微耕机设计计算书新版.doc

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微耕机设计计算书

设计__________
校核__________
批准__________

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年 月 日

目 录
一、概述 ----------------------------------------2
1、设计背景 ----------------------------------------2
2、已知计算条件 ----------------------------------------2
二．总体方案设计计算 ---------4
1、总体选型设计 -----------------------------------------4
2、总体布置 --------------------------------------------5
3、主要参数 --------------------------------------------5
4、传动链 --------------------------------------------5
三、传动箱结构 ---------------------------6
四．主要零部件的设计计算------------------------------------7
1、传动部分 -----------------------------------------7
2、耕刀部分 -----------------------------------------24
五、计算总结 ----------------------------------------26
六．参考文献 ------------------------------------------26

一. 概述
1. 设计背景
在我国种植区，特别是山区还用耕牛来耕作，不但耕作的效率低下，而且因为每天都要照顾耕牛而浪费一个劳力。而在广大的农村因为单块田的面积小，所以不适合使用大型的机械来耕作。加上大型设备有价格高、能耗大、维护费用大、搬动困难、对操作者的技术要求高等要求，使机械化耕作有了很大的制约。
本机器是一种真正能进入每家每户的实用耕作机械。本机器具有能耗低、对操作者的技术要求不高、维护费用少、操作简单，成本低，搬运方便等特点。
通过大量的市场调研发现有非常具大的市场前景，随着我国农村的生活水平的不断提高，农民对农业的投入将会进一步的提高，农村市场将会是一个潜力非常巨大的市场。
2. 已知设计条件
该机器是在做了大量调查和参考了多种样机后。根据农耕者的信息反馈和相关资料的查阅和以往设计经验的借鉴。初步设定计算分析的必要原始参数：
1.总质量初步设定：
G=75Kg～90Kg
3. 挡位初步设定为4个
慢档 快档 空档 倒档
4. 传动比初步设定
慢挡
快挡
倒挡
5. 刀矩回转直径
D=360mm
6. 轮宽设定
B=950mm
7.发动机型号及参数168F/P（联龙）
参数 型号
168F/P
形式
单缸四冲程OHV，汽缸中心斜置
缸径/行程mm
6845
压缩比
8.5:1
点火方式
晶体管无触点点火（磁体式）
火花塞、间隙（mm）
0.70.8
润滑方式
飞溅润滑
启动方式
回复式手拉起动
燃油消耗率g/kw.h
395
排量（ml）
163
标定功率及转速（kw/rpm）
3.1/3600
最大扭矩及转速（kw/rpm）
9/2500
净重（Kg）
15
外形尺寸(mm)
312362335

二总体方案设计计算
1.总体造型设计

2.总体布置
1.动力部分 2. 传动部分 3.行走刀具部分
4.支撑架部分 5.其他覆盖件部分
3.主要参数的初步设定：
1.动力部分：额定功率P=3.2kw 额定转速度
2.传动部分：
慢挡
快挡
倒挡
1. 行走部分：
耕宽B=950mm 回转直径
整机尺寸：长×宽×高=1700×1000×800
2. 传动链简图：
通过参考样机和借鉴成功设计案例，初步设定传动方案如下。
采用：1.V带-齿轮-链条 结合方式传动。
2.采用内置单向齿离合方式。

三．传动箱结构
根据以往设计经验和参考了大量样机设计案例。初步设计齿轮传动箱体结构和造型。如下图：

四． 主要零部件的设计计算
皮带轮传动设计参数的确定
通过相关资料的查阅和实地考查了解到微耕机工作环境复杂，且载荷变动大。根据发动机外特曲线图可知在额定转速时发动机功率P=4KW <10KW，查表得数据工况系数KA=1.1（机械设计手册第2版-4 带传动）
计算功率 （kw）
2.根据kw N1=3600r/min
选取Z型普通V带。但考虑到微耕机工作环境复杂且载荷变动大（瞬间冲击载荷），为了保证微耕机能在恶劣环境下的正常工作。故选取截面尺寸较大的B型普通V带。
3. 初步确定小带轮直径由以上数据可得：
圆整直径后
4.确定带速
带速在5～30m/s内合理 故带轮材料选取HT150
5.中心距： 0.7（）≦≦2()
133≦ ≦376
根据以往设计经验和参考样机初步设定
=2+π()/2+=825
查表选取Ld=900 机械设计手册第二版-4带传动
实际中心距 a=357

6.包角
7.确定V带跟数

8. 确定初拉力
根据V带型号查得：q=0.18kg/m z=1 v=13.3m/s

则两跟皮带作用在轴上的圆周力
则作用在轴上的压力

计算结果:
选用2根B—900 GB/T 11544-1997 的V带。
带轮中心距：
带轮直径：
包角：
齿轮副各个参数设计
1. 采用直齿圆柱齿轮传动动
2 通过相关资料的查阅和实地考查可知微耕机工作环境复杂，且载荷变动大。
故选用7级精度（GB10095—88）
3. 材料选择20Cr 硬度 58 大小齿轮均采用此种材料。
4. 参考以往设计的经验数据和样机。初步设定
5. 由于齿轮材料硬度大于350HBS，所以大小齿轮都属于硬齿面齿轮，故主要以满足齿跟弯曲强度为设计依据。（由于慢档位为最大输出扭矩，工作环境最恶劣，故以慢档位的参数为设计的主要依据。）

根据齿轮硬度查表得小齿轮的弯曲疲劳强度极限（机械设计手册第二版-4齿轮传动）

根据农用机器的工作特点取机器寿命5年，每年工作时间
200天，每天工作8小时。
则应力循环次数
由此数据查表得两齿轮的接触疲劳寿命系数

由以上数据计算两齿轮的弯曲疲劳许用应力：
取弯曲疲劳安全系数S=1.4

根据发动机类型为单缸汽油内燃机而且工作环境恶劣，需要承受较大的冲击。所以取载荷系数K=2.3
根据大小齿轮的齿数查表得：齿形系数 应力校正系数

取大的一个数据0.0145
则

则取标准模数1.75。由上面数据可知

校核齿轮齿面接触疲劳强度：
主轴转矩

综上计算：把式代入式不等式成立，故M取1.75既满足齿轮齿根弯曲疲劳强度又满足齿轮齿面接触疲劳强度计算。
两齿轮的基本几何尺寸计算：
1. 计算分度圆直径:

2. 中心距：mm
3. 齿轮宽度：

所以取B1=8 B2=8
链轮各个参数设计
1. 根据以往设计的经验数据和参考样机，初步设定小链轮 。则根据传动比 i=2 得
2. 查表得 （机械设计手册第二版-4 齿轮传动篇）

根据以及 查:（机械设计手册第二版-4链传动）选取10A—1链条节距
3. 计算链节数和中心距：
初定中心距

则=52.5节
取链长节数
查表得中心距系数
则链传动的最大中心距为：
mm
4. 链速确定润滑方式：

根据V和链号10A1 查表选取 定期人工润滑。但考虑到微耕机工作环境复杂，且经常承受较大的瞬间载荷此时齿轮箱发热严重。故选择油池润滑，以保证微耕机在恶劣条件下的正常使用。
5. 确定轴力
有效圆周力为：
链轮垂直布置时的压轴力系数则压轴力为：

齿轮轴设计的各个参数
根据以上参数分析慢速档时齿轮轴受的转矩最大，所以轴强度设计以慢速档设计依据。
慢档主轴简力图如下：
初步设定： L1=88 L2=65 L=155
根据以上计算结果：
`
N
(d=28齿轮分度圆直径)
根据静力平衡条件求：(XY平面)

根据静力平衡条件求：(XZ平面)

取带轮端为弯矩计算端：
A段 Fa=730N
B段 Fb=286N
C段 FC=650N
根据计算结果画出剪力图弯矩图如下：

主轴的直径确定及其强度校核：

1. 按扭转强度初步估算轴的直径。

根据以往设计的经验数据和参考样机，初步选择材料 作为轴材料.由机械设计手册第2版-4的表38.3—2查得A=100 （弯矩和扭矩相差不大取大值）初步估算直径：

初步设定主轴结构方案如下：
根据轴的估算直径最小数值和考虑到计算误和各个参数取值误差，取轴d1=15 .

按弯扭合成应力校核轴的强度：

根据对弯扭合成图分析和轴结构进行受力分析，轴A处的截面为危险截面，故对其校核。

又因为轴在此处：（按圆截面计算）

则计算结果：
根据机械设计手册第2版本第-4 表38.1-1查得许用疲劳应力

则危险截面处的强度足够。主轴结构设计方案合理，可采用。

初步设定副轴结构方案如下：
初步设定： L1=76 L2=64 L=90

根据静力平衡条件求：(XY平面)

根据静力平衡条件求：(XZ平面) 选Y方向为正方向。

根据计算结果画出剪力图弯矩图如下：
根据以往设计的经验数据和参考样机，初步选择材料 作为轴材料.由机械设计手册第2版-4的表38.3—2查得A=100 （弯矩和扭矩相差不大取大值）

初步设定主轴结构方案如下：

根据轴的估算直径最小数值和考虑到计算误差和各个参数取值误差，取轴
d1=25.3 d2=18 d3=15

按弯扭合成应力校核轴的强度：
根据对弯扭合成图分析和轴结构进行受力分析，轴B处的截面为危险截面，故对其校核。

又因为轴在此处：（按圆截面计算）

则计算结果为：

根据机械设计手册第2版本第-4 表38.1-1查得许用疲劳应力

则危险截面处的强度足够。副轴结构设计方案合理，可采用。

慢档传动轴简力图如下：
初步设定： L1=78 L2=45 L=90
根据静力平衡条件求：(XY平面)

根据静力平衡条件求：(XZ平面) 选Y方向为正方向。

根据计算结果画出剪力图弯矩图如下：

根据以往设计的经验数据和参考样机，初步选择材料 作为轴材料.由机械设计手册第2版-4的表38.3—2查得A=100 （弯矩和扭矩相差不大取大值）

根据轴的估算直径最小数值和考虑到计算误差和各个参数取值误差，取轴
d1=20 d2=17 d3=17

按弯扭合成应力校核轴的强度：
根据对弯扭合成图分析和轴结构进行受力分析，轴B处的截面为危险截面，故对其校核。

又因为轴在此处：（按圆截面计算）

则计算结果为：

根据机械设计手册第2版本第-4 表38.1-1查得许用疲劳应力

则危险截面处的强度足够。传动轴结构设计方案合理，可采用。
初步设定输出轴结构方案如下：

初步设定： L1=38 L=166

根据静力平衡条件求：(XY平面)

根据静力平衡条件求：(XZ平面)

根据计算结果画出剪力图弯矩图如下：

根据以往设计的经验数据和参考样机，初步选择材料 作为轴材料.由机械设计手册第2版-4的表38.3—2查得A=118 （弯矩和扭矩相差不大取大值）
则初步计算结果：

初步设定输出轴结构方案如下：
根据轴的估算直径最小数值和考虑到计算误差和各个参数取值误差，取轴
d1=25 d=30
按弯扭合成应力校核轴的强度：
根据对弯扭合成图分析和轴结构进行受力分析，轴A处的截面为危险截面，故对其校核。

又因为轴在此处：（按圆截面计算）

则计算结果：

根据机械设计手册第2版本第-4 表38.1-1查得45#钢许用疲劳应力：

（材料只作正火处理时的强度）则危险截面处的强度足够。输出轴结构设计方案合理，可采用。

横轴式旋耕机组总体分析计算

根据耕刀结构图可以知道机组的耕宽B=950mm 回转直径D=360mm

根据耕刀的运动特点分析作出耕刀刀齿端点运动轨迹图如下：

可以看出耕刀的转速一部分用来使机组前进，一部分用来进行耕地。查阅相关资料可得机组的功率
：为刀齿切削土壤所消耗的功率，此值约占40%。
：为土块被旋转刀齿抛出所需的功率，此值约占30%。
：为传动及摩擦所消耗的功率，约占10%。
：为土壤沿机组前进方向作用于刀棍上的反力所消耗的功率，此值约占10%。
：为机组前进所消耗的功率，此数值约占 10%。
根据F168/P动力原始参数可知道发动机在2500转时输出的扭矩最大，故此时为最大耕深。耕地小时生产效率为S.

S=
考虑到不同的耕深和土质的不同则S
根据耕刀的刀齿轨迹图可以得出：

：为机组前进速度 ：为耕刀刀齿的线速度
则 =0.1
则=180（1-0.1）=162mm=16cm

五． 计算总结
通过以上计算分析得出：

六． 参考文献
1.
2. 机械设计手册第2版
3.
4. 参考了其他一些设计参考书