微型开沟机的设计(5)

旋耕机负荷最大的部件就是刀轴，刀轴可以用实心或空心材料制造。空心轴可以在小的重量下传递较大的扭矩，较好的抵抗扭矩。管的尺寸应根据最大传递扭矩计算，并以附加扭曲应力验算。

世界各国专家学者在旋耕机功率消耗的理论推导方面已做了不少工作，提出了诸如单元法、能量法、比功法、比阻法等。由于农田土壤的复杂性，至今尚缺乏表达旋耕阻力及能耗与土壤动力特性、耕作机具参数之间明晰的、便于应用的关系式，所以通过以下半经验公式进行计算

P=BHvm(P0?vd?/2) （3）

式中：

B——耕幅，mm； H——耕深，mm；

vm——机组前进速度，km/h； P0——切土比阻，KN/m； vd——刀滚外缘线速度，m/s； δ——未耕土壤密度，mg/m

3

切土比阻P0与土壤质地、耕深等多种因素有关，由实验取得为32.4KN/m,从《农业土壤力学》一书中得知未耕土壤密度δ为2.69 mg/m3。

计算：

P=50×20×1.1×1000×(32.4+6.6×2.65/2) =3.2kw

由公式

T=9550P/n=9550×3.2/256=157Nm

当轴回转时，有三把刀进行工作，两把弯刀和一把直壁刀，由于直壁刀所受的阻力很小，可以忽略不计，则只要考虑两把弯刀同时进行切削土壤的情况，一把弯刀通过焊接在刀盘上的刀座固定，对轴产生扭转变形；另一把弯刀通过焊接在刀盘上的U型钢与之相连，对刀轴同时产生弯矩和扭转变形。

由于每把弯刀的参数基本一致，则每把弯刀产生的弯矩为T/2，即78.5Nm,又因为T=F×L,从此式可以求出弯刀给轴带来的载荷F的大小，由弯刀的最大回转半径为270mm可求出切削阻力：

F=78.5/0.27=291N

21

图A分析了刀盘对轴所产生的力效应，力F2原来的作用点在垂直刀盘所在平面70mm 的平面内，利用力的平移定理将其移到刀盘所在平面内，此力在平移后相当于对轴附加了一个弯矩，其值为

M=F2×70=291×70=20.3Nm

如图A中所示，根据力的平移定理将力F1平移至轴心，将附加一个扭矩，其大小为

T=F1×270=291×270=78.6Nm

将力F2再次平移，F2会附加一个和力F1同样的附加扭矩，大小与方向相同。各力的方向如图A中所示，作出其扭矩图，如E所示。

为了计算的方便将图A中平移后的两个力进行合成，如图B所示，合成后的合力F为3F1 ，方向如图中所示。

22

以合力F的方向为纵轴为方向建立直角坐标系xoy对刀轴进行受力分析，如图C所示，利用平衡条件对其进行计算，建立平衡方向有

?x?0 P+P=F

?p(M)?0 P×730+M=365F

1

2

12

解之得

P2=117.6N P1=173.4N 力P1、P2将轴心各产生一个弯矩，其大小为 M1=117.6×365=43Nm M2=173.4×365=63.3Nm

作出其弯矩图，如D所示，从弯矩图中得知其最大弯矩为63.3Nm，从扭矩图中得知最大扭矩为157.2Nm，根据弯曲强度条件利用下式对轴进行校核

M ?max?max?[?] （4）

W 23

因为刀轴为空心轴，W查《机械设计》表15-4得其计算公式为

d W=0.1d3[1?(1)4] （5）

d其中d为刀轴的大径，d1为刀轴小径。 计算得

W=0.1×50[1-(44/50)]=6125mm

3

4

3

则

?max?63300 =10.33Mpa?[?]=60Mpa 6125所以轴的强度能够满足弯曲强度要求。 根据扭转强度条件利用下式对轴进行校核

?t?T ?[?t] （6）

WT计算得

?t?157200?25.7Mpa?[?t]=35Mpa

6125所以轴的强度能够满足扭转强度要求，综上所述可知，轴能满足工作时的强度要求，使刀盘能正常的工作。

7.3刀盘与刀轴相联接的螺栓

刀盘与刀轴联接，有两个相距1800的螺栓同时工作，螺栓杆与也壁之间无间隙，接触表面受挤压；在联接接全面处，螺栓杆受剪切。同时，刀盘上的弯刀受力时也会对螺栓产生力的作用，与刀轴的受力情况相同，螺栓需要承受扭转弯矩。因此，要综合各种情况对螺栓进行校核。

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图10 螺栓受力分析图

Fig.10 The bolt is analysed by the force

力F2原来的作用点在垂直刀盘所在平面70mm 的平面内，利用力的平移定理将其移到刀盘所在平面内，此力在平移后相当于对轴附加了一个弯矩，其值为

T=F1×270=291×270=78.6Nm

根据力的平移定理将力F1平移至轴心，将附加一个扭矩，其大小为 T=F1×221=291×221=64.3Nm

将力F2再次平移，F2会附加一个和力F1同样的附加扭矩，大小与方向相同。 用图9中B所示的方法将力合成，得合力F=3F1=504N

校核时，假设螺栓与孔壁表面上的压力分布是均匀的，又因为这种联接所受的预紧力很小，所以不考虑预紧力和螺纹摩擦力矩的影响。

螺栓杆与孔壁的挤压强度

?p?F504=40.32Mpa?[?p] （7） ?d0Lmin10?1.25[?p]由《机械设计》书表5-7和表5-8查得为[?p]=0.8?s=144Mpa

以F力来校核螺栓杆的剪切强度

F504=30.2Mpa?[?] （8） ????23.14d0?10244[?]由《机械设计》书表5-9查得为[?]=120Mpa

由以上计算可知，螺栓的强度得到保证，刀盘能安全工作。

7.4 滚动轴承的选择与校核

因轴承主故要承受径向载荷无受轴向载荷，初步选取球深沟轴承。其主要性能和特点:主要承受径向载荷,也可同时承受小的轴向载荷。当量摩擦系数最小。在高转速

时，可用来承受纯轴向载荷。工作中允许内、外圈轴线偏斜量不大于8?～16?，大量生产，价格最低。

这里选输出轴上的轴承校核（其它轴承的选择和校核略）。

为了方便安装，两端选用相同型号的轴承。因轴承承担的径向力远远大于轴向力，参照工作要求，初选6205型号的轴承。

验算：

轴轴承的使用寿命为：12小时/天×180天/年×10年=21600小时

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