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第一章 緒論 2
第二章 排種器的工作原理及結(jié)構(gòu)的設(shè)計 4
2.1 排種器的工作結(jié)構(gòu)原理分析及其特點 4
2.1.1 排種器的結(jié)構(gòu)分析 4
2.1.2 排種器的工作原理分析 5
2.1.3 垂直式圓盤花生排種器的特點 5
2.2 排種器的模型設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計 7
2.2.1 花生排種器的模型建立 9
2.2.2 排種輪的參數(shù)設(shè)計 10
2.2.3 協(xié)助攪動板結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計 12
第三章 輸入軸的設(shè)計 13
3.1 輸入軸的材料的選擇 13
3.2 輸入軸的參數(shù)設(shè)計 15
3.2.1 初步選擇軸的材料 15
3.2.2 求輸入軸上的功率P2，轉(zhuǎn)矩T2 15
3.2.3 初步確定軸的最小直徑 16
3.3 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 16
3.3.1 初步確認(rèn)軸上各零件的裝配方案 16
3.3.2 確定軸上各段具體參數(shù) 17
3.4 軸的受力分析與校核 18
3.4.1 輸入軸的受力分析 18
3.4.2 輸入軸及軸承的校核 19
總結(jié)與致謝 22
本次課題總結(jié) 22
致謝 23
參考文獻(xiàn) 24
第一章 緒論
我們都知道中國是四大文明古國之一，自古以來就是作為農(nóng)業(yè)大國而聞名于世界，其中花生屬于我國的四大油料作物之一，對于我們來說花生既是一種十分重要的經(jīng)濟行作物，同樣也是一種營養(yǎng)價值相對很高很高的蛋白類植物，它有著豐富的產(chǎn)量以及價值，使得這一農(nóng)作物在世界范圍內(nèi)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中都一直有著一個及其重要的位置。在我國的范圍內(nèi)，花生這一個品種的種植面積大約占了世界范圍內(nèi)花生的種植總面積的 2百分之二十以上，這個數(shù)量僅次于同為四大文明古國之一的印度，其中印度的產(chǎn)量之高，目前而言居于世界的花生產(chǎn)量的首位，比例約占世界總產(chǎn)量的百分之三十五以上。國內(nèi)而言，目前，除了西藏自治區(qū)以外，我們國家的其他數(shù)幾十個省區(qū)都有一定量的花生面積的種植，其中的山東、廣東、河南等幾個省區(qū)數(shù)量較多，范圍較廣。目前隨著當(dāng)代的農(nóng)業(yè)科技的飛速進(jìn)步，現(xiàn)今的花生已經(jīng)朝向優(yōu)良化、機械化以及地域化的這些特色種植方向而發(fā)展。除此以外，我國花生的大部分產(chǎn)區(qū)基本上已經(jīng)屬于一個高產(chǎn)區(qū)，我國的產(chǎn)量已經(jīng)是世界上花生的平均產(chǎn)量的約2～3倍，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到了世界的前列。所以，就現(xiàn)在而言，目前我國的種植花生已經(jīng)完全成為了一種我國在世界范圍內(nèi)的最具國與國之間競爭力的一種優(yōu)質(zhì)的油料農(nóng)作物，同時這也成為了農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)化調(diào)整以及產(chǎn)業(yè)中國家重點支持與關(guān)注的重要方向與內(nèi)容。但是，我國的實際情況是：花生的批量播種機械化目前依然處在一個相對較低的水平，特別是對于當(dāng)今廣東花生的大部分產(chǎn)區(qū)的機械化農(nóng)作物的播種比例相對其他國家而言更低，許久以來，我國的花生等農(nóng)作物的播種基本上都是靠人工播種來完成的，這一因素成為了制約我國廣東省農(nóng)業(yè)機械化設(shè)備飛速發(fā)展的一項很關(guān)鍵的方面。就整個過程而言，播種過程和收獲過程是花生在其整個生產(chǎn)過程中最耗時以及最耗工的兩個環(huán)節(jié)，而當(dāng)今現(xiàn)一階段的比較重要的問題是花生這一農(nóng)作物播種的機械品種暫時還比較少，并且機器的性能和質(zhì)量目前并不能完全滿足我們生產(chǎn)者的要求。其中特別是播種屬于花生在整個生產(chǎn)中機器重要的環(huán)節(jié)，當(dāng)今這一階段特別是缺少一類對種植花生的產(chǎn)區(qū)的具有一種普遍通用性的、性能良好穩(wěn)定的播種機械。另外，當(dāng)今我國的花生播種這一方向的機械化水平不管是同其他同類別的主要糧食作物（如大麥，水稻）比，還是與世界上其他一些發(fā)達(dá)國家的水平相比，都處于一個較低的層次。所以無論從哪方面來說，我國的機械化設(shè)備都需要大力發(fā)展一種適用并且高水平的花生播種機械，這一個任務(wù)將會變得越來越急迫。播種質(zhì)量在很大程度上決定花生的產(chǎn)量，而作為播種機核心部件的排種器是主導(dǎo)花生播種機播種質(zhì)量的關(guān)鍵。目前花生的排種器大部分的地區(qū)都采用一種內(nèi)充式垂直圓盤排種器，這類排種器他將會創(chuàng)造性地運用了目前這種內(nèi)側(cè)充種的新型充種理論這一原理。并且這類內(nèi)充式的垂直圓盤排種器，它具有一個非常良好的充種性能，這一設(shè)備在工作時投種比較均勻，并且清種的定量比較準(zhǔn)確，并能適應(yīng)一定量不同的速度范圍：比如常速以及高速或者變速運作。目前而言相當(dāng)一部分的國內(nèi)外專家在不同的條件下對這類內(nèi)充式圓盤類排種器進(jìn)行了一定規(guī)模的的研究，同時也取得了一些很不錯的成果。但是對于在實際的應(yīng)用中，當(dāng)我們所使用的花生的種子粒徑大小尺寸或者形狀差異較大的時候，這時候播種就會出現(xiàn)空穴、高漏播率等現(xiàn)象。另外還有比如花生待播的種子在整個排種的過程中，由于其中的護(hù)種板尺寸比較長和以及開出的型孔與結(jié)構(gòu)不夠合理，這樣就會使得整個排種的過程中，播種的種子會受到一定量的摩擦，這樣就是使得種子的損傷，并且這樣的破壞還會影響到種子出芽成功率，使得播種不能達(dá)到農(nóng)民的要求，造成經(jīng)濟損失。本文綜和各種不同的問題，研制出來這一種簡易的圓盤排種器，并對這種排種器里面的關(guān)鍵部件進(jìn)行了一定的研究。
第二章 排種器的工作原理及結(jié)構(gòu)的設(shè)計
2.1 排種器的工作結(jié)構(gòu)原理分析及其特點
下面介紹本文設(shè)計的這種花生排種器的結(jié)構(gòu)及其工作的基本原理，此為一種內(nèi)充式的帶有一個垂直圓盤的花生排種器。
2.1.1 排種器的結(jié)構(gòu)分析
這種排種器主要由以下一些零部件組成：排種輪、輸入軸、排種器殼體（外殼）、協(xié)助攪動板、進(jìn)料倉等零件組成，其中單個的排種盤具體結(jié)構(gòu)的簡圖如圖 2-1 所示。
1.排種輪；2.輸入軸；3.排種器外殼；4.協(xié)助攪動板；5.進(jìn)料倉；6.滾動軸承
圖2-1 排種器的結(jié)構(gòu)簡圖
這種簡易花生排種器使用的是一種復(fù)式型孔的結(jié)構(gòu)，并且采用了內(nèi)側(cè)充種的原理，這種簡易花生排種器有著一個十分良好的、適應(yīng)性較強的充種性能，并且清種的定量比較準(zhǔn)確，實踐中花生的投種也比較均勻，同時還能同時適應(yīng)一定的速度范圍，其中包括常速和變速及高速的作業(yè)工況。其中主要結(jié)構(gòu)包括有：1.排種輪；2.輸入軸；3.排種器外殼；4.協(xié)助攪動板；5.進(jìn)料倉；6.滾動軸承。
2.1.2 排種器的工作原理分析
這種帶有一個垂直圓盤的花生排種器中，各種結(jié)構(gòu)的主要工作原理為：1 排種器的構(gòu)造中，其中排種盤分布在這個花生排種器的內(nèi)腔，并且正常工況下排種輪在地輪的同步帶動下勻速轉(zhuǎn)動，當(dāng)排種輪按照預(yù)期設(shè)置的速度每轉(zhuǎn)動一圈就等于是完成了一個完整的排種周期，其整個的工作周期及其轉(zhuǎn)動過程如圖 2-2 所示。這種帶有一個垂直圓盤的花生排種器的排種過程大致可以分為以下幾個階段：充種、護(hù)種、清種以及投種四個主要階段。其中預(yù)先準(zhǔn)備好的的種子從進(jìn)料倉中流入該花生排種器的內(nèi)腔當(dāng)中，然后伴隨著這種排種輪的勻速地緩慢地轉(zhuǎn)動，這樣花生排種器中，其內(nèi)腔中已經(jīng)填滿的種子均會在旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力以及花生自身的重力的同時雙雙作用下，首先進(jìn)入到花生排種盤上的這種復(fù)式型孔外部的一層外孔當(dāng)中去，并隨著旋轉(zhuǎn)的進(jìn)行，花生種子便會逐漸的進(jìn)入到旋轉(zhuǎn)筒的復(fù)式型孔中的內(nèi)孔當(dāng)中。最終原本停留在復(fù)式型孔中的內(nèi)孔中的花生種子將會在協(xié)助攪動板的預(yù)期保護(hù)下依次逐步進(jìn)入到投種區(qū)當(dāng)中，從而在花生自身的重力和旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的雙重作用下完成整個花生種子的投種。
圖2-2 圓盤式花生排種器的工作原理圖
2.1.3 垂直式圓盤花生排種器的特點
這種垂直式圓盤花生排種器主要結(jié)構(gòu)由排種輪、輸入軸、排種器外殼、協(xié)助攪動板、進(jìn)料倉、滾動軸承等組成。工作時種子靠重力與離心力進(jìn)行充種，隨著排種盤轉(zhuǎn)動進(jìn)入充種區(qū)，較大型孔內(nèi)的種子靠自重滑下，進(jìn)入內(nèi)窩小孔的單粒種子在擋種環(huán)作用下被送至投種區(qū)，最后種子在離心力與重力作用下沿投種口方向投出。
特點：這種圓盤式的花生排種器中的各項性能指標(biāo)都會慢慢地隨著施工者在播種的過程中播種的作業(yè)速度的提高而發(fā)生變化，但是變化的程度比較小，比較利于實際的手工操作；另外，這種排種器比較適用于播種者進(jìn)行不同速度范圍的播種，其中包括高速和低速的播種情形。另外，因為我們這種花生排種器近似屬于一種零速度的投種，所以最終滾出我的種子一般都能穩(wěn)定地落到地表。該機器主要是讓花生種子借助自身的重力來進(jìn)行清種，這樣還能夠使得花生種子的破損率達(dá)到一個較低的值。
另外，這種圓盤式的花生排種器在實際過程中是不需要專門的清種機構(gòu)的，可以自我完成清種，這樣就可以避免一些作業(yè)過程中出現(xiàn)的的壞種傷種等消極現(xiàn)象，而且最終播出的種子的破損率是比較低的，另外會因為凸棱的存在的影響，導(dǎo)致在排種的過程中有一定量的脈動現(xiàn)象。這種花生排種器它主要是依靠電機的轉(zhuǎn)速的改變來等比例地改變排種軸的轉(zhuǎn)速從而來調(diào)節(jié)整個排種量，因而從整體上看來，它的傳動是比較復(fù)雜的。排種過程比較被動，并且充種一般情況下受外力的影響比較大，而且當(dāng)外力不夠以用來排種或者作業(yè)時運行速度比較低時，這樣就會導(dǎo)致花生種子非法工作運行而沖入型孔等現(xiàn)象的發(fā)生，這樣的現(xiàn)象是不愿意看到的，這樣會使充種的可靠性大大的降低，并且還有可能導(dǎo)致最后變成漏播。而當(dāng)我們主動取種時，這種情況一般是依靠取種器按照我們意愿進(jìn)行勻速的運動讓取種器主動從種箱中取種，這種方法的可靠性一般比較高。
2.2 排種器的模型設(shè)計及結(jié)構(gòu)設(shè)計
我國的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)機械存在的一個極其重要的突破點就是播種機的設(shè)計與推廣，其中，尤其是精密級別的播種機更為重要，因為大部分農(nóng)作物的發(fā)芽到它們的生產(chǎn)和產(chǎn)量等等著一些過程都是與事先播種的高度、深度、播種的間隔以及預(yù)先準(zhǔn)備的種子在機械播種時的質(zhì)量和速度等因素密切相關(guān)。我們通常所用的傳統(tǒng)的設(shè)計過程一般是通過設(shè)計者或者生產(chǎn)者事先根據(jù)自己的經(jīng)歷或者意愿事先的想象畫出構(gòu)思圖，然后以平面的cad二維圖的形式初步地以一定的規(guī)模表示出來，然后圖紙會送到工廠，工廠的技術(shù)員就會根據(jù)這樣一幅構(gòu)思的圖樣來初步加工處第一代的成樣機。這樣一個過程下來就會產(chǎn)生許多問題和矛盾，第一是這樣的一整個過程在理論上要耗費很長的一段時問，首先設(shè)計者需要自己根據(jù)其在構(gòu)思中想象的雛形畫出二維圖，然后工廠的生產(chǎn)者就需要將這一想法還原出零件或者機器的立體圖，這樣一來需要二維與三維的圖形經(jīng)過一定的過程來回轉(zhuǎn)化，存在一定的誤差率。第二是這樣的過程產(chǎn)生的成本相對比較高，因為從最初的設(shè)計者的想象當(dāng)中，這些構(gòu)思中有許多細(xì)節(jié)的因素或者實際的條件沒有完全的考慮進(jìn)去，這樣子就會導(dǎo)致這樣的一個初步的樣機在生產(chǎn)出來以后，這些生產(chǎn)出未經(jīng)二次加工零件之間的尺寸不是十分吻合，甚至相互之問會存在一定的嚴(yán)重的干涉，或者還有的情況是它們在裝配時，無法進(jìn)行很好的匹配等，由此，這樣的一個過程就會突然增加了許多無法預(yù)算的制造高額成本在內(nèi)。但是solidworks等設(shè)計軟件的使用則會很好的彌補了這些設(shè)計初期產(chǎn)生的缺陷，它們能為我們解決了很多想不到的小問題、小細(xì)節(jié)。solidworks軟件作為一個三維設(shè)計軟件，它的使用讓這些設(shè)計者在根據(jù)自己的想象的同時作出相同的高仿真的三維立體模型圖形出來，并還可以根據(jù)自己的實時想法的變化來進(jìn)行實時的一個修改，這樣子的功能就便于我們的設(shè)計者更加方便的容易地去了解自己所設(shè)計的產(chǎn)品中的遇到的細(xì)節(jié)，并且solidworks這款軟件還具有一定的參數(shù)化設(shè)計的能力，它可以根據(jù)自己的想法使得零件的設(shè)計盡可能地符合當(dāng)時的實際情況，并且還可以進(jìn)行一系列人無法察覺的干涉檢查等等，這樣子的功能就會有便于我們的生產(chǎn)者在生產(chǎn)之前了解到實際設(shè)計上的一些失誤，大大的節(jié)約了整個設(shè)計以及生產(chǎn)的成本與一定的周期。另外solidworks這款軟件還具有一定的分析處理功能，他不但可以使我們設(shè)計的機器完成一些機構(gòu)的運動學(xué)以及動力學(xué)方面的仿真，還可以進(jìn)行一定的有限元分析等問題的處理，同時它還具有多種仿真軟件的參數(shù)接口，這樣子我們就能夠進(jìn)行多種的仿真，因此我們可以利用它來增加我們設(shè)計的農(nóng)機機械等設(shè)備的可靠性與通用性以及穩(wěn)定性等。為此，本課題中利用solidworks這一款三維軟件進(jìn)行了對這一種精密播種機的外形的三維設(shè)計，力爭取這樣的結(jié)果能使得設(shè)計更加的貼近我們的生產(chǎn)實際。
這種簡易的花生排種器使用的是一種復(fù)式型孔的結(jié)構(gòu)，并且采用了內(nèi)側(cè)充種的原理，這種簡易花生排種器有著一個十分良好的、適應(yīng)性較強的充種性能，并且清種的定量比較準(zhǔn)確，實踐中花生的投種也比較均勻，同時還能同時適應(yīng)一定的速度范圍，其中包括常速和變速及高速的作業(yè)工況。其中主要結(jié)構(gòu)包括有：排種輪、輸入軸、排種器外殼、協(xié)助攪動板、進(jìn)料倉等。
2.2.1 花生排種器的模型建立
這種簡易的花生排種器使用的是一種復(fù)式型孔的結(jié)構(gòu)，并且采用了內(nèi)側(cè)充種的原理，這種簡易花生排種器有著一個十分良好的、適應(yīng)性較強的充種性能，并且清種的定量比較準(zhǔn)確，實踐中花生的投種也比較均勻，同時還能同時適應(yīng)一定的速度范圍，其中包括常速和變速及高速的作業(yè)工況。其中主要結(jié)構(gòu)包括有：1.排種輪；2.輸入軸；3.排種器外殼；4.協(xié)助攪動板；5.進(jìn)料倉等。
這種花生排種器的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，我們無法通過想象而實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的分析和合理安排，所以在這里，我們預(yù)先在solidworks2013中建立了實物的模型，通過模型中各個零件的相互關(guān)系來分析整個結(jié)構(gòu)的合理性，并且不斷調(diào)整實際的數(shù)值，讓整個花生排種器的結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，同時也可以更方便地進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。整個結(jié)構(gòu)的模型圖如圖2-3所示。
圖2-3 花生排種器的結(jié)構(gòu)模型示意圖
其中各個關(guān)鍵性的零件的模型示意圖分別如圖2-4中所示，所有零件裝配最后得到上面的圖2-3的花生排種器的結(jié)構(gòu)模型示意圖。其中2-4（a）為外殼，2-4（b）為內(nèi)部的排種輪，2-4（c）為漏料倉，2-4（d）為輸入軸。
2-4（a） 外殼的模型圖 2-4（b） 排種輪的模型圖
2-4（c） 漏料板的模型圖 2-4（d） 輸入軸的模型圖
圖2-4 零件的模型示意圖
2.2.2 排種輪的參數(shù)設(shè)計
我們所設(shè)計的排種輪是這一種圓盤碟式花生排種器的一個十分核心的部件，因為它的重要性，所以我們需要很謹(jǐn)慎地確定一個合理的花生排種輪的內(nèi)部結(jié)構(gòu)宏觀參數(shù)，這樣的結(jié)構(gòu)參數(shù)是保證花生播種時播種質(zhì)量的一個重要的前提條件。首先需要確定的是：要保證轉(zhuǎn)動時內(nèi)部的持種空間的大小與寬度，如果持種空間不是足夠大，這樣我們放進(jìn)去的種子就會難以進(jìn)入到排種輪當(dāng)中去，這樣的結(jié)果就是造成一定量的漏播；加入持種的整個空間過大，這樣就會導(dǎo)致多粒種子同時進(jìn)入到分種匙，這樣就會導(dǎo)致造成重播的現(xiàn)象。第二個需要注意的地方是：保證一個適當(dāng)?shù)母舭鍍A斜的角度，假如我們設(shè)計的傾斜角度過大，這樣就會造成加大了分種匙對花生等種子的加持作用，這樣最終會影響到清種的結(jié)果，同樣也會造成重播的現(xiàn)象出現(xiàn)；假如傾斜的角度過小，這樣會降低排種輪對花生的把持作用，最后的結(jié)果就是花生種子還沒有到隔板上部的楔形開口，它就會自動地落回到充種區(qū)，從而造成漏播。因此，我們在設(shè)計的時候，就應(yīng)該根據(jù)實際播種的花生種子的具體平均尺寸以及花生種子在排種輪腔內(nèi)的持種空間中的排布，合理地規(guī)劃設(shè)計一個合適的持種空間。其中，經(jīng)過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，種窩的每次取種的個數(shù)與種窩的宏觀參數(shù)和以及種子的大小有著一個比較直接的比例關(guān)系，其主要的宏觀參數(shù)主要有以下幾個：種窩的深度 h ，有效的長度 S，種窩的寬度 W，其中我們所使用的花生種子的厚度與長度的比例應(yīng)該要求符合農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊當(dāng)中所規(guī)定的這樣標(biāo)準(zhǔn)的一個厚長比，它的值要求大于 0.55 這樣一個數(shù)值。我們通過一些實驗中得到，發(fā)現(xiàn)對這種傾斜圓盤式的花生排種器進(jìn)行充種的試驗可知，優(yōu)選出一個合適的排種輪的種窩宏觀尺寸，這樣就可以提高我們的花生種子的單穴單粒率，從這樣的一個結(jié)局就可以確定花生排種輪的具體尺寸，其中包含單排型孔寬 W、深 h、總長 L、種窩長 S等一系列尺寸。排種輪的結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-5所示。
圖2-5 排種輪的結(jié)構(gòu)示意圖
2.2.3 協(xié)助攪動板結(jié)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計
現(xiàn)在多數(shù)的花生排種器都是定值排種，即只能排一定寬度范圍的花生種子。在運行過程中，我們要想保證轉(zhuǎn)動時內(nèi)部的持種空間的大小與寬度，如果持種空間不是足夠大，這樣我們放進(jìn)去的種子就會難以進(jìn)入到排種輪當(dāng)中去，這樣的結(jié)果就是造成一定量的漏播；加入持種的整個空間過大，這樣就會導(dǎo)致多粒種子同時進(jìn)入到分種匙，這樣就會導(dǎo)致造成重播的現(xiàn)象。第二個需要注意的地方是：保證一個適當(dāng)?shù)母舭鍍A斜的角度，假如我們設(shè)計的傾斜角度過大，這樣就會造成加大了分種匙對花生等種子的加持作用，這樣最終會影響到清種的結(jié)果，同樣也會造成重播的現(xiàn)象出現(xiàn)；假如傾斜的角度過小，這樣會降低排種輪對花生的把持作用，最后的結(jié)果就是花生種子還沒有到隔板上部的楔形開口，它就會自動地落回到充種區(qū)，從而造成漏播。由于排種型孔尺寸為固定值，不能隨著花生種子大小的變化而變化，當(dāng)遇到花生種子尺寸較小時，就會造成多粒排種，從而造成排種的不均勻性，而且會造成浪費。所以我們在設(shè)計好一個排種輪的前提下，還需要額外添加一個很好的協(xié)助攪動板，這樣一個協(xié)助攪動板的存在能夠讓排種輪更好的轉(zhuǎn)動，播種效果也會更好。
現(xiàn)在市場上的多數(shù)的花生排種器生產(chǎn)廠家為了解決以上所提到的各種問題，他們都各自生產(chǎn)了多種不同款式和結(jié)構(gòu)的復(fù)式型孔型號的圓盤式花生排種盤，當(dāng)排種過程中遇到了一些不同寬度范圍的種植的花生種子時，我們就可以根據(jù)實際的情況來選擇不同型號和大小的花生排種盤。但是這樣去多次生產(chǎn)較多的不同大小與型號的花生排種盤，在制造的角度來說會造成很大程度上的浪費，并且還會加大我們的生產(chǎn)成本。所以針對以上出現(xiàn)的種種問題，我們在這里設(shè)計了一種新型的協(xié)助攪動板的結(jié)構(gòu)，這種新型的結(jié)構(gòu)是預(yù)先固定在排種盤的護(hù)種板的左右兩個極限的位置，另外我們還可以通過松開協(xié)助攪動板的緊固螺栓的位置來進(jìn)行一個位置微調(diào)整，這個結(jié)構(gòu)的示意圖如圖 2-6所示，這樣的一個協(xié)助攪動板可以適應(yīng)不同的具有一定寬度范圍的花生種子。
圖 2-6 協(xié)助攪動板的結(jié)構(gòu)示意圖
第三章 輸入軸的設(shè)計
3.1 輸入軸的材料的選擇
我們常見的軸用材料一般主要是碳鋼與合金鋼。另外，常見的鋼軸的毛坯材料大多數(shù)一般都是用軋制圓鋼、鍛件等，有的軸則會使用圓鋼。
碳鋼一般用途比較多，這是由于碳鋼的價格相比較合金鋼來比較價廉，另外它還有個特點是對應(yīng)力集中的這種現(xiàn)象表現(xiàn)出來的敏感性比較低，同時碳鋼也可以通過各種方法的熱處理或者是其他的化學(xué)熱處理等常見的處理辦法來提高碳鋼在工作時的耐磨性以及抗疲勞強度，所以對于生產(chǎn)者來說采用碳鋼用來制造一些軸零部件就變的尤為之廣泛，其中我們工業(yè)上和生活中最常見的鋼材的種類是45鋼。
通常說來，我們常見的合金鋼一般情況下都比碳鋼具有一定的更高的機械性能和更優(yōu)的淬火性能。所以在我們需要傳遞大動力等工況下，并且還要求減小軸上徑向的尺寸與質(zhì)量，需要提高一定軸頸上的耐摩擦性、耐磨性，以及工作條件需要處于一個溫度條件處在高溫或低溫條件下高速運轉(zhuǎn)工作的軸，這時候我們都通常采用合金鋼。
同時這里必須需要特別指出來的是：通常在一定工作溫度下（假設(shè)溫度低于200攝氏度），這時候各種碳鋼與合金鋼相比較，他們的彈性模量基本上都相差不多。因此我們常常在選擇工作需要的鋼的種類以及決定對選擇的鋼進(jìn)行一系列的熱處理的方法時，一般都是根據(jù)所選鋼材的強度以及它的耐磨性，而不是根據(jù)所選軸的彎曲或者是扭曲剛度。但我們還應(yīng)該注意的是，在一些特許的條件下，有時我們也可以去選擇一些強度相對較低的鋼材，反之用一種適當(dāng)?shù)脑龃笳麄€軸的截面面積的這種辦法來提高我們這個工作軸的剛度。
我們通常所用的各種熱處理（比如氮化.氰化.高頻淬火.滲碳等一系列方法）以及一些表面應(yīng)力強化的處理方式（如噴丸.滾壓等），這些方法都對提高軸的使用時的抗疲勞強度有著一個特別好的優(yōu)異效果。
其中高強度鑄鐵以及球墨鑄鐵在工業(yè)中使用時，他們?nèi)菀鬃龀梢恍?fù)雜的形狀，并且這些鋼材具有價格低廉.具有良好的吸振性和比較好的耐磨性，以及他們在工作時對應(yīng)力集中的這類問題表現(xiàn)出敏感性較低等一系列的優(yōu)點，這樣的優(yōu)點的存在讓他們可用于制造一些外形比較復(fù)雜的軸。
下表3-1列出了軸能選用的一些常用的材料及其這些材料的主要機械性能：
表3-1 軸的常用材料及其主要機械性能
材料牌號
熱處理
毛坯直徑（mm）
硬度（HBS）
抗拉強度極限σb
屈服強度極限σs
彎曲疲勞極限σ-1
剪切疲勞極限τ-1
備注
（Mpa）
Q235—A
熱軋或鍛后空冷
≤100
400~420
226
170
106
通常用于受載荷不太大的軸
>100~250
376~390
216
45
正火
≤100
170~216
590
296
256
140
應(yīng)用范圍最為最廣泛
回火
>100~300
162~216
570
286
246
136
調(diào)質(zhì)
≤200
217~256
640
356
276
155
因此，結(jié)合各方面的情況，我們可選擇45鋼作為軸的材料
3.2 輸入軸的參數(shù)設(shè)計
3.2.1 初步選擇軸的材料
從前文可知，我們在這里選擇軸的材料為45鋼，其機械性能由上表可查得：
[σ-1]b=60MPa,
σb=640MPa,σ-1=276MPa,τ-1=156MPa.
3.2.2 求輸入軸上的功率P2，轉(zhuǎn)矩T2
若取帶傳動的效率η1=0.96，則：
P2=P0*η1 =0.96*1.5kw
=1.44kw
則計算得到：轉(zhuǎn)速n2=192r/min。
所以：
T2=9550000*P2/n2
=9550000*1.44/192=71625N.mm=71.6N/m
表3-2 幾種軸的材料的[τT]和C值
軸的材料
A3,20
1Cr18Ni9Ti
35
45
40Cr,35SiMn,2Cr13,20CrMnTi
τT
11~20
12~24
20~35
30~40
42~52
C
160~135
147~125
136~118
119~107
107~98
表3-3零件倒角C與圓角半徑R的推薦值（mm）
直徑d
>6~10
>10~18
>18~30
>30~50
>50~80
>80~120
>120~180
C或R
0.5
0.6
0.8
1.0
1.2
1.6
2.0
2.5
3.0
表3-4 軸的許用彎曲應(yīng)力（Mpa）
材料
σb
[σ+1]b
[σ0]b
[σ-1]b
碳鋼
400
130
70
40
500
170
75
45
600
200
95
55
700
230
110
65
3.2.3 初步確定軸的最小直徑
根據(jù)表3-1~3-4，選取C=122,C為取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力[τt]的系數(shù)。dmin=C*=112=41.9372mm,
為了保險起見，我們在這里取保守值50mm。
3.3 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計
普通常見的輸入軸的整體結(jié)構(gòu)主要是取決于以下一些因素：輸入軸在機器中所處于的安裝位置及安裝的形式；輸入軸上安裝的零部件的類型以及尺寸與零件的數(shù)量；軸與其他零件（比如電機等）連接所使用的方法；所承受載荷的性質(zhì)及載荷的大小、方向及不同載荷的分布情況；輸入軸的加工時所使用的工藝等等。
3.3.1 初步確認(rèn)軸上各零件的裝配方案
從結(jié)構(gòu)上分析，該機器上軸上所支承的零件主要有排種輪，漏料倉及滾動軸承等?？紤]到方便滾動軸承的裝拆，軸頸（與軸承配合的軸段）直徑比軸端直徑大2mm左右，故確定1段d=50mm。再根據(jù)軸的受力選取6000型深溝球軸承（GB276），內(nèi)徑d=50mm、外徑D=80mm，寬度B=26mm。與排種輪配合的軸段直徑d=80mm。依據(jù)計算所得的軸端直徑和軸上零件的位置、尺寸，同時考慮軸上零件定位、固定、裝拆和加工等要求，可依次定出該軸上各軸段的直徑和長度，從而完成這一輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，其結(jié)構(gòu)簡圖如圖3-1所示。
圖3-1 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計簡圖
軸上零件的裝配方案對軸的結(jié)構(gòu)形式起著決定性的作用。具體設(shè)計方案如圖3-1所示。下面我們進(jìn)行一系列的參數(shù)計算。
3.3.2 確定軸上各段具體參數(shù)
我們將該輸入軸從右到左的軸段依次定為1,2,3段。已確定軸的最小直徑為50mm，則可1段軸的直徑為50mm，因為每一段的參數(shù)都是自己給定，所以這里我們?yōu)榱朔奖阌嬎愣歼x取了整十的數(shù)值，其中第二段軸徑為60mm，第三段軸徑的大小為80mm，其中第二段軸與漏料倉相配合，第三段軸徑與排種輪相配合。整個軸的設(shè)計具體參數(shù)如圖3-2所示。
圖3-2 輸入軸的參數(shù)設(shè)計簡圖
帶輪用平鍵作周向固定，用套筒作軸向固定。軸承的固定是靠軸承蓋來保證的和輪架來保證。若與軸承配合的表面需進(jìn)行磨削加工，則軸肩處應(yīng)先切出砂輪越程槽。至此，軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計基本完成。
3.4 軸的受力分析與校核
3.4.1 輸入軸的受力分析
計算同步帶處壓軸力F q =1000P / V = 1000×0.07 / 0.4 = 175 N
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩：T=9.55×1000P / n N·m=5.35 N·m
傳送皮帶的壓軸力FP = 2T / d = 2×5.35 / 0.09 N= 118.89 N
畫軸的受力簡圖，如圖3-3和3-4所示。壓軸力與帶輪的布置有關(guān)，這里假定壓軸力的方向垂直向下，軸的轉(zhuǎn)向向右看為順時針，傳送皮帶的壓軸力垂直紙面向里。將軸上作用力分解為鉛垂面受力和水平面受力分別求出鉛垂面上的支反力和水平面上的支反力。對于零件作用于軸上的分布力或轉(zhuǎn)矩（因軸上零件如帶輪和傳送皮帶等均有寬度）可當(dāng)作集中載荷作用于軸上零件寬度的中點。支反力的作用點隨軸承類型和布置方式不同而異，近似計算時，一般取為軸承寬度的中點。鉛垂面內(nèi)支反力：
R va =F q ×13.5 / 54 = ―43.75 N
R vb=F q―R va= 162.64N
負(fù)號表示方向與圖示相反。
水平面內(nèi)支反力： R ha=R hb=FP / 2 = 59.45N
圖3-3 軸的受力分析
圖3-4 軸校核力矩分析圖
3.4.2 輸入軸及軸承的校核
這里我們按彎、扭合成強度校核，首先第一步是計算出軸的彎矩，并且畫出彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖。（這里的內(nèi)容在圖3-4中已經(jīng)給出）
對應(yīng)實際的受力情況，我們得到：
支點A處：
M vb=﹣F q×13.5×0.001 N·m=﹣2.36N·m
M vp =M vb / 2 =﹣1.18 N·m
水平面彎矩：
M hp=R ha×0.037=1.62 N·m
合成彎矩：按計算。
p-p處：Mp = 2.06 N·m
支點B處：Mb=︳M vb︳= 2.36N·m
轉(zhuǎn)矩作用于p-p截面至軸右端面之間的軸段。
計算當(dāng)量彎矩
據(jù)已知條件，軸屬于單向運轉(zhuǎn)，載荷沖擊較小，故其轉(zhuǎn)矩可看作脈動循環(huán)變化，取=0.6，經(jīng)計算得到
p-p截面：M cap=3.81N·m
支點B處：M cab=3.98N·m
軸是否滿足強度要求只需要對危險截面進(jìn)行校核即可。而軸的危險截面多發(fā)生在當(dāng)量彎矩最大或當(dāng)量彎矩較大且軸的直徑較小處，即當(dāng)量應(yīng)力較大的截面屬危險截面。根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸和當(dāng)量彎矩可知，p-p截面處當(dāng)量彎矩最大，支點b處截面最小，但支點A處當(dāng)量彎矩遠(yuǎn)小于p-p截面當(dāng)量彎矩，故需要校核p-p截面和c-c處。
抗彎截面系數(shù)。按校核：
σcap =M cap / W =3810/410 MPa =9.29 MPa ≤ [σ-1]b =60MPa
σcac =M cac / W =3980/100 MPa =39.8MPa ≤ [σ-1]b =60MPa
所以，該軸的強度滿足要求。
2.4.3 軸承的校核
主動軸兩端軸承選用80205型帶防塵蓋深溝球軸承（GB278-82），內(nèi)徑d=10mm、外徑D=26mm，寬度B=8mm，徑向基本額定動載荷=4580N，徑向基本額定靜載荷=1980N[37]。運轉(zhuǎn)過程中有輕微沖擊，工作溫度小于。
（1）軸承受力分析
軸承所承受的徑向載荷
Fr1= = =73.81N ，
軸向外載為零，受力如圖3-5所示。
圖3-5 深溝球軸承受力簡圖
（2）求當(dāng)量動載荷P
因深溝球軸承沒有軸向派生力（），所以軸承1和軸承2都不受軸向載荷作用，即
由于軸承1所受的徑向載荷比軸承2大，故只需對軸承1進(jìn)行壽命計算。查表，輕微沖擊，取載荷系數(shù)=1.2,=0，故=1，=0。
當(dāng)量動載荷為：=1.2×（1×173.16+0）N=208N
（3）計算軸承的壽命
已知球軸承壽命指數(shù)=3，因工作溫度小于，查表得，軸承壽命
所以，軸承的基本額定壽命約為47449小時，按一天工作8小時，一年360天計算，約為16.48年，符合要求。
總結(jié)與致謝
本次課題總結(jié)
本論文所做的工作有以下一些：
(1)搜集了一些有關(guān)于各種類型花生排種器的資料，并且通過調(diào)研結(jié)果綜合地考慮了目前對于實際中各種播種器需求的一些具體要求，提出了這個簡易的圓盤排種器的總體結(jié)構(gòu)方案，這樣一個簡易的圓盤排種器具有結(jié)構(gòu)新穎、緊湊，體積小，自適應(yīng)能力強，維修方便等特點。
(2)本文還結(jié)合了其他類型的花生排種器（甚至小麥排種器等）的獨特的結(jié)構(gòu)特點，從而對新型的圓盤排種器進(jìn)行了選型，并且還對該簡易的圓盤排種器的輸入軸進(jìn)行了一些相關(guān)的力學(xué)分析和運動同步性的分析，從而計算得到了一些比較重要的設(shè)計參數(shù)。
(3)在這個簡易的圓盤排種器的控制系統(tǒng)設(shè)計中，將它的運動控制系統(tǒng)、出錯檢測系統(tǒng)、電源監(jiān)測系統(tǒng)、主控制器系統(tǒng)等進(jìn)行了集成，這樣就使得了該壓力機針對一些非正常工作工況的判別相比較其他的機器而言有了一個質(zhì)的提高。
另外，本文還查閱了其他一些相關(guān)的花生排種器的結(jié)構(gòu)和類型，通過對照和分析，研制了這一種實用性裝置，并且對該裝置的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多次設(shè)計。但是從初步的應(yīng)用與實際的需求看來，目前還存在著一些不容易解決的問題要去多分析和檢驗，這里就不再多加敘述。
致謝
本科最后階段的畢業(yè)設(shè)計是對整個大學(xué)生涯所學(xué)的一切主干知識及能力的運用的一次綜合性的檢驗，同時也是對即將離校的本科生的一次就業(yè)前的基本訓(xùn)練的重要環(huán)節(jié)，這對于一名普通的畢業(yè)生來說具有及其重要的意義與地位。它意味著大學(xué)生即將走向工作崗位的最后一堂課，是非常重要的一課，甚至可以說是最重要的一門課程。它不僅僅是大學(xué)四年來的所學(xué)理論知識的綜合運用，同時還提高了我們自己的個人創(chuàng)造力，使得我們對自己的所學(xué)能有所表達(dá)，我們也可以從中獲得一些基礎(chǔ)的設(shè)計經(jīng)驗，這些經(jīng)驗以及經(jīng)歷都將會為今后我們走向社會發(fā)揮專業(yè)知識提供了一個可靠的保障。同時畢業(yè)設(shè)計也是鍛煉自己能力水平以及檢測自身能力的最好的一個方法。
本次設(shè)計題目是一種圓盤式排種器的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這個設(shè)計是基于四年來對專業(yè)知識的所學(xué)的檢驗，并在專業(yè)指導(dǎo)老師精心指導(dǎo)下完成的，在整個設(shè)計的過程中，除了指導(dǎo)老師的精心教導(dǎo)，也與其他的同學(xué)的幫助離不開的，感謝室友和部分班上的同學(xué)提供的生活上的關(guān)心和專業(yè)上指導(dǎo)，同時也要感謝父母在這二十年來對我的關(guān)心與呵護(hù)，謝謝你們一直支持著我的理想和目標(biāo)，謝謝幫助過我的每一位。由于初次設(shè)計這樣一個實用性型的機器以及缺乏實際設(shè)計經(jīng)驗，本次設(shè)計中難免會存在不少的錯誤與不足之處，希望各位老師和同學(xué)批評指正。
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