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黑龍江工程學院本科生畢業(yè)設(shè)計
第1章 緒 論
1.1 概述
1.1.1發(fā)展歷史和背景
旋耕機的發(fā)展至今已有150多年的歷史，最初在英、美國家由3-4kw內(nèi)燃機驅(qū)動，主要用于庭園耕作，直到L型旋耕刀研制成功后，旋耕機才進入大田作業(yè)。20世紀初，日本從歐洲引進旱田旋耕機后，經(jīng)過大量的試驗研究工作，研制出適用于水田耕作要求的彎刀，解決了刀齒和刀軸的纏草問題，旋耕機得到了迅速發(fā)展。
我國對旋耕機的研制始于20世紀50年代末，初期主要研制與手扶拖拉機配套的旋耕機，后來研制出與中型輪式拖拉機配套的旋耕機；70年代初完成了與當時國產(chǎn)的各類拖拉機配套的系列旋耕機的設(shè)計，并使之得到了推廣應(yīng)用；到80年代，與手扶拖拉機配套的旋耕機由專用型發(fā)展到兼用型，由與手扶拖拉機配套發(fā)展到與輪式及履帶式拖拉機配套。旋耕機在我國的發(fā)展經(jīng)歷了單機研制、發(fā)展系列產(chǎn)品、新產(chǎn)品開發(fā)和換代3個階段，隨著新的種植、耕作農(nóng)藝的發(fā)展和推廣，在旋耕機基礎(chǔ)上還研制出了多種用途的聯(lián)合復(fù)式作業(yè)機。新系列旋耕機采用的新型旋耕刀，綜合了合理的速度參數(shù)、幅寬和復(fù)式作業(yè)功能，采用旋耕機基礎(chǔ)件組合式結(jié)構(gòu)，可組裝在多種機型上，滿足不同的用途與農(nóng)藝要求。目前我國旋耕機的使用范圍不斷擴大，從南方水田到北方旱地以及牧場、荒地和果林等都廣泛使用旋耕機進行耕耘作業(yè)[21]。
1.1.2設(shè)計簡介
旋耕機有多種不同的分類方法，按刀軸的位置可分為臥式、立式和斜置式，目前臥式旋耕機的使用較為普遍。旋耕機傳動形式有中間傳動和側(cè)邊傳動2種。中間傳動系統(tǒng)由萬向節(jié)傳動軸和中間傳動箱組成；側(cè)邊傳動系統(tǒng)由萬向節(jié)傳動軸、中間傳動箱和側(cè)邊傳動箱組成。側(cè)邊傳動又有齒輪傳動和鏈輪傳動2種，側(cè)邊傳動箱采用鏈傳動時，雖然加工要求較低，但其可靠性較差，使用壽命短，鏈條斷后會增加維修費用。當采用中間傳動時，傳動箱的下部會造成漏耕，影響作業(yè)質(zhì)量，為了解決這個問題，在傳動箱的下部固定了一個松土鏟，即小型鏵式犁，或者在傳動箱的旁邊裝兩把特殊的彎刀。為了適應(yīng)不同的土壤條件及拖拉機動力輸出軸轉(zhuǎn)速，有的旋耕機的傳動箱配有速比不同的齒輪，以得到不同的刀輥轉(zhuǎn)速。耕機與拖拉機的掛接有3點懸掛、直接聯(lián)接和牽引3種形式，我國目前采用前2種聯(lián)接方式。3點懸掛式旋耕機的懸掛及升降與鏵式犁相同，由拖拉機動力輸出軸驅(qū)動，通過萬向節(jié)傳動軸，經(jīng)傳動箱減速后帶動刀軸工作。直接聯(lián)接式旋耕機主要用于與手扶拖拉機配套，一般是將手扶拖拉機的變速箱后蓋取下來，然后將旋耕機減速箱和拖拉機變速箱用螺栓聯(lián)接在一起，動力由拖拉機變速箱里的齒輪直接傳給旋耕機的齒輪，以驅(qū)動旋耕機運轉(zhuǎn)。臥式旋耕機刀輥的轉(zhuǎn)向有正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)2種，目前使用較多的是正轉(zhuǎn)旋耕機。正轉(zhuǎn)時刀片強制切碎土塊，并將土塊向后拋擲，土塊與機罩及拖板相撞后，進一步破碎，碎土充分，但功耗較大，在耕深增加時，影響耕深的穩(wěn)定性。刀輥反轉(zhuǎn)則有利于降低切土能耗和提高碎土效果，覆蓋埋青能力強，但易導(dǎo)致已耕土塊堆積，造成刀輥的重復(fù)切削，增大了不必要的負荷和功耗。反轉(zhuǎn)旋耕機作業(yè)時，罩殼粘土比較嚴重，因此一般只應(yīng)用于滅高留的稻、麥茬，在土壤濕度較大的情況下，不宜采用反轉(zhuǎn)旋耕機。刀輥轉(zhuǎn)速對旋耕機組的功耗影響較大，較理想的配置是低的刀輥轉(zhuǎn)速和較高的前進速度。一般情況下,刀輥轉(zhuǎn)速為180-260r/min，目前刀輥轉(zhuǎn)速有降低的趨勢。同一縱向平面內(nèi)切土的旋耕刀，在其相繼切土的時間間隔內(nèi)，機組前進的距離稱為切土節(jié)距。切土節(jié)距對碎土程度有較大的影響，一般為達到良好的碎土效果，可增加刀輥在一周內(nèi)的刀片數(shù)量或增加旋耕速比，即降低機組前進速度。目前在中等粘度的麥田地，切土節(jié)距為10cm左右，在水稻田的旱耕時，由于放水后一般還用水耙輪作業(yè)，因此對碎土質(zhì)量要求可放寬，切土節(jié)距為10-14cm[18]。刀片有鑿型刀、直角型刀(又稱L型刀或?qū)挼?和彎刀3種形式。鑿型刀正面有鑿型刃口，入土能力強，但易纏草，一般適用于墾荒地和較疏松的田地。直角型刀的刃口由側(cè)切刃和正切刃組成，切削方式和鑿型刀相似，也易纏草，但刀身寬，剛性好，適合在土質(zhì)較硬的干旱地上作業(yè)。彎刀的刃口由曲線構(gòu)成，包括側(cè)切刃和正切刃兩個部分，可輕松地將草莖切斷，且不易纏草，適合在多草的田里作業(yè)，是一種水旱通用的刀型。目前，彎刀在我國、日本及東南亞等地區(qū)得到了廣泛的應(yīng)用。彎刀在刀軸上的排列是影響旋耕機耕作質(zhì)量及功率消耗的重要因素之一，在安裝時可根據(jù)不同的農(nóng)藝要求配置。彎刀的排列一般應(yīng)滿足下列要求：刀片盡量工作在少側(cè)向約束條件下，并均勻、順序入土，以減小對刀軸軸承的側(cè)壓力，減少旋耕刀對旋耕機重心的轉(zhuǎn)距，保證機器工作時的直線性，減少功耗，相鄰刀片間沿圓周方向的間距應(yīng)盡可能大，以防止刀間壅土[17]。彎刀的安裝方法主要有3種。第一，內(nèi)裝法。所有左、右刀片都朝向刀軸中間，采用這種裝法的旋耕機耕地后，地面中間高成壟,刀軸受力均勻，適于做畦前的耕作。第二，外裝法。除左、右兩端刀片朝向刀軸中間外，其余左刀片裝在刀軸的左側(cè)，右刀片裝在刀軸的右側(cè)。這種裝法使刀軸受力均勻，耕后地面中間形成一個溝，適于拆畦或旋耕開溝作業(yè)。第三，交錯法。左右刀片在刀軸上交錯對稱安裝，耕后地面平整，適于犁耕后耙田或旋耕滅茬耕地。其排列方式有多頭螺旋線、人字形等圈式[13]。機組前進速度選擇的原則是達到碎土要求，地表平整，既要保證耕作質(zhì)量，又要充分發(fā)揮拖拉機的功率。一為控制功耗急劇增加，應(yīng)適當壓縮耕幅，但為了消除拖拉機輪墩，使耕后地表平整，在土壤比阻較小的情況下，可采用拖拉機與旋耕機正配置，使耕幅大于拖拉機后輪外緣10cm以上；在土壤比阻較大的情況下，可采用拖拉機與旋耕機側(cè)配置。在南方水田一般土壤條件下，耕深12-16cm，刀軸轉(zhuǎn)速80-220r/min，前進速度2-5km/h時，各功率段拖拉機應(yīng)配套的旋耕機工作幅寬。般情況下前進速度選2-5km/h[14]，在堅實度較大的土地上耕作時可選用較低的前進速度[12]。
1.1.3研究方向
目前旋耕機已被大量推廣使用，但由于現(xiàn)有產(chǎn)品系列因受強度限制，其功能較為單一，預(yù)計今后將向以下方向發(fā)展，(1)由于我國山地丘陵占大部分，所以中小型旋耕機還將是研究的重點(2)減少功耗、提高效率也是今后研究的一個重點。為了降低功能，提高耕作質(zhì)量，需對刀片參數(shù)進行深入研究，探討新的耕耘方式，如潛土逆轉(zhuǎn)等。目前國內(nèi)已生產(chǎn)出反轉(zhuǎn)旋耕埋青機，用于耕作并覆蓋綠肥；吸取鏵式犁、驅(qū)動圓盤犁的優(yōu)點，使旋耕部件在水平面內(nèi)斜置，這樣旋耕刀能順利切削土壤，刀輥受力均勻，從而降低功能。為提高效率，還需開發(fā)具有復(fù)式聯(lián)合作業(yè)功能的大型機具.(3)采用各零部件等壽命的原則和方法對旋耕機進行設(shè)計，保證整機無故障使用期限為4-5年，減少用戶的維修保養(yǎng)費用。(4)隨著科學技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)考慮將一些新技術(shù)應(yīng)用到旋耕機上，如信息系統(tǒng)等，開發(fā)仿形控制耕幅的果園、林場用旋耕機和液力驅(qū)動刀輥的旋耕機等[23]。因此，小型旋耕機的設(shè)計是本次設(shè)計的主要任務(wù)。小型農(nóng)用旋耕機外形圖(如圖1.1)所示：
圖1.1小型農(nóng)用旋耕機外形圖[14]
第2章 總體方案的確定
2.1 旋耕機的組成
旋耕機主要由機架、懸掛架、傳動部分、旋耕刀軸、刀片、罩殼等部分組成(如圖2.1)所示。其中刀片和刀軸是旋耕機的主要工作部件，刀片通過焊在刀軸的刀座上而且是螺旋排列。本次設(shè)計刀片采用65號錳鋼并經(jīng)淬火處理[6]。罩殼有擋泥罩和平土拖板組成，其作用是擋住刀滾拋起的土塊，并將其進一步粉碎。
1.左彎刀 2.刀軸 3.刀座 4.右彎刀 5.機架 6.支臂
7.中間齒輪傳動箱 8.側(cè)邊鏈輪傳動箱 9.防磨板
圖2.1 懸掛式旋耕
2.2 旋耕機的傳動部分
傳動部分由萬向傳動軸、中間齒輪減速箱、側(cè)邊傳動箱組成，動力由拖拉機動力輸出軸經(jīng)萬向傳動軸傳給中間齒輪箱，再經(jīng)側(cè)邊傳動箱傳給刀軸如圖2—2所示。中間齒輪箱內(nèi)由一對圓柱齒輪及一對圓錐齒輪傳動，一對圓柱齒輪可以變換安裝或根據(jù)需要另換一對圓柱齒輪以改變轉(zhuǎn)速。但這種變速方式不方便，目前有的旋耕機采用變速箱式的傳動裝置。有的旋耕機，動力從中央傳給刀軸,整機受力均勻,但中央傳動箱下面有漏耕現(xiàn)象，需要采用特殊結(jié)構(gòu)的刀軸。由于側(cè)邊齒輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工精度要求高，而側(cè)邊鏈傳動零件少、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、加工精度要求低，所以本次設(shè)計以側(cè)邊鏈傳動為主，（如圖2.2的c圖）。
2.3 旋耕機的工作過程
旋耕機工作時(如圖2.3)所示，裝有刀片的刀滾一方面由拖拉機動力輸出軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，一方面隨機組前進作直線運動，刀片切下的土垡向后上方拋出與罩殼及拖板撞擊而進一步破碎，然后落回地面上，使土壤松碎且平整。旋耕刀切土時，土壤的反推力和拖拉機的前進方向相同。
a.中間傳動 b.側(cè)邊齒輪傳動 c.側(cè)邊鏈傳動
圖2.2 旋耕機的傳動
1.刀片2.罩殼3.拖板
圖2.3旋耕機的工作過程
2.4 本章小結(jié)
本章主要介旋耕機的歷史背景。同時，對其組成、傳動部分和工作過程進行合理的分析比較，最終確定設(shè)計方案。
其中重點對選耕機的工作過程中的傳動方式進行比較綜合分析，最終確定側(cè)邊鏈傳動；以及對各部分總體布局有了大體框架。
第3章 中間齒輪傳動的設(shè)計
3.1中間齒輪傳動箱中一軸和直齒輪的設(shè)計
3.1.1 一軸的設(shè)計
一軸是經(jīng)萬向傳動軸與拖拉機相連接的，軸端采用花鍵的形式。在保證安全的情況下，應(yīng)盡量使軸的尺寸緊湊。出于經(jīng)濟上的考慮，軸采用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，正火處理，硬度為170～217HBS，抗拉強度為600MPa，屈服點為300 MPa，抗彎疲勞極限為275 MPa，抗剪疲勞極限為140 MPa，為保證軸的強度及傳遞過程中的安全，花鍵處應(yīng)進行淬火處理。
（1） 旋耕機消耗功率的計算
采用旋耕比阻法進行計算
N = 0.1 B ·a · Vm ·K = 0.1×1.0×0.15×0.8×0.7315
= 0.8778 (Kw) ﹤ P = 18×735 = 13230(w) （3.1）
式中 B為總幅寬 取1.0 /m ,a為耕深取15 cm , Vm為機器前進的速度取0.8m/s.
K為旋耕比阻 K = Kg · K1 · K2 · K3· K4
= 1.1×1.0×0.95×1.0×0.7 = 0.7315
Kg為耕深15cm土壤含水率為20%時的旋耕比阻 取1.1
K1 為耕深修正系數(shù) 取 1.0
K2 為含水率修正系數(shù) 取 0.95
K3 為殘茬植被修正系數(shù) 取 1.0
K4 為作業(yè)方式修正系數(shù) 取 0.7
（2） 軸尺寸的計算
按扭轉(zhuǎn)強度計算軸的直徑 （3.2）
由公式（3.3） 得
（3.3）
式中 c為115, n為540r/min, p為 0.8778 Kw。
經(jīng)計算
花鍵端選用中系列 即6- 34×28×7 W為2.41 F為6.95 （如圖3.2）
軸肩高度 h1=（0.07～0.1）d=0.07×34=2.38 圓整為 2.5
D1=34 +2.5=36.5
h2=0.09×36.5=3.285 圓整 h 為3.5 則 D2 =36.5+3.5=40
圖3.2 一軸
h3=0.1×40=4 D3=40+4=44 h4=0.09×44=3.96 圓整為4
D4 = 44 + 4 = 48 軸肩寬為b為 5.6 圓整為6
D5 = D3 =44 D6 = D2= 40[3]
3.1.2直齒輪的計算
材料選用45號鋼，經(jīng)調(diào)質(zhì)后表面淬火處理 為650MPa 為360MPa
硬度為40～50HRc
使用系數(shù)KA取中等沖擊的多缸內(nèi)燃機 為1.75，Kv為動載荷系數(shù)取1.1
Kβ為齒向載荷分布系數(shù)取1.1 ，Kα為齒間載荷分配系數(shù)取1.1，所以載荷系數(shù)
K = KA Kv Kβ Kα= 1.75×1.1×1.1×1.1 = 2.32925
齒根的彎曲疲勞強度公式:
由（3.5） 得
式中 T1=15524.05556 (N﹒mm )
圖3.3小直齒輪 圖3.4大直齒輪
齒形系數(shù)YFa取2.82 重合度系數(shù)Y取0.75 應(yīng)力校正系數(shù)Ysa取1.55
齒數(shù) z 取40 齒寬系數(shù)Φd取1.0
=
式中 為400MPa
為2.0 為1.45 由于 N=60×540×1×5×60×24=2.3328×所以YN為1
經(jīng)計算 取為2.5[3]
∴ 小直齒輪（如圖3.3）的分度圓直徑
d1=m﹒z1= 2.5×40=100(mm)
小直齒輪的齒頂圓直徑
小直齒輪的齒根圓直徑
小直齒輪厚度
l=b=1.6dh=1.5×1.6×*44=66
大直齒輪（如圖3.4）的分度圓直徑
d2=m﹒z2=2.5×50=125（mm）
大直齒輪的齒頂圓直徑
大直齒輪的齒根圓直徑
大齒輪的厚度
l= 1.5dh = 66 (mm) （3.4）
大齒輪的齒寬[20]
b=1.3l=56(mm) （3.5）
3.1.3軸承的選擇
由于一軸可能存在較大的軸向載荷所以選用圓錐滾子軸承型號為3208E
其中d為40 D為80 rmin為1.5 T 為19.75 B為18 C為16 采用脂潤滑時極限轉(zhuǎn)速為4500r/min 。
3.1.4 一軸的校核
(1)軸上的受力分析
軸傳遞的轉(zhuǎn)矩
齒輪的圓周力
齒輪的徑向力
聯(lián)軸器由于制造和安裝誤差所產(chǎn)生的附加圓周
(2)求支反力
1)在水平平面內(nèi)的支反力
由
得
則
由
得 （3.6）
2)在垂直平面內(nèi)的支反力。由圖3-1可知
3）由于F0的作用，在支點A、B出的支反力
由
得
(3)作彎矩圖和扭矩圖
1）齒輪的作用力在水平平面的彎矩圖（圖3.1）
齒輪的作用力在垂直平面的彎矩圖
由于齒輪作用力在D截面作出的最大合成彎矩
由于F0的作用而作出的彎矩圖
該彎矩圖的作用平面不定，但當其與上述合成彎矩圖共面時，最危險情況為二者之和，則截面D的最大合成彎矩為 （3.7）
2）作彎矩圖（如圖3.1） T1=155
(4)軸的強度校核
1)確定危險截面
根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)尺寸及彎矩圖、扭矩圖，截面B處彎矩較大，且有軸承配合引起的應(yīng)力集中；截面E處彎矩也較大，直徑較小，又有圓角引起的應(yīng)力集中;
截面D處彎矩最大，且有齒輪配合與鍵槽引起的應(yīng)力集中，故屬危險截面。現(xiàn)對D截面進行強度校核
2)安全系數(shù)校核計算
由于該軸轉(zhuǎn)動，彎矩引起對稱循環(huán)的彎應(yīng)力，轉(zhuǎn)矩引起為脈動循環(huán)的剪應(yīng)力。
彎曲應(yīng)力幅為
由于是對稱循環(huán)彎曲應(yīng)力，故平均應(yīng)力
式中 為45號鋼彎曲對稱循環(huán)應(yīng)力的疲勞極限取270MPa
為正應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)，取1.72
為表面質(zhì)量系數(shù)，軸經(jīng)車削加工取0.95
為尺寸系數(shù)取0.88
剪應(yīng)力幅為
式中 為抗阻斷面系數(shù) 取5.32
（3.8）
式中 τ-1位45號鋼扭轉(zhuǎn)疲勞極限 取155 MPa
Kτ為剪應(yīng)力有效應(yīng)力集中系數(shù)取1.89
Ψτ為平均應(yīng)力折算系數(shù)取0.21
在[S]為1.3～2.5范圍內(nèi)說明軸的強度合格[5]。
圖3.1軸的載荷分布圖
3.2中間齒輪傳動箱中二軸和錐齒輪的設(shè)計
3.2.1 二軸的設(shè)計
二軸（如圖3.5）是經(jīng)直齒輪與三軸相連接的，軸端采用擋圈定位。在保證安全的情況下，應(yīng)盡量使軸的尺寸緊湊。出于經(jīng)濟上的考慮，軸采用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，正火處理，硬度為170～217HBS，抗拉強度為600MPa，屈服點為300 MPa，抗彎疲勞極限為275 MPa，抗剪疲勞極限為140 MPa。
(1)軸的尺寸計算
二軸的轉(zhuǎn)速
（3.9）
二軸消耗的功率
（3.10）
二軸的轉(zhuǎn)矩
（3.11）
按扭轉(zhuǎn)強度計算軸的直徑
（3.12）
由（3.42）得
（3.13）
式中 c為115 n為432r/min p為 0.8515 Kw
經(jīng)計算
圖3.5二軸
出于安全的考慮 D1取40mm h1=0.1D1=0.1×40=4mm
D2=D1+h1=40+4=44mm h2=0.1D2=0.09×44=4mm
D3=D2+h=44+4=48mm D4=D2=44mm D5=D1=40mm
3.2.2錐齒輪的計算
按彎曲疲勞強度進行計算
錐齒輪的模數(shù)
（3.14）
式中 T2為18823.7使用系數(shù)KA取中等沖擊的多缸內(nèi)燃機 為1.75，Kv為動載荷系數(shù)取1.2，Kβ為齒向載荷分布系數(shù)取1.2 ，Kα為齒間載荷分配系數(shù)取1，所以載荷系數(shù)K = KA Kv Kβ Kα= 1.75×1.2×1.2×1 = 2.52齒形系數(shù)YFa取2.39，應(yīng)力校正系數(shù)Ysa取2.49，齒寬系數(shù)取0.3，許用應(yīng)力取551.72MPa[7]
∴
圓整m取2
小錐齒輪（圖3.6）的分度直徑
mm
小錐齒輪的齒寬
式中 B為20
分度圓錐角
小錐齒輪的齒頂圓直徑
小錐齒輪的齒根圓直徑
小錐齒輪的長度
L =1.6D1=1.6×44=70.6
齒頂角
齒頂圓錐角
圖3.6小錐齒輪 圖3.7 大錐齒輪
大錐齒輪（圖3.7）的分度直徑
大錐齒輪的齒頂圓直徑：
大錐齒輪的齒根圓直徑：
齒輪與軸用鍵聯(lián)接，鍵的選擇見表3.1
表3.1 鍵的選擇
鍵 長L 高h 寬b c
大直齒輪 A型 50mm 8mm 12mm 0.5mm
小直齒輪 A型 45mm 8mm 12mm 0.5mm
大錐齒輪 A型 30mm 8mm 12mm 0.5mm
小錐齒輪 A型 30mm 8mm 12mm 0.5mm
大錐齒輪用于軸端定位的是螺釘緊固軸端擋圈B型GB891-86公稱直徑D為55mm,厚H為6，螺釘長L為16mm,螺釘直徑d為9mm.
3.2.3軸承的選擇
由于二軸可能存在較大的軸向載荷所以選用圓錐滾子軸承型號為7208E
其中d為40 ，D為80 rmin為1.5 ，T 為19.75， B為18， C為16，采用脂潤滑時極限轉(zhuǎn)速為4500r/min
表3.2 軸的定位
定位 軸徑d0 厚S
一軸 圓螺母 40mm 1.8mm
二軸 鋼絲擋圈 40mm 1.8mm
3.3 本章小結(jié)
本章針對傳動部分-中間齒輪傳動的設(shè)計。
一軸是經(jīng)萬向傳動軸與拖拉機相連接的，軸端采用花鍵的形式。在保證安全的情況下，應(yīng)盡量使軸的尺寸緊湊。
中間齒輪傳動箱中的一軸、二軸、一對直齒輪和一對錐齒輪進行設(shè)計計算，對其進行受力分析，并選擇軸承和密封方式等。
同時也對一軸進行圖解受力分析說明，并對其原件進行合理搭配。在保證各部件強度要求的同時，將零件排布緊湊化；使整體結(jié)構(gòu)嚴謹，并且節(jié)省材料，整機質(zhì)量變輕。
第4章 側(cè)邊傳動的設(shè)計
4.1 側(cè)邊傳動中三軸的設(shè)計
三軸(如圖4.1)是經(jīng)錐齒輪并通過鏈輪與刀軸相連接的，在保證安全的情況下，應(yīng)盡量使軸的尺寸緊湊。出于經(jīng)濟上的考慮，軸采用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼，正火處理，硬度為170～217HBS，抗拉強度為600MPa，屈服點為300 MPa，抗彎疲勞極限為275 MPa，抗剪疲勞極限為140 MPa。
三軸的轉(zhuǎn)速
三軸消耗的功率
三軸的轉(zhuǎn)矩
按扭轉(zhuǎn)強度計算軸的直徑
由 （4.4）得
式中 c為115 ， n為265.8r/min p為 0.8088927 Kw
經(jīng)計算
圖4.1三軸
出于安全的考慮 D1取42mm h1=0.07D1=0.07×42=2.94mm
D2=D1+h1=42+2.94=44.94mm 圓整為45mm h2=0.08D2=0.08×45=3.6mm
D3=D2+h=45+3.6=48.6mm 圓整為49mm D4=D2=45mm D5=D1=42mm
∴大錐齒輪的長度為 L=1.6D1=1.6×42=67.2mm
4.2側(cè)邊傳動中鏈輪的設(shè)計
4.2.1鏈的選擇
(1)選擇鏈輪齒數(shù)
鏈傳動速比
（4.1）
由查表選小鏈輪齒數(shù) z1=29
大鏈輪齒數(shù)
（4.2）
由查表大鏈輪齒數(shù) z2=39
（2）確定計算功率
已知鏈傳動工作不平穩(wěn)，拖拉機拖動，查表得鏈傳動工作情況系數(shù)KA取1.4，計算功率為
（4.3）
（3）初定中心距，取定鏈節(jié)數(shù)
初定中心距，取=50p.
（4.4）
取為136節(jié)（取偶數(shù)）
（4）確定鏈節(jié)距p
小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz取1.58，鏈長系數(shù)KL取1.05，多排鏈系數(shù)Kp為2排時取1.7。
所需傳遞的額定功率
（4.5）
由圖選擇滾子鏈型號為05B
（5）確定鏈長和中心距
鏈長
（4.6）
中心距
（4.7）
取為412mm
中心距的調(diào)整量一般要求大于2p
mm
實際安裝中心距
（4.8）
（6）求作用軸上的壓力
鏈速
（4.9）
工作壓力
（4.10）
工作不穩(wěn)定，去壓軸力系數(shù)KQ=1.4
軸上的壓力
（4.11）
（7）選擇潤滑方式
根據(jù)鏈速=0.7656m/s,鏈節(jié)距p=8mm,按圖鏈傳動選擇油浴或飛濺潤滑方式。
設(shè)計結(jié)果：滾子鏈型號 05B-1×136GB1243.1-83，鏈輪齒數(shù)z1=29,z2=39,中心距=396mm,壓力=N.
4.2.2鏈輪的尺寸計算
（1）小鏈輪（如圖4.2）的尺寸計算
（4.12）
分度圓直徑
（4.13）
齒頂圓直徑
選取齒頂圓直徑為78mm
齒根圓直徑
分度圓弦齒高
（4.14）
（4.15）
圖4.2小鏈輪 圖4.3大鏈輪
取ha為2
最大齒根距
齒面圓弧半徑：
在最大齒槽形狀時
（4.16）
在最小齒槽形狀時
（4.17）
∴ 取30mm
深溝圓弧半徑:
在最大齒槽形狀時
（4.18）
在最小齒槽形狀時
（4.19）
∴取2.58 mm
齒溝角
在最大齒槽形狀時
在最小齒槽形狀時
∴取
齒寬
倒角寬
齒側(cè)凸緣圓角半徑
鏈輪總齒寬
輪轂厚度
輪轂直徑
輪轂長度
(2)大鏈輪（4.3）的尺寸計算
分度圓直徑
齒頂圓直徑
選取齒頂圓直徑為103mm
齒根圓直徑
分度圓弦齒高
取ha為2
齒面圓弧半徑：
在最大齒槽形狀時
在最小齒槽形狀時
∴ 取45mm
深溝圓弧半徑:
在最大齒槽形狀時
在最小齒槽形狀時
∴ 取2.58 mm
齒溝角：
在最大齒槽形狀時
在最小齒槽形狀時
∴ 取
齒寬
倒角寬
齒側(cè)凸緣圓角半徑
鏈輪總齒寬
輪轂厚度
（4.20）
輪轂直徑
（4.21）
輪轂長度 （4.22）
4.3 本章小結(jié)
本章針對側(cè)邊傳動的設(shè)計。
三軸是經(jīng)錐齒輪并通過鏈輪與刀軸相連接的，在保證安全的情況下，應(yīng)盡量使軸的尺寸緊湊；以減少材料消耗，且結(jié)構(gòu)緊湊。
本章的設(shè)計經(jīng)過中間齒輪箱將動力傳到第三軸上，這就需要對三軸進行計算，同時還選用了鏈傳動，對其進行計算、分析和選取。
第5章 彎刀、刀座及刀軸設(shè)計
5.1 刀軸的設(shè)計計算
5.1.1刀軸的設(shè)計
刀軸(如圖5.1)是經(jīng)鏈輪與三軸相連接的，軸上裝有彎刀受沖擊較大，在保證安全的情況下，應(yīng)盡量使軸的尺寸緊湊。為減輕重量和應(yīng)力，軸采用45號優(yōu)質(zhì)碳素鋼鋼管，正火處理，硬度為170～217HBS，抗拉強度為600MPa，屈服點為300 MPa，抗彎疲勞極限為275 MPa，抗剪疲勞極限為140 MPa。
刀軸的轉(zhuǎn)速
刀軸消耗的功率
刀軸的轉(zhuǎn)矩
按扭轉(zhuǎn)強度計算軸的直徑
由（5.3）得
式中 時=1.0
取c為115, n為265.8r/min,
p為 0.8088927 Kw。
出于安全的考慮 D1取60mm h1=0.08d1=0.08×60=4.8mm
D2=D1+h1=60+4.8=64.8mm 圓整為65mm h2=0.08D2=0.08×65=5.2mm
D3=D2+h2=65+5.2=70.2mm 圓整為70mm D4=D2=65mm
（5.1）
圖5.1刀軸
∴大鏈輪采用圓螺母定位螺紋規(guī)格為M56×2，dK為85mm，d1為74mm ，m為12mm GB812-88
5.1.2軸承的選擇
由于刀軸沒有較大的軸向載荷所以選用深溝球軸承軸承型號為6213 d為65mm ,D為120mm ,B為23mm。
5.2彎刀的設(shè)計與計算
5.2.1彎刀的類型
旋耕機刀片是旋耕機的主要工作部件，刀片的形狀及參數(shù)帶旋耕機的工作質(zhì)量，功率消耗有很大影響，為了適應(yīng)不同的技術(shù)要求及土壤狀況的要求，目前常用的刀片又彎形刀片、直角刀片 和鑿形刀片三種形式。
（1）彎形刀片（鉈形刀）
彎形刀的刃口呈弧形，有正面刃口和側(cè)面刃口兩部分組成，正面刃口較寬，正面和側(cè)面刃口均有切削作用。工作時，靠近回轉(zhuǎn)軸較近的側(cè)切刃先與土壤接觸進行切削，最后有正切刃切削。這種切削過程可把未被側(cè)刃切斷的土塊、草莖壓向未耕地，以堅硬的未耕地為支撐由正面刃進行切割，這樣草莖易被切斷。對不能切斷的草莖其曲線刃口的作用可將草莖推向切削刃的端部而脫落。這種刀片不易纏草、對土壤的適應(yīng)性好。
（2）鑿形刀片
鑿形刀片的正面刃口未較窄的鑿形刃口，呈平頭或尖頭，工作時，對土壤進行正面切削。因正面刃口較窄，兩相鄰刀片得軸向間距大于刃口寬度，切土塊的兩側(cè)因撕裂而與土壤分離。鑿形刀片入土性能好，消耗功率較小，但耕作時易纏草，適用于較疏松的土壤。
（3）直角刀片
直角刀片的刃口平直，有側(cè)切刃和正切刃組成，彎曲部分近于直角。工作時，刀片正面刃口先接觸土壤，然后側(cè)面刃進行切削并逐漸接近刀片根部，因此易產(chǎn)生纏草現(xiàn)象。這種刀片剛性好、碎土能力強，是與旱地耕作。
5.2.2彎刀的設(shè)計
（1）彎刀側(cè)切刃的設(shè)計
彎刀結(jié)構(gòu)，按前端部的彎折方向，彎刀可分為左彎和右彎兩種。彎刀片的刃口由側(cè)切刃曲線弧AB和正切刃曲線弧BC組成
側(cè)切刃曲線應(yīng)滿足切削阻力小、不纏草的要求，因此應(yīng)對刀刃的滑切條件進行分析，從而確定刀刃的曲線形狀。
由分析知，彎刀刃口不纏草的條件為：
1)刃口曲線相對于刀軸中心應(yīng)是由近而遠的切削土壤;
2)切削過程中，刃口各點的滑切角應(yīng)逐漸增大。
為了滿足上述條件，目前旋耕機彎刀的側(cè)切多過采用阿基米德螺旋線，其參
方程 （5.2）
（2）彎刀正切刃形狀
正切刃的作用是從正面切開土壤，切出溝底，并切斷側(cè)切刃未被切斷的草莖，或?qū)⑵湎蛲馔埔?，為使溝底橫向平整，要求正切刃曲線的縱平面的投影落在刀片最大直徑所形成的圓柱面上，在水平面內(nèi)的投影為一根與側(cè)切刃相交的斜線，為減小沖擊，正切刃與側(cè)切刃的交角應(yīng)大于90度，所以，正切刃為一斜置平面與圓柱相貫線的一部分。
圖5.2彎刀
1.正切刃 2.前端部 3.彎折線 4.側(cè)切刃
5.側(cè)切部6.安裝孔7.刀柄8.刀軸中心9.后緣
式中 ——螺旋線的起始半徑。
R——轉(zhuǎn)過θ角的半徑。
K——系數(shù)
（3）彎刀主要參數(shù)的確定
1)刀片最大切削半徑。的確定與設(shè)計耕深和傳動箱結(jié)構(gòu)有關(guān)，耕深增大，要求增大。切削扭矩也隨之增大，因此在滿足耕深的要求及傳動箱結(jié)構(gòu)尺寸允許的情況下，應(yīng)盡量取小值，取250mm
2)刀片正切刃幅寬b(工作幅寬)。B的大小影響旋耕機的工作質(zhì)量及功率消耗，若b增大，旋耕刀滾的刀片數(shù)減少，則相鄰刀片間距增大，有利于減少堵塞現(xiàn)象，功率消耗可不下降。但碎土質(zhì)量差，為了保證碎土質(zhì)量，就要減小機器的進程，故b不宜過大，選b為45 mm.
為了保證耕深及適宜的刃口長度，R0的大小可由下式?jīng)Q定
（5.3）
式中 S——刀片最大進給量 120mm
a——最大設(shè)計耕深 150mm
（4）側(cè)切刃最大包角
若R0 及已知根據(jù)公式知為一定值，從式可知，增大，K減小，i增大。但過大，是刀片過長而影響其強度。實驗證明，若取300mm，至少取35度; 若取275mm，至少取40度; 若取250mm，至少取45度.
（5）位置角和的選擇
綜合考慮動力消耗、阻力和滑切等因素，目前我國設(shè)計的彎刀，其(-)值常取，可在，可在之間選取。
（6）磨刃角
彎刀 的側(cè)切刃口多采用雙面刃磨，正切刃口則可用單面刃磨，也可用雙面刃磨，整個刃口采用雙面刃磨的彎刀，容易制造。刃口寬度一般為12mm
刃口厚0.5～1.5mm，由于刀厚由近刀柄處至刀端逐漸減薄，刃角約由減至。
（7）刀座（圖5-3）的尺寸及在刀軸（圖5-5）上的安裝位置
圖5.3刀座 圖5.4裝刀前刀座在軸上的位置
圖5.5刀座裝在刀軸上的全貌（呈螺旋狀排列）
刀座的長P為57mm 刀座的寬Y為21 mm刀座厚為5mm
（8）刀座得軸向距離距離和彎刀總數(shù)
彎刀通過刀座固定在刀軸上，由于彎刀切土時，刀端撕裂附近的土層，因此，刀座的間距 （5.4）
式中 常取15～20mm。
每臺旋耕機上安裝的彎刀總數(shù)
（5.5）
由于取偶數(shù)所以取30
5.2.3彎刀的配置與排列
為使旋耕機作業(yè)時，不產(chǎn)生漏耕現(xiàn)象和堵塞現(xiàn)象，并使刀軸受力均勻。刀片在刀軸上的排列原則是：
（1）刀軸上的刀片應(yīng)按一定順序入土，每轉(zhuǎn)過/有一把刀片入土，使扭矩較為均衡，工作平穩(wěn);
（2）在同一回轉(zhuǎn)平面內(nèi)，若裝兩把以上刀片，應(yīng)保證進給量相等，以保證碎土質(zhì)量良好，耕后溝底平整；
（3）盡可能的增大相繼入土的刀片在刀軸上的軸向距離，以免發(fā)生堵塞;
（4）相鄰刀片的角度差應(yīng)盡量大些，以防夾土及堵塞；
（5）采用非對稱刀片時，右彎刀片應(yīng)盡量交錯入土，以減少刀滾上的軸向力；
（6）刀片排列應(yīng)盡量規(guī)則，一般采用螺旋線排列。
圖5.7為側(cè)邊傳動旋耕機的刀片排列相繼入土順序展開圖和安裝后的全貌。
圖5.6刀軸及彎刀排列
5.2.4彎刀的安裝
彎刀的安裝方法主要有3種：
（1）內(nèi)裝法
所有左、右刀片都朝向刀軸中間，采用這種裝法的旋耕機耕地后，地面中間高成壟，
刀軸受力均勻，適于做畦前的耕作。
（2）外裝法
除左、右兩端刀片朝向刀軸中間外，其余左刀片裝在刀軸的左側(cè)，右刀片裝在刀軸的右側(cè)。這種裝法使刀軸受力均勻，耕后地面中間形成一個溝，適于拆畦或旋耕開溝作業(yè)。
（3）交錯法
左右刀片在刀軸上交錯對稱安裝，耕后地面平整，適于犁耕后耙田或旋耕滅茬耕地。其排列方式有多頭螺旋線、人字形等圈式。
圖5.7側(cè)邊傳動時刀片的排列及刀片的位置
5.3本章小結(jié)
本章對選耕機的執(zhí)行機構(gòu)-彎刀、刀座及刀軸的設(shè)計。
刀軸是經(jīng)鏈輪與三軸相連接的，軸上裝有彎刀受沖擊較大，在保證安全的情況下，應(yīng)盡量使軸的尺寸緊湊。
本章介紹了刀軸的設(shè)計計算和分析，同時也介紹了彎刀的設(shè)計計算以及刀具的安裝方式；不同的刀具安裝方法，能夠滿足耕地不同條件下的需求，從而更好的完成耕地作業(yè)，達到預(yù)期的效果。
同時，對其他配件進行合理的選擇和制作，從而達到設(shè)備的完善和合理。
結(jié) 論
本次設(shè)計主要介紹了小型農(nóng)用旋耕機的主要部件的設(shè)計過程，采用的是側(cè)邊鏈傳動 ，它具有重量輕、加工要求低、價格便宜等，適合我國農(nóng)村的國情，此次設(shè)計參考了前人的設(shè)計并在前人的基礎(chǔ)上結(jié)合了自己的設(shè)計思想和題目要求對彎刀的排列進行了少許改進，并且通過了解目前國內(nèi)以及國外上的旋耕機的發(fā)展趨勢，設(shè)計了小型農(nóng)用旋耕機。
旋耕機主要由機架、懸掛架、傳動部分、旋耕刀軸、刀片、罩殼等部分組成。其傳動部分由萬向傳動軸、中間齒輪減速箱、側(cè)邊傳動箱組成，動力由拖拉機動力輸出軸經(jīng)萬向傳動軸傳給中間齒輪箱，再經(jīng)側(cè)邊傳動箱傳給刀軸。旋耕機工作時，裝有刀片的刀滾一方面由拖拉機動力輸出軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，一方面隨機組前進作直線運動，刀片切下的土垡向后上方拋出與罩殼及拖板撞擊而進一步破碎，然后落回地面上，使土壤松碎且平整。
小型農(nóng)用旋耕機的傳動部分由直齒輪、錐齒輪和鏈輪組成，工作部分由彎刀和刀軸組成。動力經(jīng)傳動部分帶動工作部分在山地、丘陵等大型農(nóng)機具難以耕作的地方進行耕作。本次設(shè)計的旋耕機操作簡單，技術(shù)要求不高，符合國情。
在中間齒輪傳動部分，采取了三軸排布進行減速；由一軸減速后將動力傳送給二軸；二軸上通過錐齒輪將縱向旋轉(zhuǎn)改變?yōu)闄M向旋轉(zhuǎn)，將動力傳送給三軸。此結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了了減速，一級轉(zhuǎn)動變向的功能，達到了設(shè)計排布效果。
側(cè)邊鏈傳動實現(xiàn)了橫向轉(zhuǎn)動變?yōu)榇怪狈较虻男D(zhuǎn)，將動力傳遞給四軸；實現(xiàn)刀輥橫向的轉(zhuǎn)動。刀軸上刀座的排布，以及刀具的設(shè)計，解決了塞土和絞草的問題，降低了功率的損耗。
本文重點討論了小型農(nóng)用旋耕機的傳動部分的設(shè)計和計算問題，詳述了小型農(nóng)用旋耕機的三大主要部件的設(shè)計過程，包括中間齒輪傳動部分、側(cè)邊傳動部分、彎刀、刀座和刀軸部分。合理采用了花鍵軸、圓錐滾子軸承、深溝球軸承、滾子鏈等零件。
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致 謝
在設(shè)計工作即將完成之際，謹向關(guān)心、教育和指導(dǎo)我的導(dǎo)師孫曉娟副教授、魏國鋒老師和材料系的王書記表示忠心的感謝。在整個畢業(yè)設(shè)計期間，導(dǎo)師以淵博的專業(yè)知識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、求實的工作作風、積極進取的創(chuàng)業(yè)精神以及對學術(shù)問題巨細入微的風范給我留下了深刻的印象，并將成為我終生受益的精神財富。
另外，我要感謝各位同學給予我的熱情關(guān)心和幫助，特別是感謝同組和寢室的同學給予的、鼓勵和幫助。
我還要感謝我的父母對于我在生活和學習上的無微不至的關(guān)懷，是他們對我的愛給了我無盡的動力去克服種種困難和艱辛。
附 錄
選擇小型農(nóng)用旋耕機
選擇了合理的旋耕機能使你的田間作業(yè)事半功倍，相反，如果你選擇了不合適的旋耕機，那么你的田間工作只能事倍功半了。
旋耕機的尺寸系列從手扶式小型農(nóng)用旋耕機到幾百磅的大型農(nóng)用旋耕機種類繁多，并且各有各的用途，你應(yīng)當從多方面考慮選擇對你最有幫助的旋耕機。
尺寸
很多公司提供了小型、手提式、及典型2-循環(huán)發(fā)動機旋耕機，這些小型旋耕機用星形刀片代替齒狀刀片。它們適合輕負載的耕種，例如，在小菜園或花園里耕作。它們耕作時既不會耕太深也不揚起很大的塵土。其它的小型旋耕機系列從3-5馬力的前置式到8-10馬力的后置式旋耕機不一。一些半貿(mào)易型后置式旋耕機的馬力甚至更大。大型旋耕機的耕寬為20-26英寸，并且在理想條件下耕深能達到6-8英寸。
前置或后置式旋耕機
旋耕機有的彎刀在輪子前面，有的在輪子后面，這兩種樣式在參數(shù)（馬力和耕寬）上重疊。輪子在前刀軸上的通常動力不大，而在后刀軸上的動力卻很大。彎刀經(jīng)常被后置的防護罩遮擋，相反，前置式卻暴露在外面。大型后置式旋耕機將刀柄像防護罩一樣集中在一起，大部分后置式旋耕機帶有防護罩和拖板，以防止腿腳受傷或泥土濺出。當你通過蠻力來控制前置式旋耕機后退時，后置式旋耕機刀軸上的動力輪幫助你拉著機器以一個恒定的速度后退。
耕深的控制對于后置式旋耕機來說非常容易，它通過控制拉桿來有效的控制耕深。前置式旋耕機也有拉桿，但是耕深往往要你自己來完成。用前置式旋耕機，你需要努力的控制機器并且走在合適的地方，以免踩到剛耕過的土地。用后置式旋耕機，需要你走在一邊單手扶著它，這樣是為了避免踩到剛耕過的土地上，用后置式耕過的土地比前置式耕過的要好。多花點錢買一臺貴一點的后置式旋耕機是很劃算的。
驅(qū)動類型
旋耕機的彎刀是通過聯(lián)軸器傳動到刀軸或鏈上的動力驅(qū)動的。很多后置式旋耕機有2個或更多的前進或倒退速度，在很多情況下，旋耕機要前進時必須靠人操縱倒退，但是很多旋耕機有換檔裝置，可以換成反轉(zhuǎn)就像前進時一樣，但是后一種設(shè)計部適很安全。
彎刀的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)
很多旋耕機只能向前進方向移動，換言之，彎刀的旋轉(zhuǎn)方向與輪子旋轉(zhuǎn)方向一致。一些旋耕機能把彎刀旋轉(zhuǎn)方向改變。那些能提供反轉(zhuǎn)彎刀的制造商宣稱反向轉(zhuǎn)動對打碎草地很有效，然而，反向轉(zhuǎn)動應(yīng)該避免安全的問題。用正向旋轉(zhuǎn)彎刀時，如果碰到石塊、樹根、殘茬等，旋耕機可能避開。
用反轉(zhuǎn)式旋耕機時，如遇到什么東西，旋耕機將會彈回傷到你的你的腿腳，也或許你在一個較窄的地方或有籬笆的地方或墻角，旋耕機或許能彈回來傷著你。正轉(zhuǎn)旋耕機較安全，你不必非買一個帶反轉(zhuǎn)的旋耕機，翻轉(zhuǎn)式的旋耕機只用拖拉機牽引的形式。
質(zhì)量
旋耕機與其它農(nóng)具一樣隨制造商的不同它們的質(zhì)量也不同。一臺質(zhì)量高的旋耕機，通常是同尺寸的普通旋耕機的價錢的兩到三倍。用于相同的工作條件下，一臺高質(zhì)量的旋耕機通常是一項不錯的投資項目。
人機工程學
旋耕機的人機工程學有很大的不同。一些旋耕機一眼看上去很相似，但實際上由不同人機工程學的運用，一些是扶手好用，一些是反轉(zhuǎn)比其它的好用，一些是深度控制器比其它的好用，一些是現(xiàn)場控制器比其它的好用。在你買之前最好能試一下或詢問一下又旋耕機的人。在商場