滾刀式鍘草機結(jié)構(gòu)設(shè)計和實現(xiàn)機械制造自動化專業(yè)論文設(shè)計

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1、本科論文 目 錄 摘 要 I Abstract II 引 言 1 1 滾刀式鍘草機介紹 2 1.1研究目的及意義 2 1.1.1 研究的目的 2 1.1.2研究的意義 2 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 3 1.3滾刀式鍘草機的特殊要求 3 2滾刀式鍘草機設(shè)計方案的確定 4 2.1 傳動方案的確定 4 2.2 結(jié)構(gòu)方案的確定 5 3 主要零、部件選擇與設(shè)計 6 3.1電動機的選擇 6 3.2動刀螺旋角的設(shè)計 6 3.3喂入輥的設(shè)計 7 3.4定刀的設(shè)計 9 3.4.1定刀的高度確定 9 3.4.2定刀刃口形狀的確定 9 3.5超負(fù)荷安全裝置 9

2、 3.6拋送機構(gòu)的設(shè)計 11 4 主要零、部件的計算 12 4.1帶傳動的設(shè)計 12 4.1.1確定計算功率 12 4.1.2 V帶類型的選擇 12 4.1.3 帶輪基礎(chǔ)直徑的確定和帶速的計算 13 4.1.4 V帶的中心距和基準(zhǔn)長度的確定 14 4.1.5 小帶輪上的包角的計算 14 4.1.6 帶的根數(shù)計算 15 4.1.7單根帶的初拉力的最小值的計算 15 4.1.8壓力軸的計算 15 4.1.9帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 16 4.2 齒輪的設(shè)計 16 4.2.1 齒輪材料、精度等級、齒數(shù)的選擇 16 4.2.2按齒面接觸強度設(shè)計 16 4.3 主軸的設(shè)計和強度校核

3、21 4.3.1主軸上的功率和轉(zhuǎn)速 21 4.3.2 初步確定周的最小直徑 21 4.3.3 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 22 4.3.4 根據(jù)彎矩合成校核軸的強度 23 結(jié) 論 28 參考文獻(xiàn) 29 致 謝 31 摘 要 我國是一個農(nóng)業(yè)大國，每年能產(chǎn)生將近6億多噸的秸稈資源，其中將近一半多的數(shù)量將作為畜牧業(yè)的主要飼料。在加工過程中，必須將秸稈進(jìn)行處理才能進(jìn)一步加工，因此出現(xiàn)了滾刀式鍘草機。 滾刀式鍘草機是依靠電機提供動力，通過鏈?zhǔn)捷斔推鲗⒔斩拏魉偷綁翰葺伾?，?jīng)過壓草輥以及上下喂入輥兩次擠壓，之后通過定刀的作用，使秸稈不斷被切割，最后將被切割

4、好的秸稈通過拋送裝置拋送到指定的位置。 本設(shè)計將滾刀式鍘草機的設(shè)計理論以及設(shè)計方案，其中對滾刀式鍘草機的設(shè)計包括軸的計算和校核、齒輪的計算和校核、定刀的設(shè)計和確定，帶傳動的計算。將運用機械輔助軟件繪制三維模型，二維圖紙，以便于將機械的外部輪廓表達(dá)出來。 關(guān)鍵字：滾刀；鍘草機；喂入輥；秸稈；拋送裝置 Abstract Our country is an agricultural power, which can produce more than 600 million tons of straw resources every

5、 year, of which nearly half will be used as the main feed for animal husbandry. In the processing process, the straw must be deep processing, so the hob type guillotine should be born. The hob mower is powered by an electric motor.The straw is transported to the straw roller via a chain conveyor. T

6、he straw is squeezed twice through the straw roller and the top and bottom feeder rolls, and then the straw is cut continuously through the action of a knife. This design describes the design theory and design scheme of the hob type hay cutter,Among them, the design of the hob type hay cutter inclu

7、des the calculation and check of the shaft, the calculation and check of the gear, the design and determination of the fixed knife and the calculation of the belt drive.In order to express the outline of the machine, we will use the mechanical assistant software to draw three-dimensional model and t

8、wo-dimensional drawing. Key Words: Hob;hay cutter; feeding rollers; straw; throwing device 引 言 農(nóng)業(yè)變得機械化能有效的提高農(nóng)業(yè)的勞動力、農(nóng)業(yè)及機械化也是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)、農(nóng)業(yè)機械化還是現(xiàn)在社會的生產(chǎn)力的代表。農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的推廣應(yīng)用的重要載體是農(nóng)業(yè)的機器化，其不僅僅使城鎮(zhèn)化建設(shè)的速度有了明顯的提升，還大力得發(fā)展了農(nóng)業(yè)機械，這樣使我國的糧食綜合生產(chǎn)能力得到有效的保護(hù)和提高，與此同時還讓我國農(nóng)民

9、的收入得到了提升，這對我國提倡的建設(shè)全面小康社會有著重大的意義，所以說農(nóng)業(yè)變得機械化是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的必然過程。以下是農(nóng)業(yè)機械化的三個優(yōu)點： （1）節(jié)約勞動成本。用農(nóng)業(yè)機械來進(jìn)行農(nóng)業(yè)方面的勞動列如播種、施肥、收割等。 （2）吸收農(nóng)村剩余的勞動力。因為農(nóng)業(yè)機器的出現(xiàn)會使一部分人不需要進(jìn)入田地里進(jìn)行勞動，從而閑賦在家里。但是這樣也出現(xiàn)了商機，列如農(nóng)業(yè)機器的售賣、維修、售后服務(wù)等。 （3）增加一部分家庭的經(jīng)濟(jì)收入。因為勞動力被節(jié)省下來，從而使閑下來的人進(jìn)入其他的行業(yè)從而來增加家庭收入。 滾刀式鍘草機是我國被最早使用農(nóng)業(yè)機械之一，在飼草加工上被廣泛的應(yīng)用，因為我國每年具有大量的秸稈資源將作為農(nóng)業(yè)飼

10、養(yǎng)牲畜的主要飼料。但是目前我國的秸稈利用率還不很特別高，以至于有許多沒有被利用到的秸稈，被農(nóng)民們焚燒，這樣不僅僅讓環(huán)境得到了污染，還讓我國浪費了大量的秸稈資源，所以為了讓這些秸稈能被有效的利用起來，我們應(yīng)該不間斷的開發(fā)新的飼草加工的工具，對節(jié)約糧食和改善畜牧業(yè)都有著重要的意義。 1 滾刀式鍘草機介紹 1.1研究目的及意義 1.1.1 研究的目的 隨著二十一世紀(jì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，人們對美好事物的要求日益增加，以至于人們生活中對畜牧業(yè)產(chǎn)品的需求增加。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，未來畜牧業(yè)將是其一個主要的發(fā)展方向。我國每年約生產(chǎn)將近6億噸的秸稈，并且有將近其一半的數(shù)量將作為農(nóng)業(yè)區(qū)的主要飼料。秸稈里面

11、含有百分之三十五到百分之五十的可消化干物質(zhì)，以及百分之三到百分之八的粗蛋白，特別適合那些反芻動物，列如牛、羊等。世界公認(rèn)的糧食過關(guān)標(biāo)準(zhǔn)為500千克，但是因為我國的耕種土地比較少，人口也比較多，及時糧食的生產(chǎn)量每年都在增加，依舊跟發(fā)達(dá)國家有一定的差距。在這種情況下將一部分糧食用作于飼料來喂養(yǎng)牲畜不是一個明智的行為。目前為止，已經(jīng)有了許多的措施來解決用糧食代替飼料的問題。但是對于其中一條利用和開發(fā)非常規(guī)飼草資源卻沒有得到充分的重視?！胺浅Ｒ?guī)飼草中”數(shù)量最為巨大、分布也最為廣泛的應(yīng)屬秸稈了，所以將其看做成畜牧業(yè)發(fā)展的突破口。全球的國家都已經(jīng)將目光放在了對秸稈的利用和開發(fā)上面。由于我國地理環(huán)境和人口問

12、題，應(yīng)該多加利用這些“非常規(guī)飼草”，從而減少對糧食的使用。所以我們更要充分的開發(fā)秸稈作為飼料來使用，所以我們要對滾刀式鍘草機進(jìn)行傳動理論、傳動方案、工作原理進(jìn)行分析、重要零部件的計算和校核、結(jié)構(gòu)的分析、傳動相關(guān)設(shè)計的計算。從而讓一款小型滾刀式鍘草機適合廣大的農(nóng)村用戶，使秸稈資源能被更充分的利用。 1.1.2研究的意義 據(jù)統(tǒng)計我國每年的將近六億多噸的秸稈中，其中將近三成是玉米秸稈。如將這些秸稈進(jìn)行揉碎、切碎、氨化等的技術(shù)加工，加工過后的草料可以用來過腹還田，還節(jié)約了大量的糧食，秸稈中的含有許多的有機物，可以利用這些有機物來達(dá)到培育土地、改善土地。我國秸稈的處理進(jìn)行了許多的研究。對秸稈的處理不

13、管是化學(xué)的，還是物理的。第一道工序都必定會是粉碎或鍘切。因為我國大多農(nóng)民都將秸稈進(jìn)行焚燒，這樣讓我們生活的環(huán)境得到了污染，還浪費了資源。以至于我國對這些秸稈的利用并不是很充分。所以研制飼草加工機械，提高秸稈的利用率，對我國農(nóng)業(yè)的發(fā)展有著重大的意義。 1.2國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 鍘草機是從手動一步一步發(fā)展到了電動，在我國三十年代，就開始使用受壓鍘草機。四九年建國以后，手搖式鍘草機最先在農(nóng)村被推廣起來，而電動的鍘草機實在六十年代被應(yīng)用，解放了廣大勞動人民的雙手[7]。從六十年代到七十年代的這十年間，全國各省各市相繼自主研發(fā)了一些型號不一的鍘草機，由國家相關(guān)部門鑒定并投放市場。進(jìn)去八十年代。由于要就各

14、個型號的鍘草機所用的成本不同，國家對系列型號進(jìn)行了同一的規(guī)定，在九十年代國務(wù)院規(guī)定利用秸稈養(yǎng)蓄,這個舉措對我國的畜牧業(yè)有著重要的意義。 國外的鍘草機一直以大型機械為主，具有自動化程度高、通用性好的特點，能有效的提高飼草以及秸稈的加工率。二十世紀(jì)八十年代初英國就在秸稈收獲機上加上了粉碎機。丹麥、意大利等國家在大功率、多功能的為主的粗飼草料粉碎機的主導(dǎo)下，先后發(fā)展各自的不同型號的鍘草機。但是這些大型號的鍘草機并不適合我國農(nóng)村用戶的需求。 1.3滾刀式鍘草機的特殊要求 鍘草機是我國畜牧業(yè)必不可少的食草動物的飼料的主要加工機械，在目前市場上一般被分成了兩大類：一類是盤刀鍘草機，另一類是滾刀鍘草機

15、。而我們今天所要研究的就是滾刀式鍘草機[2]。 用來鍘切各種秸稈等非常規(guī)草料。秸稈作為粗飼草料具有桿節(jié)粗大、質(zhì)地堅硬的特點。如果讓牲畜直接食用，將導(dǎo)采食困難、咀嚼費力、消化率低，其新陳代謝也會比較差。因此我們的研究對鍘草機也應(yīng)具有一定的特殊要求： （1）耗能低、生產(chǎn)效率高； （2）工作震動小、工作負(fù)荷均勻、切碎量質(zhì)好； （3）切刀刃磨方便、結(jié)構(gòu)簡單、故障少； （4）帶有自動的拋出和喂入裝置。 2滾刀式鍘草機設(shè)計方案的確定 2.1 傳動方案的確定 在開始對鍘草機進(jìn)行設(shè)計的時候，由于沒有詳細(xì)的參考數(shù)據(jù)，也不能自己對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)定，只能對現(xiàn)在已存在的鍘草機進(jìn)行數(shù)據(jù)上的參

16、考。如表2.1： 表2.1 ZC-3滾刀鍘草機的技術(shù)規(guī)格 型號 動刀片數(shù) 切碎長度（mm） 配套動力（kW） 機質(zhì)量（kg） 生產(chǎn)率（kg/h） ZC-3 6 20-80 3 55 1500-3000 此次設(shè)計是借鑒了ZC-3型號的滾刀式鍘草機的數(shù)據(jù)，并設(shè)計傳動方案：初選擇轉(zhuǎn)速為1430r/min的電機，動刀數(shù)為3。電機將動力通過帶傳動傳遞到主軸上。在通過主軸上的齒輪減速后，將動力傳遞到下喂入輥。主軸的轉(zhuǎn)速降為715r/min。上喂入輥與下喂入輥之間的摩擦帶動是通過草層來完成的，并且為了在不一樣的工作負(fù)荷下具有一定的壓緊力，為了實現(xiàn)上喂入輥的浮動，所以把彈簧

17、和滑塊固定在上輸入輥的左右兩側(cè)來幫助固定。下喂入輥通過一對齒輪和一個萬向聯(lián)軸器帶動壓草輥的轉(zhuǎn)動，并且防止喂入輥卡死，在其兩端加上了彈簧和滑塊。為了確保不需要人工來進(jìn)行進(jìn)料，本設(shè)計采用了鏈板式輸送器。 1 電機 2 帶輪 3 風(fēng)扇 4 定刀 5 鏈輪 6 下喂入輥 7 上喂入輥 8 壓草輥 9 主鏈輪 10 萬向聯(lián)軸器 11 齒輪 12 換向裝置 13 安全離合器 14 動刀 圖2.1 滾刀式鍘草機傳動簡圖 2.2 結(jié)構(gòu)方案的確定 由鏈?zhǔn)缴衔谷胼?、下喂入輥、輸送器、壓草輥等部分組成喂入機構(gòu)；由三角皮帶、皮帶輪、齒輪、萬向節(jié)、張緊輪等部分組成傳動機構(gòu)

18、；由電動機、傳動、齒輪等防護(hù)罩組成的防護(hù)裝置；由動刀、定刀以及拋送葉片等部件組成了切割拋送機構(gòu)；機架是由左右支架、方架等部件構(gòu)成的。 需要被加工草料通過輸送器被傳送到壓草輥上，被壓草輥擠壓后傳動到喂入輥上，然后將這些被擠壓過的草料送入上喂入輥和下喂入輥進(jìn)行二次擠壓，被擠壓兩次的草料被送到動刀處。然后通過定刀的作用，草料才能被不斷地切割，被切碎的草料會被拋送裝置跑送到指定的地方。 3 主要零、部件選擇與設(shè)計 3.1電動機的選擇 電動機的選擇要參考電源的工作條件，選出最適合的型號。所以選擇了Y系列三相交流異步電動機。借鑒了ZC-3的相關(guān)數(shù)據(jù)，通過減速器將主軸轉(zhuǎn)速降為715r/min，并且與

19、之相符合的動力要求在2.2~3kW，通過查閱資料可得出V帶的傳動的效率為96%，所以選用額定電功率為3kW的電動機。電動機的轉(zhuǎn)速也需要一定的要求，如果我們實現(xiàn)將所需的轉(zhuǎn)速進(jìn)行推算，這樣能更方便我們選擇一個適合的電動機。但是主軸的轉(zhuǎn)速為715r/min，以至于選擇電動時，其轉(zhuǎn)速必須要大于715r/min。但也不能過大。綜合上述條件，選擇的電動機型號為Y100L2-4電動機。 表3.1 Y100L2-4電動機的技術(shù)參數(shù) 電機型號 額定功率/kw 滿載轉(zhuǎn)速/（r/min） 額定轉(zhuǎn)速 質(zhì)量/kg Y100L2-4 3 1430 2.2 38 3.2動刀螺旋角的設(shè)計 本次

20、畢業(yè)設(shè)計的所采用的是螺旋式動刀。這個動刀的好處：一是切割時能有一個很好地滑切角，二是將每一把刀的切割時間都進(jìn)行了縮短，三是減少切割草料時的切割功率，并且還具有工作負(fù)荷均勻、機械振動較小、切碎質(zhì)量較高等特點。所以選擇一個合適的螺旋動刀對于本設(shè)計是至關(guān)重要的，通過查找資料得知目前我國的螺旋動刀的螺旋角的范圍在18~30之間。因為在滾刀鍘草機中的螺旋動刀的螺旋角與滑切角是一樣大的，所以滑切速度隨著螺旋角的變大而加快，從而在草料的切割時就越省力。要想能穩(wěn)定的鉗住秸稈讓動刀與定刀進(jìn)行切割，螺旋角一定要滿足小于極限的鉗住角。鉗住角的大小最主要的影響因素為莖稈中含有水分的多少、切割的農(nóng)作的品種、動刀和定刀的

21、鋒利程度。 動刀的刀鋒鋒利時：干麥草的：無葉時25~26，有葉時：27~28，干谷草：無葉時25~28，有葉時34~36；青貯玉米桿（含水率65%~78%）：無葉時40~42，有葉44~46。當(dāng)動定刀因為磨損變鈍時，在切割時就要相比鋒利時變得費勁，所以以上的所有農(nóng)作物秸稈的極限夾角都需要減小8~12。 因為我國當(dāng)下生產(chǎn)的大部分滾刀式鍘草機主要切割的是干草料，兼顧的青草料的加工，所以在設(shè)計動刀的螺旋角時，要以加工干飼料時的極限鉗住角為基準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計。 選好參照角度之后對螺旋角為15、20、25、30的動刀進(jìn)行時實驗和對比，從而發(fā)現(xiàn)螺旋角為20的動刀相對比最為適合，可對干、青飼料進(jìn)行加工，可以

22、滿足各項有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。 3.3喂入輥的設(shè)計 喂入輥的選擇用HT200來鑄造，因為HT200具有較好的強度、耐磨性、耐熱性。壓緊和喂送秸稈是喂入輥的主要作用，喂入輥的喂入性的好壞是根據(jù)安裝位置和喂入輥的形狀、直徑來決定的。目前滾刀式鍘草機上安裝的喂入輥一般分為棘齒形和溝齒形[1]，兩者各有優(yōu)缺點。棘齒形具有較好的抓取能力，但是容易纏草；溝齒形也有較好的抓取能力，并且纏草的情況也比棘齒形的要好很多，多數(shù)被用在小型的鍘草機上。喂入輥的直徑長短對其造成的影響，直徑過短會導(dǎo)致材料喂入困難，還有可能發(fā)生纏草的現(xiàn)象；直徑過長是讓草料不能快速或者接近切割位置。80~100毫米是喂入輥直徑最常見的尺寸。定刀與下

23、喂入輥在安裝時應(yīng)該使其的中心面在同一水平上。 喂入輥設(shè)計要求： （1）要求喂入輥表面帶有齒或者溝槽，放著在切割時秸稈、草料被動刀拉出從而形成長草； （2）因為喂入量是有變化的，并不是準(zhǔn)確的，所以要求上喂入輥可以上下移動。 （3）要滿足方便切割，要求上下輥要有一定的壓緊力； 因為秸稈和草料層的并不是有著固定的厚度，所以為了讓秸稈和草料能被均勻的壓緊，并且壓緊裝置應(yīng)要安裝在上喂入輥上，最為常見的壓緊裝置是彈簧式的壓緊裝置。在滾刀鍘草機中，上喂入輥由下喂入輥帶動，下喂入輥是由切割滾筒用齒輪帶動的，上下喂入輥的直徑由下面的公式[5]來確定。

24、 （3-1） 式中：t----草層厚度； K----溫度系數(shù)，℃； Q（z）----修正時間，s； ----草層通過喂入輥的壓縮系數(shù)； ----草層與輥之間的摩擦角。 本設(shè)計的取值為0.7，的取值30，t的取值為70mm，則 取80mm。 喂入輥的直徑a和長度b由下式來確定： （3-2） 式中：Q----鍘草機的設(shè)計生產(chǎn)率（Kg/h）； ----喂入口的充滿系數(shù)，取值范圍0.4~0.6； l ----秸稈飼草的切

25、斷長度（m）； ----切刀數(shù)，為3； ----刀架轉(zhuǎn)速， ----押金后的秸稈飼草體積質(zhì)量，。 根據(jù)所查找的資料得知，乘積ab確定后，a的取值范圍為1/3~1/4b。 因為加工和收獲的實際生產(chǎn)率為70%，本次設(shè)計為1.5t/h，所以 （3-3） ，，，根據(jù)公式（3-2）和（3-3）得： ab=0.0059~0.0158 參照上面公式得出的結(jié)果ab取值0.0158，又因為a=1/3~1/4b，所以a=80mm，b=240m

26、m。 實際進(jìn)草高度h=（0.3~0.6）a=（0.3~0.6）80=24~48（mm），h取45mm。 實際進(jìn)草寬度c=（0.3~0.6）b=（0.3~0.6）240=72~204（mm），c取150mm。 3.4定刀的設(shè)計 3.4.1定刀的高度確定 滾刀式壓草機工作時，喂入輥將壓縮草料放入切碎輥中，草料的品種和生產(chǎn)率直接影響草料壓縮后的厚度。 材料被壓縮后可以形成中間面，理論分析的結(jié)果是，草料被壓縮后的中間面與輥軸中心的安裝面重疊時，切斷時中間面以上的草料首先被被動刀向外側(cè)擠出，中間面上的草料直接被切斷，中間面以下的草料被被動刀向下輸送。所以被推送進(jìn)喂入輥以后處出現(xiàn)以上的情況，草料

27、被切割的長度也比較均勻。經(jīng)過以上的情況分析，動刀對草料的拉送作用是否大于推壓作用取決于刀尖的位置是否高于材料的中心面。較低時，拉送大于推送， 較高時，草料的推送大于拉送。但是，這兩種情況都會引起超長率和剪切率的上升。 影響超長率的原因很多，定刀的配置高度也很難用純粹的理論解析方法解決，因此需要進(jìn)行實驗性的比較。動刀位于滾筒的中心線時，分為以下4種情況，分別為20mm、30mm、40mm、50mm。切割飼草的生產(chǎn)率為0.4~1.2t/h經(jīng)過比較得到的結(jié)果表明，在以上的四種情況下20mm是定刀的最佳位置，在此位置時功率消耗的最少，綜合性的指數(shù)也是最好的。 3.4.2定刀刃口形狀的確定 我國現(xiàn)有

28、的滾刀式鍘草機具有開刃定刀、矩形定刀兩種定刀片。矩形定刀：具有四條棱邊均可為刀的特點，當(dāng)一條邊經(jīng)過磨損變的不鋒利后，可以換另一條邊繼續(xù)工作，所以矩形定刀為90的工作角，容易磨損，消耗也比較大。開刃刀：其工作角為70度~75度之間，由5毫米的錳鋼板制作的。所以兩種道具相對比還是開刃定刀具符合本設(shè)計。 3.5超負(fù)荷安全裝置 草料喂入的不均勻是因為人工喂料所導(dǎo)致的，輸送的草料不均勻可能導(dǎo)致滾筒堵塞，部件損壞，因此必須安裝過載安全裝置。目前，帶有過載安裝保護(hù)裝置的滾刀式鍘草機通常是大型滾刀式鍘草機，以離合器和喂入輥反轉(zhuǎn)裝置型號提供，發(fā)生過載時，離合器手柄連續(xù)移動兩次即可使停止運動、反轉(zhuǎn)運動，可以將

29、里面的堵塞物退出。但是我國為了簡化機構(gòu)，小型的鍘草機一般就不設(shè)置安全保護(hù)裝置，給用戶帶來的體驗并不是特別的好，如果給小型鍘草機安裝超負(fù)荷保護(hù)裝置，這種保護(hù)裝置多為安全建保護(hù)，當(dāng)負(fù)荷達(dá)到一定的值時，保護(hù)鍵就會斷開，機器就會停止工作，如果要重新啟動就要換新的保護(hù)鍵，這種方式費時費力，嚴(yán)重的影響了生產(chǎn)率。 為了解決上述缺點，在喂入輥主軸上安裝安全牙嵌式離安全合器，通過牙嵌內(nèi)置安全離合器的動力傳送到下喂入輥，當(dāng)進(jìn)料過載嚙合時，牙嵌離合器開始滑動，切斷喂入輥的動力，對不同草料有著不同的調(diào)節(jié)方式，制造成本低，操作方便。超負(fù)荷安全作用的牙嵌式安全離合器如圖3.1。 圖3.1 牙嵌式安全離合器

30、 出現(xiàn)壓草輥和喂草輥被卡死不動的這種情況，我們能把草料有效的、及時的、毫不費力的退出來，所以要安裝逆裝置。切斷動力后，只要扳動特殊的把手，就可以反轉(zhuǎn)裝置，使卡掉在里面的草料退胡來。以便于正常工作。 反轉(zhuǎn)裝置的工作流程是：把齒輪1、2和大齒輪看成一個固定的整體，當(dāng)機器正常工作時，四個齒輪都在正常工作。但是如果發(fā)生卡死情況時，把扳手向下扳動。讓小齒輪與齒輪2相嚙合，帶動大齒輪轉(zhuǎn)動，然而齒輪1就開始空轉(zhuǎn)不參加工作，從而使機器反轉(zhuǎn)，可以將所加的物料退出來。其裝置結(jié)構(gòu)如圖3.2。 圖3.2 反向裝置 3.6拋送機構(gòu)的設(shè)計 被切碎的物料通常都被拋送裝置拋出去，減少人工清理的勞動力。滾刀

31、樣式的鍘草機常用的投擲裝置一般分為兩種形式:一種是在滾筒上安裝拋葉片，稻草在切斷的同時被拋出。另一種在滾筒軸的一側(cè)有風(fēng)扇，切碎的材料被風(fēng)扇葉片扔出。傳送距離與風(fēng)扇的直徑直接相關(guān)，因此直徑越大，傳送距離越遠(yuǎn)。本設(shè)計采取的拋送裝置是風(fēng)筒，風(fēng)扇一體式。盡管滾筒的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是其為了保證物料能被拋送一個較遠(yuǎn)的距離。滾筒有著較高的轉(zhuǎn)速，其消耗的功也就比較大，但在一定的程度上減小了設(shè)計成本和機械的體積，經(jīng)過反復(fù)的實驗，在電動機的帶動下完全可以將被切碎的物料拋出大于1米的距離，所以這個拋送裝置完全可以安裝在本設(shè)計中。 4 主要零、部件的計算 4.1帶傳動的設(shè)計 4.1.1確定計

32、算功率 得知工作情況系數(shù)[10]， （4-1） 式中：KA----工作情況系數(shù) P----傳遞的額定功率 4.1.2 V帶類型的選擇 根據(jù)算出的功率以及轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)，參考V帶的型號選擇表[10]中選用A型。如圖4.1： 圖4.1 V帶型號選擇圖 4.1.3 帶輪基礎(chǔ)直徑的確定和帶速的計算 （1）基礎(chǔ)直徑的確定：小帶輪的基礎(chǔ)直徑可取90mm[10]。 根據(jù)公式： （4-2） 式中：--

33、--大帶輪的基礎(chǔ)直徑 ----滑動率，取值范圍（1%~2%） ----主動輪的轉(zhuǎn)速 ----從動輪的轉(zhuǎn)速 （2）,上面計算中取值為2%，所以可取值180mm。 帶速的計算： 帶速： （4-3） 計算出的帶速為6.74m/s小于25m/s，所以合適。 4.1.4 V帶的中心距和基準(zhǔn)長度的確定 （1）V帶中心距計算公式[10]： （4-4） 根據(jù)公式（4-4）可以初步的確定中心距為：

34、參考設(shè)計要求，要求結(jié)構(gòu)緊湊，所以取了一個偏小的值300mm. （2）帶的基準(zhǔn)長度公式為[10]： （4-5） 帶入相對應(yīng)的數(shù)值 可確定基準(zhǔn)長度[10]。 （3）實際中心距公式： （4-6） 式中：----實際中心距 Ld----基準(zhǔn)長度 在設(shè)計中要考慮誤差的存在。帶傳動中存在帶輪的制造誤差、傳送帶的長短誤差、帶的彈性誤差以及其它誤差等，所以中心距的可變動范圍為，所以中心距的可變范圍為3

35、27.7mm＜＜378.1mm。 4.1.5 小帶輪上的包角的計算 計算帶輪上的包角 的公式為： （4-7） 計算得出 4.1.6 帶的根數(shù)計算 帶的根數(shù)計算公式為[10]： （4-8） 式中：----包角系數(shù) ----長度系數(shù) ----單根V帶的基本額定功率 ----計入傳動比的影響時，單根V帶額定功率的增量 對于A型帶可有線性插值法可得，當(dāng)和時，；.彎曲

36、影響系數(shù)可取值；由線性插值法可得，；由線性插值法可得當(dāng)時，小帶輪包角修正系數(shù)；帶長修正系數(shù)；于是， 取z=4。 4.1.7單根帶的初拉力的最小值的計算 單根帶的初拉力最小的計算公式為[10]： （4-9） 算出。 得m=0.1kg/m，使帶的實際初拉力[10]。 4.1.8壓力軸的計算 壓力軸的最小值計算公式為[10]： （4-10） 式中：z----帶的根數(shù) F0----單根帶的預(yù)緊力 ----主動輪上

37、的包角 計算得出。 4.1.9帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計 根據(jù)參考文獻(xiàn)能夠確定下來輪轂和輪輻的尺寸，輪槽的截面尺寸大小是按照了GB/T13575.1—92中的A槽型進(jìn)行設(shè)計的。取A型槽基準(zhǔn)寬度為，基準(zhǔn)線上槽深，基準(zhǔn)線下槽深，，，。 V型皮帶工作一定時間后，皮帶會磨損或塑性變形，產(chǎn)生松弛。 安裝張緊帶輪的張緊裝置以使帶傳動正常地動作。 4.2 齒輪的設(shè)計 鍘草機的正常工作是由主軸到下喂入輥之間的三對齒輪來進(jìn)行傳動的。第一次減速是由小齒輪和齒輪1完成的。齒輪1、2相互嚙合完成反向傳動。齒輪2和大齒輪完成了下一次的減速。在整個工作過程中完成了兩次的減速運動。出草的長度被定為l=24mm。根據(jù)公式可得

38、出： （4-11） 從而得到的下喂入輥的轉(zhuǎn)速。它的傳動比為3.49。 分配其傳動比，另一個 周的轉(zhuǎn)速是311r/m。直齒錐齒輪的軸交角為90。。 4.2.1 齒輪材料、精度等級、齒數(shù)的選擇 根據(jù)傳動方案，齒輪傳動選擇了直齒圓柱齒輪。在工作中轉(zhuǎn)速不高，所以齒輪精度選擇了7級。小齒輪的齒面硬度為280HBS，材料為40Cr (調(diào)質(zhì))，大齒輪的齒面硬度為240HBS，材料為45鋼(調(diào)質(zhì))，兩者的材料硬度差了40HBS[22]。參考上面的數(shù)據(jù)，，可算介齒輪1、2的齒數(shù)分別為： 4.2.2按齒面接

39、觸強度設(shè)計 計算齒面接觸強度[23]： （4-12） 式中：----彈性影響系數(shù) ----齒寬系數(shù) ----齒輪的扭矩 ----載荷分布系數(shù) （1）公式內(nèi)的各個數(shù)值的確定 ①載荷系數(shù)試選為。 ②小齒輪傳遞的扭矩： ③選取齒寬系數(shù)為1[7]。 ④得知材料的彈性影響系數(shù)[7]。 ⑤根據(jù)齒面的硬度，得知大、小齒輪的接觸面疲勞強度分別為550MPa、600MPa。 ⑥計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：

40、 （4-13） （4-14） 得出，。 ⑦得接觸疲勞強度壽命系數(shù)=0.89；=0.95。 ⑧接觸疲勞應(yīng)力的計算。安全系數(shù)為S=1，失效概率取1%，其計算公式為： （4-15） 算出，。 （2）計算 ①小齒輪的分度圓直徑d1t初次計算，將[σ]H最小值帶入公式。 （4-16） 得出 ②圓周速度v的計

41、算。 （4-17） 得出。 ③齒寬b的計算 （4-18） 得出。 ④齒寬與齒高之比的計算 模數(shù)計算公式： （4-19） 式中：m----齒輪的模數(shù) z----齒輪的齒數(shù) d----齒輪分度圓直徑 齒高計算公式：

42、 （4-20） 根據(jù)公式（4-19）（4-20）可算出。 ⑤載荷系數(shù)的計算。通過7級精度，v=1.83m/s，查詢圖10-8查得動載荷系數(shù)=1.09；直齒輪，； 根據(jù)參考文獻(xiàn)表10-2KE 可查得使用系數(shù)=1； 用插值法在表10-4中查出7級精度、小齒輪在相對支撐非對稱布置時， =1.418。 根據(jù)=10.66，=1.418，得出=1.35；根據(jù)載荷系數(shù)的計算公式： （4-21） 式中：----使用系數(shù) ----動載系數(shù) ---

43、-齒間載荷分配系數(shù) ----齒向載荷分布系數(shù) 得出K=1.546。 ⑥分度圓的直徑可由通過實際的載荷系數(shù)校正而計算出來， （4-22） 得出分度圓直徑為51.85mm。 ⑦模數(shù)的計算，根據(jù)公式(4-19）可計算出。 （3）根據(jù)齒根彎曲強度設(shè)計。通過完全強度的設(shè)計公式： （4-23） 式中：----彎曲疲勞許應(yīng)用力 K- ---彎曲壽命系數(shù) Y----應(yīng)力校對系數(shù) 將公式內(nèi)各

44、個數(shù)值進(jìn)行確定。 ①根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]圖10-20c可查得小齒輪的彎曲疲勞強度極限=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強度=380MPa。 ②根據(jù)參考文獻(xiàn)[10]圖10-18，彎曲疲勞壽命系數(shù)；。 ③彎曲疲勞許應(yīng)用力的計算。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，通過公式 （4-24） 根據(jù)公式（4-24）得出，。 ④載荷系數(shù)的計算 根據(jù)公式（4-21）可讀出K=1.472 ⑤查取齒形系數(shù) =2.65；=2.30[18]。 ⑥查取應(yīng)力校對系數(shù) =1.58；=1.715

45、[18]。 ⑦大、小齒輪的并加以比較。 大齒輪的數(shù)值大。 根據(jù)設(shè)計公式： （4-25） 計算得出m≥1.48mm. 比較計算的結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的系數(shù)大于由齒根彎曲強度計算的系數(shù)，齒輪系數(shù)m的大小主要依賴于由彎曲強度決定的負(fù)荷能力，因此由齒面接觸疲勞強度決定的負(fù)荷能力僅與齒輪直徑(即系數(shù)與齒數(shù)的乘積)有關(guān)，由彎曲強度計算的系數(shù)接近1.48，標(biāo)準(zhǔn)值m=1.5接觸強度算得的分度圓直徑d1=51.84mm，算出小齒輪的齒數(shù)。 取 大齒輪齒數(shù),故取81。 將齒輪傳動

46、設(shè)計成這個樣子，不僅滿足了齒面接觸疲勞強度，還滿足了齒根彎曲疲勞強度，實現(xiàn)了緊湊的結(jié)構(gòu)，節(jié)約了材料，避免了浪費。 （4）幾何尺寸的計算 ①分度圓直徑的計算 根據(jù)（4-19）公式可推導(dǎo)出分度圓直徑為： mm mm ②中心距的計算 根據(jù)公式 （4-26） 式中：----齒輪的中心距 d----齒輪的分度圓直徑 得出中心距。 ③齒輪寬度的計算 根據(jù)公式（4-18）可得出b=52.5mm。取53mm，取55mm。 大齒輪與介齒輪2相關(guān)尺寸的計算。 ，取 分度圓直徑：

47、 根據(jù)公式（4-18）可計算 中心距 ： 根據(jù)公式（4-26）得出 。 齒輪寬度取B3=50 mm。圖表4.1是四個齒輪的相關(guān)數(shù)據(jù)。 表4.1 齒輪相關(guān)參數(shù) 名稱 齒數(shù) 模 數(shù)（mm） 分度圓直徑（mm） 材料 齒輪寬度（mm） 小齒輪 35 1.5 52.5 40Cr 55 介齒輪1 81 1.5 121.5 45鋼 53 介齒輪 2 81 1.5 121.5 45鋼 53 大齒輪 123 1.5 184.5 45鋼 50 4.3

48、 主軸的設(shè)計和強度校核 4.3.1主軸上的功率和轉(zhuǎn)速 假設(shè)滑動軸承在工作過程中潤滑正常，通過查詢機械設(shè)計手冊變重表1-7將V帶的傳動效率定位0.96，電動機的額定功率P=3KW，則主軸上的功率： （4-27） 主軸轉(zhuǎn)矩： （4-28） 4.3.2 初步確定軸的最小直徑 首先將軸的最小直徑按照初步估計的值導(dǎo)入計算。按照鍘草機的實際情況，所以軸的材料選取為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。取A=112，根據(jù)公式 （4-29） 式中

49、：P----軸傳遞的功率 A- ---壓強 n----軸的轉(zhuǎn)速 算出=35mm。 4.3.3 主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）在主軸上的中間安裝動刀架和風(fēng)扇葉片結(jié)合體，動刀架的兩側(cè)是滑動軸承，滑動軸承的一側(cè)是電動機向主軸傳遞動力的大皮帶輪，另一側(cè)是主軸向切斷機構(gòu)傳遞動力的小齒輪。 （2）根據(jù)零件的大小和軸向定位要求，決定軸各段長度的直徑和長度。 為了更好地滿足皮帶輪軸向的定位要求，dⅠ-Ⅱ=35mm，由于dd≦300mm，帶輪采用腹板式，長度B=(z-1)e+2f=48mm，取l=45mm。 （3）選定滾動軸承。 軸承同時受到徑向力和推力的作用，因此選擇單列圓錐滾子軸承，參考工作要求，根據(jù)

50、dⅠ-Ⅱ= 35mm，從軸承產(chǎn)品目錄中選擇0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的單列圓錐滾子軸承30208的尺寸為ddt = 40 mm80 mm19.78 dⅡ-Ⅲ=dⅤ-Ⅵ=40mm；端蓋全寬為20mm，軸承寬度為18，右端和皮帶輪距離為42mm，lⅡ-Ⅲ=80mm。 （4)軸肩高度h>0.07d，dⅡ-Ⅲ=40mm，h=6mm，因此，dⅢ-Ⅳ=52mm。 滾輪右側(cè)有軸肩，高度為6mm，因此軸環(huán)的直徑為dⅣ-Ⅴ=64mm。 其長度lⅣ-Ⅴ=20mm。 軸Ⅴ-Ⅵ段尺寸與軸Ⅱ-Ⅲ段尺寸相同。 軸Ⅵ-Ⅶ段取dⅥ-Ⅶ=35mm，lⅥ-Ⅶ=40mm。具體結(jié)構(gòu)圖如圖4： 圖4.2 軸的具體結(jié)構(gòu)圖 （5

51、）軸上零件的周向定位。 齒輪、滾筒和皮帶輪的周向定位用平鍵連接。 按dⅢ-Ⅳ表6―1，平鍵截面bh=16mm10mm，鍵槽經(jīng)鍵端銑刀加工，長度為100mm，同時齒輪與軸的配合為了確保良好的對中性故選擇配合為；皮帶輪、錐齒輪和軸相連接，平鍵為10mm8mm35mm。 滾動軸承和軸的周向定位保證了不合理的配合。 其中軸的公差為m6。 4.3.4 根據(jù)彎矩合成校核軸的強度 (1)計算軸的載荷。 軸上分別是大皮帶輪部、刀架部、軸承部、小齒輪部受力的位置。 其中刀架與主軸間轉(zhuǎn)矩： （4-30） 動刀架和主軸之間作用的圓周力：

52、 動刀架重，小帶輪對軸的作用力,分解為水平和豎直面上的兩個分力： 大帶輪對軸的作用力豎直向下為。 (2)計算水平面的支反力。由得[24]： （4-31） 得； 由得 （4-32） 得。 (3)水平彎矩的計算： （4-33） (4)計算垂直面的支反力。根據(jù)得： 得； 由得:

53、 得。 (5)計算垂直面彎矩： (6)計算合成彎矩： (7)計算扭矩： 根據(jù)其受力和計算出的彎矩、扭矩繪制成圖如圖4.3。 圖4.3 軸的彎矩圖和扭矩圖 (8)當(dāng)量彎矩的計算[25]?？蓪⑤S的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力看作脈動循環(huán)，取，從合成彎矩圖和扭矩圖可以看出，D和B都可能是危險的截面 B截面：

54、 D截面： 圖4.4 軸的彎矩圖 圖4.5 軸的扭矩圖 (9)校正危險截面強度。 軸的材料是45鋼，選擇正火，由參考文獻(xiàn)表14-1查得強度極限，由表14-5查得其需用彎曲應(yīng)力為， 故軸的強度足夠。 結(jié) 論 本次設(shè)計的滾刀式鍘草機可以出色完成切割任務(wù)。該滾刀式鍘草機是小型鍘草機，適用于農(nóng)村用戶，能有效的推動了我國農(nóng)村畜牧業(yè)的發(fā)展。 本文介紹

55、了滾刀式鍘草機的原理和結(jié)構(gòu)，并對機器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，在零件的選取和尺寸要求方面上進(jìn)行了嚴(yán)格計算。對主軸、齒輪、帶傳動、動刀的選取都進(jìn)行了計算校核。從而完成滾刀式鍘草機的結(jié)構(gòu)設(shè)計使結(jié)構(gòu)設(shè)計更合理。 本次設(shè)計符合實際生產(chǎn)要求，不僅僅有精度高，結(jié)構(gòu)簡單的特點，而且其經(jīng)濟(jì)性也非常好，本次的設(shè)計與市面上現(xiàn)有的滾刀式鍘草機的動刀是有差別的，這次設(shè)計中得動刀是經(jīng)過計算與篩選，才確定相應(yīng)數(shù)據(jù)，制作出符合這款滾刀式鍘草機的螺旋式動刀。但是這次設(shè)計也有一些不足之處，比如被拋送裝置拋出的草料，不能被很好的收集。如果問題將被解決，那么將會節(jié)省下來許多的財力。

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