土豆滅茬機的設計【馬鈴薯】【洋芋】【說明書+CAD】

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說明書 　　 設計題目： 土豆滅茬機的設計 專業(yè)年級：機械設計制造及其自動化2011級 學 號： 116712149 姓　　名： 指導教師、職稱： 2015年 5 月 27日 目錄 摘要 I Abstract II 1緒論 - 1 - 1.1土豆滅茬機研究的目的和意義 - 1 - 1.2土豆滅茬機的發(fā)展概況 - 1 - 1.2.1國內土豆滅茬機的發(fā)展概況 - 1 - 1.2.2國外土豆滅茬機的發(fā)展概況 - 3 - 1.3土豆滅茬機的類型及技術要求 - 5 - 1.3.1土豆滅茬機的類型 - 5 - 1.3.2土豆滅茬機的技術要求 - 5 - 1.4土豆滅茬機發(fā)展的主要制約因素 - 6 - 1.4.1種植形式和生產規(guī)模 - 6 - 1.4.2動力配套問題 - 6 - 1.4.3機械性能問題 - 6 - 2土豆滅茬機的總體方案設計 - 7 - 2.1總體結構方案的確定 - 7 - 2.1.1方案的提出 - 7 - 2.1.2方案的確定 - 9 - 2.2結構組成 - 9 - 2.3主要性能參數(shù) - 10 - 3主要部件的設計 - 11 - 3.1傳動部分的設計 - 11 - 3.1.1傳動比的計算 - 11 - 3.1.2圓錐齒輪傳動的設計 - 11 - 3.1.3軸的設計 - 13 - 3.2擋茬部分的設計 - 16 - 3.3刀具部分的設計 - 16 - 3.4清茬部分的設計 - 17 - 4主要零件的強度校核 - 18 - 4.1變速箱錐齒輪的強度校核 - 18 - 4.2軸的校核 - 18 - 4.2.1輸入軸的校核 - 18 - 4.2.2輸出軸的校核 - 19 - 4.3重要鍵的校核 - 19 - 5結論 - 21 - 參考文獻 - 22 - 致謝 - 23 - 摘要 土豆是當今人類社會的四大糧食作物之一，僅次于水稻、玉米和小麥。我國是世界上土豆生產大國，總產量居世界第一。土豆收獲前需要對土豆進行滅茬工作，而我國傳統(tǒng)土豆種植方式機械化水平很低，機械化滅茬普及率并不高。目前，市場上銷售的滅茬機產品大部分僅適用于北方作業(yè)區(qū)，南方多為山地和梯田，并不適用。人工滅茬費時費力、勞動強度大，因此給廣大農民造成極大的困擾。為了解決上述問題，本文就國內外各種滅茬機進行分析和參考，設計了一款適用于我國南方耕地的土豆滅茬機。該機功能與市面上的粉碎滅茬機有所不同，僅將土豆茬割斷，并排入兩旁的溝壑中，這樣可以大大降低功耗，提高工作效率，使滅茬機更小巧輕便。本文首先對滅茬機的總體方案做出合理的選擇，巧妙地采用后懸掛式微耕機倒退運行方式的配套形式，避免了壓茬的問題。然后合理設計傳動模式，采用一級錐齒輪減速變向傳動，并就錐齒輪、軸等零件進行合理的參數(shù)計算。接著合理設計了機架、刀具、擋茬機構、清茬機構和罩殼等部分，機架和擋茬機構均采用空心方鋼焊接而成，擋茬機構可以提高滅茬效率，有效避免土豆茬纏繞的情況，刀具采用活動刀片，可以有效降低折斷的風險。最后對錐齒輪、軸和鍵等重要零件進行了參數(shù)計算和強度校核，對軸承和彈性擋圈等標準零件進行了合理的選擇。 關鍵詞：土豆，滅茬，設計 Abstract In every human society. The potato is one of the four major food crops after rice, maize and wheat. Our country is the largest potato production country in the world. As everyone knows, we need to stubble on potato before harvest, but we still in traditional way of potato planting that the mechanization level and mechanization of stubble penetration rate are both low. At present, most of the stubble machine on the market only applies to working in the north, it’s not suitable for the south. Artificial stubble is a common way for the south. It needs large timeand labor force and takes a great trouble to all farmers. In order to solve the above problems, we took the various stubble machine at home and abroad for reference and designed a potato stubble machine that suitable for southern land of China. The function has a large different with those of stubble machine on market, It only cuts potato crop and puts into the gaps on the two sides. This way greatly reduces power consumption and improves the work efficiency. There are make a reasonable choice to overall scheme of the stubble machine in this article. we skillfully use after hanging tractor supporting form of reverse operation mode, to avoid the problem of the pressure of crop. It has a reasonable design at transmission mode such as level1 bevel gear be used in reducer to drive. There are a reasonable caculation in bevel gear, shaft and other parts of parameters. Then the frame, tool and stubble retaining mechanism, crop and cover parts are with reasonable design, such as frame and crop agency welded hollow square steel together. The crop institution could improve the efficiency of stubble and effectively avoid the potato crop of winding. The active cutter blades can reduce effectively the risk of fracture. In a world, We made a parameter calculation and strength check to bevel gear, shaft and key and a reasonble choice in the important parts of bearing and the elastic ring standard parts. Key words：potato , stubble cleaning , design - 24 - 1緒論 1.1土豆滅茬機研究的目的和意義 土豆是當今人類社會的四大糧食作物之一，僅次于水稻、玉米和小麥。據(jù)中國食品工業(yè)協(xié)會土豆食品專業(yè)委員會介紹，2012年，我國土豆種植面積521萬公頃，占世界土豆種植面積的1/4 ，總產量8154萬噸，單產15.7噸/公頃【1】；我國是世界上土豆生產第一大國，占世界土豆總產量的1/5，總產量占亞洲的17%。預計到2015年我國土豆總產量將達到1.5億噸，種植面積達到1.2億畝。我國土豆種植面積和鮮土豆產量居世界之首，但土豆種植、滅茬和收獲機械化水平普遍較低， 我國土豆生產的主產區(qū)是西南山區(qū)、西北、東北地區(qū)和內蒙古。其中以西南山區(qū)的種植面積最大，大約占全國總面積的1/3。土豆的產量很高，增產潛力大，是其他糧食作物所不及的；其營養(yǎng)含量豐富，又是多種蔬菜所不及的；土豆用途廣泛，是糧，是菜，是好飼料，又是多種工業(yè)、副業(yè)加工的原料；土豆栽培中是良好的前茬，又是間作、套種的作物，所以說，土豆在糧食、蔬菜栽培中，以及農業(yè) 經濟、人民的日常生活中，有非常重要的作用【2】。我國土豆加工企業(yè)約有4500家，其中規(guī)?；罴庸て髽I(yè)近100家。隨著國際貿易迅速增長，出口前景廣闊，國內消費需求日益增加，未來供需偏緊，且我國是人口大國，耕地減少和人口增長的矛盾不可逆轉，所以需要大力發(fā)展土豆產業(yè)對確保糧食安全，促進農民增收，振興農村區(qū)域經濟具有重要的戰(zhàn)略意義【3】。 我國傳統(tǒng)土豆種植方式機械化水平很低，人工種植土豆耗時耗力，生產效率很低，而且嚴重制約了我國土豆產量。提高土豆種植機械化水平可以大大提高生產效率，降低人們的勞動強度，較少勞動力損耗，為土豆的生產發(fā)展奠定良好的基礎。目前，我國主要生產方式還是依靠人力，為了促進土豆生產發(fā)展，提高機械化水平勢在必行。目前我國僅在中小型土豆種植和收獲機方面有所突破，土豆滅茬機的研發(fā)還相對薄弱，市場上銷售的土豆滅茬機機型為數(shù)不多，且大多都只適用與北方作業(yè)區(qū)，而南方種植土豆的多為山地和梯田，所以迫切需要一款適用與南方產區(qū)的小型滅茬機，減輕勞動強度，提高土豆產量。 1.2土豆滅茬機的發(fā)展概況 1.2.1國內土豆滅茬機的發(fā)展概況 國內的土豆滅茬機生產企業(yè)為數(shù)不多，現(xiàn)在市面上銷售的多為中小型土豆滅茬機，如青島洪珠機械廠生產的洪珠1JH-100土豆滅茬機（見圖1-1），該機可與20～35馬力四輪拖拉機配套使用，生產率為4～5km2/h,工作行數(shù)為1行。該機具有結構緊湊，機動性好，布局合理，工作平穩(wěn)，實用性強，維修簡單等特點，可一次性完成土豆茬的清除工作。 圖1-1 洪珠1JH-100型土豆滅茬機 中機美諾科技股份有限公司生產的美諾1804型土豆滅茬機（見圖1-2），該機配套形式為懸掛式，配套動力90～120KW，工作行數(shù)為4行，工作幅寬為3600mm，生產效率1.1～1.5hm2/h。該機特點是適用于各類品種土豆茬的粉碎作業(yè)，為土豆收獲創(chuàng)造良好條件，甩刀結構型式多樣，組合運動軌跡與薯壟形狀和寬度一致，甩刀按雙螺旋線排列在刀輥軸上，保證刀輥受力均，雙側傳動帶有超越離合器，停機后，有效保護傳動系統(tǒng)，甩刀高速運轉，在機具殼體內形成負壓，使倒伏土豆茬也能被切，打碎的土豆茬鋪放在地面，作業(yè)效率高，土豆茬粉碎效果好。 圖1-2 美諾1804型土豆滅茬機 山東青島璞盛機械有限公司生產的1JH-90型土豆滅茬機（見圖1-3），配套動力18.3～29.4kw四輪拖拉機，配套形式采用懸掛式，動力傳輸型式為傳動軸，傳動機構型式為皮帶傳動，工作幅寬：900mm，工作效率：≥0.3（hm2/h），該機主要有點為倒在溝底的土豆茬也可以吸起來然后將其粉碎，收獲土豆滅茬時并不傷害到土豆，一臺機器可以頂40個勞動力。 圖1-3 1JH-90型土豆滅茬機 1.2.2國外土豆滅茬機的發(fā)展概況 國外農田機械的研發(fā)起步很早，在土豆種植、噴藥滅茬、收貨、運輸、清選、運輸、清洗、加工和儲藏等全過程的研究均已比較成熟，各環(huán)節(jié)都有不同的型號、系列的機具。在土豆滅茬機產品方面，代表世界一流技術水平的農機企業(yè)有德國Gimme公司、美國Reekie公司、美國Double L公司、荷蘭APH公司、比利時AVR公司和挪威TKS公司等【4】。 （1） 德國Gime公司 德國Gime公司生產的KS3600型土豆滅茬機(見圖1-4)，配套型式為懸掛式，配套動力為58KW拖拉機，工作行數(shù)為4行，行距為85cm或90cm,整機質量為1100kg，作業(yè)效果好。 圖1-4 KS3600型土豆滅茬機 （2） 美國Reekie公司 Reekie公司生產的RHT2200型土豆滅茬機（見圖1-5），具有高速動態(tài)平衡回轉軸，全幅寬升起和吸入土豆茬，進行高質量切碎，可以保證切碎的土豆茬和土壤一起通過收獲機分離篩，適用十字交叉形的輸送帶將土豆茬運輸?shù)绞斋@作業(yè)的一側。限深輪可調，確保有效割秧；懸掛方式：前掛或后掛；可保證機具前懸掛時，將拖拉機前面的土豆茬都處理掉。避免后續(xù)作業(yè)中收獲機喂入部分堵塞；鎮(zhèn)壓輪可調，在牽引機具上，鎮(zhèn)壓輪可選。 圖1-5 RHT2200型土豆滅茬機 （3） 荷蘭APH公司 荷蘭APH公司生產的小型2行土豆滅茬機主要有2LKB-170型和2LKB-190型多功能滅茬機，兩者均可用于土豆和胡蘿卜等根莖類作物滅茬兩則齒輪箱轉速均為1000r/min，2LKB-170型工作寬度為1.50m，行數(shù)為2行，行距為75cm，配套動力為58.8KW拖拉機，工作效率為0.9hm2/h ;2LKB-190型工作寬度為1.80m，行數(shù)為2行，行距為90cm，配套動力為33.1KW拖拉機，工作效率達到1.0hm2/h。 （4） 比利時AVR公司 比利時AVR公司生產的土豆聯(lián)合收獲機（見圖8）,前部有滅茬機構，該機功能多樣，集滅茬，收獲，集薯于一體的多功能一體機，作業(yè)效率高。 圖1-6 馬鈴薯聯(lián)合收獲機 1.3土豆滅茬機的類型及技術要求 1.3.1土豆滅茬機的類型 目前，土豆滅茬機較成熟的產品主要有兩大類型：一是懸掛式，懸掛式是通過懸掛裝置懸掛在拖拉機上，并與拖拉機成一整體運動的農業(yè)機械。在提升狀態(tài)下滅茬機完全離開地面，其全部重量由拖拉機承擔。按懸掛在拖拉機上的位置，可分為后懸掛、前懸掛、側懸掛、中間懸掛、和分組懸掛5種方式，其中前懸掛式和后懸掛式較為常用，是目前國際通用型式。德國、美國、荷蘭、比利時、挪威等國中小型滅茬機普遍采用該型式，特點是結構設計緊湊，質量輕，轉彎半徑小，牽引阻力小，工作可靠安全，操作方便，機動靈活，生產效率較高，機組的操作和調整由拖拉機手一人承擔【5】；二是牽引式，牽引式是通過牽引裝置掛接在拖拉機后面，由拖拉機牽引完成各種作業(yè)，一些大型的土豆滅茬機采用該型式，特點是穩(wěn)定性好，對地面狀況的適應性強，但機動靈活性差，轉彎半徑大，結構復雜，在作業(yè)過程中，一般需要配農具手進行操作，牽引式土豆滅茬機沒有驅動輪，但有起支撐作用并在拖拉機牽引下進行的行走輪，在田間作業(yè)時機器的重量主要由行走輪承擔【6】。 1.3.2土豆滅茬機的技術要求 國內土豆滅茬機械技術發(fā)展還處于起步階段，但各類型機應滿足一下技術要求： （1） 滅茬率 要求滅茬幅寬80cm，滅茬高度1～5 cm，滅茬率應不低于95%。 （2） 清茬率 滅茬機必須有良好的清茬機構，能將土豆茬清除至兩旁的溝里，便于之后收獲機的作業(yè)，清除率應不低于95%。 （3） 生產效率 機械滅茬的目的在于減輕農民勞動強度，提高生產效率，適時滅茬。因此，滅茬機作業(yè)時應具有一定的作業(yè)速度，且能穩(wěn)定作業(yè)。 （4） 其它要求 土豆滅茬機滅茬機構和清茬機構應協(xié)調工作，盡可能減少自身的動力損耗，保持作業(yè)穩(wěn)定。 1.4土豆滅茬機發(fā)展的主要制約因素 1.4.1種植形式和生產規(guī)模 目前，南方作業(yè)區(qū)多山地和梯田，土豆生產方式多為小規(guī)模生產方式，制約了大中型土豆滅茬機的發(fā)展，各地土豆種植形式不統(tǒng)一也直接影響了滅茬機的生產發(fā)展。 1.4.2動力配套問題 滅茬機本身沒有驅動裝置，需要拖拉機提供動力。滅茬機的設計需要與微耕機配套，而配套使用的穩(wěn)定性難以保證，且農戶擁有的微耕機類型和數(shù)量極為有限，這在一定程度上限制了土豆滅茬機的發(fā)展。 1.4.3機械性能問題 目前，我國所研制出的土豆滅茬機普遍存在工作性能不穩(wěn)定，可靠性差，適應性差，功能單一等問題。 2土豆滅茬機的總體方案設計 2.1總體結構方案的確定 2.1.1方案的提出 由于本次設計的土豆滅茬機外形尺寸較小，所以采用懸掛式配套形式與微耕機配套。 方案1：采用前懸掛式，前懸掛式即為土豆滅茬機懸掛于微耕機前部(見圖2-1)，該配套形式滅茬機可以在微耕機啟動時就滅茬作業(yè)，且土豆茬不會被微耕機機身壓住倒伏，但該型式傳動機構復雜。 1 3 5 4 2 圖2-1 前懸掛式 1微耕機 2變速箱 3機架 4中間軸 5刀具 工作原理：滅茬機懸掛于微耕機前部，微耕機動力輸出軸通過變向傳動裝置將動力傳送至變速箱，再由變速箱輸出軸傳送至中間軸，然后中間軸帶動刀具高速旋轉。 方案2：采用后懸掛式，后懸掛式即為土豆滅茬機懸掛于微耕機后部（見圖2-2），該配套型式滅茬機在微耕機啟動前進一段距離后開始作業(yè)，土豆茬會被微耕機-機身壓倒，但傳動機構相對簡單。 1 2 3 4 5 圖2-2 后懸掛式 1微耕機 2變速箱 3機架 4中間軸 5刀具 工作原理：滅茬機懸掛于微耕機后部，微耕機動力輸出軸通過萬向節(jié)直接將動力傳動至變速箱，再由變速箱輸出軸傳遞至中間軸，然后中間軸帶動刀具高速旋轉。 方案3：采用側懸掛式，側懸掛式即為土豆滅茬機懸掛于微耕機的側面位置，該配套型式懸掛土豆滅茬機傳動機構復雜，工作性能不穩(wěn)定，適用不方便，占用空間大。 1 2 3 4 圖2-3 側懸掛式 1微耕機 2變速箱 3機架 4刀具 工作原理：滅茬機懸掛于微耕機側部，微耕機動力輸出軸通過傳動裝置將動力傳遞至變速箱，再有變速箱輸出軸傳遞至中間軸，然后中間軸帶動刀具高速旋轉。 方案4：采用后懸掛式微耕機倒退運行方式，后懸掛式微耕機倒退運行即為土豆滅茬機懸掛于微耕機后部，微耕機扶手調整180度向后固定，然后掛倒退檔運作，該型式微耕機啟動時滅茬機就開始作業(yè)，土豆茬不會被微耕機機身壓倒，且傳動機構簡單。 1 2 3 4 5 圖2-4 后懸掛式微耕機倒退運行方式 1微耕機 2變速箱 3機架 4中間軸 5刀具 工作原理：滅茬機懸掛于微耕機后部，微耕機動力輸出軸通過萬向節(jié)直接將動力傳動至變速箱，再由變速箱輸出軸傳遞至中間軸，然后中間軸帶動刀具高速旋轉。 2.1.2方案的確定 對比以上方案的優(yōu)缺點，選擇方案4,采用后懸掛式微耕機倒退運行方式。該型式集合了前三種方案的有點，該方案工作原理巧妙，滅茬機懸掛于微耕機后部，微耕機扶手調轉180度安裝固定，然后掛倒退檔運作，由微耕機推行前進滅茬，有效避免滅茬前壓茬的問題。該型式傳動機構可直接采用萬向節(jié)聯(lián)軸器連接，機構簡單。 2.2結構組成 土豆滅茬機結構簡圖，如圖2-5所示 圖2-5 土豆滅茬機結構簡圖 1.微耕機 2.變速箱 3.擋茬機構 4.清茬機構 5.機架 6.萬向節(jié) 7.罩殼 8.刀具 9.聯(lián)軸器 2.3主要性能參數(shù) 作業(yè)幅寬：80cm 配套動力：8.2KW 微耕機輸出轉速：3600r/min 生產率：0.5～3畝/小時 滅茬高度：1～5cm 滅茬率：不低于95% 清茬率：不低于95% 3主要部件的設計 本設計土豆滅茬機主要由懸掛架、機架、防護罩、刀具、刀架、刀軸、變速箱、傳動軸、擋茬機構 、清茬機構等組成，機具通過懸掛架與微耕機相連接，當機具作業(yè)時，首先由微耕機的動力輸出軸將動力由變速箱的輸入軸傳送到變速箱。通過錐齒輪的變向動力經由傳動軸直接傳送至刀軸，刀軸帶動刀具高速旋轉，微耕機前進，土豆茬被擋茬機構擋至兩旁，同時高速旋轉的刀具開始切割土豆茬，隨后清茬部件將土豆茬清至兩旁的溝壑中，從而完成滅茬作業(yè)。 3.1傳動部分的設計 滅茬機工作時，微耕機的動力經萬向節(jié)傳送至變速箱，經一對圓錐齒輪換向減速后帶動刀軸和刀片一起高速旋轉。高速旋轉的刀片切斷土豆茬，由離心率和重力作用散落與地面上。 3.1.1傳動比的計算 微耕機的動力為8.2KW，動力輸出轉速為3600r/min，微耕機的動力輸出軸的功率為整機動力的40%，所以變速箱輸入軸功率為P1=8.2kw×0.4=3.28kw，土豆茬最低無支撐切割速度為30m/s，刀軸最低轉速n=V/2πr≈1433r/min,取1500r/min，由此可得變速箱傳動比i=3600/1500=2.4 3.1.2圓錐齒輪傳動的設計 本設計方案選用直齒圓錐齒輪（主動軸和傳動軸交角900）傳動； 采用硬齒面，參考《機械設計》，查得45鋼硬度為162～217HBS,取190～217HBS,大齒輪選用45鋼調質處理，硬度為217～255HBS,取225～255HBS【7】； 對于封閉式硬齒面齒輪，參考《機械設計》，選擇齒輪精度等級為7級【7】； 按齒面接觸疲勞強度設計計算，參考《機械設計》得【7】 d1mm 式中T=T1=9.55×P1/n1=9550×3.28/3600N.m=8.7N.m 初選載荷系數(shù)Kt=1.65 節(jié)點區(qū)域系數(shù)：ZH= 由《機械設計》查得彈性系數(shù)【7】：, 取齒寬系數(shù)： 由《機械設計》查得【7】：, 由《機械設計》查得【7】： = 0.9×575MPa=517.5MPa =0.9×550MPa=495MPa u=i=2.4 齒輪齒數(shù)Z1=15 ，Z2=uZ1=2.4×15=36 帶入公式計算得:≈10.39 =10.39/15≈0.69，取標準值2.5 d1=mz1=2.5×15=37.5mm，d2=mz2=2.5×36=90mm 由《機械設計》查得使用系數(shù)KA=1.00, 由《機械設計》查得動載系數(shù)Kv=1.00【7】, =48.75mm 由b=φRR=0.3×48.75=14.625mm取齒寬b1=b2=15.5mm 參考《機械原理》計算公式得【8】 計算錐齒輪的分度圓錐角： δ1=arctan(Z1/Z2)=arctan(15/36)=22.61990 δ2=900-22.61990=67.38010 齒頂圓直徑da1，da2： da1=d1+2hacosδ1=37.5+2×1×2.5 cos22.610=42.12mm da2=d2+2hacosδ2=90+2×1×2.5 cos67.380=91.92mm 齒根圓直徑df1，df2： df1= d1-2hfcosδ1=37.5-2×（1+0.2）×2.5cos22.610=31.96mm df2= d2-2hfcosδ2=90-2×（1+0.2）×2.5cos67.380=87.69mm 齒頂角的計算，： =arctan(ha/R)=arctan(1×2.5/48.75)=2.940 ==2.940 齒根角，： =arctan(hf/R)=arctan(((1+0.2)×2.5)/48.75)=3.520 ==3.520 頂錐角δa1，δa2： δa1=δ1+=22.620+2.940=25.560 δa2=δ2+=67.380+2.940=70.320 小齒輪圓中點分度圓直徑dm1，dm2： dm1=d1(1-0.5b/R)=37.5×(1-0.5×15.5/48.75)=31.5mm 運算圓周速度Vm： =3.14×31.5×3600/(60×1000)=5.9m/s 選擇7級精度合宜。 3.1.3軸的設計 （1）輸入軸 初步確定輸入軸的最小直徑：先初步估算輸入軸的最小直徑。本設計選取軸的材料為45號鋼，調質處理，適用于承受交變載荷、中等負載，強烈磨損，無很大沖擊的重要零件。取A0=112，于是得 所以，選取輸入軸最小直徑17mm 軸的結構設計 表3-1初定各軸段直徑 位置 軸直徑/mm 說明 小錐齒輪處 17 為考慮從左端裝入，齒輪孔徑應稍大于軸承，并為標準直徑 左端軸承處 20 因軸承需要承受軸向力和徑向力，并符合滾子軸承標準內徑，故取20，選用圓錐滾子軸承，初定軸承型號30204 左端傳動軸處 28 此段起軸承定位作用，應略大于軸承內徑，所以取28 過渡處 22 此段軸是過度段，軸徑應大于最小直徑，小于傳動軸處直徑，取22 右端傳動處 28 此段起軸承定位作用，應略大于軸承內徑，所以取28 右端軸承處 20 因軸承需要承受軸向力和徑向力，并符合滾子軸承標準內徑，故取20，選用圓錐滾子軸承，初定軸承型號30204 鍵位處 18 為方便軸承安裝，應略小于軸承內徑 表3-2確定各軸段長度 位置 軸段長度/mm 說明 小錐齒輪處 28 此段軸應長于彈性擋圈和錐齒輪的徑向長度之和，故取28 左端軸承處 15 此段軸只用于安裝圓錐滾子軸承，故取15 左端傳動軸處 4 此段軸只用定位軸承，故取4 過渡處 37 此段為過度處，為滿足端蓋尺寸，取37 右端傳動處 4 用于定位軸承，與左端對稱，取4 右端軸承處 25 用于安裝軸承和彈性擋圈和油封，故取25 鍵位處 35 用于外部動力連接，并設有鍵槽，故取35 全軸長 148 （28+15+4+37+4+25+35）mm=148 齒輪處采用A型普通平鍵，齒輪處鍵A12×30GB/T1096-2003。為加工方便，并參照軸承的安裝尺寸，軸上倒角半徑全部取r=1mm。 （2）輸出軸 初步確定輸出軸的最小直徑：先初步估算輸入軸的最小直徑。本設計選取軸的材料為45鋼，調質處理，適用于承受交變載荷、中等負載，中等速度、強烈磨損、無很大沖擊的重要零件。取A0=112，于是得 故，選取輸出軸最小直徑為18mm。 表3-3初定各軸段直徑 位置 軸直徑/mm 說明 上端軸承處 20 因軸承需要承受軸向力和徑向力，并符合滾子軸承標準內徑，故取20，選用圓錐滾子軸承，初定軸承型號30204 滑槽處 25 考慮軸承從左端裝入，軸徑應大于軸承內徑，且該段設置滑槽，故取25 大錐齒輪處 22 此段外套有套筒，且起軸承定位作用，所以要大于軸承內徑，小于套筒內徑，取22 下端軸承處 20 因軸承需要承受軸向力和徑向力，并符合滾子軸承標準內徑，故取20，選用圓錐滾子軸承，初定軸承型號30204 鍵位處 18 為方便軸承安裝，應取略小于軸承內徑，取18 表3-4確定各軸段長度 位置 軸段長度/mm 說明 上端軸承處 15 此段軸僅安裝軸承，取15 滑槽處 50 此段用于配合捏合抓工作，取50 大錐齒輪處 24 此段用于安全套筒以配合錐齒輪，取24 下端軸承處 25 此段軸安裝有軸承、彈性擋圈和油封，取25 鍵位處 28 此段軸用于與聯(lián)軸器連接，取28 全軸長 142 （15+50+24+25+28）mm=142mm 齒輪處采用A型普通平鍵，齒輪處鍵A12×30GB/T1096-2003。為加工方便，并參照軸承的安裝尺寸，軸上倒角半徑全部取r=0.5mm。 3.2擋茬部分的設計 為了提高滅茬效率，避免土豆茬纏繞機器，需設計擋茬機構。擋茬機構隨著微耕機的前行使前方的土豆茬上部分與滅茬機保持一定的距離，且使土豆茬向兩邊倒伏，靠近溝壑，有利于清茬機構作業(yè)。本機構焊接與機架，結構簡單，簡圖如圖3-1,兩側擋茬桿夾角為450，與刀片旋轉的外圓面水平距離為10cm，擋茬桿距壟面高度為30cm,工作時使正在被刀片切割的土豆秧傾斜約18度。擋茬桿使用材料型號為20×20,壁厚為3mm的的空心方鋼焊接而成。 圖3-1 擋茬機構簡圖 3.3刀具部分的設計 刀具是滅茬機的主要工作部件，高速旋轉的刀軸帶動刀片旋轉，可以無支撐切斷土豆秧，刀片近心端圓周速度大于30m/s。本設計采用水平旋轉一字刀盤，長度為418mm，刀片（見圖3-2）數(shù)量為2個，尺寸為228mm，刀片連接不鎖死，慣性帶動刀片高速旋轉。優(yōu)點是刀片打到硬物不會嚴重損壞，具有刀具保護作用，刀具部分由刀片、刀盤和刀盤座組成，用螺栓鎖于刀軸。刀具組成結構如圖3-3。 圖3-2 刀片結構圖 圖3-3 刀具總成圖 3.4清茬部分的設計 本課題設計的滅茬機僅切斷土豆茬，未將其打碎，故需要設計出清茬機構將切斷的土豆茬排入溝壑中，以便后期收獲機的正常工作。該機構為仿形擋板，結構簡單，工作原理簡單。該機構為使用鋼板焊接與機架上。兩側擋板的夾角為900，隨著微耕機前行，被切斷的土豆茬受到擋板的推力和地面的摩擦力沿板向兩旁溝壑移動。直至掉落溝壑中。結構圖如圖3-4. 圖3-4 清茬結構圖  4主要零件的強度校核 4.1變速箱錐齒輪的強度校核 校核齒根彎曲疲勞強度：,當量齒數(shù), Zv1=Z1/cosδ1=15/cos22.620=16.25 Zv2=Z2/cosδ2=36/cos67.380=93.6 由Zv1和Zv2查《機械設計》得【7】 Y′Fa1=4.03 Y′Fa2=3.83 由《機械設計》查得外形齒齒輪系數(shù)【7】 Zv1＜90，所以Y′Fa1=1.03 Y′Fa1=1.03×4.03=4.15， Zv2＞90，所以Y′Fa2=1.07 Y′Fa2 =1.07×3.83=4.10 參考《機械設計》，齒根疲勞彎曲極限 =230MPa， =210MPa 由《機械設計》得【7】 =1.14=1.4×230=322MPa =1.4=1.4×210=294MPa 安全 4.2軸的校核 4.2.1輸入軸的校核 （1）計算輸入軸傳遞的轉矩 ，輸入軸的功率P=8.2kw×0.4=3.28kw，輸入軸轉速n1=3600r/min，據(jù)公式得：，故T1=8.7×103Nmm。 （2）輸入軸上的受力分析 根據(jù)《機械設計》得【7】 齒輪的圓周力 Ft1=2T1/dm=2×8.7×103/(0.85×37.5)=546N 齒輪上徑向力Fr1=Ft1tanαcosδ1=546tan200 cos22.620N=183.44N 齒輪上的軸向力Fa1=Ft1tanαsinδ1=546tan200sin22.620N=76.43N 名義法向載荷Fn1= Ft1/cosα=546/cos200=581.04N 由于該軸主要受扭矩作用，受到不大的彎矩，所以按扭矩來計算軸的強度校核，取最小截面d=17mm處進行校核，由《機械設計》表15-3得許用扭轉切應力為25～45MPa。據(jù)《材料力學》得【9】：，因此，軸的強度夠。 4.2.2輸出軸的校核 （1）計算輸出軸傳遞的扭矩，一級圓錐齒輪傳動的傳動效率為η=0.96，故輸出軸的功率為P2=P1×0.96=3.28×0.96kw=3.15kw，輸出軸轉速為1500r/min，據(jù)公式得：,故T2=2.0×104 Nmm。 （2）輸出軸上的受力分析 根據(jù)《機械設計》得【7】 齒輪的圓周力Ft2=2T2/dm=2×2.0×104/(0.85×90)=523N 齒輪上的徑向力Fr2=Ft2tanαcosδ2=523×tan200cos67.380 =73.21 N 齒輪上的軸向力Fa2=Fttanαsinδ2=533tan200δ2N=184.45N 名義法向載荷Fn2= Ft2/cosα=523/cos200=556.56N 由于該軸主要受扭矩作用，受到不大的彎矩，所以按扭矩來計算軸的強度校核，取最小截面d=18mm處進行校核，由《機械設計》查得許用扭轉切應力為25～45MPa【7】。據(jù)《材料力學》得【9】：，因此，軸的強度夠。 4.3重要鍵的校核 平鍵連接傳遞轉矩時，其主要的失效形式是工作面被壓潰。因此通常只按工作面的擠壓應力進行強度校核。 假設載荷在鍵的工作面上是均勻分布的，參考《機械設計》，普通平鍵連接的強度條件為【5】 式中：T—傳遞的轉矩N.m K—鍵與輪鍵槽的接觸高度mm l—鍵的工作長度mm d—軸的直徑mm 對用于安裝小錐齒輪的軸上的鍵進行相關的校核，,擠壓應力小于許用擠壓應力，所以鍵的強度足夠。 5結論 土豆收獲前必須滅茬，滅茬是土豆種植機械化中重要的一個環(huán)節(jié)，土豆滅茬機提高了土豆的收獲效率，降低了收獲難度。 土豆滅茬機的設計課題來源于生產實際。在這次畢業(yè)設計中，我拿到課題后先了解了土豆的種植情況，滅茬機的發(fā)展概況，然后根據(jù)本課題的要求確定滅茬機的總體方案，接著參考現(xiàn)有的產品，然后對滅茬機的傳動部分、機架、刀軸、刀具部分、擋茬機構和清茬機構等進行合理設計以及軸承標準零件的選型。在滿足參數(shù)要求的前提下，盡量使土豆滅茬機結構緊湊，外形小巧美觀，以減小滅茬機的整體尺寸和自重，以達到節(jié)能和使用更加方便的目的。 本文首先對滅茬機的總體方案做出合理的選擇，巧妙地采用后懸掛式拖拉機倒退運行方式的配套形式，避免了壓茬的問題。然后合理設計傳動模式，采用一級錐齒輪減速變向傳動，并就錐齒輪、軸等零件進行合理的參數(shù)計算及設計。接著合理設計了機架、刀具、擋茬機構、清茬機構和罩殼等部分，機架和擋茬機構均采用空心方鋼焊接而成，擋茬機構可以提高滅茬效率，有效避免土豆茬纏繞的情況，并將土豆茬推向兩邊溝壑，刀具采用活動刀片，可以有效降低折斷的風險，清茬機構采用Q235鋼板焊接而成，結構簡單，可以有效清除土豆茬。最后對錐齒輪、軸和鍵等重要零件進行了參數(shù)計算和強度校核，對軸承和彈性擋圈等標準零件進行了合理的選擇。 參考文獻 [1]http://www.chinairn.com/print/3111783.html.中國馬鈴薯產業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析預測.2013.8.30.p1 [2]宋元林.馬鈴薯薯姜山藥芋.北京：科學技術文獻出版社.1998.12.p2 [3]陳伊里.中國馬鈴薯生產狀況及發(fā)展趨勢.東北農業(yè)大學2009.4.P2 [4]賈晶霞，李洋，楊德秋，李建東.國內外馬鈴薯殺秧機發(fā)展概況.2011.3.第1行 [5]http://baike.haosou.com/doc/6227050-6440373.html.懸掛式農業(yè)機械.2013.7.1.第1行 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