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摘 要
本文介紹了一種大棚蔬菜種植耕整地機(jī)械—小型溫室松土機(jī)的設(shè)計(jì)方案。對(duì)松土機(jī)的國內(nèi)外情況進(jìn)行了分析和對(duì)比，重點(diǎn)進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)的選擇，變速器的設(shè)計(jì)，部分零件的設(shè)計(jì)，傳動(dòng)路線的設(shè)計(jì)以及對(duì)滾齒軸的設(shè)計(jì)等。
該機(jī)動(dòng)力由發(fā)動(dòng)機(jī)輸出經(jīng)皮帶傳動(dòng)，傳給變速箱進(jìn)行減速，二級(jí)傳動(dòng)采用鏈傳動(dòng)。滾齒刀軸的設(shè)計(jì)采用三段式，中間為空心的圓管鋼，兩邊采用實(shí)心軸，可制出軸肩來安裝軸承和端蓋。裝有行走機(jī)構(gòu)和限深鏟，耕后地表平整，能夠解決以往小型旋耕機(jī)功率小、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、操作麻煩、耕深淺等問題，適合大棚耕整地工藝的要求。
關(guān)鍵字：松土機(jī)；傳動(dòng)；滾齒軸；
Abstract
In this paper, the cultivator,，one of the important small agricultural machines, is designed based on comparing and researching the developing situation of cultivator at home and abroad. The design includes the choice of motor, the choice of transmission, the design of some parts and the design of the cultivator knife-axis etc.
The plowing outgoing power is from engineering to the gearbox using belts，after that be transferred to the arbor of rotate knife. Between gearbox and the arbor of rotate knife adopt chains to transmit; The design of arbor of rotate knife adopt three parts, the middle part is hollow rolled steel ，two side parts is solid rolled steel, may process Shoulder-axis to lay on roller bearing and Cover. The surface is neat after till, the cultivator designed in the paper can overcome the problems of small-power , complex structure, trouble operation, low plowing depth etc. It can meet the request of greenhouse.
Key words: small; electrical; Rotary;
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 緒論 1
1.1本課題研究的目的和意義 1
1.2旋耕機(jī)的類型和架構(gòu) 1
1.3國內(nèi)外溫室松土機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題 3
1.3.1國內(nèi)溫室松土機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 3
1.3.2國外溫室松土機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀 4
1.3.3國內(nèi)外溫室松土機(jī)械存在的問題 5
1.4松土機(jī)械的發(fā)展方向 6
1.5溫室土壤的物理特性概述 7
1.6溫室內(nèi)松土作業(yè)的主要作用 7
1.7研究內(nèi)容和方法 7
第2章 整機(jī)總體設(shè)計(jì) 9
2.1設(shè)計(jì)原則 9
2.2松土機(jī)的組成 9
2.3松土機(jī)主要參數(shù)的確定 10
2.4松土機(jī)主要作業(yè)性能參數(shù)的設(shè)計(jì) 12
第3章 傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 14
3.1傳動(dòng)比分配 14
3.2各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 14
3.3帶及帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 15
3.4 鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 18
3.5 齒輪的設(shè)計(jì) 20
3.6 軸的設(shè)計(jì) 24
3.7 其余部件的設(shè)計(jì) 28
結(jié) 論 32
致 謝 33
參考文獻(xiàn) 34
III
1緒論
1.1本課題研究的目的和意義
發(fā)展現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)是十一五期間社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的重要內(nèi)容。溫室大棚的擴(kuò)大與發(fā)展，加快了現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，但我國設(shè)施農(nóng)業(yè)起步較晚，發(fā)展緩慢。尤其是機(jī)械化作業(yè)水平低下，大多數(shù)作業(yè)仍為傳統(tǒng)的手工勞動(dòng)，強(qiáng)度大，質(zhì)量差，效率低，與發(fā)達(dá)國家相比，存在很大差距，如人均管理面積僅相當(dāng)于荷蘭的1/4，平均單產(chǎn)僅為荷蘭的1/3～1/4。溫室與大田作業(yè)又存在不同之處：棚室高度較低，大田機(jī)具無法正常作業(yè)；而且資料表明，溫室大棚內(nèi)，土壤一般耕作層厚度為15～25cm，蔬菜根系的80%～90%分布其中；耕層土壤的容積密度為1.10～1.13g/m3；5～0.25mm水穩(wěn)性團(tuán)聚體為13.7%～55.5%，并有隨著種植年限加長而增加的趨勢，土壤粘性較大。然而目前的設(shè)施農(nóng)業(yè)耕作機(jī)械在粘性較大的土壤中，碎土能力降低，土壤阻力增大，功耗增加，并且一般采用柴油機(jī)和汽油機(jī)作為動(dòng)力，對(duì)溫室的環(huán)境造成污染。所以要推進(jìn)設(shè)施農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，首要的是發(fā)展相適應(yīng)的設(shè)施農(nóng)業(yè)機(jī)械。
針對(duì)以上情況，開展了溫室土壤耕作機(jī)具的研究，進(jìn)一步減小機(jī)具尺寸，適宜在棚室內(nèi)作業(yè)；對(duì)工作部件進(jìn)行改進(jìn)，提高松土性能：充分利用電力資源，盡可能地減輕機(jī)器作業(yè)時(shí)對(duì)環(huán)境的污染，對(duì)于發(fā)展經(jīng)濟(jì)、高效和環(huán)保的設(shè)施農(nóng)業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
1.2 旋耕機(jī)的類型和架構(gòu)
1. 旋耕機(jī)的類型
旋耕機(jī)有多種不同的分類方法，按刀軸的位置可分為臥式、立式和斜置式，目前，臥式旋耕機(jī)的使用較為普遍。
2. 傳動(dòng)形式
旋耕機(jī)傳動(dòng)形式有中間傳動(dòng)和側(cè)邊傳動(dòng)2種。中間傳動(dòng)系統(tǒng)由萬向節(jié)傳動(dòng)軸和中間傳動(dòng)箱組成；側(cè)邊傳動(dòng)系統(tǒng)由萬向節(jié)傳動(dòng)軸、中間傳動(dòng)箱和側(cè)邊傳動(dòng)箱組成。側(cè)邊傳動(dòng)又有齒輪傳動(dòng)和鏈輪傳動(dòng)2種，側(cè)邊傳動(dòng)箱采用鏈傳動(dòng)時(shí)，加工要求較低，不但可靠性較差，而且使用壽命短，鏈條斷后會(huì)增加維修費(fèi)用。當(dāng)采用中間傳動(dòng)時(shí)，傳動(dòng)箱的下部會(huì)造成漏耕，影響作業(yè)質(zhì)量，為了解決這個(gè)問題，在傳動(dòng)箱的下部固定了一個(gè)松土鏟，即小型鏵式犁，或者在傳動(dòng)箱的旁邊裝2把特殊的彎刀。為了適應(yīng)不同的土壤條件及拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸轉(zhuǎn)速，有的旋耕機(jī)的傳動(dòng)箱配有速比不同的齒輪，以得到不同的刀輥轉(zhuǎn)速。
3. 旋耕機(jī)與拖拉機(jī)的掛接
旋耕機(jī)與拖拉機(jī)的掛接有三點(diǎn)懸掛、直接聯(lián)接和牽引3種形式，我國目前采用前2種聯(lián)接方式。三點(diǎn)懸掛式旋耕機(jī)的懸掛及升降與鏵式犁相同，由拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)，通過萬向節(jié)傳動(dòng)軸，經(jīng)傳動(dòng)箱減速后帶動(dòng)刀軸工作。直接聯(lián)接式旋耕機(jī)主要用于與手扶拖拉機(jī)配套，一般是將手扶拖拉機(jī)的變速箱后蓋取下來，然后將旋耕機(jī)減速箱和拖拉機(jī)變速箱用螺栓聯(lián)接在一起，動(dòng)力由拖拉機(jī)變速箱里的齒輪直接傳給旋耕機(jī)的齒輪，以驅(qū)動(dòng)旋耕機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。
4. 刀輥轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速
臥式旋耕機(jī)刀輥的轉(zhuǎn)向有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)2種，目前，使用較多的是正轉(zhuǎn)旋耕機(jī)。正轉(zhuǎn)時(shí)刀片強(qiáng)制切碎土塊，并將土塊向后拋擲，土塊與機(jī)罩及拖板相撞后，進(jìn)一步破碎，碎土充分，但功耗較大，在耕深增加時(shí)，影響耕深的穩(wěn)定性。刀輥反轉(zhuǎn)則有利于降低切土能耗和提高碎土效果，覆蓋埋青能力強(qiáng)，但易導(dǎo)致已耕土塊堆積，造成刀輥的重復(fù)切削，增大了不必要的負(fù)荷和功耗。反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)作業(yè)時(shí)，罩殼黏土比較嚴(yán)重，在土壤濕度較大的情況下，不宜采用反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)。刀輥轉(zhuǎn)速對(duì)旋耕機(jī)組的功耗影響較大，較理想的配置是低的刀輥轉(zhuǎn)速和較高的前進(jìn)速度。一般情況下，刀輥轉(zhuǎn)速為180-260r/min，目前，刀輥轉(zhuǎn)速有降低的趨勢。
5. 切土節(jié)距
同一縱向平面內(nèi)切土的旋耕刀，在其相繼切土的時(shí)間間隔內(nèi)，機(jī)組前進(jìn)的距離稱為切土節(jié)距。切土節(jié)距對(duì)碎土程度有較大的影響，一般為達(dá)到良好的碎土效果，可增加刀輥在一周內(nèi)的刀片數(shù)量或增加旋耕速比，即降低機(jī)組前進(jìn)速度。目前，在中等黏度的麥田地，切土節(jié)距為10cm。
6. 刀片及配置
刀片有鑿型刀、直角型刀（又稱Ｌ型刀或?qū)挼叮┖蛷澋?種形式。鑿型刀正面有鑿型刃口，入土能力強(qiáng)，但易纏草，一般適用于墾荒地和較疏松的田地。直角型刀的刃口由側(cè)切刃和正切刃組成，切削方式和鑿型刀相似，也易纏草，但刀身寬，剛性好，適合在土質(zhì)較硬的干旱地上作業(yè)。彎刀的刃口由曲線構(gòu)成，包括側(cè)切刃和正切刃2個(gè)部分，可輕松地將草莖切斷，且不易纏草，適合在多草的田里作業(yè)，是一種水旱通用的刀型。彎刀在刀軸上的排列是影響旋耕機(jī)耕作質(zhì)量及功率消耗的重要因素之一，在安裝時(shí)可根據(jù)不同的農(nóng)藝要求配置。彎刀的排列一般應(yīng)滿足下列要求：刀片盡量工作在少側(cè)向約束條件下，并均勻入土，以減小對(duì)刀軸軸承的側(cè)壓力，減少旋耕刀對(duì)旋耕機(jī)重心的轉(zhuǎn)距，保證機(jī)器工作時(shí)的直線性，減少功耗，相鄰刀片間沿圓周方向的間距應(yīng)盡可能大，以防止刀間壅土。彎刀的安裝方法主要有3種。
內(nèi)裝法：所有左、右刀片都朝向刀軸中間，采用這種裝法的旋耕機(jī)耕地后，地面中間高，成壟，刀軸受力均勻，適于做畦前的耕作。
外裝法：除左、右兩端刀片朝向刀軸中間外，其余左刀片裝在刀軸的左側(cè)，右刀片裝在刀軸的右側(cè)。這種裝法使刀軸受力均勻，耕后地面中間形成一個(gè)溝，適用于拆畦或旋耕開溝作業(yè)。
交錯(cuò)法：左右刀片在刀軸上交錯(cuò)對(duì)稱安裝，耕后地面平整，適于犁耕后耙田或旋耕滅茬耕地。其排列方式有多頭螺旋線、人字形等型式。
7. 機(jī)組前進(jìn)速度的選擇
機(jī)組前進(jìn)速度選擇的原則是達(dá)到碎土要求，地表平整，既要保證耕作質(zhì)量，又要充分發(fā)揮拖拉機(jī)的功率。一般情況下前進(jìn)速度2-5km/h，在堅(jiān)實(shí)度較大的土地上耕作時(shí)可選用較低的前進(jìn)速度
8. 作業(yè)幅寬
為控制功耗急劇增加，應(yīng)適當(dāng)壓縮耕幅，但為了消除拖機(jī)輪轍，使耕后地表平整，在土壤比阻較小的情況下，可采用拖拉機(jī)與旋耕機(jī)正配置，使耕幅大于拖拉機(jī)后輪外緣10cm以上；在土壤比阻較大的情況下，可采用拖拉機(jī)與旋耕機(jī)側(cè)配置。在南方水田一般土壤條件下耕深12-16cm，刀軸轉(zhuǎn)速180-220r/min，前進(jìn)速度2-5km/h。
1.3 國內(nèi)外溫室松土機(jī)械的發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題
1.3.1 國內(nèi)溫室松土機(jī)械的研究現(xiàn)狀
目前，在國內(nèi)成型的旋耕機(jī)械產(chǎn)品中，以臥式旋耕機(jī)為主流，該種旋耕機(jī)對(duì)土壤適應(yīng)性強(qiáng)、混土效果好，一次性作業(yè)可達(dá)到翻土、碎土和平整地表的要求。但一般耕深較淺，漏耕嚴(yán)重，工作部件易纏草堵泥且作業(yè)時(shí)消耗功率較大。為此，近幾年推出了立式和斜置式旋耕機(jī)。立式旋耕機(jī)主要適用于滅茬作業(yè)，斜置式旋耕機(jī)是一種綜合了犁耕與旋耕的特點(diǎn)，功耗低，耕作質(zhì)量好的新型耕作機(jī)具。在臥式旋耕機(jī)中，按旋耕機(jī)切刀軸與拖拉機(jī)輪子的轉(zhuǎn)向可分為正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種。旋耕機(jī)切刀軸與拖拉機(jī)輪子轉(zhuǎn)向一致的為正轉(zhuǎn)旋耕機(jī)，反之為反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)。反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)是在正轉(zhuǎn)旋耕機(jī)的基礎(chǔ)上提出的，后來又推出了潛土反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)和正反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)。反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)可作為大中型聯(lián)合收割機(jī)的主要配套機(jī)具，能形成土壤埋茬，有利于秸稈還田，實(shí)現(xiàn)增加土壤有機(jī)質(zhì)的目的。潛土反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)可加大深耕，還可有效地解決刀軸前方壅土問題。正反轉(zhuǎn)旋耕機(jī)通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和工作部件的結(jié)合，能使切刀軸正反轉(zhuǎn)，同時(shí)完成滅茬和旋耕作業(yè)，實(shí)現(xiàn)一機(jī)多用。旋耕機(jī)入土深度一般小于旋耕部件半徑的10%～20%，考慮到旋耕部件半徑大小所需的相適應(yīng)的單位能耗，應(yīng)使旋耕機(jī)刀軸距地面較底。有的設(shè)計(jì)則依據(jù)旋耕部件與耕深的相對(duì)關(guān)系，把中央調(diào)速器直接安裝在旋耕部件的軸上。這樣可保證農(nóng)具的最小能耗，最小的材料消耗和較好的工作質(zhì)量。旋耕機(jī)刀刃口曲線大多采用阿基米德曲線，另外等角對(duì)數(shù)曲線、正弦指數(shù)曲線等也有所應(yīng)用。近幾年，我國學(xué)者提出了多種刃口曲線，如節(jié)能型刃口曲線設(shè)計(jì)、平面型和曲面型正切面的設(shè)計(jì)、放射螺線作為生成過渡面的曲導(dǎo)線設(shè)計(jì)等。近些年來，為適應(yīng)當(dāng)前生產(chǎn)需要，還開發(fā)出1.25～2.80m幅寬多種型號(hào)的旋耕機(jī)。如南昌旋耕機(jī)廠生產(chǎn)的1GN系列和1G系列多種型號(hào)的旋耕機(jī)；江蘇省連云港旋耕機(jī)集團(tuán)公司生產(chǎn)的1GE2210型旋耕機(jī)和1GQN250S型旋耕機(jī)。目前我國使用的聯(lián)合作業(yè)機(jī)型有1GHL280型松旋起壟機(jī)、1GSZ210/280型組合式旋耕多用機(jī)、1GZJ210型旋耕滅茬聯(lián)合整地機(jī)、1GLT4型松旋滅茬起壟通用機(jī)及1GQH280D型滅茬旋耕多用機(jī)等。
隨著設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國加緊引進(jìn)和開發(fā)適于溫室內(nèi)作業(yè)的小型機(jī)具。許多地區(qū)由大專院校、科研院所和工廠相結(jié)合，研制開發(fā)了多種小型自走式旋耕機(jī)，以滿足棚室耕整地作業(yè)的需要。
廣西柳州生產(chǎn)的藍(lán)天牌DN多功能微型耕作機(jī)，配套動(dòng)力為4.4kw柴油機(jī)，整機(jī)重不足100kg，通用于平原、水田、果園、棚室等旋耕作業(yè)。配有三刀式、四刀式、五角滾筒式三種旋耕器，作業(yè)效果較好。該機(jī)也可配上相應(yīng)機(jī)具進(jìn)行噴霧作業(yè)。
江蘇生產(chǎn)的ZL-1G2-3微型耕整機(jī)，犁鏵前置。采用單履帶行走，附著性能好。適于旱地、水田、大棚、果園、菜田等作業(yè)。配套動(dòng)力2kw。
金牛大興萬能管理機(jī)，由沈陽金?？倧S從韓國引進(jìn)開發(fā)的新產(chǎn)品。以四沖程單缸汽油機(jī)為動(dòng)力，最大功率為5.52kw，一臺(tái)主機(jī)可與深旋耕機(jī)、犁、開溝機(jī)、覆土機(jī)、鋪膜機(jī)、根莖收獲機(jī)等20多種農(nóng)機(jī)具配套。扶手可旋轉(zhuǎn)360度，便于在溫室內(nèi)作業(yè)。
1.3.2 國外溫室松土機(jī)械的研究現(xiàn)狀
國外如荷蘭、以色列、日本、美國等國家，溫室內(nèi)作業(yè)機(jī)具的研究、開發(fā)、推廣和應(yīng)用居領(lǐng)先地位。許多作業(yè)項(xiàng)目，如耕整地、播種、中耕和除草都已實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化。并且許多機(jī)械對(duì)于旋耕、犁耕、開溝、作畦、起壟、中耕、培土、鋪膜、打孔、播種、灌溉、施肥等作業(yè)項(xiàng)目，能夠?qū)崿F(xiàn)多項(xiàng)聯(lián)合作業(yè)。
美國吉爾森公司生產(chǎn)的自走式旋耕機(jī)，其主要特點(diǎn)是由旋耕刀片取代行走輪，刀盤直徑為35.5cm，耕幅為30.4-66cm，傳動(dòng)形式分鏈傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)兩種。功率為3.68kw左右，適于菜園和溫室作業(yè)。換上行走輪可配帶其他農(nóng)具，進(jìn)行犁地、除草等作業(yè)。
意大利M·B公司生產(chǎn)一種單驅(qū)動(dòng)軸旋耕機(jī)，動(dòng)力為3.3kW的汽油機(jī)，質(zhì)量為40kg。適用于菜園和花圃的旋耕、培土聯(lián)合作業(yè)。該公司還生產(chǎn)5.89-7.36kw的多用自走底盤，除了完成田間旋耕作業(yè)以外，還可以完成犁耕、運(yùn)輸、噴霧等作業(yè)。
日本、韓國等國家的小型耕耘機(jī)，多以2.2～8kw的汽油機(jī)為動(dòng)力。為了減少對(duì)棚室內(nèi)的空氣污染，近幾年，也出現(xiàn)了用電動(dòng)機(jī)作動(dòng)力的小型自走式旋耕機(jī)。
1.3.3 我國松土機(jī)械存在的問題
1. 缺少與大功率拖拉機(jī)配套的旋耕機(jī)
我國現(xiàn)有旋耕機(jī)產(chǎn)品雖然在理論上實(shí)現(xiàn)了與58.8～73.5kW拖拉機(jī)相配套，但實(shí)際上因受傳動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)形式等因素的限制，還存在著一些問題，在合理配套的范圍內(nèi)僅可與48kW以下的拖拉機(jī)相配套，而國外與旋耕機(jī)配套的拖拉機(jī)功率在58.8～73.6kW。 2. 作業(yè)性能滿足不了當(dāng)今農(nóng)藝要求
目前，我國現(xiàn)有的旋耕機(jī)作業(yè)深度一般在12～18cm(旋耕旱田在12～16cm，旋耕水田在14～18cm)，滿足不了當(dāng)今農(nóng)藝深耕、深松的要求。為了改善深層土壤透氣性，滿足栽培薯類、根莖類作物需要深耕的農(nóng)藝要求，國外提出了全幅深耕的耕作制度，同時(shí)也開發(fā)出了全幅深旋耕機(jī)和間隔窄幅深旋耕機(jī)，耕深為30～60cm，最大耕深為90～120cm。
為了降低旋耕機(jī)的單位能耗，國外采用了改進(jìn)部件的幾何參數(shù)，選用符合旋耕工作部件作業(yè)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)等方法來優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到降低能耗的目的。此外，在滿足農(nóng)藝要求的前提下，還采用了分層作業(yè)的方法和將旋耕機(jī)松土部件設(shè)計(jì)成上強(qiáng)下弱的方式也是降低能耗、提高旋耕機(jī)工作效率的有效途徑。
3. 其它方面的問題
由于設(shè)計(jì)、材質(zhì)及生產(chǎn)工藝等方面的原因，國產(chǎn)的旋耕機(jī)械在作業(yè)時(shí)易發(fā)生十字萬向傳動(dòng)軸損壞、拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸容易損壞、整機(jī)作業(yè)性能不穩(wěn)定和易纏草堵泥等問題。這些都有待于今后在設(shè)計(jì)和制造過程中去解決
雖然國外溫室農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)功能比較齊全，可靠性高，但是進(jìn)口機(jī)型價(jià)格高，一般要在5000元以上，而且維修服務(wù)不方便。
我國現(xiàn)有產(chǎn)品的機(jī)型不多，應(yīng)用不普遍，多為借用現(xiàn)有的露地用小型耕作機(jī)械。近幾年，針對(duì)溫室、大棚等特殊耕作環(huán)境，國內(nèi)研制生產(chǎn)了一些小型耕作機(jī)械，但是產(chǎn)品大多存在以下問題：
1. 外型尺寸及重量大，操作不靈便。特別是從露地直接轉(zhuǎn)移到大棚內(nèi)的機(jī)械，在設(shè)施內(nèi)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)移都十分困難，而且邊角地帶無法工作，漏耕嚴(yán)重。
2. 生產(chǎn)率低，適應(yīng)性較差，當(dāng)土壤含水率較高(超過20％以上)時(shí)，其碎土性能變差，能耗增加。
3. 作業(yè)性能、可靠性、耐久性等方面還存在一些不足。
1.4 松土機(jī)械的發(fā)展方向
1. 向?qū)挿?、高速型旋耕機(jī)發(fā)展
隨著水稻集約化、規(guī)?；a(chǎn)的發(fā)展，水田耕整地用寬幅高速型旋耕機(jī)將成為發(fā)展方向。水田土壤含水率高，抗剪切、抗壓強(qiáng)度低,附著力、外摩擦力也接近為零，切土部件與土壤之間存在著一層潤滑水膜。因此，為充分提高作業(yè)效率,需要工作幅寬大(3m以上)、作業(yè)效率高的旋耕機(jī)。
2. 向聯(lián)合作業(yè)機(jī)組方向發(fā)展
大中型拖拉機(jī)具有強(qiáng)勁的動(dòng)力輸出系統(tǒng)、牽引力和懸掛能力，為配套旱田聯(lián)合耕作機(jī)械提供了條件。旋耕機(jī)作為驅(qū)動(dòng)型耕作機(jī)具，易于通過更換或附加工作部件，可完成滅茬、深松、碎土、做畦、起壟、開溝、精量或半精量播種、深施化肥、鋪膜、鎮(zhèn)壓和噴藥等聯(lián)合作業(yè)，可大幅度提高生產(chǎn)效率，降低作業(yè)成本。國外發(fā)達(dá)國家已推廣使用了以作業(yè)工序排列組合、以旋耕機(jī)為主體的聯(lián)合作業(yè)機(jī)組，如加拿大的萬能旋耕機(jī)，日本的聯(lián)合耕耙犁和旋耕播種機(jī)等
3. 全幅深旋耕機(jī)已起步
為了增厚土壤熟化層，改善深層土壤透氣性，增大持水能力，為栽培薯類、根莖類作物需要深耕的農(nóng)藝要求，近年來國外已開發(fā)出了全幅深旋耕機(jī)和間隔窄幅深旋耕機(jī)。加大旋耕深度的主要難點(diǎn)是拖拉機(jī)動(dòng)力不足、機(jī)組功率不平衡。而具有雙速獨(dú)立動(dòng)力輸出軸的大功率拖拉機(jī)，可以全功率輸出，同時(shí)具有多個(gè)慢速擋以及爬行擋，這也為配套全幅深旋耕機(jī)提供了良好的條件。
4. 向可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略型發(fā)展
降低污染和資源重用已成為當(dāng)前農(nóng)業(yè)機(jī)械化設(shè)計(jì)的最終目的，能完成秸稈還田作業(yè)的反轉(zhuǎn)滅茬旋耕機(jī)等新的機(jī)型將成為今后旋耕機(jī)械重要的研究方向。另外，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，一些新技術(shù)也將在旋耕機(jī)上得到廣泛應(yīng)用，如信號(hào)系統(tǒng)等。
5. 小型旋耕機(jī)需求量有所增加
隨著我國溫室技術(shù)的發(fā)展，農(nóng)村大棚耕作面積日益增大，由于市場的需求，小型適合于大棚內(nèi)作業(yè)的旋耕機(jī)械已成為目前研究的新重點(diǎn)。
1.5 溫室土壤的物理特性概述
溫室內(nèi)的土壤由于復(fù)種指數(shù)高，施肥、灌溉、耕作的頻率超過一般農(nóng)田土，并且有機(jī)質(zhì)含量高，所以其土壤容積密度較低(大約為1.10～1.13g/cm3)，土壤的總孔隙度較高，但非毛管空隙度較低。土壤孔隙度的改善有利于加速有機(jī)質(zhì)的分解，同時(shí)增加了土壤的蓄水能力。有關(guān)研究資料表明，溫室土壤中，0.2505mm的水穩(wěn)性團(tuán)聚體可達(dá)到13.7%～55.5%，為大田土壤的3.2～11.1倍，土壤粘性較大，并有隨著種植年限加長有增加的趨勢。
針對(duì)溫室土壤相對(duì)疏松濕潤的特點(diǎn)，通常宜采取松土作業(yè)而減少耕翻和旋耕，以保護(hù)土壤結(jié)構(gòu)和大量的微生物。對(duì)于蔬菜種植，由于根系主要分布于10-15cm的土層內(nèi)，耕作層的厚度可適當(dāng)減小。
1.6 溫室內(nèi)松土作業(yè)的主要作用
松土是一項(xiàng)基礎(chǔ)性作業(yè)，要求在不粉碎土壤、不亂土層的前提下，主要起到以下作用：
1. 使土壤疏松，保持較高的通氣性和表層地溫。
2. 調(diào)節(jié)土壤水分。切斷土壤中毛細(xì)管，減少水分蒸發(fā)，起保墑防旱作用；土壤濕度過大時(shí)，可加速表層土壤水分的蒸發(fā)，達(dá)到晾墑的目的。
3. 改善土壤物理性狀，增加好氣性微生物活動(dòng)，加速土壤營養(yǎng)物質(zhì)的分解，提高土壤肥力，有利于作物根系生長發(fā)育。
1.7 研究內(nèi)容和方法
根據(jù)目前我國溫室耕耘機(jī)械的研究現(xiàn)狀和存在問題以及溫室土壤的物理特開發(fā)研
究適宜于棚室內(nèi)作業(yè)、能提高松土性能、并充分利用電力資源減輕機(jī)器作業(yè)時(shí)對(duì)環(huán)境污染的機(jī)具。因此，研制了滾齒式溫室電動(dòng)松土機(jī)。
該機(jī)機(jī)型小，操作簡便，克服了不適應(yīng)棚室作業(yè)空間狹小的弊端；能夠保持上下土層不亂，碎土能力強(qiáng)；由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾齒軸工作，無污染, 一定程度上代替了人力，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，對(duì)發(fā)展高效、環(huán)保的設(shè)施農(nóng)業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
2整機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)原則
溫室大棚生產(chǎn)耕作困難、勞動(dòng)強(qiáng)度大、效率低、成本高。 需要一種機(jī)械，可以滿足溫室大棚的空間小，障礙物多、邊角地帶無法耕耘等問題，研制一種體積小，重量輕，操作方便、不排放有害氣體、噪聲低，使用安全可靠，推動(dòng)方便、操作搬運(yùn)高效節(jié)能，無污染的小型松土機(jī)。
對(duì)于松土機(jī)的總體設(shè)計(jì)，要遵循的設(shè)計(jì)原則如下：
1. 首先滿足農(nóng)藝要求并適應(yīng)溫室大棚內(nèi)的空間限制，具有良好的轉(zhuǎn)向性和操作靈活性。
2. 吸收國內(nèi)外設(shè)施農(nóng)業(yè)作業(yè)機(jī)械的新技術(shù)，采用新原理、新結(jié)構(gòu)、新工藝、做到設(shè)計(jì)合理、使用可靠、優(yōu)質(zhì)高效，并能降低能源消耗。
3. 零部件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化程度高。
4. 整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、操作簡便、質(zhì)量輕、機(jī)動(dòng)性好。
2.2松土機(jī)的組成
圖1 松土機(jī)整體結(jié)構(gòu)示意
1.機(jī)架 2.減速器3.電動(dòng)機(jī) 4.轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu) 5.支撐輪 6.滾齒軸
如圖1所示，松土機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、減速器、滾齒軸和操縱機(jī)構(gòu)等組成。其主要特征是利用“旋耕自走”原理，將電動(dòng)機(jī)傳出的動(dòng)力通過減速器傳給鏈輪，由鏈輪帶動(dòng)滾齒軸上的鏈輪將動(dòng)力傳到滾齒軸，實(shí)現(xiàn)松土作業(yè)。為了簡化整機(jī)結(jié)構(gòu)，機(jī)具仍不自走，需要人力推動(dòng)和控制方向，實(shí)現(xiàn)機(jī)組向前移動(dòng)。工作時(shí)，利用固定在滾齒軸上的釘齒，來切割、破碎土壤進(jìn)行耕耘作業(yè)，能夠保持上下土層不亂，碎土能力強(qiáng)，地表平整。作業(yè)時(shí)，調(diào)整機(jī)架高度，可達(dá)到要求耕深，滿足不同的生產(chǎn)要求。
為使結(jié)構(gòu)緊湊，采用整體式機(jī)架，電動(dòng)機(jī)與減速器安裝在機(jī)架上面，傳動(dòng)變速機(jī)構(gòu)固定在機(jī)架下面，工作部件安裝在機(jī)架底部。為減小松土機(jī)長度使松土部件盡可能地后移；轉(zhuǎn)向操縱桿與前輪軸聯(lián)接，可實(shí)現(xiàn)松土機(jī)的轉(zhuǎn)向：在工作軸安裝離合器，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞和分離。
2.3松土機(jī)主要參數(shù)的確定
松土機(jī)的參數(shù)主要包括滾齒速度、前進(jìn)速度、軸的轉(zhuǎn)速、節(jié)距和速比等。
1. 滾齒運(yùn)動(dòng)軌跡。如圖2所示，松土機(jī)工作時(shí)，滾齒一面旋轉(zhuǎn)，一面前進(jìn)，滾齒的絕對(duì)運(yùn)動(dòng)是滾齒軸旋轉(zhuǎn)和機(jī)組前進(jìn)兩種運(yùn)動(dòng)的合成，其運(yùn)動(dòng)軌跡是擺線。以滾齒軸旋轉(zhuǎn)中心O為原點(diǎn)建立坐標(biāo)系，軸正向和機(jī)組前進(jìn)方向一致，軸正向垂直向下。設(shè)松土機(jī)前進(jìn)速度為,刀軸旋轉(zhuǎn)角速度為,滾齒上任意一點(diǎn)的回轉(zhuǎn)半徑為，開始時(shí)滾齒端點(diǎn)位于前方水平位置與軸正向重合，則滾齒刀刃上任意一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)方程為
；
圖2 滾齒運(yùn)動(dòng)軌跡
2. 滾齒速度
滾齒上任意一點(diǎn)在旋轉(zhuǎn)1周的過程中所經(jīng)各處的速度是不同的，將上述方程對(duì)時(shí)間求導(dǎo)，即得到點(diǎn)在軸和軸方向的分速度和絕對(duì)速度：
；
3. 前進(jìn)速度
機(jī)組前進(jìn)速度是影響生產(chǎn)率高低的主要因素之一，據(jù)有關(guān)資料介紹，拋土功率隨前進(jìn)速度的增加按三階函數(shù)遞增。因此，為減小功耗，在保證作業(yè)質(zhì)量的前提下，機(jī)組前進(jìn)速度應(yīng)取得低些。選定機(jī)組前進(jìn)速度，小于旋耕機(jī)常用的機(jī)組前進(jìn)速度()。
4. 軸轉(zhuǎn)速
切土量一定時(shí)，切土轉(zhuǎn)速越大，功耗愈大。因滾齒軸轉(zhuǎn)速增大，則受到的土壤水平阻力增大，由于阻力與速度的平方成正比，故松土功耗與滾齒軸轉(zhuǎn)速近似呈二次方函數(shù)關(guān)系。旋耕機(jī)的轉(zhuǎn)速通常取，因此選定滾齒軸轉(zhuǎn)速=。
5. 節(jié)距S
滾齒軸轉(zhuǎn)動(dòng)一周松土機(jī)前進(jìn)的距離稱為節(jié)距，用S表示?？捎孟率接?jì)算：
式中—機(jī)組前進(jìn)速度
—滾齒軸轉(zhuǎn)速
6. 速比
對(duì)于旋耕機(jī)，為旋耕刀端點(diǎn)的圓周線速度與機(jī)組前進(jìn)速度的比值，稱為旋耕速比，用于松土機(jī)即為松土速比。值不同，旋耕刀片在土壤中的運(yùn)動(dòng)軌跡和所切土堡的形狀即不同，如圖3所示。
圖3不同值的旋耕刀運(yùn)動(dòng)軌跡
S—切土節(jié)距（cm），R—刀輥軸半徑（mm），
—機(jī)組前進(jìn)速度（m/s）H—耕深（cm），—溝底凸起高度（cm）
在耕深相同的情況下，隨著旋耕速比的增加，切土節(jié)距S減小，溝底不平度減小，而功耗增加。目前常用的速度比，考慮到松土機(jī)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選定。
已知，，，故滾齒端點(diǎn)最大圓周線速度為：
2.4松土機(jī)主要作業(yè)性能參數(shù)的設(shè)計(jì)
1. 深度H
根據(jù)農(nóng)藝要求，溫室的土壤耕作深度一般為，選定松土機(jī)平均松土深度為。這樣可以在滿足農(nóng)藝要求的前提下，使釘齒長度不致過長。
2. 幅寬B
為了便于小空間作業(yè)，松土幅寬B不宜過大，根據(jù)已有機(jī)具的幅寬和松土機(jī)的結(jié)構(gòu)，確定松土幅寬。
3. 生產(chǎn)率
已知松土幅寬，機(jī)組前進(jìn)速度，則理論生產(chǎn)率W可用下式計(jì)算：
4. 功率消耗的計(jì)算
a. 松土功率的消耗計(jì)算
松土功率消耗可用旋耕機(jī)功耗公式來計(jì)算，即：
式中—機(jī)具工作時(shí)土壤比阻（），可由公進(jìn)行估算，為平均土壤比阻，為耕深修正系數(shù)，為土壤含水率修正系數(shù)，為殘茬植被修正系數(shù)，為作業(yè)方式修正系數(shù)；H—松土深度（cm）；—機(jī)具前進(jìn)速度（m/s）；B—松土幅寬（m）。
根據(jù)溫室大棚內(nèi)的作業(yè)條件，經(jīng)查表確定，，，，。故：
。
已知松土深度，機(jī)組前進(jìn)速度，松土幅寬，則
b.機(jī)組行駛的功率消耗計(jì)算
設(shè)機(jī)組在行駛過程中受到的土壤阻力為F，機(jī)組前進(jìn)速度為，則克服土壤阻力消耗的功率為，又。
式中：f—阻力系數(shù)；—松土機(jī)重力；—松土機(jī)整機(jī)重量；—重力加速度。
初步估算松土機(jī)的質(zhì)量，取，代入式中得：
已知，則松土機(jī)克服滾動(dòng)阻力消耗的功率為：
因此，松土機(jī)消耗的總功率
5. 電動(dòng)機(jī)功率的確定
考慮到功率儲(chǔ)備，并且傳遞過程中有功率損失，電動(dòng)機(jī)的額定功率應(yīng)該大于松土機(jī)消耗的總功率, 故選用型電動(dòng)機(jī)，其額定功率為，額定轉(zhuǎn)速為。該電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大（1.8~2.5倍額定轉(zhuǎn)矩），啟動(dòng)電流較大，過載能力稍弱，但負(fù)載時(shí)的功率因數(shù)較高，節(jié)電效果顯著。
3傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1傳動(dòng)比分配
根據(jù)電動(dòng)機(jī)的滿載轉(zhuǎn)速和旋耕刀軸的轉(zhuǎn)速，傳動(dòng)裝置的總傳動(dòng)比為7.2，總傳動(dòng)比為各級(jí)傳動(dòng)比的乘積。根據(jù)傳動(dòng)比的分配原則及各種傳動(dòng)的性能，分配傳動(dòng)比。
帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，造價(jià)低廉，以及緩沖吸震等特點(diǎn)。因此，一般在一級(jí)傳動(dòng)中采用，。而齒輪傳動(dòng)無彈性滑動(dòng)和打滑現(xiàn)象，因而能保持準(zhǔn)確的傳動(dòng)比，傳動(dòng)效率高，軸上徑向壓力較小，結(jié)構(gòu)較為緊湊。二級(jí)傳動(dòng)采用變速箱。側(cè)邊傳動(dòng)采用鏈傳動(dòng)，可以沒有傳動(dòng)比，起到傳動(dòng)功能。
3.2各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩
3.2.1 計(jì)算各軸的轉(zhuǎn)速
傳動(dòng)裝置中各軸的轉(zhuǎn)速為：
軸轉(zhuǎn)速：；
變速箱輸入轉(zhuǎn)速：；
變速箱輸出轉(zhuǎn)速和軸轉(zhuǎn)速：；
3.2.2 計(jì)算各軸的輸入功率
電動(dòng)機(jī)的計(jì)算功率一般可依據(jù)電動(dòng)機(jī)所需實(shí)際功率作為計(jì)算依據(jù)，則其他各軸輸入功率為：
軸輸出功率： ；
變速箱輸入功率： ；
變速箱輸出功率： ；
軸輸入功率： ；
軸輸出功率： ；
3.2.3 計(jì)算各軸轉(zhuǎn)矩
軸轉(zhuǎn)矩： ；
變速箱輸入轉(zhuǎn)矩： ；
變速箱輸出轉(zhuǎn)矩： ；
軸輸入轉(zhuǎn)矩： ；
軸輸出轉(zhuǎn)矩： ；
功率、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速如表3-1。
表3-1 各軸受力表
軸號(hào)
功率P（KW）
轉(zhuǎn)矩T（Nm）
轉(zhuǎn)速n（r/min）
傳動(dòng)比i
效率
輸入
輸出
輸入
輸出
I軸
3.42
22.68
1440
2.4
0.95
變速箱軸
3.21
3.18
47.38
46.36
600
2.97
0.96
III軸
3.06
3
132.83
130.23
200
3.3 帶及帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
3.3.1 皮帶設(shè)計(jì)
3.3.1.1確定計(jì)算功率
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，得功率計(jì)算公式
式中：——計(jì)算功率，單位為kw;
——傳遞的額定功率，單位為kw;
——工作情況系數(shù)
根據(jù)表機(jī)械設(shè)計(jì)表8-6，取，
3.3.1.2 選擇帶型
根據(jù)計(jì)算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，由圖8-9選定帶型，選擇SPZ型V帶。
3.3.1.3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑和
（1）初選小帶輪的基準(zhǔn)直徑
根據(jù)v帶截型參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本表8-3及表8-7，選。
（2） 驗(yàn)算帶的速度v
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)式8-13，
計(jì)算從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑，由，并按V帶輪的基準(zhǔn)直徑系列表8-7
加以圓整取。
（3） 確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，根據(jù)傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)的需要初定中心距，由
，
?。?
取定后，根據(jù)傳動(dòng)的幾何關(guān)系，計(jì)算所需帶傳動(dòng)的基準(zhǔn)長度：
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，由表8-2中選取和相近的V帶的基準(zhǔn)長度，?。辉俑鶕?jù)來計(jì)算實(shí)際中心距，
（4） 驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，根據(jù)式（8-6）及對(duì)包角要求應(yīng)保證
（5）確定帶的根數(shù)z
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，根據(jù)式（8-22）
——包角系數(shù),查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（表8-8），=0.92；
——長度系數(shù)，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》（表8-2），=0.94；
——單根V帶的基本額定功率，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》表8-5c，=2.61；
——計(jì)入傳動(dòng)比的影響時(shí)，單根V帶額定功率的增量，其值見《機(jī)械設(shè)計(jì)》
表8-5b，=0.56；
，取z=2。
（6）確定帶的預(yù)緊力
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，考慮離心力的不利影響，并考慮包角對(duì)所需預(yù)緊力的影響，根據(jù)式（8-23）單根V帶 所需的預(yù)緊力為：
查機(jī)械設(shè)計(jì)表8-4，得出，則
（7）計(jì)算帶傳動(dòng)作用在軸上的力（壓軸力）
如果不考慮帶的兩邊的拉力差，則壓軸力可以近似的按帶的兩邊的預(yù)緊力的合力來計(jì)算，即
—帶的根數(shù)；
—單根帶的預(yù)緊力；
—主動(dòng)輪上的包角；
圖3-1 帶傳動(dòng)作用在軸上的力
3.3.2帶輪設(shè)計(jì)
V帶輪的設(shè)計(jì)要求質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)工藝性好，無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力，質(zhì)量分布均勻，輪槽加工表面要精細(xì)加工，以減小帶的磨損。帶輪的材料主要采用鑄鐵，牌號(hào)為HT200.小帶輪因?yàn)橹睆奖容^小所以采用實(shí)心式，大帶輪的直徑比較大，所以采用孔板式。
3.4鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算
1、根據(jù)實(shí)際，鏈條速度在1－2m/s之間，鏈輪的轉(zhuǎn)速為200r/min。
設(shè)計(jì)步驟如下：
選用單排套筒滾子鏈，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)》第二版，其設(shè)計(jì)步驟如下：
（1）根據(jù)設(shè)計(jì)要求主動(dòng)鏈輪和從動(dòng)鏈輪大小相同。因此。
（2）計(jì)算功率
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，
由表9-9查得： 工作系數(shù)；
由表9-10查得：鏈輪齒數(shù)系數(shù)；
所以=
定鏈條的節(jié)距
根據(jù)鏈輪轉(zhuǎn)速及功率，由圖9-13選取的鏈條號(hào)為10A,鏈節(jié)距；
（3）確定鏈長L
根據(jù)鏈輪的速度計(jì)算鏈輪分度圓直徑。鏈長為。
（4）確定鏈條鏈節(jié)數(shù)
由 計(jì)算鏈節(jié)數(shù)可得節(jié)，取為43節(jié)。
（5）中心距的計(jì)算
=
=174.625mm
a實(shí)際中心距取為175mm。
（6）計(jì)算鏈速：
1.11m/s滿足鏈速在1－2m/s之間，合適。
（7）查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，由表9－4得鏈輪輪轂孔
（8）計(jì)算作用在軸上的壓軸力
有效圓周力為
由于鏈傳動(dòng)為傾斜配置，安裝傾角為45°
查表取
所以，
根據(jù)上述要求：選擇的滾子鏈的型號(hào)為：—1×316 GB 1243—1997
鏈條其結(jié)構(gòu)詳圖如下：
圖3—2 輸送鏈條結(jié)構(gòu)圖
3.5齒輪的設(shè)計(jì)
3.5.1選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
1.根據(jù)實(shí)際需要，選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
2.旋耕機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精（GB10095-88）。
3.材料選擇。由表10-1選擇小齒輪材料為40Cr，（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪材料為45鋼，（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，兩者材料硬度相差為40HBS[13]。
4．選小齒輪齒數(shù)，則大齒輪齒數(shù)。
3.5.1.1 按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-24）進(jìn)行試算，即
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
（1） 計(jì)算載荷系數(shù)K
（2） 計(jì)算扭矩
齒輪傳動(dòng)齒寬系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，根據(jù)表10-7選取齒寬系數(shù)
（3）查表10-6查得材料彈性影響系數(shù)。
（4）由圖10-21按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限。
（5）由式（10-13）計(jì)算應(yīng)力循環(huán)系數(shù)
（6）由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)；。
（7）計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
去失效概率為1%，安全系數(shù)，由式（10-12）得
=0.95600=570MPa
=098550=539MPa
3.5.1.2 計(jì)算
（1）、計(jì)算小齒輪分度圓直徑，代入[]中較小的值
==50.33mm
（2）計(jì)算圓周速度v
（3）計(jì)算齒寬b
（4）計(jì)算齒高與齒寬之比
模數(shù)
齒高
（5）計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v=1.73m/s，7級(jí)精度，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，由圖10-8得動(dòng)載系數(shù)；直齒輪，由表10-3查得；由表10-2得使用系數(shù)；
由表10-4查得7級(jí)精度、小齒輪相對(duì)支承非對(duì)稱布置時(shí)，
將數(shù)據(jù)代入后得
由，查圖10-13得；故載荷系數(shù)
（6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正算得的分度圓直徑，查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，由式（10-10a）得
(7)計(jì)算模數(shù)m
3.5.2按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
1、確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
（1）查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=500MPa；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限=380MPa；
（2）由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，；
（3）計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式（10-12）得
= =303.57MPa
=238.86MPa
（4）計(jì)算載荷系數(shù)
（5）查取齒形系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，由表10-5查得；。
（6）查取應(yīng)力校正系數(shù)
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，；。
（7）計(jì)算大小齒輪的并加以比較
=
=
大齒輪的數(shù)值大。
2、設(shè)計(jì)計(jì)算
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的大小主要取決與彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，二齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)1.65并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值2，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出
小齒輪齒數(shù)
大齒輪齒數(shù)，取。
這樣設(shè)計(jì)出的齒輪傳動(dòng)，既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到結(jié)構(gòu)緊湊，避免浪費(fèi)。
3、幾何尺寸計(jì)算
基本參數(shù)：
傳動(dòng)比i=2.97；齒數(shù)，；模數(shù)m=2；
(1) 計(jì)算分度圓直徑
(2) 計(jì)算中心距
計(jì)算齒輪寬度
取，。
3.5.3 驗(yàn)算
<100N/mm，合適
3.6軸的計(jì)算
3.6.1變速箱輸出軸的設(shè)計(jì)
1、軸上的功率P、轉(zhuǎn)速n、轉(zhuǎn)矩T
由以上計(jì)算知變速箱輸入轉(zhuǎn)速，輸出轉(zhuǎn)速；
功率，輸出；輸入轉(zhuǎn)矩，輸出轉(zhuǎn)矩。
2、求作用在齒輪上的力
因已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為
3、 初步確定軸的最小直徑
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，由式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理[8]。根據(jù)表15-3，取，于是得
。故最小直徑選為30mm。
4、 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1） 擬定軸上的零件裝配方案裝配圖如圖3-1.
2） 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度
（1） 為使鏈輪的右側(cè)有軸向定位，在處需制出一軸肩，故取段的直徑
， 。
（2） 初步選擇滾動(dòng)軸承。
軸只承受徑向力，故選擇單列圓柱軸承。根據(jù)工作要求，選擇軸承6208其尺寸為dDB=408018，故，而。右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行定位，由手冊(cè)上查得6208型軸承，取。
（3） 取安裝齒輪處的軸段的直徑。齒輪的左端與左端軸承之
間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為56，為使套筒端面可靠地壓緊齒輪，故。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h>0.07，取h=5mm，則軸環(huán)處直徑。軸環(huán)寬度b>1.4h，取。
（4）軸上零件的周向定位
帶輪、齒輪的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的平鍵截面bh=20mm12mm（GB/T1095-1979），鍵槽用銑刀加工。
3.6.2變速箱輸入軸的設(shè)計(jì)
1、由以上計(jì)算知變速箱輸入轉(zhuǎn)速；功率；輸入轉(zhuǎn)矩；
2、求作用在齒輪上的力
因已知小齒輪的分度圓直徑為
圖3-1 輸出軸的結(jié)構(gòu)與裝配圖
3、初步確定軸的最小直徑
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，由式（15-2）初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)表15-3，取，于是得
所以最小直徑選為20mm。
4、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1） 擬定軸上的零件裝配方案裝配圖如圖3-2
圖3-2 輸入軸設(shè)計(jì)示意圖
2） 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑和長度
（1）為使帶輪的右側(cè)有軸向定位，在I-II處需制出一軸肩，故取II-III段的直徑，帶輪和軸配合長度。
初步選擇滾動(dòng)軸承。
軸只承受徑向力，故選擇單列圓柱軸承。根據(jù)工作要求，選擇軸承6208寸為=408018，，。右端滾動(dòng)軸承采用軸肩進(jìn)行定位，由手冊(cè)上查得6208型軸承，取。
（3）取安裝齒輪處的軸段IV-V的直徑。齒輪的左端與左端軸承之間采用套筒定位。已知齒輪輪轂的寬度為60，為使套筒端面可靠地壓緊齒輪，故。齒輪的右端采用軸肩定位，軸肩高度h>0.07，取h=5mm，則軸環(huán)處直徑。軸環(huán)寬度b>1.4h，取。
圖3-3 變速箱軸的受力簡圖
（4）軸上零件的周向定位
帶輪、齒輪的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)的平鍵截面bh=20mm12mm（GB/T1095-1979），鍵槽用銑刀加工。
5、求軸上載荷
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計(jì)算簡圖，可以看出軸的受力最大處是危險(xiǎn)截面?，F(xiàn)將該處的、及的值列于下表
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
,
，
彎矩M
總彎矩
扭矩T
6、 按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》課本，由式（15-5）及上表中的數(shù)值，并取，軸的計(jì)算應(yīng)力
=
材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由表15-1查得[]=60MPa。因此，<[]，故安全。
3.7其余部件的設(shè)計(jì)
1. 離合器設(shè)計(jì)與計(jì)算
采用簡易的牙嵌式離合器，如圖4所示。其傳動(dòng)扭矩大，結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠。離合器的一半通過平鍵與軸聯(lián)接，另一半空套在軸上與鏈輪成為一體。當(dāng)離合器嚙合時(shí)，鏈輪和軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；當(dāng)離合器分離時(shí)，空套在軸上的一半與鏈輪空轉(zhuǎn)，軸則不轉(zhuǎn)。
圖4 離合器
根據(jù)軸徑的尺寸，參考《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》確定離合器的參數(shù)。為保證離合器工作可靠，設(shè)計(jì)離合器時(shí)，按下式取計(jì)算扭矩：
＜
式中，—工作儲(chǔ)備系數(shù)；
—離合器需傳遞的扭矩；
—離合器的許用扭矩；
已知，取，
，代入上式中得：
＜
所以離合器滿足工作要求
2. 聯(lián)軸器選擇
常用的聯(lián)軸器已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了，選用時(shí)，首先按照工作條件選擇合適的類型；再按軸徑、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速選擇聯(lián)軸器的型號(hào)；必要時(shí)校核聯(lián)軸器的承載能力。
聯(lián)軸器的計(jì)算扭矩應(yīng)取不穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的動(dòng)載荷及過載的最大扭矩，可按下式求得：
＜
式中，—工作情況系數(shù)；
—聯(lián)軸器需傳遞的扭矩；
—聯(lián)軸器的許用扭矩；
已知，取，代入上式得：
＜
選擇爪型彈性聯(lián)軸器，其結(jié)構(gòu)簡單，裝卸方便，彈性好，適用于小功率、有沖級(jí)載荷、啟動(dòng)頻繁的條件。通過校核計(jì)算，該聯(lián)軸器能滿足工作需求。
3. 軸承的選擇
松土機(jī)上的軸承主要承受徑向載荷，考慮到經(jīng)濟(jì)性，選用單列深溝球軸承。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，主要受徑向載荷，也可承受一定的軸向載荷，并且價(jià)格便宜。
滾動(dòng)軸承的主要失效形式是疲勞點(diǎn)蝕，因此軸承的尺寸按疲勞強(qiáng)度及壽命計(jì)算。
式中，—軸承的額定壽命；—軸承的轉(zhuǎn)速；—軸承壽命指數(shù)，對(duì)球軸承，對(duì)滾子軸承；—軸承的額定動(dòng)載荷；—當(dāng)量動(dòng)載荷。
為了簡化計(jì)算，將滾動(dòng)軸承的壽命公式寫成：
令，，則上式可寫成
式中，—壽命系數(shù)；—轉(zhuǎn)速系數(shù)
由上可得：
以安裝在工作軸上的軸承為例計(jì)算軸承的壽命，已知，，查表得，代入式中
＞
所選軸承能滿足工作要求。
4. 鍵的選擇和聯(lián)接強(qiáng)度的計(jì)算
鍵的類型可根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，使用要求和工作條件選定；鍵的剖面尺寸通常根據(jù)軸的直徑從標(biāo)準(zhǔn)中選?。绘I的長度則按輪轂長度從標(biāo)準(zhǔn)中選取。
根據(jù)以上選擇原則，選定圓頭普通平鍵。
鍵聯(lián)接強(qiáng)度可以通過以下公式計(jì)算：
式中：—鍵或鍵槽工作面的比壓；
—轉(zhuǎn)矩；
—軸的直徑；
—鍵的工作長度；
—鍵與輪轂的接觸高度；對(duì)于平鍵，
—鍵的厚度；
—鍵聯(lián)接的許用比壓。
以安裝在工作軸上的鍵為例進(jìn)行校核計(jì)算，所選鍵為鍵。已知，，，，，代入上式中得：
同理，對(duì)其他所選的鍵進(jìn)行校核，都能滿足工作要求。
結(jié) 論
松土機(jī)以電動(dòng)機(jī)為動(dòng)力，具有體積小、成本低、工作可靠及不污染環(huán)境等特點(diǎn)。采用整體式機(jī)架，電動(dòng)機(jī)和減速器固定在機(jī)架上方，使整機(jī)結(jié)構(gòu)簡單緊湊。作業(yè)時(shí)通過滾齒軸上旋轉(zhuǎn)的滾齒松土，對(duì)土壤的切削和破碎效果好，耕后地表平整，無梨底層，減輕了對(duì)土壤的壓實(shí)。以電能作為能源，充分體現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)、實(shí)用、節(jié)能及環(huán)保的設(shè)計(jì)原則。該機(jī)適合在空間狹小的溫室內(nèi)推廣使用。
短短的三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們對(duì)大學(xué)四年的機(jī)械知識(shí)的整體總結(jié)，也是理論與實(shí)踐的結(jié)合，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們收益非淺，這次設(shè)計(jì)，主要是對(duì)溫室松土機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了許多新的知識(shí)。我深刻的認(rèn)識(shí)到，要想成為一名合格技術(shù)人員只掌握本專業(yè)的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，我們應(yīng)該具有更加淵博的知識(shí)。
在以上設(shè)計(jì)中，對(duì)零件的材料，對(duì)軸承，對(duì)裝配方法等等知識(shí)點(diǎn)溫習(xí)和學(xué)習(xí)。使以前學(xué)習(xí)的理論知識(shí)能夠應(yīng)用到實(shí)際設(shè)計(jì)當(dāng)中去，更加深了我們對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。對(duì)實(shí)際加工中的一些問題有了進(jìn)一步的了解，并在設(shè)計(jì)中考慮和避免這些問題的發(fā)生。
沒有具體的了解，經(jīng)常會(huì)有無從下手的感覺，碰到問題只有去問老師和看相關(guān)書籍，確實(shí)雖然完成了大概模型，有許多地方還是不是完全吃透的，這需要在以后的工作學(xué)習(xí)中進(jìn)一步加深學(xué)習(xí)，期間我得到了許多教師的大力幫助。本次設(shè)計(jì)算基本符合設(shè)計(jì)要求。在此，我表示由衷地感謝！
33
致 謝
畢業(yè)設(shè)計(jì)很快已經(jīng)結(jié)束了，在這段時(shí)間里，不僅僅感覺到的是忙碌，還有忙碌后作完一件令自己心動(dòng)的東西時(shí)的那種無聲的喜悅。
在寫致謝信的這個(gè)時(shí)候心里想有一些說出的東西，想想自己在做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)的種種困難，在老師同學(xué)的用心幫助下也一一解決了，說句實(shí)話，憑自己的能力要作完畢業(yè)設(shè)計(jì)是有些太困難了，但是在你的身邊總有一些人會(huì)給你帶來驚喜，自己的能力畢竟有限，在面對(duì)別人無私幫助的時(shí)候我的內(nèi)心十分感激，帶自己畢業(yè)設(shè)計(jì)的老師會(huì)有問必答，有難必解，雖然接觸不是很多，但有些東西是用心感覺的。還有好多老師在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中給于我一些幫助，我非常的感激。當(dāng)然還有我身邊的那些同學(xué)，在我有疑惑的時(shí)候總是不厭其煩的給我解釋清楚。在我設(shè)計(jì)的時(shí)候，因?yàn)槲乙郧皬臎]接觸過的東西，一開始很是迷茫，我的好幾位同學(xué)都在這時(shí)候一邊忙自己的事，一邊還要在我有疑惑的時(shí)候?yàn)槲規(guī)兔Ψ治?，共同解決。最終自己終于完成了乘用車主減速器這一部分的畢設(shè)要求?，F(xiàn)在想起來，有時(shí)候最能讓自己感動(dòng)的事就發(fā)生在自己的身邊。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅給我?guī)砹酥R(shí)上的收獲，在做人方面也教會(huì)了我許多許多，在對(duì)待事情方面，尤其是有選擇的時(shí)候自己該放棄什么，該抓住什么。什么是該自己作的，什么時(shí)候做，我明白了好多。
在此，我對(duì)給我?guī)椭睦蠋?，同學(xué)至以誠摯的謝意和由衷的感激。感謝您們對(duì)我的幫助，和教會(huì)我那些人生的道理。
在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠摯的謝意！
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