完整版果蔬大棚电动卷帘机说明书毕业设计论文Word文档格式.docx
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3.3.4法兰连接的设计43
4结论46
参考文献47
致谢49
1引言
1.1本课题研究意义
随着城乡人民生活水平的提高，冬季栽培鲜菜、鲜果的温室大棚蓬勃发展，其规模越来越大。
但是，在温室大棚作业中，卷铺草帘是最费时费工的主要作业环节之一，尤其在严寒冬季的凌晨和傍晚，在寒风刺骨的恶劣条件下，农民站在大棚顶上从事着艰苦笨重的草帘卷铺劳动，情况可想而知。
对于一个长80米大棚来说，每天都要在早上拉启、傍晚放下，各要用大约40分钟左右。
严格的来说，冬天里的阳光和温度是“果蔬大棚”中作物正常生长所依赖的珍贵资源。
农民要争分夺秒，辛苦是可想而知的[1]。
但这仍然解决不了问题，由于“果蔬大棚”保温帘开启和关闭时间相对集中，引起的劳力不足和耗用时间过长，已经严重制约了“果蔬大棚”的产量效益和发展空间。
电动卷帘机的出现则彻底解决了人工卷铺帘子带来的一系列不便。
使用电动卷帘机，可随时启动，延长了光照时间，增加了光合作用，更重要的是节省劳动时间，减轻了劳动强度。
日光温室在深冬生产过程中，每一千平方米温室人工控帘约需1.5小时，而卷帘机只需5分钟左右，太阳落山前，人工放帘需用约1小时左右，由此看来，每天若用卷帘机起放帘子，比人工节约近2小时的时间。
同时延长了室内宝贵的光照时间，增加了光合作用时间。
另外，使用电动卷帘机对草帘、棉帘保护性好，延长了草帘、棉帘的使用寿命，既降低生产成本，同时因其整体起放，其抗风能力也大大增强。
总体上可使农民能比较轻松地用更多的精力提高对蔬菜进行管理，提高品质、扩大规模[2]。
因此，开发经济、实用的电动卷帘机是一项很好的研究课题。
1.2本课题的研究现状
目前国内生产的卷帘机主要有两种工作方式[3]：
一种是固定式，卷帘机固定在大棚后墙的砖垛上，它模拟人工操作，通过缠绕在轴上的绳子的拉紧和放松。
利用机械动力把草帘子卷上去，利用大棚的坡度和草帘子的重量往下滚放草帘子。
该种型号的卷帘机造价较高，大棚要有一定的坡度，如果棚面坡度太平，草帘子滚不下来，当风大时容易乱绳并影响工作，且安装复杂。
另一种是走动式，这种卷帘机由悬臂杆、支撑杆、电机、减速机构和卷帘轴等组成。
其工作方式是采用机械手的原理，利用卷帘机的动力上下自由卷放草帘子，不必受大棚坡度大小的限制。
但存在以下不足，悬臂杆和支撑杆稳定性差，对草帘整体弯度要求较高，不易满足长度较大的大棚，且其卷帘轴被焊接成整体构件，拆装不方便。
对于较常见的80米长的果蔬大棚，通过文献检索，有一些满足要求的卷帘机械，现将代表性的结构特点分析如下。
图1[4]是一种卷帘机的使用状态示意图，该卷帘机采用固定式结构，主要由工作电机及固定机构，减速机，卷绳管，卷帘绳，螺栓，轴承等组成。
其工作原理为电机通过减速箱减速，使输出轴与卷绳管连接，带动卷绳管转动，卷绳管与卷帘绳一端固定，电机工作，卷绳管带动卷帘绳卷起，卷帘绳带动草帘卷起，完成卷的过程。
电动反转，卷帘在自身重力作用下沿绳放下，完成放的过程。
其中卷帘机的电机和减速机分别固定在一电机支杆上，电机支杆的下端固定在温室的墙上。
大棚卷帘机包括多个卷绳管支承机构，卷绳管直接与减速箱的输出轴相连。
卷绳管通过支架固定。
支架通过螺栓固定在大棚的顶墙上。
卷帘绳一端套在卷绳轴上，另一端绕过卷轴大棚顶端。
其中电机通过减速机予以减速，带动整体。
优点：
结构简单，以电机驱动，卷帘卷起速度快，省工省力，适合大面积作业。
图1.1一种卷帘机的使用状态示意图
大棚顶端三角支架的结构图如图2所示，卷绳轴顶端支承机构的竖支杆的下端固定在横支板上，斜支杆的两端分别与竖支杆和横支杆连接，横支杆可固定在温室大棚的墙体上，如此三个支板形成三角形支承，大大加强了支板的支承能力和安全性。
图1.2卷绳轴顶端三角支架的结构图
经过上述分析，为了适应农业上的需要，本课题要设计一种操作简单，经济实用的卷帘机。
此款卷帘机结构要合理，维修要方便，能在北方恶劣的环境下长期工作。
此款卷帘机依靠电力采用电机驱动。
经过减速机降速，将扭矩传输给卷动机构。
卷动通则带动草帘完成卷帘，放帘作业。
卷帘机通过控制电机正反转，完成卷帘，放帘作业。
其操作方式为固定式，可降低对大棚结构的要求，适应绝大多数农民的需要,具有广阔的市场。
1.3设计任务与要求
1）利用电机作动力，经减速机降速，通过控制电机正反转，完成卷帘、放帘作业。
2）用于长度在80米以内的常用形状的温室大棚。
3）需在5分钟内完成卷、放帘作业。
结构合理、成本较低。
4）电动机功率为1.1KW，经减速机减速后降为1.6emin。
1.4拟解决的关键问题
1.电机与减速箱的固定及稳定性问题
由于卷帘机要在露天的状态下作业，因此电机和减速机一定要固定好。
经过分析可将电机和减速机分别固定在一个电机支杆上。
电机支杆则固定在温室的后墙上。
另外减速机的两端输出轴分别和一个与之相对应的卷绳管相连接。
卷绳管可通过多哥支架固定。
支架则固定在温室后墙的顶部。
2.减速箱内部结构及配合
根据课题需要采用的电动机功率为1.1千瓦，减速机降速后速度为1.6rmin。
要在五分钟内完成作业。
考虑到所需扭矩的大小，又要尽可能减小减速机的尺寸和自重。
所以本款卷帘机拟采用两级传动结构，第一级是蜗轮蜗杆传动结构，转速高、受力小、效率损毫小，第二级是齿轮传动结构。
并且减速机有二个输出轴，二个输出轴分别和与二个输出轴相对应的卷绳管的一端连接。
3.卷绳管与支架之间的嵌套
支架上端固定有卷绳管支承环，支架与支承环之间可通过螺栓连接或焊接。
另外支承环内嵌有轴承，卷绳管可嵌套在轴承内。
通过螺栓可减少滚动摩擦。
1.5拟采用的研究手段
首先通过查找和收集资料，对设计有一个初步的了解，然后运用力学，机械原理，机械设计与数学等知识确定箱体的位置，计算出减速箱的传动关系。
根据切削加工的知识及材料的力学性能确定卷绳管的长度直径及机构的材料构成。
通过实际考察草帘的大小重量及尺寸，绳的长度及扭矩。
用CAD制图，并分析图纸总结出现的情况和结果。
2传动装置的总体设计
2.1确定传动方案
卷帘机是在户外作业根据课题需要采用的电动机功率为1.1千瓦，减速机降速后速度为1.6转分。
所以本款卷帘机拟采用两级传动结构，第一级是蜗轮蜗杆传动结构，转速高、受力小、效率损毫小.第二级是齿轮传动结构传动平稳,效率高.并且减速机有二个输出轴，二个输出轴分别和与二个输出轴相对应的卷绳管相连接,这样可以减小负载,增大转矩.卷帘机的传动方案见下图2.1。
图2.1卷帘机传动方案简图
1—电动机2—V带轮3—减速机4—卷绳管
2.2电动机的选择
卷帘机每天的工作时间是在早上和傍晚，且工作时间不到十分钟，工作时间相比较很短。
因此不用考虑电动机的发热与升温。
其负载是均匀增大的且转速稳定，故可忽略电动机的震动与变速。
主要影响电动机寿命的因素是功率、转速及环境因素。
应技术要求电动机的输出功率为1.1KW,减速机降速后速度为1.6rmin.因此尽量选择要具有较底转速的电动机.此外考虑到电动机式户外作业,它还要具有防雨，防尘等功能[5]。
综合考虑各种因素,所选择的电动机为一款齿轮减速电动机型号YCJ71配用电机90SF1-4输出功率1.1KW,输出转速240rmin，输出转矩42Nm,极数4，电动机的安装型式为B3基本安装型[5].
2.3计算总传动比和分配各级传动比
传动装置的总传动比为
（2.1）
分配结果为第一级蜗轮蜗杆传动比为30。
第二级齿轮传动比为5。
2.4计算传动装置的运动和动力参数
1.各轴转速
（2.2）
（2.3）
（2.4）
2.各轴功率
依次为电动机与蜗杆，蜗杆与传动轴，传动轴与输出轴之间的传动效率。
根据手册取[5]=0.97，=0.7，=0.99。
，，依次为蜗杆，传动轴和输出轴上的输入功率
==1.067KW（2.5）
==1.067×
0.7=0.7469KW（2.6）
=0.7469×
0.99=0.7394KW（2.7）
3.各轴转矩
3传动机构及零件的设计计算
3.1带传动的设计计算
已知电动机功率1.1KW，转速240rmin,传动比i=1
1.确定计算功率
查得工作情况系数=1.0,故==1.1KW
2.选取V带带型[6]
根据,n确定选取SPZ型。
3.确定带轮基准直径
查表取主动轮直径
则从动轮直径=63mm
验算带得速度
=0.79（3.1）
带得速度合适
4.确定V带的基准长度和传动中心距根据
（3.2）
初步确定中心距
计算带所需要的基准长度
=2
（3.3）
圆整厚取带的基准长度
计算实际中心距
（3.4）
5.计算V带的根数
（3.5）
由,.得
查表得,.则
=3.8（3.6）
取Z=4根
6.计算预紧力
（3.7）
7.计算作用在轴上的压轴力
（3.8）
至此带轮的计算设计已经完成，其具体结构见零件图。
3.3卷动机构的设计
3.3.1卷绳管的设计计算
1.选择材料
因为到卷绳管传递的功率不大，速度相对比较低，并考虑到市场价格的因素，故卷绳管选用Q275；
金属模制造。
2.确定卷绳管上的转矩
因为减速机放置在大棚中间，卷绳管从整体上被分为等长的两段，这两段卷绳管转矩相等，且它们所受的转矩的代数和等于输出轴的转矩。
所以卷绳管所受的最大转矩为
2.确定卷绳管的内径
由于卷绳管与输出轴相连，考虑到配合因素，取其外径等于输出轴的直径
=90mm
因为选取的材料为Q275。
查表取=120,于是根据公式
（3.65）
其中即卷绳管内径与外径之比。
因为
则=73.09mm
为了增大安全系数取其内径为
选择联轴器
联轴器的计算转矩考虑到转矩变化中等，故取,最大负载转矩为2274.989N·
m，则
N·
mm
查手册选取WK型无键联轴器[29]，型号为WK9090，公称转矩16400N·
3.卷绳管的结构设计
1）拟定卷绳管上的装配方案
根据要求大棚的总长为80米，因为卷绳管越长，越不易制造、运输及安装.所以将卷绳管分成各段相同的单元，然后用法兰将各单元连接起来。
因此只需设计一段单元卷绳管即可。
为了方便制造，运输等。
取每段单元卷绳管的长度为6m.
其具体方案见图3.7
图3.7卷绳管的结构与装配
2）确定各段长度
为了保证绞盘转动时草帘受力均匀，取每两个绞盘间的距离为3m，则，另取
3）绞盘的周向定位
考虑到绞盘所承受的载荷不大，因此可在安装绞盘处铸造一个类似平键的凸台,利用凸台与绞盘联结。
经计算确定凸台的截面为
因为卷绳管只受扭矩的作用，且卷绳管的直径时按扭转强度较为宽裕地确地，所以卷绳管的截面无需校核。
4.校核卷绳管的稳定性
对连结在一起的两个单元卷绳管进行计算，支承卷绳管的两段可视为铰支座长度系数,长度L=12m.取轴向方向为轴，水平放置，则此时中性轴为Z轴。
因为卷绳管在工作状态下只受扭矩的座用，根据公式其临界扭矩为
（3.66）
式中E为弹性模量，查表取=210GPa
I为惯性距
（3.67）
则
=220KN·
m
卷绳管所受的负载扭矩为
KN·
>
可见卷绳管的临界扭矩远大于其所受的负载扭矩，因此其稳定性是安全的
3.3.1绞盘的设计计算
绞盘为固定在卷绳轴上的金属圆盘，卷帘绳一端固定在绞盘上，卷绳管转动时带动绞盘，绞盘带动卷帘绳完成作业。
绞盘为普通机件，且户外作业转速低，故要求的精度不高，选择材料为灰铸铁HT200铸造。
2.确定绞盘的直径
绞盘的转速为1.6rmin，要在2.5分钟内完成6m长的工作量，其每转一转的缠绕绳子的长度为（3.63）
则,0.47m=470.7mm（3.64）
取=480mm
为了固定卷帘绳，绞盘的两侧需制出一段台阶取台阶的高度为10mm,绞盘的外侧直径D=50mm。
3.绞盘的结构设计
1）拟定绞盘的结构方案
结合绞盘与卷绳管的配合，现选用图3.8所示的方案
2）根据定位要求确定其几何参数
（1）因为卷绳管与绞盘利用卷绳管上的凸台来传递扭矩，所以为了满足卷绳管的周向定位要求，绞盘与卷绳管联接处需挖出一段键槽，根据已知键槽的截面
，键槽利用铸造成型，长为35mm，两个键槽对称分布。
绞盘与卷绳管的轴向定位是利用螺栓联接来保证的，因为绞盘主要受径向扭矩的作用，在轴向基本上不受力，因此对轴向定位的要求条件不高，利用两个螺栓即可，螺栓的规格为M10×
60
（2）由于卷绳管上凸台的长为30，故B－C段宽度，为了保证卷帘绳能全部缠绕在绞盘上并留有一定的宽度，绞盘的总宽度B=80mm.
至此，已经初步确定了绞盘的形状尺寸。
4.校核绞盘的强度
按扭转校核绞盘的强度，根据公式
为单个绞盘所受的扭矩==62.5N
W为抗扭截面模量
=0.02311m3
=2.5MPa
查手册知=20MPa
则>
可知绞盘的扭转强度是合理的。
因为绞盘不受轴向力的作用，故略去强度校核。
至此绞盘的设计即将结束。
其具体机构设计见零件图。
3.3.3滑动轴承的设计
1.确定轴承的设计方案
卷帘机要长年在户外作业,外界环境对滑动轴承的影响巨大,为了方便安装，维护以及更换滑动轴承。
故选择无润滑的对开式径向滑动轴承。
2.选择轴承宽径比根据无润滑轴承的宽径比范围，取宽径比为0.5。
3.计算轴承宽度45mm（3.68）
4.计算轴颈圆周速度
（3.69）
5.计算轴承工作压力
（3.70）
6.选择轴瓦材料查手册在保证、、的条件下，选定轴承材料为适合无润滑的碳—石墨。
7.主要参数设计
直径间隙，取轴瓦壁厚为。
为了减小轴承的磨损率，轴瓦工作表面的粗糙度值尽量低些，取。
3.3.4法兰连接的设计
1.选取法兰的材料为HT200，铸造成型。
2.因为各个单元卷绳之间无轴向力作用，因此法兰只起传递转矩的左用。
又因为法兰之间依靠螺栓连接，因此首先设计螺栓的连接。
1）螺栓组结构设计
取螺栓数Z=4。
对称布置。
2）螺栓受力分析
螺栓在静止时只受横向力的作用
螺栓在转动时只受转矩的作用
根据公式求螺栓所受的工作剪力
取r=75mm，则7583N
由于故取进行计算，在横向剪力的作用下，接合面可能产生滑移，根据接合面不滑移的条件
（3.71）
查手册得接合面得摩擦系数=0.16，取防滑系数=1.2，则各螺栓所需要的预紧力为
56875N
3）确定螺栓直径
选择螺栓材料为Q235，性能等级为4.6的螺栓，查的材料屈服极限=240MPa，安全系数S=1.5，故螺栓材料的许用应力=S=160MPa。
求的螺栓危险截面的直径为
23.8mm（3.72）
为了增大安全系数，按粗牙普通螺纹标准，选取螺纹公称直径d=24mm
4）按挤压及剪切进行校核
查手册得=100MPa，=60MPa
挤压强度条件为
=25.4<
（3.73）
<
（3.74）
故螺栓满足要求
5）确定法兰的几何参数
在已知螺栓直径的基础上取法兰的直径D=184mm，厚度B=30mm.
因为法兰的材料强度与螺栓接近，而且材料用量远大于螺栓，因此法兰的强度校核可以省略，则法兰连接的设计已基本结束。
至此，卷动机构的设计已经全部完成，其具体参数及配合关系可见零件图及装配图所示。
4结论
在三个多月的设计过程中，查阅了大量的资料，请教了不少的老师和同学，并且对卷帘机在农业中的具体应用进行了实地的考察，进一步拉近了学校与社会的距离。
四年才有一次的毕业设计，是对所学专业知识的一次大的综合运用，为我们将来步入社会参加工作打下了基础。
通过设计，掌握了不少东西，进一步学学会了对知识的融会贯通，提高了自己分析，设计的能力。
在设计的时间里，甚至觉得比自己在以前三年半的时间里所学的所有知识的总和还要多，毕业设计虽然是大学生离开学校，步入社会的最后一课，但是，蕴涵在这最后一课里的东西是巨大的，只要我们认真把握，认真对待了，我们一定会有很大的收获。
由于能力有限，本设计中仍旧有许多不甚完善的地方，但经过这次设计,我的基础理论知识得到了很大的丰富和巩固,设计能力得到了锻炼和提高，并熟练掌握了AutoCAD等绘图软件，最重要的是锻炼了我的意志和完成较复杂任务的计划思维，使我懂得了如何在困难中继续前进，这些东西都会对我在以后的人生道路中继续前进有很大的帮助。
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致谢
本文是在导师范修文老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。
我首先衷心地感谢我的导师老师。
感谢武老师对我在学习、选题、收集资料以及论文写作上的指导；
感谢武老师在百忙之中抽出宝贵的时间阅读并修改本论文，并提出宝贵的意见。
使我在本次设计中学到了许多新的知识。
他严谨的治学态度和忘我的工作精神更是给我留下了深刻的印象，极大地开阔了我的视野，是我受益终身的财富。
在此，衷心感谢我的导师这学期对我的关心和培养!
此外，本论文在编写的过程中参考了大量大师论著中的精华，均列于参考文献之中，在此谨向各位大师作者表示衷心的感谢。
在这一学期学习过程中，也请教了不少其他的老师，得到了学校各位老师和许多同学的热心支持和帮助，也在此向他们致以真诚的谢意!
译文
斜齿轮、蜗杆蜗轮和锥齿轮
在直齿圆柱齿轮的受力分析中，是假定各力作用在单一平面的。
在这一课题中，我们将研究作用力具有三维坐标的齿轮。
因此，在斜齿轮的情况下，其齿向是不平行于回转轴线的。
而在锥齿轮的情况中各回转轴线互相不平行。
像我们将要讨论的那样，尚有其他道理需要学习、掌握。
斜齿轮用于传递平行轴之间的运动。
倾斜角度每个齿轮都一样，但一个必须右旋斜齿，而另一个必须是左旋斜齿。
齿的形状是一渐开线螺旋面。
如果一张被剪成平行四边形（矩形）的纸张包围在齿轮圆柱体上，纸上印出齿的角刃边就变成斜线。
如果我展开这张纸，在斜角刃边上的每一个点就发生一渐开线曲线。
直齿圆柱齿轮轮齿的初始接触处是跨过整个齿面而伸展开来的线。
斜齿轮轮齿的初始接触是一点，当齿进入更多的啮台时，它就变成线。
在直齿圆柱齿轮中，接触线是平行于回转轴线的。
在斜齿轮中，该线是跨过齿面的对角线。
它是轮齿逐渐进行啮台并平稳地从一个齿到另一个齿传递运动，那样就使斜齿轮具有高速重载下平稳传递运动的能力。
斜齿轮使轴的轴承承受径向和轴向力。
当轴向推力变得大了或由于别的原因而产生某些影响时，那就可以使用人字齿轮。
双斜齿轮（人字齿轮）是与反向的并排地装在同一轴上的两个斜齿轮等敬。
他们产生相反的轴向推力作用，这样就消除了轴向推力。
当两个或更多的单向齿斜齿轮被装在同一轴上时，齿轮的齿向应作选择，以便产生最小的轴向推力。
交错轴斜齿轮或螺旋齿轮，他们的轴中心线既不相交也不平行。
交错轴斜齿轮的齿彼此之间发生点接触，它随着齿轮的磨合而变成线接触。
因此他们只能传递小的载荷和主要
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