小型自走式旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)
小型自走式旋耕機(jī)的設(shè)計(jì),小型,旋耕機(jī),設(shè)計(jì)
湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)
小型自走式旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)
THE SELF-PROPELLED ROTARY CULTIVATOR DESIGN
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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）
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小型自走式旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)
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1、總體方案的制訂
2、文獻(xiàn)資料的收集整理
3、說明書的初期編寫
1、說明書的撰寫
2、圖紙的繪制
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湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生
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20**年1月4日
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目
小型自走式旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)
文獻(xiàn)綜述（選題研究意義、國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、主要參考文獻(xiàn)等，不少于1000字）
一、選題的背景和意義
土壤耕作是種植業(yè)生產(chǎn)過程中的重要一環(huán),對(duì)與農(nóng)作物增產(chǎn)具有重要作用.因此,土壤耕作機(jī)械的發(fā)展一直受到人們的關(guān)注.由于土壤耕作是一項(xiàng)能耗很大的作業(yè),傳統(tǒng)的土壤耕作機(jī)械,如犁,耙等都需要多次書耕作會(huì)對(duì)土壤造成破壞,不利于水土保持,消耗較大.長期以來,人們一直在探討新的工作制度,松土和局部松土,不耕和少耕.在這種形勢(shì)下,驅(qū)動(dòng)型耕作機(jī)械誕生了.這種機(jī)械之所以引人注目,一是強(qiáng)化土壤耕作過程,可以滿足不同條件下的不同土壤類型;二是一次耕作可以聯(lián)合作業(yè),.三是有動(dòng)力驅(qū)動(dòng),質(zhì)量好,四是作業(yè)時(shí)幾乎不需要牽引功率.減少了功率的消耗.
驅(qū)動(dòng)型機(jī)具有多種,.如旋耕機(jī) ,振動(dòng)土壤耕作機(jī)械等,目前廣泛使用的,應(yīng)用前景最好的就是旋耕機(jī). 耕機(jī)切土、碎土能力強(qiáng)，一次旋耕能夠達(dá)到一般犁耙作業(yè)幾次的碎土效果，耕后地表平整、松軟，能滿足精耕細(xì)作要求，且縮短工序間隔，有利于搶農(nóng)時(shí)抗旱保墑，減少拖拉機(jī)進(jìn)地次數(shù)，減輕對(duì)土壤壓實(shí)，減少能源消耗，降低作業(yè)成本，減少機(jī)具投資，提高機(jī)具利用率，加之近年來國內(nèi)還田技術(shù)和免耕少耕技術(shù)的推廣應(yīng)用，旋耕機(jī)得到了迅猛發(fā)展，已成為拖拉機(jī)的主要配套機(jī)具之一。
二、國內(nèi)外旋耕機(jī)的發(fā)展動(dòng)態(tài)、存在問題及發(fā)展方向
目前．水平軸旋耕部件與地輪轉(zhuǎn)向一致的旋耕機(jī)，在國內(nèi)外在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，并且旋耕工作部件結(jié)構(gòu)相當(dāng)完善。旋耕機(jī)的保有量也增加的很快，為了適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)規(guī)模．為不同機(jī)型拖拉機(jī)配套，生產(chǎn)了作業(yè)幅：1．25m~2．8m多種型號(hào)的旋耕機(jī)。如南昌旋耕機(jī)廠的IGN系列多種型號(hào)旋耕機(jī)。連云港旋耕機(jī)集團(tuán)公司生產(chǎn)的IGE2—210型旋耕機(jī)，1C~N-250S型旋耕機(jī)等。在黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中．使用的機(jī)型還有1GHL一280型松旋起壟機(jī)、1GSZ-210／280型組合式旋耕多用機(jī)、1GZJ一210型旋耕滅茬聯(lián)合整地機(jī)、1GLT-4型松旋滅茬起壟通用機(jī)等。很多機(jī)型為了適應(yīng)黑龍江省農(nóng)藝要求，在旋耕機(jī)后部安裝了起壟犁鏵。為了裝配各種不同的工作件組臺(tái)設(shè)計(jì)了專門的機(jī)架．以提高旋耕機(jī)的應(yīng)用水平。有的旋耕機(jī)依據(jù)旋耕部件與耕深的相對(duì)關(guān)系，把中央調(diào)速器直接設(shè)計(jì)安裝在旋耕工作部件的軸上。這樣保證了農(nóng)具的最小能耗、最少的材料消耗和較好的工作質(zhì)量。由于調(diào)速器殼體下是未耕地，存在如何保護(hù)好調(diào)速器殼體的問題。國產(chǎn)的1G一150旋耕機(jī)和1G一140旋耕機(jī)等多種機(jī)型的旋耕軸配置在地表水平面上或低于地表。為了防止調(diào)速器外殼的損壞，在殼體上或前犁柱上安有專用的分土鏟。分土鏟開出的鏵溝被補(bǔ)助整地作業(yè)消滅。
從近幾年國產(chǎn)的旋耕機(jī)配套推廣應(yīng)用情況來看，存在一些問題：（1）、拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸容易損壞：（2）、十字萬向傳動(dòng)軸使用壽命短：（3）、旋耕作業(yè)性能不穩(wěn)定和容易纏草的問題；（4）、缺少與大功率拖拉機(jī)配套的旋耕機(jī)；（5）、作業(yè)性能滿足不了當(dāng)今的農(nóng)藝要求；這些問題的解決有待于進(jìn)行更深入的研究。
隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的增強(qiáng)，工作效率和效益的提高，現(xiàn)有的旋耕機(jī)的弊端日益突出，已滿足不了農(nóng)藝要求和生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的需要。故對(duì)旋耕機(jī)的研究有了進(jìn)一步的深化，出現(xiàn)如下幾個(gè)方向的發(fā)展趨勢(shì)：（1）、向?qū)挿?，高速型旋耕機(jī)發(fā)展；（2）、向聯(lián)合作業(yè)機(jī)組方向發(fā)展；（3）、全幅深旋耕機(jī)已起步；（4）、向可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略型發(fā)展；（5）、小型旋耕機(jī)需求量有所增加。
三、主要參考文獻(xiàn)
[1] [1] 中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究所編.農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)（上冊(cè)），機(jī)械工業(yè)出版社.1988年；
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[3] 李守仁.杜金天編.驅(qū)動(dòng)型土壤耕作機(jī)械的理論與計(jì)算，機(jī)械工業(yè)出版社.1997年；
[4] 日本農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)編.農(nóng)業(yè)機(jī)械手冊(cè)，機(jī)械工業(yè)出版社.1991年；
[5] 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室編著.濮良貴，紀(jì)名剛主編.機(jī)械設(shè)計(jì)（第七版），高等教育出版社.2001年；
[6] 吳宗澤.羅圣國主編.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)（第二版），高等教育出版社.1999年；
[7] 機(jī)械制圖.董國耀主編.北京理工大學(xué)出版社.1998年；
[8] 李寶筏主編. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)，中國農(nóng)業(yè)出版社.2003年；
[9] 鎮(zhèn)江農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)院.吉林工業(yè)大學(xué)合編.農(nóng)業(yè)機(jī)械理論及設(shè)計(jì)(上冊(cè))，中國工業(yè)出版社.1961年；
[10] 孔令德.張認(rèn)成編.旋耕刀的研究現(xiàn)狀與展望,江蘇理工大學(xué)學(xué)報(bào).1997.18(3):88-92；
[11] 桑正中編.農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)(上)，中國農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社.1987年；
[12] 劉保軍.耿亞飛編.東方紅1GQN系列旋耕機(jī)的研制開發(fā). 2002年；
[14] 周建來.李源知.焦巧鳳編.國內(nèi)外旋耕機(jī)的技術(shù)狀況,農(nóng)機(jī)化研究. 2000.5（2）：49—51；
[15] 李倫.杜峰.韓建剛編.淺談拖拉機(jī)與旋耕機(jī)合理配套,拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)輸車.2002（6）：22—25；
[16] 劉峰梅.李英華.閆林平編.旋耕機(jī)的市場(chǎng)前景分析,探討與研究.1994；
[20] 葉新躍編.對(duì)我國旋耕機(jī)研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向的探討,山東農(nóng)機(jī).1995.7（5）：12—13；
[22] 李旭編.旋耕機(jī)的功率消耗及其負(fù)荷程度的確定廣西農(nóng)業(yè)機(jī)械化.1999.（5）：8—10；
[23] 孔祥瑩.袁文旭.孔令德編.旋耕機(jī)研究綜述,山西農(nóng)機(jī).2000.108（3）：3—5；
[24] 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,機(jī)械工業(yè)出版社.1996年5月.
注：此表如不夠填寫，可另加頁。
研究方案（研究目的、內(nèi)容、方法、預(yù)期成果、條件保障等）
研究目的:旋耕機(jī)耕機(jī)切土、碎土能力強(qiáng)，一次旋耕能夠達(dá)到一般犁耙作業(yè)幾次的碎土效果，耕后地表平整、松軟，能滿足精耕細(xì)作要求，且縮短工序間隔，有利于搶農(nóng)時(shí)抗旱保墑，減少拖拉機(jī)進(jìn)地次數(shù)，減輕對(duì)土壤壓實(shí)，減少能源消耗，降低作業(yè)成本，減少機(jī)具投資，提高機(jī)具利用率，加之近年來國內(nèi)還田技術(shù)和免耕少耕技術(shù)的推廣應(yīng)用，旋耕機(jī)得到了迅猛發(fā)展，已成為拖拉機(jī)的主要配套機(jī)具之一。
研究?jī)?nèi)容: 1、旋耕機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀；
2、旋耕機(jī)現(xiàn)有的機(jī)型及存在問題；
3、小型自走式旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)。
研究方法：文獻(xiàn)研究法、比較分析法、對(duì)策研究法等。
預(yù)期成果: 15000字以上合格的本科畢業(yè)論文。
條件保障: 1、大學(xué)本科四年學(xué)習(xí)掌握了扎實(shí)的專業(yè)理論知識(shí)；
2、時(shí)間充足，論文的撰寫有將近6個(gè)月的時(shí)間；
3、資料來源充足，學(xué)校圖書館和商學(xué)院閱覽室有大量期刊雜志和文獻(xiàn)資料；
4、導(dǎo)師指導(dǎo)。
進(jìn)程計(jì)劃（各研究環(huán)節(jié)的時(shí)間安排、實(shí)施進(jìn)度、完成程度等）
1. 20**.10.10——20**.11.08 選題
2. 20**.11.09——20**.11.30 下達(dá)任務(wù)書
3. 20**.03.15——20**.03.20 文獻(xiàn)資料查尋及整理，開題論證
4. 20**.04.15——20**.04.20 中期檢查
5. 20**.05.01——20**.05.15 論文的撰寫、修改直至定稿
6. 20**.06.20——20**.06.25 論文的審查、評(píng)閱與答辯
論證小組意見
組長簽名：
20 年 月 日
專業(yè)委員會(huì)意見
簽名：
20 年 月 日
學(xué)院指導(dǎo)委員會(huì)審核意見
簽名（公章）：
20 年 月 日
注：1.此表可用黑色簽字筆填寫，也可打印，但意見欄必須相應(yīng)責(zé)任人親筆填寫。
2.此表可從教務(wù)處網(wǎng)站下載中心下載。
目 錄
摘要 1
關(guān)鍵詞 1
1前言 2
2開發(fā)旋耕機(jī)的目的和意義 3
3國內(nèi)外旋耕機(jī)的發(fā)展動(dòng)態(tài)、存在問題及發(fā)展方向 3
4總體方案卻確定及主要參數(shù)的選擇 4
5旋耕機(jī)類型、耕幅、刀軸轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)形式的選擇 6
5.1旋耕機(jī)類型的選擇 6
5.2旋耕機(jī)耕幅的確定 6
5.3旋耕機(jī)的傳動(dòng)型式的選擇 6
5.4旋耕機(jī)的刀軸轉(zhuǎn)速選定 6
6旋耕刀的設(shè)計(jì) 7
6.1旋耕刀的結(jié)構(gòu)組成 7
6.2側(cè)切刃的設(shè)計(jì) 7
6.3正切刃曲線設(shè)計(jì) 9
6.4材料和技術(shù)條件 9
7限深裝置的設(shè)計(jì) 9
8最優(yōu)傳動(dòng)方案的確定 9
8.1齒輪箱傳動(dòng)方式的確定 9
8.2傳動(dòng)系數(shù)參數(shù)的確定 10
8.2.1各檔傳動(dòng)路線的確定 10
8.2.2各對(duì)齒數(shù)的確定 10
9齒輪箱Ⅰ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
9.1初步確定軸的最小軸直徑 11
10軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核 12
10.1齒輪箱Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
10.2求Ⅱ軸上齒輪所受的力 12
10.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
10.4精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 15
10.4.1判斷危險(xiǎn)截面 15
11第二級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核計(jì)算 17
11.1選擇類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。 17
11.2計(jì)算小齒輪分度圓直徑、圓周速度、齒寬等 18
11.3彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 18
11.4計(jì)算分度圓直徑、中心距、齒輪寬度 19
11.5驗(yàn)算 20
11.6結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪的零件圖（CAD圖） 20
12刀輥軸的強(qiáng)度計(jì)算 20
12.1旋耕機(jī)負(fù)荷最大的部件就是刀輥軸 20
12.2刀輥軸的設(shè)計(jì)計(jì)算說明 21
13帶傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的驗(yàn)算 21
14鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 23
15設(shè)計(jì)總結(jié) 25
參考文獻(xiàn)： 26
致謝 27
附：外文翻譯
8
小型自走式旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)
作 者：王馬強(qiáng)
指導(dǎo)老師：楊文敏
（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)科學(xué)技術(shù)師范學(xué)院，長沙 410128）
摘 要
本文在分析小型步旋耕機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和工作原理的前提下，介紹說明了小型步旋旋耕機(jī)的設(shè)計(jì)原則和設(shè)計(jì)步驟。并根據(jù)設(shè)計(jì)原則的要求，首先選擇了小型步耕機(jī)的類型，確定小型步耕機(jī)的耕幅、傳動(dòng)型式、刀軸轉(zhuǎn)速,離合器工作的選擇等內(nèi)容。然后具體設(shè)計(jì)了小型步旋耕機(jī)的傳動(dòng)裝置——包括齒輪箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、關(guān)鍵零件的強(qiáng)度校核、耕深調(diào)節(jié)裝置和工作部件總成的設(shè)計(jì)。其中齒輪箱的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容，它包含了大量的工作：資料的整理，參數(shù)的設(shè)定，相關(guān)計(jì)算，繪圖等。
關(guān)鍵詞：小型自走式旋耕機(jī)；旋耕刀；耕幅；減速箱；離合器；
The self-propelled Rotary Cultivator design
Author: Wang maqiang
Tutor: Yang wenmin
(College of Science and Technology, Hunan Agricultural University, Changsha 410128)
Abstract
After analyzing the components and principles of Ploughing machine of small-scale step,the thesis introduces the principle of design and the procedure of Ploughing machine of small-scale ste .According to the plan ,the thesis chooses Ploughing machine of small-scale ste’ type, confirms their ploughs ,the connection and disposition method with the selected tractor, transmission pattern, rotation speech of cutter shift , the selection of card-link, etc. Then rotary tillePloughing machine of small-scale ster’ gearing is designed concretely ,which includes overall design of gear case strength calculation of main parts, the design and choice of plough depth limiting device and working part .The design of Gear Case is the main point of the thesis ,which needs lots of work ,data sorting ,the choice of parameter and relevant calculation and drawing etc.
Key words: rotary cultivator;rotary blade;the breadth of furrow;decelerator coupling
1 前言
旋耕機(jī)是一種由動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的土壤耕作機(jī)械。它的耕作部件為旋耕刀輥,是由多把旋耕刀在刀軸上按螺旋線排列而成,。旋耕機(jī)切土、碎土能力強(qiáng)，一次旋耕能夠達(dá)到一般犁耙作業(yè)幾次的碎土效果，耕后地表平整、松軟，能滿足精耕細(xì)作要求，且縮短工序間隔，有利于搶農(nóng)時(shí)抗旱保墑，減少拖拉機(jī)進(jìn)地次數(shù)，減輕對(duì)土壤壓實(shí)，減少能源消耗，降低作業(yè)成本，減少機(jī)具投資，提高機(jī)具利用率，加之近年來國內(nèi)還田技術(shù)和免耕少耕技術(shù)的推廣應(yīng)用，旋耕機(jī)得到了迅猛發(fā)展，已成為拖拉機(jī)的主要配套機(jī)具之一。
旋耕機(jī)于19世紀(jì)中葉問世以來，得到了迅速發(fā)展和推廣使用。日本二戰(zhàn)之后為了盡快恢復(fù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展,引進(jìn)旋耕機(jī)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。但是由于日本大多為水田,直角形旋耕刀不適宜于進(jìn)行水田耕作。一大批日本學(xué)者開始致力于水田用旋耕刀的研究,如吉田富穗、松尾昌樹、坂井純等人研制出了旋耕彎刀,成功地解決了刀軸纏草等問題。為了解決刀軸纏草的問題本文對(duì)旋耕彎刀進(jìn)行了設(shè)計(jì)說明。對(duì)彎刀的刃口曲線提出了相應(yīng)的要求，目前能達(dá)到這種要求的刃口曲線有阿基米德螺線、等角對(duì)數(shù)螺線、正弦指數(shù)曲線等,其中阿基米德螺線應(yīng)用最廣。
到目前為止，旋耕機(jī)產(chǎn)品雖然在理論上可以配套58.8－73.5kw的拖拉機(jī)，但實(shí)際上因受傳動(dòng)系統(tǒng)強(qiáng)度及結(jié)構(gòu)尺寸、機(jī)架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的限制，配套合理范圍僅達(dá)48kw的拖拉機(jī)；耕深亦局限在旱耕12－16cm，水耕14－18cm。20世紀(jì)90年代以來，為適應(yīng)市場(chǎng)需要，有些企業(yè)試圖開發(fā)大型旋耕機(jī)，但因水平有限，僅采用原有產(chǎn)品外延放大和堆砌材料的方法，沒有著重結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和參數(shù)的優(yōu)化，因而走了彎路。因此，現(xiàn)有旋耕機(jī)產(chǎn)品在品種上尚有大型和深耕型的空缺。隨著水稻集約化、規(guī)?；a(chǎn)的發(fā)展，水田耕整用寬幅高速型旋耕機(jī)成為發(fā)展方向。水田土壤含水率高，抗剪切、抗壓強(qiáng)度特別低，附著力、外摩擦力也接近為零，切土部件與土壤之間存在潤滑水膜。因此，大塊水田使用大型拖拉機(jī)旋耕機(jī)組水耕時(shí)，為充分發(fā)揮其功率，實(shí)現(xiàn)高效率、高效益，需要工作幅寬3m以上的寬幅旋耕機(jī)。但寬幅又受到道路行駛和入庫停機(jī)不便的制約。解決途徑有二：一是旋耕機(jī)采用寬度伸縮或折疊式結(jié)構(gòu)；二是采用適中的幅寬，提高作業(yè)速度，從現(xiàn)有的2－5km/h提高到4－8km/h。為滿足以上要求，需要改進(jìn)旋耕機(jī)及工作部件的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，研制寬幅高速旋耕機(jī)及滅茬、旋耕、旋耙和深施化肥的復(fù)式作業(yè)機(jī)械。
我國作為農(nóng)業(yè)大國，不少農(nóng)機(jī)學(xué)者在旋耕機(jī)方面進(jìn)行了大量的研究工作。為了促進(jìn)驅(qū)動(dòng)型耕作機(jī)械的發(fā)展，本人選擇了旋耕機(jī)作為自己的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文課題，借鑒了不少知名學(xué)者的重要研究成果，書寫成文。由于資料搜集的局限性和水平有限，錯(cuò)誤和不足之處在所難免，歡迎讀者批評(píng)指正。
2 開發(fā)旋耕機(jī)的目的和意義
土壤耕作是種植業(yè)生產(chǎn)過程中的重要一環(huán)，對(duì)于農(nóng)作物增產(chǎn)具有重要作用。因此，土壤耕作機(jī)械的發(fā)展一直受到人們的關(guān)注。由于土壤耕作是一項(xiàng)能耗很大的作業(yè)，傳統(tǒng)的土壤耕作機(jī)械，如犁，耙等都需要多次書耕作會(huì)對(duì)土壤造成破壞，不利于水土保持，消耗較大。長期以來，人們一直在探討新的工作制度，松土和局部松土，不耕和少耕。在這種形勢(shì)下，驅(qū)動(dòng)型耕作機(jī)械誕生了。這種機(jī)械之所以引人注目，一是強(qiáng)化土壤耕作過程，可以滿足不同條件下的不同土壤類型；二是一次耕作可以聯(lián)合作業(yè)；三是有動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，質(zhì)量好；四是作業(yè)時(shí)幾乎不需要牽引功率，減少了功率的消耗。
驅(qū)動(dòng)型機(jī)具有多種，如旋耕機(jī)，振動(dòng)土壤耕作機(jī)械等，目前廣泛使用的，應(yīng)用前景最好的就是旋耕機(jī)。耕機(jī)切土、碎土能力強(qiáng)，一次旋耕能夠達(dá)到一般犁耙作業(yè)幾次的碎土效果，耕后地表平整、松軟，能滿足精耕細(xì)作要求，且縮短工序間隔，有利于搶農(nóng)時(shí)抗旱保墑，減少拖拉機(jī)進(jìn)地次數(shù)，減輕對(duì)土壤壓實(shí)，減少能源消耗，降低作業(yè)成本，減少機(jī)具投資，提高機(jī)具利用率，加之近年來國內(nèi)還田技術(shù)和免耕少耕技術(shù)的推廣應(yīng)用，旋耕機(jī)得到了迅猛發(fā)展，已成為拖拉機(jī)的主要配套機(jī)具之一。
3 國內(nèi)外旋耕機(jī)的發(fā)展動(dòng)態(tài)、存在問題及發(fā)展方向
目前，水平軸旋耕部件與地輪轉(zhuǎn)向一致的旋耕機(jī)，在國內(nèi)外在實(shí)際生產(chǎn)中得到廣泛的應(yīng)用，并且旋耕工作部件結(jié)構(gòu)相當(dāng)完善。旋耕機(jī)的保有量也增加的很快，為了適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)規(guī)模，為不同機(jī)型拖拉機(jī)配套，生產(chǎn)了作業(yè)幅：為1.25m~2．8m多種型號(hào)的旋耕機(jī)。如南昌旋耕機(jī)廠的IGN系列多種型號(hào)旋耕機(jī)，連云港旋耕機(jī)集團(tuán)公司生產(chǎn)的IGE2—210型旋耕機(jī)，1C~N-250S型旋耕機(jī)等。在黑龍江省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，使用的機(jī)型還有1GHL一280型松旋起壟機(jī)、1GSZ-210／280型組合式旋耕多用機(jī)、1GZJ一210型旋耕滅茬聯(lián)合整地機(jī)、1GLT-4型松旋滅茬起壟通用機(jī)等。很多機(jī)型為了適應(yīng)黑龍江省農(nóng)藝要求，在旋耕機(jī)后部安裝了起壟犁鏵。為了裝配各種不同的工作件組臺(tái)設(shè)計(jì)了專門的機(jī)架，以提高旋耕機(jī)的應(yīng)用水平。有的旋耕機(jī)依據(jù)旋耕部件與耕深的相對(duì)關(guān)系，把中央調(diào)速器直接設(shè)計(jì)安裝在旋耕工作部件的軸上。這樣保證了農(nóng)具的最小能耗、最少的材料消耗和較好的工作質(zhì)量。由于調(diào)速器殼體下是未耕地，存在如何保護(hù)好調(diào)速器殼體的問題。國產(chǎn)的1G一150旋耕機(jī)和1G一140旋耕機(jī)等多種機(jī)型的旋耕軸配置在地表水平面上或低于地表。為了防止調(diào)速器外殼的損壞，在殼體上或前犁柱上安有專用的分土鏟。分土鏟開出的鏵溝被補(bǔ)助整地作業(yè)消滅。
從近幾年國產(chǎn)的旋耕機(jī)配套推廣應(yīng)用情況來看，存在一些問題：（1）、拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸容易損壞：（2）、十字萬向傳動(dòng)軸使用壽命短：（3）、旋耕作業(yè)性能不穩(wěn)定和容易纏草的問題；（4）、缺少與大功率拖拉機(jī)配套的旋耕機(jī)；（5）、作業(yè)性能滿足不了當(dāng)今的農(nóng)藝要求；這些問題的解決有待于進(jìn)行更深入的研究。
隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度的增強(qiáng)，工作效率和效益的提高，現(xiàn)有的旋耕機(jī)的弊端日益突出，已滿足不了農(nóng)藝要求和生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大的需要。故對(duì)旋耕機(jī)的研究有了進(jìn)一步的深化，出現(xiàn)如下幾個(gè)方向的發(fā)展趨勢(shì)：（1）、向?qū)挿?，高速型旋耕機(jī)發(fā)展；（2）、向聯(lián)合作業(yè)機(jī)組方向發(fā)展；（3）、全幅深旋耕機(jī)已起步；（4）、向可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略型發(fā)展；（5）、小型旋耕機(jī)需求量有所增加。
4 總體方案卻確定及主要參數(shù)的選擇
總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理
裝配示意圖如下：
1油門控制器 2操縱手柄 3限深機(jī)構(gòu) 4油門拉繩 5離合拉桿 6旋耕工作部件 7三角帶輪護(hù)罩 8柴油機(jī)
圖 1 裝配示意圖
Fig1 Assembly schematic drawing
主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、變速箱、機(jī)架、旋耕工作部件、限深機(jī)構(gòu)、操縱手柄、三角皮帶輪、支架等組成，其工作原理是將發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力經(jīng)三角皮帶傳遞給變速箱主動(dòng)軸，經(jīng)二級(jí)減速帶動(dòng)安裝在驅(qū)動(dòng)輪軸上的旋耕刀片旋轉(zhuǎn)（在銑切加工土壤過程中，通過土壤反力推動(dòng)機(jī)器前進(jìn)）。耕深主要靠阻力鏟柄上孔眼的位置進(jìn)行上下調(diào)節(jié)，同時(shí)還可通過人改變其對(duì)操縱手柄的壓力以增減力矩，調(diào)節(jié)機(jī)器的前進(jìn)速度，借以達(dá)到改變耕深的目的。
另外，旋耕作業(yè)的碎土性能與土壤含水量、土壤堅(jiān)實(shí)度和機(jī)器的作業(yè)速度有關(guān)， 在實(shí)際作業(yè)中應(yīng)根據(jù)具體情況選擇最佳的工作速度。
為了全面實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面；
1．變速箱殼體采用薄壁鋼板多次沖壓成型，既減少了加工工序， 又降低了制造造成本，也使機(jī)器重量大大減輕。
2．為滿足多項(xiàng)作業(yè)要求，變速箱設(shè)有二個(gè)速檔，傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖如圖3所示。
高速檔用于旋耕、運(yùn)輸作業(yè)， 低速檔用于中耕、起壟作業(yè)。同時(shí)在變速箱右側(cè)有動(dòng)力輸出軸，可肚帶動(dòng)小水泵、脫粒機(jī)、碾米機(jī)、打漿機(jī)等進(jìn)行場(chǎng)上固定作業(yè)。再有， 驅(qū)動(dòng)輪軸采用通軸結(jié)構(gòu)，它與旋耕工作部件配合安裝，便于工作部件的更換。還可安上運(yùn)輸輪進(jìn)行短途運(yùn)輸作業(yè)。
3．由于該機(jī)是旋耕作業(yè)為主，為在旋耕作業(yè)過程中，不使機(jī)器發(fā)生上跳、前滑現(xiàn)象，增強(qiáng)操作舒適感，整機(jī)重心的布置非常重要。實(shí)踐證明，為確保旋耕作業(yè)的穩(wěn)定性，重心設(shè)在驅(qū)動(dòng)輪軸上方前后20mm處是適宜的。
4．為保證作業(yè)質(zhì)量，使旋耕時(shí)不漏耕，變速箱下部寬度要窄為宜，該機(jī)為45mm基本做到了不漏耕。
5．為適應(yīng)棚室空問矮小的作業(yè)條件，機(jī)器操作手柄既可上下調(diào)整，又可在180°內(nèi)前后轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整。
表1 主要技術(shù)參數(shù)
Table1 the Main technical parameter
配套動(dòng)力
耕幅
耕深
刀片型式
刀片數(shù)量
輸入轉(zhuǎn)速
175-1柴油機(jī)
1005cm
>10cm
彎刀
20
2600r/cm
刀軸轉(zhuǎn)速
連接型式
前進(jìn)速度
外形長
外形寬
外形高
生產(chǎn)率
125r/min
三角輪傳動(dòng)
2.17km/h
1250mm
60mm
870mm
2.2畝/時(shí)
注：生產(chǎn)率按理論計(jì)算值的70%計(jì)算（作業(yè)時(shí)的最大耕幅）。
5 旋耕機(jī)類型、耕幅、刀軸轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)形式的選擇
5.1 旋耕機(jī)類型的選擇
本設(shè)計(jì)主要適用于溫室及工作內(nèi)部環(huán)境較低的地方，故選用小型號(hào)，簡(jiǎn)單實(shí)用的步進(jìn)式旋耕機(jī)。
5.2 旋耕機(jī)耕幅的確定
根據(jù)主機(jī)動(dòng)力輸出功率和旋耕作業(yè)時(shí)單位幅寬功耗可對(duì)幅寬進(jìn)行初步選定,幅寬過大(刀片增多)將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作過載,合適的幅寬則可保證主機(jī)功率的充分利用。實(shí)際中幅寬的初選可采用經(jīng)驗(yàn)公式B=0.26~0.29N?,但最終的確定必須經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證。事實(shí)上,對(duì)于同一種旋耕機(jī),主機(jī)功率大的配套并不一定有好的作業(yè)質(zhì)量,相反卻有可能造成功率的浪費(fèi),通過試驗(yàn)?zāi)芎侠泶_定對(duì)應(yīng)幅寬的最佳配套功率,可以避免“大馬拉小車”的情況。耕幅與拖拉機(jī)的功率有關(guān)，并影響旋耕機(jī)與拖拉機(jī)的配置方式。耕幅B與拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的額定輸出功率大體成以下關(guān)系（已考慮拖拉機(jī)提升能力在內(nèi)）：
B=0.26～0.29N? N = 3.5 KW
式中N——拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的額定功率（KW）
B=0.9207m～1.1506m,
本設(shè)計(jì)選取B=1m
5.3 旋耕機(jī)的傳動(dòng)型式的選擇
三點(diǎn)懸掛式旋耕機(jī)有中間傳動(dòng)和側(cè)邊傳動(dòng)兩種形式。中間傳動(dòng)適合于耕幅為1.75~2m，本設(shè)計(jì)中旋耕機(jī)的耕幅為2m，采用中間全齒輪傳動(dòng)。利用萬向節(jié)傳動(dòng)軸將拖拉機(jī)動(dòng)力輸出軸的動(dòng)力傳遞給圓錐齒輪軸，減速并改變方向后，最后傳遞到刀輥軸。刀軸分為左、右兩側(cè)。這種齒輪箱特點(diǎn)是機(jī)架牢固、剛性好、布局合理，適用于寬幅旋耕機(jī)。缺點(diǎn)是箱體處不能安裝彎刀，如不設(shè)置特殊工作部件，將出現(xiàn)漏耕。為此本設(shè)計(jì)在齒輪箱的下方增設(shè)了犁體總成以消除漏耕現(xiàn)象。
5.4 旋耕機(jī)的刀軸轉(zhuǎn)速選定
在機(jī)組前進(jìn)速度不變的情況下，旋耕機(jī)所需功率隨刀軸轉(zhuǎn)速的增加而增加，較理想的配合是低刀軸轉(zhuǎn)速和較高的前進(jìn)速度，雖然功耗要增加些，但因生產(chǎn)率提高了，仍可降低單位面積的能耗。近年來，刀軸轉(zhuǎn)速降低的趨勢(shì)尤為明顯。另外旋耕機(jī)的刀軸轉(zhuǎn)速一般在200-285r/min，隨著土壤比阻不同，旋耕機(jī)的刀軸轉(zhuǎn)速也不同，粘性重的土壤比阻大，轉(zhuǎn)速應(yīng)偏低，砂性土壤比阻小，轉(zhuǎn)速可偏高。
為了提高生產(chǎn)率及地區(qū)適應(yīng)性，減少能耗，本設(shè)計(jì)旋耕機(jī)刀軸轉(zhuǎn)速選擇200r/min。
6 旋耕刀的設(shè)計(jì)
彎刀刀刃的設(shè)計(jì)包括切溝墻的側(cè)切刃和切溝底的正切刃兩部分。對(duì)于多草莖的水田作業(yè)的旋耕機(jī)，最容易出現(xiàn)刀軸纏草的問題，為了減弱發(fā)生這種情況的嚴(yán)重程度，對(duì)彎刀的設(shè)計(jì)提出了更高的要求。其刃口曲線的要求是：彎刀耕作時(shí),先由側(cè)切刃沿縱向切削土壤,并且是由離軸心較近的刃口開始切割,由近及遠(yuǎn),最后由正切刃橫向切開土壤。這種切削過程可以把草莖及殘茬壓向未耕地,進(jìn)行有支持切割,草莖及殘茬即使不被切斷,也可以利用刃口曲線的合理形狀使其從端部滑離彎刀,彎刀不致于纏草。
6.1 旋耕刀的結(jié)構(gòu)組成
旋耕刀主要有側(cè)切面、正切面、過渡面三部分組成，旋耕刀各部位名稱下圖，側(cè)切面具有切開土垡，切斷或推開草莖、殘茬的功能；正切面除了切土外還具有翻土、碎土、拋土等功能。
圖2 刀的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖
Fig 2 The Knife structure design drawing
6.2 側(cè)切刃的設(shè)計(jì)
國產(chǎn)的各種彎刀，側(cè)切刃均為等近螺旋線（阿基米德螺線）
其方程為：
——螺線起點(diǎn)的極徑（mm）；
—螺線極角每增加1弧度，極徑的增量(mm)；
—螺線上任意點(diǎn)的極角（rad）；
螺線終點(diǎn)處的極徑：
在確定、及 值后可求出值：
= （—）/
螺線起點(diǎn)的極徑 為避免無刃部分切土。
可由下式求得：
=
其中式中：S—— 為設(shè)計(jì)切土節(jié)距；
—— 設(shè)計(jì)耕深（為本設(shè)計(jì)中的最大耕深）；
—— 彎刀回轉(zhuǎn)半徑，為減小阻扭矩，應(yīng)在滿足耕深要求和結(jié)構(gòu)許可的情況下，采用較小的尺寸。
根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算出S:
=60000 =600002.17(2002.5)=260mm
式中 —— 旋耕機(jī)的前進(jìn)速度 取=2.17
—— 刀軸轉(zhuǎn)速
—— 同一切割小區(qū)內(nèi)的彎刀 取=2.5
==
螺線終點(diǎn)處的極徑；
為使螺旋線能與正切刃圓滑過渡，值一般較彎刀回轉(zhuǎn)半徑小10-20mm；=230mm
螺線終點(diǎn)的極角:
可由下式求得：
=（ -）/
式中—為螺線終點(diǎn)處的滑切角，常取50o~60o；
這樣可得：
=(230-120.83)/230*=0.3323rad；
=(230-120.83)/0.3323=320.52mm
將代入式 ，并從0到之間分成若干份，順序選定若干代入該式，分別求出對(duì)應(yīng)的，即可作出側(cè)切刃螺線。
螺線的靜態(tài)滑切角（刀刃的曲線角）即刀刃上某一點(diǎn)的極徑與該點(diǎn)切線之間的夾角。其數(shù)值應(yīng)滿足不纏草和耕耘阻力小的要求，
即: < 90o-
式中 —根莖對(duì)刀刃的摩擦角。
6.3 正切刃曲線設(shè)計(jì)
正切刃是空間曲線，為使溝底較平整，正切刃曲線位于刀滾的圓柱面上及在側(cè)視圖上其投影為圓弧，兩段刃口間以圓弧線連接。
6.4 材料和技術(shù)條件
用GB699—65規(guī)定的65Mn鋼制造。切削部分必須進(jìn)行淬火處理，淬火區(qū)硬度為HRC50~55。旋耕彎刀應(yīng)用樣板進(jìn)行檢查，刃口曲線形狀誤差不得大于3mm。
7 限深裝置的設(shè)計(jì)
耕機(jī)是一種作業(yè)范圍廣的農(nóng)用機(jī)械，根據(jù)不用的土壤條件和工作要求，需要有不同的旋耕深度。對(duì)于由功率44kw的拖拉機(jī)帶動(dòng)的旋耕機(jī)時(shí)，如果和具有調(diào)節(jié)液壓懸掛機(jī)構(gòu)的拖拉機(jī)配套時(shí),利用位調(diào)節(jié)手柄在不同位置的定位調(diào)整耕深，與具有分置式液壓懸掛機(jī)構(gòu)的拖拉機(jī)配套時(shí),利用活塞桿上定位卡箍的不同位置調(diào)整耕深。本設(shè)計(jì)中的旋耕機(jī)所選動(dòng)力源的功率為3.5kw，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，要求旋耕機(jī)的耕深范圍為10-15cm。所以該機(jī)的設(shè)計(jì)旋深最大為15cm，嚴(yán)禁旋耕機(jī)超限作業(yè)，否則將導(dǎo)致某些零部件的損壞和早期磨損，還將嚴(yán)重影響整體的作業(yè)效率，故需設(shè)計(jì)耕深調(diào)節(jié)裝置。此設(shè)計(jì)運(yùn)用的是限深桿機(jī)構(gòu).簡(jiǎn)單實(shí)用，通過調(diào)節(jié)螺栓決定限深桿的長度而改變耕作深度。
8 最優(yōu)傳動(dòng)方案的確定
8.1 齒輪箱傳動(dòng)方式的確定
根據(jù)傳動(dòng)要求和設(shè)計(jì)目的，選擇的傳動(dòng)形式為全齒輪傳動(dòng)。因?yàn)樵O(shè)計(jì)的是大型旋耕機(jī)，突出的是耕副寬，即40cm。再者基于動(dòng)力源為拖拉機(jī)，故傳動(dòng)原理和所設(shè)計(jì)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)布局如下說明：
拖拉機(jī)輸出軸，即動(dòng)力源，輸出的動(dòng)力經(jīng)萬向節(jié)總成傳至中間齒輪箱，然后通過中間齒輪箱的三級(jí)變速傳動(dòng)，把運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力傳遞到輥刀軸，即執(zhí)行機(jī)構(gòu)。
動(dòng)力----à 變速系統(tǒng)----à旋耕刀輥
圖3 傳動(dòng)系統(tǒng)
Fig 3 Transmission system
8.2 傳動(dòng)系數(shù)參數(shù)的確定
傳動(dòng)方案的分配，首級(jí)采用一級(jí)帶傳動(dòng)。傳動(dòng)比為1.2，末級(jí)采用一級(jí)鏈傳動(dòng)，傳動(dòng)比為3，使箱體下部分寬度較小，可以防止漏耕。
8.2.1 各檔傳動(dòng)路線的確定
快檔：帶傳動(dòng)--à
慢檔：帶傳動(dòng)--à
倒檔：帶傳動(dòng)--à
8.2.2 各對(duì)齒數(shù)的確定
表2 變速箱變速原理
Table2 Gear box speed change principle
快檔
慢檔
倒檔
第一級(jí)
i=1.2
i=1.2
i=1.2
第二級(jí)
i=40/25
i=48/17
i=24
第三級(jí)
i=56/16
i=56/16
i=
第四級(jí)
i=3
i=3
i=3
通過撥叉將Ⅰ軸上主動(dòng)滑移雙聯(lián)齒輪向前撥,使主動(dòng)滑移雙聯(lián)齒輪與Ⅱ軸上的嚙合,這時(shí)旋耕機(jī)進(jìn)入快檔，其余同理。
9 齒輪箱Ⅰ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
齒輪箱Ⅰ軸為旋耕機(jī)的動(dòng)力輸入軸，由于旋耕機(jī)動(dòng)力傳入方式不是離合器，而是通過萬向節(jié)將動(dòng)力源和旋耕機(jī)連接起來。所以Ⅰ軸的最小軸徑為花鍵軸段處即圖中所示A段。
9.1 初步確定軸的最小軸直徑
設(shè)Ⅰ軸的功率為p1，轉(zhuǎn)速為n1，轉(zhuǎn)矩為T1，設(shè)經(jīng)萬向節(jié)傳動(dòng)的傳動(dòng)效率為=0.9
則Ⅰ軸的功率為:
p1=P×n1
p2=3.91×0.9=3.5232（kw）
設(shè)Ⅰ軸的轉(zhuǎn)速為: 2600 r/min
則Ⅰ軸的轉(zhuǎn)矩為：
T1=9.55×10×p1÷n1
拖拉機(jī)的輸出功率為3.5232kw，功率較小。然而傳入軸的轉(zhuǎn)速為2600 r/min較低，所以關(guān)鍵軸受力較惡劣，應(yīng)考慮選取軸的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì)處理。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選取A0=112，于是：
==13.31mm ； 取d=17mm
很顯然選取的d=52mm為安裝小錐齒輪的外花鍵的小徑的大小。如圖所示的A段。
10 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核
10.1 齒輪箱Ⅱ軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
柴油機(jī)輸出軸的功率為P=3.91kw
設(shè)Ⅱ軸的功率為p2，轉(zhuǎn)速為，轉(zhuǎn)矩為T2，設(shè)經(jīng)鏈傳動(dòng)的傳動(dòng)效率為=0.9，輪箱輸入軸的傳動(dòng)效率為：
Ⅱ軸的功率為:
=×××
=3.91×0.9×0.97×0.97=3.11027（KW）
軸的轉(zhuǎn)速為:
=/i=540÷（35÷19）=293.14（r/min）
軸的轉(zhuǎn)矩為：
=9.55×0×÷
=9.55×10×3.11027÷293=1499317（N .mm）
10.2 求Ⅱ軸上齒輪所受的力
=4×35=140mm
通常情況下取0.25～0.35，在此選取=0.3
=（1-0.5×0.3）×140=116.7mm
=2×1499317÷116.72=25695N
=28.4956°
=8218
=4461N
=10800N
10.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
確定軸上零件的裝配方案，如圖4所表示：
軸上零件的裝配順序?yàn)?；首先從右邊安裝小直齒輪，接著在直齒輪的右邊放上隔離套，用來和要安裝的齒輪實(shí)行軸向定位。然后右邊設(shè)有襯套，用來安裝軸承，最后右邊裝上軸承蓋。其次，左邊只裝上軸承和軸承蓋就可以了。此種裝配方案的設(shè)計(jì)和選定，既滿足軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有符合軸上零件裝配方便的要求。
根據(jù)軸上零件的定位要求，確定軸各階梯段的長度和直徑。
（1）初選滾動(dòng)軸承
因?yàn)檩S承同時(shí)承受徑向力和軸向力作用，故選單列圓錐滾子軸承，參照工作要求，并根據(jù)d=65，有軸承產(chǎn)品目錄中初步選定0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度等級(jí)的單列圓錐滾子軸承30313，其中尺寸分別為d×D×T=65×140×36.
取安裝直齒輪的軸徑為65mm，直齒輪左段采用軸肩實(shí)行軸向定位，軸肩的高度h>0.07d,取h=5mm.右段采用套筒實(shí)行軸向定位。設(shè)直齒輪的輪轂寬為80，所以選取 安裝直齒輪的軸段長設(shè)計(jì)為76mm，短于輪轂3～4mm增強(qiáng)對(duì)直齒輪軸上定位的可靠性。
齒輪處的軸徑為d=60mm,因?yàn)閘=(1～1.2)d,得出錐齒輪的輪轂寬度為62mm。
直齒輪中心線到右箱體壁的距離為l=40+20+62+12=134mm,故軸肩的長度 為:134-40-12=82mm。
軸的結(jié)構(gòu)示意圖如下：
圖4 軸的示意圖
Fig 4 The Schematic drawing of Axis
軸上零件的周向定位直齒輪在軸上的周向定位上采用平鍵聯(lián)結(jié)。由手冊(cè)查得平鍵的截面尺寸為：b×h=20mm×12mm.(GB/T1995-1979)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為63mm，同時(shí)為了保證齒輪與軸的配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸的配合為，滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過度配合來保證的。此處選軸的直徑尺寸公差為m6。錐齒輪的周向定位是靠花鍵軸連接來保證的。
確定軸上圓角和到角的尺寸：
參考手冊(cè),取軸段角為2×45。
（2）求軸上的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從設(shè)計(jì)手冊(cè)中查取a值。
對(duì)于30313型圓錐滾子軸承，由設(shè)計(jì)手冊(cè)查得a=29mm，因此，可以作出作為簡(jiǎn)支梁的軸的支撐跨距。再根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖。
圖5 軸的彎矩圖和扭矩圖
Fig 5 The Bending-moment diagram and Torque chart of Axis
其中Fr=233.26N, Ft640.89N RH1=530.4 RH2=110.49 RV1 193.04 RV2=40.32
MH=13260Nmm,MV=4862Nmm 求得M=14110N Mca=17066Nm 26.3Mpa
求軸承處的支反力：
同理可以求出 ：
同理可以求出：
從軸的結(jié)構(gòu)以及彎矩圖和扭矩圖可以看出截面D是軸的危險(xiǎn)截面；
現(xiàn)將計(jì)算出的截面D處的、及M的值列于下表。
表3 軸受載荷表
Table 3 Axle loads
載 荷
水平面 H
垂直面 V
支反力 F
彎矩M
總彎矩
扭矩T
（3）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度
進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面D）的強(qiáng)度。根據(jù)式機(jī)械設(shè)計(jì)教材上15-5及上表中的數(shù)值，并取α=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力為：
=70.59Ma
前已選定軸的材料為38Cr,由機(jī)械設(shè)計(jì)教材上表15-1查得:[]=75Ma
因此=70.59 Ma〈[]=75 Ma，故安全。
10.4 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度
10.4.1 判斷危險(xiǎn)截面
從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響，截面A過盈，配合引起應(yīng)力集中嚴(yán)重故校核A截面左側(cè)抗彎截面系數(shù)：
抗扭截面系數(shù)：
截面彎矩為：
截面上的扭矩為：
=155MPa
截面上的彎曲應(yīng)力：
截面上的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力：
軸的材料為45#鋼調(diào)質(zhì)處理，由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表15-1查得：
=275MPa；
截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)查取得：
因?yàn)閞/d=2.0/62=0.0.05 D/d=62/60=1.176
徑插值后可查得： =2.09； =1.6
又由機(jī)械設(shè)計(jì)教材附圖3-1，可得軸的材料敏性系數(shù)為：
；
故有應(yīng)力集中系數(shù)按式得：
由附圖3-2得尺寸系數(shù)為：
由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為：
軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為：
軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即：
軸上外花鍵的有效應(yīng)力集中系數(shù)為：
；
按式機(jī)械設(shè)計(jì)教材3-12得綜合系數(shù)值為：
又由機(jī)械設(shè)計(jì)教材45#的特性系數(shù)為：
=0.2～0.3 取=0.25
=0.1～0.15取=0.1
于是計(jì)算安全系數(shù)值，按機(jī)械設(shè)計(jì)教材15-6～15-8得：
＞S=1.
故可知其安全。
11 第二級(jí)齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度校核計(jì)算
11.1 選擇類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)。
傳動(dòng)方案圖見圖3。
選用直齒圓柱齒輪傳動(dòng)。
耕機(jī)為工作功率較大的工作機(jī)器，但速度不高，故選用7級(jí)精度（GB10095-88）
（1）材料的選擇。
查齒輪的設(shè)計(jì)手冊(cè)，選擇小齒輪材料為40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為280HBS，大齒輪：
材料為45鋼硬度為240HBS，二者材料硬度相差為40HBS。
齒輪齒數(shù)為=25，大齒輪齒數(shù)為=u*i=25×2.82=40取=40
（2）接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)：
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即：
2.32
（3）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值：
計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩：
= 9.55×10×3.5*.92÷293=1499317（N.m）
由機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10-7選取齒寬系數(shù)為==0.8
機(jī)械設(shè)計(jì)教材表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)為=189.8MPa
由機(jī)械設(shè)計(jì)教材圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸強(qiáng)度極限為=920MPa；大齒輪的接觸強(qiáng)度極限為=800 MPa；
由式機(jī)械設(shè)計(jì)教材10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
假設(shè)旋耕機(jī)一天工作16小時(shí)，工作壽命為15年，則：
=60=60×293×1×（16×300×15）=
N=1.2×/1.45=5.67×
由教材圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)：
=1.01，=10.3
計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力：
取失效概率為1%，安全系數(shù)S=1，由教材公式（10-12）得：
==0.9×1280=828MPa
=0.95×1280=1318.4 MPa
11.2 計(jì)算小齒輪分度圓直徑、圓周速度、齒寬等
試算小齒輪分度圓直徑，代入中的較小的值：
2.32
=50.01mm
計(jì)算圓周速度：
==5.5m/s
計(jì)算齒寬b：
b=*=0.8×95.3368=76.269mm
計(jì)算齒寬和齒高之比b/h：
模數(shù)：=/=50.01/25=2mm
齒高：h=2.25m=2.25×3.97=8.938mm
b/ h=76.269/8.938=6.53
計(jì)算載荷系數(shù)：
根據(jù)=5.5m/s，7級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)=0.96；
直齒輪，假設(shè)/ b〈100。由表10-3查得==1.2；
由表10-2查得使用系數(shù)=1；
由表10-4查得7級(jí)精度，小齒輪相對(duì)支承對(duì)稱布置時(shí)，
=1.12+0.18×0.8+0.23×10b
=1.12+0.18×0.8+0.23×10×76.269=1.3
由b/ h==6.5，=1.3查圖10-13得=1.22
故載荷系數(shù)為：
==1×0.96×1.12×1.257=1.778
按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算的分度圓直徑，由公式10-10a得：
==50.12mm
計(jì)算模數(shù)：
= /=50.12/25=2mm
11.3 彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由式（10-5）得彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為：
確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值：
由圖10-20c查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：=920MPa；
大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限：
=920MPa；
由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)=0.89，=0.0895
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由公式（10-12）得：
===584.857MPa
===588.4 MPa
計(jì)算載荷系數(shù)：
==1.778
查取齒形系數(shù)：
由表10-5查得：=2.6，=2.4
查取應(yīng)力校正系數(shù)
由表10-5可查得：
=1.595， =1.67
計(jì)算大，小齒輪的并加以比較：
==0.0109
==0.014
故大齒輪的數(shù)值大。
設(shè)計(jì)計(jì)算：
=2mm
對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù)的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑（即模數(shù)與齒數(shù)的乘積）有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù)3.76并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值=4mm，按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑=5.012mm，算出小齒輪齒數(shù)為：
=/=50.12/2=23.8，取=25
==24×2.83=34.8 取=40
11.4 計(jì)算分度圓直徑、中心距、齒輪寬度
計(jì)算分度圓直徑：
==25×2=50mm ==40×2=80mm
計(jì)算中心距：
a =（+/2=（50+8）/2=65mm
計(jì)算齒輪寬度：
b =*=0.8×50=40.0mm 取b =40mm，=50mm
11.5 驗(yàn)算
= / =*=86.2〈100N/m
11.6 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繪制齒輪的零件圖（CAD圖）
12 刀輥軸的強(qiáng)度計(jì)算
12.1 旋耕機(jī)負(fù)荷最大的部件就是刀輥軸
刀輥軸可以用實(shí)心或空心材料制造。空心軸可以在小的重量下傳遞較的扭矩，較好的抵抗扭矩。管的尺寸應(yīng)根據(jù)最大傳遞扭矩計(jì)算，并以附加扭曲應(yīng)力驗(yàn)算。
求截面系數(shù)最小斷面的應(yīng)力。通常最小截面系數(shù)在軸端處鏜過管孔的地方最小。（下圖所示的c-c截面）
圖 6 軸端c-c截面
Fig 6 The section c-c of Axis
旋耕刀輥半軸
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力按下式計(jì)算：
式中 = = —— 當(dāng)扭曲時(shí)，最小的截面系數(shù)
：為管子的外徑
—— 管的壁厚（——管的內(nèi)徑）
軸端的花鍵選擇即應(yīng)根據(jù)最大比壓也根據(jù)平均比壓。當(dāng)材料硬度HRC＞35時(shí)，矩形端面花鍵上最大比壓不應(yīng)超過20MPa。
最大比壓按下式計(jì)算：
式中 ：為花鍵軸的外徑
：為花鍵孔的內(nèi)徑
：為花鍵的（平均）工作長度
：花鍵的數(shù)量
12.2 刀輥軸的設(shè)計(jì)計(jì)算說明
選擇40Cr材料，調(diào)質(zhì)處理，
假設(shè)設(shè)計(jì)刀輥軸的外徑=78mm。內(nèi)徑=72mm
圓錐滾子軸承的效率為=0.95，心軸上齒輪傳動(dòng)的效率為=0.98
由=3.5KW ；=125r/min 得：
= ××
= 3.5×0.95×0.98=2.257kw
=按最大比壓少于20MPa，即 ＜20MPa 來設(shè)計(jì)刀輥軸的直徑。
==19.86＜20MPa
扭曲應(yīng)力驗(yàn)算 ：
其中：=
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