内充式玉米排种器设计

农业机械化及其自动化专业专业课程设计说明书设计题目：内充式玉米排种器设计姓 名：学 号：班 级：专 业：学 院：指导教师：目 录第一章 绪论1.1 专业课程设计的目的.1 1.2 设计题目.11.3 任务要求.1第二章 内充式垂直盘式排种器的构造2第三章 内充式垂直盘式排种器的工作原理及工作过程3.1 排种器的工作原理.23.2 排种器的工作过程3.2.1 排种器的充种过程.23.2.2 排种器的清种过程.33.2.3 排种器的护种过程.43.2.4 排种器的投种过程.4第四章 排种器主要零件设计4.1 排种轮的设计4.1.1 排种轮直径及内窝孔个数的设计.44.1.2 排种器型孔参数的设计44.2 排种器壳体的设计4.2.1 尺寸设计74.2.2 进种孔设计.84.2.3 投种孔设计.94.2.4 放种孔设计.94.3 护种板的设计.94.4 轴系设计4.4.1 轴的结构设计.104.4.2 滚动轴承和键选择.104.5 放种孔盖设计.11第五章 粗糙度与公差5.1 粗糙度的确定5.1.1 壳体粗糙度的确定.115.1.2 排种盘粗糙度的确定.125.2 公差的选择.12第六章 课程设计的感想.12参考文献.13第一章 绪论- 1 -第一章 绪论1.1 专业课程设计的目的专业课程设计是农业机械化及其自动化专业本科整个教学计划中一个非常重要的实践教学环节，其目的是使学生初步掌握农业机械工作部件设计、机械装置或生产过程自动控制设计和机电液一体化设计的基本原则和方法，为将来的毕业设计和实际工作打下一定基础。1.2 设计题目本次专业课程设计的题目是组合内窝孔玉米精密排种器，是一种新型的内侧充种垂直圆盘排种器，具有结构简单、充种性能好、清种定量准确、投种均匀、种子尺寸适应能力强、适于高速作业等特点。技术参数见表 1-1表 1-1 技术参数7 穴距 14 厘米；机组作业速度 6km/h1.3 任务要求利用两周时间进行排种器部件总体方案拟定、结构设计、参数分析计算和关键零件设计，设计 A1 号草图 1 张，A0 号图纸 1 张、设计说明书 5000字。第二章 内充式垂直盘式排种器的构造排种器主要由排种轮、护种板、外壳、轴、排种口盖等组成，如图2-1 1。农业机械化及其自动化专业课程设计说明书- 2 -图2-1 组合内窝孔精密排种器CAD模型第三章 内充式垂直盘式排种器的工作原理及工作过程3.1 排种器的工作原理排种器的工作原理是种子从外壳上的进种口进入排种轮内腔，随着排种轮转动，内腔中的种子在重力和离心力的作用下，充人由长圆孔和调节板组成的型孔，型孔中多余的种子在清种区靠自重滑落，进入内窝孔定量的种子，稳定可靠地被送到护种区，并在重力和离心力的作用下投出，投种口上方的卸种槽可以防止种子卡在型孔中 4。3.2 排种器的工作过程排种器的工作过程可分为充种、清种、护种和投种4 个子过程。3.2.1 排种器的充种过程3.2.1.1 进种过程分析排种器装配后，其壳体和内窝孔轮组成排种器内腔。在壳体的侧面开有矩形进种口，种子可由此进入排种器内腔。进种口的尺寸和位置决定了种子能农业机械化及其自动化专业课程设计说明书- 3 -否顺利进入排种器内腔及在内腔中的高度(即种子数量)。进种口尺寸与种子形状、尺寸、内摩擦力、种箱尺寸及种子与种箱的摩擦因数等有关。它是种子的侧向孔口流动过程，是一个复杂的散粒体力学问题。为能得到便于实际应用的结果，通过试验确定最小进种口尺寸。通过试验还可知，排种器工作时，由于内窝孔轮转动，种子面始终保持在接近于进种口上边的位置而处于平衡状态 3。3.2.1.2 一次充种过程分析排种器工作时，数粒种子在重力作用下进入充填孔，称为一次充种。为保证一次充种完全、可靠，一次充种区应有足够的弧长，即当充填孔在充种区时，应保证其完全被种子覆盖 3。3.2.1.3 二次充种过程分析所谓二次充种是指进入充填孔的种子，在摩擦力的作用下进入内窝定量孔的过程。确定内窝定量孔形状和尺寸的原则是，第一粒种子在任何可能的位置状态均能顺利地进孔，而不能容纳第二粒种子。通过试验可知：在大多数情况下均是一粒种子先进入充填孔，然后在摩擦力的作用下迅速进入内窝定量孔。对于长扁形种子，其进入内窝定量孔的状态可能是平卧或侧立。因而为适应长扁形种子，内窝定量孔的上宽应大于种子宽度的最大值，内窝定量孔的阶梯深应大于种子厚度的最大值，内窝定量孔的总深应大于种子宽度的最大值，内窝定量孔的深槽宽应大于种子厚度的最大值。经过试验，内窝孔的长取种子最大长度的75%即可满足使用要求 3。3.2.2 排种器的清种过程清种过程是影响此种排种器性能的主要因素。为分析清种开始角和清种终止角，定义如下：当充填孔内的种子开始回落时，该充填孔轴线与y 负轴夹角称清种开始角；当充填孔内的全部种子落出填充孔时，该充填孔轴线与y 负轴的夹角称清种终止角 1。3.2.2.1 排种轮角速度对清种开始角和终止角的影响通过实验：随着排种轮角速度增大，清种开始角与终止角均增大，当当排种轮角速度为5/2 弧度/秒时，充填孔到护种板时清种过程还没结束，因不第三章 内充式垂直盘式排种器的工作原理及工作过程- 2 -能完成清种过程，而使排种器的性能变坏（单粒率下降） 1。3.2.2.2 排种轮半径对清种开始角和终止角的影响通过实验：清种开始角随着排种轮半径的增大而增大，清种终止角却在变小。因此当排种轮半径变大时，清种终止角与开始角的差值变小，清种角度范围变小，但数值变化不大 1。3.2.2.3 充填孔直径对清种开始角和终止角的影响通过实验：知充填孔直径对清种角度的影响不大 1。3.2.2.4 摩擦系数对清种开始角和终止角的影响通过实验：随着摩擦系数的增大，清种开始角增加，清种终止角下降，但变化不明显 1。3.2.3 排种器的护种过程护种过程即充填孔转过内护种板起始位置角到投种前的工作过程。护种过程中种子的一般运动形式为：首先从内窝定量孔滑进充填孔，并随内窝孔轮一起转动，当其运动到某一位置角时（此时种子处于充填孔的前侧即内窝孔轮转动方向一侧） ，则在摩擦力的作用下开始向内窝定量孔方向移动，并第2次进入内窝定量孔 2。3.2.4 排种器的投种过程投种口长度应保证种子投出后不碰投种口另一边壁。为避免投种时出现夹种现象，在排种器壳体内表面靠近投种口处，开有卸种槽。卸种槽的结构和尺寸对夹种影响较大，它应保证在内窝孔轮一定转速范围内，对不同形状和尺寸的种子均有卸种作用 2。第四章 排种器主要零件设计4.1 排种轮的设计4.1.1 排种轮直径及内窝孔个数的设计农业机械化及其自动化专业课程设计说明书- 2 -根据题目要求：穴距14cm；机速6km/h。 12tD80m,g9.8rad/t=.04.58s外 外外在 单 位 时 间 内 （ 1小 时 ） 有x0.4=6 2857(粒 )则 每 播 一 粒 种 子 的 时 间 间 隔 ：3 .4s取 播 种 盘 内 径考 虑 清 种 效 果 对 于 临 界 角 速 度 应 满 足 下 式 ： r 其 中 ： 根 据 以 往 设 计 经 验 ， r取 10m 代 入 数 据 ： 1则 临 界 转 角pp3.7n1.73.n60n312.rad/t60.9.56/sms 外由 以 上 可 知 ： 转 角 即 可 满 足 要 求6内 窝 孔 数 目 个 所 以 取 内 窝 孔 个 数 为 ： =个验 证 线 速 度 ： 当 =时 则 v当 线 速 度 满 足 ： （ .32， 7） 时 ， 即 可 满 足 使 用 要 求 。型 孔 及 排 种 轮 直 径 设 计 合 理4.1.2 排种器型孔参数的设计本次课程设计中，用于实验的种子品种为：长单228；在种子中随机抽取200粒，种子的三维尺寸平均值及三维尺寸的分布见表4-1和图4-1。第四章 排种器主要零件设计- 6 -表4-1 种子的三维尺寸平均值 5三维尺寸 长（mm） 宽(mm) 厚(mm) 等效直径(mm) 球形率平均值（mm ） 长单228 9.58 8.74 5.95 7.89 0.83图4-1 长单 228种子的三维尺寸和等效直径分布 5此次课程设计中采用复式内窝型孔形式（如图4-2 4） ，采用大孔充种内窝孔定量，为增加单粒种子的稳定性，内窝孔为勺形大孔与内窝孔的连接为园弧过渡以防卡种。第四章 排种器主要零件设计- 7 -图4-24.1.2.1 大孔尺寸的设计大孔直径主要受投种颇率及充种性能的限制，D 越大充种极限速度越高，但排种轮总孔数减小。若孔太小，排种轮上的型孔数目可以增加，但充种极限速度减小。经理论分析和实验验证，当大孔为圆孔时，取D大于 1.6l（l为种长）为种长；大孔为长孔时，取D大于1.5l，孔宽B大于1.2b （b为种宽） 。对于长单228：D1.6*9.58=15.328mm，取 D=18mm。4.1.2.2 内窝孔尺寸的设计单粒精播内窝孔，内窝孔尺寸是决定排种器工作性能的关键，试验表明对于种厚与种长相比大于0.55的种子，按下述方法确定：设种子的最大尺寸为，种长l，最小尺寸为种厚e，中间尺寸为宽内b，窝孔长L 内 ，选择的原则是保证一粒种子按种长方向能稳定在窝内，但不能使两粒种子按种厚方向进入，取0.8lL 内 1.5e；内窝孔宽B：lB1.85e；内窝孔深h:bh1.85e 。对于长单228：内窝孔长L 内 =7.5mm， 内窝孔宽 B=6mm，内窝孔深h=10mm。排种轮的尺寸设计见零件图ZNYJP/JHG-1-5。4.2 排种器壳体的设计4.2.1 尺寸设计壳体的尺寸设计见零件图 ZNYJP/JHG-1-6，结构见图 4-3。农业机械化及其自动化专业课程设计说明书- 8 -图 4-34.2.2 进种孔设计壳体的侧面开有矩形进种口，种子可由此进入排种器内腔。进种口的尺寸和位置决定了种子能否顺利进入排种器内腔及在内腔中的高度（即种子数量） 。进种口尺寸与种子形状、尺寸、内摩擦力、种箱尺寸及种子与种箱的摩擦因数等有关。它是种子的侧向孔口流动过程，是一个复杂的散粒体力学问题。为能得到便于实际应用的结果，通过试验确定最小进种口尺寸。通过试验还可知，排种器工作时，由于内窝孔轮转动，种子面始终保持在接近于进种口上边的位置而处于平衡状态，见图4-3。图4-4 试验得到的排种器内腔种子面的形状 3第四章 排种器主要零件设计- 1 -为保证一次充种完全、可靠，排种器内腔中种子面的最大高度可达到充种区终止位置角的极限值位置，再根据内窝孔轮转动时排种器内腔种子面的形状，即可确定最高进种口位置。4.2.3 投种孔设计投种口长度应保证种子投出后不碰投种口另一边壁，见图4-3。为避免投种时出现夹种现象，在排种器壳体内表面靠近投种口处，开有卸种槽。卸种槽的结构和尺寸对夹种影响较大，它应保证在内窝孔轮一定转速范围内，对不同形状和尺寸的种子均有卸种作用。图 4-5 玉米种子投种过程的斜抛模型4.2.4 放种孔设计放种孔的作用：在播种过程中需要换种的情况下，移出排种器中剩余的种子，见图4-3。设计的要求：方便移出全部剩余的种子。4.3 护种板的设计护种板的设计关键是护种板起始位置角的设计。排种轮线速度在 0.350.72m/s 范围内，经试验 =22.5 度时，排种合格率大于 90%，达到最佳工作状态，见图 4-6。农业机械化及其自动化专业课程设计说明书- 10 -图 4-64.4 轴系设计4.4.1 轴的结构设计，见图 4-7。图 4-74.4.2 滚动轴承和键选择4.4.2.1 深沟球轴承型号：6004 GB/T 276-1994数量：2 个农业机械化及其自动化专业课程设计说明书- 11 -4.4.2.2 键的选择型号：GB/T 1096 5*5*12GB/T 1096 8*7*13数量：各一个4.5 放种孔盖设计放种孔盖的作用：在播种机正常作业时，用其挡住放种孔，保证播种机正常工作，当需要清除排种器内部种子时，可以卸下放种口盖，排出种子，结构见图 4-7。图 4-7第五章 粗糙度与公差5.1 粗糙度的确定5.1.1 壳体粗糙度的确定壳体与机架靠螺栓连接，因此其下表面要求半精加工，Ra 值确定为6.3；壳体内侧在工作中要求与排种轮外侧有 1mm 的间隙，且要减小与种子摩擦力，需要半精加工，Ra 值确定为 3.2；与轴承配合的表面要与轴承外圈配合，需要定心及配合特性，Ra 值确定为 3.2；非配合表面，要求确定尺寸的粗加工即可，Ra 值确定为 12.5；对于壳体非工作表面直接铸出即可，不需第五章 粗糙度与公差-11-加工。5.1.2 排种盘粗糙度的确定排种盘轴向需要定位，轴向两面需要半精加工，Ra 值确定为 6.3；排种盘外侧在工作中要求与壳体内侧有 1mm 的间隙，且要减小与种子摩擦力，需要半精加工，Ra 值确定为 3.2；排种盘上有与键配合的工作表面，需要半精加工，Ra 值确定为 3.2；非配合表面，要求确定尺寸的粗加工即可，Ra 值确定为 12.5；对于壳体非工作表面直接铸出即可，不需加工。5.2 公差的选取轴与排种盘孔的配合选择过盈配合，公差带代号为 H 公差等级为 7 级；轴与滚动轴承内圈的配合选择过渡配合，公差带代号为 h 公差等级为 7 级；轴与滚动轴承外圈的配合选择过盈配合，公差带代号为 H 公差等级为 7 级。第六章 课程设计的感想课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。 “千里之行始于足下” ，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。课堂上也有部分知识不太清楚，于是我又不得不边学边用，时刻巩固所学知识，这也是我作本次课程设计的最大收获。整个设计我基本上还满意，由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。希望答辩时，老师多提些问题，由此我可用更好地了解到自己的不足，以便课后加以弥补。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈农机设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但农业机械化及其自动化专业课程设计说明书-12-我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元” 。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。最后，我要感谢我的老师们，是您的教诲启发了我，是您的期望鼓励了我，我感谢老师您今天又为我增添了一幅坚硬的翅膀。今天我为你们而骄傲，明天你们为我而自豪。参考文献1于建群，申燕芳，牛序堂等. 组合内窝孔精密排种器清种过程的离散元法仿真分析. 农业工程学报，2008，24（5）：1-4.2于建群，马成林，张格. 组合内窝孔精密排种器护种和投种过程分析. 农业工程学报，2001，34（4）：1-3.3于建群，马成林，王立鼎. 组合内窝孔精密排种器充种过程分析. 农业工程学报，2001，32（5）：1-4.4张道林. 内充式排种器主要设计参数的确定. 山东工程学院学报. 1994，8（2）：1-6.5杨明芳. 基于离散元法的玉米排种器的数字化设计方法研究：硕士论文. 长春：吉林大学，20096陈晓华. 机械精度设计与检测. 北京：中国计量出版社，20067安向东. AuToCAD 应用基础教程. 北京：清华大学出版社，20078 中国农业机械化科学研究院. 农业机械设计手册（上）. 北京：中国农业科学技术出版社，2007