机械毕业设计（论文）-农作物桔杆打捆机构设计【全套图纸】.pdf

JIANGSUUNIVERSITY本本科科毕毕业业论论文文椭圆齿轮行星系打捆机构设计DesignofRaking-strawMechanismBasedonEllipticGearsPlanetarySystem学院名称：机械工程学院专业班级：机械学生姓名：指导教师姓名：指导教师职称：副教授2013年06月椭圆齿轮行星系打捆机构设计摘要：通过对目前市场上广泛应用的曲柄摇杆式打捆机的工作过程和运动特性分析，发现将原有的曲柄摇杆机构转变为椭圆齿轮驱动的转臂式打捆机构，可以获得更高的工作效率和运动平稳性。本文设计了一种椭圆齿轮行星系打捆机构，设计的思路是将输入动力传递给齿轮箱内的椭圆齿轮，使行星椭圆齿轮带动搂草爪达到预期的运动轨迹。通过建立其运动学分析模型，在给定安装尺寸下获得了满意的结构参数和工作参数，并利用PROE5.0软件对其零件进行三维建模、装配与分析，取得了满意的结果。最后，完成了该打捆机构的二维总装配图以及非标件的二维零件图。关键词：打捆机，打捆机构，椭圆齿轮，机构设计全套图纸，加全套图纸，加153893706DesignofRaking-strawMechanismBasedonEllipticGearsPlanetarySystemAbstract：Throughtheanalysisoftheworkingprocessandmotioncharacteristicofthecrankrockertypeiswidelyusedatpresentonthemarketbundlingmachinewefoundthatchangetheoriginalofthecrankrockermechanismintorotarybundlingmechanismofellipticalgeardrivecanobtainhigherworkingefficiencyandsmoothmovement.Thispaperdescribesthedesignofaplanetaryellipticgearsbindingmechanismthedesignideaistodividethepowertotheellipticgearsinthegearbox，thentheplanetaryellipticgeardrivingrakingclawsreachedthedesiredtrajectory。ThroughtheestablishmentofthekinematicanalysismodelIobtainedthesatisfactorystructuralparametersandoperatingparametersinthegivendimensionandtheuseofPROE5.0softwarefor3Dmodelingtheassemblyandanalysisthenachievedsatisfactoryresults.FinallyIfinishedthe2Dassemblydrawingthebindingmechanismandnon-standardpiecesofthe2Dpartdrawing.Keyword：BalerRaking-strawmechanismEllipticgearMechanismdesign目目录录摘要.错误！未定义书签。错误！未定义书签。Abstract.错误！未定义书签。错误！未定义书签。第一章绪论.61.1本研究的目的和意义.61.2打捆机的功能要求与发展概况.61.2.1打捆机的功能要求.61.2.2打捆机的发展概况.8第二章打捆机构的工作原理.82.1结构设计与工作原理.82.2设计参数.9第三章打捆机构结构设计.93.1传动路线.93.2打捆机构动力传入系统的设计.93.2.1传入系统的总体结构.103.2.2传入系统主要零件的结构设计.103.3打捆机椭圆齿轮系统主要零件的结构设计.123.3.1椭圆齿轮系统的总体结构.133.3.2椭圆齿轮系统主要零件的结构设计.133.4打捆机工作部分系统主要零件的结构设计.153.4.1工作部分系统的总体结构.153.4.1工作部分系统主要零件的结构设计.153.5打捆机定位系统主要零件的结构设计.163.5.1定位系统的总体结构.93.5.2定位系统主要零件的结构设计.17第四章打捆机构的三维建模.174.1应用软件的介绍.94.2典型零件的三维建模.9总结.20致谢.21参考文献.22第一章第一章绪绪论论1.1本研究的目的和意义我国是一个农业大国，农作物桔杆资源丰富，但目前大量的桔秆被焚烧或皮弃，不但造成严重的环境污染，破坏了农村的生态环境，而且还浪费了宝贵的可再生资源，因此，分析桔杆的利用价值，探讨桔杆利用的途径和对策，对搞好桔秆综合利用具有十分重要的现实意义。但由于我国收获机械起步较晚，加之研究经费不足、生产手段较为落后，产品性能及可靠性偏低，另外，与之配套的设备严重不足，除搂集设备国内有少量生产外，其他相关设备基本属于空白。因此，农作物秸秆的综合利用瓶颈是收获机械化问题，发展适合我国国情的秸秆收获机械是我国的当务之急。针对我国农业配套动力（拖拉机）较小、田块较小、农民购买力较低的情况，完全照搬发达国家的发展思路是不可行的。根据我国实际情况，发展适合国情的秸秆收获机械是秸秆综合利用的必由之路。为了解决小型化所带来的一些问题，还需要研发相关成套设备加以解决。本次设计是在我国这种国情下，研究打捆机打捆机构的改进，探索来获得相关的经验和知识。1.2打捆机的功能要求与发展概况1.2.1打捆机的功能要求打捆机的功能要求打捆机作为在秸秆收集机械中占重要地位的收获机械。因此，我们必须要保证机械的正常运行。因此，在工作过程中，搂草爪的轨迹和姿态必须有如图1-1要求。图中线框左侧为集草室右侧为压缩室中间2曲线分别是前爪和后爪的运动轨迹。图1-1搂草机构前后爪运动轨迹1.2.2打捆机的发展概况打捆机的发展概况在发达国家，农作物秸秆收获机械已经有将近100年的发展历史，目前国际上最大的三家设备制造商分别是德国CLAAS（克拉斯）公司、美国CNH（凯斯-纽荷兰）公司、美国JOHNDEERE（约翰迪尔）公司。他们生产的装备种类齐全，配套性能高，可实现秸秆收获的全程机械化。我国农作物秸秆收获机械化程度和机械装备发展程度均处于初期发展阶段，加大研发力度和推广力度，才能解决秸秆综合利用的收获瓶颈问题，更好地做好秸秆综合利用工作。发展小型化适合农业需求的成套设备是我国该类装备发展的趋势。第二章第二章椭圆齿轮行星系搂草机构的工作原理椭圆齿轮行星系搂草机构的工作原理2.1结构设计与工作原理如图2-1，在一个回转的壳体里(相当于轮系机构的行星架)安装5个全等的椭圆齿轮5个椭圆齿轮的回转中心均在椭圆齿轮的焦点上，且相位相同，。工作时，齿轮箱作为一个原动件绕中心轮1的回转中心的转动，而中心轮1作为另一个原动体，最终通过齿轮箱和爪座的不等速转动的合成，从而使爪获得所需的轨迹。图2-1椭圆齿轮行星系搂草机构三维装配图2.2设计参数椭圆齿轮模数m=4；齿数z=35，两轮之间的中心距=2长半轴a：=140.7952偏心率e=ca：0.15，偏心距c：10.5596齿轮盒初始安装角75度，前爪初始安装角148度，前爪长度（行星轮轴心到前爪尖的距离）440mm，后爪初始安装角205度，后爪长度368mm。第三章第三章椭圆齿轮行星系搂草机构的结构设计椭圆齿轮行星系搂草机构的结构设计3.1传动路线1。链轮-输入轴-锥齿轮-锥齿轮-中心轴-输入卡爪-输出卡爪-机箱2。链轮-输入轴-锥齿轮-锥齿轮-中心轴-中心椭圆齿轮-惰轮-输出椭圆齿轮-输出轴-爪座卡爪-爪座-前后爪3.2打捆机构动力传入系统的设计3.2.1传入系统的总体结构传入系统包括链轮，输入轴，锥齿轮，输入卡爪，输出卡爪，2个轴承座。输入轴通过两端的螺纹用螺母垫圈左右固定，通过2轴承座上下前后定位；链轮通过焊接固连在输入轴上；锥齿轮通过平键与轴连接；输入卡爪通过焊接与中心轴固连，再通过卡爪与输出卡爪相连；输出卡爪通过螺母与齿轮箱固连；轴承座都通过螺栓与机箱固连。3.2.2传入系统主要零件的结构设计1.链轮的设计假设链轮大小约d=200，齿数z=40，中心孔d=40查表可得，基本参数z=40，p=15.875，dr=10.1600，pt=18.11，通过公式可得如图3-1链轮的其他主要尺寸:d=psin（180z）=202damax=d+1.25p-dr，damin=d+(1-1.6z)p-dr取da=210df=d-dr=191.84hamax=(0.625+0.8z)p-0.5drhamin=0.5(p-dr)取ha=3；Lx=df=191.84。其他详细设计见二维cad零件图。图3-1链轮的主要参数2.输入轴的设计图3-2输入轴最终装配状态如图3-2，左右两侧都为M12的螺纹，左侧与锥齿轮用6x6的平键正常连接，中间与滑动轴承正常连接。轴的各个表面的粗糙度，形位公差见二维cad零件图。轴与各零件的配合见装配图。3.锥齿轮的设计大端面模数me=2，齿数z=60，中心孔d=20，齿厚30.其他参数查表可得如图3-3图3-3锥齿轮主要参数4.轴承座的设计近锥齿轮端轴承座：输入轴配合轴承为：GBT276-1994滚动轴承6001内径d=50，外径d=80，配合代号H7d11。中心轴配合轴承为：GBT276-1994滚动轴承6218内径d=90，外径d=180，配合代号H7d11。靠近链轮端轴承座：轴承为GBT276-1994滚动轴承6208内径d=40，外径d=80，配合合代号H7d11.轴承定位表面粗糙度均为Ra1.6，各端面相对其轴有相信的垂直度数值查表可得，详细数值与其它尺寸，数值，要求等见二维cad图。5.输入卡爪通过与中心轴焊接在一起，将传入的运动传递到输出卡爪上再传到机箱。两侧定位分别是一侧用于焊接在中心轴上，一侧与轴承定位。卡爪形状如图3-4：图3-4输入卡爪上下左右对称设置4个宽为20，相对轴心对称度为0.025的槽，与输出卡爪卡死。中间为d=50的孔与中心椭圆齿轮轴H7h10配合，外侧与GBT276-1994滚动轴承6218配合。其余尺寸，形状，公差等见二维cad图。6.输出卡爪设置对应输入卡爪的4个宽为20的槽的凸出与输入卡爪卡死，将输入卡爪的运动传递给输出卡爪，再通过4个在一大小为120的正方形4个角上的M10的螺栓与椭圆齿轮箱连接，将运动传递给齿轮箱.其余尺寸，形状，公差等见二维cad图。3.3椭圆齿轮系统主要零件的结构设计3.3.1椭圆齿轮系统的总体结构齿轮系统包括5个椭圆齿轮，及相应的配合轴，轴承，齿轮箱等。具体结构如图3-5图3-5椭圆齿轮箱内椭圆齿轮安装状态设置5个完全相同的椭圆齿轮，分别用轴（平键轴，花键轴，光轴），轴承，套筒等连接在椭圆齿轮箱上。椭圆齿轮箱用12个M10的螺栓连接。3.3.2椭圆齿轮系统主要零件的结构设计1.椭圆齿轮的设计1）椭圆齿轮由老师给的cad图，导入proe拉伸得到，他们分别被做成中心椭圆齿轮，椭圆惰轮，椭圆行星轮三种不同的结构。1.1）中心椭圆惰轮通过平键与中心椭圆齿轮轴相连，由椭圆齿轮的大小预设轴的直径50，查表可得平键尺寸为14x9的平键，轮毂深为3.8。1.2）椭圆惰轮主要是为了改变齿轮旋转方向。它的轴孔设计成光轴，与轴采用H7f8配合，1.3）椭圆行星轮通过矩形花键与椭圆行星轮连接，传递动力到行星轮轴。花键设小径为50-60左右，查表可得花键规格用8x56x62x10轻系列，设置对心的对称度0.0151.4）椭圆安装初始位置5个齿轮回转中心的连线与水平线75，现将齿轮与齿轮箱连接只有保证齿轮箱的初始安装位置即可。2.各齿轮轴的设计1）.中心椭圆齿轮轴图3-6中心椭圆齿轮轴如图3-6，右侧设置M36的螺纹，通过M36的螺母与椭圆齿轮箱相连，右侧用平键14x9与中心椭圆齿轮连接，查表可得轴槽深5.5。左侧有6x6的平键连接锥齿轮，及M16的螺纹固定。设有台阶面与输入卡爪焊接传递运动到齿轮箱。2).椭圆惰轮轴设置成光轴左右对称布置，中间设置d=50与椭圆惰轮相连，两侧设置d=40用于定位。3).椭圆行星轮轴（输出轴）图3-7椭圆行星轮轴（输出轴）如图3-7，左侧设置轴承台阶，中间用8x56x62x10的花键与椭圆行星轮连接右侧设置图示形状与爪座卡爪相连，传递运动给爪座卡爪，通过爪座卡爪传给爪座。3.椭圆齿轮箱的设计壁厚设置为20，齿轮箱对称布置，由中心椭圆齿轮轴，椭圆惰轮轴，椭圆行星轮轴设置时，内部预留轴承定位台阶，为保证壁厚均匀设置外部台阶，由连接在齿轮箱的各零件设置螺纹孔或光孔，具体设计见二维cad图。3.4工作部分系统主要零件的结构设计3.4.1工作部分系统的总体结构工作部分包括爪座卡爪，爪座，前爪，后爪等，如图，通过输出轴见动力传给爪座卡爪，再通过卡爪卡死，传给爪座带动前后爪运动。3.4.2工作部分系统的主要零件的结构设计1.爪座卡爪的设计图3-8爪座卡爪如图3-8，设置宽度为20的4个对称布置的槽，与爪座卡死传递运动。中间又d=50的孔及特殊形状的孔与输出轴配合传进运动。左侧端面及圆周用于与椭圆齿轮箱定位挡板固定及定位。2.爪座的设计爪座的设计如图3-9，左侧有卡爪与爪座卡爪卡死。设置凸出用于与爪的螺栓连接。中间螺栓的高度由老师给出的cad初始安装位置可测量出为162，螺栓用M10的螺栓。图3-9爪座3.前后爪的设计前后爪的设计通过老师给出的cad初始安装位置图，及设计参数通过cad可求出到爪尖倒爪座上用于安装前爪的中间螺栓的长度，再给以宽度，高度即可。后爪可以同样的方法求出尺寸，考虑到安装时的干涉问题可以改变后爪现状。将后爪通过螺栓固定在前爪上。具体前后爪数值可以参考二维cad图。3.5定位系统主要零件的结构设计计3.5.1定位系统的总体结构定位系统包括爪座定位挡板（与爪座靠近的挡板)，椭圆齿轮箱定位板（与机箱靠近的挡板），定位销，固定销，端盖等。通过在机箱上开两个有角度要求的定位销孔，与椭圆齿轮箱定位板上两销孔定位，以此来保证椭圆齿轮箱定位板的初始安装角度。由于定位板上2孔都是与爪座卡爪相连的，而爪座卡爪与输出轴位置固定的，输出轴位置与椭圆齿轮箱确定的，因此确定了定位板的位置就可以保证椭圆齿轮箱的位置。从而达到确定齿轮箱的初始安装角度位置。通过爪座定位挡板与爪座焊接在一起，来保证前后爪相对椭圆齿轮箱的位置。焊接时，保证爪座定位板中心线与爪座中心线的角度关系。由图3-10可见爪座定位挡板与椭圆齿轮箱定位板位置角度是一样的，这样就可以保证了爪的初始安装角度位置。通过固定销与椭圆齿轮箱定位板配合来确定位置，端盖用4个M10的螺栓与机箱夹紧，中间设有螺纹孔用以顶死固定销来固定机构。图3-10定位系统三维装配3.5.2定位系统的主要零件的结构设计1.定位板的设计椭圆齿轮箱定位板：上下左右对称设计，2端分别设有2孔与爪座卡爪配合，对称各有1个d=20的定位销孔。爪座定位挡板：对称设置两孔与爪座配合，再和爪座焊接在一起。2.固定销设有一台阶用于椭圆齿轮箱定位板的定位，另一侧端面通过螺母顶死。3.端盖如下图3-11，用4个M10的螺栓与机箱连接，中间设有M16的螺纹孔用于安装螺纹以压紧固定机构。图3-11端盖第四章第四章椭圆齿轮行星系搂草机构的三维建模椭圆齿轮行星系搂草机构的三维建模4.1应用软件的介绍本次毕业设计本人采用的三维建模软件为proe。ProEngineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CADCAMCAE一体化的三维软件。ProEngineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在三维造型软件领域中占有着重要地位，ProEngineer作为当今世界机械CADCAECAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的CADCAMCAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。ProE第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。ProE的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。ProE采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。主要有下面三个主要特征。1.参数化设计相对于产品而言，我们可以把它看成几何模型，而无论多么复杂的几何模型，都可以分解成有限数量的构成特征，而每一种构成特征，都可以用有限的参数完全约束，这就是参数化的基本概念。2基于特征建模ProE是基于特征的实体模型化系统，工程设计人员采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、壳、倒角及圆角，您可以随意勾画草图，轻易改变模型。这一功能特性给工程设计者提供了在设计上从未有过的简易和灵活。3单一数据库（全相关）ProEngineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的CADCAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。换言之，在整个设计过程的任何一处发生改动，亦可以前后反应在整个设计过程的相关环节上。例如，一旦工程详图有改变，NC（数控）工具路径也会自动更新；组装工程图如有任何变动，也完全同样反应在整个三维模型上。这种独特的数据结构与工程设计的完整的结合，使得一件产品的设计结合起来。这一优点，使得设计更优化，成品质量更高，产品能更好地推向市场，价格也更便宜。4.2典型零件的三维建模在ProE中，零件实体建模的基本操作大致分为以下三类:(l)标准几何形体如长方体、圆柱体等，通过长方形、圆的拉伸得到.(2)简单几何形体在二维线框的基础上通过拉伸、旋转、扫描和放样等操作形成三维几何形体。(3)复杂几何形体由简单几何体通过长凸台、切除、抽壳、镜像、阵列等操作得到三维几何形体。下面我们列举出了几个本次毕业设计中的典型零件的三维建模。1.椭圆齿轮的建模在利用ProE进行椭圆齿轮的设计过程中一般采用表达式生成方法，首先要确定驱动参数和计算参数。所谓驱动参数，就是要进行齿轮计算时的一些基本参数，包括齿数、模数、压力角、齿顶高系数等。所谓计算参数，则是指利用驱动参数计算获得的一些参数，包括基圆直径、齿顶圆直径、分度圆直径等。但由于老师给出了二维椭圆齿轮图（图4-1），因此我们可以将它直接导入到proe中，通过拉伸就可以直接获得椭圆齿轮模型（图4-2），再通过不同的拉伸，去除材料等就可以获得所需的中心椭圆齿轮（图4-3），椭圆惰轮（图4-4），椭圆行星轮（输出轮）（图4-5）。图4-1二维椭圆齿轮图4-2三维椭圆齿轮图4-3中心椭圆齿轮图4-4椭圆惰轮图4-5椭圆行星轮（输出轮）2.轴类的建模轴的建模分为两种，简单轴比如惰轮光轴我们可以通过旋转获得，复杂轴如中心椭圆齿轮轴我们可以将其一段段的拉伸出来，轴上的键槽孔可以通过查表先确定草绘平面再由表中轴上槽深去除材料拉伸获得，轴上的螺纹可以通过插入-修饰-螺纹获得。3.箱体类的建模以椭圆齿轮箱为例，为保证壁厚均匀可以先计算出所需尺寸，再通过拉伸曲面的到箱体外箱壁（由于本次设计中基本对称的可以先拉伸出一半的外箱壁在通过镜像得到整个外箱壁）（图4-6），然后通过插入-加厚得到箱体大致形状（图4-7）。再根据所需要求加工通孔，盲孔，螺纹孔，然后设计倒角，圆角等细节最终得到箱体三维模型（图4-8）。图4-6外箱壁曲面（去除前后面）图4-7加厚后的大致箱体模型图4-8最终的箱体三维模型总总结结通过三月中旬开始到六月初为期两个月的毕业设计，我从最开始对打捆机的一无所知渐渐有了相对比较深刻的认识，了解了其结构，作用，发展等等。在设计期间，学会了各种尺寸要多查表多思考，并且设计尺寸零件时要考虑到后续的加工和安装。通过proe的三维建模，巩固和加深了对proe这种三维软件的运用。通过三维转二维图后的修改和标注，让我更加熟悉了cad这种二维软件的操作运用。总的来说，这次毕业设计教会了我在设计产品时，要先了解产品的现状，设计意义，优缺点，明确设计方向，设计目的，这样才能更好的来设计。设计时，要考虑到各方面的因素，比如零件材料，零件的加工难易，零件的安装，现有的技术，经济性等。通过这次毕业设计，我在proe与cad软件使用技能上有了一个很大的提升，设计零件时参数设计有了初步想法，为以后的工作生活可以起到很大帮助。致致谢谢本次毕业设计能够顺利完成，首先要感谢尹建军导师的精心指导。设计之初，导师就给我们提供了很多相关资料，让我能更快的熟悉我所要设计的产品的现状意义，设计中间，老师带我们参观了现有的打捆机，通过实物教我设计的方向要求，并且对我们设计中间的疑问积极热心的解答。所以说没有导师的精心指导，本次毕业设计是不能保质保量及时完成的，在此向尹建军导师致以诚挚的敬意和感谢。还有感谢本次毕业设计中对我帮助的同学，每次有疑问时都能耐心的帮我解答或教我思路。我还有感谢大学四年来教过我的帮过的老师们。谢谢你们的无私奉献。在这里我要说：老师是这世上最伟大的职业，为了学生你们可以倾囊相授，不想社会上的留一手，特别是对于我这种直性子的人，真的很感谢你们，你们辛苦了。最后，感谢江苏大学，是你给了我难忘的四年大学生涯，在这里我学到了很多生活技能，处事方法，人生道理等。参考文献参考文献1机械设计实用手册编委会，机械设计实用手册上M北京：机械工业出版社，2009.4.2机械设计实用手册编委会，机械设计实用手册下M北京：机械工业出版社，2009.4.3马履中.机械原理与设计上M，北京：机械工业出版社，200