小型旋拋式撒肥機的設計,小型,旋拋式撒肥機,設計
小型旋拋式撒肥機設計
THE DESIGN OF SMALL ROTARY CASTING MACHINE SPREADER
I
摘要
本次設計以農(nóng)業(yè)機械為方向，運用機械設計，機械原理等方面的知識，設計小型旋拋式撒肥機。對于本機器運用到的傳動軸，利用合理的校核計算方法，對于齒輪的選擇及設計計算做了詳細的闡述，同時還對帶輪以及皮帶的選擇給出了準確的數(shù)據(jù)，同時還對現(xiàn)有的機械做了進一步的改進，改善了原有的作業(yè)缺陷，優(yōu)化了機器作業(yè)的功能，是作業(yè)者更為方便的操作與掌控。在整體設計時，進一步優(yōu)化了設計方法，對于材料的選擇也同樣做到輕巧便捷。初步設計出一款符合生產(chǎn)需求的小型機器。并根據(jù)計算的尺寸繪制各個零件的圖紙，最后按照零件及裝配要求繪制裝配圖紙。最后完成總體裝配的優(yōu)化設計。
關鍵詞 農(nóng)業(yè)機械；旋拋式；撒肥機；顆粒狀；優(yōu)化設計
II
Abstract
The design of agricultural machinery and direction, the use of mechanical design, mechanical principle of knowledge, design of small rotary polishing distributor. For this machine is applied to the drive shaft, using reasonable calculation method of, for gear selection, design and calculation of do in detail, also of belt wheel and belt is given for the selection of the accurate data and the existing mechanical do further improvement, improve the original defects, optimize the function of machine operation, the operator more convenient operation and control. In the overall design, to further optimize the design method, the choice of materials is also light and convenient. A small machine that meets the requirements of production. And according to the size of the calculation of the various parts of the drawing, and finally in accordance with the requirements of parts and assembly drawing assembly drawings. At last, the optimization design of the overall assembly is completed.
Key words Agricultural machinery Rotary type Spreader Granular Optimal design
III
目 錄
摘要 I
Abstract II
1緒論 1
1.1 選題的背景及意義 1
1.2 本課題擬解決的主要問題 1
1.3本章小結(jié) 2
2小型旋拋式撒肥機整體設計 3
2.1 現(xiàn)有撒肥機械的舉例 3
2.2 本次小型旋拋式撒肥機的設計 4
2.3 本章小結(jié) 6
3.1 動力裝置的選擇 7
3.1.1確定小型旋拋式撒肥機所需的功率 7
3.1.2確定傳動裝置的效率 8
3.2 傳動裝置總傳動比計算機傳動比初步分配 8
3.2.1總傳動比計算 8
3.2.2傳動比的初步分配 8
3.3 普通V帶傳動設計 8
3.3.1 選擇普通V帶型號 8
3.3.2 確定帶輪的基準直徑 9
3.3.3 驗算帶速 9
3.3.4 確定帶的長度及中心距 10
3.3.5 驗算普通V帶的最小包角 10
3.3.6 確定普通V帶的根數(shù) 10
3.3.7 計算帶的傳動作用在該軸上的力 11
3.3.8 帶輪的結(jié)構(gòu)設計 11
3.4 齒輪的傳動設計 12
3.4.1高速級齒輪的設計 12
3.5 軸的設計 15
3.5.1高速軸的設計 15
3.6 滾動軸承的選擇 19
3.6.1 高速軸滾動軸承的選擇 19
3.7 本章小結(jié) 20
4 旋拋式撒肥機的下料系統(tǒng)設計 21
4.1 儲存肥料漏斗的設計 21
4.1.1 肥料量的計算 21
4.1.2 儲肥漏斗的設計 22
4.2 碾碎裝置的設計 23
4.2.1碾碎滾筒的上下座的設計 24
4.2.2 碾碎裝置主動滾筒、從動滾筒的設計 25
4.2.3 碾碎裝置傳動齒輪的設計數(shù)據(jù) 25
4.2.4 碾碎裝置的碾碎滾筒軸承的選擇 26
4.2.5 碾碎滾筒軸端軸向固定方法的選擇 27
4.2.6 碾碎裝置上下座連接部件的選擇 29
4.3各段鍵槽的設計說明 29
4.4本章小結(jié) 31
5旋拋式撒肥機旋拋盤的設計 32
5.1 旋轉(zhuǎn)底盤的設計 32
5.1.1 旋拋盤材料的選擇 32
5.1.2 旋拋盤尺寸及調(diào)節(jié)安裝孔的選擇 33
5.2 肥料播撒撥片的設計 33
5.3 本章小結(jié) 34
6 旋拋式撒肥機支架 35
6.1支架角鐵材料的選擇 35
6.2支架角鐵尺寸的選擇 35
6.3 本章小結(jié) 37
7旋拋式撒肥機三維展示 39
7.1 旋拋式撒肥機整體展示 39
7.2 旋拋式撒肥機部分三維圖展示 39
結(jié)論 41
致謝 42
參考文獻 43
III
1緒論
1.1 選題的背景及意義
國家十三五規(guī)劃中提出，大力發(fā)展農(nóng)業(yè)，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，進一步提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水平，完善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備，主要是為了將機械化結(jié)構(gòu)更普遍地應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領域，盡可能的完善農(nóng)業(yè)機械的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，凸顯出重點要值得改進的部分著重調(diào)整，更普遍化去適應農(nóng)業(yè)領域的技術(shù)發(fā)展，貫徹執(zhí)行國家對于農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)機構(gòu)的方針政策，確定重點培養(yǎng)的主干技術(shù)，做到真正實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械的功能實現(xiàn)技術(shù)、科技匹配技術(shù)、安全服務技術(shù)三方面的協(xié)調(diào)發(fā)展水平，對于農(nóng)業(yè)技術(shù)在服務于農(nóng)民生產(chǎn)生活中實現(xiàn)高效生產(chǎn)提供必要的水平支撐。
施肥在生產(chǎn)種植過程中必不可缺的農(nóng)業(yè)材料之一。使用化肥在很大程度上會實現(xiàn)農(nóng)作物的大豐收，能有效地提高農(nóng)作物產(chǎn)量。據(jù)不完全統(tǒng)計，近年來我國農(nóng)民采購使用的化肥量數(shù)以萬計，全球范圍內(nèi)儼然成為氮肥消費大國榜首地位。
本篇課題目的是在盡可能多的節(jié)省生產(chǎn)資料消耗量的前提下還能有效地提高農(nóng)產(chǎn)效率，實現(xiàn)科學性、規(guī)律性拋肥方式擴大工作范圍，減少農(nóng)民親力親為的手動操作勞動。土壤的肥沃程度極大的限制著農(nóng)產(chǎn)量的輸出，而對于土壤肥力最有效的方式是加灑肥料，對于農(nóng)作物的肥料可分為有機和化學兩種，每一種下面又可細分為固體和液體兩類形態(tài)。生產(chǎn)種植中對于肥料的加灑方式有如下三種：
①施基肥。農(nóng)民在開始播種之前要在土地表面加灑一層肥料以便在翻鋤土地時能將肥料鏟進地下；或者是在犁耙上面加上某種施肥裝置使其在形成的溝渠內(nèi)灑有肥料，在下一次操作時是被上一垡片掩埋住；又或者是在深鏟上加上能施肥的裝置，可以隨著一直不斷的疏松土壤的過程中將化肥滲進土地底部。
②施種肥。農(nóng)民在播種的過程中將肥料和種子一起撒入土地中。農(nóng)民在正常的栽植過程中一般會有旁施、面施和混合施三種撒肥方式。
③施追肥。種子在萌芽成熟不斷生長成植株的狀態(tài)下，可以在根部撒料以便植株更好地吸肥，或者是溶合一些植物所需元素于一體實現(xiàn)噴灑式施肥方式，利用噴頭將肥料灑在植株的葉面上使其快速吸收。
1.2 本課題擬解決的主要問題
根據(jù)我國農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)，本旋拋式撒肥機主要針對固體顆粒肥料，進行施基肥，種肥的播撒。
本新型旋拋式撒肥機設計是吸收借鑒已有的撒肥農(nóng)機的創(chuàng)新點，適應于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)種植的需求，解放了農(nóng)民手工撒肥的勞動力，主要可以用于小個體與土地承包商的農(nóng)產(chǎn)物種植園區(qū)中，提高了實用價值，拓寬了應用范疇。在付出與利益成正比的時代，盡可能減少了勞動力和資料消耗，高效地提高農(nóng)產(chǎn)品量的輸出量，有利于農(nóng)民及早應時生產(chǎn)播種。
1.3本章小結(jié)
對于目前市面上的施肥機械存在問題進行了比較詳細的調(diào)查，同時對本地區(qū)種植模式也有了一定的了解，突出顯示了種植農(nóng)戶在植物種植施肥方面存在的現(xiàn)實問題，對于目前施肥機械利用率和普及率都相對較低，同時大型農(nóng)業(yè)施肥機械由于價格昂貴，在本地區(qū)較小田塊很難施展作業(yè)。結(jié)合本地區(qū)對手扶拖拉機使用率較高的特點。設計一款播撒基肥，利用現(xiàn)有手扶拖拉機為動力源，方便靈活。經(jīng)濟性和實用性較強的旋拋式撒肥機。
在設計過程中對現(xiàn)有資料進行了整合，同時對有關農(nóng)機專業(yè)方面的單位，人才進行了訪問咨詢，但是由于學生對社會了解不足，缺乏實踐性，所以在后期設計中很難展開。但是在老師以及專業(yè)人士的輔助和指導下，比較順利的完成了整個設計的前期準備。
2小型旋拋式撒肥機整體設計
小型旋拋式撒肥機是根據(jù)原有的肥料播撒機械進行改造，對現(xiàn)有機械作業(yè)時存在缺陷以及播撒不均勻性等問題進行了進一步的優(yōu)化，并通過仿照人工播撒形式改進而來的，整個撒肥機分為肥料儲存，下料，旋拋等功能，在傳動系統(tǒng)，旋拋系統(tǒng)，碾碎系統(tǒng)，揚程調(diào)節(jié)系統(tǒng)等系統(tǒng)的組合下實現(xiàn)肥料的均勻播撒。
2.1 現(xiàn)有撒肥機械的舉例
（1）全幅施肥機
這類撒肥機械主要是為了保證在有效范圍內(nèi)實現(xiàn)撒肥盡可能密而勻。它的機械結(jié)構(gòu)可以分為兩種：第一種是通過幾個旋轉(zhuǎn)盤類的施肥機一排并列制成的（見圖1－1所示）；第二種是通過鏈傳動使鏈指能夠在機器的有效范圍進行排肥（見圖1－2所示）。本機械的優(yōu)點是作業(yè)面積較大，適合大面積農(nóng)場作業(yè)，但對與本地區(qū)小田塊來講，很難實現(xiàn)全覆蓋作業(yè)。
圖2-2鏈指式全幅撒肥機
圖2-1轉(zhuǎn)盤式全幅撒肥機
（2） 氣力式寬幅撒肥機
就目前國外市場看來，他們制作應用了很多型號規(guī)格的氣力式寬幅撒肥機（見圖2-3所示），但是機械架構(gòu)都不盡相同，全都利用風機旋轉(zhuǎn)生成的氣流與機械結(jié)構(gòu)制成的施肥機協(xié)調(diào)配合，在噴嘴的施放作用下能有效實現(xiàn)大面積地噴灑化肥或是營養(yǎng)液。氣力式寬幅撒肥機，需要配載在大型拖拉機后面，靈活性較差。
圖2-3 氣力式寬幅撒肥機
（3） 離心式撒肥機
在目前國外的市場上，這類撒肥機是歐美市場占有量最大的噴灑用具（見圖4-4所示）。它的工作原理很簡單，主要就是在軸轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的離心力作用下實現(xiàn)噴灑化肥。按撒肥盤的個數(shù)分成單、雙式，表面常安有6個撥片。
1-裝料斗 2-振動板 3-排肥門 4-排肥板 5-導肥管 6-撒肥管
a-雙盤式的整體結(jié)構(gòu) b-單盤式的示意圖
圖2-4離心式撒肥機
2.2 本次小型旋拋式撒肥機的設計
目前離心式撒肥機功能和形式較為單一，無法實現(xiàn)可調(diào)節(jié)揚程等功能，同時，由于不同肥料因受天氣影響會產(chǎn)生不同程度分板結(jié)，所以在肥料播撒到地面之前要進行碾碎，本小型旋拋式撒肥機增加了碾碎裝置。大幅度提高了機械的作業(yè)效率。同時對旋轉(zhuǎn)盤上的撥片也進行了改進，使其在轉(zhuǎn)盤上面的安裝位置可以實現(xiàn)徑向和對旋轉(zhuǎn)中心有一定的偏轉(zhuǎn)角度。葉片形狀有直線式的，也有曲線形式的，這樣更有利于肥料的運動，見圖2-5所示，系統(tǒng)工作流程圖見圖2-6所示。
儲存料斗
管道
皮帶
皮帶
傳動箱
動力源（柴油機）
碾碎裝置
管道
齒輪傳動
旋拋盤
圖2-6 系統(tǒng)工作流程圖
動力源是由柴油機提供動力，以東風F-12型柴油機為例見圖2-7。將動力通過皮帶輪傳遞給傳動箱，傳動箱通過傳動軸傳遞給上部旋拋裝置，同時傳動箱上的帶輪通過皮帶將動力同時傳給碾碎裝置，碾碎裝置利用碾碎輥將肥料碾碎，通過管道肥料下落到旋拋盤裝置。
2.3 本章小結(jié)
本次設計主要對原有機械進行了改進，原有的旋拋式撒肥機配有儲料裝置，旋撒裝置，小型動力裝置。這三個裝置雖然能正常滿足施肥作業(yè)要求，但是作為一臺可靠性等農(nóng)業(yè)機械，同時應該還具有可調(diào)節(jié)型，本地區(qū)田塊大小層次不齊，所以，急需帶設計一款可調(diào)節(jié)，均勻性更高的旋拋式撒肥機，所以本次設計增加了肥料的碾碎裝置，同時將旋拋裝置撥片裝置設計為可按一定角度進行調(diào)節(jié)。大大提高了肥料的利用效率已經(jīng)播撒的均勻性也得到了一定改進。整個系統(tǒng)較為完整。
在設計時，由于知識儲備不足以及缺乏一定的社會實踐經(jīng)驗，對碾碎裝置的選擇產(chǎn)生了很大的困難，在多種碾碎裝置面前很難利用現(xiàn)有的軟硬件設施得出準確的定斷，在詢問老師以及專業(yè)的農(nóng)業(yè)方面的專家，他們提供了一定的參考，才得以讓設計順利進行，專業(yè)知識。 3 旋拋式撒肥機的傳動系統(tǒng)設計
小型旋拋式撒肥機是根據(jù)原有的肥料播撒機械以及仿照人工播撒形式改進而來的，整個撒肥機集肥料儲存，下料，旋拋等功能，在傳動系統(tǒng)，旋拋系統(tǒng)，碾碎系統(tǒng)，揚程調(diào)節(jié)系統(tǒng)等系統(tǒng)的組合下實現(xiàn)肥料的均勻播撒。
3.1 動力裝置的選擇
圖3—1 動力系統(tǒng)的傳動
圖3—2 旋拋裝置動力機構(gòu)簡圖
3.1.1確定小型旋拋式撒肥機所需的功率
小型旋拋式撒肥機利用手扶拖拉機前部掛載裝置，依靠手扶拖拉機現(xiàn)有的柴油機來提供動力，無需額外配裝其他動力源，現(xiàn)以東風F-12型柴油機為例，其轉(zhuǎn)速n柴=1440r/min.功率8.82kw。
3.1.2確定傳動裝置的效率
普通v帶傳動效率： n1=0.96
一對滾動軸承效率： n2=0.99(球軸承，稀油潤滑)
閉式錐齒輪傳動效率： n3=0.96
故傳動裝置的總效率為： n=n1n2n3=0.96x0.99x0.96=0.91
3.2 傳動裝置總傳動比計算機傳動比初步分配
3.2.1總傳動比計算
旋拋盤的轉(zhuǎn)速： n旋=120r/min
總傳動比： i=n柴/n旋=1440/120=12 式（2.1）
3.2.2傳動比的初步分配
因為傳動比不是太大，故采用兩級傳動，即普通V帶和齒輪箱錐齒輪傳動，齒輪箱錐齒輪傳動比的采用考慮了閉式錐齒輪傳動的浸油潤滑，兩個大小齒輪直徑相近但有所差別，即按i2=2分配，初步分配傳動比如下：
普通V帶傳動比： i1=6
錐齒輪傳動比： i2=2
旋拋盤的實際轉(zhuǎn)速為：n旋=1440/6/2=120r/min.
另外上部碾碎裝置的轉(zhuǎn)速是旋拋盤轉(zhuǎn)速一般即60r/min。
普通V帶的線速度誤差經(jīng)過計算及查表的0.25%<3%符合要求。
3.3 普通V帶傳動設計
3.3.1 選擇普通V帶型號
查表3-2得 KA=1.1(載荷變動小，原動機每天工作時間小于10小時)
表3-2 工作情況系數(shù)KA
工作載荷性質(zhì)
工作機舉例
原動機
空，輕載荷啟動
重型載荷啟動
每天工作時間
<10
10~16
>16
<10
10~16
>16
載荷變動微小
攪拌機，通風,鼓風機（p<=7.5kw）,水泵，空壓機，小型轉(zhuǎn)運機
1
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷變動較小
皮帶轉(zhuǎn)運及，通風設備，旋轉(zhuǎn)泵，空壓機，發(fā)電設備，機床，印刷設備等
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷變動較大
造磚設備，提升設備，水泵（往復式），粉狀磨制機，剪床設備，紡織設備
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.6
載荷變動很大
破碎設備，磨碎設備等
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
分別計算功率，根據(jù)柴油機的選型12匹，之間換算功率為：
1馬力=735瓦特12馬力=735x12=8820瓦特=8.82千瓦。選擇B型普通V型帶。
3.3.2確定帶輪的基準直徑
查表3-3得，普通V帶的B型帶輪最小基準軸直徑ddmin=125mm.
表3-3普通V帶帶輪最小直徑標準系列
選取帶輪直徑 dd1=140mm
取帶輪的滑動率 ε=0.02
所以從動輪是直徑 dd2=i1dd1(1-ε)=6x140x(1-0.02)mm=823.2mm 式(2.2）
根據(jù)表1-4查得，選取從動輪的基準直徑標準的值為800mm.
普通V型帶傳動的實際傳動比：
i1= dd2/dd1=800/140=5.71
表3-3 各V帶型號最小尺寸選取表
型號
Y
Z
A
B
C
D
E
最小基準直徑
20
50
75
125
200
355
500
3.3.3 驗算帶速
v=πdd1n1/60*1000=3.14x140x1440/60x1000=10.55m/s
帶速v在5~25m/s范圍內(nèi)，符合要求。
8
3.3.4 確定帶的長度及中心距
(1)初步確定中心距a0：
按照 0.7(dd1+dd2）
120°
3.3.6 確定普通V帶的根數(shù)
查表3-4得普通V帶選用的根數(shù)為1根足以滿足作業(yè)需求。
表3-4 普通V帶的長度系列和帶長修正系數(shù)
基準長度
基準長度
Y
Z
A
B
Z
A
B
C
D
E
200
0.82
1600
1.15
0.98
0.92
0.83
225
0.82
1800
1.19
1.01
0.95
0.85
250
0.84
2000
1.02
0.99
0.88
281
0.88
2250
1.05
1
0.91
0.88
314
0.89
2510
1.08
1.03
0.93
0.86
355
0.91
2810
1.12
1.06
0.96
0.88
139
0.95
0.88
2150
1.13
1.06
0.98
0.89
449
1.1
0.89
2560
1.16
1.11
0.98
0.91
500
1.02
0.92
4100
1.19
1.12
1.03
0.94
559
0.94
4500
1.14
1.02
0.97
0.91
630
0.95
0.81
5100
1.18
1.06
0.96
0.93
710
0.99
0.82
5600
1.08
0.99
0.96
201
1
0.85
6310
1.11
1
0.99
201
1.03
0.87
0.82
7100
1.14
1.03
1
1000
1.05
0.88
0.84
8100
1.18
1.06
1.02
1122
1.08
9.91
0.87
9100
1.22
1.09
1.05
1225
1.11
0.94
0.89
10000
1.21
1.12
1.07
1400
1.13
0.95
0.91
3.3.7 計算帶的傳動作用在該軸上的力
(1)計算單根普通V型帶的張緊力F0。
查表3-5普通V帶截面尺寸得B型普通V型帶每米長度方向質(zhì)量為q=0.17 kg/m
F0=(1000Pe/2zv)((2.5/k)-1)+qv2 式(3.4)
=(1000x8.82/2x1x10.55）x(2.5/0.964-1)
=666 N
(2)計算帶傳動作用在軸上的力FQ
FQ=2zF0sinα/2 式(3.5）
=2x1x666xsin(179°/2)
=1146 N
表3-5 普通V帶截面尺寸
3.3.8 帶輪的結(jié)構(gòu)設計
查表3-6普通V帶帶輪的結(jié)構(gòu)形式和基本尺寸，可知，主動輪為實心帶輪（柴油機附加安裝帶輪），孔徑dd=42mm,
鍵槽為A型，bxhxt1=12mmx8mmx3.3mm,輪槽角￡=34°
從動輪為四孔板式帶輪輻板厚度s=18mm,兩帶輪的基準寬度bd=14.0mm,基準線上槽深h=3.5mm,最小輪緣厚度g=7.5mm。
帶輪寬度B=2f+(z-1)e=2x11.5=23mm
帶輪,材料選用HT250，其余的尺寸及兩帶輪結(jié)構(gòu)性草圖略。
表3-6普通V帶帶輪的結(jié)構(gòu)形式和基本尺寸
3.4 齒輪的傳動設計
3.4.1高速級齒輪的設計
3.4.1.1重新設計計算傳動箱高速軸運動學以及動力學的參數(shù)
用于傳動過程的實際傳動比與之前所分配的傳動比有變化，所以傳動箱各軸的轉(zhuǎn)速以及所受到的扭轉(zhuǎn)力矩也會隨之變化。為了達到設計更加精準，必須重新設計計算這些參數(shù)。計算的結(jié)果如下所示：
n1=ne/i1=1440/5.71=252.2
P1=8.82
T1=9550(P1/n1)=9550x(8.82x252.2)=333.98 N.m=333980 n.mm 式(3.6)
3.4.1.2 選用齒輪材料及熱處理工藝
小齒輪的材料可以選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為229~286 HBS
大齒輪的材料可以選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為197~255 HBS
3.4.1.3 確定齒輪的材料許用接觸應力
試驗齒輪接觸疲勞極限應力，根據(jù)計算滿足要求
3.4.1.4 按齒面接觸強度設計齒輪傳動
作用在高速軸上的扭矩
T1=333980 N.mm
載荷系數(shù)K ,由表3-7試驗齒輪的接觸疲勞極限應力可得
K=1.3
表3-7 試驗齒輪的接觸疲勞極限應力
齒寬系數(shù)a,因為是減速器所以a=0.4
齒輪材料的彈性系數(shù)ZE,由表3-8材料彈性系數(shù) 可得
ZE=189.8 MPa
表3-8 材料彈性系數(shù)選擇
材料
小齒輪材料
鋼
鑄鋼
球墨鑄鐵
灰鑄鐵
大齒輪材料
灰鑄鐵
162
164.3
156.6
143.7
球墨鑄鐵
180.6
180.6
173.8
鑄鋼
188.8
188.1
彈性模量E
鋼
189.9
鍛鋼 206GPa
鑄錫青銅
103GPa
鑄錫青銅
155.1
鑄鋼 201GPa
錫青銅
114GPa
錫青銅
159.9
球墨鑄鐵 173GPa
鑄鋁鐵青銅
104GPa
鑄鋁鐵青銅
156.1
灰鑄鐵 119GPa
節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH,因為是錐齒輪傳動，所以ZH=2.45。
初選齒數(shù)和齒數(shù)比
Z1=23
Z2=i1xZ1=2.1x23=4
經(jīng)過計算，直齒圓錐齒輪的計算如下表3-9：
表3-9齒輪參數(shù)表
3.4.1.5 確定齒輪的精度等級
齒輪的圓周速度 v=（πd3n2）/60x1000=(3.14x69x252.2)=0.9 m/s
查表3-10得，應該選取9級精度，但由于考慮到中小制造廠生產(chǎn)工藝一般為滾齒制造，故可以選用8級精度，即 8 GB/T10095.1-2001。
表3-10 各類機械傳動中所用齒輪精度等級
3.4.1.6 齒輪的結(jié)構(gòu)設計
小齒輪采用鍛造實心式齒輪，與軸分離，到齒輪同樣采用鍛造實心式結(jié)構(gòu)，軸孔直徑在軸設計時確定。具體計算尺寸略。
3.5 軸的設計
3.5.1高速軸的設計
對一個軸進行受力分析主要是彎力和扭矩，而它經(jīng)常會由于疲勞斷裂而報廢，因此一根軸的選用不僅要參考磨損程度更要保證足夠的剛度強度。對于用于軸鑄造的材料來說一般選用下述三類：
（1）碳素鋼
這類材料一般情況下機械綜合性能相對強，能有效避免零件出現(xiàn)應力集中造成疲勞斷裂的情況，成本低廉，適用范圍較寬泛。類似常用的45鋼總是被用來鑄造軸零件材料，淬火加高溫回火之后保證了良好的綜合機械性能。在次要部分的軸端或是輕載荷條件下，一般不選優(yōu)質(zhì)碳素鋼，取而代之的去選擇類似Q235的普通碳素鋼即可滿足傳遞要求。
（2）合金鋼
此類材料的主要特征是良好的機械綜合性能，加工處理過程中不易發(fā)生變形，易發(fā)生應力集中現(xiàn)象，成本花費大。一般在輕載荷情況或是對耐磨考慮較少的場合。
（3）球墨鑄鐵
此類材料的主要特征是良好的抗磨損性能以及獨特的消振功效，能有效避免零件出現(xiàn)應力集中造成疲勞斷裂的情況，成本低廉，主要適用于復雜軸類的成型鑄造。
3.5.1.1已經(jīng)確定的運動學以及動力學參數(shù)
n1=ne/i1=1440/5.71=252.2 式 (3.7)
P1=8.82
T1=9550(P1/n1)=9550x(8.82x252.2)=333.98 N.m=333980 n.mm
3.5.1.2 軸的材料選擇確定許用彎曲應力
由表3-11得出可以選用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，硬度為217~255 HBS,許用彎曲應力
[]-1=60MPa
表3-11 軸的常用材料及其力學性能
3.5.1.3 按扭轉(zhuǎn)強度大概計算軸的最小直徑
由表3-12可知A=107~118。
表3-12 常用材料的A值
軸的材料
Q235，20
35
45
40Cr,35SiMn
[τ]/MPa
11~20
20~31
31~40
40~53
由于高速軸會受到的彎矩比較大但是受到的扭矩比較小，所以A取115.
式（3.8）
由于要在最小軸徑上開一個鍵槽，故將軸徑增大7%。
Dmin=25.5 mm
一般在設計計算軸的尺寸和配合時，利用軸的具體受力情況擬算出軸的尺寸大小。而在面對次要的軸段結(jié)構(gòu)，可直接通過計算所受扭矩計算出最終大小。有關軸的校核、設計公式如下所示：
式（3.9）
式（3.10）
通常情況下為了與其他機械裝置進行連接都會依賴于鍵的存在，這使得軸端總少不了槽，一般3~5%一個鍵槽放大或是7~10%兩個鍵槽進行放大，再對應表格選擇合適的標準值。
其中：[τ]——許用扭轉(zhuǎn)剪應力（N/mm2），
C為由軸的材料以及承載情況確定的常數(shù)。
3.5.1.4按彎扭合成強度進行計算
設計軸的過程中，要對于軸的連接件的位置、各個軸段部分不同的受力分析及其作用載荷的大小方向、軸的主要直徑大小以及其他各配合尺寸進行系統(tǒng)分析，還能夠通過數(shù)據(jù)分析計算出軸的所承受的彎應力或是扭矩力的大小方向，所以根據(jù)彎矩合成來校核軸的強度。有關軸的校核、設計公式如下所示：
式（3.11）
式（3.12）
式中： бe--當量應力，單位Mpa。
d--軸的直徑，單位mm;
是當量彎矩；
M--危險截面合成彎矩；； MH是水平面上彎矩；MV是垂直面上彎矩；
W--軸危險截面抗彎截面系數(shù)；
--是將扭矩折算成等效彎矩的折算系數(shù)。
因為彎矩引起的彎曲應力是對稱循環(huán)變應力，而扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)剪應力往往是不對稱循環(huán)變應力，所以和扭矩的變化情況有關聯(lián)。
——扭矩對稱循環(huán)變化
a = ——扭矩脈動循環(huán)變化
——不變的扭矩
，，分別是脈動循環(huán)、對稱循環(huán)及靜應力狀態(tài)下的許用彎曲應力值。
對于很重要的軸，還要應當考慮一些疲勞強度的影響因素而作準確的驗算。
3.5.1.5 軸的剛度計算概念
不同受拉受壓的條件下，軸受到的彎應力與扭矩力總不可避免出現(xiàn)形變，傳動軸在載荷的作用下。倘若形變量比許用值還有大，甚至只是稍稍多一點點，這都使得軸或者連接的零件部分都非常規(guī)操作，更有甚者會導致整個裝置癱瘓，各部分都沒法實現(xiàn)其本身功能。軸彎曲剛度是按照撓度y或者偏轉(zhuǎn)角θ以及扭轉(zhuǎn)角ф來度量，它的校核公式是：
[y]、 [θ]、 [ф]分別為軸的許用撓度、許用轉(zhuǎn)角和許用扭轉(zhuǎn)角。
3.5.1.6 設計軸的結(jié)構(gòu)并繪制軸的結(jié)構(gòu)草圖
一般對于軸的設計總要遵循下列兩項原則：
(1)不能阻礙連接部件的裝配
軸的外形設計通常得依賴于軸在整個機械內(nèi)部所處的定位性質(zhì)所決定的，鑒于考慮到各聯(lián)接部件應滿足方便快捷的裝卸方式，一般采用的是階梯軸形式，兩邊小軸部分向中間逐層靠攏，軸端中間部分尺寸最大，兩邊的強度要保持近似等價。
（2）聯(lián)接件的可靠定位與固定
為防止軸上部件會軸向竄動一般會選擇套筒定位、軸肩定位兩種方式，另外還可以利用軸端擋圈、圓螺母又或是軸承端蓋軸向定位保證機構(gòu)運作工程中傳動結(jié)構(gòu)的可靠、準確。
由于齒輪1的尺寸較小，故高速軸要有一定的強度，保證其正常運轉(zhuǎn)，顯然，在安裝拆卸過程中，只能從兩邊進行拆卸或安裝?？梢赃x用普通平鍵，A型，bxh=6x8 (GB/T1096-2003)槽深l=3.5,定位軸肩直徑為29mm。
預先選用滾動軸承以及確定各軸段之間的尺寸，最主要的是承受的徑向載荷，因為所受的軸向力較小，因此可以擬選用深溝球軸承6304，與它安裝的配合精度為k6。
所以各軸段長度可以得出。繪制草圖如下:
圖3-3 軸
3.6 滾動軸承的選擇
3.6.1 高速軸滾動軸承的選擇
3.6.1.1作用在軸承上的載荷
FTA=2811 N FTB=4049 N
3.6.1.2選擇滾動軸承的型號
前面已經(jīng)選擇滾動軸承的型號是6304，主要對徑向載荷起到一個支撐作用，只有小部分去承擔軸向載荷。由于工作溫度不太高，指點跨距較短，擬采用兩端單向固定式支撐結(jié)構(gòu)。
Cr=52800 C0r=31800
3.6.1.3 計算軸承的當量載荷
軸承A 因為Fa/Fta=0
PA=XFta=1x31800=31800 N
3.6.1.4 校核滾動軸承的壽命
由于軸承A承受的當量載荷較大，可以校核A的壽命。
由表1-14,表1-15可以查到fp=1.3,ft=1(工作溫度低于100℃)，軸承的工作壽命按1.5年計算，則Lh=12X300X1.5h=5400h。
表3-14 動載荷系數(shù)fp
載荷性質(zhì)
沒有沖擊或者輕微的沖擊
沖擊中等
沖擊強烈
動載荷系數(shù)fp
1.0~1.3
1.3~1.9
1.9~3.1
表3-15 溫度系數(shù)ft
軸承運作溫度/℃
≤100
124
151
175
210
250
310
350
溫度表示系數(shù)ft
1.1
0.96
0.91
0.86
0.81
0.7
0.61
0.5
C,=
因此，高速軸的滾動軸承壽命足夠滿足作業(yè)需求。
3.7 本章小結(jié)
旋拋式撒肥機依靠動力才得以正常作業(yè)，所以說動力裝置是一臺機器必不可少部分，傳動裝置是設計對一臺機型的穩(wěn)定性，壽命，效率都會有一定的影響。所以，在設計時尤為注意，各個動力傳動零件選擇，以及在零件與零件之間如何盡量減少動力傳遞損耗都做了一定量的計算對比，設計一帶輪帶動傳動軸，再通過圓錐直齒齒輪的相互嚙合將動力最后傳遞給旋拋裝置，整個動力系統(tǒng)輕便高效，在傳動損失方面得到了有效地控制。
在傳動軸結(jié)構(gòu)設計時，充分考慮了軸上零件的安裝以及后期維護維修的拆卸是否會有問題，整個結(jié)構(gòu)簡單合理。在扭轉(zhuǎn)應力以及彎矩等方面也進行了一定的計算，通過利用現(xiàn)有軟件對其進行了運動模擬分析得出的結(jié)論符合作業(yè)要求，同時在傳動軸軸承方面選擇也進行大量的細致的計算對比。整個系統(tǒng)簡單，實有。后期維修也較為方便。
但是，在設計傳動軸時，專業(yè)能力仍然不足，很難充分理解傳動軸的設計校核步驟，以后要加深對這一方面知識的補充與吸收。
4 旋拋式撒肥機的下料系統(tǒng)設計
新型旋拋式撒肥機具有作業(yè)時間長，效率高等優(yōu)點。所以，作為長時間工作機械必定配有相當量的的肥料存儲代運設備，已經(jīng)不斷的為旋拋盤提供肥料，這樣才能使作業(yè)聯(lián)系下去。
本機械，將袋裝肥料在作業(yè)開始之前倒入肥料下料漏斗，漏斗能夠存儲60公斤左右的肥料，在作業(yè)過程中不需要重復倒入肥料，完全可以滿足田塊的施肥要求，同時也減輕了作業(yè)者的勞動強度，提高了肥料的利用率，節(jié)約了作業(yè)時間。肥料在漏斗中，依靠拖拉機行走時的震動，是肥料能順著漏斗口下落（見圖4-1），同時肥料會在運輸過程中以及在長時間儲存是因天氣的影響會受潮形成板結(jié)，進而使塊狀肥料拋撒到田塊中，會導致農(nóng)作物燒苗，導致農(nóng)作物的產(chǎn)量減產(chǎn)。因此，本旋拋式撒肥機在設計過程中，考慮到這一現(xiàn)象。特地加裝了塊狀肥料碾碎裝置。在肥料進過碾碎裝置后，通過下料管道，落入旋拋盤中。在旋拋盤旋轉(zhuǎn)的離心作用下，均勻的被拋撒到土地中。
圖4-1 下料系統(tǒng)
4.1 儲存肥料漏斗的設計
4.1.1 肥料量的計算
由于本農(nóng)業(yè)機械是小型旋拋式撒肥機，肥料量按照1.8畝的面積計算，大約需要30公斤的肥料，所以，為了減少加肥的次數(shù)，同時也考慮到旋拋式撒肥機的支架的承重能力，綜合考慮，采用能負載60公斤的漏斗箱。
漏斗口按照方形口設計,邊長設計為400mm,高度為420mm,同時方形口下端做成天方地方結(jié)構(gòu)。所以，該漏斗的體積
V=長x寬x高=400x400x420=67.2dm3
在后期改進中，可以加裝自動吸肥裝置，直接將吸肥管放入袋裝肥料中，是肥料直接在袋子中被吸入下料管道，這樣可以進一步增加了肥料的供應量，延長作業(yè)時間。
4.1.2 儲肥漏斗的設計
由于漏斗不受外力且承重的肥料重量較小，所以材料選用用1-1.5毫米的薄鋼板制 作，選用小型折彎機，將長度為1630mm，寬度為400mm的矩形鋼板裁切下來，通過折彎機折彎形成一個方形桶裝結(jié)構(gòu)。折痕如下圖所示：
圖4-2 料斗折彎焊接示意圖
折彎完成后，接頭采用電焊焊接，焊接完成后注意表面焊渣的處理以及鋼板表面除銹工藝的設置。
利用剪板機，分別剪出四塊梯形薄板，作為錐形下料裝置，規(guī)格見圖：
圖4-3 料斗下部錐斗尺寸
下底面以及兩個腰，分別兩兩焊接，使其形成漏斗狀，下端與下料管道口焊接，注意在焊接時由于焊接帶來的焊接變形。焊接一旦開始總難以避免地產(chǎn)生焊接應力，使得在整個操作過程中零件的形態(tài)特征出現(xiàn)偏差。不僅僅會發(fā)生形變，也伴隨著零件大小在不斷更迭。對此類情況產(chǎn)生的原因上分析主要還是來源于熱的不穩(wěn)定性，焊接產(chǎn)生的熱既不能均勻傳熱也不能全盤傳遞給焊件每處導致變形。當保持正常不受外界環(huán)境影響時，焊接應力基本是均勻分布在零件上。而當處于某一特定的環(huán)境時，零件總要受焊接應力和不均勻熱的干擾破壞外部結(jié)構(gòu)形狀甚至是內(nèi)部的功能需求得不到滿足，所以在制造過程中要充分注意到焊接應力的影響，保證焊接的精度與尺寸要求。當然，對于焊接過程中可以通過機械方法修整產(chǎn)生的形變?nèi)毕?，面對對接焊縫所產(chǎn)生的變形可以通過鋼輪在縫上滾動，通過不斷擠壓內(nèi)旁側(cè)來彌補變形；又或是在利用火苗完成局部加熱使得零件冷縮的過程，此類方法方便快捷，適用性強，應用范圍在不斷擴大。
所以，漏斗的制作焊接時關鍵工序，一定要了解選用鋼板的性能，以及在焊接時焊接焊接方法的選擇，應力變形后矯正方法的選用。
4.2 碾碎裝置的設計
這種機構(gòu)的設計主要是通過將肥料細碎化、均勻化傳到下一個裝置，實現(xiàn)小粉塵傳輸（見圖4-4所示）,考慮到肥料可能會在購買傳輸過程中因為受潮吸水形成參差不齊的團狀結(jié)構(gòu)體，這類大固塊要是不經(jīng)過細碎過程的話會直接拋落在地面不利于農(nóng)作物的充分吸收，更會影響土質(zhì)水質(zhì)問題不利于人體健康，因此碾碎之后再拋肥是合理的設計思路，這個部分是利用彼此對旋的兩個滾筒不斷對擠互壓來粉碎肥料的。
圖4-4 碾碎裝置的示意圖
4.2.1碾碎滾筒的上下座的設計
圖4-5 碾碎裝置上下座
見圖4-5所示碾碎裝置設計成上下周緣聯(lián)通，外部是利用螺紋連接擰死，碾碎裝置的里面是要實現(xiàn)對旋的滾筒。詳細的尺寸精度、配合尺寸等請參見設計圖紙。
4.2.2 碾碎裝置主動滾筒、從動滾筒的設計
圖4-6 碾碎輥1
圖4-7 碾碎輥2
滾筒的旋轉(zhuǎn)之所以能實現(xiàn)主要是通過依靠兩齒輪的不斷咬合，滾筒的兩側(cè)通過軸承端蓋與外界隔絕接通，配合著軸承以及擋料環(huán)出營造密閉的碾碎內(nèi)腔保證碾碎過程的有序進行，塊狀肥料在這密閉的空間中由于不斷擠壓由塊狀不斷變?yōu)榉勰┗蛘哳w粒狀，有效地保證了農(nóng)作物有效地吸收生長。詳細的尺寸精度、配合尺寸等請參見設計圖紙。
4.2.3 碾碎裝置傳動齒輪的設計數(shù)據(jù)
圖4-8 碾碎裝置方向齒輪
表4-1 碾碎裝置嚙合齒輪參數(shù)
4.2.4 碾碎裝置的碾碎滾筒軸承的選擇
常用的軸承包括深溝球軸承、角接觸球軸承等等，而軸承的組成部分主要就是保持架、套圈以及鋼球。生活中不少機械機構(gòu)都是利用軸承進行聯(lián)接實現(xiàn)傳動的，原理簡明，實用性極強。
其中的6系深溝球軸承是市場最為寬泛的軸承種類。因其結(jié)構(gòu)較為簡單，裝配較為方便快捷，轉(zhuǎn)速高，摩擦損失最小。主要是對徑向載荷起到一個支撐作用，只有小部分去承擔軸向載荷。在軸上過盈配合裝配好此類軸承，能夠在觸及徑向游隙的極限時更好地去局限住軸承的軸向位移。另一方面，當孔和軸之間的間隙在一定的范圍內(nèi)時，能保持一般狀態(tài)運作，一旦外圈對內(nèi)圈的位置出現(xiàn)斜度時，軸承的壽命勢必會隨之縮短。
深溝球軸承相比于推力球軸承，較小的摩擦損耗，有較高的轉(zhuǎn)速，能直接在這類情況下直接單一去支撐軸向載荷。在加工制造過程時要是對此類軸承進行精度質(zhì)量的細化，保持架的材料也更換成青銅等材質(zhì)，其轉(zhuǎn)速大小能進一步提升。
深溝球軸承更多時候使用的保持架的形態(tài)是鋼板沖壓浪狀的，有時候可以更換成銅造、塑料類的材質(zhì)。在不一樣的外部條件下，想要使其里面形成一個密閉的空間，可以通過往內(nèi)部加入專配于軸承的潤滑劑來實現(xiàn)。
一般深溝球軸承要求的尺寸是在二百毫級，可以大批生產(chǎn)出此類范圍的軸承。適用場合一般是在汽車的發(fā)動機部位或是在換擋離合那邊的齒輪嚙合部分，更多的是在機械使用的場合。根據(jù)使用環(huán)境的不同，各類制造精度的軸承在不斷應用于市場，市面上也出現(xiàn)了越來越多的游隙、振動要求的6系軸承。
4.2.5 碾碎滾筒軸端軸向固定方法的選擇
軸端軸向固定的方法除了依靠軸上軸肩進行定位，也可以通過軸上鎖緊擋圈、軸端擋圈等聯(lián)接件定位固定，但各有優(yōu)缺點，如下是各類軸向定位的方法對比：
軸肩定位：定位原理簡單易懂，軸向定位準確。一般的適用場合是在軸承的配合零件與軸承之間形成軸向定位。要使得其能直接接觸該定位面，應使r
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