种各样的状况考虑进来。例如：如何选择设备对各段轴的进行密封，如何选取轴承等主要部件的型号、数量等，同时也要考虑轴的工作状态以及组合类型。在工程生产过程中，阶梯轴是通常会考虑的首选形式。本次对于传动轴的设计，同样将轴加工成阶梯状，这样既方便了加工，又简化了拆卸。4.4切割主轴传动轴的热处理我们知道，弹性模量是所有金属的物理量，不会随意变化是确定的数值。而钢的力学性能却与其有着较大的关系，因此必须根据实际状况。结合选材的经验，生产成本较低的45钢可以成为考虑对象之一。为了确保材料的力学性能能够满足工作环境的要求，必须对材料进行热处理使其材料组织得到一定的改善。表4.2使用滚动轴承的45钢主轴热处理等参数工作条件使用机床材料牌号热处理硬度常用代用轻中负载车，钻，铣，磨床主轴4550调质HB220-250轻中负载局部要求高硬度磨床的砂轮轴4550高频淬火HRC52-58轻中负载PV≤40（N·m/cm·s）车，钻，铣，磨床的主轴4550淬火回火高频淬火HRC42-50HRC52-584.5切割主轴传动轴的设计标准在实际过程中，我们要使切割传动轴能够正常工作，就必须使其符合相关的设计准则。零件的表面加工要求对零件是否能够配合相关配件进行正常工作，起到重大作用。同理，切割主轴传动轴加工精度对与机器的运转精度起到了作用甚大。如果传动轴表面的粗糙度等级越小，表明轴和其他零部件接触之后的形变量也就越低，也就意味着轴在加工之后的性能越好。因此在设计中，应该需要保证切割主轴传动轴具备可以满足零件加工质量要求的设计准则。4.6切割主轴传动轴上轴承的挑选综合上述轴和其配件的研究分析，经过翻阅相关设计参数资料，我们即可确定此处可采用的轴承型号是36206，也就是角接触球轴承，其接触角是15度，但这代号是其以前的名称，现在它的代号为7206C，其具体参数结构如下图所示。图4.4轴承图图4.5轴承结构参数及安装尺寸4.7切割主轴传动轴上轴承的校对计算我们在实际中挑选轴承时，要考虑的因素很多。不但要选取大小合适的，还要能够满足其加载在装置中能够满足加工质量的要求。其选择的正确，则可以使整个装置的性能得到优化，而如果挑选的不合适，那就回影响其本身使用期限甚至整个机构的使用性。所以我们在挑选过程中，必须要结合实际的生产过程，做到因地制宜合理的分析，根据其工作环境，做到满足的轴的加工技术要求，拆装方便，以及现有机器的实际情况等，来挑选出最佳的型号。同时，为了确保轴承能够在工作运行时安全稳定持续，我们还要对其进行相应的校对计算。此处，因为传动机构的实际转速比较大，所以我们可以根据计算基本额定动载荷在挑选及校核其能不能达到使用标准。因为一般是在合理的状态下工作的，所以我们可以选择其标准使用期限为500小时。其计算过程如下：（4-2）上式中，fd——冲击载荷因数：1.5；fn——速度因数：0.822；P——当量动载荷，N；fT——温度因数：1；fh——寿命因数：1；经过翻阅机械设计资料求出，fd=1.5；fm=1.5；；fT=1；fh=1；fn=0.822；在这里的切割部主轴机构设计中，我们可以假设其轴承只受到径向的负荷，则其当量动载荷就是：（4-3）经翻阅《机械设计》书，求出：X=1，且Y=0；所以，N。由以上可得：经过详细的计算论证，这里我们应采用的型号是7206C，其详细的结构数据是：小径d=25mm，外圆直径D=62mm，其kN，而kN，其最大转速是一万转每分钟。同时验算它的额定的静载荷。其额定静载荷的验算方法是：（4-4）其中：，Po——当量静载荷，N；So——安全因数；Cor——轴承尺寸及性能表中的静载荷，N；取So=1.2；综上所述，这里可以认为所选取的轴承能够达到使用要求。4.8切割主轴传动轴外部伸长量在实际的设计过程中，需要使得其在套筒内的前端受力点外有一部分的伸长量，从而将带轮安装在上面实现传动，而这伸长量的大小，对其意义非同寻常。通常是其值越小越好。所以在实际设计中，在能满足要求的情况下，我们务必优先选用较小的伸长量。经过翻阅相关的机械设计手册，查得在本部段的设计中，其伸长量与传动轴轴颈处的直径比值在1.25到2.5之间，所以其伸长量的范围就是在37.5mm到75mm之间。这里我所采用的数值是45mm。4.9切割主轴传动轴的校核通过实际观察我们发现，切割主轴传动轴在整个切割主轴装置的实际运行中起主要作用。因为在机器的正常运行中，传动轴承受很大的负荷，但是其可以接受的形变量却非常小，所以进行切割主轴的相关设计和验证时，实际就是在验证轴的刚度值是否合理。由于无法直接判断切割主轴传动轴具体刚度值的大小，我们不好直接进行测量计算。但是根据其定义我们可知道，如果我们能够求出其挠度和倾角，那么也就能够得出其刚度的情况。4.9.1受力作用的转换如果传动轴上是两个受力承受点的，并且其前端部分分布多个受力轴承，那么这种形式我们可将其转换成一头固定，一头受力的形式，转换图如下所示：图4.6磨头传动轴简化为固定端梁而如果每个受力作用点处的受力轴承只是一个单列或者是双列的结构，那么我们可以把其转换成简支梁的形式，其示意图为以下形式：图4.7磨头传动轴组件简化为简支梁通过上述的对比，根据自己实际的设计方案，发现其原理与上图4-6相同。4.9.2切割主轴传动轴的挠度通过查阅所学的相关材料力学的资料，可以进行更加详细的探究，结果见下图：图4.8固定端梁在载荷作用下的变形根据此原理，那么其极限值（4-5）其中，D=35mm，通过计算得出，。4.9.3切割主轴传动轴的倾角对上图进行分析，能够得到其极限值为：（4-6）通过查阅机械设计手册，查得：当mm,且rad时，其刚度可以满足使用标准，此处的以及分别代表其挠度和倾角的极限值。通过将数值代入上面公式中，发现所求得的以及均在合理的范围之内，所以此次设计的切割传动轴能够符合工作要求的。4.10切割主轴传动轴结构图通过前面的设计计算及校核运算，结合轴的加工知识，切割轴的传动轴最终结构如下图4.9所示：图4.9传动轴结构图4.11切割主轴机构其它部件4.11.1调整垫圈在实际的工程问题中，传动轴上的轴承一般通过进行轴向固定来安装的，而通过调整垫圈就能够达到这个效果。在本次设计中，调整垫圈的相关参数如下图所示：图4.10调整垫圈4.11.2圆螺母在本次设计过程中，为了能够固定砂轮及砂轮夹套，使其能够稳定的持续工作，需要安装圆螺母来使其固定。圆螺母的结构如下图所示：图4.11圆螺母4.12本章小结本章主要对传动轴部分设计，按照所需的标准选择传动轴的形状。对传动轴上的轴承进行校对计算，并对传动轴进行热处理及校核。

结论白菜能够实现机械化收获可以被认为是实现白菜机械化种植中最关键的标志之一。为此本次设计首先对国内外大白菜收获机的发展状和存在难题进行了分析，并在此基础上结合我国大白菜实际的种植情况，设计出一种简便且经济的大白菜收获机。通过使用该种大白菜收获机，不但能够较好地符合我国大白菜种植形态，而且节约了生产成本，更能够被更多的从事蔬菜种植户所接纳。同时该种收割机还降低了劳动强度，提升了白菜的收割速度，使大白菜因突遇极端天气所造成的损失得到了有效降低。此外，间接的影响了白菜生长期、改善白菜的质量和提高产量都具有十分重要的意义。考虑到上述各方因素，此款收获机具备了一定的推广价值，加速了大白菜机械化作业的进程，使得种植大户能够增加产量提升收入，改善了农户种植大白菜的积极性，促进了土地的轮种效率和形成了规模化种植具有极好的借鉴作用。这篇论文也是我将理论知识与实践很好结合的一次体验。本次设计的内容大致可以总结为：(1)对白菜收获机的结构进行整体设计；(2)对白菜收获机的工作状态和性能进行探索；(3)设计白菜收获机的动力装置，确定动力机构；(4)设计白菜收获机的传动机构和相关零部件；(5)对所设计的零部件通过计算来进行分析及验证；(6)绘制装配图及非标件零件图。

致谢时光如流水，转瞬即逝。这次毕业设计是对四年大学生涯的一次全面总结，一次检讨。在这四年中通过老师和同学们的帮助，使我能够静下心来学习一些基础知识，虽然在社会生活和工作中也许用不到，但是它们能够给我们起到很好的引导作用。本次毕业设计的完成，离不开杜芳静、吕国成两位老师精心的指导。在设计中，我遇到一些难题，两位老师总是“授人以鱼不如授人以渔”的思想指导我学会解决问题的途径。在她们的指导下，我基本上能够使用各类书籍和网络工具来查找问题的解决方法。两位老师这种教学精神是我受益匪浅，为我将来的继续深造提供了一定的指引作用。在此，我对两位老师表示衷心的谢谢！同时，我也要感谢我的家人和所以帮助我的人。我的成功离开不了你们的支持和鼓励。最后由于时间限制，本次设计中或许存在着一些不足之处，恳请各位评审老师提出宝贵的意见，在此向你们表示由衷的感谢。

参考文献[1]RogerChagnonP.DevelopmentofaCabbageHarvester[C]ASAEAnnualMeeting2004.[2]KanamitsuM，YamaotoK,ShibanoY,etal.DevelopmentofaChineseCabbageHarvester(part1)[J].JSAM,1993,55(5):133-140.[3]HsuYS,ChangSF.FieldTestsoftheCollegeofAgriculture[D],NationalTaiwanUniversity,1998,28(2):10-18.[4]中国农业科学院.中国蔬菜载培学[M].北京:中国农业出版社,1987.[5]张良栋.机械制造技术基础[M].四川：西南交通大学出版社,2009.[6]沈再春.农产品加工机械与设备[M].北京.中国农业出版社.1993:45-48.[7]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.2006.05.[8]第一机械工业部农业机械研究所.农业机械设计手册（上、下册）[M].北京:机械工业出版社,1972.[9]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册[M].机械工业出版社,1974.[10]陈于平,周兆元编.互换性与测量技术基础[M].北京:机械工业出版社,2006.[11]濮良贵,纪名刚.机械设计[M].北京:高等教育出版社,2006.5:401-402.[12]孙恒,陈作模主编,西北工业大学机械原理及机械零件教研组编,机械原理,第六版.北京:高等教育出版社,2001.[13]孙学强.机械制造基础[M].北京:机械工业出版社.2008,2:98-100.[14]罗锡文.农业机械化生产学[M].北京:中国农业出版社.2002,12:156-159.[15]李宝筏.农业机械学[M].北京:中国农业出版社.2009.8:64-68.[16]成大仙.机械设计手册[M].化学工业出版社.2002[17]黄继昌,范天保,季炳文等.实用机械机构图册[M].人民邮电出版社.1996:162~169[18]王昆,何小柏,汪信远,机械设计基础课程设计[M],高等教育出版社.1995[19]华大年.机械原理.高等教育出版社[M].2000

论文的研究方法和手段有哪些

（1）调查法

调查法是科学研究中最常用的方法之一。它是有目的、有计划、有系统地搜集有关研究对象现实状况或历史状况的材料的方法。一般是通过书面或口头回答问题的方式获得大量数据，进而对调查中收集的大量数据进行分析、比较、总结归纳，为人们提供规律性的知识。

（一）典型例子

调查法中最典型的例子是问卷调查法。它是通过书面提问收集信息的一种方法，即调查人员编制调查项目表，分发或邮寄给相关人员，询问答案，然后收集、整理、统计和研究。

（二）研究步骤

1.确定调查课题

确定题目时要注意选题是否具有研究的必要性和可能性，同时要注意选题切忌太大，也要避免无意义的重复劳动。

2.制定调查计划

要明确调查课题、调查目的、调查对象、调查范围、调查手段、调查步骤、时间安排。

3.收集材料

收集材料时要尽可能保持材料的客观性，尽可能采取多种手段或途径。

4.整理材料

将收集到的材料进行整理，以便后续总结归纳、形成结论。

5.总结研究

对整理完的材料进行分析、总结、归纳，得出一般性的结论。

（三）特点

调查法相对其他研究方法来说较为耗时耗力，但也有其优势，即获得的一手资料信息真实具体，能够对研究对象有更加准确、清晰的认识。

（2）观察法

观察法是指人们有目的、有计划地通过感官和辅助仪器，对处于自然状态下的客观事物进行系统考察，从而获取经验事实的一种科学研究方法。

（一）典型例子

皮亚杰的儿童认知发展理论就是通过观察法提炼总结出来的；儿童心理学创始人——普莱尔，也是在一次次地使用观察法后，提出了儿童心理学领域中的诸多理论。

（二）研究步骤

1.明确观察对象

在选择和确定研究问题的基础上确定观察者与观察对象。

2.制定观察计划

在观察计划中要规定明确的观察目的、重点、范围以及要搜集的材料。

3.做好观察准备

观察准备是否充分，往往影响观察的成败。

4.做好记录

在观察过程中要时时记录，不放掉任何一个关键信息。

（三）特点

观察法具有拓展人们的感性知识、启发思想等优