JIANGXI AGRICULTURAL UNIVERSITY
本 科 毕 业 论 文（设 计）
题目 ：小型旋耕机的设计
学 院： 工学院 * 名： *** 学 号： ******** 专 业：机械设计制造及其自动化 年 级： 081班
指导教师：严霖元 职 称： 教授
二○一二 年 四月
摘要
旋耕机是在我国广大丘陵，山区，地块小，高差大，无机耕道，果园，茶园，菜地，温室大棚作业的耕耘机械。本篇毕业设计对旋耕机的国内外情况进行了说明，分析和对比，首先进行了发动机的选择，变速器的选择，部分零件的选择，传动路线的设计；然后对齿轮箱的设计和校核，关键零部件的校核；最后是工作零部件的总成。
国外旋耕机设施农业耕作机械已非常成熟，作业性能稳定，功能齐全，小巧轻便。日本、荷兰、以色列等国家的产品广泛用于旋耕、犁耕、开沟、作畦、起垄、中耕、培土、铺膜、打孔、播种、灌溉和施肥等作业项目。如果有适用于中国国情的小型旋耕机问世，不但直接经济效益显著，而且还具有广泛的社会效益，其推广前景将是十分广阔的。可以大大提高中国农业的机械化水平，向农业现代化迈出坚实的一步。
关键词：小型旋耕机 设计
I
Abstract
Rotary cultivator is in our country vast hilly, mountainous area, small plot, elevation, inorganic farming road, orchard, tea garden, vegetable garden, greenhouse cultivation machinery operation. The graduation design for rotary machine at home and abroad were introduced, analyzed and compared, the engine options, transmission choices, parts selection, transmission line design; then the gear box design and verification, key parts of the check; the last is working parts assembly.
Foreign rotary facility farming machinery is very mature, stable working performance, complete functions, compact and lightweight. Japan, Holland, Israel and other countries, the products are widely used in rotary tillage, plowing, ditching, ridging, bedding, intertill, ridging, filming, punch, sowing, irrigation and fertilization project. If there is a suitable for China 's small rotary tiller is published, not only economic benefit is obvious, but also has a wide range of social benefits, its prospects will be very broad. Can greatly improve the agriculture mechanization level in China, to agricultural modernization has taken a solid step forward
Key words: small rotary tiller design
II
目录
摘要................................................................................................................................. I Abstract ......................................................................................................................... II 第一章 前言.................................................................................................................. 1
1.1 选择此课题的背景......................................................................................... 1 1.2 旋耕机的简介................................................................................................. 1 1.3 旋耕机的发展趋势......................................................................................... 1 1.4 中国未来农业机械化的展望......................................................................... 2 第二章 旋耕机工作原理与构造.................................................................................. 2
2.1旋耕机工作原理.............................................................................................. 2 2.2旋耕机的构造.................................................................................................. 4 第三章 方案的确定...................................................................................................... 5
3.1 总体设计......................................................................................................... 5 3.2 主要部分确定................................................................................................. 5 第四章 旋耕机各部分的选择...................................................................................... 5
4.1 柴油机的选择................................................................................................. 5 4.2. 耕幅的选择.................................................................................................... 6 4.3 刀轴转速选定................................................................................................. 6 4.4 传动形式的选择............................................................................................. 7 4.5 刀滚的选择..................................................................................................... 7 4.6 齿轮箱的选择............................................................................................... 10 4.7罩壳和拖板.................................................................................................... 11 第五章 各种部件的设计选择.................................................................................... 11
5.1 柴油机的选择............................................................................................... 11 5.2 传动比的确定............................................................................................... 12 5.3 各轴的转速，功率和转矩........................................................................... 12 5.4 选择带型....................................................................................................... 13 5.5 齿轮的设计................................................................................................... 16 5.6 轴的设计....................................................................................................... 20 5.7 链轮的设计................................................................................................... 22 5.8 变速齿轮箱的设计....................................................................................... 22 小结.............................................................................................................................. 24 参考文献...................................................................................................................... 25 致 谢............................................................................................................................ 26
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第一章 前言
1.1 选择此课题的背景
结合江西省的地理环境我们可以得知，江西地貌大致可以划分为9个地貌区和9个地貌副区: 一为赣西北中低山与丘陵区。 二为鄱阳湖湖积冲击平原区。 三为赣东北中低山丘陵区。四为赣抚中游河谷阶地与丘陵区。 五为赣西中低山区。 六为赣中南中低山与丘陵区。土地总面积 166947 平方公里，占全国土地总面积的 1.74%，居华东各省市之首。其中山地 60101 平方公里（包括中山和低山），占全省总面积的 36%；丘陵 70117 平方公里（包括高丘和低丘），占 42%; 岗地和平原 20022 平方公里，占 12%，水面16667平方公里，占10%。由此可见地虽广，却不适合耕种。如何有效高效地利用着有限的资源显得十分的重要，更能看出江西省大力发展中小型旋耕机的急迫性和重要性。
1.2 旋耕机的简介
早在十九世纪中末叶，世界上就出现了旋耕机，一九一零年左右才达到实用水平，一九二二年首先在澳洲和英国推广实用，以后扩展到以欧洲为主的许多国家。一九三零年以后，日本又将欧洲旱地使用的旋耕机成功地运用到水田。所以旋耕机在近几十年内有了较大的发展。目前，从国外的旋耕机使用情况来看，多数安有安全离合器，有两种以上刀滚转速，三四种刀型，配有铁轮或者胶轮限深装置。
我国旋耕机的发展，是先有与手扶拖拉机配套的旋耕机。轮式拖拉机的配套旋耕机是从一九五九年开始研制的，到一九六三年已有十几种不同型号的旋耕机用于生产。通过整顿、补缺和提高，逐步向着适合我国农业生产的系列旋耕机发展。
1.3 旋耕机的发展趋势
随着农业机械化程度的不断增强，工作效率和效益的日益提高，现有的旋耕机弊端也不断显现出来，已满足不了农艺要求和生产规模扩大的要求。故对现有的旋耕机的发展会出现以下几种发展趋势：1、向宽幅高速型旋耕机发展；2、向联合收割机发展；3、向全幅深旋耕机发展；4、向自动化，智能化方向发展；5、小型旋耕机的需求会不断的增强。
目前，我国的农机发展很不平衡，农业机械化水平明显偏低，农机服务组织化程度低, 整体效益差，农业机械装备结构不合理，农机具科研开发配套系统建设落后。
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1.4 中国未来农业机械化的展望
创新是农业机械化水平提高的关键，未来农机化创新的特点：一是加强技术创新。要结合农业结构调整，加快农机新技术、机具的研究与开发，力争在粮食作物、经济作物和牧业等机械化生产关键环节、关键技术，以及农产品分级、加工转化等方面取得新的突破，提高农机化技术水平。二是加强机制创新。要进一步深化农机化科技体制改革，充分发挥农机科研院校、大型农机企业的积极作用，优化农机科技资源配置。三是加强农机化新技术的推广应用。要重点推广水稻机械化生产、玉米收获及育苗移栽机械化、机械化旱作节水农业、秸秆机械化还田、粮食产地烘干、设施农业机械化、经济作物机械化、牧业机械化、农产品加工和农用航空“十大”农机化技术。
第二章 旋耕机工作原理与构造
2.1旋耕机工作原理
旋耕机是由拖拉机动力输出轴驱动的耕作机具。旋耕机无论是装在手扶拖拉机上，还是装在轮式拖拉机或履带拖拉机上，其工作原理基本相同（如图1.1 图1.2所示）
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刀片端点运动轨迹 V-机组前进速度 W-旋转角速度 S-土块厚度 a-耕深
图2.1 速度简图
图2.2 旋耕机工作过程
刀片是旋耕机的主要工作零件，好像是好多小锄齿按螺旋形安装在水平刀轴上，刀轴与拖拉机轮轴平行，由拖拉机动力输出轴经万向节，变速箱驱动旋转（旋转方向和拖拉机驱动轴相同），刀片随刀轴转动自地面从上向下切削土壤，由于拖拉机的前进，旋转的刀片不断切入未耕土壤，切下的土块被抛向后方，并与罩壳，拖板相撞击，进一步破碎再落到地面，最后由拖板拉平，因而碎土充分，地面平整。
切下来的土块是楔形，纵断面垂直于机具前进方看去呈现月牙形。这种形状的形成原因，是由于刀片随刀轴旋转的同时，还要跟随拖拉机前进的合成运动的结果。月牙轮廓线就是刀片端点合成的轨迹。因此，刀片旋转速度和拖拉机前进速度的快慢，就决定了土块的大小。实践证明，刀片转速大，而前进速度小时，土块细小；刀片转速小，而前进速度大时，土块粗大。要达到农业要求的碎土效果，务需合理选配刀片转速和前进速度。为了便于分析问题，用速比系数λ来表示转速和机组前进速度的配合关系。
速比系数 λ=刀片端点圆周速度/机组前进速度＞1
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用旋耕机在中等粘度的水稻田里耕作（土壤含水率一般在20~30%为适耕范围），每把旋耕刀所切的土块厚度在10厘米左右，碎土质量就可以满足种麦的要求。如果土壤的含水率大于35%，则切削的土块厚度必须在6~7厘米才能满足上述要求。大家也许都知道，土壤粘，碎土差，土壤松，碎土好。耕地适时，碎土就好，过干过湿都不利于旋耕机碎土。
2.2旋耕机的构造
旋耕机虽系动力驱动的农具，但结构并不复杂，刚性较好，都是矩形框架结构。按与拖拉机的联接方法，系列旋耕机可分直接联接和三点悬挂两种。其中,直接联接又可分为侧边齿轮传动和侧边链条传动两种；三点悬挂又可分为中间齿轮传动，侧边齿轮传动和侧边链条传动三种。一般旋耕机均由机架、动力传动系统、罩壳拖板、刀滚等几部分组成。
旋耕机的型号按J B / 下8 5 7 4 的规定， 手扶拖拉机旋耕机型号由下列代号和主参数组成。
1G S Y Z ---XX
1G 类别代号:I G表示耕整地机械类中的旋机 S 配套特征代号: S 表示与手扶拖拉机配套 Y 配套手扶拖拉机动力:KW
Z 传动特征代号: 链传动用L 标出，齿轮传动不标出 XX 工作幅宽，CM
例如工作幅度为60CM，链传动配9 kW手扶拖拉机的旋耕机 旋耕机 1GS9L-60 JB/T 9798.1-1999
表2.1 系列旋耕机主要技术规格和性能（耕幅为1m部分） 型 号 1G-100 1GL-100 1GZ-100 1GZL-100 项 目 外形尺寸（长1012*1245-101032*1238*101334*1052*671334*1052*67x宽x高）mm 26 15 5 5 整机重量（公196 190 200 200 斤） 实际耕幅980 980 980 980 （mm） 耕 深 旱耕120~160 水耕140~180 （mm） 刀片型式数量 左右弯刀各14把 最终传动形式 齿轮传动 链条传动 齿轮传动 链条传动 刀 540 高档 220 198 222 222 轴 低档 转 720 高档 速 低档 R 1000高档
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/m 低档 机组前进速度 （公里每小时） 生产率（亩/班） 配套动力（马力） 旱耕2~3 水耕3~5 20~30 20~30 第三章 方案的确定
3.1 总体设计
由于此次设计的是小型旋耕机，因此选择直接联接旋耕机设计，这样机架主要由提升梁、中间齿轮箱体、侧边链条（或齿轮）箱体、右侧板等机件构成。中间齿轮箱体用连接体固定在拖拉机后桥壳体上，侧边链条（或齿轮）箱体和右侧板部件则与中间齿轮箱左、右主梁活铰联接，通过提升梁使侧边链条（或齿轮）箱与右侧板绕中间齿轮箱左、右主梁旋转，达到刀滚的升降。
3.2 主要部分确定
直接联接的旋耕机没有万向节，而是采用牙嵌离合器，把柴油机的动力直接传递到旋耕机上。因此传动部分我们可以这样理解，
柴油机-----牙嵌离合器----皮带轮传动-----链轮传动-----中间齿轮箱----侧边链轮箱----刀轴
第四章 旋耕机各部分的选择
4.1 柴油机的选择
这里，通过比较性价比，我们选择常州王常柴油机有限公司的柴油机 该公司主要型号柴油机如下：
型号 R185 R192 ZS195 ZS1105 ZS1110 ZS1115
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型式 单缸,卧式,四冲程
缸径*冲程 85*82 92*90 95*115 100*115 110*115 115*115 活塞总排量 0.510 0.598 0.815 0.996 1.093 1.1945 压速比 17.5 17 17 17 17 17
标准功率/转速 5.88/8/2600 7.7/8.8/2400 9.54/2200 12.1/2200 13.2/2200 14.7/2200 最大功率/转速 6.5/9/2600 8.46/9.7/2400 10.6/2200 13.2/2200 14.7/2200 16.2/2000 燃油消耗率 ≤ 280 ≤ 287 ≤ 242.1 ≤ 238 ≤ 238 ≤ 238 燃油方式 直喷 冷却方式 蒸发
润滑方式 压力飞溅 起动方式 手摇或电启动
净质量 90 90 145 150 180 185
型号 ZS1115M ZS1125 ZS1130 L28M LC195 LC1110 型式 单缸,卧式,四冲程
缸径*冲程 115*115 125*115 130*120 125*120 95*115 110*115 活塞总排量 1.1945 1.41 1.593 1.48 0.815 1.093 压速比 17 16.5 16.5 17 17 17
标准功率/转速 14.7/2200 17.65/2200 20/2200 20.2/2200 8.82/12/2200 13.2/18/2200 最大功率/转速 16.2/2000 19.41/2200 22/2200 22/2200 9.7/13.2/2000 14.7/20/2200 燃油消耗率 ≤ 238 ≤ 244.8 ≤ 244.8 ≤ 254.2 ≤ 238 ≤ 244.8 燃油方式 直喷 冷却方式 蒸发
润滑方式 压力飞溅 起动方式 手摇或电启动
净质量 195 210 210 210 145 185
再联系到表2.1中的配套动力为20~30马力，我们选择的柴油机为R185.
4.2. 耕幅的选择
从使用角度来看，耕幅以大于拖拉机后轮外侧的轮距为好。这样，旋耕机能对称地配置在拖拉机后面，可以避免牵引偏移，操作较平稳，又可适应各种耕作方法的作业（左、右回转，套耕等）。但耕幅往往受到拖拉机功率的限制。系列旋耕机以适应南方水田地区的农艺要求为主，联系到江西省多山陵地形和表1中的技术规格选定拖拉机马力和耕幅。所以旋耕机的耕幅选择100±5CM ，实际耕幅980mm 。
4.3 刀轴转速选定
正确选择旋耕机刀轴转速和拖拉机转速.为保证旋耕机在作业中碎土符合农艺要求,旱耕作业前进速度选用2~3km/h,水耕或耙地作业则可选用3~5km/h.对旋耕机刀轴转速而言,一般旱耕或耕作比阻较大的土壤时选用低速挡,其转速为
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200r/min左右,在水耕、耙地和耕作比阻较小的土壤时选用高速挡,其转速一般为270r/min左右。
这里，我们假定刀轴转速为260r/min。
4.4 传动形式的选择
选用中间传动还是侧边传动？一般耕幅小于拖拉机拖拉机后轮宽度的旋耕机多用于侧边传动，耕幅大于拖拉机后轮外缘宽度的旋耕机，多采用中间传动。根据前面的设想，这里我们选用侧边传动。
下面来比较一下链条传动和齿轮传动？齿轮传动可靠性好，使用寿命长，结构紧凑，但是重量大，优质合金用量多；链条传动较轻便，重量轻，特别在中心距大的时候，比齿轮传动优越。针对链条传动寿命短，易损坏等问题，经改进并在1~1.5米旋耕机上用1英寸双排套筒滚子链条传动，基本可靠。综合考虑来看，这里我们选用齿轮传动。
4.5 刀滚的选择
刀滚主要由刀片、刀座、刀轴组成的。刀片和刀座都是全系列通用的。它是旋耕机的主要工作部件，刀片形状及其排列形式直接影响旋耕机的工作性能。
4.5.1刀滚半径
刀滚半径是刀轴回转中心到刀片端点的距离。刀滚半径的确定主要根据旋耕作业要达到的最大深耕深，在满足耕深要求和结构允许的前提下，刀滚半径应设计的尽量小些，使刀片端点的圆周速度不致于过大，避免增加旋耕功率的消耗，同时也可使整个旋耕机的结构比较紧凑，减轻整机重量。系列旋耕机要求达到的最大耕深，旱耕为16厘米，水耕是18厘米，故采用刀滚半径为245毫米和260毫米的两种弯刀。这里我们选择245毫米的旋耕刀。
4.5.2刀片
刀片（又叫犁刀，刀齿）是旋耕机的主要工作零件，也是易损件，用螺栓固定在刀座上，刀座按螺旋线排列，焊接在刀轴上，随刀轴一起旋转，起着切碎土垡的作用刀片有凿型和“L”型两类。
凿型刀前端刃口较窄，呈平口型或尖头型。有较好的入土能力主要起挖掘土壤的作用，工作时候需要的功率较小，但易绕草，适用于无草茎的疏松土壤和熟地上耕作。
“L”型刀靠锐利的刃口切土，刀刃由侧切刃和正切刃两部分组成，侧切刃呈直线型或圆弧型，顺着回转方向延伸，切土时还起着支撑侧压力的作用。正切刃呈直线或者空间曲线状。常用的“L”型刀有直角刀、沼泽刀和弯刀等几种。
直角刀刀身较宽，刚度较好，主要用于耕作松软的熟地。切削幅宽较其它刀
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型为大，一般用螺栓固定在焊有刀盘的刀轴上。这种刀的侧切刃和正切刃一般都由直线构成。
沼泽刀主要用于耕作沼泽地和草地。为了便于切断植物的根系，刀身宽度较大，有较大的刚度，而切土的耕幅较直角刀为窄，侧切刃成直线型，正切刃成圆弧形。
弯刀是目前推广使用比较普遍的刀型，由于这种弯刀刃口有较大的滑切角，不易绕草；弯刀主要用于耕作土壤沾湿，田内有草、绿肥等易绕物的水稻田。系列旋耕机主要安装刀滚半径为245毫米的弯刀
上述各种类型的旋耕刀，无论是哪种形式，都应采用65锰优质钢材锻造而成，要求刃口锋利，形状正确。目前系列旋耕机的弯刀大多采用国家供应的周期轧制刀坯型钢滚锻成型。也有一些工厂或使用单位还是用手工锻打弯刀，形状不易保持正确一直。下面是手工手工制造旋耕机弯刀应注意的关键性问题：
（1）应尽可能选用规定的65锰钢材料。这种材料耐磨，使用寿命长，热处理后不易变形；
（2）按着图形展开形状做外形样板，以供锻造检测之用；
（3）先加工刀柄固定孔，用样板弯刀的孔为基准，检测锻打出来的成品，将多余部分切除； （4）磨刃口；
（5）以刀柄和固定孔为定位基准，按尺寸弯型（可以做一个简单的弯型模具）； （6）用弯型样板检测，合格后热处理。
国产刀片有耐磨性好的优点，但抗折强度差，不能适应复杂的土，质和意外撞击。为提高旋耕机刀片内在质量,充分发挥65锰钢的特性。使其既耐磨而义杭折；
因此建议热处理工艺改进如下：
第一种方案 保证刀尖、刀刀部分有良好的耐磨性，而刀背和刀栖部分都有足够的抗折强度 ，为此，设术条件和热处理如下：
1. 刀尖、刀刃部分的硬度为 HRC54~58 ,刀背和刀柄部分硬度为HRC43~47。 2. 金相组织。刀尖、刀刀部分为回火马氏体，刀背和刀栖部分为回火屈氏体。 3. 热处理工艺。先将刀片加热到810~830℃整体淬火，使硬度达到HRC60~63，然后再局部分级回火（380~400℃）及刀尖和刀刃部分低温回火（180~200℃） 。 第二种方案 由既保证刀片在耐磨性好，又达到抗折强度高的硬度最佳值来确定。即综合机械性能较好。其技术条件和热处理工艺应为： 1. 片整体硬度为HRC47~50； 2. 相组织均为回火屈氏体；
3. 处理工艺。将刀片加热到810~830℃整体淬火，使硬度达到HRC60~63，然后再整体中温回火（380~400℃）。
以上两种方案比较 第一种情况刀片机械性能比较理想 ,但热处理工艺较复杂第二种情况刀片的耐磨性和抗折强度比第一种情况差些，而对宽刀较为合理，但热处理工艺较简单。
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图4.1 刀片简图
4.5.3排列及入土顺序
为了使旋耕机在工作中不发生漏耕与堵塞，并使旋耕机刀轴受力均匀，刀片在刀轴上除了有规则地（按螺旋线）排列外。还必须使相邻两刀片在轴向和径向的角度差（也叫相位差）方面，保持一个适宜的数值，同时还使左、右弯向刀片的入土顺序交错进行，对称地入土。
下图是中间传动旋耕机的刀片排列及入土顺序。由于中间传动，有左右两根刀轴，每根刀轴各有两条螺旋线，左右弯刀分别安装在螺旋线上，但左右刀轴各有一条螺旋线是不连贯的，这样的布置主要是为了满足刀轴每转过一相等角度，就有一把刀片入土的要求。相邻同向刀片之间相位差57°36′，同一截面上两把刀片的相位差129°36′。
装配刀片时必须严格按照使用说明书的刀片排列图安装，左右弯向刀片也不得搞错。不致于因刀片位置装错而产生的堵塞或者负载不均匀等现象。
中间传动旋耕机的传动箱设在刀轴中间，有一定宽度，刀轴旋转时要让开箱体，为保证安全，还要求刀片与箱体之间保持一定的间隙。因此，箱体宽度和这个间隙就构成了耕地时的漏耕地段。在粘重土壤上耕作，这种漏耕地段特别显著。
消除漏耕地段装置有两类：第一类是在箱体下面安装梨铲之类的工作部件，结构简单，制造容易，但消除漏耕的质量不理想。
第二类是在刀轴上安装特殊结构的刀座和刀片，当刀轴旋转时，刀片既能切割箱体下部的土壤，又能让开箱体，不和箱体相碰。耕作质量与旋耕相同，但结构复杂，制造比较困难。
下图是刀片在刀轴上位置的展开
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图4.2 刀片的展开
4.6 齿轮箱的选择
1.侧边传动的中间齿轮箱
中间齿轮箱把拖拉机输出轴传来的动力，改换传动方向和变速后传给侧边齿轮箱。无变速齿轮的中间齿轮箱，由一对锥齿轮、两根轴组成。这种箱体结构简单、体积小、重量轻，目前主要用于1米耕幅的四种型号的旋耕机。主要是与动力输出轴为540转／分的拖拉机配套。 2.侧边传动箱
系列旋耕机的侧边传动箱，有齿轮传动和链条传动两种。
三个圆柱齿轮的侧边齿轮箱，通过它将中间齿轮箱传来的动力传给刀轴，箱体除了安装齿轮外，又是旋耕机矩形框架的组成部分，所以要求牢固，可靠，刚性好。这种箱体中心距小，结构重量轻，多用于1米耕幅的旋耕机。缺点是中间齿轮较大，锻造加工比较困难，优质材料用量较多。
四个圆柱齿轮的侧边齿轮箱。这种箱体中心距较大，用于有交换齿轮的中间齿轮箱的旋耕机。与三个的侧边齿轮箱比较，中间齿轮较小，但零件多，结构重
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量比较大，一般用于1.25米以上耕幅的旋耕机。
侧边链条箱由链轮，张紧滑轮，链条箱体等零件组成。用于1~1.5米耕幅的三种旋耕机。链条规格为一英寸双排套筒滚子链（加强型）。主、被动链轮中心距有两种，小的中心距和上述三个齿轮传动的主被动齿轮的中心距相同，大的中心距和四个齿轮传动的中心距相同，主要考虑到侧边齿轮传动和链条传动旋耕机中某些零件的通用性，以提高多品种的“三化”程度。在结构和工艺等方面，链条传动比齿轮传动有一定的优越性，关键是要提高链条的寿命，工作可靠性和降低成本，同时也要注意正确的使用和调整。 4. 中间传动旋耕机的齿轮箱
中间传动旋耕机的齿轮箱，主要由一对锥齿轮，三个圆柱齿轮组成。采用这种形式的齿轮箱，拖拉机动力经万向节传给齿轮减速并改变方向后，直接带动力轴旋转工作。刀轴分为左右两段安装在齿轮箱两侧。这种结构形式的特点是机架牢固，刚性好，布局合理，特别是用于耕幅大于拖拉机轮距的时候，更能显示出它的优越性。缺点是中间齿轮箱不能安装弯刀，如果不设置特殊工作部件来弥补，将出现漏耕或工作部件挂草堵塞等现象。
4.7罩壳和拖板
罩壳与拖板能起到挡住被刀片抛出的土块再次得到破碎，并使耕后地表平整，改善劳动条件和保证安全操作安全的作用。刀片与罩壳的间隙过大，结构不允许。间隙过小，则易堵塞而增加摩擦阻力。一般情况下，刀片与罩壳之间的间隙，前端为30~40毫米，后端为70~80毫米。
系列旋耕机的罩壳拖板形式基本相同。主要是由圆弧形的罩壳、拖板、链条、罩壳撑杆等两件组成的。罩壳和机架上的侧边齿轮（或链条）传动箱体及侧板联接在一起的，使用时可根据出土畅通的要求，调节链条长度来控制拖板的高度。中间传动旋耕机的罩壳拖板，以中间齿轮箱为边界，有左右两部分组成。
第五章 各种部件的设计选择
5.1 柴油机的选择
影响旋耕机功率的因素很多，查《农业机械设计手册》，得下列经验公式 N = 0.1K aVmB (kw) (3—9)
式中：a—耕深(cm);
Vm-机组前进速度（m/s）; B-耕幅（m）；
K -旋耕比阻（N/cm2)( K =kgk1k2k3k4)见表2
根据前面设计耕深a=15cm，机组前进速度Vm=0.5m/s,耕幅B=1 m，Kg=13；
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k1=1；k2=0.95； k3=0.8；k4=0.66； K =13×1×0.95×0.8×0.66=6.52 N=4.89 KW
根据附表1 常州王常柴油机有限公司的柴油机R185型柴油机，满载功率为6.5KW，标准功率5.88KW，转速2600r／min。
5.2 传动比的确定
根据柴油机的满载转速2600 r/min和旋耕刀轴的转速260 r/min，传动装置的总传动比为10左右，总传动比为各级传动比i1×i2×i3的乘积。根据传动比的分配原则及各种传动的性能，分配传动比。
带传动具有结构简单，传动平稳，造价低廉，以及缓冲吸震等特点。因此，一般在一级传动中采用，i1=2.5。而齿轮传动无弹性滑动和打滑现象，因而能保持准确的传动比，传动效率高，轴上径向压力较小，结构较为紧凑。二级传动采用变速箱i2=4。侧边传动采用链传动，可以没有传动比，起到传动功能。
5.3 各轴的转速，功率和转矩 5.3.1 各轴的转速
I轴转速： N0=2600r/min；
变速箱输入转速： NI=N0/i1=2600/2.5=1040 r/min； 变速箱输出转速和III轴转速： NII=NI/i2=1040/4=260 r/min
5.3.2 各轴的功率
I轴输出功率：P1=5.88KW
变速箱输入功率：Px1=P1×0.95×0.97=5.42KW 变速箱输出功率：Px2=Px1×0.97=5.26KW III轴输入功率：PIII= Px2×0.97=5.10KW III轴输出功率：PIII出= PIII×0.97=4.95KW
5.3.3 各轴的转矩
I轴转矩： T1=95505.88/2600=21.60N•m； 变速箱输入转矩： TII=95505.42/1040=49.77N•m； 变速箱输出转矩： TII出=95505.26/1040=48.30N•m；
12
III轴输入转矩： TIII=95505.10/260=187.33N•m； III轴输出转矩： TIII外=95504.95/260=181.82N•m； 表2 轴 号 功率P（KW） 输入 I轴 变速箱5.42 轴 III轴 5.10 输出 5.88 5.26 4.95 转矩T（N•m） 输入 49.77 187.33 输出 21.60 48.30 181.82 转速n传动比i 效率 （r/min） 2600 1040 260 4 0.97 2.5 0.92 5.4 选择带型 5.4.1带的型号
带的型号可根据计算功率Pc和小带轮的转速n1选取，普通V带见《机械设计》第四版图11.15，窄V带见图11.16。计算功率Pc=KAP （P：名义传动功率；KA 工作情况系数）
在两种型号相邻的区域，若选用截面较小的型号，则根数较多，传动尺寸相同时可获得较小的h/D，带的使用寿命较长。如认为根数过多，也可以选择大一号的型号，这时，带轮尺寸，传动中心距都会有所增加，带根数则可减少。
Pc=KAP选择为1.2
KA选择为1.2，则Pc=5.94KW 根据计算，我们选择SPA型V带
5.4.2 带的计算
初选小带轮的基准直径dd1。由表11-6和表11-8，取小带轮的基准直径
dd1=112mm ，验算带速v。按式验算带的速度
v1dp1n1601000601000601000因为5m/s 然后计算大带轮的基准直径。根据式（8-15a），计算大带轮的基准直径dd2 13 dd2=idd1而 i= n1=2.5 n2dd2=idd1=2.5112=280mm 确定中心距a和带的基准长度Ld 查《机械设计》课本，根据传动的结构的需要初定中心距a0，由 0.7(dd1+dd2)＜a0＜2(dd1+dd2)， 274.4＜a0＜784 取a0=500mm a0取定后,根据传动的几何关系，计算所需带传动的基准长度L/d： L/d2a0 2(dd1dd2)(dd)d2d124a0 (280112)3.142500(112280)1643.664mm 22500查《机械设计》课本，由图11.3中选取和L/d相近的V带的基准长度Ld,取Ld=1600mm；再根据Ld来计算实际中心距， LdLd1643.661600 aa0500478mm 22验算主动轮上的包角1 查《机械设计》课本，根据式（8-6）及对包角要求应保证 dd2-dd1280-1121= 180o57.5o 180o57.5o159.8o 120o a478满足包角要求。 确定带的根数z 查《机械设计》课本，根据式 2Pca (P0P0)KKL K——包角系数,查《机械设计》（表8-8），K=0.92； z KL——长度系数，查《机械设计》（表8-2），KL=0.94； P0——单根V带的基本额定功率，查《机械设计》表11-5c，P0=2.61； 14 P0——计入传动比的影响时，单根V带额定功率的增量，其值见《机械 设计》表8-5b，P0=0.56； 5.882.15，取z=3。 (2.610.56)0.920.94z= 确定带的预紧力F0 查《机械设计》课本，考虑离心力的不利影响，并考虑包角对所需预紧力的 影响，根据式（11 .21）单根V带 所需的预紧力为 Pca2.52 (1)qv （4-7） zvK 查机械设计表8-4，得出q=0.1kg/m，z=3，K=0.969则 FO500FO5005.882.5（1）0.115.22125N 315.20.969计算带传动作用在轴上的力（压轴力）Fp 如果不考虑带的两边的拉力差，则压轴力可以近似的按带的两边的预紧 力F0的合力来计算即 Fp2zF0cos2zF0cos（1）2zF0sin1 2222（23125sin159.8739N 2z-带的根数；F0-单根带的预紧力；1-主动轮上的包角 5.4.3 带轮的结构 带轮的材料主要采用铸铁，常用材料的牌号为HT150或HT200；转速较高时宜采用铸钢(或用钢板冲压后焊接而成)；小功率时可用铸铝或塑料。 铸铁制V带轮的典型结构形式有三种： 实心式：带轮基准直径小于3d(d为轴的直径)时； 腹板式：带轮基准直径小于300～350mm时； 轮辐式：带轮基准直径大于300～350mm时。 15 图5.1 腹板式带轮 5.4.4 带轮的张紧 各种材质的V带都不是完全的弹性体，在预紧力的作用下，经过一定时间的运转后，就会由于塑性变形而松弛，使初拉力降低。为了保证带传动的能力，应定期检查初拉力的数值。如发现不足时，必须重新张紧，才能正常工作。常见的张紧装置有以下几种： 1.定期张紧装置 采用定期改变中心距的方法来调节带的预紧力，使带重新张紧。 自动张紧装置 将装有带轮的电动机安装在浮动的摆架上，利用带轮的自重，使带轮随同电动机绕固定轴摆动，以自动保持张紧力。 2.采用张紧轮的装置 当中心距不能调节时，可采用张紧轮将带张紧。张紧轮一般应放在松边内侧，使带只受单向弯曲，同时张紧轮还应尽量靠近大轮，以免过份影响小带轮的包角。若张紧轮置于松边外侧，则应尽量靠近小带轮。张紧轮的轮槽尺寸与带轮的相同，且直径小于小带轮的直径。 5.5 齿轮的设计 5.5.1 基础的确定 1.材料的选择 表5.1 材料处理 强度极限 材料牌号 热处理方法 B/Mpa 45 正 火 调 质 560 580 屈服极限 C/Mpa 200 220 硬 度 HBS 169~217 229~286 其中小齿轮45号钢调质，大齿轮45号钢正火 2.根据实际需要，选用直齿圆柱齿轮传动 3.旋耕机为一般工作机器，速度不高，故选用7级精（GB10095-88） 16 4.选小齿轮齿数Z1=25，大齿轮齿数Z2=i Z1=100 5.5.2按齿根弯曲疲劳强度计算 由设计计算公式（12-14）进行试算，即 d1t2.323确定公式内的各计算数值 计算载荷系数K Kt=1.3 计算扭矩 T1=49.77N•m T2=48.30N•m 齿轮传动齿宽系数 d 查《机械设计》课本，根据表12-7选取齿宽系数d=1 查表12-12查得材料弹性影响系数ZE=189.8MPa1/2 。 由图12-13按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限Hlim1=710MPa；大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=580MPa。 由式（12-15）计算应力循环系数 N1=60n1jLh=601040110000=6.24108 N2=6.24108/4=1.56108 由图12-24查得弯曲疲劳寿命系数KFN10.95；KFN20.98。 计算接触疲劳许用应力 1一般可靠度（失效概率不大于100），安全系数S=1.2，由式12-11得 KtT1u1ZE2•() du[H] [H1]KHN1Hlim1=639MPa S[H2]KHN2Hlim2=522MPa S初步计算的小齿轮直径 d1tAd3T1u112•()=64.7mm 取d1=65mm du[H] 17 初步齿宽b=dd1=65mm d1tn1校核计算 圆周速度V V=601000=3.54m/s 齿数Z和模数m 初取齿数 Z1=25，Z2=iZ1=100 m=d1/z1=65/25=2.6 由表12.3.取 m=2.5 则 z1=65/2.5=26 Z2=104 使用系数KA 由表12.9 KA=1.5 动载系数KV 由图12.9 KV=1.2 齿间载荷分配系数KHα 由表12.10 先求 Ft= Εα=[1.88-3.2( 2T1249770==1532 N d165KAFT=35.35N/MM＜100N/MM b11+)]COSβ Z1Z2 =1.88-3.2(1/26+1/104) =1.73 Zε=0.87 KHα=1.32 齿间载荷分布系数KHβ 由表12.11 b2 ) +C10-3b d1 =1.17+0.16×12+0.61×10-3×65 =1.37 载荷系数K K=KAKVKHαKHβ=3.26 节点区域系数ZH ZH= 2.5 验算 [σH] =189.8×2.5×0.87× KHβ=A+B( 23.26497704=518MPa 6565653 ＜ 18 [σH2] 计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。 确定传动主要尺寸 实际分度圆直径d 因模数取标准值时，齿数已重新确定，但并未圆整，故分度圆直 不会改变，即 d1=mz1=2.5×26=65mm d2=mz2=2.5×104=260mm 中心距a a=162.5mm 齿宽b b=65mm 齿根弯曲疲劳强度验算 0.75重合度系数Yε Yε=0.25+=0.68 （式12.18） 1.73齿间载荷分配系数KFα 由表12.10 ，KFα=1/Yε=1/0.68=1.47 齿向载荷分布系数KFβ KFβ=1.38 载荷系数K K=1.5×1.2×1.47×1.38=3.65 齿形系数YFa 由图12.21 YFa1=2.46 YFa2=2.19 应力修正系数YSA 由图12.22 YSA1=1.65 YSA1=1.8 弯曲疲劳极限σFlim 由图12.23c σFlim 1=600MPa σFlim 2=450MPa 弯曲最小安全系数SFmin 由表12.14 SFmin =1.25 弯曲疲劳寿命系数 由图12.24 YN1=0.95 YN2=0.97 尺寸系数YX 由图12.25 YX=1.0 6000.951许用弯曲应力【σF】 【σF1】==456MPa 1.254500.971 【σF2】==349MPa 1.25验算 σF1 = 95MPa σF2 = 93MPa 传动无严重过载，故不作静强度校核。 5.53 齿轮几何尺寸的确定 齿顶圆直径 da 由《机械零件设计手册》得 h*a =1 c* = 0.25 da1d12ha1Z12ham(2621)2.570(mm) da2d22ha2Z22ham(10421)2.5265(mm) 19 齿距 P = 2×3.14=6.28(mm) 齿根高 hfhacm3.125(mm) 齿顶高 haham12.52.5(mm) 齿根圆直径 df df1d12hf6523.12558.75(mm) df2d22hf26023.125253.75(mm) 5.6 轴的设计 5.6.1 轴的基本数据 表2 轴 号 功率P（KW） 输入 输出 5.88 5.26 4.95 转矩T（N•m） 输入 49.77 187.33 输出 21.60 48.30 181.82 转速n传动比i 效率 （r/min） 2600 1040 260 4 0.97 2.5 0.92 I轴 变速箱5.42 轴 III轴 5.10 由上表可知 变速箱轴输入的功率P1=5.42KW ，输出的功率P2=5.26KW； 输入的转矩T1=49.77N•m，输出的转矩T2=48.30N•m； 输入的转速N1=1040r/min，输出的转速N2=260r/min； 5.6.2高速轴的设计 1. 确定高速轴的最小直径 选取轴的材料为40Cr调质处理，按机械设计书中要求取A0=105，则得： p d1minA031n10535.42104018.20mm 1 综合轴的强度，以价格要求，取d1=25mm 20 2.轴的结构设计 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径 ① 由于Ⅰ—Ⅱ安装带轮，所以该段直径尺寸选为25mm， ② 考虑到轴向定位可靠，所以Ⅱ—Ⅲ段直径选为30 mm， ③ Ⅲ—Ⅳ 段轴要安装轴承，考虑到轴肩要有 2mm 的圆角，根据机械设计手册，轴承选用6207型深沟球轴承，即该段直径定为35mm，外径72mm，厚度21mm， ④ Ⅴ—Ⅵ 段轴为小齿轮，齿顶圆直径为70mm， ⑤ Ⅳ—Ⅴ、Ⅵ—Ⅶ 轴肩固定轴承，直径为45mm， ⑥ Ⅶ—Ⅷ 段轴要安装轴承，直径定为35mm。 各段长度的确定 ① Ⅰ—Ⅱ连接大带轮，长度为70mm， ② Ⅱ—Ⅲ段长度为100mm， ③ Ⅲ—Ⅳ，Ⅶ—Ⅷ为滚动轴承部分，长度定为23mm， ④ Ⅳ—Ⅴ，Ⅵ—Ⅶ为中间间隙，长度定为20mm， ⑤ Ⅴ—Ⅵ为齿轮部分，长度定为65mm。 5.6.3 低速轴的设计 1.确定低速轴的最小直径 选取轴的材料为40Cr调质处理，按机械设计书中要求取A0=105，则得 p d2minA031n10535.2626028.61mm 1 d2=35mm 2. 低速轴结构设计 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径 ① 由于Ⅰ—Ⅱ安装带轮，所以该段直径尺寸选为35mm， ② 考虑到轴向定位可靠，所以Ⅱ—Ⅲ段直径选为40 mm， ③ Ⅲ—Ⅳ 段轴要安装轴承，考虑到轴肩要有 2mm 的圆角，根据机械设计手册，轴承选用6207型深沟球轴承，即该段直径定为45mm，外径100mm，厚度27mm， ④ Ⅴ—Ⅵ 段轴为小齿轮，齿顶圆直径为35mm， ⑤ Ⅳ—Ⅴ、Ⅵ—Ⅶ 轴肩固定轴承，直径为50mm， ⑥ Ⅶ—Ⅷ 段轴要安装轴承，直径定为45mm。 各段长度的确定 ① Ⅰ—Ⅱ连接大带轮，长度为70mm， ② Ⅱ—Ⅲ段长度为100mm， ③ Ⅲ—Ⅳ，Ⅶ—Ⅷ为滚动轴承部分，长度定为27mm， ④ Ⅳ—Ⅴ，Ⅵ—Ⅶ为中间间隙，长度定为20mm， ⑤ Ⅴ—Ⅵ为齿轮部分，长度定为65mm。 21 5.7 链轮的设计 链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 链的排数愈多，承载能力愈高，但链的制造与安装精度要求也愈高，且愈难使各排链受力均匀，将大大降低多排链的使用寿命，故排数不宜超过4排。当传动功率较大时，可采用两根或两根以上的双排链或三排链。 链传动并不减速，依据机械设计手册上的数据，选择滚子链的型号为12A。具体参数如下： 链节距P=19.05mm 滚子外距dr=11.91mm 销轴直径dz=5.94mm 内链节内宽b1=12.57mm 内链节外宽b2=17.75mm 内链板高度h=18.08mm 排距pt=22.78mm 计算得出 分度圆直径d=145.95mm 齿顶圆直径da=157.86mm 齿根圆直径df=134.04mm 图5.1 链轮 5.8 变速齿轮箱的设计 旋耕机变速齿轮箱用螺钉固定在拖拉机变速箱上，箱内有一根传动轴，其上套着大小两个齿轮，分别与行走部分变速箱内刀轴传动齿轮啮合。齿轮的两端面 22 制有牙嵌式离合器的棘轮，两齿轮中间有一个离合套，该套能在传动轴有花键的部分左右移动。用刀轴变速拨叉移动离合套，使其与其某一侧的齿轮啮合，就能通过刀片传动轴及刀轴传动箱内的四个齿轮，使刀轴高速或者低速旋转，进行工作。 图5.2 拨叉部件 23 小结 历经数月的设计，终于完成了这篇毕业设计，期间有幸苦，苦恼，烦躁，但是更多的是完成之后的喜悦之情。 通过本次毕业设计，使自己对所学的各门课程进一步加深了理解，对于各方面知识之间的联系有了实际的体会。同时也深深感到自己初步掌握的知识与实际需要还有很大的距离，在今后还需要继续学习和实践。 这次设计中肯定会有许多欠缺，若想把它变成实际产品的话还需要反复的考虑和探讨。但作为一次练习，确实给我们带来了很大的收获。 24 参考文献 [1] 、农业机械设计手册（上册），中国农业机械化科学研究所 编，机械工业出版社.1988年； [2] 蒋晓主编Auto CAD2008中文版 ，清华大学出版社，2008年； [3] 旋耕机，农业机械部南京农业机械化研究所编，江苏科学技术出版社，1978年； [4] 农业机械手册.日本农业机械学会 编，机械工业出版社，1991年； [5] 邱宣怀，郭可谦，吴宗泽，汤绍模，郭芝俊，黄纯颖，杨景蕙编著，机械设计（第四版）.高等教育出版社，1997年； [6] 王芬娥，郭维俊，包翠莲，卧轴式旋耕机刀齿工作参数的图解方法，甘肃农业大学学报，2002年； [7] 汪新勃，介绍几种新型旋耕机，河北省农业机械鉴定站； [8] 郑恩义,旋耕刀的强度分析，太仓农机修造一厂； [9] 蔡春源主编，机械零件设计手册（第3版），冶金工业出版社，1995年； [10]陈于萍，周兆元主编，互换性与测量技术基础（第二版），机械工业出版社2009年； [11] 桑正中 编，农业机械学(上) 中国农业机械出版社，1987年； [12] 刘保军 耿亚飞 编,东方红1GQN系列旋耕机的研制开发，2002年； [13] 吴德印 郭占俊 编,关于轮轴式旋耕机的几个问题的探讨，农业机械化与电气化，1998.5：22—23； [14] 清华大学 吴宗泽 北京科技大学 罗圣国 主编，机械设计课程设计手册（第二版），高等教育出版社，1999年； [15] 董国耀 主编，机械制图.北京理工大学出版社，1998年； [16] 李宝筏 主编，农业机械学.，中国农业出版社，2003年； [17] 孔令德,张认成 编.，旋耕刀的研究现状与展望..江苏理工大学学报.1997.18(3):88-92； [18] 吉林工业大学合编，农业机械理论及设计(上册) .镇江农业机械学院，.中国工业出版社，1961年； [19] 编辑委员会 编，机械工程手册.第11卷机械产品（一），机械工程手册，电机工程手册 机械工业出版社.1982年； [20] 周建来 李源知 焦巧凤 编，国内外旋耕机的技术状况，农机化研究. 2000.5（2）：49—51； 25 致 谢 在这里，十分感谢严教授和吴教授的细心指导，帮助我研究思路，精心点拨，热忱鼓励以及严格把关，让我得以顺利完成毕业设计；严教授和吴教授以严谨求学的治学态度和勤勉的工作态度教导我踏实求学，每每思及恩师教诲和为此付出的辛劳，常常自责未能达到恩师之期盼！唯有在以后的道路上勤勤奋奋做事，踏踏实实做人，不负吾师之恩 由于时间仓促，加之本人水平有限，错误在所难免，望教授再提出宝贵意见，并予以指正！再次感谢教授的精心指导和热情帮助！ 26 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容