1G160型双侧传动旋耕机设计说明书.doc

目目 录录1 前言 12 总体设计方案 22.1 设计内容 22.2 设计依据 2 22.4 设计方案 32.4.1 方案确定 332.4.3 工作原理 42.4.4 零部件设计 43.设计计算 73.1 锥齿轮和链轮的运动计算 73.2 各轴和锥齿轮、链轮的动力计算 83.3 圆锥齿轮强度计算94 双侧链传动的设计与计算12链传动的设计计算124.2 大小链轮设计计算 134.2.1 小链轮的计算 13 145 主要零部件的选择 15最小轴径的估算1515165.2 轴承的选用16 166 结论18参考文献 19致 谢 20附 录 211 前言旋耕机于19 世纪中叶问世, 但直到本世纪20 年代欧洲研制成功直角旋耕刀后，旋耕机才在欧洲旱地得到推广使用, 日本二战之后为了尽快恢复经济开展, 决定从欧美引进旋耕机用于农业生产。由于日本大多为水田, 直角形旋耕刀不适宜于进展水田耕作。一大批日本学者开始致力于水田用旋耕刀的研究, 如吉田富穗、松尾昌树、坂井纯等人研制出了旋耕弯刀, 成功地解决了刀轴缠草等问题。我国农机研究主要分为四块, 某某工业大学主要研究铧式犁; 中国农业大学主要研究水稻插秧机；某某农业大学主要研究旋耕刀; 某某理工大学主要研究旋耕机, 分别提出了反转、潜土反转、斜置旋耕机。现在旋耕机的研究有两个热点, 一个是国家今年提出可持续开展的战略, 降低污染和资源重用已成为当前农业机械设计的最终目的。秸杆还田无疑是一个重要的研究方向, 其中已出现了反转灭茬旋耕机等新的旋耕机机型。另一个热点是随着温室技术的开展, 农村已大力推广阔棚的使用, 如某某北郊蔬菜办已提出很多优惠政策来吸引菜农使用大棚。这样, 小型大棚机械的研制成为目前的研究重点。目前,在国内成型的旋耕机械产品中,以卧式旋耕机为主流,该种旋耕机对土壤适应性强、混土效果好,一次性作业可达到翻土、碎土和平整地表的要求。但一般耕深较浅,漏耕严重,工作部件易缠草堵泥且作业时消耗功率较大。为此,近几年推出了立式和斜置式旋耕机。立式旋耕机主要适用于灭茬作业,斜置式旋耕机是一种综合了犁耕与旋耕的特点,功耗低,耕作质量好的新型耕作机具。近年来，某某拖拉机制造开展迅猛，年产 3 万台系列轮式拖拉机和 8 万台手扶拖拉机，销往国内 30 个省、市和国外 60 个多国家和地区。经调查，配套农机具跟不上主机迅速开展的要求。其中包括 15 马力的手拖仍配置 12 马力的旋耕机，轮式250、700 型拖拉机是新产品，也没有适宜农具。因此，研制配套旋耕机与拖拉机同步销售，会使拖拉机、旋耕机两旺。本课题设计的是一台双侧传动旋耕机，与黄海金马-500 型拖拉机相匹配，用于农田旋耕或破垡作业。现有的旋耕机是都为单侧传动，而本课题设计的旋耕机为双侧传动。现有的 1G-150 型旋耕机的耕宽为 1 米 5，而本台旋耕机的耕宽为 1 米 6。因为采用双侧传动，其受力平均分配于两侧，可增大耕深，既经济又方便设计。本产品只是在原有的技术上稍作改动，因此多采用通用件。2 总体设计方案 本课题设计的是一台双侧传动耕整机，为达到双侧传动旋耕机效率高，性能好，操作容易，转动方便，适应性广泛，价格合理的要求，设计主要内容有：1总体设计1设计总体方案,采用双侧齿轮或链条传动，而本课题采用的是双侧链轮传动。2绘制机动原理图、总装图、田间作业状态图。3有关设计计算、校核。2零部件设计(a)绘制旋耕部件图，(b) 绘制开沟部件图，(c) 绘制传动轴、齿轮、齿轮箱体、支臂等零件图，(d) 有关计算、校核等。a、设计相配套的黄海金马500 型拖拉机有关技术数据；动力输出轴传速：540/720(1000)转/分；输出齿轮模数：6mm； 齿数：14；轴距mm：1944 mm；前轮距：1250-1500 mm; 后轮距：1300-1600 mm；前轮胎： mm，后轮胎： mm；动力输出轴离地高度：615mm；行驶速度km/h：；b、耕耘机械国家标准：GB/T 5668.1-1995 旋耕机；c、1G-160 型双侧传动旋耕机主要技术参数刀辊转速：180r/min，240r/min 左右；最大设计耕深：14 cm；旋耕幅宽：160cm；d、产品寿命：按 5 年，每年工作 800 小时计算。a、该机的性能应能满足农艺耕作要求，符合国家标准；b、与主机的联接：采用后置式三点悬挂；c、传动方式：双侧边传动，对称配置。要求旋耕机的耕幅能覆盖拖拉机轮辙；d、设计总图时应注意重心位置，与主机联接后尽可能达到前后平衡。要求刀轴转速与机组前进速度配置合理。犁刀的入土角以与刀座排列采用优化设计，以达到节能的效果；e、旋耕机与拖拉机联接作业时，万向传动轴偏置角度不得大于 15。田间过埂时，刀端离地高度在 150250mm 之间，此时万向传动轴角度不得大于 30。切断动力后，旋耕机最大提升高度达刀端离地 250mm 以上；f、设计时考虑加工和装配工艺性，尽可能使用标准件、通用件，以降低制造本钱。2.4.12.4.1 方案确定方案确定旋耕机采用两级或多级减速，其最后一级传动装置的配置，有侧边传动和中间传动两种如图 2-1 所示：a)中间传动 b)双侧传动1-万向节 2-旋耕刀轴图 2-1 旋耕机的传动中间传动都用于正配置的旋耕机，动力从中央传至刀轴，整机受力均匀，刚性好。但需另设工作部件或采用特殊结构的刀轴，耕中间传动箱下的漏耕土壤。一般的侧边传动多用于偏配置的旋耕机，作业时不漏耕，质量好。但耕宽过大时整机的刚性较差。而本课题设计的 1G-160 型双侧传动旋耕机综合了这两种旋耕机的优缺点，整合成一台耕宽增大时刚性不会变差，中间漏耕较小，不需另设工作部件的旋耕机。2.4.22.4.2 与主机的联结方式与主机的联结方式按与拖拉机联结的方式的不同可分为直接联结式和三点悬挂式两种，前者用于手扶拖拉机上，后者用于大中型拖拉机上。与直接联结式相比悬挂式优点是：1 机动性高旋耕机在悬起后，由于机器本身不与地面接触，因而拖拉机不因带有农具而影响它的原有的机动性，转向方便灵活，回转半径小，空行时间少，道路行驶速度高，机组的通过性能好。2 结构简单，重量轻悬挂式旋耕机因系直接与拖拉机结成一体，不需设置行走轮、牵引装置和工作部件提升机构。故结构紧凑，可节约钢材，减轻机器重量，减低制造本钱。3 可以改善拖拉机的牵引性能由于悬挂式旋耕机是和拖拉机结成一体，因此旋耕机的重量以与工作阻力的铅垂分力，都有可能转移到拖拉机上，增加拖拉机后轮的载荷，从而提高拖拉机轮胎与土壤附着力。2.4.32.4.3 工作原理工作原理1G-160 型双侧传动旋耕机的主要结构：旋耕局部是由齿轮箱体、左右支臂壳体、两侧边链条箱体和刀轴组合件等部件组成。其传递动力为 50 马力。其工作原理是从拖拉机内的动力输出轴传出动力，通过齿轮箱将动力传输给下一轴，齿轮箱内一对是固定啮合的锥齿轮，动力从齿轮箱内传出，到达两侧边的链传动机构，由链传动机构将动力传输给刀轴，从而带动刀辊转动。如如下图所示：1-第一轴 2-小锥齿轮 3-大锥齿轮 4-传动轴 5-链轮 6-犁刀轴图 2-2 总装配图2.4.42.4.4 部件设计部件设计如图 2-3 为锥齿轮箱示意图： 41-轴承盖，2-油封，3-圆螺母，4-轴承座，5-大锥齿轮，6-螺栓，7-滚子轴承8-螺栓，9-小锥齿轮，10-螺钉图 2-3 齿轮箱示意图如图 2-4 为刀辊结构图：刀轴由无缝钢管制成，轴的两端焊有轴头，刀轴上焊有刀座，刀座按螺旋线排列焊在刀轴上，以供安装刀片。 101左轴头，2-拦板，3刀座，4刀轴套，5右轴头图 2-4 刀辊结构示意图如图 2-5 为刀轴的截面示意图：图 2-5 刀轴截面示意图如图 2-6 为刀座中心位置图：图 2-6 刀座中心位置图3 设计计算1G-160 双侧传动旋耕机配套动力为 50 马力，动力由拖拉机动力输出轴经过齿轮箱的一对锥齿轮组，两侧边链传动传动路线图见图 3-1，有关设计依据见表 3-1。表 3-1 锥齿轮和链轮的传动比齿 数模 数传 动 比Z1146锥齿轮传动Z2306Z312Z414Z512链 轮Z614图 3-1 传动结构图根据已有参数，选择齿轮的个数以与齿轮的齿数如下表 3-2表 3-2 轴的传动比和转速轴 次 轴 轴刀 轴 轴刀 轴Z1Z2Z3Z4Z5Z6齿 数143012141214传 动 比总传动比转速(转/分)5402522152522153.2 各轴和齿轮、链轮的动力计算a.各运动副的效率：圆柱齿轮传动 1链轮传动 2滚珠轴承 3球轴承 4万向节 5(a)拖拉机动力输出轴的额定输出功率：根据有关资料和经验估算，其额定输出功率为：N 额=0.8 N 发=500.8=40马力取最大 N 额=40 马力，作为旋耕机的功率。(b)算第一轴与小锥齿轮 z1 的功率、转速和扭矩：=400.99=37.632(马力)=540(转/分)n540=49.91(千克/米)n=0.98=36.879马力)13=540(转/分)1n540= 48.91(千克/米)111n (c)第二轴与大锥齿轮的功率、转速、扭矩：2=0.96=35.1667(马力)212=252(转/分)2n252=99.9461(千克/米)222n=0.98=34.4634(马力)23=252(转/分)n2n252=97.9472(千克/米)n(d)第二轴链轮的功率、转速、扭矩：3=34.4634(马力)3=252(转/分)3nn=94.9472 (千克/米)3(e)刀轴上链轮的功率、转速、扭矩：4=0.96=33.0849(转/分)432=216(转/分)4n216=109.7010千克/米444n (f)第二轴链轮的功率、转速、扭矩：5=34.4634(马力)53=252(转/分)5n3n=94.9472 (千克/米)53g刀轴上链轮的功率、转速、扭矩：6=33.0849(转/分)64=216(转/分)6n4n216=109.7010千克/米644n各轴与齿轮考虑传动效率后相应功率、转速和扭矩汇总于下表：表 3-3 汇总表 轴 轴 刀 轴轴次动力输出轴轴Z1轴Z2Z3Z4轴Z5Z6功率马力40转速(转/分)540540540252252252252216216216扭矩(千克米)圆锥齿轮强度计算表 3-4 锥齿轮强度计算表 数 值 名 称 代 号 公式与依据 Z1、Z2 单 位材料 20CrMnTi外表硬度HRC 58-64动力轴转速n 动540转/分计算寿命TT=8005年4000小时载荷情况系数P查手册表 9-P3许用接触应力接20000P21600千克/厘米许用弯曲应力弯P /(K)31823762耐久极限-1手册表 9-895200应力集中有效系数K查手册表 9-951.3安全系数q查手册表 9-95齿数Z查手册表 9-961430模数m6Cm传动比i分度圆锥角3060外锥顶距LCm齿宽b4Cm平均直径dmdm=(1-0.5b/L)d 分84179mm啮合角 20圆周速度vv=dmn/60100米/秒计算系数1查手册表 9-90280000载荷集中系数K 集查手册表 9-91动载荷系数K 动查手册表 9-92动率N 大N 大=M 大马力大锥齿轮扭矩M 大千克/米小锥齿轮扭矩n 小n 小=n 动540转/分大锥齿轮转速n 大n 大=n 小/L转/分附加载荷系数KK=K 集K 动接触应力 接 接1/(L-0.5bi)千克/厘米当量齿数Z1Z1=Z/cos16.2 60移距系数0.39几何系数X查手册 285 页注0.94齿形系数Y查手册表 9-880.45弯曲应力 小 弯小=71620NKL千克/厘米大齿弯曲应力 大 弯大=Y 大/Y 小弯小2274千克/厘米 接=14308 千克/厘米接=21600 千克/厘米 安全 弯小=2315 千克/厘米弯小=3182 千克/厘米 安全经计算： 弯大=2274 千克/厘米弯大=3762 千克/厘米 安全4 双侧链传动的设计与计算链传动 X 紧力小，故对轴的压力小；传动效率高，可达 0.98；结构较紧凑。根据小链轮的转速=212 转/分和其功率=34.4634KW 查机械设计实用手册3n0图 5.4-1ISOA 系列滚子链功率曲线图得链号为 24A。 5，可查得，=12，=38.1 时，=60mm，=14，=38.1 时，maxd1pmaxd2p=79mm。maxd根据表 5.4-14 可查得轴向截面齿廓尺寸GB/T1243-1997 ，齿宽，双排时：1fb12.7，；p1fb1b12.7，25.22=23.45mm；p1fb1b链轮齿总宽：fnb=n-1P +,n排数；fnb1fb=2-145.44+23.45=68.89mm;2fb齿侧半径：xr=P；公称xr齿侧倒角：ab链号为 081、083、084 与 085 时， =0.06P；公称ab其他链号时，38.1=4.953mm；公称ab齿侧凸缘或排间槽圆角半径：ar38.1=1.524mm。ar表 4-1 滚子链链轮齿槽形状计算 5计算公式名称代号最大齿槽形状最小齿槽形状齿面圆弧半径er+180miner1d2(+2)maxer1dmm齿沟圆弧半径mmirmaxir1d31dminir1d齿沟角 =-/Zmin12090=-/Zmax14090表 4-2 滚子链链轮主要尺寸计算 6名 称代号计 算 公 式备 注分度圆直径mmd=/(/)dpsin180z齿顶圆直径mmad=-maxaddp1d=)-minaddzp1d可在、maxadX 围内minad任意选取分度圆齿高mmah)maxahzp1d=0.5(-)minahp1d是为简化ah放大齿形图的绘制而引入的辅助尺寸齿根圆直径mmfd=-fdd1d齿侧凸缘直径mmgd(/gdpctg180z2h表 483 6节距p排距pt滚子外径d1max内链节内宽b1min销轴直径d2max链板高度h2max极限拉伸载荷(单排)Qmin每米质量(单排)q链号mmmmmmmmmmmmNkg/m08A1380010A2180012A3110016A5560020A8670024A12460028A16900032A22240040A34700048A500400注：使用过渡链节时，其极限拉伸载荷按表列数值的 80计算。4.2 大小链轮的设计计算 9分度圆直径d=/(/(/dpsin1801zsin18012齿顶圆直径ad=-maxaddp1d=)-=147.21+(1+1.6/12)38.1-22.23=168mmminadd1zp1d齿根圆直径fd1dddf1dmm98.12423.2221.147fd齿顶高ahmaxah1zp1d=0.5(-minahp1d分度圆直径d=/(/(/dpsin1801zsin18014齿顶圆直径ad=-maxaddp1d=)-=171.22+(1+1.6/14)38.1-22.23=191mmminadd1zp1d齿根圆直径fd1dddf1dmm99.14823.2222.171fd齿顶高ahmaxah1zp1d=0.5(-minahp1d5 5 主要零部件的选择主要零部件的选择1各轴段的直径1转轴受弯扭组合作用，在轴的结构设计前，其长度、跨距、支反力与其作用点的位置等都未知，尚无法确定轴上弯矩的大小和分布情况，因此也无法按扭矩组合强度来确定转轴上各段的直径，为此因先按扭转强度条件估算转轴上仅受转矩作用的轴段的直径-轴的最小直径，然后才能通过结构设计确定各轴段的直径。min0d由公式= 5-min0d 36)2 . 0/1055. 9(np3/npC1式中-计算常数，=，取决于轴的材料和受载情况，见下CC 362 . 0/1055. 9表表 5-1 轴常用材料的与值 C 3轴的材料20,235AQ35,275Q45SiMnMoSiMnCr38,35,40/ aMP2515203525453545C14912613511212610311297注：在下述情况时，取较大值，取较小值：轴所受弯矩较小或只受转矩、载 C荷比拟平稳、无轴向载荷或只有较小的轴向载荷、减速器的低速轴、轴只作单向旋转；反之取较小值，取较大值。 C由公式 5-1 可知：=44.85mm，圆整后取min0d 36)2 . 0/1055. 9(np3/npC=45mm，再根据阶梯轴各段直径的变化原如此来确定各段的直径，具体操作时min0d应注意以下几点： 71与轴承配合的轴颈，其直径必须符合滚动轴承内径的标准系列。2轴上螺纹局部必须符合螺纹标准。3轴肩或轴环定位是轴上部件最方便可靠的定位方法。4与轴上传动零件配合的轴头直径，应尽可能圆整成标准直径尺寸系列或以 0、2、5、8 结尾的尺寸。5非配合的轴身直径，可不取标准值，但一般应取成整数。2各轴段的长度各轴段的长度决定于轴上零件的宽度和零件固定的可靠性，设计时应注意以下几点：a.轴颈的长度通常与轴承的宽度一样，滚动轴承的宽带度查相关手册。b.轴头的长度取决于与其相配合的传动零件轮毂的宽度，假如该零件需轴向固定，如此应使轴头的长度较零件轮毂宽度小 23mm,以便将零件沿轴向夹紧，保证其固定的可靠性。c.轴身长度确实定应考虑到轴上零件之间的相互位置关系和装拆工艺要求。或，并圆整为整数。db)15. 01 . 0(hb4 . 1由公式= 5-min0d 36)2 . 0/1055. 9(np3/npC2=54.278mm，圆整后取=55mm。min0dmin0d其各轴段的直径和长度同上可设计出传动轴。 2通过上面轴段的设计，可知第一轴安装的为圆锥滚子轴承，其轴段直径为，根据常用轴承类型与代号标准GB/T297-1993可选取圆锥滚子轴承50d7010C，其，。50d80D16b传动轴安装的轴承为深沟球轴承，其轴段直径为，根据常用轴承类型65d与代号标准GB/T297-1993可选取代号为 6013 的深沟球轴承，其， 865d，。100D18b旋耕机是动力驱动式旋转耕耘机械，旋耕机的耕作局部为旋耕刀辊，是由多把旋 11耕刀在刀轴上按螺旋线排列而成的，旋耕刀分类见图 5-1。图 5-1 旋耕刀分类旋耕机的刀片可分为和弯形刀两种，弯刀的刃口较长，呈弧形，有较好的碎土和翻土性能，不易缠草，但消耗的功率较大，本课题设计的旋耕机采用的是弯刀。其大概结构如图 5-2。其安装方法有如下三种：1交织安装2向外安装3向内安装本课题设计的旋耕机采用的是交织安装法。图 5-2 弯刀的结构图6 结论本课题设计的是 1G-160 型双侧传动旋耕机，通过前期大量有关文献的阅读，了解到有关本课题的根本知识，在此根底上进展了本课题的设计。该旋耕机由于其马力较大，一般用于四轮拖拉机。该旋耕机与四轮拖拉机的联接方式是后置式三点悬挂；传动方式为双侧传动，对称布置，重心平稳，与中间链传动所不同的是中间链传动所采用的是单链传动，中间易漏耕，中间必须加有铲除漏耕的装置，而本课题所设计的双侧传动，不仅增大了旋耕机的耕宽，还减小了漏耕的程度，中间结构更为简便，当然此旋耕机也有缺陷，此旋耕机的结构比拟大，有左右支臂，相较于其它类型的旋耕机更为复杂。本旋耕机设计合理，能够一次完成耕耙作业，效率高性能好，投入生产后能产生较好的经济效益和社会效益，具有一定先进性。参考文献1徐锦康主编.机械设计 上册M.：高等教育，2001.2徐锦康主编.机械设计 下册M.：高等教育，2002.3王旭，王积森主编.机械设计课程设计M.：机械工业，2003.4鲁屏宇主编.工程图学M.：机械工业，2005.5机械设计使用手册编委会.机械设计实用手册M.：机械工业，2001.6X志峰等编著.链传动M.：机械工业，1984.7吴宗泽主编.机械结构设计M.：机械工业，1988.8王振华主编.实用轴承手册M.某某：某某科学技术，1991.9汝元功，唐照明主编.机械设计手册M.：高等教育，1995.10X 志祥，徐锦康，X 磊主编.机械零件M.第 2 版.：高等教育，2000.11 孔祥莹, 袁文旭, 孔令德.旋耕机研究综述J.某某机械,2000,153：47-48.致 谢附 录序号 图名 图号 图幅 X 数 1 总装配图 1G-160-00 10A2 田间作业状态图 1G-160-12 11A3 悬挂架总成 1G-160-21 12A4 犁刀轴 1G-100-10 12A5 传动轴 1G-100-05 13A5 第一轴 1G-100-20 13A6 小锥齿轮 1G-100-17 13A7 大锥齿轮 1G-100-16 13A8 右支臂 1G-100-01 13A9 左支臂 1G-100-13 13A10 小链轮 1G-100-09 13A11 大链轮 1G-100-02 13A 11 轴承盖 1G-100-15 14A