毕业设计(论文)-树木保暖机械的设计.doc
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1、 毕业设计树木保暖机械的设计70摘要 本课题来源于生产实际,目前,我国正在大力加强植树造林建设,特别是江苏沿海地区,政府部门每年都规划植树造林,然而植树造林存在一个问题,需要大量的人力来投入,而现在,国家倡导绿色造林,为了更有效的植树造林,出现了树木保暖机,也即为树木保暖机。整机结构主要由电动机、机架、传动带、蜗杆减速器构成。由电动机产生动力通过同步同步带轮减速器将需要的动力传递到同步同步带轮上,同步同步带轮1带动带同步同步带轮2,从而带动整机装置运动.本论文研究内容摘要:(1) 自动包树机总体结构设计。(2) 自动包树机工作性能分析。(3)电动机的选择。(4)对自动包树机的传动系统、执行部件
2、及机架设计。(5)对设计零件进行设计计算分析和校核。(6)绘制整机装配图及重要部件装配图和设计零件的零件图。关键词:自动包树机,结构设计,树木保暖机AbstractKeywords: 目 录摘要IAbstractII第1章 绪论5第1章 绪论5第2章 自动包树机方案设计82.1 动力系统选择依据82.2 常见机构的特点和应用82.3 传动机构的确定111.总体方案设计112.产品功能及特色15第3章 自动包树机传动部分的计算163.3 电机的选取164.1 确定传动装置效率194.2 蜗杆传动设计计算204.2.1 选择蜗杆、蜗轮材料204.2.2 确定蜗杆头数Z及蜗轮齿数Z204.2.3 验
3、算的速度204.2.4 确定蜗杆蜗轮中心距a204.2.5 蜗杆传动几何参数设计214.3 环面蜗轮蜗杆校核计算234.4 轴的结构设计254.4.1 蜗杆轴的设计254.4.2 蜗轮轴的设计284.5 轴的校核314.5.1 蜗杆轴的强度校核314.5.2 蜗轮轴的强度校核344.6 滚动轴承的选择及校核374.6.1 蜗杆轴滚动轴承的选择及校核374.6.2 蜗轮轴上轴承的校核394.7 键联接的强度校核404.7.1 蜗杆轴上安装联轴器处的键联接404.7.2 蜗轮轴上装蜗轮处的键联接41所以,所选平键合适。413.2.1同步带介绍413.2.2 同步带的特点423.2.3 同步带传动的
4、主要失效形式423.2.4 同步带传动的设计准则453.2.5 同步带分类453.4 同步带传动计算463.4.1 同步带计算选型463.4.2 同步带的主要参数(结构部分)493.4.3 同步带的设计513.4.4 同步同步带轮的设计51第5章 绳子缠绕提升部分设计计算525.1 精度的选择525.2丝杠导程的确定525.3 最大工作载荷的计算525.4 最大动载荷的计算535.5 滚珠丝杠螺母副的选型535.6 滚珠丝杠副的支承方式545.7 传动效率的计算545.8 刚度的验算545.9 稳定性校核555.10 临界转速的验证563.3.2 初步计算齿轮主要参数573.3.3 按弯强度曲
5、初算模数m603.3.4 齿轮疲劳强度校核61结 论68参考文献69致 谢70第1章 绪论第1章 绪论2 3在国家“十二五”规划中,提出了生态文化是中华传统文化、和谐文化的重要组成部分,是支撑生态文明的基础。国家林业局第七次全国森林资源清查结果显示,全国森林面积达到 1.95 亿 hm ,森林覆盖率达到 20.36%,森林蓄积量为 137.21 亿 m 。从以上统计数字可以看出,我国森林资源的平均水平依然很低,虽然我国的森林面积居世界第五位, 但森林覆盖率只相当于世界森林覆盖率(31.7%)的 64%;全国人均森林面积相当于世界人均水平的 25%。另外, 我国的森林质量不高, 单位面积森林蓄积
6、量仅为世界平均水平的 84.8%。为了进一步提高我国的森林覆盖率及生态环境,发展生态文化,需要开展大规模的造林工程,大面积地进行植树造林活动。人工造林投入大、产出少、用工多,效率低、速度慢、劳动强度大,而使用机械造林则可以解决这些问题。造林机械化是造林工程的发展方向,而要进行机械化造林就必须有配套的造林机械。 第2章 自动包树机方案设计2.1 动力系统选择依据驱动机构主要有液压驱动、气动驱动、电动驱动和机械驱动等形式。液压驱动具有体积小、出力大、控制性能好、动作平稳等特点,它利用油缸、马达加上齿轮、齿条实现直线运动;利用摆动油缸、马达与减速器、油缸与齿条、齿轮或链条、链轮等实现回转运动。液压驱
7、动具有润滑性能好、寿命长的特点,结构紧凑,刚性好。定位精度高,克实现任意位置开停。有很多专业机械手能直接利用主机的液压系统。但缺点是需要配备压力源,系统复杂成本较高。气动驱动结构简单、造价低廉。气源方便,所需的压缩气源一般工厂都有,并且无污染,一般采用的压力0.4-0.6MPa,最高可达1MPa。缺点是出力小,体积大。由于空气的可压缩性大,很难实现中间位置的停止,只能用于点位控制,而且润滑性较差,气压系统容易生锈。机械式用于简单的场合。电动由于减速和回转运动变往复运动机构,该机构适用于无污染,有电就可以工作,操作简单方便,在工作场合只需要接通电源即可工作,而工作场合在各个大楼区域,很容易找到电
8、源。 根据上述说明最终选择电动机的作为机构的动力源。2.2 常见机构的特点和应用类型特点应用连杆机构结构简单,制造容易,工作可靠,传动距离较远,传递载荷较大,可实现急回运动规律,但不易获得匀速运动或其他任意运动规律,传动不平稳,冲击与振动较大。用于从动件行程较大或承受重载的工作场合,可以实现移动、摆动等复杂的运动规律或运动轨迹。凸轮机构结构紧凑,工作可靠,调整方便,可获得任意运动规律,但动载荷较大,传动效率较低。用于从动件行程较小和载荷不大以及要求特定运动规律的场合。非圆齿轮机构结构简单,工作可靠,从动件可实现任意转动规律,但齿轮制造较困难用于从动件作连续转动和要求有特殊运动规律的场合。槽轮间
9、歇机构结构简单,从动件转位较平稳,而且可实现任意等时的单向间歇转动,但当拨盘转速较高时,动载荷较大常用作自动转位机构,特别适用于转位角度在45以上的低速传动。凸轮式间歇机构结构较简单,传动平稳,动载荷较小,从动件可实现任何预期的单向间歇转动,但凸轮制造困难用作高速分度机构或自动转位机构。不完全齿轮机构结构简单,制造容易,从动件可实现较大范围的单向间歇传动,但啮合开始和终止时有冲击,传动不平稳多用作轻工机械的间歇传动机构螺旋机构传动平稳无噪声,减速比大;可实现转动与直线移动,传动平稳无噪声,互换;滑动螺旋可做成自锁螺旋机构;工作速度一般很低,只适用于小功率传动多用于要求微动或增力的场合,如机床夹
10、具以及仪器、仪表,还用于将螺母的回转运动转变为丝杆的直线运动的装置。摩擦轮机构有过载保护作用;轴和轴承受力较大,工作表面有滑动,而且磨损较快;高速传动时寿命较低用于仪器及手动装置以传递回转运动。圆柱齿轮机构载荷和速度的许用范围大,传动比恒定,外廓尺寸小,工作可靠,效率高;制造和安装精度要求较高,精度低时传动噪声较大,无过载保护作用;斜齿圆柱齿轮机构运动平稳,承载能力强,但在传动中会产生轴向力,在使用时必须安装推力轴承或角接触轴承广泛应用于各种传动系统,传递回转运动,实现减速或增速、变速以及换向等。齿轮齿条机构结构简单,成本低,传动效率高,易于实现较长的运动行程;当运动速度较高或为提高运动平稳性
11、时,可采用斜齿或人字齿条机构广泛应用于各种机器的传动系统,变速操纵装置,自动机的输送、转向、进给机构以及直动与转动的运动转换装置圆锥齿轮机构用来传递两相交轴的运动;直齿圆锥齿轮传递的圆周速度较低,曲齿用于圆周速度较高的场合用于减速、转换轴线方向以及反向的场合,如汽车、拖拉机、机床等。螺旋齿轮机构常用于传递既不平行又不相交的两轴之间的运动,但其齿面间为点啮合,且沿齿高和齿长方向均有滑动,容易磨损,因此只宜用于轻载传动用于传递空间交错轴之间的运动。蜗轮蜗杆机构传动平稳无噪声,结构紧凑,传动比大,可做成自锁蜗杆;自锁蜗杆传动的效率很低,低速传动时磨损严重,中高速传动的蜗轮齿圈需贵重的减摩材料(如青铜
12、),制造精度要求较高,刀具费用昂贵用于大传动比减速装置(但功率不宜过大)、增速装置、分度机构、起重装置、微调进给装置、省力的传动装置行星齿轮机构传动比大,结构紧凑,工作可靠,制造和安装精度要求高,其他特点同普通齿轮传动;主要有渐开线齿轮、摆线针轮、谐波齿轮3种齿形的行星传动常作为大速比的减速装置、增速装置、变速装置,还可实现运动的合成与分解。带传动机构轴间距离较大,工作平稳无噪声,能缓冲吸振,摩擦式带传动有过载保护作用;结构简单,安装要求不高,外廓尺寸较大;摩擦式带传动有弹性滑动,不能用于分度系统;摩擦易起电,不宜用于易燃易爆的场合;轴和轴承受力较大,传动带寿命较短用于传递较远距离的两轴的回转
13、运动或动力。链传动机构轴向距离较大,平均传动比为常数,链条元件间形成的油膜有吸振能力,对恶劣环境有较强的适应能力,工作可靠,轴上载荷较小;瞬时运转速度不均匀,高速时不如带传动平稳;链条工作时因磨损伸长后容易引起共振,一般需增设张紧和减振装置。用于传递较远距离的两轴的回转运动或动力。2.3 传动机构的确定根据上述表格和任务书条件,初步选择涡轮蜗杆传动机构。但是由于上升过程中不得出现打滑和倒退现象,减速比比较大。最终涡轮蜗杆传动机构确定传动机构。1. 总体方案设计在生长于地面的树木不动的情况下,要对树干部分缠绕草绳,就必须使草绳圈围绕树干作圆周运动,同时绳圈自身要能自转,这样才能保证草绳源源不断地
14、绕在树干上,且不会发生干涉、打结现象。另外,要使草绳能紧密的缠绕在树干上,还必须保证草绳在缠绕过程中能稳定上升,不出现重叠或缝隙。事实上,只要草绳在每圈上升一个绳径(d)的距离,并不需要匀速上升,后面的草绳便会在前面缠绕的草绳的导引下实现紧密排列。针对以上两点,我,们设计了如图1的自动包树机。包树机主要由底板机架、动力装置、传动机构、执行机构以及控制装置五部分组成,能适应不同胸径的树木,并且草绳缠绕的紧密度与高度在一定范围内可调。图1 包树机主体效果图1.手推柄 2.张紧轮 3.轴承座 4.轴 5.摩擦轮 6.张紧螺钉 7.储绳筒 8.丝杠1 9.螺母及滑块1 10.光轴 11.导绳杆 12.
15、固定齿轮1 13.转盘 14.固定贴板 15.导轨 16. 丝杠2 17. 螺母及滑块2 18. 固定齿轮2 19.排线齿轮 20.轴 21.调整块 22.螺钉 23.支架 24.底板 25.车轮 26.从动同步带轮 27.张紧螺母 28.张紧轮支架 29.普通V带 30.减速器 31.蓄电池 32.螺栓 33.直流电机 34.主动同步带轮1.1工作原理及过程如图1,包树前,先将草绳圈置于储绳筒上。然后推动小车,使树木通过转盘及导轨的缺口进入到转盘中央。再将最外面的绳头穿过导绳孔,系在树干上。工作时,直流电机通过减速器带动主动同步带轮,进而通过带传动将动力传递到两同步摩擦轮,从而带动执行机构实
16、现包树功能。包树时,转盘带着储绳筒绕树作圆周运动,同时储绳筒在草绳的牵引下不断自转,不断给绳,从而使草绳源源不断地缠绕在树干上。当排线齿轮碰到固定齿轮1时,会有一段啮合区,从而转动丝杠。由于排线螺母被滑块约束,其自身不能自转,于是在齿轮啮合过程中沿着丝杠上升半个绳径(d/2)的距离。同理,在碰到固定齿轮2时又上升半个绳径(d/2)距离。如此往复,在每圈中缠绕过程中都能上升一个绳径(d)的距离,从而实现紧密排列。到达预定的极限位置时,螺母便会触动极限开关,电路便自动断开,包树结束。包树结束时,只需将草绳剪断,打个结即可。接着就可以退出小车,反方向缠绕下一棵树。1.2主要组成部分1.2.1底板机架
17、底板机架的主要功能为固定和连接其它四个功能装置,还可以通过它方便的移动包树机。其大小及结构主要由上面的主体机构决定,效果图如图2所示。1.2.2动力装置考虑到包树过程负载较小,所需转速也不大,以及室外使用等因素,动力装置采用由蓄电池驱动的直流电机,配合减速换向装置使用。动力装置主要参数如表1所示:表1 动力装置主要参数额定电压额定电流额定功率转速24V5A120W220r/min1.2.3传动机构传动机构主要将动力传给包树执行机构,由同步带轮、同步带、张紧装置、摩擦轮组成,带传动机构用于实现相对较远距离的动力传送,摩擦轮压紧转盘,将动力传送给转盘,其机构运动简图如图2:图2 主运动机构简图1.
18、2.4执行机构包树执行机构由转盘及导轨,排线装置,储绳装置三大部分组成,共同完成了包树功能。其中排线装置和储绳装置要成对使用,笔者建议采用两对,不仅使效率提高一倍,还充分利用了转盘上的空间,另外还能平衡负载,防止转盘倾覆;减小转动不平衡量,减小振动。具体如图3所示。因为大部分树均为竖直生长,所以包树机需有一缺口以方便树木进入到转盘中央,同时为使机器能平稳运行,不致产生过大噪音和摩擦,应采用导轨引导。导轨及转盘缺口处应采用平滑过渡以避免过大刚性冲击。排线装置主要为保证绕绳紧密,排列有序,避免每匝绳之间有过大间隙,确保能起到保温保湿效果。排线装置的核心部件为光杆、固定齿轮(参见图1)、排线齿轮、丝
19、杆和螺母,丝杆底端的排线齿轮,可带动丝杆转动,并与底座齿轮间歇啮合。光杆固定在转盘上,丝杆在转盘上可自由转动,螺母与丝杆配合,且被光杆约束,只能上下移动。整个装置随转盘一起运动,转盘每旋转一周,齿轮和丝杆也通过与另外两个齿轮啮合传动,使丝杆被带动旋转特定角度,进而实现螺母上升(或下降)一定距离,保证草绳逐渐上升(或下降)。转盘及导轨储绳装置排线装置图3 执行机构效果图绕线机构主要是为了实现将绕有绳子的线筒置于转盘上,为排线机构连续提供绳子,同时避免绳子缠死和打结。线筒轴置于转盘上,并可在转盘上自由转动,线筒拆卸方便,并可固定在线筒轴上。当绳子用完后,更换线筒即可。同时包树的松紧可通过改变绳子与
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