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1、棉桃收获机分动箱设计石河子大学本 科 毕 业 论 文（设 计）棉桃收获机分动箱设计学生姓名 王 钊 指 导 教 师田学艳 所在学院 机械电气工程学院 专业 机械设计制造及其自动化 年级 09 机制（2）班中国?新疆?石河子72013 年 6 月目 录一、选题指南 2二、任务书 2三、开题报告 6四、文献综述 7五、毕业论文设计说明书 28石河子大学毕业设计说明书学生姓名 王 钊 指 导 教 师田学艳 所在学院 机械电气工程学院 专业 机械设计制造及其自动化 年级 09 机制（2）班一、引言 51.1 设计概要 51.2 背景及国内外现状 51.3 设计的前景 7二、设计方案的可行性分析及方案的
2、确定 82.1 传动方式的选择 82.2 传动系统的总体要求 9动力输送过程分析 9总体设计 102.3 联轴器的选用与设计参数 102.4 链轮的设计与 计算 12三、SOLIDWORKS 造型及部分图纸 133.1 分动箱主轴 143.2 分动箱输入轴 153.3 分动箱输出轴 15四、蜗轮蜗杆以及锥齿轮的设计计算 174.1 蜗轮的设计计算 17五、分动箱的建模及传动系统原理 235.1 分动箱箱体 23传动系统图 25六、毕业设计心得 25七、参考文献 27 一、引言1.1 设计概要概念：棉桃收获机是用于棉花采摘后，采摘滞留的大量未开桃或半开桃的机械，是减轻劳动力，减少资源浪费，确保及
3、时有效清地的农用机械功能：该机械应具备采摘、初步清理、输送、暂存、压实五项基本功能，可加入脱壳、清杂、等辅助功能。特点：针对棉桃收获设计，具有采净率高，含杂率低，使用可靠，操作维护简便等特点。设计目的：该论文以分动箱装置作为主要研究对象，以针对新型棉桃采收装置的工作特点和要求设计与其相适应的分动箱为目的，通过优化改进 4ZT-8型棉桃收获机分动箱部分结构或参数以适应新型棉桃收获机的需要。1.2 背景及国内外现状新疆是我国主要的产棉基地，棉花生产已成为新疆主要的支柱性产业之一。但是，由于南北疆地理环境和气候条件差异较大，棉花的收获时间区间也较大。所以，新疆每年棉花收获的特点是数量大故棉桃也较多。
4、这就给棉花收获带来了一定的难度，所以研究一种可以收获棉桃的机械也就显得更加重要。除了选择适合本地土壤和气候条件的优良品种外， 棉桃收获机的收获方式也直接影响其质量。而棉桃收获机为实现其收获棉桃的机械目的，需要多个方向的动力输出，其中包括采摘头角笼的纵向动力输出，实现棉桃集中地横向角笼动力输出还有实现棉桃运输到集棉箱的刮板的动力输出，这三种动力都是由拖拉机的一个动力输出轴转化而来的，所以为了实现 动力的变相和分配，分动箱的研制便成为了重中之重，本研究的目的在于提供一种结构简单，安装方便，经济安全的采摘装置动力齿轮箱。目前，随着农业现代化生产的发展，国外棉桃收获机械化、自动化程度都很高。全世界采棉
5、机的主要生产国有美国、前苏联、以色列、中国等 4 国，目前仅有美国迪尔公司（DEERE）与凯斯公司（CASE JI）以及石河子贵州航天集团尚在生产采棉机正式产品。而与机采棉技术配套机采棉加工成套设备的主要生产国有美国、中国两个国家。国内棉桃收获机的研发与制造还处于初始阶段。新疆地区的棉桃收获一直沿用的普通的棉花收获机，近几年才出现了一种新型的棉桃收获设备即石河子大学研究的棉桃收获机。针对目前棉桃收获中存在的问题，急需设计开发一种新型棉桃收获机，以克服棉桃过程中的棉桃收获率低，质量差，效率低的问题，加速新疆棉花产业快速、稳定地发展。美国有两种采棉机摘铃式和统收式。摘铃式机有选择地用带刺的锥形棒从
6、吐絮的棉铃中将棉纤维采下来。一块棉田可以针对不同层次的棉铃分几次采摘。统收式采棉机无选择性，它一次性地将吐絮的棉铃与未吐絮的、破裂的棉铃以及浆果等杂质一起收走。统收机在德克萨斯州的高平原、罗岭平原、里约观峡谷以及俄克拉荷马州应用很普遍。摘铃式采棉机的采棉效率能达到 95%，但通常人们认为只能达到 85%至 90%。统收式采棉机结构简单效率高，能够将棉田中 99%的棉花采摘上来。有些采棉机配备了田间清理或分离设备，类似于轧花厂里枝杆去除机等的预清理机器。这些设备可以去除 60%到 70%的杂质，减轻轧花厂的负担。虽然这些设备对于棉花的品级有助益，但它们还是通过减低轧花成本给农民带来效益。棉桃收获
7、机源于国外，但由于国内外技术差异以及劳动力数量差异，国外棉桃收获机占有份额较统收机小，而国内仍有大量棉花依赖人工收获，棉桃收获劳动力不足，使棉桃不能及时或不能收获，造成资源浪费严重，而国内棉桃收获机械数量严重不足。现今国内棉桃收获机类型较少。已见公布的有新疆生产建设兵团于 1990 年成套引进了原苏联棉花种植收获机械 10 台 架 ，其中包括 CKO-2-4 棉桃收获机 1 台，由新疆农垦科学院农机所测试优化改进。4ZT-8 型摘棉桃机是一种适应新疆棉花宽窄行高产栽培模式的棉桃收获机械，由石河子农机局、石河子大学、兵团农垦科学院、石河子农机咨询服务中心、石河子柴油机厂及有关团场参与共同研制而成
8、。1.3 设计的前景霜后的棉桃不仅可收获皮棉，还可作为畜牧业养殖饲料。新疆是我国植棉大区，由于劳动力不足，霜后棉桃大多放弃不收，造成资源上的浪费。根据新疆南北疆废弃棉桃的调查，对数据进行记录，并进行分析，试验地每公顷平均总共 213330 株棉花，每株废弃棉桃平均 101 个，每公顷平均总共21556 个废弃棉桃。调查组把每块试验地的棉桃称重，每个棉桃平均质量为00027 kg，那么每公顷棉桃平均总质量 567kg。调查组把每块试验地的棉桃籽棉称重，每个棉桃籽棉平均质量 0.0015 kg，那么每公顷籽棉平均总质量325.5kg。按照调查组的调查统计分析数据，按新疆区 2009 年棉花种植面积
9、170 万公顷 计算，仅 2009 年新疆区因废弃而浪费的棉桃总质量达到了 90 亿kg，籽棉总质量达到了 50 亿 kg，按现在市场价，经济损失十分巨大。而要避免这种浪费解决的办法有两种，一种是雇佣劳动力进行 2 次棉的手工摘除，但随着棉花种植面积不断扩大，棉花收获过程中，人工采棉生产效率低、收获期长，用工量大、条件艰苦、劳动强度大8。高价拾花工使每亩植棉成本由原来平均 450 元上升到约 1000 元；部分棉区因劳力不足而未能及时采棉完毕从而相当一些棉农出现“丰产不丰收”的局面，严重制约了我国棉花产业的发展。此外，外省劳动力参加棉花抢收工作，给交通、住宿、社会治安带来诸多问题。因此人工采收
10、已不适应当前棉花生产的发展需求，大力发展和推广机械采收迫在眉睫。采用油管传输压力油，压力损失较大，远距离输送动力。油液容易污染油液污染后，会影响系统工作的可靠性 2）实现回转运动的结构简单，并能传递较大的扭矩；3）般情况下不太稳定制造精度不高时，振动和噪声较大个实际用体积：单位长度内绞笼容积：绞笼转速：取因此该部分中，螺旋输送器所需功率为 3KW，转速为 60r/min。关于横向角笼运输器有绞笼输送速度:据在 148 团和 143 团的调查，该种植模式下平均每株棉花上留有棉桃0.510.8 个。按每株 0.8 个棉桃漏摘计算，居中绞笼每个输送两行棉桃单位长度内棉桃量为：个实际占用体积：单位长度
11、内绞笼容积：绞笼转速：考虑到棉桃在田间的不均匀，为了避免运送不及时造成堵塞取因此该部分中，螺旋输送器所需功率为 1KW，转速为 120r/min。关于刮板运输器其输送速度定位 120 r/min。功率为 6KW。总体设计拖拉机动力输出端输出转速为 780r/min，传至分动箱横轴的传动比为：12.6；传至分动箱输出轴传动比为：12.6；传至横向螺旋输送器比为：6.25；传刮板运输器传动比为：6.25；传至横轴的传动比过大而且要改变方向但是因为传动的转送较低且功率不大，因此选用蜗轮蜗杆传动方式。而由横轴到输出轴的动力传动因为转速改变很少传动比为 2 但因为改变了速度的方向，因此选用锥齿轮作为传动
12、方式。输入轴与本拖拉机的输出轴可用十字联轴器连接，主传动箱与副分动箱，副分动箱之间可用轴和十字联轴器连接。2.3 联轴器的选用与设计参数向节联轴器本文中有两处需要十字万向节联轴器，根据前后联接的轴径和传递功率最终选定了所需的万向节联轴器。（2）滚子链联轴器变速箱右端输出的动力需要传递给两大部分风机和清花设备，且这两部分在整机上的分布位置跨度很宽，所以变速箱右端必然需要有一根长轴。由于变速箱自身所带轴头不宜过长，如果过长且上面装配较为复杂就会形成悬臂梁，造成轴头扭矩过大，强度不够。于是，我们在保证原有的轴头长度的基础上，单独设计一个长轴用于右半部分的传递。这样既方便传动系统右半部分的安装和拆卸，
13、更有利于轴的寿命。为联接变速箱右端输出轴头和右半部分的主轴，需要选用合适的联轴器。此处所需的联轴器应该保证两轴同轴线且同速度。图滚子链联轴器滚子链条联轴器，具有结构简单，装拆容易；尺寸紧凑，工作可靠效率高，寿命长，适用各种工作环境，维修方便，成本低廉等特点。Bf1: 11.9mm，S: 10.9，D1: 85，DkLk : 150122 重量/kg: 7.4 许用位移Y: 0.38 许用位移X: 2.8 许用位移: 12.4 链轮的设计与计算链轮如图根据第 5 章节的设计方案，初步确定了链轮的齿数和槽型，几排链等，基本可以确定链轮的外形，都是标准的，不用额外设计，只是轮毂的直径和长度，结构形式
14、等需要设计。已知链号 16A 的基本参数：节距 p25.4mm，dr15.88mm，pt29.29mm根据机械设计手册（4） 22-92 页，表 22.2-19 整体式链轮主要结构尺寸可求得个链轮的轮毂直径与最小长度等参数，为后续轴的设计提供依据。表 1-1 链轮形式计算表计算所得链轮的实际长度和轮毂直径如下表 1-2 所示：表 1-2 链轮轮毂直径与长度计算表三、SOLIDWORKS 造型及部分图纸该传动系统中所有的轴主要受到扭转的破坏，相对而言，拉压和弯曲形成的变形或者破坏都很小。所以在轴的初步设计过程中，轴径主要按转矩估算的最小直径来设计。再适当结合传动系统在整机中的布局和作用来修正设计
15、。轴的结构形式是由轴上各零件装配关系来确定，轴段的长度等其他参数也结合整机布局和零部件装配位置而定。该系统中轴所用材料都定为 45 号调质钢，它的参数如下表所示：表 1-3 45 号调质钢的参数表材料牌号：45 调质 硬度 HB ：230 抗拉强度：650MPa 屈服点：360MPa 弯曲疲劳极限：270MPa 扭转疲劳极限：155MPa 许用静应力：260MPa 许用疲劳应力：180MPa 轴是实心轴，按转矩估算的最小直径公式为：其中 A 值为：115，许用剪应力范围：3040MPa3.1 分动箱主轴横轴图变速箱中间的长轴即为往刮板运输器和横向螺旋运输器的一级主轴，该轴上装有向横向螺旋运输器
16、传递动力的一级传动的大链轮以及传向采摘头设备的带传动中的小链轮。它的左端轴头与另外变速箱右端输出轴头由一十字联轴器相连，确保两轴同向等速旋转。该轴上的转速为 60r/min，设计功率为 15KW。根据上述公式计算得最小直径应该大于或者等于 34.13mm。变速箱右端轴头直径为 35mm，为与十字联轴器相连，故去该轴最小直径为 35mm。根据整机的结构设计发现，该轴为一长轴，刮板运输器一级传动中的大链轮和采摘头设备链传动的小带轮的装配位置由整机结构设计所定。因此各轴段长度也一定。分动箱支架上分布两个带座立式轴承，分布在左右轴端，形成简支梁。考虑轴端定位，轴端带键槽。3.2 分动箱输入轴变速箱上端的长轴即为从拖拉机主轴到主分动箱的输入轴，该轴上装有向横向主轴传递动力的一级传动的蜗杆。它的上端轴头与拖拉
