油菜移栽機(jī)送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),油菜,移栽,機(jī)送苗,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 油菜移栽機(jī)送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) RAPE TRANSPLANTING MACHING FEEDING MECHANISM DESIGN 學(xué)生姓名: 學(xué) 號(hào)： 年級(jí)專業(yè)及班級(jí)： 指導(dǎo)老師及職稱： 學(xué) 院： 提交日期： 年 月 全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 誠(chéng) 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進(jìn)行研究工作所取得的成果，成果不存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)爭(zhēng)議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過(guò)的作品成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體在文中均作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要……………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………1 1前言……………………………………………………………………………2 1.1課題研究的目的與意義……………………………………………………………2 1.2國(guó)內(nèi)外移栽機(jī)的研究現(xiàn)狀…………………………………………………………3 1.2.1國(guó)外現(xiàn)狀…………………………………………………………………………3 1.2.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀…………………………………………………………………………4 1.3研究?jī)?nèi)容…………………………………………………………………………6 1.4本章小結(jié)……………………………………………………………………………6 2油菜幼苗的農(nóng)藝特性研究……………………………………………………………6 2.1油菜育苗方式………………………………………………………………………6 2.2幼苗的農(nóng)藝特性……………………………………………………………………7 2.3苗盤輸送軌跡分析…………………………………………………………………8 2.4本章小結(jié)…………………………………………………………………………8 3送苗機(jī)構(gòu)總體方案擬定………………………………………………………………9 3.1送苗機(jī)構(gòu)工作原理…………………………………………………………………9 3.2送苗機(jī)構(gòu)方案擬定……………………………………………………………9 3.3送苗機(jī)構(gòu)主要參數(shù)設(shè)計(jì)………… ………………………………………………11 3.4本章小結(jié)…………………………………………………………………………11 4傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………11 4.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)………………………………………………………………12 4.1.1步進(jìn)電機(jī)的選擇…………………………………………………………………12 4.1.2傳動(dòng)比確定……………………………………………………………………12 4.1.3傳動(dòng)軸參數(shù)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………12 4.2鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………………………13 4.2.1一級(jí)鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)…………………………………………………………………13 4.2.2二級(jí)鏈傳動(dòng)……………………………………………………………………15 4.3齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………17 4.3.1選擇齒輪類型，材料及齒數(shù)……………………………………………………17 4.3.2按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)………………………………………………………17 4.3.3按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)………………………………………………………18 4.3.4幾何尺寸計(jì)算…………………………………………………………………20 4.3.5齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核…………………………………………………………20 4.3.6齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核…………………………………………………………21 4.4傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)………………………………………………………………………21 4.4.1軸1設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………21 4.4.2軸3設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………24 4.4.3軸4設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………25 4.5本章小結(jié)…………………………………………………………………………25 5間歇機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………25 5.1橫向間歇送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………26 5.1.1槽輪機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)………………………………………………………………26 5.1.2圓柱凸輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………27 5.1.3圓柱凸輪軸設(shè)計(jì)…………………………………………………………………30 5.2縱向間歇送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………………31 5.2.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………31 5.2.2單銷槽輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………32 5.2.3轉(zhuǎn)軸設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………33 5.3本章小結(jié)…………………………………………………………………………35 6結(jié)束語(yǔ)…………………………………………………………………………35 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………35 致謝…………………………………………………………………………36 油菜移栽機(jī)送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué) 生： 指導(dǎo)老師： （xx農(nóng)業(yè)大學(xué)xx學(xué)院，xx xxxxxx） 摘 要：移栽是油菜生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，南方油菜移栽生產(chǎn)周期短、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低，并且目前油菜移栽機(jī)多為半自動(dòng)化。本次設(shè)計(jì)針對(duì)目前油菜移栽機(jī)多為半自動(dòng)的現(xiàn)狀，通過(guò)油菜幼苗移栽機(jī)的自動(dòng)送苗，提高自動(dòng)化程度，提高生產(chǎn)率。其中自動(dòng)送苗機(jī)構(gòu)主要是由橫向送苗和縱向送苗兩部分組成，通過(guò)這兩部分的配合傳動(dòng)，使苗盤實(shí)現(xiàn)“弓”字型運(yùn)動(dòng)，方便機(jī)械手在準(zhǔn)確時(shí)間、準(zhǔn)確地點(diǎn)取苗。橫向送苗機(jī)構(gòu)由三銷槽輪機(jī)構(gòu)與圓柱凸輪機(jī)構(gòu)組成，移栽機(jī)的地輪通過(guò)鏈傳動(dòng)傳動(dòng)動(dòng)力，從而帶動(dòng)槽輪機(jī)構(gòu)中的撥盤帶動(dòng)槽輪來(lái)進(jìn)行間歇運(yùn)動(dòng)，槽輪的運(yùn)動(dòng)又帶動(dòng)與其同軸的圓柱凸輪往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)一根連桿帶動(dòng)苗盤橫向送苗?？v向送苗機(jī)構(gòu)通過(guò)步進(jìn)電機(jī)輸送動(dòng)力，帶動(dòng)傳動(dòng)軸以及單銷槽輪機(jī)構(gòu)與同步帶輪運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到縱向送苗的目的。 關(guān)鍵詞：移栽機(jī);自動(dòng)送苗;間歇運(yùn)動(dòng);往復(fù)運(yùn)動(dòng) Rape Transplanting Machine Feeding Mechanism Design Student: Tutor:Quan La Zhen (College of Engineering,xxxx Agricultural University, xxxxx, xxxxx,China) Abstract: Transplanting?is an important link of?rapeseed production, southern?rape transplanting short production cycle, high labor intensity, low production efficiency,?and?the?transplanting machine?for the semi?automation.?This design in view of the present?situation of?rape transplanting machine?is?semi-automatic,?the?rape seedling?transplanting machine?automatic seedling feeding,?improve the degree of automation,?improve productivity.?The automatic seedling feeding mechanism?is mainly composed of?transverse?and longitudinal?feeding seedling?seedling feeding?is composed of two parts,?with the?transmission?of these two parts,the?seedling?disc?"bow"?shape,?convenient?mechanical hand?in?the correct time,?accurate location of?seedling.?Transverse?seedling feeding mechanism?is composed of three?pin wheelhouse mechanism?and?cam mechanism,?transplanting machine?wheel?through the?chain transmission?power,?which led to?the Geneva mechanism?driven by the?Geneva?dial?to intermittent motion,?the reciprocating motion of?cylindrical cam?Geneva?motion?drives?coaxial,through a?connecting rod drives the?seedling?the transverse?feeding?seedling?disc.Vertical feeding seedling mechanism through the stepper motor transport power, to drive the transmission shaft and the pin groove wheel mechanism and synchronous belt wheel movement, so as to achieve the vertical feeding seed. Keywords: Transplanting Machine; Automatic send Seedlings; Intermittent Movement; Reciprocating Motion 1 前言 1.1 課題研究的目的與意義 油菜作為我國(guó)主要油料作物，是農(nóng)村種植業(yè)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，是農(nóng)民經(jīng)濟(jì)來(lái)源的重要組成部分。但是油菜的移栽是勞動(dòng)強(qiáng)度很大的一項(xiàng)農(nóng)事活動(dòng)，我國(guó)在油菜種植上，機(jī)械化程度嚴(yán)重不足，長(zhǎng)期以來(lái)，油菜的移栽都是以人工為主，這樣不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且在質(zhì)量上也較差，生產(chǎn)率低，成本高，嚴(yán)重影響了農(nóng)民種植油菜的積極性和油菜種植面積的擴(kuò)大。為了提高農(nóng)民的勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低農(nóng)民的勞動(dòng)強(qiáng)度，國(guó)內(nèi)外農(nóng)機(jī)者對(duì)油菜移栽機(jī)械進(jìn)行了一定的研究，并形成了一定系列的產(chǎn)品。 目前油菜移栽機(jī)主要可分為缽苗油菜移栽機(jī)和裸苗移栽機(jī)兩種。缽苗移栽機(jī)的發(fā)展很快，半自動(dòng)和全自動(dòng)的缽苗移栽機(jī)已經(jīng)研發(fā)出來(lái)，缽苗的培育也已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了工廠化，農(nóng)機(jī)與農(nóng)藝結(jié)合成熟，技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。隨著“無(wú)土育苗”的誕生，國(guó)內(nèi)油菜幼苗移栽面積正在逐年擴(kuò)大，面對(duì)逐年擴(kuò)大的移栽面積如果不采用機(jī)械作業(yè)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，因此研制油菜幼苗移栽機(jī)十分必要。與缽苗移栽相比，裸苗移栽具有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)： （1） 裸苗移栽技術(shù)的核心是采用無(wú)土育苗基質(zhì)培育幼苗和使用促根劑促進(jìn)幼苗的根系生長(zhǎng)。培育出來(lái)的幼苗生長(zhǎng)很好，根系發(fā)達(dá)，移栽時(shí)沒(méi)有載體，幼苗不會(huì)出現(xiàn)萎焉，移栽后緩苗時(shí)間短，新生根出生快。通過(guò)大量試驗(yàn)，幼苗成苗率可以達(dá)到90%以上，迅速生根，與其他幾種移栽方式相比較，增產(chǎn)可以達(dá)到10%左右。 （2） 采用基質(zhì)育苗成本低，取材便利，基質(zhì)具有含水量高，通透性能好，肥料和營(yíng)養(yǎng)較豐富，起苗、運(yùn)苗和載苗方便，不傷害幼苗的根的特點(diǎn)。 目前國(guó)內(nèi)的油菜裸苗移栽機(jī)都是已半自動(dòng)為主，送苗方式為人工送苗，這樣不僅造成了人工勞動(dòng)力強(qiáng)度大、移栽速度受到限制、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題，還會(huì)出現(xiàn)漏苗現(xiàn)象嚴(yán)重等問(wèn)題。為了解決出現(xiàn)的問(wèn)題，全自動(dòng)送苗機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)就顯的尤其重要，具有重大意義。 1.2 國(guó)內(nèi)外移栽機(jī)的研究現(xiàn)狀 目前油菜移栽正在慢慢實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，普通移栽機(jī)類型按動(dòng)力來(lái)區(qū)分，一般可分為兩種形式：一種是拖拉機(jī)懸掛牽引式，移栽機(jī)作為一個(gè)工作部件通過(guò)拖拉機(jī)后面的液壓懸掛系統(tǒng)連接，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸傳遞功率給送苗和栽植機(jī)構(gòu)，由拖拉機(jī)控制行進(jìn)速度，動(dòng)力輸出軸變速箱調(diào)節(jié)栽插株距；另一種是自走式移栽機(jī)，機(jī)身自帶動(dòng)力，能驅(qū)動(dòng)自身機(jī)器行走和完成分苗、栽植作業(yè)，此種類型一般結(jié)構(gòu)較為緊湊，體型較小，單人乘坐，兩行栽植，苗杯流動(dòng)式給兩個(gè)栽植器分苗栽植。 目前常用的移栽機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)大致分為以下幾個(gè)部分，即動(dòng)力部分、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、底盤升降機(jī)構(gòu)、送苗機(jī)構(gòu)、投苗機(jī)構(gòu)、栽植機(jī)構(gòu)等。栽植器按類型可分為吊籃式、圓盤式和鉗夾式等，目前以吊籃式栽植器為主，作業(yè)過(guò)程一般通過(guò)送苗機(jī)構(gòu)或手工投苗到栽植器，栽植器采用雙曲柄連桿轉(zhuǎn)動(dòng)間歇式栽植的工作原理，在圓盤上安裝圓錐筒式栽植器，栽植器由兩片對(duì)稱嚙合的半開(kāi)圓錐筒、同步拉線凸輪機(jī)構(gòu)構(gòu)成。工作時(shí)，安裝有栽植器的雙曲柄連桿隨著地輪的行走而同步轉(zhuǎn)動(dòng)，栽植器轉(zhuǎn)動(dòng)到接觸地壟表面時(shí)繼續(xù)向下插入土中，實(shí)現(xiàn)打孔功能，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到最低點(diǎn)達(dá)到栽插深度要求，此時(shí)同步拉線凸輪撥動(dòng)圓錐筒半錐片，放下秧苗，同時(shí)由曲柄連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)栽植器向上離開(kāi)土壤，完成一次栽植循環(huán)。覆土機(jī)構(gòu)采用雙V形雙輪鎮(zhèn)壓的原理實(shí)現(xiàn)秧苗栽植時(shí)的培土功能[2]。 1.2.1 國(guó)外現(xiàn)狀 歐美和日本是世界上最早研究機(jī)械化移栽的國(guó)家及地區(qū)，初期主要用于商業(yè)價(jià)值高的蔬菜，后逐步應(yīng)用到玉米及棉花。以歐洲、北美洲為代表的地區(qū)所研制的大型移栽機(jī)。其作業(yè)多采用大型拖拉機(jī)懸掛方式，整機(jī)較龐大，工作效率較高，適合平原地帶大面積作業(yè)。另一個(gè)對(duì)油菜移栽機(jī)起典型代表的是日本，與歐洲廣闊的平原相比，日本多山丘的地貌更加與我國(guó)南方相似，其研制的移栽機(jī)可以更好的適應(yīng)于我國(guó)南方地帶。2000年以來(lái)，以小型精細(xì)作業(yè)的蔬菜移栽機(jī)蓬勃發(fā)展起來(lái)，通過(guò)2011年12月福建漳州海峽兩岸農(nóng)業(yè)機(jī)械展覽會(huì)本文作者有幸參見(jiàn)了最新研制的包括久保田的KP-200半自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)、井關(guān)2ZY-2A型移栽機(jī)等在內(nèi)的多個(gè)國(guó)際先進(jìn)水平的蔬菜苗移栽機(jī)。久保田KP-200型移栽機(jī)，簡(jiǎn)易2人乘用式2行不對(duì)稱栽植，適合油菜、萵苣、卷心菜、白菜等的栽植，可在0~30cm內(nèi)自動(dòng)調(diào)節(jié)壟高，也在28~55cm范圍內(nèi)進(jìn)行7級(jí)行距的調(diào)節(jié)，其升級(jí)版KP-200L甚至可以做到往返4行栽植，即調(diào)整栽植器位置，在同一個(gè)壟里面進(jìn)行兩次兩行移栽，達(dá)到四行栽植的目的[5]。 圖1 富來(lái)威2ZQ-4型油菜移栽機(jī) Fig 1 Fulaiwei 2ZQ-4 Rape Seedling transplanter 井關(guān)的PVHR2兩行半自動(dòng)蔬菜移栽機(jī)，單人乘坐式，帶環(huán)形分苗器，可一人完成兩個(gè)栽植器的投苗工作。環(huán)形分苗器上布置有26個(gè)苗杯，苗杯在輸送鏈的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，到達(dá)栽植器上方時(shí)，通過(guò)特殊的觸發(fā)裝置，可實(shí)現(xiàn)奇偶數(shù)錯(cuò)開(kāi)落苗，奇數(shù)類苗杯轉(zhuǎn)動(dòng)到左側(cè)的栽植器上方時(shí)打開(kāi)苗杯底蓋，秧苗下落至栽植器，偶數(shù)類苗杯在通過(guò)左側(cè)栽植器上方時(shí)不落苗，繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到分苗盤右側(cè)栽植器時(shí)才打開(kāi)底蓋落苗，這樣就保證了苗杯可以同時(shí)落入底下并行的兩個(gè)栽植器，分苗質(zhì)量高、結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠，單人投苗節(jié)省了勞動(dòng)力，降低了生產(chǎn)成本，提高了勞動(dòng)效率。 1.2.2 國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀 我國(guó)從在 20 世紀(jì) 60 年代開(kāi)始從發(fā)達(dá)國(guó)家引進(jìn)并研制移栽機(jī)，初期用于玉米、棉花，后陸續(xù)發(fā)展到煙草、油菜。1979年四川省溫江地區(qū)農(nóng)機(jī)所研制了2ZYS-4型移栽機(jī)，1980年北京市農(nóng)機(jī)所研制了2ZSB-2型缽苗移載機(jī)。2008年，南通富來(lái)威農(nóng)業(yè)裝備有限公司研制的2ZQ-4型油菜移栽機(jī)，如圖1.1所示，是一種新型的半自動(dòng)油菜秧苗移栽機(jī)械，主要用于油菜的裸苗和缽苗移栽。該機(jī)型由中、小型拖拉機(jī)拖動(dòng),拖拉機(jī)與移栽機(jī)之間采用三點(diǎn)懸掛的方法聯(lián)接，前端帶有開(kāi)溝器，使用鏈條鉗夾式栽植器，4人乘坐投苗，能進(jìn)行4行移栽，由人工將油菜苗投入到鉗夾上方苗盒,隨著鉗夾的運(yùn)動(dòng)油菜苗被夾持到圓盤上做圓周運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)到最低點(diǎn)時(shí)送到已開(kāi)好的苗溝，鉗夾打開(kāi)，秧苗落入溝中，隨后被鎮(zhèn)壓輪覆土壓密。 目前，國(guó)內(nèi)很多單位在現(xiàn)階段機(jī)械化移栽研制的基礎(chǔ)上研制了自走式半自動(dòng)移栽機(jī)。自走式機(jī)型體型較小，操作靈活，轉(zhuǎn)彎容易，但其一般都以單行或兩行移栽為主。其栽植速度受到人工喂苗速度的限制，一般單人投苗速度在 40～50 株/min，最快可以達(dá)到60株/min。如圖1.2所示，湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)研制的2ZY-1型煙草移栽機(jī)，該機(jī)采用汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，經(jīng)皮帶輪傳動(dòng)至主變速箱分兩部分輸出，一部分通過(guò)皮帶輪傳動(dòng)至鏈輪箱驅(qū)動(dòng)地輪工作，另一部分鏈傳動(dòng)至副變速箱驅(qū)動(dòng)栽植機(jī)構(gòu)進(jìn)行栽植作業(yè)。煙苗投入投苗轉(zhuǎn)盤，栽植機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到最高頂住投苗轉(zhuǎn)盤的內(nèi)舍，煙苗落入栽植器，栽植器上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)完成投苗，隨即雙V型覆土輪對(duì)已栽植的煙苗進(jìn)行培土。 圖2 湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)2ZY-1型煙草移栽機(jī) Fig 2 2ZY-1Tobacco Seedling Transplanter of Hunan Agricultural University 目前，就移栽機(jī)送苗機(jī)構(gòu)這一塊，國(guó)內(nèi)擁有缽苗移栽機(jī)送苗和裸苗移栽機(jī)送苗兩種。其中帶有送苗機(jī)構(gòu)的缽苗移栽機(jī)送苗方式主要分為帶式送苗、導(dǎo)管送苗和圓盤送苗等方式。以上三種帶有送苗機(jī)構(gòu)的缽苗移栽機(jī)雖然提高了移栽速率，降低了人工勞動(dòng)力強(qiáng)度，但是大部分移栽機(jī)缺少漏苗檢測(cè)控制系統(tǒng)，即使具有也存在不穩(wěn)定的問(wèn)題，會(huì)有漏苗現(xiàn)象的出現(xiàn)，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，市場(chǎng)的普及率低。目前市場(chǎng)上流通的主要移栽機(jī)任然是半自動(dòng)的缽苗移栽機(jī)。與缽苗移栽技術(shù)相比，裸苗移栽技術(shù)發(fā)展相對(duì)較晚，技術(shù)還處于研究階段。目前國(guó)內(nèi)所研制的裸苗移栽機(jī)是半自動(dòng)化的，送苗方式還是以人工送苗為主，人工勞動(dòng)力強(qiáng)度大，移栽效率低，漏苗嚴(yán)重，產(chǎn)量低?，F(xiàn)在國(guó)外只有日本研制出了全自動(dòng)的裸苗移栽機(jī)，這種機(jī)型含有送苗機(jī)構(gòu)和取苗移栽機(jī)械手，首先送苗機(jī)構(gòu)把苗盤送入，機(jī)械手取出苗盤里面的第一課幼苗，接著機(jī)械手對(duì)夾苗器進(jìn)行喂苗，幼苗會(huì)隨著夾苗器運(yùn)行而落入開(kāi)溝器開(kāi)出來(lái)的小溝中，然后就是蓋土，壓平。在機(jī)械手喂苗的時(shí)候，送苗機(jī)構(gòu)會(huì)快速的完成第二課幼苗的輸送，等待機(jī)械手來(lái)夾取第二課幼苗，如此循環(huán)，完成全自動(dòng)的送苗移栽動(dòng)作，具有送苗、喂苗、移栽一體化的優(yōu)點(diǎn)，提高了移栽效率，降低了勞動(dòng)生產(chǎn)強(qiáng)度，但是缺乏了對(duì)漏苗的檢測(cè)，移栽時(shí)候的漏苗情況嚴(yán)重，且移載機(jī)械手的取苗也不穩(wěn)定，對(duì)幼苗的傷害較大，影響了油菜的產(chǎn)量。研制出經(jīng)濟(jì)實(shí)用性全自動(dòng)化、只能化的油菜幼苗移栽機(jī)成為了當(dāng)前的研究重點(diǎn)，而研制自動(dòng)送苗機(jī)構(gòu)是油菜幼苗移栽機(jī)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的關(guān)鍵[9]。 1.3 研究?jī)?nèi)容 本課題在于解決油菜裸苗移栽機(jī)送苗機(jī)構(gòu)存在的問(wèn)題，做到既有效解決當(dāng)前我國(guó)油菜裸苗移栽機(jī)在移栽過(guò)程中不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送苗的缺陷，又順應(yīng)國(guó)內(nèi)外油菜移栽機(jī)的發(fā)展方向。在已有的移栽機(jī)送苗機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上研制出一種簡(jiǎn)單的自動(dòng)送苗機(jī)構(gòu)，并通過(guò)理論分析和計(jì)算，做到優(yōu)化結(jié)構(gòu)，提高生產(chǎn)效率。 （1） 通過(guò)對(duì)油菜移栽機(jī)送苗機(jī)構(gòu)現(xiàn)狀的研究，提出當(dāng)前存在的主要問(wèn)題，并且針對(duì)這些問(wèn)題，確定研究的方向和目標(biāo)。通過(guò)已有的移栽機(jī)研制基礎(chǔ)，結(jié)合油菜秧苗的物理特性及移栽的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出適合油菜移栽的送苗機(jī)構(gòu)。 （2） 油菜幼苗移栽機(jī)送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。對(duì)油菜苗盤的形狀的大小測(cè)量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)送苗所需要的要求，確定出合適的方案。 （3） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。研究油菜移栽時(shí)苗盤的運(yùn)動(dòng)軌跡和速度，以及取苗、送苗所需的運(yùn)轉(zhuǎn)及間歇時(shí)間設(shè)計(jì)出合理的的送苗機(jī)構(gòu)。結(jié)合對(duì)送苗機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析、動(dòng)力學(xué)分析及機(jī)構(gòu)的總體優(yōu)化，設(shè)計(jì)出合適的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。 1.4 本章小結(jié) 本章節(jié)主要介紹了課題的研究目的和意義以及移栽機(jī)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展情況。由于我國(guó)是油菜種植大國(guó)，但是油菜移栽送苗機(jī)構(gòu)基本上是半自動(dòng)化，工作效率低，因此自動(dòng)化的油菜幼苗移栽機(jī)送苗機(jī)構(gòu)的研究及其重要。 2 油菜幼苗的農(nóng)藝特性研究 送苗機(jī)構(gòu)是半自動(dòng)的油菜移栽機(jī)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的重要組成部分。機(jī)構(gòu)主要是將幼苗送到指定的位子，并定時(shí)定距的輸送每一株幼苗，保證機(jī)械手能夠做到準(zhǔn)確的取到幼苗。在這輸送過(guò)程中，送苗機(jī)構(gòu)要做到兩點(diǎn)：第一是需要定時(shí)、定距的輸送每一株幼苗；第二是機(jī)構(gòu)必須做到每顆幼苗之間的輸送有間隔時(shí)間，因?yàn)闄C(jī)械手定點(diǎn)取苗到將幼苗放入到苗夾上有時(shí)間間隔。因此在設(shè)計(jì)送苗機(jī)構(gòu)前必須先確定好苗盤的運(yùn)動(dòng)軌跡很重要。本章通過(guò)對(duì)幼苗和苗盤的農(nóng)藝特性研究，選定合適的苗盤輸送軌跡，為后面的送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)上面的基礎(chǔ)。 2.1 油菜育苗方式 油菜幼苗移栽選苗齡為30-40天，苗高18-20cm，幼苗4或5葉1心為最佳。移栽的合理密度是8000到1萬(wàn)株每畝?，F(xiàn)在我國(guó)油菜的育苗方法常見(jiàn)的有兩種：一是育苗床育苗；二是穴盤育苗。 育苗床育苗是選用向陽(yáng)、土質(zhì)疏松肥沃、靠近水源，利于灌溉、方便管理的田作為苗床，將油菜籽撒播在育苗床上，待油菜長(zhǎng)到移栽苗齡時(shí)將幼苗連根，帶一部分土壤拔起，進(jìn)行移栽，這種育苗方式移栽比較簡(jiǎn)單，但是會(huì)對(duì)苗根造成一定的損傷，適合傳統(tǒng)人工移栽，如圖3所示。 圖3 油菜苗床育苗 Fig 3 Seeding bed of rape 穴盤育苗一般都是在溫室大棚內(nèi)進(jìn)行培育的，是將油菜種子播撒在有營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的穴盤內(nèi)，穴盤材料多為聚乙苯乙烯泡沫塑料，耐水和秧苗營(yíng)養(yǎng)液浸泡，使用年限一般3到5年，消毒以后可以重復(fù)使用，如圖4所示。 圖4 油菜穴盤育苗 Fig 4 Seeding tray of rape 2.2 幼苗的農(nóng)藝特性 針對(duì)油菜機(jī)械化移栽，我們優(yōu)先選用穴盤苗，一方面是因?yàn)檠ūP苗的大小、高矮比較均勻、根系發(fā)達(dá)，秧苗底部帶有營(yíng)養(yǎng)基，增加了秧苗底部的質(zhì)量，秧苗在移栽機(jī)苗杯內(nèi)下落的時(shí)候因質(zhì)心下移，其下落姿勢(shì)不容易發(fā)生擺動(dòng)，和踢毽子一樣，在下落的過(guò)程中始終保持根部朝下；另一方面，機(jī)械化移栽與人工移栽相比，速度較快，一般是人工移栽速度的10倍以上，對(duì)于移栽機(jī)送苗的速度要求較高，約60株/min，而傳統(tǒng)育苗床培育出來(lái)的油菜苗，幼苗根生長(zhǎng)在同一土塊上，在手工投苗的過(guò)程中，秧苗根部容易糾纏在一起，在高速投苗作業(yè)中，容易傷到幼苗甚至扯斷苗根，而穴盤苗本身生長(zhǎng)在各自的營(yíng)養(yǎng)基內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)快速的送苗。 2.3 苗盤輸送軌跡分析 油菜移栽機(jī)的機(jī)械手在移栽的時(shí)候，先將幼苗從苗盤里取出，然后放到油菜移栽機(jī)的苗夾上，從而完成取苗動(dòng)作。在這個(gè)過(guò)程中，機(jī)械手的取苗點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)的軌跡是固定，且每取一顆幼苗所花的時(shí)間為。由于機(jī)械手的限制，送苗機(jī)構(gòu)輸送幼苗的輸送點(diǎn)是固定的，且苗與苗之間的輸送間隔時(shí)間為，其中。因此在設(shè)計(jì)送苗機(jī)構(gòu)時(shí)候需要保證定時(shí)定點(diǎn)的間歇式輸送幼苗?，F(xiàn)在選用的苗盤尺寸為337mm×337mm，苗孔數(shù)10×10孔，各個(gè)穴孔上徑26mm×26mm，底下開(kāi)有小孔，下孔徑8mm×8mm，孔的底部有直徑5mm左右的小圓孔，通過(guò)圓孔，油菜苗可以汲取底部的營(yíng)養(yǎng)液，相鄰兩穴孔中心距25mm，苗盤高為40mm，如圖5所示。根據(jù)該苗盤的特點(diǎn)可知，幼苗在輸送過(guò)程中苗盤是一個(gè)整體，不能和缽苗輸送一樣，只需要往一個(gè)方向輸送缽苗。該送苗機(jī)構(gòu)在送苗時(shí)候必須進(jìn)行兩個(gè)方向的輸送，即：橫向輸送和縱向輸送。這樣才能完成完整的整盤幼苗的輸送。 圖5 實(shí)驗(yàn)苗盤 Fig 5 Experiment seedlings dish 2.4 本章小結(jié) 本章節(jié)主要介紹了油菜幼苗的農(nóng)藝特性研究，其中包括油菜的育苗方式、油菜幼苗的農(nóng)藝特性和苗盤的軌跡分析。油菜幼苗移栽選苗齡為30-40天，苗高18-20cm，幼苗4或5葉1心為最佳。移栽的合理密度是8000到1萬(wàn)株每畝?，F(xiàn)在我國(guó)常見(jiàn)的油菜育苗方式有育苗床育苗和穴盤育苗兩種，經(jīng)過(guò)分析以后可知穴盤育苗更適合送苗機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化送苗。但是在選用穴盤育苗時(shí)該送苗機(jī)構(gòu)在送苗時(shí)候必須進(jìn)行兩個(gè)方向的輸送，即橫向輸送和縱向輸送。 3 送苗機(jī)構(gòu)總體方案擬定 自動(dòng)送苗機(jī)構(gòu)是作為全自動(dòng)油菜幼苗移栽機(jī)重要組成部分，該機(jī)構(gòu)的主要功能是把幼苗給逐個(gè)的輸送到取苗口，代替半自動(dòng)移栽機(jī)的人工送苗，從而降低了勞動(dòng)力強(qiáng)度，提高工作效率。在第2章中，根據(jù)實(shí)驗(yàn)苗盤的特性分析出苗盤的運(yùn)送運(yùn)動(dòng)應(yīng)該按“弓”字形的運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)完成苗盤的整體輸送。本章根據(jù)苗盤的特性，將自動(dòng)送苗機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)成橫向送苗機(jī)構(gòu)和縱向送苗機(jī)構(gòu)。對(duì)機(jī)構(gòu)進(jìn)行理論分析，確定其主要參數(shù)。 3.1 送苗機(jī)構(gòu)工作原理 送苗機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖如圖6所示。移栽時(shí)，拖拉機(jī)除了帶動(dòng)移栽機(jī)，同時(shí)帶動(dòng)鏈輪12運(yùn)動(dòng)，由鏈輪12來(lái)帶動(dòng)槽輪機(jī)構(gòu)（三銷槽輪）7運(yùn)動(dòng),從而槽輪機(jī)構(gòu)7帶動(dòng)圓柱凸輪6轉(zhuǎn)動(dòng)，6帶動(dòng)連桿2橫向運(yùn)動(dòng)，2帶動(dòng)苗盤支架11與苗盤4完成橫向送苗；電動(dòng)機(jī)14通過(guò)齒輪傳動(dòng)帶動(dòng)齒輪軸15轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)小鏈輪9運(yùn)動(dòng)，小鏈輪9帶動(dòng)鏈1傳動(dòng)，軸13帶動(dòng)單銷槽輪機(jī)構(gòu)16傳動(dòng)，16帶動(dòng)同步帶輪運(yùn)動(dòng)，同步帶輪帶動(dòng)苗盤完成縱向送苗。 3.2 送苗機(jī)構(gòu)方案擬定 根據(jù)前面的分析，送苗機(jī)構(gòu)在輸送過(guò)程中需要滿足以下3個(gè)條件： （1）送苗機(jī)構(gòu)做到定時(shí)定距的輸送幼苗； （2）橫向送苗機(jī)構(gòu)為圓柱凸輪控制的間歇式往復(fù)輸送苗盤; （3）縱向送苗機(jī)構(gòu)為電機(jī)控制的間歇式單方向送苗盤。 根據(jù)以上條件可知：送苗機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)組成為間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和往復(fù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)兩大部分組成。 能完成間歇運(yùn)動(dòng)的間歇機(jī)構(gòu)主要有棘輪間歇機(jī)構(gòu)、不完全齒輪間歇機(jī)構(gòu)、槽輪間歇機(jī)構(gòu)等。由于棘輪間歇機(jī)構(gòu)和不完全齒輪間歇機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)中剛性沖擊太大，運(yùn)動(dòng)精度低，很難滿足本機(jī)構(gòu)要求的定時(shí)定距的精度要求；槽輪間歇機(jī)構(gòu)與前兩個(gè)機(jī)構(gòu)相比，雖然在傳動(dòng)過(guò)程中仍然會(huì)存在剛性沖擊，但是其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便制作，且每次轉(zhuǎn)角都固定，較精確，機(jī)械效率高。經(jīng)過(guò)對(duì)比，槽輪間歇機(jī)構(gòu)相對(duì)與棘輪間歇機(jī)構(gòu)和不完全齒輪間歇機(jī)構(gòu)而言，可以滿足所需精度和定距間歇運(yùn)動(dòng)，因此本次送苗機(jī)構(gòu)的間歇傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇槽輪機(jī)構(gòu)。 能完成往復(fù)傳動(dòng)的機(jī)構(gòu)可供選擇的有平面四桿機(jī)構(gòu)、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、圓柱凸輪機(jī)構(gòu)等。平面四桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、磨損輕、傳遞動(dòng)力大等優(yōu)點(diǎn)，在往復(fù)式傳動(dòng)中應(yīng)用最廣泛，但是平面四桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)在同等時(shí)間內(nèi)傳動(dòng)的距離是不相等的，不符合本機(jī)構(gòu)定時(shí)定距的要求；圓柱凸輪機(jī)構(gòu)是利用曲線凹槽來(lái)完成往復(fù)式運(yùn)動(dòng)的操作，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊、能完成各種復(fù)雜運(yùn)動(dòng)要求等優(yōu)點(diǎn)，雖然加工比較困難，但是當(dāng)圓柱凸輪的角速度一定時(shí)，從動(dòng)件作勻速直線運(yùn)動(dòng)，滿足送苗機(jī)構(gòu)所要求的定時(shí)定距的要求，因此本次送苗機(jī)構(gòu)的往復(fù)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇援助凸輪機(jī)構(gòu)。 綜上所述，自動(dòng)送苗機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)選擇槽輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和圓柱凸輪機(jī)構(gòu)來(lái)分別完成間歇式傳動(dòng)和往復(fù)式傳動(dòng)。 主視圖 俯視圖 1.鏈2；2.連桿；3.大鏈輪2；4.苗盤；5.軸6；6.圓柱凸輪軸；7.槽輪機(jī)構(gòu)（三銷）；8.軸1；9.小鏈輪；10.軸5；11.苗盤架；12.大鏈輪1；13.軸4；14.步進(jìn)電機(jī)；15.齒輪軸3；16.槽輪機(jī)構(gòu)（單銷） 圖6 油菜移栽機(jī)送苗機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖 Fig 6 Rape seedling transplanting machine to send organization structure 3.3 送苗機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的設(shè)計(jì) 由于送苗機(jī)構(gòu)要求是與移栽機(jī)實(shí)現(xiàn)同步的送苗，但是縱向送苗的控制選擇用步進(jìn)電機(jī)控制，因此縱向送苗的動(dòng)力來(lái)自步進(jìn)電機(jī)，則橫向送苗的動(dòng)力也就取自于移栽機(jī)上面的地輪，所以送苗機(jī)構(gòu)在自動(dòng)送苗的同時(shí)同樣滿足移栽機(jī)的數(shù)據(jù)條件。在移栽機(jī)正常工作情況下，已知送苗機(jī)構(gòu)自動(dòng)送苗給出的時(shí)間是每株幼苗所用時(shí)間t=1s，則移栽機(jī)正常工作情況下所用時(shí)間T≥t=1s。由于移栽機(jī)地輪的輸出功率無(wú)法確定，只能確定拖動(dòng)移栽機(jī)的動(dòng)力額定功率，假設(shè)額定功率為3.3KW，且動(dòng)力的輸送功率主要用于拖動(dòng)移栽機(jī)運(yùn)動(dòng)，則整個(gè)送苗機(jī)構(gòu)的所需功率計(jì)算如下： (1) 式中：F1 ——克服苗盤，苗盤支架，圓柱凸輪從動(dòng)件所受重力需要的力； F2 ——克服苗盤所受重力需要的力； V1 ——橫向送苗的苗盤運(yùn)動(dòng)的速度； V2 ——縱向送苗的苗盤運(yùn)動(dòng)的速度； t2 ——為縱向送苗所用時(shí)間； t2 ——橫向送苗所用時(shí)間。 3.4 本章小結(jié) 本章節(jié)主要是對(duì)送苗機(jī)構(gòu)方案的擬定，通過(guò)對(duì)送苗機(jī)構(gòu)的工作原理和參數(shù)的設(shè)計(jì)，確定送苗機(jī)構(gòu)的功率大小以及該送苗機(jī)構(gòu)在輸送過(guò)程中需要滿足的條件有：送苗機(jī)構(gòu)做到定時(shí)定距的輸送幼苗；橫向送苗機(jī)構(gòu)均為間歇式雙向輸送苗盤；縱向送苗機(jī)構(gòu)為間歇單方向輸送苗盤。 4 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 橫向送苗傳動(dòng)需要從移栽機(jī)的地輪取得動(dòng)力，通過(guò)一級(jí)鏈傳動(dòng)，動(dòng)力傳到大鏈輪1所在的軸1，在軸1上的三銷撥盤分得動(dòng)力，傳給橫向送苗機(jī)構(gòu);縱向送苗動(dòng)力來(lái)源于電機(jī)的輸出，通過(guò)電機(jī)輸出動(dòng)力到小齒輪，然后小齒輪帶動(dòng)大齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)軸2轉(zhuǎn)動(dòng)，軸2上的二級(jí)鏈傳動(dòng)的大鏈輪2將動(dòng)力傳給小鏈輪2，與小鏈輪2在同軸4上的單銷撥盤分得動(dòng)力，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)完成對(duì)縱向送苗機(jī)構(gòu)的動(dòng)力傳送。 4.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算 查表可得各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)效率如下表： 表1 機(jī)械元件傳動(dòng)效率表 Table 1 Mechanical components transmission efficiency table 效率 鏈輪 帶 槽輪 軸承 齒輪 0.97 0.96 0.9 0.98 0.96 4.1.1 步進(jìn)電機(jī)的選擇 由于前面算出縱向送苗的功率為6.25W，且傳動(dòng)當(dāng)中會(huì)有功率的損耗，所以選擇57系列的57BYG250H步進(jìn)電機(jī)，與驅(qū)動(dòng)器相連，通過(guò)程序控制，來(lái)確定步進(jìn)電機(jī)的功率與轉(zhuǎn)速。確定步進(jìn)電機(jī)功率為40W，轉(zhuǎn)速n機(jī)=80r/min。 4.1.2 傳動(dòng)比確定 （1） 橫向送苗 根據(jù)第三章中公式（1）算出來(lái)的速度初選軸2轉(zhuǎn)速=15.17r/min，移栽機(jī)地輪轉(zhuǎn)速=20r/min，則橫向送苗的總傳動(dòng)比 橫向送苗的傳動(dòng)主要有鏈輪傳動(dòng)和槽輪傳動(dòng)，則分配傳動(dòng)比，。 （2） 縱向送苗 根據(jù)第三章公式（1）算出的速度初選軸5轉(zhuǎn)速=45.45r/min，由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速n機(jī)=80r/min，則縱向送苗的總傳動(dòng)比 縱向送苗的傳動(dòng)主要有齒輪傳動(dòng)、鏈輪傳動(dòng)、槽輪傳動(dòng)以及帶傳動(dòng)，則分配傳動(dòng)比為：，，，。 4.1.3 傳動(dòng)軸參數(shù)計(jì)算 （1）計(jì)算傳動(dòng)軸1、2、3、4、5的轉(zhuǎn)速 已知移栽機(jī)地輪的轉(zhuǎn)速=20r/min，=15.17r/min，=45.45r/min (2) （2）計(jì)算傳動(dòng)軸1、2、3、4、5的功率 (3) 4.2 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1 一級(jí)鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 此鏈傳動(dòng)用于送苗機(jī)構(gòu)與移栽機(jī)地輪的連接，垂直安裝。 （1）選擇鏈輪齒數(shù) 　　 鏈傳動(dòng)比： (4) 　　 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選小鏈輪齒數(shù)z1=25，大鏈輪齒數(shù)z2=iz1=1.31×25=31.75，取z2=31，z2<120，合適。 （2）確定計(jì)算功率 　　已知鏈傳動(dòng)工作平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[7]可選KM=1.1，=1.2， =1.22。 計(jì)算功率為 Pc=KMP=1.1×1.2×1.22×0.1kW=0.16kW (5) 初定中心距a0，取定鏈節(jié)數(shù)Lp，a0=(30~50)p，取a0=30p。 (6) 取Lp =90節(jié)(取偶數(shù))。 （3）確定鏈節(jié)距p 　　首先確定系數(shù)KZ，KL，KP。,由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[7]查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)KZ=1.34； 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得KL=1.09。選單排鏈，由表查得KP=1.0。所需傳遞的額定功率為 (7) 由查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇滾子鏈型號(hào)為06B，鏈節(jié)距p=9.525mm。 （4）確定鏈長(zhǎng)和中心距 計(jì)算鏈長(zhǎng) (8) 計(jì)算中心距 (9) 實(shí)際安裝中心距 a=295mm。 （5）求作用在軸上的力 計(jì)算鏈速 (10) 工作壓力。 工作平穩(wěn)，取壓軸力系數(shù)KQ=1.2。 軸上的壓力。 潤(rùn)滑方式采用油脂潤(rùn)滑[8]，滾子鏈型號(hào)06B，鏈輪齒數(shù)z1=25，z2=31，中心a=285mm壓軸力FQ=1500N。 （6）鏈輪的基本尺寸 ①小鏈輪1的尺寸 輪的基本尺寸為：p=9.525mm, z1=25, =6.35mm, =8.26mm，鏈輪采用整體式鋼制鏈輪，材料為45鋼，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)中有關(guān)鏈輪的計(jì)算公式，有 (11) 綜合上述計(jì)算結(jié)果可得：鏈輪分度圓直徑d為76mm，齒頂圓直徑damax取80mm，齒根圓直徑df為70mm，齒高h(yuǎn)amax為3mm，最大軸凸緣直徑dg為66mm，輪轂厚度h為14mm，輪轂長(zhǎng)度l為40mm，輪轂直徑damin為78mm。 ②大鏈輪1的尺寸 輪的基本尺寸為：p=9.525mm, z=31, =6.35mm, =8.26mm, 鏈輪采用整體式鋼制鏈輪，材料為45鋼。 根據(jù)小鏈輪1的計(jì)算公式可知：鏈輪的分度圓直徑為94mm，齒頂圓直徑取98mm，齒根圓直徑為88mm，齒高為2mm，最大軸凸緣直徑為84mm，輪轂厚度10mm，輪轂長(zhǎng)度30mm，輪轂直徑48mm。 4.2.2 二級(jí)鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) （1）選擇鏈輪齒數(shù)鏈傳動(dòng)比： 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[7]，選小鏈輪齒數(shù)z2=25。大鏈輪齒數(shù)z1= z2 /i=31.25，取z1=31。 （2）確定計(jì)算功率 已知鏈傳動(dòng)工作平穩(wěn)，電動(dòng)機(jī)拖動(dòng)，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選KM=1.1，=1.2,=1.22，計(jì)算功率為 = （3）初定中心距a0，取定鏈節(jié)數(shù)LP，a0=(30~50)p，取a0=30p。 　　　　 取Lp=90節(jié)。 （4）確定鏈節(jié)距p 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)KZ=1.34；由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得KL=1.09。 選單排鏈，由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查得KP=1.0。所需傳遞的額定功率為 由查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇滾子鏈型號(hào)為06B，鏈節(jié)距p=9.525mm。 （5）確定鏈長(zhǎng)和中心距 計(jì)算鏈長(zhǎng) 計(jì)算中心距 實(shí)際安裝中心距 a=295mm。 （6） 求作用在軸上的力 計(jì)算鏈速 工作拉力F=1000P/v=833N 工作平穩(wěn)，取壓軸力系數(shù)KQ=1.2 軸上的壓力FQ=KQ×F≈1000N 潤(rùn)滑方式采用油脂潤(rùn)滑，滾子鏈型號(hào)06B，鏈輪齒數(shù)z1=25，z2=31，中心a=295mm，壓軸力FQ=1000N。 （7）鏈輪的基本尺寸 ①小鏈輪2的尺寸 輪的基本尺寸為：p=9.525mm, z=25, =6.35mm, =8.26mm, 鏈輪采用整體式鋼制鏈輪，材料為45鋼， 根據(jù)前面一級(jí)鏈輪計(jì)算小鏈輪的方法計(jì)算以后可知：鏈輪的分度圓直徑為76mm，齒頂圓直徑取80mm，齒根圓直徑為70mm，齒高為3mm，最大軸凸緣直徑為66mm，輪轂厚度14mm，輪轂長(zhǎng)度22mm，輪轂直徑78mm。 ②大鏈輪2的尺寸 輪的基本尺寸為：p=9.525mm, z=31, =6.35mm, =8.26mm, 鏈輪采用整體式鋼制鏈輪，材料為45鋼，根據(jù)前面一級(jí)鏈輪計(jì)算小鏈輪的方法計(jì)算以后可知：鏈輪的分度圓直徑為94mm，齒頂圓直徑取98mm，齒根圓直徑為88mm，齒高為2mm，最大軸凸緣直徑為84mm，輪轂厚度10mm，輪轂長(zhǎng)度30mm，輪轂直徑48mm。 4.3 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 4.3.1 選擇齒輪類型，材料及齒數(shù) （1）按圖6所示的機(jī)構(gòu)圖，齒輪傳動(dòng)選擇用圓柱直齒輪傳動(dòng)。 （2）材料選擇：通過(guò)分析以后，小齒輪材料選擇用40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料選擇用45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，兩者的材料硬度差值為40HBS。 （3）為了滿足設(shè)計(jì)要求，以便達(dá)到精確的送苗，所以初選小齒輪齒數(shù)Z1=21，大齒輪齒Z2=2.23×33=46.83，取Z2=47。 4.3.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）試算小齒輪分度圓直徑，即 (12) 確定公式中的各參數(shù)數(shù)值：通過(guò)查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[7]，查的KHt=1.4；齒寬系數(shù)φd=0.63；區(qū)域系數(shù)ZH=2.5；彈性影響系數(shù)ZE=189.8MP；重合度系數(shù)Zε=0.873；小齒輪，大齒輪。 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 。 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) = (13) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 (14) 將上面的數(shù)據(jù)帶入式（13）中計(jì)算得： （2）調(diào)整小齒輪分度圓直徑 計(jì)算圓周速度 (15) 計(jì)算齒寬 (16) 計(jì)算載荷系數(shù)： 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[7]得：動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1；直齒輪齒間載荷分配系數(shù)KHα=1；使用系數(shù)KA=1.2；齒向分布系數(shù)KHβ=1， (17) 按照實(shí)際載荷系數(shù)算得分度圓直徑 (18) 及相應(yīng)的齒輪模數(shù) (19) 4.3.3 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）試算模數(shù)，即 (20) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[7]得：取齒形系數(shù)YFa1=4.42、YFa2=4.01；取修正系數(shù)Ysa1=1.54、Ysa2=1.69；取齒根彎曲疲勞極限為=311.1Mpa、=480.0Mpa；取彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1=1.38，KFN2=1.4；取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4；重合度系數(shù)Yε=0.688。 計(jì)算彎曲疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力 (21) (22) 計(jì)算大小齒輪進(jìn)行比較 (23) 大齒輪數(shù)值較大，所以取0.027。 計(jì)算模數(shù) (24) （2）調(diào)整齒輪模數(shù) 計(jì)算圓周速度v 計(jì)算齒寬b 計(jì)算寬高比 計(jì)算載荷系數(shù)： 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[7]得：動(dòng)載荷系數(shù)Kv=1；直齒輪齒間載荷分配系數(shù)KFα=1；使用系數(shù)KA=1.2；齒向分布系數(shù)KFβ=1。 按照實(shí)際載荷系數(shù)算得分度圓模數(shù) 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，因此取由彎曲疲勞強(qiáng)度算得的模數(shù)1.94mm，進(jìn)行圓整為標(biāo)準(zhǔn)值m=2mm，按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d1=49.63mm，算出小齒輪齒數(shù)z1=d1/m=24.82。取z1=25，則大齒輪齒數(shù)z2=25x2=50，兩齒輪齒數(shù)互為質(zhì)數(shù)。 4.3.4 幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑d1和d2： (25) 取d1=50mm；d2=100mm （2）計(jì)算中心距： (26) 取=75mm （3）計(jì)算齒輪寬度b： 取, 4.3.5齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)前面的計(jì)算公式計(jì)算出： KH=1.91，T1=6858N.mm，d1=48.5mm，u=3.2，ZH=1.56，ZE=189.8MPa，Zε=0.91。將它們帶入下式（28）中，得到 (27) 齒面接觸疲勞強(qiáng)度滿足要求，并且齒面接觸應(yīng)力比標(biāo)準(zhǔn)齒輪有所下降。 4.3.6 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 根據(jù)前面的計(jì)算公式計(jì)算出： KF=1.85，T1=6858N.mm，YFa1=1.89，YSa1=1.85，YFa2=1.76，YSa2=1.93，Yε=0.74，m=1.5mm，z1=33，d1=48.5mm，u=3.2,ZH=1.56,ZE=189.8MPa,Zε=0.91。將它們帶入下式（29）中，得到 (28) 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度滿足要求，并且小齒輪抵抗彎曲疲勞破壞的能力大于大齒輪。 4.4 傳動(dòng)軸設(shè)計(jì) 4.4.1 軸1設(shè)計(jì) （1）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 軸1采用材料為40Cr,A0取100，根據(jù)公式 (29) 可得，≥18.42mm ，根據(jù)軸的強(qiáng)度要求，則取=20mm,根據(jù)裝配的要求，軸端倒角為2×45°,各軸間處倒角半徑為R1.5。 根據(jù)軸承支架，鏈輪和槽輪撥盤之間的裝配關(guān)系，可以確定軸的各段的長(zhǎng)度和直徑，即：=31mm，=20mm；=89mm，=24mm；=400mm，=32mm；=155mm，=28mm；=44mm，=24mm；=31mm，=20mm。 圖7 軸1的結(jié)構(gòu)圖 Fig 7 Shaft 1 structure （2）軸上零件定位 大鏈輪1要固定在軸1的段上面，其周向定位采用普通C型平鍵來(lái)連接，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知選用鍵的各尺寸為，大鏈輪在軸向的定位,其中一端采用軸端定位，另一端采用擋圈定位，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知選用擋圈的各尺寸d為25.9mm、b為3.6mm、s為1.2mm、d1為2mm，大鏈輪與軸的配合為。三銷撥盤要固定在軸以的段上面，周向定位也采用平鍵連接，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知選用鍵的各尺寸為，槽輪在軸向的定位,一端采用軸端定位，另一端采用擋圈定位，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知選用擋圈的各尺寸d為22.2mm、b為3.32mm、s為1.2mm、d1為2mm，槽輪與軸的配合為。軸承固定在軸、段，選用外球面球軸承固定支承，軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，外球面球軸承的各尺寸分別為d=20mm,D=47mm,B=31mm,其中軸承在軸、段周向定位采用過(guò)度配合保證，選軸的直徑尺寸公差m6，以上配合都選用7級(jí)精度標(biāo)準(zhǔn)。 （3）按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖8所示。已知軸用外球面支承，其中點(diǎn)長(zhǎng)度為15.5mm.A為軸承，B為鏈輪，C為槽輪，D為軸承。 根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖做出軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖8所示，B截面為軸的危險(xiǎn)截面， 計(jì)算鏈輪和槽輪分別對(duì)軸的作用力。 ①計(jì)算鏈條作用在軸上的力，鏈條是垂直放置的。 已知鏈輪的分度圓直徑為mm，則 (30) 的值根據(jù)傳動(dòng)鏈的布置及負(fù)荷類型從下表2中可以選定： 表2 鏈傳動(dòng)系數(shù)取值表 Table 2 Chain transmission coefficient table 傾斜角 水平或40°以內(nèi) 垂直或大于40° 1.15 1.05 計(jì)算鏈輪軸上的作用力 (31) 計(jì)算鏈輪軸受垂直力 (32) ②計(jì)算撥盤作用在軸上的力，撥盤作用在軸上的力最大時(shí)，角度為15°。則 (33) 撥盤對(duì)軸的徑向力為 (34) 1)計(jì)算軸承的反作用力 ①水平反作用力,。由平衡條件： (35) 解得： ②垂直反作用力,。由平衡條件： (36) 解得： 2）合成彎矩 (37) (38) (39) (40) (41) (42) 圖8 軸的載