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目 錄
1. 引言 1
1.1 我國草業(yè)的現(xiàn)狀及研發(fā)前景 1
1.2 工作原理 3
1.3 牧草生長不良原因分析 3
2. 牧草復(fù)壯促生破土切根機(jī)的研究與設(shè)計(jì) 3
2.1 總體結(jié)構(gòu)和工作原理分析 3
2.2 懸掛架 4
2.3 直切刀的選擇 5
2.4 傳動裝置的選擇與設(shè)計(jì) 9
2.4.1 傳動裝置的選擇 9
2.4.2 齒輪變速箱的工作原理 10
2.4.3 齒輪變速箱的設(shè)計(jì) 10
2.5 切根機(jī)切根寬度和深度的設(shè)計(jì) 14
2.5.1 切根寬帶的設(shè)計(jì) 14
2.5.2 切根深度的調(diào)節(jié) 14
2.6 滑塊機(jī)構(gòu) 15
2.7 凸輪機(jī)構(gòu) 15
結(jié) 論 16
參考文獻(xiàn) 17
致 謝 18
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書中文摘要
牧草切根機(jī)的設(shè)計(jì)——傳動裝置
摘 要 我國地域遼闊，畜牧業(yè)發(fā)達(dá)。很多地區(qū)種植著牧草，近年來由于土壤條件的變化，使得好多地區(qū)牧草生長狀況出現(xiàn)了不良效果。分析了草場不同土壤條件對牧草生長和草場生態(tài)恢復(fù)的影響；研究了退化草場機(jī)械化破土切根技術(shù)和模式；探討了高堅(jiān)實(shí)度土壤條件的草場破土機(jī)理與根莖型或根莖疏叢型牧草橫走根莖切根方式，針對典型草場板結(jié)嚴(yán)重且橫走根莖錯節(jié)致使自繁促生能力下降等問題。根據(jù)研發(fā)要求，應(yīng)用力學(xué)和機(jī)械運(yùn)動學(xué)等理論，設(shè)計(jì)了牧草復(fù)壯促生破土切根機(jī)具。該機(jī)采用齒輪變速箱傳達(dá)改變動力，應(yīng)用凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動直切刀對牧草進(jìn)行垂直切根，減小了切根阻力和切縫寬度，通過簡單操作可實(shí)現(xiàn)對不同間距、不同深度牧草進(jìn)行切根作業(yè)，從而達(dá)到切斷亞表層下的橫走根莖、改良草地，擴(kuò)繁促生的效果。經(jīng)速度、加速度和受力分析證明，該機(jī)滿足了設(shè)計(jì)要求，切割速度快，破土能力強(qiáng)，對土壤表皮損傷小，是比較理想的牧草切根機(jī)械。
關(guān)鍵詞 牧草切根機(jī) 直切刀 凸輪 齒輪變速箱
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書外文摘要
Design of Rejuvenation and Acceleration Root-cutting
Machine—Gearing
Abstract
In order to counter the problem of reduced health promotion ability in typical grass with compacted roots, a root cutting machine was designed for pasture . The machine used came driven of direct cutter to cut root vertically, greatly reducing resistance and perturbations of soil surface while cutting the root,which reached easy work in varies of forage . The machine destroye- dsolid soil, improved grassland, and increased grass yield . Asproven by analyzing the velocity, acceleration and force of the machine was able
To meet the needs of designing . It is a more ideal agriculturalmachine for forage grass .
Keywords Forage grass Root cutting machine Direct cutter Design
牧草切根機(jī)的設(shè)計(jì)——傳動裝置
1. 引言
牧草業(yè)是我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分。我國草地面積廣闊，但近年來三化面積逐步擴(kuò)大。牧草產(chǎn)量降低。針對這一情況設(shè)計(jì)研究牧草復(fù)壯促生機(jī)具。以改良牧草的生長情況。
破土切根技術(shù)是指在不破壞天然草地植被的情況下,對草原表皮進(jìn)行破土切縫的一種草地培育措施。此技術(shù)大大改良了退化草場, 解決了草畜矛盾,為我國畜牧業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。我國對牧草切根這一破土切根復(fù)壯促生技術(shù)發(fā)展較晚,起步于20世紀(jì)80年代,通過對國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累, 黑龍江省穆棱林業(yè)局解全民等研制出自走式果嶺梳草切根機(jī), 中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)機(jī)械工程技術(shù)研究中心主任王德成教授研制出9QD2430 型草地點(diǎn)線式破土切根機(jī)和9QP2830型草地盤齒式破土切根機(jī),中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張淑敏等研制的多功能點(diǎn)、條式牧草切根機(jī)。雖然我國對牧草切根機(jī)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和研究設(shè)計(jì),但相對于歐美等發(fā)達(dá)國家來說,我國在草地畜牧業(yè)上的投入相對較少,在技術(shù)水平、制造手段和工藝設(shè)計(jì)等方面還存在很大差距, 我國牧草切根機(jī)的設(shè)計(jì)仍然不夠成熟,仍需進(jìn)一步改進(jìn)和完善。
本設(shè)計(jì)針對我國天然草場嚴(yán)重退化現(xiàn)狀,采用以機(jī)械化切根再不破壞土壤表皮的條件下達(dá)到牧草復(fù)壯促生，來改善我國的牧草生長。
1.1 我國草業(yè)的現(xiàn)狀及研發(fā)前景
草業(yè)是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要組成部分。它關(guān)系到種植業(yè)跟養(yǎng)殖業(yè)，也關(guān)系到我國的鄉(xiāng)村生態(tài)發(fā)展，是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)。但我國現(xiàn)在的牧草種植地土壤三化情況嚴(yán)重，大大影響了我國牧草業(yè)的產(chǎn)量和發(fā)展。據(jù)2006 年國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)資料，我國草原面積4億公頃 ，占全國總土地面積的41.67%，占世界草地面積的12.5%，是耕地面積的3.7倍，林地面積的3.1倍。其中，可利用草地資源31333萬公頃占國土面積的32.64%。我國的草地生產(chǎn)力條件得天獨(dú)厚，生產(chǎn)潛力巨大，依靠豐富的草地資源發(fā)展畜牧業(yè)對建設(shè)小康社會、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、保障糧食安全體系和促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與農(nóng)民增收等諸多方面都具有重要意義。但由于不合理的利用制度和不當(dāng)?shù)姆拍练椒?，我國草原出現(xiàn)大面積退化、沙化和鹽堿化情況。國內(nèi)外大量事實(shí)證明，對天然草場進(jìn)行改良和建立人工草場是提高草場生產(chǎn)能力、解決草畜矛盾并使畜牧業(yè)生產(chǎn)穩(wěn)定、高速、優(yōu)質(zhì)發(fā)展的一項(xiàng)關(guān)鍵措施。退耕還草、保護(hù)和建設(shè)生態(tài)環(huán)境都與草場改良和建立人工草場相關(guān)。運(yùn)用機(jī)械化技術(shù)手段改良退化草場可以兼顧生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益，具有效率高、效果好的特點(diǎn)。天然草場經(jīng)改良后與未經(jīng)改良的草場相比產(chǎn)草量提高很多。因此對退化草場進(jìn)行改良既是發(fā)展畜牧業(yè)的必然要求，也符合國家保護(hù)生態(tài)環(huán)境的要求。在我國的黑龍江、吉林、遼寧三省及內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的呼倫貝爾市、興安盟、通遼市和赤峰市等地區(qū)，分布著以羊草在主要植被的溫性草甸草原區(qū)，草場總面積約1224.4萬公頃，是我國發(fā)展草原畜牧業(yè)十分寶貴的草場資源。該地區(qū)由于長期無養(yǎng)息超載放牧和家畜踩踏啃食，土壤板結(jié)嚴(yán)重，土壤板結(jié)層深達(dá)25～35cm，土壤堅(jiān)實(shí)度達(dá)到2.87～4.87kg/cm。同時，羊草等多年生根莖型禾本牧草的根莖分布于50～200mm的土層或更深的地方，其地下橫走莖每年延伸可達(dá) 1～1.5m，盤根錯節(jié)的根系致使土壤透氣性減弱， 含水量和孔隙度下降，容重增大。研究表明在此地區(qū)更益采用在亞表層切根、深層松土的方法對退化草場進(jìn)行改良。實(shí)施切根松土改良就是在不破壞原植被的前提下，通過機(jī)械手段切斷橫向須根，劃開板結(jié)層，進(jìn)行草場底層松土，改善土壤的透氣、蓄水條件。切斷后的草根能充分吸收養(yǎng)分，提高草產(chǎn)量。深入研究我國根莖型退化草場退化狀況和機(jī)械化改良工藝，以驅(qū)動型土壤耕作機(jī)械設(shè)計(jì)理論為基礎(chǔ)，研制開發(fā)適用于我國牧區(qū)普通牧民適用的驅(qū)動型退化草場破土切根改良專用機(jī)，即具有經(jīng)濟(jì)效益意義又具有生態(tài)效益意義。通過對這一問題的解決。為我國畜牧業(yè)的發(fā)展打下了一個良好的基礎(chǔ) 在整個機(jī)具的研發(fā)過程中，對草場破土切根機(jī)性能的研究是尤為重要的，而在整機(jī)性能當(dāng)中刀具的破土性能更是重中之重。我國對牧草切根這一破土切根復(fù)壯促生技術(shù)發(fā)展較晚，起步于20世紀(jì)80年代，通過對國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)和國內(nèi)大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，黑龍江省穆棱林業(yè)局解全民等研制出自走式果嶺梳草切根機(jī)，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)機(jī)械工程技術(shù)研究中心主任王德成教授研制出9QD2430型草地點(diǎn)線式破土切根機(jī)和9QP2830型草地盤齒式破土切根機(jī)，以及中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張淑敏等研制的多功能點(diǎn)、條式牧草切根機(jī)。雖然我國對牧草切根機(jī)進(jìn)行了大量的試驗(yàn)和研究設(shè)計(jì),但相對于歐美等發(fā)達(dá)國家來說，我國在草地畜牧業(yè)上的投入相對較少，在技術(shù)水平、 制造手段和工藝設(shè)計(jì)等方面還存在很大差距，我國牧草切根機(jī)的設(shè)計(jì)仍然不夠成熟，仍需進(jìn)一步改進(jìn)和完善。本文根據(jù)機(jī)具研發(fā)要求，設(shè)計(jì)出一套破土切根裝置，和破土根刀具。工作性能優(yōu)越。操作簡單。
1.2 工作原理
本文針對我國天然草場嚴(yán)重退化現(xiàn)狀，提出機(jī)械化切根復(fù)壯分蘗促生自我繁育工藝,研制開發(fā)適用于我國草場的切根機(jī)。該機(jī)具采用三點(diǎn)懸掛架連接于農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)尾部。通過鏈條連接拖拉機(jī)動力與齒輪變速箱，從而是動力傳遞到工作機(jī)具。通過齒輪變速箱改變調(diào)節(jié)工作動力。再經(jīng)凸輪機(jī)構(gòu)傳達(dá)到直切刀。破土切根。采用直切方式，破土阻力小，切割快。滿足初始的設(shè)計(jì)要求。該機(jī)具可調(diào)性高，可以試用于不同的牧草生長地。直切刀之間的間隔可以通過套筒裝置調(diào)節(jié)，以適應(yīng)于行寬不同的土地，進(jìn)行多行同時切割。工作量適宜，減少了相應(yīng)的工作時間。通過限深輪可以適應(yīng)不同深度的切割。
1.3 牧草生長不良原因分析
退化草原草根與土壤板結(jié)嚴(yán)重，其堅(jiān)實(shí)度高，土壤中盤根錯節(jié)的根系致使土壤透氣性減弱，持水能力和孔隙度下降，容重增大，不利于牧草的生長。草原松土可以提高土壤通氣性，透水性。板結(jié)的草地中植物的根系處在缺氧狀態(tài)，不能正常呼吸，土壤中的二氧化碳又排不出來，耕松后加強(qiáng)了與大氣的氣體交換，促進(jìn)好氣性微生物的活動，有利于有機(jī)質(zhì)分解為可吸收的養(yǎng)分。同時耕耘后的土壤透水性增加，有利于根系水分的吸收。松土后，土壤能較多的吸收光能，提高地溫，且有利于團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的形成利于牧草的生長。
2. 牧草復(fù)壯促生破土切根機(jī)的研究與設(shè)計(jì)
以下分析牧草復(fù)壯促生破土切根機(jī)的研究與設(shè)計(jì)。
2.1 總體結(jié)構(gòu)和工作原理分析
牧草切根機(jī)主要由懸掛架、 機(jī)架、 傳動鏈、 凸輪機(jī)構(gòu)、 切刀驅(qū)動機(jī)構(gòu)、 限深輪等組成,結(jié)構(gòu)如下圖1所示。懸掛架采用典型的三點(diǎn)懸掛機(jī)構(gòu)，懸掛在大于40 kW的輪式拖拉機(jī)上，當(dāng)拖拉機(jī)在草地上工作時，由拖拉機(jī)后動力輸出軸經(jīng)萬向節(jié)傳動軸將動力傳送到切根機(jī)齒輪變速箱，再經(jīng)過齒輪變速箱通過傳動鏈將動力傳遞給凸輪機(jī)構(gòu)，再由凸輪機(jī)構(gòu)將動力傳遞給切刀驅(qū)動機(jī)構(gòu)，從而帶動切刀垂直入土,一次切根完成后再通過凸輪機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)帶動切刀快速出土，從而實(shí)現(xiàn)切根作業(yè)。當(dāng)需改變切根速度時可以通過改變鏈輪的大小來實(shí)現(xiàn)，切割行寬可通過與套筒連接的螺旋扭調(diào)節(jié)，切根深度通過限輪調(diào)節(jié)。
圖1 切根機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖
1. 三點(diǎn)懸掛架 2. 變速箱 3. 皮帶 4. 凸輪機(jī)構(gòu) 5. 滑塊機(jī)構(gòu) 6. 機(jī)架
7. 切刀驅(qū)動機(jī)構(gòu) 8. 限深輪 9. 直切刀
2.2 懸掛架
該機(jī)具用已有的農(nóng)業(yè)輪式拖拉機(jī)后置式三點(diǎn)懸掛裝置，做為連接裝置。該裝置適用與好多農(nóng)用機(jī)具。其結(jié)構(gòu)見下圖2。
圖2 三點(diǎn)懸掛裝置
1.上拉桿 2.下拉桿 3.上懸掛點(diǎn) 4.下懸掛點(diǎn) 5. 上鉸結(jié)點(diǎn) 6.下鉸結(jié)點(diǎn) 7. 上懸掛點(diǎn)聯(lián)結(jié)銷 8.下懸掛點(diǎn)聯(lián)結(jié)銷 9.上鉸結(jié)點(diǎn)銷 10.鎖銷 11. 提升桿 12.立柱 13.立柱高度
14.下懸掛點(diǎn)最低高度 15.下懸掛點(diǎn)水平調(diào)節(jié)范圍 16.下懸掛點(diǎn)跨度 17.鎖銷孔距離
18.提升行程 19.運(yùn)輸高度 20.下懸掛點(diǎn)間隙
2.3 直切刀的選擇
在牧草切根中，切根刀具的選擇是影響切根質(zhì)量的重要因素，選擇不當(dāng)不僅使切根時阻力增大，而且還影響作業(yè)速度和切根質(zhì)量。該刀具工作刀面為單面光滑刃口底端為凸曲線型刀刃，在加工過程中刀面要制成有一定彎度的面，圖3這樣的設(shè)計(jì)能使切刀的剛度在原有的基礎(chǔ)上大大增加，并且能使作業(yè)縫寬變大 刀具出土?xí)r不會粘土。一是體型小制造工藝簡單且具有良好的破土性能。二是圓弧狀凸曲線刀頭有助于刀具在拖拉機(jī)前行過程中對土壤和草根進(jìn)行滑切，切割阻力小，有利于切根。三是刀具工作過程中對土層翻動少 因此對原生植被的破壞小。且切根的同時對土壤有一定的疏松作用，在切根前行過程中還能對土壤有一定的疏土作用。該切刀具有以下特點(diǎn)：一是切刀結(jié)構(gòu)簡單 體本文選用凸輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動直刀，入土能力強(qiáng)，不撕扯草根，不翻動土壤，且不易粘土。其直切刀結(jié)構(gòu)示意圖如下圖4所示，工作面主要以圓弧面為主。機(jī)器工作時凸輪機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)，帶動滑塊在凸輪上沿凸輪邊界滑動，從而強(qiáng)制切根刀垂直進(jìn)入土壤切根，一次切根完成后再通過凸輪的轉(zhuǎn)動帶動切根刀快速垂直出土，大大減少了切割阻力與對土壤表層的切縫。
圖 3直切刀的工作面俯視圖 圖 4 直切刀結(jié)構(gòu)示意圖
直切刀切根部位的運(yùn)動分析：
（1）入土點(diǎn)B的速度方向如圖5所示。
凸輪圓周運(yùn)動的切向速度，有
則
解得
圖5 凸輪驅(qū)動式直切刀運(yùn)動分析圖
（2）入土點(diǎn)B的加速度方向如圖6所示。則，有
可得
解得
式中——在某點(diǎn)的瞬時半徑
——凸輪的圓周角速度
、——滑塊在該點(diǎn)的瞬時速度和加速度
、——凸輪在該點(diǎn)的瞬時切向素的和徑向加速
、——直切刀在該點(diǎn)瞬時速度和加速度
選取機(jī)器前進(jìn)速度為2m/s，凸輪轉(zhuǎn)速為3r/s，此時凸輪半徑為30cm , , 則：
m
m
m
m
（3）切根刀受力分析
在機(jī)體作業(yè)時，切刀與土壤的夾角越小，刀刃越鋒利，切割土壤時的阻力越小，但同時刀刃的強(qiáng)度越低，越容易產(chǎn)生彎曲和折斷。
假設(shè)切刀受到來自外界的壓力為；來自正面切根刀尖處的土壤阻力為；切刀受到的土壤支持力為；土壤與刀面的摩擦力為；其中為刀面與土壤的摩擦因數(shù)，摩擦角為(即)；則切刀切根時的受力分析如圖6所示。
其中:。各力沿水平方向和垂直方向分解，牧草切根時，切根刀只在垂直方向上移動在水平方向上無移動。水平方向上：。垂直方向上：切刀受到來自外界的壓力，此壓力是凸輪機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動時,半徑不斷變化而產(chǎn)生的。則：( 為此時切刀的加速度 )。受到垂直向上的力為：
圖6 直切刀受力分析圖
由圖6可以看出處于凸輪正下方的切根刀的加速度：，其中始終為0，則 始終小于0，為。只要此處能滿足切根要求，其它處則滿足。一般牧草切根深度在200mm左右，假設(shè)牧草的切根深度為200mm凸輪的最小半徑為；切根刀的質(zhì)量為。則滿足：
此切根機(jī)設(shè)計(jì)即為合理。
2.4 傳動裝置的選擇與設(shè)計(jì)
傳動裝置的選擇是設(shè)計(jì)的重要部分。做為動力傳送轉(zhuǎn)換的重要機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)的選擇需要滿足機(jī)具的需求，又要合理適宜。
2.4.1 傳動裝置的選擇
圓柱齒輪傳動承載能力和速度范圍大，傳動比恒定，外廓尺寸小，工作可靠，效率高，壽命長，維修簡便，因而應(yīng)用范圍很廣。我們選擇齒輪變速箱做為該牧草復(fù)壯促生破土切根機(jī)的傳動裝置。
2.4.2 齒輪變速箱的工作原理
齒輪變速箱是通過裝在箱體內(nèi)的一對嚙合齒輪的轉(zhuǎn)動，動力從一軸傳至另一軸，實(shí)現(xiàn)變速的。動力由電動機(jī)通過皮帶輪傳送到齒輪軸，然后通過嚙合齒輪（大齒輪帶動小齒輪）傳送到軸，從而實(shí)現(xiàn)變速之目的。
變速器有兩條軸系——兩條配線，兩軸分別由滾動軸承支撐在箱體上，采用過渡配合有較好的同軸度，從而保證齒輪嚙合的穩(wěn)定性。箱體采用分離式，沿軸線平面分為箱座和箱蓋，二者采用螺栓連接，這樣便于裝修。為了保證箱體上安裝軸承和端蓋的孔的正確形狀，兩個零件是在一起加工的。裝配時，他們之間采用兩銷定位，銷孔做成通孔。
2.4.3 齒輪變速箱的設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)軸的一般步驟為：選擇軸的材料、初步確定軸的直徑、軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。主要的原則是：軸的結(jié)構(gòu)越簡單越合理， 裝配越簡單越合理。如圖7所示為齒輪變速箱中的高速軸。軸上與軸承配合的部份稱為軸頸，與傳動零件配合的部份稱為軸頭，連接軸頸與軸頭的非配合部份稱為軸身，起定位作用的階梯軸上截面變化的部分稱為肩軸。設(shè)計(jì)應(yīng)滿足:
1.便于軸上零件的裝配。軸的結(jié)構(gòu)外形主要取決于軸在箱體上的安裝位置及形式，軸上零件的布置和固定方式，受力情況和加工工藝等。
2.保證軸上零件的準(zhǔn)確定位和可靠固定。
3.具有良好的制造和裝配工藝性。軸為階梯軸便于裝拆、軸上沿長度方向開有幾個鍵槽時，應(yīng)將鍵槽安排在軸的同一母線上。
4.減小應(yīng)力集中，改善軸的受力情況。軸大多在變應(yīng)力下工作，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時應(yīng)減少應(yīng)力集中，以提高軸的疲勞強(qiáng)度，尤為重要。軸截面尺寸突變處會造成應(yīng)力集中，所以對階梯軸，相鄰兩段軸徑變化不宜過大，在軸徑變化處的過渡圓角半徑不宜過小。
圖7 軸的結(jié)構(gòu)圖
（1）扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，合成強(qiáng)度和鋼度的計(jì)算
這種方法是只按軸所受的扭矩來計(jì)算軸的強(qiáng)度。如果還受不大的彎矩時，則采用降低許用扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力的辦法予以考慮。并且應(yīng)根據(jù)軸的具體受載及應(yīng)力情況，采取相應(yīng)的計(jì)算方法，并恰當(dāng)?shù)剡x取其許用應(yīng)力。在進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時，通常用這種方法初步估算軸徑。對于不大重要的軸，也可作為最后計(jì)算結(jié)果。
通過軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，軸的主要結(jié)構(gòu)尺寸、軸上零件的位置以及外載荷和支反力的作用位置均已確定，對于鋼制的軸，按第三強(qiáng)度理論，強(qiáng)度條件為：
軸在載荷作用下，將產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)變形。若變形量超過允許的限度，就會影響軸上零件的正常工作，甚至?xí)适C(jī)器應(yīng)有的工作性能。軸的彎曲剛度是以撓度或偏轉(zhuǎn)角以及扭轉(zhuǎn)角來度量，其校核公式為：
;;
式中：、、分別為軸的許用撓度、許用轉(zhuǎn)角和許用扭轉(zhuǎn)角。
（2）軸的計(jì)算
高速軸直徑的選取：有公式取高速軸直徑為mm。
（3）作用在齒輪上的力
齒輪分度圓直徑為 mm
齒輪所受的轉(zhuǎn)矩為 N·mm
齒輪作用力 圓周力 N
徑向力N
（4）彎矩圖
彎矩圖 1
截面C N·mm
（5）扭矩圖
扭矩圖 1
N·mm N·mm
軸用45鋼制作。軸的質(zhì)量影響著軸上零件的運(yùn)行準(zhǔn)確度，很重要。
（6）聯(lián)軸器
聯(lián)軸器是將兩軸軸向聯(lián)接起來并傳遞扭矩及運(yùn)動的部件并具有一定的補(bǔ)償兩偏移的能力，為了減少機(jī)械傳動系統(tǒng)的振動、降低沖擊尖峰載荷，聯(lián)軸器還應(yīng)具有一定的緩沖減震性能。聯(lián)軸器有時也兼有過載安全保護(hù)作用。
剛性聯(lián)軸器：剛性聯(lián)軸器不具有補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，也不具有緩沖減震性能；但結(jié)構(gòu)簡單，價格便宜。只有在載荷平穩(wěn)，轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，能保證被聯(lián)兩軸軸線相對偏移極小的情況下，才可選用剛性聯(lián)軸器。撓性聯(lián)軸器：具有一定的補(bǔ)償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號不同而異。
無彈性元件的撓性聯(lián)軸器：承載能力大，但也不具有緩沖減震性能，在高速或轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定或經(jīng)常正、反轉(zhuǎn)時，有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)的場合。
安全聯(lián)軸器：在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是，存在一個保險環(huán)節(jié)（如銷釘可動聯(lián)接等），其只能承受限定載荷。當(dāng)實(shí)際載荷超過事前限定的載荷時，保險環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截?cái)噙\(yùn)動和動力的傳遞，從而保護(hù)機(jī)器的其余部分不致?lián)p壞，即起安全保護(hù)作用。起動安全聯(lián)軸器：除了具有過載保護(hù)作用外，還有將機(jī)器電動機(jī)的帶載起動轉(zhuǎn)變?yōu)榻瓶蛰d起動的作用。
（7）聯(lián)軸器的選擇原則
轉(zhuǎn)矩對中性：對中性好選剛性聯(lián)軸器，需補(bǔ)償時選撓性聯(lián)軸器；
裝拆：考慮裝拆方便，選可直接徑向移動的聯(lián)軸器；
環(huán)境：若在高溫下工作，不可選有非金屬元件的聯(lián)軸器；
成本：同等條件下，盡量選擇價格低，維護(hù)簡單的聯(lián)軸器；
（8）聯(lián)軸器的材料
半聯(lián)軸器的材料常用45、20Cr鋼，也可用ZG270—500鑄鋼。鏈齒硬度最好為40HRC一45HRC。聯(lián)軸器應(yīng)有罩殼，用鋁合金鑄成。用單排鏈時，滾子和套筒受力，銷軸只起聯(lián)接作用，結(jié)構(gòu)可靠性好；用雙排鏈時，銷軸受剪力，承受沖擊能力較差，銷軸與外鏈板之間的過盈配合容易松動。在高速輕載場合，宜選用較小鏈節(jié)距的鏈條，重量輕，離心力??；在低速重載場合，宜選用較大鏈節(jié)距的鏈條，以便加大承載面積。鏈輪齒數(shù)一般為12～22。為避免過渡鏈節(jié)，宜取偶數(shù)。
2.5 切根機(jī)切根寬度和深度的設(shè)計(jì)
2.5.1 切根寬帶的設(shè)計(jì)
為方便調(diào)節(jié)兩切根刀之間的間距，取不拆卸刀軸而通過移動套筒的方式調(diào)節(jié)破土間距。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖8所示。在支撐軸上作等間距的螺紋孔，套筒與刀架固定，套筒在支撐軸上可左右移動。當(dāng)需調(diào)節(jié)切根寬度時，通過移動套筒來實(shí)現(xiàn)相鄰切根刀之間的間距，從而實(shí)現(xiàn)切根寬度的調(diào)節(jié)，當(dāng)寬度調(diào)節(jié)完成后用螺栓固定此位置。
圖8 可調(diào)寬帶支撐結(jié)構(gòu)示意圖
1.套筒 2.螺紋孔 3.支撐軸 4.刀軸
2.5.2 切根深度的調(diào)節(jié)
切根機(jī)工作時，要求切根深度可以自由調(diào)節(jié)，為了方便其調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)如圖9所示。當(dāng)調(diào)節(jié)深度時往里按旋轉(zhuǎn)按鈕5，通過旋轉(zhuǎn)按鈕的旋轉(zhuǎn)帶動齒輪旋轉(zhuǎn) ，帶動限深輪上下移動 ，從而起到調(diào)節(jié)深度的作用。當(dāng)深度調(diào)節(jié)到適用位置時，往外拔出旋轉(zhuǎn)按鈕，使里面的齒與帶動地輪上下移動的齒輪嚙合，起到固定此位置的作用。
圖9可調(diào)深度支撐結(jié)構(gòu)示意圖
1.地輪 2.套筒 3.齒輪 4.套筒 5.旋轉(zhuǎn)按鈕
2.6 滑塊機(jī)構(gòu)
滑塊機(jī)構(gòu)是連接凸輪跟切根刀連接軸的機(jī)構(gòu)。當(dāng)動力由皮帶傳動到凸輪時，再通過凸輪把動力輸出，驅(qū)使切根刀破土切根。在凸輪與直切刀之間通過滑塊連接。在滑塊的連接跟調(diào)節(jié)下，使直切刀能夠在一個合適的角度下進(jìn)行切根。
2.7 凸輪機(jī)構(gòu)
凸輪機(jī)構(gòu)是一種由凸輪、從動件和機(jī)架組成的傳動機(jī)構(gòu)。凸輪繞軸轉(zhuǎn)動時促使工件沿著預(yù)定軌跡做往復(fù)運(yùn)動。也可根據(jù)工作性能的要求，將凸輪與機(jī)架固定連接（本設(shè)計(jì)采用），令與從動件以運(yùn)動副連接的機(jī)構(gòu)為原動件。凸輪機(jī)構(gòu)在運(yùn)轉(zhuǎn)時凸輪的運(yùn)動參數(shù)是給定的。從動件的運(yùn)動狀況（包括位移，速度，加速度和躍動度等參數(shù)）主要取決于凸輪的輪廓曲面參數(shù)。反之，為使從動件按某一給定的運(yùn)動狀況運(yùn)動，需要賦予凸輪相應(yīng)的輪廓曲面形狀。通過對機(jī)具功能的考慮和參數(shù)的考慮，該機(jī)具采用平面凸輪。由于原動力是勻速運(yùn)動的，且采用剛性結(jié)構(gòu)連接直切刀。但由于凸輪運(yùn)動的非線性所以可以使直切刀更好的破土和抽出。
凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸主要受兩種矛盾的因素所制約。若基本尺寸較大，則相應(yīng)的機(jī)構(gòu)總體尺寸也較大，造成原材料和加工工時的浪費(fèi)、機(jī)器尺寸過大。而基本尺寸太小，會造成運(yùn)動失真、機(jī)構(gòu)自鎖不良等后果。機(jī)構(gòu)的基本尺寸設(shè)計(jì)是要尋求合理的結(jié)構(gòu)尺寸，使之能夠兼顧矛盾的兩個方面。
基于凸輪機(jī)構(gòu)的基本尺寸和從動件的運(yùn)動規(guī)律，即可求得凸輪的輪廓曲線坐標(biāo)。當(dāng)凸輪機(jī)構(gòu)運(yùn)轉(zhuǎn)速度較高或者凸輪機(jī)構(gòu)中構(gòu)件剛性相當(dāng)小時，構(gòu)件的彈性變形將對從動件也就是直切刀的實(shí)際運(yùn)動特性產(chǎn)生影響。
相關(guān)參數(shù)的確定
凸輪轉(zhuǎn)角比例尺
時間比例尺
從動位移比例尺
結(jié) 論
我國是個地大物博的農(nóng)業(yè)大國，草業(yè)占了很大的一部分，對我國的經(jīng)濟(jì)有著不可忽略的作用和影響。為適應(yīng)大面積退化草場的改良需求，我國從1979年開始研制推廣草原改良機(jī)械和技術(shù)。國內(nèi)有關(guān)科研單位經(jīng)多年實(shí)驗(yàn)研究，總結(jié)出用于不同地區(qū)、氣候、土壤和植被條件下的天然草原改良方法。
該破土切根機(jī)應(yīng)用機(jī)械的方法，對高堅(jiān)實(shí)度板結(jié)層的人工或天然根莖型或根莖疏叢型牧草進(jìn)行破土切根，促進(jìn)牧草復(fù)壯與自我繁殖，具有結(jié)構(gòu)簡單，重量輕，制造成本低，操作使用方便，工作穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。該破土切根機(jī)將凸輪機(jī)構(gòu)的軌跡可設(shè)計(jì)性和運(yùn)動往返性應(yīng)用到了田間作業(yè)機(jī)械中，以較小的驅(qū)動力得到了較大的切割力，機(jī)組工作阻力小，工作效率高。此外，其切刀采用獨(dú)特的運(yùn)動曲線，保證在順利切斷草根的同時不翻動土壤，不破壞土壤表皮，可有效地保護(hù)生態(tài)環(huán)境。該機(jī)具作業(yè)方式靈活，對于退化嚴(yán)重的牧草，以線的方式進(jìn)行破土切根，加快其恢復(fù)。它采用圓弧式直切刀，破土能力強(qiáng)，切根效果好，可以有效地提高生產(chǎn)效率。
1.本設(shè)計(jì)滿足農(nóng)藝要求，并保證了設(shè)計(jì)要求。切根刀入土較易，對表層土壤撓動小，并實(shí)現(xiàn)了切根深度、切根間距的可調(diào)。
2.通過對凸輪驅(qū)動式直切刀的速度、加速度分析以及直切刀在切根時的力學(xué)分析，確定了凸輪驅(qū)動式直切刀牧草切根的可行性，并為進(jìn)一步改進(jìn)刀具提供了參數(shù)依據(jù)。
3.通過對直切刀受力分析，得出牧草切根是否可行決定于凸輪半徑、轉(zhuǎn)速和凸輪半徑的變化等。
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致 謝
時間如梭，轉(zhuǎn)眼畢業(yè)在即。回想在大學(xué)求學(xué)的四年時光，心中充滿了無限的感激之情。感謝母校為我們提供的良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，使我們能夠在這花園式的校園里學(xué)習(xí)，生活陶冶情操。謹(jǐn)向我的畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)老師郭教授（院長）致以最誠摯的謝意！郭老師不僅在學(xué)業(yè)上言傳身教，而且以其高尚的品格給我以情操上的熏陶。本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)過程更是得益于郭老師的悉心教導(dǎo)。從設(shè)計(jì)題目的選定，到設(shè)計(jì)無不凝聚著他的心血。滴水之恩，當(dāng)以涌泉相報，師恩重于泰山，師恩難報。我只有在以后的學(xué)習(xí)生活中，不忘老師教誨，努力充實(shí)自己，以博得恩師一笑。再次感謝郭老師于百忙之中抽出時間輔導(dǎo)我。
另外，我必須感謝我的父母。焉得諼草，言樹之背，養(yǎng)育之恩，無以為報。作為他們的孩子是我的驕傲，我唯有在以后的道路上，努力克服面前的困難，來報答他們。也是因?yàn)樗麄兊娜找剐羷?，我才有機(jī)會來到我敬愛的母校完成我的學(xué)業(yè)。進(jìn)而取得進(jìn)一步發(fā)展的機(jī)會。
最后，我必須感謝我的朋友跟同學(xué)，正是因?yàn)樗麄冊陔娔X技術(shù)和專業(yè)知識上無私的指引與幫助，我才能得以順利完成該設(shè)計(jì)。
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畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評價表
指導(dǎo)教師評語
建議成績
指導(dǎo)教師簽名
年 月 日
評閱人評語
建議成績
評閱人簽名
年 月 日
答辯與評分
綜合成績
答辯小組負(fù)責(zé)人簽名
年 月 日
院學(xué)術(shù)委員會意見
主任（院長）簽字：
年 月 日
齒輪和軸的介紹
摘 要:在傳統(tǒng)機(jī)械和現(xiàn)代機(jī)械中齒輪和軸的重要地位是不可動搖的。齒輪和軸主要安裝在主軸箱來傳遞力的方向。通過加工制造它們可以分為許多的型號，分別用于許多的場合。所以我們對齒輪和軸的了解和認(rèn)識必須是多層次多方位的。
關(guān)鍵詞:齒輪；軸
在直齒圓柱齒輪的受力分析中，是假定各力作用在單一平面的。我們將研究作用力具有三維坐標(biāo)的齒輪。因此，在斜齒輪的情況下，其齒向是不平行于回轉(zhuǎn)軸線的。而在錐齒輪的情況中各回轉(zhuǎn)軸線互相不平行。像我們要討論的那樣，尚有其他道理需要學(xué)習(xí)，掌握。
斜齒輪用于傳遞平行軸之間的運(yùn)動。傾斜角度每個齒輪都一樣，但一個必須右旋斜齒，而另一個必須是左旋斜齒。齒的形狀是一濺開線螺旋面。如果一張被剪成平行四邊形（矩形）的紙張包圍在齒輪圓柱體上，紙上印出齒的角刃邊就變成斜線。如果我展開這張紙，在血角刃邊上的每一個點(diǎn)就發(fā)生一漸開線曲線。
直齒圓柱齒輪輪齒的初始接觸處是跨過整個齒面而伸展開來的線。斜齒輪輪齒的初始接觸是一點(diǎn)，當(dāng)齒進(jìn)入更多的嚙合時，它就變成線。在直齒圓柱齒輪中，接觸是平行于回轉(zhuǎn)軸線的。在斜齒輪中，該先是跨過齒面的對角線。它是齒輪逐漸進(jìn)行嚙合并平穩(wěn)的從一個齒到另一個齒傳遞運(yùn)動，那樣就使斜齒輪具有高速重載下平穩(wěn)傳遞運(yùn)動的能力。斜齒輪使軸的軸承承受徑向和軸向力。當(dāng)軸向推力變的大了或由于別的原因而產(chǎn)生某些影響時，那就可以使用人字齒輪。雙斜齒輪（人字齒輪）是與反向的并排地裝在同一軸上的兩個斜齒輪等效。他們產(chǎn)生相反的軸向推力作用，這樣就消除了軸向推力。當(dāng)兩個或更多個單向齒斜齒輪被在同一軸上時，齒輪的齒向應(yīng)作選擇，以便產(chǎn)生最小的軸向推力。
交錯軸斜齒輪或螺旋齒輪，他們是軸中心線既不相交也不平行。交錯軸斜齒輪的齒彼此之間發(fā)生點(diǎn)接觸，它隨著齒輪的磨合而變成線接觸。因此他們只能傳遞小的載荷和主要用于儀器設(shè)備中，而且肯定不能推薦在動力傳動中使用。交錯軸斜齒輪與斜齒輪之間在被安裝后互相捏合之前是沒有任何區(qū)別的。它們是以同樣的方法進(jìn)行制造。一對相嚙合的交錯軸斜齒輪通常具有同樣的齒向，即左旋主動齒輪跟右旋從動齒輪相嚙合。在交錯軸斜齒設(shè)計(jì)中，當(dāng)該齒的斜角相等時所產(chǎn)生滑移速度最小。然而當(dāng)該齒的斜角不相等時，如果兩個齒輪具有相同齒向的話，大斜角齒輪應(yīng)用作主動齒輪。
蝸輪與交錯軸斜齒輪相似。小齒輪即蝸桿具有較小的齒數(shù)，通常是一到四齒，由于它們完全纏繞在節(jié)圓柱上，因此它們被稱為螺紋齒。與其相配的齒輪叫做蝸輪，蝸輪不是真正的斜齒輪。蝸桿和蝸輪通常是用于向垂直相交軸之間的傳動提供大的角速度減速比。蝸輪不是斜齒輪，因?yàn)槠潺X頂面做成中凹形狀以適配蝸桿曲率，目的是要形成線接觸而不是點(diǎn)接觸。然而蝸桿蝸輪傳動機(jī)構(gòu)中存在齒間有較大滑移速度的缺點(diǎn)，正像交錯軸斜齒輪那樣。
蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu)有單包圍和雙包圍機(jī)構(gòu)。單包圍機(jī)構(gòu)就是蝸輪包裹著蝸桿的一種機(jī)構(gòu)。當(dāng)然，如果每個構(gòu)件各自局部地包圍著對方的蝸輪機(jī)構(gòu)就是雙包圍蝸輪蝸桿機(jī)構(gòu)。著兩者之間的重要區(qū)別是，在雙包圍蝸輪組的輪齒間有面接觸，而在單包圍的蝸輪組的輪齒間有線接觸。一個裝置中的蝸桿和蝸輪正像交錯軸斜齒輪那樣具有相同的齒向，但是其斜齒齒角的角度是極不相同的。蝸桿上的齒斜角度通常很大，而蝸輪上的則極小，因此習(xí)慣常規(guī)定蝸桿的導(dǎo)角，那就是蝸桿齒斜角的余角；也規(guī)定了蝸輪上的齒斜角，該兩角之和就等于90度的軸線交角。
當(dāng)齒輪要用來傳遞相交軸之間的運(yùn)動時，就需要某種形式的錐齒輪。雖然錐齒輪通常制造成能構(gòu)成90度軸交角，但它們也可產(chǎn)生任何角度的軸交角。輪齒可以鑄出，銑制或滾切加工。僅就滾齒而言就可達(dá)一級精度。在典型的錐齒輪安裝中，其中一個錐齒輪常常裝于支承的外側(cè)。這意味著軸的撓曲情況更加明顯而使在輪齒接觸上具有更大的影響。
另外一個難題，發(fā)生在難于預(yù)示錐齒輪輪齒上的應(yīng)力，實(shí)際上是由于齒輪被加工成錐狀造成的。
直齒錐齒輪易于設(shè)計(jì)且制造簡單，如果他們安裝的精密而確定，在運(yùn)轉(zhuǎn)中會產(chǎn)生良好效果。然而在直齒圓柱齒輪情況下，在節(jié)線速度較高時，他們將發(fā)出噪音。在這些情況下，螺旋錐齒輪比直齒輪能產(chǎn)生平穩(wěn)的多的嚙合作用，因此碰到高速運(yùn)轉(zhuǎn)的場合那是很有用的。當(dāng)在汽車的各種不同用途中，有一個帶偏心軸的類似錐齒輪的機(jī)構(gòu)，那是常常所希望的。這樣的齒輪機(jī)構(gòu)叫做準(zhǔn)雙曲面齒輪機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗鼈兊墓?jié)面是雙曲回轉(zhuǎn)面。這種齒輪之間的輪齒作用是沿著一根直線上產(chǎn)生滾動與滑動相結(jié)合的運(yùn)動并和蝸輪蝸桿的輪齒作用有著更多的共同之處。
軸是一種轉(zhuǎn)動或靜止的桿件。通常有圓形橫截面。在軸上安裝像齒輪，皮帶輪，飛輪，曲柄，鏈輪和其他動力傳遞零件。軸能夠承受彎曲，拉伸，壓縮或扭轉(zhuǎn)載荷，這些力相結(jié)合時，人們期望找到靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。因?yàn)閱胃S可以承受靜壓力，變應(yīng)力和交變應(yīng)力，所有的應(yīng)力作用都是同時發(fā)生的。
“軸”這個詞包含著多種含義，例如心軸和主軸。心軸也是軸，既可以旋轉(zhuǎn)也可以靜止的軸，但不承受扭轉(zhuǎn)載荷。短的轉(zhuǎn)動軸常常被稱為主軸。
當(dāng)軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)變形必需被限制于很小的范圍內(nèi)時，其尺寸應(yīng)根據(jù)變形來確定，然后進(jìn)行應(yīng)力分析。因此，如若軸要做得有足夠的剛度以致?lián)锨惶?，那么合?yīng)力符合安全要求那是完全可能的。但決不意味著設(shè)計(jì)者要保證；它們是安全的，軸幾乎總是要進(jìn)行計(jì)算的，知道它們是處在可以接受的允許的極限以內(nèi)。因之，設(shè)計(jì)者無論何時，動力傳遞零件，如齒輪或皮帶輪都應(yīng)該設(shè)置在靠近支持軸承附近。這就減低了彎矩，因而減小變形和彎曲應(yīng)力。
雖然來自M.H.G方法在設(shè)計(jì)軸中難于應(yīng)用，但它可能用來準(zhǔn)確預(yù)示實(shí)際失效。這樣，它是一個檢驗(yàn)已經(jīng)設(shè)計(jì)好了的軸的或者發(fā)現(xiàn)具體軸在運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生損壞原因的好方法。進(jìn)而有著大量的關(guān)于設(shè)計(jì)的問題，其中由于別的考慮例如剛度考慮，尺寸已得到較好的限制。
設(shè)計(jì)者去查找關(guān)于圓角尺寸、熱處理、表面光潔度和是否要進(jìn)行噴丸處理等資料，那真正的唯一的需要是實(shí)現(xiàn)所要求的壽命和可靠性。
由于他們的功能相似，將離合器和制動器一起處理。簡化摩擦離合器或制動器的動力學(xué)表達(dá)式中，各自以角速度w1和w2運(yùn)動的兩個轉(zhuǎn)動慣量I1和I2，在制動器情況下其中之一可能是零，由于接上離合器或制動器而最終要導(dǎo)致同樣的速度。因?yàn)閮蓚€構(gòu)件開始以不同速度運(yùn)轉(zhuǎn)而使打滑發(fā)生了，并且在作用過程中能量散失，結(jié)果導(dǎo)致溫升。在分析這些裝置的性能時，我們應(yīng)注意到作用力，傳遞的扭矩，散失的能量和溫升。所傳遞的扭矩關(guān)系到作用力，摩擦系數(shù)和離合器或制動器的幾何狀況。這是一個靜力學(xué)問題。這個問題將必須對每個幾何機(jī)構(gòu)形狀分別進(jìn)行研究。然而溫升與能量損失有關(guān)，研究溫升可能與制動器或離合器的類型無關(guān)。因?yàn)閹缀涡螤畹闹匾允巧岜砻?。各種各樣的離合器和制動器可作如下分類：
1． 輪緣式內(nèi)膨脹制凍塊；
2． 輪緣式外接觸制動塊；
3． 條帶式；
4． 盤型或軸向式；
5． 圓錐型；
6． 混合式。
分析摩擦離合器和制動器的各種形式都應(yīng)用一般的同樣的程序，下面的步驟是必需的：
1． 假定或確定摩擦表面上壓力分布；
2． 找出最大壓力和任一點(diǎn)處壓力之間的關(guān)系；
3． 應(yīng)用靜平衡條件去找尋（a）作用力；（b）扭矩；(c)支反力。
混合式離合器包括幾個類型，例如強(qiáng)制接觸離合器、超載釋放保護(hù)離合器、超越離合器、磁液離合器等等。
強(qiáng)制接觸離合器由一個變位桿和兩個夾爪組成。各種強(qiáng)制接觸離合器之間最大的區(qū)別與夾爪的設(shè)計(jì)有關(guān)。為了在結(jié)合過程中給變換作用予較長時間周期，夾爪可以是棘輪式的，螺旋型或齒型的。有時使用許多齒或夾爪。他們可能在圓周面上加工齒，以便他們以圓柱周向配合來結(jié)合或者在配合元件的端面上加工齒來結(jié)合。
雖然強(qiáng)制離合器不像摩擦接觸離合器用的那么廣泛，但它們確實(shí)有很重要的運(yùn)用。離合器需要同步操作。
有些裝置例如線性驅(qū)動裝置或電機(jī)操作螺桿驅(qū)動器必須運(yùn)行到一定的限度然后停頓下來。為著這些用途就需要超載釋放保護(hù)離合器。這些離合器通常用彈簧加載，以使得在達(dá)到預(yù)定的力矩時釋放。當(dāng)?shù)竭_(dá)超載點(diǎn)時聽到的“喀嚓”聲就被認(rèn)定為是所希望的信號聲。
超越離合器或連軸器允許機(jī)器的被動構(gòu)件“空轉(zhuǎn)”或“超越”，因?yàn)橹鲃域?qū)動件停頓了或者因?yàn)榱硪粋€動力源使被動構(gòu)件增加了速度。這種離合器通常使用裝在外套筒和內(nèi)軸件之間的滾子或滾珠。該內(nèi)軸件，在它的周邊加工了數(shù)個平面。驅(qū)動作用是靠在套筒和平面之間契入的滾子來獲得。因此該離合器與具有一定數(shù)量齒的棘輪棘爪機(jī)構(gòu)等效。
磁液離合器或制動器相對來說是一個新的發(fā)展，它們具有兩平行的磁極板。這些磁極板之間有磁粉混合物潤滑。電磁線圈被裝入磁路中的某處。借助激勵該線圈，磁液混合物的剪切強(qiáng)度可被精確的控制。這樣從充分滑移到完全鎖住的任何狀態(tài)都可以獲得。
GEAR AND SHAFT INTRODUCTION
Abstract: The important position of the wheel gear and shaft can't falter in traditional machine and modern machines.The wheel gear and shafts mainly install the direction that delivers the dint at the principal axis box.The passing to process to make them can is divided into many model numbers, useding for many situations respectively.So we must be the multilayers to the understanding of the wheel gear and shaft in many ways .
Key words: Wheel gear;Shaft
In the force analysis of spur gears, the forces are assumed to act in a single plane. We shall study gears in which the forces have three dimensions. The reason for this, in the case of helical gears, is that the teeth are not parallel to the axis of rotation. And in the case of bevel gears, the rotational axes are not parallel to each other. There are also other reasons, as we shall learn.
Helical gears are used to transmit motion between parallel shafts. The helix angle is the same on each gear, but one gear must have a right-hand helix and the other a left-hand helix. The shape of the tooth is an involute helicoid. If a piece of paper cut in the shape of a parallelogram is wrapped around a cylinder, the angular edge of the paper becomes a helix. If we unwind this paper, each point on the angular edge generates an involute curve. The surface obtained when every point on the edge generates an involute is called an involute helicoid.
The initial contact of spur-gear teeth is a line extending all the way across the face of the tooth. The initial contact of helical gear teeth is a point, which changes into a line as the teeth come into more engagement. In spur gears the line of contact is parallel to the axis of the rotation; in helical gears, the line is diagonal across the face of the tooth. It is this gradual of the teeth and the smooth transfer of load from one tooth to another, which give helical gears the ability to transmit heavy loads at high speeds. Helical gears subject the shaft bearings to both radial and thrust loads. When the thrust loads become high or are objectionable for other reasons, it may be desirable to use double helical gears. A double helical gear (herringbone) is equivalent to two helical gears of opposite hand, mounted side by side on the same shaft. They develop opposite thrust reactions and thus cancel out the thrust load. When two or more single helical gears are mounted on the same shaft, the hand of the gears should be selected so as to produce the minimum thrust load.
Crossed-helical, or spiral, gears are those in which the shaft centerlines are neither parallel nor intersecting. The teeth of crossed-helical fears have point contact with each other, which changes to line contact as the gears wear in. For this reason they will carry out very small loads and are mainly for instrumental applications, and are definitely not recommended for use in the transmission of power. There is on difference between a crossed helical gear and a helical gear until they are mounted in mesh with each other. They are manufactured in the same way. A pair of meshed crossed helical gears usually have the same hand; that is ,a right-hand driver goes with a right-hand driven. In the design of crossed-helical gears, the minimum sliding velocity is obtained when the helix angle are equal. However, when the helix angle are not equal, the gear with the larger helix angle should be used as the driver if both gears have the same hand.
Worm gears are similar to crossed helical gears. The pinion or worm has a small number of teeth, usually one to four, and since they completely wrap around the pitch cylinder they are called threads. Its mating gear is called a worm gear, which is not a true helical gear. A worm and worm gear are used to provide a high angular-velocity reduction between nonintersecting shafts which are usually at right angle. The worm gear is not a helical gear because its face is made concave to fit the curvature of the worm in order to provide line contact instead of point contact. However, a disadvantage of worm gearing is the high sliding velocities across the teeth, the same as with crossed helical gears.
Worm gearing are either single or double enveloping. A single-enveloping gearing is one in which the gear wraps around or partially encloses the worm.. A gearing in which each element partially encloses the other is, of course, a double-enveloping worm gearing. The important difference between the two is that area contact exists between the teeth of double-enveloping gears while only line contact between those of single-enveloping gears. The worm and worm gear of a set have the same hand of helix as for crossed helical gears, but the helix angles are usually quite different. The helix angle on the worm is generally quite large, and that on the gear very small. Because of this, it is usual to specify the lead angle on the worm, which is the complement of the worm helix angle, and the helix angle on the gear; the two angles are equal for a 90-deg. Shaft angle.
When gears are to be used to transmit motion between intersecting shaft, some of bevel gear is required. Although bevel gear are usually made for a shaft angle of 90 deg. They may be produced for almost any shaft angle. The teeth may be cast, milled, or generated. Only the generated teeth may be classed as accurate. In a typical bevel gear mounting, one of the gear is often mounted outboard of the bearing. This means that shaft deflection can be more pronounced and have a greater effect on the contact of teeth. Another difficulty, which occurs in predicting the stress in bevel-gear teeth, is the fact the teeth are tapered.
Straight bevel gears are easy to design and simple to manufacture and give very good results in service if they are mounted accurately and positively. As in the case of squr gears, however, they become noisy at higher values of the pitch-line velocity. In these cases it is often good design practice to go to the spiral bevel gear, which is the bevel counterpart of the helical gear. As in the case of helical gears, spiral bevel gears give a much smoother tooth action than straight bevel gears, and hence are useful where high speed are encountered.
It is frequently desirable, as in the case of automotive differential applications, to have gearing similar to bevel gears but with the shaft offset. Such gears are called hypoid gears because their pitch surfaces are hyperboloids of revolution. The tooth action between such gears is a combination of rolling and sliding along a straight line and has much in common with that of worm gears.
A shaft is a rotating or stationary member, usually of circular cross section, having mounted upon it such elementsas gears, pulleys, flywheels, cranks, sprockets, and other power-transmission elements. Shaft may be subjected to bending, tension, compression, or torsional loads, acting singly or in combination with one another. When they are combined, one may expect to find both static and fatigue strength to be important design considerations, since a single shaft may be subjected to static stresses, completely reversed, and repeated stresses, all acting at the same time.
The word “shaft” covers numerous variations, such as axles and spindles. Anaxle is a shaft, wither stationary or rotating, nor subjected to torsion load. A shirt rotating shaft is often called a spindle.
When either the lateral or the torsional deflection of a shaft must be held to close limits, the shaft must be sized on the basis of deflection before analyzing the stresses. The reason for this is that, if the shaft is made stiff enough so that the deflection is not too large, it is probable that the resulting stresses will be safe. But by no means should the designer assume that they are safe; it is almost always necessary to calculate them so that he knows they are within acceptable limits. Whenever possible, the power-transmission elements, such as gears or pullets, should be located close to the supporting bearings, This reduces the bending moment, and hence the deflection and bending stress.
Although the von Mises-Hencky-Goodman method is difficult to use in design of shaft, it probably comes closest to predicting actual failure. Thus it is a good way of checking a shaft that has already been designed or of discovering why a particular shaft has failed in service. Furthermore, there are a considerable number of shaft-design problems in which the dimension are pretty well limited by other considerations, such as rigidity, and it is only necessary for the designer to discover something about the fillet sizes, heat-treatment, and surface finish and whether or not shot peening is necessary in order to achieve the required life and reliability.
Because of the similarity of their functions, clutches and brakes are treated together. In a simplified dynamic representation of a friction clutch, or brake, two inertias I1 and I2 traveling at the respective angular velocities W1 and W2, one of which may be zero in the case of brake, are to be brought to the same speed by engaging the clutch or brake. Slippage occurs because the two elements are running at different speeds and energy is dissipated during actuation, resulting in a temperature rise. In analyzing the performance of these devices we shall be interested in the actuating force, the torque transmitted, the energy loss and the temperature rise. The torque transmitted is related to the actuating force, the coefficient of friction, and the geometry of the clutch or brake. This is problem in static, which will have to be studied separately for eath geometric configuration. However, temperature rise is related to energy loss and can be studied without regard to the type of brake or clutch because the geometry of interest is the heat-dissipating surfaces. The various types of clutches and brakes may be classified as fllows:
1. Rim type with internally expanding shoes
2. Rim type with externally contracting shoes
3. Band type
4. Disk or axial type
5. Cone type
6. Miscellaneous type
The analysis of all type of friction clutches and brakes use the same general procedure. The following step are necessary:
1. Assume or determine the distribution of pressure on the frictional surfaces.
2. Find a relation between the maximum pressure and the pressure at any point
3. Apply the condition of statical equilibrium to find (a) the actuating force, (b) the torque, and (c) the support reactions.
Miscellaneous clutches include several types, such as the positive-contact clutches, overload-release clutches, overrunning clutches, magnetic fluid clutches, and others.
A positive-contact clutch consists of a shift lever and two jaws. The greatest differences between the various types of positive clutches are concerned with the design of the jaws. To provide a longer period of time for shift action during engagement, the jaws may be ratchet-shaped, or gear-tooth-shaped. Sometimes a great many teeth or jaws are used, and they may be cut either circumferentially, so that they engage by cylindrical mating, or on the faces of the mating elements.
Although positive clutches are not used to the extent of the frictional-contact type, they do have important applications where synchronous operation is required.
Devices such as linear drives or motor-operated screw drivers must run to definite limit and then come to a stop. An overload-release type of clutch is required for these applications. These clutches are usually spring-loaded so as to release at a predetermined toque. The clicking sound which is heard when the overload point is reached is considered to be a desirable signal.
An overrunning clutch or coupling permits the driven member of a machine to “freewheel” or “overrun” because the driver is stopped or because another source of power increase the speed of the driven. This type of clutch usually uses rollers or balls mounted between an outer sleeve and an inner member having flats machined around the periphery. Driving action is obtained by wedging the rollers between the sleeve and the flats. The clutch is therefore equivalent to a pawl and ratchet with an infinite number of teeth.
Magnetic fluid clutch or brake is a relatively new development which has two parallel magnetic plates. Between these plates is a lubricated magnetic powder mixture. An electromagnetic coil is inserted somewhere in the magnetic circuit. By varying the excitation to this coil, the shearing strength of the magnetic fluid mixture may be accurately controlled. Thus any condition from a full slip to a frozen lockup may be obtained.
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