雙圓盤開溝機的設計和研究

1、雙圓盤開溝機的設計和研究摘要通過對現有開溝機的比較研究,確定了雙圓盤開溝機的總體結構,并對 該機的主要參數、工作原理、工作部件做了分析。該機結構緊湊,整體布局合 理,設計可達到預定效果,具有良好的推廣前景。雙圓盤開溝機不同于鏈式開溝機,它采用了銑削原理,通過圓盤部件對土 壤進行銑削,具有效率高,開溝溝型完整,土壤拋灑均勻等優(yōu)點,大大提高了 生產率并降低了勞動強度。雙圓盤開溝機適用于開挖溝渠魚塘以及鋪設電纜的 工作,是農業(yè)工程機械中不可或缺的一部分。本次設計運用了液壓、機械等方面的知識完成了雙圓盤開溝機的設計,包 括開溝機傳動箱、機身、液壓等部分。對傳動箱進行了設計,包括齒輪的設計 和校核及軸的

2、校核,使該機的設計更加完整,設計中參考了許多國家標準使得 雙圓盤開溝機在使用中更加方便。關鍵詞: 農業(yè)工程機械 雙圓盤開溝機 設計Design and Research of the Double­disk Trencher Abstract Through the comparative research of existing ditching machines, we have confirmed t

3、he ensemble structure of the double­disk trencher and analys its main parameters, operation principle, working components. It has proved that this machines structure is compac

4、t and is rationally and entirely distributed. The design could attains the anticipated result and has good popularization prospects. Unlike chain trencher, which uses the mill

5、ing principle components of the soil by disc milling, high efficiency, open Gully type complete, the advantages of uniform soil spilled, greatly improving the productivity and

6、 reduce labor intensity. Double­disc trencher for digging and laying cable pond work. It is an integral part of agriculture construction machinery. This design used a

7、0;hydraulic and mechanical knowledge to complete the double disc ditching machine design, including ditching machine's gear box, body, hydraulic and other parts. Carried out on

8、 the gear box design, including gear and shaft design and verification check of the machine's design is more perfect, the design reference to a number of nationa

9、l standard makes double­disc trencher more convenient in using. Keywords agriculture engineering double­disc trencher design目 錄前言 1 第  1 章 雙圓盤開溝機概述 2 1.1 雙圓盤開溝機概念 2 1.2 雙圓盤開溝機發(fā)展及現狀 2

10、60;1.2.1 日美俄開溝機發(fā)展狀況 3 1.2.2 我國開溝機發(fā)展狀況 3 1.3 雙圓盤開溝機研究意義 4 第  2 章 雙圓盤開溝機總體設計 5 2.1 雙圓盤開溝機結構組成 5 2.2 雙圓盤開溝機工作原理 5 2.3 動力機 5 2.4 工作部件 5 2.4.1 結構 5 2.4.2 運動分析 5 2.4.3 參數選擇 6 2.5 傳動部件 8&

11、#160;2.5.1 傳動總軸 8 2.5.2 傳動箱 8 2.6 液壓部分 8 2.7 機身 8 2.8 懸掛裝置 8 2.9 附屬裝置 9 第 3章 雙圓盤開溝機傳動箱設計計算 10 3.1 直齒圓柱齒輪設計計算 10 3.1.1 軸直齒圓柱齒輪設計計算 10 3.1.2 軸直齒圓柱齒輪設計計算 13 3.2 直齒錐齒輪設計計算 16 3.2.1 軸直齒錐齒輪設計計算 16

12、 3.2.2 軸直齒錐齒輪設計計算 19 3.3 齒輪軸強度校核計算 19 3.3.1 軸強度校核計算 193.3.2 軸強度校核計算 21 結論 22 致謝 23 參考文獻 24前 言隨著經濟的發(fā)展,國家對基本建設力度加大,地下管道、電纜鋪設工程數 量激增,質量要求提高?？咳斯ら_挖,不僅效率低下,溝槽開挖質量欠佳,且 不能滿足 “ 微創(chuàng) ” 要求。農田基本建設機械種類也很多,開溝機就是其中一種,開溝機主要是用于 開掘排灌渠道,是實現農田水利化的重要機具,也可用于造林時開掘帶狀植樹 溝。國外開溝

13、機發(fā)展有多年歷史,國外廠商根據用戶的不同需要在開溝機上配 備多種工作裝置。近年來我國研制生產的旋轉開溝機,采用低速一次成溝和切 土、拋土功能分開的銑拋盤結構,具有較高的生產效率。雙圓盤開溝機工作時由拖拉機的動力輸出軸帶動開溝機的刀盤旋轉,安裝 在刀盤上的刀齒銑切土壤形成溝渠,同時溝中的土壤被刀齒拋到溝外。這種旋 轉式開溝機與牽引式開溝機相比,其優(yōu)點是牽引阻力小,功效高,溝中被挖去 的土可均勻撒在溝邊兩側地表,也可集中堆在溝沿成埂。我的畢業(yè)設計選擇的題目是“雙圓盤開溝機” ,雙圓盤開溝機設計,主要要 求雙圓盤開溝機實現梯形溝渠的開挖過程。通過兩銑削盤銑削土壤,可以做到 開溝溝型完整,土壤拋灑均勻

14、。通過設計,分析雙圓盤開溝機傳動、懸掛、機 身等。在進行設計的過程中參考了國家標準和相關專利,對機具的傳動箱進行 校核分析。由于時間倉促和作者的知識水平有限,論文中的錯誤和不足在所難免,請 各位老師給予批評指正。第 1 章 雙圓盤開溝機概述開溝機的種類很多,就其動力而言,有與大、中型拖拉機相配套的;也有 與手持拖拉機相配套的;就其形式而言,有配置在拖拉機后方的,稱之為后置 開溝機,有配置在拖拉機前方的,稱之為前置式開溝機,也有配置在拖拉機側 邊的,還有用拖拉機牽引的。目前使用的開溝機主要是與手扶拖拉機配套的前 置式開溝機和后置式開溝機。開溝機按工作部件和工作原理的不同,可以分為 鏵式開溝犁以鏵

15、式犁體為工作部件,實際上就是一個單鏵犁。按犁體結構可分 為單翼和雙翼兩種;按掛接方式可分為懸掛式和牽引式兩種。溝型按橫截面的形狀分,有矩形溝和梯形溝兩種,可根據不同作物和不同 地區(qū)對農藝的不同要求選擇適宜的溝形。鏵式開溝犁在結構和性能上都比較成熟。其優(yōu)點是結構簡單,工作可靠, 單位功率小,生產效率高,作業(yè)成本低。但結構笨重,牽引阻力大,需與牽引 力大的鏈式拖拉機配套, 由于受附著性能的限制, 不能充分發(fā)揮拖拉機的功率。 旋轉開溝機利用拖拉機動力,驅動旋轉刀齒削土開溝,牽引阻力小,能充 分發(fā)揮拖拉機的功率,適應性強,作業(yè)質量也較好。但傳動復雜,制造工藝要 求高,單位功率消耗大,生產率比鏵式開溝犁

16、低。對于配套動力雖可與牽引力 不大的輪式拖拉機配套,但要求選擇功率大而行駛速度低的,最好與有爬行檔 的拖拉機配套工作,旋轉開溝機由于優(yōu)點突出而廣泛使用。旋轉式開溝機以旋轉刀齒為工作部件,按工作部件的類型分為縱向或橫向 螺旋齒式,傾斜螺旋齒式,轉鼓式和旋轉盤式等幾種。其中旋轉盤式開溝機優(yōu) 點較多,應用較廣,按旋轉盤數分為單盤和雙盤兩種。掛接方式大都為懸掛式。 圓盤式開溝機分為單圓盤式和雙圓盤式兩種,入土角為鈍角,依靠圓盤的旋轉 進行切土開溝。圓盤開溝機的特點是滾動切土,不易堵塞,開溝阻力小,不掛 草,可以在雜草和殘茬多的田間工作。1.1 雙圓盤開溝機概念雙圓盤開溝機由兩個銑刀盤進行銑削作業(yè),與拖

17、拉機掛接進行開溝清淤的 一種機械。1.2 雙圓盤開溝機發(fā)展及現狀開溝機按原理分兩種:犁式開溝機和旋轉開溝機,犁式開溝機開溝部件不 旋轉,直接由動力牽引,開溝速度快、效率高,但一般開溝深度較小,土壤硬度不能太大;旋轉開溝機則是工作部件旋轉,稱為銑削式開溝,溝型平整。開溝 機主要有以下幾種:犁式開溝機、割盤式開溝機、雙圓盤式開溝機,回轉鏈式 開溝機以及立式螺旋式開溝機。1.2.1 日、美、俄開溝機發(fā)展狀況國外開溝機發(fā)展有五十多年的歷史,主要以美國、俄羅斯、法國及近幾年 發(fā)展較快日本等國家主,且國外廠商根據用戶的不同需要在開溝機上配備多種 工作裝置,如推土板、鑿孔器、鋪纜器等, 90年代北美銷售量達

18、近萬臺。日本小型 :LT 800 手扶鏈刀開溝機,溝深  80cm 溝寬  27cm , 58 馬 力;  C 15系列開溝機 溝深 120cm 溝寬 2040cm,  18馬力;  F 75 四輪驅動 溝 深 180cm 溝寬 1540cm, 14馬力。歐美中型 :M 220 液力驅動 溝深  91cm 溝寬  1015cm 20 馬力; PT  18 牽引式開溝機 溝深  183cm 

19、;溝寬  1015cm , 35 馬力驅動,牽引大馬力拖拉 機; BH 900 3P 懸掛式挖溝機溝深 244cm 溝寬 30cm 中馬力拖拉機。俄羅斯懸掛式開溝機:aTy 161 溝深:160cm 溝寬  2040cm 50 馬力拖拉 機。1.2.2 我國開溝機發(fā)展狀況我國七十年代中期由天津工程機械所和長春工程機械廠合作,研制出我國 首臺輪斗式開溝機。八十年代中期,三、四個廠家分別開發(fā)了幾種開溝機械, 但由于機械性和技術性的等原因未能全面推廣。直到二十世紀末,天津工程機 械研究所開始新一輪開溝

20、機的研制,主要研究的是輪式開溝機和挖壕機,研制 出了  GC60 和軍用挖壕機兩種開溝機。現代農裝湖州聯(lián)合收割機有限公司引進 美國公司技術, 產生了 244D 多功能田園機, 采用了回轉鏈式結構,但是成本增 高。 圖 1.1 雙圓盤開溝機工作我國手扶中馬力、大馬力 1kp 100、 1kp 150、 1kp 250開溝鋪管機。開 溝深:1、 1.5、 2.5m 和  1k 30、 1k 35、 1k 40 圓盤開溝機溝深:30、 35、  40cm 、 1kx 100旋轉雙圓盤開溝機溝深 100cm 梯形溝等機型。

21、1.3 雙圓盤開溝機研究意義開溝機是工程機械的主要機種之一,廣泛的應用于農田水利建設、通信電 纜及石油管線的鋪設、市政施工以及軍事工程的建設。開溝機具有專用性強, 設備投資少,可連續(xù)開掘,工作效率高等特點。國外連續(xù)式開溝機已經使用的 很廣泛,國產開溝機投入使用的較少。隨著生產建設的全面啟動,開溝施工工 程規(guī)模越來越大,如基礎建設施工開溝、光纜、電纜、管道鋪設等方面都面臨 著巨大的開溝工作量,特別是在農業(yè)領域,都是用工量很大的作業(yè),我國幾乎 用人工完成。農田土地不平整雜草亂石及作物根茬等情況,要求研制適合我國 國情的開溝設備,對提高開溝效率、減少人力物力資源浪費,提高勞動生產率 有重要意義。根據

22、相關要求,所研制開溝機需要滿足的技術指標為:生產效率大于 60m ³ /h;開挖深度 1m ,上口寬 1.9m ,下口寬 0.4m ,溝深 1m ;溝槽一次開挖成型,溝 型完整。要研究一種雙圓盤開溝機用以滿足以上要求。第 2 章 雙圓盤開溝機總體設計2.1 雙圓盤開溝機結構組成該機由東方紅 ­75型拖拉機、 傳動總軸、 傳動箱、 左右銑刀盤、 機架、 尾輪、 液壓裝置、安全裝置、擋土罩等部分組成。2.2 雙圓盤開溝機工作原理雙圓盤開溝機是仿照銑削原理加工土壤來完成開溝作業(yè)的。工作時拖拉機 低速直線前進,銑刀盤軸旋轉,刀齒嵌入土壤、切斷土壤、拋出土壤、兩個銑 削盤銑

23、削并拋出本身所占據的溝型斷面,中間部分土壤靠自重落到刀盤上,在 由刀盤內拋板將這部分土壤拋出。2.3 動力機確定配套動力,要滿足機具和各部件的動力的需求,并保證其配套動力合 理,另外,考慮到道路、橋梁所需允許通過的機具最大外型尺寸和重量,擬定 東方紅 ­75型拖拉機作動力。2.4 工作部件銑刀盤2.4.1 結構銑刀盤共兩件,左右對稱布置,由刀齒和盤轂焊合兩部分組成,刀齒包括 徑向切刀和內拋板。2.4.2 運動分析雙圓盤開溝機工作時, 隨著機具的前進, 旋轉銑刀盤連續(xù)不斷的切削土壤, 并將切除的垡片拋到溝外。因此,旋轉刀盤上的刀齒切削土壤時的運動軌跡為 一擺線,設雙圓盤開溝機刀盤軸心為

24、直角坐標系的原點  O ,開溝機前進方向為  X 軸,溝坡至溝底的方向為  Y軸。刀齒端點  M的運動軌跡可用時間 t 的參數方 程如下: X=ut+Rsinwt                             (1 Y=Rcosw

25、t                              (2 式中:u 為機具前進速度(米 /小時 ;R 為刀齒端點  M至軸心距離(米 ;  w 為刀齒旋轉角速度(弧度 /秒刀齒 M 點沿 X 軸與  Y軸的速度分量為: V X =dx/dt

26、=u+Rwcoswt                         (3 V Y =dy/dt=­Rwsinwt                  

27、         (4 刀齒端點 M 放入瞬時切削速度為: V 切 2 2 2 2 2 w R 2uRwcoswt U + + = + Y X V (5由公式可以看出,機具的前進速度  u 改變時,擺線形狀發(fā)生變化,刀齒切 削垡片的長度厚度改變,即作用在刀齒上的切削阻力發(fā)生變化,功率消耗也發(fā) 生變化。當刀齒回轉半徑 R 及回轉角速度 w

28、改變時, 也使刀齒切削垡片的軌跡發(fā)生 變化,改變了作用在刀齒的切削阻力,使功率消耗發(fā)生變化。刀齒切削土壤時,切下的垡片與刀齒一起運動,使垡片產生離心慣力, R 、  w 的改變使離心力改變,消耗于垡片與土壤間的摩擦力和拋擲力改變,即由摩 擦功和拋擲所產生的功率消耗亦改變?？梢?機具前進速度  u,刀齒回轉半徑  R,角速度  w 是影響開溝機功率消 耗的主要因素,合理的選用這些參數,將能改變雙圓盤開溝機的性能。2.4.3 參數選擇(1 銑刀盤直徑刀盤直徑主要取決于溝渠斷面的尺寸。一次成型的開溝機,刀盤小端直徑  d 

29、;應大于溝墻斜面長度  L,一般可取  d= (1.21.4 L ,選擇較小的刀盤直徑可以使機具的重量減輕。但直徑太小時,溝 中散土不能順利的拋出溝外,溝中回土較多。因此應在保證機器工作性能的前 提下選擇較小直徑。要求溝深  1 米,下底寬  0.4 米,上口寬為  1.9米。在這里選擇  d=1.25L,因  L=1.25可以得到 d=1.5625(米 , D 小 選擇 1.56 米刀盤大端直徑 D 大 取 1.76米。(2 刀盤的線速度 V 的選擇圓周速度主要根

30、據土壤情況和對土壤拋擲的要求來選擇。圓周速度越高, 拋土距離越大拋散也比較均勻,但能量消耗劇增。因此為了減少能量消耗,在 滿足工作要求的情況下,圓周速度要小一點。一般拋土距離在十五米以內時, 圓周速度可以在  715 米 /秒的范圍內選擇。根據選定的圓周速度和刀盤直徑即 可計算出刀盤的轉速。這里選擇 9.4米 /秒。(3 銑削方向刀盤的銑削方向有順銑和逆銑兩種,一般采用逆銑,即刀盤的旋轉方向與 拖拉機驅動輪轉向相反。逆銑時,刀盤在切土和拋土過程中和土壤接觸的途徑 較短,因而拋土的能量消耗少。故選擇逆銑方式。(4 刀齒進給量 S 的選擇進給量的選擇原則是:刀齒背部不頂土,牽引

31、阻力要在拖拉機額定牽引力 允許的范圍內,銑刀盤阻力矩要在拖拉機動力輸出軸額定輸出扭矩的范圍內。 前蘇聯(lián)在開溝機設計中, 根據土質的不同類型推薦選用 0.5­6厘米范圍內, 該機 具選用 4厘米。(5 刀齒數及其排列銑刀盤上刀齒數目決定于銑刀盤的形式及尺寸,切削條件和對土壤的拋擲 要求。一般刀齒均按多頭螺旋線排列,以使機械負荷均勻。刀盤端面內拋板數 和螺旋線頭數相同。徑向切刀成平行四邊形共十八把,沿刀盤圓周呈六頭螺旋線排列。刀齒由  65Mn 鋼板鍛打而成,刃口淬火,硬度  HRc45­52,內拋板六塊,由  Q235 鋼板

32、制成。(6 機具前進速度 u 的選擇機具前進速度和拖拉機發(fā)動機功率和溝型截面積有關,用經驗法進行設計 時,是用比功或比能耗  KN 作為估算基礎的,它定義為一個工作小時中消耗功 率和生產率的比值(比功的大小取決于土壤的物理機械性能,工作部件和土壤 切片的形狀及參數,工作部件和土壤相互作用過程的運動學等特性 。  u=N/(KN·S  其中 :u為拖拉機的前進速度;  N 為拖拉機輸出軸的軸功率;在本式中已經包括了開溝機傳動系統(tǒng)消耗的功率,S為溝渠的橫截面積,為  1.15m 2 , KN 的選擇

33、范圍在  0.15­0.37 千瓦·小時 /米  2 ,東方紅 75 型拖拉機的 額定功率為 5.88千瓦, 發(fā)動機的功率利用率為 85%, 則 N=5.88×85%=5 (千瓦 , 如在考慮到拖拉機牽引功率為 3.7千瓦, 則按 46千瓦計算,為保證機具在各類 土壤中均能達到設計溝深,KN 取 0.37 u=*×S KN N  =46/(0.37×1.15  =46/0.43106(米/小時根據計算 u 可達到 106米/小時,按±(

34、50-70米/小時作為機具調節(jié)范圍以供 使用選擇。2.5 傳動部件由傳動總軸和傳動箱兩部分組成。2.5.1 傳動總軸傳動總軸是通過帶有空間可變角度萬向節(jié)傳遞動力,為防止雙圓盤開溝機 在作業(yè)時過載,通常在傳動部分裝有安全裝置。2.5.2 傳動箱傳動箱是通過齒輪傳動來降低輸出軸轉速,增加輸出扭矩,并改變動力輸 出方向,箱體為整體鑄造結構。2.6 液壓裝置選用 FP 2 ­75A雙閥分配器和 YG110型油缸,它的作用是操縱尾輪,在運 輸狀態(tài)時起后支撐作用,在作業(yè)時調節(jié)開溝深度。液壓系統(tǒng)是提升農具的動力和控制裝置,它由油泵、分配器及操縱機構, 液壓油缸和輔助裝置等組成。

35、按照液壓元件在拖拉機上的布置方式的不同,拖 拉機的液壓系統(tǒng)可以分成三類分別是分置式液壓系統(tǒng)、半分置式液壓系統(tǒng)和整 體式液壓系統(tǒng)。本課題中由于開溝機后置于拖拉機并懸掛,考慮經濟實用的原則仍使用拖 拉機現有的液壓系統(tǒng)。2.7 機身機身主要指的是機架。機架是開溝機的骨架;所有的部件都連接在機架上。 目前我國開溝機多采用平行梁架,用鋼桿和槽鋼焊接而成。2.8 懸掛裝置拖拉機在田間作業(yè)時,與農具的連接方式有牽引式和懸掛式兩種。牽引式 連接是將開溝機鉸接在拖拉機后端牽引桿的掛鉤上,農具的重量由它本身地輪 支撐,工作時農具的升降和耕深的控制是通過作業(yè)者手動操縱實現的,這使得 農具復雜笨重,機動性和通用性較差

36、,勞動強度大。懸掛式連接是將農具懸掛在拖拉機上,它們組成了一個整體,駕駛員可以 在拖拉機上控制農具的升降和耕深,這使得農具結構簡單、重量輕,機動性好, 提高了效率,當懸掛式連接采用液壓系統(tǒng)作為提升動力后,可以實現自動調節(jié) 耕深,改善了勞動條件提高了機具的工作質量。懸掛式連接還可以改變拖拉機 的受力狀態(tài),有利于改善拖拉機的牽引性能。液壓裝置已經成為拖拉機不可缺少的組成部分。懸掛機組工作時, 應使耕深均勻, 發(fā)動機負荷波動小, 不影響機組生產率. 故 須有調節(jié)裝置,以適應土壤比阻和地面形狀的變化。選擇位調節(jié)方式。2.9 附屬裝置附屬裝置包括附變速箱和動力輸出軸。雙圓盤開溝機作業(yè)時要求配套的拖拉機有

37、 50­200米 /小時左右的低速, 而拖 拉機沒有這樣的低速檔,需安裝附變速箱,該機具選用 75­37F附減速箱。增加 的附減速箱不影響拖拉機動力輸出軸轉速。由于雙圓盤開溝機所需要的回轉功率是通過動力輸出軸傳遞的,占拖拉機 全部輸出的 95%以上,而牽引功率所需功率一般不超過 2.2­3.7千瓦,不到全功 率的  5%,因此要求拖拉機動力輸出軸能全功率輸出,而東方紅 ­75 型拖拉機輸 出軸的花鍵規(guī)格強度不夠,須將花鍵的直徑增加50。 第三章 雙圓盤開溝機傳動箱設計圖 3.1 雙圓盤開溝機齒輪傳動功率從動力輸出軸輸出,經過萬向節(jié)軸承

38、和齒輪傳動消耗部分功率,如傳 動簡圖:農用機械齒輪選擇八級精度,圓柱齒輪傳動效率為 0.97,錐齒輪傳動 0.940.97,這里我們選擇 0.95,萬向節(jié)效率為 0.95,球軸承效率為 0.99,滾 子軸承效率為 0.98,由此我們可以計算出各軸效率,經計算最后傳到銑刀盤軸 的效率約為 23kw,這里就按 23kw 計算。3.1 直齒圓柱齒輪設計計算3.1.1 軸直齒圓柱齒輪計算已知  P 1=65kw ,  n 1=540r/min , Z 1=30, Z 2=79,壽命  Lh=12000h,小齒輪相 對其軸的支撐為不對稱布置。(1選擇齒輪

39、的材料和精度等級1由教材表  10­1 選擇小齒輪的材料為  40Cr,硬度  280HBS,大齒輪材料為  45 鋼(調制硬度 240HBS ,二者材料硬度相差 40HBS 。2雙圓盤開溝機屬于農業(yè)機械,故精度等級選擇 8級。(2按齒面接觸疲勞強度計算:由設計計算公式進行計算即:3 2 1 1     1 ( . 2 H E d t Z u u&

40、#160;KT d s × + F ³ 1試選載荷系數:Kt=1.8;2計算小齒輪傳遞的扭矩:T 1= = ´ 1 1 6 10 55 . 9 n P 9.55×10 6 ×(54.5/540N·mm=963842.6N·mm3確定齒寬系數:小齒輪做不對稱布置,查表 10­7選擇 d =1.0。4確定彈性影響系數:查教材表 10­6得  Z E =189.8MPa ½

41、5確定區(qū)域載荷系數:按標準直齒圓柱齒輪設計得  Z E =2.5 6齒數比: u= Z2/ Z1=79/30=2.63 7 根據循環(huán)次數公式  N=60njLh計算應力循環(huán)次數 : N 1=60n1jLh=60×540×1×12000=3.88×10 8 N 2=60n2jLh=60×540×(30/79×12000=1.476×10 88 取接觸疲勞壽命系數:查教材圖 10­19中曲線 1可得  K HN

42、1=1.1               K HN2=1.15 9 計算接觸疲勞許用應力:查教材圖 10­21(d Hlim1=600Mpa Hlim2=550MPa得取失效率為 1%,安全系數 S H =1 H 1=Hlim1 K HN1/SH =(1.10×600/1.0Mpa=660MPa H 2=Hlim2 K HN2/SH =(1.15×550/1.0Mpa=

43、632.5MPa  2 1 1     1 ( . 2 H E d t Z u u KT d s × + F ³ =2.321.8×963842.6(2.63+1189.8 2 /2.63×632.5 2 1/3 mm=139mm11 計算齒輪的圓周速度:v=3.14 d1t n 1/(60×1000=3.14×139×

44、;540/(60×1000m/s=3.928m/s4m/s12 計算齒寬和齒高比:b=d d 1t =1.0×139mm=139mm齒高:13 計算載荷系數:齒輪的使用載荷系數載荷情況以輕微沖擊為依據,查教材表 10-2得:KA =1.25 由教材圖 10-8 查的 K V =1.18 直齒輪 K Ha =KFa =1 由表 10-4得: KH=1.34 由 10-13得: K F=1.28 接觸強度載荷系數:14 按實際的載荷系數校正分度圓直徑:1 1 t t K K mm=143.5mm (3

45、0;校核齒根彎曲強度 載荷系數:1 確定彎曲強度載荷系數:2 查取齒形系數和應力校正系數: 查教材表 10-5得:3 計算彎曲疲勞許用應力: 由教材圖 10-8得: K FN1= KFN2=1 取安全系數: S F =1.4 由教材圖 10­20(c 得:FN1=500MpaFN2=440MPa按對稱循環(huán)交變應力確定許用彎曲應力: F1=0.7FN1 K FN1/SF =0.7(1×500/1.4Mpa=250MPa F2=0.7FN2 K FN2/SF =0.7(1×440

46、/1.4Mpa=220MPa4 計算大小齒輪的 Y Fa Y Sa /F 并加以比較大齒輪數值大 5 設計計算:2 1 1   2 ÷ ÷ øö è æ F ³ F Sa Fa d Y Y Z KT m s =4.23mm 齒輪模數的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力,可將模數圓整為標準 值m=5mm 按接觸強度算得分度圓直徑 d 1=143.5mm 算出小齒輪齒數  Z

47、1= d1/n1=143.5/5=28.729大齒輪齒數  Z 2=2.63 Z1=76.2776這樣計算的齒輪傳動既滿足疲勞強度又滿足齒輪彎曲疲勞強度并做到結構緊 湊,避免浪費。 (4計算幾何尺寸 1 計算分度圓直徑: d 1= Z1m=5×39mm=145mm d 2= Z2m=5×76mm=380mm2 計算中心距: a=( d1+ d2/2=(145+380/2mm=262.5mm 3 計算齒輪寬度:b=d d 1=1×143.5mm=143.5m

48、m144mm取 B 2=144mm      B 1=150mm 3.1.2 軸直齒圓柱齒輪計算已知 P 2=52.8kw ,  n 2=206r/min ,  Z 3=50, Z 2=100,壽命 Lh=12000h,小齒輪 相對其軸的支撐為不對稱布置。 (1選擇齒輪的材料和精度等級1由教材表  10­1 選擇小齒輪的材料為  40Cr,硬度  280HBS,大齒輪材料為  45 鋼(調制硬度 240HBS ,二者

49、材料硬度相差 40HBS 。 2雙圓盤開溝機屬于農業(yè)機械,故精度等級選擇 8級。 (2按齒面接觸疲勞強度計算: 由設計計算公式進行計算即:(  2 2 3   1 . 2 ÷ ÷ øö è æ + F ³ H E d t Z u u KT d s 1試選載荷系數:Kt=1.8; 2計算小齒輪傳遞的扭矩:P 2=65=52.8KW 2 2&

50、#160;6 2 10 55 . 9 n P T ´ = = 9.55×10 6×(52.8/206N·mm=2447767N·mm3確定齒寬系數:小齒輪做不對稱布置,查表 10­7選擇 d =1.0。 4確定彈性影響系數:查教材表 10­6得  Z E =189.8MPa ½5確定區(qū)域載荷系數:按標準直齒圓柱齒輪設計得  Z E =2.5 6齒數比: u=Z4/ Z3=100

51、/50=2 7根據循環(huán)次數公式  N=60njLh計算應力循環(huán)次數 : N 3=60n3jLh=60×206×1×12000=1.4832×10 8 N 4=60n4jLh=60×102×12000=7.344×1078取接觸疲勞壽命系數:查教材圖 10­19中曲線 1可得  K HN3=1.28          K HN4=1.3 9計算接觸疲勞許用應力

52、:查教材圖 10­21(d Hlim3=600MpaHlim4=550MPa得取失效率為 1%,安全系數 S H =1 H 3=Hlim3 K HN3/SH =(1.28×600/1.0Mpa=768MPa H 4=Hlim4K HN4/SH =(1.3×550/1.0Mpa=715MPaH 中較小值(  2 2 3   1 . 2 ÷ ÷ øö è æ + F ³ H

53、0;E d t Z u u KT d s =2.321.8×2447767(2+1189.8 2 /2×715 2 1/3mm=180mm11計算齒輪的圓周速度:v=3.14 d1t n 1/(60×100012計算齒寬和齒高比:b=d d 3t =1.0×180mm=180mm齒高:13計算載荷系數:接觸強度載荷系數:14按實際的載荷系數校正分度圓直徑: mm=182.3mm (3 校核齒根彎曲強度 載荷系數:1確定彎曲強度載荷系數:2查取齒形

54、系數和應力校正系數: 查教材表 10-5得:3計算彎曲疲勞許用應力: 由教材圖 10-8得  K FN3=0.85          K FN4=0.88 取安全系數:S F =1.4 由教材圖 10­20(c 得:FN3=500MpaFN4=440MPa按對稱循環(huán)交變應力確定許用彎曲應力: 4計算大小齒輪的 Y Fa Y Sa /F 并加以比較大齒輪數值大 5設計計算: 3 2 3 2 

55、0; 2 × F ³ F Sa Fa d Y Y Z KT m s =3.77mm 齒輪模數的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力,可將模數圓整為標準值m=5mm 按接觸強度算得分度圓直徑 d 3=180mm 算出小齒輪齒數  Z 3= d3/n2=182.3/5=36.4636大齒輪齒數  Z 4=2Z4=72.9273這樣計算的齒輪傳動既滿足疲勞強度又滿足齒輪彎曲疲勞強度并做到結構緊 湊,避免浪費。 (4計算幾何尺寸 1計算分度圓直徑:&#

56、160;d 3= Z3m=5×36mm=180mm d 4= Z4m=5×73mm=365mm2計算中心距: a=( d3+ d4/2=(180+365/2mm=272.5mm 3計算齒輪寬度:b=d d 3=1×180mm=180mm取 B 4=180mm      B 3=185mm 3.2 直齒錐齒輪設計計算3.2.1 軸直齒錐齒輪計算設計用于開溝機的直齒圓錐齒輪傳動,軸夾角  90º,傳遞功率 &#

57、160;P=23.4kw,轉速  n=102r/min,齒數比 u 1=1,兩班制工作壽命十年(按一年 300天算 。 (1選擇齒輪的材料和精度等級1由教材表 10­1選擇兩齒輪的材料為 40Cr ,硬度 280HBS 。 2雙圓盤開溝機屬于農業(yè)機械,故精度等級選擇 8級。 3選擇齒輪齒數  Z 1= 65 Z 2=u Z1=65取  Z 2=65 u= Z2/Z 1 (2按齒面接觸疲勞強度計算: 由設計計算公式進行計算即:2 1 2 1 5 . 

58、;0 1   . 2 u KT Z d R d H E t F - F ÷ ÷ ø ö è æ = s 進行試算。1試選載荷系數:Kt=1.6; 2計算主動齒輪傳遞的扭矩:P 1=23.4KW 1 1 6 1 10 55 . 9 n P T ´ = =9.55×10 6

59、 ×(23.4/102N·mm=2190882N·mm 3確定齒寬系數:小齒輪做不對稱布置,查表 10­7選擇 R =0.3。4確定彈性影響系數:查教材表 10­6得  Z E =189.8MPa ½5 確定區(qū)域載荷系數:按標準直齒錐齒輪設計得  Z E =2.5 6 根據循環(huán)次數公式  N=60njLh計算應力循環(huán)次數 : N 1=60n1jLh=60×102×10×300×2=3.67×10 7 N 2=60n2

60、jLh=60×102×10×300×2=3.67×1077 取接觸疲勞壽命系數:查教材圖 10­19中曲線 1可得  K HN1=1.25     K HN2=1.25 8 計算接觸疲勞許用應力:查教材圖 10­21(d Hlim1=600MpaHlim2=600MPa9 計算接觸疲勞許用應力 得取失效率為 1%,安全系數 S H =1.0 H 1=Hlim1 K HN1/SH =(1.25×600/1.0MPa=750MPa

61、 H 2=Hlim2 K HN2/SH =(1.25×600/1.0MPa=750MPa10由接觸強度計算小齒輪分度圓直徑,代入 H 中較小值2 1 2 1 5 . 0 1   . 2 u KT Z d R d H E t F - F ÷ ÷ ø ö è æ = s =295.4mm 11

62、計算齒輪的圓周速度: d m1= d1(1-0.5R =295.4(1-0.3×0.5mm =251.09mm=251mm v=3.14 dm1n 1/(60×100012計算載荷系數:齒輪的使用載荷系數載荷情況以輕微沖擊為依據,查教材表 10-2得:KA =1.0 由教材圖 10-8 查的 K V =1.10 直齒輪 K Ha =KFa =1根據齒輪兩端支撐,齒輪作懸臂布置,查教材 10-9得軸承系數 K Hbe=1.25 由公式得:接觸強度載荷系數:13按實際的載荷系數校正分度圓直徑: 1 1 t 取

63、標準值 m=5mm14計算齒輪的相關幾何尺寸: d 1= Z1m=5×65mm=325mm d 2= Z2m=5×65mm=325mm1=arccos(1/2 ½ =45º2=90º­1=45º 2 1 2 1+ = u d R =227mm15圓整后的齒寬:圓整取 b 2=68mm      b 1=68mm (3 

64、校核齒根彎曲疲勞強度: 1確定彎曲強度載荷系數:2計算當量齒數3查取齒形系數和應力校正系數: 查教材表 10-5得:4計算彎曲疲勞許用應力: 由教材圖 10-8得  K FN1=0.98          K FN4=0.98 取安全系數:S F =1.1 由教材圖 10­20(c 得: FN3=500Mpa5校核彎曲強度 根據彎曲強度校核公式F =2KT 1Y Fa Y Sa /bm²(1-0.5R ²z F 進行校核如下:F =2K

65、T 1Y Fa1Y Sa1/bm²(1-0.5R ²z=251.1 F 1 F =2KT 1Y Fa2Y Sa2/bm²(1-0.5R ²z=251.1 F 2 滿足彎曲強度參數符合要求。3.2.2 軸直齒錐齒輪計算通過錐齒輪 1的計算,可得到錐齒輪 2 選擇錐齒輪 3齒數 90,錐齒輪 4齒數 90 d 3= Z3m=5×90mm=450mm d 2= Z4m=5×90mm=450mm3=arccos(1/2 ½ =45º4

66、=90º­3=45º  2 1 2 3+ = u d R =318mm 圓整后的齒寬:b=R R =0.3×318mm=95mm圓整取 b 2=95mm      b 3=95mm 3.3 齒輪軸強度校核3.3.1 軸強度校核計算選用 45鋼 =40MPa,d=90mm: 圖 3.2 雙圓盤開溝機軸支撐圖由公式 F t =2T/d F r =Ft tana F n =FT /cosa得: 1 1 6 1 10 55 . 9 n P T ´ = = 9.55&#