驱动圆盘犁尾轮装置设计.docx
《驱动圆盘犁尾轮装置设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《驱动圆盘犁尾轮装置设计.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
驱动圆盘犁尾轮装置设计
说明书
设计题目：
驱动圆盘犁尾轮装置设计
专业年级：
机械设计制造及其自动化2011级
学号：
姓 名：
指导教师、职称：
2015年5月27日
摘要
本文是对目前市场上的驱动圆盘犁尾轮装置进行改装设计，使尾轮能够横向位置可调、上下位置自动调节以及实现偏角和倾角的调节，以此使尾轮装置可以保证驱动圆盘犁可以在不同硬度土壤的环境下仍能平稳正常工作。
本文对尾轮整个装置的结构进行研究设计，通过对连接架和摆杆的结构设计，实现横向位置可调以及二者与导杠和弹簧装配后可以实现尾轮上下自动调节；然后颠覆以往尾轮倾角和偏角不能调节的理念，提出对尾轮装置的改进方案。
其一，把尾轮的摆杠从中间切断并各自焊接一个法兰盘，然后通过对法兰盘的结构设计来实现两段摆杠相对位置的变化，进而实现尾轮倾角的可调；其二，设计偏心轴体和尾轮轴体，利用两者的配合，使摆杠和尾轮轴体发生相对位置变化，以此来实现尾轮偏角的变化。
尾轮倾角和偏角的可调节的实现可以使驱动圆盘犁满足不同土质的田地，大大的增加了驱动式圆盘犁的适用场合，并且保证驱动圆盘犁的工作质量。
关键词：
尾轮；偏角；倾角；法兰盘
Abstract
Thispaperisonthecurrentmarketdrivendiscplowtailwheeldevicefordesignmodifications,thetailwheeltolateralpositioncanbeadjustable,upperandlowerpositionautomaticadjustment,andregulatethedeclinationandinclinationofthe,inordertomakethetailwheeldevicecanensurethedrivingdiskplowcanundertheenvironmentofsoilwithdifferenthardnesscanstillworksmoothly.Inthispaper,thestructureoftailwheelthewholedevicetostudydesign,throughtheconnectingframeandstructuredesignofswingingrod,adjustableandtwowithaguidebarandaspringassemblycanbeachievedafterthetailwheelistheautomaticadjustmentofthelateralposition;thensubvertprevioustailwheelangleandanglecannotadjusttheconcept,putforwardtheimprovementsonthetailwheeldevice.First,thetailwheelpendulumbarfromthemiddlecutandtheirweldingaflangeplate,followedbythestructuredesignoftheflangetoachievetwopendulumbarrelativepositionchanges,soastorealizetherearwheelangleadjustable;second,designofeccentricshaftbodyandtailwheelbody,withuseofthetwo,pendulumbarandthetailshaftbodyrelativepositionchanges,inordertorealizetherearwheelanglechanges.Tailwheelangleandangleadjustableimplementationcanmakethedrivingdiskplowmeetdifferentsoilfields,greatlyincreasesthedrivingdiskplowthesuitablesituation,andensurethedrivingdiskplowworkquality.
Keyword:
tailwheelDriftangleInclinationflangeplate
第一章引言
1.1驱动圆盘犁的背景意义
发展至今，我国仍是一个农业大国，每年耕地面积大约18亿亩，所以高效的耕作机具是农业发展必不可少的重要前提。
随着社会的快速发展，使越来越多高科技走进人们的生活。
驱动圆盘犁诞生于80年代，驱动圆盘犁是与12型手扶拖拉机配套使用的新型耕作机具，整机由中间传云贵箱、动力传动轴、侧边传动箱、圆盘犁刀轴总成、乘坐架等组曾，属直联式结构。
它既具有圆盘式耕作机具不易被杂草茎秆堵塞、越障能力好的优点，又具有驱动式耕作机具的功率利用率高、软湿地通过性好、机组滑转率低、可配套较轻便型拖拉机等优点；在生产率、单位面积油耗等方面也优于铧式犁。
驱动式圆盘犁在我国南、北方各地推广应用以来，所表现的性能表明它确实是一种高效节能、适耕范围大、适应性强的耕作机具
。
同时，近年来环境问题引起整个人类社会的着重关注，在农业方面上，国家推广保护性耕作，田间大量的秸秆和根茬等有机物的肥料的处理倍受关注。
采用传统焚烧的办法会造成有机物的浪费，并造成环境污染，因此有必要研究一种新型的耕作机具以满足当前市场需求。
由于圆盘的强制旋转对土壤有撕裂作用，被强制旋转的圆盘能够顺利地切断较高的留茬和草秆，继而将其翻至垄底进行覆盖，不易被杂草和茎秆堵塞，也不会产生铧式犁犁压沟底土壤层，因此可降低能耗，减轻劳动强度，提高工作效率。
1.2驱动圆盘犁尾轮装置的作用
驱动圆盘犁尾轮装置是驱动圆盘犁整个结构上唯一一个分支机构装置，是驱动圆盘犁工作时重要的平衡装置，以确保驱动圆盘犁在不同的土壤环境能够安稳地工作。
1.3尾轮装置设计的意义
尾轮装置设计成偏角可调和上下位置自动调节可以使驱动圆盘犁在软硬不同的土壤上工作更加平衡稳定；原机型是把尾轮倾角设计成固定的，这样会使驱动圆盘犁在工作时适应不同土壤变得很有限，把倾角设计成可调的，就能更好地适应土壤环境，提高耕作质量和工作效率
。
如图1.3所示。
图1.3驱动圆盘犁
1.4尾轮装置的设计要求
（1）左右位置二级可调；
（2）尾轮倾角可调；
（3）尾轮偏角可调；
（4）尾轮上下位置自动调节。
第二章尾轮装置连接架的设计
第三章尾轮上下自动调节装置的设计
3.1设计意义
尾轮在被拉动工作的过程中，避免不了泥土对整个尾轮装置冲击力，特别是碰到较硬的泥土或者泥土里的石头时，尾轮轮盘可能会因此卡住或遭受损伤，造成驱动圆盘犁不能够正常工作，影响耕作效率，所以，设计尾轮上下自动调节装置可以避免这情况的发生，保证驱动圆盘犁正常工作。
3.2导杠的结构设计
导杠是与弹簧相配合形成调节装置的。
尾轮导杠的头部设有两个销孔，用于与连接架的配合进行固定。
头部以下的位置设有螺纹，用于装配弹簧座，对弹簧进行限制固定。
导杠尾部位置也设有螺纹，用于配合螺母固定于摆杠上。
具体结构示意图如图3.2所示。
图3.2导杠
3.3弹簧的设计
弹簧的材料是60SiMn,为了配合弹簧座，所以采用内径为
、外径为
且弹簧粗为
的弹簧，弹簧示意图如图3.3所示。
图3.3弹簧
3.4尾轮上下调节装置的结构装配
尾轮的上下自动调节装置是通过弹簧进行自动调节的。
该装置是由连接架臂、导杠和弹簧组合而成，用导杠穿插在弹簧中间，并用弹簧座和螺母固定住弹簧；导杠的末端则穿过摆杠后部分的导杠孔，并用两个螺母进行锁紧；导杠的顶部有一个销孔，可以与连接架的销孔配合，然后用相应尺寸的销进行固定。
尾轮上下自动调节装置的装配图如图3.4所示。
图3.4尾轮上下调节装置
第四章尾轮可调倾角的实现
4.1可调倾角的设计意义
尾轮倾角是指尾轮与地面的夹角。
至今为止，中国仍是个农业大国，大江南北都有大面积的农业耕作，而南北的各个地区的土壤环境都有差异，根据以往驱动圆盘犁的工作情况来看，发现以往的驱动圆盘犁在不同土壤环境下工作并不能完全正常工作，有的可能翻浅，并不能达到良好的耕作效果。
经试验表明，改变尾轮倾角的倾角会使驱动圆盘犁在不同的土壤环境中驱动圆盘犁圆盘的切割力，进而影响驱动圆盘犁的耕作效果。
4.2尾轮摆杠的改装
将原型的尾轮摆杠从中间位置切断，改成前后两部分，在断开处设置两个法兰盘进行对接；为了使两个法兰盘对接更加稳固，采用凹凸的对接方式，即在前摆杠的法兰盘上直径70mm、厚度5mm的凸端，如图4.2-a；在后摆杆的法兰盘上设计相应的凹槽，如图4.2-b；使其紧密地配合镶接，如图4.2-c。
图4.2-a摆杠前部分示意图
图4.2-b摆杠后部分示意图
图4.2-c摆杠装配图
4.3法兰盘的设计
通过对驱动式圆盘犁尾轮装置的作用、结构和工作原理的了解与分析。
选择在两段尾轮摆杆截断的截面处分别焊接一块自制的法兰盘。
通过法兰盘的连接可实现偏角的调节。
4.3.1法兰盘的选择要求：
a、法兰盘可调节的角度范围逆时针0~30°、顺时针0~20°；
b、法兰盘的直径最大不超过150mm；
c、法兰盘的厚度控制在10～20mm；
d、造价低。
4.3.2法兰盘的结构设计
在摆杠前部分法兰盘上设计销孔和圆弧长孔，在摆杠后部分法兰盘上设计销孔和螺栓孔，然根据销孔对应的不同位置转动法兰盘，使两个法兰盘发生相对位置变化，即可改变尾轮的倾角的目的。
两个法兰盘连接后由两个10mm的销定位，由4个M12的螺栓紧固。
尾轮倾角采用下述设计可获得向左0°～30°范围内三级可调，每级10°；向右0°~20°二级可调。
法兰盘具体结构设计如下：
（1）摆杠前部分法兰盘（法兰盘A）结构设计
法兰盘直径为150mm，在直径120mm的圆周上布置销孔和螺栓圆弧长孔。
在法兰盘上直径120mm的圆周上与中心水平线夹角为10°的位置上加工4个直径10mm的销孔，分布在中心水平线上下位置；在法兰盘直径120mm的圆周上与中心垂直线夹角为10°的位置上加工4个直径为10mm的销孔，分布在中心垂直线左右位置。
设计完销孔，接着设计螺栓孔，在法兰盘直径为120mm的圆周上25°～55°、115°～145°、205°～235°、295°～325°4个位置上加工4个宽为12mm跨度为30°的螺栓圆弧长孔。
法兰盘结构如图4.3-a。
图4.3-a法兰盘A示意图
（2）摆杠后部分法兰盘（法兰盘B）结构设计
在法兰盘直径为120mm圆周上的10°、70°、90°、170°、190°、250°、270°、350°的位置上加工8个销孔，且在直径120mm的圆周上的25°、55°、115°、145°、205°、235°、295°、325°位置加工8个直径为12mm的螺栓孔。
法兰盘结构如图4.3-b。
图4.3-b法兰盘B的示意图
4.3.3尾轮倾角调节原理
当法兰盘A的销孔1与法兰盘B的销孔1′重合时，尾轮的倾角为0°，此时法兰盘A的1、4、5、8销孔与法兰盘B的1′、4′、5′、8′销孔重合，用两个销固定1、5或4、8销孔；当销孔3与销孔3′和销孔7与销孔7′重合时，尾轮向右的倾角为10°，依此类推。
法兰盘A和法兰盘B的不同销孔重合时尾轮倾角数值列于表2.3.3。
销在法兰盘上起定位与抗剪切作用，当任何两对销孔重合时，法兰盘B上的4个螺栓孔总能与法兰盘B上的圆弧长孔对准，然后用螺栓锁紧。
表4-1两个法兰盘不同销孔重合时对应的尾轮倾角数值表
销孔1
销孔2
销孔3
销孔4
销孔5
销孔6
销孔7
销孔8
销孔1′
0°
右20°
销孔2′
左30°
销孔3′
右10°
左10°
左20°
销孔4′
0°
销孔5′
右20°
0°
销孔6′
左30°
销孔7′
右10°
左10°
销孔8′
左20°
0°
第五章尾轮可调偏角的设计
5.1尾轮偏心装置的工作原理
尾轮的偏角是指尾轮与尾轮轴体的夹角，偏角是否可调直接影响到机具是否适用不同土质的耕地。
而这里主要是通过偏心轴体来实现尾轮偏角的调节。
下面是对偏心装置的结构的设计以及分析尾轮偏角的调整。
尾轮偏角是通过偏心轴体和偏心螺栓两个零件组成的偏心装置进行调节的，偏心螺栓和偏心轴体可以相对运动，当二者发生相对位置变化时，尾轮偏角随之发生改变。
由于螺栓头和偏心轴体的凹槽相配合、偏心轴体是与尾轮尾轮凹槽配合，偏心螺栓配在偏心轴体的螺栓孔内，当用老虎钳拧偏心螺栓转动时，偏心螺栓头就会带动偏心轴体转动，使与之配合的尾轮轴体发生相对位置改变，进而改变尾轮轴和尾轮摆杆的夹角，实现尾轮偏角的调整。
尾轮的偏角是否可调直接影响到机具是否适用不同土质的耕地。
而这里主要是通过偏心轴体来实现尾轮偏角的调节。
下面是对偏心装置的结构的设计以及分析尾轮偏角的调整。
5.1.1偏心装置的结构设计
偏心装置是由偏心轴体与偏心螺栓结合而成，偏心轴体是一个双层圆柱叠加而成的一个零件，偏心轴体开有一个螺栓孔，用于偏心螺栓的装配，偏心轴体的上表面开有一凹槽，深度有螺栓头部高度的一般，使偏心螺栓装配后，只要拧动偏心螺栓就能转动整个偏心轴体的转动。
偏心装置的示意图如图5.1-a。
图5.1-a偏心装置示意图
5.1.2尾轮偏角的调整分析
当尾轮需要调整偏角时，分别松开与偏心螺栓配合的螺母和松开与固定螺栓配合的螺母，然后用老虎钳拧动偏心螺栓，转动到所需要的角度，确定之后进行螺母拧紧固定。
其中固定螺栓轴线跟偏心轴体的轴线的距离是固定的，偏心螺栓自身绕着轴线自转，同时也绕着偏心轴体的轴线公转。
由于螺栓头与偏心轴体的凹槽配合的缘故，偏心螺栓转动带动偏心轴体自转，从而改变了尾轮摆杆与尾轮轴体的夹角即改变了尾轮盘的偏角如图5.1-b所示。
当调到所需的角度后，必须锁紧偏心螺栓，固定螺栓尾轮盘才能工作。
图5.1-b
5.2各力对
轴的转矩
（1）尾轮盘的偏角为最小时（即偏角为0°）此时尾轮轴体跟尾轮摆杆垂直，而尾轮盘中心、固定螺栓、偏心销在同一直线上。
如图4-3可知：
轴OX跟O1X1轴平行
∴力矩Mx对O1X1轴的转矩大小为Mx1=450Nm
力矩My对轴的转矩为零
力Fz对O1X1轴的转矩大小为Fz1=Fzdmax1
=Mx1+Fz1dmax1
=450+（-1000）*0.152
=298Nm
（2）当尾轮盘的偏角为最小时（即偏角为12.1°）尾轮盘中心与固定螺栓的连线跟固定螺栓与偏心销的连线的夹角到达最大的状态为12.1°可知道：
∴力矩Mx对O1X1轴的转矩大小Mx2=450Cos12.1°
∴力矩My对O1X1轴的转矩大小My2=5sin12.1°
∴力Fz对O1X1轴的转矩大小为Fz2=Fzdmax2
=Mx2+My2+Fzdmax2
=450cos12.1°+5sin12.1°+（-1000）*0.1486
=292.4Nm
（3）由以上分析可以知道，偏角的角度变为
，力Fy、力Fx与力矩Mz对O1X1轴的转矩都为零不变，而力矩Mx对O1X1轴的转矩大小Mx’=MxCos
，力矩My对O1X1轴的转矩大小My’=Mysin
，力Fz对O1X1轴的转矩Fz2大小也还是Fzdmax,而dmax=（OG+GH）*Cos
。
其中OG，GH为定值。
此时，
=Mx’+My’+Fzdmax
=MxCos
+Mysin
+Fz（OG+GH）*Cos
=450Cos
+5sin
-152*Cos
=298Cos
+5sin
5*sin
〈〈298Cos
，估5*sin
忽略不记
=298Cos
∵偏角
的调整范围：
-12.1°～12.1°
∴当
=0°时，
最大为298
5.2.1销对
轴转矩的计算：
=P*R
其中：
法兰盘到销的距离--------R=50mm=0.05m
销受到的剪切力为P
5.2.2销受到的剪应力的计算
∵
=
+
=0
尾轮盘的偏角为最小时（即偏角为0°），销受的的剪切力最大，此时是最危险的状态。
∵
=
+
=0
∴
=PR+298=0
P=
=5960N
∴σ=
=
=
=118.6MPa
其中：
A为销的横截面积；
查《紧固件连接设计手册》表4-2：
一般机械用销连接的许用剪切应力和许用挤压应力或压强
可得圆柱销的剪应力[
]=120MPa
∵σmax=118.6MPa<[
]=120MPa
∴预先选用的圆柱销符合要求。
第六章尾轮轴体的设计
6.1轴体的结构设计
尾轮轴体是连接尾轮轮盘与摆杠的零件。
尾轮轴体一端是与轮盘连接的，是阶梯圆柱轴体，然后通过轴体和轴承座的装配来实现轴体与轮盘的连接，并在末端开一个螺钉孔，用来轴承座外壳的装配；而另外一端是与尾轮摆杠相连接的。
为了符合连接的要求，该段设计成长方体，并在这段长方体上距长方体与圆柱体连接处的16.25mm和29mm的位置分别钻两个M17的螺栓孔，这两个螺栓孔是用于偏心装置固定螺栓的装配；在距连接处37.25mm与70.75mm这个范围内开一长度为33.5mm的凹槽，该段凹槽的设计是为了偏心装置上偏心螺栓的装配。
尾轮轴体结构示意图如图6.1所示。
图6.1尾轮轴体
6.2轴体的装配
轴体的一端要与轴承座进行配合连接，与轴承座配合时，先配合圆锥滚子轴承，然后再配合油封、大垫圈，最后在末端的螺柱上用两个螺母进行锁紧，并用外盖封住。
长方体端则与摆杠相配合，用固定螺栓把摆杠与轴体上的螺栓孔进行固定锁紧，用偏心螺栓把偏心轴体和尾轮轴体配合、固定锁紧。
具体的装配示意图如图6.2和图6.3所示。
图6.2轴体装配图a
图6.3轴体装配图b
第七章尾轮装置的总装配
7.1尾轮装置的零件
连接架、摆杠、导杠、弹簧、弹簧座、偏心轴体、尾轮轴体、轴承座、轴承盖、导杠销、摆杠销以及各种型号螺栓螺母和与轴相配合的轴承等。
7.2尾轮装置的组装
尾轮装置的组装从连接架开始，连接架是与驱动圆盘犁机组想连接的一个连接件。
连接架的下销孔与摆杠销孔相配合，并用摆杠销穿插固定；连接架的上销孔则与导杠的销孔相配合，并用导杠销穿插固定。
在导杠上装配弹簧座，并用螺母进行限制固定，然后把弹簧装配在弹簧座上，接着导杠末端通过摆杠的导杠孔，并用两个螺母锁紧固定，完成尾轮上下自动调节装置的装配。
摆杠进行改装后，分为两节，断面连接是通过两个法兰盘进行连接，把凹凸法兰盘相结合，根据倾角设置对应的销孔，用两个销进行锁定，再用四个螺栓锁紧固定，使两节摆杠紧密结合在一块，完成摆杠的装配。
摆杠的头部位置是一个圆形槽，该槽用于和偏心轴体相配合，偏心螺栓穿插偏心轴体，偏心轴体装配在圆形槽内，摆杠头部的螺栓孔对应尾轮轴体上的螺栓孔，并用固定螺栓和相应的螺母锁紧。
根据偏角拧动偏心螺栓，穿插尾轮轴体上的凹槽，并用螺母锁紧，完成尾轮偏心装置的装配。
尾轮轴体与轴承座配合，在两者之间装配尾轮轮盘。
在轴承座中装配所需的滚子轴承、油封和垫圈，再锁紧固定，最后用轴承盖把轴承座封闭，完成尾轮轮盘的装配。
具体的装配图请见附录。
结束语
本次设计的课题是驱动圆盘犁尾轮装置设计，首先针对以往的驱动圆盘犁进行分析，发现尾轮装置对驱动圆盘犁的工作起着很重要的作用，但是，以往的驱动圆盘犁因为尾轮的自身缺点所限，所以不能完全适应不同的土壤环境，所以现进行改装设计，为使驱动圆盘犁能够在不同的土壤环境下更加平稳地工作，把尾轮装置改装成左右二级可调、倾角可调、偏角可调以及上下位置自动调节的装置。
把摆杠装置切断，然后利用法兰盘来实现倾角的可调；利用偏心轴体与尾轮轴体的配合来实现偏角的可调，尾轮上下位置可调装置是利用弹簧的弹性进行缓冲作用。
进而改善尾轮对整个驱动圆盘犁工作所起的作用。
这也许是大学的最后一次作业了，感觉还是挺不错的，虽然会累，但是乐在其中，感觉大学四年所学的东西都能得到应用，算是对整个大学学习的一次总结。
在设计的过程中，难免会遇到一些难题，发现有些东西是自己在课堂上所没涉及到的，这说明了对于设计我的知识还是有所欠缺，幸亏指导老师的及时帮助，为了解决了这些难题，我从中也学到了很多，例如零件的设计、零件的制图以及总装配图的绘制等其中所存在的一些关键的东西。
这也使我对机械设计这方面产生了更加浓厚的兴趣，让我下定决心一定要学习更多这方面的知识和不断地提高动手能力以及空间想象能力，为以后从事机械设计这行业打下坚实的基础。
感谢老师和同学的帮助，让我顺利地完成了此次的毕业设计。
参考文献
[1]朱亨银,张性雄,方文熙.左翻驱动圆盘犁受力合理性分析[J],农业机械学报,2004,35（5）:
225-228
[2]朱亨银，王学銮，方文熙，等.影响驱动圆盘犁平衡与入土若干因素的探讨[J],福建农林大学学报（自然科学版），2005，34（3）:
397-401.
[3]史智兴.精播机排种性能检测系统及关键技术研究.中国农业大学2002年博士论文.
[4]张 玉，刘 平主编. 几何量公差与测量技术 .沈阳：
东北大学出版社 1999
[5]机械零件课程设计，郭奇亮等主编，贵州人民出版社，1982.1
[6]机械设计手册/上册，《机械设计手册》联合编写组编，化学工业出版社，1979
[7]机械零件设计手册（第二版）/中册，东北工学院《机械零件设计手册》编写组编，冶金工业出版社，1982
[8]大连理工大学工程画教研室编. 机械制图. 北京：
高等教育出版社 1993
[9]孙志礼，冷兴聚，魏严刚等主编. 机械设计. 沈阳：
东北大学出版社 2000
[10]濮良贵,纪名刚.机械设计.北京:
高等教育出版社,2006
[11]朱冬梅，胥北澜.画法几何及机械制图[M]，高等教育出版社，2000年
附录
致谢
转眼间，大学的四年生活已经进入尾声。
回想四年前，自己只是一个小城市走出的懵懂孩子，现在也成长为一个成熟青年。
十几年的寒窗苦读，只为一朝学有所成，出人头地。
如今，大学马上就要毕业了，而我即将就要进入社会工作，身上的责任也逐渐多了起来。
要说最感谢的人，首先应该是我的父母，从小到大，我所有的学费和生活费都由他们承担，他们都是农民，没有他们的勤勤恳恳和细心照料，就没有今天的我。
没有他们的支持和鼓励，我也不可能完成我学习。
感谢我的父母，他们不仅培养了我对学习的浓厚的兴趣，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。
在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望。
升级会员 