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畢業(yè)設計(論文)
4LBZ-100型水稻收割機傳動系統(tǒng)設計
所在學院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學 號
指導老師
2014 年 月 日
摘 要
隨著水稻收割機技術的飛速發(fā)展，水稻收割機的農(nóng)業(yè)領域正在不斷的擴大，對應用需求提出了新的要求，為提高水稻收割機應用的水平，我們研制了一套水稻收割機系統(tǒng)。
本文闡述了水稻收割機的發(fā)展歷程，國內(nèi)外的應用現(xiàn)狀，及其巨大的優(yōu)越性，提出具體的水稻收割機設計要求，進行了本演示系統(tǒng)的總體方案設計和各自由度具體結構設計、計算。
關鍵字：水稻收割機、結構設計、機械結構
37
Abstract
With the rapid development of technology of rice harvester, rice harvester of agricultural field is constantly expanding, puts forward new requirements on the application requirements, in order to improve the application level of rice harvester, we developed a set of rice harvester system.
This paper discusses the development history of rice harvester, application status at home and abroad, and its great superiority, put rice harvester specific design requirements, the design, overall design of the demonstration system and the degree of freedom concrete structure calculation; the final design of the telescopic mechanism and the fuselage design.
Key Words: rice harvester, structural design, mechanical structure
目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 5
1.1 4LBZ-100型收割機傳動系統(tǒng)的組成 5
1.2 水稻收割機市場現(xiàn)狀 5
1.3 水稻收割機技術現(xiàn)狀 5
1.4 水稻收割機的發(fā)展趨勢 7
1.5 水稻收割機的發(fā)展趨勢 8
第2章 水稻收割機總體方案設計 11
2.1總體設計的思路 11
2.2 設計方案過程及特點 11
2.3 總體結構的設計和比較 11
第3章 傳動系統(tǒng)的設計和計算 13
3.1 傳動系統(tǒng)的設計和計算 13
3.1.1 傳動系統(tǒng)的驅動電機功率的預算 13
3.1.2 傳動系統(tǒng)結構設計 14
3.2大小錐齒輪的設計和校核 21
3.3 軸Ⅰ的設計和校核 25
3.4 鍵的校核 34
總 結 35
參考文獻 36
致 謝 37
第1章 緒論
1.1 4LBZ-100型收割機傳動系統(tǒng)的組成
4LBZ-100型半喂入式聯(lián)合收割機是一款小型半喂入式收割機，具有小巧輕便，適應能力強的特點，特別適用于西南丘陵地區(qū)小塊不規(guī)則農(nóng)田的作業(yè)要求。它的傳動系統(tǒng)一般由離合器、變速箱、驅動橋、主減速器、差速器等組成。
1.2 水稻收割機市場現(xiàn)狀
自2004年國家施行農(nóng)機購置補貼以來，直至2009年收割機市場一直呈現(xiàn)出持續(xù)火熱之勢，收割機產(chǎn)銷量急劇上升，保有量也迅速增大，國內(nèi)收割機生產(chǎn)企業(yè)增多，收割機技術趨于成熟，產(chǎn)量劇增，價格大幅下降以及國內(nèi)市場水稻收割機的巨大剛性需求是這幾年收割機市場一路走高的主要原因，而進入2010年，收割機市場開始步入理性增長階段，國內(nèi)市場溫和增長，沒有大起大落情況出現(xiàn)歐美與日韓等國的機器仍占據(jù)著大量市場份額，國內(nèi)企業(yè)很難與之抗衡我國水稻收割機的發(fā)展很不平衡，吉林遼寧等東北產(chǎn)區(qū)以及江浙滬等發(fā)達地區(qū)機械化程度較高，水稻機收率可以達到60%～80%，而其他水稻主產(chǎn)區(qū)( 如四川和重慶等地) 水稻機收率偏低，2009年僅能達到30%左右由于當?shù)亟?jīng)濟條件和地理環(huán)境的限制，水稻收割機的推廣普及仍存在很大的困難而在安徽湖南等地，雖然在生產(chǎn)廠家和農(nóng)機部門的共同努力下收到了一定的效果，但水稻機收率仍然不盡如人意 這些地方市場潛力較大，但對水稻收割機的技術要求更加嚴苛。
1.3 水稻收割機技術現(xiàn)狀
目前，我國水稻收割機主要有以下幾種類型:
1) 按喂入方式，可分為全喂入式聯(lián)合收割機和半喂入式聯(lián)合收割機 全喂入式聯(lián)合收割機結構簡單，成本低廉，適合地形較好的平原地區(qū)大面積作業(yè); 半喂入式聯(lián)合收割機生產(chǎn)效率高，收獲損失小，適用范圍更加廣泛。
2) 按配置結構，可分為自走式和背負式兩種 背負式收割機主要與手扶拖拉機以及8．83～47．8kW的四輪拖拉機配套使用，以拖拉機作為動力，降低了購機成本 而自走式收割機工作穩(wěn)定，效率高，已經(jīng)逐漸取代了背負式收割機，成為水稻收割機的主要發(fā)展趨勢。
3) 按行走方式，可分為輪式和履帶式兩種 輪式傳動系統(tǒng)結構簡單，成本較低，在長江以北土質較好的平原地帶以及田地分散的丘陵山區(qū)地帶使用較為普遍; 履帶式傳動系統(tǒng)附著力強，適宜在泥地和水田中作業(yè)。
4) 按脫粒方式，可分為梳脫收獲和喂入式收獲兩種 喂入式收獲即先將植株割下后整體經(jīng)過脫粒裝置進行脫粒; 而梳脫收獲又稱為割前脫粒，即先進行脫粒操作，再將植株割下 梳脫收獲可以大大減少進入脫離裝置中的物料的草谷比例( 僅為0．18～0．48) ， 從而減少功率消耗，提高工作效率。另外，梳脫收獲具有濕脫性能好損失小和清潔度高等優(yōu)點，盡管目前梳脫機型在可靠性和配套性方面都存在著某些不足，尚處于樣機推廣階段，但它是未來水稻聯(lián)合收割機的一個重要發(fā)展方向由于作業(yè)環(huán)境的不同，國外聯(lián)合收割機發(fā)展方向也不盡相同，歐美的聯(lián)合收割機大部分是全喂入自走式機型，并且機型較大，檔次較高，能同時收獲小麥水稻玉米和大豆等農(nóng)作物，功率較大，一般為147kW以上，工作效率很高; 而日韓的聯(lián)合收割機多為半喂入自走式機型，可以兼收稻麥，適合水田作業(yè)，其功率和價格等都與國產(chǎn)半喂入機型較為接近，但可靠性較國產(chǎn)機型更高，更加小巧專業(yè)，在國內(nèi)市場上占有較大份額。目前，我國水稻聯(lián)合收割機主要有全喂入自走式和半喂入自走式兩種機型 全喂入式機型起步較早，技術較為成熟，盡管存在無法解決水稻倒伏時無法作業(yè)和秸稈利用等問題，但仍是國內(nèi)市場上的主流機型，半喂入式水稻聯(lián)合收割機是日本最先研制出來的，在我國的生產(chǎn)研發(fā)雖然起步于20世紀70年代，但由于其機型結構復雜，技術含量高，制造難度大，成本較高，企業(yè)很難在短期內(nèi)收回投資，所以至今仍沒有形成大批量生產(chǎn)的能力，由于缺乏核心技術，一些主要零部件( 如發(fā)動機和核心工作部件等) 仍需要從日韓等企業(yè)進口，導致國內(nèi)生產(chǎn)的半喂入式聯(lián)合收割機的價格一直居高不下，一臺半喂入式機型的售價在14萬～16萬元左右，一般經(jīng)濟條件的用戶根本無力購買，而且與同等價位的日韓進口機型相比，性能和價位都不具有競爭優(yōu)勢 相對而言，國產(chǎn)大型全喂入式機型每臺3萬～5萬元的售價更容易被用戶接受。所以，盡管某些專家曾預測全喂入式機型將被半喂入式機型所取代，但無論從企業(yè)還是消費者方面都更加傾向于發(fā)展成熟的全喂入式機型 而這也正反映了國內(nèi)水稻收割機技術的發(fā)展現(xiàn)狀，即全喂入式水稻收割機產(chǎn)品基本定型，但仍難以解決水稻倒伏和秸稈回收利用問題，目前的發(fā)展方向為大功率高效率以及提高可靠性和適應性; 而半喂入式水稻收割機尚缺乏核心技術支持，缺乏自主品牌，成本居高不下，盡管很適合我國西南地區(qū)水稻主產(chǎn)區(qū)收獲作業(yè)，但發(fā)展受限，技術難題亟待解決。
1.4 水稻收割機的發(fā)展趨勢
國內(nèi)水稻收割機技術與國際先進水平仍存在著巨大的差距，存在諸多問題，而解決這些問題的根本途徑就是加大研發(fā)力度，從技術層面上打破國外企業(yè)的壟斷，盡快生產(chǎn)出適合我國水稻產(chǎn)區(qū)使用的機型。首先，對于半喂入式聯(lián)合收割機，割前脫粒技術成為發(fā)展趨勢，采用梳脫收獲工藝，梳脫莖稈切割整齊鋪放聯(lián)合作業(yè)的工藝流程，可以很好地解決半喂入機型的技術難題，而全喂入式機型在進一步加大功率，提高適應性的同時對主工作部件結構的進一步改進( 如采用軸流滾筒等)，使收割機結構簡化，工作更加可靠 其次，為了提高收割機的通過性，應著重對半鏈軌和橡膠履帶式行走結構進行進一步優(yōu)化，降低整機質量，從而減輕水稻收獲時對土壤的壓實作用，這對于促進免耕和少耕技術的發(fā)展具有重要意義。全喂入適應性廣，半喂入發(fā)展受限。結合我國水稻機收發(fā)展嚴重不平衡的事實，針對西南地區(qū)分散的丘陵與山區(qū)等作業(yè)環(huán)境，開發(fā)出靈活機動小功率低功耗和可靠性高的小型水稻聯(lián)合收割機，將成為我國水稻收割機發(fā)展的主要方向，借鑒日韓先進技術和發(fā)展經(jīng)驗可以看出，采用自走式半喂入式的小型水稻聯(lián)合收割機非常適合這些地方水稻收獲作業(yè)，而對其發(fā)動機機械結構和主要工作部件等核心技術的研發(fā)，將成為我國農(nóng)業(yè)部門與相關企業(yè)的重要任務通過采用模塊化設計方法，借助于CAD，Pro/E和ANSYS等計算機軟件，對收割機各部件進行建模分析與振動測試等，進一步優(yōu)化收割機結構，提高收割機可靠性，也將成為水稻收割機設計制造的重要環(huán)節(jié)隨著公頃產(chǎn)量1050kg以上的超級雜交水稻的問世，如何解決現(xiàn)有收割機脫粒裝置處理容量與高產(chǎn)大流量不匹配稈青葉茂作物在大流量條件下分離困難等問題，設計生產(chǎn)出適合其特性的機型，也是當前我國收割機發(fā)展的重要方向之一?？傊?，對于當前國內(nèi)主流機型，在保證良好性能的前提下，保證高效率大功率和大喂入量，從而進一步提高作業(yè)效率; 采用新材料和先進設計制造工藝，降低收獲損失率，提高清潔度; 以人為本，運用機電一體化技術，提高整機舒適性安全性和操作方便性等除了對現(xiàn)有機型的進一步改良和優(yōu)化之外，借鑒國外經(jīng)驗，針對我國地形復雜，水稻種植農(nóng)藝作物品種土壤情況和水文條件差異較大等現(xiàn)狀，功能更加齊全滿足一機多用要求的新機型也必將成為我國水稻聯(lián)合收割機發(fā)展的主要方向。
1.5 水稻收割機的發(fā)展趨勢
傳動系統(tǒng)作為聯(lián)合收割機的一個重要輔助系統(tǒng)，直接影響著聯(lián)合收割機各個工作部件的工作狀況，聯(lián)合收割機在使用中出現(xiàn)的工作速度慢、易堵塞、損失大、清潔率低等問題，與傳動系統(tǒng)設計不合理有很大的關系。( 1 )傳動路線設計不合理。原設計中的傳動路線是這樣的：由發(fā)動機到中間軸，再到軸流滾筒；軸流滾筒后分為3路，一路為物料攪龍、離心風機、橫流風機、前后圓筒篩等，另一路為接力輸送器、割臺等，最后一路為排草輪?？梢钥闯?，在原設計中，各工作部件的動力都是通過軸流滾筒傳遞的。軸流滾筒不但承擔著脫粒的負荷，還要負責為清選裝置等其他工作裝置傳遞動力，工作負荷較重。當喂入量過大或作物喂入不均勻時，軸流滾筒本身因負荷變化而引起的轉速不穩(wěn)定，會直接影響到其他工作裝置的正常工作；反過來，軸流滾筒的轉速又受到其他工作裝置負荷變化的影響，從而進一步影響脫粒滾筒所帶動的其他工作裝置的速度。這種相互之間的影響使脫粒滾筒和工作裝置的堵塞時有發(fā)生，各工作部件無法正常工作，從而影響整機的工作質量和工作效率。( 2 )各工作部件物料處理能力不匹配。如果某一工作部件對上一部件輸送過來 的物料不能快速高效地處理完畢，并順利輸送到下一部件，就會造成喂入量稍一過大，很快就堆積堵塞，影響整車前進速度。這種情況一方面與各工作部件的結構設計有關，另一方面與工作轉速有關。這一缺陷突出表現(xiàn)在物料攪龍、籽粒攪龍輸送物料的能力不足上，當遇到干焦作物、潮濕作物或喂入量過大時，便無法及時處理脫粒裝置輸送過來的物料，造成凹板下面及清選裝置堵塞。
水稻是我國第一大糧食作物，常年種植面積約3000萬公頃。1995年以來，我國水稻收割機逐步得到發(fā)展。2000年水稻機收率提高到15.4%，2005年達到33.2%，2007年增長到46%，2011年達到69%。
雖然與小麥近90%的機收率相比仍然偏低，但考慮到雙季稻產(chǎn)區(qū)復雜的地理條件和落后的基礎設施現(xiàn)狀，當前的機收率實質上與小麥機已經(jīng)不相上下了。
從2004年開始，國家實行對農(nóng)機購置補貼，拉動了水稻收割機的快速發(fā)展。隨著機收率的提高，水稻收割機的社會保有量也迅速上 升，2011年保有量已超過38萬臺，其中半喂入機型約7萬臺。機收率提高后，水稻收割機的市場需求將從增量變成存量，今后更新?lián)Q代將成為主流需求特征。
需求高潮消退企業(yè)理性申報
從稀缺變?yōu)楦挥啵S多地方不再對水稻收割機實施重點推廣和補貼傾斜。而市場冷暖的變化，最先感覺到的一定是企業(yè)。
2009～2011年水稻收割機市場連續(xù)3年的需求持續(xù)低迷，已經(jīng)讓一些企業(yè)主動退出了市場，一些本打算進入的企業(yè)也望而卻步。從近幾 年補貼目錄的變化上可以看出，大中型拖拉機、玉米收獲機和深松機等熱門產(chǎn)品數(shù)量大幅增長的情況下，水稻收割機卻基本上是原地踏步。截至2011年共有74 家企業(yè)申報水稻收割機產(chǎn)品，而《目錄》是76家，只增加了2家。2009～2011年已經(jīng)有15家企業(yè)退出或經(jīng)營方向轉移從而消失在補貼目錄之中了。全喂 入機型從2009年的32個生產(chǎn)企業(yè)增加到47個，3年間有15個企業(yè)進入該行業(yè)，而半喂入機型2012年只有29個企業(yè)申報，3年間只增加了4個。
從企業(yè)進入的多與寡可以看出水稻收割機的需求趨勢，企業(yè)也在按照市場的需求進行經(jīng)營方向的調(diào)整。適合的才是最好的，全喂入看來并不像某些專家預測的會逐步被半喂入替代。
缺乏核心技術國產(chǎn)半喂入進退維谷
去年在鄭州召開的全國農(nóng)機展上可以發(fā)現(xiàn)，與前幾年相比，展出的半喂入機型明顯減少，參展企業(yè)數(shù)量也相應減少。
無獨有偶，《目錄》也出現(xiàn)了相同的情況。《目錄》中申報的企業(yè)和產(chǎn)品數(shù)量雙雙減少，申報的產(chǎn)品型號也都是前幾年的老產(chǎn)品，鮮有新產(chǎn)品上榜，且很少有新企業(yè)進入。究其原因，沒有掌握核心技術的情況下，企業(yè)發(fā)展無以為繼是關建因素。
回顧歷史，我國半喂入水稻聯(lián)合收割機的研究并不晚，中國的半喂入水稻收割機早有建樹，但由于客觀的工業(yè)環(huán)境影響，我國自主研發(fā)的半喂入水稻機一直沒有發(fā)展起來。
日韓企業(yè)大舉進入中國后，隨著技術擴散，國內(nèi)一些農(nóng)機或非農(nóng)企業(yè)開始紛紛進入半喂入收割機領域。一些企業(yè)采用SKD、整機進口或更換包 裝的方式，還有一些是發(fā)動機和主要工作部件進口，用自制底盤拼裝而成。由于我國企業(yè)對半喂入收割機沒有自主知識產(chǎn)權，未掌握核心工作部件的專有技術，發(fā)動 機和主要工作部件靠進口，價格居高不下，國產(chǎn)機無論是在性能上還是在價位上都不具有競爭優(yōu)勢。國內(nèi)眾多廠家對半喂入收割機的投入前赴后繼，有的企業(yè)為此付 出了沉重的代價，至今沒有一家企業(yè)擁有完全的自主知識產(chǎn)權，也很少有企業(yè)形成批量生產(chǎn)的能力，能與國外機型相抗衡。
面對日新月異發(fā)展的全喂入產(chǎn)品，看著手中沒有核心技術而又利潤豐厚的半喂入產(chǎn)品，本土企業(yè)陷入了兩難，在進退維谷之間，失去了發(fā)展的方 向，于是一些企業(yè)開始兩條腿走路，一些企業(yè)斷臂求生，砍掉了半喂入業(yè)務轉而進入其他領域，一些企業(yè)則因為“食之無味棄之可惜”而仍在徘徊中。
全喂入向大功率延伸
半喂入技術發(fā)展放緩
受規(guī)?；?、集約化種植的提高，農(nóng)機合作社等社會化服務組織的興起，北方水田增加等因素的影響，收獲效率更高的水稻收割機產(chǎn)品需求量在不斷增加，2～3公斤/秒喂入量的產(chǎn)品已經(jīng)是市場的主流，東北地區(qū)向3公斤/秒以上的產(chǎn)品發(fā)展。
從《目錄》可以看出，2～3公斤/秒喂入量產(chǎn)品的型號在增加，而3公斤/秒及以上產(chǎn)品則增長的更為迅猛，這說明東北市場將是今后有實力的全喂入企業(yè)要爭奪的焦點，同時也將極大的促進東北地區(qū)水稻機械化收獲水平。
從《目錄》來看，半喂入機型技術發(fā)展逐漸降低。由于市場發(fā)展受限及自主品牌的萎縮，日韓主要企業(yè)缺乏堆出新產(chǎn)品的動力，無論是產(chǎn)品技術 水平還是產(chǎn)品多樣化方面都沒有明顯的進展。而在原材料上漲的壓力下，日韓企業(yè)的產(chǎn)品價格不但沒有下降，甚至在變相的漲價，這種結果將影響到用戶的選擇范 圍，增加了用戶的購機成本，但最終的結果將是影響半喂入收割機行業(yè)整體技術水平的提升，在全喂入技術革新的情況下，半喂入產(chǎn)品市場份額可能進一步萎縮。
以史為鑒企業(yè)需創(chuàng)新發(fā)展
20世紀八九十年代，小麥收割機也是呈現(xiàn)百花齊放的局面。進入21世紀以來，國家開始實施農(nóng)機購置補貼，市場需求被重新激活，2006 年行業(yè)整體銷量曾接近5萬臺，巨大的需求吸引了更多的企業(yè)加入，但其時小麥收割機行業(yè)產(chǎn)能已經(jīng)嚴重過剩，在2007年國家取消小麥機的農(nóng)機補貼之 后，2008年眾多的中小型企業(yè)受到?jīng)_擊，福田雷沃重工等實力企業(yè)開始進行市場整合。近幾年，福田雷沃重工的市場占有率一直在65%以上，并呈現(xiàn)不斷的上 升趨勢，而更多的小企業(yè)由于形不成規(guī)模效應，在無利可圖，甚至虧損的情況下忍痛退出了行業(yè)。
聯(lián)想到水稻收割機行業(yè)，在經(jīng)過近10年的高速發(fā)展之后，目前保有量高企，福田雷沃重工和江蘇沃得一南一北兩大企業(yè)的市場位勢逐漸穩(wěn)固， 柳林、碧浪等奮起直追，星光憑借新產(chǎn)品優(yōu)勢迅速發(fā)展，奇瑞重工等企業(yè)也在積極布局市場。可以預想，行業(yè)集中度將逐步加強，后期這種趨勢應該會更明顯，廣大 中小企業(yè)應該通過技術創(chuàng)新、產(chǎn)品升級、營銷模式創(chuàng)新等方式來加快發(fā)展，并且密切關注農(nóng)機購置補貼政策的變化，避免像小麥收割機企業(yè)一樣，在補貼政策停止后 陷入經(jīng)營的困境，并最終被市場淘汰。
第2章 水稻收割機總體方案設計
2.1總體設計的思路
設計水稻收割機大體上可分為兩個階段：
一、系統(tǒng)分析階段
1、根據(jù)系統(tǒng)的目標，明確所采用水稻收割機的目的和任務。
2、分析水稻收割機所在系統(tǒng)的工作環(huán)境。
3、根據(jù)水稻收割機的工作要求，確定水稻收割機的基本功能和方案。如水稻收割機的自由度、信息的存儲量、計算機功能、動作精度的要求、所能抓取的重量、容許的運動范圍、以及對溫度、震動等環(huán)境的適應性。
二、技術設計階段
1、根據(jù)系統(tǒng)的要求的自由度和允許的空間空做范圍，選擇水稻收割機的坐標形式
2、擬訂水稻收割機的運動路線和空間作業(yè)圖。
3、確定驅動系統(tǒng)的類型。
4、擬訂控制系統(tǒng)的控制原理圖。
5、選擇個部件的具體集體夠，進行水稻收割機總裝圖的設計。
6、繪制水稻收割機的零件圖，并確定尺寸。
下面結合本演示系統(tǒng)的基本要求和設計的基本原則確定本系統(tǒng)的方案。
2.2 設計方案過程及特點
a. 水稻收割機必須小巧、靈活、拆卸方便；
b．水稻收割機在工作過程中，其結構可適應應不同道路的變化情況；
c．水稻收割機自動化程度高，控制方便靈活；
2.3 總體結構的設計和比較
根據(jù)國內(nèi)外的水稻收割機的移動方式大致可分為六種：
㈠活塞移動方式 ㈡滾輪移動方式 ㈢履帶移動方式
㈣足腿移動方式 ㈤蠕動移動方式 ㈥螺旋移動方式
其各有優(yōu)缺點。以下分別介紹。
㈠活塞移動式依靠其首尾兩端管內(nèi)流體形成的壓差為驅動力，隨著管內(nèi)流
多輪方式時牽引力隨輪數(shù)增加而增加。缺點是著地面積小，維持一定的附著力較困難，這使得結構復雜，越障能力有限。
㈢履帶移動式的優(yōu)點是著地面積大，易產(chǎn)生較大的附著力，對路面的適應性強，牽引性能好，越障能力強。缺點是體積大不易小型化，拐彎半徑大，結構復雜，還要保持履帶的張緊。
㈣足腿移動式的優(yōu)點是對粗糙路面適應性能較好，越障能力極強，可適應不同管徑的變化。缺點是結構和控制復雜，行走速度慢。
㈤蠕動移動式的優(yōu)點是適應微小管徑，越障能力強。缺點是移動速度慢，
控制復雜。
㈥螺旋移動式的優(yōu)點是有一定的越障能力，可適應不同管徑的變化，可在垂直路徑中行進。缺點是結構復雜，移動速度慢，驅動力要求高。
根據(jù)設計參數(shù)和技術要求，所要研制的路徑水稻收割機必須要有高可靠性，高效率。所以采用上述傳動系統(tǒng)的移動方式的組合來實現(xiàn)行走，這樣可利用其綜合優(yōu)點避免單一移動方式的缺點。由于路徑存在不同的彎管，這就要求水稻收割機的傳動系統(tǒng)有一定的拐彎能力和越障能力。所以，設計了一種如下頁圖所示的可伸縮的三只履帶腿式（三只腿成120°分布）組合傳動系統(tǒng)。
其特點是：移動速度快、轉彎比較容易、有較大牽引力、對粗糙路面適應
性好、越障能力強；同時，可伸縮性使得水稻收割機對變徑路徑有較好的自適應性。
第3章 傳動系統(tǒng)的設計和計算
3.1 傳動系統(tǒng)的設計和計算
3.1.1 傳動系統(tǒng)的驅動電機功率的預算
水稻收割機受力預?。?
=1470.6+400
=1870.6N
由于履帶是二組；成180°分布；受到的是摩擦阻力;
（其中μ是橡膠與鋼之間的摩擦系數(shù)）
=2×0.8×1870.6+0.8×400
=3312.96N
取路徑水稻收割機的工作行程速度V為：V=0.5m/s
（是有效功率）
由于是二組履帶，所以每個履帶的驅動電機至少為：
W=÷2＝1656.48÷2=828.24W
所以，選取電機的功率為800W;同時電機要能變速，才能在路徑內(nèi)轉彎；所以
選擇伺服電機，最終選擇SGMAH-08A伺服電機（安川公司）。
=1870.6N
3312.96N
V=0.5m/s
=1656.48W
W=552.16W
3.1.2 傳動系統(tǒng)結構設計
①確定傳動系統(tǒng)----履帶的外形尺寸
由于路徑直徑最小時，D=400mm；同時總體方案中已經(jīng)確定采用2組履帶，相對來說比較狹??；所以傳動系統(tǒng)尺寸不能太大。關于轉彎的功能，它能轉多少大于150度的角，轉大概ф200mm的轉彎半徑.
首先，確定履帶的寬度。由于履帶的寬度較小，那么它的工作所提供的驅動力就會減小；而其寬度太大時，所受到的阻力就會很大。通過作圖的方法，取履帶的寬度為：=150mm。
其次，確定履帶的長度。履帶的長度越長其轉彎的靈活性就會受到影響。所以，履帶的長度不能太長。所以其長度L為：L=580mm。
最后，確定履帶的高度。履帶的高度受到路徑的限制，同時還受到撐開桿組的影響；由于撐開桿組要能在φ=700mm—1000mm范圍內(nèi)變化，所以桿長要達到給定的范圍。通過對撐開桿組的設計，后最終確定高度H=175mm。
②確定傳動系統(tǒng)的結構
由于外形尺寸的限制，電機內(nèi)置在履帶組中，同時采用錐齒輪來換向，最后驅動履帶輪。其結構圖如下圖所示：
=150mm
L=580mm
H=175mm
結構總圖
1—軸01 2—電機 3—小錐齒輪 4—驅動帶輪
5—軸02 6—直齒輪01 7—直齒輪02 8—軸03
9—大錐齒輪 10—從動帶輪
③確定傳動系統(tǒng)中的履帶輪和履帶輪
采用同步帶的結構來設計履帶。以下是同步帶傳動的優(yōu)點：
1. 適用于兩軸中心距較大傳動，承載能力較大。
2. 帶具有良好的彈性，可以緩沖、吸振，傳動平穩(wěn)，噪聲小。
3. 結構簡單，制造和維護較為方便，價格低廉。
首先，確定同步帶的主要參數(shù)：（查機械設計手冊13-42）
齒 形：梯 形
齒距制式：模數(shù)制
型 號：m7
節(jié) 距：=21.991mm
其次，設計帶輪：（查機械設計手冊13-50）
(1)初選帶輪的次數(shù)：；
⑵選擇切削帶輪齒形的刀具類型—切出直線齒廓的特別刀具；
⑶齒槽角：2φ=2β=40°；
⑷節(jié) 距: =πm=mm；
⑸節(jié)圓直徑:；
⑹模 數(shù)：；
⑺齒側間隙：；
=21.991mm
2φ=40°
⑻名義徑向間隙：；
⑼徑向間隙：；
⑽外圓直徑：mm（其中δ=1.750）；
⑾外圓齒距：；
⑿外圓齒槽寬：；
⒀齒槽深：；
⒁齒槽底寬：；
⒂齒根圓角半徑： ；
⒃ ；
最后，設計履帶：（查機械設計手冊13-43）
由于采用同步帶的結構來設計履帶，同時履帶用于特殊的工作環(huán)境，所以不能完全采用同步帶的參數(shù)，根據(jù)具體的結構尺寸設計履帶。
⑴節(jié) 距：=21.991；
⑵齒形角：2β=40°；
⑶齒根厚：σ=10.06 ；
⑷齒 高：=4.2 ；
⑸帶 高： ；
⑹齒頂厚： ；
⑺節(jié)頂距：δ=1.750 ；
⑻帶 寬： ；
=116.5mm
=21.529mm
=11.06mm
=8.036
=21.991
2β=40°
σ=10.06
=4.2
δ=1.750
④確定大小錐齒輪參數(shù)
整個行走裝置里，錐齒輪的主要作用----換向，傳遞動力。同時考慮到其完全在行走裝置內(nèi)部，尺寸受到限制。根據(jù)以上的因素，設計大小錐齒輪的具體參數(shù)。
根據(jù)總體結構設計圖，采用軸交角。齒輪類型為：直齒錐齒輪、齒形制為GB/T 12369—1990,齒形角為20°、齒頂高系數(shù)=1、頂隙系數(shù)。（查機械設計手冊14-200）
大錐齒輪的次數(shù);小錐齒輪的次數(shù)。大小錐齒輪的具體參數(shù)分別如下：（查機械設計手冊14-201）
大錐齒輪：
⑴法向模數(shù)： ；
⑵齒 數(shù)： ；
⑶法向齒形角：
⑷分度圓直徑：
⑸分度圓錐角：
⑹齒頂圓直徑：
=75+2×1×2.5×
=78.044mm
⑺齒根圓直徑：
大錐齒輪：
78.044mm
71.347mm
⑻錐 距：
=
=47.253mm
⑼齒頂角：
=
=3°1′43″
⑽齒根角：
=
=3°47′1″
⑾頂圓錐角：
=+3°1′43″
=55°33′9″
⑿根圓錐角：
=-3°47′1″
=48°44′25″
⒀齒 寬 ： b=25mm
47.253mm
b=25mm
小錐齒輪：
⑴法向模數(shù)：；
⑵齒 數(shù)：；
⑶法向齒形角：
⑷分度圓直徑：
⑸分度圓錐角：
⑹齒頂圓直徑：
=57.5+2×1×2.5×
=61.467mm
⑺齒根圓直徑：
=57.5-2×（1+0.2）×2.5×
=52.54mm
⑻錐 距：
=
=47.253mm
⑼齒頂角：
=
=3°1′43″
小錐齒輪：
57.5mm
=61.467mm
=52.54mm
47.253mm
⑽齒根角：
=
=3°47′1″
⑾頂圓錐角：
=+3°1′43″
=
⑿根圓錐角：
=-3°47′1″
=
⒀齒 寬 ： b=25mm
⑤確定直齒輪的參數(shù)
在整個行走裝置中，直齒輪的作用，主要是傳遞動力。根據(jù)傳動系統(tǒng)的結構和尺寸限制，同時為了減少零件的個數(shù)和降低成本，才用兩個完全相同的直齒輪，齒頂高系數(shù)=1、頂隙系數(shù)。齒數(shù)z=40，模數(shù)。其具體參數(shù)如下：
⑴分度圓直徑：
⑵齒 頂 高：
⑶齒 根 高：
=3.125
b=25mm
=100mm
=2.5
=3.125
⑷全 齒 高：=2.5+3.125=5.625
⑸齒頂圓直徑：
=100+2×2.5
=105mm
⑹齒根圓直徑：
=100-2×3.125
=93.75mm
⑺齒 厚：
⑻齒 根 寬：
⑼中 心 距：
⑽頂 隙：
3.2大小錐齒輪的設計和校核
⑴選擇齒輪的類型,精度等級,材料和齒數(shù)
① 選擇直齒圓錐齒輪
② 8級精度齒輪,軟齒面
③ 小齒輪的材料為40Cr，調(diào)制處理，硬度為280HBS；大齒輪的材料為45鋼，調(diào)制處理HBS。
④ 初選小齒輪的齒數(shù)；大齒輪的齒數(shù)為。
⑵按齒面接觸疲勞強度設計計算
① 根據(jù)軸承布置方式和載荷的沖擊情況，取K=1.8。
② 查附錄2（機械設計、機械設計基礎課程設計）得小齒輪的接觸疲勞極限為：
大齒輪的接觸疲勞極限為：
計算接觸疲勞許用應力：
③計算小齒輪的分度圓直徑
=195.153.856mm
其中
=36.1 N.m
⑶按齒根彎曲疲勞強度設計計算
① 計算當量齒數(shù)并查取齒形系數(shù)，兩齒輪的分度圓錐角分別為：
當量齒數(shù)為：
查附錄2得：
② 由附錄2得，小齒輪的彎曲疲勞極限為：
大齒輪的彎曲疲勞極限為：
53.856mm
=36.1 N.m
=
③ 計算彎曲疲勞許用應力：
大齒輪數(shù)值大，代入計算
④ 計算：
=
=2.1635
取m=2.5則： 取
，?。?
⑤ 錐距為：
=47.253mm
⑥ 分度圓直徑為：
⑦ 分度圓錐角為：
，
2.1635
⑧ 齒 寬 ： b=25mm
3.3 軸Ⅰ的設計和校核
1. 按扭轉強度條件，初步估計軸徑：
其中=110，查機械設計（P362）表15-3可得。
代入上面得值，計算可得：
由于軸上有一鍵槽，所以：，取軸的最小直徑為：d=20mm。
2. 軸的結構簡圖如下：
3. 按彎扭合成強度進行強度校核
①做出軸的計算簡圖
軸所受的載荷是從軸上零件傳來的。根據(jù)結構尺寸，做出其受力簡圖如下圖所示：
b=25mm
d=20mm。
② 校核所需要的基本參數(shù)
③ 計算齒輪的嚙合力：
A: 直齒輪的齒輪嚙合力
1. 齒輪圓周力：
=685.9 N
直齒輪：
685.9 N
2.齒輪徑向力：
B: 錐齒輪的齒輪嚙合力
1. 齒輪圓周力：
=914.533 N
2. 齒輪徑向力：
=202.634 N
3. 齒輪軸向力：
=
=264.078 N
④ 求水平面的支反力和做出彎矩圖:
1. 其受力分析圖如下圖所示:
錐齒輪：
=914.533N
=202.634 N
=264.078 N
2. 對A點求矩：
則有：
=372.848 N
3. 對B點求矩：
則有：
=
= -144.216 N
4. 根據(jù)上面的計算結果，畫出彎矩圖。
=372.848 N
⑤ 求垂直面內(nèi)的支反力，并作出彎矩圖
1. 受力分析如圖所示：
2. 對A點求矩：
則有：（其中）
= -8.590 N
2. 對D點求矩：
則有：
= -8.590 N
= -38.423 N
3. 做出對應彎矩圖
⑥ 求支反力
=149.246 N
=312.965 N
⑦ 合成彎矩圖
=2889.432 N
=25774.198 N
=23238.956 N
⑧ 根據(jù)已知條件，做出扭矩
⑨ 校核危險截面
綜上所知，C面為危險截面：
(其中，由于扭轉切應力為脈動循環(huán)變應力，所以取，T=36100)
=31767.982
(其中
=1251.74)
C截面圖
= ，軸滿足要求。
(其中=55查機械設計基礎教程P261-表11-13得)
下頁附：彎矩圖
1251.74
3.4 鍵的校核
在整個設計過程中，由于平鍵的制作方便，同時經(jīng)濟性比較好，所以能采用平鍵的情況下，都采用平鍵。平鍵的主要失效形式為工作面被壓潰；嚴重過載時，可能出現(xiàn)鍵被剪斷。所以，通常情況下只按工作面上的擠壓應力進行強度校核計算。
由于在軸01上的鍵 825 其結構尺寸最小，受力較大。在這里就只校核該鍵，其余可以不予與校核。
普通平鍵的強度條件：
其中 T ---傳遞扭矩： ；
---鍵與輪轂鍵槽的接觸高度：
---鍵的工作長度，圓頭平鍵為：
---軸的直徑
=42.47
由于鍵的材料為45，同時其載荷性質為輕微沖擊，查機械設計（P-106）表6-2可得：
所以 ，鍵滿足要求。
總 結
在整個畢業(yè)設計的過程中我學到了做任何事情所要有的態(tài)度和心態(tài)，首先我明白了做學問要一絲不茍，對于出現(xiàn)的任何問題和偏差都不要輕視，要通過正確的途徑去解決，在做事情的過程中要有耐心和毅力，不要一遇到困難就打退堂鼓，只要堅持下去就可以找到思路去解決問題的。在工作中要學會與人合作的態(tài)度，認真聽取別人的意見，這樣做起事情來就可以事半功倍。
此次論文的完成既為大學四年劃上了一個完美的句號。腳踏實地，認真嚴謹，實事求是的學習態(tài)度，不怕困難、堅持不懈、吃苦耐勞的精神是我在這次設計中最大的收益。我想這是一次意志的磨練，是對我實際能力的一次提升，會對我未來的學習和工作有很大的幫助。也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。
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致 謝
感謝XX老師在我大學的最后學習階段——畢業(yè)設計階段給我的指導，從最初的定題，到資料收集，到寫作、修改，到論文定稿，他給了我耐心的指導和無私的幫助。在最后階段，王老師耐心的幫助我檢查圖紙繪制過程中出現(xiàn)的錯誤，以及論文在書寫的過程中應注意的一些問題，再次感謝老師的幫助。
同時，感謝所有任課老師和所有同學在這四年來給自己的指導和幫助，是他們教會了我專業(yè)知識，教會了我如何學習，教會了我如何做人。正是由于他們，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他們表示我由衷的謝意，并祝所有的老師培養(yǎng)出越來越多的優(yōu)秀人才，桃李滿天下！