滾刀式鍘草機設(shè)計機械

滾刀式鍘草機設(shè)計摘 要：本文綜述了鍘草機對于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中草料秸稈資源的利用的背景，以及滾刀式鍘草機設(shè)計相關(guān)的理論和方法，概括了滾刀式鍘草機的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，探索現(xiàn)代CAD技術(shù)在機械設(shè)計中的試驗方法。對滾刀式鍘草機進行設(shè)計，包括其鍘切原理，繪制工作原理圖和對主要零、部件進 行分析、設(shè)計和校核。得出滾刀式鍘草機各零、部件的參數(shù)，并繪制出零件圖和裝配圖。通過應(yīng)用 現(xiàn)代機械設(shè)計技術(shù)進行滾刀式鍘草機的設(shè)計和參數(shù)優(yōu)化研究，對機器量產(chǎn)實現(xiàn)了一定的指導(dǎo)意義， 研究成果具有重要的理論指導(dǎo)和實踐應(yīng)用意義。關(guān)鍵詞：滾刀；鍘草機；原理；設(shè)計；The Design of Hob Type Hay CutterAbstract: This paper reviews hob type hay cutter for moder n agricultural producti on in the use of straw resource of forage hob backgro und, and hob type hay cutter desig n of related theory and hay cutter, summarized the hob type of grass mach ine will be reviewed, a moder n CAD tech no logy in mecha nical desig n of the test method. On the hob type forage cutter desig n, in cludi ng its hay cutter prin ciple draw ing schematic diagram and the main parts for an alysis and desig n and the school where, that hob type grass cutt ing mach ine parts parameters, and draw the part draw ing and assembly draw in g.Through the applicati on of moder n mach inery desig n tech no logy of the hob type hay cutter desig n and parameter optimizati on study of mach ine, mass-product ion achieved certa in guid ing sig ni fica nee, the study has importa nt theoretical guida nee and practical applicati on meaning.Key Words: Hobbing cutter ； Hay Cutter ； Principle ; Design；6.1.1確定計算功率136.1.2 選擇V帶的類型136.1.4 確定V帶的中心距a和基準長度Ld 146.1.5 驗算小帶輪上的包角 宀 156.1.6 計算帶的根數(shù)z156.1.7 計算單根V帶的初拉力的最小值(Fo)min 156.1.8 計算壓軸力Fp 156.1.9帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計156.4.1 求主軸上的功率和轉(zhuǎn)矩 206.4.2 初步確定軸的最小直徑 206.4.3 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計206.4.4 按彎矩合成校核軸的強度 211 前言1.1滾刀式鍘草機設(shè)計的目的和意義據(jù)資料統(tǒng)計：我國每年農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所遺留的各種農(nóng)作物秸稈大約有6億多噸，其中約30%為玉米秸稈。如果充分利用秸稈加工技術(shù)，如切碎、揉碎和粉碎以及青貯與 氨化等，把秸稈加工成飼草料，不但可以節(jié)約大量的糧食，還可以過腹還田，充分利 用氮、磷以及各種有機物成分，提高微量元素的循環(huán)利用率，達到培育地力、提高土 壤的肥力、改善土壤土粒結(jié)構(gòu)的目的，起到防止土壤風(fēng)蝕、沙化和退化的作用。因此， 80年代以來，我國對農(nóng)作物秸稈處理進行了許多研究工作。應(yīng)用最廣泛的是粉碎和鍘 切機械加工，因為，無論是化學(xué)處理還是生物處理，其第一道工序需要將秸稈粉碎或 鍘切。然而，我國目前農(nóng)作物秸稈的利用率還很低，很多農(nóng)民將收獲后的農(nóng)作物秸稈 燒掉，既造成資源浪費又污染了環(huán)境。因此，不斷研制飼草加工機械，提高農(nóng)作物秸 稈的利用率，對發(fā)展節(jié)糧效益型畜牧業(yè)具有非常重要的意義。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀參考文獻2 研究的主要內(nèi)容1）根據(jù)我國的玉米秸稈，稻草等各種農(nóng)作物秸稈資源對鍘草機的性能要求，通過 對滾刀式鍘草機的工作原理，傳功方案及理論分析，進行結(jié)構(gòu)的設(shè)計及重要零部件及傳 動的相關(guān)設(shè)計計算及其校核。設(shè)計一臺適合廣大農(nóng)戶的的小型鍘草機，其設(shè)計的對象 主要包括鍘草機的輸送機構(gòu)，喂入機構(gòu)，鍘切拋送機構(gòu)，傳動機構(gòu)。2）寫一份設(shè)計說明書并繪制出滾刀式鍘草機 CAM面圖紙，包括裝配圖和部分重 要零件圖。3總體方案確定3.1 傳動方案確定在初步設(shè)計鍘草機時，無法確定其相關(guān)的參數(shù)，也不好假定，故參考某型號滾刀 式鍘草機的技術(shù)規(guī)格如下表1：表1已有滾刀式鍘草機的技術(shù)規(guī)格Table 1 The hob type forage cutter specificati ons型號切碎器類動刀片切碎段長配套動機質(zhì)量生產(chǎn)率型數(shù)度力(kW)(kg)(kg/h )(mm)ZC-3直刃斜裝620-8031201500-300013安全離合器14滾刀本設(shè)計的數(shù)據(jù)將選擇性的借鑒上表1中ZC-3滾刀式鍘草機的相關(guān)數(shù)據(jù)并擬定傳動方案 為：初選電機轉(zhuǎn)速為1430r/min，動刀片數(shù)為3。1 ）電機通過一級帶傳動將動力傳到主軸。 在主軸另一端通過兩對圓柱齒輪減速后, 動力到達下喂入輥。主軸的轉(zhuǎn)速為 715r/min。2 ）上喂入輥通過草層與下喂入輥之間的摩擦帶動，為了滿足上喂入輥能夠浮動， 以保證不同負荷情況下有一定的壓緊力，所以在上輸入輥左右端各采用一彈簧和滑塊 輔佐固定。3）壓草輥的轉(zhuǎn)動是由下喂草輥通過一對齒輪和一個萬向聯(lián)軸器而傳動，同時在兩 端也加上彈簧與滑塊，為避免被卡死。4）為了保證自動進料的要求，采用了鏈板式輸送器。鏈板式輸送器的主動鏈輪是由下喂入輥通過一對鏈輪傳動而獲得動力。下圖1為鍘草機的傳動簡圖。電機2帶輪3風(fēng)扇4定刀5 鏈輪6 下喂入輥7上喂入輥 壓草輥9主鏈輪10萬向聯(lián)軸器11齒輪12換向裝置圖1滾刀式鍘草機傳動簡圖Fig.1 Hob type forage cutter tran smissi on diagram3.2結(jié)構(gòu)方案確定滾刀式鍘草機由喂入機構(gòu)、切割拋送機構(gòu)、傳動機構(gòu)以及防護裝置和機架等部分 組成。其中喂入機構(gòu)主要由鏈板式輸送器、壓草輥以及上、下喂入輥等部分所組成； 切割拋送機構(gòu)主要由定刀片、動刀片以及拋送葉片等部分所組成；傳動機構(gòu)主要三角 皮帶、皮帶輪、齒輪、萬向節(jié)及張緊輪等部分所組成；防護裝置主要由電動機防護罩、 傳動防護罩、齒輪防護罩等部分組成；機架系由左右支架、方架等部分所組成。 由于鏈板式輸送器和壓草輥的作用，鏈板上的草料被不斷的壓緊并向喂入輥輸送，上 下喂入輥將輸送器送來的材料再一次壓緊被喂給切刀。由于動定刀片的相對作用，將 草料不斷切碎，碎段由排除槽排出或由風(fēng)扇吹至指定地點。4主要零、部件的選擇和設(shè)計4.1電動機的選擇1 ）電動機類型的選擇：根據(jù)電源及工作機工作條件，選用丫系列三相交流異步電動機。2 ）電動機功率的選擇：采用 ZC-3相關(guān)數(shù)據(jù)，主軸轉(zhuǎn)速為715r/min，配套動力的 設(shè)計要求是2.23kW由參考文獻2表1-7可知V帶傳動的效率為0.96,故可選用額 定功率為3kW的電動機。3 ）電動機轉(zhuǎn)速的選擇：為了便于選擇電動機，可先推算出電動機的可選范圍。查機械設(shè)計手冊表1-8可知V帶傳動的傳動比i乞7，又主軸轉(zhuǎn)速為715r/min，所以電動 機的轉(zhuǎn)速須滿足 715 r/min < n=i *nw < 5005 r/min 。綜合上述，選擇型號為 Y100L2-4電動機，其參數(shù)如表2。表2電動機的技術(shù)數(shù)據(jù)Table 2 Motor tech nical date電機型號額定功率/kw滿載轉(zhuǎn)速/（r/min）額定轉(zhuǎn)距質(zhì)量/kgY100L2-4314302.2384.2 喂入輥喂入輥由HT200鑄造，其作用是壓緊和喂送秸稈草料。其喂入性能與喂草輥的直徑、形狀以及安裝位置直接有關(guān)。根據(jù)參考文獻1可知，常用的喂入輥按外型可分為棘 齒形和溝齒形：棘齒形輥抓取能力強，但容易纏草，如加梳齒板則增加成本并導(dǎo)致安裝困難；溝齒形輥抓取能力也較強，纏草情況較棘齒形好，一般小型鍘草機上多用此 型。喂入輥直徑對喂入性能的影響：直徑過大會使喂入的飼草不能靠近切割點；直徑 過小則會阻礙飼草喂入并易纏草。常用的喂入輥直徑為80到100mm下喂入輥上平面應(yīng)與定刀處于同一水平面或略高。對喂入輥的要求是：1）為便于切割，要求上下輥有一定的壓緊力；2）為防止秸稈、草料被動刀拉出而形成長草，要求喂入輥表面帶齒或 溝槽；3）由于喂入量可能有變化，要求上喂入輥能上下活動。為了適應(yīng)秸稈或草料層 厚薄的變化，以及為了使秸稈或草料層壓緊均勻，應(yīng)采用上喂入輥的壓緊機構(gòu)。常用 的壓緊機構(gòu)為彈簧式。在滾刀式鍘草機中，一般由切割滾筒用齒輪帶動下喂入輥，再 由后者帶動上喂入輥。由參考文獻5知，上下喂草輥的直徑Dg由下公式確定。Dgtd2(1-cos )(1)其中t為草層厚度，為草層通過喂草輥時的壓縮系數(shù)，常用亠=0.60.8，為草層與 輥之間的摩擦角，通常取® =16° 32°。一般地，鍘草機常用Dg =40120 mm本設(shè)計取=0.7，=30 °，t=70mm則Dgt(1)2(1-cos )70 (1-0.7)2 (1-cos30)mm 二 78.36mm取 Dg = 80mm。喂入輥的直徑a和長度b可由下式確定：Q2ab=（mm2）（2）60kclZdnd y式中:Q鍘草機的設(shè)計生產(chǎn)率（Kg/h）；kc喂入口的充滿系數(shù)，kc =0.40.6； l秸稈飼草的切斷長度（m）乙切刀數(shù)，乙=3；nd刀架轉(zhuǎn)速， nd =715 r/min ；Y 壓緊后的秸稈飼草體積質(zhì)量，Y =120160 kg/m3乘積ab確定后，按a =1/31/4b求出a、b值。由于加工或收獲的實際生產(chǎn)率為理論生產(chǎn)率的70%本次設(shè)計為1.5 t/h,所以Q設(shè)計=等掙2.14取Zd=3, nd =715 r/min , y=140kg/m3，得:,Q2.14燈000ab =60kclZd nd y 60疋 0.5 漢 0.0150.04 匯3疋 7 1514 0(4)=o.o 0 5-90.0 1(m2)取 ab=0.0158m2，又 a =1/31/4 b，則取 a=80mm , b=240mm。實際進草高度 h= (0.30.6) a= (0.30.6) >80mm=2448mm,取 h 初=45mm； 實際進草寬度 c= (0.30.6) b= (0.30.6) >240mm=72204mm,取 c=150mm。4.3動刀螺旋角的確定采用螺旋動刀主要是使鍘草機工作時有一個合理的滑切角，減少切碎物料時的剪 切功率，同時延長每一把動刀的切割時間，使整個工作過程負荷均勻，減少機器的震 動，提高切碎質(zhì)量。根據(jù)參考文獻8知，我國目前螺旋動刀的螺旋角一般取值范圍為 18 30鍘草機動刀的螺旋角與滑切角相等， 螺旋角越大滑切速度越大，切斷物料愈省 里。為滿足動刀與定刀能穩(wěn)定鉗住莖稈實現(xiàn)切割，螺旋角不能超過極限鉗住叫。影響 鉗住角的主要因素為作物品種、莖稈含水率和動定刀的鋒利程度。通過測定，動定刀 鋒利時，干谷草的極限鉗住角為：有包葉時 34 36，無包葉時25 28。干麥草的極 限鉗住角為：有包葉時27 28，無包葉時25 26 ;青貯玉米稈(含水率65%78%) 的極限鉗住角為：有包葉時44 46，無包葉時40 42。當動刀刃磨鈍時，以上作物 秸稈的極限鉗住角一般減小8° 12°。由于我國目前生產(chǎn)的滾筒式鍘草機一般以切碎 干飼草為主，兼顧青飼草加工，所以動刀的螺旋角應(yīng)以干飼草加工的極限鉗住角進行 設(shè)計。通過對螺旋角為15、20、25和30的動刀進行了對比實驗，從綜合性能分析，螺旋 角去20較為合適，可兼顧干，青飼草的加工，超長率和破壞率均可以滿足有關(guān)標準。 4.4定刀的設(shè)計4.4.1 定刀刃口形狀確定由參考文獻同知，我國滾刀式鍘草機的定刀有兩種形式，一種為開刃定刀，另一種為矩形定刀。開刃定刀由4mn6mm錳鋼板制成，工作刃角7075 ;另一種為矩形 定刀，由白口鐵或工具鋼制成，斷面為矩形，矩形定刀的主要特點是四條棱邊均可作 為定刀刃，當一條定刀刃磨鈍后，通過翻轉(zhuǎn)定刀用另一棱邊作為定刀刃。因矩形定刀 的工作刃角為90 ,刃口不鋒利，切割功消耗大，工作質(zhì)量差。通過相關(guān)的資料和實驗 表明，矩形定刀比開刃定刀的性能要差。所以在本設(shè)計中采用開刃定刀。4.4.2 定刀高度確定鍘草機工作時，物料由喂入輥壓縮并夾持送入切碎滾筒，物料壓縮后的厚度與生 產(chǎn)率和物料的品種有關(guān)。壓縮后的物料有一中間面，理論分析，若滾筒軸中心的安裝 面剛好與物料的中間面重合，則中間面以上的物料切割時首先被動刀向外推送，處于 中間面的物料被動刀直接切割，而中間面一下的物料被動刀向下拉送，推來物料的情 況等，切草平均長度較均勻?；疽陨戏治?，定刀刃的位置高于物料的中心面時動刀 對物料的推送作用大于拉送作用，定刀刃的位置低于物料的中心面線時動刀對物料的 拉送作用大于推送作用，這兩種情況都會引起超長率和剪切率上升。由于影響超長率的因素很多，難于用于純理論分析方法解決定刀的配置高度，因此進 行對比實驗。動刀刃位于滾筒中心線一下為 20mm 30mm 40mm 50mm四種情況，切碎 干飼草的生產(chǎn)率為0.41.2t/h，實驗結(jié)果表明，在以上情況下，定刀的最佳位置為 20mm此時功率消耗低，綜合性能指示最好。4.5超負荷安全裝置的設(shè)計由于鍘草機工作時均采用人工送料，喂入的不均勻性必然存在，易出現(xiàn)滾筒堵塞， 造成機件損壞，因此，鍘草機應(yīng)有超負荷安全裝置。目前，我國生產(chǎn)的大型鍘草機都 有設(shè)置超負荷安全保護裝置，型式一般為離合器及喂入輥反轉(zhuǎn)裝置，出現(xiàn)超負荷時， 扳動離合器手柄，停止喂入輥轉(zhuǎn)動，再扳動離合器手柄使喂入輥反轉(zhuǎn)，將堵塞物料退 出。為簡化機構(gòu)，我國小型鍘草機一般不設(shè)置安全保護裝置，給用戶帶來很大不便， 若采用超負荷安全裝置，多為安全保護鍵，當負荷到達某一值時，保護鍵會自動切斷， 要重新更換新的保護鍵后才能開機工作，該方式費事費力，影響生產(chǎn)率的提高。 為了克服以上缺點，在喂入輥主軸的傳入軸上設(shè)置牙嵌式安全離合器，動力經(jīng)牙嵌式 安全離合器傳給下喂入輥，喂入量超負荷時牙嵌式離合器自動打滑，切斷喂入輥的傳 動力，對不同物料的切碎作業(yè)調(diào)節(jié)方便，機構(gòu)制造成本低，便于用戶使用。其超負荷 安全作用的牙嵌式安全離合器圖2。圖2牙嵌式安全離合器Fig.2 The jaw type safety clutch在喂入輥或壓草輥被卡死時，能把物料及時不費力的退出來。因此設(shè)計了一個反 向裝置，在安全離合器斷開后，扳動手柄，使其反轉(zhuǎn)把卡死在里的物料退出，能正常 的工作。其示意圖如圖3,介齒輪1 2和大齒輪為一固定的整體，此時四個齒輪都在工 作。當出現(xiàn)卡死時，把手柄往下扳動。此時小齒輪與介齒輪2嚙合，再與大齒輪嚙合,而介齒輪1沒有參與工作，在空轉(zhuǎn)。此時的大齒輪方向已經(jīng)改變。Fig.3 The reverse device4.6聯(lián)軸器的確定在設(shè)計壓草輥時，壓草輥能實現(xiàn)自轉(zhuǎn)和上下的移動，所以要求用到聯(lián)軸器。根據(jù) 其要求選用無彈性元件的撓性聯(lián)軸器中的萬向聯(lián)軸器。為消除從動軸的速度波動，選 用兩個向聯(lián)軸器，并使中間軸的兩個叉子位于同一平面上，同時，還使主、從動軸與 中間軸的軸線間的斜偏角a相等，即：.:-2，從而主、從動軸的角速度相等，即雙萬 向聯(lián)軸器。4.7拋送機構(gòu)的設(shè)計物料經(jīng)刀切碎后，一般由拋送裝置拋出外，以減輕人工清理的勞動量。滾刀式鍘 草機長用的拋送裝置有兩種形式，一種是在滾筒上安裝拋送葉片，滾筒在切碎物料的 同時將把切碎物料拋出。另一種方式是子啊滾筒軸的另一側(cè)串聯(lián)一個風(fēng)機，切碎的物 料由滾筒下方滑至風(fēng)機后由風(fēng)扇葉片拋出，為了保證物料的跑送距離，風(fēng)機直徑較大。 本設(shè)計采用滾筒，風(fēng)扇一體式。雖然滾筒的結(jié)構(gòu)相對比較的復(fù)雜，為保證物料的拋送 距離，要求滾筒轉(zhuǎn)速較高，功率消耗大，但在很大程度上縮小了機器的空間體積和設(shè) 計成本，而且經(jīng)過多次試驗表明，在此電機的功率和轉(zhuǎn)速下，完全可以達到本設(shè)計的 拋送距離大于1米，故此機構(gòu)在此設(shè)計中可行。5工作過程分析與計算鍘草機的整個工作過程：物料由鏈板式輸送器送入，經(jīng)壓草輥第一次壓緊。由于 物料的不均性可能會造成卡死，所以在壓草輥兩端設(shè)置彈簧滑塊機構(gòu)和經(jīng)萬向聯(lián)軸器 輸入動力。物料經(jīng)壓緊后，到達上下喂入輥被夾持。其中上喂入輥由下喂入輥帶動， 主要靠物料與喂入輥之間的摩擦傳動。上喂入輥同樣實用彈簧和滑塊輔助固定，以避 免過載卡死。物料經(jīng)喂入輥到達定刀上，再由動刀切碎，經(jīng)拋送機構(gòu)送出。 根據(jù)設(shè)計要求，刀刃線速度811m/s,主軸的轉(zhuǎn)速為715r/min。由此可設(shè)計出滾筒的大 小與刀片的位置。由公式兀dnV=811m/s(5)60 1000可得出刀刃到主軸中心的距離 d： 213.8294.0mm。取d=230mm。電機的轉(zhuǎn)速為1430r/min,經(jīng)一級帶傳動后到達主軸，轉(zhuǎn)速為 715r/min，傳動比ii=2。 從主軸到軸2,通過一對錐齒輪減速，轉(zhuǎn)速為 311r/min,傳動比為i2=2.3。經(jīng)離合器到 達差速器，再次減速，得轉(zhuǎn)速205r/min，傳動比為i3=1.52,及下喂入輥軸的轉(zhuǎn)速。下喂 入輥通過一對齒數(shù)相同的齒輪把動力傳給壓草輥，通過鏈傳動把動力傳到主鏈輪，完 成物料的輸送過程。為滿足其物料的供應(yīng)，其鏈輪的轉(zhuǎn)速要求大于壓草輥和下喂入輥 的轉(zhuǎn)速i=0.625,轉(zhuǎn)速為328r/min。為防止其被物料卡死，能上下的浮動，并在正常工作時，上喂入輥和壓草輥對物料有 一定的壓力，所以在上喂入輥和壓草輥兩側(cè)都按有彈簧滑塊機構(gòu)。為防止彈簧失穩(wěn)，加裝導(dǎo)套。如圖3所示：其彈簧相關(guān)的參數(shù)設(shè)計:(8)(8)圖4彈簧失穩(wěn)防止Fig.4 Spring in stability preve nti on1）根據(jù)工作條件選擇材料并確定其許用應(yīng)力因彈簧在一般載荷條件下工作，可以按第U類彈簧來考慮?，F(xiàn)選用彈簧鋼絲B級。估算其最大載荷為400N,最小載荷為150N,最大行程20mm估取彈簧鋼絲直徑為4mm， 由參考文獻10 得 T =0.5 （T B。G=80000MP,a 6 =1460MPa 得t =0.5 X 1460=730MPa2）按強度計算求彈簧鋼絲直徑：取彈簧外徑D=35mm故D2=35-4=31mm彈簧指數(shù)C 二 D?/d 二 31/4 二 7.75(8)(8)由式得有曲度系數(shù)4C -10.6154C 一4 C4 7.75 -10.615= 1.24 7.75 -47.75(8)(8)由式得d -1.6730(8)(8)查參考文獻10取d=4mm與估計值符合3) 按形變計算彈簧有效工作圈數(shù)z:F1 F 2 F2 _ F1122 '-12 - 120故 =一 - F1150 = 12 mmF2 - F1250400 12 =32mm150(8)Gd 28F2C380000 4 328 400 7.753= 6.87(9)按表取z=7圈。由于z取7圈，為保證最大工作載荷F2和行程h不變，必須重新求最 小工作載荷Fi。8F2C3z 8 400 7.753 7Gd 一 80000 4=32.6 mm(10)r = 2 - h = 32.6 -20 = 12.6 mm(11)4）由式得FF1 =400 126 =154.6N232.6求工作極限載荷Flm :由表知U類載荷彈簧的工作極限剪切應(yīng)力伽 乞 1.25丨-1.25 730 =912.5 MPanj14 43 912.5 = 739.4 N(12)(13)Fiim8KD28 1 31求工作極限載荷Flim下的變形訕：人2 Flim32.6X739.4 60 3mm400-. mm(14)F2(15)6彈簧鋼絲直徑 彈簧中徑 彈簧內(nèi)經(jīng) 彈簧外徑有效工作圈數(shù) 總?cè)?shù)求彈簧的幾何尺寸:d=4mmD2=31mmD1=D2-d=27mmD=D2+d=35mm z=7Z1=z+2=9節(jié)距p=d+=4+ 603 =12.6mmz7自由高度（丫1型Z1=z+2）工作高度壓并高度H0=p z+1.5d=12.6X 7+1.5 X 4=94.2mmH1=H0九=94.2 12.6=81.6mmH2=H°力=94.2 32.6=61.6mmHb=H0 |im =94.2 60.3=33.9mm兩圈的間隙螺旋升角彈簧展開長度z60.37=arcta n兀D2D2Z1cos=8.6 mm二 arcta®3.14 313.14 31 9co 7.4= 7.4二 883.4mm7 ）驗算穩(wěn)定性：高徑比為b二也漢2D23.0 <5.331巳= KaP=1.1 3kV = 3.3kV(16)滿足穩(wěn)定性要求。6主要零、部件的計算與校核6. 1帶傳動設(shè)計6.1.1 確定計算功率Ka =1.1，故由參考文獻10表7.6查得工作情況系數(shù)6.1.2 選擇V帶的類型根據(jù)Pd =3.3kW m =1430r/min由參考表7.11選用A型。6.1.3 確定帶輪的基準直徑dd1并驗算帶速：1 )初選小帶輪的基準直徑dd1 :由參考文獻10表7.7，取小帶輪的基準直徑dd1=90mm2 )驗算帶速：帶的速度、兀dd1 n1u =60 1000因為：25m/s，故帶速合適。314 90 1430 m/s=6.74m/s60 1000(17)3 )計算大帶輪的基準直徑:根據(jù)式in2dd2dd1 1 - £(18)計算大帶輪的基準直徑dd2=nL"d11 1430 901 0.02 mm =176.4mm(19)n2715其中&為滑動率(£ -1%2%),這里取&為2%。根據(jù)表7.3，取為dd2 =180mm6.1.4 確定V帶的中心距a和基準長度Ld1 )根據(jù)式0.7(dd1 dd2)乞Sb - 2(dd1 dd2)初步確定中心距0.7(90 180 = 189乞玄乞 2(90 180 二 540因要求結(jié)構(gòu)緊湊，故取偏小值a0 =300mm2 )由式24aoLdo 2ao -(LdiLd2)(dddd1)計算帶所需的基準長度S 細尹亠) 2 300 2(9° 1込(? mm 1031mm(20)由參考續(xù)表7.2選帶的基準長度Ld =1120mm3 )按式a '、 a°- Ld o(21)計算實際中心距a二(3001120-1031)mm = 344.5mm考慮到帶輪的制造誤差、帶長誤差、帶的彈性以及因帶的松弛而產(chǎn)生的補充張緊的需要，中心距的變動范圍為 amin =a - 0.015Ld， amax =a 0.03Ld，故中心距的變化 范圍為 327.7mm ： a : 378.1mm。6.1.5 驗算小帶輪上的包角“©573”。573°c% "80 (dd2 一=180 (180 90) "65120(22)a344.56.1.6計算帶的根數(shù)z由參考文獻10式11-21可知(23)_Pcz 一P。P。K-Kl對于A型帶，查參考文獻10表7.3由線性插值法可得當dd1 =90mm和片=1430r/min時, P0 N.0588KW ；查參考文獻10表7.4 ,彎曲影響系數(shù) Q0.7725 X 10-3 ；查參考文獻10 表7.5 , K=1.1373 ;由線性插值法可得當n1 =1430r/min , P =0.133;查參考文獻何 表7.8，由線性插值法可得當- =165時，小帶輪包角修正系數(shù) Ky = 0.965 ；查參考文 獻10續(xù)表7.2可知，帶長修正系數(shù)Kl =0.91 ；于是，巳P°卩0 K：Kl= 3.153.31.0588 0.133 0.965 0.91取z=36.1.7計算單根V帶的初拉力的最小值（F°）min(F0)min =500(2.5 K :訊 m 2 =500 空 °965) 3.3 0.1 6.742=139N0.965 3 6.74其中由參考表7.1得m=0.1kg/m，應(yīng)使帶的實際初拉力F。一 （F°）min6.1.8 計算壓軸力Fp壓軸力的最小值為：165。165 =826.9N2(24) «1(Fp)min =2z(F0)min sinT=2 3 139 sin6.1.9帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計輪觳和輪輻的尺寸參見參考文獻，輪槽截面尺寸按照 GB/T13575.1 92中A型槽型的 規(guī)定進行設(shè)計計算。取槽型 A基準寬度為bd =11mm ,基準線上槽深h3mm,基準線 下槽深 hf=9mm, f=9mm, e=15mm,=34。此外，V帶傳動運轉(zhuǎn)一段時間以后，會因為帶的塑性變形喝磨損而松弛。為了保證帶傳動正常工作，采用張緊輪的張緊裝置。6.2齒輪的設(shè)計和校核在正常工作時，主軸到下喂入輥之間由三對齒輪傳動，一級是小齒輪與介齒輪1嚙合完成一次減速傳動。介齒輪1與介齒輪2嚙合完成反向的傳動，在此不減速。介 齒輪2與大齒輪嚙合完成另一次減速運動，在整個過程中實現(xiàn)二次減速。初定出草得 長度l=24mm，由公式：(25)kwo如=ln Zd可得到下喂入輥的轉(zhuǎn)速n3=205r/min。其傳動比1=3.49分配其傳動比i2=2.30, i3=1.52，其另一軸的轉(zhuǎn)速為311r/min。直齒錐齒輪的軸交角 =90，軸2經(jīng)v帶傳動和一對軸承傳動后的功率 p2=pXn 1Xn 2=3x 0.96 x 0.99=2.85 6.2.1選擇齒輪材料、精度等級及齒數(shù)按傳動方案，選用直齒圓柱齒輪傳動。工作機速度不高，故選7級精度。由表10-1 選小齒輪的材料為40Cr （調(diào)質(zhì)），齒面硬度為280 HBS大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)）， 齒面硬度為240HBS二者材料硬度差為40 HBW選小齒輪齒數(shù)乙=24,介齒輪的齒數(shù) 為 z2 =2.3 24=55.2，取 Z2=55,大齒輪的齒數(shù)為 z3 = 1.52 55 = 83.6，取 Z3=84。 6.2.2按齒面接觸強度設(shè)計由設(shè)計計算公式進行試算，即(26)2TK,d1t _ 2.323d(29)(26)(29)(26)1 ）確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值。 試選載荷系數(shù)Kt=1.3 o 計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩。1=9.55 X 10621 =9.55 X 1063 0.96 =38467 N mm n1715(29)(26)(29)(26)由參考文獻10表10-7選取齒寬系數(shù)© d=1o由參考文獻110表10-6查得材料的彈性影響系數(shù)ZE=189.8 MPa 2 。由參考文獻10圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限<THlim1=600MPa大齒輪的接觸疲勞強度極限<THlim2=550MPa由公式計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)。1=60mjLh=60X 715X 1X (2 X 8X 300X 15)=3.089 X 109(27)=1.343 X 108u由參考文獻10圖10-19取接觸疲勞強度壽命系數(shù) 心=0.89 ; Khn2=0.95。計算接觸疲勞許用應(yīng)力。取失效概率為 1%安全系數(shù)S=1，由公式得:C 葉丁 = 0.89 600 =534MPa(28)c h2=-0.95 550 =522.5MPaS2）計算試算小齒輪分度圓直徑d1t，代入c h中較小的值。d -2-TK-UU2 =2.32 34.3 38467 3.3(1898)2 =48.94mm2.3 522.5計算圓周速度Vov如J=314 4894 715=1.83 m/s60 1000 60 1000計算齒寬bob = 'd *d1t =1 48.94=48.94 mm(29) 計算齒寬與齒高之比b模數(shù)葉=*t =48.94/24=2.04 mmz齒高h=2.25mt=2.25 X 2.04=4.59 mm48 944894 =10.66h 4.59 計算載荷系數(shù)。根據(jù)v=1.83m/s , 7級精度，由圖10-8查得動載荷系數(shù)kv=1.09 ; 直齒輪，K H 一.二 Kf-.二1 ；由參考文獻10表10-2查得使用系數(shù)kA=1；由表10-4用插值法查得7級精度、小齒輪相對支承非對稱布置時，Kh 1=1.418。由 b =10.66，Kh =1.418 查圖 10-13 得 Kf =1.35 ;故載荷系數(shù)：hK 二 KaKvKh：.Kh：=1 1.09 1 1.418=1.546 按實際的載荷系數(shù)校正算得得分度圓直徑，由公式得：d1 =d1t3 K =48.94 3 1.546 =51.85 mm(30) Kt; 1.3 計算模數(shù)Z151.8524=2.16 mm3) 按齒根彎曲強度設(shè)計。由公式得彎曲強度的設(shè)計公式為:(31)m - 32VdZ1確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值。 由參考文獻10圖10-20C查得小齒輪彎曲疲勞強度極限-FE1=500MPa大齒輪的 彎曲強度極限二FE2=380MPa 由參考文獻10圖10-18取彎曲疲勞壽命系數(shù)Kfn1 =0.85 ； Kfn2=0.88 ； 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力。取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4，由式10-12得：0.85 5001.4=303.57MPa(32)FN2FE20.88 380=238.86MPa 計算載荷系數(shù)。K 二 KaKvKf：K_=1X 1.09 X 1 X 1.35=1.472 查取齒形系數(shù)。由表 10-5 查得 Yf9i =2.65 ; YFa2=2.30。 查取應(yīng)力校正系數(shù)。由表 10-5 查得 Ysa1=1.58 ； Ysa2=1.715。 計算大、小齒輪的Y舟并加以比較。YSa1Y Fa126=0.01379303.57= 2.30 叮.715=238.86=0.01651大齒輪的數(shù)值大。 設(shè)計計算：2x1.472x38467小一門，,cm_ 320.01651 =1.48 mmV仆 242對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的模數(shù)大于由齒根彎曲強度計算的模數(shù)，由 于齒輪模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，而齒面接觸疲勞強度所 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)，可取由彎曲強度算得 的模數(shù)1.48并就近圓整為標準值 m=1.5,接觸強度算得的分度圓直徑d仁51.84mm算 出小齒輪的齒數(shù)。d151.84小 小訃 c廠z1-=34.56，取 Z1=35m 1.5大齒輪齒數(shù) Z2=2.3 X 35=80.5，取 Z2=81。這樣設(shè)計出的齒輪傳動，既滿足了齒面接觸疲勞強度，又滿足了齒根彎曲疲勞強度， 并做到結(jié)構(gòu)緊湊，又避免浪費。4 ）幾何尺寸計算。計算分度圓直徑d<!=乙m=35 1.5=52.5 mm d2=z2m=81 1.5 = 121.5 mm 計算中心距di d252.5 121.5印87 mm2 2 計算齒輪寬度b = ddi = 1 52.5 = 52.5 mm取 B2=53mm B=55mm。介齒輪2與大齒輪之間的傳在此不做校核，只計算其相關(guān)尺寸。Z3 =1.52 81 =123.12，取 Z3=123分度圓直徑 d3=Z3m=184.5 mm中心距a?二d3d2齒輪寬度取Bb=50 mm四個齒輪的相關(guān)參數(shù)如表3表3齒輪相關(guān)參數(shù)Table3 Gear parameters名稱齒數(shù)模數(shù)（mm分度圓直徑材料齒輪寬度(mm(mm小齒輪351.552.540Cr55介齒輪1811.5121.545鋼53介齒輪2811.5121.545鋼53大齒輪1231.5184.545鋼506.3鏈傳動的設(shè)計1 ）選取鏈輪齒數(shù)。取小鏈輪齒數(shù)Z2=19，大鏈輪的齒數(shù)為Z1= 19 =300.6252 ）確定計算功率。由參考文獻14表9-7查得氐=1.0，由圖9-13查得KZ=0.82， 計算功率為Pac =KAKZP =1.0 0.82 3=2.46kw（33）3 ）選擇鏈條型號和節(jié)距。根據(jù) Pac=2.46kw，及m=205r/min查圖9-11,10A-1。參考文獻14表9-1，鏈條節(jié)距為：P=15.875mm4）計算鏈節(jié)數(shù)和中心距。初選中心距：ao= ( 3050)p=( 3050)X 15.875=476.25 793.75mm取a°=500mm相應(yīng)的鏈長節(jié)數(shù)為：(34)丄工-z p500 丄 19+30丄f30-19(5875 前 552二玄 一 1587522 3.14 "帀 _.取鏈長節(jié)數(shù)Lp =88節(jié)。查表9-7查得中心距計算系數(shù)=0.24931，則鏈輪的最大中心距為：a = f1p2l_p - 乙 Z2 丄0.24931 15.875 2 88- 30 19 l = 502.64mm（35）5 ）計算鏈速，確定潤滑方式。厲乙p60 1000205 30 15.875=1.6m/s60 1000(36)由v=1.6m/s和鏈號10A-1，查圖9-14可應(yīng)采用滴油潤滑。6）計算軸力Fp。有效圓周力為：p2 46Fe=1000=1000=1537.5Nv1.6鏈輪水平布置是的壓軸力系數(shù) Kfp =1.15，則壓軸力為：Fp Kfp Fe =1.15 1537.5 =1768 N6.4對主軸進行設(shè)計和強度校核6.4.1 求主軸上的功率和轉(zhuǎn)矩設(shè)滑動軸承在工作過程中潤滑正常，則查機械設(shè)計手冊表1-7取V帶傳動的效率為1 =0.96,電動機額定功率P=3KW，則主軸上的功率：R =0.96 3KW = 2.88KW。主軸轉(zhuǎn)矩：=38.467 N *m6.4.2 初步確定軸的最小直徑先按式初步估算軸的最小直徑。根據(jù)鍘草機的一般實際情況，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。取A=112,于是得dmin= 1122.88=17.8mm715(37)取 dmin=35mm643軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計1 ）擬定軸上的裝配方案：主軸上中間安裝動刀架和風(fēng)扇葉片結(jié)合體，動刀架倆側(cè) 為滑動軸承，滑動軸承一側(cè)為電動機傳遞動力給主軸的大帶輪，另一側(cè)是主軸傳遞動 力給鍘切機構(gòu)的小錐齒輪。2 ）根據(jù)零件大小及軸向定位的要求確定軸的各段長度直徑和長度。為滿足帶輪的軸向定位要求，1 - U軸端需制出一軸肩，di-n =35mm由于dd = 300mm帶輪采用腹板式，長度 B=（z-1）e+2f=48mm，取l=45mm3 ）初步選擇滾動軸承。因軸承同時受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐 滾子軸承，參照工作要求并根據(jù) di-n= 35mm由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取 0基本游隙 組，標準精度級得單列圓錐滾子軸承 30208,其尺寸為dx DX T= 40mm< 80mm< 19.75mm 故dn-m=dv-=40mm端蓋的總寬度為20mm軸承寬度為18，右端與帶輪距離42mm故 取 l n-m=80mm4） 由軸肩高度h>0.07d，而dn-m =40mm取h=6mm故取dm-珂=52mm滾筒右側(cè)有一 軸肩，取其高度6mm故的軸環(huán)處得直徑為dm- v =64mm其長度l珂-v =20mm軸V -切段 尺寸與軸n - m段尺寸一樣。軸切-叫段，取dw-皿=35mm l=40mm具體結(jié)構(gòu)圖如圖4:1 U-4-一 J -” I !IUDVVI圖5 5）軸上零件的周向定位。齒輪，滾筒和帶輪的周向定位都采用平鍵連接。按 d m-W由表6-1查得平鍵截面bx h=16mX 10mm鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為100mm同 時為了保證齒輪與軸配合有良好的對中性，故選擇配合為 巴；同樣帶輪和錐齒輪與n6軸的鏈接，選用平鍵為10mX 8mrX 35mm滾動軸承與軸的周向定位是由過度配合來保 證的，此處選用軸的公差為m6.6.4.4按彎矩合成校核軸的強度1）求軸上載荷。軸上受力的位置有大帶輪處，刀架處，軸承處和小錐齒輪處。其中，動刀架對主軸的扭矩：6 3 匯 75%4715T =9.55 103.01 10 N *mm2故動刀架對主軸作用的圓周力:Fr 二38467230= 167.2N(38)2動刀架重G二mg =300N ,小帶輪對軸的作用力FP2 =1384N ,分解為水平和豎直面上的 兩個分力：FP2H = FP2v Fp2 * cos45 - 978N大帶輪對軸的作用力豎直向下為 FP1 =788.4N 。121-78 40 =0一 2丿2）求水平面支反力。由7Mb=0得:-Fah U40 + 240)-F腫"4° + 40+Fp2hI 2丿AH= 72N ；2得 F bh -1294 N。'0b1.12"04Nmm2 丿3）計算水平面彎矩：M CH F AHMbh =Fbh 匯 12Z4L6.0104mm、 2丿4) 求垂直面支反力。由7Mb=0得：z240 + 40)(78十40、,、Fav U40 + 240)+(mg Fr F I+Fp2V x 121 IFp "121 20 + 14548)= 0l 2丿<2丿得 Fav = 666N ；由、卡=0得：fbv 一 fav mg E 一 Fp2v 一 FP1 二0得 Fbv =2488N。5) 計算垂直面彎矩：cv'、2 丿M bv 二 Fav 40 272 mg - Fr272*4°=2.16X105n mmMdv =FP1 145-24 39&1.26 105Nmm6) 計算合成彎矩：r225Me 二 MchMcv 1.04 10 N *mm(39)i225M B = M bhM bv = 2.24 10 N *mmcM d 二 M dv =1.26 10 N *mm7) 計算扭矩：63 江 75%4Tc =9.55 102.77 10 N7756 3 7.964Td =9.55 1063.55 104 N *mm775根據(jù)其受力和計算出的彎矩、扭矩繪制成圖如圖5。2Fig.5 Axial bending mome nt diagram and the diagram torque 1計算當量彎矩 。22可將軸的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力看作脈動循環(huán)，取:=0.6 ,Me=pM (aT)觀察合成彎矩圖和扭矩圖可知，B和D處均可能是危險截面，則B截面：MBeMB (aTc)2 = 2.24 1 05N mmD截面：M De »M D (aTE)2 "26 105N mm垂直面驟圖圖5軸的彎矩圖和扭矩圖 2校核危險截面強度。軸的材料選用 45鋼，正火，由參考文獻："表14-1查得強度 極限二b =600MPa，由表14-5查得其需用彎曲應(yīng)力為1- 4/-55MPa，M B V M B VWb _ 0.1dB3= 52.24MPa ： 55MPa=幽= 29.62MPa : 55MPaWD0.1dD_故軸的強度足夠。7結(jié)束語滾筒式鍘草機的設(shè)計既要考慮用戶使用的安全性，還要顧及到技術(shù)參數(shù)的先進性 機使用機具的經(jīng)濟性，要同時考慮上述條件，具有很大的難度。在設(shè)計時，充分考慮 到以上因素，盡最大的努力，在設(shè)計方面把好第一關(guān)。但由于個人的能力有限，還有 許多方面的因素沒有考慮到，可能在實際操作中遇到一些問題。希望能得到老師指點 與幫助，能把機具不斷給予改進完善。參考文獻1 沈再春主編農(nóng)產(chǎn)品加工機械與設(shè)備M.北京.中國農(nóng)業(yè)出版社.1993:45-48.2 吳宗澤，羅圣國.機械設(shè)計課程設(shè)計手冊M.北京：高等教育出版社.2006.05.3 無錫輕工業(yè)學(xué)院主編.食品工廠機械與設(shè)備M.北京：中國輕工業(yè)版社，1993:89-94.4 第一機械工業(yè)部農(nóng)業(yè)機械研究所.農(nóng)業(yè)機械設(shè)計手冊(上、下冊) M.北京：機械工業(yè)出版社,1972. 龐聲海 饒應(yīng)昌.飼料加工機械使用與維修M.北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2000:131-133. 良梓.微型自動多功能鍘草機J.湖南農(nóng)業(yè)-2005年9期.7 胡長海.適用于中小型飼養(yǎng)場的系列鍘草機J.山東農(nóng)機化-2005年10期.8 胡長海.新型鍘草機J.農(nóng)村百事通，2006,(02).9 李魯予.河南省監(jiān)督抽查發(fā)現(xiàn)鍘草機存在5大質(zhì)量問題J.農(nóng)機質(zhì)量與監(jiān)督，2004,(03).10 濮良貴，紀名剛.機械設(shè)計M.北京：高等教育出版社，2006.5:401-402.11 李良藻、湯楚宙主編.農(nóng)產(chǎn)品加工機械M.長沙：湖南教育出版社，1989.12 Esposito Anthony.Machine DesignM.Ohio:A Bell& Howell Company Columbus,1975.13 Sch C H,Radcliffe CW.Kinematics and Mechanisms Design. 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