畢業(yè)設(shè)計(jì)-大棚卷簾機(jī)綜述

題目：農(nóng)業(yè)大棚化纖保溫被卷簾機(jī)設(shè)計(jì)--2K-H行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)及扭力桿裝置設(shè)計(jì)學(xué)號：姓名：班級：專業(yè)：學(xué)院：機(jī)電學(xué)院入學(xué)時(shí)間：指導(dǎo)教師：日期：年月日

畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明本人所呈交的畢業(yè)論文是在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下進(jìn)行的工作及取得的成果。除文中已經(jīng)注明的內(nèi)容外，本論文不包含其他個(gè)人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中作了明確說明并表示謝意。作者簽名：農(nóng)業(yè)大棚化纖保溫被卷簾機(jī)設(shè)計(jì)--2K-H行星傳動(dòng)設(shè)計(jì)及扭力桿裝置設(shè)計(jì)摘要隨著城鄉(xiāng)人民生活水平的提高，冬季栽培鮮菜、鮮果的溫室大棚蓬勃發(fā)展，規(guī)模越來越大。但是，草簾每天都要卷起和鋪放，耗用菜農(nóng)很多的精力和體力，為了節(jié)約每次升降簾子的時(shí)間，設(shè)計(jì)套管式溫室大棚卷簾機(jī)，每次一個(gè)或者兩個(gè)人在三分鐘左右的時(shí)間就能完成卷簾、放簾作業(yè)，這樣可以大大延長室內(nèi)的光照時(shí)間。針對溫室大棚用戶的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)一種套管式卷簾機(jī)，并對關(guān)鍵結(jié)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析與受力分析，對其主要結(jié)構(gòu)的技術(shù)參數(shù)進(jìn)行分析與計(jì)算，以完善機(jī)器結(jié)構(gòu)和工作原理。該種形式的卷簾機(jī)適合棚長較長的溫室大棚的設(shè)計(jì)工作，其傳動(dòng)方式為電動(dòng)機(jī)單級少齒差減速器實(shí)現(xiàn)減速，并通過凸緣聯(lián)軸器與卷簾軸相連。該卷簾機(jī)采用少齒差減速器能夠很大程度上減小減速器的設(shè)計(jì)尺寸；少齒差減速器能夠在一定程度上減少安全事故。套管式卷簾機(jī)通過電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)卷簾和放簾作業(yè)。關(guān)鍵詞：溫室大棚；卷簾機(jī)；傳動(dòng)

DesignofChemicalFiberinsulationAutomaticMetRollerforSolarGreenhouse--Designingof2K-HPlanetarytransmissionandTorsionbarAbstractWiththeimprovementoflivingstandardsofurbanandruralpeople.Growingoffreshvegetablesandfruit,thewinterofgreenhousetrellisvigorousdevelopment,scaleisgettingbiggerandbigger.Buteveryday,careless,heigherupandlayoutalotofenergyandenergyvegetable,inordertosavethetime,everytimeliftingcurtaindesigncasingtypegreenhousetrellisshuttermachine,everytimeoneortwointenminutesoftimewillfinishtheshutter,putshadehomework,socangreatlyextendindoorilluminationtime.Accordingtotheactualsituationofgreenhousetrellisusers,designakindofcasingtypeshuttermachine,andthekeystructurewithstressanalysis,motionanalysisofthemainstructureofthetechnicalparametersisanalyzedandcalculated,consummatesmachinestructureandworkprinciple.Theformofshuttermachinesuitablefortentslonglessergreenhousetrellisdesignwork,thetransmissionwaythroughthesecondaryformotorbelttransmissionandlevel,andachieveslowdownwormreducerbylugscouplingandshuttershaftconnected.Thisshuttermachineadoptslevel1wormreducercanlargelyreducethedesignofthespeedreducersize;Usingsingleheadnotonlywormbrokendowneasyprocessing,butalsothelockperformance,can,tosomeextent,reducesafetyaccidents.Casingtypeshuttermachinethroughmotorpositive&negativerealizeshutterandputshadehomework.KeyWords：SolarGreenhouse；MetRoller；Transmission目錄1引言 12卷簾機(jī)方案的確定 62.1整機(jī)結(jié)構(gòu) 62.2溫室大棚尺寸及要求 62.3卷簾轉(zhuǎn)角及自由度的確定 72.4擺桿軸位置確定 82.5頂桿和擺桿的長度 93卷簾機(jī)受力分析 93.1主要部件的質(zhì)量 93.2運(yùn)動(dòng)分析及阻力矩 103.2.1運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析 103.2.2阻力矩 123.2.3其它阻力矩 133.2.4電動(dòng)機(jī)功率 134減速器設(shè)計(jì) 144.1傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)方案 144.2電動(dòng)機(jī)的選擇 154.3計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比 154.4齒輪齒數(shù)的確定 164.5齒形角和齒頂高系數(shù) 164.6模數(shù)的確定 164.7齒輪幾何尺寸的計(jì)算 174.8齒輪系統(tǒng)的干涉計(jì)算 204.9齒輪嚙合效率計(jì)算和確定 254.9.1主要部件的質(zhì)量 254.9.2阻力矩 264.10輪齒強(qiáng)度計(jì)算 274.11轉(zhuǎn)臂軸承壽命的計(jì)算 285支撐裝置設(shè)計(jì) 295.1扭力桿裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 295.2扭力桿裝置的強(qiáng)度計(jì)算 316結(jié)語 356.1總結(jié) 356.2體會(huì) 35參考文獻(xiàn) 37致謝 381引言日光溫室卷簾機(jī)是我國具有完全獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，為我國所獨(dú)有。卷簾機(jī)有大概20年的發(fā)展歷史，經(jīng)歷了由手動(dòng)到自動(dòng)，由草簾到保溫被的演化。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也從最初的皮帶輪發(fā)展到鏈輪和現(xiàn)在普遍使用的渦輪渦桿機(jī)構(gòu)。但是卷簾機(jī)的工作環(huán)境較差，承載扭矩大，所以仍需開發(fā)更加科學(xué)合理的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。日光溫室的結(jié)構(gòu)逐漸變化也要求卷簾機(jī)的設(shè)計(jì)相應(yīng)的改變。總之，更加智能、更加安全是未來的趨勢。目前國內(nèi)卷簾機(jī)生產(chǎn)廠家有數(shù)千家，多集中在我國的蔬菜之鄉(xiāng)——壽光。日光溫室卷簾機(jī)是我國具有完全獨(dú)立知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)，為我國所獨(dú)有。我國的卷簾機(jī)生產(chǎn)企業(yè)普遍規(guī)模不大，2010年，全國只有96家卷簾機(jī)廠商進(jìn)入了全國和地方購置補(bǔ)貼目錄。卷簾機(jī)種類繁多，分類方式眾多。但主要可分為牽引式卷簾機(jī)、側(cè)擺桿式卷簾機(jī)、雙懸臂式卷簾機(jī)3類。如圖1-1至1-3所示。圖1-1牽引式卷簾機(jī)圖1-2雙懸臂式卷簾機(jī)圖1-3側(cè)擺桿式卷簾機(jī)卷鋪介質(zhì)有草簾和保溫被2種，草簾屬于比較傳統(tǒng)的材料，取材方便，而且價(jià)格十分低廉，在20世紀(jì)之前被廣泛的使用，但是由于草簾的質(zhì)量較差、壽命短，而且隨著使用保溫被的成本逐漸降低，加上保溫被具有防風(fēng)、防水、耐老化等優(yōu)于草簾的特點(diǎn)，保溫被已經(jīng)得到普遍的使用。圖1-4草簾圖1-5化纖保溫被由于良好的的自鎖性能，目前市場上應(yīng)用最廣泛的是渦輪渦桿和圓柱齒輪傳動(dòng)相結(jié)合的結(jié)構(gòu)。但此種齒輪傳動(dòng)接觸點(diǎn)少，傳遞不穩(wěn)定，承載力較差、損壞率高，傳統(tǒng)的帶輪和鏈輪傳動(dòng)已經(jīng)較少使用。針對實(shí)際使用過程中出現(xiàn)的問題，出現(xiàn)了各種新式的適用于具體環(huán)境的卷簾機(jī):太陽能型卷簾機(jī)--由于有些大棚所處的位置電力供應(yīng)不便，采用太陽能不僅能夠節(jié)省電力還節(jié)省了鋪設(shè)電線的成本；遙控裝置的開發(fā)和行程控制器--實(shí)際大棚操作過程中，由于大棚一般長60-100m，如果采用手動(dòng)開關(guān)，農(nóng)戶調(diào)整時(shí)需要來回走動(dòng)，既浪費(fèi)時(shí)間，又可能造成潛在的危險(xiǎn)，采用遙控能節(jié)約時(shí)間而限位開關(guān)又能保證可靠性；智能型卷簾機(jī)--這是未來的研究方向，智能型卷簾機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)的控制，基于日光溫室的溫度、濕度等自動(dòng)的調(diào)整卷簾的開閉，比較科學(xué)，相較于農(nóng)戶依靠自身的經(jīng)驗(yàn)決定卷簾的開閉，能夠更好的控制好光照、溫度、濕度。國內(nèi)溫室用卷簾機(jī)的特點(diǎn)：日光溫室機(jī)械卷簾機(jī)的特點(diǎn)是輸出扭矩大、耗電小、承載能力強(qiáng)，電機(jī)功率在0．75kW～2．2kW之間，承載能力為5t～12t。70m～90m長的溫室，重12t(含雪或水)的雙層草苫可一次卷鋪完成。國內(nèi)有幾十家卷簾機(jī)生產(chǎn)廠企業(yè)，山東廠家較多，這些廠家處于一種無序競爭狀態(tài)，產(chǎn)品質(zhì)量起伏不定。卷簾機(jī)的樣式可以說花樣繁多，特別是卷簾機(jī)專利，各種形式，有成熟的，但更多是不成熟的，在調(diào)查了解的40多種專利里面，真正能形成產(chǎn)業(yè)化的很少。現(xiàn)在卷簾機(jī)存在的問題：通過對產(chǎn)品用戶的調(diào)查和對產(chǎn)品各項(xiàng)性能指標(biāo)的對比，我們發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)基本是合理的。而產(chǎn)品在使用過程中的的確確又現(xiàn)一些質(zhì)量，如齒輪打齒、渦輪蝸桿扭壞、輸出軸與卷軸與卷軸連接強(qiáng)度不夠等，問題主要的根源是一些廠家為低價(jià)銷售，以次充好，安裝偷工減料等。由于卷簾機(jī)的工作環(huán)境變化比較大，遇下雪或下雨時(shí)，草苫重量增加很多，卷簾機(jī)負(fù)荷成倍增長，也較易出現(xiàn)問題，但使用保溫被的情況要好的多，由于質(zhì)量問題的存在，造成卷簾機(jī)經(jīng)常損壞，打齒、斷軸的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，質(zhì)量不好的產(chǎn)品回修率在10％左右，卷簾機(jī)一旦發(fā)生質(zhì)量問題，不是草苫卷不上去就是草苫放不下來，給農(nóng)民增添很多不必要的麻煩。因此，在推廣工作中要充分的注意質(zhì)量的問題。種植反季節(jié)蔬菜瓜果可以獲得較大收益，促使溫室大棚得到快速發(fā)展。大棚保溫用的卷簾機(jī)有多種結(jié)構(gòu)，本課題主要介紹套筒式卷簾機(jī)。該機(jī)主要由卷簾機(jī)組、卷簾桿、機(jī)座、伸縮支桿和鉸接支座等構(gòu)成。卷簾機(jī)組固定在伸縮支桿上端的機(jī)座上，減速器的輸出軸通過法蘭盤與橫貫溫室全長的卷簾桿相聯(lián)。套管式溫室大棚：卷簾機(jī)該卷簾機(jī)結(jié)構(gòu)和雙跨懸臂式卷簾機(jī)不同，是自驅(qū)動(dòng)型卷簾機(jī)的義一種形。該機(jī)由卷簾機(jī)組、卷簾桿、伸縮支桿和鉸接支座構(gòu)成。卷簾機(jī)組固定在伸縮支桿上端的機(jī)座上，伸縮支桿下端安裝在溫室側(cè)墻邊的絞接支座上。減速機(jī)的輸出通過法蘭盤與橫貫溫室全長的卷簾軸相聯(lián)，卷簾機(jī)組被掛在側(cè)墻外面。它的優(yōu)點(diǎn)是部分卷被重量可以在溫室兩側(cè)的墻體上，并且可以實(shí)現(xiàn)手動(dòng)、電動(dòng)一體化。缺點(diǎn)主要是不適用于70米以上長溫室。按減速機(jī)的結(jié)構(gòu)可分為直齒輪式、雙蝸輪蝸桿和蝸輪直齒輪3種結(jié)構(gòu)，這3種結(jié)構(gòu)的減速機(jī)都能滿足正常的卷鋪?zhàn)鳂I(yè)。現(xiàn)在雙懸臂式卷簾機(jī)的市場占有率約為50％，側(cè)擺桿式卷簾機(jī)市場占有率約為40％，其它10％。2卷簾機(jī)方案的確定2.1整機(jī)結(jié)構(gòu)溫室大棚卷簾機(jī)的主要結(jié)構(gòu)如圖2-1所示(1、化纖被2、卷簾軸3、溫室大棚4、擺桿5、頂桿6、電動(dòng)機(jī)7、減速器8、凸緣聯(lián)軸器)。該卷簾機(jī)的擺桿通過擺桿軸與地基形成鉸鏈聯(lián)接，頂桿與電動(dòng)機(jī)或者減速器的底座相連，電動(dòng)機(jī)固定在減速器底座上。電動(dòng)機(jī)的輸出扭矩通過2K-H行星少齒差減速將輸出扭矩通過凸緣聯(lián)軸器或者法蘭盤傳至卷簾軸，從而實(shí)現(xiàn)卷簾軸的卷簾和放簾作業(yè)。卷簾機(jī)作收簾作業(yè)時(shí)，電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)卷簾軸轉(zhuǎn)動(dòng)，拴在卷簾軸上的簾子卷在卷簾軸上，完成收簾作業(yè)；卷簾機(jī)作鋪簾作業(yè)時(shí)，電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)方向相反，完成鋪簾作業(yè)。圖2-1卷簾機(jī)主要結(jié)構(gòu)2.2溫室大棚尺寸及要求大棚高H1=3.65m，寬B=7m，長L=60m,簾厚δ=0.03m，簾寬8m,簾長60m。收簾或鋪簾作業(yè)3min內(nèi)結(jié)束；卷簾軸轉(zhuǎn)速3r/min。因?yàn)榛w被應(yīng)能夠鋪滿整個(gè)大棚，故化纖被的寬度應(yīng)該≥EQ\r(72+3.652)≈7.9，所以選取化纖被寬度為8m。2.3卷簾轉(zhuǎn)角及自由度的確定卷簾軸卷簾過程中忽略簾子的壓縮量，簾子以卷簾軸為中心按阿基米德螺旋規(guī)律運(yùn)動(dòng)。卷簾軸每轉(zhuǎn)1周，卷簾半徑變化量為。圖2-2大棚的尺寸及形狀草簾卷筒在時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度為,為草簾卷筒中心鋼管的角速度，其對應(yīng)轉(zhuǎn)過的弧長為,為某時(shí)刻t草簾的半徑。又所以則（2-1）式中S（t）為草簾在某時(shí)刻t時(shí)卷筒的展開長度，為鋼管半徑，為草簾厚度。草簾卷筒在屋面上作純滾動(dòng)，滾動(dòng)距離OP=S（t）。代入OP=8m，ω=3r/min，δ=0.03m,r0=0.025m由公式（2-1），可以計(jì)算出卷簾和放簾的用時(shí)t≈2.8min,滿足在3min中內(nèi)的要求。電動(dòng)機(jī)通過減速器帶動(dòng)卷簾軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，卷簾軸在鉛錘平面內(nèi)一方面作上下鉛錘運(yùn)動(dòng)，另一方面作水平方向的前后水平運(yùn)動(dòng)，因此整個(gè)機(jī)構(gòu)在鉛錘平面內(nèi)必須有2個(gè)自由度，即支承地面與擺桿之間采用轉(zhuǎn)動(dòng)副，擺桿與頂桿之間采用滑動(dòng)副。自由度由公式（2-2）給出：(2-2)機(jī)構(gòu)中有3個(gè)運(yùn)動(dòng)件，3個(gè)低副，1個(gè)高副，故:2.4擺桿軸位置確定為使機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)緊湊，應(yīng)正確選擇擺桿軸的位置，否則卷簾機(jī)工作時(shí)擺桿與頂桿之間滑動(dòng)距離大，機(jī)構(gòu)工作時(shí)不穩(wěn)定，且影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量縮小擺桿與頂桿之間的滑動(dòng)距離。建立直角坐標(biāo)系，大棚寬度方向?yàn)閄軸，高度方向?yàn)閅軸。有公式（2-3）其中H為后端高度，H1為大棚高度，r0為卷簾軸的半徑，δ為保溫被的厚度，n為卷簾軸旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)。由卷簾時(shí)間2.8min，轉(zhuǎn)速3r/min，可得旋轉(zhuǎn)的圈數(shù)n=3*2.8=8.4圈代入公式（2-3）可得H=3.65+0.025+0.03*8.4=3.927m擺桿和頂桿的極限伸張位置出現(xiàn)在最頂端和大棚最低端，故x=EQ\r((7-x)2+3.9272)解得x=4.6，擺桿軸的坐標(biāo)（4.6，0）2.5頂桿和擺桿的長度可以計(jì)算頂桿的最大伸張量為R1=x=4.6最小伸張量是頂桿與大棚垂直的時(shí)候，可以計(jì)算大棚直線段的斜率為tanα=(H1-1)/(B-1)=(3.65-1)/(7-1)=0.442故直線段的方程可以表示為y-1=0.442(x-1)一般形式為0.442x-y+0.558=0擺桿軸的坐標(biāo)（4.6，0），再由點(diǎn)到直線的最短公式R2=|Ax+By+C|/EQ\r(A2+B2)代入數(shù)據(jù)可得最小伸張量R2=2.37m所以頂桿的滑動(dòng)距離R==R1-R2=2.23m。設(shè)計(jì)頂桿和擺桿長度時(shí)必須滿足：頂桿長度>2．23m；擺桿長度<2．37m。3卷簾機(jī)受力分析3.1主要部件的質(zhì)量電動(dòng)機(jī)質(zhì)量20kg；減速器質(zhì)量35kg；頂桿和擺桿質(zhì)量20kg；卷簾軸質(zhì)量：m2=v=7800×r20L=918.9Kg;式中：=7800Kg/m3—鋼密度；簾單位面積的密度為2Kg/m2化纖被的質(zhì)量（考慮到雨雪天氣的影響）卷簾總重量G2=(m2+m1)g.3.2運(yùn)動(dòng)分析及阻力矩3.2.1運(yùn)動(dòng)規(guī)律分析①圓弧段O→A令OC=e,S(t)=EQ\o\al(OP,\s\up10(︵))=eθ,見圖2-2，則θ=（r0ωt+ω2δt2/4π）/e。切點(diǎn)P在某時(shí)刻的坐標(biāo)為：xp=xe-ecos(θ1+θ)yp=ye+esin(θ1+θ)②直線段A→B經(jīng)計(jì)算EQ\o\al(OA,\s\up10(︵))=1.445m,O→P點(diǎn)總的展開弧長為：S=1.445+（xp-1）/cosα或S=1.445+(yp-1)/sinα又S（t）=r0ωt+ω2δt2/4π,S=S(t),則xp=1-1.445cosα+(r0ωt+ω2δt2/4π)cosαyp=1-1.445sinα+(r0ωt+ω2δt2/4π)sinα草簾卷筒中心運(yùn)動(dòng)方程①圓弧段O→Axp-x=R(t)cos(θ1+θ)y-yp=R(t)sin(θ1+θ)則x=xe-(e+R(t))cos(θ1+θ)y=ye-(e+R(t))sin(θ1+θ)其中θ=（r0ωt+ω2δt2/4π）/e。②直線段A→Bx=xp-R(t)sinα=1-1.445cosα+(r0ωt+ω2δt2/4π)cosα-R(t)sinαy=yp+R(t)cosα=1-1.445sinα+(r0ωt+ω2δt2/4π)sinα+R(t)cosα任一時(shí)刻草簾卷筒中心的速度和加速度根據(jù)草簾卷筒中心運(yùn)動(dòng)方程，只要對其求一次和二次導(dǎo)數(shù)可方便地得到草簾卷筒中心運(yùn)動(dòng)的速度和加速度。圓弧段O→Ax′=-R′(t)cos(θ1+θ)+(e+R(t))sin(θ1+θ)dθ/dty′=R′(t)sin(θ1+θ)+(e+R(t))cos(θ1+θ)dθ/dtv=EQ\r(x′2+y′2)=EQ\r([R′(t)]2+[(e+R(t))dθ/dt]2)由于R（t）隨著時(shí)間改變緩慢，即R′（t）=ωδ/2π為小量，可略去。又dθ/dt=dS/edt=R(t)ω/e則v=(1+R(t)/e)R(t)ωx″=R′(t)ωsin(θ1+θ)+R(t)ωcos(θ1+θ)dθ/dty″=R′(t)ωcos(θ1+θ)-R(t)ωsin(θ1+θ)dθ/dt則a=EQ\r(x″2+y″2)=EQ\r([ωR′(t)]2+[R(t)ωdθ/dt]2)≈[R(t)ω]2/e又v=R(t)ω,所以aτ=R′（t）ω3δ/2π,an=EQ\r(a2-aτ2)直線段A→Bx′=R(t)ωcosα-R′(t)sinαy′=R(t)ωsinα+R′(t)cosαv=EQ\r(x′2+y′2)≈R(t)ωx″=R′(t)ωcosαy″=R′(t)ωsinαa=R′(t)ω=ω2δ/2π草簾卷筒中心的最大速度和加速度因?yàn)閑=2m,A處R(t)計(jì)算可得RA=0.1212m，e≥RA,A處卷筒速度不大。由上述公式分析可知最大速度發(fā)生在B點(diǎn)，因?yàn)榇藭r(shí)R（t）最大。通過計(jì)算B處的R（t）為RB=0.2781m,ω=6πrad/min,δ=0.03m.則vB=vmax=87.4mm/s.由于斜坡上草簾卷筒中心的加速度為常數(shù)，則a=ω2δ/2π=0.471mm/s2.可見草簾在整個(gè)卷動(dòng)過程中速度和加速度都很小，慣性作用不大。3.2.2阻力矩電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主要部件作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力矩，為了便于計(jì)算，認(rèn)為各主要部件的作用點(diǎn)在卷簾軸中心上。電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主要部件作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的阻力矩由公式（3-1）給出：(3-1)式中：G1=Σmg=95×9.806=931.6N—主要部件的重量；R—擺動(dòng)半徑R=[(x–4.6)2+z2]1/2分析：①最大阻力矩發(fā)生在初始位置，M1=931.6×4.6=4285N·m。②阻力矩初始位置最大，隨著卷簾軸的上移逐漸減小，=90°時(shí)等于0，＞90°時(shí)反而變成主動(dòng)力矩。圖3-1轉(zhuǎn)動(dòng)力矩示意圖卷簾軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的阻力矩M2該阻力矩是卷簾軸本身轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的阻力矩與卷簾時(shí)產(chǎn)生的阻力矩之和。如圖3-1所示。卷簾軸轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的阻力矩M2=G2·（nδ+r0）cosαM2max=2048Nm起動(dòng)阻力矩M3M3=J；式中：J=m2r2/2—靜力矩M3=×918.9×0.0252×31.4=9Nm3.2.3其它阻力矩①采用蝸桿減速器時(shí)，其軸承摩擦力阻力矩和蝸桿、蝸輪之間的阻力矩很小，可以忽略不計(jì)。②主要部件作擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的起動(dòng)阻力矩，起動(dòng)角加速度很小，可以忽略不計(jì)阻力矩。③靜力矩變化引起的慣性阻力矩，其大小很小可以忽略不計(jì)?？傋枇貫椋?，最大阻力矩取時(shí)，偏于安全。3.2.4電動(dòng)機(jī)功率電動(dòng)機(jī)功率由公式（10）給出：(3-2)(取K=1.2)代入數(shù)據(jù)得：。4減速器設(shè)計(jì)4.1傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì)方案確定傳動(dòng)方案：考慮到電機(jī)轉(zhuǎn)速高，傳動(dòng)功率大，采用2K-H型少齒差減速，其傳動(dòng)方案如圖4-1所示：國內(nèi)生產(chǎn)的單級漸開線少齒差減速器的效率一般為80%-90%，少齒差傳動(dòng)的效率主要由公式（4-1）給出：(4-1)代入數(shù)據(jù)得：。圖4-1齒輪連接方式4.2電動(dòng)機(jī)的選擇按工作要求和工作條件選擇Y系列籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)為全封閉式自扇冷式結(jié)構(gòu)，電壓為380V。工作機(jī)的有效功率為：；從電動(dòng)機(jī)到卷簾軸之間的總效率為：；所以。綜合考慮電動(dòng)機(jī)和傳動(dòng)裝置的尺寸、質(zhì)量及價(jià)格等因素，為使傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)緊湊，決定選用同步轉(zhuǎn)速為1430r/min的電動(dòng)機(jī)。根據(jù)電動(dòng)機(jī)的類型、容量和轉(zhuǎn)速，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選定電動(dòng)機(jī)的型號為Y100L1-4，其主要性能如表4-1所示。表4-1Y90L-4型電動(dòng)機(jī)的主要性能型號額定功率/kW滿載轉(zhuǎn)速/r/min效率/%質(zhì)量/kgY100L1-43143080.5204.3計(jì)算傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比由選定的電動(dòng)機(jī)滿載的轉(zhuǎn)速和工作機(jī)的轉(zhuǎn)速可以傳動(dòng)裝置總傳動(dòng)比為：。減速器的傳動(dòng)比為。4.4齒輪齒數(shù)的確定由于選用的是2K-H型少齒差減速，傳動(dòng)形式如圖4-1所示，根據(jù)該型傳動(dòng)的特點(diǎn)，選取齒數(shù)差Zd=1傳動(dòng)比的計(jì)算公式iH1=z1z3/(z1z3-z2z4)再由z4-z3=z1-z2=Zd=1,通過試湊法，取整得各齒輪齒數(shù)如下表所示表4-2齒輪齒數(shù)各齒輪齒數(shù)傳動(dòng)比錯(cuò)齒數(shù)差齒數(shù)Z1Z2Z3Z3iH1ZcZd37363940481314.5齒形角和齒頂高系數(shù)一般采用標(biāo)準(zhǔn)齒形角，當(dāng)齒數(shù)差Zd=1時(shí)，取齒形角α=14°25′，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)采用α=20°。當(dāng)齒形角α=20°時(shí)，齒頂高系數(shù)=0.6-0.8。當(dāng)減小時(shí)，嚙合角也減小，有利于提高效率。但太小時(shí)，變位系數(shù)太小會(huì)發(fā)生外齒輪切齒干涉（根切）或插齒加工時(shí)的負(fù)嚙合。4.6模數(shù)的確定根據(jù)2K-H型傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在偏心軸上安裝兩個(gè)行星輪，則一個(gè)行星輪上的輸入滾動(dòng)軸承效率，外齒輪選用45號鋼調(diào)質(zhì)，硬度HBS=220~250。齒輪由表查得彎曲極限應(yīng)力σlim1=650Mp,內(nèi)齒輪選用45號鋼調(diào)質(zhì)后表面淬火，硬度HRC=40~50，查得彎曲極限應(yīng)力σlim2=850Mp。使用系數(shù)KAr因原動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)，工作機(jī)有振動(dòng)，查表得使用系數(shù)KA=2.0，動(dòng)載荷系數(shù)KV=1.4（取齒輪平衡精度為8級）因YF1/σF1＞YF2/σF2,按外齒輪校核，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊，取齒寬系數(shù)φd=0.2~0.25。根據(jù)校核公式，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=2。4.7齒輪幾何尺寸的計(jì)算壓力角α=20°初選嚙合角α′=56°模數(shù)=2取=0.754.7.1計(jì)算第一內(nèi)齒輪副外齒輪Z1=36，內(nèi)齒輪Z2=37變位系數(shù)外齒輪內(nèi)齒輪標(biāo)準(zhǔn)中心距a=m(Z2-Z1)/2=2(37-36)/2=1中心距a′===1.68精確計(jì)算嚙合角分離系數(shù)反變位系數(shù)分度圓半徑外齒輪內(nèi)齒輪基圓半徑外齒輪內(nèi)齒輪齒頂圓半徑外齒輪內(nèi)齒輪齒頂壓力角外齒輪內(nèi)齒輪重合度驗(yàn)算齒廓重合度式中4.7.2計(jì)算第二內(nèi)齒輪副外齒輪Z1=39，內(nèi)齒輪Z2=40變位系數(shù)外齒輪內(nèi)齒輪標(biāo)準(zhǔn)中心距a=m(Z2-Z1)/2=2(40-39)/2=1中心距a′===1.68精確計(jì)算嚙合角分離系數(shù)反變位系數(shù)分度圓半徑外齒輪內(nèi)齒輪基圓半徑外齒輪內(nèi)齒輪齒頂圓半徑外齒輪內(nèi)齒輪齒頂壓力角外齒輪內(nèi)齒輪重合度驗(yàn)算齒廓重合度式中4.8齒輪系統(tǒng)的干涉計(jì)算切削內(nèi)齒輪插齒刀的選擇按表9.2-34（機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第二卷）選用參數(shù)為的插齒刀。4.8.1內(nèi)齒輪的齒頂圓不應(yīng)小于基圓由于基圓內(nèi)沒有漸開線，所以要求內(nèi)齒輪的齒頂圓不應(yīng)小于基圓，即第一對齒輪第二對齒輪均滿足要求齒頂高系數(shù)0.550.600.650.700.750.801.00內(nèi)齒輪最小齒數(shù)19202224252734表4-3內(nèi)齒輪齒頂圓不小于基圓所允許的最小齒數(shù)兩對齒輪中內(nèi)齒輪的齒數(shù)均大于表中的數(shù)值。4.8.2外齒輪的齒頂圓不得變尖，要有足夠的厚度外齒輪的變位系數(shù)愈大，則齒頂厚愈薄，甚至?xí)兗猓X頂變薄后將影響輪齒的強(qiáng)度。通常在設(shè)計(jì)中用齒頂厚系數(shù)來衡量齒頂?shù)暮穸取Ｒ话闳?。?dāng)變位系數(shù)為時(shí)，分度圓上齒厚為齒頂圓上齒厚為又因?yàn)樗源霐?shù)據(jù)可得滿足要求4.8.3內(nèi)齒輪的齒頂不得變尖，要有足夠的厚度內(nèi)齒輪的齒頂厚系數(shù)隨變位系數(shù)變化，當(dāng)為某一數(shù)值時(shí)，齒頂厚系數(shù)最小。設(shè)計(jì)中一般取而代入數(shù)據(jù)可得滿足要求4.8.4過渡曲線干涉外齒輪過渡曲線干涉兩齒輪嚙合時(shí)，外齒輪的過渡曲線與內(nèi)齒輪的齒頂相干涉，稱為外齒輪的過渡曲線干涉。由于外齒輪可用插齒刀和齒條刀兩種方法加工，故分情況討論①外齒輪用插齒刀切制用插齒刀切制齒輪時(shí)，不能在齒輪的牙齒全部高度上切出漸開線齒形，而只是從齒頂?shù)烬X廓上的革一點(diǎn)之間為漸開線，在處漸開線和過渡曲線相切，是插齒刀和被切齒輪的極限嚙合點(diǎn)，該點(diǎn)在嚙合線上，齒輪漸開線在切點(diǎn)的曲率半徑計(jì)算可得滿足此干涉要求②外齒輪用齒條刀切制若外齒輪用正常齒高的齒條刀（）加工時(shí)，內(nèi)齒輪的齒數(shù)不小于表4-2中的值時(shí)，即使內(nèi)齒輪的齒頂直徑不增大，也不會(huì)發(fā)生外齒輪過渡曲線干涉。齒頂高系數(shù)0.550.600.650.700.750.801.00內(nèi)齒輪最少齒數(shù)171922263138∞表4-4不會(huì)發(fā)生過渡曲線干涉的最少齒數(shù)因?yàn)閮?nèi)齒輪的齒數(shù)，故不會(huì)發(fā)生過渡曲線干涉。內(nèi)齒輪的過渡曲線干涉由于插齒刀頂刃無圓角，其齒頂高比齒輪的齒頂高大，因此在一般情況下不會(huì)發(fā)生這種干涉。4.8.5漸開線干涉內(nèi)嚙合傳動(dòng)和外嚙合傳動(dòng)一樣，會(huì)發(fā)生漸開線干涉。相應(yīng)地在切制齒輪時(shí)，會(huì)產(chǎn)生根切和頂切。不產(chǎn)生根切的條件①用插齒刀切制外齒輪當(dāng)時(shí)，可用表4-5檢驗(yàn)，若外齒輪的齒數(shù)大于表中的值時(shí)，就不會(huì)產(chǎn)生根切。0.3150.2100.1050.0520.000-0.052-0.10531171718-18-1934171718-18-1936171718-18-1938171818-18-1940181818-19-19表4-5用插齒刀切制非變位外齒輪不產(chǎn)生根切時(shí)，齒輪的最少齒數(shù)②用齒條刀或滾刀切制外齒輪用齒條刀或滾刀切制外齒輪時(shí)，若齒輪不變位，則不產(chǎn)生根切的最少齒數(shù)為取時(shí)，不發(fā)生根切的最小變位系數(shù)為代入得可能是正值，也可能是負(fù)值。正值表明被切齒輪的齒數(shù)小于非變位齒輪的最少齒數(shù)，這時(shí)為了避免根切，必須使刀具至少向外移動(dòng)一段距離，即正變位；負(fù)值就表明被切齒輪的齒數(shù)大于非變位齒輪的最少齒數(shù)，即說明，若齒輪不變位，就不會(huì)產(chǎn)生根切，如果把刀具向輪坯中心移一段距離，即負(fù)變位，才能使所切制的齒輪剛好不發(fā)生根切。外齒輪不發(fā)生頂切的條件當(dāng)齒輪的變位系數(shù)時(shí)，若選取的插齒刀齒數(shù)等于或大于表4-5中的齒數(shù)，就不會(huì)發(fā)生頂切。已知而且由查表4-6得用插齒刀切制外齒輪時(shí)，插見刀的最少齒數(shù)滿足條件，不會(huì)發(fā)生頂切。齒頂高系數(shù)0.600.650.700.750.80插齒刀變位系數(shù)-0.1015～3536～200111215～1819～5253～20011121315～2425～7778～20012131415～1617～3334～118119～2001213141515～2021～4445～192193～20013141516表4-6用插齒刀切制外齒輪時(shí)，插齒刀的最少齒數(shù)4.8.6齒廓重疊干涉式中則滿足齒廓重疊干涉條件4.9齒輪嚙合效率的計(jì)算和確定4.9.1嚙合效率先算機(jī)構(gòu)的嚙合效率。根據(jù)分析兩對齒輪的節(jié)點(diǎn)在嚙合線外，故應(yīng)用公式計(jì)算：式中取摩擦系數(shù)=0.05，而對第一對嚙合齒輪代入值計(jì)算得：故有對第二對嚙合齒輪代入值計(jì)算得：故有所以，機(jī)構(gòu)的嚙合效率為：4.9.2轉(zhuǎn)臂軸承的效率滾動(dòng)軸承摩擦因數(shù)，為軸承內(nèi)經(jīng)，313軸承內(nèi)徑模數(shù)m=2.75,,,則總效率4.10輪齒的強(qiáng)度計(jì)算在漸開線少齒差行星減速器中相嚙合的內(nèi)外兩個(gè)齒輪其齒廓曲率中心在同一個(gè)方向，曲率半徑又接近相等，因此接觸面積大，接觸應(yīng)力小。對這種減速器就不需要再驗(yàn)算接觸應(yīng)力，只需進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，故在此只計(jì)算輪齒的彎曲強(qiáng)度。驗(yàn)算齒根彎曲強(qiáng)度因兩對內(nèi)齒輪副的材料相同，模數(shù)和齒寬相等，齒數(shù)又接近相等（只差1）所以兩對齒輪的齒形系數(shù)、動(dòng)載系數(shù)又接近相等，而作用在齒輪1和2上的圓周力較大。故只要驗(yàn)算齒輪1和2這一對齒輪齒根彎曲強(qiáng)度，如果其強(qiáng)度滿足要求，則齒輪3，4的齒根彎曲強(qiáng)度也滿足。齒根彎曲極限應(yīng)力內(nèi)、外齒輪的材料均為40Cr鋼調(diào)質(zhì)，硬度HV=221~265，齒輪的彎曲極限應(yīng)力齒形系數(shù)外齒輪的齒形系數(shù)，內(nèi)齒輪的齒形系數(shù)，使用系數(shù)因原動(dòng)機(jī)是電動(dòng)機(jī)，工作載荷平穩(wěn)，使用系數(shù)動(dòng)載系數(shù)圓周速度V為米/秒由圖8-15中查得，動(dòng)載荷系數(shù)計(jì)算齒根彎曲應(yīng)力因內(nèi)、外齒輪的齒根彎曲極限應(yīng)力相等，而外齒輪的齒形系數(shù)比內(nèi)齒輪的大，所以計(jì)算外齒輪的齒根彎曲應(yīng)力為：校核安全系數(shù)由式（8-24）推得下式因模數(shù)m=3,由圖8-21中查得,并取壽命系數(shù),應(yīng)力集中系數(shù),齒根圓角表面狀況系數(shù)，則故齒根強(qiáng)度可達(dá)到一般可靠性強(qiáng)度。4.11計(jì)算轉(zhuǎn)臂軸承的壽命轉(zhuǎn)臂軸承是少齒差行星齒輪減速器中的一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，其原因是：

1.作用在行星輪上的力完全由它承受，而轉(zhuǎn)臂軸承又裝在輸入軸上，轉(zhuǎn)速很高，因此轉(zhuǎn)臂軸承處于高速重載下工作，減速器所能傳遞的功率往往受到轉(zhuǎn)臂軸承上工作能力的限制；

2.因少齒差行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)緊湊，轉(zhuǎn)臂軸承的尺寸受到一定的限制。

下面進(jìn)行轉(zhuǎn)臂軸承的選取和其壽命的計(jì)算：

轉(zhuǎn)臂軸承的壽命按以下公式計(jì)算：式中：為軸承的壽命，一般要求≥5000hn軸承轉(zhuǎn)速，r/min，等于曲柄軸轉(zhuǎn)速p當(dāng)量動(dòng)載荷c軸承的額定動(dòng)載荷，標(biāo)準(zhǔn)軸承的值參見滾動(dòng)軸承的尺寸表轉(zhuǎn)臂軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷按下式計(jì)算：式中：軸承名義徑向載荷動(dòng)載荷系數(shù)，通常取=1.2~1.4額定動(dòng)載荷c值按下式計(jì)算：式中：d滾子直徑，一般取d=0.1，并取L=d，L為滾子長度，z為滾子數(shù)目。5支撐裝置設(shè)計(jì)5.1扭力桿裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖5-1固定鉸支擺桿與地面采用如圖5-1所示的三角形固定鉸支連接，在地面搭建水泥基座，選擇合適的鉸支，考慮到桿所受到的彎矩相對比較大，應(yīng)選擇直徑較大的螺栓，粗略估計(jì)螺栓的直徑至少應(yīng)大于10mm。頂桿與電動(dòng)機(jī)的連接由于頂桿屬于管件，使用螺紋連接不方便安裝，而且承力點(diǎn)少，不能傳遞較大的扭矩。但是頂桿又不可能直接焊接在電動(dòng)機(jī)上，故選擇在頂桿和電動(dòng)機(jī)之間使用一塊焊接板，將頂桿焊接在焊接板上，然后選用螺釘連接固定在電動(dòng)機(jī)上。如圖5-2所示。圖5-2頂桿與電動(dòng)機(jī)的連接頂桿和擺桿的尺寸設(shè)計(jì)頂桿和擺桿的最大伸張距離和最小伸張距離分別為滑動(dòng)距離所以擺桿的長度和頂桿的長度應(yīng)滿足條件故取5.2扭力桿裝置的強(qiáng)度計(jì)算最危險(xiǎn)的情況發(fā)生在開始卷簾的時(shí)候，此時(shí)頂桿和擺桿的伸張量最大，重疊區(qū)域較短，最易發(fā)生彎折。此時(shí)的受力情況如圖所示圖5-3扭力桿受力分析圖對Ｃ點(diǎn)取矩由解得對擺桿進(jìn)行受力分析圖5-4彎矩圖在C處所受的彎矩最大鋼管選用普通的熱軋鋼，查表可得極限應(yīng)力，取安全系數(shù)。則可知許用應(yīng)力抗彎截面系數(shù)再由有所以只要設(shè)計(jì)的擺桿鋼管的直徑超過此數(shù)值時(shí)，就能滿足強(qiáng)度條件。對頂桿進(jìn)行受力分析同上，在B處所受到的彎矩最大鋼管選用普通的熱軋鋼，查表可得極限應(yīng)力，取安全系數(shù)。則可知許用應(yīng)力抗彎截面系數(shù)其中，代表內(nèi)、外徑的比值再由則查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第一卷3-187鋼管選用普通的機(jī)械結(jié)構(gòu)用不銹鋼焊接鋼管因?yàn)橐c擺桿進(jìn)行配合，故內(nèi)徑應(yīng)該滿足按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊第一卷表3.1-211選擇外徑，壁厚4mm的鋼管。此時(shí)的抗彎截面系數(shù)滿足要求6結(jié)語6.1總結(jié)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是套管式溫室大棚卷簾機(jī)的設(shè)計(jì)。該機(jī)主機(jī)固定在大棚一側(cè)伸縮支桿上端機(jī)座上，伸縮支桿下端安裝在溫室側(cè)墻邊的鉸座上，減速器輸出軸一頭伸出，通過凸緣聯(lián)軸器或法蘭盤與橫貫溫室全長的卷簾軸相連。接動(dòng)卷簾機(jī)控制開關(guān)的按鈕，卷簾機(jī)組即直接驅(qū)動(dòng)卷簾桿轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)卷簾桿沿著棚面向上方轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，卷簾桿即帶動(dòng)保溫簾邊自卷邊向上滾動(dòng)，由于支撐卷簾機(jī)組的伸縮支桿的長度可隨卷簾機(jī)組位置變動(dòng)而自由變化，因此卷簾機(jī)組亦隨之上升，從而使保溫簾揭啟。反之，令卷簾機(jī)驅(qū)動(dòng)卷簾桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，保溫簾便在自重作用下沿棚面向下方滾動(dòng)，使其重新恢復(fù)到覆蓋狀態(tài)。這種自驅(qū)動(dòng)卷簾機(jī)的構(gòu)造簡單，特別是它無須在溫室頂部安裝任何附屬構(gòu)件，因而不僅對溫室頂部的建筑結(jié)構(gòu)與強(qiáng)度無特別要求，而且安裝施工亦非常方便、快捷。但由于是側(cè)置式卷軸受力不均，不宜太長的溫室使用。機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、無異常噪音，卷簾時(shí)間6.38分鐘，各轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，輸出軸轉(zhuǎn)數(shù)9轉(zhuǎn)，輸出扭矩設(shè)計(jì)合理，具有科學(xué)性、合理性，各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。確定其傳動(dòng)路線為：電機(jī)——少齒差減速器——聯(lián)軸器——卷簾軸，并對套管式卷簾機(jī)的結(jié)構(gòu)及尺寸參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算作了比較細(xì)致的分析計(jì)算。選用的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速1430r/min，卷簾機(jī)的總傳動(dòng)比為477。對卷簾機(jī)進(jìn)行受力分析，求出其總阻力矩為7000Nm，從而選得電動(dòng)機(jī)3kW。在此基礎(chǔ)上，確定出少齒差減速器的齒輪的尺寸參數(shù)，設(shè)計(jì)的齒輪的模數(shù)為2mm,,完成減速器的設(shè)計(jì)工作。6.2體會(huì)這次關(guān)于溫室大棚自動(dòng)卷簾機(jī)的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們真正理論聯(lián)系實(shí)際、深入了解設(shè)計(jì)概念和設(shè)計(jì)過程的實(shí)踐考驗(yàn)，對于提高我們機(jī)械設(shè)計(jì)的綜合素質(zhì)大有用處。通過近三個(gè)月的設(shè)計(jì)實(shí)踐，使我對機(jī)械設(shè)計(jì)有了更多的了解和認(rèn)識。為我們以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。機(jī)械設(shè)計(jì)是機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ),是一門綜合性相當(dāng)強(qiáng)的技術(shù)課程，它融《機(jī)械原理》、《機(jī)械設(shè)計(jì)》、