【正文】 s for further improvement. Key words: grass harvester, cutting device, design, analysis Type of thesis: Applied Research 3 第一章 緒論 課題來源 2020年福建省政府決定開展菌草產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點工作 ,下發(fā)了閩政辦 [2020]82號文件 ,扶持菌草業(yè)積極穩(wěn)妥發(fā)展 ,使菌草業(yè)發(fā)展能跨入一個新階段。在福建、江西等省生長半年，莖粗可達(dá) 厘米，節(jié)間長 9～ 15厘米。 (2)在已設(shè)計合理的切割機的基礎(chǔ)上，建立切割機切割巨菌草的系統(tǒng)仿真模型。 2． 2 切割機系統(tǒng)運動方案選擇 現(xiàn)代機器一般都是由動力機，傳動系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)三部分組成。當(dāng)同時可用多種類型的動力機進(jìn)行驅(qū)動時，我們就可以從經(jīng)濟(jì)性方面來比較出更經(jīng)濟(jì)實惠適合我們的動力機，包括能源的供應(yīng)和消耗、動力機的制造、運行和維修成本的對比等。要求電動機的額定功率應(yīng)該等于或者稍大于工作要求的功率。但行程不大；運動副為高副，不適宜重載 齒輪機構(gòu) 由主動件的轉(zhuǎn)動變?yōu)閺膭蛹霓D(zhuǎn)動或移動；功率和速度范圍大；傳動比準(zhǔn)確可靠 撓性件機構(gòu) 包括帶、鏈、繩傳動；一般主動件的轉(zhuǎn)動變?yōu)閺膭蛹霓D(zhuǎn)動；可實現(xiàn)大距離傳動；帶傳動傳動平穩(wěn)，噪聲小，有過載保護(hù)；鏈傳動瞬時傳動比不準(zhǔn)確 考慮到切割機是在室外作業(yè)，且需要的轉(zhuǎn)速和功率偏大，所以我們采用齒輪機構(gòu)作為菌草切割機的執(zhí)行機構(gòu)。圖如下： 9 圖 23 刀盤 切割裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計方案的確定 刀軸的設(shè)計 圖 24 刀軸 切割機的刀軸是受彎矩和扭矩聯(lián)合作用的構(gòu)件，如圖所示的刀軸左端為聯(lián)軸器，有段安裝刀盤，可以看出危險截面在刀軸的中間部位。由《機械設(shè)計》表 101 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)），硬度為 280 HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)）硬度為 240 HBS，二者材料硬度差為40 HBS。由 《機械設(shè)計》 圖 1025d 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強度極限σ Hlim1=600MPa； 大齒輪的接觸疲勞強度極限σHlim2=550MPa。 176。 ①圓周速度 v d1=m1z1= 24= (320) dm1=d1( R)= （ ） = (321) 15 v m=100060 1m1? nd?=100 060 300 ? ???m/s = m/s (322) ②計算齒寬 b b =φR (329) 3）計算齒輪寬度 16 b =φR d1 M=mt 2/1)20/80(????? = mm (330) 取 b1=b2=47mm。 減速器低速軸與工作機軸連接用的聯(lián)軸器，由于軸的轉(zhuǎn)速較低，不必要求具有較小的轉(zhuǎn)動慣量，但傳遞轉(zhuǎn)矩較大，又因為減速與工作機常不 在同一底座上，要求有較大的軸線偏移補償，因此，常需選用無彈性元件的聯(lián)軸器。滾動軸承與軸的周向定位 是以過度配合來保證的，此處的軸的直徑尺寸公差為 m6?，F(xiàn)將計算出的危險截面處的 MH、 MV 及M的值列于下表。 因此σ ca〔σ 1〕 ,故安全。 第四章 基于 ANSYS 有限元分析 有限元分析（ FEA， Finite Element Analysis）里有數(shù)學(xué)近似的方法對真實物理系（幾何和載荷工況）進(jìn)行模擬。映射網(wǎng)格和自由網(wǎng)格在同樣網(wǎng)格尺寸，數(shù)量上少很多，花費的時間也相對較短。 在今后的研究中要對切割裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù) (刀片數(shù)量、刀片刃角、刀片切割角等 )和運動參數(shù) (機車的前進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速等 )以及地面不平度，地域不同和切割振動等因素共同考慮的情況下進(jìn)行綜合研究，研制出適合我國地域特點的成熟的巨菌草切割機。 感謝有你們一起相伴的美好時光，這份友誼我將永遠(yuǎn)珍藏！ 感謝我的父母和親人，是你們的關(guān)心和支持，使我一路順利的完成了學(xué)業(yè)，在此向我的父母和親人致以衷心的感謝！ 最后，特別感謝百忙之中評閱此文的各位專家 、 教授，對本文提出了寶貴的建議和幫助 。 導(dǎo)師知識淵博 、 治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和寬以待人的態(tài)度使我受益匪淺，從導(dǎo)師身上不僅學(xué)會了如何做學(xué)問 、做研究，還學(xué)會了如何做人 。切割機位移云圖如圖所示： 26 27 本章小結(jié) 本章節(jié)主要是利用有限元軟件建立切割機的仿真模型，進(jìn)一步驗證我們所涉及的切割機的可行性。 有限元分析可分成三個階段，前置處理，計算求解和后置處理。 潤滑與密封 因運動副間存在摩擦，摩擦是一種不可逆的過程，其結(jié)果必會存在能量的的損耗和摩擦表面物質(zhì)的喪失和遷移，為了更好的控制摩擦、磨損，減少能量的損失，降低 材料的消耗，這里采用潤滑，下面是各運動副的潤滑方式 滾動軸承的潤滑 高速軸上的滾動軸承由于轉(zhuǎn)速相對來說比較高，因此選用油潤滑中的飛濺潤滑較合適，查《機 械設(shè)計課程設(shè)計手冊》中表 7— 1，選用全損耗系統(tǒng)用油代號為 LAN15 的潤滑油，適用于小型機 床齒輪箱、傳動裝置軸承，中小型電機，風(fēng)動工具等。mm 總彎矩 M1= M2= 22 0 3 7 4 3 7 8 ? =26493 N在確定軸承的支點位置時，應(yīng)從 手冊中查取 a 值（參看《機械設(shè)計》圖 1523）。 ② 初步選擇滾動軸承。 若取傳動效 率η =，則功率 PIII=Pη 2=3 = Kw (335) TIII=9550PIIInIII =9550 = N 幾何尺寸計算 1）計算分度圓直徑 d1= z1m=202=40 mm (326) d2= z2m=802=160 mm (327) 2）計算分錐角 δ 1=arctan(1/u)=arctan(20/80)=176。 )=。 ①圓 周速度 v dm1=d1t( R)= （ ） = (38) v m= 100060 11? ndt? = 100060 ? ??? m/s = m/s (39) ②當(dāng)量齒輪的齒寬系數(shù)Φ d 計算齒寬 b b =φR T1 = 616 ????? np= 103N m,W 為 109m3,Wt為 109m3，則得出σ =，τ =。 圓盤式切割裝置，該型式的切割器具有結(jié)構(gòu)簡單、運動平穩(wěn)、工作可靠、切割速度高、切割能力強、可與 地面成角度入土切割。低轉(zhuǎn)速電動機則相反。 7 由于直流電動機需要的是直流電源，直流電源的要求高，相比較而言，田間工作的切割機，使用交流電會比較方便，而且直流電動機結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格也會較高。 （ 2）分析動力機本身的機械特性。通過走訪向農(nóng)業(yè)生產(chǎn)人員了解相關(guān)情況做最符合生產(chǎn) 應(yīng)用的設(shè)計。 巨菌草系多年生禾本科直立叢生型 的 植物 ,具有較強的分蘗能力。原產(chǎn)地 是 在北非，由福建省農(nóng)林大學(xué)菌草研究所所長林占熺研究員引進(jìn) ，進(jìn)行了 改良培育， 并且 在中國大面積獲得成功。 但是目前國內(nèi)現(xiàn)有的菌草切割裝置不多，為了市場需求，本文主要從深入了解巨菌草為依據(jù)設(shè)計出合理的菌草切割機。主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下： 首先，分析了菌草收割機和切割裝置的工作原理，對其結(jié)構(gòu)設(shè)計方法進(jìn)行了深入的研究，在對菌草收割機整機和切割裝置結(jié)構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，找出了切割裝置設(shè)計過程中影響切割性能的主要因素，確定了 切割裝置合理的設(shè)計方案，對切割裝置的關(guān)鍵零部件進(jìn)行了設(shè)計。這是一種適宜在熱帶、亞熱帶、溫帶生長 且適合 人工栽培的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)菌草。 近年來研究表明在不同生態(tài)環(huán)境下種植示范，其產(chǎn)量、干物質(zhì)、粗蛋白、粗脂肪等主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)都保持了較高的水平，是一種高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的刈割型牧草。搜集國內(nèi)外相關(guān)類似的切割機的設(shè)計經(jīng)參考比較做出最符合我們所需要的切割機。包括動力機的功率、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速等特性和動力機所能適應(yīng)的工作環(huán)境。因此我們采用交流電動機，因為切割工作一般在室外田地間，所以采用三相異步電動機。 查《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》表 121 得到 Y100L12的同步轉(zhuǎn)速為 3000r/min。 研究表明，圓盤式切割裝置更適合切割類似菌草這種莖稈類植物，而且等滑切角刃線刀片的切割質(zhì)量較同類圓盤切割刀片有明顯優(yōu)勢。 2． 5 本章小結(jié) 本章主要介紹切割機系 統(tǒng)的總體設(shè)計和一些結(jié)構(gòu)器件的選擇。mm （ 32） ③由《機械設(shè)計》表 107選取齒 寬系數(shù)φ R=。d 1t21u2 ?=2142 ?= mm (310) 13 Φ d=b/dm1= (2)計算載荷系數(shù) KH ①由《機械設(shè)計》表 102查得使用系數(shù) KA=1； ②根據(jù) vm= m/s， 7 級精度，由《機械設(shè)計》圖 108查得動載荷系數(shù) Kv=； ③ 直齒錐齒輪輪精度較低，取齒間載荷分配系數(shù) ?HaK 1； ④由《機械設(shè)計》表 104用插值法查得 7 級精度、小齒輪懸臂時，得齒向載荷分布系數(shù) KHβ =。 由《機械設(shè)計》圖 1017 查取齒形系數(shù)得 YFa1=； YFa2=。 (328) δ 2=90176。 m (336) 2）初步估算軸的最小軸徑 mind = 3110 npA （ 337） 確定公式內(nèi)的各種計算數(shù)值 選軸的材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，由《機械設(shè)計》表 15— 3，取 A0=112 由前面的計 17 算得 PIII= kW， nIII=758 r/min 3）計算最小軸徑 mind =3 n112IIIIIIP? = 3 ? = (338) 最小直徑軸安裝聯(lián)軸器處軸。軸承同時受有徑向力和軸向力