溫室電動松土機畢業(yè)設(shè)計論文

溫室電動松土機畢業(yè)設(shè)計論文PAGEPAGEIII青島農(nóng)業(yè)大學(xué)海都學(xué)院畢業(yè)論文（設(shè)計）題目：溫室電動松土機的設(shè)計姓名：趙志聰院系：機電工程學(xué)院專業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化班級：2009.04學(xué)號：200901211指導(dǎo)教師：劉艷芬2013年06月18日PAGE39目錄摘要…………….…………ⅠAbstract………………………..……….…..…Ⅱcrankdirectly．Finally,thepowerpassesthroughlooseninghandleandgetstothelooseningclawstomakeitloosensoil．Powercomingfromtheotheroutputshaftpassesthroughmultilevelsprocketwheelandgetstothewalkingwheeleventuallytorealizetheloosener’sself-walking．Installclutchontheinterimaxle．Themachine’srunningandstoppingstatecanbecontrolledbyoperatingthecluth’sengagementandseparation．Anuniversalwheelisinstalledattherearofshelf．Themachine’srunningdirectioncanbedecidedbycontrollingtheoperationinghandles．Afteranalyzingavarietyofathleticmechanisms,eventually,aclank-rockermechanismwasusedasthelooseningpart．Usingtheknowledgeofkinematics,motionparameterequationsofspecialpointsofthelooseningmechanismisexpressed，velocityequationofeachspecialpointisgetandtheirathleticcharactersareanalyzed．Keywords:Greenhouse；Loosener；Crank-rockermechanism青島農(nóng)業(yè)大學(xué)機電工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計（論文）1緒論1.1溫室電動松土機設(shè)計的目的和意義溫室大棚的大規(guī)模興起不僅豐富了人們的菜籃子，而且大大的帶動了農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展，加快了現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)的發(fā)展進程，溫室大棚內(nèi)的松土作業(yè)是一項基礎(chǔ)性作業(yè)，迫切需要小型化、多功能化的農(nóng)機具代替人力來提高生產(chǎn)效率。資料表明，溫室大棚內(nèi)，土壤一般耕作層厚度為15—25cm，蔬菜根系的80～90%分布其中；耕層土壤的容積密度為1.1～1.13g/cm3，并隨著種植年限加長而增加的趨勢，土壤粘性較大，傳統(tǒng)的土壤耕作機俱在粘性較大的土壤中，碎土能力較低，土壤阻力大，功耗增加，并且在棚室內(nèi)采用柴油機和汽油機作為動力，對溫室的環(huán)境造成污染[1]。針對上述情況，開展適用于簡易棚室的土壤耕作機具的研究，對工作部件進行改進，進一步減小機具尺寸，提高機器作業(yè)的經(jīng)濟性和機動性，盡可能地減輕機器作業(yè)時對環(huán)境的污染，對于發(fā)展經(jīng)濟、高效和環(huán)保的設(shè)施農(nóng)業(yè)，改善農(nóng)民的生產(chǎn)條件，增加農(nóng)民的收入，具有重要的現(xiàn)實意義[2]。1.2溫室電動松土機國內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1國內(nèi)溫室電動松土機研究現(xiàn)狀近幾年，針對溫室大棚等特殊作業(yè)環(huán)境，我國也相繼出現(xiàn)了適于保護地作業(yè)的小型機具。隨著國內(nèi)設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展和農(nóng)村經(jīng)濟水平的提高，由大中專院校、科研院所和企業(yè)相結(jié)合，研制開發(fā)了的一些能夠進行溫室內(nèi)作業(yè)的小型自走式旋耕機、微型多功能田園管理機等。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)機電學(xué)院研制的溫室電動爪式松土機[3]，額定功率，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，適于溫室、大棚內(nèi)的松土作業(yè)。曲柄連桿機構(gòu)作為松土工作部件模擬人工刨地時鎬頭的運動軌跡，對土壤進行切削加工，提高了翻土碎土的能力，達到了人工刨土的作業(yè)效果。由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研人員研制成功的一種適于溫室作業(yè)的綠色環(huán)保型農(nóng)機局，IGDD—900型電動旋耕機由沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)的科研人員研制成功的一種適于溫室作業(yè)的綠色環(huán)保型農(nóng)機局，IGDD—900型電動旋耕機[4]，有、兩種動力機型可供選擇，裝有行走輪，推動方便，轉(zhuǎn)向靈活，操作搬運一人便可完成，工作參數(shù)為耕幅、耕深（可調(diào)）、刀片數(shù)量18個。耕作速度快、不排放有害氣體、噪聲低，是日光溫室生產(chǎn)中節(jié)省勞動力、降低成本的綠色環(huán)保型農(nóng)機具。DN-4型禾豐多功能田園管理機，配置動力，體積小、重量輕、功能多、結(jié)構(gòu)緊湊、操作方便。在狹窄地段、山區(qū)梯田、差遠果林、大棚暖房內(nèi)均可作業(yè)。利用摩擦片牙盤式離合器，分離靈敏，安全可靠。萬向扶手可作水平，垂直的調(diào)整。機器可正向或反向作業(yè)，機配置（4馬力）機型，特加倒退檔和無快速互鎖裝置，即機器換倒退檔時，快速檔自動脫開。采用旋耕刀具、耗用功率小，碎土效果好[5]。近幾年，針對溫室、大棚等特殊耕作環(huán)境，國內(nèi)研制生產(chǎn)了一些小型耕作機械，適用于露地和溫室不同條件，提高了機械的利用效率，但大多產(chǎn)品存在以下問題[5]：1、外型尺寸重量大，操作不靈便。特別是從露地直接轉(zhuǎn)移到大棚內(nèi)的機械，在設(shè)施內(nèi)轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)移都十分困難，而且邊角地帶無法工作。2、適應(yīng)性較差，當(dāng)土壤含水率較高（超過15%以上）時，松土效果變差，能耗增加。3、可靠性較差，易對環(huán)境造成污染。國外設(shè)施農(nóng)業(yè)耕作機械已非常成熟，作業(yè)性能穩(wěn)定，功能齊全，小巧輕便。日本、韓國、美國和意大利等國家在發(fā)展溫室的過程中，對溫室作業(yè)機具進行了研究開發(fā)，溫室生產(chǎn)過程中的耕整地播種、間苗、灌溉、中耕和除草等作業(yè)均已實現(xiàn)機械化。日本、韓國等國家的手扶系列多功能耕耘機，其操作把手上下左右可隨意調(diào)節(jié)，作業(yè)性能好。可以在溫室中進行耕地、移栽、開溝、起壟、中耕、鋤草、施肥、培土、噴藥及短途運輸?shù)榷喾N作業(yè)。這些耕耘機體積小、重心低、功能全、用途廣、廢氣排放少，并且具有工作部件更換、安裝容易等特點。發(fā)達國家擁有先進的溫室和管理技術(shù)，日本、意大利、荷蘭、以色列等國家的產(chǎn)品廣泛用于旋耕、犁耕、開溝、作畦、起壟、中耕、培土、鋪膜、打孔、播種、灌溉和施肥等作業(yè)項目。荷蘭、以色列、日本、美國等國家對溫室用作業(yè)機具進行了系統(tǒng)的開發(fā)、研究、推廣和應(yīng)用，許多作業(yè)項目如耕整地、播種、間苗、中耕和除草都已實現(xiàn)了機械化[7]。鋤草、施肥、培土、噴藥及短途運輸?shù)榷喾N作業(yè)。這些耕耘機體積小、重心低、功能全、用途廣、廢氣排放少，并且具有工作部件更換、安裝容易等特點。發(fā)達國家擁有先進的溫室和管理技術(shù)，日本、意大利、荷蘭、以色列等國家的產(chǎn)品廣泛用于旋耕、犁耕、開溝、作畦、起壟、中耕、培土、鋪膜、打孔、播種、灌溉和施肥等作業(yè)項目。荷蘭、以色列、日本、美國等國家對溫室用作業(yè)機具進行了系統(tǒng)的開發(fā)、研究、推廣和應(yīng)用，許多作業(yè)項目如耕整地、播種、間苗、中耕和除草都已實現(xiàn)了機械化[7]。美國專門生產(chǎn)小型拖拉機的吉爾森公司生產(chǎn)的自走式旋耕機[8]，主要特點是旋耕刀片取代行走輪，刀盤直徑為，耕幅為，傳動形式為鏈傳動和蝸輪桿傳動兩種型式。功率為左右，適于菜園、溫室等地作業(yè)。不旋耕時可換上行走輪并佩帶其他農(nóng)具：翻轉(zhuǎn)犁、除草鏟、中耕鏟、齒耙等。意大利MB公司生產(chǎn)一種單輪驅(qū)動旋耕機[9]，動力為汽油機，單機重量為，適于菜園、花圃中耕作業(yè)，一次完成旋耕培土兩項作業(yè)。該公司還生產(chǎn)多用自走地盤，由驅(qū)動軸配帶旋耕機完成田間旋耕作業(yè)，換上輪胎后又可完成犁耕、運輸、噴霧等作業(yè)。綜上所述，通過調(diào)查和分析，雖然國外溫室農(nóng)業(yè)機械產(chǎn)品的發(fā)展比較成熟，功能比較齊全，可靠性高。但是進口價格高，一般要在5000元以上，維修不方便[10]。而且不適合在簡易棚室內(nèi)使用。溫室電動松土機主要由電動機、聯(lián)軸器、減速器、松土部件、機架、行走機構(gòu)和操作機構(gòu)等組成，以蓄電池作為能源裝置，電動機提供能力。采用曲柄搖桿機構(gòu)作為松土機構(gòu)，該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，搖桿的固定點機器與松土爪柄的鉸接點，類似于人的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，使松土機構(gòu)可以更好的模擬人的刨土動作、切土和碎土性能好，拋土動力消耗顯著較小，松土效果比較理想。采用電動機提供動力，比燃油經(jīng)濟，無污染，符合節(jié)能、環(huán)保的要求，機器結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，機動性好，適合在空間狹小的棚室內(nèi)工作。2溫室電動松土機工作機理分析2.1溫室土壤基本物理特性溫室耕層土壤的物理學(xué)性質(zhì)不同，土壤產(chǎn)生的作業(yè)阻力也不一樣，它直接影響耕作機具的功率消耗[11]。溫室土壤容重低于農(nóng)田上，大約為1.10～1.13g/cm3，土壤的總孔隙度增加，但非毛管孔隙度低于農(nóng)田土，提高了硝化細菌的活性，大棚內(nèi)的溫高于露地，而且有晝夜溫差，有利于蔬菜體內(nèi)物質(zhì)的積累，灌溉次數(shù)越多，水的用量大，大棚內(nèi)土壤容易產(chǎn)生次生鹽潰化[12]。據(jù)有關(guān)資料，溫室土壤耕作層厚度為10～15cm，相比露地土壤要少近6～15cm，蔬菜80～90%的根系分布在其中。5～0.25mm水穩(wěn)性團聚體為13.7～55.5%，為露地土壤的3.2～11.1倍，并有隨著種植年限加長而增加的趨勢，土壤粘性較大，針對這種情況，應(yīng)該對溫室土壤進行松土而不耕翻或者旋耕。2.2對三種平面機構(gòu)的分析2.2.1曲柄滑塊機構(gòu)如圖2-1所示，曲柄1繞軸心A回轉(zhuǎn)時，滑塊3便在機架4的上來回移動，我們稱這種機構(gòu)稱為曲柄滑塊機構(gòu)，它有三個回轉(zhuǎn)副和一個移動副組成?？梢苑譃闊o偏距的對心曲柄滑塊機構(gòu)(圖2-1)和偏置曲柄滑塊機構(gòu)(圖2-2)。設(shè)曲柄1、連桿2的長度分別為a、b滑塊導(dǎo)路偏離曲柄中心A偏距為e，對心曲柄滑塊機構(gòu)的偏距，時，桿1能夠整周回轉(zhuǎn)成為曲柄。偏置曲柄滑塊機構(gòu)滑塊導(dǎo)路的偏距為e>0,則桿1能做整周回轉(zhuǎn)而成為曲柄的條件為：。圖2-1對心曲柄搖桿機構(gòu)圖2-1對心曲柄搖桿機構(gòu)圖2-2偏置曲柄滑塊機構(gòu)在圖2-1和圖2-2的基礎(chǔ)上，將連桿2沿CB方向延長，在連桿2延長端(圖中D處)安裝上松土爪(圖中DE)，其機構(gòu)如圖2-3和圖2-4所示。令曲柄l為原動件，當(dāng)其以一定的速度作勻速圓周運動時，帶動連桿2前后上下擺動，在連桿2的帶動下滑塊3在機架4的導(dǎo)路上往復(fù)移動。在曲柄l轉(zhuǎn)動的過程中，連桿2帶動松土爪抬起落下，適當(dāng)設(shè)置連桿2和松土爪的長度，可以對土壤進行切削。圖2-2偏置曲柄滑塊機構(gòu)圖2-3對心曲柄搖桿型松土機構(gòu)圖2-3對心曲柄搖桿型松土機構(gòu)圖2-4偏置曲柄滑塊型松土機構(gòu)通過以上分析，采用曲柄滑塊機構(gòu)結(jié)構(gòu)較簡單，但存在缺點：首先，松土爪的起落幅度主要松土爪柄長度決定，若起落幅度過大，在棚室的邊角地不容易作業(yè)，但是起落的幅度太小，達不到預(yù)計的切土效果。其次，松土過程中，滑塊需要沿導(dǎo)路往復(fù)移動，導(dǎo)路要固定在機架上，當(dāng)松土爪切削土壤時，土壤反作用力容易會讓機身的強烈震動。因此，曲柄滑塊機構(gòu)不適合作為松土部件，要進一步考慮更加合理的方案。圖2-4偏置曲柄滑塊型松土機構(gòu)2.2.1曲柄搖桿機構(gòu)2.2.1曲柄搖桿機構(gòu)常見的鉸鏈四桿機構(gòu)是曲柄搖桿機構(gòu)，如圖2-5所示，通常構(gòu)件l為原動件，并作勻速轉(zhuǎn)動，稱為曲柄；構(gòu)件3相對機架在一定角度內(nèi)搖擺，稱為搖桿；構(gòu)件2不與機架相連，稱為連桿。該機構(gòu)的特點是當(dāng)曲柄為原動件，搖桿為從動件時，可將曲柄的連續(xù)轉(zhuǎn)動，變成搖桿的往復(fù)擺動。鉸鏈四桿機構(gòu)只有一個曲柄的條件是：在四邊形ABCD中，與機架相鄰的曲柄為最短邊，且最短邊與最長邊的長度之和小于另外兩邊的長度之和。圖2-5對心曲柄搖桿機構(gòu)圖2-5對心曲柄搖桿機構(gòu)圖2-6對心曲柄搖桿型松土機構(gòu)在圖2-5的基礎(chǔ)上，延長連桿2(如圖2-6所示)，在末端(圖中E處)安裝松土爪。原動件1勻速轉(zhuǎn)動，帶動連桿2擺動，搖桿3繞D往復(fù)擺動。此時，連桿2帶動EF抬起落下，對土壤進行切削。相比于用曲柄滑塊機構(gòu)做松土部件，不僅可以調(diào)整各桿的長度和位置，而且可以緩沖在松土過程中搖桿3的震動，土壤對松土機構(gòu)的反作用力也不會引起機身的強烈震動。但是不足是：雖然可以任意調(diào)節(jié)各桿長度和位置，但是這樣機器的尺寸較大。因此，還需要進一步改進曲柄搖桿機構(gòu)。圖2-6對心曲柄搖桿型松土機構(gòu)2.2.1異形曲柄搖桿機構(gòu)在常見曲柄搖桿機構(gòu)圖2-5的基礎(chǔ)上，將D點抬高，使搖桿懸掛起來形成的異形曲柄搖桿機構(gòu)如圖2-7所示，構(gòu)件4為機架、構(gòu)件l、3與機架相連，稱為連架桿，通常構(gòu)件1為原動件，并作勻速轉(zhuǎn)動，稱為曲柄；構(gòu)件3相對機架在一定角度內(nèi)搖擺，稱為搖桿：構(gòu)件2不與機架相連，稱為連桿。圖2-7異形曲柄搖桿機構(gòu)圖2-7異形曲柄搖桿機構(gòu)圖2-8異形曲柄搖桿型松土機構(gòu)在異形曲柄搖桿機構(gòu)的基礎(chǔ)上，將連桿圖2-8異形曲柄搖桿型松土機構(gòu)在異形曲柄搖桿機構(gòu)的基礎(chǔ)上，將連桿2沿CB方向延長，在連桿2的延長端(圖中E處)安裝松土爪，其結(jié)構(gòu)如圖2—8所示。令曲柄1為原動件，當(dāng)其以一定的速度作勻速圓周運動時，帶動連桿2擺動，在連桿2的帶動下?lián)u桿3繞固定點D在一定角度內(nèi)往復(fù)擺動。搖桿的固定點D及其與連桿的鉸接點C，類似于人的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)，可使松土機構(gòu)更好地模擬人的松土動作。在曲柄1轉(zhuǎn)動的過程中，連桿2帶動松土爪抬起落下，適當(dāng)調(diào)整A、D兩點的位置，設(shè)定合適的各桿長度，可以達到理想的松土效果。3溫室電動松土機總體方案的確定3.1溫室電動松土機組成溫室電動松土機主要由電動機、聯(lián)軸器、減速器、松土部件、機架、行走機構(gòu)和操作機構(gòu)等組成。結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。圖3-1溫室電動松土機結(jié)構(gòu)簡圖1.減速器2.聯(lián)軸器3.電動機4.搖桿5.圖3-1溫室電動松土機結(jié)構(gòu)簡圖1.減速器2.聯(lián)軸器3.電動機4.搖桿5.操作手柄6.離合器操作桿17.離合器操作桿28.萬向輪9.過渡軸110.機架11.行走輪12.行走輪軸13.松土爪柄14.過渡軸215.松土爪柄3.2.1松土爪柄的設(shè)計松土爪柄如3-2所示，采用厚為的鋼板，其一端通過四個螺栓與松土爪橫梁連接，另一端通過銅套和銷子與搖桿連接，中間孔通過銅套與曲柄連接。圖圖3-2松土爪柄圖3-3松土爪橫梁3.2圖3-3松土爪橫梁松土爪橫梁如圖3-3所示，是厚度為長方形鋼板，松土爪齒安裝在直徑的孔上，用螺栓將松土爪齒與橫梁連接，過兩個螺栓將松土爪齒與松土爪橫梁連接，相鄰兩對孔之間的距離為，則橫梁可以安裝8個松土爪齒，直徑四個孔用來將橫梁固定在松土爪柄上。3.2.3松土爪齒的設(shè)計松土爪齒的設(shè)計主要參考釘齒耙的耙齒，確定松土爪齒的長度，則齒尖長度,形狀為上寬下窄，有利于減小土壤阻力，因為方形斷面釘齒有良好松土、碎土能力，工作穩(wěn)定，而圓斷面設(shè)計為方形斷面。形狀如圖3-4。圖3-4松土爪齒3.2圖3-4松土爪齒曲柄分為主動曲柄和從動曲柄，主動曲柄如圖3-5所示，通過花鍵與工作軸連接，另一端與一側(cè)的松土爪柄連接，從動曲柄如圖3-6示，其一端與機架另一側(cè)的松土爪柄連接，另一端套在帶座外球面軸承內(nèi)。圖圖3-5主動曲柄圖3-6從動曲柄3.2圖3-6從動曲柄搖桿由搖桿主體和夾板兩部分組成，搖桿主體和夾板分別如圖3-7和3-8示，搖桿主體的材料為厚的鋼板，夾板的材料為厚的鋼板。兩塊夾板通過三個螺栓固定在搖桿主體的兩側(cè)，將搖桿夾在中間，保證了搖桿受力圖3-7夾板圖3-7夾板圖圖3-8搖桿主體桿受力的均衡性和運動的穩(wěn)定性，搖桿組合體如圖3-9所示。圖圖3-9搖桿組合體4溫室電動松土機相關(guān)參數(shù)的確定4.1運動參數(shù)（1）機組前進速度溫室旋耕機常用的前進速度一般為，故選定機組的前進速度。（2）曲柄轉(zhuǎn)速n在滿足工作要求的情況下，依據(jù)曲柄轉(zhuǎn)速越低越好的原則，初定曲柄的轉(zhuǎn)速。（3）松土比速度比對旋耕機的工作性能有重要影響，的選擇既要保證旋耕機正常工作滿足耕深要求，還要綜合考慮旋耕機結(jié)構(gòu)，功率消耗及生產(chǎn)率等其他因素，常用的速度比為，初定，則。4.2性能參數(shù)（1）松土深度H溫室里土壤含水率比較高，一般在左右，適宜耕作，農(nóng)藝要求耕作深度一般為；參照旋耕機的耕作深度，確定松土深度。（2）松土幅寬參考已有資料有公式（N為發(fā)動機的額定功率/kW）將電動機的輸出功率2.2kW帶入上式得：于松土機來說，由于松土過程中松土爪齒并非完全從土里穿過，在耕幅和耕深相同的情況下，松土機的功率消耗比旋耕機小，因此，在旋耕機幅寬計算公式的基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)?shù)卦龃笏赏练鶎?，這里選擇松土幅寬為。（3）理論生產(chǎn)率松土機的幅寬設(shè)定為0.5m，由此得機組的理論生產(chǎn)率。4.3結(jié)構(gòu)參數(shù)結(jié)構(gòu)參數(shù)主要由曲柄長度R，O′相對于O的坐標(biāo)（p，h），連桿長度L，松土爪柄長度L1+L2，搖桿長度L3，松土爪齒長度L4和行走直徑D等，松土部件結(jié)構(gòu)如下：圖4-1松土機構(gòu)簡圖曲柄邊緣圓周線速度Vp=2.4m/s，曲柄轉(zhuǎn)速n=142r/min，且Vp=R（為曲柄的角速度），=，R=，則：圖4-1松土機構(gòu)簡圖4.4功率消耗計算松土機工作時消耗的功率主要有兩部分組成，一部分為松土部件所消耗的功率，另一部分為機組行駛所消耗的功率。（1）松土部件消耗的功率根據(jù)旋耕機功耗的計算方法和文獻，松土功率消耗為：（4-1）其中為土壤比阻，可由公式進行計算。其中為耕深修正系數(shù)；為土壤含水率休整系數(shù)；為殘茬植被修正系數(shù)；作業(yè)方式休整系數(shù)；為平均土壤比阻；H為松土深度；Vm為機具前進速度；B為松土幅寬。根據(jù)棚室內(nèi)的作業(yè)條件，經(jīng)查表確定：=1.0，=0.92，=1.1，=0.9，=6N/所以=已知，，=0.30，，故可得（2）機組行駛所消耗的功率機組在前進過程中所受到的土壤阻力設(shè)為，松土機的前進速度為，則機組行駛所消耗的功率：（4-2）其中（4-3）松土機的質(zhì)量按120kg計，取，則所以由此可得，松土機工作時消耗的功率：4.5電動機的選擇考慮到由于摩擦和一些其他原因造成的功率損失，電動機的實際功率應(yīng)該大于計算所得的松土機工作消耗功率的理論值，故選用Z2電動機，其額定功率為，滿載轉(zhuǎn)速為，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)矩分別為和。4.6減速器的選擇在滿足傳動比和性能要求的情況下，為了減少機具大的尺寸應(yīng)選擇一個體積盡可能小的減速器，故選用WP系列蝸桿減速器，型號為：WPS-70，傳動比，質(zhì)量15kg，輸入軸直徑，兩個輸出軸直徑。電動機的輸出軸通過聯(lián)軸器直接與減速器的輸入軸相連，忽略功能消耗，因為電動機的輸出功率，則減速器的輸入軸的功率，其轉(zhuǎn)速和電動機輸出軸相同，為。4.6.1減速器輸入軸強度和剛度的校核減速器的輸入軸和輸出軸材料均為45號鋼，查表可知，，。軸傳遞的扭矩計算公式為：（4-4）則減速器輸入軸傳遞的扭矩為：由強度條件：（4-5）得由此可得，輸入軸的直徑滿足強度要求。由剛度條件：（4-6）可見，輸入軸的直徑滿足剛度要求。4.6.2減速器輸出軸強度和剛度的校核由4.6.1計算可得，同理，輸出軸也是符合要求的。4.7聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器本身已經(jīng)標(biāo)準化，減速器輸入軸直徑為，即聯(lián)軸器輸出軸直徑為。經(jīng)分析，選用彈性柱銷聯(lián)軸器HL1，本聯(lián)軸器機構(gòu)簡單，制造容易，裝拆方便，有微量補償兩軸線偏移和緩沖吸振的能力，主要用于載荷較平穩(wěn)、起動頻繁、對緩沖要求不高的中、低速軸系列傳動。圖4-2聯(lián)軸器4.8離合器的選擇圖4-2聯(lián)軸器充分考慮到工作要求和經(jīng)濟性，選用簡易的牙嵌離合器。該離合器傳動的扭矩大，轉(zhuǎn)矩的范圍為。外形尺寸小，結(jié)構(gòu)簡單，適用于靜止接合，或者轉(zhuǎn)速差較低接合。為避免離合器空轉(zhuǎn)的時候于軸產(chǎn)生摩擦，在離合器內(nèi)部安裝兩個深溝球軸承，套在過渡軸上。4.9松土機動力傳動系統(tǒng)的設(shè)計與計算4.9.1動力傳動方案已知行走輪半徑，行走輪邊緣速度為機具前進的速度，由公式得：行走輪的轉(zhuǎn)速：其中為行走輪軸的轉(zhuǎn)動的角速度。電動機既要帶動松土爪齒進行松土作業(yè)，又要驅(qū)動行走輪轉(zhuǎn)動，電動機的轉(zhuǎn)速為1420r／min，曲柄的轉(zhuǎn)速為，行走輪的轉(zhuǎn)速。故借用一個減速器將電動機的轉(zhuǎn)速減小到曲柄的轉(zhuǎn)速，傳動比僅為10，因為WP系列減速器最大傳動比為60，所以傳動比大小適中。選用雙輸出軸式減速器，一側(cè)通過離合器連接工作軸，另一側(cè)通過鏈輪分機傳動將動力通過過渡軸傳遞到行走輪軸，為避免出現(xiàn)鏈輪的尺寸過大情況，采用三級鏈輪傳動。4.9.2工作軸上的動力傳遞方式的設(shè)計圖4-3工作軸上動力傳遞圖1.圖4-3工作軸上動力傳遞圖1.減速器輸出軸2.主動離合器3.軸承4.從動離合器5.工作軸4.9.3行走輪軸上動力傳遞方式的設(shè)計圖4-4行走輪軸上動力傳遞圖1.主動離合器2.鏈輪23.從動離合器4.過渡軸15.鏈輪3如圖4-4，主動離合器內(nèi)壁鑲嵌兩個帶防塵蓋的滾動軸承，套在過渡軸l上，鏈輪2與主動離合器焊接在一起，與過渡軸1連接。減速器輸出軸上的鏈輪l圖4-4行走輪軸上動力傳遞圖1.主動離合器2.鏈輪23.從動離合器4.過渡軸15.鏈輪34.9.4傳動比的計算電動機的轉(zhuǎn)速為，曲柄的轉(zhuǎn)速為，行走輪的轉(zhuǎn)速為。則減速器的傳動比為：則減速器輸出軸到行走輪的傳動比為：因減速器輸出軸到行走輪之間為三級鏈輪傳動，根據(jù)總傳動比，結(jié)合各軸直徑大小，確定減速器到過渡軸1的傳動比，過渡軸1到過渡軸2和過渡軸2到過渡軸3的傳動比為則減速器輸出軸到行走輪的傳動比為：因減速器輸出軸到行走輪之間為三級鏈輪傳動，根據(jù)總傳動比，結(jié)合各軸直徑大小，確定減速器到過渡軸1的傳動比，過渡軸1到過渡軸2和過渡軸2到過渡軸3的傳動比為，總傳動比，行走輪的轉(zhuǎn)速。4.9.5鏈輪設(shè)計與滾子鏈傳動計算農(nóng)業(yè)機械中較常見的是套筒滾子鏈傳動，如下圖4—5，滾子鏈傳動在傳動過程中無滑動，而且傳動尺寸比較緊湊、效率較高，能適應(yīng)農(nóng)業(yè)機械的作業(yè)環(huán)境。圖4—5滾子鏈（1）選擇鏈輪齒數(shù)、和確定傳動比由以上設(shè)計可知，由減速器到過渡軸1的傳動比，取，則由公式（4-7）得?。?）計算當(dāng)量的單排鏈的計算功率根據(jù)鏈傳動的工作情況、主動鏈輪齒數(shù)和鏈條排數(shù)，將鏈傳動傳遞的功率修正為當(dāng)量的單排鏈的計算功率（4-8）式中：—工況系數(shù)；—主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)；—多排鏈系數(shù)；—傳遞的功率，。則（3）確定鏈條型號和節(jié)距根據(jù)修正功率和小鏈輪轉(zhuǎn)速查表確定鏈條節(jié)距（4）計算鏈節(jié)數(shù)和中心距由初選中心距公式（4-9）得由公式（4-10）計算鏈節(jié)數(shù)，得：計算出的鏈節(jié)數(shù)圓整為偶數(shù)。則圓整成。由，查表得則鏈傳動的最大中心距為：由實際中心距公式：其中，取。故實際中心距（5）計算鏈速，確定潤滑方式平均鏈速公式為：，為低速轉(zhuǎn)動。（6）計算鏈傳動作用在軸上的壓軸力有效圓周力壓軸力可近似取為可取。根據(jù)計算結(jié)果，選用短節(jié)距精密滾子鏈的規(guī)格為。其余鏈傳動計算步驟同以上計算過程，選用滾子鏈的規(guī)格也同上。5軸的選擇及其校核5．1軸的計算5.1.1工作軸的設(shè)計（1）工作軸的初步計算根據(jù)扭矩強度計算實心軸徑的公式：（5-1）其中：為軸端直徑；T為軸所傳遞的扭矩，；為軸傳遞的功率；為軸的工作轉(zhuǎn)速；為許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。則當(dāng)截面上有一個鍵槽時，應(yīng)將求得的軸徑增大，該軸上只有一個鍵槽，所以其軸徑為根據(jù)扭轉(zhuǎn)剛度計算實心軸徑的公式：因為軸的材料為鋼，故式中許用扭轉(zhuǎn)角，代入上式中得：因為該軸只有一個鍵槽，則其軸徑應(yīng)為：故危險截面處的最小軸徑為，軸上任意的截面處的軸徑應(yīng)大于該值。（2）工作軸的設(shè)計在保證曲柄、離合器和軸承順利安裝的前提下，必須要考慮安裝件的軸向定位，右端通過花鍵與曲柄相連，左端與在離合器中的調(diào)心球軸承連接，通過軸承座固定在機架上，保證了工作軸的工作穩(wěn)定性。5.1.2過渡軸1的設(shè)計因為減速器到行走輪的動力采用三級鏈輪傳動實現(xiàn)，故需兩個過渡軸，離合器安裝在過渡軸1上。過渡軸1的初步計算軸的材料選用鋼，，根據(jù)公式（5-1）已知，減速器輸出軸到過渡軸1的傳動比為1.933，則過渡軸1的轉(zhuǎn)速。代入上式得：當(dāng)截面上有兩個鍵槽時，應(yīng)將球的的軸徑增大，該軸上有兩個鍵槽，故其軸徑應(yīng)為。根據(jù)扭轉(zhuǎn)剛度計算實心軸徑的公式：（5-2）因為軸的材料為鋼，故式中許用扭轉(zhuǎn)角，代入上式中得：故危險截面處的最小軸徑為17.47mm，軸上任意截面處的軸徑應(yīng)大于該值。過渡軸1的結(jié)構(gòu)設(shè)計過渡軸1兩端安裝軸承，通過軸承座安裝固定在機架上；在此軸長鍵槽處安裝離合器，通過離合器的嚙合與分開來保證減速器傳遞給行走輪的動力可以有效的被切斷。離合器通過控制過渡軸1的轉(zhuǎn)動，將動力傳遞給過渡軸2，從而控制過渡軸2的轉(zhuǎn)動，以及行走輪軸，從而實現(xiàn)機具的自走。5.1.3過渡軸2的設(shè)計過渡軸2和過渡軸1選用的材料相同，傳遞的功率也是相同的，而且設(shè)計類似，所以軸徑的初步計算與過渡軸1是相同的，則危險截面處的最小軸徑為，軸上任意截面處的軸徑應(yīng)大于該值。過渡軸2的兩端安裝軸承，通過軸承固定在機架上，通過兩個鏈輪與過渡軸1和行走輪建立傳動關(guān)系。5.1.4行走輪軸的設(shè)計行走輪與兩個過渡軸選用的材料相同，消耗的功率也與兩個過渡軸傳遞的功率相同，而且設(shè)計類似，所以軸徑的初步計算與兩個中間軸相同，則危險截面處的最小軸徑為，軸上任意截面處的軸徑應(yīng)當(dāng)大于該值。行走輪的設(shè)計，在保證軸承、鏈輪與行走輪順利安裝的前提下，其次要考慮安裝件的軸向定位。5.1.5搖桿掛軸的設(shè)計搖桿掛軸的作用首先是固定搖桿上的端點，其次緊固操作手柄。該軸兩側(cè)軸肩處車有螺紋，其軸向固定需要四個螺母，而且要用螺栓將兩個軸孔和操作手柄銷住。該軸穿過兩個操作手柄的橫孔。5．2軸的校核用安全系數(shù)法對行走輪軸進行校核行走輪軸的校核，行走輪軸選用的材料為鋼調(diào)質(zhì)，。（1）求鏈速及其有效圓周力由滾子鏈及其鏈輪設(shè)計可知鏈速：（5-3）有效圓周力：（5-4）式中：，分別代入上式中，可得：因為鏈輪對行走輪軸的切向力即等于有效圓周力，則（2）計算扭轉(zhuǎn)力矩鏈對軸的徑向力，取扭轉(zhuǎn)力矩用安全系數(shù)法進行校核計算水平面反力及其垂直面反力水平面反力：，垂直面反力：，②計算當(dāng)量轉(zhuǎn)矩、當(dāng)量彎矩合成彎矩：軸受轉(zhuǎn)矩：經(jīng)查表可得，許用應(yīng)力值：由公式得應(yīng)力校正系數(shù)當(dāng)量轉(zhuǎn)矩為：當(dāng)量彎矩為：③計算等效系數(shù)對稱循環(huán)：疲勞極限：脈動循環(huán)：疲勞極限：則等效系數(shù)計算彎矩計算彎曲應(yīng)力幅與扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅由彎曲應(yīng)力幅公式：（5-5）其中查表得，得：彎曲平均應(yīng)力扭轉(zhuǎn)應(yīng)力幅：計算許用安全系數(shù)及其復(fù)合安全系數(shù)只考慮彎矩作用時的安全系數(shù)公式：（5-6）式中：由于過渡圓角半徑，，，查表得有效應(yīng)力系數(shù)，彎曲時尺寸影響系數(shù)，扭轉(zhuǎn)時尺寸影響系數(shù)，表面質(zhì)量系數(shù)。則則，經(jīng)查表得許用安全系數(shù)復(fù)合安全系數(shù)經(jīng)校核，設(shè)計的軸徑尺寸滿足使用要求。同理，用安全系數(shù)法對除行走輪軸外的其他軸進行校核，均可滿足使用要求。6其它部分的設(shè)計6.1底盤的設(shè)計松土機底盤的設(shè)計，四個軸上的軸承處于同一縱垂面內(nèi)，行走輪軸與過渡軸1、2的軸承在同一個水平面上。每一對鏈輪的同向齒面在同一縱垂面內(nèi)，以避免工作過程中鏈條滑落。為了保證松土機能有穩(wěn)定的松土深度，在機架后面安裝了萬向輪，而且可以通過操縱桿改變?nèi)f向輪的角度來實現(xiàn)機器的轉(zhuǎn)向。6.2確定軸承的尺寸滾動軸承是現(xiàn)代機器中廣泛應(yīng)用的部件之一，它是依靠主要元件間的滾動接觸來支撐傳動零件的。因為松土機上的軸承主要是承受徑向載荷，在此設(shè)計中選用深溝球軸承。其當(dāng)量摩擦系數(shù)最小。在高轉(zhuǎn)速時，可用來承受純軸向載荷。工作中允許內(nèi)、外圈軸線偏斜量，大量生產(chǎn)，價格最低。由滾動軸承壽命的計算公式，軸承基本額定壽命：（6-1）式中，代表軸承的轉(zhuǎn)速，為基本額定載荷，為當(dāng)量動載荷，為壽命指數(shù)（對于球軸承，；對于滾子軸承，）。經(jīng)查表。在進行軸承壽命計算時，必須把實際載荷轉(zhuǎn)換為與確定基本額定動載荷的載荷條件相一致的當(dāng)量動載荷（用字母表示）。（6-2）式中，為軸承所承受徑向載荷，為軸承所承受軸向載荷，、分別為徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)。計算安裝在行走輪上的軸承壽命。已知，查表可得，代入上式得：已知：，代入軸承額定壽命計算公式，得：行走輪軸的使用壽命經(jīng)計算為，因此滿足工作要求。同理，應(yīng)用上面計算方法對其他軸承進行計算，結(jié)果均可滿足使用要求。7．結(jié)論7.1結(jié)論本文通過對現(xiàn)有溫室電動松土機的研究分析，總結(jié)出了目前松土機存在的主要問題，并在設(shè)計過程中加以修改，設(shè)計了一種新型的溫室電動松土裝置，創(chuàng)新點如下：（1）各部件的原動件曲柄與上一代相比，簡化了零件結(jié)構(gòu)，節(jié)省了材料，減小了體積和重量。（2）采用了斜三角牙嵌式離合器，提高了工作效率，可以是電機與其他州見任意自由分離和嚙合。（3）能夠模擬人工刨地動作進行松土，土壤的切削破碎效果比較好，與同等機型相比功耗較低，對溫室沒有污染。7.2設(shè)計中的不足（1）本文設(shè)計的機型只有一種前進速度，并且只能進行松土作業(yè)。（2）該機型原理未運用于現(xiàn)有溫室電動松土機，未必能達到考核機器的效果。參考文獻[1]付靜等.中國設(shè)施農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展現(xiàn)狀與方向[J].農(nóng)業(yè)機械，2006（6）：120[2]樊桂菊.溫室電動爪式松土機的研制[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué).碩士學(xué)位論文，20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