一種插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱設(shè)計【含圖紙】

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題 學(xué)  目 院  本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 一種插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 機(jī)械與自動控制學(xué)院 專業(yè)班級  09 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 4 姓  名  王鵬  學(xué)  號 I09690128 指導(dǎo)教師 系 主 任  李革 教授 學(xué)院院長 二 O 年 月  日 浙  江  理  工  大  學(xué) 機(jī)械與自動控制學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計誠信聲明 我謹(jǐn)在此保證：本人所做的畢業(yè)設(shè)計，凡引用他人的研究成果均 已在參考文獻(xiàn)或注釋中列出。設(shè)計說明書與圖紙均由本人獨(dú)立完成， 沒有抄襲、剽竊他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的研究成果行為。如出現(xiàn)以上 違反知識產(chǎn)權(quán)的情況，本人愿意承擔(dān)相應(yīng)的責(zé)任。 聲明人（簽名）： 年 月  日 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）  摘要 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 水稻是我國最主要的糧食作物 ，因其種植面積大 、單位面積產(chǎn)量與總產(chǎn)量高 ， 在糧食生產(chǎn)中地位舉足輕重 。水稻種植的機(jī)械化是水稻生產(chǎn)的必然趨勢 ，大力發(fā) 展水稻生產(chǎn)機(jī)械化 ，可以有效爭搶農(nóng)時 、抵御自然災(zāi)害的影響 、確保和擴(kuò)大種植 面積、提高水稻產(chǎn)量、節(jié)約生產(chǎn)成本。 為了達(dá)到滿意的插秧質(zhì)量，在插秧前必須對插秧機(jī)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整到位 ，以 保證大田有基本的苗數(shù) 。而大田的基本苗數(shù)是由秧苗栽插時的行距 、株距和每穴 株數(shù)決定的。插秧機(jī)的行距為 30cm 固定不變，可調(diào)的只有株距和每穴株數(shù) 。所 以，通過調(diào)整株距調(diào)整大田基本苗數(shù)來合理實(shí)現(xiàn)水稻栽植密度 ，從而獲得最高的 產(chǎn)量，對于水稻種植具有重要的意義。通過設(shè)計合理而高效的株距調(diào)整變速器 ， 對于適應(yīng)多品種水稻種植，不同栽植密度要求，充分利用機(jī)械具有重要意義。 本設(shè)計針對水稻插植過程中經(jīng)常采用的七個株距進(jìn)行了插秧機(jī)株距調(diào)整變 速箱的設(shè)計，主要進(jìn)行了以下內(nèi)容： （1）調(diào)查分析了國內(nèi)外水稻插秧機(jī)產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀以及發(fā)展趨勢，闡 述了株距調(diào)整變速箱在插秧機(jī)工作中起到的重要作用，明確了課題研究的意義 。 （2）根據(jù)插秧機(jī)要實(shí)現(xiàn)七個株距的設(shè)計要求，設(shè)計了株距調(diào)整變速箱的傳 動方案，并擬定了其傳動路線。 （3）根據(jù)株距調(diào)整變速箱要具體實(shí)現(xiàn)的七個株距距離，并結(jié)合插秧機(jī)工作 時的行走速度 ，計算出該變速箱的傳動比 。并擬定了合理的變速箱傳動零件參數(shù) ， 計算出了各個齒輪齒數(shù)。 （4）根據(jù)設(shè)計完成的傳動零件尺寸，并結(jié)合變速箱傳動過程中傳遞功率及 傳動比，計算出傳動零件的受力，進(jìn)行了傳統(tǒng)力學(xué)分析。 （5）簡單介紹了變速箱操縱機(jī)構(gòu)的設(shè)計原則。 關(guān)鍵詞：株距調(diào)整變速箱；傳動方案；傳動比；力學(xué)分析 i 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）  Abstract 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 Rice is China's most important food crops, because of its large acreage, high yields per unit area and total production, it plays a decisive role in food production .The mechanization of rice cultivation is the inevitable trend of rice production. The strong development of the mechanization of rice production can effectively compete for the farming season, resist the effects of natural disasters, ensure and expand the planting area, increase rice production and reduce production costs. In order to achieve satisfactory quality planting, we must make an appropriate adjustment to rice transplanter to ensure that the basic number of seedlings in rice fields before planting. The field planting density depends on the seedlings line spacing, planting distance and number of seedlings per hole. The transplanter line spacing is fixed at 30cm . Only the planting distance and number of seedlings per hole is adjustable. Therefore, by adjusting the planting distance to adjust the basic number of seedlings to achieve reasonable rice planting density, it is of great significance to obtain the highest yield for rice cultivation. Designing reasonable and efficient planting distance adjustment transmission is of great significance to adapt to the many varieties of rice cultivation, planting density requirements and make full use of the machinery. According to the seven planting distance that is often used in the planting, this design is designed for planting distance adjustment transmission. The main contents are as follows: (1) Investigating and analyzing the domestic and international rice transplanter industry, product development status and trends, elaborating planting distance adjustment transmission played an important role in the transplanter work, clearing the significance of the research. (2) According to seven planting distance that is achieved, designing the planting distance adjustment transmission scheme, and developing a transmission line. (3) According to seven planting distance that planting distance adjustment transmission will achieve and binding the traveling speed when the transplanter works, calculating the transmission ratio of the gearbox. At the same time, developing a reasonable gearbox transmission parts parameters and calculating the number of teeth of each gear. ii 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 (4) According to the transmission parts size that have been designed, combined with the transmission power and transmission ratio in gearbox transmission, calculating the force of the transmission parts, conducting a traditional mechanical analysis. (5) A brief introduction to the design principles of the transmission control mechanism. Keyword: planting distance adjustment transmission; transmission scheme; transmission ratio; traditional mechanical analysis. iii 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）  目 錄 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 摘 要........................................................................................................................i 目 錄.....................................................................................................................iv 第一章 緒論..............................................................................................................1 1.1 前言..............................................................................................................1 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 .................................................................................1 1.2.1 國外水稻插秧機(jī)產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 ....................................1 1.2.2 國內(nèi)水稻插秧機(jī)產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 ....................................2 1.3 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱研究意義 ...................................................................4 1.4 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題 ...........................................................4 1.4.1 基本內(nèi)容...........................................................................................4 1.4.2 擬解決的主要問題............................................................................4 第二章 株距調(diào)整變速箱傳動方案確定 ................................................................6 2.1 變速器的設(shè)計要求及選擇 ..............................................................................6 2.1.1 變速器的設(shè)計要求............................................................................6 2.1.2 變速器的選擇....................................................................................6 2.2 傳動方案的確定............................................................................................7 2.3 傳動路線描述................................................................................................8 第三章 株距調(diào)整變速箱傳動機(jī)構(gòu)的計算 ............................................................9 3.1 株距調(diào)整變速箱傳動比的確定 ......................................................................9 3.1.1 已知條件............................................................................................9 3.1.2 設(shè)計計算............................................................................................9 3.2 中心距的確定..............................................................................................10 3.3 傳動零件的設(shè)計..........................................................................................11 3.3.1 齒輪模數(shù)的選擇...............................................................................11 3.3.2 齒輪材料的選取..............................................................................11 3.3.3 齒輪壓力角的選取...........................................................................12 3.3.4 齒輪齒寬的選取..............................................................................12 3.4 齒輪齒數(shù)的確定..........................................................................................13 iv 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 3.4.1 各傳動線路傳動比的確定...............................................................13 3.4.2 齒輪齒數(shù)的確定..............................................................................14 3.5 齒輪變位系數(shù)的選擇...................................................................................16 第四章 株距調(diào)整變速箱的傳統(tǒng)力學(xué)分析 ..........................................................18 4.1 齒輪的力學(xué)分析..........................................................................................18 4.1.1 齒輪的損壞原因及形式 ...................................................................18 4.1.2 齒輪的強(qiáng)度計算與校核 ...................................................................19 4.2 軸承的選擇.................................................................................................22 4.2.1 軸承類型的選擇..............................................................................22 4.2.2 深溝球軸承型號的選擇 ...................................................................24 4.3 軸的力學(xué)分析..............................................................................................25 4.3.1 軸的受力分析..................................................................................25 4.3.2 軸的強(qiáng)度校核..................................................................................26 4.3.3 軸的剛度校核...................................................................................28 第五章 變速器的操縱機(jī)構(gòu) ...................................................................................32 第六章 總結(jié)與展望................................................................................................33 6.1 總結(jié)............................................................................................................33 6.2 展望............................................................................................................33 參考文獻(xiàn)................................................................................................................35 致 謝.......................................................................................................................36 v 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第一章 緒論 1.1 前言 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 水稻是我國最主要的糧食作物 ，因其種植面積大 、單位面積產(chǎn)量與總產(chǎn)量高 ， 在糧食生產(chǎn)中地位舉足輕重 。而水稻種植的機(jī)械化是水稻生產(chǎn)的必然趨勢 ，近年 來我國水稻種植的機(jī)械化水平逐年增高 ，尤其是自上個世紀(jì)九十年代以來 ，我國 水稻生產(chǎn)機(jī)械化水平明顯提高 [1]。目前，我國水稻種植機(jī)械化程度還相當(dāng)?shù)?，特 別是插秧環(huán)節(jié)， 2006 年機(jī)械化種植水平只有 9%[2]。 農(nóng)業(yè)裝備的發(fā)展直接關(guān)系到我國農(nóng)機(jī)化發(fā)展水平 ，農(nóng)機(jī)化發(fā)展水平是我國現(xiàn) 代農(nóng)業(yè)的重要標(biāo)志 ，而水稻作為我國三大主要糧食作物之一 ，水稻生產(chǎn)機(jī)械化是 提高農(nóng)機(jī)化水平的重要內(nèi)容。大力發(fā)展水稻生產(chǎn)機(jī)械化，可以有效爭搶農(nóng)時 、抵 御自然災(zāi)害的影響 、確保和擴(kuò)大種植面積 、提高水稻產(chǎn)量 、節(jié)約生產(chǎn)成本 。推進(jìn) 水稻主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)機(jī)械化，增強(qiáng)水稻生產(chǎn)的科技應(yīng)用、節(jié)本增效和救災(zāi)減災(zāi)能力 ， 是加強(qiáng)水稻生產(chǎn)能力建設(shè)，恢復(fù)和發(fā)展糧食生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和技術(shù)手段 [3]。 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 水稻機(jī)械化插秧技術(shù)是繼品種和栽培技術(shù)更新之后進(jìn)一步提高水稻勞動生 產(chǎn)率的又一次技術(shù)革命 。目前，世界上水稻機(jī)插秧技術(shù)已成熟 ，日本、韓國等國 家以及我國臺灣地區(qū)的水稻生產(chǎn)全面實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化插秧。 國內(nèi)外較為成熟并普遍使用的插秧機(jī) ，其工作原理大體相同 。發(fā)動機(jī)分別將 動力傳遞給插秧機(jī)構(gòu)和送秧機(jī)構(gòu) ，在兩大機(jī)構(gòu)的相互配合下 ，插秧機(jī)構(gòu)的秧針插 入秧塊抓取秧苗 ，并將其取出下移 ，當(dāng)移到設(shè)定的插秧深度時 ，由插秧機(jī)構(gòu)中的 插植叉將秧苗從秧針上壓下，完成一個插秧過程。同時，通過浮板和液壓系統(tǒng) ， 控制行走輪與機(jī)體相對位置和浮板與秧針相對位置，使得插秧深度基本一致 [4]。 1.2.1 國外水稻插秧機(jī)產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 水稻插秧種植方式主要集中在亞洲 ，目前國外生產(chǎn)插秧機(jī)的國家也全部在亞 洲，主要是日本和韓國 。日本是世界上水稻插秧機(jī)械化水平最高的國家 ，也是插 秧機(jī)械研究和制造水平最高的國家，插秧機(jī)技術(shù)和產(chǎn)品均處于領(lǐng)先地位。 1 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 日本生產(chǎn)插秧機(jī)的企業(yè)主要有久保田 、井關(guān)、洋馬、三菱和日立等 。久保田 是日本最大的農(nóng)業(yè)機(jī)械制造商。與井關(guān)和洋馬并稱為日本 3 大農(nóng)機(jī)制造企業(yè) 。韓 國生產(chǎn)插秧機(jī)的企業(yè)主要有大同、東洋、國際、 LG 和亞細(xì)亞等。 由于日本和韓國都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)水稻插秧機(jī)械化 ，其國內(nèi)插秧機(jī)市場飽和 。產(chǎn)品 生產(chǎn)主要用于更新?lián)Q代和出口 。因此日本和韓國的插秧機(jī)企業(yè)都在積極拓展國外 市場，增加出口或直接海外投資。 日本插秧機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)形成標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和多樣化的格局。乘坐式有  3 至 10 行，步行式有 1、2、4、6 行，每種產(chǎn)品各具特色 ,適應(yīng)于不同的環(huán)境條件和生 產(chǎn)規(guī)模，滿足不同用戶的需要 。日本種植單季水稻 ，普遍采用中、小苗旱育稀植 技術(shù)。插秧機(jī)行距為 300 和 330mm[5]。韓國生產(chǎn)的插秧機(jī)也有步進(jìn)式和乘坐式兩 類，但型號比較單一，沒有形成系列。日本插秧機(jī)主要有下述五方面的特點(diǎn)。 (1)結(jié)構(gòu)型式有乘坐式和步進(jìn)式 2 大類。 (2)乘坐式插秧機(jī)有高速型和普通型 2 個品種。 (3)高速插秧機(jī)又細(xì)分為側(cè)重點(diǎn)不同的多個機(jī)型。 (4)耕整地與插秧聯(lián)合作業(yè)。 (5)多用途插秧機(jī)。 根據(jù)國外插秧機(jī)技術(shù)發(fā)展情況，插秧機(jī)的基本結(jié)構(gòu)形式不會有大的變化 ，將 來主要向著降低生產(chǎn)成本、提高作業(yè)效率的方向發(fā)展 [6]。 (1)高速插秧機(jī)將是主導(dǎo)發(fā)展產(chǎn)品。從機(jī)型結(jié)構(gòu)來看，高速插秧機(jī)具有高效 率、高性能等優(yōu)勢 ，是未來的主要發(fā)展方向與主導(dǎo)發(fā)展產(chǎn)品 ；步進(jìn)式插秧機(jī)由于 作業(yè)效率低、使用勞動強(qiáng)度大。市場占有率將逐步下降。 (2)少免耕作業(yè)和復(fù)合作業(yè)。插秧機(jī)從單一插秧作業(yè)向插秧的同時施肥、鋪 膜和少耕或免耕插秧等復(fù)式作業(yè)方向發(fā)展。 (3)發(fā)展多功能插秧機(jī)底盤 。插秧機(jī)底盤將向水田多功能通用底盤方向發(fā)展 ， 以提高機(jī)器利用率，降低生產(chǎn)成本。 1.2.2 國內(nèi)水稻插秧機(jī)產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 隨著國內(nèi)插秧機(jī)市場需求的啟動 ，未來發(fā)展前景廣闊 。我國很多企業(yè)都介入 插秧機(jī)的開發(fā)和生產(chǎn) ，國外的插秧機(jī)企業(yè)也改變過去單一的產(chǎn)品出口方式 ，紛紛 在我國建立獨(dú)資或合資企業(yè)進(jìn)行插秧機(jī)生產(chǎn) ，國內(nèi)插秧機(jī)市場已經(jīng)形成國際化的 2 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 競爭局面。 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 國內(nèi)生產(chǎn)插秧機(jī)的企業(yè)主要有延吉插秧機(jī)制造有限公司 、現(xiàn)代農(nóng)裝湖州聯(lián)合 收割機(jī)有限公司和南通富來威農(nóng)業(yè)裝備有限公司等 。在我國投資生產(chǎn)插秧機(jī)的外 資企業(yè)有韓國東洋、日本久保田、洋馬和井關(guān)等公司。國外資本和技術(shù)的引進(jìn) ， 加速了我國插秧機(jī)市場發(fā)展，產(chǎn)銷量增長很快。 20 世紀(jì) 50 年代我國就曾研制出為插大苗的插秧機(jī) ，由于大苗育秧生產(chǎn)機(jī)械 化沒有解決，因此也影響了插秧機(jī)的發(fā)展； 70 年代初步完成了轉(zhuǎn)臂滑道滾動插 秧機(jī)型的系列設(shè)計； 80 年代生產(chǎn)了曲柄搖桿插秧機(jī)； 90 年代在引進(jìn)、改造日、 韓、臺灣等技術(shù)的基礎(chǔ)上 ，轉(zhuǎn)向生產(chǎn)插帶土秧苗的高速插秧機(jī) ，水稻生產(chǎn)過程中 的耕整地、育秧、栽植與收獲機(jī)械化有了較大的進(jìn)展，送秧和運(yùn)秧機(jī) (手扶式、 自走式、人力 )基本成熟，在分插機(jī)構(gòu)的設(shè)計上有所突破，高速插秧機(jī)性能得到 提高[7]。 近年來, 在國內(nèi)插秧機(jī)市場需求下 ，引進(jìn)和自主開發(fā)的產(chǎn)品發(fā)展很快 ，已初 步克服了品種單一的缺陷。國內(nèi)插秧機(jī)行距為 240 和 300mm。主要有步行式、 乘坐式和獨(dú)輪乘坐式 3 種類型。步行式插秧機(jī)和高速插秧機(jī)主要是合資企業(yè)的產(chǎn) 品,國內(nèi)生產(chǎn)的主要是獨(dú)輪乘坐式插秧機(jī) , 自主開發(fā)的步行式插秧機(jī)和高速插秧 機(jī)也進(jìn)入了批量生產(chǎn)階段 。目前插秧機(jī)市場的競爭主要來自國外產(chǎn)品 ，韓國的技 術(shù)來自日本其產(chǎn)品價格比較低 ，而且進(jìn)入我國市場的方式更為靈活 ，因此對我國 市場的沖擊很大 [8]。 從國內(nèi)目前水稻生產(chǎn)機(jī)械化的發(fā)展情況看 ，水稻機(jī)插秧仍然是水稻生產(chǎn)全程 機(jī)械化的最薄弱環(huán)節(jié) ，插秧機(jī)還處于發(fā)展初期 ，未來幾年市場需求量將會保持快 速上升態(tài)勢。插秧機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)水平將進(jìn)一步提高 。發(fā)展將會出現(xiàn)下述幾個 方面的特點(diǎn)。 （1）手扶步進(jìn)式插秧機(jī)將是持續(xù)發(fā)展的機(jī)型。 （2）插秧機(jī)產(chǎn)品向系列化和多樣化發(fā)展。 （3）水稻種植機(jī)械向高速、精準(zhǔn)、創(chuàng)新的方向發(fā)展。 （4）向降低成本，提高可靠性的方向發(fā)展。 3 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1.3 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱研究意義 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 雖然機(jī)插水稻實(shí)現(xiàn)了定行 、定深、定穴和定苗栽插 ，滿足高產(chǎn)群體質(zhì)量栽培 中寬行淺栽稀植的要求 。但只有使插秧機(jī)獲得符合標(biāo)準(zhǔn)要求的插秧質(zhì)量 ，才能確 保水稻的增產(chǎn)增收 。為了達(dá)到滿意的插秧質(zhì)量 ，在插秧前必須對插秧機(jī)進(jìn)行適當(dāng) 的調(diào)整到位，并保證大田有基本的苗數(shù)。 因水稻品種不同 ，對大田基本苗數(shù)的要求也是不同的 ，基本苗數(shù)過大過小對 水稻的生長都不利 ，也必然影響到水稻的產(chǎn)量 。而大田的基本苗數(shù)是由秧苗栽插 時的行距、株距和每穴株數(shù)決定的 。插秧機(jī)的行距為 30cm 固定不變，可調(diào)的只 有株距和每穴株數(shù) [9]。所以，通過調(diào)整株距調(diào)整大田基本苗數(shù)來合理實(shí)現(xiàn)水稻栽 植密度，從而獲得最高的產(chǎn)量 ，對于水稻種植具有重要的意義 。通過設(shè)計合理而 高效的株距調(diào)整變速器 ，對于適應(yīng)多品種水稻種植 ，不同栽植密度要求 ，充分利 用機(jī)械具有重要意義。 1.4 研究的基本內(nèi)容與擬解決的主要問題 1.4.1 基本內(nèi)容 本次畢業(yè)設(shè)計中主要完成的內(nèi)容包括： （1）水稻機(jī)械化插秧的意義及發(fā)展 （2）插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱方案設(shè)計 研究插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱的技術(shù)方案 ，按照課題內(nèi)容 ，完成總體方案設(shè)計 ， 實(shí)現(xiàn) 7 個株距 25，21，18，17，14，12，11（cm）調(diào)整。 （3）插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 要求結(jié)構(gòu)設(shè)計合理、簡單，裝置重量輕。 （4）完成二維、三維圖紙 完成三維、二維裝配圖和零件圖。 1.4.2 擬解決的主要問題 在整個株距調(diào)整變速器設(shè)計中，首先要考慮的問題是實(shí)現(xiàn)  其 25,21,18,17,14,12,11 （cm）七個株距的調(diào)整 。要達(dá)到此目標(biāo)要求 ，必須根據(jù)插秧 4 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 機(jī)工作行走速度進(jìn)行插植臂插植速度的設(shè)計（株距調(diào)整變速器轉(zhuǎn)速設(shè)計 ）。在確 定株距調(diào)整變速箱的轉(zhuǎn)速后 ，要合理確定齒輪組的變速組數(shù) ，傳動比以及齒輪參 數(shù)。 在此基礎(chǔ)上要保證變速器結(jié)構(gòu)合理 、簡單輕便，以減輕整機(jī)的重量 ，便于插 秧機(jī)在水田中的作業(yè) 。所以在滿足七個株距調(diào)整的前提下 ，應(yīng)盡可能使得變速箱 整體結(jié)構(gòu)小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。 5 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第二章 株距調(diào)整變速箱傳動方案確定 2.1 變速器的設(shè)計要求及選擇 2.1.1 變速器的設(shè)計要求 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 該株距調(diào)整變速器的主要功用是實(shí)現(xiàn)插秧機(jī)工作時株距的調(diào)整要求 ，即在改 變發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的主要前提下 ，傳遞一定的扭矩 ，使插秧機(jī)插植臂具有適合的牽引 力和速度。 對變速器的主要要求是： 應(yīng)保證插秧機(jī)具有高的動力性和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo) 。在插秧機(jī)整體設(shè)計時 ，根據(jù)插 秧機(jī)載重量、發(fā)動機(jī)參數(shù)及使用要求 ，選擇合理的變速器檔數(shù)及傳動比 ，來滿足 這一要求。 工作可靠，操縱輕便。插秧機(jī)在行駛過程中，變速器內(nèi)不應(yīng)有自動跳檔 、亂 檔、換檔沖擊等現(xiàn)象的發(fā)生 。為減輕駕駛員的疲勞強(qiáng)度 ，提高行駛安全性 ，操縱 輕便的要求日益顯得重要。 重量輕、體積小。影響這一指標(biāo)的主要參數(shù)是變速器的中心距 。選用優(yōu)質(zhì)鋼 材，采用合理的熱處理 ，設(shè)計合適的齒形 ，提高齒輪精度以及選用圓錐滾柱軸承 可以減小中心距。 傳動效率高。為減小齒輪的嚙合損失 ，應(yīng)有直接檔。提高零件的制造精度和 安裝質(zhì)量，采用適當(dāng)?shù)臐櫥投伎梢蕴岣邆鲃有省? 噪聲小。選擇合理的變位系數(shù) ，提高制造精度和安裝剛性可減小齒輪的噪聲 。 2.1.2 變速器的選擇 有級變速器與無級變速器相比 ，其結(jié)構(gòu)簡單、制造低廉，具有高的傳動效率 （η=0.96-0.98 ），因此在各類機(jī)械設(shè)備上均得到廣泛的應(yīng)用。本文亦根據(jù)設(shè)計 要求選擇有級變速器進(jìn)行設(shè)計。 目前，各種機(jī)械設(shè)備上采用的變速器結(jié)構(gòu)形式是多種多樣的 ，這是由于各國 機(jī)械設(shè)備的使用 、制造及修理等條件不同 ，也是由各種類型設(shè)備的使用條件不同 所決定的。變速器按前進(jìn)檔不同 ，有三、四、五和多檔變速器 。根據(jù)軸的形式不 6 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 同，又分為：固定軸式、旋轉(zhuǎn)軸式和綜合式三類 。究竟采用何種方式 ，除了機(jī)械 設(shè)備總布置要求外，主要考慮一下三方面： （1）變速器的徑向尺寸（兩軸式尺寸大，三軸式尺寸小 ）； （2）變速器的使用壽命（兩軸式齒輪壽命短，三軸式壽命長 ）； （3）變速器的效率。 其中固定軸式變速器應(yīng)用廣泛，又可分為兩軸式變速器、中間軸式變速器 、 雙中間軸式變速器及多中間軸式變速器 。固定軸式變速器應(yīng)用廣泛 ，旋轉(zhuǎn)軸式主 要用于液力機(jī)械式變速器。兩軸式變速器有結(jié)構(gòu)簡單、輪廓尺寸小、布置方便 、 中間擋位傳動效率高和噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，適用于插秧機(jī)對變速箱的要求 [10]。 2.2 傳動方案的確定 高速插秧機(jī)的變速箱是底盤中最關(guān)鍵 、也是制造難度最大的裝置 ，要求重量 輕、強(qiáng)度高、適應(yīng)機(jī)器在泥濘的稻田中行走 。該株距調(diào)整變速箱設(shè)計是在高速插 秧機(jī)總體傳動方案確定的基礎(chǔ)上展開的 ，本章主要對高速插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 傳動方案進(jìn)行設(shè)計。 為滿足七個株距調(diào)整，設(shè)計株距調(diào)整變速箱傳動簡圖（如圖 2-1）。 圖 2-1 株距調(diào)整變速箱傳動簡圖 在該株距調(diào)整變速箱傳動方案中 ，除齒輪組  Z13  —  Z14  為滑移齒輪組外 ，其它 齒輪皆為空套齒輪 ，它們可通過離合器相互間進(jìn)行運(yùn)動傳遞或帶動軸運(yùn)動 。該株 距調(diào)整變速箱可實(shí)現(xiàn)八條傳動路徑，其傳動路線講解如下。 7 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2.3 傳動路線描述 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 在圖 2-1 傳動方案中，其可實(shí)現(xiàn)的八條傳動路線如下： ? ?Z （1）軸 1（輸入） → Z13→? ?23→ 軸 2（換擋離合器左移 ） → 軸 3（輸出） ? ?Z24 （2）軸 1（輸入） → Z14→ Z24→ 軸 2（換擋離合器左移） → 軸 3（輸出） （3）軸 1（輸入） → Z15（ Z14， Z15嚙合） → Z25→ 軸 2（換擋離合器左移 ） → 軸 3（輸出） ? （4）軸 1（輸入） → Z13→? ??Z23 → Z22→ Z12→ Z11→ Z21→軸 2（換擋離 ? ?Z24 合器右移） → 軸 3（輸出） （5）軸 1（輸入） → Z14→ Z24→ Z22→ Z12→ Z11→ Z21→ 軸 2（換擋離合 器右移） → 軸 3（輸出） （6）軸 1 → Z15（  Z14 ，  Z15 嚙合） → Z25→ Z22→ Z12→ Z11→ Z21→ 軸 2（換 擋離合器右移） → 軸 3（輸出）  8 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 第三章 株距調(diào)整變速箱傳動機(jī)構(gòu)的計算 3.1 株距調(diào)整變速箱傳動比的確定 3.1.1 已知條件 （1）發(fā)動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為r n0= 3600 ； （ 2 ）發(fā)動機(jī)輸出軸到株距調(diào)整變速箱輸入軸之間的總傳動比為 ； i0= 4.152778 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 （3）株距調(diào)整變速箱輸出軸與插植臂輸入軸之間的傳動比為  in= 2 ； （4）插秧機(jī)工作時的行走速度為ms v0= 1.9587 （5）有兩個插植臂同時參與工作； 3.1.2 設(shè)計計算 插秧機(jī)株距計算公式為 [11] =tv × ，滑動率為 ε = 0.9 ； 式中，l——插秧機(jī)株距； l n （3-1） v——插秧機(jī)實(shí)際前進(jìn)速度； t——插秧機(jī)行駛時間； n——插植傳動軸轉(zhuǎn)動次數(shù)（單臂 ）； 在插秧機(jī)工作過程中 ，由于有兩個插植臂同時參與工作 ，且從株距調(diào)整變速 箱輸出軸到插植臂輸入軸之間的傳動比為  in= 2，所以可以將株距調(diào)整變速箱輸 出軸的轉(zhuǎn)速視為一個插植臂工作時的轉(zhuǎn)速。 由公式（3-1）可推得 v l = nr 式中，nr ——株距調(diào)整變速器輸出軸轉(zhuǎn)速 則由公式（3-2）得 9  （3-2） 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文）  n =  v 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 （3-3） r l 又已知插秧機(jī)工作時的理想行走速度為 則由 ms v0= 1.9587 ，滑動率為 ε = 0.9 ， 得 v=1.76283 。  v v =0ε 由已知所需設(shè)計的七個株距 25,21,18,17,14,12,11 （cm）及公示（ 3-3）可求 得株距調(diào)整變速器輸出軸轉(zhuǎn)速 (如表 3-1）。 表 3-13- 株距調(diào)整變速器輸出軸轉(zhuǎn)速 l(cm) 17 21 18 25 11 14 12 nr(r/min) 622.175 503.666 587.61 423.079 961.544 755.499 881.415 已知發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速為  r  n0= 3600  ，發(fā)動機(jī)輸入軸到株距調(diào)整變速箱輸入 軸之間的總傳動比為 in= 2 ，則株距調(diào)整變速箱輸入軸的轉(zhuǎn)速為 0i0nn÷1= r 得 n1= 866.89 則由 。  n n ÷i =1r 可得七個株距對應(yīng)的傳動比（如表 3-2）。 表 3-23- 株距調(diào)整變速器傳動比 l(cm) 17 21 18 25  11  14  12 i 1.393 1.721 1.475 2.049 0.902 1.147 0.984 3.2 中心距的確定 中心距是變速器的一個基本參數(shù)，對變速器的外形尺寸、體積和質(zhì)量大小 、 輪齒的接觸強(qiáng)度有影響。中心距越小，輪齒的接觸應(yīng)力越大，齒輪壽命越短 。因 此，最小允許中心距應(yīng)當(dāng)由保證輪齒有必要的接觸強(qiáng)度來確定 。中心距的選擇也 不應(yīng)該過大，否則會使得變速器外形尺寸過大 ，體積和質(zhì)量增大 ，影響整機(jī)重量 ， 不利于插秧機(jī)田間工作 [12]。 初選中心距 A 時，可根據(jù)已有插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱的中心距初選 51mm。 10  為 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 3.3 傳動零件的設(shè)計 3.3.1 齒輪模數(shù)的選擇 齒輪模數(shù)選擇的一般原則： 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 （1）為了減少噪聲應(yīng)合理減小模數(shù)，同時增加齒寬； （2）為使質(zhì)量小些，應(yīng)該增加模數(shù)，同時減少齒寬； （3）從工藝方面考慮，各擋齒輪應(yīng)該選用一種模數(shù)； （4）從強(qiáng)度方面考慮，各擋齒輪應(yīng)有不同的模數(shù)。 對于插秧機(jī)而言 ，工作環(huán)境較差 ，對噪聲的要求較小 ，且插秧機(jī)由于在水田 中工作，對整機(jī)的質(zhì)量要求較高 ，應(yīng)盡量減小機(jī)器重量 ，同時為保證齒輪的強(qiáng)度 ， 所以齒輪的模數(shù)應(yīng)選的大一些。 類比以往插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱齒輪模數(shù)的選取 ，對常嚙合齒輪模數(shù)選取較 小值，對滑移齒輪模數(shù)去較大值，則各齒輪進(jìn)行模數(shù)選取如表 3-3。 表 3-33- 株距調(diào)整變速箱齒輪模數(shù)的選取 齒輪 模數(shù) 齒輪 模數(shù) Z11 2.5 Z21 2.5 Z12 2.5 Z22 2.5 Z13 3 Z23 3 Z14 3 Z24 3 Z15 3 Z25 3 同步器和嚙合套的接合大都采用漸開線齒形 。由于制造工藝上的原因 ，同一 變速器中的結(jié)合套模數(shù)都取相同，本設(shè)計中漸開線模數(shù)取為 0.75。 3.3.2 齒輪材料的選取 齒輪是機(jī)械中一個是最重要的零件之一 。其種類很多，形狀各異，大的直徑 幾十米，小的只有幾毫米 ；從傳遞的功率來看 ，大的可傳遞上百千瓦 ，小的也只 有幾毫瓦。因此齒輪要滿足不同情況的需要 ，其材料的選擇是很關(guān)鍵的 。齒輪材 料的選擇主要根據(jù)以下幾個方面 : （1）根據(jù)齒輪的失效形式來選擇 由齒輪的失效分析可知，對齒輪材料的基本要求為： 1）齒面要有足夠的硬度，以抵抗齒面磨損、點(diǎn)蝕、膠合以及塑性變形等； 2）齒芯應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和韌性，以抵抗齒根折斷和沖擊載荷； 3）應(yīng)有良好的加工工藝性及熱處理性能，使之便于加工且便于提高力學(xué)性 11 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 能。 （2）根據(jù)齒輪的承載能力來選擇 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 承載能力取決于載荷的大小 ，載荷的大小直接影響齒輪的使用壽命 ，載荷越 大，要求齒輪的強(qiáng)度就越高 ，對所選材料要求就高 ，載荷越小，對材料要求就越 低。 （3）根據(jù)齒輪的工作條件來選擇 對于一般比較簡單的小模數(shù)滲碳齒輪 ，芯部只要保證有足夠的韌性 ，采用低 碳鋼就可以了，但對受力較大的變速箱齒輪，芯部除了要求有足夠的韌性外 ，還 要求有足夠的強(qiáng)度 ，若采用低碳素鋼 ，淬透性必低，就達(dá)不到要求 ，幾種滲碳鋼 熱處理后滲碳性能的比較可知， 20CrMnTi。  20Cr 、 20CrMn 等低合金等滲碳性能不  如 根據(jù)以上齒輪材料的選擇原則以及該株距調(diào)整變速箱的實(shí)際工作情況 和 20CrMnTi 鋼具有較高的力學(xué)性能，熱處理工藝性較好，有較好的淬透性，可制 造截面在 30mm 以下，承受高等中速載荷以及沖擊、摩擦的重要零件。因此 ，本 設(shè)計采用 20CrMnTi 材料作為齒輪材料。 3.3.3 齒輪壓力角的選取 由《機(jī)械原理》可知，增大壓力角 α ，齒輪的齒厚及節(jié)點(diǎn)處的齒廓曲率半徑 亦皆隨之增加 ，有利于提高齒輪傳動的彎曲強(qiáng)度及接觸強(qiáng)度 。我國對一般用途的 齒輪傳動規(guī)定的壓力角為 α = 20? 。 為增強(qiáng)航空用齒輪傳動的彎曲強(qiáng)度及接觸強(qiáng) 度，我國航空齒輪傳動標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了 α = 25? 的標(biāo)準(zhǔn)壓力角。 但增大壓力角并不一定都對傳動有利。對重合度接近 2 的高速齒輪傳動 ，推 薦采用齒頂高系數(shù)為 1 ～ 1.2，壓力角為 16? ～ 18? 的齒輪，這樣做既可增加齒輪的 柔性，又能降低噪聲和動載荷。壓力角較小時，重合度大，傳動平穩(wěn)，噪聲低 。 根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計中變速器齒輪壓力角 α取α=20°\u65292X嚙合套壓力角 α 取α=30°\u12290X 3.3.4 齒輪齒寬的選取 齒寬的選取應(yīng)滿足既能減輕變速器的質(zhì)量 ，同時又能保證齒輪工作平穩(wěn)的要 12 浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 插秧機(jī)株距調(diào)整變速箱 求。齒輪寬度 b 的大小直接影響著齒輪的承載能力 ，b 加大，齒的承載能力增高 。 但試驗(yàn)表明，在齒寬增大到一定數(shù)值后 ，由于載荷分配不均勻 ，反而使齒輪的承 載能力降低。所以，在保證齒輪的強(qiáng)度條件下 ，盡量選取較小的齒寬 ，以有利于 減輕變速器的重量和縮短其軸向尺寸。 3.4 齒輪齒數(shù)的確定 在初選了中心距 、齒輪的模數(shù)后 ，可根據(jù)預(yù)先確定的變速器檔數(shù) 、傳動比和 結(jié)構(gòu)方案來分配各檔齒輪的齒數(shù)。下面結(jié)合本設(shè)計來說明分配各檔齒數(shù)的方法 。 3.4.1 各傳動線路傳動比的確定 現(xiàn)假設(shè)各傳動路線檔位設(shè)置如下： I 檔：軸 1 → Z15（Z14、Z15 嚙合） → Z25 → 軸 2（換擋離合器左移） → 軸 3 （輸出）； 軸 1 → Z15（Z14、Z15 嚙合） → Z25 → Z22 → Z12 → Z11 → Z21 → 軸 2（換擋 離合器右移） →軸 3（輸出）； II 檔：軸 1 →Z13 → Z24 → 軸 2（換擋離合器左移） → 軸 3（輸出）； 軸 1 → Z13→ Z24→ Z22→Z12→ Z11→ Z21→軸 2（換擋離合器右移 ） → 軸 3（輸出）； III 檔：軸 1 →Z14 →Z24 → 軸 2（換擋離合器左移） → 軸 3（輸出）； 軸 1 → Z14 → Z24 → Z22 →Z12 → Z11 → Z21 →軸 2（換擋離合器右移 ） → 軸 3（輸出）； IV 檔：軸 1 → Z13 → Z2