1、盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 精品资料 目 录 1 引言 . 1 1.1 本课题的设计意义 . 1 1.2 国内（外）发展概况及现状 . 1 1.3 课题由来及设计条件 . 2 1.4 课题设计思路 . 3 2 总体方案设计 . 3 2.1 整机构介绍 . 3 2.2 作业原理 . 3 2.3 挖穴机与拖拉机的联接 . 4 2.4 挖穴机的动力部分 . 4 2.4.1 功率及挖坑幅度计算 . 4 2.5 挖坑机主要技术规格和基本技术参数 . 6 3 部件设计 . 7 3.1 螺旋叶的设计 . 7 3.1.1 钻头的设计 . 7 3.1.2 双螺旋叶片的设计 . 7 4 设计计算 .
2、 8 4.1 动力分配计算 . 8 4.2 万向联轴器的选用计算 . 8 4.2.1 万向节总成 . 8 4.3 齿轮轴 . 8 4.4 轴承的选用与计算 . 10 5 主要零件强度计算 . 12 5.1 齿轮的校核计算 . 12 5.2 主轴的校核计算 . 15 6 挖坑机使用和使用中的注意事项 . 21 6.1 挖坑机使用 . 21 6.2 使用中的注意事项 . 21 7 结论 . 22 参考文献 . 23 致 谢 . 24 附件清单 . 25 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 1 1 引言 1.1 本课题的 设计 意义 近年来，盐城拖拉机制造有限公司发展快速，年产 3 万台系 列
3、轮式拖拉机和 8万台手扶拖拉机，销往国内 30 个省、市和国外 60 多个国家和地区。如今，配套农用机具跟不上主机迅速发展的要求。其中包括 1WK-50 型轮式拖拉机，没有合适农机配套。因此，研制配套挖坑机与拖拉机同步销售，会使得拖拉机，挖坑机两旺。 我设计的是一台植树挖穴机，与黄海金马 -50 型拖拉机相匹配，用于植树造林及其他的小型挖坑作业。现有的挖穴机多为手提式挖穴机，起工作效率不高，使用条件不便，稳定性能不太理想，因此，本课题设计的植树挖穴机要求工作稳定，工作效率高。随着地球环境的日益恶化，需要大量植树造林，改善 环境，因此，研制经济高效的植树挖穴机将深受广大人名群众的欢迎。 1.2
4、国内（外） 发展概况及现状 中国挖穴机产业发展出现的问题中，许多情况不容乐观，如产业结构不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能源消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。 我国植树造林机具现状我国植树造林机械赴较晚，主要在南方为种植橡胶实现产业化，有为东方红 -75、热特 -25型拖拉机配套的挖穴机，而北方地区 为栽植果树和防护林，也研制了为中型轮式拖拉机如上海 -50、神牛 -25 型拖拉机配套的开沟机、挖穴机，这种机具既可以挖植树穴坑，也可以挖梯形沟槽用于果树
5、施沟肥。对大面积的机械植树造林，多采用铧式系歹开沟机，如 1K-40、 1K-50 和 1K-60型开沟机。我国植树造林机械虽有多个品种，但由于栽种树苗多在山地、坡地，土质条件复杂，影响了机械的使用效果，基本上用人工挖坑栽苗，生产的挖穴机批量较小。近几年来，由于经济林的兴起以及国家为防治水土流失，退耕还林、种草种树已引起各有关部门的普遍重视，并加大了植树造林机械的投入， 取得了良好的效果。 挖穴机为了适应不同土壤、不同作业条件的要求，国外生产的不同动力配套的造林用挖穴机，有手提式、背负式、手扶拖拉机式和拖拉机式 4种。 A.手提式挖穴机，分为单人式与双人式。日本多用单人手提式，欧洲各国则多采用
6、双人手提式。手提式挖穴机发动机的功率一般为 1.3-3.7kw，多采用油锯和割灌机的单缸风冷汽油发动机为动力。单人和双人手提式挖穴机发动机的转数经离心式离合器和减速箱，将转数降低到 100-200r/min，再传到挖穴钻头。由于减速比很大，多采用蜗轮蜗杆或摆线针轮行星传动机构，以便减少机 器的质量。由于双人手提式挖穴机质量可以大一些，有的采用多段直齿轮减速机构。有的挖穴机为了使挖穴机钻头能自动地由地中拔出，在传动机构中装有逆转机构。国外所用的挖穴钻头1WX-90 型植树挖穴机设计 2 多为螺旋片型，挖穴时自穴中向上排土的性能好，螺旋片型有单螺旋和双螺旋两种。山地造林时，挖穴的直径和深度为 25
7、-30厘米，因此多采用 1.5-2个节距的螺旋片。为了提高螺旋片型挖穴机的切根性能，有的将螺旋边缘做成缺口状。国外所用挖穴机钻头的转数都不太高，以免将穴中的土壤甩得过远，一般周边速度为 3 米 /秒左右，钻头转数为 200-300r/min。装 有逆转机构的挖穴机在拔出钻头时，土壤会向相反方向旋转，不会从穴中抛出。手扶拖拉机式挖穴机的功率为 3.7-7.3kw，轮式拖拉机挖穴机的功率为 36.8-73.6kw。 B.悬挂式挖穴机主要用于栽植大树苗时的挖穴作业，挖穴直径为 50-80 厘米，挖穴深度为 60 厘米，挖穴机悬挂在 25.7-58.8kw 拖拉机上。挖穴机由纵吊杆、带安全装置的万向传
8、动轴、减速器和不同直径的挖穴钻头组成。减速器由一对直齿锥齿轮组成，更换不同直径的挖穴钻头时，要更换不同的锥齿轮，可换挖穴钻头有 3种，直径分别为 80、 60、 30 厘米。钻 头由空心钻杆、叶片和切土刀片组成，钻杆下端有定心尖。工作时，由拖拉机动力输出轴经万向传动轴带动旋转工作部件完成挖穴作业，利用液压装置控制钻头升降。 C.液压式挖穴机在发达国家已普遍推广。由于液压技术的普及推广，发达国家在挖穴机上已采用液压传动装置，主要用在液压输出能力较强的拖拉机或挖掘机的机型上，用液压泵驱动齿轮机构传动系统。 DANUSER 液压挖穴机装有高效、转向密封性能好的液压马达，可调节机械链条与齿轮，使扭距增
9、大 4倍。采用液压驱动比用万向节套管传动更灵活方便，当遇到障碍物时能起到安全缓冲作用。 1.3 课题由来及设计条件 A.设计内容 设计一台植树挖穴机，与黄海金马 -50型拖拉机相匹配，用于植树造林 。主要的设计内容有： a)总体设计 :设计总体方案。绘制挖穴机总图； b)零部件设计 :根据挖坑机总图，设计齿轮箱等传动机构； 绘制 传动轴、齿轮、齿轮箱体、钻头等零件图；有关计算、校核等。 B.设计依据 a) 相配套的江苏 -50 型四轮拖拉机主要技术数据 力输出轴转速 :720r/min; 540 r/min 动力输出轴离地高度 :645mm b) LY/T1491-1999,悬挂式挖 穴 机
10、技术条件 S. c) 挖 穴 机 技术参数 挖 穴 直径 :70cm 挖 穴 深度： 70cm 钻头 转速： 150 250r/min 钻头形式：采用双螺旋叶片结构； 工作效率： 60 90 坑塘 /小时 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 3 按 5 年寿命，每年工作 800 小时计。 C.设计要求 a) 挖 穴 机 与拖拉机采用三点悬挂联接， 作业时万向传动轴偏置角度不得大于15，田间移位或运输前必须先切断动力，将 螺旋钻头提升至最大高度， 此时 钻头顶尖离地高度应大于 300mm。 b) 螺旋叶片的转速过高，会 将泥土抛得很远，造成填坑缺土。 转速过低，则 造成工作效率不高。因此在
11、设计时，要充分调研和 实践，确定合适的 转速， c) 为保证 工作 性能，设计时应充分考虑其稳定性，避免受力不均匀而造成抖动； d) 结构简单可靠，尽量使用标准件、通用件，以降低制造成本。 1.4 课题设计思路 在开始该机设计前，参考对比了一系列已有的植树挖穴机，例如 悬挂式挖穴机 ，手提式挖穴机，液压式挖穴机等，总结发现他们都要用到由一对齿轮传动组成的减速箱， 而本课题采用的是悬挂式挖穴机的方式， 一种与小四轮拖拉机配套的悬挂式挖坑机，由悬挂架、带安全装置的万向传动轴、减速箱、双螺旋 叶片 型钻头等构成；悬挂架两端分别与拖拉机和减速箱铰合连接 ，双螺旋型钻头固定在减速箱的输出轴上；工作时，拖
12、拉机的提升臂拖带悬挂架进行升降，由拖拉机动力输出轴经万向传动轴带动旋转工作部件完成挖穴作业；具有结构简单、作业质量好、效率高、移动及通过性能灵活的特点，广泛应用于植树造林、施肥集水、埋设桩柱等作业。 2 总体方案设计 2.1 整机构介绍 一种与小四轮拖拉机配套的悬挂式挖坑机 ，由悬挂架、带安全装置的万向传动轴、减速箱、双螺旋型钻头等构成，减速箱由一对锥齿轮传动组成。 2.2 作业原理 一种与小四轮拖拉机配套的悬挂式挖坑机，由悬挂架、带安全装置的万向传动轴、减速箱 、双螺旋型钻头等构成；悬挂架两端分别与拖拉机和减速箱铰合连接，双螺旋型钻头固定在减速箱的输出轴上；工作时，拖拉机的提升臂拖带悬挂架进
13、行升降，由拖拉机动力输出轴经万向传动轴带动旋转工作部件完成挖穴作业；具有结构简单、作业质量好、效率高、移动及通过性能灵活的特点，广泛应用于植树造林、施肥集水、埋设桩柱等作业。 挖坑作业时， 拖拉机液压悬挂装置处于浮动状态，使钻头对准挖坑标记中心靠自重下落，拖拉机的动力输出轴通过传动轴和减速器带动钻头旋转入土，钻头切去中心部分土壤，进而钻头叶片下端的刀片切削土壤，切下的土壤在离心力 作用下被抛向穴壁，并在摩擦力作用下沿着叶片螺旋向上升到地面被抛到穴的周围，挖到预1WX-90 型植树挖穴机设计 4 定深度时，通过液压悬挂装置提升钻头到运输状态，再转移到下一个挖坑地点 。 2.3 挖穴机与拖拉机的联
14、接 挖穴机与拖拉机采用三点悬挂装置联接， 具有结构简单、作业质量好、效率高、移动及通过性能灵活的特点，广泛应用于植树造林、施肥集水、埋设桩柱等作业。 三点悬挂机构示意图 （图 2-1） ： 图 2-1 三点悬挂机构示意图 2.4 挖穴机的动力部分 图 2-2 传动 路线 图 动力由 拖拉 机输出，通过 带安全装置的万向传 动轴 ，将 动力传到 挖穴 机的输入轴， 再通过 一对直齿锥齿轮传动来带动 双螺旋 叶片 型钻头 转动，实现挖穴作业。 (如图 2-4 所示 ) 2.4.1 功率及挖坑幅度计算 A.功率计算 查表得： 96.0圆锥齿 ； 98.0滚子轴承 ； 96.0万向节 盐城工学院本科生
15、毕业设计说明书 2010 5 a.拖拉机动力输出轴的额定输出功率 )(408.0508.0 马力发额 NN 作为设计功率 b.计算第一轴及小锥齿轮 1Z 的功率、转速和扭矩 齿轮轴： )(6 3 2.37 马力万向节轴承额 NN I min/720 rnI )(4 3 3.377 2 0 6 3 2.372.7 1 62.7 1 6 米千克 I II n NM )(8 7 9 3 6.3698.0632.371 马力轴承 IZ NN )(6 8 4 7.367 2 0 8 1 9 3 6.362.7 1 62.7 1 6111 米千克 ZZZ n NM min/7201 rnZ c.立轴与大锥
16、齿轮 2Z 功率、转速和扭矩 : 马力）圆锥 (4 0 4 2.3596.08 7 9 3 6.3612 ZZ NN m in/2 3 4401312 rnn ZZ )(36106.1082.716222 米千克 ZZZ n NM 立轴功率、转速和扭矩为： )(6 9 6 1 1 6.342 马力轴承 ZII NN m in/2 342 rnn ZII )(1 9 3 8.1062.716 米千克 II IIII n NM 各轴与齿轮考虑传动效率后相应功率，转速和扭矩汇总 如表 2-3所示 ： 表 2-3 各轴功率、转速和扭矩表 轴次 动力输出轴 I轴 II 轴 1WX-90 型植树挖穴机设计
17、 6 轴 1Z 轴 2Z 功率（马力） 40 37.632 36.879 35.404 34.696 转速（ r/min） 720 720 720 234 234 扭矩（千克 米） 39.789 37.433 36.685 108.361 106.193 B.挖坑幅度 根据设计要求，挖坑直径为 70cm，深为 70cm，因此，双螺旋叶片最大直径为70cm.如图 2-4 所示： 图 2-4 挖坑幅度示意图 2.5 挖坑机主要技术规格和基本技术参数 型号： 1WK-90 型植树挖穴机 型式：三点悬挂联接，中间齿轮传动 配套动力：黄海金马 -50 型轮式拖拉机 挖坑幅度：挖坑直径 D=70mm,挖坑
18、深度 H=70mm 作业速度： I 档 540r/min II 档 720r/min 螺旋叶转速： I 档 175.5r/min II 档 234r/min 螺旋叶旋转直径： 70mm 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 7 3 部件设计 3.1 螺旋叶的设计 3.1.1 钻头的设计 图 3-1 钻头的设计 根据设计要求，钻头与螺旋叶轴之间采用花键联接，销钉固定，材料选用 45 钢，表面淬火处理，提高耐磨性和硬度，并及时进行回火处理，消除内应力， 提高工件韧性。 结构如图 3-1 所示。 3.1.2 双螺旋叶片的设计 图 3-2 双螺旋叶片的设计 1WX-90 型植树挖穴机设计 8 双螺
19、旋叶片 结构 如图 3-2 所示，采用调制处理，表面淬火，设计时，为避免工作停止后抬起时导致坑壁碰触，破坏作业效果，因此特设计为下方直径较大，上方直径较小，叶片与中间轴焊接固定，与立轴采用花键联接，销钉固定。 4 设计计算 4.1 动力分配计算 n9550 PT （ 4-1） 式中： P 功率 n 转速 已知各运动副的 效率： 圆锥齿轮传动 3=0.96， 球轴承 2=0.99， 根据拖拉机型号 黄海金马 50 型查的输出功率 P 为 18.4KW，转速N=540r/min, 双缸内燃机，取输出轴的设计功率为 P=18.4KW。 4.2 万向联轴器的选用计算 4.2.1 万向节总成 万向节总成
20、是将拖拉机动力传递给旋耕机齿轮箱的传动件 , 万向节总成主要由活节夹叉、方轴夹叉、方轴套夹叉、十字节、方轴等零部件组成。十字节两端装有孔用弹性挡圈、防止十字节轴向移动而滑出。十字节上装有黄油嘴、内注黄油、供滚针轴承润滑用 。方轴与方套为滑动连接，在升降或左右摆动旋耕机时，方轴能在方套内伸缩，确保正常传动而不致脱出。 由于挖坑机工作负荷为变载荷工作条件差，因此选用的十字轴应具有足够的强度和可靠性。 a 万向联轴器的理论转矩 mNn PT 39.3 1 25 4 0 4.189 5 5 09 5 5 0 mNK a TTc .7 3 6.7 4 939.324.2 b 根据拖拉机动力输出轴的尺寸参
21、数确定 配套的万向节有两种，一种是大的，另一种是小的，根据它与动力输入轴（齿轮轴）想联，齿轮轴与万向节采用花键联接，故根据花键尺寸查得 万向节的直径 D 为 50mm， 大型万向节 。 4.3 齿 轮轴 盐城工学院本科生毕业设计说明书 2010 9 图 4-1 齿轮轴示意图 转速： n=540r/min 功率 p=18.4KW 转矩 mNn PT 37.3 2 55 4 0 4.189 5 5 09 5 5 0 估算轴的最小直径： 3min nPAd 查表可得： 20 钢 A。 = 49 126 Mpa 取中间值 A。 = 137 Mpa mmd 44540 4.18137m in 3 检验： 32.0 dT ： 许用应力。 M P aM P a 251.1910442.0 37.325 33 合格 轴的材料 20Cr 20Cr 热处理：渗碳淬火 回火 硬度：淬火表面： 56 62HRC 确定各轴段的尺寸。
