立式旱地驅(qū)動(dòng)耙設(shè)計(jì)

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論1.引言我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，要實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化，首先要實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)手段現(xiàn)代化。農(nóng)業(yè)機(jī)械化就是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)前、產(chǎn)中、產(chǎn)后全部實(shí)現(xiàn)機(jī)械化。其中，土壤耕作實(shí)現(xiàn)機(jī)械化是減輕農(nóng)業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度、改善勞動(dòng)條件、保證作業(yè)質(zhì)量、提高土地單位面積收獲量和提高勞動(dòng)生產(chǎn)率的重要手段。作為在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中消耗于土壤耕作勞力、動(dòng)力比重很大的耕地機(jī)械就是一種通過機(jī)械化土壤耕作形成良好水、肥、氣、熱梯度，創(chuàng)造有利于作物生長(zhǎng)發(fā)育的耕層構(gòu)造要求的專用作業(yè)農(nóng)機(jī)具。驅(qū)動(dòng)式耕耘機(jī)械，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)機(jī)械中形成了一個(gè)新興品種。此類耕耘機(jī)械由拖拉機(jī)的動(dòng)力輸出軸通過傳動(dòng)系統(tǒng)將動(dòng)力以扭矩的形式直接作用于工作部件，使之旋轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)，以提高切土能力并使土壤高度松土。其切土、碎土能力很強(qiáng)，一次就能達(dá)到耕、耙?guī)状蔚男Ч?，耕后地表較為平整、且松軟，且能搶農(nóng)時(shí)，減少拖拉機(jī)進(jìn)地次數(shù)，降低作業(yè)成本，達(dá)到農(nóng)藝要求。它對(duì)土壤濕度的適應(yīng)范圍較大，因此，我國(guó)南方地區(qū)多用于秋耕稻茬種麥，水稻插秋前的水耕水耙。在我國(guó)北方地區(qū)，用于大田作物的淺耕滅茬，起到秸稈還田的作用。另外，還適于鹽堿地種水稻的整地作業(yè)等。因此，近幾年驅(qū)動(dòng)式耕耘機(jī)械的研究與使用有了很大的發(fā)展。目前世界各國(guó)生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)式耕耘機(jī)械主要有水平橫軸式、立軸式、往復(fù)式和聯(lián)合作業(yè)式幾大類。 水平橫軸式旋耕機(jī) 該類旋耕機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸輥與地面平行并與前進(jìn)方向垂直，其工作部件為安裝在水平軸上的旋刀，旋刀在拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸驅(qū)動(dòng)下，垂直切削土壤，達(dá)到切土和碎土的目的。 立軸式旋耕機(jī) 它是刀齒和刀片繞立軸旋轉(zhuǎn)的旋耕機(jī)，其突出的功能是可以進(jìn)行深耕，一般能達(dá)到3035cm，較深的能達(dá)到4050cm，而且可使整個(gè)耕層土壤疏松細(xì)碎，但前進(jìn)速度較慢。目前在水田耕耘的機(jī)型有：立軸漿葉式旋耕機(jī)、立軸爪式旋耕機(jī)（英國(guó)）、立軸籠式旋耕機(jī)（日本）、立軸轉(zhuǎn)齒式旋耕機(jī)。國(guó)內(nèi)采用立軸式的旋耕機(jī)較。2. 農(nóng)業(yè)土壤耕作的作用與要求2.1 土壤耕作的作用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)質(zhì)是通過作物的光合作用，對(duì)氣候資源和土地資源的加工。機(jī)械化土壤耕作,則是通過農(nóng)機(jī)具對(duì)農(nóng)田土壤的加工。機(jī)械化土壤耕作不同于以人畜力為動(dòng)力的土壤耕作,因?yàn)樗鼘?duì)土壤的控制和管理作用比以人畜為動(dòng)力要大得多,也深刻得多。原蘇聯(lián)土壤學(xué)家和耕作學(xué)的創(chuàng)始人威廉斯有句名言：“沒有不良的土壤，只有不良的耕種方法”。他所指的耕種方法也包括土壤耕作在內(nèi)。通過國(guó)內(nèi)外土壤耕作方法的發(fā)展和多樣化，也證明土壤耕作可能使土壤環(huán)境變好，也可能使土壤環(huán)境變壞。農(nóng)田土壤在自然力作用下呈現(xiàn)出自上而下的層次結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致土壤的水、肥、氣、熱的層次梯度。這種層次的土壤結(jié)構(gòu)和土壤因素的梯度，有時(shí)對(duì)作物生育是有利的，有時(shí)是不利的。通過機(jī)械化土壤耕作，要?jiǎng)?chuàng)造出有利于作物生育的土壤層次結(jié)構(gòu)耕層構(gòu)造，形成良好的土壤水、肥、氣、熱的梯度。良好的耕層構(gòu)造(以土壤密度梯度或孔隙梯度、三相比梯度為指標(biāo))應(yīng)在不同土壤農(nóng)田中，具有充分協(xié)調(diào)多變氣候?qū)ν寥赖挠绊懀詽M足各類作物生育對(duì)土壤生活因素的要求。因此，良好的耕層構(gòu)造不是一成不變的。機(jī)械化土壤耕作，創(chuàng)造良好的耕層構(gòu)造，它和農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)一樣，也是一個(gè)多目標(biāo)、多因素、多變量的系統(tǒng)，既土壤作物大氣機(jī)器系統(tǒng)(SPAMC)的復(fù)雜系統(tǒng)。農(nóng)藝對(duì)土壤機(jī)械化耕整作業(yè)的中心任務(wù)要求是調(diào)節(jié)并創(chuàng)造良好的耕層結(jié)構(gòu)，適宜的三相（固相、液相和氣相）比例，從而協(xié)調(diào)土壤水分、養(yǎng)分、空氣和溫度狀況，以滿足作物生長(zhǎng)的農(nóng)藝要求。 土壤翻耕的作用主要有： 松碎土壤 根據(jù)各地不同的氣候條件和不同作物的要求，以及耕層土壤的緊實(shí)狀況，每隔一定時(shí)期，需要進(jìn)行土壤耕整作業(yè)，使之疏松而多孔隙；以增強(qiáng)土壤通透性。 翻轉(zhuǎn)耕層 通過耕翻將耕作層土壤上下翻轉(zhuǎn)，改變土層位置，改善耕層理化及生物學(xué)性狀，翻埋肥料、殘茬、秸稈和綠肥，調(diào)整耕層養(yǎng)分的垂直分布，培肥地力。同時(shí)可消滅雜草以及附著的某些病菌、害蟲卵等，消除土壤有毒物質(zhì)。 混拌土壤 混拌土壤，將肥料均勻地分布在耕層中，使土肥相融，成為一體，改善土壤的養(yǎng)分狀況。并可使肥土與瘦土混合，使耕層形成均勻一致的營(yíng)養(yǎng)環(huán)境。2.2 耕整地農(nóng)藝要求 耕翻地有以下的農(nóng)藝要求： 適時(shí)耕翻，既能搶農(nóng)時(shí)，又能保證作業(yè)質(zhì)量； 耕深適當(dāng)，并符合農(nóng)業(yè)技術(shù)要求，深度均勻一致； 翻垡良好，無立垡、回垡，殘株雜草要覆蓋嚴(yán)密； 耕后地面平整松碎，無重耕、漏耕，盡量減少開閉壟，地頭、地邊整齊； 坡地耕翻時(shí)應(yīng)沿坡度的等高線進(jìn)行，以防雨后沖刷土壤，造成水土流失。 整地有以下的農(nóng)藝要求： 旱田整地作業(yè)的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求 整地作業(yè)須適時(shí)，以利防旱保墑和提高整地質(zhì)量； 整地深度應(yīng)符合農(nóng)藝要求，深度一致、不漏耙、不漏壓； 整地后的地表平整，無壟溝起伏、碎土均勻，表層松軟、下層密實(shí)； 修筑畦田要做到地平、土碎、埂直； 水田整地作業(yè)的農(nóng)業(yè)技術(shù)要求 耙后土壤松碎，起漿好，能覆蓋綠肥，田面平坦而無壟溝； 在原漿田中以耙代耕作業(yè)時(shí)，應(yīng)將稻茬直接壓入糊泥中，滅茬起漿性能良好。第二章設(shè)計(jì)內(nèi)容1、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)滿足農(nóng)藝要求的高效率低能耗的旱地立式驅(qū)動(dòng)耙，適用在犁耕后土塊大且結(jié)實(shí)的地方，耙后土層不亂，表土顆粒小且表面平整，根據(jù)國(guó)內(nèi)外旱地驅(qū)動(dòng)耙產(chǎn)品數(shù)據(jù)和參考有關(guān)書籍，其主要技術(shù)參數(shù)如下：1.1 耙地的意義及質(zhì)量要求 整地作業(yè)須適時(shí)，以利防旱保墑和提高整地質(zhì)量； 整地深度應(yīng)符合農(nóng)藝要求，深度一致、不漏耙、不漏壓； 整地后的地表平整，無壟溝起伏、碎土均勻，表層松軟、下層密實(shí)； 修筑畦田要做到地平、土碎、埂直；1.2 旱地驅(qū)動(dòng)耙的優(yōu)越性及應(yīng)用場(chǎng)合作業(yè)質(zhì)量的技術(shù)指標(biāo)如下： 耕深： 設(shè)計(jì)耙深為H=20cm 調(diào)節(jié)范圍1621 cm，耙深一致。 碎土程度：基本上碎土顆粒的大小都應(yīng)該小于2.5cm。 土地耙后應(yīng)該保持平整。 耙后沒有漏耙的現(xiàn)象。1.3 旱地驅(qū)動(dòng)耙的作業(yè)參數(shù) 作業(yè)系數(shù)： （ ：刀盤的線速度； ：機(jī)組前進(jìn)速度 ） 耙地深度：16cm 21cm 單盤功率: 1.3 kW表1扭矩檢測(cè)綜合表刀盤轉(zhuǎn)速r/mina=6(kg.m)a=9(kg.m)R=800 mm(kg.m)均值上下限值均值上下限值均值上下限值1203.01832.953.103.37263.283.482.81432.652.951401.76651.651.902.93242.823.052.03061.902.151601.69781.621.782.23462.162.352.13802.052.25 刀盤轉(zhuǎn)速：壤土與沙壤土180r/min；粘土220r/min碎土程度：最小顆粒2.5cm2、 整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析2.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：本課題目的是設(shè)計(jì)滿足農(nóng)藝要求的高效率低能耗的旱地立式驅(qū)動(dòng)耙。其設(shè)計(jì)要求如下：（1）耕深設(shè)計(jì)耙深為h=15cm,調(diào)節(jié)范圍1018cm，耙深一致；（2）碎土程度沿地塊對(duì)角線選擇具有代表性的5個(gè)測(cè)點(diǎn)(每點(diǎn)面積為1m2)，若測(cè)點(diǎn)耕層內(nèi)有直徑5cm以上的土塊超過5個(gè)時(shí)，即為碎土不良；（3） 盡量降低整機(jī)生產(chǎn)的成本，提高工作效率其結(jié)構(gòu)要求如下：（1） 符合FS275的懸掛機(jī)構(gòu)的幾何尺寸要求：（2） 符合FS275拖拉機(jī)工作參數(shù)和功率輸出軸的相關(guān)參數(shù)要求。（3） 機(jī)車通過萬(wàn)向節(jié)將動(dòng)力輸入機(jī)具變速箱驅(qū)動(dòng)旋刀轉(zhuǎn)動(dòng),為了盡量減小傳動(dòng)的不均勻性，機(jī)具與萬(wàn)向節(jié)之間的銜接點(diǎn)的位置設(shè)置不可過高。2.2 旋刀的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 旋刀在工作時(shí)的運(yùn)動(dòng)為復(fù)合運(yùn)動(dòng)，其中繞刀盤中心旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)為相對(duì)運(yùn)動(dòng)，設(shè)圓周速度為，機(jī)組勻速前進(jìn)運(yùn)動(dòng)為牽連運(yùn)動(dòng)，前進(jìn)速度。為旋刀旋轉(zhuǎn)的角速度，則，圓周速度與機(jī)組前進(jìn)速度之比，稱為速度比。的大小對(duì)旋刀的運(yùn)動(dòng)軌跡及立式驅(qū)動(dòng)耙的工作狀況有重要影響，它確定了工作部件的運(yùn)動(dòng)軌跡如果旋刀以角速度轉(zhuǎn)動(dòng)，并以速度 前進(jìn)，那么旋刀的端點(diǎn)A的運(yùn)動(dòng)軌跡為余擺線（如下圖）。圖2-1：旋刀運(yùn)動(dòng)示意圖 僅是旋刀在工作進(jìn)程中不發(fā)生推土的必要條件，但是否能滿足耙地疏松土壤的需要，還取決于機(jī)器前進(jìn)速度Vm與旋刀工作轉(zhuǎn)速的合理配合而當(dāng)時(shí)，當(dāng)?shù)毒哌\(yùn)動(dòng)到一定位置時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)Vx0的現(xiàn)象，即刀具的絕對(duì)速度與機(jī)器的前進(jìn)方向相反，因而能以刀刃切削土壤，其運(yùn)動(dòng)軌跡為余擺線。本課題所取的滿足刀刃一直切土的要求。2.3 刀盤分布設(shè)計(jì)在允許的工作幅寬范圍內(nèi)機(jī)具橫向放置六個(gè)刀盤，每個(gè)刀盤上對(duì)稱放置兩把旋刀，刀盤2和刀盤5是主動(dòng)刀盤，刀盤1和刀盤3由刀盤2上的齒輪驅(qū)動(dòng)，刀盤4和刀盤6由刀盤5上的齒輪驅(qū)動(dòng)。刀盤1、2、3的運(yùn)動(dòng)相互關(guān)聯(lián)組成一組，刀盤4、5、6運(yùn)動(dòng)相互關(guān)聯(lián)組成另外一組，為了防止兩刀盤組在傳動(dòng)和工作過程中產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)干涉，刀盤3和刀盤4之間余留一個(gè)20mm的間隙。為了減小或抵消刀盤在工作過程中前進(jìn)時(shí)的橫向分力（橫向分力過大會(huì)導(dǎo)致機(jī)具的橫向振動(dòng)，增大機(jī)具的損耗，增加機(jī)組工作的不平穩(wěn)性），防止同組相鄰兩刀盤上的旋刀與旋刀之間的運(yùn)動(dòng)干涉，采取以下措施：1. 主動(dòng)刀盤（刀盤2和刀盤5 ）旋轉(zhuǎn)方向相反（由機(jī)具的傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)）；2. 主動(dòng)刀盤與相鄰兩刀盤呈60度夾角放置。此時(shí)刀盤2和刀盤5、刀盤1和刀盤4、刀盤3和刀盤6的運(yùn)動(dòng)是兩兩對(duì)稱關(guān)系，每個(gè)刀盤產(chǎn)生的橫向分力正好被相對(duì)稱的那個(gè)刀盤產(chǎn)生的橫向分力相抵消。圖2-2：刀盤分布示意圖3、傳動(dòng)方案設(shè)計(jì)3.1驅(qū)動(dòng)耙主體結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)：在滿足農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)要求和配套機(jī)車FS-275的掛接要求的前提下進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)，并參考國(guó)內(nèi)外旱地驅(qū)動(dòng)耙產(chǎn)品數(shù)據(jù)和參考有關(guān)書籍，動(dòng)力由萬(wàn)向節(jié)輸入，首先機(jī)具上需要設(shè)計(jì)一組變速箱使得轉(zhuǎn)速由輸入時(shí)的540r/min變成輸出時(shí)的190r/min；其次要求將萬(wàn)向節(jié)輸入的水平方向的動(dòng)力轉(zhuǎn)變成豎直方向的動(dòng)力（由錐齒傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)），再次實(shí)現(xiàn)主動(dòng)刀盤相互間的反向傳動(dòng)。為此在設(shè)計(jì)過程中擬定了以下三種方案：方案一：萬(wàn)向節(jié)輸入動(dòng)力傳給兩個(gè)圓柱齒輪（級(jí)傳動(dòng)），這兩個(gè)圓柱齒輪再將動(dòng)力分別傳遞給左右兩個(gè)圓錐齒輪（級(jí)傳動(dòng)），圓錐齒輪組將水平方向的動(dòng)力轉(zhuǎn)變成豎直方向的動(dòng)力（級(jí)傳動(dòng)），進(jìn)而驅(qū)動(dòng)旋刀的轉(zhuǎn)動(dòng)。齒輪的轉(zhuǎn)速是在動(dòng)力傳遞過程中實(shí)現(xiàn)的，兩個(gè)主動(dòng)刀盤相對(duì)應(yīng)的反向轉(zhuǎn)動(dòng)由圓錐齒輪的放置位置的不同而實(shí)現(xiàn)，具體情況見圖53：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案一示意圖。本方案的不足之處在于級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)軸采用的是懸臂支承結(jié)構(gòu)，當(dāng)工作環(huán)境比較惡劣（多石土壤）時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的振動(dòng)和噪音，并會(huì)降低該機(jī)具的使用壽命。整機(jī)幾何參數(shù)為：長(zhǎng)（1654mm）、寬（450mm）、 高（820mm）、工作時(shí)萬(wàn)向節(jié)銜接點(diǎn)的位置離地面的高度（470mm）。圖3-1：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案一示意圖方案二：與方案一相似，也由三級(jí)傳動(dòng)組成，與方案一所不同的是在級(jí)傳動(dòng)和級(jí)傳動(dòng)之間放置了一個(gè)中間圓柱齒輪用以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主動(dòng)刀盤相對(duì)應(yīng)的反向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)軸上安裝了一個(gè)平衡機(jī)構(gòu)，用于彌補(bǔ)懸臂支承結(jié)構(gòu)帶來的不利影響。具體情況見圖54：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案二示意圖。整機(jī)幾何參數(shù)為：長(zhǎng)（1654mm）、寬（450mm）、高（910mm）、工作時(shí)萬(wàn)向節(jié)銜接點(diǎn)的位置離地面的高度（470mm）。 圖3-2：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案二示意圖方案三：與方案一、方案二有著很大的區(qū)別：萬(wàn)向節(jié)輸入動(dòng)力直接傳給圓錐齒輪組（級(jí)傳動(dòng)），在級(jí)傳動(dòng)便把水平方向的動(dòng)力轉(zhuǎn)變成豎直方向的動(dòng)力，并且在級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)軸上安裝了兩個(gè)圓柱齒輪，上面的那個(gè)齒輪與另外兩個(gè)圓柱齒輪組成右方向上的傳動(dòng)（級(jí)傳動(dòng)、級(jí)傳動(dòng)），下面的那個(gè)齒輪與另外四個(gè)圓柱齒輪組成左方向上的傳動(dòng)（級(jí)傳動(dòng)、級(jí)傳動(dòng)、級(jí)傳動(dòng)），其中級(jí)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)主動(dòng)刀盤之間相對(duì)應(yīng)的反向轉(zhuǎn)動(dòng)。具體情況見圖55：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案三示意圖。整機(jī)幾何參數(shù)為：長(zhǎng)（1654mm）、寬（693mm）、高（930mm）、工作時(shí)萬(wàn)向節(jié)銜接點(diǎn)的位置離地面的高度（540mm）。 圖3-3：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案三示意圖從結(jié)構(gòu)上考慮雖然方案三的整機(jī)幾何尺寸比方案一、方案二大，但由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、齒輪布置緊湊、傳動(dòng)軸受力均勻、動(dòng)力傳遞平穩(wěn)，使得整機(jī)工作時(shí)有很高的穩(wěn)定性，從而提高了機(jī)具的使用壽命；其次，從成本上考慮方案一只使用了一對(duì)圓錐齒輪，而方案一、方案二都使用了兩對(duì)圓錐齒輪，但變速箱的齒輪總量大致相同，這使得整機(jī)的加工費(fèi)用大幅度下降，從而提高了整機(jī)的經(jīng)濟(jì)性；第三，方案三的變速箱由兩部分組成，這便于機(jī)具的安裝和修理。 方案三的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不足之處在于：工作時(shí)萬(wàn)向節(jié)與變速箱之間銜接點(diǎn)的位置相對(duì)方案一、方案二銜接點(diǎn)的位置偏高，在級(jí)傳動(dòng)中有可能存在傳動(dòng)的不均勻性。綜上所述，方案三在各方面的優(yōu)勢(shì)都比較明顯，整機(jī)的實(shí)用性和經(jīng)濟(jì)性尤為突出,因此選定方案三的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為最終確定方案。3.2 傳動(dòng)比的分配如方案三設(shè)計(jì)，總傳動(dòng)比，萬(wàn)向節(jié)輸入動(dòng)力直接傳給圓錐齒輪組構(gòu)成級(jí)傳動(dòng)，傳動(dòng)比，把水平方向的動(dòng)力轉(zhuǎn)變成豎直方向的動(dòng)力。在級(jí)傳動(dòng)的傳動(dòng)軸上安裝了兩個(gè)圓柱齒輪，上面的那個(gè)齒輪與另外兩個(gè)圓柱齒輪組成右方向上的傳動(dòng)構(gòu)成級(jí)傳動(dòng)和級(jí)傳動(dòng)，下面的那個(gè)齒輪與另外四個(gè)圓柱齒輪組成左方向上的傳動(dòng)構(gòu)成級(jí)傳動(dòng)、級(jí)傳動(dòng)、級(jí)傳動(dòng)，其中級(jí)傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)主動(dòng)刀盤之間相對(duì)應(yīng)的反向轉(zhuǎn)動(dòng)。 , ，。4、扭矩與功率分析4.1單盤作業(yè)扭矩與功率分析4.1.1 單盤切削、破碎土壤所需的扭矩圖314示意了單把旋刀切削、破碎土壤時(shí)所需的扭矩變化規(guī)律，設(shè)單把旋刀的扭矩曲線為：圖2-3 單把旋刀切削土壤扭矩圖單把旋刀每轉(zhuǎn)所需扭矩為： （N.m.rad）每個(gè)刀盤有z把旋刀，則單個(gè)刀盤的扭矩為： （N.m.rad）因此根據(jù)單個(gè)刀盤上的扭矩可求得消耗的功率為：4.2 驅(qū)動(dòng)耙的功率消耗不考慮轉(zhuǎn)移的力，旱地立式驅(qū)動(dòng)耙單個(gè)刀盤在一個(gè)周期所消耗的總功等于：式中: 旋刀一個(gè)周期內(nèi)所經(jīng)過的路程（m）旋刀平均阻力（N） 單個(gè)刀盤上旋刀數(shù)在一個(gè)周期內(nèi)，旋刀所經(jīng)軌跡長(zhǎng)度為L(zhǎng)，因?yàn)樾哆\(yùn)動(dòng)軌跡的參數(shù)方程為：， 因此在一個(gè)周期內(nèi)，計(jì)算平面曲線的弧長(zhǎng)：令：，則：令：則：令：；則：所以：將、代回（25）式，可得：則旱地驅(qū)動(dòng)耙所需功率為：將，代入（27）式，得:其中：式中：旋刀平均阻力（N）單個(gè)刀盤上的旋刀數(shù)目立式驅(qū)動(dòng)耙消耗的總功率：其中：刀盤的個(gè)數(shù)扭矩與功率在各級(jí)傳動(dòng)過程中傳遞的數(shù)值如下表所示：傳遞參數(shù)扭矩 Nm功率 Kw級(jí)傳動(dòng)141.478.0左向級(jí)傳動(dòng) 79.584.0右向級(jí)傳動(dòng)106.104.0左向級(jí)傳動(dòng)226.164.0右向級(jí)（左向級(jí)）傳動(dòng) 226.163.9單盤旋刀301.551.35、傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)與校核5.1 齒輪的設(shè)計(jì)與校核齒輪箱里面級(jí)傳動(dòng)是一組圓錐齒輪，將水平方向的動(dòng)力轉(zhuǎn)變成豎直方向的動(dòng)力，減速箱是幾組直齒圓柱齒輪。5.1.1 選擇齒輪的材料選擇齒輪的材料為40Cr，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能由參考書機(jī)械設(shè)計(jì)中表11.1和表11.4查得：硬度范圍 ：235275(HBS) ； 硬度取值 ：255 (HBS) ; 接觸強(qiáng)度安全系數(shù)S(H2) ：1.10 ；彎曲強(qiáng)度極限應(yīng)力b(F2)： 291 彎曲強(qiáng)度安全系數(shù)S(F2)：1.40 ; 彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力 (F2)：395 5.1.2 齒輪的功率P，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T取該級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)的效率（包括軸承效率在內(nèi)）由聯(lián)軸器傳遞給錐齒輪的功率為p=8.0 Kw傳遞轉(zhuǎn)矩為，轉(zhuǎn)速為，齒數(shù)均為，傳動(dòng)比，齒數(shù)比5.1.3齒輪的校核 受力分析：在理想情況下，作用于齒輪上的力是沿接觸線均勻分布的，法向力垂直于齒面，將法向力在節(jié)點(diǎn)處分解為兩個(gè)互相垂直的力，即圓周力和徑向力。由于齒輪實(shí)際工作要受到各種因素的影響，因此需對(duì)理想狀況下的載荷進(jìn)行修正，故實(shí)際圓周力為： 齒面接觸疲勞強(qiáng)度分析： 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度分析： 級(jí)傳動(dòng)（圓錐齒輪組）（由于齒輪數(shù)目比較多，故校核過程省略）齒輪1接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H1 513.18 齒輪2接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H2 513.18 接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力H 486.74 滿足齒輪1彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F1 382.59 齒輪1彎曲強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 70.56 滿足齒輪2彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F2 382.59 齒輪2接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 70.56 滿足 級(jí)傳動(dòng)齒輪1接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H1 513.18 齒輪2接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H2 513.18 接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力H 431.91 滿足齒輪1彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F1 394.42 齒輪1彎曲強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 51.81 滿足齒輪2彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F2 394.42 齒輪2接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 51.81 滿足級(jí)傳動(dòng)齒輪1接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H1 513.18 齒輪2接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H2 513.18 接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力H 423.66 滿足齒輪1彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F1 387.32 齒輪1彎曲強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 47.96 滿足齒輪2彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F2 387.32 齒輪2接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 43.74 滿足3 級(jí)傳動(dòng)齒輪1接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H1 513.18 齒輪2接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H2 392.73 接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力H 392.46 滿足齒輪1彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F1 394.42 齒輪1彎曲強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 70.91 滿足齒輪2彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F2 289.52 齒輪2接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 63.03 滿足級(jí)傳動(dòng) 齒輪1接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H1 513.18 齒輪2接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H2 513.18 接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力H 477.87 滿足齒輪1彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F1 394.42 齒輪1彎曲強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 58.25 滿足齒輪2彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F2 394.42 齒輪2接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 58.25 滿足 級(jí)傳動(dòng) 齒輪1接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H1 513.18 齒輪2接觸強(qiáng)度許用應(yīng)力H2 513.18 接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力H 403.17 滿足齒輪1彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F1 394.42 齒輪1彎曲強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 65.69 滿足齒輪2彎曲強(qiáng)度許用應(yīng)力F2 394.42 齒輪2接觸強(qiáng)度計(jì)算應(yīng)力F 65.69 滿足5.2 軸的設(shè)計(jì)與校核根據(jù)相關(guān)理論知識(shí)，可知：在傳遞功率相同的情況下，轉(zhuǎn)速小時(shí)其傳遞的轉(zhuǎn)矩大，由此需要刀軸的截面大，軸的直徑大，軸的強(qiáng)度須進(jìn)行強(qiáng)度校核。并且在傳遞較大功率時(shí)，要求其相應(yīng)的軸的直徑大。由以上理論可知，在軸的設(shè)計(jì)校核過程中，在此只需要對(duì)軸I和刀軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，其他軸可據(jù)此進(jìn)行設(shè)計(jì)校核。齒輪箱里面軸I是傳動(dòng)軸主要承受扭距，刀軸為轉(zhuǎn)軸既承受彎距又承受扭距。5.2.1 選擇軸的材料選擇軸的材料為45鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能由參考書機(jī)械設(shè)計(jì)中表11.1和表11.4查得：。5.2.2 軸上的功率P，轉(zhuǎn)速n和轉(zhuǎn)矩T取該級(jí)圓錐齒輪傳動(dòng)的效率（包括軸承效率在內(nèi)）由聯(lián)軸器傳遞給錐齒輪軸I的功率為,傳遞轉(zhuǎn)矩為，轉(zhuǎn)速為。根據(jù)錐齒輪傳遞功率，考慮功率余量和傳動(dòng)的功耗（萬(wàn)向節(jié)、錐齒、直齒傳動(dòng)），可得每刀軸傳遞的功率為,傳遞轉(zhuǎn)矩為，轉(zhuǎn)速為。 5.2.2 確定軸的最小直徑對(duì)只受扭矩或主要受扭矩的傳動(dòng)軸，安扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件計(jì)算軸的直徑。若有彎矩作用，可用降低許用應(yīng)力的方法來考慮其影響。扭矩強(qiáng)度條件為 式中 軸的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，MPa; 軸所受的扭矩，； 軸的轉(zhuǎn)速，； 軸所傳遞的功率，； 軸的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，見表11.3.對(duì)實(shí)心的圓軸， ，以此代入式（19），可得軸的直徑 式中，為取決于軸材料的許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的系數(shù)，其值可查表11.3.。當(dāng)彎矩相對(duì)轉(zhuǎn)矩很小時(shí)，取較小值，根據(jù)表11.3選=112，代入上式，則1 軸I結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：將上述數(shù)據(jù)代入（式5.1），計(jì)算可得，考慮到軸截面上開有花鍵，對(duì)于的軸，軸徑增大20.可取軸的最小直徑。圖5-1 軸結(jié)構(gòu)圖參考相關(guān)軸的設(shè)計(jì)，可設(shè)計(jì)如上的軸的結(jié)構(gòu)2 刀軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：將上述數(shù)據(jù)代入（式5.1），計(jì)算可得，考慮到截面上開有花鍵，對(duì)于的軸，軸徑增大20，并加上需在軸上鉆有內(nèi)孔，可取軸的最小直徑。圖5-2 刀軸結(jié)構(gòu)圖5.2.3軸的強(qiáng)度校核1.軸I的受力分析圖5-3 軸安裝圖圖5-4 軸受力分析圖1）軸傳遞的轉(zhuǎn)矩2）齒輪受力 法向載荷直齒錐齒輪齒面所受的通常都視為集中作用在平均分度圓上，受力分別為 為法向載荷分解的周向分力 為法向載荷分解的垂直于分度圓錐母線的分力 分解的徑向分力 分解的軸向分力其中滿足關(guān)系，.代入，可得153，代入上式，可得, ，3）支承反力的計(jì)算a,水平面支承反力由,得 ，代入計(jì)算得， =499N由，得 ，代入計(jì)算得，=572Nb,垂直面的支承反力由得 ,代入計(jì)算得，,=7574)作彎矩圖和扭矩圖a,水平面彎矩圖 ，b,垂直面彎矩圖垂直面彎矩 ,C、合成彎矩圖，d、扭矩圖前已算得4）按當(dāng)量彎矩計(jì)算直徑查表15-8得，根據(jù)表15-7公式計(jì)算A截面軸徑 ，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，取是滿足強(qiáng)度要求的2.刀軸的受力分析圖5-5 刀軸安裝圖 圖5-6 刀軸受力分析圖3 軸傳遞的轉(zhuǎn)矩 2）齒輪受力 直齒圓柱齒輪傳動(dòng)時(shí)，沿嚙合線作用在齒面上的法向載荷Fn垂直于齒面，在節(jié)點(diǎn)處分解為兩個(gè)相互垂直的分力，即圓周了Ft與徑向力Fr,如上圖所示。且滿足：式中：齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為； 齒輪的節(jié)圓直徑，多標(biāo)準(zhǔn)齒輪即為分度圓直徑，單位為； 嚙合角，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)齒輪，.其中，將上式數(shù)據(jù)代入可得：,.3)支承反力的計(jì)算a,水平面支成反力由得,代入數(shù)據(jù)計(jì)算得，,b.垂直面支承反力由得，,代入數(shù)據(jù)計(jì)算得，,.4)作彎矩圖和扭矩圖a，水平面彎矩圖b，垂直面彎矩圖C，合成彎矩圖d,扭矩圖前已算得4 按當(dāng)量彎矩計(jì)算軸徑查表15-8得，根據(jù)表15-7公式計(jì)算B截面軸徑 ，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，取是滿足強(qiáng)度要求的。6、其它零部件設(shè)計(jì)6.1懸掛機(jī)構(gòu)本旱地立式驅(qū)動(dòng)耙采用標(biāo)準(zhǔn)的三點(diǎn)式懸掛機(jī)構(gòu)，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。6.2箱體的設(shè)計(jì) 箱體用8mm的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼板制成，轉(zhuǎn)子由重型圓錐軸承支稱，整體軸承座確保齒輪與軸承對(duì)中，軸承座由螺栓固定在齒輪箱上如有損害可以方便更換，如下圖示：6.3刀具座的設(shè)計(jì)刀具座用花鍵軸和錐形定心裝置固定在軸上更換簡(jiǎn)易，刀具座與刀盤用螺栓進(jìn)行連接，刀具可以直接插入刀具座，拆卸方便。上下刀盤的厚度為15mm。如下所示：6.4軸承的選用和校核 軸承的作用是支撐軸及軸上的零件，保持軸的旋轉(zhuǎn)精度，減少轉(zhuǎn)軸與支撐之間的摩擦和磨損。 滾動(dòng)軸承的類型應(yīng)根據(jù)所受的載荷大小、性質(zhì)、方向、轉(zhuǎn)速及工作要求來選擇。在圓錐齒輪變速箱及刀盤中，由于軸同時(shí)受徑向載荷和軸向載荷，且為方便安裝，外圈分離，所以圓錐滾子軸承。滾動(dòng)軸承在同時(shí)承受徑向和軸向聯(lián)合載荷時(shí)，為了計(jì)算軸承壽命在相同條件下比較，需將實(shí)際工作載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動(dòng)載荷。在當(dāng)量動(dòng)載荷作用下，軸承壽命與實(shí)際聯(lián)合載荷下軸承的壽命相同。當(dāng)量動(dòng)載荷P的計(jì)算公式是 式中，徑向載荷，N; 軸向載荷，N; 徑向動(dòng)載荷系數(shù)和軸向動(dòng)載荷系數(shù)。由于機(jī)械工作時(shí)常具有震動(dòng)和沖擊，為此，軸承當(dāng)量動(dòng)載荷應(yīng)按下式計(jì)算：，其中，均可通過查表獲得。若軸承工作轉(zhuǎn)速為，可求的以小時(shí)數(shù)為單位的基本額定壽命，壽命指數(shù)，球軸承，滾子軸承。1）刀盤軸：d=35mm,D=80mm,B=21mm, 基本額定動(dòng)載荷,軸承代號(hào)：GB30307軸的轉(zhuǎn)速為，.動(dòng)載荷系數(shù)，派生軸向力,當(dāng)時(shí)；時(shí)；。圖6-1 軸承受力分析圖兩支點(diǎn)反力 （對(duì)軸承1的中心取矩），得(力平衡)兩軸承的當(dāng)量動(dòng)載荷,如上圖所示，所以軸系有右移的趨勢(shì)，所以軸承2被“壓緊”，軸承1被“放松”。軸承壽命 符合要求。2）軸I：由刀軸的計(jì)算可知，以上基準(zhǔn)所選出的軸承符合要求，且刀軸受力大，依上面可知，在選擇軸承時(shí)，選取：d=40mm,D=80mm,B=18mm,軸承代號(hào)：GB30208第三章 總結(jié)通過此次課題設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)和掌握了常見機(jī)械零件，機(jī)械傳動(dòng)裝置或簡(jiǎn)單機(jī)械的一般設(shè)計(jì)方法和原則。培養(yǎng)了分析和解決機(jī)械設(shè)計(jì)問題的能力，為以后進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)工作打下了基礎(chǔ)。使我對(duì)相關(guān)的專業(yè)知識(shí)的綜合運(yùn)用，有了一定程度上的把握。使理論知識(shí)和生產(chǎn)實(shí)踐密切地結(jié)合起來，使這些知識(shí)得到了進(jìn)一步鞏固、加深和擴(kuò)展。通過此次課題設(shè)計(jì)，還使我在使用掌握計(jì)算機(jī)繪圖、運(yùn)用并熟悉相關(guān)設(shè)計(jì)資料（包括手冊(cè)，標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算等方面有了一定程度的提高?？傊?，此次設(shè)計(jì)為我今后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)而牢固的基礎(chǔ)，為今后從事設(shè)計(jì)工作奠定了廣闊，深厚的基礎(chǔ)。 致 謝(Acknowledgement)本論文是在曾一凡老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從論文選題論文設(shè)計(jì)到論文的修改，曾老師都給予了莫大的支持和幫助。老師憑借他淵博的知識(shí)和豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)對(duì)論文的設(shè)計(jì)和改進(jìn)給予了指導(dǎo)，使得我的論文得到順利完成。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、深厚的知識(shí)底蘊(yùn)和一絲不茍的工作作風(fēng)重塑了我的人生觀和價(jià)值觀，將使我終生受益。學(xué)生在此致以崇高的敬意和忠心的感謝！同時(shí)感謝本組成員趙群同學(xué)的幫助，是我們的團(tuán)結(jié)協(xié)作才順利完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)最后還要感謝各位評(píng)委老師，您們辛苦了！ 黃葉朋 2009 年 5月參考文獻(xiàn)1孫耀邦主編. 土壤耕作技術(shù)與應(yīng)用.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1996.22北京農(nóng)業(yè)工程大學(xué)主編. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)（第二版）.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社， 2002.13國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)主編. 土壤學(xué). 北京: 科學(xué)出版社, 1997. 1，4 李守仁 林金天編. 驅(qū)動(dòng)型土壤耕作機(jī)械的理論與計(jì)算. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1997. 25 鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院主編. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué). 北京 ：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,1981.26沈昌蒲主編. 機(jī)械化土壤耕作. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社,1995. 107劉景泉主編. 農(nóng)機(jī)實(shí)用手冊(cè). 北京：人民交通出版社, 1998. 88北京農(nóng)業(yè)機(jī)械化學(xué)院主編.國(guó)外耕耘機(jī)械技術(shù)水平（一）北京：農(nóng)業(yè)出版社1980.109北京農(nóng)業(yè)機(jī)械化學(xué)院主編. 國(guó)外耕耘機(jī)械技術(shù)水平（二）.北京農(nóng)機(jī)學(xué)院科研處科技情報(bào)資料室, 1980.1010 張松明 吳湘鑫編著. 農(nóng)用機(jī)械運(yùn)用學(xué)原理. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社,199011 鄭文偉, 吳克堅(jiān). 機(jī)械原理（第七版）.北京：高等教育出版社， 1997. 712 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)主編. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)（上冊(cè)）. 北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 199613 高爾光. 我國(guó)耕整種植機(jī)具產(chǎn)品現(xiàn)狀與展望. 農(nóng)業(yè)機(jī)械化, 1997（1）:131414 鄭慶偉 .整地機(jī)械集錦. 農(nóng)業(yè)機(jī)械, 2001（1）：5015 鄭慶偉. 新型驅(qū)動(dòng)式耕整地機(jī)械薈萃. 農(nóng)業(yè)機(jī)械 ,1998（12）：2616夏曉東. 發(fā)展中的驅(qū)動(dòng)型耕作機(jī)械. 農(nóng)機(jī)與食品機(jī)械, 1996,（5）:4617趙經(jīng)文, 王鐸主編. 理論力學(xué)（上下冊(cè)第五版）.北京: 高等教育出版社,1997 .718 鄭慶偉. 介紹幾種整地機(jī)械. 新農(nóng)業(yè), 2003（4）：49附錄FS275型拖拉機(jī)主要技術(shù)參數(shù)型號(hào)FS275型式水旱兼用44輪式主要參數(shù)外形尺寸（mm）長(zhǎng)（至下連桿）3060寬1400高至消聲器頂1880至方向盤頂1520軸距（mm）1660輪距（mm）前輪1100后輪1050-1350地隙（mm）340轉(zhuǎn)向圓半徑（m）半輪制動(dòng)3.0 不用制動(dòng)3.5 結(jié)構(gòu)質(zhì)量kg1270配重kg前配置無后配置75額定牽引力N水田4500旱地5500動(dòng)力輸出軸變負(fù)荷試驗(yàn)平均燃油消耗率g/kwh365最大牽引率工況下，牽引比油耗g/kwh355理論速度km/h前進(jìn)擋/倒退擋1.4、1.9、3.5、6.1、7.4、9.8、18.0、31.6/1.7、8.6發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)NJ480T型式直列、水冷、四沖程柴油機(jī)氣缸數(shù)3氣缸直徑mm85活塞行程mm95發(fā)動(dòng)機(jī)活塞總排量L1.617壓縮比2223氣缸套型式干式燃燒室型式渦流式標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速 1小時(shí)功率kw/prm22.06/235012小時(shí)功率kw/prm19.85/2350最大扭矩Nm91.29最大扭矩時(shí)轉(zhuǎn)速prm1725燃油消耗率g/kwh281機(jī)油消耗率g/kwh3.4 傳動(dòng)系離合器單片、干式、單作用變速箱（4+1）2，主變速箱為平面三軸式中央傳動(dòng)齒輪螺旋錐齒輪，傳動(dòng)比34/9差速器錐齒輪式差速鎖有末端傳動(dòng)直齒圓柱齒輪，內(nèi)置外嚙合工作裝置液壓系統(tǒng)油泵類型CB310HZ齒輪泵預(yù)選耕深調(diào)節(jié)力位綜合調(diào)節(jié)理論流量L/min20.8安全閥開啟壓力Mpa12.5標(biāo)準(zhǔn)框架上的最大提升質(zhì)量N4310提升時(shí)間s3托掛裝置托掛銷直徑mm30托掛卡離地高度mm403動(dòng)力輸出軸型式非獨(dú)立式轉(zhuǎn)速540/720花鍵型尺寸矩形634.790.0628.90.058.6934