机械工程专业--滚筒式营养钵体机研究设计+开题报告.doc

1、摘要本文研究设计的滚筒式营养钵体机是一种新型制钵机具。该新型制钵机具首次提出利用凸轮机构的偏心作用制钵，该机具能一次完成上料、制钵等加工，制钵效率高。在该机工作的过程中，各个作业环节比如压实、钵体投出等环节的稳定性都能得到有效地控制。同时本机具有高生产效率，每小时10800个钵体，可广泛适用于棉花、玉米、瓜果、花卉等作物所需营养钵的制作。本文主要设计内容有：方案的确定；电机的选择；各轴的转速；链轮、齿轮的设计与计算；链轮、齿轮、凸轮的尺寸计算以及方案图、装配图和零件图的绘制。文中较详细的设计了滚筒式营养钵体机的传动系统和执行机构，对各个零件做了具体的结构尺寸设计，并对受载荷较大的零件进行了精确

2、的校核, 同时绘制了该制钵机的装配图和零件图，而且还对该制钵机的整体装配图进行了三维建模及仿真。该机具的设计过程中大量运用标准件，大大缩短了设计的工作量和降低了生产制造周期及成本。关键词：营养钵；制钵机；滚筒 AbstractThis paper studies the design platen earth bowl machine is a new type of machine. This earth bowl machine function can finish feeding, the earthen bowl of processing, high production effi

3、ciency. In the machine work process, each homework links such as feeding quantity, rate stability of such links can get effective control. Meanwhile the machine can produce 10800 earthen bowls per hour, which can be widely used in cotton, corn, melon and fruit, flowers, etc for the production of cro

4、ps earthen bowl of nutrition.This paper mainly design content: the design scheme determined; Motor choice; The axis of rotation speed, torque and power calculation; The sprocket, gear design and calculation; The sprocket, gear, CAM size calculation and scheme figure, drawings and component drawing.

5、This paper is the detailed design of the platen earth bowl machine the transmission system and actuators. This paper was designed in detail of the transmission system and the virtual machine for various parts of executive branch, made specific structure size design, and the load larger parts of the

6、precise respectively. Not only to the earth bowl machine of cylinder assembly drawings and parts drawing machine on the 2D rendering of the system, but also in the system of the whole machine assembly drawings , the three-dimensional modeling and simulation. The machine design, application of standa

7、rd greatly shortened design workload and reduces the production cycle and costs.Keywords: Earthen bowl of nutrition ; Earth bowl machine ; platen目录摘要IAbstractII目录III1 概述11.1 本课题研究背景11.1.1 国内的研究现状11.1.2 国外的研究现状11.2 课题研究的目的及意义11.3 课题研究的内容及拟采取的技术和方法22 拟定方案32.1工艺分析32.1.1最早的手工制钵的方法32.2 整体方案的拟定42.2.1 方案分析

8、42.2.2 方案的主要运动机构的要求52.2.3 本课题研制的制钵机方案的实施52.2.5 本课题研制的制钵机方案的优点82.2.5 方案中各机构的控制和实现93 传动系统的设计103.1 传动方案的拟定103.1.1 对传动方案的要求103.1.2 拟定传动方案103.2 电动机和减速器的选择及相关参数计算113.2.1 电动机和减速器类型的选择113.2.2 电动机功率的确定113.2.3 传动比的分配133.2.4 传动装置的运动参数计算134 系统主要结构设计144.1 主机架的设计144.1.1 机架设计的一般要求144.1.2 焊接机架的特点144.1.3 铸造机架的特点144.

9、1.4 机器机架类型的选择154.2 制钵机主要结构设计154.2.1营养钵的压实、投出结构设计164.2.2 制钵模具的设计174.2.3 活塞及活塞杆的设计184.2.4 导向筒的设计204.2.5 方轴的设计204.2.6 刮土机构设计224.3套杯内部结构图224.3.1 套杯及主要零件的安装方法234.3.2 主要零件结构的设计234.4 凸轮机构设计254.4.1 凸轮机构设计254.4.2 凸轮的结构设计284.4.3 凸轮和滚子的材料294.5 传动轴I的设计计算294.5.1 选择轴的材料294.5.2 求传动轴I功率、转速及扭矩294.5.3 初步估计最小轴径294.5.4

10、 主轴的结构设计295 传动系统主要零部件设计325.1 与齿轮减速电机相连的链轮传动I设计325.1.1 滚子链传动设计计算325.1.2 滚子链的型号345.1.3 链传动的润滑345.1.4 滚子链链轮的结构和材料345.2 与混料箱相连的链轮传动II设计405.2.1 滚子链传动设计计算405.2.2 滚子链的型号435.2.3 链传动的润滑435.2.4 滚子链链轮的结构和材料435.3 轴I齿轮传动设计455.3.1 齿轮传动的设计455.3.2 齿轮传动的润滑设计515.3.3 齿轮的结构设计515.4 轴II一级齿轮传动设计525.4.1 齿轮传动的设计525.4.2 齿轮传动

11、的润滑设计555.4.3 齿轮的结构设计555.5 轴II二级齿轮传动设计555.5.1 齿轮传动设计555.5.2 齿轮传动的润滑设计585.5.3 齿轮的结构设计586 制钵机装配图及零件图596.1 制钵机装配图596.1.1 制钵机主视图596.1.2 制钵机左视图606.1.3 制钵机俯视图616.1.4 A-A剖视图626.1.5 明细栏636.2 制钵机零件图666.2.1 套杯666.2.2 导向筒666.2.3 制钵模具676.2.4 活塞676.2.5 活塞杆686.2.6 方轴68设计总结69致谢70参考文献71附录72附录（一）72附录（二）74附录（三）75751 概

12、述1.1 本课题研究背景1.1.1 国内的研究现状我国对机械制钵机研究始于20世纪70年代，至今已研制了多种型号的制钵机。在“七五”期间，北京引进国外机械化育苗生产线，主要以生产蔬菜苗钵为主，可以实现钵体制备、钵体成形、打坑、精密播种及覆土等工艺的机械化。在“八五”期间，经农业部立项，进行了“盘苗设备及配套技术研究”，研制出“精密播种生产线设备”，主要用来制造以蔬菜、甜菜、为主的苗钵，“机械化制钵机的研制”课题被估价科委列入“九五”项目研究，已研制出2JB501型机械化制钵机，能实现制钵过程机械化操作，制造出来的营养钵能够满足玉米、棉花等经济作物的移栽要求2。总体来讲，我国制钵机的研制与开发有

13、了较大进展。目前，我国在这方面的研究已很多，并有越来越多的适应性更广的机型正在研究中或已研制出来，将能更好的为国民生产发展做贡献。1.1.2 国外的研究现状20世纪初期，欧洲一些国家开始大量种植蔬菜和经济作物，出现了早期的近代秧苗种植机具。这些机具仍为手动栽植，只是减轻了栽秧者肢体反复屈伸的繁重劳动；到20世纪30年代后期，出现了栽植机构或栽秧机器代替人工直接栽秧，使送秧入沟过程实现了机械化；自20世纪50年代开始，欧洲国家开展作物压缩土钵育苗及移栽的生产技术研究，研制出多种不同结构形式的半自动移栽机和制钵机；到20世纪70年代，前苏联蔬菜栽植机械化水平为58%,国营农场已达67%；到20世纪

14、80年代，半自动移栽机已在西方国家的农业生产中广泛使用，制钵育苗和移栽已形成完整的机械作业系统，实现了各种机械配套使用。到目前为止，作物压缩土钵成型、钵上单位精密播种和相应的自动化移栽设备在技术上基本达到了完善，亦广泛应用于实际生产。1.2 课题研究的目的及意义育秧钵机是一种自动生产秧苗钵体的机械的设备。可用于制作圆柱形带籽孔的棉花、玉米、瓜果、花卉的农作物育苗用营养钵。秧苗用钵体培育后移栽，能保证秧苗质量，达到早育、早熟、早上市、稳产、高产、的目的，还可以节省劳动力、种子肥料、农药。中国是世界最大的蔬菜生产国，蔬菜产量占世界总产量的60%左右，我国蔬菜栽植机械的发展较慢，秧苗栽植几乎全部由人

15、工完成，不仅劳动强度大、生产效率低，而且栽植质量差、生产成本高。显而易见，实现蔬菜农作物栽植机械化已成为农业生产的迫切需要。而本课题研制的新型制钵机能一次完成上料、压实、出钵等加工，大大的提高了生产效率，结构简单，稳固可靠，容易操作，且有较强的创新，是现代农业生产必不可少的工具。同时选制钵机作为毕业设计的内容，一方面，可以总结大学所学专业知识，可以将本专业各方面的知识的运用结合起来，锻炼了自己的机械综合运用的专业素质；另一方面，初步尝试了从事系统设计的科学研究，通过本次设计，深入认识了一般成型机械的设计方法和思路，对毕业后的工作学习有很大的帮助。此外，制钵机的设计内容、工作量适合作为毕业设计的

16、内容是完全符合要求的。1.3 课题研究的内容及拟采取的技术和方法目前国内外对规格化育秧播种机都有一定的研究，参照相关研究，经过深入分析规格化育秧配套的播种机的发展现状后，自己做了进一步分析，对本课题进行了的研究和探讨。本课题本着使用方面、操作方便、易于维修、提高效率的原则上，也尽可能使设计的更加经济化。因此在设计中，该制钵机能一次完成上料、压实，出钵等作业环节。不同于国内外一些育秧播种机的研究，考虑目前中国农村现状，本着降低成本的前提下，本课题制钵机在设计的过程中尽量采取简单和实用的结构，保证其经济性和方便性。本制钵机的外型 140610622291。配套的制钵模具为铸件，外形尺寸为11986

17、150，在正常运行时，可保证每时10800个钵的生产效率。对此，本课题所做的具体工作是：分析制钵机的发展现状，探讨制钵机等农业机械的发展前景和发展方向。收集制钵种机方面的资料，初步拟定设计方案；根据工作性能指标再重新修订育制钵机的设计方案；对传动部分进行了设计；完成制钵机零部件的设计；绘制整体装配图和各部分零件图；三维建模及仿真；编写设计说明书。 2 拟定方案2.1工艺分析2.1.1最早的手工制钵的方法（1）步骤：1）将肥料和土壤搅拌均匀，然后用筛子筛细。 2) 将上土壤放入一个模子，见图2.1a。 3）用一冲头将土壤冲紧，冲头下部有一凸头，见图2.1b。 4) 再将模子托起，这样育秧钵被冲出

18、见图2.1c。 图2-1 手工制育秧钵由手工制造方法可知制造钵体需要三个流程，即填料 冲压成型 冲出成品 进入下一个循环。（2）老式制钵机如图2-2，这种是老式育秧制钵机，它的制钵方法很像制作蜂窝煤。它的工作过程是这样的：电动机经带传动、齿轮传动将动力和运动传给齿轮7。齿轮7一方面通过偏心销使运动经由连杆8传动滑动支架作上下移动，另一方面，齿轮7又由一对锥齿轮将运动传到端面凸轮离合器11（它和轴用导向键联接，不仅能随意转动，而且还能在轴上移动）。若端面凸轮在旁边固定着的从动滚子10的强制下，向上抬起并压缩弹簧，离合器11就处在脱开状态，在其下面的齿轮9（和空轴套）就不会转动。当端面凸轮继续转到

19、凸轮凹面与从动滚子10接触时，端面凸轮就会在弹簧力的作用下向下退役。使离合器啮合，运动经过齿轮9带动转盘转动。当转到一定位置时，凸轮会再次转到凸轮面与滑轮接触，此时凸轮又会在滑轮的强制作用下使离合器再次脱开，齿轮9就会停止转动。这一过程恰好转盘转过60，而被定位销20销住，也就是在转盘停顿的时间里，滑动支架正好带着固定在它上面的压紧冲头和冲出冲头在模孔中作一次上下往复运动，以完成压紧和冲出一只育秧钵的过程。这种制钵机有如下的缺点：1)结构复杂、零件较多；2)容易损坏、维修不方便；3)造价较高。 图2-2 老式制钵机2.2 整体方案的拟定2.2.1 方案分析 1-主动轴，2-滚筒，3-滚子，4、

20、11-大凸轮，5、12-小齿轮，6、13-大齿轮，7、14-小凸轮，8-活塞杆，9-制钵模具， 10-推杆，15、17-齿轮，16、18-齿轮，19-混料箱 图2-3 方案简图该方案原理：该机械的主要结构运动是才采用了滚子直动从动件盘形凸轮机构和活塞的运动结构。当运动传到主动轴1时会带动主动齿轮5、12、17运动，此时动力会分两条路线走：一条运动路线是经齿轮18与17啮合，从而运动会依次传到齿轮16，因为齿轮16是安装在滚筒2上，所以滚筒2会跟齿轮16一起运动，进而带动安装在其上的制钵模具9和活塞杆8一起以轴1作旋转运动，同时活塞也会在制钵模具9中作活塞运动；另一条运动路线是由齿轮5、12会带

21、动与其啮合的齿轮6、13运动，而小凸轮7、14是安装在齿轮6、13上，所以会带动小凸轮14运动。2.2.2 方案的主要运动机构的要求在确定上述方案之后就可以进行机构设计，整个机器主要由以下机构组成：（1）混料机构 该机构要求完成：1)将运输到混料箱中的土壤和肥料混合均匀，同时，绞轮在转的过程中应对土有个向下的推力，使料更容易进入制钵模具。2)混料箱下方两侧板上安装有刮土机构，当制钵模具装满料运转到刮土板时，刮土板应能将多余的料刮去。(2)压实与投出机构 该机构要求完成：为了提高生产效率和简化结构，营养钵的压实和出在一个工序中实现，由于活塞杆在凸轮上运动，当推杆在凸轮上转过135时钵被压实，然后

22、在165-180过程中实现钵的投出。在投出的过程中设置了一个小凸轮，这里的小凸轮应与滚筒的运动正时，当活塞杆运动到165时，小凸轮也应转过该角度，并与方轴接触。 （3）导向机构该机构要求完成：在活塞杆进行径向挤压和同时进行圆周旋转的过程中，保证压杆不会被卡死。2.2.3 本课题研制的制钵机方案的实施综合上述分析，确定出制钵机的整体方案图，见图2-4。1-滚筒，2-小凸轮，3-链传动III，4-方轴，5-承力弧型板，6-轴II，7-制钵模具，8-活塞杆，9-链传动II，10-大凸轮，11-主轴I，12-链传动II，13-齿轮减速电机，14-混料箱，15-刮土机构，16-机架， 17-链传动IV

23、图2-4 整体方案工作过程:如图2-5，制钵模具2安装在滚筒上，活塞杆8一端安装在制钵模具2中，另一端安装有滚子7，当滚筒转动的时候，同时会带动制钵模具2和其活塞杆8一起转动，大凸轮4不转，而活塞杆8除了作转动还沿径向作活塞运动来挤压土。该工作过程分三个阶段：第一阶段，填料（I）。当制钵模具2转到I处，活塞处于制模模具的最低位置，同时混料箱中的料会由于自重和旋转搅轮的作用进入制钵模具2中；第二阶段，压实（II-III）。当制钵模具2旋转到II时，由于大凸轮4的作用，会使活塞开始作活塞运动，所以在活塞杆8和承力弧形圆板3的综合作用下开始挤压钵中的土。第三阶段，投出（III-IV）。当制钵模具2运

24、动到III时，此处没有了承力弧形圆板3，由于小凸轮6的转速为36r/min,滚筒（方轴）的转速为6r/min，每当制钵模具运动到p处时，小凸轮刚好运动到P处，此时小凸轮6的的基圆与方轴5接触，因为小凸轮的速度比滚筒快，在小凸轮6运动到的顶点Q之前将一直跟方轴5一起转动，并且方轴还受到小凸轮的推力作用，直到转过Q点它们才分离，推力消失。从小凸轮6开始推方轴5直至推力消失这个过程也就是营养钵投出过程，而投出的营养钵将被皮带运输走。小凸轮6与方轴5分离后，滚子7将受大凸轮4的滚子槽的约束慢慢回到起始位置I，从而开始下一个工作循环。 1-混料箱，2-制钵模具，3-承力弧形圆板，4-大凸轮，5-方轴，6

25、-小凸轮，7-滚子，8-活塞杆图2-5 方案一1-混料箱，2-制钵模具，3-承力弧形圆板，4-大凸轮，5-活塞，6-滚子图2-6 方案二 工作过程：方案二的工作过程和方案一的工作过程类似，也分为三个阶段：第一阶段，填料（I），第二阶段,压实（II-III），第三阶段，投出（III-IV）。由于此方案没有用到小凸轮，所以在出钵的过程中完全是靠大凸轮4的作用，这种方案虽然结构简单，但该方案存在两个问题:第一，就是该机器由于没有小凸轮的作用，所以必须提前推钵，即在III处，但制钵模具2运动到Q时，被推出的一定长度的营养钵有可能断裂或提前脱落；第二，如果不提前推钵，那么由于只有大凸轮4的作用，所以必须

26、将该凸轮曲线设计得很陡，如P处，但又由于活塞杆5有一定的长度，所以滚子很难转过这个突变位置，同时活塞杆也容易在此处发生自锁，见图2-6。综上两种方案的分析，故采用方案二，该方案制钵机的三维图如图2-7所示。 图2-7 滚筒式制钵机三维实体模型2.2.5 本课题研制的制钵机方案的优点(1)压实机构和投出机构是通过凸轮机构运动和活塞运动来实现的。即运用了对心直动滚子推杆盘型凸轮机构，活塞杆的一端联接滚轮，然后滚轮在凸轮上运行，凸轮不转，而活塞的另一端在模具中，相当于气缸中的活塞运动，通过凸轮结构的运动从而挤压钵并推出钵，这种压实机构和投出机构做成一体，从而简化了结构。(2)考虑到钵的投出方便，本课

27、题中特意设置了一个小凸轮结构，推杆的转速为6r/min，而小凸轮的转速为36r/min,当压杆在推出的过程中，当压杆转动到某个角度时，小凸轮会推压杆，直到出钵，这样就保证了出钵的顺利进行。(3)推出的钵会落在与滚筒线速度相同的链上，经过链轮的链传动，自动的将推出的钵运输到下一工序进行作业，自动化程度高。(4)滚筒一排布置了5个制钵模具，而滚筒上均布6排制钵模具，当滚筒转一圈就会出30个营养钵，所以生产量可以达到10800个/时，生产效率高, 适宜机械化生产, 能够达到较高的生产率, 可满足带籽孔的棉花、玉米、瓜果、花卉的农作物育苗用营养钵的需要。(5)由于种坑的土是后来挤成型的, 故钵体四周和

28、底部因压实比较结实, 有利于钵体移动、育苗、移栽的机械化操作, 而中心及上部中心(原种坑) 处比较松, 有利于作物的发芽生长。(6)制成的钵体既可采用工厂化方式大批量育苗, 也可由农户按传统方式在地头覆膜育苗, 具有较强的适应性。2.2.5 方案中各机构的控制和实现(1)各机构之间的协调关系为了使该机器实现预定的工作，要求各机构（包括传动机构、执行机构和其他辅助机构）必须满足一定的关系，不能发生干涉。特别是小凸轮和推杆之间的关系，只要当推杆运动到开始出钵的位置时小凸轮才能顶推杆，既不能提前，也不能滞后。同时推杆在运动过程中要能始终与模孔很好的配合上，这些就要去制造上满足一定的精度，在安装上要注

29、意对正时点。(2)各传动机构的速度控制为了实现已经拟定的生产率，考虑到传动的精确性以及结构的紧凑性，选用齿轮作为执行机构的传动装置，因为齿轮传动还具有传动平稳，寿命长的优点。3 传动系统的设计3.1 传动方案的拟定3.1.1 对传动方案的要求合理的传动方案，首先应满足工作机的性能要求，其次还应满足工作可靠、传动效率高、结构简单、尺寸紧凑、成本低廉、工艺性好、使用和维护方便等要求。任何一个方案，要满足上诉所有要求是十分困难的，要统筹兼顾、满足最主要和最基本的要求。3.1.2 拟定传动方案根据各传动机构的优缺点（如下）确定传动方案。(1)链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，

30、传动效率高；又因为链条不需要像带那样张得很紧，所以作用于轴上的径向压力较小；链条采用采用金属材料制造，在同样的使用条件下，链传动的整体尺寸较小，结构较为紧凑；同时，链传动能在高温和潮湿的环境中工作。 (2)齿轮传动具有承载能力大、效率高、允许速度高、尺寸紧凑、寿命长等特点。由于斜齿圆柱齿轮传动的承载能力和平稳性比直齿圆柱齿轮传动好，故在高速级或要求传动平稳的场合，常采用斜齿圆柱齿轮传动。(3) 带传动具有结构简单、传动平稳、价格低廉和缓冲吸振等特点，且能起过载保护作用。但由于它是靠摩擦力来工作的，在传递同样功率的条件下，当带速较低时，传动结构尺寸较大。为了减小带传动的结构尺寸，应将其布置在高速

31、级。(4) 锥齿轮传动，当其尺寸太大时，加工困难，因此应将其布置在高速级，并限制其传动比，以控制其结构尺寸。(5) 蜗杆传动具有传动比大、结构紧凑、工作平稳等优点，但其传动效率低，尤其在低速时，其效率更低，且蜗轮尺寸大，成本高。因此，它通常用于中小功率、间断工作或要求自锁的场合。为了提高传动效率、减小结构尺寸，通常将其布置在高速级。(6) 开式齿轮传动，由于润滑条件和工作环境恶劣，磨损快，寿命短，故应将其布置在低速级。根据各种传动机构的特点和上述选择原则，结合本设计的工作条件，得出下面的传动方案，如图3-1。 图3-1 传动方案 由带有减速机的电动机，通过链传动I，与主轴I相连，将动力由电机传

32、到轴I，然后通过链传动II将动力传到轴II，使混料机构工作，同时又有齿轮传动就动力传到滚筒，使滚筒旋转；轴I上的动力又经过链传动III将动力传动到运输机构。 3.2 电动机和减速器的选择及相关参数计算3.2.1 电动机和减速器类型的选择考虑到安装需要以及工作环境，采用的是带有减速机的电动机。参考一般农业机械减速机的选择，选用G全封闭齿轮减速电机。G系列全封闭齿轮减速机全封闭全寿命机电一体化设计 ;2、硬齿面斜齿传动，低噪声、高效率;3、整体结构、重量轻，适应性强;4、可附加电磁制动器。它具有减速比大，传动效率高，体积小，重量轻，故障少，寿命长，运转平稳可靠，噪音小，拆装方便，容易维修，结构简单

33、，过载能力强，耐冲击，惯性力矩小等特点。根据所选用减速机的产品手册（嘉田传动机械有限责任公司），选用G全封闭齿轮减速电机，常配用的直联电动机为Y系列三相异步电动机。3.2.2 电动机功率的确定电动机的功率由该设别所消耗的功率决定。该设备消耗的功率主要有：(1)压紧和冲出时所作的功压紧工作时平均所受的压力去100kg(按经验选取)，冲头总行程为100mm,冲头上下总位移为200mm，每小时往复10800次，所消耗功率按下式计算 式中 F-冲头在行程中所受的平均压力，单位 N； S-冲头每次行程的位移量，单位 m; n-冲头每小时的行程次数，单位 次/小时。因此 (2)混料箱中绞轮消耗功率由于绞轮

34、的转速不高，估计推动1立方米的土料需要1吨的力。混料箱的体积为： 搅动土料需要的平均力： 消耗功率: 总的工作功率: 为了计算电动机的所需要的功率Pd，先要确定从电动机到工作机的总效率。设为链轮传动的效率，为滚动轴承的效率，为滑动轴承的效率，为齿轮传动的效率，查表得=0.93，=0.98，=0.98，=0.97则传动装置的总效率为：电动机所需要的功率为:=/ =1.42kw查阅所选用齿轮减速电机的产品手册（嘉田传动机械有限责任公司），考虑到该齿轮减速电机的安装要求，并满足功率需要，选择的G全封闭齿轮减速电机的型号为：GH50-1.5-9.5S其余部分参数见表3-1。（其详细参数及相关信息见附录

35、（一）表3-1 G全封闭齿轮减速电机部分参数3.2.3 传动比的分配从G全封闭齿轮减速电机输出的转速为144r/min，而按照初步取链轮的基准直径为=104mm(具体设计见3.4链轮传动计算)，则连接链轮的转动轴转速为72r/min，那么采用方案中的链轮传动的传动比i=2 。3.2.4 传动装置的运动参数计算（1）各轴的转速：按照设计要求，连接链轮的转动轴转速均为72r/min，即轴I，轴II，轴III的转速分别为72r/min、36r/min、20.9r/min。（2）各轴的输入功率计算：轴I：轴II：轴III：4 系统主要结构设计4.1 主机架的设计机架在机器中起到支承和固定机器零件的作用

36、，它作为一个重要的零部件，性能要求较高。机架的设计主要应保证其刚度、强度及稳定性。4.1.1 机架设计的一般要求（1）在满足强度和刚度的前提下，机架的重量应要求轻、成本底。（2）抗振性好。把受迫振动振幅限制在允许范围内。（3）噪声小。（4）温度场分布合理，热变形对精度影响小。（5）结构设计合理，工艺性良好，便于铸造、焊接和机械加工。（6）结构力求便于安装和调整，方便维修和更换零部件。（7）有导轨的机架要求导轨面受力合理、耐磨性良好。（8）造型好，使之既适用经济，又美观大方。4.1.2 焊接机架的特点（1）重量较轻。钢板焊接毛坯比铸件毛坯轻30%，比铸钢毛坯轻20%。（2）强度高、刚度大，对同一

37、结构的强度为铸铁的2.5倍，钢的疲劳强度为铸造的3倍。但抗振性能较差。（3）生产周期短、能使适应市场竞争的需要。（4）结构设计灵活、壁厚可以相差很大，并且可根据工况需要不同部位选用不同性能的材料。（5）单件小批生产的大、中型机架；特大型机架，如大型水压机横梁，底座及立柱，大的轧钢机机架和颚式破碎机机架等，可采用小拼大的电渣焊。4.1.3 铸造机架的特点（1）重量偏重。（2）铸铁机架的强度与刚度较低，但内摩擦大，阻尼作用大，故抗振性能好。（3）生产周期长，资金周转慢，成本高。（4）由于技术上的限制，铸件壁厚不能相差过大。而为了取出芯砂、设计时只能用“开口”式结构，影响刚度。（5）大批量生产的中小

38、型机架。（6）铸铁材料来源方便、价廉。4.1.4 机器机架类型的选择综合考虑上述情况，分析如下：该机械属于农业机械，参考一般农业机械的设计，这里选择机架类型为焊接机架。焊接机架通过焊接槽钢焊接而成。结构形式如图4-1所示。 图4-1 机架如图4-1，机架采用槽钢焊接而成，基本尺寸为A=100mm，B=48mm，S=5.3mm，其相关尺寸规格符合GB707-1988.其中A、B、S分别为槽钢的宽度、腿高度和腰厚度。4.2 制钵机主要结构设计图4-2 总装内部结构图4.2.1营养钵的压实、投出结构设计制钵机中的营养钵的压实、投出机构的是否合理及是否简易直接影响到整台机器的经济性以及适用性。所以营养

39、钵的压实、投出结构的设计是非常重要的环节，见图4-2（I）。如图4-3所示，该制钵机中的营养钵的压实、投出是在活塞杆的一次挤压中完成，故结构简单，紧凑，而且便于安装。 1-方轴，2-活塞杆，3-导向筒，4活塞，5-制钵模具，6-滚筒图4-3 压实，投出机构图4.2.2 制钵模具的设计制钵模具是用来制做营养钵的模子，钵的压实和投出都在制钵模具中进行，所以它的结构和尺寸影响到营养钵的质量好坏以及安装是否方便。（1）钵体形状和规格营养钵体积不能过大, 否则重量增加, 运输及移栽都不适合, 育苗设施也较大。但目前营养钵一般采用直径70 mm、高100 mm 左右的圆柱体, 尺寸都较大。因此, 改变钵体

40、规格是实现机械化育苗移栽首先要解决的问题。本课题中采用的是中等尺寸的营养钵，直径50mm、高50mm。（2）钵的强度和压缩比营养钵的运输、育苗、移栽都要求营养钵具有一定的强度。实验表明: 钵体压制成型后(含水率为20 %) , 置于桌面, 上加重力均匀下压, 承受2 3 kg 压力而不产生变形、裂纹、坍塌或从30 40 cm 高度自由落在硬地上, 不发生较大破碎的营养钵强度较为合适。强度不够, 在育苗中容易出现变形、坍塌, 运输、移栽时易破碎; 强度过大, 育苗中不易吸水, 影响种子发芽, 移栽后钵体在土壤中坚实不碎, 对作物生长不利。要达到合适的强度, 制钵过程中必须采用合适的材料压缩比。试

41、验表明:压制1 个营养体需用的制钵材料是其体积的2. 0 2. 5 倍, 也就是说压制能力达到这个要求即可。一般用草炭或膨化秸秆作配料时压缩比为(2. 0 2. 3) 1; 人工腐烂的麦草、麦糠作配料时, 压缩比应为(2. 3 2. 5) 1。试验表明: 如果采用微喷式滴灌方式浇水, 运输过程中将钵体表面含水率降到15 % 左右, 则采用此压缩比制的钵体在输送育苗过程中的破碎率小于3 % (棉花约为3 % , 玉米为2 % 以下)。 图4-4 制钵模具结构图（3）制钵模具的结构和尺寸的确定综上述分析，同时也为了便于在转动过程中将漏过活塞的土漏出钵体，特在模具的下方开了4个槽口，同时为了避免刮土

42、机构在刮土过程中与模具上表面发生抵触，影响整台机械的工作，所以将模具上方的结构加工成弧形，即顶端带有弧形的圆柱体，弧形半径与滚筒的半径相等。经设计计算得制钵模具主要参数为：模具内径: ;模具高度：模具顶部圆弧半径：具体结构形式见图4-4。4.2.3 活塞及活塞杆的设计（1）活塞的设计在设计活塞的过程中从以下两大方面考虑：其一， 钵在压实和投出的过程中，活塞是与其料直接接触的，活塞外壁与制钵模具内壁有配合，整个活塞在制钵模具中运动，所以为了减少活塞在模具内运动的过程中活塞顶部容积中的料进入模具内壁和活塞外壁间将活塞卡死的几率，所以并没有将整个活塞外壁与模具内壁配合，只取了配合段L；其二，为了安装

43、的方便，所以将活塞开有内螺纹与活塞杆连接，同时考虑防止螺纹连接的松脱，故在活塞壁上开有螺纹孔以便安装紧定螺钉。 经设计计算得活塞的主要参数为: 活塞大端外径: 活塞整体长度: 与模具配合段长度: 具体结构形式见图4-5。 图4-5 活塞结构图（2）活塞杆该机中的活塞杆螺纹左段与活塞连接，而右段与方轴连接。在钵体机工作的过程中，方轴对活塞杆产生推力（拉力），从而带动活塞运动。为了得到预定的营养钵尺寸，所以要求对左段的长度为当安装活塞后端面与活塞端面平齐。同时为了在压实的过程中，获得种坑，故地在左段的断面上制造出小凸头，活塞杆的结构形式见图4-6。 图4-6 活塞杆结构图4.2.4 导向筒的设计由于活塞杆一端在制钵模具相连,另一端是与方轴相连,所以为了防止活塞杆在工作的过程中不被卡死,以及让活塞杆的转动始终与滚筒同步,所以在制钵模具的下端安装导向筒。由于活塞杆的导向段与导向筒的内壁之间总存在着相对运动，所以为了减少磨损以及简化结构，导向筒采用无油润滑材料。同时，导向筒的长度不能太短，如果太短，会很容易产生自锁，致使活塞杆被卡住，而不能正常工作。所以经设计计算得导向筒的主要参数为：内径：长度：具体结构形式见图4-7。图4-7 导向筒结构图4.2.5 方轴的设计方轴是通过滚