自走式清掃落地果收獲機 機械設計【5張CAD圖紙和文檔所見所得】【NJ系列】

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16屆畢業(yè)設計 自走式清掃落地果收獲機械設計 學生姓名 李文斌 學 號 8011212213 所屬學院 機械電氣化工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 16-2 指導老師 王旭峰 日 期 2016.05 機械電氣化工程學院制 前 言 隨著科學技術的高速發(fā)展，農業(yè)機械的普遍使用，大量減輕了農民的勞動強度，同時也提高了生產效率，進而提高了農副產品的產量。本文介紹了一種落地果實收集的裝置，主要針對于紅棗和堅果類果實的收獲作業(yè)。 以下是本課題主要內容，從課題的提出，大量查閱相關文獻資料，了解當前對于落地果收獲機械的發(fā)展狀況，比較了國內的發(fā)展趨勢。然后提出了本文的設計方案，進行相關零件的設計計算及校核，繪制了二維工程圖，最后在SolidWorks中建立了其三維模型，為落地果收獲機械的設計優(yōu)化提供了一種思路及方法。 關鍵詞：農業(yè)機械；落地果收獲機；三維；SolidWorks 塔里木大學畢業(yè)設計 目 錄 工程概況 1 1緒論 2 1.1概述 2 1.2國內外研究現(xiàn)狀 2 1.3設計內容 3 1.4設計意義 3 2方案分析 5 2.1設計任務 5 2.2方案確定 5 2.3帶輪的參數(shù) 8 本章小結 8 3落地果收獲機結構設計 9 3.1 SolidWorks軟件介紹 9 3.2 總體方案設計 10 3.3工作平臺的設計 10 3.4 柴油機與減速器設計 10 3.5鏈傳動設計 11 3.6軸承選擇 14 3.7聯(lián)軸器的選擇 15 3.8鍵的選擇 16 3.9主要工作部分零部件設計 16 3.10本章小節(jié) 19 總 結 20 致 謝 21 參考文獻 22 工程概況 本文首先介紹了自走式清掃落地果收獲機械在農業(yè)機械中的地位以及現(xiàn)階段該機械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展空間。之后，分析了該類型機械于行間作業(yè)和于龍門式作業(yè)的優(yōu)缺點。根據(jù)優(yōu)缺點制定出了該機械的作業(yè)類型為行間作業(yè)。然后分析了該機械的載荷從而制定了動力及傳動方式，設計了與傳動相關的零件：軸；齒輪；鏈輪等。接著根據(jù)實際田間作業(yè)方式和落地果的收獲步驟，設計了一系列工作部件。最后，由于設計題目不局限于單一的落地果，根據(jù)不同落地果的大小尺寸情況，我設計出了獨有的鼠籠式濾葉器，可以對不同落地果進行果實與樹葉、樹枝、土塊等雜質的分離。 經過本次論文的相關設計，我發(fā)現(xiàn)龍門式的落地果收獲機械有很大的局限性，每種落地果的果樹高度情況不同，1m的果樹設計1m的龍門，那3m的果樹能設計3m的龍門嗎？顯然是不能的。所以我認為行間作業(yè)方式才是落地果收獲機械的正確發(fā)展方向。而本次設計我認為僅僅是個模板，在零件的選擇上，傳動的形式上都能繼續(xù)優(yōu)化，使該機械能滿足更多落地果的收獲作業(yè)，且能耗更低，作業(yè)效率更高。 1緒論 1.1概述 果實收獲是農業(yè)里非常重要的環(huán)節(jié)，棉花，番茄，紅棗，核桃等等作物，從田間收獲起來都是耗時耗力。收獲類機械的研制在農業(yè)機械的發(fā)展中占到了舉足輕重的地位。 諸如棉花、番茄等作物的采摘機械，由于這些都是一季作物，在設計此類機械的時候，不需太過注重采摘機械會傷害到作物。雖然番茄成熟后果實不易與母體分離，但是由于其為單季作物，且行距較小，可以將作物母體與果實一并采摘然后再進行分離。這些機械在設計時所受限制條件不多，因此早也實現(xiàn)了此類農機的發(fā)明和換代革新。 而類似于紅棗、核桃這類作物，成熟后大多雖然是掛在果樹上，但是很容易脫落，而且傳統(tǒng)的收集方式也是現(xiàn)將果實敲落在地上，然后再收集。此類的機械在設計時要考慮到果樹高度的因素，所以該類機械在農機中一直都是一個難點。 1.2國內外研究現(xiàn)狀 1.2.1自走式落地果收獲機械研究現(xiàn)狀 在落地果收獲工作中，多數(shù)果農仍沿用傳統(tǒng)的人工拾取或將果實掃成堆拋灑的方式來獲得無雜質的果實，該方法果實的收獲效率太低，且大大增加了果農的勞動強度。 目前，TZZ-1Y自走式紅棗收獲機、4YS-24型紅棗收獲機已經實現(xiàn)了紅棗采摘的田間作業(yè)。但是此機械存在一個采摘盲區(qū)——散落在樹干處的紅棗不易拾取到。相比于TZZ-1Y紅棗收獲機，本次設計的優(yōu)勢在于它能更干凈的收獲落地果，紅棗的收獲只是其功能中的一部分。 我國對于落地果的收獲機械研發(fā)處于剛剛起步階段，機械化水平很低，多數(shù)果園仍采用人工作業(yè)，勞動強度大、效率低。 落地果收獲機械在我國的現(xiàn)狀是，普遍存在輔助收獲型機械，例如風箱類，摟葩類將落地果集中在行間的輔助型設備，其功能主要是將落地果匯集成一個小堆，附帶的去除一些葉子，而其中的土塊和樹枝等雜質卻得不到解決。去雜質的機械大多都是手推形式，容量太大的話人工就不能使其行走，這類機械在大規(guī)模的種植地中基本上沒有實用價值。 1.2.2發(fā)展趨勢 目前從國內外學者對落地果收獲機械的研究及其應用分析，大致有3個發(fā)展趨勢： （1）專業(yè)化 由于國家經濟的發(fā)展和落地果收獲工作效率高的特點，應用落地果收獲機械的領域也越來越多。設計適應紅棗、核桃類堅果等品種果實的收獲，自走式落地果收獲機將成為農業(yè)機械重要的研究方向之一。針對不同果實的特點，完善落地果收獲機，以實現(xiàn)其從一機單用向一機多用方向的蛻變。 （2）節(jié)能化 隨著國家經濟的飛速發(fā)展，大量工程機械所消耗的能源和排放無日無夜在不斷增加。為了保護人類賴以生存的環(huán)境，實現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的目標，努力達到人、設備、環(huán)境和諧統(tǒng)一，開發(fā)環(huán)保節(jié)能型產品已成為工程機械重要發(fā)展趨勢。針對落地果收獲機的設計研究，可從以下幾方面體現(xiàn)節(jié)能理念：一是選用低油耗、低排放、低噪音、低公害的發(fā)動機，提高收獲的干凈程度，降低整車振動和噪聲；二是在設計中盡量采用可再生材料和低環(huán)境負荷的材料，使廢棄零部件處理的污染最小化和綜合成本的最優(yōu)化；三是應用人機工程學改善工作條件，使落地果收獲機不僅操作簡便，而且工作環(huán)境舒適、安全，整機的控制和操縱更加趨向于人性化。 （3）機電一體化 機電一體化指將機械、電子、信息處理和控制以及軟件有機地結合起來，以計算機為主要特征的自動化技術。目前國內外工程機械最顯著發(fā)展趨勢是機械的機電一體化。針對落地果收獲機而言，在某些惡略的工作環(huán)境作業(yè)現(xiàn)場不適宜人工操作，可以采用無線電遠程遙控開溝機作業(yè)，例如可在收獲機械上安裝模似傳感器（模式壓力、溫度和轉向角等）和數(shù)字傳感器，信號通過分析處理，由控制器控制收獲機完成調速、換擋、轉向等動作，在坡度作業(yè)收獲機可裝備帶傾斜儀的防傾翻裝置。為提高收獲機工作效率，及時對重要部件進行維修檢查，可在這些部位配置傳感器，通過監(jiān)控分析傳感器信號，進行故障預測，排除潛在故障，保證機器的正常運行，監(jiān)控的主要部件是：發(fā)動機油壓、皮帶損耗程度、馬達轉速及流量、制動油、氣壓等。此外，運用機電一體技術，可以使人工操縱作業(yè)簡單化，能夠完成純機械操縱系統(tǒng)難以實現(xiàn)的精細操縱作業(yè)：還可根據(jù)負荷條件和田間實際地質條件變化，自動調節(jié)收獲機傳送帶的變化，來實現(xiàn)高效的落地果收集。 1.3設計內容 根據(jù)我國實際情況，結合落地果果樹的栽種、培育需求，設計了一種田間作業(yè)的自走式落地果收獲機械，該機械一次可收集兩行果樹間的所有落地果，其株行距為：2×3m，高度為1.5m。將柴油機與作業(yè)裝置固定在平臺上，以此平臺為支撐部件，并采用一定的傳動裝置和過濾雜質裝置，進一步提高工作效率。此外，工作部件和機架都是采用國家標準型材，保證機器良好的通用性。 1.4設計意義 棗樹在我國的分布很廣，一般來講，小氣侯冬季最低氣溫不低于-32℃就可栽培植棗。棗樹在我國大面積經濟栽培主要在山東、河北、河南、山西、陜西五省的黃河流域，近年來安徽、甘肅、湖南、湖北發(fā)展很快。紅棗為溫帶作物，適應性強、營養(yǎng)豐富、富含鐵元素和維生素。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種。由于經濟的發(fā)展，特色農業(yè)的建立，紅棗種植成為現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展的一條新的產業(yè)項目，紅棗產業(yè)已呈現(xiàn)出區(qū)域化布局、規(guī)模化發(fā)展、多種栽培模式盡顯其效的新格局。各地根據(jù)自己的情況確立了不同的棗樹種植面積，為農民增加了經濟收入。隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機械化作業(yè)在紅棗栽培中的重要性逐漸凸顯。依據(jù)最近幾年林果業(yè)發(fā)展的態(tài)式分析，果樹種植每年以10%的速度遞增。由于林果業(yè)的快速發(fā)展，各地已形成了較大的種植規(guī)模，每到收獲季節(jié)需要投入大量的勞力來完成水果采收?？梢灶A見到，再過3～5 年，新種植的果樹進入盛果期后，果實采收作業(yè)將會出現(xiàn)因勞動力短缺、采收不及時，而直接影響果品質量和造成大量損失的問題。這是因為，水果采摘是一項勞動投入量很大的作業(yè)，有些水果因成熟期不一致，需要多次采摘才能完成收獲，而有些作為鮮食或作為加工用途的果品，因市場對于果實外觀要求較高，不能有碰傷、刮傷、壓裂等機械損傷，采收這些水果時必須小心翼翼，另外，水果收獲是在離地面有3～5m高的空中作業(yè)，以上原因決定了水果采摘是一項費時、費工、費力的作業(yè)。人工采收水果的速度緩慢，大面積發(fā)展水果種植時，必須要依靠機械化來提高采摘效率。據(jù)有關資料介紹，有些鮮食水果的采收用工量較大，約占水果生產總用工量的50%以上，導致特色果品的生產成本過大，不能滿足向果品加工企業(yè)提供數(shù)量充足、質量優(yōu)越、價格相對低廉的原料，這樣極不利于企業(yè)直接參與市場競爭。可移式紅棗收獲機械的研究，就是針對紅棗的采摘時的要求進行設計的采摘機械，紅棗的機械化收獲對提高收獲效率，降低收獲作業(yè)成本，做到適時收獲，減少收獲過程中造成的機械損，保證紅棗質量，促進棗業(yè)生產的規(guī)范化、標準化具有重要現(xiàn)實意義。 2方案分析 2.1設計任務 總體設計的任務為擬訂設計方案，選擇動力機，確定傳動比并合理分配傳動比，計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)，為各級傳動零件設計、裝配圖設計做準備。 該收貨機具有如下特點： （1）結構簡單，操作方便。 （2）效率高，果實與雜質分離程度高。 （3）與柴油機配套使用，能適應不同地形作業(yè)，不用時可去掉不影響柴油機其它使用。 總體設計的任務為擬訂設計方案，選擇動力，確定傳動比并合理分配傳動比，計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)，為各級傳動零件設計、裝配圖設計和三維建模做準備。 2.2方案確定 由于本次設計的要求是設計一種小型液態(tài)自走式清掃落地果收獲機械，工作環(huán)境在紅棗園。株行距為：2×3，高度為1.2~1.5mm，一次要以對兩行植株同時噴淋施肥。還要充分考慮自走式清掃落地果收獲機械應該利于移動，重量不宜過大，我們用提高傳動裝置的效率的方式，并且傳動平穩(wěn)，從而來減少能耗，降低運行費用。所以應選用傳動效率較高的鏈輪傳動進行傳動，以達到要求。在滿足功能的前提下應盡量簡化以降低費用。 圖2-1 傳動原理圖 在設計二級和二級以上的減速器時，合理地分配各級傳動比是很重要的，因為它將影響減速箱的輪廓尺寸和重量以及潤滑的條件。具體的傳動方案如下：柴油機輸出動力一部分通過聯(lián)軸器→二級圓柱齒輪減速器→果實輸送及去雜質，另一部分通過聯(lián)軸器→二級圓柱齒輪減速器→聯(lián)軸器→離合器→鏈傳動→車輪，供整個裝置的行走。 2.2.1柴油機選擇 根據(jù)本次設計的具體要求，要求輸入的功率在11 kW ~15 kW的范圍內，所以初步選定柴油機為LD3T30發(fā)動機，額定功率22.1kW，其轉速在2350r/min，其配套實際輸出功率P1＝22.1×60%＝13.26kW。 2.2.2擬訂傳動方案 2.2.2.1傳動機構方案 本次設計的一個重點之一就是如何正確合理的設計傳動裝置，由于本次設計是設計一種田間落地果收獲機械，所以保證此類機械具有少能耗高效率的特點則顯得有為重要，所以選擇四輪二驅動車體作為工作平臺，不需要改變動力傳遞方向，用一般齒輪傳動與鏈傳動就能滿足設計要求。 2.2.2.2傳動裝置布置 許多傳遞裝置往往需要選用不同的傳動機構，以多級傳動方式組成，而傳動先后順序的變化將對整機的性能和結構尺寸產生重要影響，必須合理安排，本次設計采用4級傳動，首先通過帶傳動將柴油機上的動力傳到減速器上，然后通過減速器輸出到聯(lián)軸器，最后通過鏈傳動和齒輪嚙合分別讓車輪和D30軸運動。（D30軸為落地果收獲機械工作平臺的主要傳動軸） 2.2.2.3傳動比分配 在設計二級和二級以上的減速器時，合理地分配各級傳動比是很重要的，因為它將影響減速箱的輪廓尺寸和重量以及潤滑的條件，傳動比分配的基本原則如下： （1） 各種傳動的傳動比，均有其合理應用的范圍，通常不應超過。 （2） 各級傳動的承載能力近于相等。 （3） 各級傳動中的大齒輪浸入油中的深度大致相近，從而使?jié)櫥顬榉奖恪? （4）分配傳動比時，應注意使各傳動件尺寸協(xié)調、結構勻稱，避免發(fā)生相互干涉。如設計二級齒輪減速傳動時，若傳動比分配不當，可能會導致中間軸大齒輪與低速軸發(fā)生干涉。 （5）對于多級減速傳動，可按照“前小后大”（即由高速級向低速級逐漸增大）的原則分配傳動比，且相鄰兩級差值不要過大。這種分配方法可使各級中間軸獲得較高轉速和較小的轉矩，因此軸及軸上零件的尺寸和質量下降，結構較為緊湊。增速傳動也可按這一原則分配。 （6）在多級齒輪減速傳動中，傳動比的分配將直接影響傳動的多項技術經濟指標。例如：傳動的外廓尺寸和質量很大程度上取決于低速級大齒輪的尺寸，低速級傳動比小些，有利于減小外廓尺寸和質量。 閉式傳動中，齒輪多采用濺油潤滑，為避免各級大齒輪直徑相差懸殊時，因大直徑齒輪浸油深度過大導致攪油損失增加過多，常希望各級大齒輪直徑相近。故適當加大高速級傳動比，有利于減少各級大齒輪的直徑差。 令1、2、3、4軸的輸入功率和輸入轉矩分別為P1、P2、P3、P4，T1、T2、T3、T4。輸出功率和輸出轉矩分別為P5、P6、P7、P8；T5、T6、T7、T8。轉速為n1、n2、n3、n4。各軸之間的傳動比為i12、i23、i34。凸緣聯(lián)軸器效率為η2=0.98，滑動軸承效率為η3=0.98，齒輪傳動效率為η4=0.97，鏈傳動效率為η5=0.93。 各軸輸入功率為： （2.1） 各軸輸出功率為： （2.2） 各軸轉速為： （2.3） 各軸之間的傳動比為： （2.4） 各軸輸入轉矩為： （2.5） 各軸輸出轉矩為： （2.6） 動力參數(shù)如下表所示： 表2-1 動力參數(shù) 軸 功率kW 轉矩N·m 轉速 傳動比i 效率η 輸入 輸出 輸入 輸出 r/min Ⅰ 13.26 12.86 156 152.9 2350 Ⅱ 12.86 11.98 152.9 148.6 1807.7 1.3 0.93 Ⅲ 11.98 11.28 284.9 268.1 1004.3 1.8 0.94 Ⅳ 11.28 10.7 249.4 239.5 456.5 2.2 0.90 2.3帶輪的參數(shù) 由于V帶輪不是本設計的重點，因此在滿足要求的情況下只對V帶進行尺寸等參數(shù)的設計，不對其進行強度校核，其參數(shù)如下表所示： 表2-2 V帶輪的基本參數(shù) 槽型 直徑d0 孔徑基準dd L d1 da 槽數(shù) A 60 30 70 70 104 3 2.4本章小結 本章主要確定了落地果收獲機械的傳動方案，傳遞路線為：柴油機→帶→減速器→聯(lián)軸器鏈傳動→車輪，并進行了傳遞參數(shù)的計算，為下一章的設計做鋪墊。 3落地果收獲機三維建模及結構設計 3.1 SolidWorks 軟件介紹 SolidWorks是高品質的、易學易用的三維CAD系統(tǒng)。功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點，使得SolidWorks成為領先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設計方案、減少設計過程中的錯誤以及提高產品質量。SolidWorks不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設計者來說，操作簡單方便、易學易用。 如果你熟悉微軟的Windows系統(tǒng)，那你基本上就可以用SolidWorks來搞設計了。SolidWorks獨有的拖拽功能使你能在比較短的時間內完成大型裝配設計。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks，你能在比較短的時間內完成更多的工作，能夠更快地將高質量的產品投放市場。 在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，設計過程最簡便、最方便的莫過于SolidWorks了。就象美國著名咨詢公司Daratech所評論的那樣：“在基于Windows平臺的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市場快速增長的領導者?！避浖僮鹘缑嫒鐖D3-1所示。 圖3-1 solidworks界面 在無與倫比的設計功能和易學易用的操作（包括Windows風格的拖/放、點/擊、剪切/粘帖），使用SolidWorks，整個產品設計是可百分之百可編輯的，零件設計、裝配設計和工程圖之間的是全相關的。 只有SolidWorks才提供了一整套完整的動態(tài)界面和鼠標拖動控制?！叭珓痈械摹钡挠脩艚缑鏈p少設計步驟，減少了多余的對話框，從而避免了了界面的零亂。 嶄新的屬性管理員用來高效地管理整個設計過程和步驟的。屬性管理員包含所有的設計數(shù)據(jù)和參數(shù)，而且操作方便、界面直觀。 用SolidWorks資源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks資源管理器是唯一一個同Windows資源器類似的CAD文件管理器，因此本設計采用該軟件進行三維建模與出圖。 3.2總體方案設計 紅棗、核桃等果樹具體生長環(huán)境為：行距不小于2500mm，溝型距為250。樹高不小于1500mm?？紤]到行距較寬，果實多散落于行間，所以需要在行間收集比較合理，所以本設計決定在田間行間自走的方式收獲作業(yè)。 圖3-2 自走式清掃落地果機械總裝圖 3.3工作平臺設計 由于樹的高度和樹枝的限制，落地果收獲機械不能太高，在換行時，雖然地頭有充足的空間，但是不能一次性從一個行間換到下一個比鄰行間的話，就會白白損耗柴油和機械，所以工作平臺的長度也要合理。 工作平臺預選用2000mm×1500mm×10mm的鋼板為主體，與槽鋼、角鋼相互固定所得出的工作臺。再通過其他零部件的裝配布局及尺寸，在工作臺上加工出所需尺寸所在位置的孔或局部切除。 圖3-3 工作平臺 3.4柴油機與減速器設計 結構中大多都是鋼結構，在收集過程中有可能會儲存大量的果實，所以整體質量比較大。 考慮到這一點，決定采用LD3T30柴油機作為發(fā)動機（304拖拉機的發(fā)動機），功率為22.1kW，動力輸出軸的轉速n軸=2350r/min。 由于柴油機的轉速偏高，決定柴油機與減速器之間采用帶傳動，傳動比為1.3。 二級減速器的傳動比為，因此經過減速器后的轉速為456.5r/min，傳動比不大，采用嚙合的錐齒輪即可滿足要求，對其不再進行強度校核。 圖3-4 柴油機減速器傳動 3.5鏈傳動設計 3.5.1鏈輪設計 鏈輪由輪齒、輪緣、輪輻和輪轂組成。鏈輪設計主要是確定其結構和尺寸。選擇材料和熱處理方法。 （1）選擇鏈齒輪數(shù)、和確定傳動比 一般鏈輪齒數(shù)在17～114之間。傳動比按下式計算 == (3-1) 式中： －主動軸轉速456.5r/min， －從動軸轉速268.53r/min， =1.7 可得為21，為37。并且材料為45號鋼。 (2) 計算當量的單排鏈的計算功率 根據(jù)鏈轉動的工作情況，計算功率 = (3-2) 式中：－工況系數(shù)； －主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)； －單排系數(shù)為1； －－傳遞的功率，kW。 則計算出= 2.82kW。 （3）確定鏈條型號和節(jié)距 鏈條型號根據(jù)當量的單排鏈的計算功率和主動鏈輪轉速可取A10型號，然后可知為15.875。 （4）鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸的計算 = (3-3) = (3-4) (3-5) (3-6) (3-7) 式中：p－鏈條節(jié)距， Z－鏈輪齒數(shù)， D－分度圓直徑， －齒頂圓直徑， －齒根圓直徑， －齒高， －最大軸凸緣直徑，算出結果如表3-1所示。 （5）計算鏈速，確定潤滑方式 = (3-8) 由式中得為6m/s，可選擇油池潤滑或油盤飛濺潤滑。 （6）鏈輪的主要參數(shù)餓幾何尺寸如下 表3-1 鏈輪設計數(shù)據(jù) 名稱 數(shù)值 單位 傳動功率P1 4.5 kW 主動軸轉速n1 268.53 r/min 從動軸轉速n2 206.56 r/min 傳動比i 1.3 設計功率Pd 5 kW 小鏈輪齒頂圓直徑da 110 mm 小鏈輪分度圓直徑 106 mm 鏈條節(jié)距p 15.875 小鏈輪齒根圓直徑df 100 mm 大鏈輪齒頂圓直徑Da 234 mm 大鏈輪分度圓直徑 228 mm 大鏈輪齒根圓直徑Df 224 mm 小鏈輪齒高ha 3 mm 大鏈輪齒高Ha 4.8 mm 鏈速v 6 m/s 單鏈傳遞的功率 2.82 kW 傳動比i≠1的功率 0.46 kW 小齒數(shù)z1 21 大齒數(shù)z2 37 實際軸間距a 434 mm 單鏈的預緊力 900 N 確定的最大軸凸緣直徑Dg 212 mm 確定的最大軸凸緣直徑dg 90 mm 齒寬bf 8 mm 3.5.2 鏈輪軸的設計 （1）軸的總體設計信息如表3-2。 表3-2 軸總體設計數(shù)據(jù) 名稱 數(shù)值 單位 軸的轉向方式 單向恒定 軸的工作情況 無腐蝕條件 軸的轉速 456.5 r/m 功率 4 kW 轉矩 66434.78 N·mm 材料牌號 45調質 硬度（HB）：230 抗拉強度 650 屈服點 360 彎曲疲勞極限 270 扭轉疲勞極限 155 許用靜應力 260 許用疲勞應力 180 (2)確定軸的最小直徑如表3-3。 表3-3確定軸最小直徑 名稱 數(shù)值 單位 A值剪應力范圍 115 許用剪應力范圍 30～40 MPa 最小直徑的理論計算值 29.6 mm 滿足設計的最小軸徑 30 mm (3)彎曲應力校核如表3-4。 表3-4 彎曲應力校核 名稱 數(shù)值 單位 危險截面的x坐標 180 mm 直徑 25 mm 危險截面的彎矩M 120 N·mm 扭矩T 120 N·mm 截面的計算工作應力 -9.22 許用疲勞應力 180 (4)安全系數(shù)校核如表3-5。 表3-5 安全系數(shù)校核數(shù)據(jù) 名稱 數(shù)據(jù) 單位 危險截面的x坐標 170 mm 直徑 25 mm 危險截面的彎矩M 120 N·mm 扭矩T 146 N·mm 有效應力集中系數(shù) 2.05 扭轉作用 1.55 截面的疲勞強度安全系數(shù)S 1129.89 許用安全系數(shù)[S] 2.0 結論：170mm處疲勞強度校核通過。 （5）臨界轉速計算如表3-6。 表3-6 臨界轉速計算數(shù)據(jù) 名稱 數(shù)值 單位 當量直徑dv mm 軸截面的慣性距I 654605.89 mm 支承距離與L的比值 0.47 軸所受的重量 400 支座形式系數(shù)1 9.0 軸的一階臨界轉速ncr1 24934.97 r/min 3.6軸承選擇 3.6.1參數(shù)選擇 軸承選用圓錐滾子軸承，它屬于向心推力軸承，能同時承受較大的徑向載荷和軸向載荷，外圈可分離，游隙可調，裝拆方便，適用于剛性較大的軸，一般成對使用，對稱安裝。 表3-7 軸承基本參數(shù) 代號 d D T B C 1206 30 62 15.8 16 14 1210 50 90 22.8 20 18 3.6.2軸承的壽命計算 滾動軸承的基本額定壽命L(106r)與基本額定動載荷C(N)、當量動載荷P(N)間的關系為： （3.9） 對于圓錐滾子軸承，ε＝10/3。 軸上重量的估算：圓盤材料為灰鑄鐵HT200，質量密度為ρ=6.8~7.3g/cm3，取ρ=7 g / cm3。帶輪材料為灰鑄鐵HT200，質量密度同上。 （3.10） 所以估算下軸承承受的總重量為23Kg。軸承受力： 查表得：X=0.44，Y=0.9 當量動載荷為P= 0.44×225 =99N 用小時數(shù)表示軸承壽命為： （3.11） n表示軸承工作轉速，查表得n=5000r/min. （3.12） 農業(yè)機械軸承的預期壽命為：L'h=3000—8000h。 所以所選軸承可以長期使用。 3.6.3軸承的潤滑 滾動軸承的潤滑劑可以是潤滑脂、潤滑油或固體潤滑劑。一般情況下，滾動軸承采用潤滑脂潤滑，但在軸承附近已經具有潤滑油源時（如變速箱內本來就有潤滑齒輪的油），也可采用潤滑油潤滑。 本設計中選擇脂潤滑，因潤滑脂不易流失，便于密封和維護，且一次充填潤滑脂可以運轉較長時間。 3.7聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件。它主要用來聯(lián)接軸與軸，以傳遞運動與轉矩；有時也可用作安全裝置。 聯(lián)軸器用來把兩軸聯(lián)接在一起，機器運轉時兩軸不能分離；只有在機器停車并將聯(lián)軸器傳動系統(tǒng)的斷續(xù)，以便運行變速及換向等。 聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后的變形以及溫度變化的影響等，往往不能保證的對中，而是存在著某種程度的相對位移。這就要求設計聯(lián)軸器時，要從結構上采取各種不同的措施，使之具有適應一定范圍的相對位移的性能。 整個設計中有兩處需要用到聯(lián)軸器，即減速器兩端軸與拖拉機動力輸出軸和3軸之間，選用尼龍滑塊聯(lián)軸器。 凸緣聯(lián)軸器適用于：兩軸要求同軸度不太高，工作平穩(wěn)，無沖擊載荷。它的特點是：結構簡單，制造容易，使用方便。 減速器兩端軸的軸徑是d1=28mm，d2=32mm，所以選用聯(lián)軸器型號為YL6聯(lián)軸器，所用聯(lián)軸器的材料為HT200。 3.8鍵的選擇 3.8.1鍵的尺寸及類型的確定 一般8級精度以上齒輪有定心精度要求，應選用平鍵。一般圓頭普通平鍵應用最廣。 根據(jù)d=35mm，從《機械設計設計手冊》P-53表3-1中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=10mm，高度h=8mm。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=63mm。 3.8.2校核鍵聯(lián)接的強度 鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由《機械設計課程設計手冊》P-54表4-2查得許用擠壓應力[σp]=100~120MPa，取其平均值，[σp]=110MPa。 鍵的工作長度l=L-b=53mm。 鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=4mm。 由《機械設計基礎》P-158式（10--26）可得 （3.13） 故可見鍵合適安全。 3.9主要工作部分零部件設計 3.9.1傳送帶設計 由于此設計為類似于車體，工作臺與地面存在不小的間距，如果用立式箱體把落地果垂直輸送到濾葉器部分，則存在箱體太高，質量偏大，底部無法固定的問題，作業(yè)中出現(xiàn)故障的概率大。所以采用傳送帶的形式來完成落地果傳送到工作臺。 圖3-5 傳送帶 傳送帶主動軸直徑d=50mm，轉速為206.56r/min， 傳送帶的傳送速度為 速度較為合理，滿足設計需求。 3.9.2垂直傳送裝置 傳送帶將落地果傳送到工作臺，但與濾葉器之間還存在一定距離，由于要考慮底座部分尺寸太大會使整體結構不緊湊，切會影響工作效率，所以在此選擇采用立式垂直傳送裝置。 圖3-6 垂直傳送裝置 3.9.3 濾葉器的設計 濾葉器是本次設計的重點部分，經由傳送帶、立式垂直傳送裝置獲得的落地果，其中夾雜著樹枝、樹葉、土塊等雜質，而濾葉器就是針對此類雜質而設計的。在設計中，需考慮濾葉器的尺寸，不宜過大，分離雜質的速度要快，效率要高。 基于此考慮，決定采用鼠籠式，間距要比樹枝大又要比果實小，這樣在分離過程中不會造成果實的浪費。 由于果實表面的不規(guī)則性，如果是固定的鼠籠，果實很可能會卡在間隙上，從而影響果實的正常分離效率，所以本次設計中采用的鼠籠，會添加鏈輪，通過鏈條使鼠籠也轉動起來。 圖3-7 濾葉器 3.9.4其他部件的設計 濾葉器右端沒有軸固定，如要保證與其內部的絞輪能正常工作，在此借鑒混凝土攪拌機的支架部分，采用軌槽形式支架來支撐濾葉器右端（如圖3-8所示）。濾葉器左端的支架，是中心的絞輪與其結合實現(xiàn)的，絞輪需要旋轉以推動內部的果實前進，保證雜質的分離效率。為保證絞輪的正常旋轉，所以在左端支架處車出一個裝軸承的槽。由角鋼與該槽焊接成整體作為其左端支架（如圖3-9所示）。 圖3-8 濾葉器右端支架 圖3-9 濾葉器左端支架 絞輪用來推動果實向上向前運動，已進入下一個工作環(huán)節(jié)。在設計時要考慮一個周期的輸送量，在設計其螺旋線時，螺距太大而單位時間里果實的進入量不夠，則等效于絞輪在單位時間里做了大量的無用功；而螺距太小而單位時間里果實的進入量太大，則果實會堆積在傳送帶的空間里和立式傳送裝置內，會造成果實被擠壓和破壞，造成損失。因此，在本次設計中綜合考慮后，決定將螺距設計為10cm，單位時間內果實進入量小于絞輪的單位體積但不會相差太大，既保證了果實的質量，又保證了機器的正常傳送。 圖3-10 絞輪 本章小結 本章主要對主要零部件進行了參數(shù)設計，并對關鍵零件進行了強度校核，從結果來看，本次設計的落地果收獲機完全能夠滿足設計需求。 總 結 經過幾個月的努力，總算完成了自走式落地果收獲機的設計，經過實地考察，方案確定和設計計算驗證，本次設計具有如下優(yōu)點：適用于紅棗園中作業(yè)，免除人工作業(yè)，提高了勞動效率；此收獲機還具有結構緊湊，運動靈活，通用性強；另外，當機器不作業(yè)時，可以方便地將工作部件拆卸下來，這樣就減少了機器的存放空間；除此之外，此收獲機的零件均為常見的材料制造而成，工作部分零件采用國家標準零件，這些使得成本大大降低，這樣就能更廣泛為廣大農民所接受。 經過本次畢業(yè)設計，發(fā)現(xiàn)了自己的不足，通過不斷的查閱資料，鞏固了大學所學的理論知識，使自己的能力得到提高，也進一步完善了自己。 致 謝 本次設計是在王老師的悉心指導完成的。 最初確定題目的時候，感覺題目很難，一點靈感都沒有，老師幫我確定了收獲落地果的方式，模擬了本次設計的工作原理和過程，并給我介紹了許多與設計相關的書籍，以及如何快速地從書籍資料中獲得所需要的知識。當我在查找資料遇到困難時，老師又幫我下載到了一些我不能下載的付費網(wǎng)絡資料，還教會我如何用互聯(lián)網(wǎng)中無限的網(wǎng)絡資源，這些都為我以后順利完成設計奠定了堅實的基礎。 在每一步的設計中，老師都給與了我他的看法，該如何去改進零件中的不足，可以說從傳送帶到濾葉器的各種零件、傳動方式等的確定，都是在老師耐心的指導下完成的。 每當我在設計中遇到困難向老師咨詢時，老師就叫我當實驗室做模擬實驗，通過模擬實驗，讓我更直觀的了解收獲機在田間作業(yè)的過程，如果還是不懂，老師也會不厭其煩的給我講解，就算很晚了，就算老師還是別的事情要忙，他也會給我講完。有時候老師出差，我遇上困難打電話給老師時，雖然不能親自給我指導，但老師也會想辦法找研究生學長幫我看圖，并給我建議，在此也向他們表示誠摯的謝意。 最后，再次向在畢業(yè)設計過程中給予我最大關心幫助和支持的老師表示衷心的感謝！ 參考文獻 [1]濮良貴,陳國定,吳立言.機械設計[M].北京：高等教育出版社,2013：143-379. 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