單圓盤(pán)果園開(kāi)溝機(jī)的設(shè)計(jì)含NX10三維及11張CAD圖帶開(kāi)題報(bào)告+答辯ppt-獨(dú)家.zip
單圓盤(pán)果園開(kāi)溝機(jī)的設(shè)計(jì)含NX10三維及11張CAD圖帶開(kāi)題報(bào)告+答辯ppt-獨(dú)家.zip,圓盤(pán),果園,開(kāi)溝機(jī),設(shè)計(jì),NX10,三維,11,CAD,開(kāi)題,報(bào)告,答辯,ppt,獨(dú)家
單圓盤(pán)果園開(kāi)溝機(jī)的設(shè)計(jì)
摘要
現(xiàn)在，我們國(guó)家的果園在開(kāi)溝的時(shí)候基本上還是人工進(jìn)行，使用機(jī)器的比較少。很多開(kāi)溝的設(shè)備拿到果園里面來(lái)不怎么適合，關(guān)鍵是在果園的地面上有很多亂七八糟的東西，土壤里面不僅有根莖，還有石頭，而且在果園里面這些果樹(shù)之間的檔距比較小。要想在果園里面開(kāi)溝的時(shí)候使用機(jī)器，那么設(shè)計(jì)一款專門(mén)在果園里面開(kāi)溝的設(shè)備是非常緊迫的。
本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是單圓盤(pán)果園開(kāi)溝機(jī)的設(shè)計(jì)。將現(xiàn)有的開(kāi)溝機(jī)進(jìn)行比較，翻閱文獻(xiàn)，將設(shè)計(jì)方案確定下來(lái)，本次總體方案采用單元盤(pán)開(kāi)溝機(jī)。對(duì)總體方案中里面涉及到的軸、鏈輪等主要零部件進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)、計(jì)算及校核，對(duì)電動(dòng)機(jī)、軸承等標(biāo)準(zhǔn)件進(jìn)行了選型。
繪制機(jī)構(gòu)裝配圖、零部件圖，完成機(jī)構(gòu)三維實(shí)體的建模，通過(guò)本次設(shè)計(jì)，不僅對(duì)我學(xué)校里面學(xué)習(xí)的專業(yè)知識(shí)又溫習(xí)了一遍，對(duì)自己將來(lái)的工作也做好了知識(shí)鋪墊。因此，本文的設(shè)計(jì)也顯得尤為有價(jià)值。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)卧P(pán)；果園；開(kāi)溝機(jī)；設(shè)計(jì)；校核
Abstract
Now, our country's orchards in the ditch when the basic or manual, the use of the machine is relatively small. A lot of ditching equipment to get inside the orchard is not how suitable, the key is in the orchard on the ground there are a lot of messy things, the soil which not only rhizome, there are stones, and in the orchard inside the fruit trees between the file range is relatively small The If you want to use the machine in the orchard inside the ditch, then the design of a special irrigation in the orchard inside the equipment is very urgent.
The main content of this design is a single disc orchard ditch machine design. The existing trencher to compare, read the literature, the design will be determined down, the overall program using unit disk ditching machine. The main parts of the overall plan involved in the shaft, sprocket and other major parts of a detailed design, calculation and verification of the motor, bearings and other standard parts were selected.
Drawing the organization drawings, parts and plans to complete the three-dimensional entity modeling, through this design, not only for my school inside the professional knowledge and study it again, their future work is also a good knowledge of bedding. Therefore, the design of this article is also particularly valuable..
Key words：Unit dish; orchard; ditching machine; design; check;
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 3
1.1 開(kāi)溝機(jī)的概述 3
1.2 國(guó)內(nèi)開(kāi)溝機(jī)的研究現(xiàn)狀 5
1.3 國(guó)外開(kāi)溝機(jī)的研究現(xiàn)狀 6
第2章 總體方案的設(shè)計(jì)與確定 9
2.1 動(dòng)力系統(tǒng)的選擇與確定 9
2.2 整體結(jié)構(gòu)的確定 10
2.3 工作原理的確定 10
第3章 主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11
3.1 開(kāi)溝彎刀的設(shè)計(jì)與計(jì)算 11
3.2 開(kāi)溝刀盤(pán)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 13
3.2.1 內(nèi)孔直徑的確定 13
3.2.2 安裝刀片螺栓孔位置的確定 13
3.2.3 刀盤(pán)外徑的確定 14
3.2.4 刀片安裝數(shù)量的確定 14
3.2.5 刀盤(pán)總體結(jié)構(gòu)的確定 14
3.3 開(kāi)溝刀軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算 15
3.3.1 開(kāi)溝刀軸的最小徑計(jì)算 15
3.3.2 開(kāi)溝刀軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與確定 16
3.4 拖拉機(jī)選型的選擇與確定 16
3.5 開(kāi)溝機(jī)傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算 17
3.5.1 開(kāi)溝機(jī)錐齒輪的確定 17
3.5.2 開(kāi)溝刀滾的確定 17
3.5.3 開(kāi)溝機(jī)罩殼的設(shè)計(jì)與確定 19
3.6 開(kāi)溝深度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算 19
3.6.1 液壓缸的選擇與確定 19
3.6.2 深度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的確定 20
3.6.3 液壓馬達(dá)選擇與安裝 21
3.7 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算 21
3.7.1 鏈傳動(dòng)概述 21
3.7.2 鏈傳動(dòng)工作原理 22
3.7.3 鏈輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 23
3.7.4 鏈輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核 24
第4章 主要零件的校核 26
4.1 開(kāi)溝刀軸的校核 26
4.2 滾動(dòng)軸承的校核 28
結(jié)論 29
致謝 30
參考文獻(xiàn) 31
I
第1章 緒論
1.1 開(kāi)溝機(jī)的概述
開(kāi)溝機(jī)的歷史悠久，最開(kāi)始農(nóng)民進(jìn)行開(kāi)溝的時(shí)候用的就是犁，那個(gè)時(shí)候開(kāi)溝純粹就是靠人工。到二十世紀(jì)中期的時(shí)候，我們國(guó)家在一些農(nóng)地里就使用鏵式犁開(kāi)溝。這種開(kāi)溝設(shè)備的犁有兩種，一種是懸掛的，還有一種是牽引的。后期跟著工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，研發(fā)出來(lái)了圓盤(pán)式的開(kāi)溝機(jī)，在圖紙1.1里面展示的就是它，并且這種開(kāi)溝機(jī)發(fā)展的很快。因?yàn)檫@種機(jī)器在牽引的時(shí)候受到的阻力不大，并且適應(yīng)能力很好，可以在推開(kāi)土壤的時(shí)候分布勻稱，工作起來(lái)效率是很高的，所以使用的是非常多的。這種開(kāi)溝設(shè)備主要是依靠?jī)蓚€(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)非常快的圓盤(pán)，在這個(gè)盤(pán)的周邊都是銑刀，通過(guò)銑刀開(kāi)下來(lái)的土壤按照實(shí)際的要求，被勻稱的排放在溝的兩邊，這兩個(gè)圓盤(pán)跟土壤的平面有一個(gè)角度，是四十五度，所以說(shuō)開(kāi)出來(lái)的溝它的截面實(shí)際上是一個(gè)倒梯形，挖出來(lái)的溝是非常整齊的，不需要再進(jìn)行二次工作，不過(guò)設(shè)備在工作的時(shí)候速度不快，傳動(dòng)部分是比較復(fù)雜的，而且體積很大，在生產(chǎn)時(shí)候工藝要求非常的高，耗費(fèi)的能耗是很大的，生產(chǎn)率比犁鏵式開(kāi)溝犁低。
圖1.1 圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)的工作及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
圓盤(pán)式開(kāi)溝機(jī)就是一種旋轉(zhuǎn)的機(jī)器，在這個(gè)機(jī)器上圓盤(pán)都是有彎刀的，由傳動(dòng)軸將圓盤(pán)帶動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)開(kāi)溝，現(xiàn)在我們國(guó)家使用的開(kāi)溝機(jī)大部分都是圓盤(pán)式的。這種開(kāi)溝機(jī)有兩種，一種是前置的，還有一種是后置的。
開(kāi)溝機(jī)前置的，它配合的都是馬力比較小的拖拉機(jī)，工作的面積不大，比較有代表性的就是龍寶1K-26開(kāi)溝機(jī)，這個(gè)機(jī)器的傳動(dòng)部分，它的離合裝置是快速的，而且有兩個(gè)滑撬，對(duì)工作時(shí)候開(kāi)挖的深度是可以進(jìn)行調(diào)整的，工作時(shí)候效率非常高，也比較方便，下面的圖紙1.2里面展示的就是它。
圖1.2 1K-26型前置式圓盤(pán)開(kāi)溝機(jī)
后置的這種開(kāi)溝機(jī)有兩種，一種是一個(gè)圓盤(pán)的，還有一種是兩個(gè)圓盤(pán)的，在這種類型的機(jī)器里面，比較好的一款就是一個(gè)圓盤(pán)的開(kāi)溝機(jī)，型號(hào)是1KJ-35型，下面的圖紙1.3里面展示的就是這種，這種設(shè)備的構(gòu)造不復(fù)雜，結(jié)構(gòu)比較合理，而且工作時(shí)候可靠性高，在進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候用的是一級(jí)螺旋傘齒輪，承受的負(fù)荷也是比較大的，在這個(gè)設(shè)備上安裝了最新的散土罩，從溝里面挖出來(lái)的土在拋散的時(shí)候是非常運(yùn)城的，挖出來(lái)的溝不僅有梯形，還有矩形，這個(gè)機(jī)器上有一個(gè)限位設(shè)備，確保挖出來(lái)的溝是一條直線，而且前后的溝深度都是一樣的。
圖1.3 1KJ-35型圓盤(pán)開(kāi)溝機(jī)
圖1.4里面展示的是最新研究出來(lái)的開(kāi)溝機(jī)，這個(gè)機(jī)器有兩個(gè)圓盤(pán)，型號(hào)是清旋牌1KJ-35II，它在進(jìn)行工作的時(shí)候效果是非常好的，并且工作時(shí)候效率很高，性能也比原來(lái)的機(jī)器好很多，質(zhì)量比較好，后期保養(yǎng)維修也方便。這種開(kāi)溝機(jī)跟輪式拖拉機(jī)配合工作，一般工作的地方都是比較大的。
這個(gè)設(shè)備有兩個(gè)圓盤(pán)，因?yàn)樗_(kāi)溝的效果是非常好的，特別是拋土的時(shí)候都是非常均勻的，而且這些土拋的都比較遠(yuǎn)，可以滿足任何一種寬溝的需要。任何農(nóng)作物都可以用它來(lái)進(jìn)行開(kāi)溝種植，也就是在沒(méi)有耕耙的土地上，先將種子播下去，然后再進(jìn)行開(kāi)溝，通過(guò)開(kāi)溝機(jī)將種子翻到地里面去。
圖1.4 KJ-35II型開(kāi)溝機(jī)
圖1.5 圓盤(pán)旋轉(zhuǎn)式開(kāi)溝機(jī)
美國(guó)也有圓盤(pán)式的開(kāi)溝機(jī)，不過(guò)它不是用在農(nóng)業(yè)上，而且用在軍事還有國(guó)防上，他們國(guó)家的開(kāi)溝機(jī)有四種工作設(shè)備，有推土的鏟刀，還有反鏟的挖掘臂，后面還裝了挖壕設(shè)備，還有開(kāi)溝犁。這個(gè)開(kāi)溝機(jī)的上面還裝了一些軍事上需要的裝置，比方說(shuō)巖石切割轉(zhuǎn)盤(pán)，壓實(shí)器，還有電纜盤(pán)托架。這個(gè)開(kāi)溝機(jī)要跟四噸的卡車(chē)配合工作。
1.2 國(guó)內(nèi)開(kāi)溝機(jī)的研究現(xiàn)狀
我們國(guó)家開(kāi)溝裝置研究的比較晚，從一開(kāi)始的犁鏵式、圓盤(pán)式、螺旋式開(kāi)溝機(jī)到現(xiàn)在的鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)。我們國(guó)家的相關(guān)研究還在最開(kāi)始的階段，很少?gòu)膰?guó)外購(gòu)買(mǎi)先進(jìn)設(shè)備。
一開(kāi)始的犁鏵式開(kāi)溝機(jī)，它的構(gòu)造是非常簡(jiǎn)單的，不過(guò)工作起來(lái)可靠性還是可以的，零件不多，但是單位功率是非常低的，不過(guò)成本不高，開(kāi)出來(lái)的溝一般都是在三十厘米到八十里面之間。不好的地方就是設(shè)備太過(guò)笨重，在進(jìn)行牽引的時(shí)候受到的阻力太大，將土翻上來(lái)之后，側(cè)邊的壓板將溝壁壓的緊緊的，這樣這個(gè)溝的截面就是一個(gè)梯形。
到了上世紀(jì)末的時(shí)候，用的開(kāi)溝機(jī)主要就是螺旋式的，在這個(gè)設(shè)備的上面，開(kāi)溝裝置就裝在直立軸管的上面，其實(shí)就是兩組螺旋刀片，這兩組刀片可以進(jìn)行銑，軸向提升，還有螺旋葉片慣性拋散的工作，挖出來(lái)的土想兩邊拋散，這種設(shè)備的刀片是組合式的，刀柄的材料還有刀刃的材料都是不一樣的，使用時(shí)間比較長(zhǎng)。
二十一世紀(jì)初，農(nóng)科院研究出來(lái)一種新的鏈?zhǔn)降拈_(kāi)溝機(jī)，型號(hào)是1K（Kz）-30，這種開(kāi)溝機(jī)的組成部分是齒輪箱，傳動(dòng)鏈，開(kāi)溝切削刀，還有分土器等等。它的原型就是滾子鏈，這種機(jī)器工作的地方要求還是比較高的，如果土里面有砂石，那么就沒(méi)有辦法進(jìn)行工作，開(kāi)出來(lái)的溝是很寬的，耗費(fèi)的能耗也比較大，挖的坑比較淺，鏈輪很容易就壞了，所以使用時(shí)間比較短。
1.3 國(guó)外開(kāi)溝機(jī)的研究現(xiàn)狀
世界上對(duì)開(kāi)溝機(jī)研究最早的是前蘇聯(lián)，還有美國(guó)。他們剛開(kāi)始的時(shí)候也是犁鏵式，現(xiàn)在開(kāi)溝機(jī)的形式是鏈?zhǔn)?。在外?guó)，開(kāi)溝機(jī)用的已經(jīng)非常多了，下面就對(duì)國(guó)外開(kāi)溝機(jī)的特征還有研究方向進(jìn)行闡述。
在國(guó)外，開(kāi)溝機(jī)有很多種，根據(jù)不一樣的要求來(lái)進(jìn)行選擇使用。開(kāi)溝功率最小的只有只有幾千瓦，最大可以到1100kW，質(zhì)量136t。專業(yè)開(kāi)溝機(jī)在國(guó)外的市場(chǎng)需求還是非常大的，美國(guó)有十幾家專門(mén)生產(chǎn)開(kāi)溝機(jī)的公司，種類有一百多。下面舉幾個(gè)有代表性的公式來(lái)闡述一下。
美國(guó)傳特公司生產(chǎn)的鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)，型號(hào)是65型，圖紙1.6里面展示的就是。這個(gè)開(kāi)溝機(jī)傳動(dòng)裝置用的是多級(jí)變速器，發(fā)動(dòng)機(jī)用的是CAT的，這種鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置是重型設(shè)備的，扭矩非常高，速度很慢，這樣它的切割齒就是最大的，挖出來(lái)的溝的深度比較深，還有生產(chǎn)力比較強(qiáng)，切割齒使用的時(shí)間也比較長(zhǎng)，它用的開(kāi)溝臂是組合式的，非常牢固可靠，耐磨鋼板系統(tǒng)是可以進(jìn)行更換的，鏈輪也可以更換，這樣一來(lái)不管是一個(gè)鏈輪還是兩個(gè)鏈輪都可以進(jìn)行使用，它履帶的驅(qū)動(dòng)裝置是獨(dú)立的，履帶是三段式的，駕駛室是可以進(jìn)行升降的，密封性能非常好，有空調(diào)。所有的技術(shù)都是最新的，操作起來(lái)非常舒適安全。
圖1.6 65型鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)
法國(guó)的馬萊公式，它是專門(mén)生產(chǎn)開(kāi)溝機(jī)的，不過(guò)它的機(jī)器是用來(lái)埋鋪管道還有電纜的。不管是哪一個(gè)城市，還是農(nóng)村，山區(qū)，只要你要鋪設(shè)電纜或者是管道，都可以用他們家生產(chǎn)的機(jī)器來(lái)進(jìn)行。它在進(jìn)行鋪設(shè)的時(shí)候速度一般是在每小時(shí)零點(diǎn)五公里到每小時(shí)兩公里，它在挖溝的時(shí)候可以正過(guò)來(lái)挖，側(cè)過(guò)來(lái)挖，噪音非常小，沒(méi)有揚(yáng)塵，非常環(huán)保。它開(kāi)出來(lái)的溝非常窄，對(duì)于道路的破壞很小。在它的開(kāi)溝機(jī)上面安裝了真空吸塵機(jī)，這樣可以一邊開(kāi)溝，一邊將塵土都吸走，所以是非常環(huán)保的。在圖紙1.7里面展示的就是這種機(jī)器。
圖1.7 SM550C型鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)
所以，這樣一對(duì)比，我們國(guó)家的開(kāi)溝機(jī)還是非常落后的，要想挖出來(lái)的溝比較陡直，窄深，現(xiàn)在還是達(dá)不到的。農(nóng)科院之前研究了一種新的鏈?zhǔn)介_(kāi)溝機(jī)，不過(guò)這種開(kāi)溝機(jī)還沒(méi)有在實(shí)際中進(jìn)行工作過(guò)。到目前為止，還不能對(duì)土壤里面的鏈傳動(dòng)機(jī)理進(jìn)行掌握，還不能將咬合阻力的結(jié)構(gòu)框架減少，對(duì)土壤的移動(dòng)阻力還沒(méi)有辦法降低，也沒(méi)有辦法達(dá)到環(huán)保的要求?，F(xiàn)在國(guó)外生產(chǎn)的開(kāi)溝機(jī)種類已經(jīng)非常多了，而且現(xiàn)在是專業(yè)化的程序越來(lái)越高，開(kāi)溝機(jī)器只進(jìn)行開(kāi)溝工作，不開(kāi)溝的時(shí)候就放在那兒，在我們國(guó)家，如果機(jī)器不開(kāi)溝，那么就當(dāng)拖拉機(jī)用。
32
第2章 總體方案的設(shè)計(jì)與確定
2.1 動(dòng)力系統(tǒng)的選擇與確定
果園開(kāi)溝裝置有兩種，一種是懸掛的，一種是自走的，在這個(gè)里面大果園開(kāi)溝的話用懸掛的，它的工作效率是非常高的，而且動(dòng)力也是比較足的。自走式的開(kāi)溝機(jī)實(shí)際上就是開(kāi)溝機(jī)跟發(fā)動(dòng)機(jī)連接在一起，不過(guò)在工作時(shí)候效率是比較差的，而且這種機(jī)器多半是要人工手持的。勞動(dòng)強(qiáng)度也相對(duì)較大?，F(xiàn)將這2中方案概述如下：
方案1：懸掛式開(kāi)溝機(jī)
圖2.1 懸掛式開(kāi)溝機(jī)
開(kāi)溝機(jī)可以在果園里面開(kāi)溝，將土又填回去，再將土壓實(shí)這些工作，圖2.1里面展示的就是，在用的時(shí)候是非常靈活的，并且效率也是很高的，人工的勞動(dòng)強(qiáng)度就降低了很多。這個(gè)開(kāi)溝機(jī)的動(dòng)力來(lái)源是拖拉機(jī)，開(kāi)溝機(jī)提放也需要拖拉機(jī)的帶動(dòng)。
方案2：自走式開(kāi)溝機(jī)
圖2.2 自走式開(kāi)溝機(jī)
圖2.2所示是自走式開(kāi)溝機(jī)。該開(kāi)溝機(jī)開(kāi)溝深度可以調(diào)節(jié)，功能是非常多的，可以進(jìn)行開(kāi)溝工作，工作時(shí)候效率高，并且自己又發(fā)動(dòng)機(jī)，不需要牽引裝置，在現(xiàn)實(shí)的農(nóng)耕上比較好用。這個(gè)開(kāi)溝機(jī)的動(dòng)力是獨(dú)立的，不需要拖拉機(jī)。
通過(guò)上面對(duì)2種方案的分析，經(jīng)過(guò)權(quán)衡后最終選擇方案1懸掛式開(kāi)溝機(jī)作為本次動(dòng)力方案。
2.2 整體結(jié)構(gòu)的確定
通過(guò)前面的設(shè)計(jì)，現(xiàn)將整體結(jié)構(gòu)概述如下，見(jiàn)圖2.3整體布局圖。
圖 2.3 整體布局圖
在圖紙2.3里面展示的就是這次設(shè)計(jì)的整體圖紙，開(kāi)溝機(jī)通過(guò)變速箱，跟機(jī)架直接連接在一起，這樣就能將動(dòng)力傳送過(guò)去了，變速箱傳送出來(lái)的動(dòng)力轉(zhuǎn)動(dòng)的速度跟功率大小，都跟這個(gè)開(kāi)溝機(jī)額定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度是一樣的，在這個(gè)里面速度是沒(méi)有降低的，開(kāi)溝機(jī)還有整個(gè)設(shè)備在連接的時(shí)候是通過(guò)螺栓來(lái)進(jìn)行的，開(kāi)溝機(jī)挖的深度是多少一半都是通過(guò)液壓缸還有開(kāi)溝機(jī)的機(jī)架通過(guò)螺栓將電磁換向閥進(jìn)行控制的，這樣開(kāi)溝機(jī)在工作的時(shí)候，提升的時(shí)候就不會(huì)碰到地面了。
2.3 工作原理的確定
開(kāi)溝機(jī)的組成有開(kāi)溝機(jī)，拖拉機(jī)，還有液壓提升部分。在拖拉機(jī)行駛的時(shí)候，動(dòng)力通過(guò)變速箱輸送到錐齒輪箱，這樣一來(lái)縱向的動(dòng)力通過(guò)它就變位橫向的動(dòng)力了，主動(dòng)輪是通過(guò)動(dòng)軸跟它連接在一起的，主動(dòng)鏈輪跟從動(dòng)鏈輪之間的傳遞是通過(guò)鏈條來(lái)進(jìn)行的，從動(dòng)鏈輪跟開(kāi)溝刀軸是直接連接在一起的，那么拖拉機(jī)在行駛的時(shí)候，就能將開(kāi)溝機(jī)帶動(dòng)進(jìn)行工作了。液壓提升裝置是跟機(jī)架連接在一起的，液壓缸的前面用螺栓跟開(kāi)溝機(jī)左邊的撐板連接在一起，液壓缸后面用螺栓將法蘭和機(jī)架連接在一起。因?yàn)橛须妱?dòng)機(jī)的工作，液壓馬達(dá)也進(jìn)行帶動(dòng)電磁換向閥進(jìn)行狀態(tài)的改變，這樣一來(lái)整個(gè)開(kāi)溝機(jī)就可以對(duì)升降動(dòng)作進(jìn)行調(diào)整了。
第3章 主要零部件的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.1 開(kāi)溝彎刀的設(shè)計(jì)與計(jì)算
在開(kāi)溝機(jī)上，比較關(guān)鍵的部分是開(kāi)溝刀。刀的類型比較多，有彎刀，直角刀，還有鑿形刀等等。彎刀的作用是滑切，草是不會(huì)纏到上面去的，可以將碎土弄松弛，可以對(duì)土進(jìn)行翻新，不過(guò)在工作時(shí)候耗費(fèi)的功率是很大的，在我們國(guó)家開(kāi)溝刀很多都用的是彎形刀。鑿形刀在進(jìn)行開(kāi)溝的時(shí)候，松土也好，入土也好，都比較強(qiáng)大，而且耗費(fèi)的功率不大，不過(guò)跟草很容易就纏起來(lái)了，一般是用在草不多，或者是土質(zhì)很硬的地方進(jìn)行工作。因?yàn)檎撐脑O(shè)計(jì)的是果園的開(kāi)溝機(jī)，草是很多的，所以在這篇論文里面，開(kāi)溝機(jī)用的就是彎刀。
1、開(kāi)溝彎刀的結(jié)構(gòu)組成
開(kāi)溝刀的組成有三個(gè)，側(cè)切面，正切面，還有過(guò)度面，在圖紙3.1里面詳細(xì)描述了每一個(gè)部分的名字，側(cè)切面能將土挖開(kāi)來(lái)，將草切斷了；正切面不僅可以切土，還能將土翻過(guò)來(lái)，將土拋出去。
1.刀柄 2.正切刃 3.側(cè)切刃
圖3.1 開(kāi)溝刀的結(jié)構(gòu)圖
2、側(cè)切刃
我們國(guó)家生產(chǎn)的這些彎刀，側(cè)切刃都跟螺旋線差不多，它的公式就是：
ρ=ρ0+α θ
ρ0：螺線起點(diǎn)的極徑（mm）；
α：螺線極角每增加1弧度，極徑的增量（mm）；
θ：螺線上任意點(diǎn)的極角（rad）；
螺線終點(diǎn)處的極徑：ρn=ρ0+α θn
再確定ρn、ρ0及θn值后可求出α值：α=(ρn-ρ0)/θn
螺線起點(diǎn)的極徑ρ0為避免無(wú)刃部切土。
ρ0=R2+S2-2S(2RH-Hα2)0.5
在公式里面：S：代表的是切土的距離；H：代表的是溝的深度；R：代表的是彎刀的回轉(zhuǎn)半徑大小，要想將阻扭矩降低一點(diǎn)，一定要在達(dá)到挖坑深度，還有構(gòu)造的條件下，使用小一點(diǎn)的彎刀。
在果園進(jìn)行開(kāi)溝，切土的距離一般是在四厘米到六厘米之間。這里就取5cm作為切土節(jié)距。
式中Vm：開(kāi)溝機(jī)的前進(jìn)速度，取Vm=2Km/h；
n：刀軸轉(zhuǎn)數(shù)；z：彎刀數(shù)量，取z=6
通過(guò)計(jì)算圓整后得ρ0=60；θn=0.5rad；α=320mm。
把α放到公式ρ=ρ0+α θ里面去計(jì)算，用建模軟件將側(cè)切刃的螺線畫(huà)出來(lái)。
3、正切刃
正切刃在空間上看是一個(gè)曲線，要想讓溝底又平又整，那么正切刃曲線在刀滾的圓柱面上還有在側(cè)視圖上，它的投影就是一個(gè)圓弧，這兩個(gè)刃口的圓弧線是連接在一起的。
在三維軟件里面建立一個(gè)坐標(biāo)，將側(cè)切刃的螺線畫(huà)出來(lái)，將基準(zhǔn)曲線的方程式放進(jìn)去，建立笛卡爾坐標(biāo)系，就相當(dāng)于將這個(gè)螺旋線用公式表達(dá)出來(lái)。
θ= T×θn；ρ0=60；θn=0.5rad；α=320mm。
A=θn×T×360/(2π）；X=(ρ0+α θ) ×cos(A)；Y=(ρ0+α θ)×sin?(A)。Z=0
繪制出一條等近螺旋線
使用這個(gè)螺旋線，然后再畫(huà)一個(gè)刀柄出來(lái)，刀柄大小是30×60刀柄，在這個(gè)刀柄的上面開(kāi)一個(gè)M10的通孔，這樣就可以將開(kāi)溝刀固定住了，對(duì)側(cè)切刃躲在的這個(gè)面進(jìn)行拉伸，拉伸出來(lái)十毫米，這樣可以將多余的部分切除掉。
4、材料和技術(shù)要求
按照國(guó)家相關(guān)規(guī)定，使用的原材料是65Mn鋼。要進(jìn)行切削的地方要進(jìn)行淬火處理，硬度一般是在HRC50-55。要對(duì)開(kāi)溝彎刀的小樣進(jìn)行查驗(yàn)，這個(gè)曲線的偏差一定要小于三毫米。
3.2 開(kāi)溝刀盤(pán)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
開(kāi)溝刀固定是通過(guò)開(kāi)溝刀盤(pán)來(lái)進(jìn)行的，用刀片在地上進(jìn)行滑切，破碎，土壤拋出，之后溝就挖出來(lái)了。因?yàn)殚_(kāi)溝刀盤(pán)的構(gòu)造，還有原理前面都已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，刀盤(pán)的質(zhì)量好壞，關(guān)鍵就在于用什么原材料加工的，還有大小，以及裝了多少個(gè)刀片。開(kāi)溝刀盤(pán)要想跟開(kāi)溝刀片進(jìn)行安裝，那么這個(gè)螺栓孔必須要根據(jù)M10在進(jìn)行設(shè)計(jì)，孔的直徑大小是十點(diǎn)六。裝的這個(gè)地方就是刀座上裝刀盤(pán)的螺栓孔順著旋轉(zhuǎn)軸半徑的方向跟旋轉(zhuǎn)軸母線之間的這段距離。具體在進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候有關(guān)數(shù)據(jù)有：刀盤(pán)里面孔直徑，裝幾個(gè)刀片，刀片安裝孔在哪，刀盤(pán)用的鋼材有多厚。
3.2.1 內(nèi)孔直徑的確定
翻資料就可以了解開(kāi)溝零部件一般在工作時(shí)候耗費(fèi)的功率是四千瓦到六千瓦，刀盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度是一分鐘一百八十六到一分鐘二百五十。在進(jìn)行數(shù)字計(jì)算的時(shí)候，轉(zhuǎn)動(dòng)的數(shù)目用最小的，工作的功率用最大的，這樣開(kāi)溝軸受到的扭矩就是最大的。
按扭矩強(qiáng)度計(jì)算軸徑，即開(kāi)溝刀盤(pán)內(nèi)孔直徑應(yīng)該滿足：
其中：為開(kāi)溝軸承受扭轉(zhuǎn)形變的需用切應(yīng)力值經(jīng)過(guò)計(jì)算開(kāi)溝刀盤(pán)內(nèi)孔并圓整后得D1=50mm
3.2.2 安裝刀片螺栓孔位置的確定
刀片與刀盤(pán)體通過(guò)螺栓與刀盤(pán)體上的刀座進(jìn)行連接，所以說(shuō)，這個(gè)地方受到的工作剪力就是剪切強(qiáng)度，因?yàn)樵陂_(kāi)溝的時(shí)候，刀盤(pán)滑切土壤的時(shí)候只是一個(gè)刀片，所以說(shuō)，最危險(xiǎn)的狀況就是一個(gè)刀片滑切土壤的時(shí)候，螺栓承受的擠壓還有剪切力是最大的數(shù)值，通過(guò)計(jì)算圓整后的取d=400mm
3.2.3 刀盤(pán)外徑的確定
開(kāi)溝刀盤(pán)外徑D就是刀片裝好了之后，開(kāi)溝軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)候外面的圓最大的直徑。影響開(kāi)溝刀盤(pán)外徑的因素很多。在這進(jìn)行參考的數(shù)值有開(kāi)溝深是多少，傳動(dòng)箱接地的地方跟刀軸中心之間的距離，還有土壤的下限量。
其中：H為開(kāi)溝深度，H≤250mm； L=100mm；e取30mm。
將一些別的影響力都考慮進(jìn)去，這個(gè)開(kāi)溝刀盤(pán)的外面的直徑大小確定為五百。
3.2.4 刀片安裝數(shù)量的確定
對(duì)開(kāi)溝機(jī)挖溝時(shí)候有關(guān)鍵性影響的是切土節(jié)距S，S的決定性因素有機(jī)器在工作時(shí)候前進(jìn)的速度，刀盤(pán)有多少轉(zhuǎn)，還有裝了多少個(gè)刀片，在果園里面進(jìn)行開(kāi)溝工作的時(shí)候， S的適宜范圍為4-6cm。
在進(jìn)行開(kāi)溝的時(shí)候，開(kāi)溝機(jī)行駛速度是2km/h，挖溝的時(shí)候轉(zhuǎn)動(dòng)的速度是在250r/min左右。
帶入公式并圓整可得Z=6
開(kāi)溝刀是可以進(jìn)行更換的，在壞了之后就要換，開(kāi)溝刀座主要是用來(lái)將開(kāi)溝刀還有開(kāi)溝刀盤(pán)進(jìn)行固定的。按照任務(wù)書(shū)的要求，一個(gè)刀盤(pán)上裝六個(gè)刀座。
3.2.5 刀盤(pán)總體結(jié)構(gòu)的確定
前面好多數(shù)據(jù)都確定下來(lái)了，刀盤(pán)設(shè)計(jì)的時(shí)候用的就是一體式的，開(kāi)溝刀直接就用螺栓裝在刀盤(pán)上面，一個(gè)刀盤(pán)的直徑大小是二百六。通過(guò)鍵和旋轉(zhuǎn)軸相互連接。刀盤(pán)上有開(kāi)溝刀槽，還有螺栓孔。它的構(gòu)造是非常單一的，并且加工起來(lái)很簡(jiǎn)單。
1.鏈接螺紋孔 2.開(kāi)溝刀盤(pán) 3開(kāi)溝刀座
圖3.2 開(kāi)溝刀盤(pán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
3.3 開(kāi)溝刀軸的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.3.1 開(kāi)溝刀軸的最小徑計(jì)算
開(kāi)溝刀軸是用來(lái)對(duì)開(kāi)溝刀盤(pán)進(jìn)行固定的，另外將扭矩傳遞出去，按照開(kāi)溝零部件上孔的大小，再加上工作時(shí)候功率大小是在五千萬(wàn)左右，還有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候是在每分鐘兩百五十轉(zhuǎn)。
開(kāi)溝刀軸主要承受扭矩作用，這里選用實(shí)心圓軸材料45鋼，其扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件為
寫(xiě)成設(shè)計(jì)公式時(shí)軸的最小直徑為
式中：T為軸所傳遞的扭矩，N?mm；WT為軸的扭矩截面系數(shù)，mm3；P為軸傳遞的功率，KW；n為軸的轉(zhuǎn)數(shù)，r/min；[τT]為軸材料的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力，MPa；C為與軸材料有關(guān)的常數(shù)，見(jiàn)表3.1
表3.1 軸的常用材料的指標(biāo)值
指標(biāo)
軸的材料
Q235,20
35
45
40Cr,5SiMn
[τT]/Mpa
C
12~20
20~30
30~40
40~52
160~135
135~118
118~107
107~98
注：在彎矩相對(duì)于扭矩來(lái)說(shuō)很小的時(shí)候，又或者是只有扭矩進(jìn)行傳送的時(shí)候，確定是最大的數(shù)值。C確定是最小的數(shù)值；反過(guò)來(lái)說(shuō)確定是最小的數(shù)值，C確定是最大的數(shù)值。
考慮到鍵槽對(duì)軸強(qiáng)度削弱的影響，軸徑應(yīng)該加大5%，則
D=32.03×1.05=33.63（mm）
把計(jì)算直徑圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑：35mm
3.3.2 開(kāi)溝刀軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與確定
按照設(shè)計(jì)的構(gòu)造就知道，這個(gè)軸主要是將開(kāi)溝刀盤(pán)還有鏈輪，還有軸承零部件連接在一起的，因?yàn)檩S最小直徑是三十五毫米，查閱有關(guān)資料，確定軸承的型號(hào)是6007.要想在軸承固定的時(shí)候方便一點(diǎn)，那么就要用卡環(huán)槽對(duì)它的徑向地點(diǎn)進(jìn)行固定，確定使用的是內(nèi)卡，規(guī)格是三十五毫米，也用卡環(huán)來(lái)固定開(kāi)溝圓盤(pán)，開(kāi)溝刀盤(pán)里面的孔直徑大小是五十毫米，長(zhǎng)是六十毫米，按照開(kāi)溝刀盤(pán)的寬，還有刀裝上去之后的寬，以及溝的寬度，可以將這個(gè)軸的長(zhǎng)確定下來(lái)，就是200mm。
圖3.3 開(kāi)溝刀軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.4 拖拉機(jī)選型的選擇與確定
對(duì)開(kāi)溝機(jī)功率大小有影響的因素是比較多的，切削的時(shí)候耗費(fèi)功率，拋土的時(shí)候耗費(fèi)功率，都是N1(KW)，將開(kāi)溝機(jī)啟動(dòng)進(jìn)行工作耗費(fèi)的功率是N2(KW)，在設(shè)備上每一個(gè)傳動(dòng)裝置耗費(fèi)的功率大小是N3(KW)，開(kāi)溝機(jī)功率為N(KW)。有：N=N1+N2+N3
通過(guò)查閱資料可以知道N1=5KW， N2=0.62KW，開(kāi)N3=0.97KW，那么總的功率大小就是6.59KW。在網(wǎng)上查詢選擇151東風(fēng)型拖拉機(jī)。
表3.2 東風(fēng)型拖拉機(jī)
型號(hào)
BF-81
BF-91
MSD-121
MSD-151
拖
拉
機(jī)
外形尺寸（長(zhǎng)寬高）（mm）
2180×890×1250
2690×960×1250
離地間隙（mm）
204
234
185
輪距（mm）
650~730
580~800
結(jié)構(gòu)重量（kg）
155（底盤(pán)）
350
360
輪胎規(guī)格
5~12
6~12
6~12
發(fā)
動(dòng)
機(jī)
額定功率
5.88
6.6
8.8
10.3
轉(zhuǎn)速（轉(zhuǎn)/分）
2400
2000
冷卻方式
蒸發(fā)水冷式
蒸發(fā)水冷式
根據(jù)表3.2以及開(kāi)溝機(jī)消耗功率可以初步選擇東風(fēng)拖拉機(jī)適合該開(kāi)溝機(jī)。東風(fēng)型拖拉機(jī)151型拖拉機(jī)，其輸出轉(zhuǎn)數(shù)為250轉(zhuǎn)左右符合開(kāi)溝要求。
3.5 開(kāi)溝機(jī)傳動(dòng)箱的設(shè)計(jì)與計(jì)算
將開(kāi)溝機(jī)和拖拉機(jī)連接的時(shí)候，只需要螺栓就可以了，所以沒(méi)有必要用萬(wàn)象節(jié)，在進(jìn)行傳動(dòng)的時(shí)候只要用動(dòng)力輸出軸就可以了。在將機(jī)器提升的時(shí)候，它轉(zhuǎn)動(dòng)是繞著主梁進(jìn)行的，動(dòng)力的傳送是由變速箱傳動(dòng)齒輪經(jīng)由側(cè)邊的傳動(dòng)鏈將刀盤(pán)進(jìn)行帶動(dòng)的，通常來(lái)說(shuō)變速箱有左邊的殼體，右邊的殼體，還有傳動(dòng)箱，左邊的支臂，還有右邊的支臂，還有刀盤(pán)，這樣就成了一個(gè)矩形的框架，那么在進(jìn)行開(kāi)溝工作的時(shí)候，他就能承受一定的力矩。在這個(gè)框架上裝一個(gè)罩殼，在這個(gè)罩殼尾巴上裝一個(gè)用的裝置。
3.5.1 開(kāi)溝機(jī)錐齒輪的確定
旋耕刀傳動(dòng)軸的一頭裝在開(kāi)溝機(jī)變速箱里面，另外一頭撞在傳動(dòng)箱里面，在開(kāi)溝刀傳動(dòng)軸的一頭跟有牙嵌的傳動(dòng)齒輪，定位的時(shí)候用彈性擋圈，還有墊圈。檔位在前進(jìn)上，還有空檔的時(shí)候，跟變速箱里面的倒擋齒輪咬合在一起。開(kāi)溝刀傳動(dòng)軸花鍵這個(gè)地方有咬合套撞在上面，要咬合套的一個(gè)面上還裝了咬合齒。用操縱桿工作，這個(gè)時(shí)候開(kāi)溝刀傳動(dòng)齒輪就進(jìn)行咬合，或者是分開(kāi)的動(dòng)作。在進(jìn)行咬合的時(shí)候，變速箱的動(dòng)力就能傳送到開(kāi)溝刀的上面去了。分離時(shí)，即切斷動(dòng)力。用彈簧式的定位裝置對(duì)咬合套還有旋耕刀的傳動(dòng)軸的中間進(jìn)行定位。在旋耕刀的傳動(dòng)箱里面，開(kāi)溝刀傳動(dòng)軸一頭上，主動(dòng)軸跟花鍵連接起來(lái)，而且還有一個(gè)彈性擋圈來(lái)進(jìn)行限位。
拖拉機(jī)一檔的時(shí)候動(dòng)力是每分鐘兩百五，那么開(kāi)溝機(jī)的變速箱沒(méi)有比較進(jìn)行變速。
3.5.2 開(kāi)溝刀滾的確定
開(kāi)溝刀滾的一頭嵌入到傳動(dòng)箱里面是比較深的，從動(dòng)鏈輪是裝在軸的一頭的。在軸的兩頭外面?zhèn)缺车牡胤桨惭b了卡環(huán)限位，軸承有蓋環(huán)的，能夠避免軸承里面的潤(rùn)滑油漏出來(lái)，或者也能夠避免臟水進(jìn)到軸承里面去。
1.開(kāi)溝刀 2.開(kāi)溝刀軸 3.鏈輪 4.開(kāi)溝刀盤(pán) 5.軸承
圖 3.4 開(kāi)溝刀滾
圖3.5是開(kāi)溝部件的傳動(dòng)圖,傳動(dòng)路線就是，動(dòng)力在經(jīng)過(guò)變速箱后，再通過(guò)離合器，然后傳送到主動(dòng)錐齒輪，接下來(lái)經(jīng)過(guò)從動(dòng)鏈輪，動(dòng)力就到了主動(dòng)鏈輪了，之后經(jīng)過(guò)鏈條又將這個(gè)動(dòng)力傳送給了從動(dòng)錐齒輪，之后再經(jīng)過(guò)軸將動(dòng)力傳送給刀滾。查閱有關(guān)資料可以確定，錐齒輪的傳動(dòng)比上兩輪的傳動(dòng)是一比一。
1.主動(dòng)軸 2.主動(dòng)錐齒輪 3.從動(dòng)錐齒輪 4.從動(dòng)軸 5.主動(dòng)鏈輪
6.鏈條 7.從動(dòng)鏈輪 8.開(kāi)溝刀軸 9開(kāi)溝刀盤(pán)
圖3.5 開(kāi)溝機(jī)傳動(dòng)圖
3.5.3 開(kāi)溝機(jī)罩殼的設(shè)計(jì)與確定
圖 3.6 開(kāi)溝機(jī)罩殼
開(kāi)溝機(jī)是裝在矩形的機(jī)架上面的。罩殼的尾輪座駕上裝有尾輪。進(jìn)行開(kāi)溝工作的時(shí)候，開(kāi)溝罩可以避免土塊到處亂濺，這樣開(kāi)溝的質(zhì)量就比較好，而且安全性能也好。
3.6 開(kāi)溝深度調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)與計(jì)算
深度調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)溝的深度來(lái)進(jìn)行調(diào)整的，前面對(duì)開(kāi)溝機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，是圍繞著左右支架進(jìn)行的旋轉(zhuǎn)，這樣的話要想對(duì)溝的深度進(jìn)行調(diào)整，只要調(diào)整支架的角度就可以了。因?yàn)闇仙钍謇迕椎蕉迕?，那么確定的液壓缸行程要大于二十厘米。只要對(duì)液壓缸進(jìn)行控制了，就可以對(duì)開(kāi)溝機(jī)的升降進(jìn)行控制了，要想操作的時(shí)候方便一點(diǎn)，用電磁換向閥就可以了。
3.6.1 液壓缸的選擇與確定
之前已經(jīng)說(shuō)過(guò)了，溝的深度調(diào)整范圍大概在二十毫米到三十毫米之間，那么長(zhǎng)就是兩百到三百。確定液壓泵的壓力是16MPA，進(jìn)行挖溝工作的時(shí)候壓力的大小是在180N左右，那么
可以計(jì)算出N=1562mm2=πR2
可得R=19mm圓整后選擇直徑40mm缸徑
根據(jù)查表可一直到選擇HSGL0157AEZE255
1.開(kāi)溝機(jī) 2.液壓缸 3.溢流閥 4.液壓泵 5.電磁換向閥
圖3.7 液壓結(jié)構(gòu)與安裝圖
圖3.7為深度調(diào)節(jié)器的液壓結(jié)構(gòu)示意圖其中電磁鐵1YA接通時(shí)，泵在供給油的時(shí)候是供給液壓缸左邊那一頭，而且將活塞推動(dòng)向前動(dòng)作，這樣就可以將開(kāi)溝零部件帶動(dòng)進(jìn)行向下的動(dòng)作了，在挖溝的深達(dá)到要求的時(shí)候，1YA這個(gè)時(shí)候就斷開(kāi)來(lái)了，電磁換向閥回到中點(diǎn)，這個(gè)時(shí)候就不需要再給油了，在挖溝完成的時(shí)候，1YA又接通了，這個(gè)時(shí)候泵將油就給幾到液壓缸右邊的那一頭，將活塞推著向右邊進(jìn)行動(dòng)作。
3.6.2 深度調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)的確定
1.液壓缸 2.座端法蘭盤(pán) 3.活塞端法蘭盤(pán)
圖3.8 液壓缸深度調(diào)節(jié)器
上面的圖3.8里面展示的就是對(duì)深度進(jìn)行調(diào)整的一個(gè)裝置，在這個(gè)里面法蘭跟開(kāi)溝機(jī)的機(jī)架是直接連接在一起的，如果他們分開(kāi)了，那么就可以對(duì)挖溝的深度進(jìn)行調(diào)整了，對(duì)換向閥進(jìn)行調(diào)整，就能將液壓缸的伸縮實(shí)現(xiàn)出來(lái)了。在進(jìn)行控制的時(shí)候，只要對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行調(diào)整，那么升降裝置也就可以進(jìn)行調(diào)節(jié)了。
3.6.3 液壓馬達(dá)選擇與安裝
在液壓系統(tǒng)里面，提供動(dòng)力的液壓泵，它主要是將機(jī)械動(dòng)力轉(zhuǎn)變成為液壓動(dòng)力，在液壓系統(tǒng)里面，油泵是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)力來(lái)源。
前面就已經(jīng)設(shè)計(jì)好了，液壓馬達(dá)通過(guò)聯(lián)軸器跟電動(dòng)機(jī)進(jìn)行連接，馬達(dá)的寬大概在一百，可以裝在拖動(dòng)地輪的架子上面的，在這個(gè)架子上再裝一塊板子，因?yàn)檎麄€(gè)液壓系統(tǒng)供給的只是一個(gè)液壓缸，它的油箱是擺在上面的。這種結(jié)構(gòu)的有點(diǎn)就是構(gòu)造非常的緊湊，使用的范圍比較大。另外還能在油箱的外滿裝一個(gè)散熱片，這樣散熱效果就更好了，從而液壓泵的工作時(shí)間就更長(zhǎng)了。
液壓馬達(dá)和電動(dòng)機(jī)都使用支架直接安裝在板子上面如圖3.9所示
1 開(kāi)溝機(jī) 2.液壓缸 3.液壓馬達(dá)
圖3.9 液壓元件安裝示意圖
3.7 鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算
3.7.1 鏈傳動(dòng)概述
鏈傳動(dòng)實(shí)際上鏈條就是一個(gè)撓性零件的咬合傳動(dòng)，它通過(guò)主從動(dòng)鏈輪，都在兩個(gè)輪上繞城一條閉合的鏈條，在圖紙3.10里面有所展示。它動(dòng)力的來(lái)源就是鏈條相互之間咬合來(lái)傳送的。拿他跟帶傳動(dòng)進(jìn)行比較，鏈傳動(dòng)的構(gòu)造更加的緊湊，從軸受到的負(fù)荷來(lái)看，鏈傳動(dòng)的負(fù)荷更小，不過(guò)承受能力確是變大的，而且工作效率更高，并且傳動(dòng)比都非常平均。在進(jìn)行工作的時(shí)候，有振動(dòng)或者是沖擊的狀況出現(xiàn)，那一刻的速度不一樣的狀況出現(xiàn)。鏈傳動(dòng)使用的范圍是非常的廣泛的。
圖 3.10 鏈傳動(dòng)組成圖
一般兩個(gè)軸的距離很遠(yuǎn)的時(shí)候就用鏈傳動(dòng)了，需要平均傳動(dòng)比沒(méi)有變化，不過(guò)某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)的傳動(dòng)比沒(méi)有太高的要求，工作環(huán)境惡劣等場(chǎng)合。
3.7.2 鏈傳動(dòng)工作原理
普通的機(jī)械傳動(dòng)，一般都只有兩個(gè)，或者比兩個(gè)還多的鏈條之間產(chǎn)生，它將鏈條作為撓性零件進(jìn)行的咬合傳動(dòng)。根據(jù)工作時(shí)候性質(zhì)的不一樣，有三種，分別是傳動(dòng)鏈，起重鏈，還有曳引鏈。傳動(dòng)鏈的作用是將動(dòng)力傳送出去，一般工作的速度都是中等的。起重鏈通常都是在其中設(shè)備里面使用，是用來(lái)提拉重的物件的，在工作的時(shí)候速度小于等于0.25m/s。曳引鏈通常都是對(duì)重的物件進(jìn)行搬移的，在工作的時(shí)候速度是小于等于2-4m/s。鏈傳動(dòng)對(duì)功率還有速度，傳動(dòng)比的傳遞使用范圍是很多的。現(xiàn)在可以傳送的最大功率是五千千瓦，可以傳送的最快的速度是每秒四十米，可以傳動(dòng)的傳動(dòng)比最大值是十五，可以傳送的中心距最大值是八米。因?yàn)榻?jīng)濟(jì)能力有限還有一些別的因素，鏈傳動(dòng)的功率通常都比一百千瓦還要小，速度最大也只有十二到十五，傳動(dòng)比只能到八。
鏈條的圖紙?jiān)谙旅?.11。
圖3.11 鏈條
鏈傳動(dòng)的特征：它不僅有齒輪傳動(dòng)的特征，還有帶傳動(dòng)的特征。現(xiàn)在將它跟齒輪傳動(dòng)進(jìn)行比較，跟帶傳動(dòng)進(jìn)行比較。主要講一下鏈傳動(dòng)有哪些特征。鏈傳動(dòng)與帶傳動(dòng)相比較：
（1）鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)效率較高
鏈傳動(dòng)不會(huì)出現(xiàn)打滑的情況，也不會(huì)出現(xiàn)彈性滑動(dòng)的情況。所以跟帶傳動(dòng)比，鏈傳動(dòng)的平均轉(zhuǎn)動(dòng)更精準(zhǔn)，機(jī)械效率更高。如果轉(zhuǎn)動(dòng)速度要求恒定不變，一般使用鏈傳動(dòng)更好。
（2）效率較高，η=0.98。
（3）鏈條對(duì)軸的作用力較小
（4）鏈傳動(dòng)的尺寸較緊湊
（5）結(jié)構(gòu)尺寸比較緊湊
（6）鏈條裝拆比較方便
（7）鏈傳動(dòng)能在較大傳動(dòng)比和較小中心距下工作
（8）鏈傳動(dòng)對(duì)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)
3.7.3 鏈輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算
鏈輪：帶嵌齒式扣鏈齒的輪子,用以與節(jié)鏈環(huán)或纜索上節(jié)距準(zhǔn)確的塊體相嚙合一種實(shí)心或帶輻條的齒輪,與滾子鏈嚙合以傳遞運(yùn)動(dòng)。
1、鏈條參數(shù)根據(jù)GB1243.1-83 鏈條參數(shù)見(jiàn)表3.3。
表3.3 鏈條參數(shù)
鏈條
節(jié)距
鏈條滾
子外徑
內(nèi)鏈板
高度
鏈條
排距
內(nèi)鏈節(jié)
內(nèi)寬
44.45
25.4
14.97126
48.87
25.22
2、鏈輪參數(shù)
如圖3.12鏈輪模型，計(jì)算得出鏈輪參數(shù)見(jiàn)表3.4所示。
圖3.12鏈條模型
表3.4 鏈輪參數(shù)對(duì)照表
鏈輪
齒數(shù)
鏈輪
節(jié)距
鏈輪節(jié)
圓直徑
鏈輪齒
側(cè)凸緣直徑
鏈輪
齒寬
15
44.45
213.7927
163
24
12
44.45
171.7416
120
24
13
44.45
185.7379
135
24
18
44.45
255.9774
206
24
選定主動(dòng)鏈輪齒數(shù)13，從動(dòng)鏈輪齒數(shù)11。算一下鏈條的主要數(shù)據(jù)，還有鏈輪的主要數(shù)據(jù)。
鏈條的速度按照下面的公式計(jì)算：
齒頂圓直徑
齒根圓直徑
3.7.4 鏈輪軸的設(shè)計(jì)計(jì)算與校核
1、軸的選擇
表3.5軸的常用材料及主要力學(xué)性能
材料及
熱處理
毛坯直
徑mm
硬度
HBS
強(qiáng)度極限
/MPa
屈服強(qiáng)度
/MPa
彎曲疲勞
極限
/MPa
應(yīng)用說(shuō)明
45正火
100
149 -187
520
270
250
有較好的塑性
和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，
可做一般曲軸、轉(zhuǎn)軸等
確定使用的軸的原材料是四十五號(hào)碳素鋼，還要進(jìn)行正火處理。
2、根據(jù)地輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度得輸出為，
3、求作用在軸上的力
已知軸的直徑為=50mm。
圓周力：
4、強(qiáng)度校核
查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知此軸在挖溝的過(guò)程中主要受到的是轉(zhuǎn)矩，根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)可得到公式：
由設(shè)計(jì)參數(shù)我們可設(shè)功率為15kW，鏈條速度為1m/s，由v=rw取A=107，該軸材料為45鋼，所以得到≥50mm
已知：L=1800mm，K=138.5mm，d2=60mm。
圓周力：
徑向力：
取折合系數(shù)，代入上式得M=3205Nm。
計(jì)算危險(xiǎn)截面處軸的直徑
軸材料為45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，查得，查的許用彎曲應(yīng)力
，
因?yàn)檩S會(huì)受到鍵槽的影響，那么D的數(shù)值就要再增加百分之四，故，先設(shè)定軸的直徑是六十，這個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的速度很慢，所以是安全的，合理的。
第4章 主要零件的校核
4.1 開(kāi)溝刀軸的校核
在這篇論文里面刀軸外面的直徑大小是五十毫米。
旋耕機(jī)的主要零部件之一就是刀軸總成，它有刀片，刀座，還有刀軸。刀片通過(guò)螺絲固定在刀座上。刀軸使用的是無(wú)縫鋼管，在這個(gè)軸的兩頭都焊接了軸頭，這樣可以跟左邊的支臂，還有右邊的支臂進(jìn)行連接，裝一個(gè)刀座在刀軸上，還要再裝一個(gè)刀盤(pán)，在裝刀軸的時(shí)候，相互之間的距離就是多頭螺線的大小，這樣就能將刀片裝上去了。
刀片對(duì)旋耕機(jī)來(lái)說(shuō)是關(guān)鍵部分，要進(jìn)行切土，拋土，在進(jìn)行工作的時(shí)候，它是通過(guò)機(jī)組的前進(jìn)動(dòng)作還有刀軸的回轉(zhuǎn)動(dòng)作來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要想機(jī)器工作起來(lái)，那么在進(jìn)行切土的時(shí)候刀片一定要不停的進(jìn)行推土，所以它的動(dòng)作軌線應(yīng)該是余擺線，這個(gè)余擺線繞圈最大橫弦以下任意一點(diǎn)的水平分速度的方向跟機(jī)器行走的方向是反的，這樣一來(lái)挖起來(lái)的土才能扔到后面去。
對(duì)于旋耕機(jī)來(lái)說(shuō)最重的零部件就是刀軸，刀軸有空心的，也有實(shí)心的?？招牡妮S能在質(zhì)量很小的情況下傳動(dòng)的扭矩非常大，對(duì)扭矩有很好的抵抗能力。按照最大傳動(dòng)的扭矩將管的大小算出來(lái)，然后再加上扭曲應(yīng)力來(lái)進(jìn)行計(jì)算。
因?yàn)樘锏乩锩嫱恋厥欠浅?fù)雜的，到現(xiàn)在還不知道阻力還有能耗跟土壤之間的關(guān)系，通常來(lái)計(jì)算的時(shí)候要用經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行
B—耕幅，mm；
H—耕深，mm；
vm—機(jī)組前進(jìn)速度，km/h；
P0—切土比阻，KN/m；
vd—刀滾外緣線速度，m/s；
δ—未耕土壤密度，mg/m3
經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)，確定切土比阻P0是 32.4KN/m,確定土地的密度大小δ是2.69 mg/m3。
計(jì)算：P=50×20×1.1×1000×(32.4+6.6×2.65/2) =3.2kw
由公式T=9550P/n=9550×3.2/256=157Nm
在軸回轉(zhuǎn)的時(shí)候，工作的有三把刀，彎刀有兩板，直臂刀是一把。因?yàn)橹北鄣妒艿降淖枇κ欠浅Ｐ〉?，在這就不考慮了，只要分析彎刀在切削土壤時(shí)候的狀況，彎刀是跟刀盤(pán)的刀座焊接在一起的，會(huì)對(duì)軸產(chǎn)生一個(gè)扭轉(zhuǎn)變形，還有一把彎刀是跟刀盤(pán)上的U型鋼焊接在一起的，那么這個(gè)軸同時(shí)受到彎矩還有扭轉(zhuǎn)變形。
因?yàn)閺澋兜南嚓P(guān)數(shù)據(jù)都是一樣的，那么彎刀的彎矩就是T/2，也就是78.5Nm,再加上T=F×L,通過(guò)這個(gè)公式就能將軸受到彎刀的載荷算出來(lái)，因?yàn)閺澋痘剞D(zhuǎn)半徑的最大值是270mm這樣就可以將切削時(shí)候產(chǎn)生的阻力算出來(lái)：F=78.5/0.27=291N
針對(duì)刀盤(pán)對(duì)軸的力效應(yīng)進(jìn)行了分析， F2之前在刀盤(pán)面上的作用點(diǎn)是在七十毫米的面里面的，通過(guò)力的作用，將它移動(dòng)到刀盤(pán)的這個(gè)面里面，之后就等于是對(duì)加了一個(gè)彎矩，它的大小就是M=F2×70=291×70=20.3Nm
根據(jù)力的平移定理將力F1平移至軸心，將附加一個(gè)扭矩，其大小為
T=F1×270=291×270=78.6Nm
力P1、P2將軸心各產(chǎn)生一個(gè)彎矩，其大小為
M1=117.6×365=43Nm，M2=173.4×365=63.3Nm
圖4.1 彎矩圖
圖紙4.1就是它的彎矩圖，從這個(gè)圖紙可以看出來(lái)彎矩的最大值63.3Nm，通過(guò)扭矩圖紙可以知道扭矩的最大值就是157.2Nm，按照這個(gè)公式來(lái)進(jìn)行計(jì)算
在這個(gè)公式里面D代表的是刀軸大的直徑D1代表的是刀軸小的直徑
計(jì)算得W=0.1×503[1-(44/50)4]=6125mm3
則
這樣一來(lái)軸的強(qiáng)度達(dá)到彎曲強(qiáng)度的需求了。
根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件利用下式對(duì)軸進(jìn)行校核
計(jì)算得
這樣一來(lái)軸的強(qiáng)度達(dá)到扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的需求了，結(jié)合前面的論述，軸在工作時(shí)候的強(qiáng)度要求就達(dá)到了，這樣刀盤(pán)可以正常的進(jìn)行工作了。
4.2 滾動(dòng)軸承的校核
鑒于軸承受到的主要是徑向上的載荷，所以軸承確定用球深溝軸承。它的特征就是受到徑向上的載荷，軸向上載荷不大也可以承受。當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在轉(zhuǎn)動(dòng)速度很快的時(shí)候，只對(duì)軸向上的載荷進(jìn)行承受。
論文里面校核的是輸出軸上的軸承。
要想裝的時(shí)候方便一點(diǎn)，兩頭用的是一個(gè)型號(hào)的軸承。因?yàn)槌惺艿膹较蛄σ容S向力大的多，按照實(shí)際要求，確定軸承型號(hào)是6007。
軸承的使用壽命為：12小時(shí)/天×180天/年×10年=21600小時(shí)
1、對(duì)左端，已知F=574，在理想狀況下無(wú)軸向力，所以X=1，Y=0。
查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確定軸承型號(hào)6007，那么：C = 10.8 KN，C0=6.95 KN。
算當(dāng)量載荷的大小，查閱資料可以知道fp＝1.2～1.8，取1.8。
驗(yàn)算6007軸承的壽命
所以6007型滿足要求。
2、對(duì)右端，已知F1=403，在理想狀況下無(wú)軸向力，所以X=1，Y=0。
查閱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確定軸承型號(hào)6007，那么：C = 10.8 KN，C0 =6.95 KN。
算當(dāng)量載荷的大小，查閱資料可以知道fp＝1.2～1.8，取1.8。
驗(yàn)算6007軸承的壽命
所以6007型滿足要求。軸承校核完畢。
結(jié)論
通過(guò)本次設(shè)計(jì)我完成了課題的整體設(shè)計(jì)和零件的設(shè)計(jì)。取得了一定的成果，不過(guò)因?yàn)樽约旱闹R(shí)有限，論文肯定有不到的地方。先將本次論文做如下總結(jié)：
1、對(duì)機(jī)械傳動(dòng)、機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)、公差配合、PROE、AUTOcad、Word等繪圖軟件、辦公軟件有更深的了解和更熟練的掌握。
2、對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)得到更進(jìn)一步的了解。掌握了開(kāi)溝機(jī)設(shè)計(jì)的步驟和方法。
3、通過(guò)查閱資料，我學(xué)會(huì)了如何利用工具書(shū)上的公式，對(duì)主要零件進(jìn)行強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性的校核。
4、因本次設(shè)計(jì)所有的資料都來(lái)源于圖書(shū)館和累積下來(lái)的手稿。來(lái)自網(wǎng)絡(luò)粗糙的的知識(shí)，可直接利用的卻不夠詳盡，不夠本原。開(kāi)溝機(jī)是設(shè)計(jì)出來(lái)了，但并沒(méi)有通過(guò)制造發(fā)現(xiàn)隱藏在設(shè)計(jì)中得問(wèn)題。
5、沒(méi)有通過(guò)分析軟件對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行干涉、變形及穩(wěn)定性的分析，這也是本次設(shè)計(jì)的不足之處。我將通過(guò)在今后的工作中來(lái)彌補(bǔ)這一不足，使得設(shè)計(jì)更加完美。
本次設(shè)計(jì)雖然已經(jīng)完成，但我的課題研究仍沒(méi)結(jié)束，希望在將來(lái)的學(xué)習(xí)與工作中為機(jī)械工業(yè)設(shè)計(jì)的理學(xué)與美學(xué)的融合出一份力。
致謝
對(duì)我的論文指導(dǎo)老師，我要特別感謝，平時(shí)在完成論文的時(shí)候，老師跟我就像朋友一樣，但是涉及到學(xué)術(shù)上的東西的時(shí)候，老師對(duì)我又非常的嚴(yán)格，對(duì)于專業(yè)知識(shí)的認(rèn)真精神深深的感染了我，是他教會(huì)了我遇到困難不要害怕，一點(diǎn)一點(diǎn)去解決，最終將論文完成了。謝謝你，老師。
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