1G-160型旋耕滅茬機(jī)中央傳動裝置設(shè)計(與側(cè)邊傳動裝置配套),160,型旋耕,滅茬,中央,傳動,裝置,設(shè)計,側(cè)邊,配套 旋耕滅茬機(jī)中央傳動裝置設(shè)計說明書 目　錄 前言……………………………………………………………………………………1 1 方案的擬定……………………………………………………………………… 3 1.1 設(shè)計參數(shù)要求……………………………………………………………………3 1.2 方案的選擇………………………………………………………………………3 1．3 方案對比分析……………………………………………………………………5 2 運動計算…………………………………………………………………………6 3 動力計算…………………………………………………………………………7 3.1 各傳動副效率……………………………………………………………………7 3．2 動力分配…………………………………………………………………………7 4 軸的計算 …………………………………………………………………………10 4．1選擇軸的材料及熱處理………………………………………………………10 4.2 初估軸徑………………………………………………………………………10 4.3結(jié)構(gòu)設(shè)計…………………………………………………………………………10 4．4 軸的受力分析…………………………………………………………………11 4．5判斷危險斷面…………………………………………………………………14 4．6軸的彎矩合成強(qiáng)度校核………………………………………………………14 4.7 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核 …………………………………………………15 5 軸承壽命計算…………………………………………………………………… 18 5.1 求軸承上，承受徑向載荷………………………………………………………18 5.2 計算派生軸向力……………………………………………………………… 18 5.3計算軸承所受力的載荷…………………………………………………………18 5.4計算當(dāng)量動負(fù)荷…………………………………………………………………18 5.5 計算軸承壽命…………………………………………………………………20 結(jié)論 ……………………………………………………………………………… 21 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………… 22 附錄……………………………………………………………………………………24 前 言 旋耕機(jī)在當(dāng)代無論國內(nèi)外都是不可缺少的農(nóng)用機(jī)械,它在農(nóng)業(yè)上也算是先進(jìn)生產(chǎn)工具. 南稻北移，種植面積迅速擴(kuò)大，不僅刺激了旋耕機(jī)的市場需求，而且其市場需求結(jié)構(gòu)亦向大型高效方向發(fā)展。 由拖拉機(jī)動力輸出軸驅(qū)動工作部件而加工土壤實施作業(yè)的耕作機(jī)械統(tǒng)稱為驅(qū)動型耕作機(jī)械，由于它比牽引型耕作機(jī)械具有更多的優(yōu)點，因而在國內(nèi)外已發(fā)展成為農(nóng)業(yè)機(jī)械的一個重要門類。在我國，目前的驅(qū)動型耕作機(jī)械產(chǎn)品有旋耕機(jī)及復(fù)式作業(yè)機(jī)、驅(qū)動式圓盤犁、耕耙犁、水田驅(qū)動耙、立式轉(zhuǎn)齒耙等，但產(chǎn)量比較大的主要是旋耕機(jī)。目前，批量生產(chǎn)和推廣使用的2．2～74．6kW手扶拖拉機(jī)和乘坐式拖拉機(jī)配套旋耕機(jī)三大系列145種產(chǎn)品，系80年代末的更新?lián)Q代產(chǎn)品。90年代以來，國內(nèi)又研制了一批旋耕復(fù)式作業(yè)機(jī)具新產(chǎn)品，逐步投放市場。目前，國內(nèi)大中拖配套旋耕機(jī)保有量約15萬臺，手拖和小四輪配套旋耕機(jī)約200萬臺。旋耕機(jī)在南方水稻生產(chǎn)機(jī)械化應(yīng)用中已占80％比例，北方的水稻生產(chǎn)、 蔬菜種植和旱地滅茬整地也廣泛采用了旋耕機(jī)械。 南稻北移，種植面積迅速增加，擴(kuò)大了對旋耕機(jī)械的市場需求。水稻是高產(chǎn)作物，種植水稻有較高的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，在我國北方實施種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大力推行旱改水，擴(kuò)大水稻種植面積。由于農(nóng)作物的結(jié)構(gòu)調(diào)整，相應(yīng)的農(nóng)機(jī)裝備結(jié)構(gòu)正在發(fā)生變化，迫切需要從技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上合理配備適應(yīng)水旱田作業(yè)的拖拉機(jī)及配套農(nóng)機(jī)具。黑龍江墾區(qū)原以旱田種植麥豆為主，并以傳統(tǒng)的旱地鏵式犁與其配套的圓盤耙、平地機(jī)、耢地機(jī)等作為耕整地機(jī)具。1993年，擁有旋耕機(jī)僅1631臺，而當(dāng)年水稻種植面積為1500萬畝，顯然不適應(yīng)水稻生產(chǎn)的發(fā)展。近10年來，黑龍江墾區(qū)大量購進(jìn)手扶拖拉機(jī)和上海50等中型輪式拖拉機(jī)及配套的旋耕機(jī)，除購進(jìn)外省區(qū)產(chǎn)品外，本省本系統(tǒng)就地生產(chǎn)也發(fā)展迅速。 農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、集約化、規(guī)模化經(jīng)營需要大型高效旋耕機(jī)械。隨著我國農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和適度規(guī)模經(jīng)營的發(fā)展，對大中型農(nóng)業(yè)機(jī)械的市場需求也日漸增大。不僅是農(nóng)墾系統(tǒng)國營農(nóng)場，而且鄉(xiāng)村農(nóng)機(jī)服務(wù)站以及個體的農(nóng)機(jī)專業(yè)戶，也需要更新和添置大中型農(nóng)業(yè)機(jī)械。對黑龍江墾區(qū)的調(diào)查表明，近年大量購置的水田耕整地機(jī)械已由中小功率拖拉機(jī)旋耕機(jī)組變化為鐵牛654和LF80—904W D等大中功率輪式拖拉機(jī)及配套旋耕機(jī)。農(nóng)機(jī)專業(yè)戶使用這些大中型機(jī)械從事機(jī)耕服務(wù)，一般1～2年可回收本金，有誘人的經(jīng)濟(jì)效益。 根據(jù)生產(chǎn)需要. 目前的驅(qū)動型耕作機(jī)械產(chǎn)品有旋耕機(jī)及復(fù)式作業(yè)機(jī)、驅(qū)動式圓盤犁、耕耙犁、水田驅(qū)動耙、立式轉(zhuǎn)齒耙等，但產(chǎn)量比較大的主要是旋耕機(jī)。 主要研究旋耕機(jī)的主要內(nèi)容： (a)參與總體方案設(shè)計，繪制滅茬機(jī)工作總圖,設(shè)計左右支臂、第二動力軸及有關(guān)軸承座等。 (b)拖拉機(jī)佩帶旋耕機(jī)滅茬機(jī)作業(yè),使用1~3檔前進(jìn)速度,其中:旋耕機(jī),滅茬時使用1~2檔,時使用3檔; (c)刀棍轉(zhuǎn)速:正轉(zhuǎn) :200r/min左右(旋耕) 400~500r/min(破垡) 反轉(zhuǎn) :200r/min左右(埋青 滅茬) (d)最大設(shè)計耕深14cm; 根據(jù)同類旋耕機(jī)類比,設(shè)計寬幅為1.6~1.7m. 本課題擬解決的問題: (a)通過改進(jìn)設(shè)計，增加刀輥軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。在工作時，通過適當(dāng)?shù)牟鹦逗透难b，就可實現(xiàn)不同功能的作業(yè)，以達(dá)到一機(jī)多能的目的。 (b)本課題的實現(xiàn)解決了現(xiàn)有旋耕機(jī)只能旋耕不能滅茬而滅茬機(jī)又只能滅茬不能旋耕的問題。 (c)要求旋耕、滅茬作業(yè)能覆蓋拖拉機(jī)輪轍，當(dāng)幅寬小于拖拉機(jī)輪距外緣時，可采用偏配置。 (d)要求結(jié)構(gòu)簡單可靠，保證各項性能指標(biāo)。 (e)設(shè)計時考慮加工工藝性和裝配工藝性，盡量使用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件，以降低制造成本。 預(yù)期成果: 因具備多功能等特點，投入生產(chǎn)后能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。 1 方案的擬定 旋耕滅薦機(jī)狀態(tài)動力為36.75KW(50馬力). 動力由拖拉機(jī)動力輸出，軸徑一對圓錐齒輪和側(cè)邊圓柱齒輪帶動。 設(shè)計的旋耕滅薦方案滿足如下性能、性質(zhì)要求： 1.1 設(shè)計參數(shù)要求 a刀軸轉(zhuǎn)速的要求 b設(shè)計耕深 14cm c工作幅寬 1.6m d技術(shù) 1~4 1.2 方案的選擇 為了使設(shè)計的施耕機(jī)既能滿足多項指標(biāo)又能結(jié)構(gòu)合理，造價低，在市場上具有一定的先進(jìn)性為此擬定二套方案對此進(jìn)行分析 1.2.1方案1 圖1- 1第一方案示意圖 動力由拖拉機(jī)動力輸出軸徑對圓錐齒和一組四級齒輪帶動刀軸旋耕，此種方案的工作特色： 最后一級動力，由中間齒輪傳動，兩邊由側(cè)板支撐（對稱性較好，剛性高，強(qiáng)度高）高低檔轉(zhuǎn)速通過撥擋實現(xiàn)，正反轉(zhuǎn)通過調(diào)正大齒輪的拆卸來實現(xiàn)（見圖1-1、圖1-2） 圖1-2第一方案示意圖 1.2.2 方案2 圖1-3第二方案示意圖 圖1-4第二方案示意圖 動力從拖拉機(jī)輸出軸輸出，經(jīng)一對圓錐齒輪和一組圓柱齒輪傳動帶動刀軸施耕，此種方案的特點是前后一級傳動導(dǎo)用側(cè)邊齒輪，正反轉(zhuǎn)的實現(xiàn)通過調(diào)整圓錐齒輪，高低速的實現(xiàn)通過對調(diào)側(cè)齒輪箱的方向，圖1-3為正轉(zhuǎn)，圖1-4為反轉(zhuǎn)。 1.3 方案對比分析 方案1、兩端平衡，受力勻稱，剛性好，但在中間齒輪的底下出現(xiàn)漏耕土壤，需分改工作部件以耕除漏我愛美女撥擋變速，操作較好方便，但結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，造價高。 方案2、采用側(cè)邊傳動，平衡性較差，一般用偏置，剛性較差，但正需要加漏耕裝置，結(jié)構(gòu)簡單，通過拆下側(cè)邊齒輪，然后調(diào)頭安裝以達(dá)到變速的目的，簡單，操作不是很方便，不象交通工具，不易變換和調(diào)向。 農(nóng)機(jī)機(jī)械的使用常常一季節(jié)只使用一個作業(yè)項目，不需要經(jīng)常拆裝，2比1結(jié)構(gòu)簡單，所以方案2更切合實際的需要，所以方案2為選用方案。 2 運動計算 其中Z3采用較小的齒數(shù)，為了減小側(cè)齒輪外徑尺寸，以盡可能增加齒刀的耕作深度。 惰輪齒數(shù)Z4、Z5的齒數(shù)，待總體結(jié)構(gòu)尺寸確定后再定和任務(wù)書要求，按照方案2的傳動路線，故萬向節(jié)計算傳動比，分配和各軸的軌跡，故參數(shù)分別列表表1-1~表1-2 表1-1旋耕萬向節(jié)計算傳動比分配和各軸的軌跡參數(shù)列表 軸次 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 Ⅳ軸 Ⅴ軸 齒數(shù) Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 14 30 15 暫不定 暫不定 22 傳動比 2.14 147 總傳動比 3.15 轉(zhuǎn)速r/min 734 343 233 表1-2滅茬萬向節(jié)計算傳動比分配和各軸的軌跡參數(shù)列表 軸次 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 Ⅳ軸 Ⅴ軸 齒數(shù) Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 14 30 22 暫不定 暫不定 15 傳動比 2.14 0.68 總傳動比 1.46 轉(zhuǎn)速r/min 734 343 504 3 動力計算 旋耕滅茬機(jī)在動轉(zhuǎn)、旋耕和反轉(zhuǎn)滅茬時，消耗功率最大，而在水田作業(yè)和存垡作業(yè)時消耗的功率較小，也就是說，設(shè)在低速檔作業(yè)時，消耗的功能較大，在高速當(dāng)時，消耗的功率較小，因此，動力計算只需要對低速傳動進(jìn)行計算，選表1-1和表1-2都是低速運動路線傳動比一樣，不同的只是方向相反，故我只按其中一種情況進(jìn)行計算 3.1 各傳動副效率 圓錐齒輪傳動 η1=0.96 圓柱齒輪 η2=0.96 滾柱軸承 η3=0.98 球軸承 η4=0.99 萬向節(jié) η5=0.96 3.2 動力分配 3.2.1拖拉機(jī)動力輸出軸的額定輸出功率 根據(jù)有關(guān)資料和經(jīng)驗估算，其額定輸出功率為： P額=0.8 N發(fā)=29.4KW n=734r/min 3.2.2第一軸及小錐齒輪Z動率，轉(zhuǎn)速和扭矩 P1=40× 0.98×0.96=27.66KW n1=734 r/min T1=9.55×106 (3-1) PZ1= (3-2) nZ1=734r/min TZ1= (3-3) 3.2.3大錐齒輪Z2的功率軌跡的扭矩為 Pz2=Pz1· (3-4) nz2= (3-5) TZ2= (3-6) 3.2.4第二軸功率軌跡和扭矩為 pⅡ=PZ2 (3-7) nⅡ=nZ2=343r/min TⅡ=9.55 3.2.5第二軸Z3齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩為 PZ3= pⅡ=26.02KW (3-8) nZ3=nⅡ=343r/min TZ3=TⅡ=7.24×106 Nmm 3.2.6第Ⅲ軸Z4齒輪功率 PZ4= (3-9) 3.2.7第Ⅲ軸（隨輪軸）不傳遞扭矩，故不校核 3.2.8第Ⅳ軸Z5齒輪功率 PZ5=PZ4 (3-10) 3.2.9第Ⅳ軸（隨輪軸）不傳遞扭矩，故不校核 3.2.10刀軸Z6齒輪功率、轉(zhuǎn)速和扭矩 PZ6=P Z5 (3-11) (3-12) (3-13) 3.2.11刀軸功率，轉(zhuǎn)速和扭矩 T 表3-1刀軸功率,轉(zhuǎn)速和扭矩 軸次 動力 Ⅰ軸 Ⅱ軸 Ⅲ軸 Ⅳ軸 刀軸 輸出軸 軸 Z1 軸 Z2 Z3 軸 Z4 軸 Z5 軸 Z6 P功率（KW） 29-4 27.66 27.1 26.02 26.55 26.02 2498 23.98 22.79 22.79 N轉(zhuǎn)速（r/min） 734 734 734 343 343 343 233 233 T扭矩(Nmn） 3.6×105 3.53×105 7.24×105 7.39×105 7.24×105 7.5×105 9.5×105 4 軸的計算 4.1 選擇軸的材料及熱處理 由于旋耕機(jī)傳遞的功率不大，尺寸也無特殊要求，故選擇常用材料45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，由①表10-1可得此石度為217~255HBS、=650MPa、 MPa、MPa、 []b=215 MPa、[]b=60 MPa =100MPa 4.2 初估軸徑 按扭矩初估軸的直徑，查《機(jī)械設(shè)計》表10-2得，C=106~117，考慮到安裝齒輪的軸段受扭矩和力的作用取C=117cm dmin= (4-1) 4.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.3.1各軸段直徑的確定 初估軸徑后，就可按軸上零件的安裝順序，從dmin處開始逐段確定直徑，軸段③與大錐齒輪配合，故取d3=50min，軸段④為軸防止大錐齒輪軸向竄動，由①表10-3中公式計算得軸肩高度h=2.8~4mm，故軸徑④的直徑d4=58mm,軸段⑤上安裝軸承又應(yīng)符合軸承內(nèi)徑系列，即軸段⑤的直徑應(yīng)與軸承型號的選擇同時進(jìn)行，現(xiàn)暫取軸承型號為3210，其內(nèi)徑為50mm，故軸段⑤的直徑d5=50mm，通常同一根軸上的兩個軸承取相型號，故軸段⑦的直徑d7=50mm,軸段⑥不需安裝傳動部件，為了裝軸承故比軸段也略小，故d6=49㎜ 軸段⑧安裝齒輪，為了軸加工時方便、快捷，故d8=50㎜ 軸段①與軸段⑩為了軸承齒輪軸向固定，受力很小故軸段①與軸段⑩的直徑不大，取d1=d10=39㎜，軸段②與軸段⑨為退刀槽。 4.3.2各軸段長度的確定 軸段③的和長度比大錐齒輪短些，已知齒寬為40㎜故L8=39.5㎜ 其余按結(jié)構(gòu)需要L1=13.5㎜ L2=3㎜ L5=54㎜ L6=554㎜ L7=36㎜ L9=3㎜ L10=13.5㎜ 4.4 軸的受力分析 4.4.1畫受力圖 圖4-1第一軸的受力分析圖 4.4.2 計算支承反力 大錐齒輪： 已知Tz1=3.53×105N㎜　　d1=MZ1=6×14=84㎜ 求Ft2 Fr2 Fa2 由7-19 P123 dm1=（1－0.5R）d1=（1－0.5×0.33）×84=71.4㎜ Ft1= (4-2) Fr1=Fr1,cos (4-3) Fa1=Fr1’sin (4-4) 圓柱齒輪 ： T3=7.42×105N. ㎜　　 求F Fr3 由①式7-6 P101 水平面R1H= (4-5) R2H= 在垂直面 R1V= R2V= 4.4.3 畫彎矩圖 在水平面上 （4-6） （4-7） （4-8） 在垂直平面上 （4-9） （4-10） 合成彎矩 4.4.4 畫轉(zhuǎn)矩圖 轉(zhuǎn)矩 由表10-1 P182取 4.4.5 當(dāng)量彎矩Me 4.5 判斷危險剖面 由上述計算結(jié)果，在2截面的合成彎矩最大，扭矩為T，該截面可能是 截面。 4.6 軸的彎矩合成強(qiáng)度校核 由表10-1P182查得 4.6.1 （4-11） 4.7 軸的疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)校核： 由表10-1P182查得 τ-1=155MPa　　　 由附表10-1查得Kτ=1 Kτ=1.63由附表10-4查得絕對尺寸系數(shù)軸經(jīng)磨削加工，由附表10-5查得表面質(zhì)量系數(shù)則 彎曲應(yīng)力 應(yīng)力幅 平均應(yīng)力 切應(yīng)力 安全系數(shù) （4-12） 軸的設(shè)計參數(shù)匯總于表4-1 表4-1軸的設(shè)計參數(shù) 名稱 代號 公式及依據(jù) 計算值 單位 材料 45 表面硬度 HRC ② P7-2手冊7.1-1 217~255 抗拉強(qiáng)度極限 ② P7-2手冊7.1-1 637 MPa 對稱循環(huán)時彎曲疲勞強(qiáng)度極限 ②P7-2手冊7.1-1 268 MPa 對稱循環(huán)時扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度極限 ②P7-2手冊7.1-1 155 MPa 平均應(yīng)力 0 應(yīng)力幅度 49.8 MPa 49.8 MPa 切應(yīng)力 21.98 MPa 抗彎截面系數(shù) W W扭/2② 10445.89 mm2 拉扭扭截面系數(shù) WT 20891.78 mm2 花鍵外徑 D ②P7-18手冊7.1-23 50 mm 花鍵內(nèi)徑 d P7-18手冊7.1-23 46 mm 花鍵齒數(shù) z ②P7-18手冊7.1-23 8 鍵寬 b ②P7-18手冊7.1-23 9 敏性系數(shù) ②P7-15手冊7.1-19 0.3 ②P7-15手冊7.1-19 0.21 表面質(zhì)量系數(shù) ②=× 1.8 表面光潔度質(zhì)量系數(shù) ②P7-14手冊7.1-14 0.90 強(qiáng)化表面質(zhì)量系數(shù) ②P7-14手冊7.1-15 3 配合件邊緣的有效應(yīng)力集中系數(shù) 1.25 2.14 扭轉(zhuǎn)安全系數(shù) 6.28 彎曲安全系數(shù) 4.82 安全系數(shù) S 3.83 最小許用安全系數(shù) S1 1.3 S2 1.4 S3 1.5 疲勞許用安全系數(shù) [S] S1 *S2 *S3 2. 73 查①表P193 10-6得許用安全系數(shù)[S]=1.3~1.5,顯然S>[S]故此截面安全。 5 軸承壽命計算 根據(jù)（1）《機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計》、（2）《機(jī)械設(shè)計》。 已知軸承轉(zhuǎn)速軸上的軸向載荷 方向指向軸承2，工作時有較大沖擊，環(huán)境濕度125℃軸承違背安裝32010型軸承，可查表8-14P262 5.1求軸承上，承受徑向載荷 （5-1） （5-2） 5.2 計算派生軸向力 對36210型軸承查（2）表11-9 P233有 Y值是對應(yīng)（2）表11-7 P232中FA/FR>e時的值 5.3 計算軸承所受力的載荷 由(2)式F-12 P234 故軸承<1有被“壓緊”趨勢，軸承＜有被“放松”趨勢，千是 FA1=Fa+S2=5455.43N FA2=S2=2359.16N 5.4 計算當(dāng)量動負(fù)荷 查《機(jī)械設(shè)計》表11-7 P232 30000軸承判別系數(shù)e=0.32,故FA1/FR2=5455.43/11263.92=0.48>e FA2/FR2=2359.96/8967.83=0.3

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