多功能排種器試驗(yàn)臺,指導(dǎo)老師：趙進(jìn)輝
設(shè)計(jì)者：黃志鋒,一.前言,多功能精量排種器能對油菜、谷子、芝麻、苜蓿、胡麻、小麥、高粱、綠豆、番茄、玉米、大豆、棉花、油葵等小、中、大粒作物進(jìn)行精量和常量播種。排種精度高、結(jié)構(gòu)簡單、性能可靠，便于在多種播種機(jī)上配套安裝，提高播種器的性能。是技術(shù)人員一直追求的目標(biāo)。排種器是播種機(jī)的核心部件之一。排種器排種質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到播種質(zhì)量的好壞。影響精密播種機(jī)播種質(zhì)量的因素很多，但主要取決于排種器的排種性能。因此國內(nèi)外在如何提高排種器的性能方面作了大量的研究工作并取得了較大進(jìn)展。為了了解和掌握現(xiàn)有精播排種器的技術(shù)性能，為我國進(jìn)一步研制推廣精播機(jī)提供設(shè)計(jì)依據(jù)，必須加大對排種器試驗(yàn)臺的研究和開發(fā)，排種器實(shí)驗(yàn)臺是播種機(jī)研發(fā)所使用的主要手段，是快速產(chǎn)生新一代高性能播種機(jī)必不可少的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。,（四）種床帶傳送裝置驅(qū)動電機(jī)功率的確定,從結(jié)構(gòu)上看，本排種器試驗(yàn)臺的種床帶傳送裝置是屬于皮帶輸送機(jī)，并配有張緊和托輥裝置。工作時(shí)，種床帶處于勻速滑動狀態(tài)，因此可粗略計(jì)算驅(qū)動種床帶傳送裝置平移運(yùn)動所做的功，來確定驅(qū)動電機(jī)功率。
1.運(yùn)動中滾筒所需的驅(qū)動扭力F1為：
F1=9.80665*G*f=9.80665*24.97428*0.65=159.2N
式中，G——種床帶總質(zhì)量，G=6.228*4.01=24.97428kg
f——橡膠帶與鋼的動摩擦系數(shù)，f=0.65
2.滾筒的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩M1為：
M1=F1*R=159.2*0.1=15.92N.M
式中 R——滾筒半徑，R=0.1m
3.滾筒在種床最大前進(jìn)速度下的轉(zhuǎn)數(shù)Nm為：
Nm=Vm/2PR=60Vm/3.14d=120/(3.14*0.2)=192r/min
式中。Vm——種床帶最大前進(jìn)速度Vm=7.2km/h
計(jì)算工作機(jī)功率：
P=（M1*Nm）/9550=15.92*192、9550=0.320087kw,二.工作原理及總體結(jié)構(gòu),一）工作原理
在田間測試播種機(jī)性能時(shí)，排種器隨拖拉機(jī)向前進(jìn)方向移動。排種器試驗(yàn)臺正好相反，它是用輸送帶做種床，并模擬播種機(jī)的田間作業(yè)速度進(jìn)行運(yùn)動，排種器在實(shí)驗(yàn)時(shí)固定不動，輸送帶（種床）相對于排種器運(yùn)動。這樣，就使播種機(jī)相對地面的運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)榈孛嫦鄬τ诓シN機(jī)的運(yùn)動。從相對運(yùn)動的概念來說，是一個(gè)參考坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換問題，其效果是一樣的。排種器在固定位置把種子排在噴上油層的輸送帶上，種子被油層黏住，然后對種床帶上的排種情況進(jìn)行實(shí)時(shí)攝錄和處理，從而測得種子粒距，達(dá)到檢測排種均勻性等各項(xiàng)指標(biāo)的目的。,（二）總體結(jié)構(gòu),試驗(yàn)臺總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，主要有臺架，種床帶裝置，排種器安裝架，驅(qū)動裝 置 ,以及5mm厚，長寬不一的鐵板。,圖2-1 試驗(yàn)臺總體結(jié)構(gòu)簡圖,三.主要工作部件參數(shù)的設(shè)計(jì),（一）種床長度的確定
考慮到被排種器實(shí)驗(yàn)臺采用視覺方法測得粒距，有時(shí)希望還能從種床帶上直觀地觀察一小段排種實(shí)況，而種床帶剎車后還會運(yùn)行一段距離，因此，把種床帶有效長度定為2.8m較合適，同時(shí)該種床帶的類型為普通橡膠輸送帶，膠布層數(shù)為三層，上膠+下膠厚度為3.0+1.5mm周長為6.228m，寬0.4m，每米長的質(zhì)量為4.01kg/m。,（二）種床帶前進(jìn)速度的確定,當(dāng)前，國內(nèi)外的當(dāng)前，國內(nèi)外的中耕作物精播機(jī)作業(yè)速度一般都在5～8km/h左右，部分先進(jìn)的氣力式播種機(jī)可達(dá)10～12km/h。一般說來，速度超過10km/h，播種質(zhì)量就有明顯下降的趨勢且試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求，播種機(jī)試驗(yàn)前進(jìn)速度為1.0～2m/s（3.6～7.2km/h）。排種器試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)，除了滿足現(xiàn)有播種機(jī)的實(shí)際速度要求之外，還應(yīng)提高其測試范圍，從而種床帶前進(jìn)速度確定為1.5～7.5km/h。,（三）排種盤轉(zhuǎn)速的調(diào)整范圍,從現(xiàn)有國內(nèi)外先進(jìn)的中耕作物精播機(jī)的作業(yè)速度來看，其前進(jìn)速度在12km/h時(shí)，則對應(yīng)的排種盤轉(zhuǎn)速一般在20～200r/min之間。所以，本試驗(yàn)臺排種盤轉(zhuǎn)速調(diào)試范圍為15～200r/min。,（四）種床帶傳送裝置驅(qū)動電機(jī)功率的確定,從結(jié)構(gòu)上看，本排種器試驗(yàn)臺的種床帶傳送裝置是屬于皮帶輸送機(jī)，工作時(shí)，種床帶處于勻速滑動狀態(tài)，因此可粗略計(jì)算驅(qū)動種床帶傳送裝置平移運(yùn)動所做的功，來確定驅(qū)動電機(jī)功率。
1.運(yùn)動中滾筒所需的驅(qū)動扭力F1為：
F1=9.80665*G*f=9.80665*24.97428*0.65=159.2N
式中，G——種床帶總質(zhì)量，G=6.228*4.01=24.97428kg
f——橡膠帶與鋼的動摩擦系數(shù)，f=0.65
2.滾筒的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩M1為：
M1=F1*R=159.2*0.1=15.92N.M
式中 R——滾筒半徑，R=0.1m
3.滾筒在種床最大前進(jìn)速度下的轉(zhuǎn)數(shù)Nm為：
Nm=Vm/2PR=60Vm/3.14d=120/(3.14*0.2)=192r/min
式中。Vm——種床帶最大前進(jìn)速度Vm=7.2km/h
計(jì)算工作機(jī)功率：
P=（M1*Nm）/9550=15.92*192、9550=0.320087kw,,5.電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩M0為：
M0=M1/i=15.92/2=7.96n.M
式中i——電機(jī)與滾筒傳動比，i=2
6.在種床帶最大前進(jìn)速度下驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)n：
n=Nm*i=2*192=384r/min
7.由于采用專用變頻電機(jī)，電機(jī)頻率范圍內(nèi)大部分處于恒功率工作狀態(tài)，則電機(jī)額定功率P0為：
P0=M0*n/9550=(7.96*384)/9550=0.320067kw
8.播種機(jī)上排種器大都為地輪驅(qū)動，單個(gè)排種器的排種盤轉(zhuǎn)動所需轉(zhuǎn)矩最大約為12.75N.M排種器驅(qū)動電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩M1為：
M1=M3/i2=12.75N.M
式中。M3——排種盤所需最大轉(zhuǎn)矩，M3=12.75N.M
——電機(jī)與排種器軸傳動比，i2=1
9.電機(jī)額定功率：P1=2*P*N，m*M'/60=0.272kw
式中，N，m——拍中盤最高轉(zhuǎn)速，且為200r/min
P=P0+P1=0.320067+0.272=0.592067KW
因此，選取JZy22-4型電磁調(diào)速電動機(jī)，電動機(jī)的功率為1.5kw，質(zhì)量為100kg，調(diào)速范圍為：120~1200r/min,此系列電動機(jī)式一種交流無級變速電動機(jī)，它由籠式異步電動機(jī)，電磁轉(zhuǎn)差離合器所組成，與控制器配合后，可在規(guī)定的負(fù)載下和轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)能均勻地，連續(xù)地?zé)o級調(diào)速，并能輸出額定的轉(zhuǎn)速。因此，適用于該排種器試驗(yàn)臺使用。,四.設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng),（一）一級皮帶傳動的設(shè)計(jì)：
由前已知該電機(jī)于滾筒的傳動比為2
即i=n1
式n1電機(jī)的轉(zhuǎn)速，且為384r/min。
n2—滾筒的轉(zhuǎn)速，且為192r/min。,該皮帶傳動的簡圖為下圖2：,9.帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：,V帶輪設(shè)計(jì)的主要要求是質(zhì)量小.結(jié)構(gòu)工藝性好；無過大的鑄造內(nèi)應(yīng)力；質(zhì)量分布均勻，轉(zhuǎn)速高時(shí)要經(jīng)過動平衡；輪槽工作面粗糙度要合適，以減少帶的磨損；輪槽尺寸和槽面角應(yīng)保持一定的精度，以使載荷分布較為均勻等。
帶輪的材料主要是鑄鐵，常用材料牌號為為HT150，HT200.鑄鐵帶輪允許的最大圓周速度為25m/s，速度更高時(shí)，可采用鑄鋼或鋼板沖壓后焊接；小功率時(shí)可用鑄造鋁合金或工程塑料。
鑄鐵V帶輪的典型結(jié)構(gòu)有四種：實(shí)心式，腹板式，孔板式和輪輻式?；鶞?zhǔn)直徑D《（2.5~3）d（d為軸的直徑，mm）時(shí)，可采用實(shí)心式；D《300mm時(shí)，可采用腹板式（當(dāng)D1-d1》100mm時(shí)，可采用孔板式）；D>300mm時(shí)，可采用輪輻式。
V帶輪輪緣的截面及各部尺寸見表9。由于V帶在帶輪上彎曲時(shí)，截面變形使其鍥角變小。為保證膠帶和帶輪工作面的良好接觸，一般應(yīng)適當(dāng)減小輪槽槽角。,由此設(shè)計(jì)出的大輪為下面圖4-2：,五.各軸的設(shè)計(jì),（一） 軸的材料：主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。
由于碳鋼比合金鋼價(jià)廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時(shí)也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常見的是45鋼。
合金鋼比碳鋼具有更高的機(jī)械性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以及處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。
必須指出：在一般工作溫度下（低于200℃），各種碳鋼和合金鋼的彈性模量均相差不多。因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時(shí)，所根據(jù)的是強(qiáng)度與耐磨性，而不是軸的彎曲或扭曲剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定條件下，有時(shí)也可選擇強(qiáng)度較低的鋼材，而用適當(dāng)增大軸的截面面積的辦法來提高軸的剛度。
各種熱處理（高頻淬火.滲碳.氮化.氰化等）以及表現(xiàn)強(qiáng)化處理（如噴丸.滾壓等），對提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。
高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵容易做成復(fù)雜的形狀，且具有價(jià)廉.良好的吸振性和耐磨性，以及對應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點(diǎn)，可用于制造外形復(fù)雜的軸。
下表5.1列出了軸的常用材料及其主要機(jī)械性能：,（二）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：,軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝的零件的類型.尺寸.數(shù)量以及和軸連接的方法；載荷的性質(zhì).大小方向及分布情況；軸的加工工藝等。,第一傳動軸（電動機(jī)與輸送裝置相連的軸）的設(shè)計(jì)：,1.選擇軸的材料：
選擇軸的材料為45鋼，其機(jī)械性能由上表可查得
[σ- 1]b=60MPa,σb=640MPa,σ-1=275MPa,τ-1=155MPa.
2.求輸入軸上的功率P2，轉(zhuǎn)矩T2：
若取帶傳動的效率η1=0.96，則：
P2=P0*η1
=0.96*1.5kw
=1.44kw
轉(zhuǎn)速n2=192r/min。
所以T2=9550000*P2/n2
=9550000*1.44/192
=71625N.Mm,,3.初步確定軸的最小直徑：
根據(jù)表13，選取C=122,C為取決于軸材料的許用
扭轉(zhuǎn)應(yīng)力[τt]的系數(shù)。
dmin=C*
=112
=21.9072mm
4.軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
（1）擬定軸上零件的裝配方案
軸上零件的裝配方案對軸的結(jié)構(gòu)形式起著決定性的作用?，F(xiàn)擬出裝配方案如下：,,（2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度
（3） 初步選擇滾動軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用角接觸球軸承，參照工作要求并根據(jù)di=45mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的角接觸球軸承46209，右端滾動軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊上查得46209型軸承的定位軸肩高度h=1.1，所以I段軸的長度可初步設(shè)計(jì)為19mm。
至此，已初步確定了軸的各段直徑和長度,,（4） 軸上零件的周向定位
皮帶輪，滾筒與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按dIII-V由手冊查得平鍵截面b*h=16*10(GB1095——79)，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長為85mm（標(biāo)準(zhǔn)鍵長見GB1096——79），同時(shí)為了保證滾筒與軸配合有良好的對中性，故選擇滾筒與軸的配合為H7/n6；同樣，右端第一個(gè)帶輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵b*h*l=10*8*15,帶輪與軸的配合為H7/k6。第二個(gè)帶輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵b*h*l=10*8*45，帶輪與軸的配合為H7/k6。滾動軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。,,（5） 確定軸上圓角和倒角尺寸
參考表5-2 ，取軸端倒角為2*450 ，各軸肩處的圓角半徑見圖5 。
（6）求軸上的載荷
首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)（圖5-1）做出軸的計(jì)算簡圖（5-2）。在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊中查取a值 。因此，作為簡支梁的軸的支撐跨距 ，根據(jù)軸的計(jì)算簡圖作出軸的彎矩圖，扭矩圖和計(jì)算彎矩圖，
從軸的結(jié)構(gòu)圖和計(jì)算彎矩圖中可以看出截面3——3處的計(jì)算彎矩最大，是軸的危險(xiǎn)截面。截面3——3處的各相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算如下。,（7）按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度,畫受力簡圖（如圖5-2所示）
畫軸空間受力簡圖5-2：,畫軸空間受力簡圖5-2：,⑥ 繪制軸的工作圖，,6.畢業(yè)設(shè)計(jì)總結(jié),我的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是：多功能試驗(yàn)臺的設(shè)計(jì)。這是一個(gè)關(guān)于系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在往界的畢業(yè)設(shè)計(jì)中還未曾有過該類的設(shè)計(jì)，另外，該設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是各軸和整體傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，排種器和輸送帶的性能的各數(shù)據(jù)是該設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，其中排種器的各數(shù)據(jù)是經(jīng)驗(yàn)值，由于缺乏必要的數(shù)據(jù)，工作停頓了段時(shí)間，通過多種渠道，終于查詢到一篇研究所的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，其中有排種器的相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過一段時(shí)間的不懈努力，設(shè)計(jì)工作基本完成。
在設(shè)計(jì)過程中，一方面我深感自己知識的
貧乏和平時(shí)鍛煉的重要性，深刻領(lǐng)會到實(shí)踐與理論的差異性；另一方面，通過這次獨(dú)立的設(shè)計(jì)，更加堅(jiān)定了繼續(xù)努力學(xué)習(xí)的信念，深深體會到理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合是學(xué)習(xí)和掌握知識的重要途徑，同時(shí)也是搞好教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，使我提高了獨(dú)立思考問題和解決實(shí)際問題的能力。在整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中，我通過各種方式收集、查找相關(guān)資料。在此過程中我刻苦努力，虛心請教，不放過任何難
點(diǎn)與疑問。而通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，使我認(rèn)識到要掌握深層次的模具設(shè)計(jì)需還需掌握更多的機(jī)械相關(guān)課程的知識，如機(jī)械制圖、材料力學(xué)，機(jī)械制造，機(jī)械原理等等。如今我不僅認(rèn)
識到了如何將知識更好的與實(shí)踐向結(jié)合，并且通過這次設(shè)計(jì)使我了解了一些設(shè)計(jì)方法和使自己更加熟練的掌握了一些設(shè)計(jì)軟件（如AutoCAD、PRO、Word等），同時(shí)也使我了解了怎樣去查找設(shè)計(jì)相關(guān)的設(shè)計(jì)資料（包括手冊、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等）以及進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)估算等方面有了一定程度的提高，深刻的感受到計(jì)算機(jī)和工具書及手冊在設(shè)計(jì)中帶來的便利和幫助。,（二）致謝,經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。
在這里首先要感謝我的導(dǎo)師趙進(jìn)輝老師。趙老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是趙老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。除了敬佩趙老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。
然后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下機(jī)械專業(yè)知識的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會順利完成。
最后感謝工學(xué)院和我的母?！鬓r(nóng)業(yè)大學(xué)四年來對我的大力栽培。
我們初出茅廬，水平有限，時(shí)間也比較緊迫，所以難免有錯(cuò)誤存在，在此，我們也真誠地希望大家不吝賜教，提出批評和改正意見。謝謝！
2009.5.16,