手推離心式草坪播種機(jī)的設(shè)計(jì)

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The design of the key design machine speed conversion institutions, impeller, drive to wheel and other structure design choice, from the function of mechanism motion, according to the variation of legal-and analogy method of complete institutions members and design, compact structure, small volume, light weight, low noise, no pollution, use convenient and flexible characteristics, suitable for the average lawn of the seeds. By hand to provide power to push, without engine drive, energy conservation and environmental protection, the use of safe, reliable, easy to maintain. Keywords Grass seeds Seeder centrifugal Manual push c 手推離心式草坪播種機(jī)的設(shè)計(jì) 1 引言 草坪作為人類干預(yù)下的人工植被，是城市綠化的基礎(chǔ)和重要的組成部分，它對(duì)人類賴以生存的環(huán)境起著美化、保護(hù)和改善的良好作用。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來(lái)，隨著人們物質(zhì)、文化水平的不斷提高。人們對(duì)藍(lán)天、綠地、新鮮空氣的要求越來(lái)越高；對(duì)草坪的社會(huì)效益、生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的認(rèn)識(shí)越來(lái)越深刻。因此，近年我國(guó)的草坪業(yè)獲得了迅速的發(fā)展。但由于我國(guó)草坪科學(xué)和草坪業(yè)的發(fā)展還處于起步階段。 所以尚存在著科研落后、缺乏行業(yè)規(guī)范、生產(chǎn)設(shè)備不夠機(jī)械化等許多問題。 由上所述，可知草坪是人高度培育的特殊草地，隨著草坪面積的擴(kuò)大，品質(zhì)的提高。草坪業(yè)逐漸由單一的人工作業(yè)向半機(jī)械化、機(jī)械化、自動(dòng)化過渡。草坪作業(yè)的機(jī)械化已成為十分重要的課題。我國(guó)目前專用的草坪播種機(jī)機(jī)械還處于起步階段， 草坪草種子細(xì)小，用傳統(tǒng)的手撒的方法不僅不易將種子撒勻，且工作效率低，不能滿足草坪建設(shè)的要求。采用專用草坪播種機(jī)械進(jìn)行作業(yè)，價(jià)格又很高。對(duì)于播種面積不算太大，又不是專業(yè)經(jīng)營(yíng)草坪種植業(yè)的單位或個(gè)人, 就沒有必要專門買一臺(tái)草坪播種機(jī)。這樣就給草坪播種帶來(lái)很大的困難。為了解決這一問題，我選擇設(shè)計(jì)一種小型輕便靈活的草坪播種機(jī)械。 實(shí)現(xiàn)草坪播種作業(yè)機(jī)械化的好處：節(jié)約勞動(dòng)力，提高生產(chǎn)率和草坪質(zhì)量，節(jié)約原材料和降低成本，降低勞動(dòng)強(qiáng)度和改善環(huán)境衛(wèi)生，保證操作的安全，減少草籽的浪費(fèi)等。 針對(duì)我國(guó)非專業(yè)經(jīng)營(yíng)草坪種植業(yè)的單位或個(gè)人對(duì)草坪種植的需要，設(shè)計(jì)的草坪播種機(jī)應(yīng)該可以在小面積的土地上進(jìn)行播種作業(yè)，如在寬度只有1m~2m的土地上進(jìn)行播種作業(yè)。另外播種機(jī)還應(yīng)該有較好的地形適應(yīng)性和各種草種的播種能力，如在有一定坡度的土地上進(jìn)行播種作業(yè)，以滿足通用性的要求，從而提高播種機(jī)產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)里。隨著人們環(huán)保意識(shí)和實(shí)用意識(shí)的提高，所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品還應(yīng)該節(jié)能低碳和物美價(jià)廉，所以應(yīng)該盡量采用清潔動(dòng)力和較便宜的材料。 由上述可知，本次設(shè)計(jì)的主要精力主要集中在動(dòng)力選擇、行走方式的設(shè)計(jì)、播種方式選擇、動(dòng)力傳遞構(gòu)件的設(shè)計(jì)上。讓設(shè)計(jì)播種機(jī)產(chǎn)品具有節(jié)能低碳、使用方便、操作靈活、工作效率高、降低操作者勞動(dòng)強(qiáng)度、保證勞動(dòng)者安全、節(jié)省成本等優(yōu)點(diǎn)。 2 技術(shù)任務(wù)書(JR) 2.1 設(shè)計(jì)的依據(jù) 近幾年，我國(guó)許多地區(qū)和城市已經(jīng)意識(shí)到草坪綠地的數(shù)量和質(zhì)量，是衡量一個(gè)地區(qū)和城市現(xiàn)代化水平的標(biāo)準(zhǔn)之一。草坪植物成為了我國(guó)園林植物中應(yīng)用最廣泛的觀賞植物。隨著草坪面積的擴(kuò)大，品質(zhì)要求的提高，草坪業(yè)逐漸由單一的人工作業(yè)向機(jī)械化、自動(dòng)化過渡。我國(guó)目前專用草坪播種機(jī)已經(jīng)有所發(fā)展，但大多數(shù)產(chǎn)品多為比較專業(yè)化的設(shè)配，價(jià)格較高，對(duì)于播種總面積大但由分散的小面積草坪組成的非專業(yè)經(jīng)營(yíng)草坪種植業(yè)的單位或個(gè)人草坪不怎么適用。針對(duì)這一問題，決定設(shè)計(jì)一種手推離心式草坪播種機(jī)以滿足這類建坪的需要。 2.2 產(chǎn)品的用途及使用范圍 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的手推離心式草坪播種機(jī)相對(duì)于傳統(tǒng)的用手撒播的播種方式能將種子撒的更均勻，工作效率更高。它用于對(duì)草坪數(shù)量和質(zhì)量有一定要求單位進(jìn)行播種作業(yè)，特別適用于播種總面積大但由分散的小面積草坪組成的草坪的單位。 本設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的手推離心式草坪播種機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈活耐用，不受地形、環(huán)境和氣候的影響，不僅適用于大面積建坪，更適用于在復(fù)雜場(chǎng)地條件下建坪使用。 播種機(jī)的種子箱落種口采用可調(diào)式，通過調(diào)節(jié)攪種裝置與落種口之間的距離來(lái)控制播種量來(lái)適應(yīng)各種播種方式和草種的播種需要。能滿足如對(duì)多種草種，如苜蓿、狗牙根、三葉草、早熟禾、蘇丹草、牛尾草、貓尾草、黑麥草、高羊茅、紫羊茅等的播種需要。。 2.3 主要技術(shù)數(shù)指標(biāo)和重要技術(shù)參數(shù) 計(jì)劃設(shè)計(jì)播種機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù): （1）功率：348 W （2）輪子轉(zhuǎn)速：89 r/min （3）凈重量：≤40 kg （4）變速要求：?jiǎn)渭?jí) （5）葉輪半徑：0.05 m （6）播種幅寬：0.8 m （7）種子箱容量：0.01 2.4 主要工作原理 本次設(shè)計(jì)的手推離心式草坪播種機(jī)主要通過播種器葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力把草種子撒播出去來(lái)實(shí)現(xiàn)播種。本次設(shè)計(jì)選擇人力作為驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。播種機(jī)工作時(shí)由傳力構(gòu)件將人力傳遞給播種機(jī)地輪軸來(lái)驅(qū)動(dòng)地輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行行走。為了讓操作者在正常行走速度下操作，并因執(zhí)行播種動(dòng)作的播種器的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向與人行進(jìn)的方向垂直，所以地輪軸運(yùn)動(dòng)通過增速轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)傳遞到執(zhí)行構(gòu)件。種子靠重力和安裝在種子箱底部的攪種裝置順利通過種子箱底部的落種口下落到作為執(zhí)行構(gòu)件的播種器葉輪上，在播種器葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力的作用下撒播于地面。工作原理圖如圖2-1所示。 傳 力 構(gòu) 件 增速轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu) 執(zhí) 行 構(gòu) 件 圖2-1 手推離心式草坪播種機(jī)原理圖 2.5 已經(jīng)考慮過的若干方案的比較 常用的播種方式按播種方式有：撒播、條播、穴播、精播等。它們各有如下特點(diǎn)： （1）條播：將種子按要求的行距、播量和播深成條的播入土壤中，然后進(jìn)行覆土鎮(zhèn)壓的方式。種子排出的形式為均勻的種子流，主要應(yīng)用于谷物播種：小麥、谷子、高粱、油菜等。 （2）穴播：（點(diǎn)播）：按照要求的行距、穴距、穴粒數(shù)和播深，將種子定點(diǎn)投入種穴內(nèi)的方式。主要應(yīng)用于中耕作物播種：玉米、棉花、花生等。與條播相比，節(jié)省種子、減少出苗后的間苗管理環(huán)節(jié)，充分利用水肥條件，提高種子的出苗率和作業(yè)效率。 （3）精密播種：按精確的粒數(shù)、間距、行距、播深將種子播入土壤的方式。是穴播的高級(jí)形式。 （4）撒播：將種子按要求的播量撒布于地表的方式。一般作物播種很少使用這種方法，多用于大面積種草、植樹造林的飛機(jī)撒播。 經(jīng)對(duì)比考慮選擇適合草坪播種的撒播播種的方式?？紤]播種機(jī)的小巧靈活和操作方便性，我選擇設(shè)計(jì)手動(dòng)式播種機(jī)。 機(jī)械容易實(shí)現(xiàn)的是簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)動(dòng)和往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，因此手動(dòng)撒播的形式又有手搖動(dòng)和用手推動(dòng)兩種。如果用手搖動(dòng)手柄實(shí)現(xiàn)執(zhí)行構(gòu)件的往復(fù)移動(dòng)，由于播種機(jī)還要靠人力推著向前行進(jìn)，操作者要完成的動(dòng)作過多，操作不方便。要使操作者只通過簡(jiǎn)單的操作即可完成播種動(dòng)作，可以用手推播種機(jī)向前行駛，靠播種機(jī)輪子的轉(zhuǎn)動(dòng)將轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變成執(zhí)行機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力進(jìn)行撒播。顯然設(shè)計(jì)成手動(dòng)離心式草坪播種機(jī)是可行的。 2.6 關(guān)鍵問題及解決辦法 增速轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問題。 為了讓操作者在正常行走速度下操作播種，傳遞出去的力應(yīng)通過增速轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)傳遞。由于增速轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入構(gòu)件作定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣在播種機(jī)動(dòng)力輸入構(gòu)件和增速轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)輸入構(gòu)件之間，可以采用鏈傳動(dòng)，帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。為了使所設(shè)計(jì)的剪草機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，采用齒輪傳動(dòng)。齒輪傳動(dòng)有直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)，直齒錐齒輪傳動(dòng)和蝸輪蝸桿傳動(dòng)等。直齒圓柱齒輪傳動(dòng)和斜齒圓柱齒輪傳動(dòng)的軸線相互 圖2-2 變速機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 平行，不能起到兩軸垂直的作用，因此不能作為傳動(dòng)方案。直齒錐齒輪傳動(dòng)和的兩軸軸線是垂直的，可以滿足轉(zhuǎn)動(dòng)需求。但是蝸輪蝸桿傳動(dòng)的效率低，一般是蝸桿主動(dòng)，且軸線空間交錯(cuò)，應(yīng)用到播種機(jī)械中，會(huì)使支撐結(jié)構(gòu)復(fù)雜，影響整體結(jié)構(gòu)緊湊效果。因此，選擇直齒錐齒輪傳動(dòng)作為增速轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)組成方案簡(jiǎn)圖如圖2—2所示。 3 設(shè)計(jì)計(jì)算說(shuō)明書(SS) 3.1 傳動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 在確定行走速度v時(shí)，既要保證播種機(jī)在種子箱裝滿種子后，播種機(jī)能夠正常作業(yè)，又要保證機(jī)組有較高的作業(yè)生產(chǎn)率，以速度v =5 km/h來(lái)設(shè)計(jì)；考慮到我國(guó)一般草坪地塊面積小，幅寬窄的特點(diǎn)，撒種幅寬D設(shè)計(jì)為0.8 m，設(shè)計(jì)參數(shù)葉輪半徑r 為0.05 m ,考慮葉輪距離地面要有一定的高度選擇地輪半徑Rd 為0.15 m，葉輪距離地面的高度H 為0.45 m。 根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)基本原理，忽略種子與播種盤之間摩擦的情況下，傳動(dòng)比為： （3-1） 式中 Rd-------地輪半徑 D--------撒種幅寬 r---------撒種盤半徑 v--------行走速度 H--------撒種盤離地高度 g---------重力加速度 3.2 動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 草種子較輕，容易甩出，不需要過大的動(dòng)力，有經(jīng)驗(yàn)取人的推力為F為250N,所以兩個(gè)地輪上所受力的大小為：F1 = F2 = 125 N 地輪提供轉(zhuǎn)矩帶動(dòng)撒種盤進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動(dòng)，假定撒種盤所受的力全部來(lái)自地輪。則：P輪 = F v =250×1.39 = 348 W （3-2） 地輪轉(zhuǎn)速：n = 64r/min 初選8級(jí)精度直齒錐齒輪 主動(dòng)軸承（球軸承） 從動(dòng)軸承（球軸承） 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總效率： 0.950.990.99=0.922 主動(dòng)軸上的所傳遞的功率大小為： = 3480.99 =345 W 從動(dòng)上的所傳遞的功率大小為： =3450.950.99 = 321 W 主動(dòng)軸上的轉(zhuǎn)速大小為： 89 r/min 軸上的轉(zhuǎn)速大小為： =249.2 r/min 3.3 圓錐齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算 直齒錐齒輪加工多為刨齒，不宜采用硬齒面，計(jì)算步驟如下： 3.3.1 選擇材料，熱處理方式及精度等級(jí) （1）齒輪材料。熱處理方式由參考文獻(xiàn)[1]表6-7和表6-8并考慮HBS小=HBS大+（30～50）HBS的要求，小齒輪選用40Cr，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度241～286HBS，大齒輪選用42SiMn鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度217～255HBS。 （2）精度等級(jí)。估計(jì)圓周速度不大于3m/s，根據(jù)參考文獻(xiàn)[1]表6-5，初選8級(jí)精度。 3.3.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) （1）確定公式中的各參數(shù)值 1）選齒數(shù)。小齒輪齒數(shù)z1 = 20,z2 = uz1 = 56 2） 確定極限應(yīng)力，由參考文獻(xiàn)[1]圖6-32，按齒面硬度中間值260HBS，查得小齒輪。由參考文獻(xiàn)[1]圖6-32，按齒面硬度中間值230HBS查得大齒輪。 3） 確定壽命系數(shù)ZN。由題意可知：ZN1=ZN2=1。 4）許用應(yīng)力由參考文獻(xiàn)[1]表6-9查得，SHmin=1。由參考文獻(xiàn)[1]式（6-20）得 （3-3） （3-4） 5）載荷系數(shù)K?？紤]錐齒輪是懸臂布置，由參考文獻(xiàn)[1]表6-10取K=1.2。 6）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩T1 （3-5） 7）齒寬系數(shù)。取。 8）節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)。。 9）確定材料系數(shù)。由參考文獻(xiàn)[1]表6-11查得。 （2）計(jì)算和 1）小輪大端分度直徑 （3-6） 2）小齒輪齒寬中點(diǎn)的分度圓直徑 （3-7） 3）圓周速度： （3-8） 故8級(jí)精度合適。 3.3.3 計(jì)算齒輪的主要尺寸 （1）模數(shù) （3-9） 圓整取。 （2）實(shí)際大端分度圓直徑 （3-10） （3-11） （3）錐距 （3-12） （4）齒寬 （3-13） （5）分度圓錐角和 ， （3-14） （6)當(dāng)量齒數(shù) （3-15） 3.3.4 驗(yàn)算輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度 （1）確定極限應(yīng)力。由參考文獻(xiàn)[1]圖6-34，按齒面硬度中間值260HBS，查得小齒輪，由參考文獻(xiàn)[1]圖6-34，按齒面硬度中間值230HBS，查得大齒輪。 （2）確定壽命系數(shù)YN1和YN2,由題意可知：YN1 =YN2=1。 （3）確定最小安全系數(shù)。查參考文獻(xiàn)[1]表6-9得。 （4）確定許用應(yīng)力。 （3-16） （5）復(fù)合齒形系數(shù)和。查參考文獻(xiàn)[1]表6-12得 ， （3-17） （6）計(jì)算彎曲應(yīng)力： （3-18） （3-19） 所以齒輪彎曲強(qiáng)度足夠。 3.4 軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.4.1 主動(dòng)軸的設(shè)計(jì) （1）選擇主動(dòng)軸的材料及熱處理方法 該軸無(wú)特殊要求，選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理，有參考文獻(xiàn)[1]表9-1查的[]=60MPa （2）初步估算軸徑 按鈕轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算最小直徑 按參考文獻(xiàn)[1]公式（9-2），由參考文獻(xiàn)[1]表9-4查的C = 126～103，取C=115 （3-20） 此軸頭上有一鍵槽，將軸徑增大5%，即dmin=（18.071.05）mm=18.97mm；因該軸頭安裝地輪，根據(jù)參考文獻(xiàn)[2]1-12-21,所得地輪內(nèi)孔直徑，取d = 25 mm。 （3）主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）確定軸各段直徑。如圖3-1，根據(jù)軸各段確定原則，從最小直徑開始，軸段①、⑨為軸的最小直徑，已取定d1=d9=25mm，軸段②考慮地輪定位，取d2=30mm，軸段③安裝軸承，為便于裝拆應(yīng)取d3>d2，且與軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)系列相符，故d3=35mm（軸承型號(hào)為7207）；軸段④安裝齒輪，取d4=40mm，軸段⑤為軸環(huán)，考慮齒輪定位和固定，取d5=48mm，軸段⑥考慮軸承定位與固定，取d6=42mm，軸段⑦安裝軸承，取與軸段③同樣的直徑，取d7=35mm，軸段⑧取與軸段②同樣的直徑，取d8=30mm。 圖3-1 主動(dòng)軸結(jié)構(gòu) 2）確定軸的各段長(zhǎng)度。齒輪輪轂寬度為48mm，為保證齒輪固定可靠，軸段④的長(zhǎng)度應(yīng)小于齒輪輪轂寬度2mm，取L4=46mm；為保證齒輪端面與箱體內(nèi)壁不相碰撞及軸承拆卸方便，齒輪端面與箱體內(nèi)壁間應(yīng)有一定間隙，取兩者間距為23mm，為保證軸承含在箱體軸承孔中，取軸承端面距箱體內(nèi)壁距離為2mm,故軸段⑤、⑥長(zhǎng)度L5+L6=25mm，根據(jù)軸承寬度B=17mm，取軸段⑦長(zhǎng)度L7=17mm，根據(jù)小齒輪直徑，取軸段③長(zhǎng)度L3=（2+40+23+2+17）=84mm，為保證地輪不與軸承端蓋相碰，取L2=（22+50）=72mm=L8，根據(jù)地輪軸孔長(zhǎng)度60mm，取L1=L9=58mm。 （4）按彎扭組合強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核 1）齒輪上作用力的轉(zhuǎn)矩： （3-21） 齒輪端面的分度圓直徑： d = m z =56×2 = 112 mm （3-22） 圓周力： （3-23） 徑向力： （3-24） 軸向力： （3-25） 2）繪制軸的受力圖，如圖3-2，3-3。 圖3-2 水平面受力 3）求水平面內(nèi)的支反力及彎矩。 求支反力 求截面C處的彎矩 圖3-4 水平面上的彎矩 圖3-3 垂直面受力 4）求垂直面內(nèi)的支反力及彎矩 求支反力 求截面C左側(cè)的彎矩 求截面C右側(cè)的彎矩 圖3-5 垂直面上的彎矩 5）求合成彎矩 求截面C左側(cè)的彎矩 （3-26） 求截面C右側(cè)的彎矩 （3-27） 圖3-6合成彎矩 6）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 校核危險(xiǎn)截面C強(qiáng)度。由于軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，查參考文獻(xiàn)[3],取=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力 （3-28） 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，并查得[] = 60 MPa，因此<[],故軸安全。 3.4.2 從動(dòng)軸的設(shè)計(jì) （1）選擇主動(dòng)軸的材料及熱處理方法 該軸無(wú)特殊要求，選擇45鋼調(diào)質(zhì)處理，有參考文獻(xiàn)[1]表9-1查的[]=60MPa （2）初步估算軸徑 按鈕轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算最小直徑 按參考文獻(xiàn)[1]公式（9-2），由參考文獻(xiàn)[1]表9-4查的C = 126～103，取C=115。 ， 此軸頭上有一鍵槽，將軸徑增大5%，即dmin=（41.05）mm = 4.2 mm；因該軸頭安裝離合器，取d = 20 mm。 （3）主動(dòng)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1）確定軸各段直徑。如圖3-7，根據(jù)軸各段確定原則，從最小直徑開始，軸段①為軸的最小直徑，已取定d1=20mm，軸段②安裝軸承，取d2=25mm，（軸承型號(hào)為7205）軸段③安裝軸套固定和定位軸承，要與軸承內(nèi)徑標(biāo)準(zhǔn)系列相符，故d3=25mm；軸段④安裝軸承，取d4=25mm，軸段⑤為軸肩，考慮軸承定位和固定，取d5=32mm。 圖3-7 從動(dòng)軸結(jié)構(gòu)圖 2）確定軸的各段長(zhǎng)度?？紤]離合器安裝和離合器距離變速器端蓋的距離，軸段①取L1= 102 mm；軸段②安裝軸承，根據(jù)軸承的寬度B= 15 mm，取L2= 15 mm，軸段③考慮兩軸承之間的距離，取L3= 30 mm,軸段④安裝軸承，根據(jù)軸承的寬度B= 15 mm，取L4= 13 mm,軸段⑤，考慮齒輪端面與箱體的距離，取L5= 25 mm。 （4）按彎扭組合強(qiáng)度進(jìn)行強(qiáng)度校核 1)齒輪上作用力的轉(zhuǎn)矩： 齒輪端面的分度圓直徑： d = m z =20×2 = 40mm 圓周力： 徑向力： 軸向力： 2）繪制軸的受力圖，如圖3-8，3-9。 圖3-8 水平受力 圖3-9 垂直受力 3）求水平面內(nèi)的支反力及彎矩。 求支反力 求截面B處的彎矩 圖3-10 水平面上的彎矩 4）求垂直面內(nèi)的支反力及彎矩 圖3-11 垂直面上的彎矩 求支反力 求截面B左側(cè)的彎矩 求截面B右側(cè)的彎矩 5）求合成彎矩 求截面B左側(cè)的彎矩 求截面B右側(cè)的彎矩 圖3-12 合成彎矩 6）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 校核危險(xiǎn)截面C強(qiáng)度。由于軸的單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力，查參考文獻(xiàn)[3],取=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，并查得[] = 60 MPa，因此<[],故軸安全。 3.5 變速器主體尺寸的設(shè)計(jì) 表3-1 變速器主體尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 名稱 計(jì)算依據(jù) 計(jì)算過程 計(jì)算結(jié)果 箱座壁厚 8 箱蓋壁厚 8 箱座凸緣厚度 12 箱蓋凸緣厚度 12 箱座底凸緣厚度 20 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 8 箱蓋與箱座聯(lián)接螺栓直徑 8 聯(lián)接螺栓的間距 —— —— 100 軸承端蓋螺釘直徑 8 定位銷直徑 8 、至外箱壁距離 查[4 ]表11-2 14 12 、至凸緣邊緣距離 查[4]表11-2 12 10 軸承旁凸臺(tái)半徑 = —— 16 凸臺(tái)高度 —— —— 60 軸承座寬度 40 鑄造過渡尺寸 —— 11 大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離 ≥ —— 10 齒輪端面與內(nèi)箱壁距離 ≥10～15 —— 10 箱蓋、箱昨筋厚、 8 10 軸承端蓋外徑 120 114 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 —— 120 114 3.6 播種器葉輪的設(shè)計(jì) 選擇材料：因?yàn)椴葑奄|(zhì)量輕，材料無(wú)特殊要求，選用45剛，葉輪葉片厚度選為2mm，制造上多采用整體鑄造結(jié)構(gòu)和分體鉚接或焊接等工藝方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，這也是由其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)所決定的。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，葉輪的直徑為D=10CM,葉片數(shù)Z按經(jīng)驗(yàn)公式估算：。計(jì)算得葉片數(shù)量Z = 6。 葉片的傾角。 為了降低制造難度，選擇直板式葉片。 設(shè)計(jì)的葉輪結(jié)構(gòu)如圖3-13。 圖3-13 葉輪結(jié)構(gòu) 圖3-14 地輪結(jié)構(gòu) 3.7 地輪的設(shè)計(jì) 地輪是兩個(gè)直徑為30cm工業(yè)小車輪改制而成。在車輪的軸孔中銑一個(gè)8×7的鍵槽。在輪輻上制作6個(gè)直徑為40mm的孔。設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖3-14。 3.8 軸承的選擇和校核 3.8.1 主動(dòng)軸軸承的選擇 選擇Ⅱ軸軸承的一對(duì)7207AC軸承，校核軸承，軸承使用壽命為10年，每年按200天計(jì)算。 3.8.2 根據(jù)滾動(dòng)軸承型號(hào)，查出和。 3.8.3 校核Ⅱ軸軸承是否滿足工作要求 （1）畫軸承的受力簡(jiǎn)圖 圖5.1 軸承的受力圖 （2）求軸承徑向支反力、 1）垂直平面支反力、 2）水平面支反力、 3）合成支反力、 （3-29） （3）求兩端面軸承的派生軸向力、 （3-30） （4）確定軸承的軸向載荷、 由于 因此軸承1被放松： 軸承2被放松： （5）算軸承的當(dāng)量載荷、 查[3] 表13-5 ：可得：e=0.68 ① 查[3]表有： 取得： （3-31） ② 查[3]表有：，取，得： 因此軸承2危險(xiǎn)。 （6）校核所選軸承 由于兩支承用相同的軸承，故按當(dāng)量動(dòng)載荷較大的軸承2計(jì)算，滾子軸承的0.68，查[3]表13-6取沖擊載荷系數(shù) 1.2，查[3]表13-7取溫度系數(shù)1.0，計(jì)算軸承工作壽命： （3-32） 結(jié)論：選定的軸承合格，軸承型號(hào)最終確定為：7209AC 3. 9 鍵的強(qiáng)度校核 3.9.1 主動(dòng)軸上鍵的強(qiáng)度校核 大錐齒輪與軸之間鍵的強(qiáng)度校核 （1）選用圓頭普通平鍵（A型） 按軸徑d=40mm及輪廓長(zhǎng)L=48mm，查參考文獻(xiàn)[3]表6-1，選鍵12×8。 （2）強(qiáng)度校核 鍵材料用45鋼，查參考文獻(xiàn)[3]表6-2，得許用應(yīng)力[]=100～120MPa。 鍵的工作長(zhǎng)度=40mm，按參考文獻(xiàn)[3]公式（6-1）得擠壓應(yīng)力： （3-33） <[]，鍵選的合適。 地輪與軸之間鍵的強(qiáng)度校核 （1）選用圓頭普通平鍵（A型） 按軸徑d=25mm，查參考文獻(xiàn)[3]表6-1，選鍵8×7。 （2）強(qiáng)度校核 鍵材料用45鋼，查參考文獻(xiàn)[3]表6-2，得許用應(yīng)力[]=100～120MPa。 鍵的工作長(zhǎng)度=50mm，按參考文獻(xiàn)[3]公式（6-1）得擠壓應(yīng)力： <[]，鍵選的合適。 3.9.2 從動(dòng)軸鍵的強(qiáng)度校核 離合器與從動(dòng)軸之間鍵的強(qiáng)度校核 （1）選用圓頭普通平鍵（A型） 按軸徑d=20mm，查參考文獻(xiàn)[3]表6-1，選鍵6×6。 （2）強(qiáng)度校核 鍵材料用45鋼，查參考文獻(xiàn)[3]表6-2，得許用應(yīng)力[]=100～120MPa。 鍵的工作長(zhǎng)度=50mm，按參考文獻(xiàn)[3]公式（6-1）得擠壓應(yīng)力： <[]，鍵選的合適。 4 使用說(shuō)明書（SM） 4.1 使用前注意事項(xiàng) 播種機(jī)在路上行走時(shí)， 可將離合器拉起,，使被動(dòng)軸與主動(dòng)軸分開，只有兩個(gè)地輪著地，這樣便于遠(yuǎn)距離和播過種的區(qū)域的行走。如果需要播種，在被播地段上，將離合器拉下，兩軸自然結(jié)合，然后開始播種。如果播種籽量不適宜，可調(diào)節(jié)下種口大小，在小范圍內(nèi)調(diào)整播種量。播種后出苗特征為：苗幅寬為4cm 左右，兩苗幅間寬為5～6cm 左右，這樣出苗后2～4 個(gè)月便可長(zhǎng)滿苗幅間空處。 4.2 播種時(shí)應(yīng)注意的事項(xiàng) （1）草坪床應(yīng)疏松，表層不能有過大的石塊或大的硬土塊及其他草根類雜物。 （2）草坪床應(yīng)該盡量平整，坡度不能過大。 5 標(biāo)準(zhǔn)化審核報(bào)告（BS） 5.1 產(chǎn)品圖樣的審查 手推式草坪播種機(jī)的傳動(dòng)裝置和葉輪風(fēng)扇的設(shè)計(jì)已經(jīng)基本完成，現(xiàn)以具備全套圖紙和一線基本數(shù)據(jù)，根據(jù)有關(guān)規(guī)定，對(duì)其進(jìn)行標(biāo)注化審查，結(jié)果如下： （1） 產(chǎn)品的圖樣完整、統(tǒng)一、表達(dá)準(zhǔn)確清楚、圖樣清楚。符合GB4440-84、GB-83《機(jī)械制圖》的規(guī)定。 （2） 產(chǎn)品圖樣公差與配合的選擇與標(biāo)準(zhǔn)符合GB/T1800、3-1998的規(guī)定。 （3） 產(chǎn)品圖樣的編號(hào)符合JB/T5054.5-2000《中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)的完整性。 （4） 圖紙的標(biāo)題欄與明細(xì)欄符合GB/T10609. 1-1989GB/T10690. 2-1989的規(guī)定。 （5） 產(chǎn)品圖樣粗糙度的標(biāo)注符合GB131-83《表面特征代號(hào)及注法》的規(guī)定。 （6） 產(chǎn)品圖樣焊縫的代號(hào)符合GB324-80《焊縫代號(hào)》的規(guī)定。 5.2 產(chǎn)品技術(shù)文件的審查 （1） 產(chǎn)品的技術(shù)文件名稱、術(shù)語(yǔ)符合ZB/TJ01和0351-90《產(chǎn)品圖樣及設(shè)計(jì)文件術(shù)語(yǔ)》及有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。 （2） 量和單位符合GB3100—GB3102-93的規(guī)定。 （3）技術(shù)文件所用的編碼符合JB/T8823-1998《機(jī)械工業(yè)企業(yè)計(jì)算機(jī)輔助管理信息分類編碼導(dǎo)則》的規(guī)定。 （4）技術(shù)文件的完整性符合JB/T5054.5-2000《產(chǎn)品圖樣及技術(shù)文件完整性》的規(guī)定及農(nóng)機(jī)部門的有關(guān)具體要求。 5.3 標(biāo)注件的使用情況 本設(shè)計(jì)所用的緊固件均采用標(biāo)準(zhǔn)的螺栓，材料及材料代號(hào)也符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定。 5.4 審查結(jié)論 經(jīng)過對(duì)播種機(jī)裝置和傳動(dòng)設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化審查，認(rèn)為該設(shè)計(jì)基本貫徹了國(guó)家最新頒發(fā)的各種標(biāo)準(zhǔn)，圖紙和設(shè)計(jì)文件完整齊全，符合標(biāo)準(zhǔn)化得要求。 結(jié) 論 機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新點(diǎn) （1）從機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的功能出發(fā)，按變異—組合法和類比法完成機(jī)構(gòu)的構(gòu)件和設(shè)計(jì)。 （2）在作品樣機(jī)加工前，使用三維造型軟件進(jìn)行三維造型、虛擬裝配和運(yùn)動(dòng)仿真，從理論上驗(yàn)證設(shè)計(jì)的可行性，然后進(jìn)行樣機(jī)制作； （3）無(wú)引擎驅(qū)動(dòng)，節(jié)省能源，無(wú)污染（噪音、廢氣），采用綠色環(huán)保設(shè)計(jì)； （4）外觀造型新穎，推桿可折疊伸縮，適合家庭用戶使用； （5）采用齒輪機(jī)構(gòu)（實(shí)現(xiàn)增速），提高整機(jī)的工作效率，解決了手動(dòng)播種機(jī)工作效率不高的問題； （6）產(chǎn)品成本（制造和使用成本）低，符合廣大用戶購(gòu)買能力的要求。 機(jī)構(gòu)的功能及特點(diǎn) （1）該機(jī)采用地輪—齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，質(zhì)量輕，噪音小、無(wú)污染，使用方便、靈活，適合一般草坪的播種； （2）無(wú)需引擎驅(qū)動(dòng)，使用安全、可靠，便于維護(hù)； （3）播種幅寬為0.8m，質(zhì)量40kg（材料由45鋼制作）； （4）采用耐用的鑄鋁底盤和結(jié)構(gòu)件，具有永不生繡、永不卷曲變形的特點(diǎn)； （5）地輪半徑為0.15m，且一個(gè)輪子裝上壽命長(zhǎng)的球軸承，使播種機(jī)轉(zhuǎn)彎時(shí)易于推動(dòng)； （6）金屬手柄易于折疊，以減少包裝尺寸，手柄長(zhǎng)度可伸縮，對(duì)于不同身高的操作者同樣適用； （7）撒種部分獨(dú)特的設(shè)計(jì)可防止種子堵塞出口通道； （8）外觀造型美觀，更適合家庭用戶的審美要求； （9）播種的效果較理想，且成本低，是一般草坪播種的首選產(chǎn)品。 參考文獻(xiàn) [1] 吳偉，任紅英.機(jī)械設(shè)計(jì)教程 [M].北京：北京理工大學(xué)出版社，2007.8. 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