畢業(yè)設(shè)計（論文）-旋耕機(jī)傳動部分設(shè)計

旋耕機(jī)傳動部分設(shè)計摘要旋耕機(jī)是由拖拉機(jī)作為動力且由它拖動的一種代替人工的耕地機(jī)械。這種機(jī)械可以很好地完成翻新土地，切斷根莖等工作，所以在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者中受到好評；這樣的耕地方式有利于后面播種機(jī)作業(yè)，為播種提供良好土壤環(huán)境。農(nóng)業(yè)需求在不斷提高，所以旋耕機(jī)的創(chuàng)新仍然具有重要意義。目前發(fā)現(xiàn)的突破點(diǎn)主要有大功率旋耕機(jī)的研究尚有空間、作業(yè)性能無法滿足當(dāng)今社會需求、旋耕機(jī)軸部件設(shè)計及材料使用等。本文設(shè)計了側(cè)邊傳動式旋耕機(jī)，根據(jù)工作要求，確定了旋耕機(jī)的動力機(jī)械、傳動裝置、工作部件以及耕深調(diào)節(jié)裝置。傳動裝置包括齒輪箱、側(cè)邊傳動箱、傳動軸等。分別對各部分主要零部件進(jìn)行了設(shè)計與校核，包括齒輪，軸，軸承。其中齒輪箱和側(cè)邊傳動箱是本次設(shè)計的重點(diǎn)。通過本次設(shè)計，會得出一款簡易又可用的旋耕機(jī)，主要設(shè)計部分還是旋耕機(jī)的傳動部分，在設(shè)計過程中，會加深對本科所學(xué)知識的鞏固，能讓理論用于實(shí)際。關(guān)鍵詞：旋耕機(jī)傳動部分；齒輪箱；側(cè)邊傳動箱Design

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transmission

part

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rotary

tillerABSTRACTTherotarytillerisakindoftillagemachinewhichisusedtocompletetheworkwiththetractor.Ithasbeenwidelyusedbecauseofitsstrongbreakingabilityandflatsurfaceafterploughing.Atthesametime,itcancutuptherootstubbleburiedbelowthesurface,whichisconvenientforseederoperationandprovidesagoodseedbedforlatersowing.Atpresent,theresearchofrotarytillerisstillofgreatsignificance.Themainproblemsaretheresearchspaceofhigh-powerrotarytiller,theoperatingperformancecannotmeettheneedsoftoday’ssociety,thedesignofshaftpartsofrotarytillerandtheuseofmaterials.Inthispaper,thedesignofsidedrivetyperotarytiller,accordingtotheworkrequirements,todeterminethepoweroftherotarytillermachinery,transmissiondeviceincludesgearbox,sidetransmissionbox,transmissionshaft,ext.Themainpartsofeachpartweredesignedandchecked,includinggear,shaft,bearing.Thegearboxandthesidetransmissionboxarethekeypointsofthisdesign.Throughthisdesign,willcometoasimpleandusablerotarytiller,themaindesignpartorthetransmissionpartoftherotarytiller,inthedesignprocess,willdeepentheconsolidationoftheundergraduateknowledge,canletthetheoryusedinpractice.Keywords:Driving

part

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rotary

tiller；Gear

box；Side

gearbox1.緒論 [1]。1.3主要問題1.3.1大功率旋耕機(jī)的研究尚有空間旋耕機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)功率直接影響旋轉(zhuǎn)速度與耕地深度，耕地層次淺，很容易形成犁底層，影響植物根部的生長。目前國內(nèi)的旋耕機(jī)在理論上實(shí)現(xiàn)了與大功率拖拉機(jī)配套作業(yè)，但實(shí)際上還有很多問題，主要受傳動系統(tǒng)強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)形式等條件影響，國外已經(jīng)克服了這一問題。1.3.2作業(yè)性能無法滿足當(dāng)今社會需求土壤翹空并且不實(shí)部分整地的質(zhì)量較差，土壤的孔隙度大，保護(hù)肥沃保護(hù)水源保護(hù)溫度性能較差；深翻入土效果差，完全達(dá)不到農(nóng)民想要的要求，以至于影響后期的糧食或蔬菜的產(chǎn)量，都是當(dāng)今旋耕機(jī)存在的主要問題。我國還未有過這樣先進(jìn)的想法，所以需要集思廣益，加快我國的研發(fā)。1.3.3旋耕機(jī)軸部件設(shè)計及材料使用因?yàn)樵O(shè)計，環(huán)境和材料等硬性原因，我國自主研發(fā)的旋耕機(jī)在工作時，萬向節(jié)和傳動軸很容易斷裂，或者彎曲，動力輸出軸損壞，工作穩(wěn)定性不穩(wěn)定等普遍問題。這些問題如果解決，就會帶來很大的收益，所以需要廣大研究者更加努力。新型種植業(yè)和農(nóng)業(yè)藝術(shù)隨著時代應(yīng)運(yùn)而生，相應(yīng)的旋耕機(jī)傳動結(jié)構(gòu)整體設(shè)計的不符合實(shí)際，箱體過大，耕刀進(jìn)入土壤深度不夠等缺點(diǎn)，許多專業(yè)研究者及人民群眾對于創(chuàng)新出質(zhì)量好，功能多，燃料消耗少的旋耕機(jī)有很大的需求。1.3.4發(fā)展構(gòu)思一、向更寬耕地幅度，較深耕地深度，高速運(yùn)轉(zhuǎn)，可持續(xù)發(fā)展等角度發(fā)展。南方地區(qū)的水多，因此多種植水稻，土壤含水量較高，黏性較大，抗剪切抗壓強(qiáng)能力比較高，附著力和摩擦力比旱地要大很多，因此需要速度快、力量大、耕地寬度大的大型旋耕機(jī)，以此來滿足水稻集體種植集體收獲的生產(chǎn)要求。二、向一機(jī)多用化聯(lián)合作業(yè)的方向發(fā)展旋耕機(jī)、播種機(jī)、施肥機(jī)等機(jī)械都安裝在一架拖拉機(jī)上，同時工作，就可以有多種功能結(jié)合配套同時進(jìn)行的聯(lián)合工作模式，可以很大程度上節(jié)省人力、物力、財力，將剩余資源發(fā)揮到其他地方。三、小型旋耕機(jī)的需求量不斷提高近些年來我國溫室大棚不斷傳播和樹林果樹行業(yè)不斷發(fā)展，但是適用于這些環(huán)境的旋耕機(jī)還未研制，適用于大棚，樹林等小空間的微小環(huán)保型旋耕機(jī)的創(chuàng)新研發(fā)就會是研究者以后研究方向。社會生產(chǎn)力需求不斷增加，旋耕機(jī)和田園管理機(jī)等新型產(chǎn)品的研發(fā)也要跟上腳步，這會是一個契機(jī)，高速發(fā)展時期已經(jīng)到來。2.設(shè)計計算任務(wù)書2.1方案確定本次旋耕機(jī)選用功率37kw（大約有50馬力），拖拉機(jī)作為動力來輸出，通過動力輸出軸，帶動小圓柱錐齒輪，從而帶動側(cè)邊圓柱齒輪，最后用鏈條帶動刀軸轉(zhuǎn)動，實(shí)現(xiàn)作業(yè)。工作幅度選為1.6m。耕深選為15cm。關(guān)于旋耕機(jī)的傳動部分設(shè)計，目前總體有兩種方式，一種是中間傳動帶動刀軸旋轉(zhuǎn)，第二種是由側(cè)邊傳動帶動刀軸工作，下面對這兩種方案進(jìn)行分析，確定這次方案的選擇：2.1.1第一種方案：旋耕機(jī)的動力來源是拖拉機(jī)，經(jīng)過一對直齒錐齒輪和一系列圓柱直齒輪將動力傳送到刀軸。刀軸之所以可以轉(zhuǎn)動就是因?yàn)闇p速器和中間的三級齒輪傳遞動力，這種旋耕機(jī)優(yōu)點(diǎn)很明顯，但是缺點(diǎn)也很多，整體平衡性不穩(wěn)定，齒輪下面的一大部分都無法安裝耕刀，就無法干活，效率低下，然而很容易讓他運(yùn)轉(zhuǎn)，加上材料使用較昂貴，現(xiàn)在的應(yīng)用情況逐漸落伍。2.1.2第二種方案：拖拉機(jī)的發(fā)動機(jī)是動力源泉，由一根輸出軸輸出，經(jīng)過一對直齒錐齒輪和兩組鏈輪帶動刀軸工作。正反轉(zhuǎn)的實(shí)現(xiàn)通過改變直齒錐齒輪的嚙合方式，速度的改變通過發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。這種方法填補(bǔ)了方案一的缺點(diǎn)，采用兩端側(cè)邊傳動，平衡性得到保證，而且剛性也得到了保證，不需要添加漏耕零件。所以這也是旋耕機(jī)的未來發(fā)展方向。綜上所述，本次設(shè)計選用方案二。2.2適用范圍：此次旋耕機(jī)傳動部分的設(shè)計通用于水田與旱田，且為地面較平整，面積較大的土地，主要目的就是通過土壤耕作可以起到松土，割斷根莖，保持氧氣充足的優(yōu)點(diǎn)，有利于種子的發(fā)芽，提高成活率。提高旋耕機(jī)的工作效率，加強(qiáng)零件的強(qiáng)度是本次設(shè)計的注意點(diǎn)。旋耕機(jī)最主要的部分就是傳動部分，傳動部分的設(shè)計直接影響旋耕機(jī)的使用，所以這次的設(shè)計很有意義。2.3初始數(shù)據(jù)計算2.3.1轉(zhuǎn)速動力來源為拖拉機(jī)的發(fā)動機(jī)，發(fā)動機(jī)輸出通過輸出軸L1傳送給旋耕機(jī)，再經(jīng)過一對直齒錐齒輪Z1、Z2垂直改變方向，從而帶動第二根軸L2上的直齒鏈輪Z3轉(zhuǎn)動，進(jìn)而帶動鏈條，將力傳輸給與第三軸L3上連接的直齒鏈輪Z4，最后帶動刀軸作業(yè)。選擇拖拉機(jī)輸出功率為50馬力（37kw），轉(zhuǎn)速740r/min，刀軸轉(zhuǎn)速選定為246.6r/min。因此總傳動比為3。2.3.2功率計算旋耕機(jī)在旱地里消耗的功率較大，在水田作業(yè)里消耗較小，根據(jù)查找資料得到以下傳動副效率，根據(jù)這些數(shù)據(jù)以及上述表格得出各部件功率、轉(zhuǎn)速及扭矩：各傳動副效率為：直齒錐齒輪η1=0.96直齒鏈齒輪η2=0.96滾珠軸承η3=0.98球軸承η4=0.99萬向節(jié)η5=0.961.拖拉機(jī)動力輸出軸的額定輸出功率為：由公式得，其額定輸出功率為：P額=0.8N發(fā)=29.6kwn=740r/min2.主動錐齒輪Z1的功率、扭矩和轉(zhuǎn)速：P1=Pη5η1=29.6×0.96×0.96=27.27kwT1=9.55×106Pn=9.55×106×27.27740=3.5×10n3.從動錐齒輪Z2的功率、扭矩和轉(zhuǎn)速：PTn主動直齒鏈輪與從動錐齒輪在一根軸上，因此功率、扭矩和轉(zhuǎn)速相同。4.從動鏈輪的功率、扭矩和轉(zhuǎn)速：PTn3.設(shè)計計算說明書3.1第一對直齒錐齒輪的設(shè)計材料選擇45號鋼（調(diào)質(zhì)），齒面的硬度就是240HBW，齒數(shù)Z1=25Z2=25*2=50壓力角α=20o1.由公式d≥31）確定公式中的各參數(shù)值試選KHt=1.3，齒寬系數(shù)ΦR=0.3=1\*GB3①計算重合度系數(shù)Zε由分錐角δ1=tan-1z1z2=δ2=90o-δ1=90o-26.56o=63.44o得當(dāng)量齒數(shù)zv1=z1cosδ1zv2=z2cos由此得到當(dāng)量齒輪的重合度αa1=cos-1zv1cosαa2=cos-1zv2εαv重合度系數(shù)Zε=4=2\*GB3②查表得齒輪的彈性影響系數(shù)ZE=188MPa=3\*GB3③計算接觸疲勞許用應(yīng)力σH查找資料得齒輪齒輪的接觸疲勞極限為σHlim=計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N=60接觸疲勞壽命系數(shù)K=0.91,設(shè)失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由公式得σ2）代入上述分度圓直徑公式d≥34KHt2.調(diào)整錐齒輪分度圓直徑1）計算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備=1\*GB3①圓周速度vdv=2\*GB3②當(dāng)量齒輪的齒寬系數(shù)Φdb=Φ2）計算實(shí)際載荷系數(shù)KH=1\*GB3①由表查得使用系數(shù)KA=1.75=2\*GB3②根據(jù)vm=7.8m/s、8級精度（降低了一級），由圖查得動載系數(shù)KV=1.13=3\*GB3③直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分配系數(shù)KHα=1=4\*GB3④由查表用插值法查得7級精度、小齒輪懸臂布局時，得齒向載荷分布系數(shù)KHβ=1.104由此，得到實(shí)際載荷系數(shù)K3）按實(shí)際載荷系數(shù)算得的分度圓直徑d3.按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計（1）試算模數(shù)m1）確定公式中的各參數(shù)值=1\*GB3①試選KFt=1.3=2\*GB3②重合系數(shù)Y=3\*GB3③計算YFaY由表查得齒形系數(shù)YF應(yīng)力修正系數(shù)YS由表查得齒輪的彎曲疲勞極限為σFlim=500MPa彎曲疲勞壽命系數(shù)σYσY選擇0.01372）試算模數(shù)mt≥（2）調(diào)整齒輪模數(shù)1）計算實(shí)際載荷系數(shù)前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備=1\*GB3①圓周速度vddv=2\*GB3②齒寬bb=Φ=3\*GB3③齒寬與中點(diǎn)齒高之比：mhb2）計算實(shí)際載荷系數(shù)KF=1\*GB3①根據(jù)v=3.44m/s，8級精度，由資料查得動載系數(shù)Kv=1.3。=2\*GB3②直齒錐齒輪精度較低，取齒間載荷分配系數(shù)KFα=1。=3\*GB3③由表用插值法查得KHβ=1.293,于是KFβ=1.262。則載荷系數(shù)為K3)按實(shí)際載荷系數(shù)算得的齒輪模數(shù)m選擇模數(shù)m及相應(yīng)的小齒輪分度圓直徑d算得齒輪齒數(shù)z=d取齒數(shù)z=484.幾何尺寸計算（1）計算分度圓直徑d（2）計算分錐角δ（3）計算齒輪寬度b=取b=62mm6.主要設(shè)計結(jié)論名稱代號計算結(jié)果小齒輪大齒輪分錐角δ26.5663.44齒頂高h(yuǎn)5齒根高h(yuǎn)6分度圓直徑d240480齒頂圓直徑d248.9484.5齒根圓直徑d229.3474.6錐距R268.3齒根角θ1.26頂錐角δ27.864.7根錐角δ25.362.2頂隙C1分度圓齒厚s7.85當(dāng)量齒厚z53.7214.7齒寬B89齒數(shù)z1=48z2=96，模數(shù)m=5，壓力角α=20度，分錐角δ=26.5度，齒寬b=62mm齒輪選用3.2鏈輪組的設(shè)計1.選擇鏈輪齒數(shù)且確定傳動比試選鏈輪齒數(shù)Z3=20，傳動比i=2.計算當(dāng)量的單排鏈計算功率P根據(jù)鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動所傳遞的功率修正為當(dāng)量的單排鏈計算功率P工作情況系數(shù)KA主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)K多排鏈系數(shù)KP3.確定鏈條型號和節(jié)距p根據(jù)當(dāng)量的單排鏈計算功率、單排鏈額定功率和主動鏈輪轉(zhuǎn)速，查表可得鏈輪型號選為20A，由此可得節(jié)距p=31.754.計算鏈節(jié)數(shù)和中心距初選中心距a0L為了避免使用過渡鏈節(jié)，應(yīng)將計算出的鏈節(jié)數(shù)圓整為偶數(shù)Lp=鏈傳動的最大中心距為查表得fa5.計算鏈速v，確定潤滑方式v=由資料顯示，潤滑方式選為定期人工潤滑。6.計算鏈傳動作用在軸上的壓軸力FPF7.鏈輪尺寸計算Z3分度圓直徑d=齒頂圓直徑dd齒根圓直徑d齒高h(yuǎn)h最大齒側(cè)凸緣直徑drZ4分度圓直徑d=齒頂圓直徑dd齒根圓直徑d齒高h(yuǎn)h最大齒側(cè)凸緣直徑dr7.結(jié)論鏈輪齒數(shù)Z3=20Z4=30，滾子鏈型號選為20A，節(jié)距為p=31.753.3軸的設(shè)計3.3.1動力輸入軸的設(shè)計動力輸入軸初始設(shè)計長度定為392mm，軸向定位由套筒和擋圈定位。1.估計軸的基本直徑軸的材料選為45鋼，做調(diào)質(zhì)處理，估計直徑d≤100，由資料查得σb=d2.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）設(shè)計軸段直徑設(shè)計連接軸軸承軸肩軸承齒輪直徑/mm3540474060（2）各軸段長度連接軸軸承軸肩軸承齒輪長度/mm9945.7560.59583（3）剩余尺寸為了加工的時候方便，參照軸承的安裝尺寸，軸上過渡圓角半徑全部取r=1mm；軸端倒角為C2。（4）齒輪和軸的周向定位采用平鍵連接。軸的直徑查看表格得平鍵的截面b×h=12mm×8mm，鍵長度選為253.軸的受力分析（1）求軸傳遞的轉(zhuǎn)矩T（2）求作用在齒輪上的力已知直齒錐齒輪的分度圓直徑為d=297.43mmFFF3.3.2中間軸的設(shè)計1.計算轉(zhuǎn)矩T2.求作用在齒輪上的力已知直齒錐齒輪的分度圓直徑為d=297.43mmFFF3.初步確定軸的最小直徑選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，取A0d4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計（1）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度鏈輪錐齒輪軸承軸肩1軸肩2直徑/mm6060608070長度/mm50176.522402.55.軸承的選擇軸承選用滾子軸承。根據(jù)軸承的受力分析，選擇圓柱滾子軸承。軸承代號6212,尺寸為d×D×B6.齒輪的固定錐齒輪的軸向固定用軸肩和套筒固定，直齒圓柱齒輪用套筒和螺栓緊固軸端擋圈。周向定位都用平鍵固定。7.求軸上的載荷FF軸承之間的距離L1=1090mm，L2=630mm。對中間軸進(jìn)行力的分析對A端進(jìn)行力的校核：F得到FB對B端進(jìn)行力的校核：F得到F對A端進(jìn)行力的校核：F得到F對B端進(jìn)行力的校核：F得到F由公式F得到FB支=由公式F得到F由此得到表格載荷水平面垂直面支反力FFF彎矩MH=M總彎矩M扭矩T按照彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度可以得到軸的應(yīng)力計算取αα3.3.3其他部件的基礎(chǔ)設(shè)計一、刀軸的設(shè)計1.刀軸材料選擇及連接方式傳動選用剛性傳動，采用鋼管材料制成。刀軸兩端用軸承支撐，且能保證刀軸的轉(zhuǎn)動，2.旋耕機(jī)刀的設(shè)計考慮到旋耕機(jī)在有秸稈和綠肥的黏重土壤中作業(yè)，選擇彎刀刀刃，型號選為IT245，彎刀的工作幅寬b=503.刀座的設(shè)計刀座的參數(shù)根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，間距b'=b二、擋土板的設(shè)計擋土板采用凸弧形，擋土板與刀輥之間的間隙，前緣40mm，后緣80mm。三、箱體的設(shè)計旋耕機(jī)箱體為固定式機(jī)器，這種箱體需要強(qiáng)度高、形狀不太復(fù)雜，因此材料選擇鑄鋼。鍛造方法選擇鑄造。四、懸掛架根據(jù)實(shí)際需要在箱體上焊接懸掛架。4.使用說明書1.這款旋耕機(jī)需要搭配起碼50馬力的拖拉機(jī)，否則無法讓旋耕機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，影響使用效果。2.旋耕機(jī)軸承，齒輪，鏈輪等位置需要定期補(bǔ)充潤滑劑3.使用前要仔細(xì)檢查耕刀，輸出軸，刀軸，懸掛架等容易損壞的部位，如果有損壞的地方，需要及時維修，禁止接著使用。4.如果長時間不用，要將旋耕機(jī)放在空氣干燥的地方，盡量避免太陽的長時間照射。5.結(jié)論旋耕機(jī)傳動部分的設(shè)計，是根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況來構(gòu)思的。這次設(shè)計主要是在普通側(cè)邊傳動旋耕機(jī)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計,并添加了兩端側(cè)邊傳動的創(chuàng)新，既能耕地又能割斷根系，還能保證受力均勻。設(shè)計的主要內(nèi)容為：旋耕機(jī)的傳動，側(cè)邊傳動箱，箱體，刀輥，擋土板等部分。通過創(chuàng)新，改進(jìn)刀軸的耕地效果。在作業(yè)時，通過拆卸和改裝，就能有其他不同的功能，就可以實(shí)現(xiàn)一機(jī)多功能的特點(diǎn)。旋耕機(jī)整體及側(cè)邊部分的設(shè)計解決了現(xiàn)有側(cè)邊傳動旋耕機(jī)受力不均勻，結(jié)構(gòu)設(shè)計不合理，使用壽命不長，材料選擇較昂貴的種種缺點(diǎn)。本設(shè)計的優(yōu)點(diǎn)：采用側(cè)邊傳動解決了中間土地?zé)o法充分松土的不足，采用兩邊同時側(cè)邊傳動又解決了受力不均勻的不足，極大的降低了材料的成本，這種旋耕機(jī)方便拆卸，使用方法也很簡單，可以用在多種農(nóng)用機(jī)，密封性好；制造成本較低，更有利于大規(guī)模生產(chǎn)，更加適合推廣。符合未來發(fā)展理念。本設(shè)計的缺點(diǎn)：減速箱設(shè)計較大，可能成為負(fù)擔(dān)，影響美觀。6.參考文獻(xiàn)杜兆輝,陳彥宇,張姬,韓緒明,耿愛軍,張智龍.國內(nèi)外旋耕機(jī)械發(fā)展現(xiàn)狀與展望[J].中國農(nóng)機(jī)化學(xué)報,2019,40(04):43-47.趙群喜,弋曉康,萬暢,楊洪坤,李文春.旋耕機(jī)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢探討[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械,2017(02):102-104.趙群喜,王海霞,弋曉康,王磊元,秦翠蘭,萬暢.果園避障旋耕機(jī)的設(shè)計與試驗(yàn)分析[J].農(nóng)機(jī)化研究,2022,44(01):97-100+106.魯超宇,王鳳花,賴慶輝,熊海輝,陳可凡,甘帥匯.基于知識工程的旋耕機(jī)智能設(shè)計系統(tǒng)研究與開發(fā)[J/OL].西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),20