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16屆畢業(yè)設(shè)計
自走式清掃落地果收獲機械設(shè)計
學(xué)生姓名 李文斌
學(xué) 號 8011212213
所屬學(xué)院 機械電氣化工程學(xué)院
專 業(yè) 機械設(shè)計制造及其自動化
班 級 16-2
指導(dǎo)老師 王旭峰
日 期 2016.05
機械電氣化工程學(xué)院制
前 言
隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械的普遍使用，大量減輕了農(nóng)民的勞動強度，同時也提高了生產(chǎn)效率，進而提高了農(nóng)副產(chǎn)品的產(chǎn)量。本文介紹了一種落地果實收集的裝置，主要針對于紅棗和堅果類果實的收獲作業(yè)。
以下是本課題主要內(nèi)容，從課題的提出，大量查閱相關(guān)文獻資料，了解當(dāng)前對于落地果收獲機械的發(fā)展?fàn)顩r，比較了國內(nèi)的發(fā)展趨勢。然后提出了本文的設(shè)計方案，進行相關(guān)零件的設(shè)計計算及校核，繪制了二維工程圖，最后在SolidWorks中建立了其三維模型，為落地果收獲機械的設(shè)計優(yōu)化提供了一種思路及方法。
關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機械；落地果收獲機；三維；SolidWorks
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
目 錄
工程概況 1
1緒論 2
1.1概述 2
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3設(shè)計內(nèi)容 3
1.4設(shè)計意義 3
2方案分析 5
2.1設(shè)計任務(wù) 5
2.2方案確定 5
2.3帶輪的參數(shù) 8
本章小結(jié) 8
3落地果收獲機結(jié)構(gòu)設(shè)計 9
3.1 SolidWorks軟件介紹 9
3.2 總體方案設(shè)計 10
3.3工作平臺的設(shè)計 10
3.4 柴油機與減速器設(shè)計 10
3.5鏈傳動設(shè)計 11
3.6軸承選擇 14
3.7聯(lián)軸器的選擇 15
3.8鍵的選擇 16
3.9主要工作部分零部件設(shè)計 16
3.10本章小節(jié) 19
總 結(jié) 20
致 謝 21
參考文獻 22
工程概況
本文首先介紹了自走式清掃落地果收獲機械在農(nóng)業(yè)機械中的地位以及現(xiàn)階段該機械的研究現(xiàn)狀和發(fā)展空間。之后，分析了該類型機械于行間作業(yè)和于龍門式作業(yè)的優(yōu)缺點。根據(jù)優(yōu)缺點制定出了該機械的作業(yè)類型為行間作業(yè)。然后分析了該機械的載荷從而制定了動力及傳動方式，設(shè)計了與傳動相關(guān)的零件：軸；齒輪；鏈輪等。接著根據(jù)實際田間作業(yè)方式和落地果的收獲步驟，設(shè)計了一系列工作部件。最后，由于設(shè)計題目不局限于單一的落地果，根據(jù)不同落地果的大小尺寸情況，我設(shè)計出了獨有的鼠籠式濾葉器，可以對不同落地果進行果實與樹葉、樹枝、土塊等雜質(zhì)的分離。
經(jīng)過本次論文的相關(guān)設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)龍門式的落地果收獲機械有很大的局限性，每種落地果的果樹高度情況不同，1m的果樹設(shè)計1m的龍門，那3m的果樹能設(shè)計3m的龍門嗎？顯然是不能的。所以我認為行間作業(yè)方式才是落地果收獲機械的正確發(fā)展方向。而本次設(shè)計我認為僅僅是個模板，在零件的選擇上，傳動的形式上都能繼續(xù)優(yōu)化，使該機械能滿足更多落地果的收獲作業(yè)，且能耗更低，作業(yè)效率更高。
1緒論
1.1概述
果實收獲是農(nóng)業(yè)里非常重要的環(huán)節(jié)，棉花，番茄，紅棗，核桃等等作物，從田間收獲起來都是耗時耗力。收獲類機械的研制在農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展中占到了舉足輕重的地位。
諸如棉花、番茄等作物的采摘機械，由于這些都是一季作物，在設(shè)計此類機械的時候，不需太過注重采摘機械會傷害到作物。雖然番茄成熟后果實不易與母體分離，但是由于其為單季作物，且行距較小，可以將作物母體與果實一并采摘然后再進行分離。這些機械在設(shè)計時所受限制條件不多，因此早也實現(xiàn)了此類農(nóng)機的發(fā)明和換代革新。
而類似于紅棗、核桃這類作物，成熟后大多雖然是掛在果樹上，但是很容易脫落，而且傳統(tǒng)的收集方式也是現(xiàn)將果實敲落在地上，然后再收集。此類的機械在設(shè)計時要考慮到果樹高度的因素，所以該類機械在農(nóng)機中一直都是一個難點。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
1.2.1自走式落地果收獲機械研究現(xiàn)狀
在落地果收獲工作中，多數(shù)果農(nóng)仍沿用傳統(tǒng)的人工拾取或?qū)⒐麑崚叱啥褣仦⒌姆绞絹慝@得無雜質(zhì)的果實，該方法果實的收獲效率太低，且大大增加了果農(nóng)的勞動強度。
目前，TZZ-1Y自走式紅棗收獲機、4YS-24型紅棗收獲機已經(jīng)實現(xiàn)了紅棗采摘的田間作業(yè)。但是此機械存在一個采摘盲區(qū)——散落在樹干處的紅棗不易拾取到。相比于TZZ-1Y紅棗收獲機，本次設(shè)計的優(yōu)勢在于它能更干凈的收獲落地果，紅棗的收獲只是其功能中的一部分。
我國對于落地果的收獲機械研發(fā)處于剛剛起步階段，機械化水平很低，多數(shù)果園仍采用人工作業(yè)，勞動強度大、效率低。
落地果收獲機械在我國的現(xiàn)狀是，普遍存在輔助收獲型機械，例如風(fēng)箱類，摟葩類將落地果集中在行間的輔助型設(shè)備，其功能主要是將落地果匯集成一個小堆，附帶的去除一些葉子，而其中的土塊和樹枝等雜質(zhì)卻得不到解決。去雜質(zhì)的機械大多都是手推形式，容量太大的話人工就不能使其行走，這類機械在大規(guī)模的種植地中基本上沒有實用價值。
1.2.2發(fā)展趨勢
目前從國內(nèi)外學(xué)者對落地果收獲機械的研究及其應(yīng)用分析，大致有3個發(fā)展趨勢：
（1）專業(yè)化
由于國家經(jīng)濟的發(fā)展和落地果收獲工作效率高的特點，應(yīng)用落地果收獲機械的領(lǐng)域也越來越多。設(shè)計適應(yīng)紅棗、核桃類堅果等品種果實的收獲，自走式落地果收獲機將成為農(nóng)業(yè)機械重要的研究方向之一。針對不同果實的特點，完善落地果收獲機，以實現(xiàn)其從一機單用向一機多用方向的蛻變。
（2）節(jié)能化
隨著國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展，大量工程機械所消耗的能源和排放無日無夜在不斷增加。為了保護人類賴以生存的環(huán)境，實現(xiàn)全球可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，努力達到人、設(shè)備、環(huán)境和諧統(tǒng)一，開發(fā)環(huán)保節(jié)能型產(chǎn)品已成為工程機械重要發(fā)展趨勢。針對落地果收獲機的設(shè)計研究，可從以下幾方面體現(xiàn)節(jié)能理念：一是選用低油耗、低排放、低噪音、低公害的發(fā)動機，提高收獲的干凈程度，降低整車振動和噪聲；二是在設(shè)計中盡量采用可再生材料和低環(huán)境負荷的材料，使廢棄零部件處理的污染最小化和綜合成本的最優(yōu)化；三是應(yīng)用人機工程學(xué)改善工作條件，使落地果收獲機不僅操作簡便，而且工作環(huán)境舒適、安全，整機的控制和操縱更加趨向于人性化。
（3）機電一體化
機電一體化指將機械、電子、信息處理和控制以及軟件有機地結(jié)合起來，以計算機為主要特征的自動化技術(shù)。目前國內(nèi)外工程機械最顯著發(fā)展趨勢是機械的機電一體化。針對落地果收獲機而言，在某些惡略的工作環(huán)境作業(yè)現(xiàn)場不適宜人工操作，可以采用無線電遠程遙控開溝機作業(yè)，例如可在收獲機械上安裝模似傳感器（模式壓力、溫度和轉(zhuǎn)向角等）和數(shù)字傳感器，信號通過分析處理，由控制器控制收獲機完成調(diào)速、換擋、轉(zhuǎn)向等動作，在坡度作業(yè)收獲機可裝備帶傾斜儀的防傾翻裝置。為提高收獲機工作效率，及時對重要部件進行維修檢查，可在這些部位配置傳感器，通過監(jiān)控分析傳感器信號，進行故障預(yù)測，排除潛在故障，保證機器的正常運行，監(jiān)控的主要部件是：發(fā)動機油壓、皮帶損耗程度、馬達轉(zhuǎn)速及流量、制動油、氣壓等。此外，運用機電一體技術(shù)，可以使人工操縱作業(yè)簡單化，能夠完成純機械操縱系統(tǒng)難以實現(xiàn)的精細操縱作業(yè)：還可根據(jù)負荷條件和田間實際地質(zhì)條件變化，自動調(diào)節(jié)收獲機傳送帶的變化，來實現(xiàn)高效的落地果收集。
1.3設(shè)計內(nèi)容
根據(jù)我國實際情況，結(jié)合落地果果樹的栽種、培育需求，設(shè)計了一種田間作業(yè)的自走式落地果收獲機械，該機械一次可收集兩行果樹間的所有落地果，其株行距為：2×3m，高度為1.5m。將柴油機與作業(yè)裝置固定在平臺上，以此平臺為支撐部件，并采用一定的傳動裝置和過濾雜質(zhì)裝置，進一步提高工作效率。此外，工作部件和機架都是采用國家標(biāo)準型材，保證機器良好的通用性。
1.4設(shè)計意義
棗樹在我國的分布很廣，一般來講，小氣侯冬季最低氣溫不低于-32℃就可栽培植棗。棗樹在我國大面積經(jīng)濟栽培主要在山東、河北、河南、山西、陜西五省的黃河流域，近年來安徽、甘肅、湖南、湖北發(fā)展很快。紅棗為溫帶作物，適應(yīng)性強、營養(yǎng)豐富、富含鐵元素和維生素。紅棗素有“鐵桿莊稼”之稱，具有耐旱、耐澇的特性，是發(fā)展節(jié)水型林果業(yè)的首選良種。由于經(jīng)濟的發(fā)展，特色農(nóng)業(yè)的建立，紅棗種植成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的一條新的產(chǎn)業(yè)項目，紅棗產(chǎn)業(yè)已呈現(xiàn)出區(qū)域化布局、規(guī)模化發(fā)展、多種栽培模式盡顯其效的新格局。各地根據(jù)自己的情況確立了不同的棗樹種植面積，為農(nóng)民增加了經(jīng)濟收入。隨著紅棗的種植面積的增加，紅棗的機械化作業(yè)在紅棗栽培中的重要性逐漸凸顯。依據(jù)最近幾年林果業(yè)發(fā)展的態(tài)式分析，果樹種植每年以10%的速度遞增。由于林果業(yè)的快速發(fā)展，各地已形成了較大的種植規(guī)模，每到收獲季節(jié)需要投入大量的勞力來完成水果采收。可以預(yù)見到，再過3～5 年，新種植的果樹進入盛果期后，果實采收作業(yè)將會出現(xiàn)因勞動力短缺、采收不及時，而直接影響果品質(zhì)量和造成大量損失的問題。這是因為，水果采摘是一項勞動投入量很大的作業(yè)，有些水果因成熟期不一致，需要多次采摘才能完成收獲，而有些作為鮮食或作為加工用途的果品，因市場對于果實外觀要求較高，不能有碰傷、刮傷、壓裂等機械損傷，采收這些水果時必須小心翼翼，另外，水果收獲是在離地面有3～5m高的空中作業(yè)，以上原因決定了水果采摘是一項費時、費工、費力的作業(yè)。人工采收水果的速度緩慢，大面積發(fā)展水果種植時，必須要依靠機械化來提高采摘效率。據(jù)有關(guān)資料介紹，有些鮮食水果的采收用工量較大，約占水果生產(chǎn)總用工量的50%以上，導(dǎo)致特色果品的生產(chǎn)成本過大，不能滿足向果品加工企業(yè)提供數(shù)量充足、質(zhì)量優(yōu)越、價格相對低廉的原料，這樣極不利于企業(yè)直接參與市場競爭?？梢剖郊t棗收獲機械的研究，就是針對紅棗的采摘時的要求進行設(shè)計的采摘機械，紅棗的機械化收獲對提高收獲效率，降低收獲作業(yè)成本，做到適時收獲，減少收獲過程中造成的機械損，保證紅棗質(zhì)量，促進棗業(yè)生產(chǎn)的規(guī)范化、標(biāo)準化具有重要現(xiàn)實意義。 2方案分析
2.1設(shè)計任務(wù)
總體設(shè)計的任務(wù)為擬訂設(shè)計方案，選擇動力機，確定傳動比并合理分配傳動比，計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)，為各級傳動零件設(shè)計、裝配圖設(shè)計做準備。
該收貨機具有如下特點：
（1）結(jié)構(gòu)簡單，操作方便。
（2）效率高，果實與雜質(zhì)分離程度高。
（3）與柴油機配套使用，能適應(yīng)不同地形作業(yè)，不用時可去掉不影響柴油機其它使用。
總體設(shè)計的任務(wù)為擬訂設(shè)計方案，選擇動力，確定傳動比并合理分配傳動比，計算傳動裝置的運動和動力參數(shù)，為各級傳動零件設(shè)計、裝配圖設(shè)計和三維建模做準備。
2.2方案確定
由于本次設(shè)計的要求是設(shè)計一種小型液態(tài)自走式清掃落地果收獲機械，工作環(huán)境在紅棗園。株行距為：2×3，高度為1.2~1.5mm，一次要以對兩行植株同時噴淋施肥。還要充分考慮自走式清掃落地果收獲機械應(yīng)該利于移動，重量不宜過大，我們用提高傳動裝置的效率的方式，并且傳動平穩(wěn)，從而來減少能耗，降低運行費用。所以應(yīng)選用傳動效率較高的鏈輪傳動進行傳動，以達到要求。在滿足功能的前提下應(yīng)盡量簡化以降低費用。
圖2-1 傳動原理圖
在設(shè)計二級和二級以上的減速器時，合理地分配各級傳動比是很重要的，因為它將影響減速箱的輪廓尺寸和重量以及潤滑的條件。具體的傳動方案如下：柴油機輸出動力一部分通過聯(lián)軸器→二級圓柱齒輪減速器→果實輸送及去雜質(zhì)，另一部分通過聯(lián)軸器→二級圓柱齒輪減速器→聯(lián)軸器→離合器→鏈傳動→車輪，供整個裝置的行走。
2.2.1柴油機選擇
根據(jù)本次設(shè)計的具體要求，要求輸入的功率在11 kW ~15 kW的范圍內(nèi)，所以初步選定柴油機為LD3T30發(fā)動機，額定功率22.1kW，其轉(zhuǎn)速在2350r/min，其配套實際輸出功率P1＝22.1×60%＝13.26kW。
2.2.2擬訂傳動方案
2.2.2.1傳動機構(gòu)方案
本次設(shè)計的一個重點之一就是如何正確合理的設(shè)計傳動裝置，由于本次設(shè)計是設(shè)計一種田間落地果收獲機械，所以保證此類機械具有少能耗高效率的特點則顯得有為重要，所以選擇四輪二驅(qū)動車體作為工作平臺，不需要改變動力傳遞方向，用一般齒輪傳動與鏈傳動就能滿足設(shè)計要求。
2.2.2.2傳動裝置布置
許多傳遞裝置往往需要選用不同的傳動機構(gòu)，以多級傳動方式組成，而傳動先后順序的變化將對整機的性能和結(jié)構(gòu)尺寸產(chǎn)生重要影響，必須合理安排，本次設(shè)計采用4級傳動，首先通過帶傳動將柴油機上的動力傳到減速器上，然后通過減速器輸出到聯(lián)軸器，最后通過鏈傳動和齒輪嚙合分別讓車輪和D30軸運動。（D30軸為落地果收獲機械工作平臺的主要傳動軸）
2.2.2.3傳動比分配
在設(shè)計二級和二級以上的減速器時，合理地分配各級傳動比是很重要的，因為它將影響減速箱的輪廓尺寸和重量以及潤滑的條件，傳動比分配的基本原則如下：
（1） 各種傳動的傳動比，均有其合理應(yīng)用的范圍，通常不應(yīng)超過。
（2） 各級傳動的承載能力近于相等。
（3） 各級傳動中的大齒輪浸入油中的深度大致相近，從而使?jié)櫥顬榉奖恪?
（4）分配傳動比時，應(yīng)注意使各傳動件尺寸協(xié)調(diào)、結(jié)構(gòu)勻稱，避免發(fā)生相互干涉。如設(shè)計二級齒輪減速傳動時，若傳動比分配不當(dāng)，可能會導(dǎo)致中間軸大齒輪與低速軸發(fā)生干涉。
（5）對于多級減速傳動，可按照“前小后大”（即由高速級向低速級逐漸增大）的原則分配傳動比，且相鄰兩級差值不要過大。這種分配方法可使各級中間軸獲得較高轉(zhuǎn)速和較小的轉(zhuǎn)矩，因此軸及軸上零件的尺寸和質(zhì)量下降，結(jié)構(gòu)較為緊湊。增速傳動也可按這一原則分配。
（6）在多級齒輪減速傳動中，傳動比的分配將直接影響傳動的多項技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)。例如：傳動的外廓尺寸和質(zhì)量很大程度上取決于低速級大齒輪的尺寸，低速級傳動比小些，有利于減小外廓尺寸和質(zhì)量。
閉式傳動中，齒輪多采用濺油潤滑，為避免各級大齒輪直徑相差懸殊時，因大直徑齒輪浸油深度過大導(dǎo)致攪油損失增加過多，常希望各級大齒輪直徑相近。故適當(dāng)加大高速級傳動比，有利于減少各級大齒輪的直徑差。
令1、2、3、4軸的輸入功率和輸入轉(zhuǎn)矩分別為P1、P2、P3、P4，T1、T2、T3、T4。輸出功率和輸出轉(zhuǎn)矩分別為P5、P6、P7、P8；T5、T6、T7、T8。轉(zhuǎn)速為n1、n2、n3、n4。各軸之間的傳動比為i12、i23、i34。凸緣聯(lián)軸器效率為η2=0.98，滑動軸承效率為η3=0.98，齒輪傳動效率為η4=0.97，鏈傳動效率為η5=0.93。
各軸輸入功率為：
（2.1）
各軸輸出功率為：
（2.2）
各軸轉(zhuǎn)速為：
（2.3）
各軸之間的傳動比為：
（2.4）
各軸輸入轉(zhuǎn)矩為：
（2.5）
各軸輸出轉(zhuǎn)矩為：
（2.6）
動力參數(shù)如下表所示：
表2-1 動力參數(shù)
軸
功率kW
轉(zhuǎn)矩N·m
轉(zhuǎn)速
傳動比i
效率η
輸入
輸出
輸入
輸出
r/min
Ⅰ
13.26
12.86
156
152.9
2350
Ⅱ
12.86
11.98
152.9
148.6
1807.7
1.3
0.93
Ⅲ
11.98
11.28
284.9
268.1
1004.3
1.8
0.94
Ⅳ
11.28
10.7
249.4
239.5
456.5
2.2
0.90
2.3帶輪的參數(shù)
由于V帶輪不是本設(shè)計的重點，因此在滿足要求的情況下只對V帶進行尺寸等參數(shù)的設(shè)計，不對其進行強度校核，其參數(shù)如下表所示：
表2-2 V帶輪的基本參數(shù)
槽型
直徑d0
孔徑基準dd
L
d1
da
槽數(shù)
A
60
30
70
70
104
3
2.4本章小結(jié)
本章主要確定了落地果收獲機械的傳動方案，傳遞路線為：柴油機→帶→減速器→聯(lián)軸器鏈傳動→車輪，并進行了傳遞參數(shù)的計算，為下一章的設(shè)計做鋪墊。
3落地果收獲機三維建模及結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 SolidWorks 軟件介紹
SolidWorks是高品質(zhì)的、易學(xué)易用的三維CAD系統(tǒng)。功能強大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點，使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計方案、減少設(shè)計過程中的錯誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。SolidWorks不僅提供如此強大的功能，同時對每個工程師和設(shè)計者來說，操作簡單方便、易學(xué)易用。
如果你熟悉微軟的Windows系統(tǒng)，那你基本上就可以用SolidWorks來搞設(shè)計了。SolidWorks獨有的拖拽功能使你能在比較短的時間內(nèi)完成大型裝配設(shè)計。SolidWorks資源管理器是同Windows資源管理器一樣的CAD文件管理器，用它可以方便地管理CAD文件。使用SolidWorks，你能在比較短的時間內(nèi)完成更多的工作，能夠更快地將高質(zhì)量的產(chǎn)品投放市場。
在目前市場上所見到的三維CAD解決方案中，設(shè)計過程最簡便、最方便的莫過于SolidWorks了。就象美國著名咨詢公司Daratech所評論的那樣：“在基于Windows平臺的三維CAD軟件中，SolidWorks是最著名的品牌，是市場快速增長的領(lǐng)導(dǎo)者。”軟件操作界面如圖3-1所示。
圖3-1 solidworks界面
在無與倫比的設(shè)計功能和易學(xué)易用的操作（包括Windows風(fēng)格的拖/放、點/擊、剪切/粘帖），使用SolidWorks，整個產(chǎn)品設(shè)計是可百分之百可編輯的，零件設(shè)計、裝配設(shè)計和工程圖之間的是全相關(guān)的。
只有SolidWorks才提供了一整套完整的動態(tài)界面和鼠標(biāo)拖動控制。“全動感的”的用戶界面減少設(shè)計步驟，減少了多余的對話框，從而避免了了界面的零亂。
嶄新的屬性管理員用來高效地管理整個設(shè)計過程和步驟的。屬性管理員包含所有的設(shè)計數(shù)據(jù)和參數(shù)，而且操作方便、界面直觀。
用SolidWorks資源管理器可以方便地管理CAD文件。SolidWorks資源管理器是唯一一個同Windows資源器類似的CAD文件管理器，因此本設(shè)計采用該軟件進行三維建模與出圖。
3.2總體方案設(shè)計
紅棗、核桃等果樹具體生長環(huán)境為：行距不小于2500mm，溝型距為250。樹高不小于1500mm。考慮到行距較寬，果實多散落于行間，所以需要在行間收集比較合理，所以本設(shè)計決定在田間行間自走的方式收獲作業(yè)。
圖3-2 自走式清掃落地果機械總裝圖
3.3工作平臺設(shè)計
由于樹的高度和樹枝的限制，落地果收獲機械不能太高，在換行時，雖然地頭有充足的空間，但是不能一次性從一個行間換到下一個比鄰行間的話，就會白白損耗柴油和機械，所以工作平臺的長度也要合理。
工作平臺預(yù)選用2000mm×1500mm×10mm的鋼板為主體，與槽鋼、角鋼相互固定所得出的工作臺。再通過其他零部件的裝配布局及尺寸，在工作臺上加工出所需尺寸所在位置的孔或局部切除。
圖3-3 工作平臺
3.4柴油機與減速器設(shè)計
結(jié)構(gòu)中大多都是鋼結(jié)構(gòu)，在收集過程中有可能會儲存大量的果實，所以整體質(zhì)量比較大。
考慮到這一點，決定采用LD3T30柴油機作為發(fā)動機（304拖拉機的發(fā)動機），功率為22.1kW，動力輸出軸的轉(zhuǎn)速n軸=2350r/min。
由于柴油機的轉(zhuǎn)速偏高，決定柴油機與減速器之間采用帶傳動，傳動比為1.3。
二級減速器的傳動比為，因此經(jīng)過減速器后的轉(zhuǎn)速為456.5r/min，傳動比不大，采用嚙合的錐齒輪即可滿足要求，對其不再進行強度校核。
圖3-4 柴油機減速器傳動
3.5鏈傳動設(shè)計
3.5.1鏈輪設(shè)計
鏈輪由輪齒、輪緣、輪輻和輪轂組成。鏈輪設(shè)計主要是確定其結(jié)構(gòu)和尺寸。選擇材料和熱處理方法。
（1）選擇鏈齒輪數(shù)、和確定傳動比
一般鏈輪齒數(shù)在17～114之間。傳動比按下式計算
== (3-1)
式中： －主動軸轉(zhuǎn)速456.5r/min，
－從動軸轉(zhuǎn)速268.53r/min，
=1.7
可得為21，為37。并且材料為45號鋼。
(2) 計算當(dāng)量的單排鏈的計算功率
根據(jù)鏈轉(zhuǎn)動的工作情況，計算功率
= (3-2)
式中：－工況系數(shù)；
－主動鏈輪齒數(shù)系數(shù)；
－單排系數(shù)為1；
－－傳遞的功率，kW。
則計算出= 2.82kW。
（3）確定鏈條型號和節(jié)距
鏈條型號根據(jù)當(dāng)量的單排鏈的計算功率和主動鏈輪轉(zhuǎn)速可取A10型號，然后可知為15.875。
（4）鏈輪的基本參數(shù)和主要尺寸的計算
= (3-3)
= (3-4)
(3-5)
(3-6)
(3-7)
式中：p－鏈條節(jié)距，
Z－鏈輪齒數(shù)，
D－分度圓直徑，
－齒頂圓直徑，
－齒根圓直徑，
－齒高，
－最大軸凸緣直徑，算出結(jié)果如表3-1所示。
（5）計算鏈速，確定潤滑方式
= (3-8)
由式中得為6m/s，可選擇油池潤滑或油盤飛濺潤滑。
（6）鏈輪的主要參數(shù)餓幾何尺寸如下
表3-1 鏈輪設(shè)計數(shù)據(jù)
名稱
數(shù)值
單位
傳動功率P1
4.5
kW
主動軸轉(zhuǎn)速n1
268.53
r/min
從動軸轉(zhuǎn)速n2
206.56
r/min
傳動比i
1.3
設(shè)計功率Pd
5
kW
小鏈輪齒頂圓直徑da
110
mm
小鏈輪分度圓直徑
106
mm
鏈條節(jié)距p
15.875
小鏈輪齒根圓直徑df
100
mm
大鏈輪齒頂圓直徑Da
234
mm
大鏈輪分度圓直徑
228
mm
大鏈輪齒根圓直徑Df
224
mm
小鏈輪齒高ha
3
mm
大鏈輪齒高Ha
4.8
mm
鏈速v
6
m/s
單鏈傳遞的功率
2.82
kW
傳動比i≠1的功率
0.46
kW
小齒數(shù)z1
21
大齒數(shù)z2
37
實際軸間距a
434
mm
單鏈的預(yù)緊力
900
N
確定的最大軸凸緣直徑Dg
212
mm
確定的最大軸凸緣直徑dg
90
mm
齒寬bf
8
mm
3.5.2 鏈輪軸的設(shè)計
（1）軸的總體設(shè)計信息如表3-2。
表3-2 軸總體設(shè)計數(shù)據(jù)
名稱
數(shù)值
單位
軸的轉(zhuǎn)向方式
單向恒定
軸的工作情況
無腐蝕條件
軸的轉(zhuǎn)速
456.5
r/m
功率
4
kW
轉(zhuǎn)矩
66434.78
N·mm
材料牌號
45調(diào)質(zhì) 硬度（HB）：230
抗拉強度
650
屈服點
360
彎曲疲勞極限
270
扭轉(zhuǎn)疲勞極限
155
許用靜應(yīng)力
260
許用疲勞應(yīng)力
180
(2)確定軸的最小直徑如表3-3。
表3-3確定軸最小直徑
名稱
數(shù)值
單位
A值剪應(yīng)力范圍
115
許用剪應(yīng)力范圍
30～40
MPa
最小直徑的理論計算值
29.6
mm
滿足設(shè)計的最小軸徑
30
mm
(3)彎曲應(yīng)力校核如表3-4。
表3-4 彎曲應(yīng)力校核
名稱
數(shù)值
單位
危險截面的x坐標(biāo)
180
mm
直徑
25
mm
危險截面的彎矩M
120
N·mm
扭矩T
120
N·mm
截面的計算工作應(yīng)力
-9.22
許用疲勞應(yīng)力
180
(4)安全系數(shù)校核如表3-5。
表3-5 安全系數(shù)校核數(shù)據(jù)
名稱
數(shù)據(jù)
單位
危險截面的x坐標(biāo)
170
mm
直徑
25
mm
危險截面的彎矩M
120
N·mm
扭矩T
146
N·mm
有效應(yīng)力集中系數(shù)
2.05
扭轉(zhuǎn)作用
1.55
截面的疲勞強度安全系數(shù)S
1129.89
許用安全系數(shù)[S]
2.0
結(jié)論：170mm處疲勞強度校核通過。
（5）臨界轉(zhuǎn)速計算如表3-6。
表3-6 臨界轉(zhuǎn)速計算數(shù)據(jù)
名稱
數(shù)值
單位
當(dāng)量直徑dv
mm
軸截面的慣性距I
654605.89
mm
支承距離與L的比值
0.47
軸所受的重量
400
支座形式系數(shù)1
9.0
軸的一階臨界轉(zhuǎn)速ncr1
24934.97
r/min
3.6軸承選擇
3.6.1參數(shù)選擇
軸承選用圓錐滾子軸承，它屬于向心推力軸承，能同時承受較大的徑向載荷和軸向載荷，外圈可分離，游隙可調(diào)，裝拆方便，適用于剛性較大的軸，一般成對使用，對稱安裝。
表3-7 軸承基本參數(shù)
代號
d
D
T
B
C
1206
30
62
15.8
16
14
1210
50
90
22.8
20
18
3.6.2軸承的壽命計算
滾動軸承的基本額定壽命L(106r)與基本額定動載荷C(N)、當(dāng)量動載荷P(N)間的關(guān)系為：
（3.9）
對于圓錐滾子軸承，ε＝10/3。
軸上重量的估算：圓盤材料為灰鑄鐵HT200，質(zhì)量密度為ρ=6.8~7.3g/cm3，取ρ=7 g / cm3。帶輪材料為灰鑄鐵HT200，質(zhì)量密度同上。
（3.10）
所以估算下軸承承受的總重量為23Kg。軸承受力：
查表得：X=0.44，Y=0.9
當(dāng)量動載荷為P= 0.44×225 =99N
用小時數(shù)表示軸承壽命為：
（3.11）
n表示軸承工作轉(zhuǎn)速，查表得n=5000r/min.
（3.12）
農(nóng)業(yè)機械軸承的預(yù)期壽命為：L'h=3000—8000h。
所以所選軸承可以長期使用。
3.6.3軸承的潤滑
滾動軸承的潤滑劑可以是潤滑脂、潤滑油或固體潤滑劑。一般情況下，滾動軸承采用潤滑脂潤滑，但在軸承附近已經(jīng)具有潤滑油源時（如變速箱內(nèi)本來就有潤滑齒輪的油），也可采用潤滑油潤滑。
本設(shè)計中選擇脂潤滑，因潤滑脂不易流失，便于密封和維護，且一次充填潤滑脂可以運轉(zhuǎn)較長時間。
3.7聯(lián)軸器的選擇
聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件。它主要用來聯(lián)接軸與軸，以傳遞運動與轉(zhuǎn)矩；有時也可用作安全裝置。
聯(lián)軸器用來把兩軸聯(lián)接在一起，機器運轉(zhuǎn)時兩軸不能分離；只有在機器停車并將聯(lián)軸器傳動系統(tǒng)的斷續(xù)，以便運行變速及換向等。
聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸，由于制造及安裝誤差，承載后的變形以及溫度變化的影響等，往往不能保證的對中，而是存在著某種程度的相對位移。這就要求設(shè)計聯(lián)軸器時，要從結(jié)構(gòu)上采取各種不同的措施，使之具有適應(yīng)一定范圍的相對位移的性能。
整個設(shè)計中有兩處需要用到聯(lián)軸器，即減速器兩端軸與拖拉機動力輸出軸和3軸之間，選用尼龍滑塊聯(lián)軸器。
凸緣聯(lián)軸器適用于：兩軸要求同軸度不太高，工作平穩(wěn)，無沖擊載荷。它的特點是：結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，使用方便。
減速器兩端軸的軸徑是d1=28mm，d2=32mm，所以選用聯(lián)軸器型號為YL6聯(lián)軸器，所用聯(lián)軸器的材料為HT200。
3.8鍵的選擇
3.8.1鍵的尺寸及類型的確定
一般8級精度以上齒輪有定心精度要求，應(yīng)選用平鍵。一般圓頭普通平鍵應(yīng)用最廣。
根據(jù)d=35mm，從《機械設(shè)計設(shè)計手冊》P-53表3-1中查得鍵的截面尺寸為：寬度b=10mm，高度h=8mm。由輪轂寬度并參考鍵的長度系列，取鍵長L=63mm。
3.8.2校核鍵聯(lián)接的強度
鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，由《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》P-54表4-2查得許用擠壓應(yīng)力[σp]=100~120MPa，取其平均值，[σp]=110MPa。
鍵的工作長度l=L-b=53mm。
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度k=0.5h=4mm。
由《機械設(shè)計基礎(chǔ)》P-158式（10--26）可得
（3.13）
故可見鍵合適安全。
3.9主要工作部分零部件設(shè)計
3.9.1傳送帶設(shè)計
由于此設(shè)計為類似于車體，工作臺與地面存在不小的間距，如果用立式箱體把落地果垂直輸送到濾葉器部分，則存在箱體太高，質(zhì)量偏大，底部無法固定的問題，作業(yè)中出現(xiàn)故障的概率大。所以采用傳送帶的形式來完成落地果傳送到工作臺。
圖3-5 傳送帶
傳送帶主動軸直徑d=50mm，轉(zhuǎn)速為206.56r/min，
傳送帶的傳送速度為
速度較為合理，滿足設(shè)計需求。
3.9.2垂直傳送裝置
傳送帶將落地果傳送到工作臺，但與濾葉器之間還存在一定距離，由于要考慮底座部分尺寸太大會使整體結(jié)構(gòu)不緊湊，切會影響工作效率，所以在此選擇采用立式垂直傳送裝置。
圖3-6 垂直傳送裝置
3.9.3 濾葉器的設(shè)計
濾葉器是本次設(shè)計的重點部分，經(jīng)由傳送帶、立式垂直傳送裝置獲得的落地果，其中夾雜著樹枝、樹葉、土塊等雜質(zhì)，而濾葉器就是針對此類雜質(zhì)而設(shè)計的。在設(shè)計中，需考慮濾葉器的尺寸，不宜過大，分離雜質(zhì)的速度要快，效率要高。
基于此考慮，決定采用鼠籠式，間距要比樹枝大又要比果實小，這樣在分離過程中不會造成果實的浪費。
由于果實表面的不規(guī)則性，如果是固定的鼠籠，果實很可能會卡在間隙上，從而影響果實的正常分離效率，所以本次設(shè)計中采用的鼠籠，會添加鏈輪，通過鏈條使鼠籠也轉(zhuǎn)動起來。
圖3-7 濾葉器
3.9.4其他部件的設(shè)計
濾葉器右端沒有軸固定，如要保證與其內(nèi)部的絞輪能正常工作，在此借鑒混凝土攪拌機的支架部分，采用軌槽形式支架來支撐濾葉器右端（如圖3-8所示）。濾葉器左端的支架，是中心的絞輪與其結(jié)合實現(xiàn)的，絞輪需要旋轉(zhuǎn)以推動內(nèi)部的果實前進，保證雜質(zhì)的分離效率。為保證絞輪的正常旋轉(zhuǎn)，所以在左端支架處車出一個裝軸承的槽。由角鋼與該槽焊接成整體作為其左端支架（如圖3-9所示）。
圖3-8 濾葉器右端支架 圖3-9 濾葉器左端支架
絞輪用來推動果實向上向前運動，已進入下一個工作環(huán)節(jié)。在設(shè)計時要考慮一個周期的輸送量，在設(shè)計其螺旋線時，螺距太大而單位時間里果實的進入量不夠，則等效于絞輪在單位時間里做了大量的無用功；而螺距太小而單位時間里果實的進入量太大，則果實會堆積在傳送帶的空間里和立式傳送裝置內(nèi)，會造成果實被擠壓和破壞，造成損失。因此，在本次設(shè)計中綜合考慮后，決定將螺距設(shè)計為10cm，單位時間內(nèi)果實進入量小于絞輪的單位體積但不會相差太大，既保證了果實的質(zhì)量，又保證了機器的正常傳送。
圖3-10 絞輪
本章小結(jié)
本章主要對主要零部件進行了參數(shù)設(shè)計，并對關(guān)鍵零件進行了強度校核，從結(jié)果來看，本次設(shè)計的落地果收獲機完全能夠滿足設(shè)計需求。
總 結(jié)
經(jīng)過幾個月的努力，總算完成了自走式落地果收獲機的設(shè)計，經(jīng)過實地考察，方案確定和設(shè)計計算驗證，本次設(shè)計具有如下優(yōu)點：適用于紅棗園中作業(yè)，免除人工作業(yè)，提高了勞動效率；此收獲機還具有結(jié)構(gòu)緊湊，運動靈活，通用性強；另外，當(dāng)機器不作業(yè)時，可以方便地將工作部件拆卸下來，這樣就減少了機器的存放空間；除此之外，此收獲機的零件均為常見的材料制造而成，工作部分零件采用國家標(biāo)準零件，這些使得成本大大降低，這樣就能更廣泛為廣大農(nóng)民所接受。
經(jīng)過本次畢業(yè)設(shè)計，發(fā)現(xiàn)了自己的不足，通過不斷的查閱資料，鞏固了大學(xué)所學(xué)的理論知識，使自己的能力得到提高，也進一步完善了自己。
致 謝
本次設(shè)計是在王老師的悉心指導(dǎo)完成的。
最初確定題目的時候，感覺題目很難，一點靈感都沒有，老師幫我確定了收獲落地果的方式，模擬了本次設(shè)計的工作原理和過程，并給我介紹了許多與設(shè)計相關(guān)的書籍，以及如何快速地從書籍資料中獲得所需要的知識。當(dāng)我在查找資料遇到困難時，老師又幫我下載到了一些我不能下載的付費網(wǎng)絡(luò)資料，還教會我如何用互聯(lián)網(wǎng)中無限的網(wǎng)絡(luò)資源，這些都為我以后順利完成設(shè)計奠定了堅實的基礎(chǔ)。
在每一步的設(shè)計中，老師都給與了我他的看法，該如何去改進零件中的不足，可以說從傳送帶到濾葉器的各種零件、傳動方式等的確定，都是在老師耐心的指導(dǎo)下完成的。
每當(dāng)我在設(shè)計中遇到困難向老師咨詢時，老師就叫我當(dāng)實驗室做模擬實驗，通過模擬實驗，讓我更直觀的了解收獲機在田間作業(yè)的過程，如果還是不懂，老師也會不厭其煩的給我講解，就算很晚了，就算老師還是別的事情要忙，他也會給我講完。有時候老師出差，我遇上困難打電話給老師時，雖然不能親自給我指導(dǎo)，但老師也會想辦法找研究生學(xué)長幫我看圖，并給我建議，在此也向他們表示誠摯的謝意。
最后，再次向在畢業(yè)設(shè)計過程中給予我最大關(guān)心幫助和支持的老師表示衷心的感謝！
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