小型牧草收割機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含9張CAD圖紙+文檔全套】

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由于青海大部分地表形態(tài)為低山丘陵地形，因此牧草場(chǎng)的面積不會(huì)太大，一般為中小型牧場(chǎng)，上百公頃的草場(chǎng)很少，草場(chǎng)的收割均以人工為主，作業(yè)成本高且效率較低，由于牧草場(chǎng)為一年兩收或三收，人工勞動(dòng)強(qiáng)度極大，針對(duì)以上問(wèn)題，青海省牧草種植亟需適用中小型草場(chǎng)的收割機(jī)，查閱相關(guān)資料，國(guó)內(nèi)外草場(chǎng)收割機(jī)械主要針對(duì)大型草場(chǎng)，以切割器的形式為分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)收割機(jī)械進(jìn)行分類(lèi)，主要有往復(fù)式收割機(jī)和旋轉(zhuǎn)式收割機(jī)，其配套驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)9～50kW，效率15～80are／h，工作面寬度為2～6m，且收割后不能有序擺放，針對(duì)攤鋪、摟草、拾草、打捆等作業(yè)需要相應(yīng)的機(jī)具配套使用，使用較為不便。 小型牧場(chǎng)受限于運(yùn)作資金，如果采購(gòu)配套機(jī)具，將大大增加牧草場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，小型牧草場(chǎng)的投入一般不會(huì)太高，如果利用人工對(duì)后續(xù)牧草攤鋪，將大大增加牧草場(chǎng)的成本，稻麥割曬機(jī)作為市場(chǎng)上常見(jiàn)的機(jī)械設(shè)備，其作業(yè)對(duì)象主要是稻麥作業(yè)，目前已經(jīng)應(yīng)用于牧草的部分收割，但對(duì)于牧草場(chǎng)并不完全使用，紫花苜蓿作為畜禽飼料的主要成分，市場(chǎng)廣闊，種植面積逐年增加，在畜禽養(yǎng)殖中居于首要地位，在提高作業(yè)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度的前提下，針對(duì)以上問(wèn)題，為了平衡牧草場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益，我以牧草收獲機(jī)械的設(shè)計(jì)為選題，解決中小型草牧場(chǎng)對(duì)于牧草收獲機(jī)械的需求，基于小動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)計(jì)適用于中小型草牧場(chǎng)的小型輕便收割機(jī)，伴隨著牧草產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，本文設(shè)計(jì)的收割機(jī)將具有廣闊的市場(chǎng)空間和較高的商用價(jià)值。 1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 1.2.1國(guó)外牧草收割機(jī)現(xiàn)狀 國(guó)外牧草收割機(jī)械經(jīng)過(guò)一百多面的發(fā)展演變，經(jīng)歷了畜力驅(qū)動(dòng)到機(jī)械驅(qū)動(dòng)、單項(xiàng)作業(yè)到大型聯(lián)合收個(gè)作業(yè)等階段。上世紀(jì)60年代，作為國(guó)外牧草機(jī)械的黃金時(shí)期，完成了人工和畜力作業(yè)工具到到聯(lián)合作業(yè)機(jī)具的轉(zhuǎn)變，美國(guó)率先完成了牧草機(jī)具的研發(fā)，并在國(guó)內(nèi)迅速推廣，美國(guó)的牧草機(jī)具保有量多達(dá)70萬(wàn)臺(tái)，居世界首位。上世紀(jì)70年代，全世界范圍內(nèi)牧草機(jī)具接近飽和，牧草機(jī)具進(jìn)入瓶頸期，各大機(jī)械廠商為了開(kāi)拓市場(chǎng)，基于產(chǎn)品性能的研究，對(duì)牧草機(jī)具進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，由于美國(guó)、德國(guó)、日本、意大利以及法國(guó)等國(guó)家的先進(jìn)的機(jī)械生產(chǎn)技術(shù)，其牧草機(jī)具處于世界領(lǐng)先地位，德國(guó)斯通公司開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)的割曬設(shè)備、克拉斯公司的自走式壓捆機(jī)設(shè)備，以及法國(guó)庫(kù)恩旋轉(zhuǎn)割草機(jī)設(shè)備等，極大地解放了牧草場(chǎng)的生產(chǎn)力。上世紀(jì)90年代，美德日等國(guó)家的先進(jìn)牧草機(jī)具大量進(jìn)入我國(guó)，我國(guó)牧草種植業(yè)得到了快速發(fā)展，目前，國(guó)外牧草收獲機(jī)械種類(lèi)豐富、技術(shù)相對(duì)成熟、性能較為完善，但是產(chǎn)品價(jià)格較為昂貴，近年來(lái)隨機(jī)計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，牧草收獲機(jī)械的結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)沒(méi)有太大變化，但是在駕駛員舒適度、駕駛員視野以及智能化方便取得了突破。 1.2.2 國(guó)內(nèi)牧草收割機(jī)現(xiàn)狀 上世紀(jì)80年代以來(lái)，由于我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)對(duì)畜牧業(yè)投入將對(duì)不足，對(duì)于牧草機(jī)械的開(kāi)發(fā)力度嚴(yán)重不足，導(dǎo)致生產(chǎn)牧草機(jī)械制的相關(guān)廠家停產(chǎn)或者是轉(zhuǎn)向其它領(lǐng)域，由于和歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在技術(shù)和制作工藝上存在較大的差距，大大拉大了國(guó)內(nèi)同類(lèi)產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)與歐美國(guó)家的制造能力和制造水平，目前國(guó)內(nèi)牧草機(jī)械產(chǎn)品類(lèi)型相對(duì)單較少，為了加快實(shí)現(xiàn)牧草場(chǎng)的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益以及環(huán)境效益，必須加大對(duì)牧草機(jī)械產(chǎn)品的研發(fā)，由于牧草機(jī)械的限制，牧草場(chǎng)豐產(chǎn)不豐收或大量草場(chǎng)來(lái)不及收割，造成牧民勞動(dòng)強(qiáng)度極大、經(jīng)濟(jì)收益較低，我國(guó)在消化、吸收國(guó)外先進(jìn)機(jī)械的基礎(chǔ)上，研發(fā)了相應(yīng)的牧草收獲機(jī)械，針對(duì)不同的作業(yè)流程研發(fā)了相應(yīng)的作業(yè)設(shè)備，如散草設(shè)備、方捆設(shè)備、圓捆設(shè)備、壓垛設(shè)備、二次加壓打包設(shè)備，各作業(yè)機(jī)械專(zhuān)業(yè)性太強(qiáng)，配合度較差，各作業(yè)設(shè)備與動(dòng)力系統(tǒng)無(wú)法完美配合，大大限制了草牧場(chǎng)的產(chǎn)能，由于生產(chǎn)責(zé)任制的推行，草畜承包到戶，牧場(chǎng)場(chǎng)地變小，市場(chǎng)上能適用于牧民草場(chǎng)的牧草機(jī)械寥寥無(wú)幾，無(wú)法使用相關(guān)機(jī)械增大增加草牧場(chǎng)收益，供需造成脫節(jié)，國(guó)內(nèi)進(jìn)行牧草機(jī)械生產(chǎn)的廠家主要有海拉爾牧業(yè)機(jī)械總廠、新疆畜牧機(jī)械廠和寶昌牧業(yè)機(jī)械廠。其中海拉爾牧業(yè)機(jī)械總廠作為全國(guó)生產(chǎn)牧草割機(jī)械最大的廠商，其產(chǎn)品銷(xiāo)量較高、面廣量大，但是在針對(duì)紫花苜蓿等產(chǎn)量較的草場(chǎng)收割機(jī)械方面競(jìng)爭(zhēng)力不足。 第2章體方案的確定 2.1 收割機(jī)類(lèi)型的選擇 2.1.1 按切割裝置分類(lèi) 目前，以切割裝置為分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)割草機(jī)進(jìn)行分類(lèi)，主要有刀片回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和刀片往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這兩類(lèi)收割機(jī)，在進(jìn)行牧草收割作業(yè)時(shí)其動(dòng)力存在細(xì)微差別，在保證可靠性的前提下，動(dòng)力越小可以有效降低成本，目前市場(chǎng)上往復(fù)運(yùn)動(dòng)的割草機(jī)用用較為廣泛，由于其較小的驅(qū)動(dòng)力可以完成往復(fù)運(yùn)動(dòng)割草機(jī)考的驅(qū)動(dòng)，前景廣闊。本設(shè)計(jì)中選擇常見(jiàn)的往復(fù)式割草機(jī)。 2.1.2 往復(fù)式割草機(jī)的分類(lèi) 往復(fù)式割草機(jī)具體可以分為： （1） （2） （3）連桿式割草機(jī)；由曲柄輪以及連桿進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。 （4）無(wú)連桿式割草機(jī)；在對(duì)刀的循環(huán)驅(qū)動(dòng)的過(guò)程中，重錘吸收運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的不平衡力，因此稱其為平衡驅(qū)動(dòng)割草機(jī)。 上述往復(fù)式割草機(jī)都是固定單動(dòng)刀，單動(dòng)刀運(yùn)動(dòng)頻率不高，可靠性較低，卡滯堵塞等情況時(shí)有發(fā)生，且作業(yè)過(guò)程中平衡能力差，難以對(duì)柔性莖桿牧草進(jìn)行有效切割，雙動(dòng)刀割草機(jī)通過(guò)對(duì)兩組刀片有機(jī)組合，使其能夠反向切割，大大提高了作業(yè)效率，目前牧草場(chǎng)多為中小型牧草場(chǎng)，為了解放牧草場(chǎng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，考慮到以上單動(dòng)刀的一些弊端并結(jié)合養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展需求，本文主要對(duì)雙動(dòng)刀的往復(fù)式收割機(jī)械進(jìn)行設(shè)計(jì)。 2.2 方案確定 基于上述分析和討論，本文設(shè)計(jì)的往復(fù)式收割機(jī)械，主要由動(dòng)力系統(tǒng)、切割系統(tǒng)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、行走系統(tǒng)以及輸送系統(tǒng)等系統(tǒng)有機(jī)組合而成。 柴油機(jī)提供收割機(jī)所需動(dòng)力，查閱相關(guān)資料，選擇用額定功率3.0kW、2400r/min轉(zhuǎn)速、186×186×200mm外形尺寸的單缸兩沖程柴油機(jī)。 一般的單刀片切割無(wú)法滿足牧草場(chǎng)的切割速度，本文切割系統(tǒng)由雙刀片組成，其切割速度比單刀片割草機(jī)速度快一倍，通過(guò)雙曲柄機(jī)構(gòu)完成刀片往復(fù)運(yùn)動(dòng)和機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的相互轉(zhuǎn)化。 傳統(tǒng)系統(tǒng)的工作流程：?jiǎn)胃變蓻_程柴油機(jī)通過(guò)皮帶輪進(jìn)行兩級(jí)減速，即三角皮帶輪以及減速器，減速器主要由一對(duì)錐齒輪組成，通過(guò)以上兩個(gè)機(jī)構(gòu)改變相應(yīng)的傳動(dòng)方向，驅(qū)動(dòng)曲柄主軸，曲柄主軸帶動(dòng)聯(lián)軸器，動(dòng)力經(jīng)由聯(lián)軸器到凸輪軸，最終實(shí)現(xiàn)刀片切割作業(yè)，一對(duì)小鏈輪接受切割器曲柄主軸傳遞的動(dòng)力，最終實(shí)現(xiàn)將動(dòng)力傳遞到輸送系統(tǒng)。 輸送系統(tǒng)由裝有撥齒的皮帶組成，主要依靠皮帶將切割出來(lái)的牧草傳輸?shù)绞崭顧C(jī)工作方向的右側(cè)。 行走系統(tǒng)，行走輪直徑250mm，主要通過(guò)人工推行來(lái)實(shí)現(xiàn)，基于經(jīng)濟(jì)方面的原因，本文對(duì)機(jī)動(dòng)行走系統(tǒng)暫不考慮。 本文設(shè)計(jì)的小型牧草收割機(jī)主要應(yīng)用對(duì)象由有紫花苜蓿、黑麥草以及三葉草等優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種，以上三種牧草的形狀、柔韌性以及強(qiáng)度存在明顯差異，大大加大了對(duì)切割裝置性能方面的要求，收割機(jī)對(duì)于以上三種牧草要具有良好的兼容收割能力，主要考慮刀刃型式以及刀刃回轉(zhuǎn)速度等參數(shù)，為了使牧草收割機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)小、工作性能要高、操作簡(jiǎn)單、使用方便、成本較低、整機(jī)輕便，并結(jié)合與牧草收割的能農(nóng)藝方面的要求，本文在設(shè)計(jì)牧草收割機(jī)的過(guò)程中，主要考慮以下參數(shù)： 配套動(dòng)力：柴油機(jī)3.0kW； 割幅：1 m； 割茬高度：55mm左右； 切割形式：雙動(dòng)往復(fù)式； 適用作物高度：600mm左右； 刀片刃口：平面形； 刀齒間距：39mm； 刀片運(yùn)動(dòng)速率：>1800次/min； 前進(jìn)方式：手扶推行式； 操縱人數(shù)：1人； 工效：33m2/h左右。 第3章切割系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 切割器主要參數(shù)的分析 切割機(jī)作為本文設(shè)計(jì)牧草收割機(jī)的主要機(jī)構(gòu)，牧草收割機(jī)的性能主要受到切割機(jī)的工作效率和切割質(zhì)量的影響，目前市場(chǎng)上切割器主要有往復(fù)式和回轉(zhuǎn)式兩種類(lèi)型，考慮到回轉(zhuǎn)式切割器對(duì)地形和動(dòng)力系統(tǒng)要求較高，在平坦地形運(yùn)行較好，但對(duì)于復(fù)雜地形如山地、丘陵等，效率較低，基于此并查閱相關(guān)資料，本文針對(duì)復(fù)式切割器選用普通Ⅰ型，在整機(jī)運(yùn)行過(guò)程中。動(dòng)力由柴油機(jī)提供，柴油機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)輸入軸，輸入軸帶動(dòng)曲柄主軸，最終經(jīng)由曲柄機(jī)構(gòu)將動(dòng)力轉(zhuǎn)換為往復(fù)運(yùn)動(dòng)。 3.1.1影響切割質(zhì)量相關(guān)因素 切割速比作為影響切割質(zhì)量最重要的因素，切割速比通常為切割速度和進(jìn)給速度的比值，動(dòng)刀高度在具體系統(tǒng)中為定值，機(jī)器前進(jìn)速度和曲柄轉(zhuǎn)速能夠?qū)Ω畈輽C(jī)的重割區(qū)和空白區(qū)產(chǎn)生影響，其影響程度通常用切割進(jìn)程來(lái)表示，切割進(jìn)程得計(jì)算如下： （3.1） 式中 ——機(jī)器前進(jìn)速度（m/s）； ——割刀運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程時(shí)間。 切割器割刀運(yùn)動(dòng)一個(gè)行程內(nèi)，用時(shí)為t，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)半周。 = （3.2） 將（3.2）代入（3.1）得 = （3.3） 式中 ——曲柄轉(zhuǎn)速（r/min）。 由于牧草具有稠密多汁，因此復(fù)式割草機(jī)切割對(duì)牧草進(jìn)行切割時(shí)，阻力較大，因此切割速度不應(yīng)小于2.15m/s[3]。如果切割速度過(guò)快勢(shì)必會(huì)增大割草機(jī)械的慣性，導(dǎo)致機(jī)械發(fā)生振動(dòng)，因此，對(duì)于切割速度的選擇極為重要，根據(jù)已知條件：曲柄轉(zhuǎn)速738 r/min，割刀完成一個(gè)循環(huán)，曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)一周，因此割刀平均速度，可以通過(guò)以3.4式進(jìn)行計(jì)算： =（m/s ） （3.4） = = 1.87 m/s 式中 ——曲柄半徑（mm）； ——曲柄轉(zhuǎn)速（r/min）。 因?yàn)榍懈钏俦圈? 將（3.1）、（3.3）代入整理得 λ= （3.5） 現(xiàn)有割草機(jī) =（1.1～1.5） 代入（3.5）式得 λ= （3.6） ——切割刀刃高度，單位mm，本文中選用的標(biāo)準(zhǔn)Ⅰ型刀刃高度=54mm，代入（3.6）得 λ= = 0.94～1.28 考慮到切割時(shí)，所受到牧草的阻力，確保牧草切割效果，實(shí)際進(jìn)給速度比略大于理論計(jì)算值，理論計(jì)算值取機(jī)械正常工作時(shí)，計(jì)算得出的速度最大值。 3.1.2 技術(shù)參數(shù)的分析和評(píng)價(jià) 本文中切割機(jī)選用標(biāo)準(zhǔn)I型、根據(jù)以智條件：曲柄主軸轉(zhuǎn)速738 r/min，機(jī)械作業(yè)速度=0.99m/s，切割機(jī)平均速度=1.87m/s，為了確保對(duì)于牧草具有良好的切割效果，切割速比極為重要，查閱相關(guān)資料。切割速比不小于1.02，因此本文中切割速比為=1.87>1.02，因此，上述參數(shù)的選擇較為合理。 3.2 凸輪軸的設(shè)計(jì) 需要設(shè)計(jì)一個(gè)中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，將動(dòng)力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為收割系統(tǒng)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，本文是通過(guò)雙曲柄機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體是由一個(gè)凸輪軸和兩個(gè)偏心輪構(gòu)成的偏心輪式結(jié)構(gòu)。根據(jù)牛頓力學(xué)定律，在本文中驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)受到相互作用力，大小相等，防線相反，因此凸輪軸處于平衡狀態(tài)，可以省去校核。 3.2.1 凸輪軸的設(shè)計(jì) 動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)曲柄主軸的聯(lián)軸器將動(dòng)力傳遞到凸輪軸，凸輪軸材質(zhì)為40Cr，通過(guò)計(jì)算，凸輪軸功率為2.45kW，=112～97，=35～55MPa，軸的轉(zhuǎn)速n=738r/min，則計(jì)算軸的最小軸徑： （3.7） 取，MPa 則： mm 由于凸輪軸上鍵槽的存在，鍵槽能夠削弱凸輪軸的強(qiáng)度，因此需要通過(guò)增大軸徑來(lái)增大凸輪軸強(qiáng)度，通常情況下存在一個(gè)鍵槽時(shí)，需要增大3%的軸徑，存在兩個(gè)鍵槽時(shí)，需要增大7%的軸徑，本設(shè)計(jì)中凸輪軸為標(biāo)準(zhǔn)直徑，因此凸輪軸直徑為： 將圓整成16mm。 圖3.1為凸輪軸結(jié)構(gòu)。 圖3.1凸輪軸結(jié)構(gòu) 3.2.2凸輪軸參數(shù)的確定 通過(guò)分析可以知道，凸輪軸的凹槽處直徑最小，根據(jù)圖3-1，軸段④為凹槽處其直徑和長(zhǎng)度分別為mm， mm。 軸段①通過(guò)聯(lián)軸器和曲柄主軸相連，通過(guò)查閱聯(lián)軸器直徑的相關(guān)資料，本文中軸段①直徑和長(zhǎng)度分別為mm， mm。 軸段②是凸輪軸的軸肩，起定位作用，取mm， mm。 偏心輪安裝在軸段③位置，本文中偏心輪的直徑和厚度分別為：mm， mm。 軸段⑤上是圓螺母，故mm， mm。 3.3 切割裝置的設(shè)計(jì) 3.3.1 動(dòng)刀的結(jié)構(gòu) 切割機(jī)構(gòu)主要包括2個(gè)直線運(yùn)動(dòng)的動(dòng)刀機(jī)構(gòu)和動(dòng)刀支撐機(jī)構(gòu)兩個(gè)主要機(jī)構(gòu)，一般將動(dòng)刀和刀桿做成一個(gè)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)機(jī)通過(guò)刀桿作用于動(dòng)刀，動(dòng)刀支撐機(jī)構(gòu)主要有：間隙調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和刀架等機(jī)構(gòu)組成，正常工作時(shí)，收割機(jī)通過(guò)雙刀的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，完成牧草的收割。 切割器的主要功能構(gòu)件為動(dòng)刀，考慮到牧草收割對(duì)刀刃的磨損較小，本文中選擇省力的光刃結(jié)構(gòu)的動(dòng)刀，割荏整齊，便于后續(xù)工藝操作，為了在切割過(guò)程中防止動(dòng)刀磨損破壞，動(dòng)刀材質(zhì)一般為合金鋼，刃部采用淬火工藝進(jìn)行鍛造。 圖3.2為動(dòng)刀工作結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3.2 動(dòng)刀的結(jié)構(gòu) 3.3.2 刀片間隙的調(diào)整 切割機(jī)構(gòu)由一對(duì)動(dòng)刀組成。動(dòng)刀開(kāi)有導(dǎo)向槽，通過(guò)螺母6對(duì)動(dòng)刀之間的間隙進(jìn)行調(diào)整，動(dòng)刀之間的間隙不大于0.5mm，螺栓與機(jī)架連接。 3.3.3 偏心輪的設(shè)計(jì) 偏心輪作為切割機(jī)的重要組成部分，將動(dòng)力系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為收割系統(tǒng)的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，本文是通過(guò)雙曲柄機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，具體是由一個(gè)凸輪軸和兩個(gè)偏心輪構(gòu)成的偏心輪式結(jié)構(gòu)。 3.3.4 切割裝置附件的設(shè)計(jì) 1、壓板 2、機(jī)架 第4章傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 為了確保切割器和輸送系統(tǒng)都能獲得相應(yīng)的動(dòng)力，需要對(duì)設(shè)計(jì)傳動(dòng)系統(tǒng)。 4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和相關(guān)參數(shù)的確定 4.1.1 傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動(dòng)系統(tǒng)直接和切割系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)相連，因此參考其工作原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文中傳統(tǒng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如圖4.1所示。 圖4.1 傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 通過(guò)分析傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，柴油機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)通過(guò)皮帶輪3、4和錐齒輪5、6，經(jīng)過(guò)兩級(jí)減速后，由于皮帶輪和錐齒輪改變了傳動(dòng)方向，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)曲柄主軸，曲柄主軸上的聯(lián)軸器帶動(dòng)凸輪軸，實(shí)現(xiàn)刀桿和動(dòng)刀的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，切割器曲柄主軸通過(guò)鏈輪7、8，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)力向輸送系統(tǒng)的傳遞。 4.1.2 傳動(dòng)比確定 1、曲軸主軸的轉(zhuǎn)速 = m/s （4.1） 本設(shè)計(jì)中為1.6～2.0 m/s，由公式4.1，計(jì)算曲柄主軸轉(zhuǎn)速。 = = 631.58～789.5 r/min 取曲柄主軸轉(zhuǎn)速=738 r/min。 2、確定傳動(dòng)比 正常工況下，柴油機(jī)額定功率=3kW，轉(zhuǎn)速=2500r/min皮帶輪將動(dòng)力分為兩路，一路經(jīng)由二級(jí)減速，傳遞到曲柄主軸,nⅡ=738r/min。本文中切割系統(tǒng)傳動(dòng)比按式4.2進(jìn)行計(jì)算。 = ·===3.52 （4.2） 式中 ——一級(jí)皮帶輪減速比； —— 二級(jí)圓錐齒輪減速比。 各種傳動(dòng)的傳動(dòng)比[4]：平帶傳動(dòng)比≤ 5 ；錐齒輪傳動(dòng)比≤ 5；鏈輪傳動(dòng)比≤ 6 ； 通過(guò)對(duì)其空間結(jié)構(gòu)位置的分析，依據(jù)物理學(xué)中的相似原理=1.5，即： = 式中 —— 小皮帶輪直徑長(zhǎng)度（mm）； —— 大皮帶輪的直徑（mm）。 由式（4.2）得 = 即 = 式中 —— 二級(jí)減速結(jié)構(gòu)中，主動(dòng)輪齒數(shù)； —— 二級(jí)減速結(jié)構(gòu)中，從動(dòng)輪齒數(shù)。 4.2 收割機(jī)功率和效率分析 4.2.1 收割機(jī)的功率分析 收割機(jī)功率主要由切割系統(tǒng)的切割功率和輸送系統(tǒng)輸送功率組成，即： （4.3） 其中 = （kW） （4.4） 式中 —— 機(jī)器前進(jìn)速度（m/s）； —— 機(jī)器割幅（m）； ——（N·m/m2）。 經(jīng)測(cè)定，割草= 200～300，所以 ==1.94 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)輸送系統(tǒng)功率需求為 （4.5） 式中 ——割幅功率（kW/m），一般為0.22～0.25 kW，因此 =0.22×1 = 0.22 kW 考慮到空轉(zhuǎn)的功率和傳動(dòng)的效率問(wèn)題，收割機(jī)總功率最小為： kW 4.2.2 收割機(jī)的傳動(dòng)效率 柴油機(jī)的皮帶輪驅(qū)動(dòng)切割器進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，皮帶輪、圓錐齒輪的二級(jí)減速結(jié)構(gòu)如圖4.2所示，查閱相關(guān)資料皮帶輪效率、圓錐齒輪效率 [11]，因此切割系統(tǒng)總的傳遞效率為： 圖4.2 切割系統(tǒng)傳動(dòng)圖 （1）各軸的轉(zhuǎn)速 Ⅰ軸 r/min Ⅱ軸 r/min （2）各軸的功率 Ⅰ軸 kW Ⅱ軸 kW （3）各軸的扭矩 電機(jī)軸 N·m Ⅰ軸 N·m Ⅱ軸 N·m 表4.1 運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 軸名 參數(shù) 電動(dòng)機(jī)軸 Ⅰ軸 Ⅱ軸 轉(zhuǎn)速/（r/min） 2500 1733 738 功率/（kW） 3.0 2.78 2.70 扭矩/（N·m） 10.65 15.32 34.94 傳動(dòng)比 1.5 2.35 效率 0.96 0.97 4.3 減速器的設(shè)計(jì) 4.3.1錐齒輪的設(shè)計(jì) 為了實(shí)現(xiàn)切割系統(tǒng)總傳動(dòng)比3.52:1，需要經(jīng)過(guò)皮帶輪的一級(jí)減速和圓錐齒輪的二級(jí)減速，通過(guò)圓錐齒輪改變動(dòng)力傳遞方向。 1、材料的選擇；錐齒輪材質(zhì)為40Cr，鍛造方式為滲碳淬火工藝，滿足58-62HRC的齒面硬度。 2、精度等級(jí)的確定，錐齒輪表面采用淬火工藝，因此精度初選為7級(jí)。 3、錐齒輪傳動(dòng)方式為閉式硬齒面，查閱相關(guān)資料，確定小齒輪齒數(shù)。 4、錐齒輪傳動(dòng)方式為閉式硬齒面，曲疲勞強(qiáng)度類(lèi)型為齒根彎曲、接觸疲勞強(qiáng)度為齒面接觸。 5、齒根彎曲疲勞設(shè)計(jì)，公式為： （4.6） （1）齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩 N·m （2）為齒寬系數(shù)，平均模數(shù)，本文中選擇，由此可以計(jì)算齒寬中點(diǎn)的平均分度圓直徑，， 因此平均模數(shù)為。 （3）大、小齒輪的抗彎疲勞強(qiáng)度極限可以通過(guò)查閱齒輪抗彎疲勞極限圖，得到強(qiáng)度極限均為MPa。 （4）抗彎疲勞壽命系數(shù)，通過(guò)出查閱抗彎疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)圖個(gè)文獻(xiàn)資料，本設(shè)計(jì)中，壽命系數(shù)均為。 （5）應(yīng)力循環(huán)次數(shù) （4.7） 式中 ——軸的轉(zhuǎn)速（r/min ，r/min ）； ——齒輪一個(gè)周期內(nèi)，齒面嚙合次數(shù)，取=1； ——齒輪工作壽命，取300小時(shí)。 則 （6）由前文可知，，計(jì)算抗彎疲勞許用應(yīng)力： MPa MPa （7）計(jì)算載荷系數(shù) （4.8） 式中 ——工作情況系數(shù)，通過(guò)查閱使用系數(shù)表，； ——?jiǎng)恿d荷系數(shù)。 因小圓錐節(jié)圓線速度 m/s 故 由動(dòng)載系數(shù)圖查得 =1.11； ——載荷分配系數(shù)，本設(shè)計(jì)為1； ——在齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，載荷分布不均勻程度，通過(guò)查閱齒向載荷分布不均系數(shù)圖，得。 即 （8）齒形系數(shù)，通過(guò)查閱齒形系數(shù)表、應(yīng)力修正系數(shù)表，，。 （9）應(yīng)力校正系數(shù)，查表得：，。 （10）計(jì)算大、小齒輪的 并加以比較 小齒輪的數(shù)值大。 （11）設(shè)計(jì)計(jì)算 mm 就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值=2mm。 6、幾何尺寸計(jì)算 （1）計(jì)算分度圓直徑 mm mm （2）錐角 （3）根高 （其中 ） mm （4）齒根角 mm （5）頂圓直徑 mm mm （6）齒根圓直徑 mm mm （7）錐距 mm （8）齒根角 故=3.0052° （9）分度圓齒厚 mm 7、齒輪強(qiáng)度校核 的核算 （4.9） 式中 ——節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)直齒輪 =2.5； ——彈性系數(shù)，通過(guò)查閱彈性系數(shù) ； ——接觸疲勞許用應(yīng)力（MPa）； （4.10） 式中 ——接觸疲勞極限（MPa）； ——壽命系數(shù)，查表得：； ——最小安全系數(shù)，通常； MPa MPa MPa＜ 通過(guò)以上分析可以知道，二級(jí)錐齒輪參數(shù)設(shè)計(jì)較為合理。