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油茶墾復(fù)機(jī)中間傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
１ 緒 論
1.1 引言
在盛產(chǎn)油茶的三江縣進(jìn)行連續(xù)幾年的試驗(yàn)觀測(cè)表明,油茶地經(jīng)墾復(fù)后土壤疏松,保水保肥,促進(jìn)茶株根系發(fā)育,春季所發(fā)新梢數(shù)、梢長(zhǎng)、新葉數(shù)、花芽數(shù)分別比不墾復(fù)的增加48.5%、118.7%、11.5%和88?7%,而且茶籽千粒重增加0.7一3.3公斤,畝產(chǎn)量增加11.7一39.2公斤,增產(chǎn)15.7%一81.6%。一般深墾(深度為18一20厘米)于元月份茶株梢芽末萌動(dòng)之前進(jìn)行,以提高土溫、濕度及土層養(yǎng)分,促進(jìn)梢芽萌動(dòng)和座果;淺墾(深度<18厘米)于七八月份茶果膨大期進(jìn)行,減少地表徑流和水分蒸發(fā),接納降水,促進(jìn)花芽分化、茶果膨大和油脂的轉(zhuǎn)化。
1.2 油茶墾復(fù)的簡(jiǎn)介
油茶從栽種到開花結(jié)果只需要3-5年時(shí)間，而受益期長(zhǎng)達(dá)60余年，油茶林通過墾復(fù)，清除了雜草灌木，改善林地的環(huán)境、疏松土壤、增強(qiáng)抗性，減少病蟲的傷害；又將林地雜草翻埋于土中，增加了土壤肥力，促進(jìn)油茶生長(zhǎng)發(fā)育和提高產(chǎn)量，該措施投入低，見效快，易為林農(nóng)接受。
墾復(fù)的季節(jié)分為兩種，一種為冬季墾復(fù)，要求深挖，深度為２０到２５ｃｍ，并要求起塊大，土塊翻邊，草蔸朝天，翻過來的土塊無須打碎，形成坑坑洼洼，像魚鱗一樣，以增加蓄水，改良土壤。另種為夏季墾復(fù)，耕深為１０到１５ｃｍ。
墾復(fù)的方法可采用全墾、帶墾、穴墾及階梯式墾、壕溝墾等，不論采用哪種方法都應(yīng)以搞好水土保持為前提。同時(shí)要因地制宜，根據(jù)不同的地形地勢(shì)、林地狀況和經(jīng)營(yíng)的方式采取相應(yīng)的墾復(fù)方法。
全墾是在地勢(shì)平坦，坡度在１５o以下的荒蕪油茶山。全墾就是將油茶林地的土壤自下而上全部翻挖過來、挖時(shí)要環(huán)山水平而上，邊挖邊把泥土蓋在雜草、灌木上面，做成一條條土埂，阻隔山水，防止水土流失，同時(shí)還可以加速雜草、灌木的腐爛，提高土壤的肥力。
２ 油茶墾復(fù)機(jī)的工作原理
2.1 油茶墾復(fù)機(jī)的工作方式
油茶墾復(fù)機(jī)的是由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架、土壤耕作機(jī)具、懸掛機(jī)構(gòu)等組成的，通過懸掛機(jī)構(gòu)將墾復(fù)機(jī)連接在一部拖拉機(jī)后面，然后傳動(dòng)機(jī)構(gòu)把拖拉機(jī)的動(dòng)力傳到傳動(dòng)軸上，傳動(dòng)軸經(jīng)由墾復(fù)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)把動(dòng)力傳到刀上，通過旋轉(zhuǎn)的方式對(duì)土壤進(jìn)行墾復(fù)。根據(jù)要求選擇墾復(fù)的方法，實(shí)現(xiàn)荒地的墾復(fù)。
2.2 油茶墾復(fù)機(jī)傳動(dòng)的選擇
油茶墾復(fù)機(jī)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有兩種方式,一種方式是中間傳動(dòng)，另一種是側(cè)邊傳動(dòng)。中間傳動(dòng)和側(cè)邊傳動(dòng)的選用各有利弊，一般耕幅小于拖拉機(jī)后輪外緣寬度的墾復(fù)機(jī)多采用側(cè)邊傳動(dòng)，耕幅大于拖拉機(jī)后輪外緣寬度（即1.5米以上）的墾復(fù)機(jī)，多采用中間傳動(dòng)。中間傳動(dòng)由于中間有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使得在耕地時(shí)中間部位有漏耕現(xiàn)象。
選用鏈條還是齒輪傳動(dòng)？在大功率時(shí)，相對(duì)的說，齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要小些，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明齒輪傳動(dòng)可靠性好，使用的壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，但重量大，優(yōu)質(zhì)的合金材料用量多；鏈條傳動(dòng)較簡(jiǎn)單，重量輕，特別是在中心距大的時(shí)候，比齒輪傳動(dòng)優(yōu)越。
依據(jù)設(shè)計(jì)的要求在動(dòng)力為33.1-40.4kw，工作深度為20-25cm,作業(yè)幅寬為1.2-1.3m的條件下，我選擇中間齒輪傳動(dòng)。
2.3 油茶墾復(fù)機(jī)的耕作機(jī)具的選擇
在刀具的選擇上我們有三種，分別為旋轉(zhuǎn)鍬、鏵式犁、旋耕機(jī)。
鏵式犁雖然是一種傳統(tǒng)的土壤耕作機(jī)具，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以翻垡，但碎土能力不足，需要通過后續(xù)工序的碎土作業(yè)，才能達(dá)到苗床的要求，鏵式犁工作需要很大的牽引力，這使拖拉機(jī)的重量減輕受到限制，使機(jī)組本身的移動(dòng)消耗的功率增加。
旋耕機(jī)的碎土能力和混土能力強(qiáng)，但消耗比較高，不能翻垡，耕深一般比較淺。
而旋轉(zhuǎn)鍬與鏵式犁及旋耕機(jī)相比，它的最大特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低，垡片大，耕得深，可以翻垡，能量消耗比旋耕機(jī)小，碎土能力比鏵式犁好。
根據(jù)前面油茶墾復(fù)機(jī)的簡(jiǎn)介和設(shè)計(jì)的要求，我們可以知道，作為冬季墾復(fù)的特點(diǎn)在于耕的深，能翻垡。故我選擇旋轉(zhuǎn)鍬作為本設(shè)計(jì)墾復(fù)機(jī)的耕作機(jī)具。
2.4 油茶墾復(fù)機(jī)的工作原理的總圖
圖1 中間傳動(dòng)式旋耕機(jī)機(jī)械原理總圖
1-軸 2-犁刀 3-旋轉(zhuǎn)鍬 4-支架 5-箱體
2.4.1油茶墾復(fù)機(jī)工作原理簡(jiǎn)述
通過拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出，經(jīng)傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳給錐齒輪，錐齒輪進(jìn)行一級(jí)減速傳動(dòng)到變速箱5的輸入軸經(jīng)行走傳動(dòng)線路三級(jí)減速后傳到行走輸出軸帶動(dòng)行走地輪轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的行走。另外一邊輸入軸運(yùn)動(dòng)經(jīng)三級(jí)減速傳遞到旋耕軸1，實(shí)現(xiàn)機(jī)械的旋耕作業(yè)
2.4.2油茶墾復(fù)機(jī)的三維裝配圖
2.4.3 油茶墾復(fù)機(jī)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的二維圖
1-軸 2-錐齒輪 3，4--18齒齒輪 5-54齒齒輪 6-24齒齒輪
2.5 油茶墾復(fù)機(jī)的耕作機(jī)具
2.5.1旋耕刀的部分原理圖
1 -刀軸 2 -刀盤 3-旋轉(zhuǎn)刀 4 -支板
2.5.2旋耕刀的部分原理說明
轉(zhuǎn)子繞軸1旋轉(zhuǎn),在刀盤2上裝有三把L形刀齒，兩個(gè)相鄰刀盤的刀齒要對(duì)著安裝，在刀的背后裝有頂板4（裝在刀盤的內(nèi)側(cè)）。工作時(shí)刀切開垡片，頂板和刀一起把垡片帶到后面。當(dāng)?shù)栋眼移蛏咸崞饡r(shí)，垡片脫落頂板而滑下。
垡片長(zhǎng)度應(yīng)該大于L，以保證拋投時(shí)垡片位于刀上。該部件的特點(diǎn)在于具有頂板。
3油茶墾復(fù)機(jī)中間傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
3.1傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.1.1中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖
3.1.2中間傳動(dòng)系統(tǒng)部分的原理簡(jiǎn)述
通過拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出，經(jīng)傳動(dòng)軸I將動(dòng)力傳給錐齒輪，錐齒輪進(jìn)行一級(jí)減速，再由同軸II的直齒輪I將動(dòng)力傳給下一級(jí)齒輪II，直齒輪II將動(dòng)力傳遞給齒輪III進(jìn)行二級(jí)減速，齒輪III將動(dòng)力傳遞給旋耕軸齒輪VI，旋轉(zhuǎn)軸V再將動(dòng)力傳遞給旋轉(zhuǎn)鍬。
3.1.3旋耕鍬的技術(shù)參數(shù)
依據(jù)設(shè)計(jì)要求動(dòng)力為３３.１－４０.４kw，工作幅寬為1.9m,最大耕深為30cm,所以選擇東方紅－LX604系列的拖拉機(jī)，轉(zhuǎn)速選為540r/min,在根據(jù)要求工作效率為0.2-0.3h㎡/h，和相關(guān)的資料可得刀具的轉(zhuǎn)速為135r/min。
3.2 傳動(dòng)比的確定
傳動(dòng)比i=540/135=4，由此得Z2/Z1=3,Z4/Z3=1,Z5/Z4=3,Z6/Z5=0.44由于耕深要求，故選擇Z3的傳動(dòng)比為1的齒輪以增加高度。
設(shè)計(jì)Z1=12,Z2=36,Z3=12,Z4=12,Z5=54,Z6=24
n=540r/min,n=n=180r/min,n=n3=1180r/min,n5=60r/min,n6=135r/min
P=38.5×0.98=37.73kw,P=37.73×0.98=36.9754kw
齒輪參數(shù)
模數(shù)（mm）
壓力角（°）
齒數(shù)（個(gè)）
直徑（mm）
齒輪1
4
20
12
220
齒輪2
4
20
36
238
齒輪3
16
20
18
310
齒輪4
16
20
18
310
齒輪5
16
20
54
432
齒輪6
16
20
24
172
3.3 齒輪的設(shè)計(jì)
3.3.1 錐齒輪的基本幾何尺寸
基 本 參 數(shù)
數(shù) 值
錐 齒 1 ?！?shù) m
4mm
錐 齒 1的 齒 形 角
20o
錐 齒 1 分 度 圓 直 徑ｄ
220mm
錐 齒 2 齒 數(shù) z
12
錐 齒 2 ?！?shù)m
4mm
錐 齒 2 分 度 圓 直 徑ｄ
238mm
錐 齒 2 的 齒 數(shù)z
36
3.3.2 直齒圓柱齒輪的的設(shè)計(jì)
由上得：i=3
1.齒輪材料選擇：
小齒輪4：40Cr，調(diào)質(zhì)處理，硬度 241-286HB
大齒輪5：QT500-7，調(diào)質(zhì)處理，硬度 229-286HB
2.計(jì)算校核：
（1） 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算
{1}.初步計(jì)算：
轉(zhuǎn)矩T T=9.55×106=9.55×106 × T =2001286.11N. mm
齒寬系數(shù)d 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》表12.13， 取d=1.0
接觸疲勞極限σ 由圖12.17c σ=710MPa，σ=580MPa
初步計(jì)算的許用接觸應(yīng)力[σH] [σH]=0.9σ
[σ] =639MPa,[σ]=522MPa
Ad的值 由表12.16 取Ad=96mm
初步計(jì)算小齒輪直徑d d Ad 取d=120mm
{2} 校核計(jì)算
圓周速度v v= v=1.36m/s
精度等級(jí) 由表12.6 選8級(jí)精度
齒數(shù)z和模數(shù)m z= d/m m=5，z=18,z=54
使用系數(shù)KA 由表12.9 KA=1.5
動(dòng)載系數(shù)KV 由圖 12.9 KV=1.2
齒間載荷分配系數(shù) K K＝ K＝1.42
齒向載荷分布系數(shù)K K＝1.48
載荷系數(shù)K K= KA KV K K K=3.78
彈性系數(shù)Z 由表12.12 Z=189.8
接觸最小安全系數(shù)S 由表12.14 S= 1.05
接觸壽命系數(shù) 由圖12.18 Z=1.18，Z=1.25
許用接觸應(yīng)力[σ] [σ]= [σ] =798MPa, [σ]=690MPa
驗(yàn)算 σ= ZZZ σ=644MPa< [σ] {3} 確定傳動(dòng)的主要尺寸
實(shí)際分度圓直徑d d=220mm，d=238mm
中心距a a=180mm
3.齒根彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
載荷系數(shù)K K=3.65
彎曲疲勞極限σ 由圖12.23c σ=600MPa, σ=450MPa
許用彎曲應(yīng)力 =
=456MPa,=394MPa
驗(yàn)算 = =241MPa,=234MPa
傳動(dòng)無嚴(yán)重過載，故不作靜強(qiáng)度校核。
3.4 傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì)
選擇軸的材料，因傳動(dòng)軸是錐齒輪與齒輪之間的軸，應(yīng)與齒輪3的材料一致，故材料為45鋼調(diào)質(zhì)。相關(guān)尺寸如下圖所示
軸材料選用45鋼調(diào)質(zhì)，=650Mpa，=360Mpa。軸的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟如下：
計(jì)算項(xiàng)目 計(jì)算內(nèi)容 計(jì)算結(jié)果 3.4.1初算軸徑d
dC 由表，C=112
=112×
=26.72mm 取d=40mm
3.4.2 初步計(jì)算軸上各段長(zhǎng)度
軸承選6208，寬度B=18mm；
小齒輪齒寬b=75mm；
3.4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
計(jì)算軸上載荷：
由前計(jì)算：
齒輪作用在軸上載荷：
===21984N，=714.48N·m
3.4.4.繪制軸的彎扭矩圖，對(duì)危險(xiǎn)截面進(jìn)行校核
簡(jiǎn)化軸上載荷如圖：
其中， =21984N，T==714.48N·m， ==21984×=20658.2N
==21984×=7518.97N
畫軸的彎矩圖，扭矩圖
由彎矩圖、扭矩圖可知B點(diǎn)為危險(xiǎn)截面。對(duì)B點(diǎn)進(jìn)行校核計(jì)算：
M===19565.8Nm
查表得：=215Mpa，=102.5Mpa，=60Mpa
對(duì)于不變的轉(zhuǎn)矩，取===0.27
===19566.8N·m
所以：
===12.23Mpa=60Mpa
滿足強(qiáng)度要求。
軸承選用6208，錐輪和齒輪結(jié)構(gòu)見零件圖。
3.5 軸承的校核
3.5.1 計(jì)算軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷P：
由式：P=X+Y知， 對(duì)不承受軸向載荷的深溝球軸承，X=1，Y=0
:；
由力學(xué)相關(guān)知識(shí)解得：=2599.6N；；
；728.46N
==3409.6N
==5894.3N
得：= =3409.6N；= =5894.3N
3.5.2 校核計(jì)算
軸承的計(jì)算額定動(dòng)載荷，它與所選用軸承型號(hào)的基本額定載荷C值必須滿足下式要求：
C=；=3
為軸承的預(yù)期使用壽命，
查表，取=6000h
解得=3409.6=21.68KwC=29.5Kw
=5894.3=27.24KwC=29.5Kw
綜上：軸承滿足使用要求，選用合理
3.5.3 軸上鍵連接的選擇及校核
因無特殊要求，選用圓頭普通平鍵，鍵10×8，通常（1.6～1.8）d
因此，L（1.6～1.8）×34=54.4～61.2mm，取L=50mm；
校核計(jì)算如下：
鍵的接觸長(zhǎng)度=L-b=50-10=40mm。鍵與縠的接觸高度h2=82=4mm；
許用擠壓應(yīng)力查表取=150Mpa；所以鍵連接所能傳遞的轉(zhuǎn)矩為：
T=d=×0.004×0.04×0.034×150×=408N·m=129.68N·m。
所以，以上選擇的參數(shù)滿足強(qiáng)度要求。合理。
3.5.4軸上螺母的選擇
因螺母只需一般的固定作用，并無特殊要求，所以選用普通六角螺母M10。
3.6懸掛機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
懸掛機(jī)構(gòu)的作用是掛接懸掛式農(nóng)具，連接墾復(fù)機(jī)和拖拉機(jī)的機(jī)具。懸掛機(jī)構(gòu)如下圖，主要由連桿、起落搖臂、支桿等組成?！ ?
懸掛機(jī)構(gòu)總圖
支桿
連桿
起落搖臂
3.7 耕作機(jī)具的設(shè)計(jì)
根據(jù)前面關(guān)于耕作機(jī)具的選擇我們可以知道，我們所選的刀具為旋轉(zhuǎn)鍬，它的最大特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速低，垡片大，耕得深，可以翻垡，能量消耗比旋耕機(jī)小，碎土能力比鏵式犁好。在排列上，為了使更好的耕作，避免漏耕，故采用中間箱體增加一把犁刀，如下圖：
４總結(jié)
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)從從動(dòng)的方式和傳動(dòng)比上入手，根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，查閱相關(guān)的資料確定配置動(dòng)力和刀軸的轉(zhuǎn)速，然后依據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)關(guān)于齒輪的設(shè)計(jì)的方法對(duì)中間傳動(dòng)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)和相關(guān)參數(shù)、強(qiáng)度的設(shè)計(jì)。由于對(duì)于墾復(fù)的理解和相關(guān)的參數(shù)的不理解，使得第一次的設(shè)計(jì)在各方面達(dá)不到技術(shù)的要求，無法進(jìn)行墾復(fù)。墾復(fù)的特點(diǎn)在于其實(shí)在荒蕪的茶山上進(jìn)行的耕作，在耕作時(shí)要求低速，耕深，所以相應(yīng)的力矩就較大。而且在刀具上的選擇上墾復(fù)的特點(diǎn)也是不得不考慮的因素，故而我選擇較大的傳動(dòng)比以實(shí)現(xiàn)低速的耕作，選擇旋轉(zhuǎn)鍬以實(shí)現(xiàn)對(duì)墾復(fù)的作業(yè)。本次設(shè)計(jì)也使我對(duì)畫圖軟件有了更深的認(rèn)識(shí)，根據(jù)饒老師的指導(dǎo)，首先我利用Proe繪畫了三維圖，得以達(dá)到簡(jiǎn)明直觀的圖，對(duì)以后的設(shè)計(jì)有了很大的幫助，然后用AutoCAD軟件，繪制好零件和裝配圖，在饒老師的精心指導(dǎo)下，結(jié)合機(jī)械相關(guān)的書籍和文獻(xiàn)才完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1]邱宣懷、郭可謙、吳宗澤等.機(jī)械設(shè)計(jì).4版.北京：高等教育出版社.2010.
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致謝
轉(zhuǎn)眼間，我已經(jīng)在美麗的江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院度過了四個(gè)年頭。四年，這是我人生中非常重要的四年。給我留下了大學(xué)生活的美好回憶，留下了一筆無形的巨大的知識(shí)財(cái)富。這必將對(duì)我今后的學(xué)習(xí)、工作、生活產(chǎn)生積極、長(zhǎng)足的幫助。感謝江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院四年來的培養(yǎng)，在此，我真誠(chéng)地向我尊敬的老師們和母校表達(dá)我深深的謝意！
畢業(yè)設(shè)計(jì)是在我的導(dǎo)師饒洪輝老師的多次指導(dǎo)下完成的。從畢業(yè)設(shè)計(jì)的選題、構(gòu)思、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)到論文寫作的過程中，饒洪輝老師多次與我深入細(xì)致地探討，并給我提出切實(shí)可行的指導(dǎo)性建議。而且還給我提供了多套方案和設(shè)計(jì)思路。饒老師的高深精湛的造詣與嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)精神將永遠(yuǎn)激勵(lì)著我。在此，請(qǐng)?jiān)试S我向尊敬的饒洪輝老師表示真摯的謝意！
在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，也得到了許多同學(xué)的寶貴建議，同時(shí)還得到許多社會(huì)人士的支持和幫助，在此一并致以誠(chéng)摯的謝意。
最后，向在百忙中抽出時(shí)間對(duì)此畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)審并提出寶貴意見的各位老師表示衷心地感謝！
衷心祝愿母校江西農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院的明天更加美好！
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