1FMJ800型地表残膜回收机设计残膜回收机设计说明书

. . . 机电工程学院毕业设计说明书设计题目:1FMJ-800型地表残膜回收机设计 学生： 学号： 专业班级： 指导教师： 2015 年 5 月 20 日27 / 30 目 次 1 引言1 1.1设计总体介绍1 1.2设计技术现状1 1.3设计要求12 设计方案分析2 2.1总体的设计思路2 2.2设计的工作原理33 具体设计计算4 3.1传动方案的分析与拟定4 3.2传动装置的运动和动力学参数计算4 3.3圆柱齿轮设计5 3.4第一链轮传动的设计9 3.5第二链轮传动的设计 12 3.6轴的设计计算与校核 14 3.7其他部件的设计 23 结论 26 致 27 参考资料281.引言地膜覆盖技术自20世纪50年代应用于农业生产以来，因其可提高土壤温度、保持土壤水分、改善土壤环境和提高粮食产量而在全世界得到了迅速、广泛的推广应用。20世纪70年代初，我国也开始试验、推广地膜覆盖技术，由于一系列地膜技术的推广，应用覆膜技术种植的作物的品种也由少到多，从而薄膜使用量也不断增加。然而，随着地膜使用量的增大，地里残留的薄膜也越来越多，如今残膜捡拾变成了一个非常棘手的问题。1.1 设计总体介绍通过对我国大规模使用薄膜种植各种作物的考察,并且结合我国实际情况而进行毕业设计,本次所设计的残膜收获机机采用双地轮传动, 利用状齿起膜, 通过伸缩扒指滚筒捡膜和集膜箱集膜, 可以完成小麦、烤烟、棉花等地膜种植作物田的起膜、起茬、捡膜、集膜等一系列工序, 该机具有配套动力广泛、安装使用方便、拾膜效果好、生产率高等显著优点。该残膜回收机不仅能使泥土与薄膜初步分离,还可以减轻残膜收获的劳动量,从而提高劳动生产率。1.2设计技术现状1982年，我国开始着手研究残地膜回收机，距离现在已有20多年的历史，现在已发展到有几十种类型。国的残膜回收机按农艺要求和残地膜回收的时间主要分为苗期揭膜机械、秋后回收机械、春播前回收等类型。秋后残地膜回收机工作原理根据捡拾机构不同主要可分为耙齿捡拾机构、伸缩杆扒指捡拾机构、挑膜弹齿机构、轮齿式回收机等。1.3设计目的 这是我们大学生涯最后一次设计，其意义重大深远。本课题的目的：1、学会能独立分析和解决工程实践中所遇到的各种问题，完成有一定难度的工程设计。2、学会通过语言表述自己的研究容、理论、方法、结论与问题的解答，总结和撰写设计说明书的方法。3、培养学生查阅参考文献与应用计算机能力。4、培养学生创新能力。5、为今后综合能力的提高打下一个良好、扎实的基础。2.设计方案分析2.1总体的设计思路设计思路是整个设计的灵魂，我将从三个方面进行阐述：首先，该机必须是一种面向各种地区的大众化农业工具，更重要的是满足残膜回收的要求。所设计的机器结构尽可能简单，易于操作，工作效率比较高的特点。其次，必须能够保质保量的工作。质，就是要使地膜尽可能高效率地回收，因而设计要运用相关领域的知识与方法能够解决残膜回收机的工作弊端。量，即工作顺畅，效率高，用一样的时间回收更多的面积，这就要求随时可用且调整要方便。最后，必须要满足经济性的要求。材料选择要满足强度、硬度、韧性等的要求，尽量选择较低成本，比较容易装配，整体重量既要满足驱动需求又不能过于太轻，否则这会影响机器工作质量。我们的设计容主要包括以下几个组成部分：(1) 机架。机架是该机的主体，所有的工作部件都与机架连接。 （2）破膜部件主要是参照圆犁刀的形式，其作用是将地膜切开，保证后续部件能够完全将地膜收回。此部件在整机中所起的作用是：第一起支撑作用，本机所采用的是牵引式挂接方式。第二起破膜仿形作用，田地里不可能到处都是平坦的，高低起伏使得仿形机构特别有益，此破膜机构在挂接杆的中部设置了弹簧，在挂接处还设了定位孔。这样以来就很好地解决了仿形和限深的问题。 （3）圆弧形弹齿滚动机构主要由外部固定圆筒、偏心式滚筒、心轴、圆弧形弹齿构成。工作时, 滚筒由链轮经齿轮机构进行驱动, 圆弧弹齿在偏心滚筒的带动下进行旋转, 由于偏心距OO 的存在，运动的时候，弹齿相对固定滚筒表面会循环伸出缩回。圆弧弹齿伸出, 用于捡膜; 弹齿缩回, 用于脱膜。由于偏心距的存在, 使圆弧弹齿弹齿位于筒的区域增大, 便于脱膜与集膜机构的配置。 （4）地轮。该机采用地轮传动动力，地轮不仅作为动力源，还起支撑的作用。轮缘选用550扁钢。 （5）脱卸膜部件采输送带, 输送带的设计方案是由设备情况和拟输送物料的性能、形态以与环境条件决定的。良好的设计既能保证输送带的使用性能,延长使用寿命,又能降低制造成本。 （6）集膜部件可以采用硬制塑料。这样可以大大减轻整机的重量，而且价格也十分低廉。2.2设计的工作原理 该机的工作原理为：整个机构由牵引架与拖拉机连接，在拖拉机的牵引下向前行进。行进过程中，破膜器中的弹簧使得破膜圆能够上下移动贴合地面，破膜圆锋利的外圆将地膜划破。整个过程地轮作为动力源，通过传动机构链轮、齿轮的传动带动捡膜滚筒滚动，而后捡膜机构中的圆弧弹齿在绕中心轴转动的过程中将由破膜机构划破的残膜带上滚筒，最后残膜沿输送带被送入集膜箱中。在拖拉机的不断行进中，机构不断重复这个过程，实现地表残膜连续回收。行走轮用于支撑整个机构的前行，破膜机构同时也支撑着整个机构。 该机选用以 8.8 11 kW 的小四轮拖拉机为动力, 起膜机构、 捡膜机构、 送膜机构和集膜箱应采用刚性连接, 传动机构以齿轮和链轮传动形式相结合。捡膜机构采用的是偏心滚筒进行捡膜，送膜机构采用输送带进行传送残膜。 计算与说明主要结果3. 具体设计计算3.1传动方案的分析与拟定 根据毕业设计方案的要求，选择传动机构。 3.1.1计算传动比 由已知条件计算出工作机地轮的转速为：根据已知捡膜轮的转速，取，故总传动比为。根据已计算出的总传动比，选用链传动和齿轮传动。 3.1.2传动比的分配查参考文献与相关资料，取链传动传动比,则齿轮传动比为。3.2传动装置的运动和动力学参数计算 3.2.1各轴的转速 各轴的输入功率： 各轴输入的转矩：3.2.2将上述结果列于表格：轴号转速n/(r/min)功率P/kW转矩T/()传动比i17550.6362.52304.851.543104.6564.4534754.80.61113.3圆柱齿轮设计已知小齿轮转速75r/min，传动比，选用直齿圆柱齿轮传动，压力角取。3.3.1选定齿轮精度等级、材料与齿数 1)农用机械的工作速度不高，故选用8级精度。 2)选择材料,小齿轮材料选择40Cr（调质处理），硬度为280HBS；大齿轮材料45钢（调质处理），硬度为240HBS。 3）选择小齿轮齿数，大齿轮齿数。3.3.2按齿面接触强度设计 由公式计算小齿轮分度圆直径，即(1) 确定公式的各计算数值 试选载荷系数。计算齿轮转矩 由表10-7选择齿宽系数=1。 由图10-20查得区域系数。 由表10-5选择弹性影响系数。 计算疲劳强度用重合度系数计算接触疲劳许用应力通过查表，查得小齿轮的接触疲劳强度极限为，大齿轮为。计算应力循环次数 取失效概率为1，安全系数S=1，参考机械设计图10-23则取。取两者中较小者作为齿轮副的接触疲劳许用应力，即（2）计算1) 试算小齿轮分度圆直径2)计算圆周速度v3）计算齿宽b4）计算载荷系数 根据 ，8级精度，由机械设计图10-8查得动载荷系数；由表10-2查得使用系数；根据表查得齿间载荷分配系数；根据8级精度、小齿轮处于非对称布置时，。故载荷系数6） 按照实际载荷系数校正所得的分度圆直径7） 计算模数3.3.3按齿根弯曲强度设计由弯曲强度的设计公式：(1) 确定公式的各计算数值1） 试选。2） 计算弯曲疲劳强度用重合度系数。3） 计算由图10-17查得齿形系数 ： 。由图10-18查得应力校正系数 ：。通过查表，可知小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮的为。由图10-22取弯曲疲劳寿命系数，。取弯曲疲劳安全系数,得：，大齿轮的大于小齿轮，所以取（2）计算1）计算模数2)计算载荷系数3) 按实际载荷系数算得的模数 通过两种计算结果的比较，由于齿面接触疲劳强度计算的模数大于齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，可以得出计算的模数并就近圆整为标准值，接触强度算得的分度圆直径，算出小齿轮的齿数，大齿轮齿数。3.3.4几何尺寸计算（1） 计算分度圆直径（2） 计算中心距（3） 计算齿轮宽取3.4第一链轮传动的设计 3.4.1链轮材料小链轮采用20钢齿面硬度5060HRC，大齿轮采用普通灰铸铁，齿面硬度260280HBS。 3.4.2选择链轮齿数已知链传动的传动比为，根据小链轮的齿数取奇数的原则，由表2-11查得，小链轮齿数取，则大链轮齿数取为合适。 3.4.3确定中心距，确定链节数 由，初定中心距为，根据所用的参考文献式2-27，则数为：圆整成偶数，则取节。3.4.4确定计算功率由机械设计式2-26，由链传动受中等振动，原动力为地轮，由表2-9选。初选单排链，则由表2-10查得多排链系数。先假设选型点位于功率曲线的左侧，则：齿数系数：链长系数：因此，单排链所需的额定功率为根据、，查图2-14，选择滚子链的型号为16A-1，由参表2-8可知，其节距，且选型点落在功率曲线左侧，与假设相符合。3.4.5计算链长和中心距计算链长得：根据公式可得，中心距为：由于中心距是可调的，其调整量一般为：则根据公式可得到实际安装中心距为：3.4.6计算平均链速和压轴力计算平均链速得：由式（2-30），压轴力为，取，则3.4.7选择润滑方式根据链速，链节距，根据图2-15，故要选择方式为人工定期润滑。由于工作环境多尘，故而每周需润滑二到三次。3.4.8链轮尺寸计算 小链轮的尺寸计算分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：齿高：确定最大轴凸缘直径：齿宽：齿侧倒角：齿侧半径：大链轮尺寸计算分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：齿高：确定最大轴凸缘直径：齿宽：齿侧倒角：齿侧半径：3.5第二链轮传动的设计 本链轮传动的传动比，用于向输送带传递动力。 3.5.1链轮材料链轮采用20钢齿面硬度5060HRC。 3.5.2选择链轮齿数已知链传动的传动比为，根据链轮齿数取奇数的原则，由表可查得，链轮齿数取。 3.5.3确定中心距，确定链节数 由，初定中心距为，根据参考文献机械设计式2-27，则数为：圆整成偶数，则取节。3.5.4确定计算功率由式2-26，由链传动受中等振动，原动力为地轮，由表2-9选。初选用单排链，则由参考表2-10查得多排链系数。先假设选型点位于功率曲线的左侧，则：齿数系数：链长系数：因此，单排链所需的额定功率为根据、，查图2-14，选择滚子链的型号为16A-1，由参表2-8可知，其节距，且选型点落在功率曲线左侧，与前面假设相符合。3.5.5计算链长和中心距计算链长得：由上述计算中心距为：3.5.6计算平均链速和压轴力计算平均链速得：由式（2-30），压轴力为，取，则3.5.7选择润滑方式根据链速，链节距，根据图2-15，选择人工方式为定期润滑。由于工作环境多尘，故而每周需润滑二到三次。3.5.8链轮尺寸计算分度圆直径：齿顶圆直径：齿根圆直径：齿高：确定最大轴凸缘直径：齿宽：齿侧倒角：齿侧半径：3.6轴的设计计算与校核3.6.1地轮轴的设计 选择轴的材料该轴传递一般大小功率、转速也不高，作为主动力轴，故该轴的材料可以选择45钢。经调质处理，由表15-1查得许用应力为，硬度为，强度极限为。 按扭转强度初步计算轴端直径由表15-3可查得=103126,故而可取小值，取。则轴端直径为：则可取轴端直径为： 轴的结构设计 轴的设计地轮轴两端装有锁死螺母来固定地轮，中间有一个链轮，链轮左面采用套筒轴向固定，周向固定靠平键和过渡配合。两轴承分别以轴肩和套筒定位，周向则采用过渡配合或过盈配合固定。轴做成阶梯轴，右轴承从右面装入，左轴承和链轮从左端装入。 确定各轴段的直径和长度：轴段：左端需要装锁紧螺母和地轮，螺母厚度为10mm,地轮宽度为50mm,故确定轴段长。轴段：轴段和轴段之间的轴肩是地轮的定位轴肩，其高度h应保证定位可靠，取，则。轴段的长度根据链轮到轴承的距离，还要考虑轴承到地轮的距离，轴承到地轮距离取50mm，故确定为。轴段：轴段和轴段之间的轴肩是链轮的定位轴肩，则。轴段的长度需要根据集膜箱的长度以与其他相对应的结构，故取。轴段：轴段和轴段之间的轴肩，用来作为轴承的定位轴肩，故取确定轴段的长度，需要根据轴承宽度和轴承到地轮的距离来确定，轴承宽度取为B=20mm,故轴段长度。轴段：同轴段一样，。 键的选择根据，选用平键连接，查得公称尺寸为：键槽用键铣刀加工，长为。 受力分析计算地轮轴轴传递的转距:链轮上的圆周力:轴上的所受到链轮的径向力:轴上的轴向力: 受力简图如图3-1：图3-1 地轮轴受力简图（5）计算平面弯矩平面弯矩：根据平面弯矩进行描绘弯矩图，如图3-2所示：弯矩图为：图3-2 地轮轴弯矩图（6）按弯扭合成应力校核轴的强度 由，根据设计要求，轴单向运转，载荷有冲击，故其转矩可看成脉动循环变化，取，则对危险界面强度进行校核：由参考文献公式：前已选定的轴材料为45钢，调制处理，查得因为故安全。3.6.2中间轴的设计 选择轴的材料 该轴传递一般大小的功率、转速也不高，主要用于中间传动，并无其他特殊要求，故该轴的材料可选择45钢。经调质处理，由表6-1查得许用应力，硬度，强度极限。 按扭转强度初步计算轴端直径由表15-3可查得=103126,故而可取小值，取。则轴端直径为：则可取轴端直径为： 轴的结构设计 轴的设计 轴上安装有链轮和齿轮，两者均以轴肩和套筒定位，周向则采用键连接固定。两轴承用套筒定位，周向则采用过渡配合或过盈配合来固定。轴一般做成阶梯轴，右轴承和链轮从右端装入，左轴承和齿轮从左端装入。 确定各轴段的直径和长度：轴段：确定轴段长度，需要根据轴承的宽度以与轴承到齿轮的距离来确定的，根据所选轴承宽度为B=18mm,故取。轴段：轴段和轴段之间的轴肩取，则。轴段的长度根据大齿轮的宽度来确定，一般该轴段长度比齿轮宽短2至3mm,故确定为。轴段：轴段和轴段之间的轴肩是用来定位齿轮的，取，则。轴段长度根据轴的对应结构来确定，故取。轴段：该轴段装链轮和轴承，轴径与轴段取一样，取，轴段的长度应按照链轮对应关系来确定，故取。 键的选择齿轮固定的键根据，选用平键连接，查得公称尺寸为：键槽选用键铣刀加工，长度为。链轮固定的键根据，选用平键连接，查得公称尺寸为：键槽选用键铣刀加工，长度为。（4）受力分析计算 中间轴传递的转矩 受力简图如图3.6-3所示：图3-3 中间轴受力简图齿轮圆周力按弯扭合成强度校核1）计算轴的弯矩，并画出弯矩图a XOZ平面弯矩： 弯矩图如图3-4所示：图3-4 XOZ平面弯矩图b YOZ平面弯矩：弯矩图如图3-5所示：图3-5 YOZ平面弯矩图c.合成弯矩:按计算，则：弯矩图如图3-6所示：图3-6 合成弯矩图2)计算当量弯矩由，根据设计要求，轴单向运转，载荷有冲击，故其转矩可看成脉动循环变化，取，则：对危险界面强度进行校核：由参考文献公式查得：前已选定的轴材料为45钢，调制处理，查得因为故安全。3.6.3捡膜轮轴的设计（1）选择轴的材料 该轴传递一般大小功率、转速也不高，用于传动捡膜滚筒，故该轴的材料可选择采用45钢。经调质处理，由表6-1查得许用应力为，硬度为，强度极限为。（2）按扭转强度初步计算轴端直径由表15-3可查得=103126,故而可取小值，取。则轴端直径为：则可取轴端直径为：（3）轴的结构设计1）轴的设计轴上安装有链轮和齿轮，两者均以轴肩和套筒定位，周向则采用键连接固定。两轴承用套筒定位，周向则采用过渡配合或过盈配合固定。轴一般做成阶梯轴，右轴承和链轮从右端装入，左轴承和齿轮从左端装入。中间部分安装有捡膜轮，捡膜轮通过嵌套来定位。2）确定各轴段的直径和长度：轴段：确定轴段长度，根据轴承的宽度以与轴承到齿轮的距离来确定，根据所选轴承宽度为B=18mm,故取。轴段：轴段和轴段之间的轴肩取，则。轴段的长度根据大齿轮的宽度来确定，一般该轴段长度比齿轮宽短2至3mm,故确定为。轴段：轴段和轴段之间的轴肩是用来定位齿轮的，取，则。轴段长度根据齿轮到轴承的距离来确定，故取。轴段：该轴段装链轮和轴承，轴径与轴段取一样，取，轴段的长度应按照链轮对应关系来确定，故取。3) 键的选择 齿轮固定的键根据，选用平键连接，查得公称尺寸为：键槽选用键铣刀加工，长度为。链轮固定的键根据，选用平键连接，查得公称尺寸为：键槽选用键铣刀加工，长度为。3.7 其他部件的设计3.7.1破膜部件的设计破膜部件如右图3-7所示：总体长度： 830mm入土圆盘直径： 260mm极限入土深度： 110mm 图3-7破膜部件图3.7.2捡膜滚筒的设计固定滚筒直径： 1120mm偏心滚筒直径： 900mm固定滚筒宽度： 800mm偏心滚筒宽度： 700mm偏心距： 100mm3.7.3输送带的设计根据滚筒的直径，确定输送带的厚度D = 35K ( d2+)已知滚筒直径D=800mm,由于 D/ d 150，d6mm,取K=1，故计算得=13mm。由于输送带是从固定滚筒正上方传动到集膜箱上方，带宽B=800mm。本带轮传动是平带传动，带轮轴根据设计计算做成一体轴，下面进行带轮轴设计：轴段：根据最小轴径，轴段长度的确定，根据轴承的宽度加上轴承到齿轮的距离，已知所选轴承宽度为B=18mm,故取。轴段：轴段和轴段之间的轴肩取，则。轴段的长度根据其他部件对应关系来确定，故确定为。轴段：轴段和轴段之间的轴肩是用来定位齿轮的，取则。轴段长度根据齿轮到轴承的距离来确定，故取。轴段：轴段和轴段之间过渡是安装链轮，故取。轴段的长度根据捡膜轮轴的对应关系，取。轴段：该轴段装链轮和轴承，轴径与轴段取一样，取，轴段的长度应按照链轮对应关系来确定，故取。同理，另外一根带轮轴如上述设计，但只需要四个轴段，轴段的直径为，故长度为。3.7.4机架的设计机架的设计首先要满足工作强度的需要，其次要根据工作环境进行确定，需要考虑以下几个因素。1. 机架的重量轻，材料选择合适，成本低。 2.结构合理，便于制造。 3.结构应该使机架上的零部件便于安装、调整、修理和更换。4.结构不仅要设计合理，工艺性好，还要应力小。本机架采用的是筐梁式结构，材料用矩形钢6040mm,主要采用焊接方式连接，牵引装置用螺栓连接。 3.7.5残膜回收机的附件 （1）保护罩：农业机械田间作业处于多尘的工作环境下，传动机构需要用保护罩隔离，尤其是齿轮传动机构，保护罩通常采用薄铁皮做成； （2）轴承盖：轴承是标准零件，工作时也要注意防尘，轴承盖的作用也至关重要，根据具体结构设计，采用M6螺钉与轴承座连接。 (3) 集膜箱：集膜部件可以采用硬制塑料。这样可以大大减轻整机的重量，而且价格低廉。在集膜部件和输送膜部件之间要采用刮膜板，使之不被输送带带回。主要设计寸是根据实际工作中播种机行走一个来回所用的薄膜量，然后将它的体积扩大5倍制定出来的。主要技术参数：长度：1000mm宽度：800mm高度：800mm=1=13mm结论 本次毕业设计所设计的残膜回收机，能够解决的技术问题是残膜与土壤与作物根茬分离并尽可能少带土块与其根茬，还能够解决残膜的输送、缠绕并集中于集膜箱中的问题，从而提高使用的可靠性与废膜的拾净率，此外造价低廉, 配套动力适用围广。此次设计的残膜回收机不仅能够解决以上的技术问题，并且采用地轮传动，被动动力进行机构传动，节省成本，结构简单，灵活性高。农业机械一般工作量大，工作环境恶劣，该机能够满足正常的农业生产活动。美中不足的是该机采用破膜圆部件破膜，埋藏于土壤之中的边缘膜将无法清除，集装箱收集残膜需要人工倒膜。 历史的发展趋势总是向前的，机械的发展同样如此，本次所设计的残膜回收机虽然不能十全十美，但是基本能满足设计要求，不过以后我需要继续努力，争取设计出更好的作品。致历时三个月的毕业设计工作，经过翟老师的认真、负责的指导，我已经顺利地完成了。在毕业设计期间，翟老师以严谨的工作态度，科学的教育方法指导我们组每一位同学。毕业设计伊始，翟老师就把毕业设计任务分配到每一位同学，不仅详细地讲解了每一台机器的工作原理，还帮助我们搜集到了一些重要的资料。在毕业设计期间，翟老师带领我们对设计题目进行详细的分析，并定期举行设计讨论会，对我们在设计中遇到的问题进行认真分析并且解决。在毕业设计最后阶段，翟老师对我们的设计草稿和图纸进行认真的审核，提出了宝贵的意见，让我们的毕业设计力求完美。因此，我要对翟老师表示衷心的感。在毕业设计中，除了老师的帮助，同学也给予了我很大的帮助与鼓励，在此同样表示感。参考资料1蔡春源.新编机械设计实用手册.:学苑,1990.2黄少昌.计算机辅助机械设计技术基础.:清华大学,1988.3宝筏主编.农业机械学J.：中国农业，2003窗体顶端4 伟社主编.机械原理J.西北工业大学,20015 邹慧君主编.机械原理课程设计手册J. 高等教育,1998窗体底端6 濮良贵，国定主编.机械设计J.：高等教育，20127 秀宁.机械优化设计J.大学.1990.8 农业机械设计手册J.1995.