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稻田攪漿平地機械設計,姓名：呂佳祺 指導老師：李玉清 學號：20104024212,１. 水田在我省的適用情況,我省土地以丘陵為主，但又以水稻為主的主要糧食的地區(qū)。無法適應于大規(guī)模的生產，但又是水田，泥濘的土地作業(yè)有一定的難度。本文基于機械設計和相關的研究，利用減速箱，和液壓裝置設計了一臺水田攪漿平地機。,攪漿平地機的實體圖：,,設計的一些不同： １.平地板更加靈活，實用。 ２.增加了座椅，作業(yè)時更加舒適。 ３.行走輪同攪漿裝置同樣有疏松土壤的作用，提高作業(yè)效率。,裝配簡圖：,,,１.175-1型柴油機 ２.底座 ３.減速箱 ４.鉸鏈 ５.手柄 ６.液壓裝置 ７.平地船 ８.攪漿裝置 ９.耕整雙輪,２. 結構特點與優(yōu)勢,１）通過小型柴油機作為動力源，具有小型水田也能快速工作的特點。 ２）體積小、質量輕、結構簡單、操作方便、保養(yǎng)方便。 ３）良好的導向性，平地效果理想。,３. 工作原理,設計一臺稻田攪漿平地機械，由現(xiàn)有雙輪耕整機牽引，工作部件通過攪漿，平底船的振動，對土壤的擠壓，刮平、推送以實現(xiàn)水田中土壤的平整，經參考眾多農機類型，我設計了如圖所示雙輪拖掛式水田平地機。柴油機為動力源，經過V帶傳動將功率傳給減速器，經歷兩級減速后又利用V帶傳動將功率傳遞給行走的雙輪，雙輪拖動平地船在水田上行走，平地船與拖拉機具采用三點懸掛方式連接，三點懸掛裝置的兩個提升桿改用兩個雙作用油缸，其動作可分別控制，以實現(xiàn)平地具左右兩側提升和下降的獨立控制，保證平地機具始終處于水平位置工作。懸掛點以鉸鏈連接，人站在平地船上通過手柄掌控方向。液壓控制系統(tǒng)控制平底船左右水平。,４. 柴油機的選擇,通過對家鄉(xiāng)柴油機的使用情況了解，175-1型發(fā)動機的在手推式水田攪漿平地機的使用率很高，很適合本地環(huán)境與交通狀況的柴油機，能滿足小型農業(yè)機構要求，故本次設計以龍舟-175F-1型柴油為動力源規(guī)格如下:,5 . 減速箱的設計,,按常識，取170cm，體重取70kg，雙臂抬起高度h=800mm。柴油機高500mm，為了讓人前方視野開闊，取雙輪半徑r=500mm那么輪子的轉速n=51.54r/min.確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比，以此設計減速器。,,傳動裝置示意圖：,６ 攪漿機具,,耕深20-60cm,轉速150-200轉,旋耕刀：,,名稱：左彎刀 回轉半徑：245mm 耕深,,名稱：左彎刀,名稱：右彎刀,,回轉半徑：245mm 耕深：16cm,7. 液壓裝置,在分析國內外平地控制系統(tǒng)的產品的基礎上，借鑒它們的成功經驗，根據(jù)國內現(xiàn)有產品的現(xiàn)狀，以及現(xiàn)有的技術水平，以單片機為控制，以液壓系統(tǒng)為執(zhí)行機構，設計了一種精密水田平地控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)設計中，結合實驗的實際需要，主要以耕整水田為研究對象。利用電磁閥的控制，實現(xiàn)油泵的不同排量，從而實現(xiàn)排種器的轉速控制。,平地機具靜態(tài)簡圖：,總結：,本次設計旨在設計一款體積小、質量輕、噪音小、操作靈活方便，適合小面積平地的水田攪漿平地機械，基于以上設計要求，經過幾次大的設計方案的變動，最后決定用雙輪耕整輪作為動力源，通過ｖ帶傳動到齒輪機構以實現(xiàn)減速、攪漿、拖動平底船在水田行走。 至此，我的設計過程結束，謝謝！, I 摘 要 由于我國土地形狀復雜，類型繁多，且緯度跨越大，故我國各省的農業(yè)機械各有差 異，其現(xiàn)代化程度不同。我省土地類型主要以丘陵為主，但又是以水稻為主要糧食的地 區(qū)。無法適用于大規(guī)模的生產，但又是水田，泥濘土地的作業(yè)有一定的難度。本文基于 機械設計和相關的理論研究，利用減速箱，單片機和液壓裝置設計了一臺水田平地機。 由于本人能力有限，此文只著重設計了其傳動裝置與平地的液壓裝置。此次設計的水田 平地機特點是結構簡單，受力均勻，運行平穩(wěn)，工作效率高。 關鍵詞：水田平地機 ；耕整機 ；手推 ；液壓系統(tǒng)設計 II Abstract due to land complex shapes, type range and latitude spans, of agricultural machinery in all the different, varying degrees of its modernization. I mainly hilly land in type, but with rice as the main food of the region. Cannot be applied to large-scale production, but paddy fields, muddy land a job with a certain degree of difficulty. This article is based on research on mechanical design and theories related to the, using gearboxes, hydraulic design of single-chip and a grader for paddy field. Because of my ability is limited, this article only focuses on the design of its gear and leveling of hydraulic equipment. Grader for paddy field feature of the design is simple, uniform, stable operation, high efficiency. Keywords: grader for paddy field; cultivator; hand; design of hydraulic systems III 目 錄 摘要 .Ⅰ ABSTRACT.Ⅱ 前言 .Ⅴ 1 緒論 １ 1.1 水田平地機在國內外的發(fā)展和使用 １ 1.2 設計水田平地機的意義 .１ 1.3 作品的結構特點與優(yōu)勢 １ 2 水田平地機的方案選擇 ２ 3 柴油機的選擇 ４ 4 減速箱的設計 ６ 4.1 減速箱的傳動比分配 .６ 4.2 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) .６ 4.3 設計 V 帶 ７ 4.4 齒輪的設計 ９ 4.5 軸的設計 11 4.6 高速大齒輪及帶輪的設計 22 5 液壓系統(tǒng)的設計及整體方案的確定 24 5.1 確定液壓系統(tǒng)的壓力和流量 24 5.2 液壓缸主要尺寸的確定 24 IV 5.3 各主要液壓器件選擇及其工作原理 .25 5.4 其他 .27 6 潤滑方式的確定以及其它的一些要求 30 7 總結 31 參考文獻 .32 致謝 .33 V 前 言 稻田攪漿平地機是我省廣泛采用的主要水田平地機械，手推式攪漿平地機適應了我 省山丘為主的主要地形形式，并且也滿足了耕地的主要作業(yè)要求。稻田攪漿平地機之所 以有廣泛的輔助作業(yè)能力，是由于它能完成 360 度運動。他們可以單獨進行，也可以組 合進行。本次研究的是一款能在我省水田中平地攪漿的機械，作業(yè)后疏松、平整的土壤 更加利于之后的播種以及收割。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 0 1 緒論 1.1 水田平地機在國內外的發(fā)展和使用 隨著高新技術的發(fā)展及在工程機械產品上的應用，以現(xiàn)代微電子技術為代表的高科 技正越來越普遍地用來改造工程機械產品的傳統(tǒng)結構。成熟技術的移植應用已大大促進 了平地機綜合技術水平的進一步提高。在滿足新的技術要求前提下選擇合理的價位，適 應不同檔次的用戶需求是目前平地機的發(fā)展方面。中國市場與國外市場不同，國外發(fā)達 國家的農業(yè)現(xiàn)代化基本已經形成，平地機的市場走勢處于低谷，而中國平地機市場剛剛 開始啟動，另一方面中國是發(fā)展中國家，經濟實力等遠遠落后于發(fā)達國家，多種因素決 定了現(xiàn)階段的中國市場對平地機不需要很高的技術含量和高的配置，只要具有同樣的作 業(yè)功能和較好的可靠性，具有性能價格比的優(yōu)勢，就會有高的市場份額。近年來，國外 平地機之所以從中國市場逐步退出不是因為國外產品的技術水平不高，而是價位太高。 進口機的價位約是國產同類機型的 3 倍以上。因此，國產平地機必須在保持或略高于原 同類機型價位的基礎上，盡量提高整機的可靠性和操作舒適性來適應中國的市場。 從技術發(fā)展角度考慮，中國平地機的發(fā)展，依然要跟蹤國際領先水平。展望迅速發(fā) 展的中國市場，加入ＷＴ0 后國內市場國際化的趨勢日趨明顯。參與國際交換和分工，充 分利用國際先進的配套資源和科學技術，實現(xiàn)技術資源的優(yōu)化配置，成為國內平地機制 造業(yè)發(fā)展的必經之路。中國平地機技術發(fā)展的基本特征應是：高、中、低檔產品并存。 廣泛使用新材料、新工藝，提高制造工藝水平，提高產品的可靠性和壽命，這是國產平 地機的發(fā)展趨勢。 1.2 設計水田平地機的意義 隨著我國現(xiàn)代化建設事業(yè)的迅速發(fā)展，農業(yè)現(xiàn)代化的建設越來越緊迫。但由于我國土 地形狀復雜，類型繁多，且緯度跨越大，故我國各省的農業(yè)機械各有差異，其現(xiàn)代化程 度不同。我省土地類型主要以丘陵為主，但又是以水稻為主要糧食的地區(qū)。無法適用于 大規(guī)模的生產，但又是水田，泥濘土地的作業(yè)有一定的難度。因此我省水田對平地類型 的機械有一定的要求。使用方便，外形較小，移動方便是我省現(xiàn)階段水田平地機的研究 意義。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 1 1.3 作品的結構特點與優(yōu)勢 1）通過小型柴油機作為動力源，具有小型水田也能快速工作的特點 2）體積小、質量輕、結構簡單、操作方便、保養(yǎng)方便、成本低廉，無廢氣及噪音 等污染。 3) 平地的高度可在 20—60mm 之間，橫向 100~200mm，,質量 400kg 左右（材料由 45 鋼制作）； 4)前輪采用雙輪耕整機構，具有良好的導向性，后面的平地船通過鉸鏈與行走機構 相連，可以大幅度拐彎。 5) 平地的效果較理想，且成本低，是小面積平地的首選產品。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 2 2 水田平地機的方案選擇 據(jù)本次設計要求：設計出一臺水田平地機，由現(xiàn)有雙輪耕整機牽引，工作部件平地 船通過振動、對土壤擠壓，刮平、推送，實現(xiàn)水田中土壤的平整。經參考眾多農機類型， 我設計了如圖 1 所示雙輪拖掛式水田平地機。 柴油機為動力源，經過 V 帶傳動將功率傳給減速器，經歷兩級減速后又利用 V 帶傳 動將功率傳遞給行走的雙輪，雙輪拖動平地船在水田上行走，平地船與拖拉機具采用三 點懸掛方式連接，三點懸掛裝置的兩個提升桿改用兩個雙作用油缸，其動作可分別控制， 以實現(xiàn)平地具左右兩側提升和下降的獨立控制，保證平地機具始終處于水平位置工作。 懸掛點以鉸鏈連接，人站在平地船上通過手柄掌控方向。液壓控制系統(tǒng)控制平底船左右 水平。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 3 3 柴油機的選擇 有常識得知：正常成年人的移動速度為 3.5—5km/h，考慮安全問題取 v=4km/h=66.67m/min。按水田耕整作業(yè)： （1）?KPTNnhb? 式中： —耕寬，取 100cmnb —耕深，取 10mmh —土壤比阻，根據(jù)資料取 0.36?K 所以 =3.60kwTNP 1.175F—1 型柴油機 2.底座 3.耕整雙輪 4.鉸鏈 5.平地船 6 液壓裝置 7.手柄 8.減速箱 圖 1 總裝配簡圖 Fig 1 General Assembly Drawing 通過對家鄉(xiāng)柴油機的使用情況了解，175F—1 型柴油發(fā)動機的使用率特別廣，它是最 適合本地環(huán)境狀況與交通狀況的柴油機，它能滿足輕小型農業(yè)機構的要求，故本次研究 以龍舟-175F-1 型柴油為動力源驅動。其規(guī)格如圖 2 所示： 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 4 圖 2 柴油機銘牌 Fig 2 diesel engine nameplate 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 5 4 減速箱的設計 4.1 減速箱的傳動比分配 圖 3 傳動裝置示意圖 Fig 3 Schematic diagram of transmission device 按常識，取 170cm，體重取 70kg，雙臂抬起高度 h=800mm。柴油機高 500mm，為了 讓人前方視野開闊，取雙輪半徑 r=500mm 那么輪子的轉速 n=51.54r/min。 確定傳動裝置的總傳動比和分配傳動比：總傳動比： 53.04.126?輪總 ni （1） 分配傳動比：取 則 05.3?帶i 49.16.2??i 取 經計算 21).3(i??21i 535i 注： 為帶輪傳動比， 為高速級傳動比， 為低速級傳動比。帶 2i 4.2 計算傳動裝置的運動和動力參數(shù) 將傳動裝置各軸由高速到低速依次定為 1 軸、2 軸、3 軸、4 軸 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 6 ——依次為電機與軸 1，軸 1 與軸 2，軸 2 與軸 3，軸 3 與軸 4，之間的傳01234,,? 動效率。 （1）各軸轉速： min/8520.36nrim?帶 （2）i/14.12i?帶 （2）in/7.56.305.2n213 rim??帶 （2） （2）各軸輸入功率： 1013.69.52dpkW????1012.791dpp?????32330.963.05k?? 440124.6.9.93d kW?????? （3）各軸輸入轉矩： （2）mNnPTwdd ??1.3205954.386.01.301 ????iTd?帶 ??.1948212 mNi? 57.5.633T???8309.744? 各軸動力參數(shù)結果如下表： 表 1 各軸動力參數(shù) Table 1 the axial dynamic parameters 軸名 輸入功率 P KW 輸出功率 P KW 輸入轉矩 T Nm 輸出轉矩 T Nm 轉速 r/min 柴油機軸 3.65 36.5 2600 高速軸 3.52 3.48 13.1 38.4 852 中間軸 3.21 3.18 38.4 168.8 184 低速軸 3.05 3.02 168.8 576.8 51.71 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 7 4.3 設計 V 帶 (1)確定 V 帶型號 查機械設計手冊 表 13-6 得： 205P2.1?AK 則 WKdAc 4.67.31??? 根據(jù) ,由機械設計 圖 13-5，選擇 A 型 V 帶， 。4.minrno 205P125d? （3） ??123.0512.9837.6d??? 取 。 375? 為帶傳動的滑動率 。 ?.? （2）驗算帶速： 帶速在 范圍內，合smdvmV01.716025160???s25? 適。 (3)取 V 帶基準長度 和中心距 a：dL 初步選取中心距 a： ，取 。750)32(5.)(5.21???o 075a? 所以： （3）8.42121??ooaL? 查資料取 。那么實際中心距： 。50?d 1.472????odoL 驗算小帶輪包角 ：? 。 （4） 21857.3610da???????? 求 V 帶根數(shù) Z： （5）??00L cPK???? 根據(jù)內插值法得 。38.1o18.?op EF=0.1 .037.1??oP EFABC 。 1.8.?op08.?EF9.1tK 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 8 由內插值法得 。 95.0?aK0.163ACFBE?09.?E95?? （6）09.15.)108.3(4)( ????KWPZLaoc 取 Z=3 根。 （4）求作用在帶輪軸上的壓力 ：QF 有 q=0.10kg/m，單根 V 帶的初拉力： （6） 2 205.504.25(1)(1)0.68190.3689cPFqv NzvK?????????? 作用在軸上壓力： 0 2sin90.sin32.cZN? 4.4 齒輪的設計 4.4.1 高速齒輪的設計 （1）材料：高速級小齒輪選用 鋼調質，齒面硬度為 250HBS。高速級大齒輪選用45? 鋼正火，齒面硬度為 220HBS。45? （2）查機械設計表 11-7 得： 。lim10HMpa??lim2540Hpa?? 又由表 11-4 得： 。1.HS?.3F 故 。MpaH50.][1lim1? MSH91.][2li2 查機械設計第 168 頁表 11-10C 圖得： 。paF01lim??paF502lim?? 故 。paSF1543.20][1lim1???SF13.][2li2 （3）按齒面接觸強度設計：9 級精度制造，取載荷系數(shù) ，取齒寬系數(shù)2?K 計算中心距：由機械設計第 165 頁式 11-5 得：4.0a? 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 9 ????3.1726.40382.149356.351 512 ??????????????????uKTuan?? 考慮高速級大齒輪與低速級大齒輪相差不大取 a.m 則 取 821maZ 91Z12? 實際傳動比： 79.43? 傳動比誤差： 。%5.3106. ???? 齒寬： 取 82ab?842b901? 高速級大齒輪： 高速級小齒輪： 49Z21Z （4）驗算輪齒彎曲強度： 根據(jù)機械設計第 167 頁表 11-9 得： 12.6FY?2.F 按最小齒寬 計算：28b? （7） ??11 1322.106.94.545FF FKTYMpamZ? ???? 所以安全。 ??21 23.8FFFMpa??? （5）齒輪的圓周速度： smndV19.106834.29106????? 查課本第 162 頁表 11-2 知選用 9 級的的精度是合適的。 4.4.2 低速級大小齒輪的設計 材料：低速級小齒輪選用 鋼調質，齒面硬度為 250HBS。低速級大齒選用 鋼45? 45? 正火，齒面硬度為 220HBS。 查機械設計第 166 頁表 11-7 得： 。lim30HMpa??lim450Hpa?? 查機械設計第 165 頁表 11-4 得： 。1.S.F 故 paMSH501.][1lim3?? MSH91.][4li4 查課本第 168 頁表 11-10C 圖得： 。lim320Fpa??lim450Fpa?? 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 10 故 。MpaSF1543.20][3lim3??? MpaSF153.0][4lim4??? 按齒面接觸強度設計：9 級精度制造，查課本第 164 頁表 11-3 得：載荷系數(shù) ，取1.2K? 齒寬系數(shù) 0.5? 計算中心距： 由課本第 165 頁式 11-5 得：????3.216.40812.493516.31 522 ??????????????????uKTuan? （6） 取 則 取50?4m 34aZm37Z49 計算傳動比誤差： 983.62710%.955??? 齒寬： 則取 .21ba???4125b??34103b??: 低速級大齒輪： 448Z 低速級小齒輪： 3037 驗算輪齒彎曲強度：查課本第 167 頁表 11-9 得： 32.65FY?4.F 按最小齒寬 計算：4125b? （8） ??33 3322.9.651047.94FF FKTYMpamZ? ???? 安全。 ??423 40.7FFFMpa??? 齒輪的圓周速度： 327680.12/610dnVms???? 查機械設計教材第 162 頁表 11-2 知選用 9 級的的精度是合適的。 4.5 軸的設計 4.5.1 高速軸的設計與校核 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 11 （1）材料：選用 45 號鋼調質處理。查機械設計第 230 頁表 14-2 取 ??35Mpa?? C=100。 （2）各軸段直徑的確定：根據(jù)機械設計課本第 230 頁式 14-2 得： （9） 1min33.520.48PdC?? 又因為裝小帶輪的電動機軸徑 ，又因為高速軸第一段軸徑裝配大帶輪，3d? 所以取 。L 1=1.75d1-3=60。??1.82?:16 因為大帶輪要靠軸肩定位，且還要配合密封圈，所以根據(jù)機械設計手冊手冊 85 頁240d? 表 7-12 取 ，L 2=m+e+l+5=28+9+16+5=58。2 段裝配軸承且 ，所以由表 6-1 取 。選用 6009 軸承。3 3d?345d? L3=B+ +2=16+10+2=28。3? 段主要是定位軸承，取 。L 4根據(jù)箱體內壁線確定后在確定。 裝配齒輪段直徑：4d450? 5d 判斷是不是作成齒輪軸： 412.5fetm??? 查機械設計手冊 51 頁表 4-1 得： e=5.9＜6.25。3.t1 段裝配軸承所以 L6= L3=28。6d6345d? 校核該軸和軸承：L 1=73 L2=211 L3=96 作用在齒輪上的圓周力為： NdTFt 9815.20431??? 徑向力為 98407rtFg???? 作用在軸 1 帶輪上的外力： 3.Q 求垂直面的支反力： （10） 2110738rVl N????212rVF? 求垂直彎矩，并繪制垂直彎矩圖： 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 12 3271057.6avMFl Nm????'184 求水平面的支承力： 由 得12()Htll?? N 12129481773tFl?? N215Ht?? 求并繪制水平面彎矩圖： 3197108.2aMFl m???'2554H? 求 F 在支點產生的反力： 312961.83.7l N???214.2.157.F? 求并繪制 F 力產生的彎矩圖： 323.89608.Ml N???'147127aF? F 在 a 處產生的彎矩： 3138.0.l m??? 求合成彎矩圖： 考慮最不利的情況，把 與 直接相加。 'aFM2avH?'2 27.5.618.96.1aFaVHMNm????' '' 24 求危險截面當量彎矩： 從圖可見，m-m 處截面最危險，其當量彎矩為：（取折合系數(shù) ）0.6??????NmTe .206.38602.1920 ??????? （11） 計算危險截面處軸的直徑： 因為材料選擇 調質，則 ，許用彎曲應力 ，則有：#455BMPa???160bMPa??? 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 13 （12）?? 3331206.412.50.ebMdm?????? 因為 ，所以該軸是安全的。54add?? 彎矩及軸的受力分析圖 軸 1 圖 4 高速的彎矩及受力分析圖 Fig 4 Bending moment and stress analysis of high speed shaft （3）鍵的設計與校核: 根據(jù) ，確定 V 帶輪選鑄鐵 HT200，參考機械設計教材表 10-9,由于16,0.9dT? 在 范圍內，故 軸段上采用鍵 ： , 81dbh?108 采用 A 型普通鍵: 鍵校核.為 L1=1.75d1-3=60 綜合考慮取 =50 得l （13）?? ??3406.97.1[]385pTMpadlh??????? 查課本 155 頁表 10-10 所選鍵為：??60b?::1085bhl? 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 14 4.5.2 中間軸的設計與校核 （1）材料：選用 45 號鋼調質處理。查機械設計課本第 230 頁表 14-2 取 C=100。??35Mpa?? 故 （14） 2min33.106.8PdC?? 段要裝配軸承，所以查手冊第 9 頁表 1-16 取 ，查手冊 62 頁表 6-1 選用 62081 140d? 軸承，L 1=B+ + +(2～ 3)=18+10+10+2=40。3?2 裝配低速級小齒輪，且 取 ，L 2=128，因為要比齒輪孔長度少 。2d21d?24523??????: 段主要是定位高速級大齒輪，所以取 ，L 3= =10。3 360d?4? 裝配高速級大齒輪，取 L4=84-2=82。4 4? 段要裝配軸承，所以查手冊第 9 頁表 1-16 取 ，查手冊 62 頁表 6-1 選用 62085d 5 軸承，L 1=B+ + +3+（ 2～3）=18+10+10+2=43。3?2 （2）校核該軸和軸承：L 1=74 L2=117 L3=94 作用在 2、3 齒輪上的圓周力： 32470.70195tTFNd??? 徑向力： 2298rtgt??3870316rtFN??? 求垂直面的支反力 32311()985(74)3169rrVll N???????2326120rVrFF??? 計算垂直彎矩： 31740.9aVmMl Nm????32()16(74)851705.nrFl Nm???????? 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 15 求水平面的支承力： 32311()870942714586ttHFll N???????2370563tt N?? 計算、繪制水平面彎矩圖： 31458612.aHmMFl m??????3232()80(741)80917295.ntl Nm??????? 求合成彎矩圖，按最不利情況考慮： （5） 22.93.amavHmN???53.0.nnMm?? 求危險截面當量彎矩： 從圖可見，m-m,n-n 處截面最危險，其當量彎矩為：（取折合系數(shù) ）0.6??????NTame 418.6.03222 ???????M32? 計算危險截面處軸的直徑： n-n 截面: (7)?? 333140.906ebMdm????? m-m 截面: ?? ' 333140.906ebd?? 由于 ，所以該軸是安全的。425m?? 軸承壽命校核： 軸承壽命可由式 進行校核，由于軸承主要承受徑向載荷的作用，所以hfn601pth?）（ PCL ，查課本 259 頁表 16-9，10 取 取rPF?1,.,tpf?3?? （8） 22211345896rvHN??? 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 16 222506837rvHFN????63211029.510()()2.87thPCfLhyn??? 軸承使用壽命在 年范圍內，因此所該軸承符合農用機械要求。3: 圖 5 中間軸的彎矩及受力分析圖 Fig 5 Intermediate shaft bending moment and Stress Analysis 4.5.３ 低速軸的設計與校核 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 17 彎矩及軸的受力分析圖如下頁圖： 圖 6 低速軸的彎矩及受力分析圖 Fig 6 Moment and stress analysis of the Low-speed Shaft 2）鍵的設計與校核： 已知 NmTd8.16,452?參考機械設計表 10-11，由于 所以取2(4~50)d?:19bh? 因為齒輪材料為 45 鋼。查表 10-10 得 ??10b??: L=128-18=110 取鍵長為 110. L=82-12=70 取鍵長為 70 根據(jù)擠壓強度條件，鍵的校核為： ????bb MPadhlT???????8.4017945.6832 （2）bbl .5.32 （2） 所以所選鍵為: :14970bhl?:1490hl? ⑴確定各軸段直徑 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 18 計算最小軸段直徑。 因為軸主要承受轉矩作用，所以按扭轉強度計算，由式 14-2 得： 考慮到該軸段上開有鍵槽，因此取 331.56107.19PdCmn???? 查手冊 9 頁表 1-16 圓整成標準值，取157.(%).? 163dm? 為使帶輪軸向定位，在外伸端設置軸肩，則第二段軸徑 。查手冊 85 頁表 7-270 2，此尺寸符合軸承蓋和密封圈標準值，因此取 。2dm? 設計軸段 ，為使軸承裝拆方便，查手冊 62 頁，表 6-1，取 ，采用擋油環(huán)給軸承定位。3d 選軸承 6215: 。??10,25,84aDBd??375 設計軸段 ，考慮到擋油環(huán)軸向定位，故取4 480d? 設計另一端軸頸 ，取 ，軸承由擋油環(huán)定位，擋油環(huán)另一端靠齒輪齒根處7d73m 定位。 輪裝拆方便，設計軸頭 ，取 ，查手冊 9 頁表 1-16 取 。667d?680dm? 設計軸環(huán) 及寬度 b5d 使齒輪軸向定位，故取 取56280(.803)7.2h????51 ,1.4.(0783)1bhm?? ⑵ 確定各軸段長度。 帶輪的尺寸決定 ,1l1lL?250me?? ,2249LBm??? 所以 1650le??? 軸頭長度 因為此段要比此輪孔的長度短??632hl: 23:3328lB??? 其它各軸段長度由結構決定。 （3）校核該軸和軸承：L 1=97.5 L2=204.5 L3=116 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 19 求作用力、力矩和和力矩、危險截面的當量彎矩。 作用在齒輪上的圓周力： 3342159.08194tTFNd??? 徑向力： 25rtgt??3025109477??? 求垂直面的支反力： 214.28950.rVlFN?2167rV??? 計算垂直彎矩： 3286704.5180.avMFl Nm?? 求水平面的支承力。 21.9302tHl???2157415tFN? 計算、繪制水平面彎矩圖。 3138.07.aHMl m????'295621F 求 F 在支點產生的反力 3124780l N????21594105F 求 F 力產生的彎矩圖。 323476Ml N????1589.10.mF F 在 a 處產生的彎矩： 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 20 315897.10.mFMl N???? 考慮最不利的情況，把 與 直接相加。mFM 2avH? 2 22.8.476.38.amFavH Nm?? 求危險截面當量彎矩。 從圖可見，m-m 處截面最危險，其當量彎矩為：（取折合系數(shù) ）0.6?22223()68(0.159)4.ameMT??????? 計算危險截面處軸的直徑。 因為材料選擇 調質，查機械設計手冊得 ，許用彎曲應力 ，#45650BMPa???160bMPa??? 則： （5）?? 33312057.06ebdm????? 考慮到鍵槽的影響，取 所以該軸是安全的。803.61d?? （4）鍵的設計與校核： 因為 d1=63 裝帶輪查課本 153 頁表 10-9 選鍵為 b×h:18×11 查 155 頁表 10-10 得??02b??: 因為 L1=107 初選鍵長為 100,校核????3467.5108bTMpadlh????? 所以所選鍵為: :bl? 裝齒輪查課本 153 頁表 10-9 選鍵為 查機械設計 155 頁表 10-10 得680? :214h???12b? 因為 L6=122 初選鍵長為 100,校核 ?? ??34165.2076.84bTMpadlh?????? 所以所選鍵為: .:b 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 21 4.6 齒輪及帶輪的設計 因 采用腹板式結構：347.50adm?? 表 2 高速大齒輪的設計 Table2 Design of high Speed Gear 代號 結構尺寸和計算公式 結果 輪轂處直徑 1D1.6.45sd??72 輪轂軸向長度 LB84 倒角尺寸 n0.nm1 齒根圓處的厚度 0?(25~4) 10 腹板最大直徑 1D10fd???321.25 板孔直徑 0d01.()D62.5 腹板厚度 c.3cb齒 寬 25.2 表 3 柴油機帶輪的設計 Table 3 Design of diesel Engine Pulley 代號 結構尺寸和計算公式 結果sd 手冊 157 頁 90mmh??908.12~.??shd 162mmL5)(sL 135mmrdradHm???? 81mm0 02hrd? 143.5mm s(.~3).50sB??10mm11.1s 15mm2s20. 5mm 表 4 減速箱的帶輪設計 Table 4 The belt wheel gear Box Design 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 22 代號 結構尺寸和計算公式 結果sd 手冊 157 頁 38mmh(1.8~2).38hsd?? 68.4mmL5sL 取 60mmrd()1raHm???? 81mm0 02hrd?? 74.7mms(.~3).50sB? 10mm11.1s 15mm2s20.? 5mm 表 5 行走機構的帶輪設計 Table 5 The belt wheel walking Mechanism Design 代號 結構尺寸和計算公式 結果sd 手冊 157 頁 45mmh 458.1~).(2??Snd 81mmL5sL 67.5mmrd()2radHm???? 81mm0 0hrd? 74mms(.~3).50sB?? 10mm1 11s 15mm2 20 5mm 5 液壓系統(tǒng)的設計及其整體方案確定 在分析國內外平地控制系統(tǒng)的產品的基礎上，借鑒它們的成功經驗，根據(jù)國內現(xiàn)有 產品的現(xiàn)狀，以及現(xiàn)有的技術水平，以單片機為控制，以液壓系統(tǒng)為執(zhí)行機構，設計了 一種精密水田平地控制系統(tǒng)。在系統(tǒng)設計中，結合實驗的實際需要，主要以耕整水田為 研究對象。利用電磁閥的控制，實現(xiàn)油泵的不同排量，從而實現(xiàn)排種器的轉速控制。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 23 5.1 確定液壓系統(tǒng)的壓力和流量 液壓油缸受力分析： 當下拉桿與地面平行時，平地機具重力方向與左拉桿垂直，此時平地機具所產生的力矩 最大。根據(jù)力矩平衡原理得: （16）12LGF?? 式中 G —平地機具的質量， —力臂， m5.01?L —平地機具重心位置，2L2 —液壓油缸靜態(tài)最大拉力 的垂直向上分力。1FmaxF 圖 8 平地機具靜態(tài)受力圖 Fig 8 land leveler static force 經計算 =4000N，力 F 的最大值 。平地機具工作時會增加慣性負載，根據(jù)1 N4620max? 經驗及相關文獻取 0.5 倍，則液壓缸工作時必須提供最大拉力 F=6930N。由于采用兩液壓 缸，可知單缸最大拉力為 3465N。 5.2 液壓缸主要尺寸的確定 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 24 (1) 油缸工作壓力。根據(jù)經驗本系統(tǒng) p=6MPa。 (2) 確定液壓缸內徑 D 和活塞桿直徑 d。考慮安裝因素活塞工作時塞桿受拉，經推 導 D 可按下式計算，即 （15）??????????????2124FDP?? 式中 F 是液壓缸外負載，已計算 F=3465N 液壓缸的機械效率，本系統(tǒng)取 0.95 p1 是液壓缸工作壓力，已知 p=6MPa P2 是液壓缸回油腔背壓力，因該系統(tǒng)屬于簡單的中壓系統(tǒng)，可取 0.5MPa 由于活塞桿受拉，取 d=0.5D。 將數(shù)據(jù)代入式中可得 D=0.048m 圓整后，取 D= 63mm 因 d=0.5D，圓整后取活塞桿直徑 d=35mm 由此可計算單缸活塞桿工作時能產生的拉力為 7659N，大于 3465N，滿足要求。 （3）計算液壓缸工作時所需的流量 q 為 （16） 式中 v—油缸活塞伸縮速度，根據(jù)相關文獻取 v=4m/min。 系統(tǒng)工作時，經常需要兩個液壓油缸同時工作，故系統(tǒng)所需流量為 2q，即 25L/min。 5.3 各主要液壓器件選擇及其工作原理 5.3.1 液壓馬達 從能量轉換的觀點來看，液壓泵與液壓馬達是可逆工作的液壓元件，向任何一種液 壓泵輸入工作液體，都可使其變成液壓馬達工況；反之，當液壓馬達的主軸由外力矩驅 動旋轉時，也可變?yōu)橐簤罕霉r。因為它們具有同樣的基本結構要素--密閉而又可以周 期變化的容積和相應的配油機構。 [10] 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 25 但是，由于液壓馬達和液壓泵的工作條件不同，對它們的性能要求也不一樣，所以 同類型的液壓馬達和液壓泵之間，仍存在許多差別。首先液壓馬達應能夠正、反轉，因 而要求其內部結構對稱；液壓馬達的轉速范圍需要足夠大，特別對它的最低穩(wěn)定轉速有 一定的要求。因此，它通常都采用滾動軸承或靜壓滑動軸承；其次液壓馬達由于在輸入 壓力油條件下工作，因而不必具備自吸能力，但需要一定的初始密封性，才能提供必要 的起動轉矩。由于存在著這些差別，使得液壓馬達和液壓泵在結構上比較相似，但不能 可逆工作 [11]。 該系統(tǒng)液壓泵由拖拉機（型號為清江－504）的動力輸出軸驅動。已知動力輸出軸高 擋轉速為 1000r/min，再根據(jù)系統(tǒng)工作壓力及流量等要求選用淮安市液壓件總廠生產的 CBT－F532 型齒輪泵。該泵的技術參數(shù)如下：排量為 32mL/r，額定壓力為 20MPa，額定 轉速為 1000r/min ，容積效率為 0.92。 5.3.2 選擇液壓閥 液壓調節(jié)系統(tǒng)選用深圳亞德客（AIRTAC）液壓氣動件廠生產的三位四通電磁換向閥， 其額定工作電壓為 12V 直流電，響應頻率為 5Hz。根據(jù)擬定的液壓調節(jié)系統(tǒng)原理選定液 壓元件，，如下表所示： 表 6 液壓元件的選擇 Table 6 The choice of Hydraulic Components 序 號 元件名稱 規(guī)格 最大流量 L/min 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 26 1 漏油器 XU—B32 30 2 齒輪泵 CBT—F532 40 3 壓力表 4K—F10D—1 / 4 溢流閥 A—F10D/DP1 32 5 三位四通電磁換 向閥 ED—3C2—G02—D1 32 6 單向節(jié)流閥 LA—F10D—B1 32 7 囊式蓄能器 CQJ—16 16 5.3.3 確定管道尺寸 油管內徑尺寸由選用的液壓元件接口尺寸確定，即油管內徑為 8mm。 5.3.4 液壓油箱容積的確定 為了提高液壓系統(tǒng)的動作靈敏度，采用恒壓系統(tǒng)，即油泵壓力恒為工作壓力 6MPa， 液壓油箱有效容量按齒輪泵的流量的 10 倍來確定，即選用容量為 320L 的油箱 [17] 。 5.3.5 液壓系統(tǒng)溫升驗算 系統(tǒng)為恒壓系統(tǒng)，所以在整個田間作業(yè)過程中若液壓缸不動作，則泵的輸入功率全 部轉化為熱量。 此時液壓油的溫升最大，單位時間發(fā)熱量 Q 為 （9）kw127.3pq?Q 式中 p—油泵的理論泵油排量，為 32L/0.92， q—液壓泵的理論泵出壓力，估算為系統(tǒng)的工作壓力，即 6MPa。 郵箱的散熱面積可近似為 A=3.14 由于系統(tǒng)的散熱狀況一般，可取 K ，則系統(tǒng)的溫升為： （7） 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 27 液壓系統(tǒng)油溫一般不應超過 70℃，因此必須設置散熱器。散熱器選用汽車空調散熱 器，其入口與溢流閥的回油箱口相連。實驗表明，設置散熱器后，液壓系統(tǒng)油溫不超過 70℃,工作正常，如液壓系統(tǒng)油路圖所示。 5.3.6 溢流閥 溢流閥是一種液壓壓力控制閥。在液壓設備中主要起定壓溢流作用和安全保護作用。 定壓溢流作用：在定量泵節(jié)流調節(jié)系統(tǒng)中，定量泵提供的是恒定流量。當系統(tǒng)壓力增大 時，會使流量需求減小。此時溢流閥開啟，使多余流量溢回油箱，保證溢流閥進口壓力， 即泵出口壓力恒定（閥口常隨壓力波動開啟）。安全保護作用：系統(tǒng)正常工作時，閥門 關閉。只有負載超過規(guī)定的極限（系統(tǒng)壓力超過調定壓力）時開啟溢流，進行過載保護， 使系統(tǒng)壓力不再增加（通常使溢流閥的調定壓力比系統(tǒng)最高工作壓力高 10％～20％） [19]。 5.4 其他 應用中發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)雖然壓力較為穩(wěn)定，但平地機具在上升和下降的過程中存在較 大的沖擊，影響了平地機具的升降控制精度。為此，建議采用頻率響應高于 5Hz 的電磁 換向閥，或應用電液伺服閥，以提高平地機具的位置控制精度。詳情請見如下原理圖： 1,7.油缸 2,8.單向節(jié)流閥 3 蓄壓器 4,6.截止閥 5.油壓表 9,17.三位四通電磁閥 10.溢 流閥 11.散熱器 12.郵箱 13.溫度計 14.濾網(wǎng) 15 油泵 16.單向閥 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 28 圖 7 液壓系統(tǒng)油路圖 Fig 7 hydraulic system schematic 6 潤滑方式的確定已經其他的一些要求 因為傳動裝置屬于輕型的，且傳速較低，所以其速度遠遠小于 ，所以采用脂潤滑，箱體內選用 SH0357-92 中的 50 號潤滑，裝至5(1.~2)0./minr? 規(guī)定高度。 其他有關數(shù)據(jù)見裝配圖的明細表和手冊中的有關數(shù)據(jù) [20]。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 29 7 總結 本次設計旨在研究出一款體積小、質量輕、噪音小、操作靈活，適合小面積平地的水 田平地船，基于以上的設計要求，經歷了幾次大的方案變動，最后決定采用以雙輪耕整 機構作為動力源，通過 V 帶輪軸傳動到齒輪機構實現(xiàn)減速速，拖動平地船在水田中行走， 方案確定后，我馬上查閱了許多關于機械機構的設計與農業(yè)機械方面的書籍，以解決方 案中的不足與問題，使之更加合理與可行，隨后我對傳動機構與減速機構進行了具體的 設計與計算，對于液壓系統(tǒng)的設計也查閱了相關書籍，如農業(yè)機械學等，了解了其工作 原理和結構，完成了每個機構的設計與計算，然后是裝配圖的初繪制，一邊繪制一邊校 正其結構尺寸的合理性與整體性，最后的階段是說明書的撰寫與零件圖和裝配圖的正式 繪制。經歷本次畢業(yè)設計，使我無論在機械設計創(chuàng)新方面，還是計算機繪圖方面的能力 都有了顯著地提高，熟練掌握了機械設計的一般規(guī)律，培養(yǎng)了我分析與解決問題的能力。 黑龍江八一農墾大學畢業(yè)論文（設計） 30 總之，通過這次畢業(yè)設計，我的設計與創(chuàng)新能力得到了很大的提升，設計中需要用 到許多大學期間學過的專業(yè)知識，以前這些知識都是分散的，現(xiàn)在通過這次設計，我感 覺我能把這些知識都整合在一起，系統(tǒng)合理的運用，這是一個很大的提升，對于我以后 專業(yè)知識的運用和解決實際問題很有裨益。 參考文獻 [1] 鎮(zhèn)江農業(yè)機械學院 .農業(yè)機械學[M].北京:中國農業(yè)機械出版社 , 1981:135 [2] 濮良貴, 紀名剛. 機械設計[M]. 高等教育出版社, 2002.12.5-10-36-221 [3] 徐希民，黃宗益. 鏟土運輸機械設計[M]. 機械工業(yè)出版社, 1985：320-344. 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