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學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目
茶樹(shù)修剪機(jī)的設(shè)計(jì)
作 者
院 (系)
專 業(yè)
指導(dǎo)教師
答辯日期
年 5 月 27 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠(chéng)信責(zé)任書(shū)
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文），是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中凡引用他人已經(jīng)發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據(jù)、觀點(diǎn)等，均已明確注明出處。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。
本人畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）與資料若有不實(shí)，愿意承擔(dān)一切相關(guān)的法律責(zé)任。
論文作者簽名:
年 月 日
摘 要
茶樹(shù)修剪機(jī)是基于生產(chǎn)過(guò)程中茶樹(shù)修剪的實(shí)際需要而設(shè)計(jì)的高效茶樹(shù)修剪設(shè)備，主要用于茶樹(shù)的深修剪和重修剪。
本次設(shè)計(jì)的是手推式茶樹(shù)修剪機(jī)，避免了背負(fù)式和手提式的負(fù)荷作業(yè)。整個(gè)設(shè)計(jì)經(jīng)歷了茶樹(shù)修剪機(jī)總體、傳動(dòng)系統(tǒng)和機(jī)架等的設(shè)計(jì)過(guò)程。首先進(jìn)行茶樹(shù)修剪機(jī)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，包括設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)構(gòu)思和擬定傳動(dòng)方案；其次進(jìn)入到零部件的選型和設(shè)計(jì)，依次包括汽油機(jī)的型號(hào)選擇、普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、刀片的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)校核以及機(jī)架的設(shè)計(jì)。其中，設(shè)計(jì)的弧形刀刃能鎖緊茶樹(shù)枝干，增加了切口的平整度，將對(duì)茶樹(shù)的傷害降到最低；最后階段進(jìn)行了零件圖和裝配圖的繪制工作。
本次設(shè)計(jì)的茶樹(shù)修剪機(jī)可以實(shí)現(xiàn)茶樹(shù)的機(jī)械化修剪，能降低勞動(dòng)強(qiáng)度，有效的提高了生產(chǎn)效率，保證鮮葉品質(zhì)，符合清潔化規(guī)模生產(chǎn)的要求，降低了生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞：茶樹(shù)修剪機(jī)；傳動(dòng)系統(tǒng)；弧形刀片
The Design of the Tea Tree Trimmers
ABSTRACT
Tea tree pruning machine is designed based on the actual needs of the tea tree pruning in the production process and high tea tree trimming equipment, mainly for deep pruning and heavy pruning of tea.
The design of the push tea trimmers can avoid the knapsack and hand-held load operation. The design experience of the tea tree trimmers consist of the transmission system and rack design process in general. Firstly，it needs to conduct overall structural design of the tea tree trimmers, including the design steps, design ideas and the development of the transmission scheme; Secondly，it is going on the selection and design of components, followed by gasoline model to select the ordinary V-belt drive system design, blade design axis of the design check and design of the rack. Among them, the curved blade can lock tea tree branches to increase the flatness of the incision, the design will decrease tea tree damage to a minimum; In the final stage, it has to go on the drawing of the parts and assembly drawings.
The designed tea tree trimmers can be mechanized pruning of tea , can also reduce labor intensity, improve production efficiency, at the same time, it can ensure the quality of fresh leaves, in line with the requirements of the clean-scale production and even reduce production costs.
Key words：Tea tree trimmers; Transmission system ; Curved blade
目 錄
摘 要 I
ABSTRACT II
1 緒論 1
1.1設(shè)計(jì)目的及意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀 2
1.3 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo) 3
2 設(shè)計(jì)構(gòu)思 5
2.1 設(shè)計(jì)步驟 5
2.2 機(jī)器的結(jié)構(gòu)構(gòu)思 5
2.3 擬定傳動(dòng)方案 6
3 零部件的選型和設(shè)計(jì) 7
3.1汽油機(jī)型號(hào)的選擇 7
3.1.1 汽油機(jī)的功率計(jì)算 7
3.1.2 選取的汽油機(jī)型號(hào) 8
3.2 普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8
3.2.1 帶Ⅰ的設(shè)計(jì) 9
3.2.2 帶Ⅱ的設(shè)計(jì) 12
3.2.3 帶輪Ⅰ的設(shè)計(jì) 13
3.2.4 帶輪Ⅱ的設(shè)計(jì) 14
3.2.5 帶輪Ⅲ和Ⅳ的設(shè)計(jì) 15
3.3 刀片的設(shè)計(jì) 15
3.3.1 刀片材料的選擇 16
3.3.2 刀片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
3.3.3 刀片加工路線的制定 17
3.4 軸的設(shè)計(jì)和校核 18
3.4.1 軸Ⅰ的設(shè)計(jì) 18
3.4.2 軸Ⅱ的設(shè)計(jì) 22
3.4.3 軸Ⅲ的設(shè)計(jì) 25
3.5 機(jī)架的設(shè)計(jì) 28
3.5.1機(jī)框的設(shè)計(jì) 28
3.5.2 機(jī)頭的設(shè)計(jì) 29
3.5.3 機(jī)架的結(jié)構(gòu)圖 30
3.5.4 機(jī)架高度的調(diào)節(jié) 31
結(jié) 論 33
參考文獻(xiàn) 35
致 謝 37
附 錄 39
附錄A 帶Ⅱ的設(shè)計(jì)過(guò)程 39
附錄B 軸Ⅱ的設(shè)計(jì)過(guò)程 43
1 緒論
1.1設(shè)計(jì)目的及意義
茶葉是我國(guó)傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)作物。據(jù)2010年《茶葉藍(lán)皮書(shū)》指出：2009年中國(guó)茶園種植面積達(dá)186萬(wàn)hm2，產(chǎn)茶量135萬(wàn)噸，居世界第一；茶葉出口30.3萬(wàn)噸，創(chuàng)匯7.05億美元，總量和金額連續(xù)6年創(chuàng)歷史新高。中國(guó)茶葉經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了快速發(fā)展階段，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大[1]。但在目前情況下，大多數(shù)的茶農(nóng)對(duì)茶樹(shù)的深修剪或重修剪一般都采用的是人工用大剪刀進(jìn)行修剪，這樣不僅勞動(dòng)強(qiáng)度大而且生產(chǎn)效率非常低。所以茶農(nóng)迫切需要茶樹(shù)修剪機(jī)來(lái)對(duì)茶樹(shù)進(jìn)行深修剪和重修剪。
本次設(shè)計(jì)就是想研發(fā)出一種手推式茶樹(shù)修剪機(jī)，避免了手提式或背負(fù)式的負(fù)荷作業(yè)，能有效的提高生產(chǎn)效率，保證鮮葉品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)高要求的清潔化規(guī)模生產(chǎn)，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，降低生產(chǎn)成本。同時(shí)，設(shè)計(jì)的弧形刀刃能鎖緊茶樹(shù)枝干，增加了切口的平整度，將對(duì)茶樹(shù)的傷害降到最低。
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
1.2.1 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀
我國(guó)采茶機(jī)械研究開(kāi)發(fā)工作始于1958年，至今已走過(guò)50多年漫長(zhǎng)曲折的歷程。1965年以前，主要是根據(jù)我國(guó)茶園特點(diǎn)對(duì)采茶機(jī)的采摘原理而動(dòng)力類型進(jìn)行反復(fù)的研究和選擇。此后，采茶機(jī)的研制工作在我國(guó)各產(chǎn)茶省普遍展開(kāi)。到70年代后期，先后提出過(guò)十多種單人采茶機(jī)型，并組織過(guò)幾次全國(guó)性的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，但最終因這些機(jī)具動(dòng)力、軟軸不過(guò)關(guān)和機(jī)器本身制造質(zhì)量水平不高，未能在生產(chǎn)中大量應(yīng)用。到70年代末期，受日本機(jī)械化茶樹(shù)修剪的影響，我國(guó)開(kāi)始了茶樹(shù)修剪機(jī)的研制。這一時(shí)期開(kāi)發(fā)的數(shù)種平形、弧形往復(fù)切割式以及各種輕、深、重茶樹(shù)修剪機(jī)，因機(jī)具的動(dòng)力需向日本引進(jìn)，而且還受制造廠企業(yè)規(guī)模的限制，部分零部件的質(zhì)量欠穩(wěn)定，因此推廣應(yīng)用進(jìn)展較慢。80年代末期，我國(guó)開(kāi)始與國(guó)外合資生產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)，在杭州和長(zhǎng)沙先后組建了浙江川崎茶葉機(jī)械有限公司和長(zhǎng)沙落后茶葉園林機(jī)械有限公司。這兩家合資企業(yè)均從日本進(jìn)口零部件進(jìn)行裝配成臺(tái)，為了抓住這一契機(jī)，農(nóng)業(yè)部等部門(mén)自80年代末期開(kāi)始，一方面組織各主要采茶省的有關(guān)機(jī)械廠家對(duì)茶樹(shù)修剪機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行引進(jìn)、吸收，加速國(guó)產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)的發(fā)展速度，另一方面大力抓推廣應(yīng)用工作，從而使我國(guó)的茶樹(shù)修剪機(jī)機(jī)械化事業(yè)步入了新的發(fā)展階段。
為了滿足國(guó)內(nèi)茶區(qū)對(duì)茶樹(shù)修剪機(jī)的需求，我國(guó)有關(guān)部門(mén)十分重視和支持國(guó)內(nèi)有關(guān)廠家采取多種形式生產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)。例如完全國(guó)產(chǎn)、主件進(jìn)口配件國(guó)產(chǎn)和散件進(jìn)口國(guó)內(nèi)組裝等。浙江川崎茶葉機(jī)械有限公司和長(zhǎng)沙落合茶葉園林機(jī)械有限公司為進(jìn)口日本散件在國(guó)內(nèi)組裝修剪機(jī)的中外合資廠家，而杭州采茶機(jī)械廠、南昌飛機(jī)制造公司、寧波電機(jī)廠、無(wú)錫揚(yáng)名采茶機(jī)廠，福州建新農(nóng)機(jī)廠和泰州林業(yè)機(jī)械廠等，以零部件全部國(guó)產(chǎn)或個(gè)別零件進(jìn)口，大部分零部件式生產(chǎn)茶樹(shù)修剪機(jī)。
我國(guó)茶樹(shù)修剪機(jī)械化事業(yè)之所以長(zhǎng)期徘徊不前，主要原因之一是國(guó)產(chǎn)的修剪機(jī)械質(zhì)量不過(guò)關(guān)，這主要是我國(guó)小型動(dòng)力機(jī)、機(jī)械加工、技術(shù)設(shè)備水平低和原材料質(zhì)量不高等綜合因素造成的。近幾年來(lái)，國(guó)內(nèi)有關(guān)部門(mén)認(rèn)真總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，開(kāi)始重視對(duì)國(guó)外茶樹(shù)修剪機(jī)技術(shù)的消化吸收，從而設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了符合我國(guó)國(guó)情的茶樹(shù)修剪機(jī)械，并形成了自己的特色，加之國(guó)內(nèi)綜合工業(yè)的水平的不斷提高，使我國(guó)國(guó)產(chǎn)的茶樹(shù)修剪機(jī)械現(xiàn)已接近國(guó)外進(jìn)口同類機(jī)械的水平。
1.2.2 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀
國(guó)外對(duì)茶樹(shù)修剪機(jī)的研制工作起步比較早。在茶樹(shù)修剪機(jī)械的研制與開(kāi)發(fā)過(guò)程中，尤以日本、前蘇聯(lián)等一些茶葉種植發(fā)達(dá)國(guó)家研究的較深，開(kāi)發(fā)的重修剪機(jī)型號(hào)也較多。例如，日產(chǎn)的E7B-750型單人修剪機(jī)配日本單缸二沖程1.03kw（1.4馬力）汽油機(jī)，采用平刀片往復(fù)式切割，切割幅寬750mm。具有以下特點(diǎn)：①重量輕，方便單人操作，平形、弧形樹(shù)冠均可使用，適應(yīng)性好；②發(fā)動(dòng)機(jī)性能好，操作簡(jiǎn)便，機(jī)身上設(shè)有停車按鈕及汽油機(jī)調(diào)試控制手柄，刀片動(dòng)、停、快、慢控制十分方便。
早在80年代末期，日本川崎茶機(jī)和落合茶機(jī)公司先后進(jìn)入中國(guó)，在國(guó)內(nèi)引進(jìn)組裝采茶機(jī)和茶樹(shù)修剪機(jī)等，基本上占領(lǐng)了中國(guó)的茶樹(shù)修剪機(jī)市場(chǎng)，取得了良好銷售業(yè)績(jī)[2]。此外，日本的小松和德國(guó)施蒂爾等園林綠化修剪機(jī)也在中國(guó)茶園中得到大量推廣應(yīng)用，還有日本共立、新大華、本田，意大利紅葉、美國(guó)百力通、臺(tái)灣海馬等。
目前，國(guó)外對(duì)茶樹(shù)的輕、中修剪機(jī)械的研制及應(yīng)用均已成熟，并進(jìn)入大面積應(yīng)用推廣期。
1.3 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)
本次設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)如下：
（1）刀具的使用壽命：420h左右
（2）修剪樹(shù)高：50-70cm
（3）修剪幅寬：500cm
（4）工作效率：最高0.24hm2/h；
（5）切口的平整度：平均80%
2 設(shè)計(jì)構(gòu)思
2.1 設(shè)計(jì)步驟
（1） 查閱大量的茶樹(shù)和茶樹(shù)修剪設(shè)備的相關(guān)文獻(xiàn)
（2） 根據(jù)機(jī)器的技術(shù)指標(biāo)、工作場(chǎng)所等進(jìn)行設(shè)計(jì)分析
（3） 初步確定整臺(tái)機(jī)器的結(jié)構(gòu), 擬定傳動(dòng)方案
（4） 具體零部件的選型、設(shè)計(jì)校核
（5） 裝配圖和零件圖的繪制
2.2 機(jī)器的結(jié)構(gòu)構(gòu)思
目前，茶樹(shù)修剪機(jī)都是在戶外工作，動(dòng)力不宜選取電動(dòng)機(jī)，一般首選小型的汽油機(jī)。在能達(dá)到動(dòng)力輸出要求的前提下，為了降低生產(chǎn)成本，傳動(dòng)方式首選普通V帶傳動(dòng)。為了達(dá)到設(shè)計(jì)幅寬的要求，在機(jī)架的前排并列的安置了三個(gè)刀片及帶輪結(jié)構(gòu)，在軸的兩端安裝軸承可以實(shí)現(xiàn)軸的固定?？紤]到要降低勞動(dòng)強(qiáng)度，可以采用手推式作業(yè)，將設(shè)計(jì)的各個(gè)構(gòu)件裝置在機(jī)架上。并且，在機(jī)架的前端可以裝上機(jī)頭，有利于修剪作業(yè)。綜合考慮上述技術(shù)指標(biāo)、機(jī)器的經(jīng)濟(jì)性和所需傳動(dòng)的準(zhǔn)確性，擬定了整臺(tái)機(jī)器的示意圖
1—汽油機(jī) 2—帶輪 3—V帶 4—軸 5—機(jī)頭 6—刀片 7—定位銷 8—機(jī)架把手
圖2-1 機(jī)器的示意圖
注：在圖中刀片（6）的位置處，垂直紙面并列的安置了三個(gè)刀片及帶輪結(jié)構(gòu)。
2.3 擬定傳動(dòng)方案
根據(jù)上述的結(jié)構(gòu)構(gòu)思，擬定了兩種傳動(dòng)方案。
以下圖中的三個(gè)刀片結(jié)構(gòu)是垂直于紙面并列安置在機(jī)架上的，以求達(dá)到設(shè)定的修剪幅寬。
方案一：
圖 2-2 第一種傳動(dòng)方案
方案二：
圖2-3 第二種傳動(dòng)方案
方案一中的動(dòng)力直接通過(guò)V帶，從汽油機(jī)輸送到帶輪上，方案二的動(dòng)力則是通過(guò)聯(lián)軸器和減速器傳輸?shù)綆л喩系?，提高了機(jī)器的生產(chǎn)成本，同時(shí)也增大了機(jī)器的結(jié)構(gòu)尺寸。因此，從機(jī)器整體結(jié)構(gòu)的緊湊性、經(jīng)濟(jì)性和傳動(dòng)所需要的準(zhǔn)確性方面考慮，決定采用第一種傳動(dòng)方案。
3 零部件的選型和設(shè)計(jì)
基于上述設(shè)計(jì)構(gòu)思確定的傳動(dòng)方案，接下來(lái)就可以進(jìn)行具體零部件的設(shè)計(jì)。本章的主要內(nèi)容包括汽油機(jī)型號(hào)的選取、普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、刀片的設(shè)計(jì)、軸的設(shè)計(jì)校核和機(jī)架的設(shè)計(jì)。其中，V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括帶的設(shè)計(jì)和帶輪的設(shè)計(jì)兩部分內(nèi)容。
3.1汽油機(jī)型號(hào)的選擇
查閱茶樹(shù)修剪的相關(guān)資料，確定刀片的切削力、轉(zhuǎn)速和切削半徑，基于上述參數(shù)可以計(jì)算出刀片的功率，進(jìn)而可以選定汽油機(jī)的型號(hào)。確定有關(guān)參數(shù)如下：
（1）刀片的切削力F=100N；
（2）刀片切削的最大半徑R=50mm；
（3）刀片轉(zhuǎn)速n=1500r/min；
（4）每級(jí)普通平帶的傳動(dòng)效率1=0.94；
(5) 汽油機(jī)的效率；
圖3-1 刀片示意圖
3.1.1 汽油機(jī)的功率計(jì)算
3.1.2 選取的汽油機(jī)型號(hào)
查閱文獻(xiàn)[7]，選擇由上海三菱重工業(yè)（上海）有限公司生產(chǎn)的型號(hào)為GM182LN的汽油機(jī)，啟動(dòng)方式為反沖起動(dòng)器或電起動(dòng)器，額定功率P=3.3kw，額定轉(zhuǎn)速n1=1800r/min,扭矩T=23.1N.m,外形尺寸為317.5×354.5×353mm，凈重15.8kg。
3.2 普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
普通V帶傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要內(nèi)容包括：帶Ⅰ、帶Ⅱ的設(shè)計(jì)以及相應(yīng)帶輪的設(shè)計(jì)。各帶及帶輪在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置如圖3-2所示：
圖3-2 帶及帶輪示意圖圖
由于帶Ⅱ和帶Ⅲ的設(shè)計(jì)要求一樣，故只需設(shè)計(jì)帶Ⅱ。
以下公式、查閱的圖表如不特別說(shuō)明，均來(lái)自文獻(xiàn)[8]。
3.2.1 帶Ⅰ的設(shè)計(jì)
（1）確定計(jì)算功率Pca1
表3-1工作情況系數(shù)KA
工 況
KA
空、輕載起動(dòng)
重載起動(dòng)
每天工作小時(shí)數(shù)/h
<10
10~16
>16
<10
10~16
>16
載荷變動(dòng)微小
液體攪拌機(jī)，通風(fēng)機(jī)，和鼓風(fēng)機(jī)（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕型輸送機(jī)
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷變動(dòng)小
帶式輸送機(jī)（不均勻載荷）、通風(fēng)機(jī)（>7.5kW）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)金屬切削床、旋轉(zhuǎn)篩、劇木機(jī)和木工機(jī)械
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷變動(dòng)較大
制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)、橡膠機(jī)械、振動(dòng)篩、紡織機(jī)械、重載運(yùn)送機(jī)
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.4
載荷變動(dòng)很大
破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式。顎式等）、磨碎機(jī)（球磨、棒磨、管磨）
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
由表3-1查得Ka=1.1，由文獻(xiàn)中公式得
（3-1）
（2）選擇普通V帶的型號(hào)
根據(jù)Pca1=3.63kw，n1=1800r/min，查閱文獻(xiàn)中普通V帶選型圖，選用A型普通V帶。
（3）確定帶輪的直徑dd1和dd2
查閱文獻(xiàn)，選取dd1=125mm，并且。
大帶輪的直徑為
根據(jù)普通V帶輪的標(biāo)準(zhǔn)直徑系列表，選取標(biāo)準(zhǔn)值dd2=150mm。
則實(shí)際的傳動(dòng)比
從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為=1500r/min
從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速誤差為：
在±5%的范圍內(nèi)，為允許值。
（4）驗(yàn)算帶速V1
由帶速公式得
（3-2）
=11.8m/s。
在5~30m/s的范圍內(nèi)，故帶Ⅰ的速度大小合適。
（5）定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld1和實(shí)際中心距ai
按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求初定中心距，由初選帶傳動(dòng)的中心距公式得：
0.7（dd1+dd2）
90o,故包角的大小合適。
（7）確定V帶的根數(shù)Z1
根據(jù)dd1=125mm，n1=1800r/min,查文獻(xiàn)中V帶基本額定功率表，用插值法得：P01=2.255kw。
查文獻(xiàn)中表得，帶長(zhǎng)度修正系數(shù)KL1=0.93。
查得包角修正系數(shù)Ka1=0.99。
根據(jù)傳動(dòng)比i=1.2，查V帶額定功率的增量表得，。
由確定帶的根數(shù)公式得：
（3-7）
圓整后得Z1=2。
（8）求初拉力F01及帶輪上的壓力FP1
查得A型普通V帶每米質(zhì)量q=0.10kg/m。
根據(jù)公式得單根V帶I的最小初拉力為
（3-8）
=131.2N
對(duì)于新安裝的V帶Ⅰ，初拉力
帶作用于軸上的壓軸力公式為
（3-9）
=786.9N
（9）設(shè)計(jì)結(jié)果
對(duì)于帶I,選擇2根型號(hào)為A-1250GB/T11544-1997的皮帶，中心距為ai=409mm，帶輪直徑dd1=125mm，dd2=150mm，軸上的壓力FP1=786.9N。
3.2.2 帶Ⅱ的設(shè)計(jì)
（1）帶Ⅱ上的功率為
P1=P2==3.1kw
主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為nI=1500r/min,從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為nII=1500r/min。
（2）確定計(jì)算功率Pca2
表3-2 工作情況系數(shù)KA
工 況
KA
空、輕載起動(dòng)
重載起動(dòng)
每天工作小時(shí)數(shù)/h
<10
10~16
>16
<10
10~16
>16
載荷變動(dòng)微小
液體攪拌機(jī)，通風(fēng)機(jī)，和鼓風(fēng)機(jī)（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕型輸送機(jī)
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷變動(dòng)小
帶式輸送機(jī)（不均勻載荷）、通風(fēng)機(jī)（>7.5kW）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)金屬切削床、旋轉(zhuǎn)篩、劇木機(jī)和木工機(jī)械
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷變動(dòng)較大
制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)、橡膠機(jī)械、振動(dòng)篩、紡織機(jī)械、重載運(yùn)送機(jī)
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.4
載荷變動(dòng)很大
破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式。顎式等）、磨碎機(jī)（球磨、棒磨、管磨）
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
由表3-2得KA=1.1，
帶Ⅱ上的功率為Pca2=KAP1==3.4kw
由于以下計(jì)算過(guò)程與上述相同，故略去。詳細(xì)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)附錄一，這里只給出計(jì)算結(jié)果。
（3）計(jì)算結(jié)果
對(duì)于帶II,選用2根A-1000GB/T11544-1997的皮帶，中心距aI=300mm，帶輪的直徑ddI=125mm，ddII=125mm，軸上的壓力FP2=769.2N。
表3-2 帶明細(xì)表
型號(hào)
根數(shù)Z
中心距a/mm
軸壓力Fp/N
帶I
A-1250GB/T11544-1997
2
409
786.9
帶Ⅱ
A-1000GB/T11544-1997
2
300
769.2
3.2.3 帶輪Ⅰ的設(shè)計(jì)
由設(shè)計(jì)文獻(xiàn)可知，當(dāng)帶輪基準(zhǔn)直徑時(shí)，帶輪采用腹板式。
為了使V帶工作面與帶輪的輪槽工作面緊密貼合，V帶輪輪槽的工作面夾角做成了34o<40o。
查文獻(xiàn)[6]中表5.3-39得，帶輪寬
B=（z-1）e+2f (3-10)
式中：z-輪槽數(shù)；
e-槽間距，mm；
f-槽邊距，mm；
取e=15mm，f=11mm，代入數(shù)據(jù)得2輪槽的帶輪寬度B1=37mm。
參照文獻(xiàn)[8]中圖8-14（b），即可得到V帶輪的結(jié)構(gòu)及尺寸公式，進(jìn)而得到帶輪Ⅰ的結(jié)構(gòu)及尺寸如下圖所示
圖3-3 帶輪Ⅰ的結(jié)構(gòu)圖
其中技術(shù)上要求鑄造帶輪的輪槽工作面不應(yīng)有砂眼、氣孔，其他部分不應(yīng)有縮孔等鑄造缺陷。
3.2.4 帶輪Ⅱ的設(shè)計(jì)
帶輪Ⅱ的設(shè)計(jì)步驟與帶輪Ⅰ的相同，為了便于加工，帶輪Ⅱ的結(jié)構(gòu)、加工方法以及表面粗糙度均與帶輪Ⅰ相同，不同的是帶輪的基準(zhǔn)直徑，結(jié)構(gòu)圖如下
圖3-4 帶輪Ⅱ的結(jié)構(gòu)圖
3.2.5 帶輪Ⅲ和Ⅳ的設(shè)計(jì)
由于帶輪Ⅲ和Ⅳ的基準(zhǔn)直徑相同，安裝處的軸直徑相同（見(jiàn)下文），為了便于加工，取用和帶輪Ⅰ完全相同的帶輪。
3.3 刀片的設(shè)計(jì)
刀片是個(gè)核心部件，現(xiàn)在國(guó)產(chǎn)刀片的壽命一般在300h以上。其設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括材料的選擇、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)以及加工工藝的制定。其在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置可見(jiàn)圖3-5所示：
圖3-5 刀片示意圖
3.3.1 刀片材料的選擇
刀片在高速的環(huán)境下工作，在剪切過(guò)程中，會(huì)受到很大的摩擦力和擠壓力。因此，制造刀片的材料要具有較高的硬度、耐磨性及韌性，基于上述要求，查閱文獻(xiàn)[6]中表2.8-38，選擇牌號(hào)為W18Cr4V的高速工具鋼作為刀片的材料。
W18Cr4V是應(yīng)用最廣的高速工具鋼，其性能有：具有較高的硬度，熱處理后硬度可達(dá)到63-66HRC,抗彎強(qiáng)度可達(dá)到3500MPa，易于磨削加工。優(yōu)點(diǎn)：通用性好，工藝成熟。
3.3.2 刀片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
刀片的結(jié)構(gòu)采用圓形的刀盤(pán)，兩邊裝有兩個(gè)對(duì)稱的刀片，刀片是一次性鑄造而成的，滾刀在高速旋轉(zhuǎn)的同時(shí)與樹(shù)干緊密接觸，將樹(shù)干一層層刨削掉。
由于刀刃有一個(gè)半徑為30mm的弧度，能很好的鎖緊樹(shù)干，順勢(shì)把樹(shù)枝割斷，降低了撕裂度，增加了切口的平整度。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：
. .
圖3-6 刀片結(jié)構(gòu)示意圖
3.3.3 刀片加工路線的制定
高速工具鋼的加工工藝已經(jīng)成熟，完全可以加工出上述結(jié)構(gòu)的刀片。刀具從選材到包裝，經(jīng)過(guò)精細(xì)打磨，需要30多道工序才能完成。
（1） 刀具制造工序流程
剪板（開(kāi)料）→沖坯 →打嘜→沖眼→調(diào)直→迫刀→熱處理→水磨（單面、雙面磨）→打砂（打刀背、打刀面、打刀柄）→拋光（機(jī)拋）→開(kāi)刃口（機(jī)械開(kāi)刃口）→打披鋒→釘?shù)丁⑺堋凇牡丁蛩ド皫АD→表面處理。
（2） 刀具的熱處理工藝
刀具的熱處理工藝：根據(jù)刀具結(jié)構(gòu)的特殊性及使用要求，對(duì)刀具進(jìn)行熱處理時(shí)需先進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，調(diào)質(zhì)硬度28～32HRC。待半精加工完成后，再進(jìn)行表面滲氮處理，滲氮層厚度0.4～0.6mm，硬度600～750HV。熱處理后應(yīng)保證刀具不變形，達(dá)到設(shè)計(jì)精度要求。
3.4 軸的設(shè)計(jì)和校核
本章軸的設(shè)計(jì)主要包括軸I、軸II、軸III和軸IV的設(shè)計(jì)及校核。各軸在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置見(jiàn)圖3-7。
圖3-7 軸示意圖
3.4.1 軸Ⅰ的設(shè)計(jì)
（1）軸Ⅰ的設(shè)計(jì)計(jì)算
P4=P12=3.30.94=3.1kw
1）選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力
由于我們?cè)O(shè)計(jì)的軸對(duì)材料無(wú)特殊要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，由文獻(xiàn)[8]中軸的常用材料及其主要力學(xué)性能表查得抗拉強(qiáng)度極限=640MPa，許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa。
2）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑DI
查得A0=112cm。
由軸的直徑公式可得
(3-11)
=
≈14.3mm
對(duì)于d100mm的軸，最小軸徑處有1個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將軸徑增大5%～7%，為15.0mm～15.3mm。
取DI=20mm。
3）設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制機(jī)構(gòu)草圖
a.確定各軸段的直徑
帶輪的另一端需要軸肩定位，由DI=20mm，軸肩高度h1=（0.07～0.1）DI
=（1.4～2.0）mm。
取h1=3mm,則DII=DI+2h1=26mm。
直徑為DII處的軸段是一軸環(huán)，軸環(huán)的寬度L11.4h1=2.4mm，取L1=26mm。
再由h2=（0.07～0.1）DII=（1.82~2.6）mm。
取h2=2mm，則DIII=DII+2h2=30mm，這段軸是用來(lái)安裝軸承的。
查文獻(xiàn)[6]中表4.2-57，初步選用型號(hào)為6406 GB/T 276-1994的軸承，軸承寬度B=23mm，軸承內(nèi)圈安裝尺寸damin=39mm，軸承內(nèi)圈端面直徑d≈48.6mm軸肩的高度。
取DIV=42mm，
第V段軸也是來(lái)安裝軸承的，故DV=DIII=30mm。
軸承另一端需要軸肩定位，damin16
<10
10~16
>16
載荷變動(dòng)微小
液體攪拌機(jī)，通風(fēng)機(jī)，和鼓風(fēng)機(jī)（≤7.5kW）、離心式水泵和壓縮機(jī)、輕型輸送機(jī)
1.0
1.1
1.2
1.1
1.2
1.3
載荷變動(dòng)小
帶式輸送機(jī)（不均勻載荷）、通風(fēng)機(jī)（>7.5kW）、旋轉(zhuǎn)式水泵和壓縮機(jī)、發(fā)電機(jī)金屬切削床、旋轉(zhuǎn)篩、劇木機(jī)和木工機(jī)械
1.1
1.2
1.3
1.2
1.3
1.4
載荷變動(dòng)較大
制磚機(jī)、斗式提升機(jī)、往復(fù)式水泵和壓縮機(jī)、起重機(jī)、磨粉機(jī)、沖剪機(jī)、橡膠機(jī)械、振動(dòng)篩、紡織機(jī)械、重載運(yùn)送機(jī)
1.2
1.3
1.4
1.4
1.5
1.4
載荷變動(dòng)很大
破碎機(jī)（旋轉(zhuǎn)式。顎式等）、磨碎機(jī)（球磨、棒磨、管磨）
1.3
1.4
1.5
1.5
1.6
1.8
由表A3-2得KA=1.1。
Pca2=KAP1==3.4kw
由于以下計(jì)算過(guò)程與上述相同，故略去。詳細(xì)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)附錄一，這里只給出計(jì)算結(jié)果。
（3）選擇普通V帶的型號(hào)
根據(jù)Pca2=3.4kw，nI=1500r/min,選用A型普通V帶。
（4）確定帶輪基準(zhǔn)直徑ddI、ddII
選取ddI=125mm，且ddI=125mm>75mm。
大帶輪直徑為：=125mm。
選取標(biāo)準(zhǔn)值為125mm，則實(shí)際的傳動(dòng)比為I，從動(dòng)輪的實(shí)際轉(zhuǎn)速分別為：
=1
=1500r/min
從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速誤差率為：
在±5%的范圍內(nèi)，為允許值。
（5）驗(yàn)算帶速V2
由式得
=9.8m/s
在5~30m/s的范圍內(nèi)，故帶Ⅱ的速度大小合適。
（6）確定帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度Ld2和實(shí)際中心距aI
按結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求初定中心距a02
由相應(yīng)計(jì)算公式得
0.07（ddI+ddII）90o,故小帶輪的包角大小合適。
（8）確定V帶的根數(shù)Z2
根據(jù)ddI=125mm，nI=1500r/min,用插值法得：P02=2.255kw。
帶長(zhǎng)度修正系數(shù)KL2=0.89，包角修正系數(shù)Ka2=1。
根據(jù)傳動(dòng)比I=1，查表得額定功率增量為：。
=
=1.7
圓整后得帶II的根數(shù)為：Z2=2。
（9）求初拉力F02及帶輪上的壓力FP2
查得A型普通V帶的每米質(zhì)量為q=0.10kg/m。
單根V帶II的最小初拉力(F0)min2為
=
=128.2N
對(duì)于新安裝的V帶Ⅱ，初拉力(F0)2=1.5(F0)min2=1.5128.2=192.3N。
作用于軸上的軸壓力
FP2=
=
=769.2N
（10）計(jì)算結(jié)果
對(duì)于帶II,選用2根A-1000GB/T11544-1997的皮帶，中心距aI=300mm，帶輪的直徑ddI=125mm，ddII=125mm，軸上的壓力FP2=769.2N。
附錄B 軸Ⅱ的設(shè)計(jì)過(guò)程
軸II在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中的位置見(jiàn)圖B1
圖B1
（1） 軸的計(jì)算
1) 選擇軸的材料，確定許用應(yīng)力
因我們?cè)O(shè)計(jì)的軸對(duì)材料無(wú)特殊的要求，故選用45鋼并經(jīng)調(diào)質(zhì)處理，其抗拉強(qiáng)度極限，許用彎曲應(yīng)力[]=60MPa
2) 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸的最小直徑DI
查表得A0=112cm
≈14.0mm
對(duì)于d100mm的軸，最小軸徑處有1個(gè)鍵槽時(shí)，應(yīng)將軸徑增大5%～7%，為14.7mm～15.0mm
根據(jù)軸的長(zhǎng)度標(biāo)準(zhǔn)GB2822-81，取DI=20mm
3) 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制機(jī)構(gòu)草圖
a.確定各軸段的直徑
帶輪的另一端需要軸肩定位，由DI=20mm，軸肩高度h1=（0.07～0.1）DI
=（1.4～2.0）mm。
取h1=3mm,則DII=DI+2h1=26mm，
直徑為DII處的軸段是一軸環(huán)，軸環(huán)的寬度L21.4h1=4.2mm，取L2=26mm。
再由h2=（0.07～0.1）DII=（1.82～2.6）mm。
取h2=2mm，則DIII=DII+2h2=30mm，這段軸是用來(lái)安裝軸承的。
查表初步選用型號(hào)為6406 GB/T 276-1994的軸承，軸承寬度B=23mm，軸承內(nèi)圈安裝尺寸damin=39mm，軸承內(nèi)圈端面直徑d≈48.6mm軸肩的高度，取DIV=42mm。
第V段軸也是來(lái)安裝軸承的，