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屆畢業(yè)設(shè)計(jì)
青玉米秸稈收割切碎機(jī)械的設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名
學(xué) 號(hào) 8031208112
所屬學(xué)院 機(jī)械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 農(nóng)業(yè)機(jī)械化及其自動(dòng)化
班 級(jí) 12-1
指導(dǎo)教師
日 期 2012.05
xxxx大學(xué)教務(wù)處制
1. 緒 論 2
1.1研究的目的和意義 2
1．2 青貯玉米的收獲工藝 3
1.2.1直接收獲法 3
1.2.2二次收獲法 3
1．3 國內(nèi)外青貯機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀 4
2. 總體設(shè)計(jì)方案 4
2．1總體方案的制定 4
2．2總體布局設(shè)計(jì) 6
2．3主要工作部件的選擇 6
2．3．1青貯機(jī)的切割器的選擇 6
2．3．2青貯機(jī)粉碎刀的選擇 7
2．4 主要工作部件的理論設(shè)計(jì) 7
2．4．1切割器設(shè)計(jì) 7
2．4．2 切碎刀的設(shè)計(jì) 7
3. 主要工作部件的設(shè)計(jì)計(jì)算 8
3．1功率的選擇 8
3.1.1收割刀軸消耗功率的計(jì)算 8
3.1.2粉碎刀軸功率的計(jì)算 8
3.1.3拋揚(yáng)功率的計(jì)算 8
3．2 V帶設(shè)計(jì) 8
3．2．2 選擇V帶帶型 9
3．2．3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑 9
3．2．4確定帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距 9
3．2．7計(jì)算預(yù)緊力 10
3．2．8計(jì)算作用在軸上的壓軸力 10
3．2．9 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
3．3 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 10
3．3．1 選擇鏈輪齒數(shù) 10
3．3．2 計(jì)算功率 10
3．3．3 確定鏈條的鏈節(jié)數(shù) 10
3．3．4 確定鏈條的節(jié)距 10
3．3．5 確定鏈長及中心距 11
3．3．6 鏈速的驗(yàn)算 11
3．3．7 驗(yàn)算小鏈輪的輪轂 11
3．3．8 計(jì)算作用在軸上的力 11
3．3．9有效圓周力計(jì)算 11
3．4 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì) 11
3．4．1選定齒輪的類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) 11
3．4．2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 12
3．4．3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) 13
3．4．4 齒輪幾何尺寸的計(jì)算 15
3．4．5驗(yàn)算 15
4. 軸的設(shè)計(jì) 15
4．1材料的選擇 15
4．2割刀軸的設(shè)計(jì) 16
4．3 輸入軸的設(shè)計(jì) 17
4．4 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
4．4．1 擬訂軸上零件的裝配方案 17
4．4．2 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑及其長度 18
5.其他零部件的設(shè)計(jì) 20
5．2輔助裝置設(shè)計(jì) 20
5．2．1喂入口的設(shè)計(jì) 20
5．2．2機(jī)殼設(shè)計(jì) 20
6. 結(jié) 論 20
致 謝 21
參考文獻(xiàn) 22
1. 緒 論
1.1研究的目的和意義
青貯玉米飼料營養(yǎng)價(jià)值完善，適口性好，易于消化，滿足肉牛、奶牛等家畜冬春季的營養(yǎng)需要，使肉牛、奶牛保持高水平的營養(yǎng)狀態(tài)和生產(chǎn)水平，是肉牛業(yè)和奶牛業(yè)不可缺少的基礎(chǔ)飼料之一。最近幾年，肉牛業(yè)有了很大的發(fā)展，向國內(nèi)外市場提供了大量的牛肉，很多地方成了有名的養(yǎng)?？h。牛奶業(yè)是公認(rèn)的節(jié)糧、經(jīng)濟(jì)、高效的產(chǎn)業(yè)，屬“菜籃子”工程。牛奶還是飼料轉(zhuǎn)化率最高的營養(yǎng)物質(zhì)。因此發(fā)展奶牛業(yè)，推廣種植青貯玉米，可以帶動(dòng)我國畜牧業(yè)的持續(xù)快速發(fā)展。
世界上畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國家都很重視青貯玉米的種植和生產(chǎn)。如法國、加拿大、英國、荷蘭、德國等國家都培育了大量的青貯專用玉米品種。在歐美許多國家中，青貯玉米飼料早已成為反芻家畜日糧中主要的有效能量成分和幼畜育肥的強(qiáng)化飼料。1997年歐洲種植的青貯玉米面積達(dá)4.0106hm2，加拿大超過190，000hm2，近幾年美國青貯玉米種植面積占玉米總面積的6%-10%。由于青貯玉米的諸多優(yōu)點(diǎn)， 今后我國仍將保持較大比例的青貯玉米種植面積。
青貯玉米種植面積在迅猛的增加，但相應(yīng)的收獲機(jī)械的發(fā)展卻跟不上步伐，且收獲的質(zhì)量并不是很高，每年因?yàn)檫@個(gè)原因損失的糧食非常可觀。且國產(chǎn)收獲機(jī)的機(jī)械性能和國外的相比還存在很大的差距。因此研制新的玉米收獲機(jī)是迫切要解決的問題。
為了盡快解決這個(gè)問題，我們設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡單的收獲機(jī)，該機(jī)采用簡單的切割器和粉碎刀，因此機(jī)器的重量大大減輕，整體結(jié)構(gòu)更加合理。其收獲的質(zhì)量與國外的機(jī)器很接近。
1．2 青貯玉米的收獲工藝
1.2.1直接收獲法
用懸掛式青貯玉米收獲機(jī)或帶有玉米割臺(tái)的牽引式、自走式青飼收獲機(jī)，直接收割在田間直立生長的整株玉米，切碎并拋送到普通拖車或?qū)Ｓ们囡曂宪囍校缓筮\(yùn)到貯存地點(diǎn)，直接卸入青貯窖，壓實(shí)密封。工藝框圖如下表1-1所示。
圖1-1直接收獲法
1.2.2二次收獲法
二次收獲法的工藝過程是先用手工或玉米割曬機(jī)將玉米莖桿割倒在田間，然后運(yùn)到場地上，用固定的青飼切碎機(jī)進(jìn)行切碎、裝車作業(yè)。其他運(yùn)輸、裝料及貯存與直接收獲大致相同。工藝流程框圖如表1-2所示。
圖 1-2二次收獲法
1．3 國內(nèi)外青貯機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀
我國青貯玉米收獲機(jī)械的發(fā)展從仿制國外引進(jìn)的機(jī)引型開始，逐步發(fā)展到根據(jù)我國特點(diǎn)在吸收國外機(jī)引型青貯收獲機(jī)優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，因地制宜地自行設(shè)計(jì)了各種青貯玉米收獲機(jī)。進(jìn)入20世紀(jì)90年代中期，其技術(shù)水平也隨畜牧業(yè)的發(fā)展和需要得到了不斷完善和提高，研制定型了幾種機(jī)型。
青貯玉米收獲機(jī)械的類型按與拖拉機(jī)的掛接方式分為懸掛式青貯玉米收獲機(jī)、帶有玉米割臺(tái)的牽引式青貯收獲機(jī)以及帶有玉米割臺(tái)的自走式青貯收獲機(jī)。另外，國內(nèi)還有一種場上固定式作業(yè)的青貯收獲機(jī)。
目前，國內(nèi)生產(chǎn)使用的青貯玉米收獲機(jī)械代表性機(jī)型主要有：燕北畜牧機(jī)械集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的9QS-1300型青貯切碎機(jī)、中國農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院生產(chǎn)的PCC-6．0型青貯切碎機(jī)、黑龍江趙光機(jī)械廠與德國門格勒公司合作生產(chǎn)的MB220型青飼料收獲機(jī)、中國農(nóng)機(jī)化科學(xué)研究院研制的XDNZ-2008型自走式對行高桿作物割臺(tái)青貯飼料收獲機(jī)。引進(jìn)的國外機(jī)型有：白俄羅斯生產(chǎn)的巴列斯耶大型青貯飼料機(jī)、紐荷蘭公司生產(chǎn)的790和900型牽引式青貯飼料收獲機(jī)、約翰迪爾公司生產(chǎn)的2行和3行牽引式青貯收獲機(jī)等。
另外，用于青貯玉米收獲的機(jī)型還有：河北省趙縣農(nóng)機(jī)修造廠生產(chǎn)的4YZ-3青貯玉米聯(lián)合收獲機(jī)、山東省萊州金圣農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所研制生產(chǎn)的4Y-2衛(wèi)星玉米割曬機(jī)等。
但是，國產(chǎn)主要機(jī)型生產(chǎn)率低。固定式青飼切碎機(jī)作業(yè)時(shí)，需要把整株玉米運(yùn)到場上，收割運(yùn)輸勞動(dòng)強(qiáng)度大，青貯作業(yè)生產(chǎn)率低，不能滿足規(guī)模生產(chǎn)的需要。懸掛式1行青飼收獲機(jī)通過吸收國外機(jī)型優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)比較成熟。但從應(yīng)用的情況看，由于一次只能收割一行，生產(chǎn)效率低、往復(fù)作業(yè)、重復(fù)壓地現(xiàn)象嚴(yán)重，造成土壤壓實(shí)、板結(jié)，不利于下一季耕種。
青貯玉米收獲機(jī)作業(yè)時(shí)，工作速度高，受地塊條件，青貯玉米種植密度，株高，濕度等因素影響，負(fù)荷波動(dòng)也大，要求青貯玉米收獲機(jī)的強(qiáng)度高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)好，性能可靠。國產(chǎn)青貯玉米收獲機(jī)尚處于技術(shù)發(fā)展的初始階段，存在著使用故障多，整機(jī)結(jié)構(gòu)剛性差的問題。 因此設(shè)計(jì)一種實(shí)用和耐用的青貯機(jī)是首要的問題。另外，國產(chǎn)青貯機(jī)的關(guān)鍵零部件性能不過關(guān)。切割刀、切碎定動(dòng)刀等部件可靠性差，使用壽命短。
本次設(shè)計(jì)的青貯機(jī)主要就是為了克服國產(chǎn)青貯機(jī)的不足，其采用被拖拉機(jī)牽引的方式，切割器采用回轉(zhuǎn)的形式，切割的時(shí)候棘齒刀圍繞一中心點(diǎn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，降低了功率消耗．棘齒刀固定在刀盤上，與刀盤一體，可以提高刀軸的轉(zhuǎn)速，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率．其粉碎方式采用動(dòng)定刀相結(jié)合的方式，動(dòng)刀采用V型，定刀采用長方形，這樣可以降低作物在切割時(shí)的滑動(dòng)，使切割更省力，提高了機(jī)器的工作效率．
2. 總體設(shè)計(jì)方案
2．1總體方案的制定
青貯玉米收獲機(jī)械的類型按與拖拉機(jī)的掛接方式分為懸掛式青貯玉米收獲機(jī)、帶有玉米割臺(tái)的牽引式青貯收獲機(jī)以及帶有玉米割臺(tái)的自走式青貯收獲機(jī)。另外，國內(nèi)還有一種場上固定式作業(yè)的青貯收獲機(jī)。
自走式青貯機(jī)消耗功率大，適合大農(nóng)場作業(yè)；現(xiàn)在我國主要用的是懸掛式的青貯機(jī)，因?yàn)檫@種機(jī)型功率消耗小，割幅小，非常適合我國的國情。
本青貯機(jī)采用的是牽引側(cè)置式的，其主要針對當(dāng)前青飼料加工機(jī)械存在的主要問題來進(jìn)行研究的，主要由傳動(dòng)部件、切割動(dòng)刀和切割定刀、粉碎動(dòng)刀和粉碎定刀，風(fēng)機(jī)等組成。其工作原理是：切割器將玉米秸桿切斷然后通過輸送帶輸送到粉碎段，在粉碎段玉米秸桿被高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)刀切碎，切碎的秸桿落到風(fēng)扇殼中，在風(fēng)扇葉輪高速旋轉(zhuǎn)的帶動(dòng)下，秸桿沿切線被拋送出去，工作簡圖如圖2-1、圖2-2、圖2-3。
圖2-1青玉米秸稈粉碎機(jī)切割收獲部分
1.傳送帶 2.切割定刀 3.切割動(dòng)刀 4.切斷的玉米秸稈 5.玉米植株行
圖2-2青玉米秸稈收獲切碎機(jī)切碎部分
1. 傳送帶 2.切碎定刀 3.切碎動(dòng)刀 4.切斷的玉米秸稈
圖2-3青玉米秸稈收獲切碎機(jī)部分
1.風(fēng)機(jī) 2.切碎定刀 3.物料 4.物料出料口
2．2總體布局設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)在布局上采用層次式，割刀軸，粉碎刀軸和傳送帶，不在同一個(gè)平面上。這樣的布局，一是可以減小整機(jī)的寬度，提高了設(shè)備剛度，節(jié)省了原材料，降低了成本；二是各軸的傳動(dòng)采用兩邊傳動(dòng)的方法，這樣可以充分利用兩個(gè)側(cè)板的空間，還不會(huì)太擁擠。輸出軸和各軸之間采用V帶傳動(dòng)，起到了緩沖作用，可避免因物料帶入異物而造成堵轉(zhuǎn)，引起瞬間負(fù)荷過大時(shí)造成拖拉機(jī)熄火的發(fā)生；三是粉碎刀并不是固定的，用螺栓固定在刀軸上，可以隨時(shí)方便的更換和修復(fù)，粉碎刀可旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，避免了粉碎刀遇到堅(jiān)硬物體被折斷，因此可以較少的換粉碎刀，降低了機(jī)器的使用成本。
2．3主要工作部件的選擇
由于本設(shè)計(jì)主要由切割部件、粉碎部件、輸送和拋揚(yáng)三個(gè)主要部分來構(gòu)成，本設(shè)計(jì)過程主要設(shè)計(jì)切割部件和粉碎部件。切割器部分、粉碎動(dòng)刀與定刀部分， 在本設(shè)計(jì)中這兩個(gè)部分的設(shè)計(jì)十分重要，也是本次設(shè)計(jì)任務(wù)的關(guān)鍵所在，所以在選擇過程要格外重視。
2．3．1青貯機(jī)的切割器的選擇
（1）： 往復(fù)刀切割器：往復(fù)刀切割，切割省力，割茬底，是現(xiàn)在最常用的切割器；但往復(fù)式切割器不靈便且消耗功率大，在切割時(shí)，玉米的滑動(dòng)大，造成沒必要的功率消耗。
（2）：砍刀式切割器：砍刀式切割器也是近期出現(xiàn)的切割器，它采用斜切的方法，當(dāng)砍刀將作物砍倒后，作物會(huì)向前和向后運(yùn)動(dòng)，，．只是在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，離心力大，所以要保證安裝的質(zhì)量。應(yīng)用砍刀有點(diǎn)笨重。
（3）：圓盤切割器：圓盤刀切割器有小巧靈便的特點(diǎn)，整機(jī)體積小，是新興的用于青貯玉米的切割器．更換方便隨著機(jī)器的前進(jìn)，作物會(huì)自動(dòng)喂入到粉碎裝置， 喂入條件改善許多，且圓盤切割器容易制造，價(jià)格非常低，但圓盤式切割器的喂入方式是單棵強(qiáng)行喂入，易造成堵塞，這是需要改進(jìn)的地方。
圓盤式切割刀的形式如圖2-2
圖 2-4 切割刀
2．3．2青貯機(jī)粉碎刀的選擇
（1）:錘爪式粉碎刀:錘爪式粉碎刀被廣泛應(yīng)用于秸桿還田，其粉碎效果屬于粗放式的不適合于對青飼料的粉碎，且由于其端面是一個(gè)鈍面，所以消耗的功率大。
（2）:滾筒式粉碎刀:這種粉碎刀是近來新出現(xiàn)的一種粉碎刀型式，它適合于對作物的徹底粉碎，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測定，其粉碎的作物長度低于30mm，非常適合做牲畜的飼料，且在切割時(shí)作物的滑動(dòng)小，因此切割力小，消耗功率小。如圖2-5
圖2-3切碎刀
在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)該按照揚(yáng)長補(bǔ)短的原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)。在本設(shè)計(jì)中，采用切割器的方案三和粉碎刀的方案二來進(jìn)行設(shè)計(jì)，這樣在設(shè)計(jì)過程中既滿足了實(shí)際的生產(chǎn)需要，又滿足了生產(chǎn)的實(shí)際要求，同時(shí)，還降低了成本，達(dá)到了揚(yáng)長避短的生產(chǎn)設(shè)計(jì)原則。故在本設(shè)計(jì)中青貯機(jī)的實(shí)際情況來選擇方案三和粉碎刀的方案二來進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2．4 主要工作部件的理論設(shè)計(jì)
2．4．1切割器設(shè)計(jì)
圓盤式切割能否得到良好的工作質(zhì)量和切割性能，其主要參數(shù)的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，各主要參數(shù)如下：
1）切割速度 圓盤式切割器的工作質(zhì)量跟切割速度與機(jī)組前進(jìn)速度的速比有密切關(guān)系。切割速度是指平均速度，平均速度越高，切割性能越好。但過高的切割速度是不可取，因?yàn)闀?huì)使整個(gè)機(jī)組產(chǎn)生較大的振動(dòng)，不但增加了機(jī)組功率的消耗，而且會(huì)加速零件的磨損與破壞。理論計(jì)算和試驗(yàn)結(jié)果表明，切割刀刃的速度為13m/s時(shí)效果好。
2）割刀與水平面的夾角 切割刀與水平面的夾角增大則切削就容易，這樣切割刀片切割玉米是斜切，可以節(jié)省切割力，同時(shí)因?yàn)榍懈畹队幸粋€(gè)向上的角度，所以切割時(shí)玉米秸稈會(huì)向上和向后運(yùn)動(dòng)，便于玉米秸稈的喂入，但角度太大會(huì)使切割無法進(jìn)行，且刀切割行程增大，消耗的功率增大，有資料知該角度在30°～40°最適合，本次設(shè)計(jì)取30°
在實(shí)際過程中發(fā)現(xiàn)切割器除了主要參數(shù)外，其工作質(zhì)量和切割性能還與刀片的種類和刀片的銳利程度有關(guān)。通過試驗(yàn)對比，一般采用齒刃刀片，它不用磨刀，雖然切割阻力較大，但使用方便。
2．4．2 切碎刀的設(shè)計(jì)
切碎刀參數(shù)的確定：切碎刀是青貯玉米收獲機(jī)中非常重要的工作部件，其參數(shù)的設(shè)計(jì)很重要，相關(guān)參數(shù)如下
1）切碎動(dòng)刀的夾角 該夾角的大小決定著切碎莖桿的長度，夾角過大，則粉碎效果差，夾角小粉碎效果好，可是功率消耗大。從試驗(yàn)中得知，該夾角在30°～60°之間最好。本設(shè)計(jì)取45°
2）切碎動(dòng)刀的旋轉(zhuǎn)速度 切碎刀的旋轉(zhuǎn)速度是影響切碎質(zhì)量的重要因素，但速度不應(yīng)該太高，由資料知切碎刀軸的轉(zhuǎn)速在1400-1500r/min之間，本次設(shè)計(jì)取
1450r/min。
3. 主要工作部件的設(shè)計(jì)計(jì)算
3．1功率的選擇
3.1.1收割刀軸消耗功率的計(jì)算
由查資料知切斷一株玉米需要的力是350N，假設(shè)有兩片割刀同時(shí)進(jìn)行切割，則切割力為700N．
由于砍刀轉(zhuǎn)速越高，沖量越大，越容易克服慣性，切割就更容易。但是切割的速度過高，割刀軸受的離心慣量越大，消耗的功率就更大，因此割刀刀軸的轉(zhuǎn)速有一定的限制，有前人所做實(shí)驗(yàn)知，割刀刀尖的轉(zhuǎn)速在10-15m/之間時(shí)效果最佳，本次設(shè)計(jì)取其轉(zhuǎn)速為13m/s。
。 （3-1）
3.1.2粉碎刀軸功率的計(jì)算
經(jīng)調(diào)查，目前青貯玉米大部分行距為500-700mm，株距200-300mm，本次設(shè)計(jì)用行距為500mm，株距為280mm，由此可以得到每畝玉米有4000株。
經(jīng)調(diào)查青貯玉米的收獲期為乳熟期，玉米的含水量大，植株單株最重，經(jīng)過查閱大量的相關(guān)資料知，青貯玉米單株重大約在0．8-2kg，本次設(shè)計(jì)取1.0kg，所以1hm2的重量為:1540001=24000kg。
經(jīng)計(jì)算可知粉碎1kg的秸桿所需的功為3000-5000J，本次設(shè)計(jì)取3600J/kg．由《農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)》知，青貯機(jī)的生產(chǎn)率為0．8-3hm2/h，本次設(shè)計(jì)取每小時(shí)生產(chǎn)率為1hm2，所以總質(zhì)量為:24000kg4=24000kg．由此可知，粉碎刀軸所消耗的功為:86400000J，所以需總功率為:86400000/3600=24000w=24kw?？紤]到工作中的過載，有《機(jī)械設(shè)計(jì)》知過載系數(shù)為1.01-1.3，本次設(shè)計(jì)取1.07，故
。 （3-2）
3.1.3拋揚(yáng)功率的計(jì)算
目前，拋送器的功率消耗計(jì)算尚無公式可循，按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)0．4 KW(T/h) 計(jì)，拋送器的功率消耗為5-8kW。本設(shè)計(jì)取6．1kw。
所以消耗的總功率為：
45．96kW （3-4）
3．2 V帶設(shè)計(jì)
注：由設(shè)計(jì)要求，已知p=6．1kW
3．2．1確定計(jì)算功率
（3-5）
式中： -------計(jì)算功率，單位為kW
----------傳遞的額定功率，單位為kW
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得工作情況系數(shù)為KA=1.3，
故：
=1．3×6．1=7．93kW （3-6）
3．2．2 選擇V帶帶型
根據(jù)和由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊確定選用A型V帶
3．2．3 確定帶輪的基準(zhǔn)直徑
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊取主動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑=200mm
根據(jù)公式計(jì)算得從動(dòng)輪的基準(zhǔn)直徑
==1.06×200=212mm （3-7）
驗(yàn)算帶的速度
（3-8）
（3-9）
故帶速符合設(shè)計(jì)要求。
3．2．4確定帶的基準(zhǔn)長度和傳動(dòng)中心距
根據(jù)，初步確定中心距a0=550mm。
皮帶基準(zhǔn)長度計(jì)算
（3-10）
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選帶的基準(zhǔn)長度Ld=1750mm
皮帶實(shí)際中心距計(jì)算
a=550+15.5=515.5mm
3．2．5驗(yàn)算主動(dòng)輪上的包角
由計(jì)算公式得：
（3-11）
所以主動(dòng)輪上的包角符合設(shè)計(jì)要求。
3．2．6計(jì)算V帶的根數(shù)
由式（8-22）知： （3-12）
由，， 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得
，，
（3-13）
故：取Z＝2
3．2．7計(jì)算預(yù)緊力
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得：
故: （3-14）
3．2．8計(jì)算作用在軸上的壓軸力
由計(jì)算公式得:
（3-15）
3．2．9 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1） 小帶輪：軸的直徑為40mm，所以小帶輪軸孔直徑d=40mm，采用腹板式，帶輪材料為HT200，輪槽、輪緣按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊要求設(shè)計(jì)。
2） 大帶輪：大帶輪基準(zhǔn)直徑為212mm，采用腹板式，輪槽、輪緣尺寸與小帶輪相同。
3．3 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì)
注：由設(shè)計(jì)要求，已知p=9．174，采用滾子鏈傳動(dòng)，具體設(shè)計(jì)方法和步驟如下：
3．3．1 選擇鏈輪齒數(shù)
假定鏈輪的轉(zhuǎn)速是，選取小鏈輪的齒數(shù)，
則：從動(dòng)鏈輪的齒數(shù)，
3．3．2 計(jì)算功率
由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得工作情況系數(shù)，
故：
3．3．3 確定鏈條的鏈節(jié)數(shù)
初定中心距a0=40P，由式9-19得鏈節(jié)數(shù)為：
（3-16）
為避免取奇數(shù)，過渡鏈節(jié)數(shù)取98。
3．3．4 確定鏈條的節(jié)距
按小鏈輪的轉(zhuǎn)速估計(jì)，鏈條工作在功率曲線的頂點(diǎn)的左側(cè)時(shí)可能出現(xiàn)鏈板疲勞破壞。由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊查得小鏈輪的齒數(shù)系數(shù)
（3-17）
選取單排鏈，查得單排鏈系數(shù)，故所需傳遞的功率為
（3-18）
根據(jù)小鏈輪轉(zhuǎn)速及功率，選擇鏈號(hào)為0．8B的單排鏈，同時(shí)也證實(shí)原估計(jì)鏈條工作在額定功率曲線的左側(cè)是正確的。再由手冊查得鏈節(jié)距
3．3．5 確定鏈長及中心距
鏈長：
（3-19）
中心距：
（3-20）中心距的減小量：
則實(shí)際中心距：
取
3．3．6 鏈速的驗(yàn)算
（3-21）
得：鏈速與原假設(shè)相符合。
3．3．7 驗(yàn)算小鏈輪的輪轂
由手冊查得小鏈輪的轂孔許用的最大直徑與原假設(shè)相符合，符合設(shè)計(jì)要求。
3．3．8 計(jì)算作用在軸上的力
（3-22）
3．3．9有效圓周力計(jì)算
按垂直傳動(dòng)取壓軸力系數(shù)故
3．4 齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)
已知： 工作壽命為10年，每年120天
3．4．1選定齒輪的類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù)
1）按傳動(dòng)簡圖所示的傳動(dòng)方案，選用斜齒圓柱齒輪。
2） 青貯機(jī)為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用7級(jí)精度GB10095-88
3） 材料選擇：查手冊選擇小齒輪的材料為 (調(diào)質(zhì)處理)，硬度為，大齒輪 的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)處理），硬度為，二者材料的硬度差為
4） 選擇小齒輪的齒數(shù)，大齒輪的齒數(shù)，取
3．4．2按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，即
（3-23）
1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值
〈1〉 試選載荷系數(shù)
〈2〉 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)距
（3-24）
〈3〉 由手冊選取齒寬系數(shù)
〈4〉 由手冊查得材料的彈性影響系數(shù)為
〈5〉按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為；
大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限為
〈6〉計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
（3-25）
（3-26）
〈7〉 由手冊查得接觸疲勞壽命系數(shù)
〈8〉 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力
取失效率為1%，安全系數(shù)，計(jì)算得：
（3-27）
（3-28）
2)計(jì)算過程
<1> 試算小齒輪的分度圓直徑，代入中較小的值得
（3-29）
<2> 計(jì)算圓周速度
（3-30）
<3> 計(jì)算齒寬b
（3-31）
<4> 計(jì)算齒寬b與齒高h(yuǎn)的比值
模數(shù)
齒高h(yuǎn)=mt=6．3mm
得：
<5> 計(jì)算載荷系數(shù)
根據(jù)v=1．62m/s，7級(jí)精度，由手冊查得動(dòng)載荷系數(shù)kv=1．08
由直齒輪假設(shè)，由手冊查得
由手冊查得使用系數(shù)KA=1
由手冊查得7級(jí)精度，小齒輪相對于支承非對稱布置時(shí)
（3-32）
將數(shù)據(jù)代入后得：
由 ，查手冊得
故載荷系數(shù)
（3-33）
<6> 按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所計(jì)算的分度圓直徑，由公式得：
（3-34）
計(jì)算模數(shù)m
m=d1/z1=3．63mm
3．4．3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)
彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為
（3-35）
確定公式內(nèi)的各參數(shù)數(shù)值:
（1）由手冊查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限
（2）由手冊查得彎曲疲勞壽命系數(shù)，
計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力：
取彎曲疲勞安全系數(shù)S=1．4，計(jì)算得：
（3-36）
（3-37）
（3）計(jì)算載荷系數(shù)K
（3-38）
（4）齒形系數(shù)的確定
由手冊查得
（5）應(yīng)力校正系數(shù)的確定
由手冊可查得
（6）計(jì)算大小齒輪的并加以比較
（3-39）
（3-40）
可見大齒輪的數(shù)值較大
2）設(shè)計(jì)計(jì)算
（3-41）
對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)m大于齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)。由于齒輪的模數(shù)m的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的載荷能力，而齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力僅與齒輪的直徑有關(guān)，可取彎曲強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)3．10mm并就近圓整于標(biāo)準(zhǔn)值m=3．5，按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑，算出小齒輪的齒數(shù)和大齒輪的齒數(shù)。這樣設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)既滿足了齒面接觸疲勞強(qiáng)度又滿足了齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，并做到了結(jié)構(gòu)緊湊避免浪費(fèi)材料。
求得小齒輪的齒數(shù)：
，則大齒輪的齒數(shù)為z2=uz1=38
3．4．4 齒輪幾何尺寸的計(jì)算
1)分度圓直徑
（3-41）
（3-42）
2)計(jì)算中心距
（3-43）
3)計(jì)算齒輪寬度
（3-44）
取B1=74mm，B2=80mm
3．4．5驗(yàn)算
（3-45）
得：
故滿足設(shè)計(jì)要求。
4.軸的設(shè)計(jì)
4．1材料的選擇
選取軸用材料主要取決于軸的工作條件載荷和加工工藝等綜合因素。除了滿足強(qiáng)度、剛度和耐磨性外還要求對應(yīng)力集中敏感小。通過比較常用的軸用材料知碳素鋼對應(yīng)力集中的敏感性小，其機(jī)械性能可通過熱處理來進(jìn)行調(diào)整，而且比合金鋼的價(jià)格低廉。故本設(shè)計(jì)軸都采用45鋼
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊得45鋼的力學(xué)性能，如表4－1所示：
材料牌號(hào)
熱處
理
毛呸的
直徑
硬
度
抗拉強(qiáng)
度極限
屈服強(qiáng)
度極限
彎曲疲
勞極限
剪切強(qiáng)
度極限
許用彎
曲應(yīng)力
45
調(diào)質(zhì)
小于200mm
217-255HBS
640MP
335Mpa
275MPa
155MPa
表4－1 45鋼的力學(xué)性能
軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括給出軸的合理外形和全部的結(jié)構(gòu)尺寸。設(shè)計(jì)時(shí)軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足：軸和裝配在軸上的零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上零件要于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性。
4．2割刀軸的設(shè)計(jì)
已知:p=9．2kw，ω=1620rad/s
1）求出軸上的轉(zhuǎn)矩
（4- 1）
2）初步估算出軸的最小直徑
前面已知軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，取，
于是:
（4－2）
3）擬訂軸的裝配方案
圖4-1 割刀軸
<1>由前面已知:割刀軸采上下小軸與中間套筒相配合，中間套筒上安裝割刀，上下小軸上安裝軸承。應(yīng)為軸承受承受軸向力，故選用圓錐滾子軸承，由于處軸徑為，所以選用303軸承，軸承處有軸肩定位，因?yàn)?，取h=2．5mm所以=45mm，因?yàn)樘淄驳膬?nèi)直徑為，所以。右小軸安裝小鏈輪和軸承，軸承仍為303軸承，它和機(jī)架間用套筒固定，其直徑與左小軸相同。
<2>對于303軸承B=20mm，故取，因?yàn)橹g要加機(jī)架及出料裝置， 所以取; 段由前面的設(shè)計(jì)知;因該段安裝砍刀，有割幅知;，，最左邊因?yàn)橐惭b小鏈輪和軸承，還有中間套筒，其長度為。
至此已經(jīng)初步確定了軸的各段直徑和長度．
4）軸上零件的周向定位
帶輪和鏈輪的周向定位采用平鍵連接．鏈輪由手冊查得平鍵．
5） 確定軸上的倒角及其尺寸
取軸端倒角為，各軸肩處的圓角半徑見圖4－1。
4．3 輸入軸的設(shè)計(jì)
已知：
1）求出軸上的轉(zhuǎn)矩
577523．7N．mm （4－3）
2 ）初步估算軸的最小直徑
選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理
取，于是
（4－4）
輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處軸的直徑。為了使所選的軸直徑與聯(lián)軸器的孔徑相適應(yīng)，需同時(shí)選擇聯(lián)軸器號(hào)。
聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩，取=1．3，則
（4－5）
查手冊，選用HL4 ，其孔徑為40mm，長度為33mm半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度30mm
4．4 輸入軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4．4．1 擬訂軸上零件的裝配方案
由前面的設(shè)計(jì)知大錐齒輪的轂孔直徑為故設(shè)計(jì)的裝配方案如圖4－2所示：
圖4-2 輸入軸
4．4．2 根據(jù)軸向定位要求確定軸的各段直徑及其長度
為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，A軸段右端需制出一軸肩，故取B段直徑為，半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度的長度為30mm，為了不使軸端擋圈之壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸上，故設(shè)計(jì)其轂孔長度為33mm．
1）選擇軸承，因?yàn)樵撦S受徑向和軸向力，故選擇圓錐滾子軸承由軸的直徑選擇軸承為32210軸承，左邊選用32204軸承。
2）取安裝錐齒輪處的直徑為40mm，為了各軸的配合，取的長度為86mm。
3）軸上零件的定位，右端軸承用套筒定位，左端軸承用軸肩定位。有大錐齒輪的內(nèi)孔直徑為40mm，故選用的鍵為。至此已經(jīng)初步確定了軸的直徑和長度。
確定軸上的圓角及倒角：
取軸端的倒角為。
受力分析簡圖如4－3所示：
其中，
和分別是錐齒輪的徑向力和圓周力
已知： （4－6）
（4－7）
（4－8）
（4－9）
（4－10）
（4－11）
圖4－3 軸的受力簡圖
計(jì)算結(jié)果數(shù)據(jù)如表4－2所示
表4－2 計(jì)算結(jié)果
載荷
水平面
垂直面
支反力F
彎矩M
，
總彎矩
扭矩T
由以上數(shù)據(jù)顯示，C點(diǎn)是危險(xiǎn)截面。
由第三強(qiáng)度理論得
（4－12）
故強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。
5.其他零部件的設(shè)計(jì)
5．1保護(hù)裝置的設(shè)計(jì)
由于玉米秸稈青貯機(jī)工作的環(huán)境非常的差，因此保護(hù)傳動(dòng)部分不被塵土污染是提高青貯機(jī)工作壽命的一個(gè)必要措施。傳動(dòng)部分的保護(hù)結(jié)構(gòu)采用殼形，該保護(hù)殼被固定在側(cè)板上，杜絕了外部灰塵的進(jìn)入，可以保證傳動(dòng)的可靠。因此說傳動(dòng)保護(hù)設(shè)備是青貯機(jī)中僅次于切割和粉碎的部件．另外，因?yàn)榍噘A機(jī)中的各軸多采用套筒的形式，防止灰塵進(jìn)入套筒內(nèi)部也是要考慮的一個(gè)問題，在這個(gè)方面，本設(shè)計(jì)采用了先進(jìn)的曲面密封的方法，試驗(yàn)表明，這種方法非常有效，密封效果非常好。
5．2輔助裝置設(shè)計(jì)
5．2．1喂入口的設(shè)計(jì)
喂入口的結(jié)構(gòu)必須保證玉米的順利喂入且不向兩邊傾斜，使玉米植株在粉碎的過程中不會(huì)重新被拋到機(jī)體外，本機(jī)械采用雙喂入輥來喂入玉米秸稈，上下排布，使玉米桿準(zhǔn)確喂入切碎區(qū)．
5．2．2機(jī)殼設(shè)計(jì)
機(jī)殼采用厚度為4mm的熱軋厚鋼板用卷板機(jī)制成所需形狀。然后焊接到左右側(cè)板上．
6. 結(jié) 論
青貯機(jī)制造技術(shù)的落后已經(jīng)嚴(yán)重影響著我國畜牧業(yè)的健康發(fā)展，盡快提高我國青貯機(jī)的制造水平和應(yīng)用水平，研制適應(yīng)我國發(fā)展的青貯設(shè)備，為我國畜牧業(yè)和奶業(yè)的發(fā)展提供性能優(yōu)良、造價(jià)適中的加工裝備，已成為一項(xiàng)必須盡快解決的任務(wù)。因此，應(yīng)盡快提高我國青貯機(jī)的應(yīng)用水平和制造水平，帶動(dòng)畜牧業(yè)和奶業(yè)的發(fā)展，徹底解決種植業(yè)的原料利用問題，為農(nóng)村經(jīng)濟(jì)持續(xù)、健康發(fā)展提供后勁。
本課題研究的青貯機(jī)是在原蘇聯(lián)制造的青貯機(jī)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，采用新的切割器和粉碎器，使青貯機(jī)的工作效率大大提高，且在設(shè)計(jì)中采用套筒結(jié)構(gòu)，減小了青貯機(jī)的體積．。安全方面，該青貯機(jī)在輸出傳動(dòng)中采用帶傳動(dòng)，可有效的防止因?yàn)檫^載而損壞青貯機(jī)的部件。
根據(jù)市場需求，在調(diào)研國內(nèi)外同類產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，經(jīng)消化吸收、改進(jìn)設(shè)計(jì)了此機(jī)器，在設(shè)計(jì)過程中，充分考慮了玉米的含水率，植株的密度和地塊的狀況等物理特性，因此工作的可靠性有了較大的提高。本機(jī)采用了先進(jìn)的加工工藝，在經(jīng)濟(jì)性、耐用性、可靠性、安全性、等達(dá)到了較高的水平。
致 謝
經(jīng)過近兩個(gè)月的忙碌，《青玉米秸稈收割切碎機(jī)的設(shè)計(jì)》業(yè)已完成。首先感謝我的指導(dǎo)老師老師，本設(shè)計(jì)是在李老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從整理資料，到設(shè)計(jì)的畫圖，說明書的編寫都給予我精心的指導(dǎo)，到后期的說明書的排版和設(shè)計(jì)圖紙的查缺補(bǔ)漏，李老師都給予我很大的鼓勵(lì)和幫助。
回首過去的一百多個(gè)日日夜夜，從設(shè)計(jì)任務(wù)的下發(fā)，直到任務(wù)完成，我遇到了許多的困難，出現(xiàn)了許多的錯(cuò)誤，設(shè)計(jì)方案多次修改。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我與其他同學(xué)互相討論，查資料，為選出最優(yōu)的方案，做著不懈的努力。盡管在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到了種種困難，但是都能一一克服，在指導(dǎo)老師的精心指導(dǎo)下，最終圓滿的完成設(shè)計(jì)任務(wù)。
畢業(yè)在即，謹(jǐn)向指導(dǎo)老師表示崇高的敬意和衷心的感謝！同時(shí)也向支持、關(guān)心、幫助過我的人表示感謝!祝他們健康、工作順利、前程似錦!
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