小型牧草收割機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

目錄

摘要..........................................................I

Abstract............................................................................................................II

第1章緒論.................................................1

1.1研究的目的和意義................................................1

1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀..................................................2

1.2.1國(guó)外牧草收割機(jī)的生產(chǎn)研究概況.............................2

1.2.2國(guó)內(nèi)牧草收割機(jī)的生產(chǎn)研究概況.............................3

1.2.3國(guó)內(nèi)外牧草收割機(jī)械切割部件發(fā)展概況.......................4

第2章整體方案的確定........................................6

2.1收割機(jī)類(lèi)型的選擇...............................................6

2.1.1按切割裝置分類(lèi)...........................................6

2.1.2往復(fù)式割草機(jī)分類(lèi)..........................................6

2.2方案確定.......................................................7

2.3本章小結(jié).......................................................8

第3章切割系統(tǒng)的設(shè)計(jì)........................................9

3.1切割器主要參數(shù)分析.............................................9

3.1.1往復(fù)式切割器影響切割質(zhì)量的因素分析........................9

3.1.2技術(shù)參數(shù)的分析和評(píng)價(jià)....................................10

3.2凸輪軸的設(shè)計(jì)....................................................10

3.2.1凸輪軸的設(shè)計(jì)............................................10

3.2.2確定凸輪軸各段的直徑和長(zhǎng)度.............................11

3.3切割裝置的設(shè)計(jì)..................................................11

3.3.1動(dòng)刀的結(jié)構(gòu)..............................................11

3.3.2刀片間隙的調(diào)整...........................................12

3.3.3偏心輪的設(shè)計(jì).............................................13

3.3.4切割裝置附件的設(shè)計(jì)......................................13

3.4本章小結(jié)........................................................14

第4章傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)???????15

4.1傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動(dòng)比確定…15

4.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).........................................15

4.1.2傳動(dòng)比確定...............................................15

4.2收割機(jī)功率需求分析和傳動(dòng)效率....................................16

4.2.1收割機(jī)的功率分析........................................16

4.2.2收割機(jī)的傳動(dòng)效率........................................17

4.3減速器的設(shè)計(jì)..................................................28

4.3.1錐齒輪的設(shè)計(jì)............................................28

4.3.2減速箱輸入軸的設(shè)計(jì)和校核................................22

4.3.3曲柄主軸的設(shè)計(jì)和校核....................................26

4.3.4箱體及附件的設(shè)計(jì)........................................30

4.4本章小結(jié)......................................................33

第5章輸送系統(tǒng)的設(shè)計(jì).........................................34

5.1輸送帶速度計(jì)算.................................................34

5.2輸送系統(tǒng)參數(shù)確定...............................................35

5.2.1輸送系統(tǒng)中帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)..................................35

5.2.2撥齒高度和間距..........................................37

5.2.3輸送帶高度...............................................37

5.2.4割臺(tái)前伸量...............................................37

5.3鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)...................................................37

5.4輸送主軸的設(shè)計(jì)和校核...........................................39

5.4.1輸送主軸的設(shè)計(jì)..........................................39

5.4.2確定輸送主軸各段的直徑和長(zhǎng)度............................40

5.4.3軸的受力分析............................................40

5.4.4輸送主軸的強(qiáng)度校核......................................41

5.5本章小結(jié).......................................................41

結(jié)論.........................................................42

參考文獻(xiàn).....................................................43

致謝.........................................................45

摘要

隨著農(nóng)村現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正朝著多元化的方向發(fā)展。20多年來(lái)

畜牧業(yè)發(fā)展較快，與之相應(yīng)的牧草種植面積也不斷擴(kuò)大。目前牧草種植均為中小型牧

場(chǎng)，田塊大小不一，高低不平，大型牧草收割機(jī)械難以在這些地區(qū)作業(yè)。而中小型牧

場(chǎng)資金有限，而且牧草在一個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)多次收割，急需適合中小型牧場(chǎng)的收獲機(jī)械。

根據(jù)收獲對(duì)象對(duì)收割機(jī)的各種約束條件和設(shè)計(jì)原則，本論文確定了小型牧草收割

機(jī)的最佳總體方案和適宜的切割系統(tǒng)主軸轉(zhuǎn)速、切割速比、輸送速比等設(shè)計(jì)參數(shù)。該

機(jī)主要由切割系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)三部分組成，自帶動(dòng)力（2.9kW水冷柴油機(jī)）

采用立式割臺(tái)、橫向輸送。小型牧草收割機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，小巧靈活，轉(zhuǎn)移方便且操作

簡(jiǎn)捷，整機(jī)通過(guò)性能好，適應(yīng)性強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：牧草；收割機(jī)；機(jī)械設(shè)計(jì)；強(qiáng)度計(jì)算；雙動(dòng)

ABSTRACT

Withthequickeningcourseofmodernizationinthecountry,theagricultureindustrial

structureisfacingtothemultiplexdirection.Thestockbreedinghavedevelopedquicklyfor

20years,correspondinglytheareaofthepasturegrasshaveincreasinglyexpanded.At

presentthepasturegrassisthemiddleorsmallscale,andthefieldblocksizeisdifferent,

anduneven.Thereforethelarge-scalepasturegrassharvestingmachineisdifficulttowork

intheselocalareas.Howeverthefundofthemiddleandsmallscalepastureislimited,the

pasturegrasshavebeenharvestedmanytimesinonevegetalperiod.Sotheharvest

machineswhichsuitthemiddleandsmallscalepastureisneededurgently.

Accordingtoresemblingdesignprincipleandvariousrestraintconditionsforreaper,

theoptimaloverallschemeofreaperworkingonhillsideandsomesuitabledesign

parameterssuchasrotationalspeedofmainshaftincuttingsystem,cuttingspeedindex,

conveyingspeedindexhavebeendetermined.Thereaperismainlycomposedofcutting,

conveyingandTransmissionsystem.Thismachinewithself-drivenpower(the

water-coolingdieselengineof2.9kw)wasadoptedtoverticalheader,horizontalconveying.

Keywords:Herbage;Reaper;MachineDesign;StrengthEvaluation;Double-Propelled

第1章緒論

1.1研究目的與意義

我們國(guó)家改革開(kāi)放以來(lái)，人民生活水平顯著提高，生活的質(zhì)量也得到了明顯的改

善，這都?xì)w功于經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷加快促進(jìn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化機(jī)構(gòu)調(diào)整，畜

牧業(yè)隨之突顯為主體，在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)中所占的比重越來(lái)越大。我國(guó)的牧草資源豐富，是

巨大的天然寶藏，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)我國(guó)共有各類(lèi)天然草二十多種，有33億畝草原，10億

畝草山坡地，占國(guó)土面積的41.7%,居世界第二位，同時(shí)我國(guó)的秸稈資源也是非常豐

富的，可以生產(chǎn)大量的飼草。飼草作為發(fā)展畜牧業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，成為畜牧業(yè)發(fā)展規(guī)模

和速度的決定因素U⑵。

隨著農(nóng)村現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正朝著多元化的方向發(fā)展。南方農(nóng)村

地處山丘陵區(qū)，具有適合奶牛、羊、鵝等畜禽養(yǎng)殖的良好條件，20多年來(lái)畜牧業(yè)發(fā)展

較快，與之相應(yīng)的牧草種植面積也不斷擴(kuò)大。目前牧草種植均為幾公頃至幾十公頃的

中小型牧場(chǎng)，田塊大小不一，高低不平，大型牧草收割機(jī)械難以在這些地區(qū)作業(yè)，這

些地理位置對(duì)牧草收割機(jī)械要求的條件比較高。而大多數(shù)中小型牧場(chǎng)運(yùn)作資金有限，

不可能花巨資購(gòu)置成套的牧草收獲機(jī)具，而且成套的牧草收割機(jī)獲機(jī)械不夠靈活，運(yùn)

作大型成套的牧草收割機(jī)械的費(fèi)用比較高。現(xiàn)在種植牧草的品種主要為黑麥草、紫花

苜蓿，這些品種韌性大，強(qiáng)度高，人工用鐮刀收割時(shí)刀口在很短時(shí)間就鈍了，農(nóng)戶(hù)常

將磨刀磚帶到田頭，經(jīng)常磨刀，工作效率低下。人員工資高，造成作業(yè)成本高，而且

牧草在一個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)多次收割，急需適合中小型牧場(chǎng)的收獲機(jī)械。所以我們應(yīng)該盡

快找到一個(gè)合適的方法目的在于盡快解決牧草收割的難點(diǎn)⑶。

牧草收獲機(jī)械化技術(shù)在北美以及歐洲地區(qū)己經(jīng)有非常成熟的經(jīng)驗(yàn)，牧草收獲機(jī)械

的種類(lèi)也非常多，而我國(guó)的牧草收獲機(jī)械化目前仍處于起步階段，牧草收獲機(jī)械特別

是苜蓿的收獲機(jī)械主要是由國(guó)外進(jìn)口。無(wú)論是對(duì)進(jìn)口機(jī)械還是國(guó)產(chǎn)機(jī)械，國(guó)內(nèi)用戶(hù)在

購(gòu)買(mǎi)時(shí)都應(yīng)該慎重，仔細(xì)分析每種機(jī)器的特點(diǎn)、性能以及適應(yīng)性，這樣才能更好地使

其發(fā)揮最大的作用，為我國(guó)牧草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供強(qiáng)大的裝備支持⑷。

由于我國(guó)畜牧機(jī)械業(yè)起步比較晚，在生產(chǎn)工藝、機(jī)械設(shè)計(jì)、加工設(shè)備和自動(dòng)化控

制水平等諸多方面與發(fā)達(dá)國(guó)家存在著一定的差距。主要的原因是我國(guó)的牧草收割機(jī)的

品種不齊全，牧草收割的質(zhì)量不能夠達(dá)標(biāo)，這樣就會(huì)影響牧草的再生長(zhǎng)，研究牧草收

割技術(shù)的人員少，標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，再者農(nóng)牧民的購(gòu)買(mǎi)欲望不夠強(qiáng)烈，嚴(yán)重影響了牧草收

割機(jī)的快速發(fā)展。發(fā)達(dá)國(guó)家在草原畜牧業(yè)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)大都已機(jī)械化⑸。

我國(guó)的牧草收割技術(shù)設(shè)備與發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大的差距，而且大多為仿造產(chǎn)品，

品種不全，主要的工作零部件機(jī)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)，生產(chǎn)技術(shù)不成熟，設(shè)備質(zhì)量欠佳，

遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足日益擴(kuò)大的國(guó)內(nèi)草產(chǎn)品生產(chǎn)加工設(shè)備市場(chǎng)的需要。提高國(guó)產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量，

開(kāi)發(fā)新結(jié)構(gòu)，無(wú)疑會(huì)畜牧業(yè)發(fā)展起到革命性的作用。雖然市場(chǎng)上國(guó)外產(chǎn)品質(zhì)量較好，

但價(jià)格太高，不太適合國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的消費(fèi)水平，所以開(kāi)發(fā)性能良好、自動(dòng)化程度高、外

形輕巧美觀，而且價(jià)格適中的國(guó)產(chǎn)收割機(jī)將是我國(guó)牧草收割設(shè)備的關(guān)鍵機(jī)械之一，對(duì)

促進(jìn)飼草產(chǎn)業(yè)化繼承會(huì)起到舉足輕重的作用向。

目前，我國(guó)牧草的種植收獲主要依靠人工完成，勞動(dòng)強(qiáng)度大，功效低，有時(shí)得不

到及時(shí)收獲，難以適應(yīng)規(guī)?；?、商品化及市場(chǎng)發(fā)展的要求。小型牧草收割機(jī)普遍得到

牧草專(zhuān)業(yè)戶(hù)的歡迎，能減輕牧草收獲時(shí)繁重的體力勞動(dòng)，同時(shí)減少工人割草的時(shí)候都

牧草的踐踏，還有工人用手工割草時(shí)對(duì)草根的傷害，使牧草生長(zhǎng)的更旺盛，用牧草收

割機(jī)割的草長(zhǎng)度一致，便于捆扎和運(yùn)輸，給剩下的環(huán)節(jié)帶來(lái)了很大的方便。隨著牧草

產(chǎn)業(yè)的迅速崛起，給牧草機(jī)械化發(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇，小型牧草收割機(jī)市場(chǎng)需求空間

很大，前景廣闊【久

1.2國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

1.2.1國(guó)外牧草收割機(jī)的生產(chǎn)研究概況

國(guó)外研制和生產(chǎn)牧草收獲機(jī)械起步早，發(fā)展較快。尤其是美、德、法、意、日等

發(fā)達(dá)國(guó)家在該領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。

1805年英國(guó)工程師托馬斯?普拉克內(nèi)特獲得了第一臺(tái)割草機(jī)的發(fā)明專(zhuān)利，那是一臺(tái)

裝有環(huán)形刀身的笨重機(jī)器，而且運(yùn)轉(zhuǎn)不很理想。在1830年由埃溫?馬丁制造的割草機(jī)

類(lèi)似于今天使用的手扶滾筒割草機(jī)。早期應(yīng)用普遍的是往復(fù)式割草機(jī)，為了提高機(jī)具

的生產(chǎn)率，盡量加大割幅以及提高機(jī)具的前進(jìn)速度。到了20世紀(jì)70年代各國(guó)開(kāi)始研

制使用旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)，利用高速旋轉(zhuǎn)的割刀對(duì)植株進(jìn)行無(wú)支撐切割的工具，具有結(jié)構(gòu)

簡(jiǎn)單，維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間少，不需要磨刀、換刀等優(yōu)點(diǎn)。

美國(guó)約翰?迪爾公司和紐荷蘭公司目前是世界上最大的牧草機(jī)械制造商，美國(guó)約

翰?迪爾公司牧草機(jī)械有13個(gè)品種49個(gè)機(jī)型；紐荷蘭公司現(xiàn)生產(chǎn)12個(gè)品種25個(gè)

機(jī)型⑶。具有領(lǐng)先地位的產(chǎn)品有牽引式往復(fù)割草壓扁機(jī)、自走式割草壓扁機(jī)，如

NEWHOLLAND471,488、499、1465型等，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：配有護(hù)刃器和短齒護(hù)刃器，

根據(jù)牧草作物生長(zhǎng)情況選用，不發(fā)生堵塞現(xiàn)象；能手動(dòng)或液壓調(diào)節(jié)切割器護(hù)刃器傾角，

適用于多石塊、坡地的田間作業(yè)；可靠的齒輪箱驅(qū)動(dòng)壓扁輯，不需要調(diào)整任何鏈條等

優(yōu)點(diǎn)［3英國(guó)的Hesston往復(fù)式割草機(jī)，如1275型，具有國(guó)際領(lǐng)先水平。傳動(dòng)系統(tǒng)

通過(guò)變速箱及主傳動(dòng)軸將動(dòng)力送到割草機(jī)輾壓輪，再經(jīng)過(guò)二級(jí)變速箱通過(guò)皮帶傳到割

刀；采用時(shí)間控制，雙動(dòng)割刀，割刀速度為1800行程/分鐘，兩邊各有一個(gè)平衡飛

輪，以減少振動(dòng)及幫助割刀切割；其加強(qiáng)型剛性刀桿提供長(zhǎng)久維護(hù)，護(hù)刃器經(jīng)二次熱

處理，使其具有可靠的耐磨性；采用可調(diào)浮動(dòng)彈簧，使割刀能完全自由浮動(dòng)；方便的

護(hù)刃角調(diào)節(jié)，可適合不同地勢(shì)及作物狀況等⑸。世界著名牧草機(jī)械制造商約翰?迪爾

JohnDeer和凱斯CAS廠(chǎng)商不斷研制開(kāi)發(fā)新型多功能聯(lián)合收獲機(jī)械，如CASE

CombineHarvesters15,整機(jī)性能優(yōu)異，可收獲40多種農(nóng)作物及牧草,操作方便,

可靠耐用，可以毫不費(fèi)力的應(yīng)付潮濕倒伏密集的牧草及坡地上的作物⑹。因此，國(guó)外

牧草收獲機(jī)械研究開(kāi)發(fā)從整機(jī)性能上已日益完善。

近年來(lái)，歐美等天然草場(chǎng)面積較大的發(fā)達(dá)國(guó)家的收割設(shè)備更成熟，結(jié)構(gòu)參數(shù)更合

理，更可靠，生產(chǎn)率也很高。國(guó)際著名的農(nóng)機(jī)生產(chǎn)商如美國(guó)紐荷蘭、約翰迪爾、凱斯

公司，英國(guó)福格森公司，韓國(guó)成元公司，德國(guó)威格公司和前進(jìn)公司的收割機(jī)都已系列

產(chǎn)生，這些設(shè)備無(wú)論在機(jī)械結(jié)構(gòu)、動(dòng)力配套、液壓系統(tǒng)還是控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面都處理

得很成功，一些新的設(shè)計(jì)理論、最新科研成果的應(yīng)用在這些機(jī)械上都有體現(xiàn)。在一些

發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)牧草收割機(jī)已全部實(shí)行機(jī)械化，有牽引發(fā)展成自走式，已發(fā)明出機(jī)

器人式割草機(jī)，牧草業(yè)已成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)一大產(chǎn)業(yè)網(wǎng)。

但由于國(guó)外的收獲機(jī)械以大型為主，其機(jī)具轉(zhuǎn)彎半徑大，需要地頭長(zhǎng)，組織水平

要求高，價(jià)格昂貴，因此考慮種植方式，作業(yè)地塊條件及農(nóng)牧民經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等多種

因素，國(guó)外牧草收獲機(jī)械在我省推廣應(yīng)用存在很大的局限性。

1.2.2國(guó)內(nèi)牧草收割機(jī)的生產(chǎn)研究概況

我國(guó)牧草機(jī)械產(chǎn)業(yè)化起步晚。與許多的發(fā)達(dá)國(guó)家相比有很大的差距。在50年代

末海拉爾機(jī)械廠(chǎng)生產(chǎn)出了新型的畜力割草機(jī)，同時(shí)還生產(chǎn)了引爆單刀割草機(jī)。60年代

內(nèi)蒙古畜牧機(jī)械研究所進(jìn)行了后懸掛雙刀高速割草機(jī)的研究，雙動(dòng)刀高速割草機(jī)接近

當(dāng)時(shí)國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品先進(jìn)水平，由于某種原因約十年的時(shí)間停止了這方面的研究工作。

70年代內(nèi)蒙古和新疆分別研制成單圓盤(pán)，雙圓盤(pán)和四圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)，這些割草機(jī)

適合于高密度的人工種植和天然草場(chǎng)收割，具有割茬低等。我國(guó)在85年又研制出了

六盤(pán)全齒式旋轉(zhuǎn)割草機(jī)。20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，我國(guó)對(duì)草地畜牧業(yè)投入嚴(yán)重不

足，相對(duì)支持力度減緩甚至下降，使得許多牧草機(jī)械制造企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)產(chǎn)或停產(chǎn)，再加

上我國(guó)與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家存在著技術(shù)差距和制造手段、工藝等方面的差距，使得我國(guó)

與國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的制造能力和水平的距離進(jìn)一步拉大，其產(chǎn)品類(lèi)型只有圓盤(pán)式旋轉(zhuǎn)割

草機(jī)、后懸掛往復(fù)割草機(jī)、機(jī)引單刀割草機(jī)、指盤(pán)式摟草機(jī)、圓捆、方捆打捆機(jī)等，

目前，人們多熱衷于討論種植牧草的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益，但對(duì)于如何實(shí)現(xiàn)上述效益，

討論研究較少。由于嚴(yán)重缺乏適合農(nóng)牧民的牧草收獲機(jī)械，造成農(nóng)牧民種草豐產(chǎn)不豐

收，或豐產(chǎn)欠收。盡管我國(guó)牧草收獲機(jī)械，在引進(jìn)、消化的基礎(chǔ)上也初步形成了散草、

方捆、圓捆、壓垛、二次加壓打包作業(yè)工藝系統(tǒng)，但每種作業(yè)機(jī)械多數(shù)為單一機(jī)型，

各作業(yè)工序間機(jī)具與動(dòng)力配套性差，特別是我國(guó)農(nóng)村實(shí)行草畜雙承包到戶(hù)生產(chǎn)責(zé)任制

以后，地塊變小，用戶(hù)不能根據(jù)自己的經(jīng)營(yíng)規(guī)模選擇合適的機(jī)具，機(jī)具使用效益不高，

造成供需脫節(jié)。目前，我國(guó)生產(chǎn)的牧草收獲機(jī)械的主要企業(yè)有3家（海拉爾牧業(yè)機(jī)

械總廠(chǎng)、寶昌牧業(yè)機(jī)械廠(chǎng)和新疆畜牧機(jī)械廠(chǎng)）。海拉爾牧業(yè)機(jī)械總廠(chǎng)是全國(guó)牧草收獲

機(jī)械的最大生產(chǎn)廠(chǎng)家。該廠(chǎng)生產(chǎn)的天然草場(chǎng)和低產(chǎn)人工草場(chǎng)的割、摟產(chǎn)品，技術(shù)上比

較成熟，且市場(chǎng)占有率高、量大而面廣，但它在種植高產(chǎn)牧草的收割方面競(jìng)爭(zhēng)力較小。

目前甘肅酒泉地區(qū)農(nóng)機(jī)推廣站研制成功新式的二圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)牧草收割機(jī)，正式通過(guò)

技術(shù)鑒定，準(zhǔn)予批量生產(chǎn)，可收割各類(lèi)高密度的人工種植和天然牧草。

在2002年上海向明公司也自行研制出了圓盤(pán)后掛式割草機(jī)，它是利用拖拉機(jī)輸出

的動(dòng)力和行走裝置進(jìn)行收割牧草作業(yè)?，F(xiàn)在我們研究的方向是趨向方便和省時(shí)省力

U3］。

總體來(lái)講我國(guó)牧草收獲機(jī)械化水平還是很低，產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定，品種單一，且草

地單位面積擁有整套割、摟、裝、運(yùn)設(shè)備數(shù)量與美國(guó)相比差距懸殊。

1.2.3國(guó)內(nèi)外牧草收割機(jī)械切割部件發(fā)展概況

切割部件是牧草收獲機(jī)械的最主要的部件，國(guó)內(nèi)外牧草收獲機(jī)械按其切割部件的

結(jié)構(gòu)分為往復(fù)式和圓盤(pán)式割草機(jī)；按其行走動(dòng)力分為牽引式、半懸掛式、懸掛式、自

走式割草機(jī);按照割草幅寬可為窄幅和寬幅式割草機(jī)。

1、往復(fù)式切割器割草機(jī)研究發(fā)展概況

往復(fù)式割草機(jī)具有最悠久的歷史。它適于收割天然牧草和種植牧草，具有割茬低

而整齊，牧草損失少，便于調(diào)整使用等優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展過(guò)程是從畜力到機(jī)引；從牽引到

懸掛。其發(fā)展趨勢(shì)是提高生產(chǎn)效率，一是提高前進(jìn)速度，二是增加割幅。加大割幅將

增加金屬消耗量，因此以提高前進(jìn)速度更為有利。但為保證切割質(zhì)量，必須同時(shí)提高

切割器切割速度。由于切割速度提高，引起割刀往復(fù)慣性力大為增加，會(huì)造成機(jī)器震

動(dòng)和機(jī)件損壞，切割高產(chǎn)或濕潤(rùn)牧草常產(chǎn)生堵刀現(xiàn)象。這種割草機(jī)雖有這些缺點(diǎn)，但

目前仍作為一種標(biāo)準(zhǔn)機(jī)型被國(guó)內(nèi)外廣泛使用和大量生產(chǎn)，并且在不斷完善和改進(jìn)。

2、回轉(zhuǎn)式割草機(jī)研究發(fā)展概況

近年來(lái)，西歐由于種植牧草面積大量增加，并使用大量含氮肥料使牧草高大，茂

密而趨于倒伏。因此，回轉(zhuǎn)式割草機(jī)得到迅速發(fā)展，它屬無(wú)支承切割。切割器刀片安

裝在刀盤(pán)上，并隨刀盤(pán)一起回轉(zhuǎn)進(jìn)行割草，其前進(jìn)速度高，有較高的生產(chǎn)率，不產(chǎn)生

堵塞現(xiàn)象，更換刀片簡(jiǎn)易，保養(yǎng)方便。但回轉(zhuǎn)式割草機(jī)功率消耗較大，為10~6馬力

/米。（普通往復(fù)式割草機(jī)為1?2馬力/米，雙動(dòng)刀割草機(jī)為4?8馬力/米）工作幅重

割區(qū)大，割茬不齊，碎草多，且對(duì)地面的平坦程度要求較高。在牧草剛度小時(shí)易使割

茬高度增加，因此較適于高產(chǎn)硬桿牧草，在西歐比較盛行。

第2章整體方案的確定

2.1收割機(jī)類(lèi)型的選擇

2.1.1按切割裝置分類(lèi)

割草機(jī)按其切割裝置來(lái)分可分為刀片往復(fù)運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)兩類(lèi)。根據(jù)相關(guān)的資料

介紹其兩類(lèi)割草機(jī)在收割時(shí)所需的動(dòng)力不一樣，往復(fù)運(yùn)動(dòng)的割草機(jī)所需的動(dòng)力較小，

所以往復(fù)運(yùn)動(dòng)的割草機(jī)就成為了主流。如圖2.1所示是兩種割草機(jī)在收割時(shí)，所需動(dòng)

力的對(duì)比網(wǎng)。

福

旋轉(zhuǎn)式割草機(jī)

往復(fù)式割草機(jī)

102030405060

生草重

圖2.1旋轉(zhuǎn)式和往復(fù)式割草機(jī)所需動(dòng)力的比較

所以本設(shè)計(jì)選用的割草機(jī)是往復(fù)式割草機(jī)。

2.1.2往復(fù)式割草機(jī)的分類(lèi)

往復(fù)式割草機(jī)主要分為以下幾類(lèi)：

（1）手扶拖拉機(jī)配套；又分為前懸掛式和牽引式。

（2）乘座式拖拉機(jī)配套；又分為前懸掛式和牽引式。

（3）連桿式割草機(jī)；采用曲柄輪和連桿驅(qū)動(dòng)的形式。

（4）無(wú)連桿式割草機(jī)；又稱(chēng)作平衡驅(qū)動(dòng)割草機(jī)，通過(guò)動(dòng)刀的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，在此過(guò)程

中所產(chǎn)生的不平衡又重錘吸收。

以上的割草機(jī)都是固定式定刀，只有一個(gè)動(dòng)刀，單動(dòng)刀的運(yùn)動(dòng)頻率低，容易卡滯

堵塞，難以適應(yīng)柔性莖桿牧草的切割，而且工作時(shí)平衡能力差。雙動(dòng)刀割草機(jī)是兩組

刀片相反反向切割。因此驅(qū)動(dòng)裝置和刀片支撐裝置的構(gòu)造比較復(fù)雜，但驅(qū)動(dòng)時(shí)動(dòng)態(tài)平

衡較優(yōu)越，刀片的往復(fù)次數(shù)非常高，所以作業(yè)時(shí)相對(duì)比較快。結(jié)合當(dāng)前養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展

的特點(diǎn)，牧草機(jī)械的研制在機(jī)型上以小型為主，在研究?jī)?nèi)容上，重點(diǎn)解決勞動(dòng)強(qiáng)度大,

用工多的牧業(yè)生產(chǎn)作業(yè)，考慮部分牧場(chǎng)的規(guī)模等，所以本論文主要設(shè)計(jì)一種小型輕便

的雙動(dòng)刀的往復(fù)式收割機(jī)械。

2.2方案確定

通過(guò)以上的分析和比較，選用雙動(dòng)往復(fù)式收割機(jī)。牧草收割機(jī)主要有動(dòng)力源、切

割系統(tǒng)、傳動(dòng)系統(tǒng)、輸送系統(tǒng)和行走系統(tǒng)組成。

收割機(jī)的動(dòng)力由柴油機(jī)提供。選擇單缸兩沖程的柴油機(jī)，它的額定功率為2.9kW,

轉(zhuǎn)速為2600r/min,外形尺寸為166x196x208o

切割系統(tǒng)，選用雙刀片往復(fù)式。因?yàn)閱蔚镀\(yùn)動(dòng)時(shí)，它的速度不能達(dá)到切割牧草

所需要的速度，雙刀片割草機(jī)的速度是單刀片割草機(jī)的兩倍。將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)

動(dòng)采用雙曲柄機(jī)構(gòu)。

傳動(dòng)系統(tǒng)中動(dòng)力由柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪輸出后，經(jīng)三角皮帶輪和一對(duì)錐齒輪兩級(jí)

減速，并改變傳動(dòng)方向后傳遞給曲柄主軸，在經(jīng)過(guò)聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞給凸輪軸，帶動(dòng)

刀片進(jìn)行切割，同時(shí)，切割器曲柄主軸經(jīng)一對(duì)小鏈輪將驅(qū)動(dòng)力傳遞給輸送系統(tǒng)。減速

器中采用錐齒輪傳動(dòng)。

輸送系統(tǒng)采用皮帶傳輸，傳輸帶上裝有撥齒，將牧草輸送到收割機(jī)的右側(cè)。

行走系統(tǒng)，目前行走系統(tǒng)采用人工推行，暫時(shí)不考慮機(jī)動(dòng)行走，這樣也是為了從

經(jīng)濟(jì)方面考慮。行走輪的直徑為250mm。

小型牧草收割機(jī)要能適應(yīng)目前主要種植的黑麥草、紫花苜蓿和三葉草等品種。這

些品種在形狀、性能上差異較大，切割強(qiáng)度明顯不同，故對(duì)牧草切割裝置要求較高，

對(duì)刀刃型式、切割運(yùn)動(dòng)速度及相關(guān)參數(shù)都要有兼容收割能力。牧草機(jī)的動(dòng)力機(jī)型要小

巧，工作可靠；操作上要簡(jiǎn)單便利，整機(jī)輕便，價(jià)格低廉。根據(jù)以上原則，并結(jié)合牧

草收割的農(nóng)藝要求，本論文所設(shè)計(jì)的小型牧草收割機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：

配套動(dòng)力：柴油機(jī)2.9kW；

割幅：1m；

割茬高度：45mm左右；

切割形式：雙動(dòng)往復(fù)式；

適用作物高度：600mm左右；

刀片刃口：平面形；

刀齒間距：39mm；

刀片運(yùn)動(dòng)速率：＞1800次/min；

前進(jìn)方式：手扶推行式；

操縱人數(shù)：1人；

工效：334m2/h左右。

2.3本章小結(jié)

這一章主要是確定小型牧草收割機(jī)總體的設(shè)計(jì)方案。確定割草機(jī)的類(lèi)型為雙動(dòng)往

復(fù)式收割機(jī)。其中的切割系統(tǒng)中采用雙動(dòng)刀片；傳動(dòng)系統(tǒng)中減速器采用錐齒輪傳動(dòng)；

輸送系統(tǒng)采用帶傳動(dòng)。這一章主要是設(shè)計(jì)小型牧草收割機(jī)的大體的方案，為以后的設(shè)

計(jì)做準(zhǔn)備。

第3章切割系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1切割器主要參數(shù)的分析

切割器是各種收割機(jī)最主要的部件，其工作效率和作業(yè)質(zhì)量直接影響整機(jī)性能。

目前割草機(jī)上普遍采用往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式切割器。因回轉(zhuǎn)式切割器切割功率消耗大，對(duì)

地面的平坦程度要求較高，不適應(yīng)于山地、丘陵、梯田等地段，因此選用普通I往復(fù)

式切割器⑵。在工作時(shí)，柴油機(jī)輸出回轉(zhuǎn)動(dòng)力，經(jīng)過(guò)輸入軸將動(dòng)力傳輸給曲柄主軸，再

經(jīng)曲柄機(jī)構(gòu)變?yōu)橥鶑?fù)運(yùn)動(dòng)。

3.1.1往復(fù)式切割器影響切割質(zhì)量的因素分析

切割速度匕與進(jìn)給速度匕之間的關(guān)系，用切割速比來(lái)描述。在動(dòng)刀高度〃一定時(shí),

重割區(qū)和空白區(qū)的大小與機(jī)器前進(jìn)速度匕和曲柄轉(zhuǎn)速有密切的關(guān)系，其關(guān)系用切割進(jìn)

程”表示。數(shù)學(xué)式為

H=Vm-t(3.1)

式中匕——機(jī)器前進(jìn)速度(m/s)；

t——割刀運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程時(shí)間。

因?yàn)橥鶑?fù)切割器割刀運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)180。，其時(shí)間為，

t=——(3.2)

n

將(3.2)代入(3.1)得

H=(3.3)

n

式中n---曲柄轉(zhuǎn)速(r/min)。

因牧草稠密多汁，切割阻力大，往復(fù)式割草機(jī)切割速度應(yīng)大于2.15m/s⑶。但切割

速度太大，慣性力增加，引起機(jī)器震動(dòng)，因此選擇適宜切割速度是關(guān)鍵，曲柄主軸轉(zhuǎn)

速738r/min。曲柄旋轉(zhuǎn)一周，割刀完成兩個(gè)行程，則割刀平均速度匕為

匕,個(gè)"/s)(3.4)

738x38

1.87m/s

015x1000

式中r----曲柄半徑(mm)；

n----曲柄轉(zhuǎn)速(r/min)。

V

因?yàn)榍懈钏俦热松蠈ⅲ?.1）（3.3）代入整理得

匕

(3.5)

H

現(xiàn)有割草機(jī)H=（1.1-1.5）h代入（3.5）式得

2r

X(3.6)

(1.1-1.5)/2

h——?jiǎng)拥度懈叨龋╩m）,標(biāo)準(zhǔn)I型切割器動(dòng)刀刃高度h為54,代入（3.6）得

2x38

九=0.94-1.28

(1.1~1.5)x54

為保證切割質(zhì)量，實(shí)際切割速比應(yīng)大于理論切割速比，理論進(jìn)給速度匕取機(jī)器

穩(wěn)定行駛所允許的最高速度。

3.1.2技術(shù)參數(shù)的分析和評(píng)價(jià)

當(dāng)曲柄主軸轉(zhuǎn)速為738r/min,切割器平均速度匕,=1.87m/s,收割機(jī)平均作業(yè)速

度匕=0.99m/s,切割器選標(biāo)準(zhǔn)I型，為保證切割質(zhì)量，應(yīng)選擇恰當(dāng)?shù)那懈钏俦取Ｇ懈?/p>

速比一般大于1.02⑶，本機(jī)在平均工況下丸=%/%=1.87>1.02,故本機(jī)的設(shè)計(jì)是合理

的。

3.2凸輪軸的設(shè)計(jì)

切割時(shí)為實(shí)現(xiàn)從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到雙刀的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，必需有一個(gè)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該

機(jī)構(gòu)就是雙曲柄機(jī)構(gòu)，采用偏心輪式結(jié)構(gòu)，由兩偏心輪和凸輪軸組成。由于本文設(shè)計(jì)

的是雙刀割草機(jī)，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的受力情況正好相反，相互抵消，所以凸輪軸平衡能力較

好，就不需要校核計(jì)算了。

3.2.1凸輪軸的設(shè)計(jì)

凸輪軸的動(dòng)力是經(jīng)曲柄主軸通過(guò)聯(lián)軸器傳動(dòng)動(dòng)力，故該軸的輸入功率是2.45kW,

軸的材料選用40Cr調(diào)質(zhì)，4=112-97,[r]=35-55MPa,軸的轉(zhuǎn)速n=738r/min,則計(jì)

算軸的最小軸徑：

4-A)(3.7)

取4=100,［旬=40MPa貝！J：

4）*糕=14.92mm

由于軸上開(kāi)鍵槽，考慮鍵槽對(duì)軸的強(qiáng)度削弱，應(yīng)增大軸徑，一般有一個(gè)鍵槽時(shí)，軸徑增

大3%左右,有兩個(gè)鍵槽時(shí)應(yīng)增大7%左右,然后圓整為標(biāo)準(zhǔn)直徑，因此

c/>(l+7%)J0=15.37

將d圓整成16mm。

軸的結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖3.1。

圖3.1凸輪軸的結(jié)構(gòu)示意圖

3.2.2確定凸輪軸的各段直徑和長(zhǎng)度

由圖可知軸段上最小直徑在凹槽處，故④段的直徑即4=16mm,4=2mm。

軸段①是和曲柄主軸聯(lián)接的聯(lián)軸器，根據(jù)聯(lián)軸器中許用的直徑，取4=20mm,

I]=52mm。

軸段②是定位軸肩，取&=28mm,L2=43mmo

軸段③是安裝偏心輪，根據(jù)偏心輪的直徑和厚度可得%=20mm,=20mm0

軸段⑤上是圓螺母，故&=20mm,4=42mm。

3.3切割裝置的設(shè)計(jì)

3.3.1動(dòng)刀的結(jié)構(gòu)

切割裝置主要是由一對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)刀和固定不動(dòng)的支撐部分組成，動(dòng)刀和刀桿

做成一體，刀桿和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相連，用以將動(dòng)力傳遞給動(dòng)刀。固定支撐部分包括刀架，

間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)等，工作時(shí)雙刀同時(shí)作往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)雙刀間的牧草進(jìn)行收割。

動(dòng)刀是切割器的主要工作零件，采用光刃結(jié)構(gòu)，光刃切割省力，割荏整齊，但易

磨鈍，工作中需經(jīng)常磨刀，主要用于牧草收割。動(dòng)刀片是一種易損件，為了保證具有

較好的耐磨性和一定的沖擊韌性，刀片一般用合金鋼制成，刃部需淬火。

動(dòng)刀的工作與結(jié)構(gòu)如圖3.2所示。

1000

3.3.2刀片間隙的調(diào)整

主要是動(dòng)刀之間的間隙調(diào)整，雙刀都開(kāi)有導(dǎo)向槽，用螺栓與壓板和機(jī)架聯(lián)系起來(lái),

間隙靠螺母6來(lái)調(diào)整，一般不超過(guò)0.5mm間隙。見(jiàn)圖3.3。

1、下動(dòng)刀2、上動(dòng)刀3、壓板4機(jī)架5、墊片6、螺母7、螺栓8、墊片

圖3.3刀片的間隙調(diào)整

3.3.3偏心輪的設(shè)計(jì)

偏心輪是該機(jī)器的最主要的一個(gè)部件，要想實(shí)現(xiàn)從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)到雙刀的往復(fù)直線(xiàn)運(yùn)

動(dòng)，必需有一個(gè)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)就是雙曲柄機(jī)構(gòu)，采用偏心輪式的結(jié)構(gòu)。

偏心輪的工作和結(jié)構(gòu)如圖3.4所示。

圖3.4偏心輪

3.3.4切割裝置附件的設(shè)計(jì)

1、壓板（見(jiàn)圖3.5）

]000

--------------------------------------------------

圖3.5壓板

2、機(jī)架（見(jiàn)圖3.6）

圖3.6機(jī)架

3.4本章小結(jié)

本章主要是分析切割器的參數(shù)，通過(guò)原理分析，根據(jù)牧草收割機(jī)的工作情況計(jì)算

出機(jī)器前進(jìn)的速度和割刀切割的速度，同時(shí)進(jìn)行切割裝置的設(shè)計(jì)，切割裝置是牧草收

割機(jī)的主要組成部分，其性能影響整個(gè)牧草的收割質(zhì)量。切割裝置的設(shè)計(jì)包括刀片結(jié)

構(gòu)的設(shè)計(jì)、刀片間隙的調(diào)整、偏心輪的設(shè)計(jì)和相關(guān)附件的設(shè)計(jì)。

第4章傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

傳動(dòng)系統(tǒng)將柴油機(jī)的動(dòng)力分別傳送給切割器和輸送系統(tǒng)。

4.1傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳動(dòng)比的確定

4.1.1傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)牧草收割機(jī)切割系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)的工作原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，該機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)見(jiàn)

圖4.1。

1、柴油機(jī)2、聯(lián)軸器3、動(dòng)力輸入皮帶輪4、輸入軸大皮帶輪5、小錐齒輪6、大錐齒輪7、輸送

主動(dòng)鏈輪8、輸送從動(dòng)鏈輪9、偏心輪】0、輸送帶輪I、減速箱輸入軸II、曲柄主軸Ilk凸輪軸

VII、輸送主軸

圖4.1傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖

由圖4.1可知，動(dòng)力由柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪輸出后經(jīng)皮帶輪3、4和一對(duì)錐齒輪5、

6兩級(jí)減速，并改變傳動(dòng)方向后傳遞給曲柄主軸。曲柄主軸經(jīng)聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞給凸

輪軸帶動(dòng)刀桿及動(dòng)刀做往復(fù)切割運(yùn)動(dòng)；同時(shí)，切割器曲柄主軸經(jīng)一對(duì)小鏈輪7、8將驅(qū)

動(dòng)力傳遞給輸送系統(tǒng)。

4.1.2傳動(dòng)比確定

1、曲軸主軸的轉(zhuǎn)速

往復(fù)式切割器割刀平均速度常為1.6?2.0m/s,由公式(4.1)得

15V15x(1.6?2)

n=―以=-——1=631.58-789.5r/min

r38x10-3

取曲柄主軸轉(zhuǎn)速殉=738r/mirio

2、確定傳動(dòng)比

在標(biāo)定工作狀況，柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速nm=2600r/min,功率Pm=2.9kW,動(dòng)力經(jīng)皮帶輪輸

出分兩路。一路經(jīng)二級(jí)減速后，直接傳遞給曲柄主軸(nn=738r/min)。因此切割系統(tǒng)

傳動(dòng)比，?為：

i=/=^=^22=3.52(4.2)

nn738

式中z；——一級(jí)皮帶輪減速比；

i,——二級(jí)圓錐齒輪減速比。

各種傳動(dòng)的傳動(dòng)比⑷：平帶傳動(dòng)比注5；錐齒輪傳動(dòng)比注5；

鏈輪傳動(dòng)比注6；

根據(jù)相似設(shè)計(jì)法和結(jié)構(gòu)空間位置，?。?1.5即：

式中小皮帶輪的直徑(mm)；

D2----大皮帶輪的直徑(mm)。

由式(4.2)得

1=152=235

2

zt1.5

即

z2=&=叢=2.35

4%

式中Z|二級(jí)減速主動(dòng)小錐齒數(shù)；

二級(jí)減速?gòu)膭?dòng)大錐齒數(shù)。

輸送系統(tǒng)傳動(dòng)是通過(guò)曲柄主軸中央的小鏈輪，經(jīng)同比傳動(dòng)給輸送主軸,獲得動(dòng)力

帶動(dòng)輸送帶橫向輸送。

4.2收割機(jī)功率需求分析和傳動(dòng)效率

4.2.1收割機(jī)的功率分析

收割機(jī)功率包括立式割臺(tái)往復(fù)切割器切割功率4和輸送功率P20即:

P=P\”2(4.3)

其中

P.=(kw)(4.4)

102

式中K.——機(jī)器前進(jìn)速度(m/s)；

B——機(jī)器割幅(m)；

Lo——切割每平方米面積的莖稈所需的功率(N.m/m2)。

經(jīng)測(cè)定，割草4=200?300,所以

0.99x1x200

P\---------------=1.94

102

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)輸送系統(tǒng)功率需求為

P?=PbB(4.5)

式中P?——輸送系統(tǒng)單位割幅所需功率(kW/m),一般取0.22?0.25kW,則

6=0.22x1=0.22kW

(4.5)式中未考慮傳動(dòng)效率和空轉(zhuǎn)所需的功率，故立式割臺(tái)往復(fù)收割機(jī)最低所需

總功率為：

6=1.94+0.22=2.16kW

4.2.2收割機(jī)的傳動(dòng)效率

切割器的往復(fù)運(yùn)動(dòng)工作是由柴油機(jī)的皮帶輪輸出動(dòng)力，經(jīng)皮帶輪、圓錐齒輪二級(jí)

減速見(jiàn)圖4.2。皮帶輪傳動(dòng)效率取7=0.96,圓錐齒輪傳動(dòng)效率％=0.97口“，則切

割系統(tǒng)總的傳動(dòng)效率

〃總=7x%=0.96x0.97=0.93

柴油機(jī)

圖4.2切割系統(tǒng)傳動(dòng)圖

(1)各軸的轉(zhuǎn)速

I軸〃[=%?=生”=1733r/min

Zj1.5

II軸nn=—=I、'_738r/min

i22.35

(2)各軸的功率

I軸.=.以=2.9x0.96=2.78kW

II軸昂=牛％=2.78x0.97=2.70kW

(3)各軸的扭矩

電機(jī)軸”=9550墟?=9550x2^=10.65N-m

°nm2600

p278

I軸7；=9550^-=9550x^—=15.32N-m

1733

p270

II軸Zi=9550，=9550x-=34.94N-m

"n?738

表4.1運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)

軸名

電動(dòng)機(jī)軸I軸11軸

參數(shù)

轉(zhuǎn)速〃/(r/min)26001733738

功率P/(kW)2.92.782.70

扭矩77(N-m)10.6515.3234.94

傳動(dòng)比i1.52.35

效率〃0.960.97

4.3減速器的設(shè)計(jì)

4.3.1錐齒輪的設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)切割系統(tǒng)總傳動(dòng)比3.52:1,可進(jìn)行二級(jí)減速，一級(jí)通過(guò)動(dòng)力皮帶輪輸出

減速，第二級(jí)因要滿(mǎn)足回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)最終轉(zhuǎn)化為割刀往復(fù)運(yùn)動(dòng)，故設(shè)計(jì)二級(jí)減速為一對(duì)圓

錐齒輪。

1、選擇材料兩錐齒輪用40Cr,滲碳淬火齒面硬度58-62HRC。

2、選取精度等級(jí)表面因采用淬火處理，故初選7級(jí)精度。

3、因?yàn)槭情]式硬齒面齒輪傳動(dòng)，故初選小齒輪齒數(shù)4=18,則22=%=42。

4、閉式硬齒面齒輪傳動(dòng)，采用齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式，齒面接觸疲勞強(qiáng)度校

核公式。

5、齒根彎曲疲勞設(shè)計(jì)，公式為：

4Kz

m>J,(4.6)

（1）齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩

p278

7；=95.5X105X-!-=95.5X105X^—=O.15xlO5N.m

1

nt1733

（2）取齒寬系數(shù)或=0.3,齒寬中點(diǎn)的平均分度圓直徑4.和平均模數(shù)也

4“=d（R—0.5人）/7?=（1-0.5。）4,故mm=（1-0.5^）/HO

（3）由齒輪的抗彎疲勞極限圖查得大、小齒輪的抗彎疲勞強(qiáng)度極限

0>啊=%而2=800MPa。

（4）由抗彎疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)圖查得抗彎疲勞壽命系數(shù)%=4=1.0o

（5）應(yīng)力循環(huán)次數(shù)

N=60njLh（4.7）

式中n---軸的轉(zhuǎn)速（々=1733r/min,n2-738r/min）；

j——齒輪每轉(zhuǎn)一周時(shí)齒面嚙合次數(shù)，取J=l;

L——齒輪工作壽命，取300小時(shí)。

則

N、=60x1733x1x300=3.12x1（）7

M=60x738x1x300=1.33x107

（6）計(jì)算抗彎疲勞許用應(yīng)力，錐齒輪彎曲疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)=1.25。

%。孫ix8oo

cr=--------=-------=640MPa

L片r」1.25

%2-皿1x800A.nwD

L&」Sf1.25

（7）計(jì)算載荷系數(shù)K

K=KAK、.K.KF0（4.8）

式中KA——工作情況系數(shù)，由使用系數(shù)表查得七=1.75；

Kv——?jiǎng)恿d荷系數(shù)。

因小圓錐節(jié)圓線(xiàn)速度

n/vD1733x3.14x40

v=----3.81m/s

60006000

故

vz3.18x42

=1.60

100100

由動(dòng)載系數(shù)圖查得Ky=1.11；

K?——嚙合齒對(duì)間載荷分配系數(shù)，取1；

Kpp——齒輪傳動(dòng)載荷分布不均勻系數(shù)，由齒向載荷分布不均系數(shù)

圖查得K==1.36。

即

K=（以及//尸=1.75x1.11xlx1.36=2.64

（8）查取齒形系數(shù)，由齒形系數(shù)及應(yīng)力修正系數(shù)查得4=2.97,丫5.=2.40。

（9）查取應(yīng)力校正系數(shù)，由齒形系數(shù)及應(yīng)力修正系數(shù)查得區(qū)廣1.53,%2=L67。

（10）計(jì)算大、小齒輪的沁并加以比較

%降_2.97x1.53

0.0071

MJ640

幾2%/2

小齒輪的數(shù)值大。

（11）設(shè)計(jì)計(jì)算

4x2.64x0.15xW5

x0.0071=1.844mm

2

182X0.3X(1-0.5X0.3)，2.35?+1

就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值陽(yáng)=2mm。

6、幾何尺寸計(jì)算

(1)計(jì)算分度圓直徑

4=z1m=18x2=36mm

d2=z2m=42x2=84mm

(2)錐角

4=arctan(4/z2)=23°20,

&=90。一4=66。40'

(3)根高(其中h(l*=1c*=0.25)

ha=h0*m=2mm

（4）齒根角

hf-（hu*+c*）m=1.25m=2.5mm

（5）頂圓直徑

dai=&+2hacos.-39.68mm

da2=d2+2hucosJ2=85.56mm

（6）齒根圓直徑

dn=&-2〃cos在=31.58mm

df2=d2-2hfcos32=82.12mm

（7）錐距R

R-m[z：+z]/2=45.96mm

（8）齒根角es

tandf=hJR=0.0525

故分=3.0052。

（9）分度圓齒厚

s=；r，"/2=3.14mm

7、齒輪強(qiáng)度校核

按齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核

%二Z“Z§-GJ

(4.9)

（1-。.5勿）4u

式中ZR——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)直齒輪Z”=2.5；

Zg——彈性系數(shù)，由彈性系數(shù)表查得Z"=189.8屈嬴7；

[crH]——接觸疲勞許用應(yīng)力（MPa）；

[引==一(4.10)

式中為lim——齒輪材料的接觸疲勞極限（為皿=/Hm2=WOOMPa）；

ZN——接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)，由接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)圖查得

ZN1=ZN2=L1；

SH——接觸疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù)，取SH=1；

1S1540