植樹挖坑機(jī)的設(shè)計(jì)

目錄 1 引言 . 2 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 . 2 2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 . 2 2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 . 4 3 挖坑機(jī)的設(shè)計(jì)要求及其類型 . 6 3.1 挖坑機(jī)的設(shè)計(jì)要求 . 6 3.2 挖坑機(jī)的類型 . 6 4 挖坑機(jī)的選擇 . 7 4.1 根據(jù)用途和作業(yè)條件選購 . 7 4.2 根據(jù)土質(zhì)和所需洞穴大小選 購 . 7 5 植樹挖坑機(jī)的設(shè)計(jì) . 7 5.1 結(jié)構(gòu)原理 . 7 5.2 動(dòng)力選擇 . 7 5.3 萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) . 9 5.5 螺旋挖鏟的設(shè)計(jì) . 10 5.5.1 螺旋直徑 . 10 5.5.2 功率計(jì)算 . 11 5.5.3 螺旋及螺旋方向的確定 . 12 5.5.4 螺旋葉片類型及尺寸的確定 . 12 5.5.5 螺旋軸的設(shè)計(jì) . 13 5.5.6 挖頭設(shè)計(jì) . 16 5.5.7 滑塊聯(lián)軸器 . 17 5.6 減速器的設(shè)計(jì) . 19 5.6.1 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) . 20 5.6.2 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 . 21 5.6.3 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 26 5.6.4 軸的計(jì)算 . 27 5.6.5 鍵連接的選擇和計(jì)算 . 41 6 發(fā)展趨勢(shì) . 41 6.1 一機(jī)多能 . 41 6.2 人機(jī)和諧 . 42 6.3 應(yīng)用范圍 . 42 參考文獻(xiàn) . 45 2 植樹挖坑機(jī)的設(shè)計(jì) 自動(dòng)化學(xué)生： 指導(dǎo)教師：李慧 摘要：本文介紹了植樹挖坑機(jī)的相關(guān)背景、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、挖坑機(jī)的設(shè)計(jì)要求及其類型、工作原理、技術(shù)性能。通過對(duì)原始數(shù)據(jù)的分析比較、方案的論證以及綜合考慮，完成了植樹挖坑機(jī)的總體設(shè)計(jì)。在此基礎(chǔ)上對(duì)植樹挖坑機(jī)從結(jié)構(gòu)原理、動(dòng)力選擇 、萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)、提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、螺旋挖掘鏟的設(shè)計(jì)、減速器設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述。 關(guān)鍵詞：植樹挖坑機(jī)；螺旋挖掘鏟；設(shè)計(jì) 1 引言 從國(guó)家林業(yè)局公布的第六 次全國(guó)森林資源調(diào)查結(jié)果來看，目前我國(guó)森林資源現(xiàn)狀是：林業(yè)用地面活立木總蓄積量為 124.9億 m3；森林蓄積量為 112.7億 m3；除臺(tái)灣省外，全國(guó)人工林面積為 46666.7萬 m3；人工林蓄積為 10.1 億 m3。從以上調(diào)查數(shù)字可以看出，全國(guó)森林覆蓋率為 16.55%，僅相當(dāng)于世界森林覆蓋率 (27%)的 61.3%；我國(guó)人均森林面積和人均森林蓄積分別相當(dāng)于世界人均水平的 1/5 和 1/8，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于世界平均水平。我國(guó)在“十二五”規(guī)劃中，把生態(tài)環(huán)境建設(shè)擺到了突出的戰(zhàn)略位置。我國(guó)三北及長(zhǎng)江流域防護(hù)林體系建設(shè)工程、退耕還林工程、 積為 26329.5萬 hm2；森林面積為 15894.1萬 hm2；速生豐產(chǎn)用材林基地建設(shè)工程等六大林業(yè)重點(diǎn)工程的制定和實(shí)施，體現(xiàn)了黨中央、國(guó)務(wù)院對(duì)我國(guó)生態(tài)環(huán)境建設(shè)的高度重視，受到社會(huì)各界廣泛關(guān)注，農(nóng)民群眾普遍歡迎。近年來，人們?cè)絹碓街匾暽磉叺纳鷳B(tài)環(huán)境，“植樹造林，保護(hù)環(huán)境”已成為全民參與的一項(xiàng)大型義務(wù)活動(dòng)。然而，人工造林效率低、速度慢且勞動(dòng)強(qiáng)度大，而機(jī)械化造林則是大勢(shì)所趨，不僅可以提高勞動(dòng)效率、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，還能保證造林質(zhì)量、降低生產(chǎn)成本、提高經(jīng)濟(jì)效益 1。 2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi)， 懸掛式 挖坑機(jī) 的生產(chǎn)和應(yīng)用較為廣泛，內(nèi)蒙古赤峰田豐農(nóng)林機(jī)械廠、山東大豐機(jī)械有限公司、哈爾濱林業(yè)福馬機(jī)電設(shè)備公司及寧夏自治區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械研究所等 10余家單位進(jìn)行了研究、制造和銷售。該類挖坑機(jī)通常具有較大的功率，機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)，能挖較大和較深的坑，大多應(yīng)用于大面積植樹造林，應(yīng)用范圍也比較廣 2。 1) 內(nèi)蒙赤峰田豐農(nóng)林機(jī)械廠生產(chǎn)的 3WH-60 型懸掛式 挖坑機(jī) （如圖 1 所示），結(jié)構(gòu)合理，使用方便靈活，易于操作，每小時(shí)可挖 80-150 個(gè)坑。其可與多種型號(hào) 36.8kW 以上拖拉機(jī)配合使用，用于大面積植樹造林及工業(yè)挖坑。挖坑 直徑 250600mm，深度 0-1200mm，適用于平原、丘陵及沙地作業(yè)。 3 2) 山東大豐機(jī)械廠生產(chǎn)的“大豐王”系列挖坑機(jī) WKJ-60/70（如圖 2 所示）可與18.4k-36.8kW 的 多種拖拉機(jī)配合使用，挖坑直徑 400-800mm（可根據(jù)用戶要求特別制作），深度 650-800mm，轉(zhuǎn)速 248r/min，每小時(shí)可挖 60 個(gè)坑。 圖 1 3WH-60 型縣掛式 挖坑機(jī) 圖 2 WKJ-60/70 挖坑機(jī) 3) 哈爾濱林業(yè)福馬機(jī)電設(shè)備公司生產(chǎn)的懸掛式 挖坑機(jī) （如圖 3 所示）可與鐵牛 40.4kW 或 18.4kW以上的具有動(dòng)力輸出和懸掛裝置的拖拉機(jī)配套，挖坑直徑為 250-600mm，挖坑深度為 0-800mm，挖坑效率為 120 坑 /h。 4) 手提式 挖坑機(jī) 在我國(guó)剛剛嶄露頭角，適用于家庭或地形復(fù)雜地區(qū)的小面積植樹造林，也可用于打樁和樹木追肥挖坑。如哈爾濱林業(yè)福馬機(jī)電設(shè)備公司生產(chǎn)的 3WS-2.8 型手提式 挖坑機(jī) （如圖 4 所示），采用 051A-1型發(fā)動(dòng)機(jī)，最大功率為 2.8kW，轉(zhuǎn)速為 280-320r/min，挖坑尺寸（坑徑深度）為 320mm 500mm，質(zhì)量為 17.6kg。該機(jī)主要應(yīng)用于地形復(fù)雜的山地、丘陵區(qū)和溝壑區(qū) ，在坡度 35以下的荒山荒地、次生林地以及黃土高原的溝坡進(jìn)行挖坑或整地。 圖 3 懸掛式 挖坑機(jī) 4 圖 4 3WS-2.8 型手提式 挖坑機(jī) 國(guó)內(nèi)的一些林業(yè)高等院校和科研院所也對(duì)挖坑機(jī)進(jìn)行了一些研究分析，關(guān)于挖坑機(jī)的論文大約有幾十篇，涉及鉆頭升土理論及鉆頭臨界轉(zhuǎn)速的研究、鉆頭螺旋面強(qiáng)度的分析以及螺旋升角的選擇問題，還得出了在不同條件下的挖坑機(jī)的動(dòng)態(tài)力學(xué)參數(shù)，指出了鉆頭轉(zhuǎn)矩的主要影響因素，對(duì)挖坑機(jī)的一些結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定起到了指導(dǎo)作用，為國(guó)內(nèi)挖坑機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理了論支持。 2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 相比之下，國(guó)外的研 究狀況要好一些。由日本生產(chǎn)的自走式高性能挖坑整地機(jī)采用柴油機(jī)作動(dòng)力，行走腳與輪胎組合行走裝置為全液壓式，平時(shí)用輪胎行駛，坡地靠行走腳行走，適用于坡度高達(dá) 56的陡坡林地作業(yè)。作業(yè)時(shí)， 4 只腳可上下、左右移動(dòng)，并能保證包括駕駛室在內(nèi)的機(jī)器上半部始終呈水平狀態(tài)。該機(jī)的液壓臂端部可安裝液壓式割灌機(jī)或 挖坑機(jī) ，每天可挖植樹坑 300-400個(gè)，實(shí)現(xiàn)了一機(jī)多用。日本生產(chǎn)的 A-7 型手提式 挖坑機(jī) （如圖 5（ a）所示）質(zhì)量?jī)H為 7.0kg，采用 H35D 發(fā)動(dòng)機(jī)； A 8D 型 挖坑機(jī) （如圖 5（ b）所示）可挖坑徑范圍為 20-200mm。 (a)A-7 型手提式 挖坑機(jī) (b)A-80 挖坑機(jī) 圖 5 日本生產(chǎn)的 挖坑機(jī) 英國(guó)生產(chǎn)的 05H8300 型懸掛式 挖坑機(jī) （如圖 6所示）和美國(guó)生產(chǎn)的懸掛式三鉆頭挖坑機(jī)5 （如圖 7所示）鉆頭之間的距離是可調(diào)節(jié)的（既行距可調(diào)），適用于平原地區(qū)的大面積植樹造林，工作效率很高 2。 圖 6 英國(guó)產(chǎn) 05H8300 式 挖坑機(jī) 圖 7 美國(guó)產(chǎn)懸掛式鉆頭 挖坑機(jī) 美國(guó)和加拿大生產(chǎn)的手提式 挖坑機(jī) ，發(fā)動(dòng)機(jī)與鉆頭采用分離式，通過液壓傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)鉆頭工作。美國(guó)生產(chǎn)的 HYD-TB11H 型液壓 挖坑機(jī) （如圖 9 所示）質(zhì)量為 170kg，最大流量為22.7L/min，最大轉(zhuǎn)速為 141r/min，鉆頭最大扭矩 349N m。美國(guó)生產(chǎn)的 MDL-5B 型 挖坑機(jī) （如圖 10 所示）發(fā)動(dòng)機(jī)采用動(dòng)力為 4.1kW 的 BS Intek Pro OHV。圖 9 和圖 10 所示的挖坑機(jī)在工作時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)離操作者有較遠(yuǎn)的距離，大大減少了噪音對(duì)操作者的影響，充分考慮了人 -機(jī)工程學(xué)原理；有的手提式 挖坑機(jī) 安裝了 1 個(gè)支點(diǎn)（即輪子），使 挖坑機(jī) 的攜帶比較方便，工作時(shí)還可以把挖坑機(jī)的反向轉(zhuǎn)矩釋放給輪體，減小操作者手上的反向力矩，增加其安全性，并減輕了操作者的疲勞程度。 圖 9 美國(guó)產(chǎn) HYD-TB11H 型液壓 挖坑機(jī) 6 圖 10 美國(guó)產(chǎn) MDL-5B 型 挖坑機(jī) 3 挖坑機(jī) 的設(shè)計(jì)要求及其類型 3.1 挖坑機(jī) 的設(shè)計(jì)要求 1) 挖坑機(jī) 所挖出的坑徑與坑深應(yīng)滿足栽植樹木的要求。 2) 挖出的坑徑要有較好的垂直度，坑壁應(yīng)整齊，但不宜太光滑，否則不利于根系的生長(zhǎng)。 3) 在貧瘠的土地上挖樹坑時(shí)， 要求出土率在 90%以上，以便在坑內(nèi)添加肥料和表土回填，改善樹木的生長(zhǎng)條件；在肥土層較厚的土地上挖植樹坑時(shí)，可以有 25%40%的松土留在坑內(nèi)。挖坑時(shí)，拋出土應(yīng)在坑的周圍，拋土半徑不應(yīng)太大，以便回填方便。 4) 根據(jù)造林技術(shù)要求，有時(shí)挖坑與造林不是相繼進(jìn)行的。此時(shí)，挖坑土壤可不出坑，只要求鉆頭破碎草皮、切斷灌根、排出石塊、疏松土壤，以便蓄水保墑與熟化土壤，這種挖坑又叫穴狀整地。 3.2 挖坑機(jī) 的類型 挖坑機(jī) 的種類很多。如果按與配套動(dòng)力的掛接方式對(duì)其進(jìn)行分類，可分為懸掛式 挖坑機(jī) ；手提式 挖坑機(jī) 、牽引式 挖坑機(jī) 和自走式 挖坑機(jī) 3。按 挖坑機(jī) 上配置的鉆頭數(shù)量可分為單鉆頭、雙鉆頭和多鉆頭掘坑機(jī)。 挖坑機(jī) 的鉆頭根據(jù)形狀可分為螺旋式鉆頭螺旋帶型鉆頭、葉片型鉆頭和螺旋齒式鉆頭等。對(duì)于懸掛式 挖坑機(jī) ，機(jī)器懸掛在拖拉機(jī)上主要用于地形平 緩或拖拉機(jī)可以通行的地方，鉆頭的升降由拖拉機(jī)手通過拖拉機(jī)液壓系統(tǒng)操縱，挖坑直徑和深度都比較大，也可以多鉆頭同時(shí)作業(yè)。對(duì)于手提式 挖坑機(jī) ，機(jī)器與汽油發(fā)動(dòng)機(jī)裝配成整體，由單人或雙人手提操作，質(zhì)量較輕，適用于拖拉機(jī)不能通過的地形復(fù)雜的山地、丘陵和溝壑地區(qū)，挖坑直徑和深度都比較小，也可用于果樹的追肥及埋設(shè)樁柱。牽引式 挖坑機(jī) 的機(jī)器裝在小車上，由拖拉機(jī)牽引，掛接方便，不受拖拉機(jī)結(jié)構(gòu)限制，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)動(dòng)性差。自走式 挖坑機(jī) 設(shè)計(jì)成整體自走式， 挖坑機(jī) 本身自帶動(dòng)力，通過性較好，技術(shù)含量和自動(dòng)化程度較高，價(jià)格昂貴。后兩種 挖坑機(jī) 由于 局限性較大，在我國(guó)應(yīng)用較少。單鉆頭 挖坑機(jī) 在我國(guó)應(yīng)用比較普遍，多鉆頭 挖坑機(jī) 則比較少見。 挖坑機(jī) 的鉆頭形狀多為螺旋式或螺旋帶型。 7 4 挖坑機(jī) 的選擇 4.1 根據(jù)用途和作業(yè)條件選購 如果用于山上、坡地種植小樹苗，可以選用小型挖穴機(jī)，它的配套動(dòng)力在 4 千瓦以下，開挖直徑約 30厘米，深度 30-40 厘米。目前國(guó)產(chǎn)小型挖坑機(jī)有以下機(jī)型可供選擇 3:中國(guó)農(nóng)機(jī)研究院耕作所研制的與 2.2-3.7 千瓦手扶拖拉機(jī)配套的挖坑機(jī)，挖坑直徑 20-30 厘米，深度 20-40 厘米，生產(chǎn)效率 100-150 個(gè) /小時(shí)。中國(guó)第一拖拉機(jī)股份公司生產(chǎn)的東 方紅-IW20/30 挖穴機(jī)，汽油發(fā)動(dòng)機(jī)功率 3.7 千瓦，機(jī)重 23.5千克，使用時(shí)由 2個(gè)人握住挖穴機(jī)的手柄即可操作。山東招遠(yuǎn)市日強(qiáng)農(nóng)機(jī)有限公司生產(chǎn)的 DT-ZB4 型植樹挖坑機(jī)，它采用二沖程 3.7 千瓦汽油機(jī)作動(dòng)力，挖坑直徑 36厘米，挖坑深度 60-120 厘米，機(jī)重 23 千克，每1.2 分鐘可挖坑 1個(gè)。如果用于小塊地或城鄉(xiāng)結(jié)合部植樹，可以選用與小四輪拖拉機(jī)配套的中型挖坑機(jī)，其開挖直徑約 30-50厘米，坑深 40-50 厘米，例如南昌旋耕機(jī)廠生產(chǎn)的 IW-60型 挖坑機(jī) 如果用于工程施工，則應(yīng)選用大型挖坑機(jī)，它與 40.4 千瓦 (55 馬 力 )以上輪式或履帶式拖拉機(jī)配套，挖坑直徑 5060 厘米，坑深 70-100 厘米，例如，云南省熱帶作物機(jī)械廠生產(chǎn)的挖坑機(jī)，它由東方紅 75 型履帶式拖拉機(jī)驅(qū)動(dòng)，可以開挖底徑 60-80 厘米、深 70 厘米的穴坑，生產(chǎn)率為 90 個(gè) /小時(shí)， 機(jī)重 485 千克。 4.2 根據(jù)土質(zhì)和所需洞穴大小選購 如果所需洞穴直徑在 30 厘米、深度在 40厘米以下，又是沙壤土，功率消耗較少，可以選用小型挖坑機(jī) ； 如果所需洞穴直徑為 40一 60 厘米、深 60 一 70 厘米，宜選用中型 挖坑機(jī) ；如果所需洞穴直徑在 70 厘米、深在 80 厘米以上，又是粘重土壤或者有巖石，則應(yīng) 選用大型挖坑機(jī)。 5 植樹挖坑機(jī) 的設(shè)計(jì) 5.1 結(jié)構(gòu)原理 挖坑機(jī) 是由拖拉機(jī)輸出動(dòng)力 (皮帶輪或動(dòng)力輸出軸 )，經(jīng)皮帶輪或齒輪變向變速來轉(zhuǎn)動(dòng)挖頭，同時(shí)在液壓提升機(jī)構(gòu)控制下上下運(yùn)動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)挖頭切土和拋土，從而形成土坑。據(jù)資料顯示，挖坑機(jī)基本情況如下：配套動(dòng)力 22 40kW，坑徑 300 1000mm，坑深 300 1000mm，挖頭結(jié)構(gòu)為螺旋葉片式，有單頭或多頭之分，導(dǎo)程也各不相同，也有變導(dǎo)程的。提升機(jī)構(gòu)絕大多數(shù)采用三點(diǎn)懸掛式。總體而言，其結(jié)構(gòu)和工作原理基本相同。 5.2 動(dòng)力選擇 原始數(shù)據(jù)： 1)深度（ mm） :500-1000 2)挖坑直徑（ mm） 8 3)鉆頭長(zhǎng)度 :400 4)鉆頭轉(zhuǎn)數(shù)（ r/min） :300 5)運(yùn)輸間隙（ mm):450 6)工效（坑 /h） ： 60 7)鉆頭直徑（ mm） :300 挖坑的動(dòng)力消耗與坑徑、坑深、土壤硬度和下降速度有關(guān)。通過試驗(yàn)，坑徑D600mm，坑深 H800mm，配套動(dòng)力應(yīng)在 2040kW之間。動(dòng)力小則效率低，動(dòng)力過?？訌?D=800mm、坑深 H=1000mm時(shí)，主機(jī)工作平穩(wěn)，生產(chǎn)效率可達(dá) 240坑 /h，每坑凈挖坑時(shí)間只需幾秒，該機(jī)各種性能為國(guó)內(nèi)最佳。 已知數(shù) 據(jù) 1)輸送高度 H=0.8m； 2)土壤松散密度 r=2t/m3（所查土壤的實(shí)體密度 實(shí) =2.62.8t/m3） 3)轉(zhuǎn)速 n0=300r/m(此是所要求的鉆頭轉(zhuǎn)速 ) 4)物料填充系數(shù) =0.6（經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)垂直螺旋挖掘鏟的填充系數(shù) 0.5，由 2中知港口使用的垂直螺旋卸船機(jī) =0.70.8，故估算 =0.6） 垂直螺旋挖掘鏟的軸功率計(jì)算公式 yQHP 3470 其中， )s i n ()s i n ()co s (s i n000 r rt g r Q 螺旋能力 Q=542.6t/h 螺旋挖掘效率 0r 絕對(duì)速度與水平線間夾角 螺旋葉片螺旋角，推薦 015 土壤與螺旋表面之間的摩擦角（ 0 ） 則可相應(yīng)地土壤與外殼間摩擦系數(shù) 35.01 f ，由 3中 1ftg ，知摩擦角 03.1935.0 arctg ，由此查中表 15-24?？傻?17.0 ， 00 21r 由 3式 ， kwkw 96.617.0367 8.06.5420 9 選擇的動(dòng)力是柴油機(jī) ， kwP 75.21%18%40 96.621 0 柴油機(jī)的效率是 %401 ，傳動(dòng)過程中的效率 %802 。 5.3 萬向傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 萬向傳動(dòng)軸一般是由萬向節(jié)、傳動(dòng)軸和中間支承組成。主要用于在工作過程中相對(duì)位置不斷改變的兩根軸間傳遞轉(zhuǎn)矩和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 萬向傳動(dòng)軸設(shè)計(jì)應(yīng)滿足如下基本要求： 1. 保證所連接的兩根軸相對(duì)位置在預(yù)計(jì)范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，能可靠地傳遞動(dòng)力。 2. 保證所連接兩軸盡可能等速運(yùn)轉(zhuǎn)。 3. 由于萬向節(jié)夾角而產(chǎn)生的附加載荷、振動(dòng)和噪聲應(yīng)在允許范圍內(nèi)。 4. 傳動(dòng)效率高，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，維修容易等。 變速器或分動(dòng)器輸出軸與驅(qū)動(dòng)橋輸入軸之間普遍采用十字軸萬向傳動(dòng)軸。在轉(zhuǎn)向驅(qū)動(dòng)橋中，多采用等速萬向傳動(dòng)軸。當(dāng)后驅(qū)動(dòng)橋?yàn)楠?dú)立的彈性，采用萬向傳動(dòng)軸。 十字軸萬向節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，強(qiáng)度高，耐久性好，傳動(dòng)效率高，生產(chǎn)成本低。但所連接的兩軸夾角不宜過大，當(dāng)夾角由 4增至 16時(shí)，十字軸萬向節(jié)滾針軸承壽命約下降至原來的1/4。長(zhǎng)度為 760mm，直徑 56mm，壁厚為 6mm。 如下圖所示： 圖 11、 萬向傳動(dòng)軸示意圖5.4 提升機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 國(guó)內(nèi)外挖坑機(jī)提升機(jī)構(gòu)基本上采用三點(diǎn)式懸掛的平面四桿機(jī)構(gòu)，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但四桿機(jī)構(gòu)的特性決定挖頭只能呈弧擺性運(yùn)動(dòng)，其中心線位置不斷變化，使挖頭產(chǎn)生不斷變化的側(cè)壓力，導(dǎo)致拖拉機(jī)的搖晃和振動(dòng)，阻力增大，工作穩(wěn)定性差， 3WG-400型植樹挖坑設(shè)計(jì)采用了垂直線提升機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)使挖頭在上下提升過程中，其軸線始終保持在一條固定的垂直線上。圖 12三點(diǎn)式懸掛機(jī)構(gòu)和垂直線提升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。 10 圖 12.垂直線提升機(jī)構(gòu)示意圖 5.5 螺旋挖 掘 鏟的設(shè)計(jì) 已知數(shù)據(jù) 1)輸送高度 H=0.8m； 2)土壤松散密度 r=2t/m3（所查土壤的實(shí)體密度 實(shí) =2.62.8t/m3） 3)轉(zhuǎn)速 n0=300r/m(此是所要求的鉆頭轉(zhuǎn)速 ) 4)物料填充系數(shù) =0.6（經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)垂直螺旋 挖坑機(jī) 的填充系數(shù) 0.5，由 2中知港口使用的垂直螺旋卸船機(jī) =0.70.8，故估算 =0.6） 5.5.1 螺旋直徑 根據(jù) 1螺旋能力公式 Q= vs*r (1) -填充系數(shù) v-物料 的平均提升速度， m/s s-螺旋螺旋斷面積， m2 r-物料的松散密度 當(dāng)物料在垂直螺旋部分每轉(zhuǎn)上升距離為 1/2 螺距，則輸送能力的計(jì)算公式為 %8075.21%18%40 96.62210 kwP nyDQ 313.14 33 /2m in300)4.0(13.14 mtYm ht /6.542 11 7 所需螺旋 挖坑機(jī) 的螺旋直徑 D，取決于其所挖土壤的粘性。對(duì)沒有強(qiáng)烈粘性的物料，可按下面公式 11計(jì)算： D K5.2 cQ （ 3） 式中： Q - 挖掘量 542.6(t/h)； D - 螺旋直徑（ m） ； -物料的堆積密度 2(t/m)； C - 螺旋輸送機(jī)傾角系數(shù) 1.0； - 物料在輸送槽體中的填充系數(shù)為 0.6 K - 物料的綜合特性系數(shù)； 根據(jù)連續(xù) 挖坑機(jī) 械設(shè) 計(jì)手冊(cè)查表， A =40， K=0.0537 將 K值代入 (3)式得 D K5.2 cQ=619.6mm。 要求取值一定大于上式所求之值，圓整的 D=620 。 同時(shí)螺距 s=D=620mm 如果挖掘的粘性較大，則應(yīng)該用料塊的許用粒度來校驗(yàn)所求得的螺旋葉片直徑。 對(duì)于未分選物料 D（ 8-10） d (mm) （ 4） 對(duì)于分選物料 D（ 4-6） dk (mm) （ 5） 兩式中 : d - 物料的平均塊度 dk- 物料的最大塊度 從以上三個(gè)公式 (3)(4)(5)求得的兩個(gè)螺旋葉片直徑中選取較大者，并將其圓整為與其相近規(guī)格的標(biāo)準(zhǔn)螺旋直徑作為該輸送機(jī)的螺旋葉片直徑 。 5.5.2 功率計(jì)算 垂直螺旋挖掘鏟的軸功率計(jì)算公式 yQHP 3470 其中， )s i n ()s i n ()co s (s i n000 r rt g r Q 螺旋能力 Q=542.6t/h 12 螺旋挖掘效率 0r 絕對(duì)速度與水平線間夾角 螺旋葉片螺旋角，推 薦 015 土壤與螺旋表面之間的摩擦角（ 0 ） 則可相應(yīng)地土壤與外殼間摩擦系數(shù) 35.01 f ，由 3中 1ftg ，知摩擦角 03.1935.0 arctg ，由此查中表 15-24?？傻?17.0 ， 00 21r 由 3式 ， kwkw 96.617.0367 8.06.5420 5.5.3 螺旋及螺旋方向的確定 螺旋可以是右旋或左旋的，單線、雙線或三線的，一般情況下是單線的，在本次設(shè)計(jì)采用單線。 螺旋挖掘鏟中土壤的方向決定于螺旋葉片的左右旋向與其轉(zhuǎn)動(dòng)方向。確定物料輸送方向方法較多，這里主要有兩種：一種是左，右手辨別法：首先判定螺旋葉片盤旋方向是左旋還是右旋，右旋用左手，四指所握方向是軸旋轉(zhuǎn)方向，則大拇指所指方向?yàn)橥寥垒斔?方向：若是左手使用右手，四指所握方向是軸旋方向，則大拇指所指方向?yàn)橥寥垒斔头较?。另以方法是認(rèn)定軸的一頭對(duì)著自己，若軸旋方向同于葉片在軸上盤繞的方向，則土壤朝著自己方向運(yùn)動(dòng)；若軸轉(zhuǎn)動(dòng)方向異于葉片子軸上盤旋方向，則土壤朝著自己反方向運(yùn)動(dòng)。 5.5.4 螺旋葉片類型及尺寸的確定 螺旋挖掘鏟的葉片有實(shí)體型、帶式、葉片型及齒形四種。據(jù)實(shí)際情況宜采用帶氏螺旋，這也是常用的形式。按設(shè)計(jì)的直徑、螺旋和厚度通過帶鋼材連續(xù)冷軋而制成整體螺旋葉片，安裝在給定尺寸管軸上組成螺旋體；（ 2）分段式螺旋葉片是將葉片制成等螺距的單片，然后 將每個(gè)單片彼此對(duì)焊在一起構(gòu)成螺旋體。制成的螺旋體在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中應(yīng)具有一定的剛度，與機(jī)殼保持一定的間距。由于分段式螺旋葉片不需要大型專用設(shè)備，可以按需要制成需要制成異形的、大直徑的、加厚的、要求淬火的及特殊材質(zhì)的葉片。分段式實(shí)體型螺旋葉片通常是將薄鋼板經(jīng)下料后用模具冷壓或熱壓制成。所以本次設(shè)計(jì)中采用分段式螺旋葉片。其下料尺寸如下圖 12所示： 13 圖 13、 螺旋挖掘鏟 則 L= 22)( SD = 22 620)62014.3( =2043 mm L1= 22)( Sd = 22 620)16014.3( =798 mm d 螺旋軸直徑（由后面計(jì)算得為 160mm） D 螺旋葉片直徑 (取 620mm) S 螺距 (取 620mm) L 螺旋葉片料坯外孔弧長(zhǎng)度 L1 螺旋葉片料坯內(nèi)孔弧長(zhǎng)度 R/r=L/L1 即 r=L/L1.R b=R-r R=r+b 則 r=L1+b/L-1 所需螺旋個(gè)數(shù) X=L /S=6200/620=10(這里的 L是根據(jù)滾筒的長(zhǎng)度來算的 ) 根據(jù)具體設(shè)計(jì)用 5mm鋼板來切割出圓環(huán)?？筛鶕?jù)公式求出圓心角 a， a=(2 R-L)/2 Rx360 =5.8 5.5.5 螺旋軸的設(shè)計(jì) 1）選材及熱處理 一般情況下選 45 號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)或正火 ； 也可用 35、 40、 50號(hào)鋼，不重要或受力較小的軸可選用 Q235、 Q275。高速重載下，可選合金鋼，可對(duì)軸頸表面淬火 。（低碳鋼的可滲碳 -淬火）但對(duì)應(yīng)力集中敏感，應(yīng)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中充分注意。球墨鑄鐵吸振性好，對(duì)應(yīng)力集中不敏感、耐磨。具體材料與機(jī)構(gòu)性能詳見表 7，選擇 45 號(hào)鋼 11，調(diào)質(zhì)處理，該軸硬度為 170HB-217HB，彎曲應(yīng)力 b =590 Map ， s =295 Map ， 1 =255 Map ， 1 =140 MPa ， 1 =55 MPa 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 由于本螺旋挖掘鏟的挖坑深度是 500mm，了提高軸的剛度和抗彎強(qiáng)度，因此空心軸根據(jù)14 實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，查表初步選擇 160*40 的鋼管，即外徑為 160 毫米，壁厚為 40 毫米。 2）軸的校核 雖然土壤在軸四周被均勻輸送，螺旋軸在旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于自身的重力和焊在其上面的螺旋葉片的重力，此軸不僅受扭矩還受彎矩，所以在此需要校核其扭矩及彎矩的強(qiáng)度和剛度。 由于所選的螺旋葉片螺距 S=620 ，挖掘深度為 500m，該螺旋葉片的導(dǎo)程 P=620mm，據(jù)L=nS 可知有 10個(gè)螺距。 3）估算軸的直徑 軸的直徑計(jì)算式 19： 空心軸 d)1( 430 nPA = 43 5.01300 96.6126 =90.5300mm 式中 : d 軸的直徑； P 軸傳遞的額定功率 (Kw)； n 軸的轉(zhuǎn)速 (r/min)； 0A 按 而定的系數(shù) 126 103，見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)； 空心軸的內(nèi)徑與外徑之比，取 =0.5； 根據(jù)軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度條件公式32.09550000dnPWTT 式中 : -扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力，單位為（ MPa）； T-軸所受的扭矩，單位為（ N.m）； TW -軸的抗扭截面系數(shù)（ 3mm ）； -軸的許用轉(zhuǎn)應(yīng)力 25 45( aMP )見機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)； 21 6 02.03 0 096.69 5 5 0 0 0 0 TWT =43。 27MPa 所以軸徑 160mm 符合設(shè)計(jì)需要。 表 4 軸的材料參數(shù)表 軸的材料 Q235-A20 Q275 35 45 40Cr 等高強(qiáng)度鋼 2mmN 15-25 20-35 25-45 35-55 A 149-126 135-112 126-103 112-97 15 注： 表中所給出的 值是考慮了彎曲影響而降低了的許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力。 在下列情況下 取較大值， A 取較小值；彎矩較小或只受扭矩作用，載荷較平穩(wěn)，無軸向載荷或只有較小的軸向載荷，減速器的低速軸，軸單向旋轉(zhuǎn)。 反之， 取較小值，A 取較大值。 在計(jì) 算減速器 中間軸的危險(xiǎn)截面處（安裝小齒輪處）的直徑時(shí)，若軸的材料為 45 號(hào)鋼，可取 A=130-165。螺旋軸直徑為 160 ，壁厚為 40mm， 空心軸。 軸的疲勞強(qiáng)度校核 由扭矩 T形成的扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力為 =T/WT WT抗扭截面系數(shù) (WT= 3D (1- 4 )/16)， =d/D 根據(jù)已知 P、 n 可得出： M=9549 nP95499023.0=24.403 N.m 對(duì)于直徑為 d 的圓軸彎曲應(yīng)力為 =M/W，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 =T/WT=T/2W 將 和 代入式 【 3】 中則軸的彎扭強(qiáng)度條件為： e = W1 22 )( TM 1 （ 18） 其中 T=np9550 通常由彎矩所產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力 是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，而由扭矩所產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力 則不是對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力。為了考慮兩者循環(huán)特性不同的影響，引入折合系數(shù) ，則計(jì)算應(yīng)力為22 )( aMca 式 中的彎曲應(yīng)力為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力，當(dāng) 為靜應(yīng)力時(shí)取 3.0 ，當(dāng) 為脈動(dòng)循環(huán)變應(yīng)力時(shí) 6.0 ，若 為對(duì)稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)取 1 ； 在本文中 ， 取 =0.3； 根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的需要求出已知量，方便后序計(jì)算： 空心 ： 抗彎截面系數(shù) 343 4 8 0 0 0)1(1.0 mmdW 抗扭截面系數(shù) 343 9 6 0 0 0)1(2.0 mmdW T 極慣性系數(shù) 4744 1003.6)1(32 mmDI P 式中： TW -抗扭截面系數(shù)； W -抗彎截面系數(shù)； PI -軸截面的極慣性矩； -空心軸內(nèi)徑與外徑之比； 16 根據(jù)上面公式求得： T= 221.56N.m W =48000 3 所以 e = W1 22 )( TM = M P a48.156.2213.0403.2448000 1 22 ）（ 1 （ 19） 由于螺旋軸葉片均勻分布在螺旋軸上，因此它們的自 重為均布載荷，螺旋軸可簡(jiǎn)化為均布載荷作用下的簡(jiǎn)支梁，如圖 11 所示 圖 11 螺旋軸的受力分布圖 則螺 旋軸的彎矩 【 6】 為 maxM= 82ql （ 20） 將已知數(shù)值代入（ 19）式得出 e = 50MPa 查表 【 3】 可知軸材料為 45 鋼的 b =590 MPa 的 1 =55 MPa 由于 5055 即 e 1滿足彎曲扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度要求。 5.5.6 挖頭設(shè)計(jì) 挖頭挖坑時(shí)，切土、螺旋提升和拋土過程雖然簡(jiǎn)單，但其力學(xué)摸型及計(jì)算十分復(fù)雜，而且結(jié)果定量的指導(dǎo)性很差。當(dāng)挖頭為螺旋式、葉片內(nèi)徑 (即中心管 )D=80ram、葉片外徑 800mm、坑深 1000mm時(shí)，宜采用單頭式，左旋，導(dǎo)程為 600lnm，外徑切土入土角 d外 =12.5，內(nèi)徑切土入土角 d內(nèi) =64，平均入土角 d均 =38.25，拋土半徑 1200 1500mm，此時(shí)十分有利于原土回填。試驗(yàn)表明，能夠完全滿足工作要求。試驗(yàn)也證明采用單頭比雙頭易于入土，尤其在堅(jiān)硬土壤情況下更能顯出其優(yōu)越性 ， 本次挖頭設(shè)計(jì)如下所示： 17 圖 12 挖頭設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖 5.5.7滑塊聯(lián)軸器 常用聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn) 1) 剛性聯(lián)軸器 剛性聯(lián)軸器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，價(jià)格也最為便宜，故應(yīng)用很廣。但由于它所聯(lián)接的 兩軸間的相對(duì)位移偏差沒有補(bǔ)償能力，所以被聯(lián)接的兩部件在安裝時(shí)調(diào)整困難。由于相對(duì)位移偏差是不可避免的，因而被聯(lián)接的兩軸上會(huì)產(chǎn)生或大或小的安裝彎距，影響機(jī)器的運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量及軸、軸承等工件的工作壽命。因此這類聯(lián)軸器只用于轉(zhuǎn)速低，無沖擊且兩部件的基板（或基礎(chǔ)）固聯(lián)的場(chǎng)合。常用的剛性聯(lián)軸器有套筒式、凸緣式、夾殼式等。 2）撓性聯(lián)軸器 這類聯(lián)軸器可以補(bǔ)償徑向，軸向和角度位移的安裝偏差。因?yàn)槌休d元件都由剛性材料制造，并無緩沖減振能力，由于補(bǔ)償相對(duì)位置偏差，因而聯(lián)軸器中不可避免地要有相對(duì)滑動(dòng)的接觸面，因此應(yīng)對(duì)聯(lián)軸器進(jìn)行潤(rùn)滑，以 降低摩擦和磨損，提高聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率。 3）滑塊聯(lián)軸器 滑塊聯(lián)軸器又叫撓性爪型聯(lián)軸器是十字滑塊聯(lián)軸器的另一種形式?；瑝K聯(lián)軸器主要是由兩個(gè)半聯(lián)軸器和中間方形滑塊組成，半聯(lián)軸器端面加寬凹槽，方形滑塊嵌在兩個(gè)半聯(lián)軸器的槽內(nèi)，半聯(lián)軸器分別用鍵與兩軸聯(lián)接并傳遞轉(zhuǎn)矩，滑塊在凹槽內(nèi)滑動(dòng)，以補(bǔ)償被聯(lián)接兩軸線的相對(duì)徑向位移，也可補(bǔ)償一定的相對(duì)角位移。 4）十字滑塊聯(lián)軸器 十字滑塊聯(lián)軸器與滑塊聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)相似，它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大，需潤(rùn)滑，具有一定補(bǔ)償兩軸相對(duì)偏移性能。用于轉(zhuǎn)速不高和無沖擊載荷的傳動(dòng)。本設(shè)計(jì)中螺旋軸既承受軸向載荷，又承受徑向載荷，因此連接螺旋軸與減速器的聯(lián)軸器選擇十字滑塊聯(lián)軸器。 滑塊聯(lián)軸器是利用中間滑塊在其兩側(cè)半聯(lián)軸器端面的相應(yīng)徑向槽內(nèi)滑動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)兩半聯(lián)軸器的聯(lián)接并補(bǔ)償兩軸的相對(duì)位移。由于滑塊慣性離心力的影響使該聯(lián)軸器不宜用于高速，滑塊聯(lián)軸器因滑塊與半聯(lián)軸器相對(duì)滑動(dòng)，引起摩擦，傳動(dòng)效率較低。根據(jù)徑向位移大小傳動(dòng)18 效率一般在 0.93 0.97 左右，滑塊材料為 45鋼，半聯(lián)軸器材料為 45 鋼或 ZG310-570 套筒材料 Q235。 一般聯(lián)軸器是根據(jù)載荷情況、計(jì)算轉(zhuǎn)矩、軸直徑和工作轉(zhuǎn)速來選擇。計(jì)算轉(zhuǎn)矩由下式 【 10】求出： nWc TnPKTKT 9 5 5 0 式中： T 理論轉(zhuǎn)矩 N.m； nT 公稱轉(zhuǎn)矩 N.m； cT 計(jì)算轉(zhuǎn)矩 N.m； wP 驅(qū)動(dòng)功率 Kw； n 工作轉(zhuǎn)速 r/min； K 工作情況系數(shù)，見表 610。 載荷類別 工 作 狀 況 設(shè) 備 名 稱 舉 例 工作情況系數(shù) 均勻載荷 離心式鼓風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)、均勻加載運(yùn)輸機(jī)、廢水處理設(shè)備、攪拌設(shè)備等 1.0 1.5 中等沖擊載荷 洗衣機(jī)、木材加工機(jī)械、工具機(jī)、混凝土攪拌機(jī)、旋轉(zhuǎn)式粉碎機(jī)、起重機(jī)和卷揚(yáng)機(jī)等 1.5 2.5 重沖擊載荷 破碎機(jī)、往復(fù)式給料機(jī)、擺動(dòng)運(yùn)輸機(jī)、可逆輸送輥道等 2.5 查表 6取 K=1.3 代入上式得出 Tc=31.7N.m Tn=63N.m。 主要是驗(yàn)算滑塊與半聯(lián)軸器根據(jù)實(shí)心軸計(jì)算 出的直徑可以選擇滑塊聯(lián)軸器（金屬環(huán)形滑塊） WH3（摘自 JB/ZQ4383-1997），公稱轉(zhuǎn)矩 Tn=63N.m，滑塊厚度 B2=24mm， h=10mm?；瑝K聯(lián)軸器的強(qiáng)度端面凹槽工作表面的單位壓力。一般認(rèn)為壓強(qiáng)沿徑向量三角形分布規(guī)律，對(duì)圓環(huán)形滑塊聯(lián)軸器可按式驗(yàn)算工作面外端的最大壓力如下式 【 5】 ； )(2( 12 pdDdDh TPaaC 式中： Tc-聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩 N.m； h-滑塊凸榫的工作高度或滑塊厚度 mm； D1-聯(lián)軸器的外徑 mm； da-聯(lián)軸器內(nèi)徑 mm； 19 b-方形滑塊的邊長(zhǎng) mm； P -半聯(lián)軸器端面與滑塊接觸的許用壓力，對(duì)于未淬火鋼與鑄鐵表面， P =1015MPa；對(duì)于淬火鋼且潤(rùn)滑良好時(shí)， P =15 30MPa；對(duì)于夾布膠木， P =8 10MPa；對(duì)于尼龍表面 P =8 11MPa。已知上述條件得出： M P aPM P aP 301515.24)2540)(25402(10 7.3112 所以選用圓環(huán)形滑塊聯(lián)軸器符合工作端面的壓力要求。 結(jié)合本設(shè)計(jì)，半聯(lián)軸器和滑塊的材料一般為 45 鋼或鑄鐵，為提高耐磨性， 對(duì)滑塊工作面應(yīng)經(jīng)高頻淬火處理。取 =15-30MPa。將 Tc=31.7 N.m， d3 =22mm， h =10mm 代入式（ 26）式求出 =24.15 MPa。即 ，故滿足要求。 5.6 減速器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的 植樹挖坑機(jī) 的傳動(dòng)系統(tǒng)中，減速器選用的 單級(jí)主減速器結(jié)構(gòu)，它采用一對(duì)準(zhǔn)雙曲面錐齒輪傳動(dòng)。主動(dòng)錐齒輪與輸入軸制成一體，用圓錐滾子軸承和支承。這兩個(gè)軸承安裝在主減速器殼的軸承孔內(nèi)，并被臺(tái)階軸向定位，用來承受在主減速器工作時(shí)，對(duì)主動(dòng)錐齒輪產(chǎn)生的軸向和徑向力。因?yàn)橹鲃?dòng)錐齒輪處于圓錐滾子軸承和支承點(diǎn)的外面，所以 讓兩軸承的小端相對(duì)，這能夠增大有效支承點(diǎn)的距離，并使軸承有效支承點(diǎn)距錐齒輪更近，有利于增加主動(dòng)錐齒輪的支承剛度。輸入軸前端的固定螺母把墊圈、叉形凸緣、軸承內(nèi)圈、預(yù)緊調(diào)整墊片、隔離套管軸承內(nèi)圈和齒輪前后位置調(diào)整墊片等固定在齒輪的前端面上。 從動(dòng)錐齒輪被螺栓固定在差速器殼上，差速器殼又被兩個(gè)圓錐滾子軸承支承在主減速器殼內(nèi)。因?yàn)閺膭?dòng)錐齒輪處于兩個(gè)圓錐滾子軸承之間，所以讓兩軸承的大端相對(duì)，這能夠適當(dāng)減小兩軸承有效支承點(diǎn)的距離，對(duì)增加從動(dòng)錐齒輪的支承剛度是有利的。 主減速器傳動(dòng)比可用下式進(jìn)行計(jì)算： i從動(dòng)錐齒輪齒數(shù) N2主動(dòng)錐齒輪齒數(shù) N1 為了減少主減速器內(nèi)齒輪的沖擊噪聲，并使輪齒沿其長(zhǎng)度方向的磨損比較均勻，需要保證主動(dòng)和從動(dòng)齒輪之間正確位置關(guān)系，為此在主減速器內(nèi)設(shè)有嚙合調(diào)整裝置，還要使這些齒輪有足夠的支承剛度，以保持在傳動(dòng)過程中不至于發(fā)生較大變形而影響正常嚙合。 在安裝調(diào)整中，應(yīng)注意以下： 1)圓錐滾子軸承的預(yù)緊：在消除軸承間隙后，再對(duì)軸承加一定的軸向壓緊力。壓緊力過小，則不能滿足軸的支承剛度需要；壓緊力過大，則會(huì)導(dǎo)至傳動(dòng)效率降低，并且加速軸承磨損。 主減速器未裝油封時(shí)，按規(guī)定力矩?cái)Q緊主動(dòng)錐齒輪前端螺母后，應(yīng)調(diào)整到 能以 M1 0.81.3N m 左右的力矩使主動(dòng)錐齒輪單獨(dú)轉(zhuǎn)動(dòng)。為了調(diào)節(jié)此力矩的大小，在主動(dòng)軸兩軸承內(nèi)圈之間的隔離套管的一端裝有預(yù)緊調(diào)整墊片。如過緊則增加墊片的厚度；過松則減少墊片的厚度。 20 調(diào)整墊片的厚度，可以調(diào)整支承差速器殼的圓錐滾子軸承的預(yù)緊程度，主、被動(dòng)錐齒輪組裝后，應(yīng)能以 M2 M1 0.2 0.4N m的力矩轉(zhuǎn)動(dòng)主動(dòng)錐齒輪。 2) 齒面接觸情況調(diào)整：先在主動(dòng)錐齒輪輪齒上涂以紅色顏料（紅丹粉與機(jī)油的混合物），然后使主動(dòng)錐齒輪往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，于是從動(dòng)錐齒輪輪齒的兩工作面上便出現(xiàn)紅色印跡。通過調(diào)整主動(dòng)錐齒輪的前后 位置和從動(dòng)錐齒輪的左右位置，可以調(diào)節(jié)齒面接觸情況。應(yīng)使動(dòng)齒輪輪齒正轉(zhuǎn)和逆轉(zhuǎn)工作面上的印跡均位于齒高的中間，并偏于小端，占齒面寬度的 60以上。 為了對(duì)主減速器內(nèi)的齒輪和軸承進(jìn)行潤(rùn)滑，在主減速器殼內(nèi)要加一定量的齒輪油。當(dāng)從動(dòng)錐齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，把齒輪油甩濺到各齒輪和軸承上。為保證主動(dòng)齒輪前端的圓錐滾子軸承得到可靠潤(rùn)滑，在主減速器殼體中鑄出了進(jìn)油道和回油道。被甩濺到主減速器殼內(nèi)壁的一部分齒輪油從進(jìn)油道進(jìn)入兩圓錐軸承小端之間，在離心力作用下，齒輪油自軸承小端流向大端。流出圓錐滾子軸承大端的齒輪油經(jīng)回油道流回主減速器內(nèi)。 在主減速器殼后面設(shè)有加油口，應(yīng)按加油口的高度加注齒輪油。在主減速器殼體上裝有通氣塞，防止殼內(nèi)氣壓過高而使齒輪油滲漏。在更換齒輪油時(shí)，可通過設(shè)在主減速器殼下面的放油口將齒輪油放出。 應(yīng)注意的是，準(zhǔn)雙曲面齒輪在工作時(shí)，齒面間有較大的相對(duì)滑動(dòng)，且齒面間壓力很大，齒面油膜易被破壞。為減少摩擦，提高效率，必須采用含防刮傷添加劑的雙曲面齒輪油，絕不允許用普通齒輪油代替，否則將使齒面迅速擦傷和磨損，大大降低使用壽命。 錐齒輪是圓錐齒輪的簡(jiǎn)稱，它用來實(shí)現(xiàn)兩相交軸之間的傳動(dòng) ， 兩軸交角稱為軸角，其值可根據(jù)傳動(dòng)需要確定，一般多采 用 90。錐齒輪的輪齒排列在截圓錐體上，輪齒由齒輪的大端到小端逐漸收縮變小。由于這一特點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于圓柱齒輪中的各有關(guān) 圓柱 在錐齒輪中就變成了 圓錐 ，如分度錐、節(jié)錐、基錐、齒頂錐等。錐齒輪的輪齒有直齒、斜齒和曲線齒等形式。直齒和斜齒錐齒輪設(shè)計(jì)、制造及安裝均較簡(jiǎn)單，但噪聲較大，用于低速傳動(dòng)（ 5m/s）；曲線齒錐齒輪具有傳動(dòng)平穩(wěn)、噪聲小及承載能力大等特點(diǎn)，用于高速重載的場(chǎng)合。 5.6.1 計(jì)算傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) 傳動(dòng)效率分別為： 聯(lián)軸器效率 0.9951 滾動(dòng)軸承的效率 0 .9 88642 圓錐齒輪傳動(dòng)效率 0.963 （ 1） 各軸轉(zhuǎn)速 軸 m in9 6 01 rnn mI 軸 m in/73.3050rinn III 軸 m in/3 0 01 rnn IIIII 21 (2)各軸輸入功率 軸 kwPPdI 85.421 軸 kwppIII 56.443 軸 kwppIIIII 43.465 (3)各軸輸入轉(zhuǎn)矩 萬向軸輸出轉(zhuǎn)矩 mNnPTmdd 74.499 5 5 0 所以各軸輸出轉(zhuǎn)矩為： 軸 mNTTdI 26.4821 軸 mNiTTIII 21.136430 軸 mNTTIIIII 15.1 3 265 5.6.2傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 （ 1） 選擇圓錐齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 1） 選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù) a 挖掘機(jī) 為一般工作機(jī)器，速度不高，故選用 8 級(jí)精度 ， 齒形角 20 ，齒頂高系數(shù)* 1ah ，頂隙系數(shù) * 0.2c 。 b材料選擇，小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45剛（調(diào)質(zhì)），硬度為 240HBS，二者材料硬度相差 40HBS。 2)按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 公式： 22131 )5.01(7.4 HPHERRZZuKTd 3） 確定公式內(nèi)的各計(jì)算值 a查得材料彈性影響系數(shù) 121 8 9 .8EZ M P a ，節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù) 5.2HZ 。 b按齒面的硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限li m 1 600H M P a ，大齒輪的接觸疲勞極限li m 2 550H M P a 。 c計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 小齒輪： 91 1084.12 5 016819 6 06060 hn jLN 22 大齒輪： 8912 1028.631084.1 uNN d查表得到： 2.1min HS， 6.1min FS. e 查得接觸批量壽命 系數(shù) 93.01 NZ 97.02 NZ f計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 MPaSZHHNHP 4 6 52.1 6 0 093.0m i n1l i m11 M P aSZHHNHP 6.4442.1 55097.0m i n2l i m22 g可以選取 25.1AK ， 2.1VK， 2.1K， 1K； 所以 8.112.12.125.1 KKKKK VA H mmNnPT 4.4 8 2 4 71055.91161 I 3.0R j 3iu (2)計(jì)算 a試算小齒輪的分度圓直徑，帶入 許用應(yīng)力 中的較小值 MPaHP 6.4442 得 ： 22131 )5.01(7.4 HPHERRtZZuKTd=89.42mm b計(jì)算圓周速度 v smndv 492.4100060 96036.103100060 11 c齒數(shù)，由公式得大齒輪齒數(shù) 6 25 22 dicz mmidd 26.2 6 836.1 0 3312 ， c=18 所以 6 25 22 dicz =70.94 23 取 712 z，則 67.23371321 zz， 取 241 z。則齒數(shù)比 96.2247112 zzu， 與設(shè)計(jì)要求傳動(dòng)比的誤差為 1.33%，可用。 d模數(shù) 大端模數(shù) mmzdm t 73.32442.8911 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=4mm。 e大端分度圓直徑 mmmzd 9624411 mmmzd 28471422 小齒輪大端分度圓直徑大于強(qiáng)度計(jì)算要求的 89.43mm。 f節(jié)錐頂距 不能圓整）(969.14996.2122441222121 mmzzmzR j節(jié)圓錐角（未變位時(shí)，與分度圓錐角相等） 96.2 111 ar ctguar ctg18.664968 =18 39 54 12 90 71.335032 =71 20 6 h大端齒頂圓直徑 小齒輪 mmmdda 61.1 0 1c o s2 111 大齒輪 mmmdda 89.2 8 5c o s2 222 i齒寬 mmRb R 99.44969.1493.0 取 mmbb 4521 j進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算 udKTZZRRHEH 3121)5.01(7.4402.37MPa444.6MPa 所以強(qiáng)度符合。 (3)按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)公式： 24 2212131)5.01(7.4uzYYKTmFPRRsaFa 1)確定公 式內(nèi)的各計(jì)算值 a 查得小齒輪的 彎曲疲勞強(qiáng) 度極限1 500FE M P a ，大齒輪的彎曲 疲勞強(qiáng)度2 380FE M P a 。 b查得彎曲疲勞壽命系數(shù) 9.0,86.0 21 NN YY c計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞系數(shù) S=1.6 則 M P aSY FENFp 75.2686.1 50086.0111 M P aSY FENFp 75.2136.1 3809.0222 d查取齒形系數(shù) 65.21 FaY， 23.22 FaY e應(yīng)力校正系數(shù) 58.11 saY， 76.12 saY f計(jì)算大小齒輪的FPsaFaYY，并加以比較： 0 1 5 5 8.075.2 6 858.165.2111 FPsaFa YY 0 1 8 3 6.05.4 2 776.123.2222 FPsaFa YY 大齒輪大所以取 0.01836 2)帶入以上數(shù)據(jù)可以求得 2212131)5.01(7.4uzYYKTmFPRRsaFa =2.65 3)進(jìn)行強(qiáng)度校核計(jì)算帶入公式 saFaRRF YYumzKT1)5.01(4232121206.74MPa213.75MPa 所以符合。 25 (4） 數(shù)據(jù)整理 名稱 符號(hào) 公式 直齒圓錐 小齒輪 直齒圓錐大 齒輪 齒數(shù) z z 24 71 模數(shù) m m 4 傳動(dòng)比 i i 2.96 分度圓錐度 iarctg 11 ，12 -90 。 543918 62071 分度圓直徑 d mzd 96 284 齒頂高 ah mhh aa * 4 4 齒根高 fh mchh af )( * 4.8 4.8 齒全高 h fa hhh 8.8 8.8 齒頂圓直徑 ad 1*11 co s2 mhdd aa ，2*22 co s2 mhdd aa 101.61(大端 ) 285.89（大端） 齒根圓直徑 fd 1*11 c o s2 mhdd ff ，2*22 c o s2 mhdd ff 90.39 283.11 齒距 p mp 12.56 12.56 齒厚 s 2ms 6.28 6.28 齒槽寬 e 2me 6.28 6.28 頂隙 c mcc * 0.8 0.8 錐距 R 222121 ddR 149.89 149.89 齒頂角 a 21 fa ，12 fa 42491 42491 齒根角 f Rharct g fff 21 42491 42491 26 齒頂圓錐角 a 111 aa ，222 aa 362920 48973 齒根圓錐角 f 111 ff ，222 ff 125016 243069 當(dāng)量齒數(shù) vz coszzv 25.33 221.88 齒寬 b Rb R 45 45 5.6.3 減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 名稱 符號(hào) 減速器型式及尺寸關(guān)系 /mm 箱座壁厚 8 箱蓋壁厚 1 8 箱蓋凸緣厚度 1b 12 箱座凸緣厚度 b 12 箱座底凸緣厚度 2b 20 地腳螺釘直徑 fd 12 地腳螺釘數(shù)目 n 4 軸承旁聯(lián)接螺栓直徑 1d 9 機(jī)蓋與座聯(lián)接螺栓直徑 2d 7 聯(lián)接螺栓 2d 的間距 l 180 27 軸承端蓋螺栓直徑 3d 5 視孔蓋螺釘直徑 4d 4 定位銷直徑 d 5 fd、1d、2d到外箱壁距離 1C 18、 16、 13 fd、 2d 至凸緣邊緣距離 2C 16、 14、 11 軸承旁凸臺(tái)半徑 1R 凸臺(tái)高度 h 外箱壁至軸承座端面距離 1l 30 大齒輪頂圓與內(nèi)箱壁距離 1 12 齒輪端面與內(nèi)箱壁距離 2 10 箱蓋、箱座肋厚 1m、 m 101 m ； 10m 軸承端蓋外徑 2D 軸承端蓋凸緣厚度 t 9 軸承旁聯(lián)接螺栓距離 S 5.6.4 軸的計(jì)算 (1)減速器高速軸 I 的設(shè)計(jì) 1)選擇軸的材料 初選軸的材料為 45 剛，調(diào)質(zhì)處理，其機(jī)械性能查表可得： M P aM P aM P aM P a bb 1 5 5,2 7 5,6 4 0,60 111 。 28 2)軸的尺寸計(jì)算 a求輸出軸上的功率 P，轉(zhuǎn)速 n和轉(zhuǎn)矩 T 由前面的計(jì)算可得 kwPI 85.4 min960 rnI mNTI 26.48 b初步確定軸的最小直徑 查得 110C mmnpCd 87.18960 85.41103113m i n c軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度，如下圖： d選擇聯(lián)軸器：根據(jù)條件選取 3.1AK 確定聯(lián)軸器轉(zhuǎn)矩 mNTKTIAca 7 3 8.6226.483.1 結(jié)合電動(dòng)機(jī)型號(hào)，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器，型號(hào) LT6 聯(lián)軸器6035603811 JJ 即該端選用的半軸連接器的孔徑 mmd 351 ，故取軸徑 mmd 351 ，半聯(lián)軸器轂空的長(zhǎng)度 mmL 60 29 故取 mml 601 e初步選擇滾動(dòng)軸承 軸承同時(shí)承載徑向力和軸向力，但軸向力較小，故選用單列深溝球軸承。 參照工作要求 ，并根據(jù)尺寸，選取 0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列深溝球軸承 6208，其尺寸為 mmmmmmBDd 188040 。從而可以知道： mmd 403 ， mml 173 。 f由經(jīng)驗(yàn)公式算肩高度： mmh )8.48.3()21(4007.0 故取 h=4mm，從而確定 mmd 484 由書上公式要求得： mmldl 835.23341 ， 取 mml 8741 g根據(jù)軸承安裝 方便的要求，取，52,dd均比3d小 1mm， 則： mmdd 3952 根據(jù)安裝軸承旁螺栓的要求取 mml 502 。 根據(jù)齒輪與內(nèi)壁的距離要求，取 mml 1642 所以 mmlll 71168742414 h根據(jù)齒輪孔的軸徑和長(zhǎng)度，確定 mmlmmd 54,3366 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 i軸上零件的周 向定位 齒輪、聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按手冊(cè)查得，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接處的平鍵截面 mmmmhb 810 ，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 50mm （標(biāo)準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見/ 1 0 9 6 1 0 7 9G B T ）。 為了保證聯(lián)軸器與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇聯(lián)軸器輪轂與軸配合為 H7/k6。齒輪與軸的聯(lián)接處的平鍵截面 mmmmhb 810 ( 20031096/ TGB )，鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為 26mm 準(zhǔn)鍵長(zhǎng)見 20031096/ TGB ）。為了保證齒輪與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇齒輪輪轂與軸配合為 H7/n6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過渡配合來保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為 m6。 j確定軸上的圓角和倒角尺寸 取軸端倒角為 2 45，各軸肩處的圓角半徑見下圖： 30 3)求軸上的載荷及其校核 根據(jù)軸的 結(jié)構(gòu)圖，做出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖： （齒輪取齒寬中點(diǎn)處的分度圓直徑作為力的作用點(diǎn)，軸承在寬度中點(diǎn)為作用點(diǎn)）。 軸承 1和軸承 2 之間的距離為 88mm，軸承 2和錐齒輪間的距離為 51.5mm a計(jì)算作用在齒輪上的力 圓錐小齒輪 mmdRbd m 71.869689.1 4 9 295.015.01 11 Nd TFmIt 13.1 1 1 171.86 1 0 0 026.48221 NFF tr 15.3 8 466.18co s20t an13.1 1 1 1co st an 11 NFF ta 39.1 2 966.18s i n20t an13.1 1 1 1s i nt an 11 圓錐大齒輪 NFF ar 39.12912 NFF ra 15.38412 31 b求作用在軸上的支反力 NF N 26.6501 ， NF N 39.16712 NF H 24.1501 ， NF H 39.5382 NA 39.1291 ， NA 02 所以 NFFFHN 39.6672 12 11 徑向 所以 NFFFHN 96.17 552 22 22 徑向 c校核軸承壽命： 查手冊(cè)得 6207 型深溝球軸承參數(shù) NCNCrr 1 8 0 0 0,2 9 5 0 0 0 查表 8.6 得 0.1pf （ 1） 計(jì)算軸承所承受的軸向載荷 因?yàn)檩S承 1 固定，軸承 2游離，結(jié)合受力分析 圖可知，軸承 1 被“壓緊”，軸承 2 被“放松”。由此可得軸承 2不受軸向力，所以 NFA a 39.12911 ， NA 02 （ 2） 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷 軸承 1： 007.01800039.12901 CA，由表 8.5，用線性插值法可求得： 175.01 e 111 1 94.039.6 67 39.1 29 eF A 徑向 由 1e 查表 8.5，并用線性插值法求得： 36.2,56.0 11 yx ，由此可得 NAyFxfP p 1.6 7 939.1 2 936.239.6 6 756.00.111111 徑向 軸承 2： 02 OCA 由表 8.5，用線性插值法可得： 16.02 e 222 0 eFA 徑向 由 2e 差表 8.5，用線性插值法求得 0,1 22 yx ，由此可得 122222 68.1 5 0 5096.1 7 5 510.1 PNAyFxfP p 徑向 32 （ 3）軸承壽命hL計(jì)算 因?yàn)?1 PP， 所以按軸承 2 計(jì)算軸承的壽命 hPCnL h 3 2 0 0 01 3 0 5 7 0.152 9 5 0 096060 1060 103626 hhPCnL h 3200082318.96.1755 2950096060 1060 103626 所選軸承 6208 深溝球軸承合格 (1) 做彎矩圖 根據(jù)上述的圖，求出總的彎矩和做出彎矩圖 mmNM v 12.1 3 2 2 18824.150 mmNM H 88.5 7 2 2 28826.6 5 0 mmNMMM HV 37.5873022 (4)作扭矩圖 扭矩圖如圖 11.2（機(jī)械設(shè)計(jì)課本）所示，為了使扭矩圖符合下述強(qiáng)度計(jì)算公式，圖中已把 T這算成 ,T 的含義見前面，并且取 6.0 (5)作出計(jì)算彎矩圖 根據(jù)以作的總彎矩圖和扭矩圖，求出計(jì)算彎矩圖caM，caM的計(jì)算公式為 22 TMM ca mmNTMM ca 58.6 5 4 8 01 0 0 026.486.037.5 8 7 3 0 22212 33 34 (6)、校核軸的強(qiáng)度 只需校核軸上最大彎矩截面的強(qiáng)度： MPaMPaWM caca 6023.10401.0 58.6 5 4 8 0 131 ，故安全。 35 (2)減速器低速軸 II 的計(jì)算 1)求輸出軸上的功率2P，轉(zhuǎn)速2n和轉(zhuǎn)矩2T 由前面的計(jì)算可得 KWP 56.42 min/73.3052 rn mNT 21.1362 2)初步確定軸的最小直徑 選取軸的材料為 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。取 110C 于是得 mmnPCd 08.2773.305 56.4110 3322m i n 同時(shí)選取聯(lián)軸器型號(hào)，聯(lián)軸器的計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 取 K=1.3， mNTKTAca 073.17721.1363.12 按照計(jì)算轉(zhuǎn)矩caT，選用彈性注銷聯(lián)軸器，型號(hào) GY5 聯(lián)軸器6030603011 JJ，即該端選用的半聯(lián)軸器的孔徑 mmd 301 ，故取軸徑 mmd 301 ，半聯(lián)軸器轂孔的長(zhǎng)度 L=60mm。 3)軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) a根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度，如下圖： b由聯(lián)軸器尺寸確定 由聯(lián)軸器的轂孔長(zhǎng)度 L 和直徑 d及相關(guān)要求，可確定 36 mmlmmd 58,30 11 b初步選擇滾動(dòng)軸承。 軸承同時(shí)承載徑向力 和軸向力，但軸向力較小，故選用單列深溝球軸承。參照工作要求，并根據(jù)尺寸，選取 0 基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列深溝球軸承 6007，其尺寸為mmmmmmBDd 146235 。 套筒的長(zhǎng)取 8mm，為了利于固定，一般取3l比（ b+8）小 1mm（如圖 3 所示），故可確定mmlmmd 21,35 33 。 d由經(jīng)驗(yàn)公式算軸肩高度： mmh 44 取軸肩高為 3mm ， 確定 mmd 434 取 mml 484 e由經(jīng)驗(yàn)公式取 mmh 55 ，則 mmd 535 取 mml 1105 。 f 取 mmdmmdd 34,1232 則小比 取 mml 502 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度 3） 軸上的零件的周向定位 齒輪、聯(lián)軸器與軸的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按手冊(cè)查得，半聯(lián)軸器與軸的聯(lián)接處的平鍵截面 mmmmhb 7