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目 錄
1. 引言 1
1.1 我國草業(yè)的現(xiàn)狀及研發(fā)前景 1
1.2 工作原理 3
1.3 牧草生長不良原因分析 3
2. 牧草復(fù)壯促生破土切根機(jī)的研究與設(shè)計(jì) 3
2.1 總體結(jié)構(gòu)和工作原理分析 3
2.2 懸掛架 4
2.3 直切刀的選擇 5
2.4 傳動(dòng)裝置的選擇與設(shè)計(jì) 9
2.4.1 傳動(dòng)裝置的選擇 9
2.4.2 齒輪變速箱的工作原理 10
2.4.3 齒輪變速箱的設(shè)計(jì) 10
2.5 切根機(jī)切根寬度和深度的設(shè)計(jì) 14
2.5.1 切根寬帶的設(shè)計(jì) 14
2.5.2 切根深度的調(diào)節(jié) 14
2.6 滑塊機(jī)構(gòu) 15
2.7 凸輪機(jī)構(gòu) 15
結(jié) 論 16
參考文獻(xiàn) 17
致 謝 18
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書中文摘要
牧草切根機(jī)的設(shè)計(jì)——傳動(dòng)裝置
摘 要 我國地域遼闊，畜牧業(yè)發(fā)達(dá)。很多地區(qū)種植著牧草，近年來由于土壤條件的變化，使得好多地區(qū)牧草生長狀況出現(xiàn)了不良效果。分析了草場不同土壤條件對牧草生長和草場生態(tài)恢復(fù)的影響；研究了退化草場機(jī)械化破土切根技術(shù)和模式；探討了高堅(jiān)實(shí)度土壤條件的草場破土機(jī)理與根莖型或根莖疏叢型牧草橫走根莖切根方式，針對典型草場板結(jié)嚴(yán)重且橫走根莖錯(cuò)節(jié)致使自繁促生能力下降等問題。根據(jù)研發(fā)要求，應(yīng)用力學(xué)和機(jī)械運(yùn)動(dòng)學(xué)等理論，設(shè)計(jì)了牧草復(fù)壯促生破土切根機(jī)具。該機(jī)采用齒輪變速箱傳達(dá)改變動(dòng)力，應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)直切刀對牧草進(jìn)行垂直切根，減小了切根阻力和切縫寬度，通過簡單操作可實(shí)現(xiàn)對不同間距、不同深度牧草進(jìn)行切根作業(yè)，從而達(dá)到切斷亞表層下的橫走根莖、改良草地，擴(kuò)繁促生的效果。經(jīng)速度、加速度和受力分析證明，該機(jī)滿足了設(shè)計(jì)要求，切割速度快，破土能力強(qiáng)，對土壤表皮損傷小，是比較理想的牧草切根機(jī)械。
關(guān)鍵詞 牧草切根機(jī) 直切刀 凸輪 齒輪變速箱
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書外文摘要
Design of Rejuvenation and Acceleration Root-cutting
Machine—Gearing
Abstract
In order to counter the problem of reduced health promotion ability in typical grass with compacted roots, a root cutting machine was designed for pasture . The machine used came driven of direct cutter to cut root vertically, greatly reducing resistance and perturbations of soil surface while cutting the root,which reached easy work in varies of forage . The machine destroye- dsolid soil, improved grassland, and increased grass yield . Asproven by analyzing the velocity, acceleration and force of the machine was able
To meet the needs of designing . It is a more ideal agriculturalmachine for forage grass .
Keywords Forage grass Root cutting machine Direct cutter Design
牧草切根機(jī)的設(shè)計(jì)——傳動(dòng)裝置
1. 引言
牧草業(yè)是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分。我國草地面積廣闊，但近年來三化面積逐步擴(kuò)大。牧草產(chǎn)量降低。針對這一情況設(shè)計(jì)研究牧草復(fù)壯促生機(jī)具。以改良牧草的生長情況。
破土切根技術(shù)是指在不破壞天然草地植被的情況下,對草原表皮進(jìn)行破土切縫的一種草地培育措施。此技術(shù)大大改良了退化草場, 解決了草畜矛盾,為我國畜牧業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。我國對牧草切根這一破土切根復(fù)壯促生技術(shù)發(fā)展較晚,起步于20世紀(jì)80年代,通過對國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累, 黑龍江省穆棱林業(yè)局解全民等研制出自走式果嶺梳草切根機(jī), 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)機(jī)械工程技術(shù)研究中心主任王德成教授研制出9QD2430 型草地點(diǎn)線式破土切根機(jī)和9QP2830型草地盤齒式破土切根機(jī),中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張淑敏等研制的多功能點(diǎn)、條式牧草切根機(jī)。雖然我國對牧草切根機(jī)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和研究設(shè)計(jì),但相對于歐美等發(fā)達(dá)國家來說,我國在草地畜牧業(yè)上的投入相對較少,在技術(shù)水平、制造手段和工藝設(shè)計(jì)等方面還存在很大差距, 我國牧草切根機(jī)的設(shè)計(jì)仍然不夠成熟,仍需進(jìn)一步改進(jìn)和完善。
本設(shè)計(jì)針對我國天然草場嚴(yán)重退化現(xiàn)狀,采用以機(jī)械化切根再不破壞土壤表皮的條件下達(dá)到牧草復(fù)壯促生，來改善我國的牧草生長。
1.1 我國草業(yè)的現(xiàn)狀及研發(fā)前景
草業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分。它關(guān)系到種植業(yè)跟養(yǎng)殖業(yè)，也關(guān)系到我國的鄉(xiāng)村生態(tài)發(fā)展，是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。但我國現(xiàn)在的牧草種植地土壤三化情況嚴(yán)重，大大影響了我國牧草業(yè)的產(chǎn)量和發(fā)展。據(jù)2006 年國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)資料，我國草原面積4億公頃 ，占全國總土地面積的41.67%，占世界草地面積的12.5%，是耕地面積的3.7倍，林地面積的3.1倍。其中，可利用草地資源31333萬公頃占國土面積的32.64%。我國的草地生產(chǎn)力條件得天獨(dú)厚，生產(chǎn)潛力巨大，依靠豐富的草地資源發(fā)展畜牧業(yè)對建設(shè)小康社會(huì)、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、保障糧食安全體系和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與農(nóng)民增收等諸多方面都具有重要意義。但由于不合理的利用制度和不當(dāng)?shù)姆拍练椒?，我國草原出現(xiàn)大面積退化、沙化和鹽堿化情況。國內(nèi)外大量事實(shí)證明，對天然草場進(jìn)行改良和建立人工草場是提高草場生產(chǎn)能力、解決草畜矛盾并使畜牧業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定、高速、優(yōu)質(zhì)發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵措施。退耕還草、保護(hù)和建設(shè)生態(tài)環(huán)境都與草場改良和建立人工草場相關(guān)。運(yùn)用機(jī)械化技術(shù)手段改良退化草場可以兼顧生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益，具有效率高、效果好的特點(diǎn)。天然草場經(jīng)改良后與未經(jīng)改良的草場相比產(chǎn)草量提高很多。因此對退化草場進(jìn)行改良既是發(fā)展畜牧業(yè)的必然要求，也符合國家保護(hù)生態(tài)環(huán)境的要求。在我國的黑龍江、吉林、遼寧三省及內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的呼倫貝爾市、興安盟、通遼市和赤峰市等地區(qū)，分布著以羊草在主要植被的溫性草甸草原區(qū)，草場總面積約1224.4萬公頃，是我國發(fā)展草原畜牧業(yè)十分寶貴的草場資源。該地區(qū)由于長期無養(yǎng)息超載放牧和家畜踩踏啃食，土壤板結(jié)嚴(yán)重，土壤板結(jié)層深達(dá)25～35cm，土壤堅(jiān)實(shí)度達(dá)到2.87～4.87kg/cm。同時(shí)，羊草等多年生根莖型禾本牧草的根莖分布于50～200mm的土層或更深的地方，其地下橫走莖每年延伸可達(dá) 1～1.5m，盤根錯(cuò)節(jié)的根系致使土壤透氣性減弱， 含水量和孔隙度下降，容重增大。研究表明在此地區(qū)更益采用在亞表層切根、深層松土的方法對退化草場進(jìn)行改良。實(shí)施切根松土改良就是在不破壞原植被的前提下，通過機(jī)械手段切斷橫向須根，劃開板結(jié)層，進(jìn)行草場底層松土，改善土壤的透氣、蓄水條件。切斷后的草根能充分吸收養(yǎng)分，提高草產(chǎn)量。深入研究我國根莖型退化草場退化狀況和機(jī)械化改良工藝，以驅(qū)動(dòng)型土壤耕作機(jī)械設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，研制開發(fā)適用于我國牧區(qū)普通牧民適用的驅(qū)動(dòng)型退化草場破土切根改良專用機(jī)，即具有經(jīng)濟(jì)效益意義又具有生態(tài)效益意義。通過對這一問題的解決。為我國畜牧業(yè)的發(fā)展打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ) 在整個(gè)機(jī)具的研發(fā)過程中，對草場破土切根機(jī)性能的研究是尤為重要的，而在整機(jī)性能當(dāng)中刀具的破土性能更是重中之重。我國對牧草切根這一破土切根復(fù)壯促生技術(shù)發(fā)展較晚，起步于20世紀(jì)80年代，通過對國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，黑龍江省穆棱林業(yè)局解全民等研制出自走式果嶺梳草切根機(jī)，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)機(jī)械工程技術(shù)研究中心主任王德成教授研制出9QD2430型草地點(diǎn)線式破土切根機(jī)和9QP2830型草地盤齒式破土切根機(jī)，以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張淑敏等研制的多功能點(diǎn)、條式牧草切根機(jī)。雖然我國對牧草切根機(jī)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和研究設(shè)計(jì),但相對于歐美等發(fā)達(dá)國家來說，我國在草地畜牧業(yè)上的投入相對較少，在技術(shù)水平、 制造手段和工藝設(shè)計(jì)等方面還存在很大差距，我國牧草切根機(jī)的設(shè)計(jì)仍然不夠成熟，仍需進(jìn)一步改進(jìn)和完善。本文根據(jù)機(jī)具研發(fā)要求，設(shè)計(jì)出一套破土切根裝置，和破土根刀具。工作性能優(yōu)越。操作簡單。
1.2 工作原理
本文針對我國天然草場嚴(yán)重退化現(xiàn)狀，提出機(jī)械化切根復(fù)壯分蘗促生自我繁育工藝,研制開發(fā)適用于我國草場的切根機(jī)。該機(jī)具采用三點(diǎn)懸掛架連接于農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)尾部。通過鏈條連接拖拉機(jī)動(dòng)力與齒輪變速箱，從而是動(dòng)力傳遞到工作機(jī)具。通過齒輪變速箱改變調(diào)節(jié)工作動(dòng)力。再經(jīng)凸輪機(jī)構(gòu)傳達(dá)到直切刀。破土切根。采用直切方式，破土阻力小，切割快。滿足初始的設(shè)計(jì)要求。該機(jī)具可調(diào)性高，可以試用于不同的牧草生長地。直切刀之間的間隔可以通過套筒裝置調(diào)節(jié)，以適應(yīng)于行寬不同的土地，進(jìn)行多行同時(shí)切割。工作量適宜，減少了相應(yīng)的工作時(shí)間。通過限深輪可以適應(yīng)不同深度的切割。
1.3 牧草生長不良原因分析
退化草原草根與土壤板結(jié)嚴(yán)重，其堅(jiān)實(shí)度高，土壤中盤根錯(cuò)節(jié)的根系致使土壤透氣性減弱，持水能力和孔隙度下降，容重增大，不利于牧草的生長。草原松土可以提高土壤通氣性，透水性。板結(jié)的草地中植物的根系處在缺氧狀態(tài)，不能正常呼吸，土壤中的二氧化碳又排不出來，耕松后加強(qiáng)了與大氣的氣體交換，促進(jìn)好氣性微生物的活動(dòng)，有利于有機(jī)質(zhì)分解為可吸收的養(yǎng)分。同時(shí)耕耘后的土壤透水性增加，有利于根系水分的吸收。松土后，土壤能較多的吸收光能，提高地溫，且有利于團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成利于牧草的生長。
2. 牧草復(fù)壯促生破土切根機(jī)的研究與設(shè)計(jì)
以下分析牧草復(fù)壯促生破土切根機(jī)的研究與設(shè)計(jì)。
2.1 總體結(jié)構(gòu)和工作原理分析
牧草切根機(jī)主要由懸掛架、 機(jī)架、 傳動(dòng)鏈、 凸輪機(jī)構(gòu)、 切刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、 限深輪等組成,結(jié)構(gòu)如下圖1所示。懸掛架采用典型的三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)，懸掛在大于40 kW的輪式拖拉機(jī)上，當(dāng)拖拉機(jī)在草地上工作時(shí)，由拖拉機(jī)后動(dòng)力輸出軸經(jīng)萬向節(jié)傳動(dòng)軸將動(dòng)力傳送到切根機(jī)齒輪變速箱，再經(jīng)過齒輪變速箱通過傳動(dòng)鏈將動(dòng)力傳遞給凸輪機(jī)構(gòu)，再由凸輪機(jī)構(gòu)將動(dòng)力傳遞給切刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，從而帶動(dòng)切刀垂直入土,一次切根完成后再通過凸輪機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)切刀快速出土，從而實(shí)現(xiàn)切根作業(yè)。當(dāng)需改變切根速度時(shí)可以通過改變鏈輪的大小來實(shí)現(xiàn)，切割行寬可通過與套筒連接的螺旋扭調(diào)節(jié)，切根深度通過限輪調(diào)節(jié)。
圖1 切根機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
1. 三點(diǎn)懸掛架 2. 變速箱 3. 皮帶 4. 凸輪機(jī)構(gòu) 5. 滑塊機(jī)構(gòu) 6. 機(jī)架
7. 切刀驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu) 8. 限深輪 9. 直切刀
2.2 懸掛架
該機(jī)具用已有的農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī)后置式三點(diǎn)懸掛裝置，做為連接裝置。該裝置適用與好多農(nóng)用機(jī)具。其結(jié)構(gòu)見下圖2。
圖2 三點(diǎn)懸掛裝置
1.上拉桿 2.下拉桿 3.上懸掛點(diǎn) 4.下懸掛點(diǎn) 5. 上鉸結(jié)點(diǎn) 6.下鉸結(jié)點(diǎn) 7. 上懸掛點(diǎn)聯(lián)結(jié)銷 8.下懸掛點(diǎn)聯(lián)結(jié)銷 9.上鉸結(jié)點(diǎn)銷 10.鎖銷 11. 提升桿 12.立柱 13.立柱高度
14.下懸掛點(diǎn)最低高度 15.下懸掛點(diǎn)水平調(diào)節(jié)范圍 16.下懸掛點(diǎn)跨度 17.鎖銷孔距離
18.提升行程 19.運(yùn)輸高度 20.下懸掛點(diǎn)間隙
2.3 直切刀的選擇
在牧草切根中，切根刀具的選擇是影響切根質(zhì)量的重要因素，選擇不當(dāng)不僅使切根時(shí)阻力增大，而且還影響作業(yè)速度和切根質(zhì)量。該刀具工作刀面為單面光滑刃口底端為凸曲線型刀刃，在加工過程中刀面要制成有一定彎度的面，圖3這樣的設(shè)計(jì)能使切刀的剛度在原有的基礎(chǔ)上大大增加，并且能使作業(yè)縫寬變大 刀具出土?xí)r不會(huì)粘土。一是體型小制造工藝簡單且具有良好的破土性能。二是圓弧狀凸曲線刀頭有助于刀具在拖拉機(jī)前行過程中對土壤和草根進(jìn)行滑切，切割阻力小，有利于切根。三是刀具工作過程中對土層翻動(dòng)少 因此對原生植被的破壞小。且切根的同時(shí)對土壤有一定的疏松作用，在切根前行過程中還能對土壤有一定的疏土作用。該切刀具有以下特點(diǎn)：一是切刀結(jié)構(gòu)簡單 體本文選用凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)直刀，入土能力強(qiáng)，不撕扯草根，不翻動(dòng)土壤，且不易粘土。其直切刀結(jié)構(gòu)示意圖如下圖4所示，工作面主要以圓弧面為主。機(jī)器工作時(shí)凸輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)滑塊在凸輪上沿凸輪邊界滑動(dòng)，從而強(qiáng)制切根刀垂直進(jìn)入土壤切根，一次切根完成后再通過凸輪的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)切根刀快速垂直出土，大大減少了切割阻力與對土壤表層的切縫。
圖 3直切刀的工作面俯視圖 圖 4 直切刀結(jié)構(gòu)示意圖
直切刀切根部位的運(yùn)動(dòng)分析：
（1）入土點(diǎn)B的速度方向如圖5所示。
凸輪圓周運(yùn)動(dòng)的切向速度，有
則
解得
圖5 凸輪驅(qū)動(dòng)式直切刀運(yùn)動(dòng)分析圖
（2）入土點(diǎn)B的加速度方向如圖6所示。則，有
可得
解得
式中——在某點(diǎn)的瞬時(shí)半徑
——凸輪的圓周角速度
、——滑塊在該點(diǎn)的瞬時(shí)速度和加速度
、——凸輪在該點(diǎn)的瞬時(shí)切向素的和徑向加速
、——直切刀在該點(diǎn)瞬時(shí)速度和加速度
選取機(jī)器前進(jìn)速度為2m/s，凸輪轉(zhuǎn)速為3r/s，此時(shí)凸輪半徑為30cm , , 則：
m
m
m
m
（3）切根刀受力分析
在機(jī)體作業(yè)時(shí)，切刀與土壤的夾角越小，刀刃越鋒利，切割土壤時(shí)的阻力越小，但同時(shí)刀刃的強(qiáng)度越低，越容易產(chǎn)生彎曲和折斷。
假設(shè)切刀受到來自外界的壓力為；來自正面切根刀尖處的土壤阻力為；切刀受到的土壤支持力為；土壤與刀面的摩擦力為；其中為刀面與土壤的摩擦因數(shù)，摩擦角為(即)；則切刀切根時(shí)的受力分析如圖6所示。
其中:。各力沿水平方向和垂直方向分解，牧草切根時(shí)，切根刀只在垂直方向上移動(dòng)在水平方向上無移動(dòng)。水平方向上：。垂直方向上：切刀受到來自外界的壓力，此壓力是凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),半徑不斷變化而產(chǎn)生的。則：( 為此時(shí)切刀的加速度 )。受到垂直向上的力為：
圖6 直切刀受力分析圖
由圖6可以看出處于凸輪正下方的切根刀的加速度：，其中始終為0，則 始終小于0，為。只要此處能滿足切根要求，其它處則滿足。一般牧草切根深度在200mm左右，假設(shè)牧草的切根深度為200mm凸輪的最小半徑為；切根刀的質(zhì)量為。則滿足：
此切根機(jī)設(shè)計(jì)即為合理。
2.4 傳動(dòng)裝置的選擇與設(shè)計(jì)
傳動(dòng)裝置的選擇是設(shè)計(jì)的重要部分。做為動(dòng)力傳送轉(zhuǎn)換的重要機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的選擇需要滿足機(jī)具的需求，又要合理適宜。
2.4.1 傳動(dòng)裝置的選擇
圓柱齒輪傳動(dòng)承載能力和速度范圍大，傳動(dòng)比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，壽命長，維修簡便，因而應(yīng)用范圍很廣。我們選擇齒輪變速箱做為該牧草復(fù)壯促生破土切根機(jī)的傳動(dòng)裝置。
2.4.2 齒輪變速箱的工作原理
齒輪變速箱是通過裝在箱體內(nèi)的一對嚙合齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，動(dòng)力從一軸傳至另一軸，實(shí)現(xiàn)變速的。動(dòng)力由電動(dòng)機(jī)通過皮帶輪傳送到齒輪軸，然后通過嚙合齒輪（大齒輪帶動(dòng)小齒輪）傳送到軸，從而實(shí)現(xiàn)變速之目的。
變速器有兩條軸系——兩條配線，兩軸分別由滾動(dòng)軸承支撐在箱體上，采用過渡配合有較好的同軸度，從而保證齒輪嚙合的穩(wěn)定性。箱體采用分離式，沿軸線平面分為箱座和箱蓋，二者采用螺栓連接，這樣便于裝修。為了保證箱體上安裝軸承和端蓋的孔的正確形狀，兩個(gè)零件是在一起加工的。裝配時(shí)，他們之間采用兩銷定位，銷孔做成通孔。
2.4.3 齒輪變速箱的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)軸的一般步驟為：選擇軸的材料、初步確定軸的直徑、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要的原則是：軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理， 裝配越簡單越合理。如圖7所示為齒輪變速箱中的高速軸。軸上與軸承配合的部份稱為軸頸，與傳動(dòng)零件配合的部份稱為軸頭，連接軸頸與軸頭的非配合部份稱為軸身，起定位作用的階梯軸上截面變化的部分稱為肩軸。設(shè)計(jì)應(yīng)滿足:
1.便于軸上零件的裝配。軸的結(jié)構(gòu)外形主要取決于軸在箱體上的安裝位置及形式，軸上零件的布置和固定方式，受力情況和加工工藝等。
2.保證軸上零件的準(zhǔn)確定位和可靠固定。
3.具有良好的制造和裝配工藝性。軸為階梯軸便于裝拆、軸上沿長度方向開有幾個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將鍵槽安排在軸的同一母線上。
4.減小應(yīng)力集中，改善軸的受力情況。軸大多在變應(yīng)力下工作，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)減少應(yīng)力集中，以提高軸的疲勞強(qiáng)度，尤為重要。軸截面尺寸突變處會(huì)造成應(yīng)力集中，所以對階梯軸，相鄰兩段軸徑變化不宜過大，在軸徑變化處的過渡圓角半徑不宜過小。
圖7 軸的結(jié)構(gòu)圖
（1）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，合成強(qiáng)度和鋼度的計(jì)算
這種方法是只按軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度。如果還受不大的彎矩時(shí)，則采用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。并且應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不大重要的軸，也可作為最后計(jì)算結(jié)果。
通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸、軸上零件的位置以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，對于鋼制的軸，按第三強(qiáng)度理論，強(qiáng)度條件為：
軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會(huì)影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。軸的彎曲剛度是以撓度或偏轉(zhuǎn)角以及扭轉(zhuǎn)角來度量，其校核公式為：
;;
式中：、、分別為軸的許用撓度、許用轉(zhuǎn)角和許用扭轉(zhuǎn)角。
（2）軸的計(jì)算
高速軸直徑的選?。河泄饺「咚佥S直徑為mm。
（3）作用在齒輪上的力
齒輪分度圓直徑為 mm
齒輪所受的轉(zhuǎn)矩為 N·mm
齒輪作用力 圓周力 N
徑向力N
（4）彎矩圖
彎矩圖 1
截面C N·mm
（5）扭矩圖
扭矩圖 1
N·mm N·mm
軸用45鋼制作。軸的質(zhì)量影響著軸上零件的運(yùn)行準(zhǔn)確度，很重要。
（6）聯(lián)軸器
聯(lián)軸器是將兩軸軸向聯(lián)接起來并傳遞扭矩及運(yùn)動(dòng)的部件并具有一定的補(bǔ)償兩偏移的能力，為了減少機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的振動(dòng)、降低沖擊尖峰載荷，聯(lián)軸器還應(yīng)具有一定的緩沖減震性能。聯(lián)軸器有時(shí)也兼有過載安全保護(hù)作用。
剛性聯(lián)軸器：剛性聯(lián)軸器不具有補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，也不具有緩沖減震性能；但結(jié)構(gòu)簡單，價(jià)格便宜。只有在載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對偏移極小的情況下，才可選用剛性聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器：具有一定的補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號(hào)不同而異。
無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：承載能力大，但也不具有緩沖減震性能，在高速或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)時(shí)，有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場合。
安全聯(lián)軸器：在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是，存在一個(gè)保險(xiǎn)環(huán)節(jié)（如銷釘可動(dòng)聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。當(dāng)實(shí)際載荷超過事前限定的載荷時(shí)，保險(xiǎn)環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截?cái)噙\(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞，從而保護(hù)機(jī)器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護(hù)作用。起動(dòng)安全聯(lián)軸器：除了具有過載保護(hù)作用外，還有將機(jī)器電動(dòng)機(jī)的帶載起動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)榻瓶蛰d起動(dòng)的作用。
（7）聯(lián)軸器的選擇原則
轉(zhuǎn)矩對中性：對中性好選剛性聯(lián)軸器，需補(bǔ)償時(shí)選撓性聯(lián)軸器；
裝拆：考慮裝拆方便，選可直接徑向移動(dòng)的聯(lián)軸器；
環(huán)境：若在高溫下工作，不可選有非金屬元件的聯(lián)軸器；
成本：同等條件下，盡量選擇價(jià)格低，維護(hù)簡單的聯(lián)軸器；
（8）聯(lián)軸器的材料
半聯(lián)軸器的材料常用45、20Cr鋼，也可用ZG270—500鑄鋼。鏈齒硬度最好為40HRC一45HRC。聯(lián)軸器應(yīng)有罩殼，用鋁合金鑄成。用單排鏈時(shí)，滾子和套筒受力，銷軸只起聯(lián)接作用，結(jié)構(gòu)可靠性好；用雙排鏈時(shí)，銷軸受剪力，承受沖擊能力較差，銷軸與外鏈板之間的過盈配合容易松動(dòng)。在高速輕載場合，宜選用較小鏈節(jié)距的鏈條，重量輕，離心力??；在低速重載場合，宜選用較大鏈節(jié)距的鏈條，以便加大承載面積。鏈輪齒數(shù)一般為12～22。為避免過渡鏈節(jié)，宜取偶數(shù)。
2.5 切根機(jī)切根寬度和深度的設(shè)計(jì)
2.5.1 切根寬帶的設(shè)計(jì)
為方便調(diào)節(jié)兩切根刀之間的間距，取不拆卸刀軸而通過移動(dòng)套筒的方式調(diào)節(jié)破土間距。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖8所示。在支撐軸上作等間距的螺紋孔，套筒與刀架固定，套筒在支撐軸上可左右移動(dòng)。當(dāng)需調(diào)節(jié)切根寬度時(shí)，通過移動(dòng)套筒來實(shí)現(xiàn)相鄰切根刀之間的間距，從而實(shí)現(xiàn)切根寬度的調(diào)節(jié)，當(dāng)寬度調(diào)節(jié)完成后用螺栓固定此位置。
圖8 可調(diào)寬帶支撐結(jié)構(gòu)示意圖
1.套筒 2.螺紋孔 3.支撐軸 4.刀軸
2.5.2 切根深度的調(diào)節(jié)
切根機(jī)工作時(shí)，要求切根深度可以自由調(diào)節(jié)，為了方便其調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)如圖9所示。當(dāng)調(diào)節(jié)深度時(shí)往里按旋轉(zhuǎn)按鈕5，通過旋轉(zhuǎn)按鈕的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn) ，帶動(dòng)限深輪上下移動(dòng) ，從而起到調(diào)節(jié)深度的作用。當(dāng)深度調(diào)節(jié)到適用位置時(shí)，往外拔出旋轉(zhuǎn)按鈕，使里面的齒與帶動(dòng)地輪上下移動(dòng)的齒輪嚙合，起到固定此位置的作用。
圖9可調(diào)深度支撐結(jié)構(gòu)示意圖
1.地輪 2.套筒 3.齒輪 4.套筒 5.旋轉(zhuǎn)按鈕
2.6 滑塊機(jī)構(gòu)
滑塊機(jī)構(gòu)是連接凸輪跟切根刀連接軸的機(jī)構(gòu)。當(dāng)動(dòng)力由皮帶傳動(dòng)到凸輪時(shí)，再通過凸輪把動(dòng)力輸出，驅(qū)使切根刀破土切根。在凸輪與直切刀之間通過滑塊連接。在滑塊的連接跟調(diào)節(jié)下，使直切刀能夠在一個(gè)合適的角度下進(jìn)行切根。
2.7 凸輪機(jī)構(gòu)
凸輪機(jī)構(gòu)是一種由凸輪、從動(dòng)件和機(jī)架組成的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。凸輪繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)促使工件沿著預(yù)定軌跡做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。也可根據(jù)工作性能的要求，將凸輪與機(jī)架固定連接（本設(shè)計(jì)采用），令與從動(dòng)件以運(yùn)動(dòng)副連接的機(jī)構(gòu)為原動(dòng)件。凸輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)凸輪的運(yùn)動(dòng)參數(shù)是給定的。從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)狀況（包括位移，速度，加速度和躍動(dòng)度等參數(shù)）主要取決于凸輪的輪廓曲面參數(shù)。反之，為使從動(dòng)件按某一給定的運(yùn)動(dòng)狀況運(yùn)動(dòng)，需要賦予凸輪相應(yīng)的輪廓曲面形狀。通過對機(jī)具功能的考慮和參數(shù)的考慮，該機(jī)具采用平面凸輪。由于原動(dòng)力是勻速運(yùn)動(dòng)的，且采用剛性結(jié)構(gòu)連接直切刀。但由于凸輪運(yùn)動(dòng)的非線性所以可以使直切刀更好的破土和抽出。
凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸主要受兩種矛盾的因素所制約。若基本尺寸較大，則相應(yīng)的機(jī)構(gòu)總體尺寸也較大，造成原材料和加工工時(shí)的浪費(fèi)、機(jī)器尺寸過大。而基本尺寸太小，會(huì)造成運(yùn)動(dòng)失真、機(jī)構(gòu)自鎖不良等后果。機(jī)構(gòu)的基本尺寸設(shè)計(jì)是要尋求合理的結(jié)構(gòu)尺寸，使之能夠兼顧矛盾的兩個(gè)方面。
基于凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸和從動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，即可求得凸輪的輪廓曲線坐標(biāo)。當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高或者凸輪機(jī)構(gòu)中構(gòu)件剛性相當(dāng)小時(shí)，構(gòu)件的彈性變形將對從動(dòng)件也就是直切刀的實(shí)際運(yùn)動(dòng)特性產(chǎn)生影響。
相關(guān)參數(shù)的確定
凸輪轉(zhuǎn)角比例尺
時(shí)間比例尺
從動(dòng)位移比例尺
結(jié) 論
我國是個(gè)地大物博的農(nóng)業(yè)大國，草業(yè)占了很大的一部分，對我國的經(jīng)濟(jì)有著不可忽略的作用和影響。為適應(yīng)大面積退化草場的改良需求，我國從1979年開始研制推廣草原改良機(jī)械和技術(shù)。國內(nèi)有關(guān)科研單位經(jīng)多年實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出用于不同地區(qū)、氣候、土壤和植被條件下的天然草原改良方法。
該破土切根機(jī)應(yīng)用機(jī)械的方法，對高堅(jiān)實(shí)度板結(jié)層的人工或天然根莖型或根莖疏叢型牧草進(jìn)行破土切根，促進(jìn)牧草復(fù)壯與自我繁殖，具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，制造成本低，操作使用方便，工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。該破土切根機(jī)將凸輪機(jī)構(gòu)的軌跡可設(shè)計(jì)性和運(yùn)動(dòng)往返性應(yīng)用到了田間作業(yè)機(jī)械中，以較小的驅(qū)動(dòng)力得到了較大的切割力，機(jī)組工作阻力小，工作效率高。此外，其切刀采用獨(dú)特的運(yùn)動(dòng)曲線，保證在順利切斷草根的同時(shí)不翻動(dòng)土壤，不破壞土壤表皮，可有效地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。該機(jī)具作業(yè)方式靈活，對于退化嚴(yán)重的牧草，以線的方式進(jìn)行破土切根，加快其恢復(fù)。它采用圓弧式直切刀，破土能力強(qiáng)，切根效果好，可以有效地提高生產(chǎn)效率。
1.本設(shè)計(jì)滿足農(nóng)藝要求，并保證了設(shè)計(jì)要求。切根刀入土較易，對表層土壤撓動(dòng)小，并實(shí)現(xiàn)了切根深度、切根間距的可調(diào)。
2.通過對凸輪驅(qū)動(dòng)式直切刀的速度、加速度分析以及直切刀在切根時(shí)的力學(xué)分析，確定了凸輪驅(qū)動(dòng)式直切刀牧草切根的可行性，并為進(jìn)一步改進(jìn)刀具提供了參數(shù)依據(jù)。
3.通過對直切刀受力分析，得出牧草切根是否可行決定于凸輪半徑、轉(zhuǎn)速和凸輪半徑的變化等。
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致 謝
時(shí)間如梭，轉(zhuǎn)眼畢業(yè)在即?；叵朐诖髮W(xué)求學(xué)的四年時(shí)光，心中充滿了無限的感激之情。感謝母校為我們提供的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，使我們能夠在這花園式的校園里學(xué)習(xí)，生活陶冶情操。謹(jǐn)向我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師郭教授（院長）致以最誠摯的謝意！郭老師不僅在學(xué)業(yè)上言傳身教，而且以其高尚的品格給我以情操上的熏陶。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程更是得益于郭老師的悉心教導(dǎo)。從設(shè)計(jì)題目的選定，到設(shè)計(jì)無不凝聚著他的心血。滴水之恩，當(dāng)以涌泉相報(bào)，師恩重于泰山，師恩難報(bào)。我只有在以后的學(xué)習(xí)生活中，不忘老師教誨，努力充實(shí)自己，以博得恩師一笑。再次感謝郭老師于百忙之中抽出時(shí)間輔導(dǎo)我。
另外，我必須感謝我的父母。焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以為報(bào)。作為他們的孩子是我的驕傲，我唯有在以后的道路上，努力克服面前的困難，來報(bào)答他們。也是因?yàn)樗麄兊娜找剐羷?，我才有機(jī)會(huì)來到我敬愛的母校完成我的學(xué)業(yè)。進(jìn)而取得進(jìn)一步發(fā)展的機(jī)會(huì)。
最后，我必須感謝我的朋友跟同學(xué)，正是因?yàn)樗麄冊陔娔X技術(shù)和專業(yè)知識(shí)上無私的指引與幫助，我才能得以順利完成該設(shè)計(jì)。
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